Luận Văn Xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) về hạ tầng giao thông bộ Thành phố Cần Thơ

Khóa luận tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) về hạ tầng giao thông bộ Thành phố Cần Thơ



MỤC LỤC
Danh sách hình v
Danh sách bảng . ix
Danh sách các thuật ngữ x
Abstract xi
Tóm tắt xii
Chương 1: Tổng quan . 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Lịch sử vấn đề 2
1.3 Mục tiêu . 2
1.4 Phạm vi 2
1.5 Phương pháp thực hiện . 3
1.5.1 Tìm hiểu lý thuyết 3
1.5.2 Phân tích yêu cầu và thiết kế mô hình 3
1.5.3 Cài đặt chương trình . 3
1.6 Kế hoạch thực hiện . 4
Chương 2: Cơ sở lý thuyết 5
2.1 Hệ thống thông tin địa lý – GIS 5
2.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý . 5
2.1.2 Quan hệ giữa GIS và các ngành khoa học khác 10
2.1.3 Ứng dụng của GIS . 12
2.2 Chuẩn OpenGIS . 16
2.2.1 Tổng quan về OGC 16
2.2.2 Các dịch vụ hỗ trợ bởi OpenGIS 17
2.3 Giới thiệu WebGIS . 19
2.3.1 Xây dựng WebGIS Server 19
2.3.2 Xây dựng WebGIS Client 20
2.3.3 Định hướng lựa chọn công nghệ . 22
2.4 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL và PostGIS 26
2.5 Tìm đường đi ngắn nhất với pgRouting 27
2.6 Giới thiệu máy chủ GeoServer 30
2.7 Giới thiệu OpenLayers 31
iv
Chương 3: Nội dung và Kết quả thực hiện 33
3.1 Đặc tả yêu cầu hệ thống 33
3.1.1 Yêu cầu xây dựng hệ thống 33
3.1.2 Yêu cầu chức năng . 33
3.1.3 Yêu cầu dữ liệu 34
3.1.4 Yêu cầu về các lớp dữ liệu . 37
3.2 Phân tích hệ thống 38
3.2.1 Mô hình Use Case 38
3.2.2 Sơ đồ lớp 41
3.3 Thiết kế chương trình . 42
3.3.1 Sơ đồ chức năng . 42
3.3.2 Lưu đồ giải thuật 43
3.4 Giới thiệu chương trình . 46
3.4.1 Giao diện chính 46
3.4.2 Trang quản trị 50
Chương 4: Kết luận và Hướng phát triển 63
4.1 Kết quả đạt được . 63
4.1.1 Kết quả ứng dụng . 63
4.1.2 Kiến thức đạt được . 63
4.2 Hạn chế và khó khăn . 64
4.2.1 Hạn chế 64
4.2.2 Khó khăn . 64
4.3 Hướng phát triển . 64
Tài liệu tham khảo . 65
Phụ lục . 67



TÓM TẮT
Hệ thống giao thông là tuyến huyết mạch của nền kinh tế cũng như của xã hội đối với
bất kỳ quốc gia nào. Để các thành phần kinh tế, xã hội phát triển được thì việc xây
dựng hệ thống giao thông là điều kiện tiên quyết. Việc vận hành, bảo dưỡng, duy trì,
khai thác có hiệu quả hệ thống giao thông đã xây dựng còn quan trọng hơn. Do đó cần
phải có một giải pháp thực sự hữu hiệu cho quản lý giao thông.
Những năm gần đây trên thế giới, hệ thống thông tin địa lý – GIS đã được áp dụng
thành công vào rất nhiều lĩnh vực mà đối tượng cần quản lý mang tính chất không gian
địa lý, tức là những đối tượng đó được phân bố ở một nơi nào đó trên bề mặt trái đất.
