Phân tích không gian trong một hệ thống WEBGIS

TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ K4-2016 
Trang 75 
Phân tích không gian trong một hệ thống 
WEBGIS 
 Trần Trọng Đức 
Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-TPHCM 
(Bản thảo nhận ngày 04 tháng 07 năm 2016, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 22 tháng 08 năm 2016) 
TÓM TẮT 
Trong phần lớn các ứng dụng WebGIS, 
tương tác chú trọng chủ yếu vào việc biên tập 
hoặc tra xét thông tin liên quan đến các phần tử 
trên bản đồ. Vẫn còn một khía cạnh khác chưa 
được chú trọng khai thác đó là việc cho phép 
người sử dụng thực hiện các phân tích không 
gian. Thực hiện phân tích không gian có thể 
được thực hiện phía server, sử dụng WPS (Web 
Processing Service), hoặc thực hiện phía Client 
sử dụng JSTS (JavaScript Topology Suite). Như 
là một đóng góp thêm vào trong lĩnh vực này, 
bài báo này trình bày cách thức sử dụng dịch vụ 
WPS của Geoserver, cũng như sử dụng thư viện 
JSTS để thực hiện các phân tích không gian. 
Một hệ thống WebGIS - dựa trên các sản phẩm 
mã nguồn mở Geoserver, và OpenLayers - đã 
được xây dựng và được sử dụng để thực hiện 
minh họa hoạt động phân tích không gian trong 
tìm kiếm các đối tượng không gian trong mối 
quan hệ với đối tượng không gian khác. Kết quả 
thực nghiệm cho thấy việc sử dụng WPS hoặc 
JSTS để thực hiện phân tích không gian qua 
internet là hoàn toàn có thể thực hiện được. 
Từ khóa: GIS, WebGIS, WPS, JSTS, Phân tích không gian 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Việc dễ dàng truy cập vào internet mở ra 
những cơ hội cho việc chia sẻ thông tin về các 
đối tượng địa lý (thửa đất, con đường, tuyến cấp 
nước, thoát nước,) phân bố trên một bề mặt 
địa lý rộng. Do vậy, đã có nhiều phần mềm liên 
quan đến phục vụ bản đồ và các dịch vụ bản đồ 
trên Web được các công ty và tổ chức trên thế 
giới đầu tư phát triển. Chính vì điều này nhiều 
cơ quan đơn vị trong nước đã bắt đầu tiếp cận 
với công nghệ thể hiện bản đồ trên Web. Tuy 
nhiên, các đơn vị, tổ chức ở Việt Nam hiện chỉ 
khai thác các phần mềm WebGIS ở khía cạnh 
hiển thị thông tin dạng bản đồ và thực hiện một 
số truy vấn thông tin đơn giản. Một khía cạnh 
quan trọng khác là phân tích không gian thì vẫn 
chưa có nhiều ứng dụng, có thể do tính chất 
phức tạp của việc phân tích dữ liệu không gian 
qua mạng internet. Thực hiện phân tích không 
gian có thể được thực hiện ở phía client hay ở 
phía server. Việc chọn phương pháp thực hiện 
nào sẽ lệ thuộc vào độ phức tạp của phép phân 
tích không gian, khả năng xử lý của máy tính tại 
client và server, cũng như định dạng bản đồ 
được thể hiện là ở dạng WMS hoặc WFS. Trong 
trường hợp dữ liệu bản đồ được thể hiện chủ yếu 
ở dạng WMS, phân tích không gian nên tiến 
hành tại Map Server. Cho đến thời gian gần đây, 
việc xử lý dữ liệu không gian tại Map Server đã 
trở nên dễ dàng hơn với sự hỗ trợ của Web 
Processing Service (WPS), một chuẩn về xử lý 
dữ liệu không gian được phát triển bởi tổ chức 
SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol. 19, No. K4-2016 
Trang 76 
Open Geospatial Consortium (OGC). OGC 
WPS định nghĩa một cơ chế, dựa vào đó một 
ứng dụng ở máy Client có thể gửi một yêu cầu 
xử lý không gian đến máy Server [7]. Trên thế 
giới đã có nhiều nghiên cứu cơ bản về xử lý dữ 
liệu không gian sử dụng dịch vụ WPS [6, 9]. 
