Ứng dụng công nghệ GIS và lý thuyết đồ thị trong việc hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động.doc

DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TEL: 0909.232.620
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
Đào Quang Tiến
Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ
LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ TRONG VIỆCHỖ TRỢ GIÁM SÁT MẠNG
VIỄN THÔNG DI ĐỘNG
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60 48 0101
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐẶNG VĂN ĐỨC
Thái Nguyên, tháng năm 2016

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Đào Quang Tiến
Sinh ngày: 03/09/1983
Học viên lớp cao học CHK13E - Trường Đại học Công nghệ thông tin và
Truyền thông – Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Sở Thông tin và Truyền thông tỉnh Phú Thọ.
Xin cam đoan: Đề tài “Ứng dụng công nghệ GIS và lý thuyết đồ thị trong
việc hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động” do Thầy giáo PGS.TS. Đặng Văn
Đứchướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả tài liệu tham khảo đều
có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội
dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu
trách nhiệm trước hội đồng khoa học và trước pháp luật.
Thái Nguyên, ngày ... tháng … năm 2016
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
i

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, được sự động viên,
giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Đặng Văn Đức,
luận văn với đề tài “Ứng dụng công nghệ GIS và lý thuyết đồ thị trong việc hỗ trợ
giám sát mạng viễn thông di động”đã hoàn thành.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Đặng Văn Đứcđã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi
hoàn thành luận văn này.
Khoa Sau đại học Trường Đại học công nghệ thông tin và truyền thông đã
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên,
khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện và hoàn
thành luận văn này.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH...................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU.........................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................................viii
LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ LÝ
THUYẾT ĐỒ THỊ ……………………………………………………………… 7
1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ...................................................................7
1.1.1 Các khái niệm về GIS.................................................................................................................7
1.1.2 Kiến trúc của GIS .................................................................................................................9
1.1.3 Mô hình dữ liệu không gian ...................................................................................................11
1.1.4 Các phép phân tích không gian trong GIS .........................................................................13
1.1.4.1 Tìm kiếm theo vùng ..............................................................................................................14
1.1.4.2Tìm kiếm lân cận.....................................................................................................................14
1.1.4.3 Phân tích đường đi và dẫn đường.......................................................................................14
1.1.4.4 Tìm kiếm hiện tượng và bài toán chồng phủ ...................................................................14
1.1.4.5 Nắn chỉnh dữ liệu không gian .............................................................................................18
1.1.4.6 Tổng quát hóa dữ liệu không gian......................................................................................19
1.1.5 Trình diễn bản đồ trong GIS ..................................................................................................19
1.1.6 Ứng dụng của hệ thông tin địa lý..........................................................................................24
1.2 LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ ................................................................................................................27
1.1.1Các khái niệm về đồ thị ............................................................................................................27
1.1.2 Biểu diễn đồ thị trên máy tính..............................................................................................29
Ma trận kề .............................................................................................................................................29
1.1.3 Tập độc lập (Independent set)................................................................................................30
1.1.4 Tập độc lập cực đại (Maximum Independent set)............................................................31
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................32
iii

CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ VÀ GIS HỖ TRỢ GIÁM
SÁT GSM………………………………………………………………………….33
2.1 XÂY DỰNG BÀI TOÁN GIÁM SÁT TRẠM PHÁT (BTS) CỦA MẠNG
VIỄN THÔNG DI ĐỘNG 33
2.1.1Hiện trạng quản lý hạ tầng mạng viễn thông......................................................................33
2.1.2 Đánh giá hệ thống mạng viễn thông ....................................................................................36
2.1.3 Nhu cầu phát triển xây dựng hệ thống giám sát mạng viễn thông ..............................38
2.2 MÔ HÌNH HÓA CÁC TRẠM PHÁT BTS SỬ DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ .....40
2.2.1 Lập ma trận đánh giá................................................................................................................40
2.2.1.1 Xấp xỉ hình học dạng phát sóng phủ..................................................................................40
2.2.1.2 Xây dựng mô hình lớp dữ liệu không gian phủ sóng trên tất cả các hướng của N
điểm phát sóng BTS............................................................................................................................45
2.2.1.3 Mô hình hóa mạng lưới phủ sóng BTS.............................................................................45
2.2.2 Tính toán, tổng hợp và đánh giá các kết quả.....................................................................45
2.3 CÁC THUẬT TOÁN HỖ TRỢ THIẾT KẾ GIÁM SÁT MẠNG VIỄN THÔNG
DI ĐỘNG ...............................................................................................................................................46
2.3.1 Thuật toán xếp chồng lớp bản đồ..........................................................................................50
2.3.2 Trình diễn dữ liệu địa lý..........................................................................................................56
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................56
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM
3.1. Bài toán.....................................................................................................................................58
3.1.1.1- Input:........................................................................................................................................58
3.1.1.2- Output:.....................................................................................................................................58
3.2. Công cụ xây dựng chương trình ........................................................................................60
3.3. Dữ liệu xây dựng trong chương trình...............................................................................60
3.4. Thiết kế đặc tả chức năng....................................................................................................60
3.5. Cài đặt và thử nghiệm...........................................................................................................61
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 …………………………………………………………65
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................67
iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống thông tin địa lý ..................................................................................................8
Hình 1.2. Tầng (layer) bản đồ.............................................................................................................8
Hình 1.3. Các thành phần của GIS....................................................................................................9
Hình 1.4. Biểu diễn thế giới bằng mô hình vectơ và raster......................................................12
Hình 1.5. Chồng phủ đa giác ............................................................................................................16
Hình 1.6. Tiến trình phủ đa giác......................................................................................................17
Hình 1.7. Ví dụ biểu diễn vị trí nước bị ô nhiễm........................................................................21
Hình 1.8. Ví dụ biểu diễn đường .....................................................................................................22
Hình 1.9. Ví dụ biểu diễn khu vực hành chính............................................................................22
Hình 1.10. Ví dụ về mô hình đồ thị ................................................................................................27
Hình 1.11. Phân loại đồ thị................................................................................................................28
Hình 1.12. Ma trận kề vô hướng (trên) và có hướng (dưới)....................................................30
Hình 1.13. Ảnh minh họa tập độc lập.............................................................................................30
Hình 1.14. Ví dụ về Maximum Independent set .........................................................................31
Hình 2.1. Xấp xỉ hình học cho vùng phủ sóng ............................................................................41
Hình 2.2. Buffer của từng điểm BTS..............................................................................................42
Hình 2.3. Điểm A, B và điểm BTS.................................................................................................42
Hình 2.4. Tam giác IAB.....................................................................................................................43
Hình 2.5. Kết quả tạo điểm i.............................................................................................................43
Hình 2.6. Tạo buffer của điểm i.......................................................................................................44
Hình 2.7. Điểm BTS và hướng phát sóng 0 độ............................................................................44
Hình 2.8. Kết quả giải bài toán tập độc lập bằng phần mềmError! Bookmark not defined.
Hình 2.9. Đồ thị FRUCHT [8] ...............................................Error! Bookmark not defined.
Hình 2.10. Ví dụ minh họa các bước của thuật toán..................................................................49
v

Hình 2.11. Giao diện phần mềm............................................Error! Bookmark not defined.
Hình 2.12. Giao của hai lớp bản đồ................................................................................................52
Hình 2.13. Hội của hai lớp bản đồ. .................................................................................................53
Hình 2.14. Trừ một lớp cho lớp khác.............................................................................................53
Hình 2.15. Tìm điểm trong đa giác.................................................................................................54
Hình 2.16. Xếp chồng raster. Bằng cách dùng các lớp 1 và 2, tất cả các dạng xếp
chồng đều có thể...................................................................................................................................55
Hình 2.17. Giao diện phần mềm theo Postgres/PostGISError! Bookmark not defined.
Hình 2.18. Mô hình hóa các lớp phủ sóng của các điểm BTSError! Bookmark not defined.
Hình 2.19. Một nghiệm sau khi chạy Independent Set AlgorithmError! Bookmark not defined.
Hình 2.20. Chọn hướng từ bảng dữ liệu các phương án phủ sóngError! Bookmark not defined.
Hình 2.21. Bảng kết quả cuối cùng để hiển thị vào khung nhìn trực quanError! Bookmark not defin
Hình 2.21. Dữ liệu địa lý khi trình diễn...............................Error! Bookmark not defined.
vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. So sánh mô hình dữ liệu Vector và Raster................................................................12
Bảng 1.2. Tổng hợp các phần tử độc lập.......................................................................................32
Bảng 2.1. Tập độc lập S3 = {3}. Kích thước: 1 ..........................................................................49
vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ hoặc
Từ tiếng Anh Từ tiếng Việt
cụm từ
BTS Base Tranceiver Station
Trạm trung chuyển thu và phát
sóng điện thoại di động
BSC Base Station Control Trạm điều khiển cơ sở
GIS
Geographic Information
Hệ thống thông tin địa lý
System
GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu
RS Remote Sensing Viễn thám
SCADA
Supervisory Control And Data Điều khiển giám sát và thu
Acquisition nhận dữ liệu
TT&TT Thông tin và Truyền thông
UBND Ủy ban nhân dân
DEM Digital Elevation Model Mô hình độ cao số
DTM Digital Terrain Model Mô hình địa hình số
DSM Digital Surface Model Mô hình bề mặt số
MIS Maximum Independent Set Tập độc lập cực đại
Roadming Chuyển vùng
viii

