Tìm hiểu và xây dựng hệ thống thông tin địa lý - webgis

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Tìm hiểu và xây dựng hệ thống thông tin địa lý - webgis

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Văn Hưởng

TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG

TIN ĐỊA LÝ - WEBGIS

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Văn Hưởng

TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG

TIN ĐỊA LÝ - WEBGIS

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Xuân Huấn

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và thực hiện

đề tài tốt nghiệp này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Hoàng Xuân Huấn đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong quá trìn thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa công nghệ thông tin đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa quaSau hết, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, người thân đã ủng hộ động viên tinh thần để luận văn được hoàn thành

Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện luận văn với tất cả sự nỗ lực của bản thân, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý Thầy Cô tận tình chỉ bảo

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn và luôn mong nhận được sự đóng góp quý báu của tất cả mọi người

Xin chân thành cảm ơn tất cả !

Hà Nội, tháng 5/2010Người thực hiệnTrần Văn Hưởng

TÓM TẮT KHÓA LUẬNTrong khóa luận này tôi xin những tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý và cụ thể

là hệ thống thông tin địa lý trên nền Web – WebGIS

Trong phần đầu của khóa luận trình bày những tìm hiểu về hệ thống thông tin địa

lý nói chung bao gồm: các khái niệm về hệ thống tin địa lý, nguộn gốc ra đời, các thành phần cấu thành hệ thống thông tin địa lý và một số lĩnh vực ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý

Trong phần tiếp theo sẽ là phần tìm hiểu về ứng dụng thông tin địa lý trên web từ đặc điểm, kiến trúc triển khai hệ thông và cách tổ chức lưu trữ dữ liệu địa lý

Trong phần ba của khóa luận trình bày tìm hiểu về các chuẩn trao đổi dữ liệu địa

lý trên web và một số công nghệ mã nguồn mở giúp xây dựng hệ thống thông tin địa lý trên Web

Trong phần cuối của khóa luận trình bày về hệ thống thông tin địa lý do tôi tự xây dựng dựa trên công nghệ mã nguồn mở

MỤC LỤC

Trần Văn Hưởng 1

HÀ NỘI - 2010 1

Trần Văn Hưởng 2

HÀ NỘI - 2010 2

MỞ ĐẦU 6

KẾT LUẬN 64

MỞ ĐẦU

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ra đời và được phát triển mạnh trong những năm gần đây Cùng với sự bùng nổ về công nghệ ứng dụng Internet, các phát triển công nghệ GIS cho phép chia sẻ thông tin thông qua mạng toàn cầu bằng cách kết hợp GIS và Web hay còn gọi là WebGIS Bên cạnh đó, xu hướng chia sẻ dữ liệu, phát triển phần mềm trên công nghệ mã nguồn mở cũng đang được quan tâm ở các nước đang phát triển vì nhiều lợi ích mà nó mang lại Vì thế, việc nghiên cứu ứng dụng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở sẽ mang lại khả năng chia sẻ thông tin địa lý rộng rãi cho các ngành

Hơn một thập kỷ trước đây, các thông tin không gian - bản đồ ở Việt Nam chủ yếu được thành lập và phát hành trên giấy Trong những năm gần đây, các quy trình thành lập bản đồ, lưu trữ và phát hành đã dần dần chuyển đổi sang công nghệ số Các bản đồ giấy trước kia đã được số hoá và đang nằm trong các ổ cứng máy tính tại các cơ quan, trường học, cá nhân, Theo xu thế chung, các thông tin không gian này được chuyển sang lưu trữ trong các hệ thống cơ sở dữ liệu thông tin không gian được sử dụng bởi các đơn vị khác nhau

Việc chuyển đổi từ công nghệ số sang công nghệ bản đồ giấy đã là một bước tiến vượt bậc của ngành trắc địa Tuy nhiên, các hệ cơ sở dữ liệu không gian được lưu trữ và

sử dụng trong một hệ thống riêng biệt đã hạn chế rất nhiều tiềm năng khai thác thông tin không gian của các hệ thống này Công nghệ Web-GIS cho phép phát hành, tiếp cận, truy vấn thông tin không gian trong một môi trường mở như Internet đã cho phép phát huy các tiềm năng chưa được đánh thức của các hệ thống thông tin địa lý, không gian và đưa công tác trắc địa bản đồ lên một tầm cao mới

Ngay khi vừa ra đời từ cuối những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ Web-GIS

đã được đón nhận rât hồ hởi và có nhiều bước phát triển song còn nhiều hạn chế chưa theo kịp với các nước trên thế giới Với sự phát triển và phổ cập của Internet tại Việt Nam như ngày nay, công nghệ Web-GIS đang được chú trọng phát triển bới cả cơ quan nhà nước và cộng động doanh nghiệp và được kỳ vọng sẽ đem đến một hướng phát triển mới đầy tiềm năng

Nội dung chính của đề tài là tìm hiểu về WebGIS, khả năng xây dựng ứng dụng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở, trên cơ sở đó ứng dụng xây dựng WebGIS phục vụ phân tích số liệu bản đồ

Khóa luận này trình bày các tìm hiểu lý thuyết về WebGIS bao gồm phân loại các chiến lược phát triển WebGIS, tìm hiểu phần mềm xây dựng WebGIS trên cơ sở mã nguồn mở là Mapbuilder và GeoServer và giới thiệu ứng dụng WebGIS phục vụ phân tích số liệu bản đồ do tôi xây dựng thử nghiệm.

