ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN QUỐC HUY NGHIÊN CƢ́U XÂY DƢ̣NG HỆ THỐNG THÔNG TIN GIÁM SÁ T CHÁ Y RƢ̀NG SƢ̉ DỤNG DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN QUỐC HUY NGHIÊN CƢ́U XÂY DƢ̣NG HỆ THỐNG THÔNG TIN GIÁM SÁ T CHÁ Y RƢ̀NG SƢ̉ DỤNG DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Kỹ Thuật Phần Mềm Mã số: 60.48.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN HẢI CHÂU TS. LÊ HOÀ NG SƠN HÀ NỘI – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt đƣợc trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu, tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều đƣợc trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và đƣợc trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2015 Ngƣời cam đoan Nguyễn Quố c Huy LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS . TS. Nguyễn Hải Châu , TS. Lê Hoàng Sơn , TS. Bùi Quang Hƣng và TS . Lê Thanh Hà là nh ững cán bộ giảng viên của Đại học Công Nghệ và Đại học Khoa Học Tự Nhiên , trƣ̣c thuô ̣c Đa ̣i ho ̣c Quố c Gia Hà Nô ̣i đã tận tình giúp đỡ tôi về cả chuyên môn, nghiên cứu và định hƣớng phát triển trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi đã học hỏi đƣợc rất nhiều khi tham gia vào dự án “Field Monitoring – FIMO” do nhà trƣờng tổ chức về nghiên cứu, ứng dụng, xử lý thông tin từ ảnh viễn thám. Tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới các Thầy, Cô giáo của Khoa Công nghệ thông tin vì đã truyền dạy những kiến thức bổ ích, hiện đại về lĩnh vực Công nghệ phần mềm . Với bạn bè cùng khóa và các bạn sinh viên tham gia vào các dự án của trung tâm FIMO, cám ơn mọi ngƣời vì đã cho tôi cơ hội trao đổi, chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm thực tế, giúp tôi hiểu thêm những vấn đề mà tôi không có điều kiện tìm hiểu, chỉ cho tôi những thứ tôi chƣa làm đƣợc. Tôi có thể tiếp thu đƣợc thêm nhiều vấn đề mới và biết đƣợc giá trị của việc không ngừng cố gắng học tập, nghiên cứu. Cuối cùng, với gia đình, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc vì gia đình đã luôn ở bên và ủng hộ tôi trên con đƣờng học tập và nghiên cứu khó khăn, vất vả. Tôi mong rằng với sự cố gắng học tập nâng cao kiến thức, sau này sẽ có thể lĩnh hội nhiều công nghệ, tạo ra nhiều sản phẩm phần mềm có giá trị sử dụng cao, giúp ích đƣợc trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Nguyễn Quố c Huy MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................. 1 DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. 4 DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... 5 DANH MỤC THUẬT NGƢ̃ ...................................................................................... 8 MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 9 1. ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 9 2. NỘI DUNG NGHIÊN CƢ́U VÀ CẤU TRÚ C ĐỀ TÀI................................. 15 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH VÀ GIS .................... 16 1.1. TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH............................................................. 16 1.1.1. Lịch sử ra đời và sự phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh ............... 16 1.1.2. Đặc trƣng và phân loại ảnh vệ tinh ....................................................... 19 1.1.3. Ứng dụng của ảnh vệ tinh trong giám sát cháy rừng ............................ 22 1.2. TỔNG QUAN VỀ GIS ................................................................................ 23 1.2.1. Lịch sử ra đời và sự phát triển của GIS ................................................. 23 1.2.2. Cấ u trúc của GIS ................................................................................... 24 1.2.3. Dƣ̃ liê ̣u GIS ........................................................................................... 