Tài liệu Nghiên cứu xây dựng bản đồ trực tuyến trên nền mã nguồn mở

.PDF

822

118

dangvantuan Báo vi phạm

Tải xuống 118

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN THỊ THU NGÂN NGHIÊN CỨU XÂY DỤNG BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN TRÊN NỀN MÃ NGUỒN MỞ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI - 2012 Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN THỊ THU NGÂN NGHIÊN CỨU XÂY DỤNG BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN TRÊN NỀN MÃ NGUỒN MỞ Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Công nghệ phần mềm Mã số: 60 48 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. CAO TUẤN DŨNG HÀ NỘI - 2012 MỤC LỤC trang MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN .............................. 5 1.1. Bản đồ - Cách biểu diễn thế giới thực ...................................................... 5 1.1.1. Khái niệm chung về bản đồ............................................................... 5 1.1.2. Cơ sở toán học cho bản đồ ................................................................ 5 1.1.3. Các phƣơng pháp thể hiện bản đồ ..................................................... 7 1.2. Phân loại bản đồ trực tuyến ..................................................................... 8 1.3. Kiến trúc bản đồ trực tuyến ..................................................................... 9 1.4. Các nguyên tắc bản đồ học phát triển cho bản đồ trực tuyến .................. 12 1.4.1. Khái quát hóa trong bản đồ trực tuyến ............................................ 12 1.4.2. Thể hiện nội dung theo chuyên đề................................................... 13 1.4.3. Nguyên tắc thiết kế ký hiệu............................................................. 13 1.4.4. Màu sắc trình bày bản đồ trực tuyến ............................................... 16 1.4.5. Các thành phần chính của bản đồ trực tuyến ................................... 16 Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ MẠNG TRÊN NỀN MÃ NGUỒN MỞ .................................................................................................... 19 2.1. Các tính năng của MapServer ................................................................ 19 2.2. Các thành phần và cách thức hoạt động của MapServer ........................ 21 2.2.1. Các thành phần của MapServer ....................................................... 21 2.2.2. Cách thức hoạt động của MapServer............................................... 22 2.2.3. Qui trình xử lý của MapServer ........................................................ 23 2.2.4. Một số ví dụ bản đồ trên mạng sử dụng công nghệ MapServer ....... 24 2.3. Hệ CSDL không gian PostgreSQL ........................................................ 25 2.3.1. Tổng quan về PostgreSQL .............................................................. 25 2.3.2. Các đặc trƣng của PostgreSQL ....................................................... 26 2.3.3. Kiến trúc về hệ quản trị CSDL PostgreSQL .................................... 27 2.3.4. Truy vấn dữ liệu tham chiếu không gian từ PostgresSQL ............... 29 2.4. Quy trình thành lập bản đồ sử dụng MapServer và PostgreSQL ............ 30 2.4.1. Xây dựng CSDL trên PostgreSQL cho bài toán dự báo................... 31 2.4.2. Tổ chức dữ liệu bản đồ trong MapFile ............................................ 32 2.4.3. Xây dựng giao diện cho trang bản đồ trực tuyến ............................. 36 2.4.4. Xây dựng các chức năng thành phần của bản đồ trực tuyến ............ 37 Chƣơng 3. XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG DỰ BÁO THỜI TIẾT TRÊN BẢN ĐỒ MẠNG ......................................................................... 39 3.1. Khảo sát hiện trạng ................................................................................ 39 3.1.1. Số liệu thời tiết trong dự báo ........................................................... 39 3.1.2. Các vấn đề trong bài toán dự báo thời tiết trên bản đồ .................... 40 3.2. Ứng dụng RSS xây dựng quy trình cập nhật cơ sở dữ liệu ..................... 41 3.2.1. RSS là gì? ....................................................................................... 41 3.2.2. Các chuẩn chung của RSS. ............................................................. 42 3.2.3. Điểm mạnh của RSS ....................................................................... 43 3.2.4. Trao đổi dữ liệu trong RSS ............................................................. 