Thạc Sĩ Nghiên cứu công nghệ webgis và xây dựng trang web dự báo thời tiết khu vực nam bộ

Bố cục của luận văn được chia làm các phần sau đây
Mở đầu
Giới thiệu công nghệ GIS, những hạn chế và nhu cầu mở rộng.Các giải pháp và
hướng nghiên cứu hiện nay. Đồng thời giới thiệu chung về đề tài, ý nghĩa và các
mục tiêu của đề tài.
Chương 1: WebGIS- Công nghệ GIS qua mạng
Giới thiệu về WebGIS. Gồm những khái niệm cơ bản về WebGIS, mô hình hoạt
động.Các giải pháp kiến trúc lý thuyết và thực tế trong nước và trên thế giới.
Chương 2: MapServer- WebGIS Application
Tìm hiểu về MapServer, một Application mã nguồn mở rất mạnh hiện nay sử dụng
trong công nghệ WebGIS.
Chương 3: Bài toán dự báo thời tiết – Biểu diễn trên bản đồ.
Giới thiệu bài toán dự báo thời tiết, cách giải quyết các yêu cầu cho bài toán dự báo
dùng bản đồ.
Chương 4: Xây dựng Website Thời tiết Nam bộ.
Bao gồm các phần Phân tích và Thiết kế website Thời tiết Nam bộ.
Chương 5: Cài đặt và thử nghiệm
Tổ chức dữ liệu, mô hình thiết kế hệ thống. Việc cài đặt, cấu hình hệ thống cho một
ứng dụng WebGIS gồm các phần Server, Client, Database
Kết luận
Tóm tắt lại các vấn đề đã được đặt ra trong luận văn, cách giải quyết, kết quả đạt
được và đề ra một số hướng phát triển trong tương lai.
i
MỤC LỤC
Danh sách các hình . iii
Danh sách các bảng v
Một số khái niệm và thuật ngữ vi
MỞ ĐẦU viii
Chương 1 : WebGIS- Công nghệ GIS qua mạng 1
1.1 Bản đồ - Cách biểu diễn thế giới thực 1
1.1.1 Khái niệm về bản đồ 1
1.1.2 Trái đất quả cầu địa lý .1
1.1.3 Cơ sở toán học cho bản đồ 4
1.1.4 Các phương pháp thể hiện bản đồ .9
1.2 Dữ liệu GIS .14
1.2.1 Các dạng dữ liệu của GIS 14
1.2.2 Các mô hình dữ liệu được dùng 15
1.2.3 Mô hình dữ liệu đồ họa 16
1.2.4 Kết nối dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính 24
1.3 Giới thiệu về WebGIS 25
1.4 Mô hình xử lý và kiến trúc triển khai WebGIS 26
1.4.1 Kiến trúc WebGIS và các bước xử lý 26
1.4.2 Các kiến trúc triển khai 29
1.5 Các chuẩn trao đổi WebGIS hiện nay 36
1.5.1 Vấn đề trong việc trao đổi dữ liệu của hệ thống WebGIS 36
1.5.2 Giải pháp cho vấn đề chia sẻ dữ liệu .37
Chương 2 : MapServer – WebGIS Application 40
2.1 Lược sử phát triển .40
2.2 Các thành phần và mô hình xử lý của MapServer 41
2.2.1 Các thành phần của MapServer .41
2.2.2 Quy trình xử lý 44
2.3 Tìm hiểu Mapfile 45
2.3.1 Map Object 46
2.3.2 Layer Object 49
2.3.3 Query Map Object .53
2.3.4 Projection Object .53
2.4 Xử lý kết nối các loại dữ liệu .54
2.4.1 Kết nối dữ liệu mặc định ESRI Shapefiles 54
2.4.2 Kết nối dữ liệu Raster 54
2.4.3 Kết nối dữ liệu dùng thư viện OGR 57
2.4.4 Kết nối dữ liệu dùng WMS .61
2.4.5 Kết nối dữ liệu dùng WFS .63
Chương 3 : Bài toán dự báo thời tiết – Biểu diễn trên bản đồ .66
3.1 Khảo sát hiện trạng .66
3.1.1 Giới thiệu bài toán dự báo .66
3.1.2 Số liệu thời tiết trong dự báo 66
ii
3.1.3 Hệ thống KTTV khu vực Nam bộ .68
3.2 Phân tích và xác định yêu cầu 70
3.3 Các vấn đề trong bài toán dự báo thời tiết bằng bản đồ .71
3.3.1 Thể hiện bản đồ .71
3.3.2 Chỉnh sửa dữ liệu vectơ MapInfo 72
3.3.3 Truy vấn dữ liệu với bản đồ 75
Chương 4 : Xây dựng Website Thời tiết Nam bộ .77
4.1 Thiết kế kiến trúc hệ thống .77
4.2 Xây dựng mô hình Use –case .78
4.2.1 Xác định Actor và Use case .78
4.2.2 Mô hình Use – case .79
4.2.3 Đặc tả Use-case .79
4.3 Thiết kế một số màn hình .89
4.3.1 Màn hình Chính .89
4.3.2 Màn hình Thời tiết trong ngày .90
4.3.3 Màn hình Thời tiết vài ngày tới .92
4.3.4 Màn hình Tìm kiếm .93
4.3.5 Màn hình Góp ý .94
4.3.6 Màn hình Liên lạc 95
4.3.7 Màn hình Gởi tin .96