24 1.2.4. Ứng dụng của GIS ................................................................................. 26 1.2.5. Giới thiê ̣u về WebGIS ........................................................................... 27 CHƢƠNG II. XÂY DƢ̣NG HỆ THỐNG THÔNG TIN GIÁM SÁ T CHÁ Y RƢ̀NG SƢ̉ DỤNG DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH .................................................................... 29 2.1. Mô tả bài toán .............................................................................................. 29 2.2. Khảo sát hệ thống thông tin giám sát cháy rừng tại Việt Nam và trên thế giới 29 2.3. Giải pháp công nghệ .................................................................................... 34 2.3.1. ArcGIS MapServer ................................................................................ 34 2.3.2. PostgreSQL ........................................................................................... 35 2.3.3. PHP và Yii Framework.......................................................................... 36 2.3.4. ArcGIS Javascript MapAPI................................................................... 38 1 2.4. Kiế n trúc hê ̣ thố ng ....................................................................................... 39 2.4.1. Quy trình chiế t xuấ t thông tin cháy rƣ̀ng .............................................. 39 2.4.2. Thuật toán phát hiện điểm cháy ............................................................ 41 2.4.3. Kiế n trúc tổ ng thể của hê ̣ thố ng ............................................................ 42 2.5. Chuẩn hóa dữ liệu không gian ..................................................................... 43 2.6. Cấ u trúc cơ sở dƣ̃ liê ̣u .................................................................................. 52 2.7. Chƣ́c năng hê ̣ thố ng ..................................................................................... 56 2.7.1. Chƣ́c năng đăng nhâ ̣p ............................................................................ 56 2.7.2. Chƣ́c năng hiể n thi ̣thông tin cháy rƣ̀ng gần thời gian thực.................. 57 2.7.3. Chƣ́c năng hiể n thi ̣diễn biế n điể m cháy ............................................... 58 2.7.4. Chƣ́c năng tìm kiế m thông tin điể m cháy ............................................. 59 2.7.5. Chƣ́c năng đăng kí nhâ ̣n thông tin điể m cháy ....................................... 60 2.7.6. Chƣ́c năng thố ng kê báo cáo ................................................................. 61 2.7.7. Nhóm chức năng quản lý thông tin điểm cháy ..................................... 62 2.7.8. Nhóm chức năng quản lý dữ liệu ảnh vệ tinh ....................................... 64 2.7.9. Nhóm chức năng quản lý ngƣời dùng ................................................... 65 2.7.10. Nhóm chức năng quản lý nhóm quyền ................................................. 67 2.7.11. Nhóm chức năng quản lý dữ liệu đăng kí nhâ ̣n thông tin điể m cháy ... 68 2.7.12. Nhóm chức năng quản lý đơn vị ........................................................... 70 2.7.13. Chức năngkiểm chứng thông tin điểm cháy.......................................... 71 2.7.14. Chức năng trích xuất thông tin điểm cháy và gửi cảnh báo cho ngƣời dùng gần thời gian thực ..................................................................................... 72 2.7.15. Chƣ́c năng hiển thị các lớp bản đồ ........................................................ 73 CHƢƠNG III. MÔ PHỎNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG ................................ 75 3.1. Cài đặt và triển khai ..................................................................................... 75 3.1.1. Phía Server ............................................................................................ 75 3.1.2. Phía Client ............................................................................................. 