ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
––––––––––oOo–––––––––– TRẦN ANH TÚ
ĐỀ TÀI
ỨNG DỤNG MOBILE GIS
TRONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ
ĐIỀU HÀNH MẠNG LƯỚI BIDV Ngành: Công nghệ thông tin
Mã số: 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ
1.2.4. Cách thức truy vấn thông tin đối tƣợng di động 16
1.3. Kiến trúc xây dựng một ứng dụng Mobile GIS 16
1.3.1. Kiến trúc 1: Stand-Alone Client 16
1.3.2. Kiến trúc 2: Client – Server 17
1.3.3. Kiến trúc 3: Distributed Client-Server 18
1.3.4. Kiến trúc 4: Services 19
1.3.5. Kiến trúc 5: Peer-to-Peer 20
1.4. Công cụ phát triển các ứng dụng Mobile GIS 21
1.4.1. Platform:J2ME 21
1.4.2. Platform: .Net Compact Framework 23
1.4.3. Mobile GIS Software: ESRI ArcPad 23
1.4.4. Công nghệ WAP 24
CHƢƠNG 2: HỆ ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 26
2.1. Khái quát về Hệ định vị toàn cầu (GPS): 26
3
2.2. Các thành phần của một hệ thống GPS: 28
2.2.1. Space segment: 28
2.2.2. Control segment: 29
2.2.3. User Segment: 30
2.3. Hoạt động của hệ định vị toàn cầu: 31
2.3.1. Hoạt động. 31
2.3.2. Cách thức truyền nhận tín hiệu 32
2.3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động của GPS. 34
2.4. Các kỹ thuật trong xây dựng ứng dụng GPS 34
2.4.1. Thiết bị nhận dữ liệu định vị - máy thu GPS 35
2.4.1.1. Máy thu giao tiếp qua cổng COM. 35
2.4.1.2. Máy thu giao tiếp thông qua Bluetooth 36
3.4.2. Lựa chọn công nghệ cho xây dựng phần mềm cài đặt trên các
thiết bị có tích hợp chức năng GPS. 57
3.5. Xây dựng ứng dụng mô phỏng Hệ thống quản lý điều hành mạng
lưới BIDV. 58
KẾT LUẬN. 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
7
DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
GIS Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa
lý.
GPS Global Possitioning System - Hệ thống định vị toàn cầu.
PDA Personal Digital Assistants - Thiết bị cá nhân có hỗ trợ
kỹ thuật số.
LBS Location Based Services – Các dịch vụ dựa trên công
nghệ định vị.
GSM Global System of Mobile communication – Công nghệ
truyền thông di động sử dụng kỹ thuật phân phối tần số
thành những kênh nhỏ với mỗi thuê bao, rồi chia sẻ thời
gian các kênh ấy cho thuê bao sử dụng.
CDMA Code Division Multiple Access – Công nghệ truyền
thông di động cho phép các thuê bao di động chia sẻ
cùng một giải tần. Các kênh thuê bao được tách biệt
bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của các
thuê bao khác nhau được mã hoá bằng các mã khác nhau
và chỉ được phục hồi ở thiết bị thuê bao với mã ngẫu
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, những thay đổi công nghệ đã thay đổi
cuộc sống của chúng ta, chúng ta sống và làm việc trên mạng. Các cá nhân
cũng như công ty đã sớm nhận ra những ưu điểm của việc sử dụng mạng
Internet mang lại những lợi ích trong công việc của mình. Khi con người trở
lên phụ thuộc nhiều hơn vào thông tin trong thế giới di động này, họ tìm
cách để kết nối với mạng Internet mà không cần quan tâm đến mình đang ở
đâu. Nhu cầu này đã thúc đẩy các sản phẩm truyền thông không dây sớm
xuất hiện trên thị trường.
