Ứng dụng công nghệ GIS xây dưng bản đồ trực tuyến các địa điểm du lịch tại Thành Phố Hà Nội

2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Đức Phương CÁC GIẢI PHÁP BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2008 3 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Đức Phương CÁC GIẢI PHÁP BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn : TS. Nguyễn Hải Châu HÀ NỘI - 2008 4 TÓM TẮT KHÓA LUẬN GIS-Geography Information System(Hệ thống thông tin địa lý) ra đời và được phát triển mạnh trong những năm gần đây. Cùng với sự bùng nổ về công nghệ của Internet, GIS cũng đã phát triển công nghệ cho phép chia sẻ thông tin thông qua mạng toàn cầu bằng cách kết hợp GIS và Web. Bên cạnh đó, xu hướng chia sẻ dữ liệu, phát triển phần mềm trên công nghệ mã nguồn mở cũng được quan tâm ở các nước đang phát triển vì nhiều lợi ích mà nó mang lại. Vì thế, việc nghiên cứu ứng dụng trên cơ sở mã nguồn mở sẽ mang lại khả năng chia sẻ thông tin địa lý rộng rãi cho các ngành. Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu nền tảng công nghệ GIS, từ đó đưa ra các giải pháp về bản đồ trực tuyến, khả năng xây dựng ứng dụng bản đồ trên cơ sở mã nguồn mở và từ đó xây dựng website bản đồ trực tuyến về các địa điểm du lịch trên thành phố Hà Nội. Khóa luận được chia thành các phần chính sau: Mở đầu: Đặt vấn đề và đưa ra mục tiêu nghiên cứu. Chương 1: Giới thiệu về bản đồ, nghiên cứu về công nghệ GIS và ứng dụng công nghệ GIS trên nền web. Chương 2: Tìm hiểu một số giải pháp về bản đồ trực tuyến, đi xâu nghiên cứu giải pháp sử dụng phần mền mã nguồn mở MapServer. Chương 3: Xây dựng ứng dụng bản đồ trực tuyến phục vụ nhu cầu du lịch thành phố Hà Nội. Kết luận: Kết quả đạt được và định hướng phát triển trong tương lai. 5 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho em được cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Hải Châu, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và đóng góp những ý kiến quý báu trong suốt quá trình em làm khóa luận tốt nghiệp này. Em xin cảm ơn và gửi những lời chúc tốt đẹp nhất đến các thầy cô giáo trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội, đã tận tâm truyền đạt những kiến thức quý báu làm nền tảng để em bước vào đời. Cuối cùng, em xin được cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã giúp đỡ em, là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này. Người thực hiện NGUYỄN ĐỨC PHUƠNG 6 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................8 DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................10 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ ...............................................................11 MỞ ĐẦU.......................................................................................................................12 1. Đặt vấn đề ..............................................................................................................12 2. Nội dung và mục tiêu nghiên cứu..........................................................................13 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GIS TRÊN NỀN WEB................14 1.1 Giới thiệu về bản đồ.............................................................................................14 1.2 Các phương pháp biểu diễn bản đồ .....................................................................14 1.2.1 Phân loại bản đồ ............................................................................................14 1.2.2 Các thành phần của bản đồ............................................................................15 1.2.3 Độ chính xác của bản đồ ...............................................................................16 1.2.4 Các chú giải trên bản đồ................................................................................16 1.2.5 Phương pháp thể hiện thông tin trên bản đồ .................................................18 1.2.6 Sự khái quát hóa và sự phóng đại .................................................................19 1.3 Công nghệ GIS trên nền Web.............................................................................19 1.4 Sơ đồ hoạt động của ứng dụng GIS trên nền Web ..............................................20 1.5 Dữ liệu về GIS .....................................................................................................21 1.5.1 Các khái niệm cơ bản....................................................................................21 1.5.2 Các dạng dữ liệu của GIS..............................................................................24 1.5.3 Mô hình thông tin không gian.......................................................................24 1.5.4 Mô hình thông tin phi không gian.................................................................30 CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN.....................................33 2.1 Một số giải pháp bản đồ trực tuyến .....................................................................33 2.1.1 MapBender....................................................................................................33 2.1.2 MapGuide Open Source................................................................................33 2.1.3 OpenLayers ...................................................................................................34 2.2 Phần mềm mã nguồn mở MapServer ..................................................................34 2.2.1 Giới thiệu về Mapserver...............................................................................34 2.2.2 Thành phần và mô hình xử lý của Mapserver...............................................36 2.2.3 Tìm hiểu Mapfile...........................................................................................39 7 2.2.4 Xử lý kết nối các loại dữ liệu ........................................................................48 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG WEBSITE BẢN ĐỒ TRỰC TUYẾN VỀ CÁC ĐỊA ĐIỂM DU LỊCH TRÊN THÀNH PHỐ HÀ NỘI ....................................................52 3.1 Phân tích .............................................................................................................52 3.1.1 Hiện trạng và nhu cầu của thông tin .............................................................52 3.1.2 Phân tích hệ thống và định hướng công nghệ ..............................................52 3.2 Thiết kế ................................................................................................................53 3.2.1 Thiết kế kiến trúc ..........................................................................................53 3.2.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu....................................................................................54 3.2.3 Thiết kế chức năng ........................................................................................64 3.2.4 Thiết kế giao diện..........................................................................................66 3.3 Xây dựng..............................................................................................................70 3.3.1 Xây dựng máy chủ cung cấp dữ liệu.............................................................70 3.4 Cài đặt và thử nghiệm..........................................................................................70 KẾT LUẬN ..................................................................................................................72 1. Kết quả đạt được...................................................................................................72 2. Hướng phát triển đề tài .........................................................................................72 PHỤ LỤC .....................................................................................................................73 Phụ lục 1: Một số giao diện người dùng người dùng ................................................73 Phụ lục 2: Giao diện quản trị .....................................................................................79 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................81 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Bản đồ dạng đường nét.....................................................................................14 Hình 2: Bản đồ dạng ảnh ...............................................................................................15 Hình 3: Sơ đồ hoạt động của WebGIS ..........................................................................20 Hình 4: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point). ......................................25 Hình 5: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng đường .................................................26 Hình 6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon) ..................................26 Hình 7: Một số khái niệm trong cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ. ....................................27 Hình 8: Sự biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng Raster....................................................29 Hình 9: Sự chuyển đổi dữ liệu giữa raster và vector .....................................................30 Hình 10: Sơ đồ hoạt động của Mapserver .....................................................................36 Hình 11: Quy trình xử lý của Mapserver.......................................................................38 Hình 12: Mô hình đối tượng trong Mapfile...................................................................39 Hình 13: Chồng xếp các Layer ......................................................................................39 Hình 14: Danh sách font sử dụng ..................................................................................40 Hình 15: Thứ tự được vẽ các