75 3.2. Giao diê ̣n thực nghiệm của hê ̣ thố ng ........................................................... 75 3.2.1. Giao diê ̣n chin ́ h dành cho ngƣời dùng .................................................. 75 2 3.2.2. Giao diê ̣n xem diễn biế n cháy rƣ̀ng ...................................................... 77 3.2.3. Giao diê ̣n tìm kiế m điể m cháy .............................................................. 78 3.2.4. Giao diê ̣n đăng kí nhâ ̣n thông tin điể m cháy ........................................ 79 3.2.5. Giao diê ̣n thố ng kê báo báo ................................................................... 80 3.2.6. Giao diê ̣n quản tri ̣dƣ̃ liê ̣u ảnh vê ̣ tinh ................................................... 81 3.2.7. Giao diê ̣n quản tri ̣ngƣời dùng .............................................................. 81 3.2.8. Giao diê ̣n quản tri ̣nhóm quyề n ............................................................. 82 3.2.9. Giao diê ̣n quản tri ̣đăng kí nhâ ̣n thông tin cảnh báo ............................. 82 3.3. Đánh giá hệ thống ........................................................................................ 83 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁ T TRIỂN ............................................................... 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 91 3 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Quá trình hình thành và phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh ............. 16 Bảng 2: Bảng tổng kết ưu nhược điểm của các hệ thống giám sát và theo dõi cháy rừng .......................................................................................................................... 30 Bảng 3: Bảng mô tả các kênh của ảnh vệ tinh MOD14 sử dụng trong thuật toán.. 42 Bảng 4: Bảng cấu trúc dữ liệu thông tin điểm cháy ................................................ 52 Bảng 5: Bảng cấu trúc dữ liệu ranh giới hành chính cấp tỉnh................................ 53 Bảng 6: Bảng cấu trúc dữ liệu ranh giới hành chính cấp huyện............................. 54 Bảng 7:Bảng cấu trúc dữ liệu ranh giới hành chính cấp xã.................................... 54 Bảng 8: Bảng cấu trúc dữ liệu loại rừng năm 2010 ................................................ 54 Bảng 9: Bảng cấu trúc dữ liệu ảnh vệ tinh .............................................................. 54 Bảng 10: Bảng cấu trúc dữ liệu đăng kí thông tin cảnh báo................................... 55 Bảng 11: Bảng cấu trúc dữ liê ̣u người dùng............................................................ 55 Bảng 12: Bảng cấu trúc dữ liệu nhóm quyền........................................................... 55 Bảng 13: Bảng cấu trúc dữ liệu đơn vị .................................................................... 55 Bảng 14: Bảng danh sách người dùng tham gia khảo sát sử dụng hệ thống .......... 85 4 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Mô phỏng của thế giới thực trên mô hình dữ liê ̣u không gian ................... 25 Hình 2: Cấ u trúc dữ liê ̣u dạng Raster...................................................................... 25 Hình 3: Cấ u trúc dữ liê ̣u dạng Vector...................................................................... 26 Hình 4: Kiế n trúc của WebGIS................................................................................. 27 Hình 5: Mô hình của ArcGIS Server ........................................................................ 35 Hình 6: Mô hình của PostgreSQL............................................................................ 36 Hình 7: Mô hình của Yii Framework ....................................................................... 