44 Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi 3.2.5. Ứng dụng RSS cập nhật mới cơ sở dữ liệu thời tiết ........................ 46 3.2.6. Cách thức phối hợp hoạt động của Mapserver, C# Mapscript, PostGIS và RSS xây dựng chƣơng trình demo ......................................... 48 3.2.7. Ứng dụng phần mềm cho thiết bị di động ....................................... 50 3.3. Xây dựng Website dự báo thời tiết ........................................................ 50 3.3.1. Kiến trúc hệ thống .......................................................................... 50 3.3.2. Tổ chức dữ liệu dự báo ................................................................... 51 3.3.3. Xây dựng biểu đồ Use - case........................................................... 54 3.3.4. Biểu đồ tuần tự ............................................................................... 57 3.3.5. Biểu đồ lớp ..................................................................................... 59 3.4. Thiết kế một số màn hình chính ............................................................. 60 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN.............................................. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 63 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Khái niệm GIS (Geographic Information System) GML (Geography Markup Language) OGC (Open Geospatial Consortium) UMN MapServer XML (Extensible Markup Languge) WCS (Web Coverage Service) WFS (Web Feature Service) WMS (Web Map Service) CSDL RSS (Readlly Simple Syndication) Đinh ̣ nghiã Ghi chú Hê ̣ thố ng thông tin điạ lý . Ngôn ngƣ̃ đă ̣c tả về dƣ̃ liê ̣u điạ lý . Chuẩ n của OGC Tổ chƣ́c phi lơ ̣i nhuâ ̣n đƣa ra các chuẩ n về dƣ̃ liê ̣u điạ lý và các dich ̣ vu ̣ . Phầ n mề m mã nguồ n mở của trƣờng đa ̣i ho ̣c Minnesota. Ngôn ngƣ̃ đă ̣c tả mở rô ̣ng . Dịch vụ cung cấp dữ liệu Coverage . Dịch vụ cung cấp dữ liệu theo định dạng thống nhất GML . Dịch vụ cung cấp bản đồ dƣới dạng ảnh. Cơ sở dữ liệu Định dạng tập tin thuộc họ XML dùng trong việc chia sẻ tin tức Web Chuẩ n của OGC Chuẩ n của OGC Chuẩ n của OGC Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi DANH MỤC CÁC BẢNG trang Bảng 1.1. Các phƣơng pháp thể hiện bản đồ ....................................................... 8 Bảng 2.1. Các chức năng trên bản đồ ............................................................... 38 Bảng 2.2. Các chức năng dự báo thời tiết ......................................................... 38 Bảng 3.1. Danh sách các bảng dữ liệu .............................................................. 52 Bảng 3.2. Chi tiết bảng ThongTin_DuBao ....................................................... 52 Bảng 3.3. Chi tiết bảng LoaiThoiTiet ............................................................... 53 Bảng 3.4. Chi tiết bảng Cac_Buoi .................................................................... 53 Bảng 3.5. Chi tiết bảng Khu_Vuc ..................................................................... 53 Bảng 3.6. Chi tiết bảng Tinh_TP ...................................................................... 54 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ trang Hình 1.1. Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng .......................................... 5 Hình 1.2. Phân loại bản đồ trực tuyến................................................................. 9 Hình 1.3. Kiến trúc bản đồ trực tuyến............................................................... 10 Hình 1.4. Kiến trúc hƣớng máy khách .............................................................. 11 Hình 1.5. Kiến trúc hƣớng máy chủ .................................................................. 12 Hình 1.6. Ví dụ về các kiểu ký hiệu điểm, đƣờng, vùng và chữ ghi chú ........... 14 Hình 1.7. Các thành phần của bản đồ trực tuyến............................................... 17 Hình 2.1. Sơ đồ biểu diễn hoạt động tạo bản đồ của MapServer ....................... 20 Hình 2.2. Sơ đồ hoạt động của MapServer ....................................................... 22 Hình 2.3. Qui trình xử lý của MapServer .......................................................... 23 Hình 2.4. Trang bản đồ thành phố Komotini – Hy Lạp ..................................... 24 Hình 2.5. Trang bản đồ các vùng nƣớc ở Pháp ................................................. 25 Hình 2.6. Kiến trúc của hệ quản trị CSDL PostgreSQL .................................... 