- i - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀ N THÔNG VŨ ĐỨC QUANG VẤN ĐỀ LƢU TRỮ TRONG HỆ THỐNG DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌ C MÁ Y TÍ NH Thái Nguyên – 2013 - ii - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀ N THÔNG VŨ ĐỨC QUANG VẤN ĐỀ LƢU TRỮ TRONG HỆ THỐNG DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌ C MÁ Y TÍ NH NGƢỜ I HƢỚ NG DẪ N KHOA HỌ C PGS.TS. ĐẶNG VĂN ĐỨC - iii - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đặng Văn Đức, Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, ngƣời đã định hƣớng và tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin, trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông, Đại học Thái Nguyên, những ngƣời đã tận tình truyền đạt các kiến thức, quan tâm, động viên trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại Trƣờng. Tôi xin chân thành cảm ơn Trƣờng Cao đẳng kinh tế kỹ thuật Vinatex đơn vị tôi đang công tác đã hết sức tạo điều kiện về thời gian cũng nhƣ vật chất, tinh thần để tôi có thể hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình. Nhân đây cho phép tôi gửi lời cảm ơn tới các bạn học cùng lớp CK9D & CK10A, lớp chuyên ngành Khoa học máy tính, các bạn đồng nghiệp đã thƣờng xuyên quan tâm, giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp các tài liệu hữu ích trong thời gian tôi học tập, nghiên cứu tại Trƣờng cũng nhƣ trong trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp vừa qua. Cuối cùng tôi xin bảy tỏ sự biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, những ngƣời thân trong gia đình đã luôn ở bên tôi, động viên, chia sẻ và dành cho tôi những gì tốt đẹp nhất trong suốt thời gian tôi học cao học cũng nhƣ trong thời gian tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2013 Vũ Đức Quang - iv - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn “VẤN ĐỀ LƢU TRỮ TRONG HỆ THỐNG DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ” là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS. Đặng Văn Đức, tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo. Các nội dung công bố và kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2013 Vũ Đức Quang - v - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Một hệ thống dịch vụ đƣợc xây dựng trên cơ sở kết hợp các công nghệ Web, hệ thông tin địa lý (GIS), công nghệ mới nhƣ công nghệ viễn thám, công nghệ truyền thông không dây (GSM/GPRS, WiFi, WiMax ) và công nghệ định vị vệ tinh (GPS) đã tạo ra một môi trƣờng mới trong đó tất cả các đối tƣợng chuyển động có thể xác định vị trí của chúng. Đây chính là cơ sở cho việc phát triển môi trƣờng và dịch vụ trên cơ sở vị trí địa lý (LBS – Location-Based Services) Các lĩnh vực ứng dụng của LBS rất đa dạng, có thể kể đến nhƣ quản lý và điều hành giao thông đô thị; theo dõi, dự báo thời tiết; cảnh báo sóng thần, động đất; theo dõi và xử lý cứu hộ, cứu nạn… Mặc dù đã có nhiều sản phẩm phần mềm, dịch vụ dựa trên vị trí địa lý đƣợc triển khai khá hiệu quả nhƣng những sản phẩm, dịch vụ mang đặc thù riêng, phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội hiện tại của Việt Nam thì vẫn còn rất thiếu. Việc nghiên cứu, xây dựng và triển khai các dịch vụ này sao cho hiệu quả và phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam là rất cần thiết. Trong một hệ thống LBS dữ liệu không gian có thể coi là nền tảng cho các chức năng khác hoạt động, dữ liệu không gian