37 Hình 8: Khảo sát hiệu năng của Yii Framework với các PHP Framework khác.... 38 Hình 9: Ví dụ ứng dụng GIS được xây dựng bằng ArcGIS Javascript API............. 39 Hình 10: Quy trình chiế t xuấ t thông tin cháy rừng gần thời gian thực ................... 40 Hình 11: Kiế n trúc tổ ng thể của hê ̣ thố ngthông tin giám sát cháy rừng gần thời gian thực ................................................................................................................... 43 Hình 12: Mô tả tính khép kín của dữ liệu ................................................................ 46 Hình 13: Mô tả tính giao nhau của dữ liệu.............................................................. 46 Hình 14: Mô tả về tính đồng bộ của độ rộng của dữ liệu ........................................ 47 Hình 15: Lỗi thủng dữ liệu ....................................................................................... 47 Hình 16: Lỗi chồng đè dữ liệu ................................................................................. 48 Hình 17: Lỗi chưa tiếp biên và trùng lặp dữ liệu .................................................... 49 Hình 18: Các bước tạo Topology ............................................................................. 49 Hình 19: Lựa chọn class để kiểm tra lỗi Topology .................................................. 50 Hình 20: Lựa chọn Rule để kiểm tra lỗi Topology .................................................. 50 Hình 21: Màn hình hiển thị thông báo kiểm tra dữ liệu .......................................... 50 Hình 22: Màn hình hiển thị vị trí lỗi dữ liệu ............................................................ 51 Hình 23: Bảng thuộc tính kiểm tra lỗi của dữ liệu .................................................. 51 Hình 24: Tìm và chỉnh sửa dữ liệu........................................................................... 52 Hình 25: Sơ đồ bảng quan hệ của hệ thống ............................................................. 52 Hình 26: Usecase tổ ng thể của hê ̣ thố ng ................................................................. 56 5 Hình 27: Giao diê ̣n chính dành cho người dùng ..................................................... 75 Hình 28: Giao diện hiển thị thông tin điểm cháygần thời gian thực ....................... 76 Hình 29: Giao diện hiển thị bản đồ lượng mưa gần thời gian thực ........................ 76 Hình 30: Giao diện hiển thị bản đồ tốc độ gió gần thời gian thực.......................... 77 Hình 31: Giao diện hiển thị bản đồ nhiệt độ gần thời gian thực............................. 77 Hình 32: Giao diê ̣n xem diễn biế n cháy rừng .......................................................... 78 Hình 33: Giao diê ̣n tìm kiế m điểm cháy .................................................................. 78 Hình 34: Dữ liệu điểm cháy được chiết xuất dưới dạng GEOJSON ....................... 79 Hình 35: Dữ liệu điểm cháy được trích xuất dưới dạng KML được hiển thị trên Google Maps ............................................................................................................ 79 Hình 36: Giao diê ̣n đăng kí nhận thông tin điểm cháy............................................ 80 Hình 37: Giao diê ̣n thố ng kê báo cáo ...................................................................... 80 Hình 38: Giao diện kết quả thống kê báo cáo ......................................................... 81 Hình 39: Giao diê ̣n quản tri ̣ dữ liê ̣u ảnh vê ̣ tinh...................................................... 81 Hình 40: Giao diê ̣n quản tri ̣ người dùng ................................................................. 82 Hình 41: Giao diê ̣n quản tri ̣ nhóm quyề n ................................................................ 82 Hình 42: Giao diê ̣n quản tri ̣ đăng kí nhận thông tin cảnh báo................................ 83 Hình 43: Đánh giá hiệu năng hệ thống trên GTMetrix.com sử dụng công cụ PageSpeed ................................................................................................................ 