Các đối tượng này được xác định thông qua tọa độ địa lý của chúng trên bề mặt trái
đất. Do đó việc nghiên cứu và triển khai GIS vào hạ tầng giao thông là cần thiết vì cơ
sở hạ tầng giao thông cũng được triển khai mang tính không gian địa lý. Hệ thống GIS
sẽ mang đến cho cán bộ quản lý điều hành những thông tin toàn diện về hiện trạng hạ
tầng giao thông gắn với vị trí địa lý. Trong khi đó, bằng các phương pháp khác như
bảng biểu, đồ thị, sơ đồ hoặc bản đồ giấy để quản lý điều hành hệ thống hạ tầng giao
thông thì sẽ gặp nhiều hạn chế khác nhau.
Đề tài luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu và xây dựng một hệ thống thông tin địa lý
phục vụ cho công tác quản lý hệ thống giao thông bộ của Thành phố Cần Thơ.
Nội dung đề tài được trình bày trong 4 chương:
 Chương 1: Tổng quan. Giới thiệu vấn đề cần giải quyết và phạm vi của đề tài.
Đồng thời nêu lên kế hoạch và phương pháp thực hiện.
 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày về hệ thống thông tin địa lý GIS; Giới
thiệu chuẩn mở OpenGIS; Tìm hiểu cách xây dựng WebGIS với các công ngh ệ
mã nguồn mở như: GeoServer, PostgreSQL + PostGIS, OpenLayers.
 Chương 3: Nội dung và Kết quả thực hiện. Đặc tả yêu cầu, phân tích hệ thống
GIS “Quản lý giao thông bộ Tp. Cần Thơ” và thiết kế WebGIS.
 Chương 4: Kết luận và Hướng phát triển. Trình bày những kết quả đạt được
cũng như những hạn chế khó khăn trong quá trình thực hiện. Đồng thời nêu lên
hướng phát triển của đề tài.



ABSTRACT
A traffic system is the arterial route of both economy and society for every country.
Building traffic system is a prerequisite for the economic and social components
development. However, the operation, maintenance and effective exploitation of traffic
system is more important. Therefore, it is necessary to have a really effective solution
for traffic management.
In some recent years, in the world, Geographic Information Systems - GIS has been
applied successfully in many fields and geospatial-manageable objects which mean
those objects are distributed in somewhere on the earth's surface. They are identified
by geographic co-ordinates on the surface of the earth. Thus, GIS research and
development on traffic infrastructure is necessary, because the traffic infrastructure is
also deployed through geospatial properties. GIS system will provide managers and
administrators overall information about the current state of traffic infrastructure
associated with geographic location. Meanwhile, management and operation of traffic
infrastructure using some other methods such as tables, graphs, diagrams or paper
maps will have a lot of different limitations.
This thesis topic will focus on researching and building a geographic information
system for the management of the road traffic system of Can Tho city.
Content of thesis are presented in four chapters:
 Chapter 1: Overview. Introduce the problem need to be solved and the range of
topics. Make plans and implementation methods.
 Chapter 2: Theoretical Foundations. Presentation on Geographic Information
Systems GIS; Introduction to open standard OpenGIS; Learn how to build
WebGIS with open source technologies such as: GeoServer, PostgreSQL +
PostGIS, OpenLayers.
 Chapter 3: Content and Implementation Results. Requirements specification,
analysis GIS systems "The Road Traffic Management Can Tho city" and design
WebGIS.
 Chapter 4: Conclusions and Direction Development. Present the results and the
difficulty and limitation in the implementation process. Show the direction
development.



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ sở dữ liệu gồm những đối tượng, những
hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn như những
điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) xử lý,
truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc
biệt [1].
Như vậy, hệ thống GIS là hệ thống thích hợp nhất để cung cấp thông tin tổng quan về
hiện trạng cơ sở hạ tầng được triển khai mang tính không gian địa lý. Đặc biệt là trong
việc quản lý hạ tầng giao thông (cũng như hệ thống điện lực, hệ thống cấp thoát nước,
hệ thống thông tin & truyền thông, ), hệ thống GIS sẽ mang đến cho cán bộ quản lý
điều hành những thông tin toàn diện về hiện trạng hạ tầng giao thông gắn với vị trí địa
lý. Trong khi đó, bằng các phương pháp khác như bảng biểu, đồ thị, sơ đồ hoặc bản đồ
giấy để quản lý điều hành hệ thống hạ tầng giao thông thì sẽ gặp nhiều hạn chế khác
nhau trong việc cập nhật, khai thác và thống kê báo cáo thông tin phục vụ quản lý nhà
nước của ngành [2].