Layer...............................................................................43 Hình 16: Mô hình 3 tầng trong thiết kế kiến trúc ..........................................................53 Hình 17: Quan hệ giữa thực thể Phường/Xã và Quận/Huyện.......................................55 Hình 18: Quan hệ giữa thực thể Đường giao thông và Bảo tàng ..................................55 Hình 19: Quan hệ giữa thực thể Đường giao thông và Khách sạn................................55 Hình 20: Quan hệ giữa thực thể Đường giao thông và Nhà hàng .................................55 Hình 21: Quan hệ giữa thực thể Đường giao thông và Di tích danh lam......................56 Hình 22: Quan hệ giữa thực thể Đường giao thông và Công ty lữ hành.......................56 Hình 23: Quan hệ giữa thực thể Quận/Huyện và Bảo tàng...........................................56 Hình 24: Quan hệ giữa thực thể Quận/Huyện và Khách sạn ........................................56 Hình 25: Quan hệ giữa thực thể Quận/Huyện và Nhà hàng..........................................56 Hình 27: Quan hệ giữa thực thể Phường/Xã và Bảo tàng .............................................57 Hình 28: Quan hệ giữa thực thể Phường/Xã và Khách sạn...........................................57 Hình 29: Quan hệ giữa thực thể Phường/Xã và Nhà hàng............................................57 Hình 30: Quan hệ giữa thực thể Phường/Xã và Di tích danh lam.................................57 Hình 31: Quan hệ giữa thực thể Phường/Xã và Công ty lữ hành..................................58 Hình 32: Lược đồ mô tả các thực thể và mối quan hệ giữa các thực thể ......................63 Hình 33: Sơ đồ các chức năng.......................................................................................64 Hình 34: Sơ đồ quản trị .................................................................................................66 Hình 35: Sơ đồ web dành cho người dùng ....................................................................67 9 Hình 36: Giao diện trang chủ ........................................................................................68 Hình 37: Giao diện Danh sách bảo tàng........................................................................68 Hình 38: Giao diện chi tiết bảng tàng............................................................................69 Hình 39: Giao diện bản đồ.............................................................................................69 10 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các phương pháp thể hiện bản đồ....................................................................18 Bảng 2: Bảng lớp dữ liệu không gian............................................................................59 Bảng 3: Chi tiết bảng Quản trị.......................................................................................59 Bảng 4: Chi tiết bảng bảo tàng ......................................................................................60 Bảng 5: Chi tiết bảng Công ty lữ hành ..........................................................................60 Bảng 6: Chi tiết bảng Danh lam ....................................................................................61 Bảng 7: Chi tiết bảng khách sạn ....................................................................................61 Bảng 8: Chi tiết bảng Nhà hàng ....................................................................................62 Bảng 9: Chi tiết bảng Quận ...........................................................................................62 Bảng 10: Chi tiết bảng Phường .....................................................................................62 Bảng 11: Chi tiết bảng Đường giao thông.....................................................................63 Bảng 12: Kết quả kiểm thử............................................................................................71 11 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ Thuật ngữ Từ tiếng Anh Định nghĩa tiếng Việt API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng Cartogram Biểu đồ diện tích CGI Common Gateway Interface Chuẩn để kết nối chương trình ứng dụng với Web server GDAL Geospatial Data Abstraction Library Là thư viện biên dịch định dạng dữ liệu địa lý[15] GIS Geography Information System Hệ thống thông tin địa lý. Sử dụng công nghệ này là một công nghệ dựa trên máy tính để xây dựng bản đồ, phân tích và xử lý các đối tượng tồn tại và các sự kiện xảy ra trên trái đất. GML Geography Markup Language Ngôn ngữ đặc tả về dữ liệu địa lý. OGC Open Geospatial Consortium Là tổ chức tập hợp các nhà phát triển nghiên cứu đưa ra các chuẩn cho hệ địa lý SDE Spatial Database Enginee Cơ sở dữ liệu không gian tập trung 12 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Mục đích của mạng Internet, như những người tiền sáng lập và đặt nền móng cho nó công bố là phổ cập tri thức toàn cầu. Người sử dụng dù ở bất kỳ đâu, đều có thể truy