Ngoài phần kết luận khóa luận được chia thành 4 phần lớn như sau:

Chương 1: Hệ thống thông tin địa lý Trong chương này sẽ cung cấp khái niệm cơ bản nhất về hệ thống thông tin địa lý, nguồn gốc ra đời, các thành phần chính cấu thành

mộ hệ thống thông tin địa lý Phần cuối chương sẽ trình bày về các lĩnh vực đã ứng dụng hệ thống thông tin địa lý

Chương 2: Hệ thống thông tin đía lý trên Web (WebGIS) Chương này sẽ đi sâu tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý trên nền Web Phần đầu của chương sẽ giới thiệu đặc điểm riêng của hệ thống thông tin địa lý trên nền web Phần tiếp theo của chương sẽ trình bày về kiến trúc hệ thông thông tin địa lý trên web và ưu nhược điểm của cái kiến trúc đó khi triển khai trên thực tế Phần cuối của chương sẽ trình bày các phương pháp

mô hình hóa dữ liệu bản đồ thành dữ liệu số và ưu nhược điểm của các phương pháp này

Chương 3: Một số ứng dụng WebGIS mã nguồn mở Chương này sẽ trình bày về cách thức truyền thông của các ứng dựng GIS trên nền Web và một số công nghệ mã nguồn mở phục vụ cho việc xây dựng hệ thống thông tin đía lý trên web

Chương 4: Xây dựng ứng dụng WebGiS Dựa vào kiến thức tìm hiểu ở các phần trên trong chương này sẽ giới thiệu hệ thống thông tin địa lý trên Web do tôi tự xây dựng

Chương 1.Hệ thống thông tin địa lý

1.1 Hệ thống thông tin địa lý là gì

Thông tin địa lý được thể hiện chủ yếu dưới dạng bản đồ đã ra đời từ xa xưa.Các bản đồ trước tiên được phác thảo để mô tả vị trí, cảnh quan, địa hình…Bản đồ chủ yếu gồm những điểm và đường Tuy nhiên bản đồ dạng này thích hợp cho quân đội và các cuộc thám hiểm hơn là được sử dụng như một công cụ khai thác tiềm năng của địa lý.Bản đồ vẫn tiếp tục được in trên giấy ngay cả khi máy tính đã ra đời một thời gian dài trước đó Bản đồ in trên giấy bộc lộ những hạn chế như: thời gian xây dựng, đo đạc, tạo lập rất lâu và tốn kém Lượng thông tin mang trên bản đồ giấy là hạn chế vì nếu mang hết các thông tin lên bản đồ sẽ gây khó đọc Bên cạnh đó bản đồ giấy không thể cập nhật theo thời gian được vv…

Ý tưởng mô hình hóa không gian lưu trữ vào máy tính, tạo nên bản đồ máy tính

Đó là bản đồ đơn giản có thể mã hóa, lưu trữ trong máy tính, sữa chữa khi cần thiết, có thể hiển thị trên màn hình và in ra giấy

Tuy nhiên các nhà nghiên cứu nhận thấy nhiều vấn đề địa lý cần phải thu thập một lượng lớn thông tin không phải là bản đồ

Lúc này khái niệm Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) ra đời thay thế cho thuật ngữ bản đồ máy tính

GIS được hình thành từ các ngành khoa học: Địa lý, Bản đồ, Tin học và Toán học Chỉ đến những năm 80 thì GIS mới có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng Bắt đầu từ thập niên 80, GIS đã trở nên phổ biến trong các lãnh vực thương mại, khoa học và quản lý Chúng ta có thể gặp nhiều cách định nghĩa về GIS

- Là một tập hợp của các phần cứng, phần mềm máy tính cùng với các thông tin địa lý mô tả không gian Tập hợp này được thiết kế để có thể thu thập, lưu trữ, cập nhật, thao tác, phân tích, thể hiện tất cả các hình thức thông tin mang tính không gian

- GIS là một hệ thống máy tính có khả năng lưu trữ và sử dụng dữ liệu mô tả các

vị trí trên bề mặt trái đất

- Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu không gian

- Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và phi không gian về các đối tượng bản đồ, mối liên hệ giữa các đối tượng không gian và các tính chất của một vùng của đối tượng

Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống phần mềm máy tính được sử dụng trong việc vẽ bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng tồn tại trên trái đất Công nghệ GIS tổng hợp các chức năng chung về quản lý dữ liệu như hỏi đáp và phân tích thống kê với sự thể hiện trực quan và phân tích các vật thể hiện tượng không gian trong bản đồ Sự khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng của nó rất rộng trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và qui hoạch chiến lược

1.2 Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý

GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và chính sách được mô tả trong hình 1.1

Hình 1.1 Mô hình các thành phần GIS

a Phần cứng

Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng

b Con người

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống

và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc

c Phần mềm

Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:

- Nhập và kiểm tra dữ liệu: Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích Ðây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý

- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính của các đối tượng địa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất) Hai thông tin này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội được bởi người sử dụng hệ thống

- Xuất dữ liệu: Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ được thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ

- Biến đổi dữ liệu: Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai

- Tương tác với người dùng: Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào Các giao diện người dùng ở một hệ thống tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó

Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu Á là ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW, Hiện nay có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau:

- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN,ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI, WINGIS,

- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,

ER-Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh phí của đơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau

d Dữ liệu

Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các dữ liệu địa

lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua

từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu

Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc tính của thông tin, (3) mối liên hệ không gian của các thông tin, và (4) thời gian Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là:

- Cơ sở dữ liệu bản đồ: là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được Hệ thống thông tin địa lý dùng

cơ sở dữ liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại

vi khác như máy in, máy vẽ

- Số liệu thuộc tính: được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu để

mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý

Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt độ, cao độ và thực hiện các phân tích không gian của số liệu Còn số liệu thuộc tính được dùng để mô tả cơ sở dữ liệu

Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số hoá bằng bàn số hoá, hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh

e Chính sách

Ðây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin.

Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong 1 khung tổ chức phù hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ và phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo nhu cầu Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ được minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện được những mục tiêu công việc Ngoài ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải được đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các nguồn số liệu hiện có

Như vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS

Trong phối hợp và vận hành các hợp phần của hệ thống GIS nhằm đưa vào hoạt động có hiệu quả kỹ thuật GIS, 2 yếu tố huấn luyện và chính sách - quản lý là cơ sở của thành công Việc huấn luyện các phương pháp sử dụng hệ thống GIS sẽ cho phép kết hợp các hợp phần: (1) Thiết bị (2) Phần mềm (3) con người và (4) Số liệu với nhau để đưa vào vận hành Tuy nhiên, yếu tố chính sách và quản lý sẽ có tác động đến toàn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành công của hoạt động GIS

1.3 Một số ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý

Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là công cụ hỗ trợ quyết định (decision - making support tool) Sau đây là một số lĩnh vực điển hình được ứng dụng kỹ thuật GIS

Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường

* Quản trị rừng (theo dõi sự thay đổi, phân loại ),

* Quản trị đường di cư và đời sống động vật hoang dã,

* Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lưu vực sông,

* Bảo tồn đất ướt,

* Phân tích các tác động môi trường (EIA),

* Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất,

* Quản trị sở hữu ruộng đất,

* Quản lý chất lượng nước,

* Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh,

* Xây dựng bản đổ và thống kê chất lượng thổ nhường

* Quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai

Nghiên cứu điều kiện kinh tế - xã hội

* Quản lý dân số,

* Quản trị mạng lưới giao thông (thuỷ - bộ),

* Quản lý mạng lưới y tế, giáo dục,

* Điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng

Nghiên cứu hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển

* Đánh giá khả năng thích nghi cây trồng, vật nuôi và động vật hoang dã,

* Định hướng và xác định các vùng phát triển tối ưu trong sản xuất nông nghiệp,

* Hỗ trợ quy hoạch và quản lý các vùng bảo tồn thiên nhiên,

* Đánh giá khả năng và định hướng quy hoạch các vùng đô thị, công nghiệp lớn,

* Hỗ trợ bố trí mạng lưới y tế, giáo dục

Trong nghiên cứu sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn, các lĩnh vực ứng dụng của kỹ thuật GIS rất rộng rãi Do vậy, GIS trở thành công cụ đắc dụng cho việc quản lý và tổ chức sản xuất nông nghiệp - nông thôn trên các vùng lãnh thổ

Các lĩnh vực ứng dụng của GIS trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn

Thổ nhường

* Xây dựng các bản đồ đất và đơn tính đất

* Đặc trưng hoá các lớp phủ thổ nhường

Trồng trọt

* Khả năng thích nghi các loại cây trồng

* Sự thay đổi của việc sử dụng đất

* Xây dựng các đề xuất về sử dụng đất

* Khả năng bền vững của sản xuất nông nghiệp Nông - Lâm kết hợp

* Theo dõi mạng lưới khuyến nông

* Khảo sát nghiên cứu dịch - bệnh cây trồng (côn trùng và cỏ dại)