Về nghiệp vụ quản lý nhà nước của ngành GTVT, GIS rất hữu ích trong việc quản lý
hạ tầng giao thông. GIS giúp người quản lý và lãnh đạo điều hành công tác quản lý
thông tin đặc thù của mình một cách hiệu quả mà khó có thể có một hệ thống nào khác
thay thế hiệu quả hơn (Chẳng hạn, việc thể hiện được mối tương quan giữa hạ tầng
giao thông với các đối tượng địa lý) [2].
Ngoài ra, một nhu cầu khác nữa rất cần trong quản lý điều hành của các Sở - Ngành là
tính chính xác, đầy đủ và kịp thời của thông tin đặc thù. GIS sẽ cho phép các nhà quản
lý điều hành hệ thống luôn cập nhật mới dữ liệu vào hệ thống nên đảm bảo được yêu
cầu về tính chính xác, đầy đủ và kịp thời của thông tin [2].
GIS còn là công cụ cho phép Sở GTVT có thể chia sẻ thông tin hạ tầng giao thông đến
các Sở - Ngành khác và cộng đồng góp phần phát triển xã hội, cũng như có thể chia sẻ
thông tin từ các Sở - Ngành khác (điện lực, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống thông
tin & truyền thông, ) để phục vụ phát triển hệ thống giao thông vận tải của thành phố
[2].
Từ các vấn đề nêu trên cho thấy GIS cần được nghiên cứu và xây dựng nhằm đáp ứng
yêu cầu phát triển của các Sở - Ngành, góp phần hiệu quả vào công tác quản lý nhà
nước về nhiều lãnh vực quản lý thông tin khác nhau, trong đó có quản lý thông tin về
hạ tầng giao thông của thành phố.
Đề tài “Xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) về hạ tầng giao thông bộ Thành phố
Cần Thơ” được thực hiện nhằm xây dựng một hệ thống thông tin địa lý góp phần phục
Phạm vi
Tổng quan | 2
vụ công tác quản lý hệ thống giao thông đường bộ của Sở giao thông vận tải Thành
phố Cần Thơ.
1.2 LỊCH SỬ VẤN ĐỀ
Hiện nay HTTT quản lý mạng lưới giao thông của Thành phố Cần Thơ chưa được tin
học hóa, phần lớn các nghiệp vụ quản lý của ngành chỉ được xử lý trên giấy thông qua
bộ phần mềm Microsoft Office 2003, 2007, Các bản vẽ sơ đồ hệ thống, bản đồ qui
hoạch giao thông được thực hiện từ các phần mềm AutoCAD 2004, 2007,
Hiện Sở đang sử dụng thử nghiệm Phần mềm “Quản lý hệ thống tuyến giao thông” do
công ty Hài Hòa Phương Nam cài đặt.
Về nguyên tắc chung, Sở GTVT có nhiệm vụ quản lý nhà nước về hệ thống giao thông
vận tải trong phạm vi địa bàn của Thành phố Cần Thơ.
Về nghiệp vụ chuyên môn, Sở GTVT sẽ quản lý thông tin mạng lưới giao thông bộ và
thủy. Các thông tin này được thể hiện qua các dữ liệu chuyên ngành (bao gồm dữ liệu
không gian và dữ liệu phi không gian) phục vụ công tác quản lý của Sở. Cụ thể các dữ
liệu không gian chỉ thể hiện qua bản đồ, sơ đồ (trên bản giấy hay file dạng AutoCAD
chưa số hóa). Các dữ liệu thuộc tính được thể hiện qua các văn bản lưu trữ, các báo
cáo của ngành [2].