Chương 5 : Cài đặt và thử nghiệm 97
5.1 Tổ chức dữ liệu dự báo .97
5.1.1 Hình thức lưu trữ dữ liệu .97
5.1.2 Sơ đồ logic .97
5.2 Cấu hình và cài đặt hệ thống Server-Client 101
5.2.1 Cài đặt trang web .101
5.2.2 Cài đặt CSDL Thời tiết 104
5.2.3 Cấu hình MapServer 105
5.2.4 Cấu hình Client 107
5.3 Thử nghiệm .108
KẾT LUẬN 109
Tài liệu tham khảo 110
Phụ lục .112
Yêu cầu cấu hình 112
Hướng dẫn sử dụng .112

MỞ ĐẦU
Hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System)
Thông tin địa lý được thể hiện chủ yếu dưới dạng bản đồ đã ra đời từ xa xưa.Các bản đồ
trước tiên được phác thảo để mô tả vị trí, cảnh quan, địa hình Bản đồ chủ yếu gồm những
điểm và đường. Tuy nhiên bản đồ dạng này thích hợp cho quân đội và các cuộc thám hiểm
hơn là được sử dụng như một công cụ khai thác tiềm năng của địa lý.
Bản đồ vẫn tiếp tục được in trên giấy ngay cả khi máy tính đã ra đời một thời gian dài
trước đó. Bản đồ in trên giấy bộc lộ những hạn chế như: thời gian xây dựng, đo đạc, tạo lập
rất lâu và tốn kém. Lượng thông tin mang trên bản đồ giấy là hạn chế vì nếu mang hết các
thông tin lên bản đồ sẽ gây khó đọc. Bên cạnh đó bản đồ giấy không thể cập nhật theo thời
gian được vv
Ý tưởng mô hình hóa không gian lưu trữ vào máy tính, tạo nên bản đồ máy tính. Đó là
bản đồ đơn giản có thể mã hóa, lưu trữ trong máy tính, sữa chữa khi cần thiết, có thể hiển
thị trên màn hình và in ra giấy.
Tuy nhiên các nhà nghiên cứu nhận thấy nhiều vấn đề địa lý cần phải thu thập một
lượng lớn thông tin không phải là bản đồ.
Lúc này khái niệm Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ra đời thay thế cho thuật ngữ bản đồ
máy tính.
GIS được hình thành từ các ngành khoa học: Địa lý, Bản đồ, Tin học và Toán học. Chỉ
đến những năm 80 thì GIS mới có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát triển
mạnh mẽ của công nghệ phần cứng
Bắt đầu từ thập niên 80, GIS đã trở nên phổ biến trong các lãnh vực thương mại, khoa
học và quản lý, chúng ta có thể gặp nhiều cách định nghĩa về GIS:
- Là một tập hợp của các phần cứng, phần mềm máy tính cùng với các thông tin địa lý (mô
tả không gian). Tập hợp này được thiết kế để có thể thu thập, lưu trữ, cập nhật, thao tác,
phân tích, thể hiện tất cả các hình thức thông tin mang tính không gian.
- GIS là một hệ thống máy tính có khả năng lưu trữ và sử dụng dữ liệu mô tả các vị trí (nơi)
trên bề mặt trái đất
- Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu
không gian - Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và
Mở đầu
ix
phi không gian về các đối tượng bản đồ, mối liên hệ giữa các đối tượng không gian và các
tính chất của một vùng của đối tượng
- GIS là từ viết tắt của:
+ G: Geographic - dữ liệu không gian thể hiện vị trí, hình dạng (điểm, tuyến, vùng)
+ I : Information - thuộc tính, không thể hiện vị trí (như mô tả bằng văn bản, số,
tên .)
+ S: System - Sự liên kết bên trong giữa các thành phần khác nhau (phần cứng, phần
mềm)
Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information System) là một hệ thống
phần mềm máy tính được sử dụng trong việc vẽ bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng
tồn tại trên trái đất. Công nghệ GIS tổng hợp các chức năng chung về quản lý dữ liệu như
hỏi đáp (query) và phân tích thống kê (statistical analysis) với sự thể hiện trực quan
(visualization) và phân tích các vật thể hiện tượng không gian (geographic analysis) trong
bản đồ. Sự khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng của
nó rất rộng trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và qui hoạch chiến lược.