84 Hình 44: Đánh giá hiệu năng hệ thống trên GTMetrix.com sử dụng công cụ YSlow .................................................................................................................................. 85 Hình 45: Biểu đồ kết quả Khảo sát tính thân thiện của giao diện hệ thống ............ 87 Hình 46: Biểu đồ kết quả khảo sát sự hài lòng về chức năng hệ thống của người dùng .......................................................................................................................... 87 Hình 47: Biểu đồ kết quả khảo sát việc sử dụng hệ thống trong công việc, nghiên cứu hàng ngày của người dùng ................................................................................ 88 Hình 48: Bản đồ lượng mưa và điểm cháy trong hệ thống...................................... 89 Hình 49: Bản đồ nhiệt độ và điểm cháy trong hệ thống .......................................... 89 6 7 DANH MỤC THUẬT NGƢ̃ Thuật Ngữ Tiếng Anh Tiếng Việt RIA Rich Internet Application Ứng dụng Web đƣợc thiết kế với các thành phần, chức năng tƣơng tự ứng dụng Desktop. GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý Client Client Máy khách Server Server Máy chủ 8 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Viê ̣t Nam có diê ̣n tić h đấ t khoảng 33 triê ̣u hecta, trong đó có 13.9 triê ̣u hecta đƣơ ̣c phân loa ̣i là rƣ̀ng (với 10.4 triê ̣u hecta là rƣ̀ng tƣ̣ nhiên và 3.5 triê ̣u hecta là rƣ̀ng trồ ng) [1]. Rƣ̀ng là lá phổ i xanh giúp điề u hòa khí hâ ̣u , cân bằ ng sinh thái của môi trƣờng, đồ ng thời bổ sung oxy cho không khí giúp môi trƣờng số ng của trở nên trong lành hơn. Những năm gầ n đây, cháy rừng là một trong những tác nhân chính gây ảnh hƣởng tiêu cƣ̣c đế n sƣ̣ phát triể n củ a rƣ̀ng, môi trƣờng thiên nhiên và cuô ̣c số ng của con ngƣời. Nguyên nhân của cháy rƣ̀ng ta ̣i Viê ̣t Nam bao gồ m : (i) 20% do đốt nƣơng để làm rẫy; (ii) 55% do ngƣời dân điạ phƣơng sƣ̉ du ̣ng lƣ̉a để săn bắ t thú rƣ̀ng, đă ̣c biê ̣t là viê ̣c sƣ̉ dụng lửa hun khói để thu hoạch mật ong; (iii) 15% do khai thác rừng để lấy gỗ , củi, nấ u ăn, hun khói; (iv) 10% còn lại là do xung đột giữa các bên liên quan trong viê ̣c khai thác tài nguyên rƣ̀ng [2]. Việc theo dõi và giám sát cháy rừng trở thành một nhu cầu cấp thiết trong hỗ trợ giảm thiểu rủi ro và phòng chống nguy cơ cháy rừng. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ viễn thám, ảnh vệ tinh là một trong những nguồn dữ liệu quan trọng trong việc phát hiện cháy rừng với 2 vệ tinh chính đƣợc sử dụng là AVHRR [3,4], MODIS [5,6,7,8] và một số vệ tinh khác nhƣ LANDSAT8 [9,10,11], VIIRS [12,13]. Tại Đại Học Công Nghệ – Đa ̣i Ho ̣c Quố c Gia Hà Nô ̣i, Trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành (FIMO) đã triển khai thành công việc lắp đặt, chuyển giao công nghệ và vận hành trạm thu dữ liệu ảnh từ 3 loại vệ tinh quan sát trái đất của Cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (National Aeronautics and Space Administration – NASA) và Cơ quan quản lý khí quyển và đại dƣơng quốc gia Hoa Kỳ (National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA) cho phép thu nhận ảnh vệ tinh MODIS đƣợc cập nhật thƣờng xuyên mỗi ngày. Đây là mô ̣t nguồ n dƣ̃ liê ̣u lớn, hƣ̃u ích và cầ n đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng hiê ̣u quả , tránh lãng phí. Bên ca ̣nh đó , sƣ̣ ra đời và phát triển mạnh mẽ của Internet và công nghệ thông tin tích hợp công nghệ viễn thám và dữ liệu địa lý giúp cho việc xây dựng các hệ thống giám sát cháy rừng trở nên dễ dàng hơn bao giờ hế t . Hiện nay có rất nhiều hệ thống thông tin địa lý về cháy rừng đƣợc xây dựng trên thế giới nhƣ hệ thống giám sát cháy rừng toàn cầu (Global Fire Watch) của WRI (World Resources Institute) 9 [20], hê ̣ thố ng quản lý tài nguyên thông tin cháy rƣ̀ng (FIRMS) của NASA (National Aeronautics and Space