Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thanh Hưng tập trung vào bài toán phát triển hệ thống thông tin địa lý trên nền tảng web (WebGIS) phục vụ hoạt động du lịch sinh thái tại huyện Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh. Cần Giờ là huyện ven biển duy nhất của Thành phố Hồ Chí Minh, sở hữu Khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn đầu tiên của Việt Nam được UNESCO công nhận vào năm 2000 với diện tích 75.740 ha. Theo số liệu của Cục Thống kê Thành phố Hồ Chí Minh và Tổng cục Du lịch được trích dẫn trong văn bản, lượng khách du lịch đến Cần Giờ năm 2022 đạt 3,0 triệu lượt (doanh thu ước đạt 2.114 tỷ đồng) và tăng lên 3,8 triệu lượt vào năm 2023 (tăng 26% so với năm 2022). Theo định hướng quy hoạch giai đoạn 2021–2030, huyện hướng tới mục tiêu đón 49 triệu lượt khách với tốc độ tăng trưởng bình quân 12,5%/năm, xác định du lịch sinh thái nghỉ dưỡng chất lượng cao là ngành kinh tế mũi nhọn.

Dù sở hữu tiềm năng tự nhiên và văn hóa phong phú, thực tiễn phát triển du lịch tại địa phương đối mặt với nhiều rào cản. Hạ tầng giao thông kết nối chưa hoàn chỉnh, cơ sở lưu trú và dịch vụ ăn uống phát triển không đồng đều. Kênh cung cấp thông tin du lịch chính thức tại địa phương ở thời điểm nghiên cứu chỉ dừng lại ở dạng trang web tĩnh thuộc Ban Quản lý rừng phòng hộ Cần Giờ, chủ yếu đăng tải bài viết và hình ảnh cơ bản. Du khách gặp khó khăn khi tìm kiếm lộ trình di chuyển tối ưu, thông tin chi phí và địa điểm dịch vụ. Hơn nữa, các hệ thống WebGIS du lịch hiện có tại một số tỉnh thành trong nước phần lớn tập trung vào việc tra cứu thuộc tính đối tượng mà thiếu tính năng dẫn đường tương tác không gian.

Từ bối cảnh thực tiễn trên, tác giả xác định mục tiêu chung là phát triển ứng dụng WebGIS hỗ trợ tìm đường, quảng bá và tiếp cận thông tin trực tuyến về du lịch tại huyện Cần Giờ. Các mục tiêu cụ thể gồm:

  1. Phân tích, thiết kế, xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) du lịch lưu trữ thông tin về địa điểm du lịch, cơ sở lưu trú, cơ sở ẩm thực, giao thông đường bộ, giao thông đường thủy, địa phận huyện và địa phận xã.
  2. Lập trình giao diện WebGIS bao gồm: trang chủ, trang bản đồ và trang quản trị.
  3. Lập trình chức năng WebGIS bao gồm: điều hướng bản đồ, định vị, đo khoảng cách, tìm kiếm địa điểm, chỉ dẫn đường đi, thay đổi bản đồ nền, xem thông tin (lớp nền địa lý, thời tiết hiện tại và dự báo, du lịch), quản lý người dùng.

Đối tượng nghiên cứu là khách du lịch và các dữ liệu thông tin du lịch tại Cần Giờ (địa điểm tham quan, cơ sở lưu trú, cơ sở ẩm thực). Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ ranh giới hành chính huyện Cần Giờ. Phạm vi thời gian thực hiện đề tài diễn ra từ tháng 2/2024 đến tháng 6/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý luận, khóa luận hệ thống hóa định nghĩa du lịch theo Coltman (1989) và Luật Du lịch năm 2005 do Quốc hội ban hành. Khái niệm du lịch sinh thái được tiếp cận theo Ceballos-Lascurain (2008), Stefanica và Vlavian-Gurmeza (2010), cùng phân loại 4 nhóm hình thức sinh thái (rừng, biển, núi, đô thị) của Robinson et al. và Nguyễn Phước Hoàng (2022). Về cơ sở công nghệ, tác giả kế thừa mô hình kiến trúc WebGIS ba tầng tiêu chuẩn (Client, Application Server, Data Server) theo nghiên cứu của Fu và Sun (2010), Fargher (2018) và Jolaiya et al. (2022).

