CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH VÀ GIS
2.4.Kiến trúc hệ 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