ỨNG DỤNG GEOSERVER XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÂY THUỐC TẠI KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN BÀ NÀ – NÚI CHÚA
Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, được thiên nhiên ban tặng cho một nguồn động, thực vật phong phú và sự đa dạng về thành phần loài. Trong số đó nguồn tài nguyên cây thuốc chiếm một số lượng không nhỏ. Tuy nhiên, hiện nay tình trạng khai thác, buôn bán tự phát tại địa phương và ý thức của người dân cũng như công tác quản lý trong việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất làm các công trình, nhất là thủy điện, thủy lợi, nạn đốt phá rừng, khai thác rừng bừa bãi chưa đáp ứng yêu cầu đã làm suy giảm nguồn tài nguyên cây thuốc, ảnh hưởng đến tính đa dạng sinh học của các hệ sinh thái. Do vậy đã làm nhiều loại cây thuốc đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng.
Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa nằm cách trung tâm thành phố Đà Nẵng 30km về phía tây. Năm 1986, Bà Nà đã được Chính phủ công nhận là khu dự trữ thiên nhiên, đối tượng bảo vệ là rừng nhiệt đới và nhiều loại động thực vật quý hiếm. Theo số liệu mới nhất, Bà Nà – Núi Chúa có 793 loài thực vật, với 251 loài cây làm thuốc thuộc 89 họ thực vật phân phối ở các độ cao khác nhau. Với nguồn tài nguyên cây thuốc vô cùng phong phú và đa dạng nhưng với thực trạng hiện nay thì việc quản lý tài nguyên đó vẫn gặp nhiều khó khăn trong việc thu thập thông tin cần thiết cho việc đánh giá tình hình hiện trạng, sự phân bố và mức độ nguy hiểm đang tiềm ẩn để có biện pháp xử lý, phòng hoặc chống kịp thời trong việc bảo tồn và phát triển cây thuốc cũng như tuyên truyền cho người dân địa phương tầm quan trọng cũng như những thông tin cần thiết trong việc bảo vệ đa dạng sinh học [1].
Cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và để giúp cho việc quản lý những tài nguyên thiên nhiên ở khu bảo tồn được tiện lợi hơn bằng cách tin học hóa quản lý bởi công nghệ hiển thị đối tượng lên bản đồ bằng WebGis với công cụ hỗ trợ của Google Map. Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong việc quản lý cây thuốc tại Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa sẽ tạo cơ sở khoa học cho việc bảo tồn và phát triển nguồn tài nguyên quý giá này
Vì những lý do như trên, em đề xuất chọn đề tài: “ỨNG DỤNG GEOSERVER XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÂY THUỐC TẠI KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN BÀ NÀ – NÚI CHÚA”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tìm hiểu WebGIS với giải pháp mã nguồn mở GeoServer trên nền Google map xây dựng ứng dụng bản đồ Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa phục vụ hai mục tiêu cơ bản là phục vụ nhu cầu quản lý cây thuốc của ban quản lý và phục vụ tra cứu thông tin của người dân.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa thuộc huyện Hoà Vang, ở đây có 251 loài cây làm thuốc thuộc 89 họ thực vật phân phối ở các độ cao khác nhau [1].
Hình 1. KBTTN Bà Nà – Núi Chúa
WebGIS với giải pháp mã nguồn mở GeoServer trên nền Google map xây dựng Hệ thống quản lý cây thuốc tại khu bảo tồn Bà Nà – Núi Chúa.
Hình 2. WebGIS với các giải pháp mã nguồn mở
Phạm vi nghiên cứu
Thu thập dữ liệu về cây thuốc (đặc điểm, khu vực phân bố, số lượng…). Xây dựng cơ sở dữ liệu sử dụng công cụ PGAdmin III kết hợp hệ quản trị dữ liệu không gian PostgreSQL + PostGIS.
Xây dựng WebGIS server sử dụng GeoServer kết hợp với các công cụ hỗ trợ Google map phía client. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian sử dụng PostgreSQL + PostGIS.
Nghiên cứu lý thuyết
Tìm hiểu hệ thực vật tại Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa. Tìm hiểu GIS, WebGIS, GeoServer, Google map, PostgreSQL và PostGIS.