28 Hình 2.7. Kiến trúc của mô đun thƣ̣c hiê ̣n truy vấ n .......................................... 29 Hình 2.8. Mô đun phân tích truy vấn - Parse ................................................... 30 Hình 2.9. Sơ đồ kết nối dữ liệu ......................................................................... 31 Hình 2.10. Kết nối dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính............................. 32 Hình 2.11. Mô hình đối tƣợng trong Mapfile .................................................... 33 Hình 2.12. Chồng lắp các layer ........................................................................ 34 Hình 2.13. Bài toán truy vấn dữ liệu ................................................................. 37 Hình 3.1. Trao đổi số liệu thời tiết .................................................................... 40 Hình 3.2. Các chức năng của một Web Map Service ........................................ 45 Hình 3.3. Mô hình hệ thống .............................................................................. 46 Hình 3.4. Qui trình RSS cập nhật cơ sở dữ liệu thời tiết và yêu cầu từ ngƣời dùng ................................................................................................................. 47 Hình 3.5. Các dạng yêu cầu từ phía Client........................................................ 48 Hình 3.6. Kiến trúc hệ thống ............................................................................ 50 Hình 3.7. Sơ đồ Logic dữ liệu .......................................................................... 51 Hình 3.8. Biểu đồ Use – case............................................................................ 54 Hình 3.9. Biểu đồ tuần tự chức năng tìm kiếm ................................................. 57 Hình 3.10. Biểu đồ tuần tự chức năng thống kê tình hình bão, lũ ..................... 58 Hình 3.11. Biểu đồ lớp ..................................................................................... 59 Hình 3.12. Giao diện chính bản đồ dự báo thời tiết .......................................... 60 Hình 3.13. Giao diện phóng to/ thu nhỏ có hiển thị thông tin dự báo ................ 60 Hình 3.14. Giao diện truy vấn dự theo lớp tỉnh có hiển thị thông tin dự báo ..... 61 Hình 3.15: Giao diện thống kê các tỉnh có nguy cơ xảy ra bão, lũ .................... 61 Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi 1 MỞ ĐẦU Giới thiệu Trong thế giới internet, nếu trƣớc đây ngƣời ta chỉ biết dùng bản đồ để tìm đƣờng, thì ngày nay họ có thể tìm hiểu về tình trạng phạm tội ở từng khu vực, nghiên cứu thời tiết, chọn lựa trƣờng học, v.v.. Tất cả các hoạt động này đều trực tuyến. Ở Mỹ, ngƣời ta có thể tìm các trạm đổ xăng, khách sạn, nhà máy thủy điện ở từng bang qua Google. Còn ở Việt Nam, họ có thể vừa tìm những địa danh trên bản đồ các thành phố, vừa xem ảnh chụp của những thành phố đó. Các thành viên của trang web này còn ghi chú lên bản đồ những tin tức vừa xảy ra. Ngƣời sử dụng có thể nhìn thấy ngay vị trí các tòa nhà ở Hà Nội bị ảnh hƣởng do trận động đất và địa điểm vụ đắm tàu trên sông Sài Gòn trong thời gian trƣớc đó. Thông tin địa lý đƣợc thể hiện chủ yếu dƣới dạng bản đồ đã ra đời từ xa xƣa. Một trong những bản đồ đƣợc cho là cổ nhất đã phát hiện ra trong quá trình khai quật những di chỉ khảo cổ ở Thổ Nhĩ Kỳ năm 1961. Bản đồ này mô tả khu định cƣ từ thời kỳ đồ đá có niên đại khoảng chừng từ năm 6500 trƣớc Công nguyên. Các bản đồ trƣớc tiên đƣợc phác thảo để mô tả vị trí, cảnh quan, địa hình,... chủ yếu gồm những điểm và đƣờng. Bản đồ dạng này thích hợp cho quân đội và các cuộc thám hiểm hơn là đƣợc sử dụng nhƣ một công cụ khai thác tiềm năng của địa lý. Bản đồ vẫn tiếp tục đƣợc in ra giấy ngay cả khi máy tính ra đời một thời gian dài, tuy nhiên nó bộc lộ những hạn chế nhƣ: thời gian xây dựng, đo đạc, tạo lập rất lâu và tốn kém. Lƣợng thông tin trên bản đồ giấy rất hạn chế, vì nếu hiển thị hết thông tin trên bản đồ sẽ rất khó đọc, bên cạnh đó bản đồ giấy không thể cập nhật theo thời gian,... Hiện nay, ngành vẽ bản đồ không còn là đặc quyền của các cơ quan địa lý nữa. “Bản đồ trái đất đang ngày càng chi tiết hơn,” là phát biểu của ông John Hanke, giám đốc sản phẩm Google Maps. Nghĩa là nếu rành rẽ hệ thống xe buýt của Hà Nội, bạn sẽ thấy chẳng khó khăn gì khi nhìn hình chụp từng con đƣờng, nhấn chuột để ghi dấu từng trạm xe buýt. Kết quả cuối cùng: bạn sẽ có một tấm bản đồ riêng về các tuyến xe buýt ở thành phố để chia sẻ nó với nhiều ngƣời khác. Đó chỉ là khởi đầu của cuộc