Bên cạnh đó còn có các nghiên cứu mở rộng khả 
năng của dịch vụ geoprocessing như tái sử dụng 
các công cụ xử lý đã có từ các phần mềm 
GRASS, SEXTANTE hoặc kết nối các dịch vụ 
xử lý riêng lẻ thành chuỗi dịch vụ để thực hiện 
các xử lý phức tạp hơn [2, 10]. Hiện nay, một số 
dự án mã nguồn mở phát triển thành công, có 
cung cấp dịch vụ WPS ở phía server, ví dụ 
Deegree WPS [4], GeoServer WPS [5], và 520 
North WPS [11]. 
Trong trường hợp dữ liệu bản đồ được thể 
hiện chủ yếu ở dạng WFS, phân tích không gian 
nên tiến hành tại Client. Thực hiện phân tích 
không gian tại client có thể được thực hiện với 
sự hỗ trợ của JavaScript Topology Suit (JSTS) 
[3]. JSTS là một thư viện JavaScript của các 
hàm không gian trong xử lý hình học phù hợp 
với mô tả “Simple Feature Specification for 
SQL” được công bố bởi tổ chức Open 
Geospatial Consortium. JSTS được viết lại một 
phần dựa vào thư viện nổi tiếng JTS nền Java. 
Trong nghiên cứu này, tác giả minh họa cách 
thức sử dụng cả hai Geoserver WPS, và JSTS 
trong bài toán tìm kiếm các đối tượng trong mối 
quan hệ không gian với các đối tượng khác 
trong một hệ thống WebGIS. 
2. CÁCH THỨC TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH 
KHÔNG GIAN TRÊN WEBGIS 
Như đã trình bày ở trên, thực hiện phân tích 
không gian có thể tiến hành ở phía client hoặc ở 
phía server. 
2.1 Thực hiện phân tích không gian ở server 
Vào ngày 13/07/2005, OGC công bố đặc tả 
dịch vụ Web Processing Service (WPS) hoàn 
chỉnh đầu tiên - phiên bản 0.4.0 và phiên bản 
WPS 1.0.0 được công bố ngày 08/06/2007 đã 
mở ra khả năng cung cấp, trao đổi và thực hiện 
công việc xử lý không gian thông qua internet. 
Đặc tả WPS định nghĩa 3 hoạt động bắt buộc 
thực hiện bởi một WPS server, cụ thể là 
GetCapabilities, DescribeProcess và Execute. 
Khi sử dụng WPS, người sử dụng có thể đưa ra 
yêu cầu GetCapabilities để được cung cấp thông 
tin về các hoạt động xử lý (process) nào có thể 
có. Để có thông tin chi tiết về yêu cầu dữ liệu 
nhập và dữ liệu xuất của một WPS process cụ 
thể, người sử dụng có thể đưa ra yêu cầu 
DescribeProcess tới WPS server. Việc thực hiện 
một WPS process xử lý không gian cụ thể chỉ 
được tiến hành khi một yêu cầu Execute được 
gửi đến WPS với tất cả các thông số cần thiết 
như tên của phép xử lý WPS và các dữ liệu cần 
được xử lý. 
Trong nghiên cứu này WPS Server được sử 
dụng là module mở rộng WPS của Geoserver. 