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính khoa học và cấp thiết của đề tài
Hệ thống thông tin địa lý ( Geographic Information System - GIS) là sự kết hợp
giữa tin học và thông tin địa lý, nó được xem như là hệ thống hỗ trợ ra quyết định.
Với những tính năng ưu việt, kỹ thuật GIS ngày nay đang được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực nghiên cứu và quản lý. Hiệu quả của ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý
hạ tầng viễn thông đã mang lại nhiều ích lợi trong quản lý nhà nước. Do vậy, qui
hoạch và phát triển hạ tầng viễn thông thụ động đã được UBND tỉnh Phú Thọ phê
duyệt, hỗ trợ cho qui hoạch và phát triển đô thị của thành phố Việt Trì.
Với định hướng phát triển kinh tế xã hội theo hướng du lịch, dịch vụ, UBND
tỉnh Phú Thọ và thành phố Việt Trì đã phê duyệt ngầm hóa 22 tuyến đường nội thành
đối với các thiết bị hạ tầng Viễn thông nhằm chỉnh trang cảnh quan đô thị, xây dựng
thành phố Việt Trì xanh, sạch và đẹp. Các nhà nghiên cứu đã triển khai nhiều đề tài,
dự án và ứng dụng với công nghệ GIS, GPS và RS trong công tác quản lý cây xanh,
hệ thống giao thông, các đối tượng dịch vụ du lịch, mạng lưới điện,…kết quả đã hỗ
trợ rất tích cực trong công tác quản lý, quy hoạch để giúp cho lãnh đạo ra quyết định
chính xác.
Hiện nay trên địa bàn tỉnh Phú Thọ có 11 huyện (Phù Ninh, Hạ Hòa, Lâm
Thao, Tam Nông, Thanh Thủy, Thanh Sơn, Tân Sơn, Thanh Ba, Cẩm Khê, Đoan
Hùng, Yên Lập), 01 thị xã (T.X Phú Thọ), 01 thành (TP Việt Trì) và có 05 doanh
nghiệp tham gia cung cấp các dịch vụ Viễn thông là: Viễn thông Phú Thọ trực thuộc
Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT), Tổng công ty Viettel Quân đội
- Chi nhánh tại Phú Thọ (Viettel), Công ty Thông tin di động - Chi nhánh tại Phú Thọ
(MobiFone), Công ty Cổ phần Bưu chính Viễn thông Sài Gòn - chi nhánh tai Hà Nội
(SPT) và Trung tâm thông tin di động (Vietnamobile) thuộc Công ty cổ phần Viễn
thông Hà Nội (Hanoi Telecom).
1

Hạ tầng Viễn thông của các doanh nghiệp ngày càng phát triển, đáp ứng tốt
nhu cầu sử dụng dịch vụ của người dân, doanh nghiệp và các nhà đầu tư trên địa bàn
tỉnh. Theo thống kế đến hết năm 2014, trên địa bàn tỉnh Phú Thọ có tổng 1.742 trạm
thu phát thông tin di động (BTS), 07 bộ điều khiển trạm gốc (BSC), 103 tuyến cáp,
247 thuê bao kinh doanh và dịch vụ internet công cộng. Riêng thành phố Việt Trì có
190 trạm BTS.
Vấn đề đặt ra cho quản lý nhà nước về lĩnh vực thông tin và truyền thông là hỗ
trợ tích cực cho các doanh nghiệp nhưng đảm bảo cảnh quan đô thị, tránh chồng chéo
trong xây dựng hạ tầng và ảnh hưởng đến các hạ tâng kỹ thuật khác (giao thông, cấp
nước, thoát nước, điện…), phát triển đúng quy hoạch. Theo chỉ đạo của Bộ TT&TT
và UBND tỉnh, các doanh nghiệp đã tiến hành ngầm hóa và hợp tác dùng chung hạ
tầng. Đây cũng là bài toán đặt ra cho việc quản lý và tham mưu cho lãnh đạo liên
quan đến hoạt động và phát triển thông tin và truyền thông tại địa phương. Điều này
cần có những công cụ hỗ trợ quản lý chính xác và hữu hiện thì công nghệ GIS là sự
lựa chọn phù hợp nhất hiện nay.
Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ GIS và lý
thuyết đồ thị trong việc hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động”làm đề tài nghiên
cứu luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Khoa học máy tính. Đề tài nhằm ứỨng
dụng hệ thống thông tin địa lý GIS vào công tác quản lý hạ tầng viễn thông tại thành
phố Việt Trì nhằm nâng cao hiệu quả công tác quản lý nhà nước về lĩnh vực quản lý
thông tin và truyền thông trên địa bàn.
Mục tiêu của đề tài: nghiên cứu phương pháp đánh giá trong GIS sử dụng hệ
thống thông tin địa lý và lý thuyết đồ thị ứng dụng bài toán hỗ trợ giám sát mạng viễn
thông di động tại thành phố Việt Trì - Tỉnh Phú Thọ.
2. Cập nhật tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
 Ngoài nước
2

Đã có nhiều bài báo cáo về ứng dụng GIS để quy hoạch quản lý mạng viễn
thông di động. Cụ thể là:
- Vincenzo Barrile[1], GIS hỗ trợ quy hoạch BTS cho di động trong bối cảnh đô thị
(GIS supporting the Plan of BTS (Base Transceiver Stations) for mobile network
in urban context), ở Italya: dự án sử dụng công cụ và thuật toán GIS để tối ưu vận
hành bằng cách tìm vị trí thích hợp để đặt trạm BTS, dự án sử dụng dữ liệu không
gian ba chiều.
- Kuboye B. M. và Dada O.A., Akinwonmi F.C.[2], dùng GIS để giám sát các trạm
gốc GSM (GSM Base Station Location Monitoring), Thụy sĩ: tập hợp dữ liệu phục
vụ quản lý trạm BTS trong khu vực và hiển thị dữ liệu một cách trực quan.
- SunZou[3], Quản lý cơ sở trạm hệ thống thông tin dựa trên GIS (The base station
infomation management system based on GIS), Trung Quốc: sử dụng công cụ
ARCGIS nhằm quản lý khối lượng lớn thông tin, hỗ trợ phân tích đánh giá trên
nền dữ liệu không gian một cách trực quan và hiệu quả.
 Trong nước
Ngày càng nhiều các trạm BTS được xây dựng phục vụ cho cuộc sống ngày
càng tốt hơn. Tuy nhiên cũng có vài bất cập trong việc xây dựng về mặt vị trí không
được hợp lý và nhiều dự án ứng dụng GIS có thể giúp giải quyết các vấn đề này. Các
dự án cụ thể:
- TS.Đoàn Bảo Hùng[4], 2011. Ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn
thông và quy hoạch trạm BTS tại Tp. Huế, báo cáo đề tài Khoa Học và Công
Nghệ, Bộ thông tin truyền thông, Vụ Khoa Học và Công Nghệ Tp. Huế: sử dụng
khả năng phân tích không gian GIS kết hợp với công nghệ hiện nay như: công
nghệ thông tin, lý thuyết đồ thị, phương pháp quy hoạch đô thị. Giúp việc quản lý
tình trạng sử dụng chung một đường cổng cáp của nhiều nhà mạng một cách hiệu
quả và khả năng chia sẻ thông tin trong ngành nhanh chóng.
3

- Ứng dụng WebGIS quản lý cơ sở hạ tầng bưu chính viễn thông tại Quảng Ninh, công
ty cổ phần công nghệ thông tin địa lý eK: sử dụng công nghệ WebGIS nhằm hỗ trợ
trong công tác: quy hoạch mạng lưới, cấp phép viễn thông, chia sẻ thông tin giữa
các doanh nghiệp hoạt động trên địa bàn.
- Đào Minh Tâm[5], xây dựng hệ thống quản lý hạ tầng Bưu chính – Viễn thông Ứng
Dụng GIS, hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc: xây dựng phần mềm độc lập bằng
ArcEngine để quản lý dữ liệu trên SQL Server 2008 nhằm hỗ trợ trong công tác
thiết kế mạng lưới, giám sát mạng, quản lý cơ sở hạ tầng, quản lý khách hàng.
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
a. Mục tiêu
Nghiên cứu phương pháp đánh giá trong GIS sử dụng hệ thống thông tin địa lý
và lý thuyết đồ thị ứng dụng bài toán hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động tại
thành phố Việt Trì - Tỉnh Phú Thọ.
b. Đối tượng
GIS phục vụ quản lý có quy mô hạ tầng viễn thông tại thành phố Việt Trì,
phục vụ lãnh đạo, chỉ đạo công tác quản lý và quy hoạch hạ tầng Viễn thông trên địa
bàn thành phố Việt Trì - tỉnh Phú Thọ. Cung cấp công cụ để quản lý nhà nước về hạ
tầng viễn thông. Phục vụ các chuyên viên trong sở trong các hoạt động tác nghiệp,
phục vụ các ban ngành trong tỉnh có nhu cầu sử dụng thông tin hạ tầng viễn thông,
chia sẻ dữ liệu hạ tầng thông tin truyền thông. Có khả năng mở rộng ra mạng Internet
kết nối đến các đơn vị viễn thông tiếp nhận dữ liệu và phục vụ khai thác cho cộng
đồng, người dân.
c. Phạm vi:
Dữ liệu hạ tầng viễn thông thành phố Việt Trì - tỉnh Phú Thọ.
4

4. Phương pháp luận nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu, tổng hợp tài liệu, phân tích,
đánh giá các phương pháp;
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa:Để biết được các thông tin dữ liệu
khu vực nghiên cứu;
- Phương pháp tổng hợp dữ liệu: Để đưa ra những số liệu có tính khách quan
cao phục vụ trợ giúp quyết định;
- Phương pháp phân tích đặc điểm tình hình địa bàn: Xác định mức ảnh hưởng
của các yếu tố và tổng hợp các chỉ tiêu đánh giá về hình ảnh bản đồ đô thị;
- Phương pháp chuyên gia:Đánh giá vai trò của các yếu tố ảnh hưởng;
- Phương pháp thực nghiệm: Kiểm chứng kết quả nghiên cứu.
5. Nội dung và bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu trình bày lý do chọn đề tài và phần kết luận trình bày các
kết quả đạt được của luận văn này, nội dung nghiên cứu chính được trình bày trong
ba chương như sau:
- CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ
LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ
Nội dung chương trình bày các khái niệm cơ bản liễn qua đế lĩnh vực của
đề tài bao gồm:
 Các khái niệm về GIS , kiến trúc của GIS , mô hình dữ liệu không gian,
các phép tính phân tích không gian trong GIS , trình diễn bản đồ trong GIS
và khả năng ứng dụng của GIS