Nguyên cứu thực nghiệm
Thu thập dữ liệu hệ thực vật: đặc điểm, khu vực phân bố, số lượng,…tài nguyên cây thuốc của KBTTN Bà Nà – Núi Chúa.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu và ứng dụng có thể được đưa lên mạng Internet để cho cán bộ môi trường và người dân thấy được thực trạng của hệ thực vật từ đó có kế hoạch quản lý và khai thác nhằm bảo tồn và phát tài nguyên cây thuốc của Khu bảo thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa.
Luận văn được trình bày bao gồm các nội dung như sau:
Chương 1: Giới thiệu về Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa và Hệ thống thông tin địa lý
Chương 2: Phân tích và thiết kế hệ thống quản lý cây thuốc
Chương 3: Kết quả xây dựng hệ thống quản lý cây thuốc
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN
BÀ NÀ – NÚI CHÚA VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1. GIỚI THIỆU KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN BÀ NÀ – NÚI CHÚA
Bà Nà – Núi Chúa là một dãy núi thuộc huyện Hòa Vang cách thành phố Đà Nẵng 15 km đường chim bay về phía Tây (đường bộ dài 48 km) cao 1.482 m so với mực nước biển, đường từ chân núi lên đến đỉnh dài 15,6 km, khí hậu quanh năm mát mẻ, nhiệt độ trung bình từ 15 – 200C. Bà Nà đã được xem là “hòn ngọc khí hậu”, là nơi lý tưởng để an dưỡng tinh thần. Bà Nà được đánh giá là một trong những nơi nghỉ mát nổi tiếng và lớn nhất Đông Dương thu hút nhiều du khách ngang với Le Bockor (Campuchia), Cap Saint Jacques (Vũng Tàu), Tam Đảo, Sapa,…
Đặc biệt, Bà Nà có nguồn dược liệu vô cùng phong phú với: 251 loài cây thuộc 89 họ thực vật phân phối ở các độ cao khác nhau, trong đó có 13 loài họ Cà phê, 12 loài họ Đậu, 10 loài thuộc loài Thầu dầu, 8 loài thuộc họ Cam, 7 loài thuộc họ Cúc. Ngoài ra, Bà Nà còn có cây trầm hương,ba kích, cây lười ươi, cây thổ phục, bồ công anh mọc trên đỉnh núi, màng tang, chổi xuể, thông Đây đều là những loài cây có thể khai thác dùng làm thuốc [1], [6].
Tuy nhiên việc khai thác, sử dụng của con người cũng như thiên tai, lũ lụt đang ngày càng ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sinh thái của các loài động thực vật làm dược liệu nơi đây. Do đó, các kế hoạch bảo tồn, khai thác đảm bảo bền vững cũng như hoạt động quảng bá, giới thiệu du lịch sinh thái cần được tiến hành đồng bộ và thường xuyên để góp phần thực hiện chính sách quốc gia về thuốc của Việt Nam.
Theo thống kê các cây có nguy cơ bị tiêu diệt theo các tiêu chí, danh sách các loài đề ra trong Sách đỏ Việt Nam (1992), kết quả cho thấy hệ thực vật Bà Nà có 19 loài cây có nguy cơ bị tiêu diệt ở các mức độ nguy cấp khác nhau. Trong số các loài nguy cấp được bảo vệ thì loài có nguy cơ bị đe doạ cao nhất là Trầm – Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte (mức độ nguy hiểm – E). Có 5 loài trong tình trạng sẽ bị nguy hiểm, chiếm 0,63% số loài của cả hệ nhưng chiếm 1,48% số loài trong sách Đỏ toàn quốc, đó là các loài Rauvolfia verticillata (Lour.) Baill.(R. cambodiana Pierre ex Pit.), Markhamia stipulata var.pierrei (Dop) Santisuk, Dalbergia cochinchinensis Pierre, Calamus platyacanthus Warb.ex Becc, Ardisia silvestris Pit [6], [10].