Khoảng tháng 12-2011 đề tài “Xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) về kết cấu hạ
tầng của Thành phố Cần Thơ” do TS. Trần Cao Đệ làm chủ nhiệm đã được nghiệm
thu. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu hiện trạng và tạo cơ sở khoa học đề xuất một hệ
thống GIS về kết cấu hạ tầng của Thành phố Cần Thơ. Đây không chỉ đơn thuần là
một đề tài nghiên cứu khoa học, mà còn là dự án nghiên cứu tiền khả thi cho việc xây
dựng GIS tại Thành phố Cần Thơ. Đề tài luận văn được thực hiện dựa trên những kết
quả nghiên cứu về cơ sở hạ tầng giao thông Thành phố Cần Thơ của đề tài vừa giới
thiệu.
1.3 MỤC TIÊU
Mục tiêu của hệ thống GIS cần xây dựng là đáp ứng các yêu cầu quản lý và cung cấp
thông tin một cách đầy đủ về hệ thống giao thông bộ nhằm phục vụ công tác quản lý
chuyên môn nghiệp vụ của Sở GTVT Thành phố Cần Thơ, cũng như phổ biến thông
tin của hệ thống giao thông đến cộng đồng phục vụ và phát triển xã hội.
1.4 PHẠM VI
Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng một hệ thống WebGIS sử dụng các công cụ mã
nguồn mở. Trong đó WebGIS server s ử dụng GeoServer. Phía client dùng để tương tác
với bản đồ dùng OpenLayers. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian sử dụng
PostgreSQL + PostGIS. WebGIS server tương tác với cơ sở dữ liệu không gian lấy về
dữ liệu không gian của đường bộ, bến xe, cầu sau đó cung cấp các dịch vụ bản đồ.
WebGIS client cho phép hiển thị bản đồ và thao tác trên bản đồ thông qua các dịch vụ
Phương pháp thực hiện
Tổng quan | 3
mà WebGIS server cung cấp. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian quản lý dữ liệu
không gian và dữ liệu thuộc tính của các đối tượng giao thông cần quản lý.
Xây dựng tập các công cụ hỗ trợ quản lý và khai thác bản đồ:
 Hiển thị bản đồ
 Tương tác bản đồ
 Đo khoảng cách
 Xem thông tin các đối tượng trên bản đồ
 Tìm kiếm trên bản đồ
 In bản đồ
 Tìm đường đi
Xây dựng công cụ quản lý, phân quyền người dùng.
Xây dựng các công cụ cho phép cập nhật dữ liệu thuộc tính cho các đối tượng giao
thông đường bộ như: đường bộ, cầu, bến xe, bến xe buýt .
Xây dựng công cụ lập báo cáo thống kê phục vụ công tác quản lý giao thông bộ:
 Báo cáo hiện trạng giao thông bộ
 Báo cáo thống kê xây mới, duy tu sửa chữa và nâng cấp hệ thống giao thông
 Báo cáo hiện trạng cầu đường bộ
1.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
1.5.1 Tìm hiểu lý thuyết
Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý GIS. Các vấn đề cần quan tâm:
 GIS và chuẩn OpenGIS
 Hệ quản trị CSDL không gian hổ trợ GIS (PostgreSQL + PostGIS)
 Tìm đường đi ngắn nhất với pgRouting
 Phần mềm phía server cho WebGIS (GeoServer)
 Phầm mềm phía client (OpenLayers)
1.5.2 Phân tích yêu cầu và thiết kế mô hình
 Tìm hiểu về công tác quản lý giao thông đường bộ
 Thiết kế các biểu mẫu, mẫu thống kê báo cáo
 Thiết kế sơ đồ use case
 Thiết kế sơ đồ lớp
 Thiết kế giải thuật
1.5.3 Cài đặt chương trình
Sử dụng các công cụ và phần mềm sau:
 MapInfo Professional 11.0 dùng cho việc số hóa bản đồ.
Kế hoạch thực hiện
Tổng quan | 4
 PostgreSQL 8.3 – Hệ quản trị CSDL quan hệ nguồn mở.