Với việc ra nhập tổ chức thương mại thế giới, các doanh nghiệp Việt
Nam đang bước vào một sân chơi mới với nhiều các cơ hội phát triển hơn,
tuy nhiên cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro và sự cạnh tranh khốc liệt từ các doanh
nghiệp trong nước và các doanh nghiệp nước ngoài. Trong bối cảnh ấy,việc
ứng dụng công nghệ khoa học vào việc quản lý điều hành cũng như tiếp cận
khách hàng có tầm quan trọng đặc biệt, mang lại lợi thế cho các doanh
nghiệp trong việc phát triển thị phần, thương hiệu
Luận văn “Ứng dụng Mobile GIS trong xây dựng hệ thống quản lý
điều hành mạng lưới BIDV” hướng đến việc ứng dụng lý thuyết về công
nghệ Mobile GIS, công nghệ GPS vào xây dựng mô hình hệ thống quản lý
điều hành mạng lưới Ngân hàng Đầu tư và Phát triển Việt Nam, nơi học
viên đang công tác. Luận bao gồm ba chương:
Chương 1: Trong phần này, luận văn trình bầy những nghiên cứu lý thuyết
về Mobile GIS bao gồm kiến trúc, giải pháp và công cụ cần thiết cho việc
phát triển một hệ thống Mobile GIS.
Chương 2: Phần chương hai đề cập đến những vấn đề lý thuyết liên quan
đến Hệ thống định vị toàn cầu - GPS. Những lý thuyết được đề cập đến bao
gồm các thành phần của hệ thống GPS; các thiết bị và những kỹ thuật trong
thu tín hiệu định vị.
Chương 3: Trong chương này học việc tập trung vào việc xây dựng mô hình
hệ thống quản lý điều hành mạng lưới Ngân hàng đầu tư và phát triển Việt
Một vài ví dụ về Mobile GIS:
- Gửi nhanh các yêu cầu công việc: một kỹ sư mỏ được yêu cầu xác
định vị trí và đánh dấu mực nước trên một thiết bị di động với mạng
của trung tâm mỗi ngày. Trên thiết bị di động của anh ta, anh ta có thể
nhìn thấy yêu cầu công việc của anh ta do trung tâm gửi mỗi ngày,
ánh xạ các vị trí cần đánh dấu của mỗi yêu cầu công việc, đánh dấu
mực nước và khoanh lại các yêu cầu công việc anh đã hoàn thành.
Khi thiết bị di động của anh đồng bộ lại, các vị trí anh đánh dấu mực
nước và trạng thái của mỗi yêu cầu công việc được truyền đến mạng
trung tâm và các yêu cầu công việc mới được tải về thiết bị di động
của anh.
12
- Thống kê đất đai: Một đại diện chính quyền thành phố sử dụng một
thiết bị di động để tập hợp dữ liệu về đất đai thành phố. Tại mỗi vị trí
đất đai cần quản lý, anh ta có thể bổ sung các thông tin về mảnh đất
đó và sử dụng một thiết bị định vị kèm theo để đánh dấu vị trí một
cách chính xác. Thiết bị của anh ta sau đó sẽ truyền dữ liệu đến mạng
thành phố khi anh ta đồng bộ.
- Kiểm tra đường ống: Một kỹ sư đường ống kiểm tra các đường ống ở
các vùng xa. Sử dụng một thiết bị modem dạng tế bào, thiết bị di
động của anh ta có thể xác định được vị trí đường ống trên bản đồ, và
truy cập đến các tài liệu kỹ thuật liên quan và các thông tin dữ liệu
của các lần kiểm tra trước đây. Anh ta có thể ghi lại các thông tin mà
anh ta kiểm tra và cập nhật chúng trên cơ sở dữ liệu chính theo thời
gian thực.
Mobile GIS có thể được xem như một phần nhỏ nằm trong lĩnh vực
GIS. Tuy nhiên, Mobile GIS có những đặc điểm riêng biệt cần được chú ý
lĩnh vực chuyên môn (dự báo thời tiết, quản lý thống kê tài nguyên, ) mà
còn được ứng dụng rộng rãi hơn trong các dịch vụ công cộng như các dịch
vụ định vị, dịch vụ giám sát các đối tượng chuyển động
1.1.3. Tại sao Mobile GIS chƣa đƣợc sử dụng nhiều?
Nếu Mobile GIS thực sự hấp dẫn như vậy, tại sao nó không được
triển khai một cách rộng rãi? Cũng có rất nhiều lý do:
- Tài nguyên phần cứng trên các thiết bị di động thường không thích
hợp để chạy các ứng dụng GIS chuyên biệt
- Phần mềm - đặc biệt là các phần mềm GIS - thường không được hỗ
trợ sẵn trên các thiết bị di động.
