Ảnh vệ tinh ứng dụng trong điều tra, quản lý diện tích rừng

ĐẠI H Ọ C Q U Ó C G IA H À NỘI T R U Ờ N C ĐẠI H Ọé C C Ô N G N G H Ệ• • e P h ù n g N am T h ă n g A N H V Ệ T I N H Ù N G D Ụ N G T R O N C OI EU T R A , Q U Ả N LY D IỆN T ÍC H R Ừ N G Ngành: C ôn g nghệ thông tin Chuyền ngành: Hệ thong thông tin Mà sổ: 60 48 05 LUẬN VĂN T H Ạ C s ĩ Ngiròĩ h n g dẫn khoa học: T S N gu yễn Hái C hâu 0005~C ữO ồO ẽJL- HÀ N ỘI - 2010 LỜI C A M ON Tnrớc hết, xin bày to lòng cảm ơn chân thành I S N guyễn Hai Châu, nạưới tận tinh hướniỉ dần tòi suổt thời gian làm luận văn tơt nghiệp Tịi xin cảm ƠI1 thầy, cô giáo khoa C ô n g nghệ thơng tin, phịng Đào tạo, trường Đại hục Công, nghệ - ĐHỌCỈ ỉ IN dà giáng dạy Irong suốt thời gian học tập trường tạo điểu kiện giúp d ỡ tơi hồn thành luận văn Cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đà cô vũ độn ti viên suôt trinh học tập trường Tuy dã c ó nhữnu cố gắn g định thời gian trình độ có hạn nên chác chắn luận văn cịn nhiều thiếu sót hạn chế định Kính m ong nhận góp ý thầy c bạn Luận văn thạc sĩ dược thực khuôn khô đê tài nghiên cứu mang mà số Ọ G , Đại học Ọ uốc gia Hà Nội H Nội, n g v I I tháng 10 năm 2010 H ọc viên Phùng Nam Thăng LỜI C A M D O A N Tôi xin cam đoan két dạt dược luận văn san phẩm nghiên cứu, tim hiêu riêng cá nhàn lơi Tronụ tồn nội dung luận văn, điều trình bày cua cá nhàn tông hợp từ nhiêu nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khao c ó xuât xứ rõ ràng trích dần hợp pháp Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỳ luật theo quy định cho lời cam đoan cua Hà Nội níỊÙy I I tháng 10 năm 2010 Ngưừi cam đoan Phùng Nam Thẳng M ỤC LỤC MO ĐÀU CIIƯƠNC; I - rÓ NG QUAN VIẺN THẢM VÀ ẢNH VỆ T I N H 12 1.1 Khái niệm bán ve viền thám 12 1.2 Khái niệm số itậc Irưng cùa ảnh viền th ám 12 1.3 ỉ ịch sử nghiên cứu the giớ i 14 1.4 I ịch sứ nghiên cứu Việt Nam 15 1.5 Một số loại anh vệ tinh phò b ien 17 1.5.1 Ảnh Landsat 17 1.5.2 Anh M O D IS 19 1.5.3 Ảnh V H A R R 22 1.5.4 Ảnh A ST K R 23 1.5.5 Ảnh S P O T .24 1.5.6 Ảnh IKO NO S .26 1.5.7 Ảnh QuickBird 26 1.5.8 Ánh S P I N 27 1.5.9 Ánh OrbVicvv 27 1.5.10 Ảnh ARUÌS 27 CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP x ú LÝ ẢNH VỆ TINH 31 2.1 IMnrơne pháp giãi đoán ánh bane m at: 2.2 Phưtrng pháp xìr lý s ị .33 Plurtmụ pháp theo dõi biến động 38 Yêu cầu vồ tạo ảnh nahiên cửu bien d ộ• nc u cr ? 39 2.3.2 Các phương pháp 3C ) C H Ư Ơ N G 3-XÂY DỤNG HK THÒNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN R Ủ N C .42 3.1 Phái biên toán .42 3.2 Cơ sở phân chia rừng quàn lý rừng 42 3.2.1 Khái niệm rừng 42 -1.2.2 Phàn chia ranh ạiới dối tượníĩ diều tra 42 3.2.3 Phân chia kiến trạnỉi thái rừng 42 3.3 Kháo sát to n .45 3.4 Các cơng cụ hỗ trợ mà nation IÌ1Ờ 46 3.4.1 cỏnụ cụ xứ lỹ ánh %iỗn thám Grass 46 V-Ỉ.2 Hệ quan trị sơ liệu khơnụ íiian PostiircSQI vã Postí i l s I 3.4.3 WchiilS MapServer 52 3.5 Mơ hình hộ thốniỉ thơn Sỉ tin quăn lý tàintiuvcn rừnu .54 3.5.1 Mơ hình long quan 54 3.5.2 IMnrơnu pháp xây đựniì sơ dừ liệu quànlý tài ntiuvên rirng 55 3.6 Thư nạhiệm kêt 57 3.6.1 (ìiái đốn dự liệu ánh vệ tin h 57 3.6.2 Xây dựnu sớ liệu quản lý tài nguyên ririm 63 3.6.3 Xây dựng moduli website hiểnthị bánđồ hiếu dồ bien độn ụ 63 KÉT L U Ạ N 76 TÀI LIỆU THAM K H Ả O 78 C Á C TỦ V ĩ É T T Ấ T Viêt tăt Tên đũ - Mô tá RS Remote sensing Ci IS Geographic information system - Hệ thons ihôim tin địa lv NDVI GRASS BV Viễn thám Normalized difference vegetation index Geographic resources analysis support system Brightness value - giá trị dộ sáne pixel IFOV Instantaneous field o f view - Trường nhìn khơng dổi FOV Field o f view - Trường nhìn DN Digital number - Giá trị cùa pixel ảnh MLC Maximum likelihood classifier - Phân loại gan dúng LNN Layered neural networks - Phân loại mạng neural D A N H M Ự C C Á C H ÌN H VÈ Ilình I Cấu trúc dừ liệu ánh vệ tinh 14 Minh Phần mềm G R A S S .46 Hình C ơng cụ qn trị pgAdmin N I 51 I lình M ỏ hình hoạt động cua M apserver 53 Hỉnh ủ n g dụng W e b G IS 53 Hình M hình tơng quan hệ thống 54 Hình Quy trinh cập nhật liệu tài nguyên rừng 56 1lình Anh Landsat I M klui vực nghiên cửu năm 0 58 ỉ lình Anh huyện Kim Bơi - Hịa Binh sau cắt 58 ỉ lình 10 Anh chí sổ N D V l năm 0 61 Hình I I Anh phân loại đôi tượng năm 0 62 Hình 12 M ô hình triền khai website quán lý tài nguyên rừng 64 1lình 13 M h ìn h phát triển website m ap server 68 Hình 14 Giao diện website theo dõi tài nguyên rừng 69 I ỉình 15 Ket quà bien động biểu đ 70 ỉ iình 16 Báo cáo bien động dạng bảng số liệu .71 D A N H M Ụ• C C Á C B Ả N G Bára i Một sơ thịng số kênh phơ cua ảnh Landsat T M 18 Barii Một sô thôiiiỉ so kênh phô anh Landsat I T M + , ỉ.andsat - 19 Bàr.g Một sô thông sổ vê kênh phô cua anh M O D I S 22 Bảrg Một số thông sổ kênh phò cua ánh N O A A 23 Bar li Một sổ thông số kênh phổ cùa ánh A S T E R 24 Báriĩ Một sổ thông số kênh phổ ánh S P O T -1;-2;-3 25 Bảrg Một số thông số kênh phố ảnh S P O T -4 25 Bảng Một số thông số kênh phố anh I K N O N O S .26 Baril Tổng hợp thơng so kỹ thuật ímg đụng số loại anh viền thám 30 Bang 10 Báng ma trận bien dộnụ hai thời đ i ể m 40 Bảng 11 So sánh chi phí han quyền phần mềm (ch o giấy phcp sư dụng) 49 Báng 12 So sánh yêu cầu phần cứng hệ thống 50 Báng 13 Các phương pháp phân loại ảnh bang G R A S S 51 Bàng 14 Khóa phân loại rừng ảnh Landsat 59 Báng 15 Kết quà phân loại ánh theo chi sổ N D V 62 Báng 16 Cấu trúc bảng dừ liệu lớp r n g 63 MỞ ĐẦU N gày khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ cùa khoa học kỹ thuật giúp người quán lý tốt nguồn tài nguyên, có khoa học k ỷ thuật viền thám Kỳ thuật viễn thám dược ứng dụnụ vào nhiêu lĩnh vực nghiên cửu Việt Nam đà mang lại nhiều ứng dụng to lớn quan lý tài nguyên Trong lĩnh vực lâm nghiệp, kỹ thuật viễn thám sư dụng đê thành lập loại đồ trạng rừng, phân loại trạng thái rừng, phân vùng tr ọng diêm cháy rừng, theo dòi diễn biển tài nguyên rửng Năm 1943, Việt Nam có 14,3 triệu rừng, độ che phủ 43% đèn năm 1990 chi 9,18 triệu ha, độ che phủ rừng 27,2% Theo công bố