ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
ĐỖ THỊ HƢƠNG

NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC
(OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG
HỆ THỐNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC

Hà Nội – 2014

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng nội dung và những kết quả của luận văn tốt nghiệp này
là do tôi tự nghiên cứu dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Đặng Văn Đức. Trong toàn bộ
nội dung của luận văn, những điều đƣợc trình bày là của cá nhân tôi hoặc đƣợc tổng
hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác. Tất cả các tài liệu tham khảo đều đƣợc trích dẫn rõ
ràng ở phần cuối của luận văn.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định
cho lời cam đoan của mình.
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Hệ thống thông tin địa lý-GIS ra đời đánh dấu một bƣớc phát triển trong ngành
công nghệ quản lý không gian lãnh thổ trên cơ sở tích hợp các thông tin bản đồ và
thông tin thuộc tính của các đối tƣợng và ngày càng đƣợc sử dụng trong nhiều ngành
nghề khác nhau nhƣ quản lý đất đai, xây dựng bản đồ sử dụng đất, quản lý hành
chính…Vì thế, những ƣu điểm của công nghệ GIS đang đƣợc quan tâm chú ý phát
triển.
Mặt khác, nhƣ chúng ta đã biết, vai trò của Internet ngày nay càng đƣợc khẳng
định và không thể thiếu trong việc quảng bá thông tin của một quốc gia hay một lãnh
thổ.Với Web, ta có thể chia sẻ thông tin với mọi ngƣời, mọi nơi, mọi lúc. Ngày nay,
cùng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống mạng toàn cầu-Internet, các chuyên gia
bắt đầu quan tâm đến sự kết hợp công nghệ GIS và công nghệ Web, hay còn gọi là
WebGIS nhằm phát huy những thế mạnh của côngnghệ GIS thông qua nền tảng Web.
Nói cách khác, nhờ vào WebGIS mà ta có thể sử dụng những tính năng của một hệ
GIS thực thụ và có thể thực hiện việc chia sẻ thông tin một cách tiện lợi và dễ dàng.
Và không chỉ dừng lại ở đó, bắt nhịp cùng xu hƣớng toàn cầu hóa, xu hƣớng sử
dụng mã nguồn mở đƣợc đƣa ra trong ngành công nghệ thông tin và nhanh chóng
đƣợc sự hƣởng ứng và đóng góp của các nƣớc trên thế giới. Tổ chức OGC
(OpenGeospatial Consortium) với mục tiêu xây dựng các chuẩn thực thi chung cho
lĩnh vực dữ liệu không gian càng đƣa GIS gần đến với mọi ngƣời hơn. Và nhƣ chúng
ta đã biết, WebGIS kết hợp với các chuẩn mở OGC là con đƣờng giới thiệu những sản
phẩm về GIS và dữ liệu địa lý nhanh nhất đến cộng đồng mạng toàn thế giới. Chính vì
lý do đó em lựa chọn đề tài “NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OGC (OPEN
GEOSPATIAL CONSORTIUM) TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG
DỤNG” nhằm nghiên cứu các chuẩn mở OGC và dựa trên các chuẩn đó xây dựng ứng
dụng thử nghiệm với OGC cho bài toán hiển thị Phân bổ sinh viên của một trƣờng học
trên bản đồ.
2. Mục tiêu đề tài
Đề tài nhằm mục tiêu tìm hiểu và thực hiện cách thức chia sẻ thông tin bằng