- Thiết lập kết nối giữa các vùng thường rất thưa, tạo ra khó khăn trong
kết nối thiết bị di động đến thiết bị di động khác hay mạng.
- Thông thường chi phí cho các thiết bị di động tương đối lớn trong khi
nó chỉ phát huy được sức mạnh khi đối tượng sử dụng bao gồm cả
những người thu nhập thấp.
14
1.1.4. Khuynh hƣớng thiết bị di động
Thật may mắn, công nghệ di động gần đây đang được phát huy một
cách hiệu quả. Các thiết bị di động ngày nay đang phô diễn sức mạnh và bộ
nhớ của nó tương ứng với bộ nhớ của máy Desktop. Các nhà sản xuất phần
cứng đang tìm cách nén hơn nữa kích thước màn hình vào các thiết bị di
động nhỏ hơn và các nhà cung cấp phần mềm đã tạo ra giao diện người sử
dụng làm tăng tối đa lợi ích trên các màn hình nhỏ ấy. Các kết nối không
dây đã trở lên sẵn sàng hơn trước đây, thậm chí chỉ cách khoảng vài năm khi
mà người dân thành phố ở nhiều vùng vẫn gặp khó khăn khi kết nối mạng
không dây bởi vì không thiết lập được kết nối đến các trạm vệ tinh hay
cellular.
lượng lưu trữ dữ liệu, tốc độ xử lý chậm , hệ điều hành trên các thiết bị di
động cũng không thể linh hoạt như trên các máy tính cá nhân; nên để giải
quyết được các vấn đề đặt ra, thiết bị di động đầu cuối cần kết nối với máy
chủ qua mạng không dây để gửi các yêu cầu về phía máy chủ xử lý. Với
những đặc điểm hạn chế của mạng không dây, tuỳ thuộc vào từng ứng dụng
cụ thể mà người phát triển cần xây dựng một kiến trúc phù hợp cho hệ
thống.
1.2.2. Lựa chọn mô hình dữ liệu không gian cho Mobile GIS.
Cách đây 30 năm, công nghệ GIS đã được phát triển mạnh mẽ, tuy
nhiên đối tượng nghiên của của GIS là các thực thể hình học tĩnh. Làm thế
nào để miêu tả một đối tượng chuyển động, và mối quan hệ giữa các đối
tượng chuyển động với các thực thể hình học tĩnh là vấn đề cốt lõi trong
Mobile GIS. Các vấn đề nghiên cứu bao gồm mô hình khái niệm Mobile
GIS, mô hình logic cũng như mô hình vật lý. Mặt khác trong thực tế, mô
hình dữ liệu được sử dụng chỉ cho các vấn đề đặc biêt; không có mô hình dữ
liệu cho tất cả các vấn đề trong Mobile GIS. Trong Mobile GIS, chúng ta
phải xây dựng mô hình dữ liệu cho các vấn đề chuyên biệt. Như chúng ta đã
biết, Mobile GIS tích hợp công nghệ của các công nghệ như định vị trên
mạng không dây, vị trí của một thiết bị đầu cuối di động sẽ được chỉ ra như
một điểm di động, làm thế nào để mô tả sự di chuyển của đối tượng, lưu giữ,
vấn tin đối tượng chuyển động là một vấn đề cốt lõi của hệ thống.
1.2.3. Cấu trúc dữ liệu cho hiển thị bản đồ trên thiết bị di động.
Có rất nhiều sự khác biệt giữa thiết bị di động với môt máy tính cá
nhân, chẳng hạn như RAM, CPU, hệ điều hành có ảnh hưởng đến việc
16
hiển thị dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu không gian. Để hiển thị dữ liệu không
gian trên các thiết bị di động, người phát triển ứng dụng cần nghiên cứu xây
cách tiếp cận này thì hầu hết các ứng dụng phát triển theo cách tiếp cận này
mất thời gian nhiều nhất cho việc phát triển và kiểm thử.
