Tiến Sĩ Nghiên cứu thuật toán trích xuất điểm nóng/cháy từ ảnh vệ tinh và ứng dụng trong hệ thống thông tin

6

MỞ ĐẦU

Rừng là tài nguyên quý báu và có giá trị to lớn về nhiều mặt. Việc quản lý bảo
vệ và phát triển rừng là trách nhiệm và nghĩa vụ của các cấp, các ngành và của toàn xã
hội.Tuy nhiên, diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp, khả năng tự phục hồi vô cùng
chậm so với tốc độ mất rừng, mà một trong những nguyên nhân chính là cháy rừng.
Cháy rừng là một quá trình sinh lý phức tạp với nhiều tác động trực tiếp và gián
tiếp vào bầu khí quyển, sinh quyển và thủy quyển. Cháy rừng là một nguồn gốc quan
trọng gây biến đổi lớn về lượng khí thải ô nhiễm không khí tại nhiều khu vực trên Thế
giới. Cháy rừng thường xảy ra trên diện rộng tại những vùng có địa hình rừng núi phức
tạp khó đi lại, do đó việc quan trắc phát hiện cháy rừng bằng các phương pháp truyền
thống thường rất khó khăn.
Ở Việt Nam, cháy rừng là một hiểm họa thường xuyên xảy ra gây thiệt hại lớn
đến nền kinh tế cũng như hệ sinh thái rừng. Khi cháy rừng xảy ra, tài nguyên rừng bị
hủy hoại, môi trường sống biến đổi theo hướng tiêu cực thậm chí còn ảnh hưởng đến
tài sản và tính mạng của con người.
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ
thông tin cho ra đời các thiết bị tiên tiến cho phép thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh bề mặt
Trái đấtgiúp con người quản lý tốt hơn các nguồn tài nguyên. Dữ liệu ảnh vệ tinh có
khả năng cung cấp ảnh đa thời gian, trên một diện rộng, tiết kiệm được thời gian và chi
phí giúp những nghiên cứu về cháy rừng trở nên hiệu quả, có tính ứng dụng cao. Đặc
biệt những bức ảnh vệ tinh được cung cấp từ cơ quan vũ trụ và hàng không quốc gia
Hoa Kỳ có độ phủ rộng và phân giải cao.
Xuất phát từ vấn đề trên, bài toán “Nghiên cứu thuật toán trích xuất điểm
nóng/cháy từ ảnh vệ tinh và ứng dụng trong hệ thống thông tin cháy rừng” đã
được thực hiện với mục tiêu về khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh và tạo cơ sở cho
công tác theo dõi, quản lý và dự báo, thống kê những điểm cháy rừng trên lãnh thổ
Việt Nam.
Bài toán được xây dựng để phát hiện ra những điểm cháy tiềm tàng trong thời
gian ngắn nhất nhằm giảm những thiệt hại về kinh tế, giảm sự biến đổi môi trường khí
hậu sinh thái
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu thuật toán trích xuất điểm nóng cháy dựa trên sự phát xạ mạnh bức xạ của
những kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại. Thuật toán sử dụng nhiều kênh nhiệt để
phát hiện điểm nhiệt nóng không bình thường, có sự đột biến khác lạ với những điểm 7

