Đặt vấn đề Ta xem xét các ứng dụng GIS đa phƣơng tiện trên internet mà trọng tâm là thống kê (inventory), đánh giá và bảo tồn kho tƣ liệu về các địa điểm nổi tiếng nhƣ các di tích lịch sử, khảo cổ, các danh lam thắng cảnh, điểm vui chơi giải trí, … sau đó xuất bản lên Internet phục vụ đông đảo quần chúng. Trang web sẽ cung cấp nhiều thông tin, có kết nối với các công cụ đa phƣơng tiện. Khi truy nhập trang web, ngƣời sử dụng có thể nhận đƣợc các thông tin mới nhất liên quan. Các liên kết với công cụ đa phƣơng tiện cho phép xử lý hình ảnh, video, bản đồ, mô hình 3D, mô hình thiết kế CAD … cũng nhƣ các dữ liệu văn bản.
Ngƣời sử dụng có thể truy cập nhiều kiểu dữ liệu đa phƣơng tiện có tham chiếu địa lý. Hình dƣới đây khái quát yêu cầu tích hợp vào CSDL của hệ thống GIS nhiều nguồn dữ liệu đa phƣơng tiện khác nhau. Hình 2: Nhu cầu tích hợp dữ liệu đa phương tiện với GIS. Hệ thống WebGIS với mô hình khách-chủ Một giải pháp cho vấn đề nêu trên là hệ thống WebGIS.
WebGIS là hệ thông tin địa lý phân tán trên mạng máy tính để thu thập, phân phát, truyền tải các thông tin địa lý dựa trên nền công nghệ Web. Hệ thống WebGIS sử dụng mô hình kiến trúc khách – chủ. Mô hình khách chủ có thể triển khai theo 2 cách tiếp cận” nhẹ khách” (thin client) hoặc” nặng khách” (thick client). Mô hình” nhẹ khách” có nghĩa là hầu hết công việc xử lý ở phía chủ dịch vụ (tức là nặng chủ), phía khách không làm gì nhiều hơn là hiển thị kết quả.
Ƣu điểm của LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 18 mô hình này là ngƣời dùng không cần cài đặt thêm các công cụ. Máy khách nhẹ tải nên không cần cấu hình cao. Tuy nhiên để giảm tải cho phía chủ cung cấp dịch vụ, các máy chủ Web, máy chủ CSDL và WebGIS có thể không tập trung trên một máy nền duy nhất mà phân tán trên các máy khác nhau và liên kết qua mạng. Nhƣợc điểm của mô hình này là nếu ngƣời sử dụng cần thao tác với dữ liệu không gian, ví dụ cập nhật một đối tƣợng, một khu vực địa lý trên bản đồ thì sẽ khó thực hiện.
Nhƣ vậy, mô hình” nhẹ khách” là giải pháp đơn giản để xây dựng tập bản đồ chủ yếu phục vụ tra cứu, tìm kiếm thông tin, chỉ sử dụng bộ duyệt web. Hình 3: Mô hình khách-chủ cho hệ thống WebGIS. Mô hình ”nặng khách” là đối lập với ”nhẹ khách”. Phía khách đảm nhiệm thêm một số chức năng xử lý, cần cài đặt thêm các tiện ích ví dụ các trình cắm thêm (plug- ins), ActiveX hay Java-applets.
Các tiện ích GIS cắm thêm mở rộng khả năng của bộ duyệt web, làm cho nó có khả năng xử lý các khuôn dạng dữ liệu GIS. Một số chức năng GIS đơn giản có thể do các trình cắm thêm hay các applet thực hiện tại phía khách, không cần gửi về máy chủ dịch vụ. Điều này giảm bớt việc truyền dữ liệu trên mạng. Ƣu điểm của giải pháp” nặng khách” là khả năng tƣơng tác cao hơn, ngƣời sử dụng có thể thực hiện nhiều phép phân tích dữ liệu địa lý hơn, giao diện ngƣời sử dụng đƣợc hoàn thiện hơn.