 Các khái niệm về ồ thị, tập độc lập, tập độc lập cực đại
5

- CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ VÀ GIS HỖ TRỢ
GIÁM SÁT GSM
.Nội dung chương trình bày các kiến thức cho việc xây dựng bài toán thiết kế
trạm phát (BTS) của mạng viễn thông di động, mô hình hóa các trạm phát BTS sử
dụng lý thuyết đồ thị và phân tích sau vào các thuật toán hỗ trợ thiết kế giám sát
mạng viễn thông di động như thuật toán độc lập, thuật toán tập độc lập cực đại, thuật
toán xếp chồng lớp bản đồ, kết hợp thuật toán độc lập cực đại và thuật toán xếp
chồng bản đồ
- CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM
Thu thập dữ liệu bản đồ tỉnh Phú Thọ, thông tin về vị trí và thống kê của các
trạm BTS thuộc vùng nghiên cứu, xác định môi trường phát triển chương trình thử
nghiệm, phát triển chương trình thử nghiệm: Hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di
động tại thành phố Việt Trì - tỉnh Phú Thọ ứng dụng GIS và lý thuyết đồ thị, Đánh
giá kết quả thu được
6

CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐỊA LÝ VÀ LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ
1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
1.1.1 Các khái niệm về GIS
Theo [6], GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế
để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu
không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp.
Một cách đơn giản, có thể hiểu GIS như một sự kết hợp giữa bản đồ (map) và
cơ sở dữ liệu (database).
GIS = Bản đồ + Cơ sở dữ liệu
Bản đồ trong GIS là một công cụ hữu ích cho phép chỉ ra vị trí của từng địa
điểm. Với sự kết hợp giữa bản đồ và cơ sở dữ liệu, người dùng có thể xem thông tin
chi tiết về từng đối tượng/thành phần tương ứng với địa điểm trên bản đồ thông qua
các dữ liệu đã được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Ví dụ, khi xem bản đồ về các thành
phố, người dùng có thể chọn để xem thông tin về thành phố đó như diện tích, số dân,
thu nhập bình quân, số quận/huyện của thành phố, …
Độ phức tạp của thế giới thực là không gian hữu hạn. Càng quan sát thế giới
gần hơn càng thấy được chi tiết hơn. Con người mong mỏi lưu trữ, quản lý đầy đủ
các dữ liệu về thế giới thực. Điều này dẫn đến yêu cầu phải có cơ sở dữ liệu lớn vô
hạn để lưu trữ mọi thông tin chính xác về chúng. Do vậy, để lưu trữ được dữ liệu
không gian của thế giới thực vào máy tính thì phải giảm số lượng dữ liệu đến mức có
thể quản lý được bằng tiến trình đơn giản hoá hay trừu tượng hoá (Hình 1.1). Trừu
tượng là đơn giản hoá một cách thông minh. Trừu tượng cho ta tổng quát hoá và “ý
tưởng” hoá vấn đề đang xem xét. Chúng loại bỏ đi các chi tiết dư thừa mà chỉ tập
trung vào các điểm chính, cơ bản. Các đặc trưng địa lý phải được biểu diễn bởi các
thành phần rời rạc hay các đối tượng để lưu vào CSDL máy tính.
7

Hình 1.1. Hệ thống thông tin địa lý
GIS lưu trữ thông tin thế giới thực thành các tầng (layer) bản đồ chuyên đề
mà chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau. Giả sử ta có vùng quan sát như trên
Hình 1.2
Hình 1.2. Tầng (layer) bản đồ
Mỗi nhóm người sử dụng sẽ quan tâm đến một hay là vài loại thông tin. Thí
dụ, Sở giao thông công chính sẽ quan tâm nhiều đến hệ thống đường phố. Sở nhà đất
quan tâm nhiều đến các khu dân cư và công sở. Sở thương mại quan tâm nhiều đến
phân bổ khách hàng trong vùng. Tư tưởng tách bản đồ thành tầng tuy đơn giản
nhưng khá mềm dẻo và hiệu quả, chúng có khả năng giải quyết rất nhiều vấn đề về
thế giới thực, từ theo dõi điều hành xe cộ giao thông, đến các ứng dụng lập kế hoạch
và mô hình hoá lưu thông. Ta có thể sử dụng tiến trình tự động, gọi là mã
8

hoá địa lý (geocoding) để liên kết dữ liệu bên ngoài với dữ liệu bản đồ. Thí dụ sử
dụng mã hoá địa lý để ánh xạ thông tin bán hàng bằng mã bưu điện (ZIP) hay chỉ ra
địa chỉ khách hàng trên bản đồ bằng các điểm.
1.1.2 Kiến trúc của GIS
GIS được kết hợp bởi 5 thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con
người, chính sách và quản lý.
Hình 1.3.Các thành phần của GIS
 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.
 Phần mềm
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ,
phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:
- Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)
9

- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
- Giao diện đồ hoạ người – máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng
 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.
 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.
 Chính sách và quản lý
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.
10

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) Chuyên viên 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.
1.1.3 Mô hình dữ liệu không gian
Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác
nhau về cơ bản là mô hình vector và mô hình raster.
Mô hình vector sử dụng tọa độ 2 chiều (x, y) để lưu trữ hình khối của các
thực thể không gian trên bản đồ 2D. Mô hình này sử dụng các đặc tính rời rạc như
điểm, đường, vùng để mô tả không gian, đồng thời cấu trúc topo của các đối tượng
cũng cần được mô tả chính xác và lưu trữ trong hệ thống.
Mô hình raster hay còn gọi mô hình dạng ảnh (image) biểu diễn các đặc tính dữ
liệu bởi ma trận các ô (cell) trong không gian liên tục (Hình 1.4). Mỗi ô có chỉ số tọa
độ (coordinate) và các thuộc tính liên quan. Mỗi vùng được chia thành các hàng và
cột, mỗi ô có thể là hình vuông hoặc hình chữ nhật và chỉ có duy nhất một giá trị.
11

Hình 1.Error! No text of specified style in document.1. Biểu diễn thế giới
bằng mô hình vectơ và raster
Cả mô hình vector và raster đều được dùng để lưu dữ liệu địa lý với những ưu
điểm, nhược điểm riêng. Các hệ GIS hiện đại có khả năng quản lý cả hai mô hình
này. Bảng 1.1 so sánh giữa hai mô hình dữ liệu Vector và Raster:
Bảng 1.1.So sánh mô hình dữ liệu Vector và Raster.
Mô hình Vector Mô hình Raster
Ưu điểm Ưu điểm
- Độ chính xác cao
- Cấu trúc dữ liệu dạng nén mất ít
dung lượng để lưu trữ
- Cho phép các quan hệ hình học
(topological) như tính liền kê, liên
thông.
- Gần gũi với thao tác vẽ bằng tay
- Cấu trúc dữ liệu đơn giản
- Hiệu quả trong tính toán
- Các phép toán chồng xếp xử lý dễ dàng
- Thích hợp cho việc thể hiện dữ liệu
phức tạp, đa dạng
- Thích hợp cho việc nâng cấp, xử lý ảnh
12

của con người.
Nhược điểm Nhược điểm
- Cấu trúc dữ liệu phức tạp. - Quan hệ hình học khó nhận thức.
- Các phép toán chồng xếp xử lý khó - Khả năng nén thấp đòi hỏi dung lượng
khăn hơn. lưu trữ lớn.
- Miêu tả mức cao biến đổi không - Việc đưa ra tính thẩm mỹ không cao.
gian khó khăn. - Miêu tả mức cao biến đổi không gian dễ
- Không thích hợp cho việc thể hiện dàng.
dữ liệu phức tạp, đa dạng. - Thể hiện bản đồ không rõ nét nếu độ
- Không thích hợp cho việc nâng cấp, phân giải thấp. Nếu tăng độ phân giải sẽ
xử lý ảnh. dẫn đến kích thước file dữ liệu lớn.
1.1.4 Các phép phân tích không gian trong GIS
Các thao tác trên dữ liệu không gian thường chia làm hai lớp bài toán cơ bản
là các bài toán về tìm kiếm và phân tích không gian và các bài toán về xử lý dữ liệu
không gian.
Lớp bài toán tìm kiếm và phân tích không gian: bao gồm các bài toán liên
quan đến việc khai thác thông tin và tri thức từ dữ liệu không gian. Ví dụ như bài
13

toán tìm kiếm đối tượng trên bản đồ theo thuộc tính, bài toán phân tích đường đi, tìm
đường…
Lớp bài toán xử lý dữ liệu không gian: bao gồm các bài toán thao tác trực tiếp
tới khuôn dạng, giá trị của dữ liệu không gian, làm thay đổi dữ liệu không gian. Ví
dụ như các thao tác nắn chỉnh dữ liệu, tổng quát hóa dữ liệu, chuyển đổi hệ tọa độ,
chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu…Dưới đây đề cập khái quát một số phép phân tích
và xử lý dữ liệu không gian chính.
1.1.4.1 Tìm kiếm theo vùng
Là phép phân tích không gian đơn giản nhất, phép phân tích này thực hiện tìm
kiếm đối tượng bản đồ trong một vùng không gian cho trước. Vùng này có thể là một
cửa sổ hình chữ nhật. Đây là phép truy vấn không gian cơ bản trong GIS, tuy nhiên
mức độ phức tạp của nó cao hơn truy vấn query trong cơ sở dữ liệu cổ điển bởi khả
năng cắt xén đối tượng nếu đối tượng đó chỉ nằm một phần trong cửa sổ truy vấn.
1.1.4.2Tìm kiếm lân cận
Phép phân tích này thực hiện tìm kiếm các đối tượng địa lý trong vùng cận kề
với một hoặc một tập đối tượng địa lý biết trước. Có một vài kiểu tìm kiếm cận kề
như:
- Tìm kiếm trong vùng mở rộng (vùng đệm) của một đối tượng: Ví dụ: Tìm các
trạm thu phát sóng điện thoại di động BTS nằm trong vùng phủ sóng của một
trạm BTS nào đó.
- Tìm kiếm liền kề: Ví dụ như tìm các thửa đất liền kề với thửa đất X nào đó.
1.1.4.3 Phân tích đường đi và dẫn đường
Phân tích đường đi là tiến trình tìm đường đi ngắn nhất, giá rẻ nhất giữa hai vị
trí trên bản đồ. Giải pháp cho bài toán này dựa trên việc sử dụng mô hình dữ liệu
mạng hay mô hình dữ liệu raster trên cơ sở lưới vùng. Mô hình dữ liệu mạng lưu trữ
đối tượng đường đi dưới dạng cung và giao của chúng dưới dạng nút, việc tìm
14