* Suy đoán hay nội suy các ứng dụng kỹ thuật

Quy hoạch thuỷ văn và tưới tiêu

* Xác định hệ thống tưới tiêu

* Lập thời biểu tưới nước

* Tính toán sự xói mòn/ bồi lắng trong hồ chứa nước

* Nghiên cứu đánh giá ngập lũ

Kinh tế nông nghiệp

* Điều tra dân số / nông hộ

* Thống kê

* Khảo sát kỹ thuật canh tác

* Xu thế thị trường của cây trồng

* Nguồn nông sản hàng hoá

Phân tích khí hậu

* Hạn hán

* Các yếu tố thời tiết

* Thống kê

Mô hình hoá nông nghiệp

* Ước lượng / tiên đoán năng suất cây trồng

Chăn nuôi gia súc / gia cầm

* Phân bố

Chương 2.Hệ thống thông tin địa lý trên Web

GIS đã được ứng dụng từ vài thập niên trước đây, nhưng dường như GIS vẫn chưa đến được với mọi người Lý do là, trước nay các ứng dụng GIS hầu hết chạy trên máy tính đơn.Với những máy tính này cần thiết phải cài đặt các module xử lý GIS (dưới dạng các dll, hay các Active X)…điều này cản trở khả năng ứng dụng GIS rộng rãi

Ví dụ:

Khi một người cần biết tuyến xe buýt để di chuyển thì ngoại trừ khi anh ta trang bị một máy tính bỏ tui cài ứng dụng Tìm đường xe buýt còn không anh phải trở về nhà hay đến cơ quan tìm đến đúng máy tính được cài ứng dụng này để tìm kiếm thông tin

Từ ví dụ này cho thấy với các ứng dụng GIS mang tính cộng đồng hoặc khi cần có thể sử dụng bất kể nơi đâu, thì mô hình ứng dụng chạy trên máy đơn là không đáp ứng được Như đã biết Internet ra đời và đã thu ngắn khoảng cách giữa mọi người, và cho phép tìm kiếm thông tin mọi lúc mọi nơi Mô hình ứng dụng GIS chạy trên nền Internet cho phép mọi người dùng bất kì công cụ nào có thể truy cập Internet tìm kiếm được thông tin mình cần

2.1 Hệ thống thông tin địa lý trên Web và các thách thức

Hệ thống thông tin địa lý trên web (WebGIS) là hệ thống thông tin địa lý phân tán trên một mạng các máy tính để tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên World Wide Web Trong cách thực hiện nhiệm vụ phân tích GIS, dịch vụ này gần giống như là kiến trúc client-Server của Web Xử lý thông tin địa lý được chia ra thành các nhiệm vụ ở phía server và phía client Điều này cho phép người dùng có thể truy xuất, thao tác và nhận kết quả từ việc khai thác dữ liệu GIS từ trình duyệt web của họ mà không phải trả tiền cho phần mềm GIS

Một trình khách tiêu biểu là trình duyệt web và máy chủ bao gồm một Web server

có cung cấp một chương trình phần mềm WebGIS Client thường yêu cầu một ảnh bản

đồ hay vài xử lý thông tin địa lý qua Web đến máy chủ ở xa Máy chủ chuyển đổi yêu cầu thành mã nội bộ và gọi những chức năng về GIS bằng cách chuyển tiếp yêu cầu tới phần mềm WebGIS Phần mềm này trả về kết quả, sau đó kết quả này được định dạng lại cho việc trình bày bởi trình duyệt hay những hàm từ các plug-in hoặc Java applet

Server sau đó trả về kết quả cho client để hiển thị, hoặc gửi dữ liệu và các công cụ phân tích đến client để dùng ở phía client

Phần lớn sự chú ý gần đây là tập trung vào việc phát triển các chức năng GIS trên Internet WebGIS có tiềm năng lớn trong việc làm cho thông tin địa lý trở nên hữu dụng

và sẵn sàng tới số lượng lớn người dùng trên toàn thế giới Thách thức lớn của WebGIS

là việc tạo ra một hệ thống phần mềm không phụ thuộc vào nền tảng phần cứng và chạy trên chuẩn giao thức mạng TCP/IP, có nghĩa là khả năng WebGIS được chạy trên bất kì trình duyệt web của bất kì máy tính nào nối mạng Internet Đối với vấn đề này, các phần mềm GIS hải được thiết kế lại để trở thành ứng dụng WebGIS theo các kỹ thuật mạng Internet

2.2 Kiến trúc hệ thống thông tin địa lý trên Web

2.2.1 Kiến trúc chung

Dịch vụ web thông tin địa lý hay còn được gọi là WebGIS được xây dựng để cung cấp các dịch vụ về thông tin địa lý theo công nghệ web service Chính vì thế nên bất cứ WebGIS nào cũng phải thỏa mãn kiến trúc ba tầng thông dụng của một ứng dụng web Sau đó tùy thuộc vào từng loại công nghệ và các cách thức phát triển, mở rộng khác nhau mà WebGIS sẽ trở thành n tầng khác nhau Kiến chung 3 tầng của WebGIS được

mô tả hình dưới bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và tầng dữ liệu được trình bày trong hình 2.1