cách mạng bản đồ số. Theo Dan Gillmore, giám đốc trung tâm Báo chí toàn dân (citizen media) của Đại học Harvard (Mỹ) cho biết: “Khả năng tạo ra những điều thú vị, khả năng kể chuyện của bản đồ trực tuyến là vô hạn”. Bản đồ đã đƣợc ứng dụng từ vài thập niên trƣớc đây, nhƣng dƣờng nhƣ nó vẫn chƣa đến đƣợc với mọi ngƣời. Lý do là trƣớc nay các ứng dụng bản đồ hầu hết chạy trên máy tính cá nhân, điều này cản trở khả năng ứng dụng bản đồ rộng rãi. Ví dụ: khi một người cần biết tuyến xe buýt để di chuyển thì ngoại trừ anh ta trang bị một Pocket PC cài ứng dụng Tìm đường xe buýt, còn không anh ta 2 phải trở về nhà hay đến cơ quan tìm đến đúng máy tính được cài ứng dụng này để tìm kiếm thông tin. Từ ví dụ trên cho thấy với các ứng dụng bản đồ mang tính cộng đồng hoặc khi cần có thể sử dụng bất kể nơi đâu, thì mô hình ứng dụng chạy trên máy đơn là không đáp ứng đƣợc. Bản đồ trực tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý dữ liệu và truyền bá thông tin dự báo. Nhờ có khả năng hiển thị thông tin tức thời, bản đồ trực tuyến trở thành một phƣơng tiện chuyển tải thông tin dự báo rất phù hợp. Ƣu điểm của bản đồ dự báo trên mạng là cho phép ngƣời dùng truy cập lấy thông tin vào bất cứ thời gian nào, không nhƣ trên các phƣơng tiện thông tin đại chúng khác, chỉ phát vào một thời điểm nhất định. Nhƣ vậy, bản đồ trực tuyến không chỉ là phƣơng tiện để mô tả về vị trí, tính chất của các đối tƣợng địa lý và các mối quan hệ giữa chúng mà còn là phƣơng tiện để chuyển tải cả những thông tin có tính chất thời sự nhƣ những tuyến đƣờng mới mở, các điểm dịch vụ và giá cả hiện thời, dự báo thời tiết, cảnh báo thiên tai, các tin tức về thiệt hại do thiên tai gây ra v.v. Một số bản đồ trực tuyến đƣợc thiết kế rất công phu, đẹp về hình thức, dễ sử dụng và có lƣợng thông tin đƣợc chuyển tải khá phong phú, ví dụ trang Bản đồ giao thông Châu âu (www.mappy.com), trang Atlas Quốc gia Canada (atlas.gc.ca), và nhiều nƣớc khác trên thế giới v.v…. Internet ra đời đã thu ngắn khoảng cách giữa mọi ngƣời, cho phép tìm kiếm thông tin mọi lúc mọi nơi. Ngày nay, việc sử dụng Intemet nhƣ là một phƣơng tiện để truyền thông tin đến mọi tầng lớp xã hội. Hầu hết các cơ quan báo chí, các tỉnh, thành phố và các cơ quan trung ƣơng đều thành lập trang web để phục vụ cho mục đích này. Trên các trang web, hiệu quả của việc truyền đạt thông tin đƣợc tăng lên rất nhiều so với những phƣơng tiện khác do đã kết hợp nhiều hình thức công nghệ khác nhau nhƣ bài viết, hình ảnh, video, v.v… Mô hình ứng dụng bản đồ trên mạng cho phép mọi ngƣời dùng bất kì công cụ nào (máy PC, Laptop, mobile, Pocket PC,…) có thể truy cập Internet tìm kiếm đƣợc thông tin mình cần. Việc sử dụng bản đồ trên các trang web của nƣớc ta đã và đang phát triển, số trang web có cung cấp bản đồ trực tuyến có thể kể tên là: trang thông tin của Trung tâm Thông tin - Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (ciren.gov.vn), các trang bản đồ về thời tiết www.nchmf.gov.vn, www.hymettdata.com (Trung tâm tƣ liệu Khí tƣợng Thủy văn), .... Mục đích của luận văn Luận văn đƣợc thực hiện nhằm đạt đƣợc các mục đích sau đây: 1- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết Bản đồ trực tuyến (Web Cartography) về kiến trúc, cách biểu diễn thế giới thực, các phƣơng pháp hiển thị dữ liệu không gian, quy trình phát hành bản đồ trực tuyến, các nguyên tắc bản đồ học phát triển cho bản đồ trực tuyến v.v.. 2- Phƣơng pháp xây dựng bản đồ trực tuyến trên nền mã nguồn mở sử dụng các công cụ MapServer, CSDL không gian PostgreSQL, xây dựng quy trình công nghệ thành lập và phát hành bản đồ trực tuyến trên Intemet. Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi 3 3- Ứng dụng Really Simple Syndication (RSS) cập nhật mới cơ sở dữ liệu, thử nghiệm ứng dụng “ứng dụng bản đồ thời tiết Việt Nam” lên mạng Internet trên cơ sở những vấn đề đã đƣợc nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Về giới hạn địa lý: Việc xây dựng bản đồ thời tiết có thể ứng dụng ở tất cả các quốc gia trên thế giới. Việt Nam là một trong những quốc gia có tình hình thời tiết phức tạp, luôn biến động một cách khó lƣờng , những thảm họa xảy ra một cách bất ngờ để lại những hậu quả nặng nề . Do đó, trong phạm vi của đề tài nghiên cƣ́u này , Việt Nam đƣợc chọn để xây dựng thí điểm. Về công nghệ: Sử dụng công nghệ mã nguồn mở vì: - Tính an toàn cao. - Tính ổn định và đáng tin cậy. - Giảm phụ thuộc vào nhà cung cấp. - Không hạn chế quyền sử dụng. - Tiết kiệm chi phí trực tiếp. - Tận dụng đƣợc các ý tƣởng của cộng