Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong bối cảnh phát triển của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (CMCN 4.0), công nghệ thông tin (CNTT) đóng vai trò then chốt trong công tác quản trị, điều hành sản xuất kinh doanh và quảng bá sản phẩm của doanh nghiệp. Cùng với đó, hệ thống thông tin địa lý (GIS) trở thành công cụ đắc lực hỗ trợ phân tích dữ liệu dựa trên vị trí không gian, giúp các nhà quản lý nâng cao chất lượng ra quyết định. Tại Việt Nam, nhu cầu trực quan hóa và liên kết dữ liệu đa ngành nhằm phục vụ chiến lược chuyển đổi số doanh nghiệp ngày càng gia tăng.
Tuy nhiên, thực trạng quản lý dữ liệu thông tin doanh nghiệp CNTT hiện nay còn bộc lộ nhiều bất cập do phương thức lưu trữ truyền thống:
- Lưu trữ trên văn bản giấy dễ xuống cấp theo thời gian, khó khăn khi tra cứu, dễ thất lạc và tốn kém chi phí in ấn.
- Lưu trữ qua các tệp tin số rời rạc (Word, Excel, PDF) gây khó khăn trong kiểm soát phiên bản, thiếu cơ chế phân quyền và tiềm ẩn rủi ro an toàn thông tin.
- Quá trình tổng hợp, thống kê, lập báo cáo và bàn giao số liệu tiêu tốn nhiều thời gian và nhân lực.
Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Nghiên cứu công nghệ WebGIS xây dựng hệ thống bản đồ thông tin doanh nghiệp Công nghệ thông tin" được thực hiện nhằm xây dựng một giải pháp bản đồ số trực tuyến phục vụ quản lý và khai thác dữ liệu doanh nghiệp CNTT tại Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu công nghệ WebGIS ứng dụng xây dựng hệ thống bản đồ công nghệ thông tin nhằm áp dụng phát triển bản đồ trong các lĩnh vực của các doanh nghiệp Công nghệ thông tin tại Việt Nam.
- Mục tiêu cụ thể:
- Nắm bắt hiện trạng nhu cầu và sự cần thiết của bản đồ đối với việc áp dụng phát triển trong các lĩnh vực của các doanh nghiệp Công nghệ thông tin tại Việt Nam.
- Nghiên cứu công nghệ WebGIS về khả năng ứng dụng, kỹ thuật và cơ chế hoạt động của công nghệ.
- Nghiên cứu công nghệ và kỹ thuật lập trình: RESTful API, xử lý đa luồng (Multi-threaded),...
- Xây dựng thử nghiệm hệ thống bản đồ thông tin doanh nghiệp Công nghệ thông tin tại Việt Nam.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ WebGIS; dữ liệu bản đồ thông tin của các doanh nghiệp Công nghệ thông tin tại Việt Nam.
- Phạm vi không gian: Dữ liệu bản đồ thông tin doanh nghiệp thu thập trên môi trường Internet.
- Phạm vi thời gian: Dữ liệu thống kê trong giai đoạn từ năm 2017 đến năm 2021.
- Nguồn dữ liệu: Thu thập và kế thừa từ các tài liệu, báo cáo chuyên ngành liên quan.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về Hệ thống thông tin địa lý trên nền Web (WebGIS) và mô hình kiến trúc phần mềm phân tầng:
- Khung lý thuyết và mô hình WebGIS: Hệ thống thông tin địa lý phân tán trên mạng máy tính, kết hợp giữa công nghệ GIS và Internet. Hệ thống hoạt động theo mô hình Client - Server với kiến trúc 3 tầng (3-tier Architecture) gồm: Tầng máy khách (Client), Tầng máy chủ ứng dụng (Application Server tích hợp Web Server và Map Server) và Tầng máy chủ dữ liệu (Data Server lưu trữ dữ liệu không gian và phi không gian).
- Tiêu chuẩn dịch vụ không gian OGC: Các chuẩn mở do Open Geospatial Consortium quy định gồm WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service), WCS (Web Coverage Service) và chuẩn tạo kiểu hiển thị lớp bản đồ SLD (Styled Layer Descriptor) trên định dạng XML.
- Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập, đọc, phân tích và tổng hợp tài liệu về công nghệ WebGIS, các chuẩn cấu trúc dữ liệu không gian (Spatial SQL), các kiến trúc phần mềm web và mô hình dịch vụ RESTful API.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Phân tích thiết kế hệ thống theo ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất (UML), thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ, lập trình phát triển hệ thống phần mềm và tiến hành kiểm thử đánh giá chức năng.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống được thiết kế theo kiến trúc 3 tầng phân định rõ ràng giữa giao diện, dịch vụ xử lý và lưu trữ dữ liệu, ứng dụng các giải pháp công nghệ mã nguồn mở nhằm tối ưu chi phí và tăng tính mở rộng.
| Thành phần kiến trúc |
Công nghệ lựa chọn |
Vai trò và đặc tính kỹ thuật |
| Tầng ứng dụng (Client / Application Layer) |
HTML5, CSS3, Bootstrap 4, JavaScript, Leaflet JS |
Xây dựng giao diện trực quan, thích ứng đa thiết bị (Responsive); thư viện Leaflet kết nối dịch vụ bản đồ WMS/WFS và xử lý tương tác không gian |
| Tầng dịch vụ web (Service API Layer) |
Python 3, Django Framework, RESTful API |
Xử lý logic nghiệp vụ lõi, bảo mật hệ thống (chống tấn công SQL Injection, XSS, CSRF), cung cấp giao diện lập trình ứng dụng theo chuẩn RESTful |
| Máy chủ bản đồ (Map Server) |
GeoServer |
Máy chủ bản đồ mã nguồn mở nền tảng Java/GeoTools, tiếp nhận truy vấn không gian, quản lý Workspace, Stores, Layers và kết xuất bản đồ qua chuẩn WMS bằng Style SLD |
| Tầng dữ liệu (Database Layer) |
PostgreSQL kết hợp PostGIS |
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ - đối tượng; PostGIS cung cấp các kiểu dữ liệu hình học (Point, Linestring, Polygon), chỉ mục không gian R-tree over GiST và thuật toán tính toán không gian |
Hệ thống tổ chức cơ sở dữ liệu gồm 6 bảng thực thể chính:
auth_user: Lưu trữ thông tin tài khoản người dùng, phân quyền quản trị (is_staff, is_superuser, user_role) và thông tin cá nhân.tb_cauhinh: Lưu trữ các tham số cấu hình hiển thị bản đồ gồm tọa độ tâm (center), mức zoom (zoom_current, zoom_min, zoom_max), tọa độ giới hạn (fit_top, fit_bottom, fit_left, fit_right) và năm hiển thị mặc định (selected_yr).tb_style: Quản lý các tệp định dạng kiểu hiển thị bản đồ SLD (file, name, is_default).tb_thongke_ict: Lưu trữ số liệu thống kê doanh nghiệp CNTT theo từng tỉnh thành và từng năm gồm: Số doanh nghiệp (so_dn), Số lao động (so_ld), Doanh thu (doanhthu), Nộp ngân sách nhà nước (nop_nsnc), Lợi nhuận (loinhuan), Mã tỉnh (matinh, matinh_thue, matinh_code) và Lĩnh vực (linhvuc).tb_lopbando: Quản lý thông tin các lớp bản đồ, câu truy vấn dữ liệu (query), trạng thái hoạt động (is_active) và liên kết khóa ngoại với bảng tb_style.tb_province: Quản lý dữ liệu địa giới hành chính các tỉnh/thành phố, bao gồm mã tỉnh (matinh), tên tỉnh (tinh), phân loại hành chính (loai) và trường dữ liệu không gian (geom kiểu Polygon).
Quy trình hiển thị bản đồ được thực hiện qua chuỗi liên kết: Dữ liệu hình học trong PostgreSQL/PostGIS $\rightarrow$ GeoServer cấu hình Data Store trong Workspace $\rightarrow$ Kích hoạt Layer và gắn Style SLD $\rightarrow$ Xuất bản dịch vụ WMS $\rightarrow$ Thư viện Leaflet phía Client gửi yêu cầu HTTP và hiển thị lớp bản đồ trực quan lên trình duyệt.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1 – Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương 1 làm rõ vai trò của CNTT và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong hoạt động quản trị kinh doanh hiện đại. Tác giả phân tích tính cấp thiết của việc áp dụng bản đồ số trong theo dõi thị trường, quản lý phân bố doanh nghiệp và hỗ trợ ra quyết định. Chương này xác định rõ mục tiêu tổng quát, 4 mục tiêu cụ thể, 2 đối tượng nghiên cứu (công nghệ WebGIS và dữ liệu bản đồ doanh nghiệp CNTT), phạm vi nghiên cứu (dữ liệu mạng Internet giai đoạn 2017–2021), phương pháp kết hợp lý thuyết - thực nghiệm và 3 nội dung nghiên cứu trọng tâm của khóa luận.
