3.3 NÂNG CẤP HỆ THỐNG FIRMS PHỤC VỤ QUẢN LÝ THÔNG TIN
3.3.4 Tích hợp dữ liệu trạm thu Đại học Công Nghệ ĐHQG Hà Nội
Trạm thu ảnh viễn thám MODIS/NPP của trung tâm FIMO thuộc Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nộisẽ thu được ảnh MODIS4 lần trong một ngày đêm khi vệ tinh TERRA và AQUA bay qua tầm nhìn của Antenna.Vũng lãnh thổ mà Antennathu nhận được ảnh vệ tinh bao phủ toàn bộ lãnh thổ Việt Nam: gồm cả đất liền và vùng lãnh hải. Trạm thucó thể thu nhận và xử lý theo thời gian thực, chủ động về loại ảnh sản phẩm, cảnh ảnh cần thu nhận trên vùng không gian địa lý cần theo dõi, giám sát. Ngoài ra trạm thu có thể thu nhận và xử lý ảnh của các vệ tinh khác như NOAA, Soumi NPP…
Hình 3.12. Phần mềm Simulcast Viewer theo dõi tín hiệu ảnh thu trực tiếp khi vệ tinh bay vào vùng ăng ten có thể thu nhận
Hệ thống trạm thu hiện nay được cài đặt sử dụng thuật tốn trích xuất điểm nóng/cháy cho ra những kết quả sản phẩm điểm nóng cháy tương tự NASA nhưng thời gian nhanh hơn, chi tiết hơn với từng khu vực hành chính trên lãnh thổ Việt Nam. Một chương trình được thiết lập chạy tự động hàng giờ sử dụng sản phẩm điểm cháy dạng tệp TXT vàcập nhật tới cơ sở dữ liệu của hệ thống FIRMS.
Nội dung của tệp cấu hình cho dữ liệu từ trạm thu:
edu.umd.geog.firms.firemap.Database.Interface=edu.umd.geog.firms.fir emap.dbi.postgis.DatabaseInterfaceImpl edu.umd.geog.firms.firemap.Database.User=**** edu.umd.geog.firms.firemap.Database.Password=**** edu.umd.geog.firms.firemap.Database.URL=jdbc\:postgresql\://127.0.0. 1/firemap edu.umd.geog.firms.firemap.Loader.c5.Driver=edu.umd.geog.firms.firem ap.loader.impl.FTPLoadDriver
edu.umd.geog.firms.firemap.Loader.c5.Parser=edu.umd.geog.firms.firem ap.loader.impl.StandardFireDataSetNameParser edu.umd.geog.firms.firemap.Loader.c5.FTP.Host=112.137.129.222:8081/f irms edu.umd.geog.firms.firemap.Loader.c5.FTP.User=**** edu.umd.geog.firms.firemap.Loader.c5.FTP.Password=**** edu.umd.geog.firms.firemap.Loader.c5.FTP.Directory=FIRMS/Viet_Nam
Hình 3.13. Quy trình cập nhật tự động dữ liệu điểm nóng cháy
Chương trình lưu dấu vết dữ liệu cần tải về vào bảng load_statuscủa hệ thống. Dữ liệu
điểm cháy được tải vào cơ sở dữ liệu hệ thống hàng ngày, nếu thơng tin đã có trong hệ thống khơng thay đổi, chương trình sẽ bỏ qua. Nếu thơng tin có thay đổi hoặc chưa có trong hệ thống, dữ liệu chương trình sẽ được cập nhật lại. Tất cả các hoạt động cũng sẽ
được ghi trong bảng load_log.
Chương trình sẽ tải các dữ liệu điểm cháy vào cơ sở dữ liệu PostgreSQL nơi lưu trữ dữ liệu các điểm cháy. Chương trình nạp dữ liệu Firemap chịu trách nhiệm từng bước cập nhật dữ liệu với các điểm cháy mới trở thành các dữ liệu có sẵn từ vệ tinh.