Hình 2.1 Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS

Tầng trình bày: Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer, Mozilla

Firefox để mở các trang web theo URL được định sẵn Các ứng dụng client có thể là một website, Applet, Flash,… được viết bằng các công nghệ theo chuẩn của W3C Các Client đôi khi cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần mềm MapInfo, ArcMap,…

Tầng giao dịch: thường được tích hợp trong một webserver nào đó, ví dụ như

Tomcat, Apache, Internet Information Server Đó là một ứng dụng phía server nhiệm vụ

chính của nó thường là tiếp nhận các yêu cầu từ client , lấy dữ liệu từ cơ sở dữ liệu theo yêu cầu client , trình bày dữ liệu theo cấu hình định sẵn hoặc theo yêu cầu của client và trả kết quả về theo yêu cầu Tùy theo yêu cầu của client mà kết quả về khác nhau : có thể là một hình ảnh dạng bimap (jpeg, gif, png) hay dạng vector được mã hóa như SVG, KML, GML,…Một khi dạng vector được trả về thì việc trình bày hình ảnh bản đồ được đảm nhiệm bởi Client, thậm trí client có thể xử lý một số bài tóan về không gian Thông thường các response và request đều theo chuẩn HTTP POST hoặc GET.

Tầng dữ liệu: là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm cả các dữ liệu không gian

và phi không gian Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như ORACLE, MS SQL SERVER, ESRI SDE, POSGRESQL,… hoặc là các file dữ liệu dạng flat như shapefile, tab, XML,… Các dữ liệu này được thiết kế, cài đặt và xây dựng theo từng quy trình, từng quy mô bài toán mà lựa chọn hệ quản trị cơ sở dữ liệu phù hợp

Cơ sở dữ liệu không gian sẽ được dùng để quản lý và truy xuất dữ liệu không gian, được đặt trên data server Nhà kho hay nơi lưu trữ được dùng để lưu trữ và duy trì những siêu dữ liệu về dữ liệu không gian tại những data server khác nhau Dựa trên những thành phần quản lý dữ liệu, ứng dụng server và mô hình server được dùng cho ứng dụng hệ thống để tính toán thông tin không gian thông qua các hàm cụ thể Tất cả kết quả tính toán của ứng dụng server sẽ được gửi đến web server để thêm vào các gói HTML, gửi cho phía client và hiển thị nơi trình duyệt web

Xem hình minh họa dưới đây Lưu ý là tất cả các thành phần đều được kết nối nhau thông qua mạng Internet

Hình 2.2: Các bước xử lý thông tin của WebGIS

5) Data server dữ liệu tiến hành truy vấn lấy ra dữ liệu cần thiết và trả dữ liệu này

về cho data exchange server

6) Data exchange server nhận dữ liệu từ nhiều nguồn data server khác nhau nằm rải rác trên mạng Sắp xếp dữ liệu lại theo logic của yêu cầu dữ liệu,sau đó gửi trả dữ liệu về cho application server.

7) Application server nhận dữ liệu trả về từ các data exchange server và đưa chúng đến các hàm cần sử dụng, xử lý chúng tại đây và kết quả được trả về cho web server

8) Web server nhận về kết quả xử lý, thêm vào các ngữ cảnh web (HTML, PHP ) để có thể hiển thị được trên trình duyệt và cuối cùng gửi trả kết quả về cho trình duyệt dưới dạng các trang web

Hỉnh 2.3: Quá trình xử lý thông tin của WebGIS

2.2.2 Các hình thức triển khai

Trong mô hình hoạt động của WebGIS được chia ra 2 phần : các hoạt động ở phía máy khách (client side) và các hoạt động xử lý ở phía máy chủ ( server side)

 Client side

Client side được dùng để hiển thị kết quả đến cho người dùng, nhận các điều khiển trực tiếp từ người dùng và tương tác với web server thông qua trình duyệt web Các trình duyệt web sử dụng chủ yếu HTML để định dạng trang web Thêm vào đó một vài plug-in, ActiveX và các mã Applet được nhúng vào trình duyệt để tăng tính tương tác với người dùng.

 Server side

Gồm có: Web server,Application server, Data server và Clearinghouse Server side có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu không gian, xử lý tính toán và trả về kết quả (dưới dạng hiển thị được) cho client side

- Web server: Web server được dùng để phục vụ cho các ứng dụng web, web server sử dụng nghi thức HTTP để giao tiếp với trình duyệt web ở phía client Tất cả các yêu cầu từ phía client đối với ứng dụng web đều được web server nhận và thông dịch và sau đó gọi các chức năng của ứng dụng thông qua các giao tiếp mạng như MAPI, Winsock, namped pipe…

- Application server: Đây là phần chương trình gọi các hàm xử lý GIS, gửi yêu cầu lấy dữ liệu đến clearinghouse

- Data server: Data server là phần cơ bản của hầu hết các hệ thống thông tin với nhiệm vụ quản lý và điều khiển truy cập dữ liệu Ban đầu, đa số GIS sử dụng File System để quản lý dữ liệu không gian và DBMS (Database Management System) để quản lý dữ liệu thuộc tính Ngày nay có nhiều sản phẩm và giải pháp phần mềm thay thế để quản lý dữ liệu không gian và thuộc tính một cách chung nhất