đồng. - Tuân thủ các chuẩn công nghệ chung của thế giới Về phần mềm: Sử dụng phần mềm mã nguồn mở MapServer kết hợp với hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL và lập trình ASP.NET C sharp để kết hợp sức mạnh của hai công nghệ trên tạo nên một bản đồ trực tuyến đáp ứng đƣợc nhiều loại yêu cầu của ngƣời dùng. Yêu cầu của luận văn: Luận văn đƣợc đề xuất thực hiện phải đạt đƣợc các yêu cầu sau đây: - Đúc kết đƣợc những vấn đề lý thuyết căn bản của bản đồ trực tuyến hiện đại - Đúc kết đƣợc những vấn đề về công nghệ liên quan và xây dựng quy trình công nghệ thành lập và phát hành bản đồ trên mạng Internet. - Quy trình công nghệ xây dựng đƣợc phải đảm bảo tính khả thi trong điều kiện về trình độ và hạ tầng cơ sở công nghệ thông tin của Việt Nam. Từ đó chọn ra một công nghệ tiêu biểu để xây dựng sản phẩm thử nghiệm - Sản phẩm thử nghiệm phải đạt chất lƣợng của bản đồ dự báo thời tiết về mặt nội dung thông tin cần truyền tải, tính thẩm mỹ và thể hiện đƣợc ƣu điểm của bản đồ trực tuyến là cung cấp khối lƣợng lớn thông tin ngoài thông tin địa lý. Nội dung của Luận văn: Luận văn gồm 3 chƣơng. Nội dung các chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1. Cơ sở lý thuyết bản đồ trực tuyến. Chƣơng này trình bày những vấn đề lý thuyết căn bản của khoa học bản đồ truyền thống nhƣ khái quát phân loại bản đồ, bố cục của bản đồ, phƣơng pháp thiết kế ký hiệu, v.v.. đã đƣợc các nhà bản đồ học nghiên cứu phát triển cho biên tập bản đồ trực tuyến. Chƣơng 2. Phƣơng pháp xây dựng bản đồ trực tuyến trên nền mã nguồn mở. Biên tập và phát hành bản đồ trực tuyến là một quá trình phức tạp và liên quan đến nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau. Chƣơng này giới thiệu những công nghệ nhƣ là những vấn đề cần thiết nhất mà các biên tập viên, lập trình viên bản đồ cần nghiên cứu khi tham gia vào qui trình thành lập và phát hành 4 bản đồ trên mạng. Trọng tâm của chƣơng là phần công nghệ đƣợc học viên chọn lựa để tạo lập sản phẩm thử nghiệm đó là hai phần mềm mã nguồn mở MapServer và hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL. Chƣơng 3. Xây dựng phần mềm DEMO ứng dụng dự báo thời tiết Việt Nam trên bản đồ trực tuyến. Trình bày quy trình khảo sát hiện trạng, ứng dụng Really Simple Syndication (RSS) cập nhật mới cơ sở dữ liệu, phƣơng án công nghệ đƣợc áp dụng để thành lập và phát hành bản đồ thời tiết trên Internet, giới thiệu giao diện, nội dung chính và các công cụ trên bản đồ. Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi 5 Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN Từ lâu con ngƣời đã biết lập và sử dụng bản đồ phục vụ cho các hoạt động dân sự và quân sự của mình. Bản đồ đƣợc xem nhƣ là một công cụ truyền thống để biểu diễn hay mô hình hóa các sự vật, hiện tƣợng, hay quá trình trên bề mặt trái đất ở các tỷ lệ và hệ quy chiếu khác nhau. Bản đồ là một ví dụ điển hình về dữ liệu tƣơng tự. 1.1. Bản đồ - Cách biểu diễn thế giới thực Thế giới thực rất rộng lớn và phức tạp để chúng ta có thể thấy bao quát đƣợc. Nếu một phần không gian đƣợc chọn để trình bày dƣới một tỷ lệ nhỏ hơn thực tế thì chúng ta có thể thấy đƣợc cấu trúc và dạng của phần không gian đó dễ hơn nhiều, từ đó có thể hiểu thấu đáo đƣợc khu vực nghiên cứu và có thể đƣa ra quyết định đúng đắn (nhƣ việc tìm đƣờng đi, việc qui hoạch một tuyến đƣờng, tìm kiếm một vị trí thích hợp để xây dựng khu công nghiệp,...) 1.1.1. Khái niệm chung về bản đồ Bản đồ địa lý là sự biểu thị thu nhỏ qui ƣớc của bề mặt trái đất lên mặt phẳng, xây dựng trên cơ sở toán học với sự trợ giúp và sử dụng các ký hiệu qui ƣớc nhằm phản ánh sự phân bố, trạng thái, mối quan hệ tƣơng quan của các hiện tƣợng tự nhiên và xã hội đƣợc lựa chọn và khái quát hoá để phù hợp với mục đích sử dụng của bản đồ và đặc trƣng cho khu vực nghiên cứu. Hình 1.1. Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng (Nguồn: Keith Clarke, 1995) Thông thƣờng bản đồ là một mô hình theo tỷ lệ. Có nghĩa là tỷ lệ của khoảng cách trên bản đồ và khoảng cách trên thực tế sẽ bằng nhau ở mọi vị trí trên bản đồ. Thực chất bản đồ là một hệ thống thông tin về không gian. Chúng ta có thể xem bản đồ và tìm thấy các thông tin mà ngƣời vẽ bản đồ muốn truyền tải, ví dụ nhƣ bản đồ địa hình, dân số, bản đồ địa chất thuỷ văn, .... 