Chương trình sẽ tìm danh sách điểm cháy hiện tại từ cơ sở dữ liệu, nếu 1 phiên bản điểm cháy được đánh dấu có thể dùng được, bộ nạp lấy một danh sách từ nguồn đầu
vào và tải tập tin vào cơ sở dữ liệu nếu nó là dữ liệu mới hoặc cập nhật cơ sở dữ liệu nếu các tập tin đã thay đổi. Nếu 1 thay đổi được làm bởi cơ sở dữ liệu, 1 dòng sẽ in ra trong file log và 1 mục chèn vào bảng load_log trong cơ sở dữ liệu. Bất kỳlỗi nào xảy ra cũng được ghi vào tập tin log.
Nội dung của tệp cấu hình cho dữ liệu tự động từ trạm thu:
0 * * * * java -jar /home/firms/webfiremapper/src/firemap- loader/dist/firemap-loader.jar /home/firms/webfiremapper/src/firemap- viewer/etc/firemap.properties 3.3.5 Email cảnh báo
Các thành phần của email thông báo cung cấp cho người sử dụng bằng cách đọc các dữ liệu mà người sử dụng mô tả. Thông tin người sử dụng bao gồm khu vực họ quan tâm, tần số cảnh báo (ngày/tuần/thời gian thực gần nhất), email cung cấp ưu tiên(chữ, ảnh)… Email thông báo bao gồm tóm tắt số điểm cháy được phát hiện, 1 bảng danh sách đính kèm của điểm cháy với thuộc tính của nó định dạng là Comma Seperated Value(.csv) như 1 file đính kèm. Bảng danh sách cũng bao gồm trong email thông báo nếu số điểm cháy được phát hiện nhỏ hơn giá trị mà người dùng nhập vào. Người dùng có thẻ mở dữ liệu .csv thơng qua bảng tính Microsoft Excel hoặc phần mềm GIS.
Hệ thống gửi Email cảnh báo được thiết lập trên máy chủ FIRMS thuộc đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội sẽ tự động gửi dữ liệu mới nhất hàng giờ có thay đổi đến người sử dụng.
Chương 4
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
4.1 Thực nghiệm và kết quả thuật tốn trích xuất điểm nóng cháy.
Thuật tốn được cài đặt trên máy chủ của trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội theo địa chỉ: 112.137.130.32:22.
Đầu vào của thuật toán: MOD021KM.A2014175.0455.006.2014175131155.hdf MOD03.A2014175.0455.006.2014175115526.hdf
Kết quả đầu ra của thuật tốn: MOD14.A201475.0455.006.2014175131155.hdf
Hình 4.2. Kết quả của thuật toán được xem trên phần mềm QGIS
4.2 Thực nghiệm và kết quả hệ thống.
Bảng sau mô tả những kết quả đạt được về việc phát triển nâng cấp hệ thống FIRMS trên lãnh thổ Việt Nam.
Bảng 4.1. Mô tả cơ bản hệ thống FIRMS NASA và FIRMS UET
STT FIRMS NASA FIRMS UET
1 Ngôn ngữ hiển thị trên hệ thống là tiếng Anh
Ngôn ngữ hiển thị trên hệ thống là tiếng Việt.
2 Trung tâm hệ thống là giao diện bản đồ toàn Thế giới
Trung tâm hệ thống là giao diện bản đồ Việt Nam
3 Chưa có thơng tin các vùng miền trên lãnh thổ Việt Nam
Hiển thị các đường ranh giới các khu vực hành chính trên lãnh thổ Việt Nam.
Hiển thị thông tin bản đồ hành chính từng vùng quận huyện, tỉnh thành trên lãnh thổ Việt Nam.
4 Dữ liệu được lấy toàn Thế giới Dữ liệu được lấy tự động qua trạm thu ảnh vệ tinh của Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội
Hệ thống được cài đặt trên máy chủ của trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội theo địa chỉ: http://112.137.129.222:8081/firemap. Các thông số chi tiết
bao gồm: - Processor: 4 - RAM: 2GB - OS: CentOS 6.6 - Bộ nhớ ngồi: 30GB - Cơ sở dữ liệu: PostgreSQL
Hình 4.4. Hình ảnh hệ thống FIRMS UET
Hình 4.6. Hình ảnh hệ thống FIRMS UET và thơng tin chi tiết điểm nóng cháy
4.3 Hướng nghiên cứu tiếp theo
Việc nghiên cứu trong thời gian tiếp theo tập trung:
- Cải thiện thuật tốn trích xuất điểm nóng/cháy để thích hợp với từng vùng miền khí hậu, khu vực riêng khác nhau.