đường bao gồm việc duyệt qua các đường đi từ điểm đầu tới điểm cuối qua các cung
nút và chỉ ra cung đường nào ngắn nhất. Trong mô hình raster, việc tìm đường thực
hiện bởi sự dịch chuyển từ một tế bào sang tế bào lân cận của nó.
1.1.4.4 Tìm kiếm hiện tượng và bài toán chồng phủ
a. Tìm kiếm hiện tượng
Việc tìm kiếm hiện tượng trong GIS bao gồm tìm kiếm hiện tượng độc lập
hoặc tìm kiếm tổ hợp các hiện tượng.
Tìm kiếm hiện tượng độc lập là bài toán đơn giản, chỉ bao hàm tìm kiếm một
hiện tượng, thực thể mà không quan tâm đến một hiện tượng, thực thể khác. Việc tìm
kiếm đơn giản chỉ là truy nhập dữ liệu không gian dựa trên thuộc tính đã xác định
trước. Ví dụ như tìm các tỉnh, thành phố có dân số lớn hơn 2 triệu người…
Tìm kiếm tổ hợp thực thể là bài toán phức tạp hơn, nhưng lại là bài toán hấp
dẫn và là thế mạnh của GIS, việc tìm kiếm liên quan đến nhiều thực thể hay lớp thực
thể, chẳng hạn, tính diện tích đất nông nghiệp của quận Thanh Trì, Hà Nội. Bài toán
này đòi hỏi phải tổ hợp 2 lớp thực thể địa lý là lớp đất nông nghiệp của thành phố Hà
Nội và lớp ranh giới hành chính thành phố Hà Nội. Kiểu bài toán này trong GIS gọi
là bài toán chồng phủ bản đồ.
b. Bài toán chồng phủ bản đồ
Như trên đã đề cập, nhiều vấn đề trong GIS đòi hỏi sử dụng lớp chồng xếp
của các lớp dữ liệu chuyên đề khác nhau. Chẳng hạn như chúng ta muốn biết vị trí
của các căn hộ giá rẻ nằm trong khu vực gần trường học; hay khu vực nào là các bãi
thức ăn của cá voi trùng với khu vực có tiềm năng dầu khí lớn có thể khai thác; hoặc
là vị trí các vùng đất nông nghiệp trên các khu vực đất đai bị xói mòn,… Trong ví dụ
liên quan đến đất xói mòn trên, một lớp dữ liệu đất đai có thể được sử dụng để nhận
biết các khu vực đất đai bị xói mòn, đồng thời lớp dữ liệu về hiện trạng sử dụng đất
cũng được sử dụng để nhận biết vị trí các vùng đất sử dụng cho
15

mục đích nông nghiệp. Thông thường thì các đường ranh giới của vùng đất bị xói
mòn sẽ không trùng với các đường ranh giới của các vùng đất nông nghiệp, do đó,
dữ liệu về loại đất và sử dụng đất sẽ phải được kết hợp lại với nhau theo một cách
nào đó. Chồng phủ bản đồ chính là phương tiện hàng đầu hỗ trợ việc thực hiện phép
kết hợp dữ liệu đó.
Theo mô hình vector, các đối tượng địa lý được biểu diễn dưới dạng các
điểm, đường và vùng. Vị trí của chúng được xác định bởi các cặp tọa độ và thuộc
tính của chúng được ghi trong các bảng thuộc tính.
Với từng kiểu bản đồ, người ta phân biệt ba loại chồng phủ bản đồ vector sau:
 Chồng phủ đa giác trên đa giác
Hình 1.5 Chồng phủ đa giác
Chồng phủ đa giác là một thao tác không gian trong đó một lớp bản đồ
chuyên đề dạng vùng chứa các đa giác được chồng xếp lên một lớp khác để hình
thành một lớp chuyên đề mới với các đa giác mới. Mỗi đa giác mới là một đối tượng
mới được biểu diễn bằng một dòng trong bảng thuộc tính. Mỗi đối tượng có một
thuộc tính mới được biểu diễn bằng một cột trong bảng thuộc tính.
Việc chồng phủ và so sánh hai bộ dữ liệu hình học có nguồn gốc và độ chính
xác khác nhau thường sinh ra một số các đa giác nhỏ. Các đa giác này có thể
16

được loại bỏ theo diện tích, hình dạng và các tiêu chuẩn khác. Tuy nhiên, trong thực
tế, khó đặt ra các giới hạn để giảm được số đa giác nhỏ không mong muốn đồng thời
giữ lại các đa giác khác có thể nhỏ hơn nhưng hữu ích.
 Chồng phủ điểm trên đa giác
Các đối tượng điểm cũng có thể được chồng xếp trên các đa giác. Các điểm sẽ
được gán các thuộc tính của đa giác mà trên đó chúng được chồng lên. Các bảng
thuộc tính sẽ được cập nhật sau khi tất cả các điểm được kết hợp với đa giác.
 Chồng phủ đường trên đa giác
Hình 1.6 Tiến trình phủ đa giác
Các đối tượng đường cũng có thể được chồng xếp trên các đa giác để tạo ra
một bộ các đường mới chứa các thuộc tính của các đường ban đầu và của các đa
giác. Cũng như trong chồng xếp đa giác, các điểm cắt được tính toán, các nút và các
17

liên kết được hình thành, topo được thiết lập và cuối cùng là các bảng thuộc tính
được cập nhật.
Minh họa cụ thể cho vấn đề chồng xếp bản đồ chúng ta sẽ xét tới tiến trình
phủ đa giác. Tiến trình này được minh họa bởi Hình 1.6.
Tiến trình tổng quát của phủ đa giác là tạo ra các đa giác mới từ các đa giác
cho trước bao gồm các bước nhỏ sau:
- Nhận dạng các đoạn thẳng
- Lập chữ nhật bao tối thiểu đa giác
- Khẳng định các đoạn thẳng của một đa giác thuộc lớp bản đồ này ở trong đa
giác của lớp bản đồ khác (phủ) bằng tiến trình “điểm trong đa giác”.
- Tìm giao của các đoạn thẳng là cạnh đa giác
- Lập các bản ghi cho đoạn thẳng mới và lập quan hệ topo của chúng
- Lập các đa giác mới từ các đoạn thẳng phù hợp
- Gán lại nhãn và các dữ liệu thuộc tính nếu có cho đa giác
1.1.4.5 Nắn chỉnh dữ liệu không gian
Dữ liệu bản đồ ngoài việc được kiểm tra độ chính xác về mặt hình học còn
cần được kiểm tra hiệu chỉnh về độ chính xác không gian. Các sai lệch về mặt không
gian thường phát sinh trong quá trình đo đạc hoặc số hoá bản đồ giấy, dẫn đến việc
toạ độ các điểm trên bản đồ không trùng khớp với toạ độ đo thực địa, do đó cần có
thao tác nắn chỉnh toạ độ bản đồ.
Có nhiều phương pháp nắn chỉnh bản đồ, một phương pháp phổ biến là
phương pháp sử dụng điểm điều khiển mặt đất, hay còn gọi là phương pháp tấm cao
su. Phương pháp này dựa trên ý tưởng là chọn một số điểm thực tế trên mặt đất, đo
đạc chính xác tọa độ của điểm đó, dùng các điểm này làm điểm khống chế. Đối
chiếu với bản đồ để tìm ra các điểm tương ứng với các điểm khống chế, thường chọn
các điểm khống chế là những điểm dễ đánh dấu mốc, ví dụ như các
18

ngã tư, giao lộ, sân bay, bờ biển...để có thể dễ dàng tìm thấy điểm tương ứng trên
bản đồ. Lúc này, việc nắn chỉnh bản đồ tương đương với việc làm biến dạng bản đồ
để đưa các điểm tương ứng về trùng với các điểm khống chế. Ta có thể tưởng tượng
cả bản đồ giống như một tấm cao su, sử dụng các đinh ghim cắm tại các điểm tương
ứng với điểm khống chế, sau đó dịch chuyển các đinh ghim này về đúng vị trí của
các điểm khống chế, khi đó, cả bản đồ sẽ như một tấm cao su bị co kéo bởi các đinh
ghim để về đúng tọa độ thực tế. Như vậy, cần có một hàm số để biến đổi toàn bộ các
giá trị của các điểm bản đồ sang giá trị mới sao cho các điểm tương ứng với điểm
khống chế trở về gần điểm khống chế nhất.
1.1.4.6 Tổng quát hóa dữ liệu không gian
Với một bản đồ có tỷ lệ nhất định, nhu cầu biểu diễn chi tiết các đối tượng là
khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng và khai thác thông tin từ bản đồ đó. Ví
dụ: với các ứng dụng không đòi hỏi độ chính xác tọa độ của đối tượng bản đồ mà chỉ
quan tâm đến mối quan hệ không gian giữa các đối tượng bản đồ thì việc đơn giản
hóa dữ liệu bản đồ, giúp giảm không gian lưu trữ và tăng tốc độ xử lý bản đồ là cần
thiết. Việc giản lược dữ liệu bản đồ trong GIS gọi là tổng quát hóa dữ liệu. Việc giản
lược dữ liệu ở đây không làm ảnh hưởng tới số lượng đối tượng bản đồ mà chỉ làm
đơn giản dữ liệu biểu diễn của từng đối tượng bản đồ đó, cụ thể là giảm bớt số lượng
điểm biểu diễn đối tượng bản đồ. Việc giản lược dữ liệu đương nhiên sẽ ảnh hưởng
đến độ chi tiết hay nói cách khác độ chính xác của bản đồ. Do đó mức độ giản lược
cần được khảo sát và tính toán sao cho dung hòa được 2 yếu tố: dung lượng và sai số
của bản đồ.
Có nhiều thuật toán sử dụng cho việc đơn giản hóa đường cong như thuật
toán Lang, thuật toán Reumann và Witkam, giải thuật Douglas-Peucker, thuật toán
đơn giản hóa đường cong phân cấp Cromley[7].
19

