Xây dựng hệ thống quản lý bản đồ số dựa trên công nghệ Mapserver

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Cao Cường

XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ BẢN ĐỒ SỐ

DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MAPSERVER

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công Nghệ Thông Tin

HÀ NỘI - 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Cao Cường

XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ BẢN ĐỒ SỐ

DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MAPSERVER

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công Nghệ Thông Tin

Cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Minh

HÀ NỘI - 2009

TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN

Ngày nay Hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographic Information

System) đã phát triển rất mạnh, nó được ứng dụng vào rất nhiều ngành và

lĩnh vực khác nhau như trong quân sự, dự báo thời tiết, bản đồ tìm đường

đi, bản đồ địa chất, khoáng sản… Cùng với sự bùng nổ của mạng internet

toàn cầu và phần cứng máy tính, GIS đã phát triển công nghệ cho phép

chia sẻ các thông tin qua mạng, người sử dụng ở khắp mọi nơi trên thế giới

đều có thể sử dụng các ứng dụng này thông qua internet. Việc này đòi hỏi

phải có một ứng dụng trên nền web là sự kết hợp của GIS và web, để quản

lý các thông tin trên bản đồ cho phép xem nội dung các thông tin bản đồ

trên web, có thể thêm hoặc xóa sửa các thông tin này. Bên cạnh đó, xu

hướng phát triển phần mềm dựa trên công nghệ mã nguồn mở cũng đang

được phát triển rất mạnh vì nhiều lợi ích mà nó mang lại. Vì thế, việc

nghiên cứu ứng dụng quản lý bản đồ số dựa trên cơ sở mã nguồn mở sẽ

mang lại khả năng chia sẻ thông tin địa lý rộng rãi.

Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu công nghệ mã nguồn mở

MapServer, trên cơ sở đó xây dựng một ứng dụng quản lý bản đồ số

WebGIS phục vụ cho mục đích nhất định.

Mục lục

Mở đầu..................................................................................................................1

Chương 1 Cơ sở địa lý học..................................................................................3

1.1 Khái niện chung về bản đồ địa lý ....................................................................3

1.1.1 Định nghĩa bản đồ......................................................................................3

1.1.1.1. Bản đồ - mô hình toán học..................................................................3

1.1.1.2. Mô hình thực tiễn................................................................................4

1.1.1.3. Bản đồ - mô hình qui ước ...................................................................5

1.1.2 Các tính chất của bản đồ............................................................................5

1.1.3 Cơ sở toán học của bản đồ địa lý...............................................................6

1.1.3.1. Tỉ lệ bản đồ (map scale)......................................................................6

1.1.3.2. Cơ sở trắc địa – thiên văn của bản đồ .................................................6

1.1.3.3. Hệ toạ độ ...........................................................................................8

1.2 Các hệ qui chiếu bản đồ (Map Projection)......................................................8

1.2.1 Lưới chiếu bản đồ (lưới kinh vĩ tuyến)......................................................8

1.2.1.1. Phép chiếu bản đồ ...............................................................................8

1.2.1.2. Các phép chiếu hình và lưới chiếu hình..............................................9

1.2.2 Bố cục bản đồ ............................................................................................14

1.3. Các phương pháp biểu thị hiện tượng trên bản đồ .........................................14

1.3.1. Phương pháp đường đẳng trị ....................................................................14

1.3.2. Phương pháp chấm điểm ..........................................................................15

1.3.3. Phương pháp ký hiệu đường ..................................................................... 15

1.3.4. Phương pháp ký hiệu đường chuyển động ............................................... 15

1.3.5. Phương pháp biểu đồ định vị....................................................................16

1.3.6. Phương pháp ký hiệu ................................................................................16

1.3.7. Phương pháp biểu đồ ..............................................................................16

Chương 2 GIS – Hệ thống thông tin địa lý........................................................17

2.1. Khái niệm hệ thống thông tin địa lý ...............................................................17

2.1.1 Định nghĩa GIS ..........................................................................................17

2.1.2 Các thành phần của GIS ............................................................................18

2.1.2.1. Thiết bị (Hardware).............................................................................18

2.1.2.2. Phần mềm............................................................................................18

2.1.2.3. Chuyên viên ........................................................................................19

2.1.2.4. Dữ liệu địa lý (Geographic data) ........................................................19

2.1.2.5. Chính sách và quản lý.........................................................................20

2.2 Dữ liệu trong GIS ............................................................................................20

2.2.1 Các dạng dữ liệu GIS.................................................................................20

2.2.2 Mô hình thông tin không gian ...................................................................20

2.2.2.1. Hệ thống vector...................................................................................21

2.2.2.2. Hệ thống raster....................................................................................25

2.2.2.3. Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster ..................................29