Bỏ qua việc tiếp cận, kiến trúc Mobile GIS này có một vài hạn chế
chính: Thứ nhất, tài nguyên phần cứng của thiết bị di động giới hạn dung
lượng dữ liệu không gian mà ứng dụng GIS có thể hỗ trợ. Thứ hai, ứng dụng
này không cho phép giao tiếp với bất kỳ các ứng dụng khác hay với người
cộng tác sử dụng cùng một ứng dụng.
1.3.2. Kiến trúc 2: Client – Server
Để khắc phục những hạn chế từ mô hình Stand-Alone Client, mô hình
Client –Server được xây dựng, trong đó phần dữ liệu không gian được đặt
trên một máy tính riêng biệt và phục vụ client bởi phần mềm GIS phía
server. Các ứng dụng tuỳ chọn và phần mềm GIS phía client vẫn được cài
đặt trên các thiết bị di động.
Kiến trúc này có một vài ưu điểm so với kiến trúc Stand-Alone
Client: Thứ nhất, dữ liệu không gian bây giờ được lưu không giới hạn về tài
nguyên trên một máy chủ riêng biệt. Thứ hai, nhiều thiết bị di động chạy
cùng một ứng dụng có thể truy cập đến máy chủ đồng thời tạo ra kiến trúc
nhiều người sử dụng (multi-user).
Không may, kiến trúc này cũng đưa ra một biến đổi mới: truyền
thông. Cái gì sẽ xảy ra khi thiết bị di động không thể giao tiếp với GIS
Server do giới hạn giao thoa (nhiễu) hoặc các nhân tố ảnh hưởng khác? thì
khi đó ứng dụng không thể truy cập đến cơ sở dữ liệu không gian và nó trở
lên vô ích. Bởi vì sự xung đột trong kết nối là một thuộc tính cố hữu, vấn đề
chung trong các ứng dụng di động, vấn đề này cần phải được xem xét.
18
Mobile Device
Khi thiết bị di động có thể kết nối trở lại, nó đồng bộ dữ liệu của nó (bộ nhớ
cache) với máy chủ. Thành phần có thể thực hiện logic hai vấn đề liên tục và
quản lý tài nguyên được gọi là khuôn dạng phân tán (distributed
framework).
Kiến trúc này hỗ trợ được hầu hết các ứng dụng GIS di động một cách mạnh
mẽ, tin cậy, nhưng nó không hỗ trợ được các chức năng mở rộng cho các
chương trình phụ trợ (back-end) – các chương trình ứng dụng phía sau. Điều
gì sẽ xẩy ra nếu khi ứng dụng cần hỗ trợ các chức năng phụ trợ nhiều hơn nó
sẵn có trên máy chủ GIS.
1.3.4. Kiến trúc 4: Services
Mobile Device
GEODATA
GIS SOFTWARE
DISTRIBUTED FRAMEWORK
WEB SERVICES
CUSTOM APPLICATIONS
Mobile Device
GEODATA
GIS SOFTWARE
DISTRIBUTED FRAMEWORK
GIS SERVER
CUSTOM APPLICATIONSHình 1.3.4: Kiến trúc Services
trên một hoặc nhiều thiết bị khác nhau. Vì vậy trong trường hợp này, bản
21
khuôn dạng phân tán (distributed framework) trên thiết bị di động A cho biết
rằng dữ liệu mà nó cần cũng có thể tìm được ở thiết bị di động C.
Mobile Device
GEODATA
GIS SOFTWARE
DISTRIBUTED FRAMEWORK
CUSTOM APPLICATIONS
Mobile Device
GEODATA
GIS SOFTWARE
DISTRIBUTED FRAMEWORK
CUSTOM APPLICATIONS
Mobile Device
GEODATA
GIS SOFTWARE
DISTRIBUTED FRAMEWORK
CUSTOM APPLICATIONSHình 1.3.5: Kiến trúc Peer-to-Peer
Như vậy chúng ta có nhiều kiểu kiến trúc khác nhau để lựa chọn phát
triển một ứng dụng Mobile GIS. Người phát triển cần lựa chọn một kiến trúc
tốt nhất, phù hợp nhất cho ứng dụng của mình.
- Connected Device Configuration (CDC): cấu hình này sử dụng một
JVM đầy đủ, nhưng profile của nó quyết định có bao nhiêu chức năng
được hỗ trợ
23
Foundation Profile (FP): như tên của nó đã chỉ ra, profile này chỉ
cung cấp các lớp cơ sở.