Khóa luận triển khai phương pháp luận kỹ thuật theo tiến trình 8 bước:

  1. Thu thập dữ liệu thứ cấp và dữ liệu số hóa liên quan đến hành chính, giao thông, thủy hệ và các điểm dịch vụ du lịch.
  2. Xử lý và chuẩn hóa dữ liệu: chuyển đổi hệ tọa độ từ VN-2000 múi chiếu 3° sang hệ tọa độ địa lý chuẩn WGS 84 (EPSG:4326); chuẩn hóa mã hóa ký tự từ ISO-8859-1 sang UTF-8 bằng Microsoft Excel; làm sạch bản ghi trùng lặp và loại bỏ lỗi tọa độ bằng phần mềm QGIS Desktop.
  3. Thiết kế mô hình cấu trúc tổng thể theo kiến trúc máy chủ - máy khách (Client - Server).
  4. Lựa chọn giải pháp kỹ thuật 3 tầng (dữ liệu, xử lý logic, trình bày).
  5. Phân tích và thiết kế mô hình CSDL quan hệ - hướng đối tượng trên hệ quản trị PostgreSQL kết hợp phần mở rộng không gian PostGIS và tệp tin GeoPackage.
  6. Lập trình giao diện người dùng (Front-End) bằng thư viện ReactJS, NextUI, Bootstrap và jQuery.
  7. Lập trình logic máy chủ và xử lý chức năng (Back-End) bằng môi trường NodeJS, tích hợp dịch vụ Mapbox API, thuật toán tìm đường ngắn nhất A* (A-star), dữ liệu thời tiết OpenWeatherMap và radar mưa RainViewer.
  8. Kiểm tra, chạy thử nghiệm hệ thống và hiệu chỉnh lỗi chức năng.

Dữ liệu đầu vào của hệ thống được tổng hợp từ các nguồn sau:

STT Nhóm dữ liệu Nguồn thu thập Định dạng Hệ tọa độ ban đầu Kiểu hình học Số lượng / Thuộc tính chính
1 Hành chính cấp huyện, xã Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM *.shp VN-2000 múi 3° Vùng (Polygon) Tên tỉnh, tên huyện, tên xã
2 Giao thông đường bộ MapBox / OpenStreetMap (Geofabrik) *.shp WGS 84 Vùng / Đường Loại đường, tên đường, hướng đi, tốc độ tối đa
3 Giao thông đường thủy UBND TP.HCM (số hóa đồ án hạ tầng) *.shp VN-2000 múi 3° Đường, Điểm Tuyến đường thủy nội địa, cảng hành khách, tên sông
4 Thủy hệ Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM *.shp VN-2000 múi 3° Đường, Vùng Tên sông, kênh, rạch
5 Địa điểm du lịch Google Map (qua công cụ APIFY) *.JSON WGS 84 Điểm (Point) 15 đối tượng: tên địa danh, địa chỉ, xếp hạng, đánh giá
6 Cơ sở ẩm thực Google Map (qua công cụ APIFY) *.JSON WGS 84 Điểm (Point) 289 đối tượng: tên, địa chỉ, xếp hạng, giờ hoạt động
7 Cơ sở lưu trú Google Map (qua công cụ APIFY) *.JSON WGS 84 Điểm (Point) 56 đối tượng: tên, địa chỉ, giá phòng, xếp hạng

Thiết kế và triển khai hệ thống WebGIS

Hệ thống WebGIS du lịch huyện Cần Giờ được tổ chức theo kiến trúc ba tầng:

  1. Tầng dữ liệu (Data Tier): Dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian dạng vector được quản lý bởi hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ - hướng đối tượng PostgreSQL kết hợp phần mở rộng PostGIS. Định dạng GeoPackage được sử dụng để tối ưu tốc độ đọc tệp và biên dịch bản đồ từ máy chủ. Mô hình CSDL phân chia thành 4 nhóm danh mục: nền địa lý (hành chính, giao thông bộ, giao thông thủy, thủy hệ), chuyên đề du lịch (điểm du lịch, ẩm thực, lưu trú), dữ liệu tích hợp (bản đồ nền Mapbox, Google Maps, OpenWeatherMap, RainViewer), và quản trị hệ thống (tài khoản người dùng).

