TÓM TẮT TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 12155:2018 (ISO 19136:2007) VỀ THÔNG TIN ĐỊA LÝ - KHUÔN THỨC TRAO ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12155:2018 hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ISO 19136:2007. Tiêu chuẩn này quy định chi tiết về Ngôn ngữ đánh dấu địa lý (Geography Markup Language - GML), một khuôn thức mã hóa XML chuẩn hóa dùng cho việc trao đổi, lưu trữ và xử lý thông tin địa lý cả về không gian và thời gian. Dưới đây là tóm tắt chuyên sâu và toàn diện về các nội dung cốt lõi của tiêu chuẩn.

1. Quy tắc chung và các thành phần lược đồ cơ bản (Điều 7 & Điều 8)

Điều khoản này thiết lập cú pháp, mô hình đối tượng chung và các thành phần cơ bản của lược đồ GML (gmlBase):

• Cú pháp và mô hình GML: GML sử dụng mô hình "thuộc tính-đối tượng" (property-object). Một đối tượng địa lý hoặc đối tượng dữ liệu được mã hóa thành một phần tử XML viết theo quy tắc UpperCamelCase. Các thuộc tính của đối tượng được mã hóa thành các phần tử con viết theo quy tắc lowerCamelCase. Không có phần tử nào đồng thời vừa là đối tượng GML vừa là thuộc tính GML.
• Thành phần gmlBase:
  • gml:AbstractObject: Là gốc của mọi kiểu dữ liệu trong GML, đóng vai trò là phần tử đứng đầu của nhóm thay thế lược đồ XML cho cả nội dung đơn giản và phức hợp.
  • gml:AbstractGML: Đại diện cho bất kỳ đối tượng GML nào có tính đồng nhất nhận dạng. Mỗi đối tượng kế thừa từ kiểu này bắt buộc phải có thuộc tính định danh duy nhất gml:id (kiểu XML ID) và các thuộc tính tùy chọn khác như gml:identifier, gml:name, gml:description, và gml:descriptionReference.
• Chế độ biểu diễn thuộc tính: Thuộc tính GML có thể được biểu diễn theo hai cách:
  • Nội tuyến (inline): Giá trị thuộc tính được mô tả trực tiếp bên trong nội dung của phần tử thuộc tính.
  • Tham chiếu (by reference): Sử dụng nhóm thuộc tính liên kết gml:AssociationAttributeGroup chứa các thuộc tính XLink (như xlink:href) để trỏ đến một đối tượng dữ liệu nằm ở nơi khác trong cùng tài liệu hoặc trên mạng.
• Quyền sở hữu thuộc tính: Nhóm thuộc tính gml:OwnershipAttributeGroup với thuộc tính logic owns xác định xem sự tồn tại của đối tượng được tham chiếu có phụ thuộc vào đối tượng cha hay không (nếu owns="true", đối tượng tham chiếu sẽ bị xóa khi đối tượng cha bị xóa).

2. Liên kết XLink và các kiểu dữ liệu cơ bản (Điều 8)

Tiêu chuẩn định nghĩa các phương pháp chuẩn hóa để thiết lập liên kết và biểu diễn các kiểu dữ liệu đơn giản:

• XLink trong GML: Sử dụng các thuộc tính xlink:href (định vị tài nguyên đích bằng URI), xlink:role (mô tả bản chất tài nguyên), xlink:arcrole (mô tả vai trò liên kết), và xlink:title (tiêu đề liên kết).
• Các kiểu dữ liệu đặc biệt:
  • gml:NilReasonType: Cho phép giải thích lý do một giá trị bị bỏ trống hoặc rỗng (ví dụ: inapplicable - không áp dụng, missing - bị thiếu, template - biểu mẫu chờ điền, unknown - không rõ, withheld - bị giữ lại).
  • gml:SignType: Kiểu dữ liệu xác định hướng hoặc dấu, nhận giá trị "+" hoặc "-".
  • gml:CodeType và gml:CodeWithAuthorityType: Biểu diễn các thuật ngữ, từ khóa kèm theo thuộc tính codeSpace để chỉ ra từ điển hoặc hệ thống phân loại áp dụng.
  • gml:MeasureType: Biểu diễn các giá trị đo lường số học kèm theo thuộc tính đơn vị đo uom (UomIdentifier).