Personal Foundation Profile (PFP): PFP cung cấp các lớp cơ sở
và bổ sung thêm các chức năng về đồ hoạ
Personal Profile (PP): profile này là bộ chứa nhiều tính năng cấp
cao so với PFP và cung cấp toàn bộ Advanced Windows Toolket
(AWT) cho người phát triển.
1.4.2. Platform: .Net Compact Framework
.Net Compack Framework là một sản phẩm của Microsoft được dùng
cho phát triển các ứng dụng trên thiết bị di động. Những gì mà người phát
triển có thể làm giống như việc phát triển một ứng dụng trên máy để bàn.
Mỗi lần người phát triển cấu hình thuộc tính được xây dựng trên IDE của
anh ta để triển khai đến một thiết bị di động thay cho một máy để bàn, IDE
của anh ta quan tâm đến sự thay đổi. Do đó, việc phát triển ứng dụng di
động với CF không đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm của chuyên gia trong
lĩnh vực phát triển ứng dụng di động. 1.4.3. Mobile GIS Software: ESRI ArcPad
Có thể không chính xác khi tuyên bố rằng ESRI ArcPad chỉ là phần
mềm GIS dành cho thiết bị di động, nhưng khá chính xác khi ESRI tuyên
kế thừa mô hình client-server được dùng trên Internet của Web. Điểm khác
25
nhau chính đó là sự có mặt của WAP Gateway dùng cho việc chuyển đổi
giữa HTTP và WAP. [6]
Để truy cập vào một ứng dụng trên server, client khởi tạo một kết nối
với WAP Gateway và gửi đi yêu cầu của mình. Gateway sẽ chuyển đổi
những yêu cầu này sang định dạng được dùng trên Internet (HTTP), và sau
đó chuyển đến server cung cấp dịch vụ. Nội dung trả về được gửi từ server
đến gateway, tại đây nó sẽ được chuyển sang định dạng WAP để sau đó gửi
về thiết bị di động. Như vậy, gateway đã giứp Internet có thể giao tiếp với
môi trường mạng không dây.
Như đoạn trên đã minh hoạ, có nhiều tuỳ chọn sẵn có cho việc phát
triển một ứng dụng GIS di động. Việc lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu của
ứng dụng và kỹ năng của người phát triển.
26
CHƢƠNG 2: HỆ ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
Công nghệ GPS bắt đầu được giới thiệu và ứng dụng vào Việt Nam
từ giữa những năm 1990 chủ yếu để phục vụ cho việc thu thập số liệu toạ độ
chính xác của các điểm trắc địa gốc làm cơ sở phát triển các lưới trắc địa cấp
thấp hơn, mà từ các điểm này công tác đo vẽ hiện trạng mặt đất sẽ được tiến
Mỹ đã phóng lên quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh. Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ
USD này bay phía trên trái đất ở độ cao 19.200 km, với tốc độ chừng 11.200
km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu
nhận. Các vệ tinh được bố trí sao cho các tín hiệu từ 6 trong số đó có thể
được thu nhận gần như 100 phần trăm thời gian tại bất kỳ điểm nào trên trái
đất. Các tín hiệu radio được truyền đi thường không đủ mạnh để thâm nhập
vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm và hay tới các địa điểm dưới nước.
Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin chính
xác về vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật. Vì hoạt động trên
quỹ đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất. Ảnh vệ tinh GPS IIR-M1
Từ khi phóng vệ tinh GPS đầu tiên được phóng vào năm 1978, đến
nay đã có bốn thế hệ vệ tinh khác nhau. Thế hệ đầu tiên là vệ tinh Block I,
thế hệ thứ hai là Block II, thế hệ thứ ba là Block IIA và thế hệ gần đây nhất
là Block IIR. Thế hệ cuối của vệ tinh Block IIR được gọi là Block IIR-M.
Những vệ tinh thế hệ sau được trang bị thiết bị hiện đại hơn, có độ tin cậy
cao hơn, thời gian hoạt động lâu hơn. Hình bêb trên là vệ tinh đầu tiên của
thế hệ mới Block IIR-M1 (mới được phóng vào tháng 12 năm 2005) .
Copyright: Tài liệu đại học ©