sử dụng google earth engine trong giám sát biến động diện tích rừng tỉnh lâm đồng giai đoạn 2010 2016

- Sức mạnh xử lý dữ liệu nhanh chóng với khả năng tính toán vượt trội như một cỗ máy, nhờ vào mô hình phân bố tính toán tại cùng một thời điểm, dựa trên nền tảng điện toán đám mây, tự độ

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.Đặt vấn đề 1

2.Lịch sử nghiên cứu 1

3.Mục tiêu 2

4.Nội dung và phương pháp thực hiện 3

5.Giới hạn 5

6.Bố cục của đề tài 5

PHẦN NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẦN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1.Tổng quan về rừng 6

1.1.1.Định nghĩa 6

1.1.2.Giám sát 6

1.1.3.Biến động diện tích rừng 6

1.1.4.Tình hình rừng Việt Nam giai đoạn 2010-2016 6

1.2.Tổng quan về viễn thám 7

1.2.1.Ý niệm 7

1.2.2.Mức độ xử lý của ảnh MODIS 7

1.2.3.Chỉ số thực vật NDVI 7

1.2.4.Phương pháp phân loại ảnh 8

1.2.5.Đánh giá độ chính xác 8

1.3.Tổng quan về khu vực nghiên cứu 8

1.3.1.Đặc điểm tự nhiên 8

1.3.2.Tình hình rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 9

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU GOOGLE EARTH ENGINE 11

2.1.Tìm hiểu Google Earth Engine 11

2.1.1.Định nghĩa 11

2.1.2.Nguồn gốc 11

2.1.3.Tiện ích của Google Earth Engine và quyền lợi của người dùng 11

2.1.4.Thành phần chính của Google Earth Engine 12

2.2.Kho lưu trữ dữ liệu trên Google Earth Engine 14

2.2.1.Raster 14

2.2.2.Vector 15

2.3.Công cụ hỗ trợ trên Google Earth Engine 16

2.3.1.Công cụ hỗ trợ của Google Earth Engine Explorer 16

2.3.2.Công cụ hỗ trợ của Google Earth Engine Code Editor 21

2.4.Giao diện của người dùng/User Interface 29

CHƯƠNG 3 DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 33

3.1.Dữ liệu 33

3.2.Quy trình thực hiện 34

3.3.Phương pháp thực hiện 35

3.3.1.Thu thập tài liệu, số liệu và dữ liệu 35

3.3.2.Xác định khu vực nghiên cứu 35

3.3.3.Xử lý sơ bộ ảnh 35

3.3.4.Tính chỉ số NDVI trên ảnh MODIS 36

3.3.5.Phân loại giải đoán rừng 36

3.3.6.Đánh giá độ chính xác sau phân loại 38

3.3.7.Xây dựng bản đồ ranh giới rừng qua các thời điểm 40

3.3.8.Xây dựng bản đồ đa thời gian 40

3.3.9.Thống kê diện tích rừng giải đoán 41

3.3.10.Phân tích biến động diện tích rừng 42

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 43

SỬ DỤNG GOOGLE EARTH ENGINE TRONG GIÁM SÁT DIỆN TÍCH RỪNG TỈNH LÂM ĐỒNG GIAI ĐOẠN 2010-2016 43

4.1.Kết quả giải đoán và xác định ranh giới rừng trên Google Earth Engine 43

4.2.Kết quả đánh giá độ chính xác sau phân loại 43

4.3.Kết quả các bản đồ rừng và thống kê diện tích rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 45

4.3.1.Kết quả các bản đồ rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 45

4.3.2.Kết quả thống kê diện tích rừng giải đoán tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 49

4.4.Kết quả xây dựng bản đồ đa thời gian 49

4.5.Nhận xét về biến động diện tích rừng Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 50

4.5.1.Biểu đồ thống kê diện tích rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 50

4.5.2.Nhận xét về biến động diện tích rừng Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 51

CHƯƠNG 5 NHẬN XÉT VỀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG GOOGLE EARTH ENGINE TRONG GIÁM SÁT DIỆN TÍCH RỪNG 53

5.1.Dữ liệu 53

5.1.1.Cung cấp nguồn dữ liệu không gian đa dạng 53

5.1.2.Cung cấp dữ liệu đa thời gian 53

5.1.3.Cung cấp dữ liệu trên diện rộng 54

5.2.Các chức năng xử lý, phân tích 55

5.2.1.Phân loại 55

5.2.2.Xây dựng bản đồ đa thời gian 55

5.2.3.Xử lý ảnh với tốc độ cao 55

5.2.4.Độ chính xác phân loại tốt 56

PHẦN KẾT LUẬN 57

1.Kết quả 57

2.Các đề xuất và hướng nghiên cứu 57

DANH MỤC VIẾT TẮT

API Application Programming Interface

GEE Google Earth Engine

MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer

NDVI Normalized Difference Vegetation Index

UI User Interface

DANH MỤC BẢNG

Bảng 0.1.Phân các đối tượng theo ngưỡng NDVI của đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá tác động của nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ

thực vật qua chỉ số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên” 3

Bảng 1.1.Tổng hợp hiện trạng rừng toàn quốc giai đoạn 2010-2016 6

Bảng 1.2.Thống kê diện tích rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 10

Bảng 3.1.Dữ liệu MODIS sử dụng 33

Bảng 3.2.Công thức tính NDVI cho ảnh MODIS 36

Bảng 3.3.Ngưỡng NDVI để phân định rừng 37

Bảng 3.4.Bảng màu phục vụ đánh giá 39

Bảng 3.5.Ma trận sai số phân loại 40

Bảng 4.1.Ma trận sai số phân loại 45

Bảng 4.2.So sánh diện tích có rừng 2 đề tài năm 2010 45

Bảng 4.3.Thống kê diện tích tỉnh Lâm Đồng theo kết quả giải đoán 49

Bảng 4.4.Thống kê hoạt động rừng trong giai đoạn 2010-2016 51

Bảng 4.5.Các chính sách văn bản bảo vệ và phát triển bền vững rừng được ban hành trong những năm qua 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.Vị trí địa lý tỉnh Lâm Đồng 8