Đề tài là nền tảng trong việc nghiên cứu và ứng dụng WebGIS mã nguồn mở
phục vụ lĩnh vực kinh tế - xã hội khác nói chung.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ứng dụng mã nguồn mở Geoserver xây dựng trang WebGIS mã nguồn mở hỗ
trợ cho việc cung cấp các thông tin về sinh viên trong nhà trƣờng, từ đó giúp lãnh đạo
nhà trƣờng có thể so sánh đƣợc những thuận lợi và khó khăn trong việc tuyển sinh của
nhà trƣờng mà có các chiến lƣợc đối với từng địa điểm. 3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
MỞ ĐẦU 1
BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5
CHƢƠNG 1-KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 7
1.1. Khái niệm hệ thống thông tin địa lý-Geographic Information System (GIS) 7
1.2. Thành phần và chức năng GIS 8
1.2.1. Các thành phần của GIS 8
1.2.2. Chức năng của hệ GIS 14
1.3. Các mô hình dữ liệu GIS 15
1.3.1. Khái niệm về dữ liệu địa lý: 15
1.3.2. Các mô hình dữ liệu GIS 16
1.4. Tích hợp GIS và Web 27
1.4.1. Tìm hiểu về WebGIS 27
1.4.2. Sơ đồ hoạt động của WebGIS. 29
1.4.3. Tổng quan kiến trúc công nghệ WebGIS 29
CHƢƠNG 2-NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM
(OGC) 34

Geographic Information System

Hệ thống thông tin địa lý

OGC
Open Geospatial Consortium

Một tổ chức xây dựng các chuẩn
mở trên cơ sở vị trí và không gian
địa lý

WebGIS

Website Geographic Information
System

Hệ thống thông tin địa lý trên nền
tảng Web

SOA

Service Oriented Architecture

Kiến trúc hƣớng dịch vụ

HTML

HyperText Markup Language

Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản

hóa trong GML

CAT

Catalog Interface

Định nghĩa các giao diện chuẩn

SLD

Styled Layer Descriptor

Một mã hóa cho đặc tả WMS

CSDL

Database System

Cơ sở dữ liệu của hệ thống

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Chu trình xử lý thông tin địa lý 8
Hình 1.2: Các thành phần cứng chính của hệ thống thông tin địa lý 9
Hình 1.3: Thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý 10
Hình 1.4: Sơ đồ nhập số liệu 10

Hình 3.7: Hộp thoại thông tin về kho dữ liệu 66
Hình 3.8: Hộp thoại tạo layer 67
Hình 3.9: Hộp thoại chọn hệ tọa độ trong GeoServer 67
Hình 3.10: Code tạo kiểu hiển thị 68
Hình 3.11: Code tạo kiểu hiển thị đƣờng phố 68
Hình 3.12: Hộp thoại chọn kiểu hiển thị (style) cho lớp bản đồ (layer) 69
Hình 3.13: Lớp bản đồ quận nội thành đƣợc chọn kiểu hiển thị 69
7

CHƢƠNG 1-KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1. Khái niệm hệ thống thông tin địa lý-Geographic Information System
(GIS)
Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là một nhánh
của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 1960 và phát triển rất mạnh
trong những năm gần đây.
GIS đƣợc sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ)
gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt
động theo lãnh thổ.
Ngày nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ giúp
quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó
với thảm hoạ thiên tai GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản
lý, các doanh nghiệp, các cá nhân đánh giá đƣợc hiện trạng của các quá trình, các
thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn,
phân tích và tích hợp các thông tin đƣợc gắn với một nền bản đồ số nhất quán trên cơ
sở toạ độ của các dữ liệu bản đồ đầu vào.
Với những khả năng của GIS nhƣ trên vì vậy mà có thể định nghĩa GIS nhƣ
sau: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con ngƣời và hệ thống máy tính cùng các


9

Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay, phần
mềm GIS có khả năng chạy trên nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các
trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
Phần cứng tổng quát của Hệ thống thông tin địa lý gồm những thiết bị đƣợc thể
hiện theo sơ đồ sau (Hình 1.2):