Ví dụ:

SDE của ESRI (1998), SpatialWare của MapInfo (1998)…

Nhìn chung các cơ sở dữ liệu sử dụng đều là các cơ sở dữ liệu quan hệ, và trong tương lai sẽ thay thế bằng cơ sở dữ liệu hướng đối tượng như Clearinghouse Clearinghouse được sử dụng để chứa dữ liệu về dữ liệu không gian được quản lý bởi các data server Clearinghouse đóng vai trò như một cuốn catalog, clearinghouse tìm kiếm trong catalog này để tìm dữ liệu cần

Có 2 chiến thuật lựa chọn, tương ứng với 2 kiểu triển khai, kiểu thứ nhất tập trung công việc chủ yếu cho phía server, kiểu kia ngược lại tập trung công việc cho phía client

Các bước xử lý:

Hình 2.4: Kiến trúc hướng phục vụ

Trong WebGIS đôi khi thuật ngữ “map server” được dùng để chỉ ra rằng chiến thuật áp dụng là server- side Mà trong đó khi người dùng gửi yêu cầu cần “map”để hiển thị, thì sẽ được “phục vụ” bởi server

Chiến thuật server-side dựa trên khả năng trình duyêt web của người dùng có thể gửi các yêu cầu đến các phần mềm GIS trên server thông qua Internet

Các chương trình được dùng để nhận và xử lý yêu cầu người dùng có thể được viết bằng các ngôn ngữ như : Perl, Visual Basic, C++…Các chương trình này cũng có thể mua từ các nhà sản xuất để tạo khả năng kết nối tốt hơn đến các hệ xử lý GIS đã tồn tại

Để có thể giao tiếp với các ứng dụng WebGIS đặt trên server, web server có thể sử dụng các chuẩn giao tiếp phổ biến như CGI (Common Gateway Interface), Java, ISAPI (Internet Server Application Programming Interface), and NSAPI (Netscape Server Application Programming Interface)…

Các thuận lợi và khó khăn của kiến trúc này

o Thuận lợi

- Với server có cấu hình mạnh được sử dụng, người dùng có thể truy xuất trên tập dữ liệu lớn hơn và phức tạp lớn Thay vì phải xử lý trên máy client,

hầu hết không được cấu hình mạnh và việc truyền dữ liệu lớn qua mạng Internet sẽ gây nhiều khó khăn.

- Cũng với server mạnh, việc phân tích, xử lý các chức năng GIS sẽ được tiến hành nhanh và không đòi hỏi quá nhiều ở người dùng sự am hiểu

- Kiểm soát được các thao tác của người dùng (chủ yếu là đơn giản) trên dữ liệu và luôn đảm bảo người dùng nhận kết quả đúng từ dữ liệu (do phía client không phải xử lý nhiều)

o Khó khăn

- Với chiến thuật này thì dù yêu cầu là nhỏ (client hoàn toàn xử lý được) hay lớn, tất cả đều gửi về phía server, và server xử lý xong lại gửi trả về cho client thông qua đường truyền trên mạng

- Hiệu năng của hệ thống WebGIS sẽ bị ảnh hưởng bởi băng thông và đường truyền mạng Internet giữa server và client Nhất là khi mà kết quả trả về phải mang chuyển những file lớn

- Hệ thống WebGIS sử dụng chiến thuật này không tận dụng được khả năng

xử lý trên máy client Chủ yếu client chỉ xử lý gửi yêu cầu và hiển thị kết quả đáp ứng

Nhìn chung, chiến thuật này áp dụng tốt nhất cho các ứng dụng WebGIS thương mại hay cộng đồng với số lượng lớn người dùng mà không quan tâm đến khả năng xử lý GIS trên các máy người dùng

2.2.2.2 Kiến trúc hướng người dùng

Thay vì để server làm quá nhiều việc, một số chức năng xử lý GIS sẽ được đưa về phía máy người dùng, và tại đây sẽ có một phần dữ liệu được xử lý

Hình 2.5: Kiến trúc hướng người dùng

Có 2 dạng triển khai chiến thuật client side như sau:

a GIS Applet được phân phối đến Client khi có yêu cầu

Trong cách triển khai chiến thuật này các xử lý GIS sẽ được server cung cấp cho phía client dưới dạng các chương trình thực thi nhỏ hoặc là các applet để có thể chạy được ở phía client Những applet như vậy được phân phối đến client khi client cần nó để

xử lý

- Người dùng tạo ra một yêu cầu từ trình duyệt

- Yêu cầu được chuyển qua Internet đến server (1)

- Server xử lý các yêu cầu

- Kết quả phản hồi trả về bao gồm dữ liệu và các applet cần thiết để người dùng có thể làm việc trên dữ liệu này