Hình 2.1.Hệ thống nguồn dữ liệu Raster của GEE 15

Hình 2.2.Hệ thống nguồn dữ liệu Vector của GEE 15

Hình 2.3.Giao diện GEE Explorer 16

Hình 2.4.Danh mục dữ liệu 17

Hình 2.5.Thông tin thuộc tính ảnh 17

Hình 2.6.Không gian làm việc trên GEE Explorer 17

Hình 2.7.Quản lý không gian làm việc 18

Hình 2.8.Thanh tìm kiếm 18

Hình 2.9.Cài đặt hiển thị lớp 19

Hình 2.10.Công cụ vẽ hình học Geometry trên GEE Explorer 19

Hình 2.11.Giao diện GEE Code Editor 21

Hình 2.12.Nhóm công cụ quản lý 22

Hình 2.13.Tab Scripts 22

Hình 2.14.Một số ví dụ tập lệnh viết sẵn trên Tab Scripts 23

Hình 2.15.Tab Document 24

Hình 2.16.Thuật toán trên GEE API cung cấp 24

Hình 2.17.Tab Assets 25

Hình 2.18.Tab Search 25

Hình 2.19.Nhóm các công cụ làm việc với tập lệnh 25

Hình 2.20.Cửa sổ viết tập lệnh 26

Hình 2.21.Nhóm công cụ trình bày kết quả 26

Hình 2.22.Tab Inspector 27

Hình 2.23.Tab Console 27

Hình 2.24.Tab Tasks 27

Hình 2.25.Cửa sổ bản đồ 28

Hình 2.26.Layers 28

Hình 2.27.Cài đặt bảng màu 28

Hình 2.28.Công cụ vẽ hình học Geometry 29

Hình 2.29.Chức năng thể hiện Label 29

Hình 2.30.Chức năng thể hiện Button 30

Hình 2.31.Chức năng thể hiện Checkbox 30

Hình 2.32.Chức năng thể hiện Slider 30

Hình 2.33.Chức năng thể hiện Textbox 30

Hình 2.34.Chức năng thể hiện Select 31

Hình 2.35.Chức năng thể hiện Chart 31

Hình 2.36.Chức năng thể hiện Thumbnail 31

Hình 2.37.Chức năng thể hiện Map 32

Hình 2.38.Chức năng thể hiện Map Linker 32

Hình 2.39.Bố trí thứ tự 32

Hình 2.40.Bố trí tuyệt đối 32

Hình 3.1.Code thu thập dữ liệu Modis 35

Hình 3.2.Code xác định ranh giới tỉnh Lâm Đồng 35

Hình 3.3.Code tính chỉ số NDVI trên ảnh Modis 36

Hình 3.4.Code lập biểu thức phân ngưỡng NDVI và phân định rừng 37

Hình 3.5.Bản đồ hiện trạng rừng năm 2010 - Tỉnh Lâm Đồng 38

Hình 3.6.Code tải ảnh 40

Hình 3.7.Code xây dựng bản đồ đa thời gian 41

Hình 3.8.Code tính diện tích rừng 41

Hình 4.1.Lớp rừng tỉnh Lâm Đồng năm 2010 sau khi giải đoán 43

Hình 4.2.Kết quả lấy điểm mẫu giải đoán 43

Hình 4.3.Kết quả lớp có rừng giải đoán đúng 44

Hình 4.4.Kết quả lớp có rừng giải đoán sai 44

Hình 4.5.Kết quả lớp không rừng giải đoán đúng 44

Hình 4.6.Kết quả lớp không rừng giải đoán sai 44

Hình 4.7.Bản đồ rừng tỉnh Lâm Đồng năm 2010 46

Hình 4.8.Bản đồ rừng tỉnh Lâm Đồng năm 2011 46

Hình 4.9.Bản đồ rừng tỉnh Lâm Đồng năm 2012 47

Hình 4.10.Bản đồ rừng tỉnh Lâm Đồng năm 2013 47

Hình 4.11.Bản đồ rừng tỉnh Lâm Đồng năm 2014 48

Hình 4.12.Bản đồ rừng tỉnh Lâm Đồng năm 2015 48

Hình 4.13.Bản đồ rừng tỉnh Lâm Đồng năm 2016 49

Hình 4.14.Bản đồ đa thời gian 50

Hình 4.15.Biểu đồ diện tích rừng giải đoán tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 50

Hình 5.1.Dữ liệu đa thời gian trong kho lưu trữ của GEE 54

Hình 5.2.Quy mô 55

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 0.1.Nội dung và cách thực hiện 4

Sơ đồ 2.1.Nguyên lý xử lý dữ liệu 13

Sơ đồ 3.1.Quy trình thực hiện 34

PHẦN MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề

Giám sát biến động diện tích rừng là một trong những nhiệm vụ hàng đầu, giúp quản lý rừng có hiệu quả Đúng với câu thành ngữ “Rừng vàng biển bạc”, rừng

là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá, có ý nghĩa quan trọng đối với môi trường cũng như cuộc sống của con người Trong những năm đầu của thế kỷ XXI, diện tích rừng đang bị thu hẹp dần không chỉ ở Việt Nam nói riêng mà còn ở các nước tiên tiến trên thế giới nói chung đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường, góp phần làm biến đổi khí hậu toàn cầu Đây là một trong những vấn đề được các nhà khoa học quan tâm đến

Lâm Đồng là tỉnh miền núi phía Nam vùng Tây Nguyên, có vị trí và vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ sinh thái đầu nguồn của vùng Duyên Hải Miền Trung và Đông Nam Bộ Trong nhiều năm qua, diện tích rừng tự nhiên ở Lâm Đồng

có xu hướng giảm nhanh, do nhiều nguyên nhân như cháy rừng, nạn phá rừng, khai thác rừng quá mức… gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng Trước tình hình bất ổn này, cơ quan địa phương và Nhà nước đã đẩy mạnh các chính sách chiến lược bảo

vệ rừng, đồng thời phát động mạnh mẽ các chiến dịch trồng rừng nhằm mục đích khôi phục rừng tự nhiên và phát triển kinh tế thị trường

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thám trong vài thập kỷ gần đây,

đã cung cấp nguồn tư liệu, các công cụ hỗ trợ và các thuật toán phân tích xử lý thông tin rất hiệu quả Do đó, viễn thám và GIS đã nhanh chóng trở thành trợ thủ đắc lực, góp phần không nhỏ cho công tác thành lập bản đồ, theo dõi quản lý tốt tài nguyên rừng cho ngành Lâm Nghiệp Đặc biệt, Google Earth Engine, một công cụ

xử lý trên nền tảng điện toán đám mây cùng với kho dữ liệu viễn thám miễn phí khổng lồ, đã đem đến cho các nhà nghiên cứu và nhà quản lý một công cụ tiện ích

mà hiện nay chưa chú ý khai thác rộng rãi Chính vì vậy, đề tài “Sử dụng Google

Earth Engine trong giám sát biến động diện tích rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016” được chọn thực hiện

2.Lịch sử nghiên cứu

Đã có rất nhiều đề tài sử dụng ảnh vệ tinh để theo dõi biến động rừng ở Lâm Đồng nói riêng và các nước trên thế giới nói chung Có thể kể đến một số đề tài liên quan trực tiếp đến nội dung nghiên cứu đồ án như:

- Về vấn đề ứng dụng viễn thám và GIS trong giải đoán xác định rừng

Trong đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá

tác động của nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật qua chỉ số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên”, (Phạm Văn Mạnh, 2013), tác giả đã thực hiện phân ngưỡng giá

trị chỉ số NDVI nhằm phân loại lớp phủ thực vật ở vùng Tây Nguyên Qua đề tài này, đồ án sẽ tiếp thu cách giải đoán ảnh vệ tinh bằng ngưỡng giá trị NDVI và sử dụng ngưỡng NDVI này áp dụng để thực hiện đề tài đồ án Tuy nhiên, đồ án sẽ giải đoán phân định rừng trên Google Earth Engine

Trong đề tài “Báo cáo xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ năm 1990 đến

2010 tỉnh Lâm Đồng Việt Nam”, (Vũ Tiến Điển, Phạm Đức Cường, Peter Stephen,

Trần Văn Châu, Alexander Grais, Silvia Petrova, 2013), nhóm tác giả đã xây dựng các bản đồ hiện trạng rừng và tính toán diện tích rừng theo giai đoạn 1990-2010 Qua đề tài này, đồ án sẽ sử dụng bản đồ hiện trạng rừng tỉnh Lâm Đồng và kết quả tính toán diện tích có rừng năm 2010 để đánh giá kết quả giải đoán ảnh phân định rừng trên Google Earth Engine

- Về vấn đề sử dụng Google Earth Engine (GEE)

Trong đề tài “Global Forest Change”, (M C Hansen, P V Potapov, R

Moore, M Hencher và nnk, 2013), nhóm tác giả đã xây dựng thành công các bản đồ biến động rừng toàn cầu giai đoạn 2000-2012 Đề tài này cho thấy, GEE được sử dụng để xác định diện tích rừng biến động của từng quốc gia, qua bộ dữ liệu rừng toàn cầu Hansen et al với độ phân giải 30m, do đó đồ án sẽ tiếp thu tham khảo để xây dựng bản đồ ranh giới rừng và tính diện tích rừng Tuy nhiên, đồ án sẽ thực hiện giám sát trên khu vực nhỏ (cụ thể là tỉnh Lâm Đồng) và ảnh vệ tinh có độ phân giải thấp là Modis

Trong đề tài “Đánh giá khả năng phân loại ảnh vệ tinh của Google Earth

Engine”, (Nguyễn Ngọc Phương Thanh và nnk, 2017), nhóm tác giả đã thực hiện

nghiên cứu và kết luận độ chính xác trong phân loại ảnh vệ tinh Landsat 8 trên GEE

và phần mềm ENVI là tương đương nhau Qua đề tài này, đồ án tiếp thu kết quả và học cách đánh giá độ chính xác sau phân loại để thực hiện cho kết quả giải đoán khu vực nghiên cứu

3.Mục tiêu

Nghiên cứu khả năng ứng dụng các công cụ hỗ trợ của Google Earth Engine

để giám sát biến động diện tích rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016

Để đạt được mục tiêu chung này thì đề tài phải đạt các mục tiêu cụ thể sau:

- Nghiên cứu tìm hiểu về GEE

- Ứng dụng thực nghiệm GEE trong giám sát biến động diện tích rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016 (bao gồm giải đoán phân định ranh giới rừng từng thời điểm và xây dựng bản đồ biến động rừng)

- Nhận xét khả năng sử dụng của GEE trong công tác giám sát rừng

4.Nội dung và phương pháp thực hiện

- Phương pháp nghiên cứu chính là phương pháp kế thừa Để phục vụ giải đoán phân định rừng và không rừng trên GEE, đề tài đồ án kế thừa ngưỡng NDVI

của đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá tác động

của nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật qua chỉ số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên”, (Phạm Văn Mạnh, 2013) Đề tài này, sử dụng ảnh Modis, thực hiện phân

ngưỡng NDVI và giải đoán lớp phủ thực vật vùng Tây Nguyên năm 2012 Kết quả phân ngưỡng giá trị NDVI như sau:

Bảng 0.1.Phân các đối tượng theo ngưỡng NDVI của đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá tác động của nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật qua chỉ

số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên”

0.46 – 0.68 Đất nông nghiệp, đất khác 0.68 – 0.76 Rừng hỗn giao, lá kim, tre nứa

+ Thực hiện cùng dữ liệu nghiên cứu: ảnh MODIS

+ Thực hiện cùng thời gian nghiên cứu: do đề tài Phạm Văn Mạnh (2013) thực hiện giải đoán lớp phủ thực vật vào 12 tháng và thành lập bản đồ lớp phủ thực vật vùng Tây Nguyên năm 2012 Vì thế, đồ án có thể chọn 1 tháng để nghiên cứu,

cụ thể là tháng 4 Đồng thời sử dụng thêm một đề tài khác “Báo cáo xây dựng bản

đồ hiện trạng rừng từ năm 1990 đến 2010 tỉnh Lâm Đồng Việt Nam”, (Vũ Tiến

Điển và nnk, 2013) cũng thực hiện nghiên cứu vào thời điểm tháng 4 (25/04/2010) phục vụ đánh giá độ chính xác

- Sơ đồ thực hiện

Tìm hiểu GEE Tìm hiểu viễn thám Tìm hiểu Lâm Đồng

Rừng ở Lâm Đồng Phương pháp giải đoán

Thu thập ảnh, xử lý sơ bộ, tính NDVI

Giải đoán phân định rừng

Đánh giá độ chính xác (1 thời điểm) Xây dựng 7 bản đồ ranh giới rừng Xây dựng bản đồ đa thời gian

Bản đồ đa thời gian

Phần mở đầu giới thiệu đặt vấn đề, lịch sử nghiên cứu, mục tiêu, giới hạn,

nội dung và cách thực hiện

Phần nội dung gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu: giới thiệu về rừng, công nghệ viễn thám và khu vực nghiên cứu

Chương 2: Giới thiệu Google Earth Engine

Chương 3: Dữ liệu và phương pháp thực hiện: mô tả quy trình

Chương 4: Kết quả thực nghiệm sử dụng Google Earth Engine trong giám sát biến động diện tích rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016

Chương 5: Nhận xét khả năng sử dụng của Google Earth Engine trong công tác giám sát rừng

Phần kết luận

PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẦN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.2.Giám sát

Giám sát là sự theo dõi, kiểm tra công tác thực hiện theo quy định Trong đề tài này, giám sát chỉ hoạt động quan sát, theo dõi và thu thập các thông tin về sự thay đổi diện tích rừng theo từng năm, theo đúng chỉ đạo ban hành của Nhà nước

1.1.3.Biến động diện tích rừng

Biến động diện tích rừng là sự thay đổi tăng hay giảm về diện tích rừng thể hiện qua các thời gian khác nhau

1.1.4.Tình hình rừng Việt Nam giai đoạn 2010-2016

Tổng Cục Lâm Nghiệp (2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016) đã công

bố hiện trạng rừng toàn quốc từ năm 2010 đến 2016 như sau:

Bảng 1.1.Tổng hợp hiện trạng rừng toàn quốc giai đoạn 2010-2016

(Đơn vị: ha) Loại

Năm

Diện tích rừng hiện có

Diện tích rừng

tự nhiên

Diện tích rừng trồng

Tỷ lệ che phủ (%)

Trong giai đoạn từ 2010-2016, diện tích rừng tự nhiên có xu hướng giảm dần

và giảm 62.675 ha (từ 10.304.816 ha năm 2010 giảm còn 10.242.141 ha năm 2016) Đứng trước nguy cơ diện tích rừng tự nhiên giảm, nhà nước đã đẩy mạnh chính sách trồng rừng và do đó, diện tích rừng trồng tăng 1.052.282 ha (từ 3.083.259 ha năm 2010 đến 4.135.541 năm 2016) đồng thời kéo theo tỷ lệ che phủ tăng lên 1,69

% trong 6 năm từ năm 2010 đến 2016

1.2.Tổng quan về viễn thám

1.2.1.Ý niệm

Theo Lê Văn Trung, (2012, trang 48) “Viễn thám là khoa học nghiên cứu các

phương pháp thu thập đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng.”

1.2.3.Chỉ số thực vật NDVI

Theo Lê Văn Trung, (2012, trang 252) Chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) được tính toán dựa trên thực vật hấp thụ mạnh ở kênh

đỏ và phản xạ mạnh ở kênh cận hồng ngoại, dùng để đánh giá mức độ sinh trưởng

và phân bố của thực vật Chỉ số NDVI được tính theo công thức:

Trong đó:

NIR (Near Infrared): kênh cận hồng ngoại

RED: kênh đỏ

Giá trị của chỉ số thực vật NDVI nằm trong khoảng [-1; +1] Giá trị chỉ số NDVI càng cao, chứng tỏ lá cây phát triển mạnh và độ che phủ của tán lá lớn Giá trị chỉ số NDVI càng thấp, chứng tỏ lá cây phát triển chậm và độ che phủ của tán lá thấp Giá trị NDVI âm cho thấy khu vực đó không có thực vật sống

1.2.4.Phương pháp phân loại ảnh

Có nhiều phương pháp phân loại ảnh và thường chia thành 2 nhóm chính:

- Phân loại giám định gồm:

+Phân loại hình hộp

+Phân loại theo cây quyết định

+Phân loại theo khoảng cách ngắn nhất

1.3.Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.3.1.Đặc điểm tự nhiên

1.3.1.1.Vị trí địa lý

Hình 1.1.Vị trí địa lý tỉnh Lâm Đồng

Theo cổng thông tin điện tử tỉnh Lâm Đồng (lamdong.gov.vn), tỉnh có một

+ Phía Đông giáp tỉnh Ninh Thuận

+ Phía Tây giáp tỉnh Đắk Nông

+ Phía Tây Nam giáp tỉnh Đồng Nai và Bình Phước

+ Phía Nam và Đông Nam giáp tỉnh Bình Thuận

về loài, một số loại gỗ quý như pơ-mu xanh, cẩm lai, giỏ, sao, thông 2 lá, 3 lá …

1.3.2.Tình hình rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016

Tổng Cục Lâm Nghiệp (2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 và 2016), đã công bố hiện trạng rừng toàn quốc năm 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 và

2016 như sau:

Bảng 1.2.Thống kê diện tích rừng tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2010-2016

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU GOOGLE EARTH ENGINE

2.1.Tìm hiểu Google Earth Engine

2.1.1.Định nghĩa

Theo Dana Tomlin, Nicholas Clinton, (2016); Karis Tenneson, (2016), GEE

là một nền tảng dựa trên điện toán đám mây để xử lý, phân tích thông tin không gian địa lý trên diện rộng Đây là kho lưu trữ dữ liệu hình ảnh viễn thám miễn phí

có dung lượng rất lớn lên đến hàng triệu Gigabyte, được hỗ trợ bởi cơ sở hạ tầng đám mây của Google và được tối ưu hóa để xử lý song song dữ liệu không gian

GEE được xem là một công cụ rất mạnh trong phân tích dữ liệu ảnh viễn thám, nhờ một số tính năng sau:

- Lưu trữ rất nhiều danh mục dữ liệu viễn thám được chia sẻ miễn phí

- Sức mạnh xử lý dữ liệu nhanh chóng với khả năng tính toán vượt trội như một cỗ máy, nhờ vào mô hình phân bố tính toán tại cùng một thời điểm, dựa trên nền tảng điện toán đám mây, tự động thực hiện song song các phân tích với nhiều CPU của nhiều máy tính trong trung tâm dữ liệu của Google Các công cụ tính toán đạt tốc độ chưa từng có, giảm thời gian sắp xếp các yêu cầu về cấp độ xử lý bằng cách dựa trên sức mạnh của việc phân phối xử lý số liệu và điện toán đám mây

- Có thể tương tác để phát triển các công cụ của nền tảng, thông qua Google Earth Engine Explorer và Google Earth Engine Code Editor Dễ sử dụng và chi phí thấp hơn nền tảng trực tuyến khác nên dễ truy cập vào kho dữ liệu

- Kho lưu trữ tài sản dữ liệu cá nhân với dung lượng 250GB, người dùng không cần phải lưu dữ liệu về ổ cứng

2.1.2.Nguồn gốc

GEE được phát triển bởi Google, hợp tác với Đại học Carnegie Mellon, NASA, cơ quan địa chất Hoa Kỳ và Time

2.1.3.Tiện ích của Google Earth Engine và quyền lợi của người dùng

2.1.3.1.Tiện ích của Google Earth Engine

- GEE cung cấp miễn phí cho mục đích nghiên cứu, giáo dục và phi lợi nhuận Nhưng với mục đích thương mại thì không được sử dụng lâu dài và sản phẩm dữ liệu do GEE tạo ra không được phép mua bán

- Tạo ra môi trường độc lập cho người dùng không phải phụ thuộc vào máy tính cá nhân mà bất cứ khi nào, nơi đâu hay bất kỳ thiết bị nào người dùng cũng có thể truy cập và làm việc dễ dàng trên GEE khi có dịch vụ mạng Internet hỗ trợ

- Cung cấp kho dữ liệu viễn thám khổng lồ và miễn phí hơn 40 năm lịch sử

và hiện tại

- Hỗ trợ và đáp ứng mọi yêu cầu của người dùng khi sử dụng GEE để xử lý phân tích dữ liệu không gian nhờ vào các máy chủ (Server) xử lý dữ liệu từ xa

- Tiết kiệm thời gian cho quá trình phân tích, xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh

- Cung cấp tài liệu, tập lệnh tham khảo và các thuật toán chuyên dùng để xử

- Tạo sự liên kết cộng tác giữa người dùng bằng cách chia sẻ dữ liệu, các thuật toán, tập lệnh/Script và hình ảnh được xử lý

2.1.3.2.Quyền lợi của người dùng

- Khi người dùng sử dụng GEE có thể không phải chịu một khoản chi phí nào, trừ khi có nhu cầu lưu trữ dữ liệu lên Cloud Storage để đảm bảo an toàn cao

- Người dùng được phép truy cập vào GEE mọi nơi, mọi lúc và mọi thiết bị không nhất thiết phải là máy tính cá nhân mà chỉ phụ thuộc vào dung lượng truy cập vào Internet

- Có quyền sử dụng kho lưu trữ dữ liệu trực tuyến miễn phí của GEE được cập nhật thường xuyên

- Người dùng có thể tải dữ liệu của mình lên GEE để phân tích như

+ Dữ liệu Raster dưới dạng GeoTIFF

+ Dữ liệu Vector sử dụng được phải thông qua Google Fusion Tables truy cập vào GEE hoặc công cụ Table Upload tải trực tiếp lên GEE

- Kết quả cũng như các thuật toán mà người dùng viết trên API của GEE đều

là tài sản riêng của người dùng và được lưu trữ bảo mật qua ID riêng

- Người dùng có quyền tải dữ liệu về máy tính cá nhân hoặc chia sẻ trực tiếp

vì mục đích cộng đồng

2.1.4.Thành phần chính của Google Earth Engine

Theo Dana Tomlin, Nicholas Clintion (2016), GEE bao gồm 3 thành phần chính: dữ liệu, xử lý dữ liệu và kiểm soát quá trình xử lý dữ liệu

2.1.4.1.Dữ liệu/Data

Có 4 loại dữ liệu chính bao gồm

- Feature Dataset: Là bộ dữ liệu chứa các đối tượng hình học (điểm, đường,

vùng) có liên kết thuộc tính Đóng vai trò phụ trong GEE

Dataset Variables/Script

- Image Dataset: Là bộ dữ liệu hình ảnh (một ảnh đơn giản) Chứa các giá trị

pixel Giá trị được lưu trữ dưới dạng số nguyên 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit

- Feature Collection: Là nhóm tập hợp các đối tượng hình học tạo thành bộ

sưu tập các đối tượng

- Image Collection: Là bộ dữ liệu hình ảnh có thể được truy cập trong các

nhóm được gọi là bộ sưu tập hình ảnh Các hình ảnh trong bộ sưu tập này khác nhau

về thời gian chụp ảnh Là loại dữ liệu được sử dụng phổ biến nhất trên GEE

2.1.4.2 Xử lý dữ liệu/Data Processing

Khả năng xử lý dữ liệu có sẵn thông qua GEE nhờ vào sự tương tác với 4 môi trường làm việc: Server/máy chủ, Client/máy khách, Disk/ổ đĩa và Monitor/màn hình

Server: là một cơ sở lưu trữ và xử lý dữ liệu lớn, được duy trì bởi Google

Client: là một máy tính cục bộ mà từ đó người dùng có thể truy cập vào một máy

chủ của GEE, một ổ đĩa cục bộ và màn hình cục bộ

Monitor: là đầu vào/ đầu ra cục bộ của thiết bị tiếp cận với người dùng cá nhân Disk: là kho lưu trữ và truy xuất dữ liệu cục bộ tiếp cận với người dùng cá nhân

Sơ đồ 2.1.Nguyên lý xử lý dữ liệu

Nguyên lý thực hiện:

Máy chủ cung cấp bộ dữ liệu/Dataset trực tuyến trên GEE cho máy khách khi người dùng cần sử dụng, phục vụ cho nhu cầu viết các tập lệnh/Script để xử lý phân tích dữ liệu không gian Tập lệnh sẽ được kiểm tra và giám sát bằng cách chạy thực thi các câu lệnh, kết quả được trình bày dạng đồ họa hay hiển thị lên màn hình bằng các lớp bản đồ/Layer Đồng thời, tập lệnh còn có thể được lưu trữ dưới dạng tập tin/Files trong ổ đĩa cục bộ Ngoài ra, bộ dữ liệu còn có thể được người dùng tạo

ra bằng chính các tập lệnh của họ Tuy nhiên cần một công cụ kiểm soát quá trình

xử lý dữ liệu nhằm đảm bảo độ tin cậy

2.1.4.3.Kiểm soát quá trình xử lý dữ liệu/Data –processing control

Giống như bất kỳ ứng dụng, phần mềm khác, giao diện GEE được thể hiện dưới dạng điều khiển và khả năng làm việc thông qua hai nền tảng chủ yếu:

- Giao diện đồ họa người dùng/Graphical User Interface (GUI) hay Google Earth Engine Explorer

- Giao diện lập trình ứng dụng/Application Program Interface (API) hay Google Earth Engine Code Editor

2.2.Kho lưu trữ dữ liệu trên Google Earth Engine

Theo tài liệu tham khảo trên website Google Earth Engine API, GEE là một kho lưu trữ khổng lồ, với dung lượng chứa hàng triệu Gigabyte dữ liệu không gian bao gồm dữ liệu ảnh vệ tinh và các dữ liệu bề mặt trái đất hơn bốn mươi năm lịch

sử và hiện tại Bộ danh mục dữ liệu bao gồm các dữ liệu ảnh hoàn chỉnh từ Landsat

4, 5, 7 và 8 được xử lý bởi tổ chức USGS, sản phẩm dữ liệu toàn cầu MODIS và nhiều ảnh viễn thám khác Tất cả dữ liệu được xử lý và sẵn sàng sử dụng

Người dùng cũng có thể tải dữ liệu của mình lên GEE dưới dạng Raster và Vector, được phép lưu trữ thành tài sản cá nhân hoặc có thể chia sẻ cộng đồng Bộ

dữ liệu trên GEE luôn được cải tiến và cập nhật liên tục hằng ngày hoặc theo chu kỳ tùy loại vệ tinh

Kho lưu trữ dữ liệu gồm 2 loại lớn:

- Dữ liệu Raster (Image Dataset /Image Collection)

- Dữ liệu Vector (Feature Dataset/Feature Collection)

2.2.1.Raster

Hình ảnh chứa một hoặc nhiều kênh, mỗi kênh phổ có một tên riêng, độ phân giải, giá trị pixel… Mỗi ảnh đều có Metadata được lưu trữ dưới dạng tập thuộc tính Dữ liệu được GEE cung cấp với nhiều dạng:

- Dữ liệu ảnh chưa xử lý hay còn thô (Raw): Ảnh dạng thô được thu nhận từ

bộ cảm biến là các ảnh nguyên bản, chứa sai số hình học và sai số bức xạ

Ví dụ: Landsat 8 8-Day Raw Composite, Landsat 7 Annual Raw Composite…

- Dữ liệu ảnh được xử lý, hiệu chỉnh: Nhằm loại bỏ sai số hình học và sai số

bức xạ

Ví dụ: Landsat 7 Annual TOA Reflectance Composite, Landsat 8 TOA Reflectance (Orthorectifies) with Fmask…

- Dữ liệu ảnh có các chỉ số được tính toán sẵn: Bao gồm các chỉ số: NDVI/

chỉ số thực vật, NDSI/chỉ số khác biệt bình thường tuyết, BAI/chỉ số khu vực nóng bỏng, EVI/chỉ số thực vật môi trường…

Ví dụ: MODIS Aqua Daily EVI, Landsat 7 32-Day NDVI Composite…

Theo thông tin trên website Google Earth Engine API, tất cả bộ dữ liệu GEE cung cấp miễn phí trước đây, kể từ ngày 1 tháng 5 năm 2017, USGS đã ngừng thu thập, sản xuất bộ ảnh cũ, GEE không thể cập nhật cho bộ sưu tập Landsat cũ và sẽ giữ các bộ sưu tập cũ này cho đến khi thu thập được tất cả dữ liệu C1 nhưng cuối cùng sẽ bị loại bỏ Bộ dữ liệu cải tiến là Landsat Collection-1 gồm 3 loại: Tier 1 (T1), Tier 2 (T2) và Real Time (RT)

Dữ liệu Raster trên GEE gồm nhiều loại như sau:

Hình 2.1.Hệ thống nguồn dữ liệu Raster của GEE

2.2.2.Vector

Hình 2.2.Hệ thống nguồn dữ liệu Vector của GEE

Earth Engine Tables

Earth Engine Tables là nơi chứa bộ dữ liệu vector được GEE API cung cấp sẵn bao gồm: bộ dữ liệu đường ranh giới quốc tế, bộ dữ liệu về điều tra dân số Hoa Kỳ…Mỗi bộ dữ liệu đều được đi kèm với mã ID riêng biệt

Raster

Geophysical (địa vật lý)

Terrain, Land Cover, Cropland Surface, Temperature và Other Geophysical Data

Climate & Weather (khí hậu và thời tiết)

Atmospheric Data và Weather Climate

Imagery

Data Landsat, Sentinel, Modis, High-Resolution Imagery và Other Imagery

Demographic (nhân khẩu học) WorldPop và Malaria Data

Vector

Earth Engine Tables GG Google Funsion Table

Lưu trữ

Google Funsion Table

Funsion Table là một ứng dụng web hóa dữ liệu hay ứng dụng thực nghiệm trực quan hóa dữ liệu bảng, nhập hoặc xuất dữ liệu, chia sẻ và điều khiển truy cập, gộp dữ liệu bảng…

Các dữ liệu Google Funsion Table dạng vùng (Polygon) trong GEE sẽ được lưu trữ trong Funsion Tables Các dữ liệu này sẽ được quản lý ở dạng bảng nhưng bao gồm cả thông tin thuộc tính và không gian được hiển thị trên GEE

Hơn nữa, GEE cũng cung cấp sẵn ID như: Các nước trên thế giới, các tiểu bang US, quận Hoa Kỳ, lưu vực sông Hoa Kỳ, cảnh báo Amazon SAD…

2.3.Công cụ hỗ trợ trên Google Earth Engine

GEE được phát triển trên 2 nền tảng đó là Code Editor và Explorer Cả 2 nền tảng này gồm một cửa sổ bản đồ hiển thị tức thời kết quả và nhiều khả năng khác

2.3.1.Công cụ hỗ trợ của Google Earth Engine Explorer

Theo Dana Tomlin, Nicholas Clinton, (2016); Karis Tenneson, (2016), GEE Explorer là giao diện đồ họa đơn giản với tính năng xử lý điểm và nhấp chuột Một ứng dụng để khám phá bề mặt trái đất và chạy các phân tích đơn giản hơn so với GEE Code Editor Vì thế rất thuận tiện cho người dùng mới bắt đầu tìm hiểu và phân tích dữ liệu

GEE Explorer bao gồm 3 nhóm công cụ và 7 khả năng:

Hình 2.3.Giao diện GEE Explorer

- Một là nhóm công cụ quản lý công việc có khả năng thực thi hướng dẫn

(Execution of GUI instructions) và tìm kiếm dữ liệu có sẵn

- Hai là nhóm công cụ trong bảng điều khiển có các khả năng:

+Tạo ra lớp dữ liệu

+Tính toán trên các lớp bản đồ

+Tải các lớp dữ liệu

- Ba là nhóm công cụ hiển thị bản đồ có khả năng định hướng không gian địa

lý (Navigation of Geographical space) và hiển thị các lớp dữ liệu

2.3.1.1.Nhóm công cụ quản lý công việc

Có khả năng thực thi hướng dẫn là những tính năng cung cấp hướng dẫn điều khiển Bao gồm:

Data Catalog: danh mục dữ liệu

Các danh mục dữ liệu liệt kê tập hợp các dữ liệu có sẵn để xem và phân tích trong GEE Bộ dữ liệu khổng lồ này được trình bày rõ ở mục 3.2 Nhấp chuột vào Data Catalog ở phía trên bên phải của giao diện

Hình 2.4.Danh mục dữ liệu

Sẽ xuất hiện kho lưu trữ dữ liệu của GEE Người dùng chọn một dữ liệu bất

kỳ nào đều có đủ các thông tin về dữ liệu được trình bày cụ thể: tên, ID, thời gian sử dụng, nhà cung cấp, mô tả về dữ liệu…

Hình 2.5.Thông tin thuộc tính ảnh

Workspace: không gian làm việc

Để mở không gian làm việc, nhấp chuột vào Workspace ở phía trên bên phải giao diện

Hình 2.6.Không gian làm việc trên GEE Explorer

Chọn dữ liệu để xử lý, chỉ cần nhấp chuột vào Open In Workspace trong Data Catalog hoặc tại trang mô tả thông tin thuộc tính của ảnh Sau khi mở không gian làm việc, ảnh được chọn sẽ trở thành 1 lớp và hiển thị lên bản đồ

Manage workspace: quản lý không gian làm việc

Mở chế độ quản lý không gian làm việc, nhấp chuột vào Manage workspace Xuất hiện 5 chức năng quản lý:

- Save now: lưu trạng thái đang thực hiện của Workspace

- Restore saved workspace: khôi phục lại trạng thái làm việc được lưu gần đây nhất

- Clear Workspace: xóa trạng thái làm việc, mở ra không gian làm việc mới với trạng thái trống rỗng ban đầu

- Import/export: nhập hoặc xuất dữ liệu

- Share workspace: chia sẻ không gian làm việc thông qua liên kết chia sẻ

Hình 2.7.Quản lý không gian làm việc

Search tab: Thanh tìm kiếm

Hình 2.8.Thanh tìm kiếm

Tương tự Code Editor, Explorer cũng có khả năng tìm kiếm dữ liệu có sẵn bao gồm các loại dữ liệu sau: địa điểm, các loại ảnh vệ tinh, dữ liệu bảng, từ khóa liên quan…

2.3.1.2.Nhóm công cụ trong bảng điều khiển

Cũng giống như trang Workspace, bảng điều khiển là nơi thực hiện các hoạt động của Workspace Bao gồm:

Add data: công cụ thêm dữ liệu

Theo Dana Tomlin, Nicholas Clinton (2016), công cụ thêm dữ liệu có thể thực hiện bằng 3 cách:

Cách 1: Thêm dữ liệu trực tuyến từ danh mục dữ liệu (data catalog) và mở không gian làm việc (workspace)

Cách 2: Nhấp vào hoặc nhấp vào biểu tượng [ ] xuất hiện các dữ liệu đã được xử lý

Cách 3: Nhấp chuột vào thanh tìm kiếm của Workspace

Sau khi chọn dữ liệu để thực hiện, người dùng có thể cài đặt tính chất của 1 lớp, chỉ cần nhấp vào tên lớp nào đó trong bảng điều khiển để mở hộp thoại Hộp thoại cài đặt lớp có tính năng sau:

- Thay đổi tên dữ liệu: nhấp vào tên hoặc biểu tượng và chỉnh sửa tùy ý

- Lựa chọn thời gian chụp ảnh tùy vào loại ảnh vệ tinh mà chu kỳ lặp khác nhau

- Thay đổi sự hình dung, hiển thị trực quan của 1 lớp bằng cách chọn Visualization giống như cài đặt lớp trên Code Editor

Hình 2.9.Cài đặt hiển thị lớp

Create new data: công cụ tạo mới dữ liệu

Theo Dana Tomlin, Nicholas Clinton (2016), khả năng tạo lớp mới sẽ được

thêm vào Workspace được GEE Explorer cho phép người dùng cung cấp hoặc tạo lớp mới bằng cách số hóa trên màn hình thể hiện bản đồ

Cách 1: Dữ liệu do người dùng cung cấp (trừ các hình ảnh dựa vào dữ liệu Raster)

có thể tải lên GEE Explorer bằng cách sử dụng Google Fusion Tables Các dữ liệu thông qua Google Fusion Tables đều là dạng bảng hoặc shapefile Các bước thực hiện tải dữ liệu thông qua Google Fusion Tables được trình bày ở phần phụ lục Cách 2: Tạo mới dữ liệu bằng cách số hóa Để thực hiện được người dùng phải tìm kiếm dữ liệu “Hand-draw point and polygon” bằng công cụ thêm dữ liệu sử dụng 1 trong 3 cách trên

Sau khi chọn loại dữ liệu này xuất hiện thêm công cụ vẽ hình học: điểm, vùng

Hình 2.10.Công cụ vẽ hình học Geometry trên GEE Explorer

Lớp được tạo ra bởi các công cụ vẽ hình học sẽ được lưu lại và được liệt kê ở Workspace, nơi có thể được quản lý bất kỳ lớp nào Công cụ vẽ hình học có chức năng tương tự như công cụ vẽ trên Code Editor nhưng chỉ có khác là Explorer không hỗ trợ vẽ đường/line

Add computation: công cụ tính toán

Có khả năng tính toán lớp cho phép tạo ra lớp mới từ lớp hiện có bằng các

phép tính Mỗi thuật toán sẽ tạo ra lớp mới mà hộp thoại cài đặt lớp sẽ cung cấp những điều chỉnh để trực quan, hình dung lớp và các chế độ áp dụng, lưu, hủy bỏ, xóa hay tải Đặc biệt, khi đã sử dụng 1 thuật toán, có thể sử dụng thêm nhiều thuật toán nữa để hỗ trợ xử lý tính toán

Bao gồm 10 thuật toán có sẵn:

-Add bands/thêm kênh phổ

-Mask manipulation: Extract mask/ tách mặt nạ, Apply mask/ứng dụng mặt nạ -Per-pixel Math: Threshold/ngưỡng, Expression/biểu thức

-Neighborhood/láng giềng

-Morphology/hình thái học: Convolution, Derivative

-Terrain/các thuật toán địa hình

-Slope and Aspect/Tính độ dốc - hướng dốc

-Hillshade/bóng râm đồi núi:

Analysis: công cụ phân tích

Khả năng phân tích bao gồm phân loại theo mẫu Train, kiểm tra chéo, so

sánh…

Download: công cụ tải dữ liệu

Trong số các khả năng của GEE Explorer có khả năng tải dữ liệu Khả năng

này không chỉ dành cho các lớp đại diện cho bộ dữ liệu từ danh mục dữ liệu mà còn cho phép tải các lớp dữ liệu người dùng tạo ra Cần cài đặt thông số trước khi download: region/vùng, format/định dạng, bands/kênh phổ, projected/hệ quy chiếu, resolution (m)/ độ phân giải

2.3.1.3.Nhóm công cụ hiển thị bản đồ

Chứa khả năng định hướng không gian địa lý, cho phép màn hình hiển thị

trên Workspace hoạt động giống như ứng dụng Google Map được sử dụng rộng rãi

Zoom: phóng to thu nhỏ bản đồ

Chế độ loại bản đồ

Ngoài các công cụ chính được trình bày, còn có công cụ trợ giúp/Help và gửi phản hồi/ Send feedback

2.3.2.Công cụ hỗ trợ của Google Earth Engine Code Editor

Theo Karis Tenneson (2016); Dana Tomlin, Nicholas Clinton (2016), GEE làm việc thông qua giao diện trực tuyến của ứng dụng JavaScript (API) được gọi là Code Editor Giao diện GEE Code Editor sử dụng một cách linh hoạt hơn so với GEE Explorer ở khả năng thực hiện các quá trình phân tích dữ liệu phức tạp, giúp người dùng thực hiện toàn bộ các chức năng có trong GEE và có sự hỗ trợ của 2 ngôn ngữ lập trình JavaScript và Python Tuy nhiên, sử dụng JavaScript thuận tiện hơn về thiết lập, tài liệu và hỗ trợ Các công cụ trên GEE Code Editor phân tích dữ liệu không gian địa lý rất mạnh đã được tạo lập sẵn nhờ các tính năng của GEE Code Editor được thiết kế làm cho các quy trình làm việc với dữ liệu không gian địa

lý phức tạp được thực hiện một cách nhanh chóng và dễ dàng Để sử dụng GEE Code Editor thì người dùng cần phải kết nối với dịch vụ mạng Internet

Mục đích thiết kế giao diện này nhằm ứng dụng các thuật toán được cung cấp sẵn để hỗ trợ cho người dùng xử lý và đơn giản hóa dữ liệu không gian và tạo ra môi trường tương tác cho sự phát triển của các ứng dụng GEE

Theo Ran Goldblatt, Earth Engine Team (2016), GEE Code Editor bao gồm

5 nhóm công cụ:

Hình 2.11.Giao diện GEE Code Editor

- Một là nhóm công cụ quản lý tập lệnh, tài sản/Asset, tài liệu và dữ liệu có

khả năng:

+ Quản lý tập lệnh, tài sản đảm bảo an toàn

+ Tạo kho lưu trữ mới

+ Chia sẻ dữ liệu, tài sản

+ Tải dữ liệu cá nhân lên

+ Cung cấp tài liệu tham khảo, thuật toán có sẵn

+ Thu thập, tìm kiếm dữ liệu

- Hai là nhóm các công cụ làm việc với tập lệnh có khả năng

+ Tạo ra tập lệnh

+ Thực thi, lưu trữ tập lệnh

+ Chia sẻ tập lệnh qua URL (Uniform Resource Locator)

- Ba là nhóm công cụ trình bày kết quả tập lệnh có khả năng

+ Mô tả trình bày cụ thể về: vị trí điểm, giá trị pixel và các đối tượng + Hiển thị các kết quả khi sử dụng hàm print () và hiển thị lỗi trong tập lệnh + Xuất dữ liệu dưới nhiều dạng ảnh, bản đồ, video và dữ liệu bảng

- Bốn là nhóm công cụ hiển thị bản đồ có khả năng

+ Hiển thị và cài đặt lớp

+ Phóng to thu nhỏ

+ Loại bản đồ thể hiện

- Năm là nhóm công cụ vẽ hình học có khả năng

+ Tạo ra mẫu huấn luyện

+ Khoanh vùng, đánh dấu vị trí

2.3.2.1.Nhóm công cụ quản lý tập lệnh, tài sản, tài liệu và dữ liệu

Hình 2.12.Nhóm công cụ quản lý

Script manage: quản lý tập lệnh dựa vào Git

Theo website git-scm.com, “Git là một hệ điều hành phân phối phiên bản

miễn phí và mã nguồn mở được thiết kế để xử lý mọi thứ tự các dự án nhỏ đến rất lớn với tốc độ nhanh và đạt hiệu quả cao.”