Administration) [21], v.v. Tại Việt Nam, cục kiểm lâm cũng đã xây dựng hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến VN FireWatch [22]. Tuy nhiên, các hệ thống này vẫn còn tồn tại những nhƣợc điểm khác nhau nhƣ chỉ hiển thị các thông tin chung , khái quát hóa vị t rí không gian của thông tin điể m cháy mà không thể hiê ̣n đƣơ ̣c các thông tin thuô ̣c tiń h , không thể hiện đƣợc xu thế của cháy rừng qua các giai đoạn thời gian, thiếu báo cáo thống kê tổng hợp, v.v chƣa thể đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngƣời dùng. Trong ĐH Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội đã có 2 đề tài xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng nhƣng chỉ dừng lại ở mức cài đặt, việt hóa dựa trên hệ thống có sẵn của NASA [34] hoặc đƣợc xây dựng nhƣng lấy nguồn dữ liệu cháy từ bên thứ 3 chƣa đƣợc kiểm chứng để lƣu trữ, hiển thị lên trên bản đồ để phục vụ mục đích tra cứu [35] mà chƣa cung cấp các chức năng giám sát, cảnh báo cháy rừng đúng nghĩa cho ngƣời dùng. Do đó, việc xây dựng một hệ thống hỗ trợ và cung cấp các thông tin giám sát về cháy rừng, tích hợp đƣợc đầy đủ các chức năng, khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của các hệ thống đang tồn tại là vô cùng cần thiết. Với những lí do trên, mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin giám sát cháy rƣ̀ng sƣ̉ du ̣ng nguồ n dƣ̃ liê ̣u ảnh vê ̣ tinh đƣơ ̣c tận dụng, cung cấ p bởi tra ̣m thu dƣ̃ liê ̣u ảnh của Đa ̣i Ho ̣c Công Nghê ̣ . Đề tài nằm trong định hƣớng nghiên cứu về cháy rừng của Trung tâm Tích hợp liên ngành giám sát hiện trƣờng. Một số nội dung của hƣớng nghiên cứu này bao gồm: - Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo cháy rừng thông qua dữ liệu ảnh vệ tinh, thiết bị cảm biến, thiết bị di động, v.v. - Cải thiện và nâng cao độ chính xác của thuật toán trích xuất thông tin cháy rừng từ dữ liệu ảnh vệ tinh. - Mô phỏng và dự báo cháy rừng dựa trên các nhân tố khác nhau. Tại thời điểm hiện tại, đã có 3 luận văn cao học và 2 luận văn đại học đƣợc xây dựng dựa trên hƣớng nghiên cứu trên. Tuy nhiên, các luận văn này vẫn còn có những nhƣợc điểm chƣa đƣợc khắc phục và hoàn thiện. Dƣới đây là bảng mô tả nội dung chính và nhƣợc điểm của luận văn đã đƣợc thực hiện trƣớc đây: STT Tên Luận Văn Nhƣợc Điểm 1 Đỗ Gia Hiếu – “Nghiên - Luận văn đƣợc xây dựng chủ yếu tập trung 10 cứu thuật toán trích xuất vào việc cài đặt, cấu hình và việt hóa lại hệ điểm nóng điểm cháy từ thống giám sát cháy rừng FIRMS đƣợc ảnh vệ tinh và ứng dụng chuyển giao từ NASA cho Trung tâm công trong hệ thống cháy rừng”. nghệ tích hợp liên ngành giám sát hiện trƣờng. - Hệ thống chƣa hỗ trợ cho việc cảnh báo và hiển thị dữ liệu thời gian thực cho ngƣời dùng. - Hệ thống chƣa tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu từ trạm thu ảnh vệ tinh của Đại học Công nghệ - ĐH QGHN. - Ngoài các thông tin liên quan đến điểm cháy chƣa bao gồm các thông tin về các yếu tố khí tƣợng hỗ trợ cho việc cảnh báo cháy. - Nguồn dữ liệu không gian về ranh giới hành chính, lớp phủ rừng đƣợc sử dụng trong hệ thống đã cũ, chƣa đƣợc chuẩn hóa và cập nhật có thể gây sai lệch thông tin về vị trí địa lý khi cung cấp cho ngƣời dùng. - Các dữ liệu cháy đƣợc trích xuất chƣa đƣợc kiểm chứng thực tế thông qua các đơn vị chức năng. - Không có công cụ hỗ trợ báo cáo thống kê, chia sẻ dữ liệu cho ngƣời dùng. - Không hỗ trợ cho ngƣời dùng xem xu hƣớng cháy rừng. 2 Đặng Quýnh Anh – - Luận văn tập trung vào việc cài đặt thử “Nghiên cứu, tìm hiểu và nghiệm một số chỉ số cảnh báo cháy rừng cài đặt thử nghiệm một vài phục vụ cho việc mô phỏng. chỉ số cảnh báo cháy - Không có hệ thống đƣợc xây dựng để phục rừng”. vụ giám sát và cảnh báo cháy rừng. - Các dữ liệu đƣợc sử dụng trong hệ thống 11 đƣợc lấy từ hệ thống FIRMS của NASA. - Do tập trung vào việc mô phỏng nên các số liệu chƣa thể sử dụng cho thực tế đƣợc. 3 Phạm