  2. Tầng xử lý logic (Application/Logic Tier): Sử dụng máy chủ web Apache HTTP Server kết hợp môi trường thực thi NodeJS để tiếp nhận và phản hồi các yêu cầu từ máy khách qua giao thức HTTP. NodeJS đảm nhận truy vấn CSDL PostgreSQL/PostGIS. Dịch vụ Mapbox Studio cung cấp các API chuẩn bản đồ web theo tiêu chuẩn của Hiệp hội Địa không gian Mở (OGC). Giải thuật tìm đường ngắn nhất A* được triển khai nhằm phân tích mạng lưới đường bộ, tính toán chi phí di chuyển tối ưu dựa trên hàm đánh giá khoảng cách giữa điểm xuất phát và điểm đích.

  3. Tầng trình bày (Presentation Tier): Giao diện đồ họa người dùng (GUI) được xây dựng trên nền tảng HTML, CSS và JavaScript, sử dụng thư viện ReactJS kết hợp hệ thống giao diện NextUI và Bootstrap. Giao diện được thiết kế tương thích với các trình duyệt thông dụng (Google Chrome, Cốc Cốc, Mozilla Firefox, Internet Explorer).

Hệ thống được tổ chức thành 3 phân hệ giao diện:

  • Trang chủ: Gồm đầu trang (Header điều hướng), thân trang (banner giới thiệu, slide trình chiếu cảnh quan, lễ hội, ẩm thực, đa dạng sinh học Cần Giờ) và chân trang (Footer thông tin tác giả, liên hệ).
  • Trang bản đồ: Khung hiển thị bản đồ số trung tâm, thanh điều hướng (phóng to, thu nhỏ, xoay), thanh công cụ tương tác (đo khoảng cách, định vị GPS vị trí người dùng), bảng chọn lớp bản đồ (chuyển đổi bản đồ nền Mapbox/Google, bật tắt lớp hành chính, giao thông, thủy hệ), khung tra cứu tìm kiếm địa điểm, khung chỉ dẫn đường đi tối ưu và lớp phủ thời tiết (cập nhật thông số nhiệt độ, gió, mưa mỗi 10 phút từ OpenWeatherMap và radar mưa dự báo 30 phút từ RainViewer).
  • Trang quản trị: Giao diện phân quyền dành cho cán bộ quản lý gồm các bảng quản trị tài khoản người dùng, cơ chế xác thực đăng nhập, cùng các biểu mẫu thêm, cập nhật hoặc xóa bỏ dữ liệu chuyên đề du lịch.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tính cấp thiết của đề tài

Tác giả trình bày lý do lựa chọn nghiên cứu dựa trên sự phát triển của du lịch Cần Giờ (3,8 triệu lượt khách năm 2023) đặt trong mối tương quan với các hạn chế về hạ tầng và kênh thông tin hướng dẫn. Chương này xác định mục tiêu tổng quát, 3 nhiệm vụ cụ thể, đối tượng nghiên cứu và phạm vi thực hiện đề tài tại địa bàn Cần Giờ từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2024.

Chương 2. Tổng quan tài liệu

Chương này khái quát các khái niệm lý luận về du lịch và du lịch sinh thái; tổng hợp điều kiện tự nhiên Cần Giờ (địa hình cao độ 0–2,5 m; nhiệt độ 25–29°C; mạng lưới sông rạch 22.000 ha; khu dự trữ sinh quyển 75.740 ha với 318 loài thực vật, 282 loài cá); phân tích thực trạng kinh tế - xã hội và quy hoạch huyện đến năm 2030. Bên cạnh đó, tác giả phân tích kiến trúc WebGIS ba tầng, các công nghệ nền tảng (ReactJS, Firebase, MapBox API) và đánh giá 10 công trình WebGIS du lịch trong và ngoài nước (Đà Nẵng, Quảng Trị, Bình Thuận, Thái Bình, Quảng Bình, TP.HCM, Quảng Nam, Nigeria, Ấn Độ, Seychelles). Tác giả chỉ ra khoảng trống: các hệ thống hiện có chủ yếu phục vụ tra cứu tĩnh, thiếu tính năng tương tác hai chiều và chức năng dẫn đường tối ưu.