- Nghiên cứu những ứng dụng khác của ảnh vệ tinh MODIS về khơng khí, biển ... - Cải tiến hệ thống: Thống kê diện tích rừng che phủtheo từng khu vực như rừng
KẾT LUẬN
Với đề tài luận văn “Nghiên cứu thuật tốn trích xuất điểm nóng/cháy từ ảnh vệ tinh và ứng dụng trong hệ thống thơng tin cháy rừng”, tác giả đã tìm hiểu các vấn đề liên quan đến viễn thám, ảnh vệ tinh, thuật tốn trích xuất điểm nóng cháy và hướng sử dụng kết quả của thuật tốn trong hệ thống thơng tin cháy rừng. Qua kết quả nghiên cứu đề tài đưa ra một số kết luận:
Có thể sử dụng các giải pháp mã nguồn mở để xây dựng một hệ thống theo dõi, giám sát tài nguyên và xây dựng cơ sở dữ liệu không gian, website quản lý trực tuyến. Các kết quả đạt được trong đề tài bao gồm:
- Về lý thuyết:
+ Tìm hiểu, làm rõ các khái niệm liên quan đến ảnh vệ tinh và ở đây chú trọng đến ảnh vệ tinh MODIS.
+ Tìm hiểu về thuật tốn trích xuất điểm nóng/cháy dựa vào các tư liệu ảnh vệ tinh MODIS.
- Về thực tiễn:
+ Nghiên cứu hệ quản trị cơ sở dữ liệu mã nguồn mở PostgreSQL và thành phần mở rộng PostGIS để lưu trữ dữ liệu không gian xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên rừng.
+ Nghiên cứu MapServer làm công cụ hiển thị chia sẻ dữ liệu hệ thống thông tin địa lý trên nền web.
+ Cài đặt và phát triển hệ thống thông tin cháy rừng FIRMS trên lãnh thổ Việt Nam tại máy chủ trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội.
Về cơ bản đề tài luận văn đã đạt được những yêu cầu trong việc nghiên cứu thuật tốn trích xuất điểm nóng cháy và ứng dụng trong hệ thống thông tin. Tuy nhiên kết quả của thuật tốn vẫn chưa chính xác hồn tồn và hệ thống chưa đáp ứng được nhiều thông tin thuận tiện cho những đơn vị chức năng khác nhau.
Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài là cải tiến hệ thống dựa vào những nghiên cứu, ứng dụng khác của ảnh vệ tinh MODIS và hiển thị thêm thông tin đáp ứng cho những vùng miền khác nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
I. Tài liệu Tiếng Việt
[1] Nguyễn Ngọc Thạch, Cơ sở viễn thám, Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà
Nội, 2005.
[2] Nguyễn Khắc Thời, Giáo trình viễn thám, Đại học Nơng Nghiệp Hà Nội, 2011.
[3] Lê Văn Trung, Viễn thám, NXB ĐHQG TPHCM, 2010.
[4] KS. Nguyễn Hồng Quảng, KS. Nguyễn Hồng Minh, KS. Nguyễn Thu Hà, KS.
Nguyễn Thanh Hải, TS. Trần Hùng, Thu nhận và sử dụng dữ liệu MODIS phục
vụ quản lý lửa rừng tại Việt Nam, 2008.
II. Tài liệu Tiếng Anh
[5] Christopher Justice, Louis Giglio, Luigi Boschetti, David Roy, Ivan Csiszar,
Jeffrey Morisette, and Yoram Kaufman, "Algorithm Technical Background
Document," 2006.
[6] Yoram J. Kaufman, Christopher O. Justice, Luke P. Flynn, Jackie D. Kendall, Elaine M. Prins, Louis Giglio, Darold E. Ward, W. Paul Menzel, and Alberto
W. Setzer, "Potential global fire monitoring from EOS-MODIS," 1998.
[7] C.O. Justice, L. Giglio, S. Korontzi, J. Owens, J.T. Morisette, D. Roy, J.
Descloitres, S. Alleaume, F. Petitcolin, Y. Kaufman, "The MODIS fire
products," 2002.
[8] Louis Giglio, Jacques Descloitres, Christopher O. Justice, Yoram J. Kaufman,
"An Enhanced Contextual Fire Detection Algorithm for MODIS," 2003.