định số 1970/Ọ Đ /B N N -K L -L N ngày 06 tháng năm 2006, tính đến 1/12/2005, diện tích rừng tồn quổc 12,61 triệu ha, độ che phu rừng 37%, rìmg ỉà nguyên nhân gây loạt tượng như: lũ lụt, hạn hán, mùa, kéo theo tai biến mơi trường đà làm ánh hướng lán đến trình sản xuất sinh hoạt người dân Chính vi vậy, nhiệm vụ dặt c quan chức năng, nhà quán lý lâm nghiệp cần phát triển bền vững nguồn tài nguyên làm sở để đưa phương án quy hoạch, dề xuất giải pháp kỹ thuật, kinh tá - xã hội định lurớng cho việc sử dụng quán lý bền vững tài nguyên rừng, H iện trạ n g v ề c ô n g tác q u ản lý rừng Việt Nam Ớ nước ta, chương trinh theo dõi diễn biến tài nguyên rừng liến hành từ nhừng năm 1976 với chương trình đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 1976 - 1990 - 1995, chương trình điều tra, đánh giá theo dõi diền biến tài nguyên rừng toàn quốc năm giai đoạn 1996 - 2000 0 - 2005 dang thực chương trình điêu tra, đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 0 - ) Những năm trước dây để điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng chủ yểu vần dựa việc đo vẽ, thành lập bàn đồ trạng rừníĩ phương pháp thủ cơng n g việc địi hịi tổn nhiều thời gian, riíi sức, tiền bạc, độ xác khơn ụ cao thịng till thường khơng cập nhật vi tình hình rừng đât rừng biến đôn» Tron nhữne năm «an đây, khoa hoc nạ nỉ»hê viên thám phát triên mạnh việc áp dụng cơng nụhệ viền thám vào lâm nahiệp rât can ihiet kỹ thuật viễn thám với kha năn» quan sát dôi nrợng độ phân giai phô không gian khác nhau, từ tiling bình dên siêu cao chu kv chụp lặp từ tháng đến ngàv cho phép ta quan sát xác định nhanh ch ó n g trạng lớp phú rừng, từ có thê dề dàng xác định dược bien động rừníì đặc biệt xu hướng cua biến động Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụrm côn g nghệ viền thám lâm nghiệp thiếu đặc biệt côn g nghệ xứ lý anh số viễn thám tự động bán tự động hầu hết sứ dụng sàn phẩm phần mềm xứ lý anh thương mại có giá thảnh cao từ vài chục đến hàng trăm nghìn la Mỹ M ụ c tiêu ciia luận văn Nhìn chung, nghiên cửu, ứng dụng cô n g nghệ viền thám phân loại điều tra rừng Việt Nam đà thực từ sớm Tuy nhiên, từ trước đến thành lập đồ rừng chủ yếu áp dụng phương pháp truyền thống giai đoán bàng mat, điều tra ngoại nghiệp, sứ dụng phần mềm thương mại có giá thành cao Hiện nay, công nghệ viễn thám dang phát triẻn mạnh, nhiều ảnh vệ tinh cỏ độ phân giải cao cho phép thành lập dược đồ có tý lệ lớn Tuy nhiên, nghiên cứu phương pháp phân loại đê thành lập bán đồ rừng; dạng sổ thực vật sử dụng để phân loại rừng; nghiên c u v ề p h n g p h p đ n h g iá biến đ ộ n g rừ n g t ả n h v ệ tin h b ằ n g c c giai p h p phần mềm mã nguồn m cịn thiểu nhiều Chính vậy, tỏi mạnh dạn thực đề tài “ Ảnh v ệ tinh ứ n g d ụ n g tron g điều tra, q u ả n lý diện tích r n g ” nhằm đưa giải pháp thành lập đo tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao côn g cụ mã nguồn mở, xây dựng c sờ dừ liệu tài nguyên rừng đưa quy trình đánh giá biến động rừng từ góp phần vào việc ứng dụng vào thực tiễn sán xuất để thay phương pháp truyền thống đặc biệt cho côn g tác điều tra, kiểm kê rừng giai đoạn Đối tuọng vụ* luận văn là: • n nhiệm • • • Níìhiên cứu vê viễn thám - ánh vệ tinh • Nghiên cửu phương pháp xử lv v ôiỏi oỏn anh v tinh ã Nghiờn cu sứ dụng phẩn niêm mã nguồn m Grass đê xử lý iii đốn anh vệ tinh 66 TYPE POLYGON STATUS ON CLASS ITEM 'TYPE N A M E ’ CLASS NAME "TYPE NAME = Cây công nghiệp" EXPRESSION "Cây công nghiệp" STYLE OUTLINECOLOR 0 COLOR 157 186 12 END END CLASS NAME "TYPE_NAME = Cây nông nghiệp" EXPRESSION "Cây nông nghiệp" STYLE OƯTLINECOLOR 0 COLOR 171 250 81 END END CLASS NAME "TYPE_NAME - Dân cư" EXPRESSION "Dân cu" STYLE OUTLINECOLOR 0 COLOR 14 78 END END CLASS NAME "TYPE NAME = Mặt nước" EXPRESSION "Mặt n c ” STYLE OUTLINECOLOR 0 COLOR 255 255 255 END END CLASS NAME "TYPE_NAME = Nui đá" EXPRESSION "Núi đá" STYLE 67 OUTLINECOLOR 0 COLOR 255 255 127 END END CLASS NAME "TYPE_NAME = Nương rẫy" EXPRESSION "Nương rẫy" STYLE OUTLINECOLOR 0 COLOR 0 255 END END CLASS NAME "TYPE_NAME = Rừng nghèo" EXPRESSION "Rừng nghèo" STYLE OUTLINECOLOR 0 COLOR 85 END END CLASS NAME "TYPE_NAME = Rừng phục hồi" EXPRESSION "Rừng phục hồi" STYLE O U T L INECOLOR 0 COLOR 85 255 127 END END CLASS NAME "TYPE NAME = Rừng trung bình" EXPRESSION "Rừng trung bình" STYLE OUTLINECOLOR 0 COLOR 17 0 END END CLASS NAME "TYPE_NAME - Rừng trồng" EXPRESSION "Rừng trồng" 68 STYLE OUTLINECOLOR 0 COLOR 170 END END CLASS NAME "TYPE_NAME = Đất trống" EXPRESSION "Đất trống" STYLE OUTLINECOLOR 0 COLOR 222 209 107 END END END END END # Map File Bước 4: Xây dựng hiển thị dừ liệu bán đồ ngôn ngữ PHP dựa phần mà nguồn m Ka-Map Kết thực sau: WebBrovvstit I Ạ HTTP Request Web Server I O utpuU PE G PN’G G if SWF Rccuest PH P PerL Java Map Script API layer MapserverC Function * Layíi» Vector Raster GIS Dst.ĩ \ \ \ ^DSTGIStPoSvCi^csql;- Oracle H ình ỉ M õ hình p h t triển w ebsite hau í' m apserver lie n th m i d o i t il n v u f f t i I titty, ĩw *"í o f * j i c*> ; G {jookrrkarki êjr -1 Co «o du bru theo d t *ể ngun rwg D B FM M fi.tll.t f i» H « « X«hí>o» xpũk y e ip Ạ Co so du lieu thạo - Gâ -c- K irri 001 H a t x H ỵ : a o & )/Y » n « p / # T '"'■ QQ JKLfW M ap In fo K im bol K e y m o p C o o rd s - 4*1 5; ã i2 ùô i i i-T> F x tan ts ỵT iï'-i T 'i t 50< *lin Í - I’ * * ? ố>2 rằ-ô i'JMr-l? ôT.-v y *ằ-.ã.ã -H1 Vằ ợ h e a p p lic a tio n is io o d in q n i » a r rt H > a t t X r-v>d r seg a «virt'Mon» ♦ d»rf ♦ 5I*»W U» * al Dow* Hình 14 G iao diện w ebsite theo dõi tài nguyên rừng Bước 5: Xây dựng biêu đồ báo cáo biến động diện tích rirng Kết qua thực sau Biêu đô biên động theo năm Núi âà Mit nước Rừng Cây nống Rưng phục hôi nghièp trung binh Rứhg nghèo Nương ray it trơng cóng nghiêp Nãm I 200S 200? t r 2009 \ * Hình 15 Kèt qua hiên động bàng biêu Diri cư RÙTig trơng Đãt khác 71 • Mt»itang »»•* ' o *>u/n*tHôto4 % ?r*ớP! r.tùfc **ãô.ằ ôã*-:imvvnt,')ằ!ằt V u • *i %■ ttlj'IrillF B iế n (lộ n g d iệ n tíc h Đối tưi>112 Nul da M.ìt nưoc Rưrm phuc