Xây dựng, phát triểnđượchệ thống thông tin cháy rừngở Việt Nam cung cấp các dữ
liệu cảnh báo những vị trí, khu vực có nguy cơ cao về cháy rừng dựa trên kết quả phân
tích từ thuật toán trích xuất điểm nóng cháy.
Nội dung, phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu tổng quan về một số loại ảnh vệ tinh,những đặc điểm của ảnh vệ tinh và chú
trọng ảnh MODIS.
Tìm hiểu những vấn đề tổng quan về các điểm nóng cháy và những yếu tố ảnh hưởng
đến việc phát hiện ra những điểm nóng cháy tiềm tàng.
Luận văn dựa trên kết quả từ sự nghiên cứu về thuật toán phát hiện những điểm nóng
cháy thông qua các sóng phản hồi của một số kênh cận hồng ngoại thu nhận từ ảnh vệ
tinh MODIS và phân tích thiết kế cài đặt phát triển hệ thống thông tin quản lý theo dõi
và cảnh bảo nguy cơ cháy rừng ở Việt Nam một cách nhanh chóng và chính xác nhất.
Kết quả đạt được
Với những yêu cầu đề ra, luận văn đã đạt được những kết quả chính như sau:
- Khái quát lý thuyết về viễn thám, ảnh vệ tinh và phương pháp phát hiện điểm
nóng cháy hiện nay.
- Cài đặt thành công hệ thống quản lý các điểm nóng cháy trên máy chủ của
trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội.
- Cải tiến hệ thống cho phù hợp với lãnh thổ Việt Nam. Kết quả cài đặt và cải
tiến được nêu chi tiết trong phụ lục của luận văn.
Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được kết cấu gồm 3
chương:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ NHỮNG HỆ THỐNG
THÔNG TIN CHÁY RỪNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.
Chương 2:THUẬT TOÁN TRÍCH XUẤT ĐIỂM NÓNG CHÁY TỪ ẢNH VỆ
TINH MODIS
Chương 3:PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN CHÁY RỪNG DỰA
TRÊN NỀN TẢNG FIRMS








1


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN . iii
LỜI CẢM ƠN . iv
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt . 3
Danh mục hình vẽ 4
Danh mục bảng 5
MỞ ĐẦU 6
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ NHỮNG HỆ THỐNG THÔNG
TIN CHÁY RỪNG 8
1.1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 8
1.1.1 Khái niệm cơ bản về viễn thám 8
1.1.2 Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám . 8
1.1.3 Những bước phát triển viễn thám ở Việt Nam 11
1.1.4 Đặc điểm của ảnh viễn thám 12
1.1.5 Ứng dụng của viễn thám 14
1.1.6 Ứng dụng của viễn thám trong trích xuất thông tin điểm nóng/cháy . 15
1.2 TỔNG QUAN NHỮNG HỆ THỐNG THÔNG TIN CHÁY RỪNG TRÊN
THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 15
Chương 2 THUẬT TOÁN TRÍCH XUẤT ĐIỂM NÓNG CHÁY TỪ ẢNH VỆ
TINH MODIS 17
2.1 VỆ TINH VÀ ẢNH VỆ TINH MODIS. . 17
2.2 THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN ĐIỂM NÓNG CHÁY 20
2.2.1 Mô tả thuật toán . 20
2.2.2 Các mốc phát triển thuật toán MODIS . 22
2.2.3 Các bước thực hiện của thuật toán 22
2.2.4 Hiệu năng thuật toán 28
2.2.5 Cách thức hoạt động của thuật toán 28
2.3 SẢN PHẨM ĐIỂM CHÁY 29
Chương 3 PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN CHÁY RỪNG DỰA TRÊN
NỀN TẢNG FIRMS 32
3.1 TỔNG QUAN VỀ FIRMS 32
3.1.1 Kiến trúc hệ thống 32 2

3.1.2 MapServer . 34
3.1.3 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL, PostGIS . 37
3.1.4 Cơ sở dữ liệu hệ thống . 38
3.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA FIRMS KHI TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM 42
3.3 NÂNG CẤP HỆ THỐNG FIRMS PHỤC VỤ QUẢN LÝ THÔNG TIN
CHÁY RỪNG Ở VIỆT NAM 43
3.3.1 Việt hóa hệ ngôn ngữ FIRMS . 43
3.3.2 Điều chỉnh phạm vị cảnh báo . 43
3.3.3 Tích hợp thông tin bản đồ hành chính Việt Nam 45
3.3.4 Tích hợp dữ liệu trạm thu Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội 48
3.3.5 Email cảnh báo . 51
Chương 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM . 52
4.1 Thực nghiệm và kết quả thuật toán trích xuất điểm nóng cháy. . 52
4.2 Thực nghiệm và kết quả hệ thống. 54
4.3 Hướng nghiên cứu tiếp theo 56
KẾT LUẬN 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 58
PHỤ LỤC . 60