3. Lược đồ đối tượng địa lý (Điều 9)

Đối tượng địa lý (Feature) là thực thể cốt lõi biểu diễn các hiện tượng trong thế giới thực:

• gml:AbstractFeatureType và gml:AbstractFeature: Là lớp cơ sở cho tất cả các đối tượng địa lý. Mọi đối tượng địa lý kế thừa từ kiểu này đều có thuộc tính không gian giới hạn gml:boundedBy (mô tả bằng hình hộp giới hạn gml:Envelope hoặc phạm vi không gian-thời gian gml:EnvelopeWithTimePeriod).
• Thuộc tính đối tượng địa lý: Bao gồm các thuộc tính không gian (hình học, tô-pô), thuộc tính thời gian và thuộc tính phi không gian. Tiêu chuẩn cung cấp các kiểu thuộc tính xác định trước như gml:FeaturePropertyType và gml:FeatureArrayPropertyType để liên kết hoặc chứa các đối tượng địa lý khác.
• Tập hợp đối tượng địa lý: Được tạo ra bằng cách mở rộng từ kiểu thuộc tính gml:AbstractFeatureMemberType kết hợp với nhóm thuộc tính kết hợp gml:AggregationAttributeGroup để quản lý danh sách các đối tượng thành viên.

4. Lược đồ hình học nguyên thủy (Điều 10)

Mô hình hình học của GML hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn ISO 19107, phân chia thành các chiều không gian từ 0 đến 3:

• gml:AbstractGeometry: Gốc của mọi đối tượng hình học. Tất cả các đối tượng hình học đều kế thừa khả năng liên kết với một Hệ quy chiếu tọa độ (CRS) thông qua nhóm thuộc tính gml:SRSReferenceGroup (gồm thuộc tính srsName chỉ định CRS và srsDimension chỉ định số chiều tọa độ).
• Vị trí trực tiếp (Direct Position): Được biểu diễn bằng phần tử gml:pos (chứa tọa độ của một điểm đơn lẻ) hoặc gml:posList (chứa danh sách tọa độ liên tiếp của nhiều điểm trong cùng một CRS).
• Hình học 0-chiều: Phần tử gml:Point đại diện cho một điểm đơn nhất, xác định bằng một tọa độ gml:pos.
• Hình học 1-chiều: Gốc là gml:AbstractCurve.
  • gml:LineString: Đường cong đơn giản gồm các phân đoạn thẳng nối các điểm kiểm soát (nội suy tuyến tính).
  • gml:Curve: Đường cong liên tục cấu thành từ một hoặc nhiều phân đoạn đường cong gml:AbstractCurveSegment (như LineStringSegment, Arc - cung tròn qua 3 điểm, Circle - vòng tròn, Bezier, BSpline, Clothoid, GeodesicString).
• Hình học 2-chiều: Gốc là gml:AbstractSurface.
  • gml:Polygon: Bề mặt phẳng được giới hạn bởi một đường biên ngoài (exterior) và có thể có các đường biên trong tạo lỗ rỗng (interior), các biên này được mô tả bằng vòng tuyến tính khép kín gml:LinearRing.
  • gml:Surface: Bề mặt liên tục cấu thành từ nhiều bản ghép bề mặt patches (như PolygonPatch, Triangle, Rectangle, hoặc các bề mặt tham số như Cone, Cylinder, Sphere).
• Hình học 3-chiều: Gốc là gml:AbstractSolid. Phần tử cụ thể gml:Solid đại diện cho một khối không gian 3D, được giới hạn bởi các vỏ bề mặt gml:Shell (gồm biên ngoài exterior và biên trong interior).