Hình 1.3: Các thành phần cứng chính của hệ thống thông tin địa lý
Đơn vị xử lý trung tâm đƣợc kết nối với đơn vị lƣu trữ gồm ổ đĩa, băng từ để
lƣu trữ dữ liệu và chƣơng trình. Bàn số hóa hoặc các thiết bị tƣơng tự khác đƣợc xử lý
dùng cho chuyển đổi dữ liệu trong bản đồ thành dạng số và gửi vào máy tính.Máy vẽ
hoặc các thiết bị hiển thị khác dùng để hiển thị các kết quả xử lý dữ liệu. Băng từ còn
sử dụng để truyền thông với các hệ thống khác. Việc kết nối truyền thông các máy tính
đƣợc thực hiện thông qua hệ thống mạng với các đƣờng dữ liệu đặc biệt hoặc đƣờng
điện thoại qua modem. Thiết bị hình là thiết bị giao tiếp hiển thị nhƣ màn hình, thông
qua đó ngƣời sử dụng điều khiển máy tính.
1.2.1.2. Phần mềm
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lƣu giữ,
phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Phần mềm GIS cho phép:
- Nhập dữ liệu
- Lƣu trữ và quản lý dữ liệu
- Phân tích dữ liệu
- Xuất dữ liệu
- Tƣơng tác với ngƣời sử dụng.
Các phần mềm GIS mang dáng dấp của phầm mềm vẽ bản đồ tự động và
phầnmềm quản lý cơ sở dữ liệu.
Các thành phần phần mềm cơ bản của Hệ thống thông tin địa lý đƣợc thể hiện
qua sơ đồ trên hình 1.4. Hệ thống phần mềm của Hệ thống thông tin địa lý lại bao gồm

không gian và thông tin thuộc tính của các đối tƣợng địa lý (điểm, đƣờng, vùng đại
diện cho các đối tƣợng thực trên bề mặt Trái Đất). Cả hai loại dữ liệu đó đƣợc cấu
trúc, tổ chức liên hệ với cách chúng sẽ đƣợc thao tác trong máy tính sao cho ngƣời sử
dụng hệ thống có thể hiểu đƣợc.
Mô hình của modul quản lý và lƣu trữ cơ sở dữ liệu đƣợc minh họa trên hình
I.6.

Hình 1.6: Mô hình của modul quản lý và lưu trữ cơ sở dữ liệu
1.2.1.2.3. Chỉnh sửa dữ liệu
Chỉnh sửa dữ liệu gồm hai loại thao tác nhằm mục đích xoá bỏ lỗi từ dữ liệu và
cập nhật chúng. Modul này áp dụng các phƣơng pháp phân tích dữ liệu khác nhau để
tìm ra câu trả lời cho các yêu cầu, các câu hỏi của hệ thống thông tin địa lý. Việc chỉnh
sửa dữ liệu có thể thực hiện riêng biệt đối với các dữ liệu không gian và thông tin
thuộc tính hoặc đồng thời đối với cả hai loại dữ liệu này. Chỉnh sửa dữ liệu có thể hiểu
nhƣ các hành động đƣợc kết nối với việc thay đổi tỷ lệ, phù hợp dữ liệu khi chuyển
sang lƣới chiếu mới, tính toán chu vi diện tích
Nói chung các thao tác đó phụ thuộc vào mục đích cụ thể của ứng dụng hệ
thống thông tin địa lý.

12 Hình 1.7: Chỉnh sửa dữ liệu
1.2.1.2.4. Xuất dữ liệu
Modul xuất dữ liệu (hình 1.8) đƣa các báo cáo kết quả của quá trình phân tích
dữ liệu tới ngƣời sử dụng. Dữ liệu đƣợc đƣa ra có thể dƣới dạng bản đồ, bảng, biểu đồ,
lƣu đồ đƣợc thể hiện bằng hình ảnh trên màn hình, máy in, máy vẽ hoặc đƣợc ghi trên
các thiết bị từ dƣới dạng số.

Hình 1.8: Xuất dữ liệu

nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu.
- Ngƣời xuất bản: Sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dƣới nhiều
định dạng khác nhau.
- Ngƣời phân tích: Giải quyết các vấn đề nhƣ tìm kiếm, xác định vị trí…