Trong phong trào trồng và sử dụng thuốc nam của ngành y tế, trạm nghiên cứu dược liệu thuộc Sở Y tế Đà Nẵng đã tiến hành điều tra cơ thống kê được 251 loài cây làm thuốc thuộc 89 họ thực vật phân phối ở các độ cao khác nhau, trong đó có 13 loài họ Cà phê, 12 loài họ Đậu, 10 loài thuộc loài Thầu dầu, 8 loài thuộc họ Cam, 7 loài thuộc họ Cúc
Khu bảo tồn Bà Nà – Núi Chúa được chia thành 3 phân khu: phân khu bảo vệ có diện tích 3579 ha, phân khu phục hồi sinh thái rộng 5189 ha và phân khu hành chính – dịch vụ rộng 70 ha. Trong khu bảo tồn, diện tích có rừng là 6541 ha, diện tích chưa có rừng là 2297 ha. Khu vực đệm có 3825 ha rừng tự nhiên và rừng trồng, 2900 ha rừng khoanh nuôi phục hồi thuộc hai xã của Huyện Hòa Vang. Ngành y tế Tỉnh Quảng Nam – Đà Nẵng đã sớm nghĩ đến việc trồng cây thuốc tại Bà Nà [10].
1.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là từ khi xuất hiện ngành đồ hoạ vi tính cũng như sự gia tăng vượt bậc những khả năng của phần cứng, hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) đã ra đời và phát triển nhanh chóng cả về mặt công nghệ cũng như ứng dụng. Hệ thống thông tin địa lý đã chứng tỏ khả năng ưu việt hơn hẳn các hệ thông tin bản đồ truyền thống nhờ vào khả năng tích hợp dữ liệu mật độ cao, cập nhật thông tin dễ dàng cũng như khả năng phân tích, tính toán của nó. Do đó, hệ thống thông tin địa lý đã nhanh chóng trở thành một công cụ trợ giúp quyết định cho tất cả các ngành từ quy hoạch cho đến quản lý, cho tất cả các lĩnh vực từ tài nguyên thiên nhiên, môi trường, đất đai, kỹ thuật hạ tầng đến kinh tế, xã hội, nhân văn.
GIS cho phép gắn liền thông tin vị trí địa lý của đối tượng với nội dung thuộc tính của nó để tạo thành những bản đồ chính xác, có thể chồng ghép hoặc tách rời từng phần, dữ liệu thuộc tính của các bản đồ được lưu trữ rất mềm dẻo, dễ dàng cập nhật, tổng hợp và truy cập số liệu [2]. Ví dụ như vị trí và hình dạng của các dòng sông, nhánh suối có thể được ghi nhận dưới dạng thông tin không gian là các bản đồ và các thông tin có liên quan như kích thước, tốc độ dòng chảy, chất lượng nước hay các loài được tìm thấy trong sông, suối đó được ghi nhận dưới dạng thông tin thuộc tính gắn liền với mỗi đối tượng đó.
Sự đa dạng của các lĩnh vực sử dụng, các phương pháp và khái niệm khác nhau được áp dụng trong GIS đã dẫn đến có rất nhiều định nghĩa khác nhau về GIS.
Mặc dù có sự khác nhau về mặt tiếp cận, nhưng nhìn các định nghĩa về GIS đều có các đặc điểm giống nhau như sau: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian (spatial data), phân biệt giữa hệ thống thông tin quản lý (Management Information System – MIS) và GIS. Về khía cạnh của bản đồ học thì GIS là kết hợp của lập bản đồ trợ giúp máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu. So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau. Vì vậy, có nhiều cách quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu [2].
Hình 1.2. Hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống của phần mềm hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) điển hình: Hệ thống số hóa bản đồ; Hệ thống thể hiện bản đồ; Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu; Hệ thống phân tích địa lý; Hệ thống xử lý ảnh; Hệ thống phân tích thống kê.
1.2.3. Chức năng của hệ thống thông tin địa lý GIS
Các chức năng của GIS có thể chia làm năm loại như sau:
Thu thập dữ liệu
Xử lý sơ bộ dữ liệu
Lưu trữ và tuy nhập dữ liệu.