2.2.2.4. So sánh vector và raster ......................................................................30

2.2.3 Mô hình thông tin thuộc tính .....................................................................31

2.3. WebGIS – Công nghệ GIS qua mạng ............................................................33

2.3.1. Giới thiệu WebGIS ...................................................................................34

2.3.2. Sơ đồ hoạt động của WebGIS...................................................................34

2.3.3. Tiềm năng của WebGIS............................................................................35

2.3.4. Các kiến trúc triển khai WebGIS..............................................................35

2.3.4.1. Server side...........................................................................................35

2.3.4.2. Client side ...........................................................................................36

2.3.4.3. Kết hợp cả 2 chiến lược ............................................................................37

2.3.5. Trao đổi dữ liệu của hệ thống WebGIS....................................................38

2.3.5.1. Web Map Service / Server ..................................................................38

2.3.5.2. Web Feature Service / Server .............................................................39

Chương 3 MapServer – WebGIS Application..................................................40

3.1. Giới thiệu Mapserver......................................................................................40

3.2. Các thành phần của Mapserver......................................................................41

3.2.1 File khởi tạo ...............................................................................................41

3.2.2 Map file......................................................................................................41

3.2.3 Template file..............................................................................................42

3.2.4 Dữ liệu GIS................................................................................................42

3.3. Sơ đồ hoạt động của Mapserver ....................................................................42

3.4. Cài đặt Mapserver...........................................................................................43

3.5. Tìm hiểu Mapfile............................................................................................44

3.5.1. Map Object ...............................................................................................44

3.5.2. Layer Object .............................................................................................46

3.5.3. Query Map Object ....................................................................................48

3.5.4. Projection Object ......................................................................................49

3.6. Kết nối các loại dữ liệu...................................................................................51

3.6.1. Dữ liệu ESRI Shapefiles (SHP)................................................................51

3.6.2. Kết nối dữ liệu Raster ...............................................................................53

3.6.3. Kết nối dùng thư viện OGR......................................................................56

3.6.4. Kết nối dữ liệu dùng WMS.......................................................................60

3.6.5. Kết nối dữ liệu dùng WFS (Web Feature Server) ....................................62

Chương 4: Xây dựng hệ thống quản lý bản đồ số dựa trên công nghệ

MapServer............................................................................................................64

4.1 Bài toán xây dựng hệ thống quản lý bản đồ số................................................64

4.2 Dữ liệu bản đồ .................................................................................................64

4.2.1 Shapefile ....................................................................................................64

4.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu..............................................................................65

4.3 Xây dựng chương trình....................................................................................66

4.3.1 Tạo Mapfile................................................................................................66

4.3.2. Xây dựng các chức năng...........................................................................67

4.3.2.1. Công cụ phóng to, thu nhỏ, pan ..........................................................67

4.3.2.2. Công cụ hiển thị, tắt các lớp ...............................................................67

4.3.2.3. Công cụ hiển thị thông tin của đối tượng............................................68

4.3.2.4. Công cụ tìm kiếm................................................................................68

4.3.3. Xây dựng các hàm xử lý...........................................................................68

4.4. Cài đặt chương trình và thử nghiệm...............................................................71

4.4.1. Cài đặt.......................................................................................................71

4.4.2. Một số giao diện chương trình..................................................................71

4.4.3. Thử nghiệm chương trình .........................................................................74

Kết luận ................................................................................................................75

1

Mở đầu

Trong lịch sử, con người đã biết sử dụng bản đồ từ rất lâu, bản đồ ban đầu chỉ là

hình vẽ mô tả những thực thể trên mặt đất ở dạng đơn giản bằng các điểm, đường. Nó

thường là các bản đồ quân sự và bản đồ thám hiểm. Ngày nay bản đồ giấy không chỉ là

bản đồ quân sự hay thám hiểm, nó đã mang trên mình được rất nhiều thông tin, và

phân ra làm nhiều loại bản đồ khác nhau. Nó sử dụng các đường nét, màu sắc, ký hiệu,

chữ và số để thể hiện các thông tin địa lý. Nó có thể mô tả vị trí, hình dạng đặc tính có

thể nhận thấy như phong cảnh: sông, suối, đường xá, làng mạc, rừng cây… Bản đồ

giúp con người có cái hình dung tổng thể và trừu tượng hơn, chúng ta có thể dùng bản

đồ để tìm đường đi, tìm điểm du lịch…

Tuy nhiên ngày nay thì lượng thông tin càng ngày càng nhiều, và phân hóa thành

nhiều lĩnh vực khác nhau. Bản đồ in trên giấy với nhiều nhược điểm như thời gian xây

dựng, đo đạc tạo lập và con người dùng cho việc tạo bản đồ là rất nhiều và tốn kém.