5. Phức hệ hình học, tổ hợp hình học và kết tập hình học (Điều 11)

Để biểu diễn các cấu trúc không gian phức tạp hơn, GML định nghĩa:

• Phức hệ hình học (Geometric Complex): gml:GeometricComplex là tập hợp các nguyên thủy hình học rời nhau nhưng có ranh giới đóng và chia sẻ ranh giới với nhau theo quy định của ISO 19107.
• Tổ hợp hình học (Composite Geometry): Gồm gml:CompositeCurve, gml:CompositeSurface, và gml:CompositeSolid. Chúng biểu diễn các phức hệ hình học nhưng hoạt động đồng hình như một nguyên thủy hình học đơn nhất.
• Kết tập hình học (Geometric Aggregates): Là các tập hợp tùy ý của các đối tượng hình học mà không yêu cầu cấu trúc ranh giới chung, bao gồm: gml:MultiGeometry, gml:MultiPoint, gml:MultiCurve, gml:MultiSurface, và gml:MultiSolid.

6. Lược đồ hệ quy chiếu tọa độ - CRS (Điều 12)

GML thực hiện đầy đủ mô hình khái niệm của tiêu chuẩn ISO 19111 để định nghĩa các hệ quy chiếu tọa độ và các phép toán chuyển đổi tọa độ:

• Định danh đối tượng CRS: Kiểu gml:IdentifiedObjectType cung cấp các thuộc tính nhận dạng chuẩn hóa cho các thành phần CRS, bao gồm tên chính (gml:identifier), các tên thay thế hoặc bí danh (gml:name với thuộc tính codeSpace), và các ghi chú (gml:remarks).
• Các kiểu Hệ quy chiếu tọa độ cụ thể:
  • CompoundCRS: Hệ quy chiếu hợp nhất từ hai hoặc nhiều CRS đơn độc lập (ví dụ: kết hợp một CRS trắc địa 2D với một CRS thẳng đứng 1D).
  • GeodeticCRS: Hệ quy chiếu dựa trên mốc tham số gốc trắc địa (GeodeticDatum), liên kết với hệ tọa độ elipxôit (EllipsoidalCS), hệ tọa độ Đề-các (CartesianCS) hoặc hệ tọa độ hình cầu (SphericalCS).
  • ProjectedCRS: Hệ quy chiếu tọa độ phẳng 2D thu được từ việc áp dụng một phép chiếu bản đồ lên một CRS trắc địa cơ sở.
  • VerticalCRS: Hệ quy chiếu 1D dùng để đo độ cao hoặc độ sâu dựa trên mốc thẳng đứng (VerticalDatum) và hệ tọa độ thẳng đứng (VerticalCS).
  • TemporalCRS: Hệ quy chiếu 1D dùng để xác định thời gian dựa trên mốc thời gian (TemporalDatum) và hệ tọa độ thời gian (TimeCS).
  • EngineeringCRS: Hệ quy chiếu dùng cho các hoạt động kỹ thuật địa phương hoặc trên các nền tảng chuyển động (tàu bay, tàu thủy).
  • ImageCRS: Hệ quy chiếu tọa độ áp dụng riêng cho các vị trí pixel trong ảnh.
  • DerivedCRS: Hệ quy chiếu tọa độ được định nghĩa thông qua một phép biến đổi tọa độ từ một CRS cơ sở khác.
• Mốc tham chiếu (Datums): Định nghĩa mốc tọa độ gắn với Trái đất, bao gồm GeodeticDatum (liên kết với Ellipsoid và kinh tuyến gốc PrimeMeridian), VerticalDatum, TemporalDatum, EngineeringDatum, và ImageDatum.
• Phép toán tọa độ (Coordinate Operations): Định nghĩa các phép chuyển đổi (conversion) và biến đổi (transformation) tọa độ thông qua các tham số hoạt động (OperationParameter, ParameterValue) và phương pháp hoạt động (OperationMethod).

