Nghiên cứu một số chuẩn OGC và ứng dụng cho bài toán quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường cấp Địa phương Đinh Thị Phương Thảo Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Công nghệ phần mềm; Mã số: 60 48 10 Người hướng dẫn: TS. Trương Ninh Thuận Năm bảo vệ: 2011 Abstract: Khái niệm cơ bản, chức năng và ứng dụng của hệ thống thông tin Địa lý (GIS), cộng đồng không gian địa lý mở (OGC - Open Geospatial Consortium), các đặc tả: Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS), Web Coverage Service (WCS), Geography Markup Language (GML), Styled Layer Descriptor (SLD). Phân tích cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường và tài nguyên nước cấp địa phương. Xây dựng ứng dụng thử nghiệm phân phối dữ liệu lĩnh vực tài nguyên nước. Xây dựng ứng dụng thử nghiệm phân phối dữ liệu không gian Keywords: Hệ thống thông tin địa lý; Chuẩn OGC; Cơ sở dữ liệu; Tin học; Tài nguyên môi trường Content MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu năng lượng cần để cung ứng tăng cao, khi nguồn tài nguyên thiên nhiên được con người khai thác triệt để thì vấn đề quản lý nguồn tài nguyên của mỗi quốc gia được đặt lên hàng đầu. Việc sử dụng nguồn tài nguyên như thế nào cho hợp lý, cân đối giữa các vùng, miền của đất nước là một bài toán đã và đang được giải quyết. Nước ta có nguồn tài nguyên phong phú, đa dạng nhưng lại không được phân bố đồng đều giữa các vùng, nên việc quản lý dữ liệu tài nguyên (bao gồm dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian) tại các Tỉnh, Thành phố (Địa phương) Việt Nam vẫn chưa hiệu quả, khó khăn trong việc triển khai. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ra đời vào những năm 1960 là một nhánh của công nghệ thông tin và là sự kết hợp của công nghệ thông tin, khoa học trái đất và khoa học thông tin địa lý. GIS đang từng ngày phát triển, ứng dụng rộng rãi và sử dụng có hiệu quả trong việc quản lý tài nguyên, thiên nhiên và môi trường. Qua việc khảo sát và thực tế tại các Địa phương, tác giả nhận thấy dữ liệu tài nguyên môi trường ở các Địa phương rất đa dạng và phong phú nhưng việc quản lý và phân phối dữ 2 liệu không gian còn hạn chế, chưa đáp ứng được nhu cầu theo dõi và tìm hiểu của người dân, doanh nghiệp, việc trao đổi dữ liệu giữa các Địa phương, giữa Địa phương với Trung ương gặp nhiều khó khăn. Những hạn chế, khó khăn đó đến từ việc, hiện nay việc thu thập, lưu trữ, quản lý và phân phối dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu không gian ở các Địa phương chưa được thống nhất, còn manh mún và có nhiều hạn chế. Một số dữ liệu không gian vẫn được quản lý và lưu trữ trên giấy dưới dạng các bản đồ, biểu đồ, một số dữ liệu không gian được số hóa, biên tập dưới nhiều định dạng khác nhau dựa trên nền tảng công nghệ của nhiều hãng khác nhau như AutoCAD, Microstation (Bentley), MapInfo, Arcgis (Esri), …Dữ liệu này được quản lý ở nhiều đơn vị, nhiều cấp độ do đó gây khó khăn trong việc tích hợp và phân phối thông tin. Phần lớn việc chia sẻ, trao đổi các dữ liệu, thông tin tài nguyên môi trường này chỉ diễn ra trong nội bộ các đơn vị, cơ quan nhà nước trong ngành tại Địa phương, với người dân và doanh nghiệp thì rất khó tiếp cận đến nguồn dữ liệu này. Việc chia sẻ thông tin, dữ liệu trước đây gặp khó khăn là do chia sẻ trực tiếp, theo mô hình 1-1, trên cơ sở chia sẻ dữ liệu gốc, qua file dữ liệu. Hiện nay, công nghệ đã cho phép chia sẻ dữ liệu đến nhiều người sử dụng, nhiều người sử dụng có thể đồng thời sử dụng cùng một nguồn dữ liệu, thông qua các hệ thống web- gis hoặc gis-portal, dữ liệu được chia sẽ thông qua các dịch vụ dữ liệu, trong đó có dịch vụ bản đồ. Có thể liệt kê ra các Địa phương đi đầu trong việc áp dụng các công nghệ mới trong việc quản lý và phân phối dữ liệu tương đối thành công như: TP Huế (với GIS Huế), TP Hồ Chí Minh (với HCM Gis Portal), tỉnh Vĩnh Phúc (với Web-gis tỉnh Vĩnh Phúc), …. Không chỉ việc