1.1.5 Trình diễn bản đồ trong GIS
Trong GIS, dữ liệu được chia làm hai loại: thành phần không gian và thành
phần phi không gian (thuộc tính). Hai loại thành phần dữ liệu này được kết hợp
thông qua một chỉ số chung để mô tả một đối tượng thực. Sự kết hợp này thể hiện
đặc trưng không gian của đối tượng, nó cho phép:
- Mô tả “vị trí, hình dạng”: vị trí tham chiếu, đơn vị đo, dạng hình học của thực
thể địa lý.
- Mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các thực thể địa lý. Ví dụ những thửa đất
nào liền kề với khu công nghiệp?
- Mô tả “thông tin” của các đối tượng địa lý: ai là chủ sở hữu của thửa đất này?
a. Thành phần không gian
Thành phần dữ liệu không gian hay còn gọi là dữ liệu bản đồ, là dữ liệu về
đối tượng mà vị trí của nó được xác định trên bề mặt trái đất. Dữ liệu không gian sử
dụng trong hệ thống địa lý luôn được xây dựng trên một hệ thống tọa độ, bao gồm
tọa độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên mỗi
bản đồ.
Hệ thống GIS dùng thành phần dữ liệu không gian để tạo ra bản đồ hay hình
ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi. Mỗi hệ thống
GIS có thể dùng các mô hình khác nhau để mô hình hóa thế giới thực sao cho giảm
thiểu sự phức tạp của không gian nhưng không mất đi các dữ liệu cần thiết để mô tả
chính xác các đối tượng trong không gian. Hệ thống GIS sử dụng các dữ liệu cơ sở
sau để mô tả hay thể hiện các đối tượng[6]:
 Ðiểm (Point)
Điểm được xác định bởi cặp giá trị tọa độ (x, y). Các đối tượng đơn với thông
tin về địa lý chỉ bao gồm vị trí thường được mô tả bằng đối tượng điểm.
20

Các đối tượng biểu diễn bằng kiểu điểm thường mang đặc tính chỉ có tọa độ
đơn (x, y) và không cần thể hiện chiều dài và diện tích. Ví dụ, trên bản đồ, các vị trí
của bệnh viện, các trạm rút tiền tự động ATM, các cây xăng,… có thể được biểu diễn
bởi các điểm. Hình 1.7 là ví dụ về vị trí nước bị ô nhiễm. Mỗi vị trí được biểu diễn
bởi 1 điểm gồm cặp tọa độ (x, y) và tương ứng với mỗi vị trí đó có thuộc tính độ sâu
và tổng số nước bị nhiễm bẩn. Các vị trí này được biểu diễn trên bản đồ và lưu trữ
trong các bảng dữ liệu.
Hình 1.7 Ví dụ biểu diễn vị trí nước bị ô nhiễm
 Ðường – Cung (Line - Arc)
Đường được xác định bởi dãy các điểm hoặc bởi 2 điểm đầu và cuối. Đường
dùng để mô tả các đối tượng địa lý dạng tuyến như đường giao thông, sông ngòi,
tuyến cấp điện, cấp nước…
Các đối tượng được biểu diễn bằng kiểu đường thường mang đặc điểm là có
dãy các cặp tọa độ, các đường bắt đầu và kết thúc hoặc cắt nhau bởi điểm, độ dài
đường bằng chính khoảng cách của các điểm. Ví dụ, bản đồ hệ thống đường bộ,
sông, đường biên giới hành chính, … thường được biểu diễn bởi đường và trên
đường có các điểm (vertex) để xác định vị trí và hình dáng của đường đó.
21

Hình 1.8 Ví dụ biểu diễn đường
 Vùng (Polygon)
Vùng được xác định bởi ranh giới các đường, có điểm đầu trùng với điểm
cuối. Các đối tượng địa lý có diện tích và được bao quanh bởi đường thường được
biểu diễn bởi vùng.
Hình 1.9. Ví dụ biểu diễn khu vực hành chính
Các đối tượng biểu diễn bởi vùng có đặc điểm là được mô tả bằng tập các
đường bao quanh vùng và điểm nhãn (label point) thuộc vùng để mô tả, xác định
22

cho mỗi vùng. Ví dụ, các khu vực hành chính, hình dạng các công viên, … được mô
tả bởi kiểu dữ liệu vùng. Hình 1.9 mô tả ví dụ cách lưu trữ một đối tượng vùng.
 Lưới (Grid)
Được mô tả một dãy các ô đều nhau mỗi mắt lưới cách nhau một khoảng cách
nhất định. Các ô ưới có kích thước có thể chia theo mét (kích thước thường 1000 m x
1000 m). Lưới chia theo độ có thể có kích thước (1 độ x 1 độ, 0.5 độ x 0.5 độ). Lưới
phẳng có thể chia theo km hoặc m có thể chia theo kích thước (1 km x 1 km, 100 m
x 100 m)...
 Lớp (Class - Layer)
Là một nhóm các đối ượng có cùng tính chất được tổ chức cùng với nhau
chẳng hạn: Lớp các đường quốc lộ, đường tỉnh lộ, lớp thông tin thuỷ văn, lớp thông
tin hành chính, lớp các thông tin về dân số, ớp thông tin về rừng, lớp thông tin về cầu
phà, lớp thông tin về đường sắt.
Ngoài các đối tượng nêu trên một số các hệ GIS còn có thêm một số các đối
tượng đặc biệt khác như cung, hình tròn, hình chữ nhật, text...để tạo ra các bản đồ có
tính thẩm mỹ cao. Tuy nhiên các phép phân tích và chồng xếp bản đồ người ta
thường quan tâm tới ba dạng đối tượng đặc trưng nhất: điểm, đường, vùng. Một đối
tượng có thể biểu diễn bởi các kiểu khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ của bản đồ đó. Ví
dụ, đối tượng công viên có thể được biểu diễn bởi điểm trong bản đồ có tỷ lệ nhỏ, và
bởi vùng trong bản đồ có tỷ lệ lớn.
b. Thành phần phi không gian
Thành phần dữ liệu phi không gian hay còn gọi là dữ liệu thuộc tính, là những
diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của
chúng thông qua một cơ chế thống nhất. Hệ thống GIS có cơ chế liên kết dữ liệu
không gian và phi không gian của cùng một đối tượng với nhau. Có thể nói, một
trong những chức năng đặc biệt của công nghệ GIS chính là khả năng liên kết và xử
lý đồng thời dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính.
23

Dữ liệu thuộc tính trong hệ thống GIS bất kỳ thường phân thành 4 loại sau:
- Bộ xác định: có thể là một số duy nhất, liên tục, ngẫu nhiên hoặc chỉ báo địa
lý, số liệu xác định vị trí lưu trữ chung. Bộ xác định cho một thực thể chứa
tọa độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mô tả khu vực hay con trỏ đến vị
trí lưu trữ của số liệu liên quan. Bộ xác định thường lưu trữ với các bản ghi
tọa độ hay mô tả khác của hình ảnh không gian và các bản ghi số liệu thuộc
tính liên quan.
- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả thông tin danh mục, các hoạt
động liên quan đến các vị trí địa lý xác định (ví dụ như: cho phép xây dựng,
báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế,…) Thông tin này được lưu trữ và quản lý
trong các tệp/ bảng độc lập, trong đó mỗi bản ghi chứa yếu tố xác định vị trí
của sự kiện hay hiện tượng quản lý.
- Chỉ số địa lý: bao gồm tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, … liên quan
đến các đối tượng địa lý. Một chỉ số có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho
thực thể địa lý. Ví dụ: chỉ số địa lý về đường phố và địa chỉ địa lý liên quan
đến phố đó.
- Quan hệ giữa các đối tượng tại một vị trí địa lý cụ thể trong không gian. Đây
là thông tin quan trọng cho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý.
Các mối quan hệ không gian có thể là mối quan hệ đơn giản hay lôgic, ví dụ
tiếp theo số nhà 101 phải là số nhà 103.
1.1.6 Ứng dụng của hệ thông tin địa lý
Vì GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian,
nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như là:
quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ
trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật. Trong phần lớn
các lĩnh vực này, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập
kế hoạch hoạt động.
24

 Môi trường
Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng đã
phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường. Với mức đơn giản nhất thì
người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của
cây rừng. Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS
để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sư lan truyền ô nhiễm trong môi trường
khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một
trận mưa lớn. Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tượng vùng và ứng dụng
sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có
khuynh hướng chiếm ưu thế.
 Khí tượng thuỷ văn
Trong lĩnh vực này GIS được dùng như là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục
vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng
chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống kịp thời...
vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không
gian dạng ảnh (raster) chiếm ưu thế.
 Nông nghiệp
Những ứng dụng đặc trưng: Giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo
về hàng hoá, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra nguồn nước.
 Dịch vụ tài chính
GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tương tự như là một ứng
dụng đơn lẻ. Nó đã từng được áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới
của Ngân hàng. Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là
một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao
hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất. Lĩnh vực này đòi hỏi những
dữ liệu cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và
giá trị tài sản.
25

 Y tế
Ngoại trừ những ứng dụng đánh gía, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS còn
có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ như, nó chỉ ra được lộ trình nhanh nhất giữa
vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao
thông. GIS cũng có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để
phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng.
 Chính quyền địa phương
Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất
của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất. Tất cả các
cơ quan của chính quyền địa phương có thể có lợi từ GIS. GIS có thể được sử dụng
trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành.
Nhà cầm quyền địa phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa
và đường giao thông. GIS còn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản
lý các tình huống khẩn cấp.
 Bán lẻ và phân phối
Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô được xác định vị trí với sự trợ giúp của GIS.
GIS thường lưu trữ những dữ liệu về kinh tế-xã hội của khách hàng trong một vùng
nào đó. Một vùng thích hợp cho việc xây dựng môt siêu thị có thể được tính toán bởi
thời gian đi đến siêu thị, và mô hình hoá ảnh hưởng của những siêu thị cạnh tranh.
GIS cũng được dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đường phân phối hàng ngắn
nhất.
 Giao thông
GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải. Việc lập kế hoạch
và duy trì cở sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhưng giờ đây
có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải, và
hải đồ điện tử. Loại hình đặc trưng này đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS.
 Các ngành viễn thông, điện, nước, gas, điện thoại...