Các applet có thể được viết bằng Java, JavaScript hoặc ở dạng các ActiveX.Như vậy trình duyệt cần được tích hợp các compiler để xử lý các applet này

b GIS Applet và Plug-in cố định ở Client

Các triển khai trên cần thêm các chức năng xử lý GIS vào trình duyệt Tuy nhiên việc chuyển dữ liệu và các applet cần thiết qua mạng Internet mất nhiều thời gian nhất là khi mà ứng dụng ít được dùng đến

Giải pháp cho vấn đề này là cách triển khai sau đây:

- Chuyển các GIS applet đến máy tính client một cách cố định, và không phải chuyển đến mỗi khi cần nữa

- Download và cài đặt cố dịnh các plug-in vào trình duyệt web của client

- Xây dựng một trình duyệt web có tích hợp sẵn phần mềm xử lý GIS để chạy trên client

- Tích hợp các link đến nguồn tài nguyên dữ liệu khác trên mạng trong mỗi gói

- Người dùng được quyền điều khiển trong quá trình phân tích dữ liệu

- Khi server gửi dữ liệu cần thiết về, người dùng có thể làm việc với dữ liệu này mà không phải gửi đi hay nhận về cái gì khác từ mạng

xử lý Những công việc đòi hỏi người dùng có quyền điều khiển cao (thao tác bản đồ, v.v ) được giao cho client Như vậy đòi hỏi thông tin về cấu hình của server và client cần được chia sẻ cho nhau

Giải pháp này tỏ ra hiệu quả khi mà client thỉnh thoảng mới cần liên lạc với server

để lấy dữ liệu

2.3 Dạng dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý

Dữ liệu của webgis cũng giống như hệ thống thông tin địa lý, có thể chia ra làm 2 loại số liệu cơ bản: số liệu không gian, phi không gian hay còn là dữ liệu thuộc tính và

dữ liệu thời gian Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị

Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ độ,

Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi, …

Số liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng Các số liệu phi không gian được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung

Dữ liệu thời gian là thông tin không gian (có vị trí tọa độ) và thông tin thuộc tính

có thể biến đổi không phụ thuộc vào nhau tương đối theo thời gian

2.3.1 Dữ liệu không gian

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng càng có ý nghĩa Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin không gian Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng, số lượng của hình dạng và cấu trúc Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ thống

Dữ liệu đồ họa này mô tả thế giới thực và được chia làm 2 loại : dữ liệu raster và

dữ liệu vectơ

2.3.1.1 Dữ liệu vector

2.3.1.1.1 Các kiểu đối tượng trong dữ liệu vector

a Đối tượng điểm

Điểm được xác định bởi cặp giá trị điểm Các đối tượng đơn, thông tin về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm Các đối tượng kiểu điểm có đặc điểm:

- Là toạ độ đơn (x,y)

- Không cần thể hiện chiều dài và diện tích

Hình 2.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point).

Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng Tuy nhiên trên bản

đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể thể hiện dưới dạng một điểm Vì vậy, các đối tượng điểm và vùng có thể được dùng phản ánh lẫn nhau

b Đối tượng đường

Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm Mô tả các đối tượng địa

lý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:

- Là một dãy các cặp toạ độ

- Một arc bắt đầu và kết thúc bởi node

- Các cung nối với nhau và cắt nhau tại điểm

- Hình dạng của cung được định nghĩa bởi các điểm điểm

- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ

Hình 2.7: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng Arc

c Đối tượng vùng

Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng Các đối tượng địa lý có diện tích và đóng kín bởi một đường được gọi là đối tượng vùng polygons, có các đặc điểm sau:

- Polygons được mô tả bằng tập các đường và điểm nhãn

- Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng

- Một điểm nhãn nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mỗi một vùng

Hình 2.8 Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon)

Hình 2.9: Một số khái niệm trong cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ.

Các đối tượng không gian khi biểu diễn ở cấu trúc dữ liệu vector được tổ chức dưới dạng điểm, đường và vùng, và được biểu diễn trên một hệ thống tọa độ nào đó Đối với các đối tượng biểu diễn trên mặt phẳng, mỗi đối tượng điểm được biểu diễn bởi một cặp tọa độ (x, y); đối tượng đường được xác định bởi một chuỗi liên tiếp các điểm, đoạn thẳng được nối giữa các điểm hay còn gọi là cạnh, điểm bắt đầu và điểm kết thúc của một đường gọi là các nút; đối tượng vùng được xác định bởi các đường khép kín