7. Lược đồ hình học tô-pô (Điều 13)

Tô-pô không gian mô tả các mối quan hệ không gian giữa các đối tượng địa lý mà không phụ thuộc vào khoảng cách hay hình học cụ thể:

• gml:AbstractTopology: Lớp cơ sở cho mọi cấu trúc tô-pô.
• Tô-pô nguyên thủy (Topology Primitives):
  • gml:Node (0-chiều): Điểm nút tô-pô, có thể liên kết với hình học điểm.
  • gml:Edge (1-chiều): Cạnh tô-pô giới hạn bởi hai nút, có thể liên kết với hình học đường cong.
  • gml:Face (2-chiều): Mặt tô-pô giới hạn bởi các cạnh, có thể liên kết với hình học bề mặt.
  • gml:TopoSolid (3-chiều): Khối tô-pô giới hạn bởi các mặt.
• Các thuộc tính hướng tô-pô: gml:directedNode, gml:directedEdge, gml:directedFace, và gml:directedSolid dùng để mô tả hướng và đường bao của các nguyên thủy tô-pô.
• Tập hợp tô-pô và Phức hệ tô-pô:
  • Các phần tử thuộc tính như gml:topoPointProperty, gml:topoCurveProperty, gml:topoSurfaceProperty, và gml:topoVolumeProperty dùng để diễn tả mối quan hệ của đối tượng địa lý với các cấu trúc tô-pô tương ứng.
  • gml:TopoComplex: Phức hệ tô-pô đại diện cho một tập hợp khép kín các nguyên thủy tô-pô.

8. Thông tin thời gian và các đối tượng động (Điều 14)

GML hỗ trợ mô tả các khía cạnh thời gian của dữ liệu địa lý phù hợp với tiêu chuẩn ISO 19108:

• gml:AbstractTimeObject và gml:AbstractTimePrimitive: Lớp cơ sở cho các thực thể thời gian.
• Hình học thời gian (Temporal Geometry):
  • gml:TimeInstant: Thời điểm đơn nhất, xác định bằng vị trí thời gian gml:timePosition (hỗ trợ định dạng ISO 8601 hoặc các hệ thống số học khác).
  • gml:TimePeriod: Khoảng thời gian giới hạn bởi thời điểm bắt đầu (beginPosition) và thời điểm kết thúc (endPosition).
• Tô-pô thời gian (Temporal Topology): Định nghĩa các nút thời gian (gml:TimeNode) và cạnh thời gian (gml:TimeEdge) để mô tả trình tự diễn tiến của các sự kiện mà không cần biết thời gian tuyệt đối.
• Hệ quy chiếu thời gian: Định nghĩa lịch (gml:TimeCalendar), đồng hồ (gml:TimeClock), hệ tọa độ thời gian (gml:TimeCoordinateSystem), và hệ quy chiếu thời gian thứ tự (gml:TimeOrdinalReferenceSystem) dùng trong địa chất hoặc khảo cổ học.
• Đối tượng động (Dynamic Features):
  • gml:DynamicFeature: Đối tượng địa lý có các thuộc tính thay đổi theo thời gian. Trạng thái của đối tượng tại mỗi thời điểm được ghi lại bằng một lát cắt thời gian gml:AbstractTimeSlice.
  • gml:history: Lưu trữ lịch sử phát triển hoặc quỹ đạo di chuyển của đối tượng động dưới dạng một chuỗi các lát cắt thời gian liên tiếp (ví dụ: trạng thái di chuyển của phương tiện gml:MovingObjectStatus).

9. Đơn vị, đo lường và đối tượng giá trị (Điều 16)

Tiêu chuẩn cung cấp các thành phần để định nghĩa đơn vị đo và biểu diễn các giá trị định lượng:

• Lược đồ đơn vị (Units):
  • gml:UnitDefinition: Định nghĩa chung về đơn vị đo lường, chứa các thuộc tính gml:quantityType (kiểu đại lượng vật lý như chiều dài, góc, thời gian) và gml:catalogSymbol (biểu tượng đơn vị).
  • gml:BaseUnit: Đơn vị cơ sở trong hệ thống đơn vị (ví dụ: hệ SI).
  • gml:DerivedUnit: Đơn vị dẫn xuất được cấu thành từ sự kết hợp của các đơn vị khác thông qua số mũ (gml:derivationUnitTerm).
  • gml:ConventionalUnit: Đơn vị thông thường được quy đổi về đơn vị ưu tiên thông qua một hệ số nhân (factor) hoặc công thức toán học (formula).
• Đối tượng giá trị (Value Objects): Định nghĩa các kiểu giá trị không mang định danh nhận dạng để làm giá trị thuộc tính cho đối tượng địa lý hoặc kết quả quan sát:
  • gml:Quantity: Giá trị số thực kèm đơn vị đo uom.
  • gml:Category: Giá trị phân loại dạng chữ kèm theo codeSpace.
  • gml:Count: Giá trị số nguyên biểu diễn số lần xuất hiện.
  • gml:Boolean: Giá trị logic (true/false hoặc 1/0).
  • gml:CompositeValue và gml:ValueArray: Tập hợp hoặc mảng các giá trị đơn lẻ (yêu cầu tính đồng nhất đối với mảng).

10. Lược đồ Phương hướng và Quan sát (Điều 17 & Điều 18)

• Phương hướng (Direction): Phần tử gml:direction mô tả hướng không gian bằng một vectơ hướng (gml:DirectionVector) hoặc bằng mô tả văn bản/la bàn (gml:DirectionDescription với các hướng la bàn như "N", "NE", "S", v.v.).
• Quan sát (Observation): Phần tử gml:Observation mô tả hành động thu thập dữ liệu tại một thời điểm hoặc khoảng thời gian (gml:validTime), sử dụng một thiết bị hoặc quy trình cụ thể (gml:using), nhắm vào một đối tượng mục tiêu (gml:target), và tạo ra kết quả quan sát (gml:resultOf). Phiên bản mở rộng gml:DirectedObservation bổ sung thêm hướng quan sát.

11. Lược đồ tập dữ liệu địa lý - Coverages (Điều 19)

Tập dữ liệu địa lý (Coverage) biểu diễn các trường dữ liệu không gian-thời gian liên tục hoặc rời rạc (như ảnh vệ tinh, mô hình độ cao số DEM, bản đồ phân bố nhiệt độ):

• gml:AbstractCoverage: Thành phần cơ bản gồm hai phần:
  • gml:domainSet: Miền không gian-thời gian nơi tập dữ liệu được xác định (mô tả bằng hình học phức hợp hoặc lưới).
  • gml:rangeSet: Tập hợp các giá trị thuộc tính tương ứng với các vị trí trong miền.
• Lược đồ lưới (Grids):
  • gml:Grid: Lưới tọa độ chưa hiệu chỉnh, xác định bằng số chiều (dimension) và giới hạn lưới (limits gồm góc dưới low và góc trên high).
  • gml:RectifiedGrid: Lưới đã được hiệu chỉnh hình học, thiết lập mối quan hệ toán học (phép biến đổi affine) giữa tọa độ lưới và tọa độ thực địa thông qua điểm gốc (origin) và các vectơ dịch chuyển (offsetVector).
• Các kiểu Coverage cụ thể: Tiêu chuẩn hỗ trợ các kiểu coverage rời rạc theo ISO 19123 bao gồm: gml:MultiPointCoverage, gml:MultiCurveCoverage, gml:MultiSurfaceCoverage, gml:MultiSolidCoverage, gml:GridCoverage, và gml:RectifiedGridCoverage.
• Phương pháp lưu trữ dữ liệu dải (Range):
  • gml:DataBlock: Lưu trữ dữ liệu trực tiếp dưới dạng khối văn bản phân tách bằng ký tự (tương tự CSV) qua phần tử gml:tupleList.
  • gml:File: Tham chiếu đến một tệp dữ liệu nhị phân bên ngoài (như GeoTIFF) thông qua gml:fileReference, có khai báo định dạng tệp (mimeType) và phương pháp nén (compression).
• Hàm ánh xạ (Coverage Function): Phần tử gml:coverageFunction mô tả quy tắc ánh xạ từ miền không gian sang dải giá trị thuộc tính, sử dụng quy tắc chuỗi (gml:sequenceRule) để xác định thứ tự quét các điểm lưới (ví dụ: quét tuyến tính, quét zigzag).