Chương 2 – Cơ sở lý thuyết
Chương 2 trình bày có hệ thống về cơ sở khoa học của công nghệ WebGIS:
- Phân tích nguyên lý hoạt động Client - Server, kiến trúc 3 tầng và cơ chế xử lý dữ liệu (Server side, Client side, kết hợp Server - Client).
- Nêu rõ 2 nhóm chức năng chính của WebGIS: Nhóm chức năng hiển thị (bật/tắt lớp bản đồ, thay đổi tỷ lệ, di chuyển, in ấn, xem thuộc tính) và nhóm chức năng phân tích/thiết kế (truy vấn query, tạo bản đồ chuyên đề).
- Khảo sát và so sánh các giải pháp Map Server thương mại (ArcGIS Server, Mapxtreme) và mã nguồn mở (GeoServer, MapServer); các nền tảng lập trình và framework (Entity Framework Core, Flask, Django); các hệ quản trị CSDL (SQL Server, PostgreSQL/PostGIS).
- Đưa ra các tiêu chí đánh giá kỹ thuật và lựa chọn bộ công nghệ phát triển hệ thống: Ngôn ngữ Python, Django Framework, hệ quản trị PostgreSQL/PostGIS, máy chủ GeoServer, thư viện hiển thị Leaflet và giao thức RESTful API.
Chương 3 – Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 là phần trọng tâm của khóa luận, phản ánh kết quả phân tích thiết kế, xây dựng và kiểm thử hệ thống:
- Đánh giá tác động của việc số hóa dữ liệu bản đồ doanh nghiệp CNTT trong việc chuẩn hóa quy trình, nâng cao tính an toàn thông tin, kiểm soát phiên bản và rút ngắn thời gian thống kê báo cáo.
- Xác định 3 nhóm tác nhân tham gia hệ thống:
| STT |
Tác nhân |
Ký hiệu |
Quyền hạn và phạm vi hoạt động |
| 1 |
Người dùng cộng đồng |
CĐ |
Người dân, tổ chức, doanh nghiệp truy cập công khai để tra cứu thông tin, xem bản đồ số, lọc số liệu và gửi liên hệ phản hồi |
| 2 |
Chuyên viên |
CV |
Thực hiện các nghiệp vụ quản lý dữ liệu hệ thống, biên tập, kiểm duyệt nội dung, quản lý lớp bản đồ, style và cấu hình hiển thị |
| 3 |
Quản trị viên |
QTV |
Nắm quyền cao nhất trong hệ thống; quản lý người dùng, phân quyền vai trò, quản trị danh mục tỉnh/thành phố và toàn bộ dữ liệu thống kê ICT |
- Xây dựng danh mục các ca sử dụng (Usecase) phân bổ theo 4 phân hệ chức năng: Phân hệ quản trị hệ thống (Thống kê dữ liệu ICT, Quản lý người dùng, Quản lý vai trò, Quản lý Tỉnh/Thành phố); Phân hệ chức năng hệ thống (Bảng điều khiển tổng hợp số liệu, Đăng nhập hệ thống, Thông báo); Phân hệ quản lý bản đồ (Quản lý cấu hình bản đồ, Quản lý lớp bản đồ, Quản lý Style map); Phân hệ chức năng công khai (Tương tác trang chủ, Giới thiệu, Bản đồ, Liên hệ).
- Thiết kế chi tiết cấu trúc cơ sở dữ liệu quan hệ, xây dựng biểu đồ usecase tổng quát, đặc tả các ca sử dụng, 14 biểu đồ hoạt động (Activity Diagrams) và 21 biểu đồ trình tự (Sequence Diagrams) cho từng luồng nghiệp vụ.
- Hiện thực hóa phần mềm với hệ thống giao diện hoàn chỉnh: Trang chủ, Trang giới thiệu, Trang bản đồ (hỗ trợ hiển thị dạng Mapbox và Toàn màn hình), Trang liên hệ (tích hợp reCaptcha), Bảng điều khiển (Dashboard) biểu đồ doanh thu và phân bổ lĩnh vực, cùng các giao diện quản trị dữ liệu ICT, quản lý lớp bản đồ, quản lý style và phân quyền người dùng.