theo dõi tìm hiểu của người dân, doanh nghiệp gặp khó khăn mà việc trao đổi qua lại dữ liệu giữa các Địa phương, giữa Địa phương và Trung ương cũng gặp các khó khăn tương tự, khi mà tại các Địa phương vẫn dùng các phương pháp thủ công để trao đổi đó là sao chép từ máy này sang máy khác vừa không tiện dụng lại mất thời gian, đôi khi còn làm sai lệch nguồn dữ liệu gốc theo kiểu “tam sao thất bản”. Để giải quyết khó khăn, hạn chế đã nêu ở trên, cộng với việc thực tế các khó khăn đã gặp trong quá trình thực hiện các dự án, tác giả đã nghiên cứu, tìm hiểu và nhận thấy rằng các đặc tả OGC, được cung cấp bởi tổ chức OGC (Open Geospatial Consortium) sẽ giúp các Địa phương có thể vận hành, phân phối dữ liệu không gian hợp lý, đáp ứng nhu cầu tìm hiểu của người dân, doanh nghiệp và thực hiện việc trao đổi, đồng bộ với Địa phương khác và Trung ương hiệu quả hơn vì hầu hết các sản phầm GIS đều hỗ trợ các đặc tả: Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS), Web Coverage Service (WCS), eXtensible Markup Language (XML).Trong đó các dịch vụ bản đồ WMS, WFS, WCS cho phép hiển thị bản đồ, chồng xếp các lớp thông tin (layer), tùy biến người dùng, còn XML đã được sử dụng rất nhiều như là một định dạng trung gian cho phép trao đổi giữa nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, dựa trên cấu trúc XML đó, OGC đã phát triển thành một dạng đặc tả mới, đó là Geography Markup Language (GML), cho phép truyền tải và lưu trữ các thông tin địa lý bao gồm cả thông tin hình học và thuộc tính của đối tượng địa lý. Trước đây, các phần mềm thương mại 3 như AutoCAD, MicroStation, MapInfo, Arcgis Desktop, … tự đưa ra cho mình các chuẩn riêng trong việc trình bày, biên tập bản đồ, các chuẩn này là chuẩn đóng, chỉ được hiểu và hiển thị đúng trong trường hợp sử dụng đúng phần mềm thương mại đã tạo ra nó. Để thống nhất được cấu trúc định nghĩa việc hiển thị và trình bày các dữ liệu không gian, bản đồ, OGC đã thống nhất và đưa ra đặc tả Styled Layer Descriptor (SLD) cho phép người dùng có thể định nghĩa các kiểu hiển thị, trình bày bản đồ như: màu sắc, độ đậm nét, ký hiệu hiển thị (symbol) của các đối tượng đồ họa dạng điểm, dạng đường, dạng vùng, …mà tất cả người sử dụng nếu biết, hiểu chuẩn SLD đều có thể hình dung, tất cả các phần mềm thương mại đã tích hợp module đọc và hiển thị chuẩn SLD đều có khả năng hiển thị một cách thống nhất. Sự kết hợp của các đặc tả OGC về dịch vụ bản đồ (WMS, WFS, WCS) và các đặc tả GML, SLD giúp cho chúng ta có thể tích hợp, đồng bộ và phân phối, chia sẻ dữ liệu không gian một cách thống nhất, đồng bộ trên môi trường đa người dùng. Vì vậy, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu chuẩn OGC và ứng dụng cho bài toán quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường cấp Địa phương” để nghiên cứu. Trong các cơ sở dữ liệu thành phần của cơ sở dữ liệu về tài nguyên và môi trường cấp Địa phương, cơ sở dữ liệu thành phần tài nguyên nước là một cơ sở dữ liệu điển hình, dữ liệu không gian và thuộc tính trong lĩnh vực tài nguyên nước lớn, có ý nghĩa kinh tế - xã hội quan trọng, là đầu vào của nhiều bài toán, nhiều dự án mang tính trọng điểm, và theo đặc thù đa phần các Địa phương đều có. Do vậy, trong luận văn này, tác giả sẽ đi sâu nghiên cứu một số chuẩn OGC và áp dụng các chuẩn này cho cơ sở dữ liệu tài nguyên nước, xây dựng ứng dụng web-gis phân phối dữ liệu không gian lĩnh vực tài nguyên nước. Mục đích nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu một số chuẩn OGC và áp dụng vào việc phân phối, trao đổi thông tin dữ liệu không gian ở Địa phương, trong luận văn tác giả lấy dữ liệu lĩnh vực tài nguyên nước một loại dữ liệu điển hình mà Địa phương nào cũng có để xây dựng một ứng dụng thử nghiệm quy mô nhỏ cho phép phân phối dữ liệu không gian dưới dạng các dịch vụ bản đồ theo chuẩn OGC. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: các chuẩn OGC Web Services: WMS, WFS, WCS và các chuẩn OGC khác như GML, SLD, cơ sở dữ liệu Địa phương, cơ sở dữ liệu không gian lĩnh vực tài nguyên nước ở Địa phương.  Phạm vi nghiên cứu: • Với các đặc tả: hoạt động và sử dụng các phương thức, thao tác cơ bản của các đặc tả. 4 • Với dữ liệu: dữ liệu không gian tài nguyên nước. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài  Nghiên cứu hoạt động và sử dụng một số đặc tả cơ bản của OGC như WMS, WFS, WCS, GML và SLD.  Nghiên cứu các đặc điểm cơ sở dữ liệu Địa phương đặc biệt là tài nguyên nước.  Xây dựng ứng dụng thử nghiệm web-gis phân phối dữ liệu không gian lĩnh vực tài nguyên nước cấp Địa phương.  Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn này có thể được áp dụng đối với việc phân phối dữ liệu không gian thuộc Dự án Xây dựng Cơ sở dữ liệu Quốc gia về tài nguyên và môi trường (hiện đang được triển khai) và đối với hạng mục Thử nghiệm Địa phương nằm trong Dự án này. Kết cấu của luận văn Ngoài phần mở đầu, danh mục ký hiệu viết tắt, mục lục, danh mục tài liệu tham khảo, phụ lục và phần kết luận, nội dung của luận văn gồm ba chương. Chương 1: Nghiên cứu một số chuẩn OGC. Chương này giới thiệu các khái niệm cơ bản, chức năng và ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý (GIS), đồng thời giới thiệu về OGC, tổng quan các chuẩn và đi sâu tìm hiểu các đặc tả: Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS), Web Coverage Service (WCS), Geography Markup Language (GML), Styled Layer Descriptor (SLD). Chương 2: Phân tích cơ sở dữ liệu tài nguyên nước cấp Địa phương. Trong chương này tác giả tập trung nghiên cứu, phân tích mô hình tổ chức cơ sở dữ liệu về tài nguyên và môi trường cấp Địa phương, trong đó đi sâu nghiên cứu cơ sở dữ liệu thành phần lĩnh vực tài nguyên nước, danh mục dữ liệu, tổ chức dữ liệu, các loại dữ liệu cần trao đổi, phân phối. Từ đó đưa ra giải pháp giải quyết bài toán quản lý, phân phối dữ liệu của cơ sở dữ liệu về tài nguyên và môi trường cấp Địa phương, cụ thể với các dữ liệu trong lĩnh vực tài nguyên nước. Chương 3: Xây dựng ứng dụng thử nghiệm phân phối dữ liệu không gian Xây dựng ứng dụng web-gis phân phối cơ sở dữ liệu tài nguyên nước cấp Địa phương, giới thiệu các chức năng, đưa ra các nhận xét đánh giá về ưu điểm, nhược điểm, các kinh nghiệm thu được trong quá trình xây dựng ứng dụng thử nghiệm. 5 References Tiếng Việt 1. Đặng Văn Đức, (2001), Hệ thống thông tin Địa lý, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 2. Phạm Trọng Mạnh, (1998), Cơ sở HTTĐL trong quy hoạch và quản lý đô thị, NXB Xây dựng. 3. Trần Vĩnh Phước, (2001), GIS một số vấn đề chọn lọc, NXB Giáo Dục. 4. TS. Nguyễn Thế Thuận, (2002), Cơ sở Hệ thống thông tin Địa lý GIS, NXB Khoa Học Kỹ Thuật. 5. TS. Trần Công Yên – TS. Nguyễn Thế Thận, (2000), Tổ chức Hệ thống thông tin Địa lý – GIS và phần mềm MapInfo 4.0, NXB Xây Dựng. 6. Bùi Công Vinh, Xây dựng Hệ thông tin Địa lý trong môi trường mã nguồn mở, Tham luận, Viện CNTT/ Trung Tâm KHKT & CNQS/ Bộ Quốc Phòng. Tiếng Anh 7. Open Geospatial Consortium Inc, (2005), Web Feature Service Implementation Specification. 8. Open Geospatial Consortium Inc, (2009), Web Coverage Service (WCS) 1.1 extension for CF-netCDF 3.0 encoding. 9. Open Geospatial Consortium Inc, (2007), OpenGIS Geography Markup Language (GML) Encoding Standard. 10. Open Geospatial Consortium Inc, (2007), Styled Layer Descriptor profile of the Web Map Service Implementation Specification. 11. Open Geospatial Consortium Inc, (2000), OpenGIS Web Map Server Interface Implementation Specificatio. 12. http://www.opengeospatial.org 13. http://www.opengis.com . chuẩn OGC và ứng dụng cho bài toán quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường cấp Địa phương để nghiên cứu. Trong các cơ sở dữ liệu thành phần của cơ sở. Nghiên cứu một số chuẩn OGC và ứng dụng cho bài toán quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường cấp Địa phương Đinh Thị Phương Thảo Trường Đại