Hình 2.10: Minh họa đối tượng đường gồm có các nút, điểm, cạnh

2.3.1.1.3 Các loại cấu trúc trong dữ liệu vector

Hai loại cấu trúc được biết đến trong cấu trúc dữ liệu vector là cấu trúc Spaghetti

và cấu trúc Topology Cấu trúc Spaghetti ra đời trước và được sử dụng cho đến ngày nay ở một số các phần mềm GIS như: phần mềm Arcview GIS, ArcGIS, MapInfo,… Cấu trúc Topology ra đời trên nền tảng của mô hình dữ liệu cung – nút (Arc - Node)

a. Cấu trúc Spaghetti

Trong cấu trúc dữ liệu Spaghetti, đơn vị cơ sở là các cặp tọa độ trên một không gian địa lý xác định Do đó, mỗi đối tượng điểm được xác định bằng một cặp tọa độ (x, y); mỗi đối tượng đường được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp tọa độ (xi, yi); mỗi đối tượng vùng được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp toạ độ (xj, yj) với điểm đầu

và điểm cuối trùng nhau

b Cấu trúc Topology

Cấu trúc Topology còn được gọi là cấu trúc cung – nút (arc - node) Cấu trúc này được xây dựng trên mô hình cung – nút, trong đó cung là phần tử cơ sở Việc xác định các phần tử không gian dựa trên các định nghĩa sau:

- Mỗi cung được xác định bởi 2 nút, các phần tử ở giữa 2 nút là các điểm điều khiển, các điểm này xác định hình dạng của cung

- Các cung giao nhau tại các nút, kết thúc một cung là nút

- Vùng là tập hợp các cung khép kín, trong trường hợp vùng trong vùng thì phải

có sự phân biệt giữa cung bên trong và cung bên ngoài

Trong cấu trúc Topology, các đối tượng không gian được mô tả trong bốn bảng dữ liệu: bảng tọa độ cung, bảng topology cung, bảng topology nút và bảng topology vùng Giữa các bảng này có quan hệ với nhau thông qua cung Từ đây, ta có thể phân tích các quan hệ của các đối tượng không gian trên cùng một hệ tọa độ

Vùng ngoài vùng a

Bảng 2.3: Bảng topology cung

Topology CungCung Nút đầu Nút cuối Vùng trái Vùng phải

Bảng 2.5: Bảng dữ liệu tọa độ cung

Dữ liệu tọa độ cungCung Nút đầu (x,y) Đỉnh vertex

- Việc lưu trữ được đòi hỏi ít hơn hệ thống cơ sở dữ liệu raster

- Bản đồ gốc có thể được hiện diện ở sự phân giải gốc của nó

- Đặc tính phương pháp như là các kiểu từng, đường sá, sông suối, đất đai có thể được khôi phục lại và tiến triển 1 cách đặc biệt

- Điều này dễ hơn để kết hợp trạng thái khác nhau của phương pháp mô tả dữ liệu với một đặc tính phương pháp đơn

- Hệ số hoá các bản đồ không cần được khôi phục lại từ hình thức raster

b Nhược điểm

- Vị trí của điểm đỉnh cần được lưu trữ 1 cách rõ ràng

- Mối quan hệ của những điểm này phải được định dạng trong 1 cấu trúc thuộc về địa hình học, mà nó có lẽ khó để hiểu và điều khiển

- Thuật toán cho việc hoàn thành chức năng thì hoàn toàn tương đương trong hệ thống cơ sở dữ liệu raster là quá phức tạp và việc hoàn thành có lẽ là không xác thực

- Sự thay đổi một cách liên tiếp dữ liệu thuộc về không gian không thể được hiện diện như raster Một sự khôi phục để raster được yêu cầu tiến hành dữ liệu kiểu này

Mô hình raster biểu diễn không gian như là một ma trận số nguyên, mỗi giá trị số nguyên đại diện cho một thuộc tính, vị trí của số nguyên chính là vị trí của đối tượngThí dụ:

Hình 2 13: Mô hình dữ liệu raster và vector

Hình 2.14: Mô hình dữ liệu raster và vector

Liên hệ với thế giới thực: mỗi pixel sẽ tương ứng với một ô nào đó trong thế giới thực

Trong cấu trúc raster:

- Đường được biểu diễn bằng những pixel có cùng giá trị f(x,y) liên tiếp nhau

- Vùng được xác định thành một mạng gồm nhiều pixel có cùng giá trị thuộc tính f(x,y).

Hình 2.15: Cấu trúc dữ liệu raster

2.3.1.2.2 Đặc điểm

Mô hình dữ liệu dạng raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng một lưới các ô vuông hay điểm ảnh (pixcel) Mô hình raster có các đặc điểm:

- Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới

- Mỗi một điểm ảnh (pixcel) chứa một giá trị

- Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp (layer)

- Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp

Mô hình dữ liệu raster là mô hình dữ liệu GIS được dùng tương đối phổ biến trong các bài toán về môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên

Mô hình dữ liệu raster chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng dạng vùng là ứng dụng cho các bài toán tiến hành trên các loại đối tượng dạng vùng: phân loại; chồng xếp

Các nguồn dữ liệu xây dựng nên dữ liệu raster có thể bao gồm:

- Quét ảnh

- Ảnh máy bay, ảnh viễn thám

- Chuyển từ dữ liệu vector sang

- Lưu trữ dữ liệu dạng raster

- Nén theo hàng (Run lengh coding)

- Nén theo chia nhỏ thành từng phần (Quadtree)

- Nén theo ngữ cảnh (Fractal)