- Thực hiện kiểm thử chức năng phần mềm đảm bảo các ca sử dụng hoạt động đúng theo đặc tả thiết kế.
Chương 4 – Kết luận và kiến nghị
Chương 4 tổng kết mức độ hoàn thành của đề tài đối với các mục tiêu đề ra; khẳng định khả năng ứng dụng thực tế của phần mềm WebGIS trong quản lý thông tin doanh nghiệp CNTT tại Việt Nam. Đồng thời, tác giả đưa ra các kiến nghị về việc duy trì, mở rộng hệ thống và cập nhật nguồn dữ liệu định kỳ.
Kết quả và đóng góp
- Kết quả kỹ thuật đạt được:
- Xây dựng thành công hệ thống phần mềm WebGIS bản đồ thông tin doanh nghiệp CNTT hoạt động ổn định trên nền tảng web, tích hợp đồng bộ giữa PostgreSQL/PostGIS, GeoServer, Django và Leaflet.
- Số hóa và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu thông tin không gian 63 tỉnh/thành phố gắn liền với các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của doanh nghiệp CNTT (số doanh nghiệp, số lao động, doanh thu, lợi nhuận, nộp ngân sách) trong giai đoạn 2017–2021.
- Cung cấp đầy đủ công cụ tương tác bản đồ cho cộng đồng: Chuyển đổi chế độ xem (khung thu nhỏ / toàn màn hình), phóng to, thu nhỏ, di chuyển bản đồ, lọc dữ liệu theo lĩnh vực chuyên môn, lọc thời gian qua thanh trượt năm và xem bảng chi tiết số liệu khi nhấp chọn từng tỉnh thành.
- Xây dựng phân hệ quản trị mạnh mẽ cho phép thực hiện đầy đủ các thao tác thêm, sửa, xóa, nhập/xuất dữ liệu ICT, quản lý tệp tin style SLD, biên tập lớp bản đồ và phân quyền người dùng nhiều cấp độ.
- Giải pháp đề xuất: Đề xuất mô hình chuyển đổi số công tác quản lý dữ liệu doanh nghiệp từ phương thức thủ công sang hệ thống bản đồ số tập trung, ứng dụng kiến trúc phân tầng bảo mật và chuẩn dịch vụ không gian mở OGC.
- Đóng góp của đề tài: Khóa luận chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng các giải pháp công nghệ mã nguồn mở (Open Source) trong việc phát triển hệ thống thông tin địa lý chuyên ngành tại Việt Nam, giúp tiết kiệm chi phí bản quyền phần mềm mà vẫn đảm bảo hiệu năng và khả năng mở rộng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Phạm vi dữ liệu thử nghiệm mới chỉ bao quát giai đoạn từ năm 2017 đến năm 2021 dựa trên các nguồn tài liệu thu thập công khai trên Internet, chưa tích hợp cơ chế đồng bộ dữ liệu thời gian thực.
- Hệ thống mới dừng lại ở quy mô thử nghiệm và kiểm thử chức năng nội bộ, chưa được triển khai vận hành thực tế trên diện rộng.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Tiếp tục cập nhật và bổ sung chuỗi số liệu thống kê doanh nghiệp CNTT cho các năm tiếp theo.
- Nghiên cứu tích hợp thêm các thuật toán phân tích không gian nâng cao, công nghệ phân tích dữ liệu lớn (Big Data) và công nghệ thực tế ảo để nâng cao năng lực trực quan hóa phục vụ chuyển đổi số doanh nghiệp.
Giá trị tham khảo
Tài liệu khóa luận mang lại giá trị học thuật và thực hành rõ nét cho:
- Sinh viên và học viên chuyên ngành Hệ thống thông tin, Công nghệ thông tin, Địa tin học (GIS): Nguồn tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình phân tích thiết kế hệ thống theo chuẩn UML, thiết kế cơ sở dữ liệu không gian kết hợp thuộc tính với PostgreSQL/PostGIS.