Thanh Tùng – “Xây - Hệ thống đƣợc xây dựng với các chức năng dựng hệ thống thông tin hỗ thu thập dữ liệu cháy tự động và hiển thị lên trợ giám sát cháy rừng”. trên bản đồ kết hợp với các thông tin về khí tƣợng với các số liệu đƣợc lấy từ các trạm. Tuy nhiên nguồn dữ liệu đƣợc sử dụng đƣợc lấy hệ thống FIRMS của NASA. Vì vậy, hệ thống chƣa tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu từ trạm thu ảnh vệ tinh của Đại học Công nghệ - ĐH QGHN. - Hệ thống chƣa hỗ trợ cho việc cảnh báo và hiển thị dữ liệu thời gian thực cho ngƣời dùng. Ngƣời dùng cần tải lại Website mới có thể xem đƣợc dữ liệu mới. - Ngoài các thông tin liên quan đến điểm cháy chƣa bao gồm các thông tin về các yếu tố khí tƣợng hỗ trợ cho việc cảnh báo cháy. Tuy nhiên các thông tin này chỉ đƣợc sử dụng cho việc tìm kiếm mà không cung cấp cho ngƣời dùng lúc hiển thị. - Nguồn dữ liệu không gian về ranh giới hành chính, lớp phủ rừng đƣợc sử dụng trong hệ thống đã cũ, chƣa đƣợc chuẩn hóa và cập nhật có thể gây sai lệch thông tin về vị trí địa lý khi cung cấp cho ngƣời dùng. - Các dữ liệu cháy đƣợc trích xuất chƣa đƣợc kiểm chứng thực tế thông qua các đơn vị chức năng. - Không có công cụ hỗ trợ chia sẻ dữ liệu cho ngƣời dùng. 12 - Không hỗ trợ cho ngƣời dùng xem xu hƣớng cháy rừng. 4 Hồ Văn Phú - “Hệ thống - Luận văn đƣợc xây dựng chủ yếu tập trung cảnh báo nguy cơ cháy vào việc hiển thị thông tin cảnh báo cháy rừng”. rừng theo vùng trên bản đồ. - Hệ thống chƣa cung cấp đƣợc vị trí địa lý cụ thể của khu vực cháy mà chỉ khái quát chung theo ranh giới hành chính. - Nguồn dữ liệu đƣợc sử dụng đƣợc lấy hệ thống FIRMS của NASA. Vì vậy, hệ thống chƣa tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu từ trạm thu ảnh vệ tinh của Đại học Công nghệ - ĐH QGHN. - Hệ thống chƣa hỗ trợ cho việc cảnh báo và hiển thị dữ liệu thời gian thực cho ngƣời dùng. Ngƣời dùng cần tải lại Website mới có thể xem đƣợc dữ liệu mới. - Ngoài các thông tin liên quan đến điểm cháy chƣa bao gồm các thông tin về các yếu tố khí tƣợng hỗ trợ cho việc cảnh báo cháy chƣa cung cấp cho ngƣời dùng. - Nguồn dữ liệu không gian về ranh giới hành chính, lớp phủ rừng đƣợc sử dụng trong hệ thống đã cũ, chƣa đƣợc chuẩn hóa và cập nhật có thể gây sai lệch thông tin về vị trí địa lý khi cung cấp cho ngƣời dùng. - Không có công cụ hỗ trợ chia sẻ dữ liệu cho ngƣời dùng. 5 Vũ Xuân Lai – “Ứng dụng - Luận văn đƣợc xây dựng chủ yếu tập trung cảnh báo cháy rừng trên vào việc hiển thị dữ liệu cháy rừng trên thiết thiết bị di động”. bị di động. - Hệ thống chƣa hỗ trợ cho việc cảnh báo và 13 hiển thị dữ liệu thời gian thực cho ngƣời dùng. - Nguồn dữ liệu đƣợc sử dụng đƣợc lấy hệ thống FIRMS của NASA. Vì vậy, hệ thống chƣa tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu từ trạm thu ảnh vệ tinh của Đại học Công nghệ - ĐH QGHN.. - Ngoài các thông tin liên quan đến điểm cháy chƣa bao gồm các thông tin về các yếu tố khí tƣợng hỗ trợ cho việc cảnh báo cháy. - Nguồn dữ liệu không gian về ranh giới hành chính, lớp phủ rừng đƣợc sử dụng trong hệ thống đã cũ, chƣa đƣợc chuẩn hóa và cập nhật có thể gây sai lệch thông tin về vị trí địa lý khi cung cấp cho ngƣời dùng. - Các dữ liệu cháy đƣợc trích xuất chƣa đƣợc kiểm chứng thực tế thông qua các đơn vị chức năng. - Không có công cụ hỗ trợ báo cáo thống kê, chia sẻ dữ liệu cho ngƣời dùng. - Không hỗ trợ cho ngƣời dùng xem xu hƣớng cháy rừng. Hê ̣ thố ng đƣợc xây dựng trong đề tài này sẽ khắc phục những nhƣợc điểm với các nội dung bao gồm: - Cài đặt module trích xuất điểm cháy từ ảnh vệ tinh đƣợc thu thập trực tiếp thông qua trạm thu của Đại học Công nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội. - Cung cấ p các thông tin về các điể m nguy cơ cháy rƣ̀ng cùng với các dữ liệu khí tƣợng (tốc độ gió, hƣớng gió, nhiệt độ, độ ẩm, v.v) gần thời gian thực trực tiếp tại điểm cháy thay vì sử dụng số liệu từ các trạm đo khí tƣợng không thƣờng xuyên. Cho phép ngƣời dùng tải ảnh vệ tinh MODIS MOD14 và LANDSAT8 tại khu vực chứa điểm nguy cơ cháy để phục vụ công tác kiểm chứng. 