cập, khai thác những gì cần cho công việc trong kho tàng tri thức chung nhân loại. Bản đồ học là một ngành của khoa học tự nhiên, cũng chịu sự chi phối đó. Mặt khác, mọi thông tin trong tất cả các lĩnh vực cuộc sống, ngành khoa học, kinh tế, xã hội... cũng đều gắn với các yếu tố không gian địa lý. Những yếu tố đó đã gắn kết, trở thành xu hướng tất yếu cho mọi ngành, mọi nghề, cho các nhà kinh doanh... vô hình chung, mỗi chủ thể đều tiến tới xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (GIS) của mình để quảng bá, giao dịch. Mọi hệ GIS đều cần có nền là dữ liệu địa lý. Cũng có thể vì lý do này, mà các phần mềm về dữ liệu địa lý nền trở nên rất đa dạng. Các phần mềm dữ liệu địa lý nền này hoạt động được trên mạng Internet, tạm gọi là Web bản đồ trực tuyến. Hiện nay, có rất nhiều giải pháp bản đồ trực tuyến được các nhà phát triển đưa ra như Mapbender, MapBuilder, MapGuide Open Source, MapServer, OpenLayers, chúng đều là các phần mềm mã nguồn mở hỗ trợ xây dựng các ứng dụng về bản đồ trên nền web. Du lịch là một trong những dịch vụ mang lại thú vui, sự thư giãn cho con người, là nơi mà con người khám phá ra vẻ đẹp thiên nhiên, vẻ đẹp về văn hóa, những phong tục tập quán, vẻ đẹp về truyền thống văn hóa ở những vùng đất khác nhau, nhất là trong thời đại công nghiệp như hiện nay. Để có một chuyến du lịch thuận lợi, thoải mái thì những thông tin liên quan đến địa điểm du lịch, các thông tin về dịch vụ do các công ty du lịch cung cấp là điều mà bất cứ người đi du lịch nào cũng cần phải biết trước. Hiện nay, với cuộc sống bận rộn, người đi du lịch có thể có các thông tin bằng việc truy cập các trang web thông qua mạng internet. Trong những năm gần đây, GIS đã được ứng dụng rất nhiều trong các ngành khoa học có liên quan đến dữ liệu không gian. Với khả năng quản lý, chia sẻ các ứng dụng thông tin địa lý qua mạng internet/intranet. Bằng việc kết hợp GIS và web để tạo thành WebGIS, người đi du lịch sẽ truy cập được các thông tin du lịch kết hợp với các bản đồ động để có được cái nhìn trực quan về các địa điểm mà mình sẽ đến thông qua 13 trình duyệt web mà không cần phải học sử dụng các phần mềm GIS. Bên cạnh đó, nếu kết hợp xây dựng WebGIS trên phần mềm mã nguồn mở thì sẽ có được các lợi ích mà phần mềm mã nguồn mở mang lại như chi phí đầu tư về phần mềm giảm, tận dụng được các thành quả ý tưởng chung của cộng đồng, tính chất an toàn cao. 2. Nội dung và mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu về công nghệ GIS, ứng dụng công nghệ GIS trên nền Web, đưa ra các giải pháp về bản đồ trực tuyến, từ đó xây dựng website bản đồ trực tuyến về các địa điểm du lịch trên thành phố Hà Nội dựa trên nền sản phẩm mã nguồn mở MapServer. 14 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GIS TRÊN NỀN WEB 1.1 Giới thiệu về bản đồ Bản đồ là một mô hình các thực thể và hiện tượng trên trái đất, trong đó thực thể được thu nhỏ, các hiện tượng được khái quát hóa để thể hiện được trên mặt phẳng vẽ. Bản đồ chứa các thông tin về vị trí và các tính chất của vật thể, hiện tượng mà nó trình bày. Thế giới thực rất rộng lớn và phức tạp để chúng ta có thể bao quát được. Nếu một phần không gian được chọn với một tỉ lệ nhỏ hơn thực tế thì chúng ta có thể thấy được cấu trúc và dạng của phần không gian đó dễ hơn nhiều và từ đó có thể thấy thấu đáo được khu vực nghiên cứu và đưa ra quyết định đúng đắn. Thông thường bản đồ là một mô hình theo tỉ lệ, nghĩa là tỉ lệ của khoảng cách trên tỉ lệ với khoảng cách trên thực tế sẽ bằng nhau với mọi vị trí trên bản đồ, trong một khu vực rộng lớn được chiếu trên bản đồ với một tỉ lệ nhỏ thì tỉ lệ này cũng có một sai số nhỏ. Về thực chất bản đồ là một hệ thống về không gian. Chúng ta có thể xem bản đồ và tìm thấy các thông tin trên bản đồ. 1.2 Các phương pháp biểu diễn bản đồ 1.2.1 Phân loại bản đồ Bản đồ có 2 dạng chính Dạng đường nét Hình 1: Bản đồ dạng đường nét 15 Dạng ảnh Hình 2: Bản đồ dạng ảnh Bản đồ đường nét dùng các kí hiệu, nét vẽ để thể hiện thông tin một cách tóm lược về khu vực thể hiện, chủ yếu được vẽ bằng thủ công với sự trợ giúp của máy tính. Bản đồ ảnh thường là những hình chụp ngoài thực địa từ trên cao, người ta thường vẽ thêm đường nét để nhấn mạnh các thực thể vào trong bản đồ ảnh. Bản đồ dạng này có ưu điểm là vẽ nhanh, miêu tả được những địa hình mà dùng nét vẽ thì khó thể hiện được(Ví dụ ao hồ, sa mạc ). Tuy nhiên bản đồ này thường gặp khó khăn trong việc giải đoán các thực thể trên bản đồ. 1.2.2 Các thành phần của bản đồ Thành phần của bản đồ liên quan đến mục đích sử dụng của nó. Các thành phần của bản đồ là: • Thành phần chính: Là phần chủ đề của bản đồ, ví dụ như địa lý, địa chất, dân số. Đối với bản đồ địa hình, thành phần chính là tất cả thông tin được vẽ bao gồm cả tên của các vùng. • Thành phần thứ hai(Bản đồ nền): Đối với bản đồ chủ đề, thành phần này này là phần địa hình, bao gồm lưới tọa độ. • Thành phần phụ trợ(Thông tin chú thích, tỉ lệ): Là các thông tin như chú thích, tỉ lệ, tiêu đề. 16