1.1.2. Cơ sở toán học cho bản đồ Bao gồm: - Tỷ lệ - Cơ sở trắc địa và thiên văn 6 - Lƣới kinh - vĩ tuyến và các lƣới toạ độ khác - Bố cục bản đồ và khung bản đồ - Hệ thống chia mảnh - Số liệu 1.1.2.1. Tỷ lệ bản đồ (map scale) Tỷ lệ bản đồ là tỷ số khoảng cách giữa một đơn vị đo trên bản đồ so với khoảng cách ngoài thế giới thực. Ví dụ, tỷ lệ 1:10.000 đƣợc hiểu là 1cm trên bản đồ tƣơng đƣơng với 100m trên thực tế. Ta hiểu tỷ lệ của bản đồ là mức độ thu nhỏ của bề mặt trái đất khi biểu diễn lên mặt phẳng. Tỷ lệ bản đồ nói lên mức độ chi tiết các thành phần có thể biểu hiện đƣợc trên bản đồ và kích thƣớc các chi tiết có thể đo đạc đƣợc tƣơng ứng với điều kiện ngoài thực tế. Một bản đồ có tỷ lệ là 1:25.000 sẽ bao phủ một vùng rộng lớn hơn bản đồ ở tỷ lệ 1:10.000, tuy nhiên bản đồ có tỷ lệ lớn sẽ chứa các đặc điểm chi tiết hơn bản đồ có tỷ lệ nhỏ. 1.1.2.2. Cơ sở trắc địa - thiên văn của bản đồ Cơ sở trắc địa - thiên văn của bản đồ đƣợc đặc trƣng bởi hình Elipxoit và hệ thống toạ độ trắc địa khởi điểm đã sử dụng để thành lập bản đồ. Cơ sở trắc địa - thiên văn đƣợc thể hiện bằng các điểm khống chế, các điểm khống chế là những điểm đã đƣợc cố định trên thực địa và đƣợc xác định toạ độ. Những điểm khống chế này đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc thể hiện chính xác các yếu tố nội dung địa lý của bản đồ. Nó đặc trƣng mối quan hệ về độ dài giữa bản đồ và thực địa. 1.1.2.3. Lưới kinh - vĩ tuyến và các lưới toạ độ khác Các toạ độ trên bề mặt trái đất là Vĩ độ (latitude), đƣợc đo theo đơn vị độ Bắc hoặc Nam của xích đạo. Kinh độ (longtitude), đƣợc đo theo đơn vị độ Tây hoặc Đông của kinh độ Greenweek ở Anh. Về mặt ứng dụng, vĩ độ và kinh độ thƣờng đƣợc sử dụng trong việc mô tả các vùng đất chính. Các giao điểm của bán trục nhỏ với mặt Elipxoid Trái đất đƣợc gọi là cực Bắc và Nam. Các vòng tròn tạo ra do mặt phẳng thẳng góc với trục nhỏ và cắt Elipxoid gọi là vĩ tuyến. Vĩ tuyến lớn nhất nằm trên mặt phẳng đi qua tâm Elipxoid gọi là đƣờng xích đạo. Giao tuyến của các mặt Elipxoid Trái đất với các mặt phẳng đi qua trục quay gọi là kinh tuyến. Vị trí của các điểm trên mặt Elipxoid Trái đất hoặc mặt cầu xác định bằng toạ độ địa lý là vĩ độ () và kinh độ (λ). Qua bất kỳ một điểm nào đó trên bề mặt Elipxoid kẻ một đƣờng thẳng đứng (pháp tuyến) hƣớng vào trong Elipxoid khi cắt mặt phẳng xích đạo và tạo với nó một góc đó chính là vĩ độ địa lý, nhận giá trị từ 0 đến 90 0; từ xích đạo đến cực Bắc đƣợc gọi là vĩ độ bắc và kí hiệu là B hoặc N (North), từ xích đạo đến cực Nam đƣợc gọi là vĩ độ nam và kí hiệu là N hoặc S (South). Góc giữa các Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi 7 mặt phẳng kinh tuyến đi qua một điểm cho trƣớc và mặt phẳng của kinh tuyến gốc gọi là kinh độ địa lý, ký hiệu λ. Kinh độ tính từ kinh tuyến gốc (00 - kinh tuyến Greenwich) sang đông đến 1800 là kinh độ đông (k.đ.E); kinh tuyến gốc sang tây đến 1800 là kinh độ tây (k.t.W) 1.1.2.4. Bố cục bản đồ và khung bản đồ Bố cục bản đồ là sự bố trí khu vực đƣợc thành lập bản đồ trên bản đồ, xác định khung của nó, sắp xếp những yếu tố trình bày ngoài khung và những tƣ liệu bổ sung. Trong khung biểu thị khu vực đƣợc thành lập liên tục và không lặp lại trên những mảnh phụ cận. Bố trí tên bản đồ, số hiệu mảnh, tỷ lệ, các tài liệu tra cứu và giải thích,... dựa theo mẫu qui định. Khung bản đồ có rất nhiều dạng. Trên phần lớn các bản đồ khung là một đƣờng giới hạn lãnh thổ đƣợc thể hiện gọi là khung trong, song song với khung trong ngƣời ta vẽ khung ngoài, có tính chất trang trí giữa khung trong và khung ngoài là trị số các đƣờng kinh vĩ tuyến, địa danh các đƣờng phụ cận, nút giao thông gần nhất. 1.1.2.5. Phân mảnh bản đồ Phụ thuộc vào tỷ lệ và lãnh thổ mà bản đồ có thể nằm trên một hoặc nhiều mảnh. Bản đồ địa hình chính là loại bản đồ nhiều mảnh, cách phân mảnh và đánh số đƣợc qui định chặt chẽ, có thể phân mảnh bản đồ theo lƣới kinh vĩ tuyến hoặc theo km, hoặc theo khung bản đồ có kích thƣớc đặt sẵn,.... Hệ thống đánh số bản đồ nhiều mảnh giúp ta dễ dàng và nhanh chóng tìm thấy các mảnh cần thiết. 1.1.3. Các phƣơng pháp thể hiện bản đồ Khi thành lập bản đồ - bản đồ chuyên đề ngƣời ta sử dụng các phƣơng pháp khác nhau để thể hiện các yếu tố nội dung. Mỗi phƣơng pháp có thể sử dụng độc lập hoặc sử dụng phối hợp với các phƣơng pháp khác, các phƣơng pháp bản đồ đƣợc xây dựng căn cứ vào đặc điểm của hiện tƣợng, sự vật và đặc điểm phân bố của chúng trong khu vực. Để truyền đạt một đối tƣợng, hiện tƣợng có thể cùng sử dụng nhiều phƣơng pháp biểu hiện để nêu lên nhiều đặc trƣng của hiện tƣợng. Ví dụ, trên bản đồ thời tiết có thể dùng phƣơng pháp biểu đồ định vị thể hiện các đài, trạm kí tƣợng với những đặc trƣng nhiệt độ, lƣợng mƣa, tần suất gió; phƣơng pháp các đƣờng đẳng nhiệt thể hiện