Module này cung cấp cho người dùng một số 
hoạt động xử lý không gian từ thư viện của JTS 
Topology Suite như tạo vùng đệm, tính giao 
giữa các hình thể, đơn giản hóa hình thể, Để 
hỗ trợ cho việc thực hiện một hoạt động WPS từ 
một ứng dụng web, các thư viện web API được 
cung cấp đến cho người sử dụng. Ví dụ, để làm 
việc với WPS trong OpenLayers, OpenLayers 
cung cấp OpenLayers.WPSClient. Khi đối tượng 
này được khởi tạo để thực hiện một hoạt động 
xử lý không gian, người sử dụng cung cấp URL 
của WPS server và cung cấp các thông số cần 
thiết như đã mô tả bởi DescribeProcess đến 
WPS server. Hoạt động phân tích không gian sẽ 
được tiến hành ở server, và kết quả được trả trở 
về cho client. Thông tin chi tiết về cách thức 
thực hiện sẽ được mô tả ở phần ứng dụng. 
2.2 Thực hiện phân tích không gian ở Client 
Thực hiện phân tích không gian ở phía 
client muốn nói rằng tất cả các hoạt động xử lý 
không gian xảy ra ở máy tính của client. Các 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ K4-2016 
Trang 77 
ứng dụng phía client được thực hiện hầu như 
chủ yếu dùng JavaScript. Đương nhiên, vẫn phải 
có các mã HTML và CSS. Để tiến hành một 
hoạt động phân tích không gian nào đó, đòi hỏi 
i) phải có dữ liệu hình thể của đối tượng và ii) 
hàm thực hiện hoạt động phân tích không gian. 
Trong hệ thống WebGIS, hình thể của đối tượng 
được truy xuất từ các lớp dữ liệu WFS. Dữ liệu 
WFS được nạp về máy tính của client khi các 
lớp dữ liệu này hiển thị trên trang web. Còn hàm 
thực hiện hoạt động phân tích không gian sẽ 
được lấy từ thư viện JSTS, các hàm của JSTS sẽ 
được nạp về máy tính người sử dụng nhờ vào 
các địa chỉ khai báo nơi các tập tin JavaScript 
JSTS được lưu trữ. JSTS hỗ trợ các hàm phân 
tích không gian như tạo vùng đệm (buffer), lấy 
tâm (centroid), xác định hợp, giao, khác biệt 
giữa các hình thể, 
3. THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH KHÔNG 
GIAN 
Để đánh giá khả năng của việc thực hiện 
phân tích dữ liệu không gian thông qua internet 
như đã trình bày ở trên, một hệ thống WebGIS 
đã được xây dựng thử nghiệm và được sử dụng 
trong phân tích quan hệ không gian giữa các đối 
tượng thoát nước đang được quản lý như tuyến 
cống, và hầm ga nằm dọc theo các tuyến cống 
của một khu vực thuộc thành phố Hồ Chí Minh. 
Hệ thống WebGIS đã thiết kế hoạt động theo 
mô hình client-server giống như hoạt động của 
một website thông thường. Hệ thống có kiến 
trúc 3 tầng (hình 1): Tầng trình bày 
(Presentation Tier: Client), tầng giao dịch 
(Bussiness Logic Tier: Application Server), và 
tầng dữ liệu (Data Management Tier: Data 
Server ) [1]. 
Tầng trình bày gồm một trình duyệt web 
như Internet Explorer, FireFox, dùng để mở 
các trang Web theo các địa chỉ URL định sẵn. 
Các trang Web được viết bằng các công nghệ 
chuẩn của W3C (World Wide Web Consortium) 
nhằm tăng tính linh động cho web cũng như 
tăng tính tương tác với người duyệt web. Các 
trang Web có liên quan đến bản đồ được viết sử 
dụng OpenLayers. OpenLayers là một thư viện 
JavaScript thuần túy được sử dụng để hiển thị 
bản đồ theo các chuẩn định dạng WMS/WFS 
trong hầu hết các trình duyệt web hiện hành, 
không lệ thuộc vào phía server. Tầng giao dịch 
bao gồm Web Server kết hợp với một ứng dụng 
bản đồ bên phía server gọi là Map Server. Trong 
nghiên cứu này GeoSever được sử dụng như là 
Map Server. Tầng dữ liệu là nơi lưu trữ các dữ 
liệu của hệ thống bao gồm dữ liệu không gian và 
dữ liệu thuộc tính liên quan. 
Dữ liệu thử nghiệm bao gồm dữ liệu nền và 
dữ liệu chuyên đề về hệ thống thông tin thoát 
nước được tổ chức thành các lớp dữ liệu và 
được lưu trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL 
Server 2008 theo mô hình Geodatabase. Dữ liệu 
nền được trích ra từ dữ liệu nền địa hình tỉ lệ 
1/2000 được cung cấp bởi Sở Khoa học công 
nghệ thành phố Hồ Chí Minh, bao gồm 1 số lớp 
dữ liệu như: kênh rạch, giao thông, tim đường 
và ranh giới hành chính. Dữ liệu chuyên ngành 
thoát nước được cung cấp bởi công ty thoát 
nước đô thị thành phố Hồ Chí Minh, bao gồm: 
tuyến cống, hầm ga, trạm bơm, cửa xả. 
Hệ thống WebGIS đã xây dựng có đầy đủ 
các chức năng cơ bản cần thiết của một hệ thống 
GIS như tương tác với bản đồ, truy vấn tìm kiếm 
thông tin (theo một hoặc nhiều tiêu chí), biên tập 
dữ liệu không gian và ngoài ra còn có nhóm 
chức năng phân tích không gian. Trong phạm vi 
và mục đích của bài báo này, chỉ mô tả 1 trong 
những chức năng phân tích không gian đã được 
thực hiện, đó là chức năng “Select by Location”. 
Giao diện của trang WebGIS chính của hệ thống 
được thể hiện trong hình 2, trong đó nhóm chức 
năng phân tích không gian “Select by location” 
được đánh dấu với ký hiệu bàn tay. 
SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol. 19, No. K4-2016 
Trang 78 
Chức năng giúp thực 
hiện hoạt động tìm kiếm các đối tượng dựa trên 
quan hệ không gian với các nhóm đối tượng 
khác. Giao diện của chức năng về cơ bản giống 
như trong hình 3. 
Với các thông số đã nhập giống như trên 
hình 3, khi thực thi sẽ cho phép chọn các hố ga 
nước mưa nằm trong khoảng cách 10m, so với 
đối tượng tuyến cống đã được chọn, ví dụ tuyến 
cống được chọn là tuyến cống trên đường Hải 
Thượng Lãn Ông. 
Hình 3. Giao diện chức năng “Select By Location” 
Hình 1. Kiến trúc chung của một hệ thống WebGIS 
Tầng trình bày 
Tầng dữ liệu 
Tầng giao dịch 
Hình 2. Giao diện của hệ thống WebGIS 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ K4-2016 
Trang 79 
3.1 Thực hiện phân tích không gian tại 
Server 
Cách thức thực thi trong trường hợp thực 
hiện phân tích không gian tại Server bao gồm hai 
bước chính. Bước đầu tiên nhằm tạo vùng lân 
cận 10 m xung quanh tuyến cống đã chọn. Để 
làm được điều này cần khởi tạo biến wpsClient, 
một giao thức giúp tương tác với Web 
Processing Services (WPS). 
OpenLayers.WPSClient được sử dụng để tạo một 
đối tượng OpenLayers.WPSProcess từ WPS 
Server. 
 var wpsClient = new 
 OpenLayers.WPSClient({servers: {local: 
 ' }}); 
Tiếp theo gọi thực thi một hoạt động WPS 
wpsClient.execute, trong đó hoạt động xử lý 
được yêu cầu thực thi (process) là 'JTS:buffer'. 