Nhƣợc điểm của giải pháp” nặng khách” chủ yếu là ở khâu phân phát công cụ phần mềm và dữ liệu. Nhƣ đã biết, không có phần mềm nào chạy trên mọi máy tính. Kiến trúc hệ thống theo mô hình mở và phù hợp chuẩn Trong lĩnh vực GIS, tổ chức Open GIS Consortium (OGC) chịu trách nhiệm thiết lập các chuẩn để có các hệ thống mở. Trƣớc đây ngƣời sử dụng hệ thông tin địa lý phải lệ thuộc vào nhà cung cấp.
Mỗi nhà cung cấp sử dụng những công nghệ độc quyền, dữ liệu địa lý có các khuôn dạng riêng. Sự trao đổi chia sẻ dùng chung giữa các hệ thống khác nhau là rất khó khăn. Yêu cầu khắc phục các nhƣợc điểm trên dẫn đến sự ra đời của OGC và việc đề xuất nhiều chuẩn công nghệ mở cho GIS. Có thể tham khảo các đặc tả chuẩn của OGC tại địa chỉ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 19 http://www.org/standards Để minh họa, dƣới đây sẽ trình bày sơ lƣợc về đặc tả chuẩn các đối tƣợng hình học đơn giản (simple features) cho GIS mà OGC đƣa ra.
Đây chính là các đối tƣợng hình học cơ sở, là các thành phần đồ họa vector làm nên một bản đồ số hóa. Ví dụ này cũng giúp hiểu rõ hơn thuật ngữ” features” và đặc tả dịch vụ WFS - Web Feature Server sẽ trình bày trong phần sau. Theo đặc tả này các đối tƣợng hình học cơ sở gồm có: POINT, LINESTRING, POLYGON, MULTIPOINT, MULTILINESTRING, MULTIPOLYGON, GEOMETRYCOLLECTION. Sơ đồ UML thể hiện quan hệ giữa các đối tƣợng.
Hình 4: Các đối tượng hình học cơ sở theo đặc tả OGC Dƣới đây là các ví dụ minh hoạ biểu diễn dạng text của các đối tƣợng nói trên. POINT(0 0 0) LINESTRING(0 0,1 1,1 2) POLYGON ((0 0 0, 4 0 0, 4 4 0, 0 4 0, 0 0 0),(1 1 0, 2 1 0, 2 2 0, 1 2 0, 1 1 0)) MULTIPOINT(0 0 0, 1 2 1) MULTILINESTRING((0 0 0, 1 1 0, 1 2 1)(2 3 1,3 2 1,5 4 1)) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mô hình dịch vụ web mở (OWS - Open Web Service) Dƣới đây xem xét những mô hình và đặc tả chuẩn liên quan đến mục tiêu xây dựng hệ thống WebGIS mã nguồn mở. Mô hình dịch vụ web cho hệ thống WebGIS Mô hình hệ thống kiểu dịch vụ web mới đƣợc đề xuất trong thời gian gần đây.
Theo mô hình này, một dịch vụ web là một chƣơng trình thực hiện một dịch vụ cụ thể khi nhận đƣợc yêu cầu dƣới dạng thông điệp XML thông qua Internet. Một hệ thống sẽ gồm nhiều dịch vụ web tƣơng tác với nhau qua trao đổi thông điệp để đáp ứng yêu cầu của ngƣời dùng. Xử lý thông tin địa lý là tác vụ yêu cầu những phần mềm (và đôi khi cả phần cứng) chuyên dụng. Một giải pháp đƣợc đề xuất là tách riêng dữ liệu và việc xử lý thành 2 dịch vụ khác nhau, triển khai phân tán theo mô hình dịch vụ web.
OGC xem xét OWS nhƣ là một hệ thống mà ngƣời sử dụng có thể truy cập dữ liệu không gian (geospatial data) thông qua môt giao diện thống nhất không phụ thuộc vào hệ thống nền. Bộ OWS bao gồm 3 loại dịch vụ thông tin tham chiếu địa lý chính. Đó là Dịch vụ web bản đồ (WMS - Web Map Server), Dịch vụ web (WCS - Web Coverage Server) và Dịch vụ web các đối tƣợng địa lý cơ sở (WFS - Web Feature Server - thuật ngữ feature ở đây hiểu là geographic features). Dịch vụ web bản đồ (WMS - Web Mapping Service) WMS có khả năng sinh ra bản đồ nhƣ một tệp ảnh (thông thƣờng là JPEG, PNG hay GIF) hoặc thậm chí các phần tử đồ họa kiểu vector theo khuôn dạng đồ họa vector định cỡ (co giãn) đƣợc (SVG - Scalable Vector Graphics) của các dữ liệu có tham chiếu địa lý.