là dữ liệu phức tạp, chiếm nhiều bộ nhớ nhất trong hệ thống LBS Xuất phát từ những vấn đề nêu trên đó chính là lý do mà tôi lựa chọn đề tài “Vấn đề lƣu trữ trong hệ thống dịch vụ dựa trên vị trí” nhằm mục tiêu tiếp cận, nghiên cứu khái quát kiến trúc hệ thống LBS và đi sâu nghiên cứu các giải pháp lƣu trữ dữ liệu đa dạng, liên quan đến vị trí địa lý và thời gian. Từ đó đề xuất khả năng ứng dụng hiệu quả cho từng lớp bài toán thực tế khác nhau. Trong khuôn khổ một luận văn, tôi trình bày một số vấn đề cơ bản về LBS, chẳng hạn các khái niệm, kiến trúc hệ thống, các mô hình dữ liệu không gian. Trong đó, tập trung nghiên cứu và cài đặt thử nghiệm việc lƣu trữ dữ liệu không gian trong phần mềm mã nguồn mở PostgreSQL và PostGIS. - vi - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bố cục của luận văn bao gồm phần mở đầu, phần kết luận và ba chƣơng nội dung đƣợc tổ chức nhƣ sau: Chƣơng 1: Khái quát về dịch vụ dựa trên vị trí Chƣơng này trình bày tổng quan về hệ thống LBS: Khái niệm cơ sở, kiến trúc tổng thể, cấu trúc dữ liệu không gian và khả năng ứng dụng của LBS Chƣơng 2: Phƣơng pháp lƣu trữ dữ liệu địa lý trong hệ thống LBS Chƣơng này mô tả cấu trúc, các phép toán chèn, xoá, duyệt, truy vấn của các kỹ thuật chỉ mục và tìm kiếm không gian nhƣ: cây k-d(k-d tree), cây tứ phân điểm (Quadtree), Cây tứ phân matrix MX (MX-Quadtrees), cây R(R tree) và một số nhận xét về cây dữ liệu không gian Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian PosgreSQL và PostGIS Chƣơng 3: Phát triển chƣơng trình thử nghiệm khả năng lƣu trữ dữ liệu trong hệ thống LBS Cài đặt thử nghiệm PostgreSQL và PostGIS quản lý dữ liệu thông tin địa lý. - vii - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN iv MỞ ĐẦU v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ ix DANH MỤC HÌNH ẢNH x CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ DỊCH VỤ 1 DỰA TRÊN VỊ TRÍ (LBS) 1 1.1. Khái niệm cơ sở 1 1.2. Kiến trúc tổng thể 3 1.3. Cấu trúc dữ liệu không gian 4 1.3.1. Tổ chức các mẩu tin trong tệp 4 1.3.2. Chỉ mục không gian (spatial indexing) 7 1.3.3. Phƣơng pháp quản trị CSDL phi không gian 9 1.3.4. Phƣơng pháp quản trị CSDL không gian 11 1.3.5. Truy vấn không gian 18 1.3.6. Phân cụm trong CSDL không gian 19 1.4. Khả năng ứng dụng của LBS 21 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP LƢU TRỮ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ TRONG HỆ THỐNG (LBS) 24 2.1.Một số cấu trúc dữ liệu và chỉ mục không gian điển hình 24 2.1.1. Cây d-k (k-d Trees) 24 2.1.2. Cây tứ phân điểm (Point Quadtrees) 32 2.1.3. Cây tứ phân matrix MX (MX-Quadtrees) 37 2.1.4. Cây R (R-Trees) 40 2.1.5. Một số nhận xét về cây dữ liệu không gian 43 2.2. Các vấn đề về lƣu trữ dữ liệu trong hệ thống LBS 44 2.2.1. Dữ liệu không gian 44 2.2.2. Dữ liệu vị trí và thông tin ngƣời dùng 45 2.3. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian 45 - viii - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3.1. PostgreSQL 45 2.3.2. PostGIS 50 2.3.3. Vấn đề bảo mật dữ liệu 54 CHƢƠNG 3: PHÁT TRIỂN CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG LƢU TRỮ DỮ LIỆU TRONG HỆ THỐNG LBS 55 3.1. Phát biểu bài toán thử nghiệm 55 3.2. Phân tích thiết kế hệ thống 56 3.2.1. Biểu đồ ca sử dụng của hệ thống 56 3.2.2. Biểu đồ trình tự 58 3.3. Cài đặt chƣơng trình thử nghiệm 61 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 - ix - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ CSDL Cơ sở dữ liệu GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems) GPS Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung (General Packet Radio Service) GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications) LBS Dịch vụ dựa trên vị trí địa lý (Location-based Service) WLAN Mạng không dây cục bộ (Wireless Local Area Networks) WPAN Mạng không dây cá nhân (Wireless Personal Area Networks) WWAN Mạng không dây diện rộng (Wireless Wide Area Network) SMS Dịch vụ tin nhắn ngắn (Short Message Services) DBMS Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database Management System) - x - Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Khái niệm mô hình dịch vụ LBS 2 Hình 1.2: Kiến trúc tổng thể của một hệ thống LBS 3 Hình 1.3: Minh họa mô hình hóa dữ liệu không gian 4 Hình 1.4: Ánh xạ các mẩu tin từ các lớp dữ liệu bản đồ vào các trang đĩa 5 Hình 1.5: Tổ chức tệp có thứ tự 6 Hình 1.6: Tổ chức hàm băm cho các bảng dữ liệu 7 Hình 1.7: Chỉ mục phụ trên bảng dữ liệu 8 Hình 1.8: Chỉ mục chính trên bảng dữ liệu 8 Hình 1.9: Dữ liệu biểu diễn dƣới dạng điểm 13 Hình 1.10: Dữ liệu biểu diễn dƣới dạng đƣờng 13 Hình 1.11: Dữ liệu biểu diễn dƣới dạng vùng 14 Sử dụng Mô hình CSDL quan hệ để quản trị dữ liệu phi không gian 16 Hình 1.13: Kiến trúc tích hợp của một hệ thống GIS 17 Hình 1.14: Truy vấn điểm và truy vấn vùng 19 Hình 1.15: Hệ thống cứu hộ sử dụng thông tin vị trí 21 Hình 1.16: Minh hoạ dịch vụ quản lý, theo dõi và giám sát 22 Hình 1.17: Khả năng ứng dụng của dịch vụ LBS 23 Hình 2.1: Lƣới bản đồ với kích thƣớc 8 x 8 25 Hình 2.2: Trình tự chèn vào cây 2-d 26 Hình 2.3: Mô tả phép chèn cây k-d trên bản đồ 27 Hình 2.4: Bản đồ mẫu xây dựng cây tứ phân điểm 34 Hình 2 5: Tiến trình chèn vào cây tứ phân điểm 34 Hình 2.6: Mô hình một cây tứ phân điểm 35 Hình 2.7: Trình tự chèn vào cây tứ phân MX 38 Hình 2.8: Mô tả phép chèn vào cây tứ phân MX 39 Hình 2.9: Bản đồ mẫu mô tả cách nhóm các hình chữ nhật minh họa cho cây R 41 Hình 2.10: Trình tự chèn vào cây R 42 [...]... chỉnh sửa, dịch chuyển vị trí điểm tiện ích 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -1- CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ (LBS) 1.1 Khái niệm cơ sở LBS viết tắt của (Location Based Service - Dịch vụ dựa trên vị trí địa lý) là dịch vụ đƣợc tạo ra từ sự kết hợp của công nghệ GPS (Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu), công nghệ truyền... tế: LBS - Một dịch vụ IP không dây sử dụng các thông tin địa lý để phục vụ cho ngƣời dùng di động Mọi ứng dụng dịch vụ đều khai thác vị trí của các thiết bị di động đầu cuối Từ các định nghĩa trên cho thấy, LBS là phần giao giữa ba nhóm công nghệ là các công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại nhƣ các hệ thống truyền thông di động, thiết bị di động cầm tay với Internet và các hệ thống thông tin... trong tình trạng khẩn cấp, cần trợ giúp Ví dụ: Bị tai nạn, bị tội phạm tấn công, hay khách du lịch không xác định đƣợc vị trí của mình khi xe bị hỏng trong quá trình di chuyển, ) Với vị trí chính xác đƣợc tự động chuyển về nhà cung cấp dịch vụ khẩn cấp, họ có thể dễ dàng thực hiện các trợ giúp một cách nhanh chóng và hiệu quả Hình 1.15: Hệ thống cứu hộ sử dụng thông tin vị trí Dịch vụ định tuyến: Dịch. .. toàn cầu), công nghệ truyền thông không dây, công nghệ GIS (Geographic Information Systems - Hệ thống thông tin địa lý) và công