Hoạt động xử lý này giúp tạo vùng đệm xung 
quanh tuyến thoát nước đã chọn. 
wpsClient.execute({ 
server: 'local', process: 'JTS:buffer', 
inputs: { geom: selectedFeature, 
distance: bufferdistance}, 
success: function(outputs) { 
theBuffer = outputs.result[0]}}); 
Trong nhóm câu lệnh trên, khoảng cách 
buffer, gọi là bufferdistance, do người sử dụng 
cung cấp và trong ví dụ này là 10m. Tuyến cống 
được chọn, là selectedFeature, có thể nhận được 
bằng cách khai báo var selectedFeature = 
tuyencong.selectedFeatures[0]. Kết quả tạo vùng 
đệm sẽ được lưu vào biến theBuffer = 
outputs.result[0]. 
Bước kế tiếp, nhằm tìm kiếm các đối tượng 
hố ga giao với vùng đệm 10m vừa tạo xung 
quanh tuyến cống đã chọn. Trong trường hợp lớp 
hố ga là lớp dữ liệu có định dạng WFS, bước xử 
lý có thể thực hiện phía Client với nhóm các câu 
lệnh sau: 
var fts = Hoga.features; 
for(var i=0;i<fts.length;i++) { 
 if 
(theBuffer.intersects(fts[i].geometry) == 
 true) { 
 var clone = fts[i].geometry.clone(); 
var newfeature = new 
OpenLayers.Feature.Vector(clone, 
null); 
highlightLayer.addFeatures(newfeature); 
 } } 
Trong nhóm câu lệnh trên, quan hệ hình học 
giữa vùng đệm xung quanh tuyến cống, 
theBuffer, với các đối tượng trong lớp tìm kiếm 
là lớp Hố ga, var fts = Hoga.features được xác 
định dựa vào hàm giao intersects. Nếu tồn tại 
quan hệ intersects giữa theBuffer với đối tượng 
trong lớp hố ga thì bản sao của đối tượng hình 
học này sẽ được đưa vào lớp dữ liệu vector 
highlightLayer để hiển thị trên bản đồ. Kết quả 
thực hiện được minh họa trong hình 4. 
3.2 Thực hiện phân tích không gian tại Client 
Cũng với ví dụ trên, nhưng nếu thực hiện 
xử lý không gian tại client, thì cách thức thực 
hiện giống như dưới đây: 
SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol. 19, No. K4-2016 
Trang 80 
Đầu tiên khởi tạo môi trường làm việc cho 
hoạt động phân tích không gian bằng cách cung 
cấp thông tin đường dẫn đến thư viện JSTS 
 <script type="text/javascript" 
 src="javascript.util.js"> 
<script type="text/javascript" 
 src="jsts.js"> 
Bước tiếp theo nhằm tạo vùng lân cận 10 m 
xung quanh tuyến cống đã chọn. Câu lệnh dùng 
thực thi hoạt động như dưới đây: 
 var jsts_parser = new 
 jsts.io.OpenLayersParser(); 
 var input = 
 jsts_parser.read(selectedFeature.geometry); 
 var theBuffer = 
input.buffer(Bufferdistance); 
Bước này sử dụng chức năng buffer của thư 
viện JavaScript JSTS. Các hàm của JSTS, trong 
đó có hàm buffer, sẽ được nạp về máy tính client 
nhờ vào các địa chỉ khai báo nơi các tập tin 
JavaScript JSTS được lưu trữ. Tuyến cống được 
chọn là selectedFeature. Hình thể của tuyến 
cống nhận được nhờ vào 
selectedFeature.geometry. Kết quả tạo vùng 
đệm buffer thực hiện hoàn toàn tại Client và sẽ 
được lưu vào biến theBuffer. 
Bước kế tiếp, nhằm tìm kiếm các đối tượng 
hố ga nằm trong vùng đệm 10m xung quanh 
tuyến cống đã chọn. Bước này được thực hiện 
giống như mô tả trong trường hợp 3.1. 