[9] Z. Li, Y. J. Kaufman, C. Ichoku, R. Fraser, A. Trishchenko, L. Giglio, J. Jin, X.
Yu, "A Review of AVHRR-based Active Fire Detection Algorithms: Principles,
Limitations, and Recommendations," 2000.
III. Internet
[10] "MapServer," [Online]. Available: http://mapserver.org. [11] "PostgreSql," [Online]. Available: http://www.postgresql.org. [12] "PostGIS," [Online]. Available: http://postgis.net.
[13] "FIRMS," [Online]. Available: https://earthdata.nasa.gov/data/near-real-time- data/firms.
[14] "Global Fire Monitoring Center (GFMC)," [Online]. Available: http://www.fire.uni-freiburg.de/.
http://cwfis.cfs.nrcan.gc.ca/home.
[16] "EFFIS," [Online]. Available: http://forest.jrc.ec.europa.eu/effis/.
[17] "Active Fire Mapping Program," [Online]. Available: http://activefiremaps.fs.fed.us/.
[18] "Fire Watch," [Online]. Available: http://www.kiemlam.org.vn/dubaochay/. [19] "Direct Readout," [Online]. Available: http://directreadout.sci.gsfc.nasa.gov/.
PHỤ LỤC
DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục số 2.1 : Một số loại ảnh vệ tinh
Phụ lục số 3.1 : Cài đặt hệ thống trên Server Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội
Phụ lục 2.1. Một số loại ảnh vệ tinh
Ảnh hàng không: Từ năm 1858 bắt đầu sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh nhằm mục đích thành lập bản đồ địa hình. Những bức ảnh hàng khơng đầu tiên được chụp từ máy bay được Wilbur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia. Từ đó đến nay, phương pháp sử dụng ảnh hàng không là phương pháp được sử dụng rộng rãi.
Ảnh vệ tinh Landsat: LANDSAT là vệ tinh tài nguyên do cơ quan vũ trụ và hàng không quốc gia Mỹ quản lý (NASA). Cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh LANDSAT được nghiên cứu phát triển. Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu hiện trạng đến giám sát biến động.Trên vệ tinh LANDSAT đầu thu có ý nghĩa quan trọng nhất và được sử dụng nhiều nhất là Thematic Mapper gọi tắt là TM có độ phân giải 28m, 1 kênh toàn sắc độ phân giải 15m và 1 kênh hồng ngoại nhiệt. Vệ tinh LANDSAT bay ở độ cao 705km, mỗi cảnh TM có độ bao phủ mặt đất là 185km x 170km với chu kỳ chụp lặp là 16 ngày. Có thể nói, TM là đầu thu quan trọng nhất trong việc nghiên cứu tài nguyên và môi trường. Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM trên vệ tinh LANDSAT:
Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM
Kênh phổ Bước sóng (μm) Phổ điện từ Độ phân giải (m)
Kênh 1 0,45 – 0,52 Chàm 30
Kênh 2 0,52 – 0,60 Lục 30
Kênh 3 0,63 – 0,69 Đỏ 30
Kênh 4 0,76 – 0,90 Cận hồng ngoại 30
Kênh 5 1,55 - 1,75 Hồng ngoại 30
Kênh 6 10,4 – 12,5 Hồng ngoại nhiệt 120
Kênh 7 2,08 – 2,35 Hồng ngoại trung 30
Ảnh vệ tinh SPOT: Vào đầu năm 1978 chính phủ Pháp quyết định phát triển chương trình SPOT với sự tham gia của Bỉ và Thụy Điển. Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu Không gian của Pháp chế tạo và phát triển; bao gồm vệ tinh đầu tiên SPOT-1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5 lần lượt được đưa vào quỹ đạo các năm 1990, 1993, 1998 và 2002 trên đó mang hệ thống quét CCD. Ảnh SPOT tương đối đa dạng về dải phổ và độ phân giải không gian từ thấp, trung bình đến cao (5m - 1km), trường phủ mặt đất của ảnh SPOT cũng tương đối đa dạng từ 10km x 10km đến 200km x 200km. Đặc tính của ảnh SPOT là cho ra các cặp ảnh phủ chồng cho phép nhìn đối tưởng nổi trong khơng gian ba chiều, giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất, các yếu tố địa hình đạt kết quả cao.