 PostGIS 1.5 for PostgreSQL 8.3 – Plugin bổ sung khả năng quản lý dữ liệu
không gian cho PortgreSQL.
 pgRouting 1.03 – Mở rộng cho PostgreSQL + PostGIS khả năng tìm đường đi
ngắn nhất.
 GeoServer 2.1.3 - Phần mềm máy chủ nguồn mở viết bằng Java cho phép người
dùng chia sẻ và chỉnh sửa dữ liệu không gian địa lý.
 OpenLayers 2.11 - Một thư viện JavaScript thuần dùng để hiển thị dữ liệu bản
đồ trong hầu hết các trình duyệt web hiện đại và không phụ thuộc phía máy
chủ.
 WampServer 2.2 – Gói phần mềm tích hợp Apache2, PHP và MySQL cho phép
tạo môi trường phát triển ứng dụng web.
 Adobe Dreamweaver CS5.5 và Notepad++ v5.9.8 dùng để viết mã PHP,
JavaScript, HTML, CSS, XML.
1.6 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN



TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] K. J. Dueker, "Land Resource Information Systems: A Review of Fifteen Years
Experience," Geo-Processing, vol. 1, pp. 105-128, 1979.
[2] Phan Tấn Tài, “Chuyên đề 2: Tìm hiểu yêu cầu hệ thống thông tin về cơ sở hạ
tầng giao thông Thành phố Cần Thơ,” Khoa CNTT & TT - Đại học Cần Thơ, Cần
Thơ, 2011.
[3] Phạm Hữu Đức, Hệ cơ sở dữ liệu & Hệ thống thông tin địa lý GIS, Hà Nội: Đại
học kiến trúc Hà Nội, 2005.
[4] Nguyễn Ngọc Thạch, Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý, Hà Nội: ĐHKHTN -ĐHQG Hà Nội, 2003.
[5] ESRI, Using GRID with ARC/lNFO, Redlands, 1995.
[6] Trương Xuân Việt và Nguyễn Văn Kiệt, “WebGIS - Technical discussion for
Application Architechture,” Cần Thơ, 2011.
[7] Quách Đồng Thắng, “Sử dụng pgRouting phân tích mạng trong ứng dụng,” trong
Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 12, Hồ Chí Minh, 2011.
[8] “pgRouting Workshop Manual,” 2010. Trực tuyến . Available:
http://workshop.pgrouting.org/. Đã truy cập 4 2012 .
[9] “OpenLayers Documentation,” Trực tuyến . Available:
http://trac.osgeo.org/openlayers/wiki/Documentation. Đã truy cập 4 2012 .
[10] “GeoServer Documentation,” 2010. Trực tuyến . Available:
http://docs.geoserver.org/. Đã truy cập 4 2012 .
[11] “OGC,” 1994. Trực tuyến . Available: http://www.opengeospatial.org/. Đã truy
cập 4 2012 .
[12] Trần Cao Đệ, “Thuyết minh đề tài Xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) về
kết cấu hạ tầng của Thành phố Cần Thơ,” Khoa CNTT & TT - Đại học Cần Thơ,
Cần Thơ, 2011.
[13] Trịnh Công Phú, “Luận văn tốt nghiệp: Bản đồ số chỉ dẫn đường đi và giới thiệu
ĐHCT (Khu II),” Khoa CNTT & TT - Đại học Cần Thơ, Cần Thơ, 2011.
[14] Nguyễn Trần Quốc Tuấn, “Luận văn tốt nghiệp: Bản đồ chỉ dẫn đường đi đến các
điểm thi ĐHCT,” Khoa CNTT & TT - Đại học Cần Thơ, Cần Thơ, 2011.
[15] Nguyễn Kim Lợi và Vũ Minh Tuấn, Thực hành hệ thống thông tin địa lý
(Mapinfo 9.0 + arcview GIS 3.a), Tp. Hồ Chí Minh: Nông nghiệp, 2008.
[16] Bùi Hữu Mạnh, Hướng dẫn sử dụng Mapinfo Professional 7.0, Hà Nội: Khoa học
và Kỹ thuật, 2007.