26

Những công ty trong lĩnh vực này là những người dùng GIS linh hoạt nhất,
GIS được dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thường là nhân tố của chiến
lược công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vự này. Dữ liệu vecto thường
được dùng trong các lĩnh vực này. Những ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực này là
Automated Mapping và Facility Management (AM-FM). AM-FM được dùng để
quản lý các đặc điểm và vị trí của các trạm BTS, cáp, valve... Những ứng dụng này
đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao.
Một tổ chức dù có nhiệm vụ là lập kế hoạch và bảo dưỡng mạng lưới vận
chuyền hay là cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an toàn
công cộng và hỗ trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ môi trường, thì
công nghệ GIS luôn đóng vai trò cốt yếu bằng cách giúp cho việc quản lý và sử dụng
thông tin địa lý một cách hiệu quả nhằm đáp ứng các yêu cầu hoạt động và mục đích
chương trình của tổ chức đó.
1.2 LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ
1.1.1Các khái niệm về đồ thị
Đồ thị là một cấu trúc rời rạc gồm các đỉnh và các cạnh nối các đỉnh đó. Được
mô tả hình thức:G = (V, E, W), với V là tập đỉnh, E V V là tập cạnh và W
= (wij) i,j = 1, …N là tập các trọng số trên các cạnh của đồ thị, chính là ma trận trọng số (ma trận liền kề). Giữa
hai đỉnh vi và vj∈ V có cạnh nối với nhau với trọng
số wij> 0 nếu (vi, vj) ∈ E, ngược lại wij = 0, nghĩa là vivà vj∈ V không có cạnh nối với nhau.
Hình 1.10 Ví dụ về mô hình đồ thị
27

Hình 1.10 minh họa một số hình ảnh trong thục tế của đồ thị. Để phân loại đồ
thị, ta có thể dựa vào đặc tính và số lượng của tập các cạnh E như sau:
- G được gọi là đơn đồ thị nếu giữa hai đỉnh u, v của V có nhiều nhất là 1 cạnh
trong E nối từ u tới v.
- G được gọi là đa đồ thị nếu giữa hai đỉnh u, v của V có thể có nhiều hơn 1 cạnh
trong E nối từ u tới v (Hiển nhiên đơn đồ thị cũng là đa đồ thị).
- G được gọi là đồ thị vô hướng (undirected graph) nếu các cạnh trong E là
không định hướng, tức là cạnh nối hai đỉnh u, v bất kỳ cũng là cạnh nối hai
đỉnh v, u. Hay nói cách khác, tập E gồm các cặp (u, v) không tính thứ tự. (u,
v)≡(v, u). Trong trường hợp này W là ma trận đối xứng, nghĩa là wij = wji
- G được gọi là đồ thị có hướng (directed graph) nếu các cạnh trong E là có định
hướng, có thể có cạnh nối từ đỉnh u tới đỉnh v nhưng chưa chắc đã có cạnh nối
từ đỉnh v tới đỉnh u. Hay nói cách khác, tập E gồm các cặp (u, v) có
tính thứ tự: (u, v) ≠ (v, u). Trong trường hợp này W là ma trận không đối xứng,
nghĩa là wij ≠ wji. Trong đồ thị có hướng, các cạnh được gọi là các cung. Đồ thị
vô hướng cũng có thể coi là đồ thị có hướng nếu như ta coi cạnh nối hai đỉnh u,
v bất kỳ tương đương với hai cung (u, v) và (v, u).
- Khi wij = 1 với mọi (vi, vj) ∈ E thì đồ thị G được gọi là đồ thị không có trọng số.
Hình 1.11 Phân loại đồ thị
28

1.1.2 Biểu diễn đồ thị trên máy tính
Để lưu trữ đồ thị và thực hiện các thuật toán khác nhau với đồ thị trên máy
tính cần phải tìm những cấu trúc dữ liệu thích hợp để mô tả đồ thị. Việc chọn cấu trúc
dữ liệu nào để biểu diễn đồ thị có tác động rất lớn đến hiệu quả của thuật toán. Vì
vậy, việc chọn lựa cấu trúc dữ liệu để biểu diễn đồ thị phụ thuộc vào từng tình huống
cụ thể (bài toán và thuật toán cụ thể). Trong mục này chúng ta sẽ xét một số phương
pháp cơ bản được sử dụng để biểu diễn đồ thị trên máy tính, đồng thời cũng phân tích
một cách ngắn gọn những ưu điểm cũng như những nhược điểm của chúng.
Ma trận kề
 Khái niệm
Giả sử G = (V, E,W) là một đơn đồ thị có n đỉnh. Khi đó ta có thể biểu diễn đồ
thị bằng một ma trận vuông A = [aij] cấp n. Trong đó:
- aij = 1 nếu (i, j) ∈ E
- aij = 0 nếu (i, j) E
- Quy ước aii = 0 với ∀i;
 Tính chất

- Nếu nửa tam giác trên và nửa tam giác dưới đối xứng nhau qua đường chéo
chính thì G là đồ thị vô hướng. Ngược lại nếu có một phần tử không giống
nhau thì G là đồ thị có hướng.
- Nếu G là đồ thị vô hướng thì bậc của đỉnh i bằng tổng phần tử khác 0 trên hàng
i
- Nếu G là đồ thị có hướng thì nửa bậc ngoài của đỉnh i bằng tổng các phần tử
khác 0 trên dòng i và nửa bậc trong của đỉnh i bằng tổng các phần tử khác 0 trên
cột i
29

 Ưu điểm và nhược điểm

- Ưu điểm: Đơn giản, dễ biểu diễn; Nhìn vào ma trận ta biết được 2 đỉnh nào kề
nhau; Biết được bậc của từng đỉnh nếu là đồ thị đơn.
- Nhược điểm: Không biểu diễn được những cạnh song song.
Hình 1.12 Ma trận kề vô hướng (trên) và có hướng (dưới)
1.1.3 Tập độc lập (Independent set)
Hình 1.13 .Ảnh minh họa tập độc lập
30

Tập độc lập (hay còn gọi là tập bền vững trong) là một tập hợp các đỉnh trong
một đồ thị không liền kề nhau. Có nghĩa là, cho một tập I các đỉnh trong một đồ thị
G, trong đó giữa hai đỉnh đó không có cạnh liên kết hai đỉnh đó. Tương đương, mỗi
cạnh chứa một đỉnh trong tập I. Kích thước của một bộ độc lập là số đỉnh nó chứa.
Trong một đồ thị có nhiều tập độc lập và kích thước khác nhau[8].
Theo ví dụ trong Hình 1.13, tập độc lập là một tập hợp các điểm màu xanh
1.1.4 Tập độc lập cực đại (Maximum Independent set)
Xét trong đồ thị G, ta gọi các tập I1, I2, I3,… là các tập độc lập. Tập độc lập
cực đại là tập chứa nhiều phần tử nhất trong các tập. Việc ứng dụng tối ưu hóa bằng
phương pháp Maximum Indepent set luôn là một bài toán khó (NP-Non deterministic
Polynomial).
Ta xét ví dụ sau, cho một đồ thị G có dạng:
Hình 1.14 Ví dụ về Maximum Independent set
Ta có các tập độc lập được liệt kê trong bảng sau:
31

Bảng 1.2. Tổng hợp các phần tử độc lập
Tên tập I1 I2 I3 I4 I5 I6
Phần tử
a, h a, f, h, c e,c b, h e, b, d, g f, d
độc lập
Vậy ta có hai tập I2 và I5là tập Maximum Indepent set
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Nội dung chương 1 của luận văn đề cập đến các kiến thức lý thuyết cơ sở liên
quan đến phạm vi của đề tài, đó là tổng quan về GIS và lý thuyết đồ thị.
Với kiến trúc gồm năm thành phần chính (phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con
người, chính sách và quản lý), GIS có thể mô hình hóa dữ liệu không gian theo hai
kiểu vec tơ và raster. Tùy thuộc vào tỷ lệ của bản đồ GIS màphép phân tích và chồng
xếp bản đồ thường quan tâm biểu diễn dữ liệu không gian thành ba dạng đối tượng
đặc trưng nhất: điểm, đường, vùng. Kết hợp với các phép toán phân tích và xử lý dữ
liệu không gian như nắn chỉnh dữ liệu, tìm kiếm, xếp chồng làm cho GIS ngày càng
trở thành một công cụ quan trọng, hỗ trợ cho việc ra quyết định, được ứng dụng
trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội.
Có thể áp dụng lý thuyết đồ thị để mô tả các đối tượng không gian của GIS
như dạng các đỉnh có các trong số liên kết với nhau. Việc áp dụng các khái niệm về
tập độc lập, tập độc lập cực đại sẽ góp phần giải quyết các bài toán trên GIS, cụ thể
là bài toán hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động tại thành phố Việt Trì - Tỉnh Phú
Thọ được trình bày trong chương 3.
32