Ảnh vệ tinh COSMOS và RESURS-01: Tư liệu ảnh viễn thám COSMOS gồm có 2 loại. Thứ nhất là ảnh độ phân giải cao có độ cao bay chụp 270km, máy ảnh tiêu cự 1.000mm, kích thước ảnh 30cm x 30cm, độ phủ dọc trên 60%, độ phân giải mặt đất 6m - 7m. Thứ hai là ảnh độ phân giải trung bình có độ cao bay chụp 250km, máy ảnh tiêu cự 200mm, kích thước ảnh 18cm x 18cm, độ phủ dọc trên 60%, độ phân giải mặt
đất 30cm, chụp ở 3 phổ là lục (0,51mm - 0,60mm), đỏ (0,60mm - 0,70mm), cận hồng ngoại (0,70mm - 0,85mm).
Ảnh ASTER: Ảnh ASTER được thu từ bộ cảm ASTER đặt trên vệ tinh Terra, độ phủ của ảnh là 60km. Bộ cảm ASTER được cấu thành từ 3 hệ phụ riêng rẽ, mỗi hệ phụ hoạt động trên một hệ quang riêng biệt. Các hệ phụ này là nhìn thấy và hồng ngoại gần (VNIR), bao gồm các kênh phổ 1-3, hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) gồm các kênh phổ 4-9 và hồng ngoại nhiệt (TIR) gồm các kênh phổ 10-14.
Các ứng dụng chính của ảnh ASTER: Quan sát đất liền, biển, mặt tuyết, quá trình mây; nghiên cứu về động lực và cấu trúc của thực vật; nghiên cứu về cân bằng phóng xạ của khí quyển, mây và sự mở rộng và đặc tính tầng đối lưu; xác định nồng độ và biến động của các khí nhà kính; nghiên cứu về núi lửa và các quá trình bề mặt của trái đất.
Ảnh AVHRR: Ảnh được thu từ vệ tinh NOAA là vệ tinh nghiên cứu khí tượng. Cảm biến NOAA/AVHRR có 2 điểm mạnh để phát hiện cháy:
- Cung cấp thông tin theo dõi hàng ngày của vệ tinh ở độ phân giải trung bình (khoảng 1km), dữ liệu này rất quan trọng trong việc giám sát các đám cháy.
- Có phổ rộng bao gồm phổ nhìn thấy (0.63µm), cận hồng ngoại (0.83µm), hồng ngoại trung (3.75µm) và các giải tần nóng (10-12µm). Mỗi kênh gắn với một thuộc tính nào đó của đám cháy nhưng với thơng tin khác nhau.
Dữ liệu của ảnh có tính chất tồn cầu được đưa về độ phân giải 4km và được cung cấp một ngày một lần trên dải sóng nhìn thấy và dải phổ hồng ngoại, trường phủ mặt đất của ảnh là 2400km. Dữ liệu ảnh NOAA dùng trong việc lập bản đồ nhiệt độ, tuyết phủ, điều tra lụt, nghiên cứu thực vật, phân tích độ ẩm đất trên cấp độ khu vực, lập bản đồ nhiên liệu, tìm kiếm cháy, lập bản đồ bụi và bão cát, nghiên cứu biến đổi khí hậu và các ứng dụng trong địa chất như nghiên cứu núi lửa, nghiên cứu mạng lưới sơng suối có tính chất khu vực và các yếu tố khác. Ảnh NOAA đã được sử dụng để nghiên cứu thực vật trên diện rộng. Các kênh phổ được sử dụng trong nghiên cứu nằm trong dải sóng nhìn thấy (0,58µm - 0,68µm) và kênh 2 dải sóng hồng ngoại gần (0,73µm - 1,1µm).
Phụ lục 3.1. Cài đặt hệ thống trên Server Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội
1) Cài với quyền root
Các gói thư viện cần được cài đặt trước (nếu chưa có) Cài đặt qua mạng với “yum”
yum install libpng libpng-devel (Nhấn Enter)
yum install freetype yum install gd gd-devel yum install zlib
yum install giflib-devel yum install gcc
Ví dụ:
Cài các gói phần mềm:
2) Bước 1: Cài đặt gói proj - Download và extract tại thư mục /opt