Xây dựng hệ thống thông tin hỗ trợ giám sát cháy rừng: Luận văn ThS. Công nghệ thông tin: 60 48 01 03

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM THANH TÙNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN HỖ TRỢ GIÁM SÁT CHÁY RỪNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội -2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM THANH TÙNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN HỖ TRỢ GIÁM SÁT CHÁY RỪNG Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật Phần mềm Mã số:60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ THANH HÀ TS NGUYỄN THỊ NHẬT THANH Hà Nội -2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Lê Thanh Hà Tiến sĩ Nguyễn Thị Nhật Thanh Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Phạm Thanh Tùng MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH CÁCHÌNH .5 DANH SÁCH CÁCBẢNG LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN .10 1.1 Các vấn đề liên quan đến rừng cháy rừng 10 1.1.1 Đặc điểm chung .10 1.1.2 Phân chia kiểu trạng thái rừng 11 1.1.3 Phân loại cháy rừng 12 1.1.4 Các điều kiện tự nhiên ảnh hưởng đến cháy rừng 13 1.2 Dữ liệu sử dụng .14 1.2.1 Dữ liệu điểm cháy vệ tinh 14 1.2.2 Dữ liệu khí tượng trạm quan trắc 18 1.2.3 Dữ liệu lượng mưa vệ tinh 20 1.2.4 Dữ liệu lớp phủ rừng 21 1.3 Các hệ thống giám sát cháy rừng đƣợc sử dụng Việt Nam 21 1.3.1 Cảm biến không dây cảnh báo cháy rừng 21 1.3.2 Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến cục Kiểm lâm Việt Nam 22 1.4 Cơ sở lý thuyết xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng .24 1.4.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý GIS 24 1.4.2 Giới thiệu Web GIS 24 1.4.3 Hệ quản trị sở liệu PostgreSQL PostGIS 27 1.4.4 Google Maps API 29 CHƢƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 33 2.1 Đặc tả yêu cầu ngƣời sử dụng 33 2.1.1 Bài toán .33 2.1.2 Mơ hình tổng qt hệ thống 33 2.1.3 Mơ hình triển khai .34 2.1.4 Mơ hình vai trò người dùng hệ thống 35 2.1.5 Mơ tả quy trình nghiệp vụ 35 2.1.6 Các yêu cầu chung chức 39 2.2 Thiết kế cấu trúc sở liệu .41 2.2.1 Các loại liệu sử dụng hệ thống 41 2.2.2 Dữ liệu lớp phủ rừng 42 2.2.3 Dữ liệu điểm cháy .42 2.2.4 Dữ liệu khí tượng theo trạm quan trắc khí tượng thủy văn 42 2.2.5 Dữ liệu lượng mưa theo vệ tinh 43 2.3 Đặc tả ca sử dụng 43 2.3.1 Biểu đồ ca sử dụng tổng quát 43 2.3.2 Đặc tả ca sử dụng 43 CHƢƠNG ỨNG DỤNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT CHÁY RỪNG 52 3.1 Giới thiệu tổng thể hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng 52 3.1.1 Kết xây dựng hệ thống .52 3.1.2 Giao diện trang Web hỗ trợ giám sát cháy rừng .52 3.2 Các chức hệ thống 54 3.2.1 Theo dõi cập nhật điểm cháy 54 3.2.2 Thống kê điểm cháy theo tiêu chí .55 3.2.3 Xem cảnh báo nguy cháy rừng .55 3.3 Phân tích ảnh hƣởng lƣợng mƣa đến cháy rừng 56 3.3.1 Mối liên hệ lượng mưa theo vệ tinh với cháy rừng 56 3.3.2 Phân tích lượng mưa trung bình điểm cháy theo phân loại rừng 62 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT EOS Hệ thống quan sát trái đất PCCCR Phòng cháy chữa cháy rừng Terra Một loại vệ tinh mang theo cảm biến MODIS Aqua Một loại vệ tinh mang theo cảm biến MODIS MODIS Một loại cảm biến có độ phân giải trung bình NASA Cơ quan hàng khu vũ trụ quốc gia Mỹ GLCF Cơ sở nghiên cứu lớp phủ tồn cầu IMAPP Gói xử lý MODIS/AIS quốc tế PNG Một loại định dạng ảnh JPG Một loại định dạng ảnh GEOTIFF Một loại định dạng ảnh MOD Tiền tố tên file sản phẩm cảm biến MODIS gắn vệ tinh Terra QTHT Quản trị hệ thống DANH SÁCH CÁCHÌNH Chƣơng Hình 1.1 Bản đồ lớp phủ rừng khu vực miền Bắc năm 2006 .11 Hình 1.2 Bản đồ lớp phủ rừng khu vực Bắc Trung Bộ năm 2006 .11 Hình 1.3 Cháy tán với lửa cháy lan bề mặt đất 12 Hình 1.4 Cháy tán diễn với lửa lan nhanh tán rừng 12 Hình 1.5 Cháy ngầm lớp than bùn thảm mục sâu mặt đất rừng 12 Hình 1.6 Tổng quan hệ thống FireWatch 22 Hình 1.7 Sơ đồ thu nhận, xử lý liệu thông tin điểm cháy từ liệu MODIS 23 Hình 1.8 Các điểm cháy ngày 29/09/2014 23 Hình 1.9 Mơ hình WebGIS Server .25 Hình 1.10 Mơ hình WebGIS Client 26 Hình 1.11 Mơ hình tương tác WebGIS Server WebGIS Client 27 Chƣơng Hình 2.1 Mơ hình tổng qt hệ thống 34 Hình 2.2 Mơ hình triển khai hệ thống 34 Hình 2.3 Biểu đồ ca tổng quát 43 Chƣơng Hình 3.1 Giao diện tổng quát hệ thống .53 Hình 3.2 Hiển thị điểm cháy trạm khí tượng 53 Hình 3.3 Vị trí điểm cháy trạm quan trắc khí tượng thủy văn .54 Hình 3.4 Các điểm cháy ngày 2, tháng 3/2013 miền Nam trung Bộ 54 Hình 3.5 Lọc tạo báo cáo thống kê .55 Hình 3.6 Bản đồ tơ màu mức nguy hiểm cháy .55 Hình 3.7 Điểm cháy lượng mưa năm 2008 56 Hình 3.7 Điểm cháy rừng lượng mưa năm 2009 57 Hình 3.8 Lượng mưa trước cháy 58 Hình 3.9 Quan hệ lượng mưa số điểm cháy năm 2008 59 Hình 3.10 Quan hệ lượng mưa số điểm cháy năm 2009 59 Hình 3.11 Quan hệ lượng mưa số điểm cháy năm 2010 60 Hình 12 Quan hệ lượng mưa số điểm cháy năm 2011 60 Hình 3.13 Quan hệ lượng mưa số điểm cháy năm 2012 61 Hình 3.14 Quan hệ lượng mưa số điểm cháy năm 2013 61 DANH SÁCH CÁCBẢNG Chƣơng Bảng 1.1 Tình hình cháy rừng 2008-2012 10 Bảng 1.2 Một số thông số kênh phổ ảnh MODIS .15 Bảng 1.3 Cấu trúc liệu điểm nhiệt 17 Bảng 1.4 Các điểm nhiệt khu vực Đông Nam Á ngày 10/6/2013 17 Bảng 1.5 Các trạm quan trắc khí tượng 18 Bảng 1.6 Cấu trúc liệu lượng mưa TRMM .20 Chƣơng Bảng 2.1 Các module cập nhật liệu 33 Bảng 2.2 Các loại liệu sử dụng hệ thống .41 Bảng 2.3 Nguồn loại liệu dùng hệ thống 41 Chƣơng Bảng 3.1 Số lượng điểm cháy theo loại rừng .62 Bảng 3.2 Tổng lượng mưa 20 ngày trước cháy loại rừng 62 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Thanh Hà, TS Nguyễn Thị Nhật Thanh tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện tốt cho tơi q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô thành viên Trung tâm Cơng nghệ tích hợp liên ngành Giám sát trường (FIMO center), trường Đại học Cơng nghệ đặc biệt nhóm nghiên cứu cháy rừng giúp đỡ, góp ý, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm cho tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn ban Giám hiệu Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, quý thầy cô tận tình truyền dạy kiến thức cho tơi suốt thời gian học tập, nghiên cứu trường Cuối cùng, vô biết ơn giúp đỡ, động viên gia đình giúp hồn thành khóa luận MỞ ĐẦU Theo thống kê năm 2006, Việt Nam có 11,8 triệu rừng (độ che phủ tương ứng 35,8%), với 9,8 triệu rừng tự nhiên triệu rừng trồng [4] Trong năm gần diện tích rừng tăng lên, chất lượng rừng lại có chiều hướng suy giảm, rừng ngun sinh cịn khoảng 7%, rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% tổng diện tích rừng nước, loại rừng dễ xảy cháy, nay, Việt Nam có khoảng triệu rừng dễ cháy, bao gồm rừng thông, rừng tràm, rừng tre nứa, rừng bạch đàn, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên rừng đặc sản với diện tích rừng dễ xảy cháy tăng thêm hàng năm, tình hình diễn biến thời tiết ngày phức tạp khó lường Việt Nam làm nguy tiềm ẩn cháy rừng cháy lớn ngày nghiêm trọng Việc phát cháy dựa liệu vệ tinh có ý nghĩa quan trọng cơng tác phòng cháy chữa cháy rừng nhằm phát cháy sớm, chữa cháy kịp thời nhằm giảm thiểu thiệt hại cháy gây Hiện nay, có số hệ thống giám sát cháy rừng hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến cục Kiểm lâm, hệ thống giám sát cháy rừng toàn cầu Global Forest Watch Fires [6] Các hệ thống thực chức theo dõi phát điểm cháy dựa liệu vệ tinh MODIS dừng hiển thị điểm cháy mà chưa kết hợp với liệu liên quan khác loại rừng, độ ẩm, nhiệt độ, mưa Các công cụ kèm nhằm hỗ trợ thống kê báo cáo thiếu yếu Từ thực tế trên, cần thiết xây dựng hệ thống tự động cập nhật liệu điểm cháy rừng liệu khác phục vụ công việc giám sát, phát cháy sớm đồng thời cung cấp thông số địa lý điểm cháy, đặc tính nguy hiểm cháy theo loại rừng, điều kiện thời tiết giúp cho phương án chữa cháy hiệu Kết nghiên cứu đề tài phát triển để phục vụ cơng tác nghiên cứu, phân tích, thống kê thực trạng cháy rừng ảnh hưởng yếu tố thời tiết từ đưa mức cảnh báo nguy cháy rừng ngắn hạn dài hạn 1) Mục tiêu:Luận văn nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát cháy rừng dựa liệu vệ tinh nhằm cập nhật, hiển thị liệu điểm cháy số liệu khác có liên quan phục vụ cho việc giám sát, cảnh báo cháy rừng công tác thống kê, nghiên cứu khoa học 2) Nhiệm vụ nghiên cứu: - Nghiên cứu, phân tích cấu trúc liệu ảnh vệ tinh MODIS số liệu sản phẩm liên quan đến cháy rừng, liệu khí tượng; - Xây dựng công cụ cập nhật liệu tự động; - Xây dựng ứng dụng WebGIS cung cấp thông tin giám sát cháy rừng 3) Dữ liệu phạm vi nghiên cứu: - Dữ liệu nghiên cứu: Dữ liệu điểm cháy vệ tinh MODIS, liệu khí tượng thủy văn, liệu thảm thực vật, đồ Google Maps ... HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM THANH TÙNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN HỖ TRỢ GIÁM SÁT CHÁY RỪNG Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật Phần mềm Mã số :604 8010 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN. .. Giới thiệu tổng thể hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng 52 3.1.1 Kết xây dựng hệ thống .52 3.1.2 Giao diện trang Web hỗ trợ giám sát cháy rừng .52 3.2 Các chức hệ thống 54... cháy rừng 21 1.3.2 Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến cục Kiểm lâm Việt Nam 22 1.4 Cơ sở lý thuyết xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng .24 1.4.1 Khái niệm hệ thống thông tin