4. KẾT LUẬN 
Tích hợp công nghệ GIS và công nghệ 
Web mở ra một cơ hội mới không chỉ để chia sẽ, 
hiển thị và truy vấn thông tin mà còn cho phép 
thực hiện phân tích không gian thông qua 
internet. Bài báo này trình bày cách thức như thế 
nào hoạt động phân tích không gian có thể được 
thực hiện i) tại server sử dụng các dịch vụ Web 
Processing Service (WPS) và ii) tại client sử 
dụng thư viện JavaScript JSTS. Để minh họa, 
một hệ thống WebGIS – dựa trên các sản phẩm 
mã nguồn mở GeoServer, OpenLayers  – đã 
được xây dựng và sau đó được sử dụng để minh 
họa cách thức tiến hành một hoạt động phân tích 
không gian, trong bài báo này là hoạt động tìm 
kiếm các hố ga nằm trong vùng đệm 10 m xung 
quanh một tuyến cống đã chọn nào đó. Kết quả 
thực hiện cho thấy việc sử dụng các dịch vụ 
WPS, hoặc sử dụng JSTS để thực hiện xử lý 
phân tích không gian qua internet là hoàn toàn 
khả thi. Tuy nhiên, cần lưu ý nếu dữ liệu bản đồ 
được thể hiện chủ yếu ở dạng WFS, phân tích 
không gian nên tiến hành tại Client. Còn trong 
trường hợp dữ liệu bản đồ được thể hiện chủ yếu 
ở dạng WMS, phân tích không gian chỉ có thể 
tiến hành tại Server. 
Hình 4. Kết quả thực hiện một hoạt động phân tích không gian 
Các hố 
ga được 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ K4-2016 
Trang 81 
Spatial analysis in WebGIS 
 Tran Trong Duc 
Ho Chi Minh city University of Technology, VNU-HCM, Vietnam 
ABSTRACT 
In most of WebGIS applications, user 
interactions mainly concentrate on map data 
editing or data querying. Another aspect with 
paying less attention is to allow user doing 
spatial analysis. Spatial analysis can be 
implemented on server side, by using WPS (Web 
Processing Service), or on client side, by using 
JSTS (JavaScript Topology Suite). As an 
contribution to this aspect, this paper shows 
how to use to use WPS service of Geoserver and 
JSTS JavaScript library to carry on spatial 
analysis activities. A WebGIS system - based on 
the open source Geoserver and OpenLayers - 
has been developed and used to perform spatial 
analysis, searching for spatial features that have 
spatial relationships with other spatial features. 
Experiment result shows that the use of WPS 
and JSTS to perform spatial processing over the 
internet is practically doable. 
Keywords: GIS, WebGIS, WPS, JSTS, spatial analysis 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. AA. Alesheikh, H. Helali, HA. Behroz, 
Web GIS: Technologies and Its 
Applications, Symposium on Geospatial 
Theory, Processing and Applications, 
Ottawa 2002. 
[2]. Beate Stollberg & Alexander Zipf, OGC 
Web Processing Service Interface for Web 
Service Orchestration-Aggregating Geo-
processing Services in a Bomb Threat 
Scenario, 2007. 
[3]. Björn Harrtell, JavaScript Topology Suit 
(JSTS ). 
https://github.com/bjornharrtell/jsts. 
[4]. Deegree,  OSGeo 
Project, 23 July 2016. 
[5]. Geoserver, Geoserver User Manual, 
 23 
July 2016. 
[6]. Jáchym Cepický & Lorenzo Becchi, 
Processing geospatial operations via 
Internet on remote servers – PyWPS, 2007. 
[7]. Open Geospatial Consortium Inc., 
OpenGIS Web Processing Service, Version 
1.0.0, Document number OGC 05-007r7, 
2007. 
[8]. OpenLayers, User Guide, 
 23 July 2016. 
[9]. Rob Lemmens, Theodor Foerster & Barent 
Kobben, Hand-on experience on OGC Web 
Processing Service using 52north web 
processing framework, 2007. 
[10]. Víctor Olaya, Introduction to 
geoprocessing services using SEXTANTE, 
course.org/system/files/sextante_en.pdf 
[11]. 520 North exploring horizons, 
ng/, 13 May 2016.