12. Hồ sơ GML và Quy tắc xây dựng lược đồ ứng dụng (Điều 20 & Điều 21)

Để áp dụng GML vào các bài toán thực tế, tiêu chuẩn đưa ra các quy định nghiêm ngặt về việc tạo hồ sơ và lược đồ ứng dụng:

• Hồ sơ GML (Profile): Là một tập con được giản lược từ lược đồ GML đầy đủ nhằm đáp ứng nhu cầu cụ thể của một ứng dụng, giúp tăng hiệu suất xử lý và khả năng tương thích. Hồ sơ được tạo ra bằng nguyên tắc "sao chép và loại bỏ" (chỉ giữ lại các phần tử cần thiết, không được phép thay đổi định nghĩa hoặc kiểu dữ liệu của các phần tử bắt buộc trong GML gốc).
• Quy tắc xây dựng lược đồ ứng dụng GML:
  • Phải khai báo một không gian tên mục tiêu riêng biệt (targetNamespace), không được trùng với không gian tên của GML (http://www.opengis.net/gml/3.2).
  • Phải nhập khẩu (import) lược đồ GML đầy đủ hoặc một hồ sơ GML hợp lệ.
  • Mọi kiểu đối tượng địa lý mới do người dùng định nghĩa phải được khai báo là phần tử toàn cục và có mô hình nội dung kế thừa trực tiếp hoặc gián tiếp từ gml:AbstractFeatureType.
  • Các thuộc tính hình học mới phải tuân theo mô hình của gml:GeometryPropertyType hoặc gml:GeometryArrayPropertyType.

13. Các Phụ lục quy định và tham khảo quan trọng (Phụ lục A - J)

• Phụ lục A (Quy định) - Trường hợp kiểm thử lược đồ ứng dụng GML: Cung cấp bộ quy tắc kiểm thử bắt buộc để xác minh tính hợp lệ của lược đồ ứng dụng GML, bao gồm kiểm tra việc sử dụng không gian tên, quy tắc kế thừa kiểu đối tượng, mô hình nội dung của thuộc tính, và cấu trúc tập hợp đối tượng địa lý.
• Phụ lục B (Quy định) - Trường hợp kiểm thử triển khai phần mềm: Quy định các yêu cầu kiểm thử đối với phần mềm xử lý dữ liệu GML, bao gồm khả năng giải quyết các liên kết XLink nội bộ và khả năng thừa kế hệ quy chiếu tọa độ (CRS) mặc định từ thuộc tính gml:boundedBy của đối tượng cha xuống các đối tượng hình học con.
• Phụ lục E & F (Quy định) - Quy tắc mã hóa hai chiều giữa UML và GML:
  • Phụ lục E: Quy định chi tiết cách chuyển đổi một lược đồ ứng dụng khái niệm từ mô hình UML (theo tiêu chuẩn ISO 19109) sang lược đồ XML GML (ví dụ: ánh xạ các lớp UML thành các khai báo kiểu XML, ánh xạ các kiểu dữ liệu không gian UML sang các kiểu thuộc tính hình học GML tương ứng).
  • Phụ lục F: Quy định quy tắc chuyển đổi ngược lại từ lược đồ XML GML sang mô hình khái niệm UML.
• Phụ lục H (Tham khảo) - Kiểu mặc định (Default Style): Cung cấp các thành phần lược đồ để định nghĩa quy tắc hiển thị đồ họa mặc định cho dữ liệu GML (như màu sắc, độ rộng đường, biểu tượng) để chuyển đổi dữ liệu GML sang định dạng đồ họa vector hiển thị trực quan như W3C SVG.
• Phụ lục I (Tham khảo) - Tính tương thích ngược: Liệt kê danh sách các phần tử và kiểu dữ liệu đã bị lược bỏ hoặc thay thế từ các phiên bản GML cũ (như thay thế gml:coordinates bằng gml:posList, thay thế gml:location bằng gml:locationName/gml:locationReference) nhằm đảm bảo tính nhất quán và tương thích của hệ thống dữ liệu lịch sử.