CHƯƠNG 2
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ VÀ GIS HỖ TRỢ GIÁM
SÁT GSM
2.1 XÂY DỰNG BÀI TOÁN GIÁM SÁT TRẠM PHÁT (BTS) CỦA
MẠNG VIỄN THÔNG DI ĐỘNG
2.1.1Hiện trạng quản lý hạ tầng mạng viễn thông
 Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật
Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật trên phạm vi cả nước về hạ tầng viễn
thông thụ động nói riêng và hạ tầng viễn thông nói chung ngày càng bổ sung đầy đủ
và hoàn thiện; trong đó việc ban hành Luật Viễn thông năm 2009, Luật Tần số vô
tuyến điện năm 2010 và các Quyết định, Nghị định hướng dẫn kèm theo (Quyết định
số 32/2012/QĐ-TTg ngày 27/7/2012 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt
quy hoạch phát triển viễn thông quốc gia đến năm 2020; Nghị định số 25/2011/NĐ-
CP ngày 06/4/2011 của Thủ tướng Chính phủ về việc quy định chi tiết và hướng dẫn
thi hành một số điều của Luật Viễn thông; Chỉ thị số 422/CT-TTg ngày 02/4/2010;
Thông tư số 14/2013/TT-BTTTT ngày 21/6/2013…), đã từng bước tạo ra môi trường
pháp lý và các cơ chế chính sách cho phát triển hạ tầng viễn thông thụ động.
Trên địa bàn tỉnh Phú Thọ, kể từ khi được thành lập, Sở Thông tin và Truyền
thông đã tham mưu cho Ủy ban nhân dân tỉnh, ban hành một số văn bản, quy định về
quản lý phát triển hạ tầng viễn thông, cụ thể:
Quyết định số 2633/QĐ-UBNDngày 30/10/2015của Ủy ban nhân dân tỉnh về
việc phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển Bưu chính, Viễn thông tỉnh Phú Thọ
giai đoạn 2015 - 2020 và định hướng đến năm 2025;
33

Quyết định số 886/QĐ-UBND ngày 31/12/2015 của Ủy ban nhân dân tỉnh
Quy định về qui trình quản lý đầu tư xây dựng và triển khai hoạt động trạm BTS trên
địa bàn tỉnh Phú Thọ.
Ngoài các văn bản trên, Sở cũng đã tham mưu cho Ủy ban nhân dân tỉnh ban
hành một số văn bản khác về quản lý phát triển hạ tầng Bưu chính viễn thông và
Công nghệ thông tin trên địa bàn tỉnh; góp phần không nhỏ đưa hoạt động xây dựng
phát triển hạ tầng viễn thông thụ động nói riêng và phát triển hạ tầng Bưu chính viễn
thông, Công nghệ thông tin nói chung ngày càng đi vào nề nếp.
 Tình hình triển khai thực hiện
Hiện tại, Sở Thông tin và Truyền thông có nhiệm vụ tham mưu, giúp Uỷ ban
nhân dân tỉnh thực hiện chức năng quản lý nhà nước trên địa bàn tỉnh về viễn thông,
truyền dẫn phát sóng, tần số vô tuyến điện và cơ sở hạ tầng thông tin, quản lý phát
triển hạ tầng viễn thông trên địa bàn tỉnh.
Phổ biến, tuyên truyền và triển khai các văn bản quy phạm pháp luật trong
lĩnh vực viễn thông trên địa bàn tỉnh.
Phối hợp với Ủy ban nhân dân các huyện, thị xã, các sở ngành của tỉnh trong
việc quản lý phát triển hạ tầng mạng viễn thông, quản lý dịch vụ và thanh tra, kiểm
tra chuyên ngành.
Phối hợp với cơ quan liên quan thanh tra, kiểm tra việc thực hiện các quy
định về giá cước, tiêu chuẩn, chất lượng trong lĩnh vực viễn thông và Internet trên
địa bàn tỉnh theo quy định của pháp luật.
Phối hợp với Trung tâm kiểm soát tần số xử lý các trường hợp sử dụng trái
phép tần số; rà soát cho toàn bộ số lượng các tổ chức, cá nhân có sử dụng tần số trên
địa bàn tỉnh; đề nghị cấp phép sử dụng tần số cho các đài phát thanh, truyền hình
trên địa bàn tỉnh.
Thanh tra, kiểm tra có trọng tâm, trọng điểm về các lĩnh vực: sử dụng thiết bị
và thu phát tần số vô tuyến điện, các đại lý và doanh nghiệp cung cấp dịch vụ
34

Internet công cộng, truyền hình trả tiền, mạng truyền hình cáp và truyền hình qua
giao thức Internet.
Hỗ trợ các doanh nghiệp viễn thông trên địa bàn hoàn thiện các thủ tục xây
dựng cơ bản để xây dựng các công trình viễn thông theo giấy phép đã được Bộ
Thông tin và Truyền thông cấp cho doanh nghiệp, phù hợp với quy hoạch phát triển
của tỉnh và theo quy định của pháp luật.
Hướng dẫn, kiểm tra, chỉ đạo các doanh nghiệp viễn thông, Internet trên địa
bàn tỉnh, triển khai công tác bảo đảm an toàn và an ninh thông tin.
Chủ động phối hợp với các Sở, ban, ngành liên quan để tháo gỡ khó khăn,
vướng mắc cho các doanh nghiệp nhằm nâng cao việc sử dụng chung hạ tầng kỹ
thuật giữa các ngành giao thông công chính, điện lực, viễn thông.
 Đánh giá
Hệ thống văn bản quản lý nhà nước về quản lý, phát triển hạ tầng mạng viễn
thông chưa đầy đủ, còn chồng chéo quản lý giữa ngành xây dựng và ngành thông tin
truyền thông, việc ban hành văn bản còn chậm và chưa phân cấp đủ mạnh cho địa
phương.
Chính phủ, Bộ Thông tin và Truyền thông đã ban hành văn bản quy phạm
pháp luật như: Luật Viễn thông và một số các Quyết định, Thông tư phục vụ cho
công tác quản lý nhà nước về viễn thông nhưng vẫn còn thiếu các văn bản hướng dẫn
triển khai cụ thể về hạ tầng viễn thông thụ động cho địa phương (thiếu các văn bản
hướng dẫn đánh giá cho thuê hạ tầng…).
Sự phối hợp giữa các doanh nghiệp với nhau và giữa doanh nghiệp với các
Sở, ngành, huyện, thị xã, thành phố với Sở Thông tin và Truyền thông chưa được
đồng bộ; hệ thống văn bản chỉ đạo chưa xác định rõ phân cấp quản lý, nên việc triển
khai thực hiện nhiệm vụ gặp một số khó khăn, trở ngại.
Việc tổ chức triển khai thực hiện ứng dụng và phát triển viễn thông còn lúng
túng, chưa có sự hướng dẫn thống nhất từ Trung ương đến địa phương như: lập và
35

phê duyệt kế hoạch kinh phí hoạt động hàng năm; quản lý, thẩm định các dự án viễn
thông trên địa bàn tỉnh...
2.1.2 Đánh giá hệ thống mạng viễn thông
 Điểm mạnh
Hạ tầng mạng viễn thông có độ phủ tương đối tốt, công nghệ hiện đại, có khả
năng nâng cấp để cung cấp các dịch vụ mới.
Hạ tầng mạng thông tin di động phát triển khá rộng khắp, phủ sóng tới hầu
hết các khu vực trên địa bàn tỉnh: tổng số 1.742 vị trí cột ăng ten thu phát sóng, 57%
số cột ăng ten được đầu tư xây dựng, lắp đặt theo công nghệ 3G; tỷ lệ sử dụng chung
hạ tầng giữa các doanh nghiệp đạt khoảng 14%.
Hạ tầng cống bể, cột treo cáp cơ bản đã đáp ứng được đầy đủ các nhu cầu về
sử dụng dịch vụ của người dân.
Hệ thống điểm cung cấp dịch vụ viễn thông có người người phục vụ đã phát
triển khá rộng khắp, đáp ứng đầy đủ nhu cầu về sử dụng các dịch vụ viễn thông của
người dân.
Hạ tầng truyền dẫn phát sóng, mạng lưới phát thanh, truyền hình phát triển
rộng với hệ thống các trạm phát thanh, trạm truyền hình và truyền thanh cơ sở có ở
hầu hết các xã, phường. Ngoài loại hình phát thanh, truyền hình tương tự, tỉnh đã
phát triển mạng lưới truyền hình trả tiền (truyền hình cáp và truyền hình qua mạng
Internet), phát nội dung chương trình Đài tỉnh trên hệ thống mạng truyền hình cáp,
mạng truyền hình kỹ thuật số, truyền hình vệ tinh nhằm chuyển tải nhanh nhất và
đầy đủ nhất nội dung tới đông đảo người dân trên toàn tỉnh, đưa thông tin ra ngoài
phạm vi tỉnh và quốc gia, hỗ trợ tốt hơn nữa công tác đối ngoại của tỉnh Phú Thọ.
 Điểm yếu
Đầu tư xây dựng, phát triển hạ tầng viễn thông chủ yếu đáp ứng nhu cầu trước
mắt dẫn đến sự bất cập về phát triển hạ tầng mạng.
36