Tìm kiếm và phân tích không gian
Hiển thị đồ họa và tương tác
OGC là một tổ chức xây dựng các chuẩn với tính chất đồng tâm, tự nguyện, có tính toàn cầu và phi lợi nhuận. OGC dẫn dắt việc phát triển các chuẩn cho các dịch vụ trên cơ sở vị trí và không gian địa lý. OGC hoạt động với chính quyền, các nhà nông nghiệp GIS và các viện nghiên cứu để tạo ra các giao tiếp ứng dụng mở cho các hệ thống thông tin địa lý và các công nghệ chính yếu khác có liên quan.
1.3.2. Các dịch vụ hỗ trợ bởi OpenGIS
OpenGIS đã đưa ra ba chuẩn dịch vụ truy cập thông tin địa lý mang tính chuẩn hóa cao là: WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service), WCS (Web Coverage Service) đáp ứng nhu cầu trao đổi, chia sẻ thông tin giữa các hệ thống với nhau.
Hình 1.5. Các dịch vụ hỗ trợ bởi OGC
Ngoài đặc tả cho các dịch vụ, OpenGIS còn đặc tả một số chuẩn phục vụ cho quá trình truy vấn, truyền tải, định dạng thông tin: GML, KML, Filter Encoding, Simple Features, GeoAPI, CityGML,…
Web Map Service (WMS) là một chuẩn do tổ chức OGC đưa ra. WMS là một dịch vụ giúp tạo ra các bản đồ dựa trên các dữ liệu địa lý. Trong đó Web server sẽ trở thành Web Map Service có service phục vụ cho chia sẻ dữ liệu.
b. Web Feature Service (WFS)
WFS cho phép một client nhận và cập nhật dữ liệu không gian được mã hóa trong GML từ nhiều WFS khác nhau. WFS hỗ trợ các thao tác INSERT, UPDATE, DELETE, LOCK, QUERY và DISCOVERY trên các feature địa lý và phi địa lý sử dụng giao thức HTTP.
WCS cung cấp dữ liệu dưới dạng Coverage. Coverage là loại dữ liệu biểu diễn các hiện tượng thay đổi theo không gian.
WebGIS là hệ thống thông tin địa lý được phân bố thông qua hệ thống mạng máy tính phục vụ cho việc thống nhất, phổ biến, giao tiếp với các thông tin địa lý được hiển thị trên World Wide Web (Edward,2000,URL) [4].
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 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 1.7:
Hình 1.7. Mô hình 3 lớp trong kiến trúc WebGIS
Một trang WebGIS thông thường gồm có 2 chức năng chính là: Chức năng hiển thị; Chức năng phân tích và thiết kế.
WebGIS Server trong đề xuất này, được xây dựng dựa trên ba dịch vụ chính của chuẩn OpenGIS: WMS, WFS, WCS các dịch vụ này cung cấp thông tin về dữ liệu địa lý và phi địa lý thông qua chuẩn dữ liệu GML như Hình1.9. Ngoài ra khi xây dựng WebGIS Server cần tuân thủ một số chuẩn về truy vấn dữ liệu.
Vai trò của WebGIS client là tiếp nhận yêu cầu từ phía người dùng, chuyển yêu cầu của người dùng lên WebGIS Server, tiếp nhận và phân tích kết quả từ WebGIS Server trả về và hiển thị kết quả.
1.5. HỆ QUẢN TRỊ CSDL POSTGRESQL VÀ POSTGIS
1.5.1. PostgreSQL
PostgreSQL là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng dựa trên POSTGRES bản 4.2, được phát triển tại trường đại học California tại phòng nghiên cứu máy tính Berkeley. POSTGRES mở đường cho nhiều khái niệm quan trọng mà các hệ quản trị dữ liệu thương mại rất lâu sau mới có.
1.5.2. PostGIS
PostGIS được Refraction Research Inc phát triển, như một dự án nghiên cứu công nghệ CSDL không gian. Là một phần mềm mã nguồn (được phát hành với giấy phép GNU General Public License) hỗ trợ đối tượng địa lý cho CSDL đối tượng quan hệ PostgreSQL. PostGIS “ kích hoạt khả năng không gian” cho PostgreSQ, cho phép PostgreSQL sử dụng như một CSDL không gian phụ trợ cho các hệ thống thông tin địa lý (GIS) và tuân theo đặc tả Simple Features dành cho SQL của tổ chức OGC (Open Geospatial Consortium).