Điều này tƣơng phản với Web Feature Service (WFS) trả về dữ liệu địa lý thô. Hãy xem máy chủ WMS nhƣ là một kho lƣu trữ các kiểu bản đồ cụ thể. Các bản đồ này sẽ đƣợc sinh ra động (on the fly) tùy theo yêu cầu của NSD dựa theo các mô tả trong tệp mô tả kiểu phân tầng (SLD- Styled Layered Description). SLD đƣợc dùng để định nghĩa các quy tắc theo một ngôn ngữ định kiểu mà cả phía khách lần phía chủ đều hiểu.
Dịch vụ web các đối tượng hình học cơ sở (WFS-Web Feature Service) Theo OGC, Web Feature Service (WFS) quy định các giao diện để thao tác dữ liệu trong các giao dịch thông tin địa lý. Các phép toán của WFS gồm: chèn thêm, sửa đổi, hủy, vấn tin (insert, update, delete, query, discovery) trên các đối tƣợng địa lý cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Một WFS có khả năng thực hiện những công việc của WMS và hơn thế nữa. Khi WMS trả về một hình ảnh, WFS sẽ trả về dữ liệu dƣới dạng GML (Geographic Markup Language) là ngôn ngữ chuẩn cho các ứng dụng không gian.
Nó cho phép lập trình viên phát triển các ứng dụng thực hiện vấn tin không gian trên Internet hay thông qua các giao thức SOAP. Dịch vụ web lớp phủ (WCS - Web Coverage Service) Thuật ngữ” coverages” nghĩa là lớp phủ bề mặt. Trong GIS nó đƣợc dùng để chỉ một phạm trù rộng lớn các dữ liệu địa không gian, một tập hợp các khu vực địa lý xem xét theo một thuộc tính nào đó. Ví dụ, có thể là một bản đồ chất đất, một ảnh vệ tinh, một mô hình độ cao địa hình… WCS hỗ trợ trao đổi qua mạng các dữ liệu địa không gian là các lớp phủ, tức là các giá trị thuộc tính của khu vực đang xét.
Đối lập với dịch vụ web bản đồ, xử lý dữ liệu không gian để trả về kết quả là một bản đồ tĩnh, hiển thị lên màn hình, dịch vụ web lớp phủ cho phép truy cập đến thông tin địa không gian nguyên dạng (unrendered), mà khi cần phía khách có thể rendering, hoặc truy cập lớp phủ đa trị, hoặc dùng làm đầu vào cho một mô hình tính toán khác. Nói nôm na, dịch vụ web lớp phủ cung cấp truy cập đến dữ liệu” thô” nguyên chất chƣa xử lý, trong khi đó dịch vụ web bản đồ cung cấp một tệp hình ảnh (là bản đồ chuyên đề) sẵn sàng đƣa ra màn hình. Các phép toán then chốt của dịch vụ web lớp phủ sẽ làm việc với lƣới phủ bề mặt. Đó có thể là hình ảnh, lƣới tam giác không đều (TINS) hay các dữ liệu theo mô hình lƣới hoặc phi-lƣới.
So sánh một số dịch vụ web bản đồ Một nghiên cứu so sánh các dịch vụ web bản đồ đã đƣợc thực hiện trong [9]. Ba dịch vụ bản đồ trên Internet đƣợc xem xét và so sánh các kết quả cho phép rút ra một số khuyến cáo sẽ trình bày dƣới đây. MapInfo MapXtreme Java Edition MapInfo MapXtreme Java Edition là dịch vụ bản đồ 100% thuần Java, đƣợc thiết kế với mục tiêu chạy đƣợc trên mọi nền (theo lý thuyết !) vì dựa trên nền máy ảo Java. MapXtreme cung cấp dịch vụ bản đồ qua JavaBeans với môi trƣờng phát triển tích hợp (IDE) trực quan, hỗ trợ kéo thả, rất dễ dùng ngay cả với ngƣời mới lập trình.
Với nhà lập trình Java có kinh nghiệm, bộ giao diện lập trình ứng dụng MapJ API sẽ cho phép xây dựng chƣơng trình chuyên nghiệp hơn.