Chương 3. Phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương mô tả chi tiết tiến trình 8 bước thực hiện; nguồn gốc và quy trình tiền xử lý các tập dữ liệu không gian, phi không gian; chuyển đổi hệ tọa độ từ VN-2000 múi 3° sang WGS 84; thiết kế mô hình cấu trúc hệ thống máy chủ - máy khách; lựa chọn giải pháp kỹ thuật theo mô hình 3 tầng; phân tích lược đồ CSDL PostgreSQL/PostGIS; và thiết kế cấu trúc wireframe cho 3 phân hệ giao diện (trang chủ, bản đồ số, quản trị).

Chương 4. Kết quả, thảo luận

Tác giả trình bày kết quả xây dựng CSDL ở ba mức: ý niệm, luận lý và vật lý; hiện thực hóa giao diện người dùng và hoàn thiện các chức năng tương tác trên WebGIS. Kết quả kiểm thử cho thấy hệ thống thực hiện chính xác các tác vụ: định vị GPS, đo khoảng cách, tìm kiếm điểm đến theo từ khóa, hiển thị cửa sổ thông tin thuộc tính (15 điểm du lịch, 289 quán ăn, 56 nơi lưu trú), kết xuất dữ liệu thời tiết thời gian thực, dẫn đường qua thuật toán A*, và quản trị người dùng. Đồng thời, nghiên cứu công bố kết quả tham gia báo cáo poster tại Hội thảo khoa học quốc gia về “Du lịch xanh gắn với phát triển bền vững trong bối cảnh toàn cầu hóa”.

Chương 5. Kết luận, kiến nghị

Chương tổng kết các mục tiêu đã hoàn thành của đề tài; đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của WebGIS đối với du khách và đơn vị quản lý địa phương; đồng thời đề xuất các kiến nghị nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã đạt được các kết quả kỹ thuật và dữ liệu cụ thể:

  • Chuẩn hóa và xây dựng thành công bộ CSDL không gian số cho huyện Cần Giờ trên nền PostgreSQL/PostGIS và GeoPackage, bao gồm toàn bộ mạng lưới giao thông đường bộ, giao thông thủy, thủy hệ, ranh giới hành chính các xã/thị trấn.
  • Thu thập, làm sạch và định vị chính xác 360 đối tượng chuyên đề du lịch trên địa bàn huyện, gồm 15 điểm tham quan du lịch, 289 cơ sở ẩm thực và 56 cơ sở lưu trú.
  • Xây dựng hoàn chỉnh ứng dụng WebGIS tương thích đa trình duyệt, tích hợp thuật toán A* hỗ trợ du khách tìm tuyến đường di chuyển ngắn nhất trên bản đồ.
  • Tích hợp thành công API dữ liệu khí tượng từ OpenWeatherMap (cập nhật chu kỳ 10 phút/lần) và radar thời tiết RainViewer (dự báo mưa trong vòng 30 phút), hỗ trợ du khách chủ động điều chỉnh lịch trình tham quan sinh thái ngoài trời.
  • Về mặt đóng góp so với các nghiên cứu trước: Hệ thống giải quyết được hạn chế lớn của các cổng thông tin du lịch Cần Giờ trước đó (vốn chỉ là web tĩnh không có bản đồ số); đồng thời bổ sung tính năng dẫn đường tương tác không gian - tính năng thường bị lược bỏ trong các WebGIS du lịch tại một số địa phương khác ở Việt Nam.
  • Kết quả của đề tài đã được báo cáo và đạt giải Ba tại Hội thảo khoa học quốc gia về “Du lịch xanh gắn với phát triển bền vững trong bối cảnh toàn cầu hóa” tổ chức trong năm 2024.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận các giới hạn kỹ thuật và dữ liệu:

  • Dữ liệu chuyên đề du lịch (điểm tham quan, cơ sở lưu trú, ẩm thực) được trích xuất từ nền tảng Google Map thông qua công cụ APIFY, do đó tính cập nhật và độ chuẩn xác của thuộc tính phụ thuộc vào nguồn dữ liệu của bên thứ ba, chưa được thẩm định thực địa trực tiếp cho toàn bộ 360 điểm.
  • Nền tảng Mapbox API sử dụng phiên bản miễn phí có giới hạn về hạn mức lưu lượng truy cập và yêu cầu thiết bị phải duy trì kết nối Internet liên tục, có thể gây gián đoạn trải nghiệm tại các khu vực rừng ngập mặn có sóng viễn thông yếu.
  • Hệ thống chưa hỗ trợ tính năng cho phép du khách trực tiếp chia sẻ hình ảnh, viết nhận xét và chấm điểm tương tác trên bản đồ theo thời gian thực.
  • Hướng mở rộng được đề xuất gồm: hoàn thiện cơ chế đánh giá trải nghiệm du lịch cộng đồng, tối ưu hóa bộ nhớ đệm (caching) để vận hành ngoại tuyến cục bộ, và chuyển giao thử nghiệm mô hình WebGIS sang các địa phương du lịch sinh thái khác.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên và học viên ngành Hệ thống Thông tin, Địa tin học (GIS), Quản lý Tài nguyên - Môi trường: Tài liệu cung cấp quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh về việc kết hợp công nghệ GIS mã nguồn mở (PostgreSQL/PostGIS, GeoPackage, QGIS) với các công nghệ web hiện đại (ReactJS, NodeJS, Mapbox API).
  • Cơ quan quản lý du lịch và chính quyền địa phương: Cung cấp mô hình tham chiếu thực tế để xây dựng hệ thống bản đồ số du lịch, quản trị dữ liệu hạ tầng dịch vụ và hỗ trợ quảng bá du lịch sinh thái trực tuyến.
  • Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất: Quy trình xử lý và làm sạch dữ liệu không gian từ API Google Map bằng APIFY và QGIS (Chương 3); lược đồ tổ chức CSDL du lịch mức vật lý và giải pháp tích hợp API thời tiết thời gian thực lên bản đồ số (Chương 3 và Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận thu thập và số hóa bao nhiêu đối tượng dữ liệu chuyên đề du lịch tại huyện Cần Giờ?
Khóa luận đã thu thập và chuẩn hóa tọa độ không gian cho tổng cộng 360 đối tượng chuyên đề du lịch từ Google Map qua công cụ APIFY, bao gồm: 15 địa điểm du lịch, 289 cơ sở ẩm thực và 56 cơ sở lưu trú.

2. Kiến trúc kỹ thuật của hệ thống WebGIS được xây dựng như thế nào?
Hệ thống được thiết kế theo mô hình 3 tầng độc lập: Tầng dữ liệu sử dụng PostgreSQL/PostGIS kết hợp định dạng GeoPackage; Tầng xử lý logic triển khai trên Apache HTTP Server, NodeJS và Mapbox Studio; Tầng trình bày sử dụng HTML, CSS, JavaScript với thư viện ReactJS, NextUI, Bootstrap và MapBox API.

3. Tác giả sử dụng thuật toán nào cho chức năng chỉ dẫn đường đi trên bản đồ?
Tác giả ứng dụng giải thuật tìm kiếm A* (A-star) để tính toán đường đi ngắn nhất giữa các điểm nút giao thông, dựa trên hàm ước lượng chi phí nhằm tối ưu hóa lộ trình di chuyển cho khách du lịch.

4. Dữ liệu thời tiết trên bản đồ số được cập nhật từ các nguồn nào?
Dữ liệu thời tiết hiện tại (nhiệt độ, gió, lượng mưa, độ che phủ mây) được tích hợp từ OpenWeatherMap với tần suất cập nhật 10 phút/lần. Dữ liệu radar lượng mưa dự báo trong vòng 30 phút được tích hợp từ nền tảng RainViewer.

5. Công trình nghiên cứu này đã được thẩm định học thuật tại diễn đàn khoa học nào?
Đề tài đã được báo cáo dạng poster và bài tham luận tại Hội thảo khoa học quốc gia về “Du lịch xanh gắn với phát triển bền vững trong bối cảnh toàn cầu hóa”, đồng thời đạt giải Ba tại hội thảo này.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thanh Hưng đã hoàn thành việc thiết kế, xây dựng và thử nghiệm hệ thống WebGIS hỗ trợ du lịch sinh thái tại huyện Cần Giờ theo mô hình 3 tầng Client - Server. Hệ thống số hóa thành công 360 điểm dịch vụ du lịch, cung cấp bản đồ số tương tác tích hợp thuật toán dẫn đường A* cùng dữ liệu thời tiết thời gian thực. Kết quả nghiên cứu đáp ứng mục tiêu đề ra, khắc phục hạn chế của các trang thông tin tĩnh trước đây và cung cấp một mô hình kỹ thuật khả thi cho công tác quảng bá du lịch sinh thái địa phương.