14

- Ngƣời xây dựng dữ liệu: là những ngƣời chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các
cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập CSDL…
Ngƣời quản trị CSDL: Quản lý CSDL GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt.
- Ngƣời thiết kế CSDL: Xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý.
1.2.1.5. Phƣơng pháp phân tích
Dữ liệu GIS đƣợc hiển thị lên màn hình máy tính hoặc trên giấy in để cung cấp
thông tin cho ngƣời dùng. Trong GIS ngƣời ta dùng hình ảnh, hình vẽ, mô hình trực
quan, chữ viết, biểu đồ, bản đồ, bảng thống kê, ký hiệu, màu sắc, âm thanh để trình
bày vị trí và thuộc tính của các đối tƣợng và các kết quả phân tích.
1.2.2. Chức năng của hệ GIS
Hệ thống thông tin địa lý có sáu chức năng chính: Thu thập, lƣu trữ, truy vấn,
phân tích, hiển thị và xuất dữ liệu.
1.2.2.1. Thu thập (Cature)
Dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể đƣợc cung cấp từ bản đồ giấy, số
liệu ghi nhận trên giấy, ảnh vệ tinh hoặc ảnh máy bay, các thiết bị đo đạc kỹ thuật số,
các thiết bị định vị mặt đất, các thiết bị định vị vệ tinh (GPS: Global Position System),
hệ thống thu thập dữ liệu tự động (SCADA: Supervisory Control And Data
Acquisition),…
1.2.2.2. Lƣu trữ (Store)
Các đối tƣợng không gian địa lý có thể biểu diễn theo mô hình vector hoặc
raster.
1.2.2.3. Truy vấn (Query)
Ngƣời dùng có thể truy vấn thông tin đồ họa hiển thị trên bản đồ.

Thể hiện tính chất của đối tƣợng tìm ra cái gì tồn tại ở vị trí cụ thể (ví dụ: chiều
cao của cây rừng, dân số thành phố, bề rộng con đƣờng, ).
1.3.1.2. Dữ liệu không gian
Đƣợc thể hiện trên bản đồ và GIS dƣới dạng điểm (point), đƣờng (line) hoặc
vùng (polygon).
Tìm ra vị trí thỏa mãn một số điều kiện (vùng không có rừng diện tích 2000m
2

và xa đƣờng quốc lộ 100m và loại đất phù hợp cho xây dựng nhà),vị trí địa lý của đối
tƣợng đƣợc thể hiện bằng tọa độ (ví dụ: kinh vĩ độ, tọa độ UTM, ).
1.3.1.3. Thời gian
Tìm ra sự khác biệt theo thời gian trong vùng:
- Thông tin địa lý luôn gắn liền với một thời điểm hoặc một khoảng thời gian
nhất định.
- Biết đƣợc thời gian của thông tin thì chúng ta mới có thể sử dụng thông tin
một cách chính xác.
- Một đối tƣợng của dữ liệu địa lý đƣợc coi là điểm xác định khi có thông tin về
các lĩnh vực trên.
1.3.2. Các mô hình dữ liệu GIS
1.3.2.1. Biểu diễn dữ liệu trong GIS
Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS. Đó là dữ liệu không gian và dữ
liệu thuộc tính. Đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS là: dữ liệu không
gian (bản đồ) và dữ liệu thuộc tính đƣợc lƣu trữ trong cùng một cơ sở dữ liệu (CSDL)
và có quan hệ chặt chẽ với nhau.

Hình 1.12: Minh họa cấu trúc dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính
1.3.2.2. Mô hình dữ liệu không gian

17


Cấu trúc raster là một trong những cấu trúc dữ liệu đơn giản nhất trong GIS. Nó
còn đƣợc gọi là “tổ chức theo ô vuông của dữ liệu không gian” (cellular organization
of spatial data). Pixel là phần tử cơ sở của cấu trúc dữ liệu Raster để biểu diễn một đặc
trƣng địa lý f(x,y) nào đó, giá trị của pixel chỉ tính chất của đối tƣợng không gian. Giá
trị số của pixel chính là mã đƣợc gắn cho đối tƣợng không gian (tức là mỗi đối tƣợng
không gian có một mã nhất định). Giá trị bằng không thƣờng là những pixel chỉ vùng
ngoài khu vực nghiên cứu. Ví dụ các đối tƣợng đất trồng bắp có mã bằng 1, đất trồng
cam có mã bằng 2, đất trồng điều có mã bằng 3, đất trồng mía có mã bằng 4…….
(hình 1.16).