sự phân bố nhiệt độ trung bình năm; phƣơng pháp kí hiệu vận động thể hiện sự di chuyển giữa các khối khí theo các mùa,… 8 Bảng 1.1. Các phƣơng pháp thể hiện bản đồ Phƣơng pháp Đối tƣợng dùng Cartogram Dạng vùng Nền chất lƣợng Dạng vùng Đƣờng đẳng trị Dạng điểm Kí hiệu đƣờng chuyển động Chấm điểm Dạng tuyến hoặc dạng vecto Dạng vùng Biểu đồ định vị Dạng điểm Kí hiệu Dạng điểm Cách thể hiện Thông tin thể hiện Đặt biểu đồ thể hiện mối Số lƣợng, cấu trúc liên quan các đặc trƣng của hiện tƣợng vào trong biên hiện tƣợng đó Dùng màu sắc, mẫu tô hay Thể hiện các hiện tƣợng đánh số phân bố liên tục trên bề mặt đất hay các hiện tƣợng phân bố theo khối (dân cƣ, vùng lãnh thổ) Nối các điểm có cùng chỉ Các đối tƣợng có cùng số số về số lƣợng của hiện lƣợng hoặc chỉ số đƣợc tƣợng trên bản đồ xác định của hiện tƣợng Vẽ các mũi tên để thể hiện Thể hiện sự di chuyển của sự di chuyển đối tƣợng hay hiện tƣợng trên bản đồ Chấm điểm cho vùng hiện Thể hiện sự phân tán của tƣợng hiện tƣợng trên 1 vùng (phân bố dân cƣ) Tạo biểu đồ tƣơng quan Các hiện tƣợng phân bố (dạng tròn, cột,...) giữa các liên tục. đặc trƣng đo đạc Dùng các kí hiệu (hình vẽ, Đặc điểm phân bố, số chữ số,...) đặt vào vị trí đối lƣợng, chất lƣợng, cấu tƣợng trúc,... 1.2. Phân loại bản đồ trực tuyến Theo tiến sĩ bản đồ ngƣời Hà Lan J.M. Kraak, trong bối cảnh công nghệ hiện tại cơ sở để phân loại bản đồ trực tuyến là phƣơng pháp sử dụng chúng. Trên cơ sở này, bản đồ trực tuyến đƣợc phân loại theo sơ đồ sau: Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi 9 BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN Bản đồ tĩnh Bản đồ động Bản đồ chỉ đọc Bản đồ tƣơng tác Hình 1.2. Phân loại bản đồ trực tuyến Tuy nhiên, cách phân loại trên đây không phải là bất biến. Trong tƣơng lai, do ảnh hƣởng của công nghệ mà bản đồ trực tuyến có thể sẽ đƣợc phân loại theo những tiêu chí khác. 1.3. Kiến trúc bản đồ trực tuyến Tƣơng tự nhƣ kiến trúc của các ứng dụng trong môi trƣờng web, kiến trúc bản đồ trực tuyến dựa trên mô hình Client-Server và gồm có 3 tầng (xem hình 1.3): tầng CSDL (Database tier), tầng trung gian (Middle tier) và tầng ngƣời dùng (Client tier). Tầng CSDL (tầng l) là tầng của những ngƣời tạo lập và cung cấp bản đồ. Tầng thứ 2 liên quan đến công nghệ web, là tầng của những ngƣời quản trị mạng và phát triển công nghệ truyền bá thông tin địa lý thông qua môi trƣờng Internet. Tầng ngƣời dùng (tầng 3) còn gọi là tầng bên ngoài (external tier). 10 Trình duyệt, plugins, java… Trình duyệt Trình duyệt Tầng 3 INTERNET Trang web Tầng 2 Máy chủ Web Máy chủ ứng dụng Tầng 1 CSDL không gian Biên tập bản đồ CSDL Bản đồ Hình 1.3. Kiến trúc bản đồ trực tuyến Có 2 kiểu kiến trúc đƣợc phát triển cho bản đồ trực tuyến, đó là Kiến trúc hướng máy khách (Client-side Architechture) và Kiến trúc hướng máy chủ (server-side Architechture). Với kiến trúc hƣớng máy khách, ngƣời dùng đƣa ra yêu cầu và thông qua trình duyệt web gửi đến máy chủ, bản đồ đƣợc hiển thị trên máy khách với sự hỗ trợ của Java applet, ActiveX. Bản đồ theo kiểu kiến trúc này có thể có những Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi 11 công cụ sử dụng rất mạnh, giúp ngƣời dùng có đƣợc những bản đồ có nội dung tùy biến, tuy nhiên, nhƣợc điểm là thời gian chuẩn bị trƣớc khi dùng bản đồ sẽ bị kéo dài và yêu cầu đƣờng truyền phải có tốc độ cao để giảm thời gian tải chƣơng trình ứng dụng về. Request SERVER map.class Java-applet code CLIENT HTML Document
JAVA map Hình 1.4. Kiến trúc hƣớng máy khách Trên các bản đồ trực tuyến theo kiến trúc hƣớng máy chủ, ngƣời dùng gửi yêu cầu thông qua trình duyệt web đến máy chủ, tại đó hệ thống bản đồ đã đƣợc biên tập sẵn và tổ chức thành các CSDL bản đồ, máy chủ gửi bản đồ đến máy khách thông qua giao thức truyền tin HTTP (Hypertext Transfer Protocol) nhƣ là một hình ảnh đồ họa hay hình ảnh bitmap đã đƣợc nhúng trong các trang HTML. Ƣu điểm nổi bật của kiểu kiến trúc này là hỗ trợ chuẩn hóa khuôn dạng dữ liệu cho mạng Intemet. Chính vì vậy, ngày nay đa số các bản đồ trực tuyến nhƣ các ứng dụng GIS trên mạng thƣờng đƣợc xây dựng theo kiểu kiến trúc này. 12 HTTP Request SERVER CLIENT Ảnh GIF (virtual) Ứng dụng CGI CSDL Hình 1.5. Kiến trúc hƣớng máy chủ 1.4. Các nguyên tắc bản đồ học phát triển cho bản đồ trực tuyến Là một phƣơng tiện truyền thông tin địa lý, nên nội dung bản đồ đƣợc thể hiện bằng ngôn ngữ với những quy tắc riêng biệt, còn đƣợc gọi là ngữ pháp bản đồ (cartographic grammar). Quá trình biên tập bản đồ là quá trình áp dụng ngữ pháp bản đồ để biểu thị