1.6.1. GeoServer
GeoServer là phần mềm dịch vụ mã nguồn mở với mục đích kết nối những thông tin địa lý có sẵn tới các trang Web địa lý sử dụng chuẩn mở. Được bắt đầu bởi một tổ chức phi lợi nhuận có tên The Open Planning Project (TOPP), nhằm mục đích hỗ trợ việc xử lý thông tin không gian địa lý với chất lượng cao, đơn giản trong sử dụng, là phần mềm mã nguồn mở nhằm cung cấp và chia sẻ dữ liệu.
1.6.2. Openlayers
OpenLayers giúp cho việc đặt một bản đồ động bất kỳ vào một trang web thật là dễ dàng. Nó có thể hiển thị các ô bản đồ và đánh dấu tải từ bất kỳ nguồn nào. OpenLayers được phát triển cho việc sử dụng các thông tin địa lý của các loại dữ liệu.
OpenLayers thuần là một thư viện JavaScript để hiển thị dữ liệu bản đồ trong các trình duyệt web mà không phụ thuộc phía máy chủ. OpenLayers thực hiện một JavaScript API để xây dựng nhiều ứng dụng dựa trên web địa lý, tương tự như bản đồ Google và MSN Virtual Earth API, với sự khác biệt quan trọng nhất.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
QUẢN LÝ CÂY THUỐC
2.1. PHÂN TÍCH YÊU CẦU
2.1.1. Khảo sát hiện trạng
a. Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên tại KBTTN Bà Nà- Núi Chúa
Vị trí địa lý: Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa thuộc địa phận hành chính hai xã Hòa Ninh và Hòa Phú, huyện Hòa Vang, được giới hạn trong tọa độ địa lý từ 15o55’ đến 16o04’20’’ vĩ độ Bắc và từ 107o59’25’’ đến 108o06’30’’ kinh độ Đông. Xét về địa lý tự nhiên, vùng nghiên cứu nằm hoàn toàn trên các sườn phía đông của khối núi Bà Nà thuộc thành phố Đà Nẵng.
Địa hình: Xét về địa mạo, toàn bộ diện tích khu vực phân bổ nằm trên sườn đông của khối núi Bà Nà có độ cao từ khoảng 1487 m thấp dần theo hướng tây đông và một phần theo hướng bắc – nam thuộc phần lớn lưu vực sông Túy Loan và một phần lưu vực sông Lỗ Đông.
Khí hậu: Do địa hình và vị trí địa lý, chế độ khí hậu có sự phân hóa rõ rệt. Khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa ít chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc
b. Tài nguyên tại khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa
Thổ nhưỡng: Theo tài liệu điều tra lập bản đồ đất đai do Viện quy hoạch thiết bị bộ Nông nghiệp đã xác định có 3 loại thổ nhưỡng trong khu vực gồm:
– Đất Feralit vàng đỏ phát triển trên đá Granits, Cát kết
– Đất Feralit vàng nâu phát triển trên đá biến chất
– Đất phù sa sông suối (ven sông Lỗ Đông và sông Túy Loan)
Hệ thực vật: Đây là điều kiện tự nhiên quan trọng nhất trong phân bố các loài thực vật hiện có trong khu vực. Lịch sử phát triển hệ thực vật, bản chất sinh thái và yếu tố địa lý là cở sở quyết định tới sự hình thành khu vực phân bổ các loại thực vật hiện tại trong đó có tài nguyên cây thuốc.
2.1.2. Mô tả bài toán
a. Đối tượng quản lý
Tất cả các cá thể cây thuốc đang tồn tại trên KBTTN Bà Nà – Núi Chúa.
b. Mục đích
Giúp cho việc quản lý nguồn tài nguyên cây thuốc trên khu bảo tồn thiên nhiên Bà Nà – Núi Chúa tiện lợi hơn;
c. Cơ sở dữ liệu
– Lấy tư liệu trên Google Map và do người dùng cung cấp;
– Cơ sở dữ liệu được lưu trên hệ quản trị PostgreSQL.
d. Triển khai
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KHOA HOC MAY TINH\NGUYEN THI MAI THUY\SAU BAO VE