Lượng thông tin trên bản đồ giấy lại hạn chế vì quá nhiều thông tin sẽ gây khó đọc, và

không thể cập nhật theo thời gian. Bản đồ máy tính ra đời, nó là sự mô hình hóa không

gian và lưu trữ vào trong máy tính, nó có thể hiển thị trên máy tính và in ra giấy. Thuật

ngữ GIS (hệ thống thông tin địa lý) ra đời, GIS hình thành từ các ngành khoa học: địa

lý, toán học, bản đồ, và tin học. GIS là một hệ thống nó bao gồm cả phần cứng và

phần mềm, phục vụ cho việc vẽ bản đồ, phân tích vật thể, hiện tượng trên trái đất. GIS

có thể tạo được bản đồ tĩnh nhiều màu sắc đẹp và hơn nữa là bản đồ động, giúp người

dùng có thể chọn lựa và bỏ bất cứ thành phần nào trên bản đồ nhằm phân tích một

cách nhanh chóng các yếu tố trên bản đồ. GIS ra đời từ những năm 1960 tới nay,

nhưng nó chưa đến được với người dùng, vì các ứng dụng GIS thường vẫn là các ứng

dụng GIS chạy trên máy tính đơn, yêu cầu phải có phần mềm riêng biệt cho việc xử lý

các thông tin GIS. Cùng với sự bùng nổ của công nghệ thông tin và mạng internet toàn

cầu, máy tính đã trở nên phổ biến. Và GIS cũng đã thực sự bùng nổ từ nhu cầu thực

tiễn. Tất cả các ngành như quy hoạch, quản lý tài nguyên và môi trường, quản lý đô

thị, giao thông, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, thông tin du lịch; tất cả các cấp từ

quốc gia, tỉnh, huyện đến xã, thôn đều có nhu cầu ứng dụng GIS cho các hoạt động

điều hành, quản lý. Bản đồ sẽ được số hóa và đưa lên trên mạng internet, người dùng

trên khắp thế giới chỉ cần có máy tính nối mạng internet và trình duyệt web, là có thể

sử dụng bản đồ này một cách dễ dàng mà không phải cài đặt thêm một phần mềm nào

phức tạp và tốn kém.

2

Nội dung chính của đề tài là tìm hiểu công nghệ Mapserver mã nguồn mở, áp

dụng xây dựng các ứng dụng GIS mà tiêu biểu là WebGIS trên internet.

Nội dung khóa luận được chia làm 4 chương.

Chương 1: Cơ sở địa lý học, tìm hiểu về bản đồ, cơ sở toán học của bản đồ, các

phép chiếu hình bản đồ, các phương pháp biểu thị đối tượng trên bản đồ.

Chương 2: GIS các thành phần của một hệ thống GIS, các dạng dữ liệu GIS,

WebGIS công nghệ GIS trên mạng internet.

Chương 3: Tìm hiểu phần mềm mã nguồn mở MapServer, hoạt động của

Mapserver, Các thành phần của Mapserver, Kết nối dữ các loại dữ liệu bản đồ trong

MapServer.

Chương 4 : Xây dựng hệ thống quản lý bản đồ số dựa trên MapServer

Khóa luận sẽ rất khó hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ tận tình, và truyền đạt

các kiến thức mới của thầy TS. Trần Minh. Em xin chân thành cảm ơn sự dạy dỗ chỉ

bảo của thầy. Qua khóa luận em cũng xin được trân trọng cảm ơn các Thầy cô trong

trường đã giảng dạy cho em kiến thức trong suốt bốn năm học, làm nền tảng vững

chắc cho em thực hiện khóa luận.

Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết mình, nhưng do thời gian cũng như kiến thức của bản

thân còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự thông cảm

và chỉ bảo tận tình của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn!