Theo nhiều khảo sát cho thấy, hiê ̣u năng của Yii Framework đa ̣t đƣợc khá cao so với các Framework PHP khác.
Hình 8: Khảo sát hiệu năng của Yii Framework với các PHP Framework khác [30] 2.3.4. ArcGIS Javascript MapAPI
ArcGIS Javascript API là mô ̣t API đƣợc phát triển bởi hãng ESRI đƣợc viết bằng ngôn ngƣ̃ Javascript trên bô ̣ thƣ viê ̣n Dojo Toolkit dùng để phát triển các ƣ́ng dụng GIS có hiệu năng cao . API này cho phép ngƣời dùng h oă ̣c nhƣ̃ng nhà phát triển ƣ́ng du ̣ng WebGIS có thể đƣa bản đồ lên trên trang Web của mình mô ̣t cách dễ dàng.
ArcGIS Javascript API có thể đƣợc thƣ̣c thi trên nhiều nền tảng , nhiều trình duyê ̣t khác nhau mà không cần phải sƣ̉ du ̣ng các Plug-in đi kèm. Bên ca ̣nh đó, nhờ viê ̣c tích hợp bô ̣ thƣ viê ̣n Dojo Toolkit thì nhƣ̃ng nhà phát triển ƣ́ng du ̣ng WebGIS có thể xây dựng giao diện cho ngƣời dùng một cách dễ dàng và nhanh chóng. Đồng thời, API này hỗ trợ ma ̣nh mẽ trong viê ̣c xây dƣ̣ng các chƣ́c năng tƣơng tác với bản đồ nhƣ hiển thi ̣ các đối tƣợng đồ ho ̣a , hiển thi ̣ các di ̣ch vu ̣ bản đồ của ArcGIS Server, thƣ̣c hiê ̣n các phép phân tích không gian, tìm kiếm dữ liệu trên bản đồ.
Hình 9: Ví dụ ứng dụng GIS được xây dựng bằng ArcGIS Javascript API
2.4. Kiến trúc hê ̣ thống
Hình 10: Quy trình chiết xuất thông tin cháy rừng gần thời gian thực
Quy trình chiết xuất thông tin cháy rƣ̀ng đƣợc mô tả nhƣ sau:
-Hàng ngày, Ảnh vệ tinh MODIS sẽ đƣợc thu thập từ trạm thu của Đại học Công Nghê ̣ – Đa ̣i ho ̣c Quốc Gia Hà Nô ̣i.
-Ngay khi nhận đƣợc ảnh, module sử dụng thuật toán chiết xuất điểm nóng của NASA sẽ đƣợc kích hoạt tức thì để lấy thông tin điểm có nguy cơ cháy.
-Khi các thông tin điểm cháy đƣợc chiết xuất sẽ đƣợc kết hợp với các dƣ̃ liê ̣u về ranh giới hành chính cấp xã của Việt Nam và dữ liệu lớp phủ rừng của Việt Nam sƣ̉ du ̣ng thuâ ̣t toán “ Ray Casting” (xác định một điểm nằm trong một vùng) để lọc ra các điểm là cháy rƣ̀ng.
-Tiếp đó, thông tin điểm cháy sẽ đƣợc kết hợp với thông tin về lƣợng mƣa, tốc độ gió, hƣớng gió, nhiệt độ đƣợc thu thập theo thời gian thực thông qua dữ liệu trực tuyến đƣợc lấy từ http://www.openweathermap.org/. Đây là trang web chuyên cung cấp các dữ liệu khí tƣợng thời gian thực thông qua các trạm đo khí tƣợng và các thông tin đƣợc trích xuất từ ảnh vệ tinh MODIS.
-Các dữ liệu sau đó sẽ đƣợc lƣu vào cơ sở dữ liệu và dịch vụ bản đồ của ArcGIS Server sử dụng công nghệ WebSocket kết nối đến CSDL điểm cháy sẽ đƣợc tự động cập nhật và hiển thị ngay lập tức mà không cần phải tải lại Hệ thống để ngƣời dùng có thể theo dõi dữ liệu điểm cháy gần thời gian thực.
Dƣới đây là mã giả của quy trình trích xuất dữ liệu điểm cháy:
function importHotspotFromMODISToDatabase(modis_image_url){ var hotspots = array();
hotspots = extractHotspotFromMODIS(modis_image_url); //
Extract hotspots from MODIS MOD14 Image
hotspots = joinHotspotWithRegionData(hotspots); // Return joined hotspots by each region (province, district, commune)
hotspots = joinHotspotWithMeteoData(hotspots); // Return joined hotspots with real time meteo data from OpenWeatherMap
hotspots = joinHotspotWithForestCoverData(hotspots); //
Return joined hotspot in Forest Cover Region foreach(hotspots as hotspot)
if(chechHotspotWarningInfo(hotspot) == true)
sendWarningEmailToUser(hotspot); // Check if
hotspot in interest region of user to send warning email
pushHotspotToDatabase(hotspot); // Import hotspot data to Database
}
2.4.2. Thuật toán phát hiện điểm cháy
Sự khác biệt giữa một khu vực đang cháy và khu vực có nguy cơ cháy đƣợc xác định bởi cƣờng độ của đám cháy, nhiệt độ và nồng độ phát thải. Một số nghiên cứu cho thấy, nồng độ phát thải từ một khu vực đang cháy cao gấp 2 – 3 lần so với nồng độ phát thải tại một khu vực có nguy cơ cháy. Đây là một dấu hiệu quan trọng để phân biệt sự khác nhau của các giai đoạn phát hiện cháy. Thuật toán phát hiện điểm cháy trong hệ thống là thuật toán ATBD MOD14 của NASA sử dụng các kênh ở bƣớc sóng 4um là kênh 21, 22 và 11um là kênh 31 đƣợc kí hiệu lần lƣợt là T4 và T11 của ảnh MOD14. Ngoài ra kênh 32 ở bƣớc sóng 12um, kí hiệu là T12
đƣợc sử dụng cho việc lọc mây của ảnh MOD14, các kênh 1, 2, 7 đƣợc sử dụng cho việc loại bỏ các thông tin điểm cháy sai sau khi đƣợc trích xuất.
Bảng 3: Bảng mô tả các kênh của ảnh vệ tinh MOD14 sử dụng trong thuật toán
Kênh Bƣớc Sóng
(um) Mục Đích Sử Dụng
1 0.65 Loại bỏ thông tin điểm cháy sai. Lọc mây. 2 0.86 Loại bỏ thông tin điểm cháy sai. Lọc mây. 7 2.1 Loại bỏ thông tin điểm cháy sai.
21 3.96 Phát hiện cháy. 22 3.96 Phát hiện cháy.
31 11 Phát hiện cháy. Lọc mây. 32 12 Lọc mây.
Các hàm đƣợc sử dụng cho trong thuật toán bao gồm: - Hàm lọc mây:
P1 + P2 > 0.9. T12 < 265K.
P1 + P2 > 0.7 và T12 < 285K.
- Hàm phát hiện điểm cháy tiềm tàng:
T4 > 310K và ∆T > 10K và P2 < 0.83 vào ban ngày. T4 > 305K và ∆T > 10K và P2 < 0.83 vào ban đêm. Với ∆T = T4 – T11.
- Hàm phát hiện điểm cháy: T4 > 360K vào ban ngày. T4 > 320K vào ban đêm.
Một cửa sổ trƣợt 3x3 sẽ đƣợc sử dụng để duyệt qua các pixel của ảnh vệ tinh MOD14 và sử dụng các hàm trên để lọc ra các pixel điểm cháy.
Hình 11: Kiến trúc tổng thể của hê ̣ thốngthông tin giám sát cháy rừng gần thời gian thực
2.5. Chuẩn hóa dữ liệu không gian
Chuẩn hóa CSDL không gian là một công việc hết sức cần thiết để đảm bảo cho việc tích hợp, xử lý và khai thác một cách tốt nhất CSDL. Đây thực sự là một vấn đề hết sức khó khăn, bởi lẽ tình trạng dữ liệu hiện có cũng nhƣ trình độ quản lý, sử dụng chúng đang còn tồn tại nhiều bất cập. Công tác chuẩn hóa, xây dựng bộ chuẩn đòi hỏi nhiều nguồn lực, cơ sở pháp lý và mức độ quan tâm, thống nhất của rất nhiều thành phần kinh tế xã hội chứ không đơn thuần các đơn vị quản lý Nhà nƣớc về tài nguyên và môi trƣờng và cũng không chỉ giới hạn trong ngành Tài nguyên và Môi trƣờng (MONRE và DONRE).
Hiện nay, trên thế giới đã có khá nhiều các hệ quản trị cơ sở dữ liệu hay các phần mềm lƣu trữ, quản lý phân tích dữ liệu khác nhau, và tập trung vào các dữ liệu về đời sống xã hội, kinh tế, chính trị, văn hóa, và một số ngành khoa học. Tuy nhiên, việc lƣu trữ và quản lý vẫn chƣa đƣợc phát triển do một số nguyên nhân sau:
-Số liệu đƣợc lƣu trữ không đồng bộ, với nhiều định dạng khác nhau, -Khuôn thức lƣu trữ cũng không thống nhất, không nhất quán về bố cục, -Rất khó tập hợp dữ liệu về một dạng chuẩn, và quản lý dữ liệu theo hệ thống, -Chƣa có đánh giá rõ ràng về chất lƣợng của số liệu.
Tổ chức chuẩn hóa quốc tế ISO (International Organization for Standard) là một tổ chức chuẩn hóa lớn nhất thế giới đã đƣợc đƣa ra những chuẩn đƣợc áp dụng rộng rãi nhất hiện nay. ISO bao gồm một mạng lƣới các viện tiêu chuẩn quốc gia của 157 nƣớc với một ban thƣ kí Trung ƣơng tại Neveda Thụy Sĩ. ISO là một tổ chức phi chính phủ với hình thức là cầu nối giữa các lĩnh vực cộng đồng và cá nhân.
Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ISO thúc đẩy sự phát triển của sản xuất, sự cung cấp các sản phẩm và dịch vụ hiệu quả hơn, trao đổi dễ dàng hơn; là nơi chia sẻ các tiến bộ khoa học kĩ thuật và các kinh nghiệm quản lý, nơi bảo vệ nhà sản xuất và ngƣời tiêu dùng.
Các tiêu chuẩn của ISO đƣợc phát triển bởi các ủy ban kĩ thuật (Technical Committees-TC). Ủy ban kĩ thuật gồm 26 tiểu ban, đƣa ra các tiêu chuẩn cho tất cả các ngành công nghiệp, kĩ thuật, thƣơng mại, v.v, trong đó tiểu ban 211 (TC/211) là tiểu ban ban hành các tiêu chuẩn trong lĩnh vực thông tin địa lý, bộ tiêu chuẩn mang mã hiệu ISO-19100.
Bộ tiêu chuẩn ISO/TC211 có nhiều nội dung liên quan đến lĩnh vực thông tinđịa lý. Các tiêu chuẩn này cũng thƣờng xuyên đƣợc cập nhập và thay đổi phù hợp với sự phát triển của khoa học.
STT Chuẩn xây dựng CSDL thông
tin địa lý Bộ tiêu chuẩn ISO-19100
1 Chuẩn ngôn ngữ mô hình hóa sử dụng trong thông tin địa lý
ISO/TS 19103 Geographic Information – Conceptual schema Language
2 Chuẩn lƣợc đồ dữ liệu không gian
ISO/DIS 19107 Geographic Information – Spatial schema
3 Chuẩn quy tắc xây dựng lƣợc đồ ứng dụng
ISO/DIS 19109 Geographic Information – Rules for Application schema
4 Chuẩn phƣơng pháp xây dựng danh mục đối tƣợng địa lý
ISO/FDIS 19110 Geographic Information- Methodology for Feature Cataloguing
5 Chuẩn nguyên tắc đánh giá chất lƣợng dữ liệu địa lý
ISO/ 19114 Geographic Information – Quality evaluation procedures
6 Chuẩn siêu dữ liệu ISO 19115 Geographic Information – Metadata
7 Chuẩn trình bày dữ liệu địa lý ISO 19117 Geographic Information – Portrayal
8 Chuẩn hệ quy chiếu tọa độ ISO 19111 Geographic Information – Spatial Referencing by Coordinates
9 Chuẩn mã hóa dữ liệu ISO 19118 Geographic Information – Endcoding
10 Chuẩn trao đổi dữ liệu ISO 19136 Geographic Information – Geography Mark-up Language
Từ các chuẩn đó tác giả đã tiến hành chuẩn hóa dữ liệu địa lý cho khu vực nghiên cứu của mình phù hợp với các chuẩn đã đƣợc ban hành.
Chuẩn về mô hình dữ liệu xác định cách thức mô tả và lƣu trữ thông tin trong hệ thống. Các đối tƣợng địa lý đƣợc mô tả bằng các mô hình dữ liệu không gian
(spatial data model) còn dữ liệu thuộc tính của chúng thông thƣờng đƣợc mô tả bằng mô hình dữ liệu quan hệ. Chuẩn về mô hình cơ sở dữ liệu cho vƣờn là mô hình cơ sở dữ liệu không gian (Spatial Database). Cơ sở dữ liệu không gian (Spatial Database) là một mô hình hƣớng đối tƣợng, cho phép tích hợp thông tin địa lý và thông tin thuộc tính trong cùng một cơ sở dữ liệu theo mô hình dữ liệu quan hệ. Một số hãng phát triển GIS trên thế giới đã có những sản phẩm theo hƣớng CSDL không gian nhƣ ESRI, ORACLE, Intergraph, MapInfo.
Dữ liệu lƣu trong cơ sở dữ liệu phải đảm bảo tính Topology của chúng. Yêu cầu này đƣợc xem xét đến khi số hoá hay khi chỉnh sửa bản đồ.
Số liệu bản đồ số phải đƣợc kiểm tra và sửa lỗi theo yêu cầu của mô hình topology.
- Đƣờng ranh giới vùng tạo thành đƣờng bao của luôn đảm bảo tính khép kín tuyệt đối về toạ độ.
Hình 12: Mô tả tính khép kín của dữ liệu
- Các đƣờng ranh giới không đƣợc phép giao nhau, phải luôn cắt nhau tại đầu hoặc cuối đƣờng (tại điểm nút NODE).
Hình 13: Mô tả tính giao nhau của dữ liệu
- Đƣờng ranh giới cần phải đƣợc quản lý nhƣ một đối tƣợng độc lập và có thể gán độ rộng. Khi một đƣờng ranh giới có nhiều đoạn có độ rộng khác nhau cần thiết
phải tách ra thành các đƣờng đối tƣợng khác nhau.
Hình 14: Mô tả về tính đồng bộ của độ rộng của dữ liệu
- Các đối tƣợng vùng khép kín (rừng, hành chính) phải đƣợc mô tả theo mô hình dữ liệu Topology (mô hình có cấu trúc), không mô tả các các đối tƣợng hình học dạng vùng (mô hình không có cấu trúc).
Hình 17: Lỗi chưa tiếp biên và trùng lặp dữ liệu
Để kiểm tra lỗi và sửa lỗi thủng hay lỗi chồng đè dữ liệu, v.v (topology) cho các đối tƣợng thì cần thực hiện theo các bƣớc dƣới đây sử dụng phần mềm ArcGIS Desktop của hãng ESRI:
Bƣớc 1: Click chuột phải vào Dataset muốn check topo nhƣ hình sau.
Hình 18: Các bước tạo Topology
Hình 19: Lựa chọn class để kiểm tra lỗi Topology
Click Next và lựa chọn luật topology để kiểm tra. Click OK.
Hình 20: Lựa chọn Rule để kiểm tra lỗi Topology
Click NextFinish. Màn hình hiển thị thông báo validate dữ liệu. Click OK.
Hình 21: Màn hình hiển thị thông báo kiểm tra dữ liệu
Hình 22: Màn hình hiển thị vị trí lỗi dữ liệu
Click vào biểu tƣợng để mở bảng thuộc tính bị lỗi.
Hình 23: Bảng thuộc tính kiểm tra lỗi của dữ liệu
Sau khi kiểm tra lỗi các đối tƣợng ta tiến hành sửa từng đối tƣợng bị lỗi ở trên. Việc sửa lỗi nhanh hay chậm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ: lỗi có nhiều hay không, độ phức tạp của loại lỗi gặp phải, v.v.
Hình 24: Tìm và chỉnh sửa dữ liệu
Chuẩn hóa dữ liệu là bƣớc quan trọng nhất. Việc sửa các lỗi trên cần phải có các công cụ để sửa lỗi và chuẩn hóa dữ liệu bao gồm: cắt, ghép, gộp, dán, sao chép, tạo mới, xóa các đối tƣợng ở 4 dạng điểm, đƣờng, vùng và dạng chữ. Nếu dữ liệu không đƣợc chuẩn hóa sẽ dẫn đến việc cung cấp các thông tin sai lệch, đặc biệt là các thông tin về ranh giới hành chính dẫn đến việc cảnh báo sai cho ngƣời dùng và các nhà quản lý sử dụng hệ thống.
2.6. Cấu trúc cơ sở dƣ̃ liê ̣u
Dƣới đây là sơ đồ bảng quan hệ của cơ sở dữ liệu trong hệ thống:
Hình 25: Sơ đồ bảng quan hệ của hệ thống
Dƣới đây là mô tả thông tin của các bảng dƣ̃ liê ̣u trong hê ̣ thống:
Bảng 5: Bảng cấu trúc dữ liệu thông tin điểm cháy
# Tên Trƣờng Kiểu Dƣ̃ Liê ̣u Mô Tả
2 confidence NUMERIC Độ tin cậy (%) với:
- 10% 40%: Độ tin cậy thấp.
- 40% 70%: Độ tin cậy trung bình.
- 70% 90%: Độ tin cậy cao. 3 wind_speed NUMERIC Tốc độ gió
4 wind_direction NUMERIC Hƣớng gió 5 temperature NUMERIC Nhiệt độ 6 humidity NUMERIC Độ ẩm
7 modis_path VARCHAR Đƣờng dẫn ảnh vệ tinh MODIS MOD14
8 landsat_path VARCHAR Đƣờng dẫn ảnh vệ tinh LANDSAT8
9 acq_date DATE Ngày thu thập 10 acq_time DATETIME Thời gian thu thập 11 province_id INT Mã tỉnh
12 district_id INT Mã huyện 13 commune_id INT Mã xã
14 forest_id INT Mã loại rừng
15 is_validated BOOLEAN Đã đƣợc kiểm chứng hay chƣa 16 user_id VARCHAR Mã ngƣời kiểm chứng
17 description VARCHAR Thông tin mô tả 18 geometry GEOMETRY Geometry
Bảng 6: Bảng cấu trúc dữ liệu ranh giới hành chính cấp tỉnh
# Tên Trƣờng Kiểu Dƣ̃ Liê ̣u Mô Tả
1 id INT Mã tỉnh (khóa chính) 2 province_name NUMERIC Tên tỉnh
Bảng 7: Bảng cấu trúc dữ liê ̣u ranh giới hành chính cấp huyê ̣n
# Tên Trƣờng Kiểu Dƣ̃ Liê ̣u Mô Tả
1 id INT Mã huyện (khóa chính) 2 district_name VARCHAR Tên huyện
3 province_id INT Mã tỉnh 4 geometry GEOMETRY Geometry
Bảng 8:Bảng cấu trúc dữ liê ̣u ranh giới hành chính cấp xã
# Tên Trƣờng Kiểu Dƣ̃ Liê ̣u Mô Tả
1 id INT Mã xã (khóa chính) 2 commune_name VARCHAR Tên xã
3 province_id INT Mã tỉnh 4 district_id INT Mã huyện 5 geometry GEOMETRY Geometry
Bảng 9: Bảng cấu trúc dữ liệu loại rừng năm 2010
# Tên Trƣờng Kiểu Dƣ̃ Liê ̣u Mô Tả
1 id INT Mã loại rừng (khóa chính) 2 forest_name VARCHAR Tên loại rừng
4 geometry GEOMETRY Geometry
Bảng 10: Bảng cấu trúc dữ liệu ảnh vệ tinh
# Tên Trƣờng Kiểu Dƣ̃ Liê ̣u Mô Tả
1 id INT Mã ảnh (khóa chính) 2 filename VARCHAR Tên ảnh
3 acq_date DATE Ngày thu thập 4 acq_time DATETIME Thời gian thu thập 5 satellite VARCHAR Vệ tinh
Bảng 11: Bảng cấu trúc dữ liệu đăng kí thông tin cảnh báo
# Tên Trƣờng Kiểu Dƣ̃ Liê ̣u Mô Tả
1 id INT Mã đăng kí (khóa chính) 2 fullname VARCHAR Tên ngƣời đăng kí
3 email VARCHAR Địa chỉ email 4 address VARCHAR Địa chỉ
5 phone VARCHAR Điện thoại 6 province_id INT Mã tỉnh 7 district_id INT Mã huyện 8 commune_id INT Mã xã
Bảng 12: Bảng cấu trúc dữ liệu người dùng