thông tin về thế giới thực. Để có thể truyền đạt thông tin địa lý thông qua môi trƣờng web, ngƣời biên tập bản đồ trực tuyến cần phải lƣờng trƣớc những đặc điểm, yêu cầu riêng của bản đồ trực tuyến, nhƣng vẫn phải tuân thủ theo nguyên tắc đƣợc phát triển trên nền những nguyên tắc cơ bản của bản đồ học. Dƣới đây là những nguyên tắc cơ bản của bản đồ học đƣợc phát triển cho bản đồ trực tuyến 1.4.1. Khái quát hóa trong bản đồ trực tuyến Trong biên tập bản đồ, khái quát hóa là quá trình giảm trọng tải và mức độ chi tiết của các yếu tố để thể hiện nội dung bản đồ ở mức độ chi tiết, phù hợp với tỷ lệ nhằm tạo ra thông tin dễ truy cập và dễ cảm nhận. Trên bản đồ trực tuyến, tỷ lệ bản đồ không phải là một giá trị ấn định mà thay đổi bằng công cụ phóng to thu nhỏ (zoom) tùy ý trên màn hình. Vì vậy, giải pháp lý tƣởng cho khái quát hóa là sử dụng một CSDL thống nhất và thuật toán lựa chọn các đối tƣợng để hiển thị trên bản đồ đối với mỗi một mức zoom. Tuy vậy, xét về phƣơng diện tốc độ, giải pháp này chắc chắn sẽ làm chậm thời gian hiển thị. Hiện tại, các phƣơng pháp thƣờng đƣợc áp dụng là Cấp độ chi tiết (Level of Detail - LOD) và Khái quát tức thời (On-the-fly Generalization). - Phương pháp cấp độ chi tiết (LOD) Nền của phƣơng pháp này là CSDL đa tỷ lệ, trong đó lƣu trữ các bộ dữ liệu ở những tỷ lệ khác nhau đƣợc xác định trƣớc (nhƣ 1:5.000, 1:10.000. v.v..). Nguyên tắc là tại một thời điểm, tùy thuộc vào mức độ zoom mà dữ liệu ở tỷ lệ Ket-noi.com Ket-noi.com kho kho tai tai lieu lieu mien mien phi phi 13 tƣơng ứng sẽ đƣợc tải lên màn hình. Ƣu điểm thứ nhất của phƣơng pháp này là không cần sử dụng các thuật toán phức tạp đòi hỏi tính toán nhiều ngay trong quá trình hiển thị bản đồ. Thứ 2 là việc tổng quát hóa bản đồ đƣợc thực hiện từ trƣớc, trong quá trình biên tập và có thể đƣợc tự động hóa nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này công việc cập nhật bản đồ phải lặp lại đối với tất cả các bộ dữ liệu ở tất cả các tỷ lệ. - Phương pháp Khái quát tức thời (On-the-fly Generalization) Đây là phƣơng pháp tạo ra bản đồ hiển thị tức thời từ một bộ dữ liệu thống nhất đối với các tỷ lệ khác nhau trong quá trình sử dụng bản đồ. Các yếu tố nội dung thể hiện trên bản đồ đƣợc tạo ra từ CSDL ngay tại thời điểm hiển thị mà không tạo ra tập dữ liệu mới. Ƣu điểm chính của phƣơng pháp này là bản đồ có tính tức thời, việc cập nhật chỉ thực hiện trên một CSDL. Tuy nhiên, phƣơng pháp và thuật toán thƣờng phức tạp. - Phương pháp kết hợp Nhìn chung, cả 2 phƣơng pháp nêu trên đều không đáp ứng đƣợc yêu cầu thể hiện bản đồ trong môi trƣờng web. Vì vậy, trong nhiều trƣờng hợp phƣơng án kết hợp thƣờng đƣợc sử dụng để tận dụng những ƣu điểm đồng thời hạn chế những nhƣợc điểm của chúng. Để thực hiện phƣơng pháp này, một CSDL bản đồ đƣợc tạo lập, trong đó một vài lớp đƣợc lƣu trữ theo các cấp độ chi tiết khác nhau trong CSDL đa tỷ lệ, đồng thời một vài lớp khác lại đƣợc tạo lập trong quá trình khái quát tức thời. Các dữ liệu này sau đó đƣợc chồng lớp và thể hiện trên bản đồ. 1.4.2. Thể hiện nội dung theo chuyên đề Theo truyền thống, bản đồ đƣợc phân loại thành bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề. Bản đồ địa hình thể hiện bề mặt trái đất với độ chính xác cao và ở các tỷ lệ nhất định. Nội dung của bản đồ địa hình tuân thủ theo quy phạm bao gồm các yếu tố: cơ sở toán học, thủy văn, địa hình, giao thông, dân cƣ, địa giới và thực vật. Các yếu tố nội dung cũng đƣợc thể hiện theo hệ thống ký hiệu có tính tiêu chuẩn nhà nƣớc, và không thay đổi theo thời gian, ví dụ: sông, suối thể hiện bằng màu xanh nƣớc biển, rừng màu xanh lá cây, đƣờng đồng mức màu nâu, v.v. Bản đồ chuyên đề thể hiện sự phân bố của các đối tƣợng địa lý theo một chủ đề nào đó, nhƣ mật độ dân số, trƣờng học, v.v. Ngày nay, môi trƣờng số có xu hƣớng loại bỏ ranh giới giữa bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề. Các yếu tố nội dung bản đồ đều đƣợc lƣu trữ thành các lớp theo chuyên đề trong CSDL và ngƣời dùng có thể bật, tắt các lớp tùy theo nhu cầu sử dụng tại thời điểm truy cập dữ liệu hoặc sử dụng bản đồ. 1.4.3. Nguyên tắc thiết kế ký hiệu Nhà bản đồ học Bemn phân biệt 6 biến đồ họa là: kích thƣớc, màu sắc, cƣờng độ màu (value), vân hoa (texture), hƣớng và hình dạng. Việc thiết kế các ký hiệu bản đồ dựa vào sự kết hợp 6 biến này theo các tổ hợp khác nhau tạo thành các ký hiệu đồ họa khác nhau. Điểm khác biệt đầu tiên trong khi thiết kế ký hiệu cho bản đồ trực tuyến là phải tính đến giới hạn về kích thƣớc và độ phân - Xem thêm -