- Lập trình viên và người nghiên cứu phát triển ứng dụng WebGIS: Tài liệu hướng dẫn thực tế về kiến trúc tích hợp hệ thống bản đồ mã nguồn mở (GeoServer - Django REST Framework - Leaflet JS), phương pháp tạo kiểu hiển thị bằng tệp tin SLD và kết nối dịch vụ bản đồ OGC WMS.
Câu hỏi thường gặp
1. Khóa luận sử dụng kiến trúc và những công nghệ chủ chốt nào để xây dựng hệ thống?
Khóa luận áp dụng kiến trúc 3 tầng (Application, Web Service, Database). Bộ công nghệ được lựa chọn gồm: Ngôn ngữ lập trình Python 3, Django Framework, hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL tích hợp phần mở rộng không gian PostGIS, máy chủ bản đồ GeoServer, thư viện hiển thị bản đồ Leaflet JS, giao diện HTML5/CSS3/Bootstrap 4 và kiến trúc dịch vụ RESTful API.
2. Cơ sở dữ liệu của hệ thống quản lý những chỉ tiêu thống kê cụ thể nào về doanh nghiệp CNTT?
Bảng dữ liệu tb_thongke_ict quản lý 5 chỉ tiêu thống kê chính theo từng tỉnh thành và từng năm (2017–2021) gồm: Số lượng doanh nghiệp (so_dn), Số lượng lao động (so_ld), Doanh thu (doanhthu), Số tiền nộp ngân sách nhà nước (nop_nsnc) và Lợi nhuận (loinhuan).
3. Hệ thống phân chia quyền hạn cho những nhóm tác nhân nào?
Hệ thống thiết kế 3 nhóm tác nhân:
- Người dùng cộng đồng (CĐ): Truy cập công khai, xem bản đồ, lọc số liệu theo năm/lĩnh vực, xem chi tiết tỉnh thành và gửi thông tin liên hệ.
- Chuyên viên (CV): Quản lý cấu hình bản đồ, quản lý các lớp bản đồ, quản lý style hiển thị và theo dõi bảng điều khiển số liệu.
- Quản trị viên (QTV): Có toàn quyền quản trị hệ thống, quản lý người dùng, phân quyền vai trò, quản lý danh mục địa giới hành chính Tỉnh/Thành phố và quản lý toàn bộ dữ liệu thống kê ICT.
4. Người dùng cộng đồng có thể thực hiện những tương tác gì trên trang bản đồ?
Người dùng cộng đồng có thể chuyển đổi 2 chế độ hiển thị (Layout box hoặc Full screen), thao tác phóng to, thu nhỏ, di chuyển bản đồ, lọc lớp hiển thị theo lĩnh vực kinh doanh, kéo thanh trượt thời gian để xem phân bổ doanh nghiệp qua các năm từ 2017 đến 2021, xem chú giải bản đồ và nhấp chọn trực tiếp vào một tỉnh/thành phố bất kỳ để xem thông tin chi tiết.
5. Quy trình kết nối và xuất bản dữ liệu bản đồ từ CSDL lên giao diện web diễn ra như thế nào?
Dữ liệu hình học được lưu trữ tại bảng tb_province trong CSDL PostgreSQL/PostGIS. Máy chủ GeoServer tạo kết nối (Data Store) nằm trong Workspace tới CSDL này, kích hoạt lớp dữ liệu (Layer), áp dụng kiểu hiển thị (Style) định dạng SLD và xuất bản dịch vụ bản đồ theo chuẩn WMS. Phía máy khách, thư viện Leaflet gửi yêu cầu HTTP đến GeoServer để nhận và hiển thị các lớp bản đồ tương tác trên trình duyệt.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Bùi Xuân Hiếu đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra về việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ WebGIS mã nguồn mở trong quản lý thông tin doanh nghiệp CNTT tại Việt Nam. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết phân tầng, chuẩn dịch vụ không gian OGC và các công nghệ hiện đại như Python/Django, PostgreSQL/PostGIS, GeoServer và Leaflet, đề tài đã xây dựng thành công một hệ thống phần mềm hoàn chỉnh với giao diện trực quan và cơ chế phân quyền chặt chẽ. Kết quả nghiên cứu không chỉ giải quyết bài toán quản lý và trực quan hóa dữ liệu kinh tế - không gian giai đoạn 2017–2021 mà còn cung cấp một khung kiến trúc tham khảo giá trị cho các nghiên cứu phát triển ứng dụng GIS trên nền tảng web.