Các giải pháp và ứng dựng GIS
Các hệ thống thông tin địa lý GIS đều cung cấp các công cụ cho phép tạo lập bản đồ,
tổng hợp các thông tin liên quan đến các thực thể trên bản đồ, thể hiện các sự kiện, thể
hiện các ý tưởng, giải quyết các bài toán phức tạp trong thực tế. GIS có thể được sử
dụng trong nhiều lãnh vực, bởi cá nhân, gia đình, trường học, hay các cơ quan, tổ chức
nghiên cứu. Tạo bản đồ và phân tích bản đồ không phải là mới, nhưng GIS đóng vai trò
nâng cao chất lượng, độ chính xác và nhanh hơn so với cách làm bằng tay truyền thống.
Và, trước khi có GIS, chỉ một số ít người có khả năng sử dụng thông tin địa lý trong
việc ra quyết định và giải quyết vấn đề.
Ngày nay, GIS là một công nghệ "đắt giá", có hàng trăm ngàn người trên thế giới đang
làm việc với nó. Các nhà chuyên môn của hầu hết các lãnh vực đang dần dần nhận thấy
lợi ích trong phương pháp suy nghĩ và làm việc theo phương diện địa lý. GIS không
phải chỉ dùng để tạo ra những bản đồ tĩnh, mà nó còn cho phép tạo ra các bản đồ đẹp
nhiều màu sắc và hơn thế nữa là khả năng tạo bản đồ động. Khả năng tạo lập bản đồ
động giúp người dùng có thể lựa chọn và loại bỏ bất cứ các thành phần nào trên bản đồ
Mở đầu
x
nhằm phân tích một cách nhanh chóng các nhân tố khác biệt ảnh hưởng đến mô hình và
ngoài ra giúp việc đưa ra các quyết định đối với những vấn đề phức tạp.
Các giải pháp về GIS thường được chia ra làm hai nhóm chính
ã Giải quyết các bài toán phức tạp liên quan đến mạng giao thông
Các bài toán như tìm kiếm đường đi tối ưu, điều phối lộ trình giao thông thường
được áp dụng trên các hệ thống máy tính lớn, có cấu hình mạnh:
ã Hiển thị và tìm kiếm các thông tin bản đồ.
Đây là dạng ứng dụng bản đồ điện tử, cung cấp các khả năng cho phép người sử
dụng xem bản đồ và tìm kiếm một số thông tin cần thiết, thường được áp dụng trên
các máy tính thông thường và nhỏ.
Với mỗi nhóm trên có rất nhiều ứng dụng GIS. Từ những bài toán tìm đường như
tìm đường trong thành phố, tìm đường trên xe buýt cho đến các vấn đề quản lý rừng,
quản lý khai thác khoáng sản và cả ứng dụng vào trong ngành Khí tượng Thủy văn
để góp phần dự báo thời tiết
Nhu cầu mở rộng, đưa GIS lên mạng
GIS đã được ứng dụng từ vài thập niên trước đây, nhưng dường như GIS vẫn chưa đến
được với mọi người. Lý do là, trước nay các ứng dụng GIS hầu hết chạy trên máy tính
đơn.Với những máy tính này cần thiết phải cài đặt các module xử lý GIS (dưới dạng các
dll, hay các Active X) điều này cản trở khả năng ứng dụng GIS rộng rãi.
Ví dụ:
Khi một người cần biết tuyến xe buýt để di chuyển thì ngoại trừ khi anh ta trang bị
một Pocket PC cài ứng dụng Tìm đường xe buýt còn không anh 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 này cho thấy với các ứng dụng GIS 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 được.
Như đã biết Internet ra đời và đã thu ngắn khoảng cách giữa mọi người, và cho phép tìm
kiếm thông tin mọi lúc mọi nơi. Mô hình ứng dụng GIS chạy trên nền Internet cho phép
mọi người dùng bất kì công cụ nào (máy PC, máy laptop, mobile, Pocket PC ) có thể
truy cập Internet tìm kiếm được thông tin mình cần.
Mục tiêu của đề tài
Mở đầu
xi
Hiện nay, tại nước ta công nghệ GIS không phải là một công nghệ mới. Nhưng hiện chỉ
có một số ít viện nghiên cứu, các cơ quan và vài công ty là có nghiên cứu và sử dụng GIS.
Về WebGIS số lượng người nghiên cứu thì còn ít hơn.
Mục tiêu của đề tài được chia ra làm hai phần chính như sau
Công nghệ WebGIS
- Nghiên cứu về bản đồ
- Nghiên cứu về công nghệ WebGIS
- Tìm hiểu MapServer một triển khai công nghệ WebGIS mã nguồn mở
Xây dựng ứng dụng website Thời tiết trên nền bản đồ sử dụng WebGIS
- Phân tích hiện trạng của hệ thống dự báo Khí tượng Thủy văn khu vực
Nam bộ
- Khảo sát các yêu cầu
- Tìm hiểu các loại dữ liệu bản đồ (dạng MapInfo)
- Viết ứng dụng