Hình 1.16: Các đối tượng không gian được mã hoá trong mô hình Raster
Nhƣ vậy, mô hình Raster biểu diễn không gian nhƣ là một ma trận số nguyên,
mỗi một giá trị số nguyên đại diện cho một thuộc tính, vị trí của số nguyên chính là vị

19

trí của đối tƣợng. Ma trận không gian từ các ô ảnh này đƣợc mã hoá và lƣu trữ trong
máy tính theo quy luật nhất định thông qua vị trí của từng ô ảnh và đƣợc tham chiếu
tới hệ toạ độ dùng cho Trái đất gọi là hệ toạ độ Cartsian theo hai trục x và y.
Với cấu trúc dữ liệu dạng raster, giá trị của thông số nghiên cứu nhƣ độ cao địa
hình (m), loại đất, sinh khối thực vật (gr/m
2
)…phải đƣợc xác định cho từng ô lƣới
(cell). Trong cấu trúc dữ liệu dạng raster (hình 1.17), các vật thể trên bản đồ có thể
đƣợc mô tả bằng các yếu tố (map feature) sau:
- Điểm (point): có thể đƣợc biểu diễn bằng một fixel hay nhiều fixel tuỳ thuộc
vào tỷ lệ (độ phân giải của ảnh)
- Đƣờng (line): là tập hợp các ô lƣới vuông có cùng giá trị f(x,y) nối tiếp nhau
và sắp xếp theo một hƣớng nhất định.
- Vùng (area): Vùng đƣợc xác định bằng một mảng gồm nhiều pixel có cùng

Mô hình dữ liệu này thích hợp trong mô tả các đối tƣợng, hiện tƣợng phân bố
liên tục trong không gian (độ cao, nhiệt độ, loại hình sử dụng đất…), dùng để lƣu giữ
thông tin dạng ảnh (ảnh mặt đất, hàng không, vũ trụ ). Một số dạng mô hình biểu diễn
bề mặt nhƣ DEM (Digital Elevation Model), DTM (Digital Terrain Model), TIN
(Triangulated Irregular Network) trong CSDL cũng thuộc dạng raster.
* Thuộc tính của ô ảnh
Thuộc tính gán cho ô sẽ định nghĩa phân lớp, nhóm, chủ đề hoặc giá trị đo đƣợc
ở tại vị trí của ô. Ô có thể có giá trị là số nguyên hoặc số thập phân. Khi một giá trị số
nguyên đƣợc sử dụng cho ô ảnh, nó có thể đƣợc dùng làm mã nhận dạng.

21 Hình 1.19: Thuộc tính của ô ảnh
* Các kiểu dữ liệu
Giá trị ô ảnh có thể biểu diễn cho một trong bốn kiểu dữ liệu sau đây:
a. Kiểu dữ liệu định danh (Nominal data): Một giá trị kiểu dữ liệu định danh
giúp nhận dạng thực thể này với thực thể khác. Đây là những giá trị định tính, không
phải là giá trị định lƣợng. Sử dụng nominal data cho phân loại đất.
b. Kiểu dữ liệu thứ tự (Ordinary data): Một giá trị kiểu dữ liệu thứ tự xác định
hạng của một thực thể so với những thực thể khác. Những phép đo này cho thấy vị trí,
nhƣ thứ tự thứ nhất, thứ hai hoặc thứ ba, nhƣng chúng không thiết lập tỷ lệ tƣơng đối
hoặc biên độ. Ta không thể suy luận ra đƣợc sự khác nhau về định lƣợng nhƣ là thực
thể này lớn hơn, cao hơn, hoặc dày đặc hơn những thực thể khác ra sao.
c. Kiểu khoảng dữ liệu: Một giá trị kiểu khoảng dữ liệu đại diện cho một phép
đo theo một thang chia độ nào đấy nhƣ thời gian trong ngày, nhiệt độ Fahrenheit và
giá trị độ PH. Có thể làm những phép so sánh tƣơng đối giữa các khoảng dữ liệu. Việc
so sánh giá trị đo với điểm 0 của thang chia độ là không có ý nghĩa.
d. Kiểu dữ liệu tỷ lệ: Một giá trị kiểu dữ liệu tỷ lệ đại diện một giá trị đo trên
một thang chia độ với điểm gốc 0 cố định và có ý nghĩa. Các toán tử có thể sử dụng