Hình 2.13.Tab Scripts

GEE Code Editor, những gì thực thi với GEE API đều thực hiện bằng các tập lệnh, do đó để quản lý hiệu quả tất cả tập lệnh, GEE dựa vào Git Tab Script là một kho lưu trữ bao gồm: Owner, Writer, Reader, Example, Archive

Owner/chủ sở hữu: Kho lưu trữ tất cả các tập lệnh thuộc sở hữu của người

dùng tạo ra nó Những tập lệnh này được quản lý bằng thư mục hoặc tập tin nên chúng không bị trùng lặp và nhầm lẫn Trên kho lưu trữ của người sở hữu có 3 chức năng quản lý

+Revision history/Xét duyệt lại lịch sử: khi có phiên bản mới được cập nhật, thư mục cũ hoặc mới đều sẽ được duy trì Và có thể đối chiếu so sánh và quay trở lại phiên bản cũ Bằng cách nhấp vào biểu tượng:

+Configure/cấu hình: người sở hữu kho lưu trữ các tập lệnh có quyền chia sẻ với người dùng khác Bằng cách nhấp vào biểu tượng

+Delete/Xóa đối với thư mục Bằng cách nhấp vào biểu tượng

Writer/người viết: Người viết này là những người dùng đã được một người

sở hữu kho lưu trữ nào đó cho phép họ truy cập vào kho tập lệnh và tiếp tục viết hoặc chỉnh sửa

Reader/người đọc: Người đọc này là những người dùng đã được một người

sở hữu kho lưu trữ nào đó cho phép họ truy cập vào kho tập lệnh nhưng chỉ được đọc hoặc tham khảo

Archive: Cũng là một kho truy cập của người dùng

Examples: GEE cung cấp các tập lệnh để tham khảo chứa các ví dụ về các

tập lệnh đơn giản cho những người dùng bắt đầu sử dụng và tìm hiểu như hình ảnh,

bộ sưu tập hình ảnh, biểu đồ…

Hình 2.14.Một số ví dụ tập lệnh viết sẵn trên Tab Scripts

Mỗi thư mục, tập lệnh/tập tin đều có 3 các tính năng

+ Revision history/Xét duyệt lại lịch sử: khi có phiên bản mới được cập nhật, tất cả các tập lệnh cũ hoặc mới đều sẽ được duy trì Các tập lệnh có thể đối chiếu so sánh

và quay trở lại phiên bản cũ Nhấp vào biểu tượng

+ Rename/Thay đổi tên: người dùng có thể tùy ý sửa đổi tên tập lệnh hay thư mục Nhấp vào biểu tượng

+ Delete/Xóa: xóa tập lệnh hoặc thư mục Nhấp vào biểu tượng

Ngoài ra, trên Tab Script còn có chức năng tìm kiếm tập lệnh Chúng được liệt kê theo tên trong một danh sách nên có thể tìm kiếm dễ dàng bằng cách gõ tên vào thanh Filter script giúp lọc nhanh chóng

Application Programming Interface Documentation tab: tài liệu API

Hình 2.15.Tab Document

GEE Code Editor chứa đầy đủ các tài liệu API JavaScript, liệt kê danh sách các thuật toán/hàm được tổ chức theo các đối tượng Mỗi thuật toán bao gồm một tập hợp các thuật toán con đã được nhóm và phân chia theo đối tượng và các hàm hiện có trên GEE giúp người dùng có thể dễ dàng sử dụng Các thuật toán này được thiết kế nhằm xử lý dữ liệu Raster (ảnh vệ tinh) và Vector Các khả năng xử lý dữ liệu GEE API được tạo ra nhờ vào khả năng hữu ích dành cho người dùng là sử dụng các thuật toán này để viết ra các tập lệnh Một loạt danh sách liệt kê các thuật toán/hàm theo chức năng và tên

Hình 2.16.Thuật toán trên GEE API cung cấp

Ngoài ra, có thể tìm kiếm nhanh chóng thuật toán, bằng cách nhập tên thuật toán vào thanh lọc trên Tab Docs

Asset manager: quản lý tài sản

Hình 2.17.Tab Assets

Quản lý tài sản giúp người dùng sở hữu và lưu trữ dữ liệu của mình trên GEE Tài sản là sản phẩm mà người dùng xử lý phân tích dữ liệu hay tải lên dữ liệu ảnh/Image upload hoặc dạng bảng/Table upload Bộ dữ liệu được tải lên thông qua Tab Assets sẽ trở thành tài sản cá nhân trong thư mục thuộc tài khoản của người dùng Dữ liệu được tải lên GEE bao gồm

- Image upload: người dùng có thể tải lên hình ảnh với dung lượng đến

10GB và định dạng là GeoTiff (các định dạng khác hiện không được hỗ trợ)

- Table upload: gồm dữ liệu dạng bảng và dữ liệu dạng Shapefile

- Image Collection/bộ sưu tập hình ảnh là nhóm các đối tượng dạng ảnh

Mỗi tài sản đều có 3 chức năng:

+ Share/chia sẻ: người sở hữu dữ liệu có quyền giữ làm tài sản riêng hoặc có quyền chia sẻ với cộng đồng vì mục đích chung

+ Rename/Đổi tên Nhấp vào biểu tượng

+ Import into Script/Nạp lên tập lệnh: dữ liệu ảnh hay dạng bảng đều được nạp lên

để làm việc trên tập lệnh Nhấp vào biểu tượng

Search tab: tìm kiếm dữ liệu

Dữ liệu trên GEE chứa trong kho lưu trữ khổng lồ, để thu thập phải tìm kiếm trên thanh Search for data rất tiện lợi Người dùng chỉ cần nhập tên dữ liệu hoặc từ khóa liên quan vào thanh công cụ tìm kiếm sẽ hiển thị nhiều kết quả

Hình 2.18.Tab Search

Thanh công cụ này có thể tìm kiếm được nhiều loại dữ liệu như khu vực, nơi cần tìm (Places), các loại ảnh vệ tinh, dữ liệu bảng (Tables dataset) Hơn nữa GEE còn cung cấp thông tin mô tả, nguồn gốc, thời gian thu nhận đối với dữ liệu Raster

và Tables

2.3.2.2.Nhóm các công cụ làm việc với tập lệnh

Hình 2.19.Nhóm các công cụ làm việc với tập lệnh

Trung tâm giao diện là trình biên tập JavaScript là nơi trình soạn thảo văn bản, viết, chỉnh sửa mã và chạy thực hiện các tập lệnh Tập lệnh (hay Script) là một chuỗi những chỉ dẫn được viết dưới dạng câu lệnh theo ngôn ngữ JavaScript, máy tính sẽ tự động thực hiện lần lượt theo tất cả các câu lệnh đó

JavaScript code editor: Biên tập mã JavaScript

Hình 2.20.Cửa sổ viết tập lệnh

Người dùng sử dụng ngôn ngữ lập trình JavaScript và Python để thực hiện viết mã cho tập lệnh

Run the script/ Chạy tập lệnh: nhấp vào

Mục đích của chạy tập lệnh: Để phát hiện ra các lỗi cú pháp sai, sử dụng sai thuật toán hoặc thiếu dấu ngoặc, dấu chấm phẩy…và kết quả sản phẩm được hiển thị ở cửa sổ bản đồ

Reset the script/ xóa tập lệnh: nhấp vào

Có chức năng xóa kết quả hiển thị trên tabs Console và lớp bản đồ Reset còn

có chức năng đặt lại tập lệnh, nhấp vào và chọn Clear script để xóa toàn bộ tập

lệnh và bản đồ

Save the script/ Lưu tập lệnh: nhấp vào

Sau khi các câu lệnh được viết hoàn chỉnh, nhấn vào SAVE để lưu tập lệnh bằng một tên duy nhất và truy cập ở trình quản lý tập lệnh

Get a link (URL) to the script/Cung cấp liên kết cho tập lệnh: nhấp vào

Sau khi tập lệnh hoàn thành và được lưu trữ Nhấn vào GET LINK ngay lập tức GEE sẽ cung cấp cho bạn 1 liên kết duy nhất, xuất hiện trên thanh địa chỉ của trình duyệt Liên kết này được đại diện cho cả tập lệnh, để tham chiếu tới tài nguyên trên mạng Internet Giúp người dùng GEE có thể trao đổi trực tuyến các tập lệnh với người dùng khác một cách dễ dàng và nhanh chóng

2.3.2.3.Nhóm công cụ trình bày kết quả tập lệnh

Hình 2.21.Nhóm công cụ trình bày kết quả

Khả năng trình bày các thông tin về các đối tượng và hoạt động xử lý dữ liệu nằm ở góc phải trên giao diện chứa 3 tab

Inspector tab: thanh tra/kiểm tra

Là công cụ tương tự như công cụ Identify trên Arcmap

Kiểm soát xuất kết quả là sự tương tác vì thế các đối tượng được hiển thị một

cách khá chi tiết Khi sử dụng hàm Print () trong tập lệnh, sẽ đưa ra các thông báo,

kết quả khi tập lệnh được chạy tại bảng điều khiển Console bao gồm:

+ Thông tin: tên, loại, ID, phiên bản, kênh phổ, đặc điểm, thuộc tính…

+ Kết quả tính toán, thống kê…

+ Biểu đồ

+ Tại đây còn hiển thị kết quả báo lỗi khi chạy tập lệnh bị sai

Task manager tab: quản lý công việc

Hình 2.24.Tab Tasks

Quản lý công việc có chức năng quản lý các hoạt động nhập/xuất dữ liệu

GEE Code Editor cho phép xuất dữ liệu thông qua các hàm Export() với nhiều dạng

để xuất dữ liệu như hình ảnh, bản đồ, dữ liệu bảng và video

Hoạt động xuất dữ liệu có thể được gửi đến tài khoản Google Drive của người dùng hoặc Google Cloud Storage hoặc Tab Asset trên giao diện Code Editor Tuy nhiên, cũng phải khai báo một vài thông số ứng với từng loại dữ liệu được trình bày rõ phần phụ lục

2.3.2.4.Nhóm công cụ hiển thị trên bản đồ Map: bản đồ

Hình 2.25.Cửa sổ bản đồ

Bản đồ của GEE Code Editor hoạt động giống như các đối tượng của GEE Explorer và giống như Google Map và Google Earth Hơn nữa, bản đồ là nơi người dùng lập tức nhìn thấy kết quả phân tích hình ảnh được hiển thị khi chạy tập lệnh nhờ vào các thuật toán như Map.add(), Map.addLayer()…Nhờ gán đối tượng với bảng màu (palette) mà làm cho kết quả phân tích dữ liệu hiển thị rõ ràng, trực quan

Trong hộp thoại cài đặt lớp: Visualization chứa khả năng hiển thị như:

- Band: Hiển thị 1 lớp bằng 1 kênh phổ hoặc 3 kênh phổ

- Range: Điều chỉnh phạm vi của các giá trị được đại diện bởi nhiều màu sắc theo mặc

- Opacity: Điều chỉnh độ trong suốt/mờ của các lớp sử dụng thanh trượt có giá trị từ 0.1 đến 1.0

- Điều chỉnh phạm vi màu sắc bằng giá trị Gamma và Palette

Hình 2.27.Cài đặt bảng màu

Bao gồm có 4 chức năng sau:

Pan: di chuyển, kéo thả bản đồ tùy ý Nhấp vào biểu tượng

Point: vẽ điểm Nhấp vào biểu tượng Có 2 cách vẽ điểm được trình bày

Ngoài ra còn có công cụ Help: Hỗ trợ cho người dùng mới bắt đầu sử dụng

2.4.Giao diện của người dùng/User Interface

GEE cho phép người dùng tạo giao diện tiện ích và tương tác trực tiếp với

các hoạt động trên GEE API thông qua gói ui/User Interface Trên giao diện tiện

ích cá nhân chứa một số chức năng cụ thể được gọi chung là Widgets

Để hiển thị Widgets phải sử dụng hàm print() nhằm hiển thị kết quả lên

Tabs Console

Widgets bao gồm nhãn, nút, hộp kiểm tra, thanh trượt, hộp văn bản, đồ thị…

Label/Nhãn: Được thực hiện khi người dùng có yêu cầu hiển thị tên nhãn

Sử dụng ui.Label()

Hình 2.29.Chức năng thể hiện Label

Button/Nút: Khi người dùng nhấp chuột vào label được tạo thì chức năng

của button sẽ có tác dụng Tại Tabs Docs cung cấp một số thuật toán thể hiện khả

năng hiển thị và tác động đến bản đồ Sử dụng ui.Button()

Hình 2.30.Chức năng thể hiện Button

Checkbox/Hộp kiểm tra: Checkbox có tác dụng bật tắt 1 lớp bản đồ đang

hiển thị Sử dụng ui.Checkbox()

Hình 2.31.Chức năng thể hiện Checkbox

Slider/Thanh trượt: Thanh trượt này đang thể hiện độ đậm nhạt theo giá trị

từ 0 đến 1.0 Sử dụng ui.Slider()

Hình 2.32.Chức năng thể hiện Slider

Textbox/Hộp văn bản: Khác với Label, Textbox thể hiện đoạn văn bản khi

người dùng nhập văn bản vào ô và enter Sử dụng ui.Textbox()

Hình 2.33.Chức năng thể hiện Textbox

Select/Chọn: Lựa chọn trong trường hợp này được hiểu là chọn địa điểm mà

người dùng muốn đến tham quan, do đó cần phải nhập tọa độ vị trí nơi đó để đến

đúng địa điểm Sử dụng ui.Select()

Hình 2.34.Chức năng thể hiện Select

Chart/Đồ thị, biểu đồ: GEE API hỗ trợ nhiều loại biều đồ như: cột, đường,

tròn, miền… Biểu đồ là sự tương tác với kết quả tập lệnh được thực hiện Biểu đồ

có thể mở rộng như một trang riêng và hơn nữa có thể xuất biểu đồ dưới định dạng

PNG, CSV, SVG Sử dụng ui.Chart()

Hình 2.35.Chức năng thể hiện Chart

Thumbnail là một tiện ích thu nhỏ hình ảnh theo kích thước hiển thị của

người dùng Sử dụng ui.Thambnail() Đầu tiên cũng phải nhập tọa độ 4 điểm của

khu vực cần thể hiện, sau đó chỉ định rõ kích thước (dài, rộng), độ phân giải, định dạng, kênh phổ Kết quả sẽ hiển thị trên Tab Console

Hình 2.36.Chức năng thể hiện Thumbnail

Map/bản đồ: Giống như GEE Code Editor bản đồ thể hiện các lớp Chỉ khác

bản đồ giao diện người dùng tạo ra được hiển thị trên tabs Console của GEE Code Editor Ngoài ra, khi người dùng di chuyển thu phóng bản đồ mặc định GEE thì bản

đồ giao diện người dùng cũng thay đổi theo và khoanh vùng khu vực cần xác định

Sử dụng ui.Map()

Hình 2.37.Chức năng thể hiện Map

Để tạo ra hai hay nhiều bản đồ mặc định trên GEE Code Editor sử dụng

ui.Map.Linker()

Hình 2.38.Chức năng thể hiện Map Linker

Khi thêm các Widgets vào, cần thực hiện bố trí Panel trên giao diện/layout là điều cần chú ý, có 2 cách bố trí:

- Flow/Bố trí theo thứ tự: Là giao diện hiển thị các Widgets theo

hàng/horizontal hoặc theo cột/vertical Các Widgets được sắp xếp theo thứ tự được thêm trên bảng điều khiển

Hình 2.39.Bố trí thứ tự

- Absolute/Bố trí theo tuyệt đối: là giao diện thể hiện vị trí tuyệt đối các

Widgets trên bảng điều khiển Không giống như bố trí theo thứ tự, vị trí các Widgets được xác định theo các kiểu nhất định là trái trên-trái dưới, phải trên-phải dưới, trung tâm trên-trung tâm dưới

Hình 2.40.Bố trí tuyệt đối