nghệ Internet Có nhiều cách định nghĩa về dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) nhƣ: LBS là dịch vụ thông tin có thể truy cập bằng các thiết bị di động thông qua môi trƣờng mạng di động và mang lại các lợi ích nhờ vào sự khai thác vị trí của thiết bị di động (theo Virrantaus et al 2001)... “minimum weight” Một hệ thống CSDL không gian là một hệ thống CSDL đƣa ra những kiểu dữ liệu không gian trong mô hình dữ liệu và ngôn ngữ truy vấn trong nó và đề nghị một thực thi hiệu quả của những kiểu dữ liệu với những phép toán và truy vấn trên chúng Những phép toán điển hình trên những kiểu dữ liệu này đƣợc tính toán của khoảng cách hoặc giao nhau Những loại truy vấn quan trọng nhƣ truy vấn vùng (region... thông: thành phần thứ hai là mạng truyền thông với vai trò truyền dữ liệu ngƣời dùng, các yêu cầu dịch vụ từ thiết bị di động đầu cuối đến nhà cung cấp dịch vụ và sau đó tải thông tin về phía ngƣời dùng - Hệ thống định vị: Để dịch vụ có thể hoạt động đƣợc, cần thiết phải xác định đƣợc vị trí của ngƣời dùng Vị trí của ngƣời có thể đƣợc xác định bằng thiết bị định vi toàn cầu (GPS) hay thông qua mạng truyền... nhà tƣơng ứng của khách hàng Thao tác truy vấn trong CSDL quan hệ thƣờng dùng các công cụ nhƣ SQL hoặc đại số quan hệ Một truy vấn thông thƣờng trong SQL là ” SELECT A1, A2,….,An FROM R1, R2,….,Rk WHERE F” Ý nghĩa của truy vấn trên là chọn những giá trị của các thuộc tính A1, A2,….,An trong quan hệ R1, R2,….,Rk với điều kiện F cho trƣớc Trong ví dụ mô tả ở trên, giả sử ta muốn biết số điện thoại của... -2- Hình 1.1: Khái niệm mô hình dịch vụ LBS Mô hình trên cho thấy LBS chính là phần giao của các công nghệ, bên cạnh đó, nó cho thấy sự hình thành các hệ thống thông tin tích hợp:  Hệ thống “Web GIS” đƣợc hình thành từ việc tích hợp Internet với GIS/CSDL không gian  Hệ thống “GIS di động” đƣợc hình thành từ việc tích hợp GIS/CSDL không gian với các thiết bị di động  Hệ thống “Internet di động” đƣợc... vào các dấu hiệu hoạt động, tín hiệu sóng radio Nếu vị trí không thể xác định một cách tự động thông qua mạng hay các thiết bị định vị thì ngƣời sử dụng có thể cập nhật bằng tay và tự cung cấp cho hệ thống - Các nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng: Các nhà cung cấp dịch có thể cung cấp dịch vụ khác nhau cho ngƣời dùng và có trách nhiệm xử lý yêu cầu dịch vụ của Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái... trí Dịch vụ định tuyến: Dịch vụ phục vụ nhu cầu định hƣớng của khách hàng theo vị trí địa lý hiện tại của họ Thông qua hạ tầng mạng di động (trạm phát sóng), các nhà cung cấp dịch vụ có thể định vị chính xác tọa độ của một ngƣời sử dụng điện thoại và cung cấp định vị định hƣớng Hầu hết các hệ thống điều hƣớng xe hơi hiện nay, ngƣời dùng cần kết nối với nhà cung cấp dịch vụ để đảm bảo thông tin mới nhất, . chiếm nhiều bộ nhớ nhất trong hệ thống LBS Xuất phát từ những vấn đề nêu trên đó chính là lý do mà tôi lựa chọn đề tài Vấn đề lƣu trữ trong hệ thống dịch vụ dựa trên vị trí nhằm mục tiêu tiếp. - Dịch vụ dựa trên vị trí địa lý) là dịch vụ đƣợc tạo ra từ sự kết hợp của công nghệ GPS (Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu), công nghệ truyền thông không dây, công nghệ. “VẤN ĐỀ LƢU TRỮ TRONG HỆ THỐNG DỊCH VỤ DỰA TRÊN VỊ TRÍ” là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS. Đặng Văn Đức, tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc chỉ rõ trong