14 - Tìm kiếm và theo dõi xu hƣớng của cháy rừng qua các giai đoạn thời gian và ranh giới hành chính. - Đƣa ra các báo cáo thố ng kê về cháy rừng theo ranh giới hành chính, theo tháng và theo năm. - Xây dựng công cụ cho phép trích xuất dữ liệu sang các định dạng chuẩn không gian phục vụ chia sẻ dữ liệu với các đối tƣợng ngƣời dùng khác nhau. - Gửi email cảnh báo cho ngƣời dân, cho các nhà quản lý tin cháy rừng tại khu vực quan tâm gần thời gian thực ngay sau khi trích xuất điểm cháy. - Chuẩn hóa và cập nhật lại các dữ liệu không gian về ranh giới hành chính, lớp phủ rừng để cung cấp thông tin vị trí địa lý Ngoài ra, hệ thống còn xây dựng module kiểm chứng thông tin cháy rừng để nâng cao độ chính xác của thông tin. Tƣ̀ đó giúp hỗ trơ ̣ trong viê ̣c ngăn ngƣ̀a , phòng chống, giảm thiểu thiệt hại do cháy rừng gây ra. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CƢ́U VÀ CẤU TRÚC ĐỀ TÀ I Để có thể đáp ƣ́ng đƣơ ̣c mu ̣c tiêu của đề tài , nô ̣i dung nghiên cƣ́u của ho ̣c viên sẽ tập trung vào các phần sau: - Nghiên cƣ́u về dƣ̃ liê ̣u ảnh vê ̣ tinh và ƣ́ng du ̣ng của ảnh vê ̣ tinh trong giám sát cháy rừng. - Nghiên cƣ́u về GIS và công nghê ̣ WebGIS. - Nghiên cƣ́u về cơ sở dƣ̃ liê ̣u không gian và các công nghệ hỗ trợ xây dựng WebGIS. - Phân tích thiế t kế hê ̣ thố ng thông tin giám sát cháy rƣ̀ng. Tƣ̀ nhƣ̃ng nô ̣i dung trên , cấ u trúc đề tài của ho ̣c viên sẽ đƣơ ̣c phâ n chia thành các chƣơng nhƣ sau: - Chƣơng I: Tổ ng quan về ảnh vê ̣ tinh. - Chƣơng II: Xây dựng hệ thống thông tin giám sát cháy rừng. - Chƣơng III: Mô phỏng và triển khai hệ thống. 15 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH VÀ GIS 1.1. TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH 1.1.1. Lịch sử ra đời và sự phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh Viễn thám là phƣơng thức thu nhận thông tin của đối tƣợng từ 1 khoảng cách nhất định, không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng. Sƣ̣ ra đời của viễn thám đƣơ ̣c bắ t đầ u bằ ng viê ̣c chu ̣p ảnh và sƣ̉ du ̣ng phim và giấ y ảnh . Năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đã đƣa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh. Bức ảnh đầu tiên chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu do nhiế p ả nh gia ngƣời Pháp Gaspard Felix Tournachon th ực hiện vào năm 1858. Tác giả đã sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m để chụp ảnh vùng Bievre, Pháp. Viễn thám là một ngành khoa h ọc thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập kỷ gần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số đƣợc thu nhận từ các vệ tinh trên quĩ đạo của trái đất vào năm 1960 hay còn go ̣i là các ảnh vê ̣ tinh. Bảng 1 là quá trình hình thành và phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh. Bảng 1: Quá trình hình thành và phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh Năm Sƣ ̣ kiêṇ 1038 AD Nhà toán toán Ả rập Al Hazen giải thích qui tắc “Dark Room” đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng để theo dõi nhâ ̣t thƣ̣c. 1490 Leonardo da Vinci giải thích chi tiết về qui tắc “Dark Room”. 1550 Cirolama Cardano lầ n đầ u tiên sƣ̉ du ̣ng thấ u kính trong “Dark Room” để nâng cao chấ t lƣơ ̣ng hiǹ h ảnh. 1614 Angelo Sala khám phá ra việc muối bạc chuyển màu khi tiếp xúc với ánh sáng mă ̣t trời. 1666 Sir Isaac Newton trong quá triǹ h thƣ̣c nghiê ̣m đã vô tiǹ h phát hiê ̣n ra ánh sáng đa phổ . 1839 Daguerre đƣa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh. 1855 James Clerk Maxwell đƣa ra lý thuyế t màu hỗ trơ ̣. 1858 Gasper Felix Tournachon “Nadar" chụp bức ảnh đầu tiên chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu. 1860’s Các bức ảnh giám sát trên không đƣợc thu thập từ khinh khí cầu 16