Mạng cáp viễn thông hiện tại chủ yếu sử dụng cáp treo, tỷ lệ ngầm hóa còn
thấp. Hạ tầng mạng cáp viễn thông trong vài năm gần đây không được chú trọng đầu
tư dẫn đến tình trạng xuống cấp, ảnh hưởng tới mỹ quan đô thị.
Hạ tầng mạng thông tin di động tại một số khu vực vẫn còn hiện tượng sóng
yếu, lõm sóng, chưa đáp ứng lưu thoại thực tế.
Sử dụng chung cơ sở hạ tầng viễn thông, nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư và
đảm bảo mỹ quan đô thị chưa được quan tâm đúng mức.
Điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng phát triển khá rộng khắp; tuy
nhiên thực tế một số điểm hoạt động không hiệu quả, không còn phù hợp với xu
hướng phát triển hiện tại, không thu hút được người dân đến sử dụng dịch vụ (điểm
cung cấp dịch vụ thoại công cộng, điện thoại thẻ công cộng...).
Do điều kiện địa hình khó khăn (đồi núi, biển đảo) nên vẫn còn một số khu
vực chưa được phủ sóng phát thanh, truyền hình, chưa đáp ứng nhu cầu của người
dân. Hạ tầng phát thanh truyền hình ít được đầu tư, đang trong tình trạng xuống cấp.
Sự phối hợp giữa các doanh nghiệp với nhau và giữa doanh nghiệp với các sở
ban ngành còn nhiều hạn chế.
Hệ thống văn bản chưa có các quy định cụ thể trong việc phát triển cơ sở hạ
tầng viễn thông thụ động do đó việc quản lý còn gặp nhiều khó khăn.
 Thời cơ
Giai đoạn chuyển đổi công nghệ: công nghệ mới cho phép cung cấp nhiều
dịch vụ và ứng dụng.
Thị trường phát triển thuận lợi, giá cước và chất lượng dịch vụ phù hợp với
người dân.
37

Công nghệ phát triển: 3G, vô tuyến băng rộng…cho phép cung cấp các dịch
vụ với chất lượng tốt hơn, nhiều giải pháp xây dựng hạ tầng hiệu quả và nhanh
chóng hơn.
Doanh nghiệp xâm nhập thị trường dễ dàng, dễ dàng cung cấp dịch vụ và phát
triển hạ tầng.
Hạ tầng giao thông, đô thị đang trong quá trình xây dựng và hoàn thiện, thuận
lợi cho doanh nghiệp phát triển hạ tầng.
 Thách thức
Các doanh nghiệp trực thuộc Tổng công ty hoặc tập đoàn, mọi kế hoạch phát
triển thông qua cấp chủ quản; Định hướng phát triển của các doanh nghiệp khác
nhau dẫn tới khó khăn trong điều phối chung để phát triển thị trường viễn thông tại
địa phương.
Nền kinh tế đang trong giai đoạn mở cửa, hội nhập, có nhiều doanh nghiệp
(doanh nghiệp trong và ngoài nước) tham gia thị trường gây ra khó khăn trong công
tác quản lý nhà nước và phát triển hạ tầng.
Thị trường viễn thông Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển có nhiều biến
động: thay đổi công nghệ, thị trường phát triển đột biến...dẫn tới khó khăn và sức ép
về phát triển hạ tầng.
Viễn thông chịu sức ép phát từ triển kinh tế xã hội, phát triển mạng theo nhu
cầu thực tế phát sinh, chưa có kế hoạch dài hạn, dẫn tới một số bất cập trong phát
triển hạ tầng mạng lưới.
Công tác quản lý nhà nước gặp nhiều khó khăn: hệ thống luật pháp, chính
sách không thể xây dựng trong thời gian ngắn.
2.1.3 Nhu cầu phát triển xây dựng hệ thống giám sát mạng viễn thông
Từ các phân tích ở trên, ta có thể thấy, việc giám sát mạng viễn thông hiện tại
chủ yếu dựa trên các văn bản quy phạm pháp luật. Chính vì vậy, cần thiết phải
38

xây dựng hệ thống giám sát mạng viễn thông với một số tính năng yêu cầu như sau:
- Quy trình điều hành, giám sát, xử lý lỗi khép kín.
- Quản lý phân quyền tập trung người dùng, thiết bị, chức năng.
- Hệ thống có tính ổn định và bảo mật cao.
- Hỗ trợ xuất báo cáo linh hoạt theo nhiều tiêu chí, nhiều chiều.
- Trợ giúp ra quyết định cải thiện chất lượng mạng lưới.
- Quản lý giám sát toàn bộ các tổng trạm, tổng đài của Viettel: 2G, 3G,
PSTN,tổng đài core, IP, truyền dẫn…
- Quản lý các lỗi: mất điện, mất luồng, nghẽn mạng trên giao diện đồ họa….
- Tự động thu thập thông tin thời gian thực, tự động nhắn tin giao việc cho kỹ
thuật để xử lý sự cố.
- Quản lý, vận hành, giám sát mạng lưới tập trung, hiệu quả:
- Quản lý trên 40,000 trạm BTS cả 2G, 3G, PSTN, Core, Truyền dẫn, IP.
- Cảnh báo sư cố mạng lưới tự động thời gian thực (Real-time).
- Đáp ứng số người dùng đồng thời lớn (>5000)
- Tương tác người dùng bằng nhiều phương thức: Web, sms, email.
- Dữ liệu cập nhật thời gian thực (Real-time).
Như vậy, việc áp dụng GIS vào hệ thống giám sát mạng viễn thông là có cơ sở
khoa học. Các dữ liệu về thuộc tính của các trạm BTS sẽ được biểu diễn trên bản đồ
GIS. Tình trạng hoạt động của các trạm này có thể được theo dõi và cập nhật thường
xuyên, online. Về lâu dài, cơ sở dữ liệu GIS này còn có thể hỗ trợ cho việc quy
hoạch, lắp đặt các trạm BTS mới, tăng chất lượng phục vụ của vùng phủ sóng.
39

2.2 MÔ HÌNH HÓA CÁC TRẠM PHÁT BTS SỬ DỤNG LÝ THUYẾT
ĐỒ THỊ
2.2.1 Lập ma trận đánh giá
2.2.1.1 Xấp xỉ hình học dạng phát sóng phủ
Mỗi BTS có một tầm hoạt động theo bán kính nhất định. Một cách tạm thời,
chúng ta có thể phân loại thành 3 dạng: dạng sóng phủ tối đa (best case), dạng thông
thường (normal case) và dạng sóng phủ tối thiểu (worse case). Dạng tối đa là sóng
phủ xa nhất và dạng tối thiểu là sóng phủ gần nhất. Tầm hoạt động dựa theo các yếu
tố về thời tiết, độ m và các yếu tố về môi trường khác như: bụi, khí thải,...
và cũng theo thời gian BTS được đưa vào sử dụng. Trong phạm vi đề tài, ta giả định
tầm hoạt động của sóng là trường hợp tối thiểu (worse case) do Phú Thọ là nơi có
nhiều hoạt động có thể gây giảm chất lượng sóng.
Với dạng BTS tại Phú Thọ được khảo sát ở phần trên, chúng ta chọn xấp xỉ
hình học như sau đối với vùng phủ sóng (vùng sậm - Hình 1.15) như sau:
- Từ tâm I, nơi đặt BTS, đến vị trí phát sóng xa nhất có thể chia thành 08 phần
bằng nhau (tổng 08 phần là tầm hoạt động của sóng);
- Vùng phủ xem như là một phần cung tròn lớn với tâm i đặt tại điểm cách
tâm I một khoảng theo hướng Đông là: 8 11 5 phần, (mỗi phần là
2 5
1
bán kính R);
8
-Phần cung tròn được giới hạn bởi hai đường thẳng từ tâm I và lần lượt có góc
là 150 độ và -150 độ (như hình 2.1);
40

Hình 2.1. Xấp xỉ hình học cho vùng phủ sóng
Việc xấp xỉ hình học với dạng hình học tương đương và thay các hình sóng
phức tạp bằng các đường thẳng sẽ làm giảm việc tính toán. Đồng thời, ở một mặt
khác, việc chọn xử lý trong trường hợp tầm sóng phủ ngắn nhất (worse case) sẽ đảm
bảo việc xấp xỉ hình học không vượt vùng phủ thực tế, nhưng vẫn đảm bảo được
việc tính toán. Bên cạnh đó, việc xấp xỉ hình học cũng là cơ sở tính toán các giá trị
khác từ hai đại lượng hình học là tâm I và bán kính phủ sóng ban đầu R, đó là:
- Từ tâm i của cung tròn sóng;
- Bán kính r của cung tròn tâm i
-Vị trí tọa độ chi tiết của tam giác đều IAB, với một đỉnh I và 2 đỉnh thuộc
đường tròn tâm I, chắn ở các góc 150 độ và -150 độ.
Từ dữ liệu thu thập sau khi đã đồng bộ, các bước thực hiện được trình bày cụ
thể như sau:
41

 Bước 1: Tạo Buffer cho từng điểm BTS (tâm I), bán kính của buffer tương
ứng với từng dòng trong dữ liệu bên bảng . Kết quả ta có được như Hình
2.2
Hình 2.2.2 Buffer của từng điểm BTS
 Bước 2: Tạo điểm A và B. Trong đó, điểm A và B được tạo ra bằng cách:
- Điểm A:
Kinh độ điểm A= kinh độ BTS – bán kính phủ sóng *
3
.
2
Vĩ độ điểm A= vĩ độ BTS – bán kính phủ sóng * 0.5
- Điểm B:
3
Kinh độ điểm B = kinh độ BTS – bán kính phủ sóng *
2
Vĩ độ điểm B = vĩ độ BTS + bán kính phủ sóng * 0.5
Hình 2.3. Điểm A, B và điểm BTS
42

Ứng dụng công nghệ GIS và lý thuyết đồ thị trong việc hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động.doc

Ứng dụng công nghệ GIS và lý thuyết đồ thị trong việc hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Ứng dụng công nghệ GIS và lý thuyết đồ thị trong việc hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động.doc

Similar to Ứng dụng công nghệ GIS và lý thuyết đồ thị trong việc hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động.doc (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Ứng dụng công nghệ GIS và lý thuyết đồ thị trong việc hỗ trợ giám sát mạng viễn thông di động.doc