Nghiên cứu tích hợp công nghệ WebGIS và xử lý ảnh vệ tinh đa độ phân giải, đa thời gian trong theo dõi cháy rừng tại Việt Nam

Phưong pháp nghiên cứu Nhằm đạt được mục tiêu của đề tài nêu ở phần trên, cách tiếp cận đối với từng nội dung nghiên cứu như sau: Sử dung ảnh vê tinh vả dữ liêu G1S dể xác dinh vùng cỏ n

T ên đề tài: N gh iên cứu tích h ọ p cô n g nghệ W eb G IS và x ử lý ảnh vệ tinh

đa đ ộ phân g iả i, đa th ò i gian tro n g th eo dõi ch áy rừ ng tại V iệt N am

M ã sổ đề tài: Q G T D 1 2 2 5

C hủ nhiệm đề tài: T S Lê T h a n h Hà

Hà Nội, 2014

T ên đ ề tài: N g h iê n cứ u tích h ọ p c ô n g n g h ệ W e b G I S v à x ử lý ả n h v ệ tin h

đ a đ ộ p h ân g iả i, đa th ò i gian tr o n g th eo d õ i c h á y r ừ n g tại V iệ t N a m

M ã số đ ề tài: Q G T D 12.25

C h ủ n h iệm đ ề tài: T S Lê T h a n h H à

H à Nội, 2014

PHẦN I TH Ô N G TIN CH UN G

1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu tích họp công nghệ W ebGIS và xử lý ánh vệ tinh đa độ phân giải, (1a thòi gian trong theo dõi cháy rừ n g tại Việt Nam

1.2 Mã số: QGTD.12.25

1.3 Danh sách chu trì, th à n h viên tham gia thực hiện đề tài

TT C hức danh, học vị, họ và tên Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 TS Nguyễn Thị Nhật Thanh Trường Đại học Công

nghệ

Nghiên cứu viên

2 TS Nguyễn I lải Châu Trường Dại học Công

nghệ

Nghiên cứu viên

nghệ

Chủ nhiệm đề tài

4 TS Nguyễn Nam Hoàng Trường Đại học Công

nghệ

Nghiên cứu viên

5 TS Bùi Quang Hưng Trường Đại học Công

nghệ

Nghiên cứu viên

6 TS Nguyễn Thị Thúy I làng Trường Dại học Khoa

học Tự nhiên

Nghiên cứu viên

7 ThS Phạm Ngọc Hải Trường Đại học Công

nghệ

Nghiên cứu viên

1.4 Đon vị chủ trì: Trường Đại học Công nghệ

1.5 Thòi gian thục hiện:

1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 12 năm 2012 đến tháng 12 năm 2014

1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 4 năm 2015

1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 12 năm 2012 đến tháng 1 năm 2015

1.6 Những thay đổi so vói thuyết minh ban đầu (nếu có):

1.7 Tống kinh phí đưọc phê duyệt của đề tài: 400 triệu đồng

PHÀN II TỎNG QUAN KÉT Q U Ả NGHIÊN c ử u

1 Đ ặt vấn đề

Ngày nay, phát triển kinh tế đi đôi với khai thác tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là tài nguyên rừng Các hoạt động khai thác trong nlũmg vùng có lớp phủ rừng thường gây ra các vụ cháy lớn, nhiều khi kéo dài gây suy thoái, cạn kiệt các nguồn tài nguyên và tác động mạnh mẽ đến môi trường (ảnh hướng đến chất lượng khí quyển, giảm đa dạng sinh học tăng xói mòn) Diện tích đất Việt Nam có khoảng 33 triệu ha trong đó 13,9 triệu ha là rừng (10,4 triệu ha rừng tự nhiên, 3,5 triệu ha rừng trồng) [11 Cháy rừng đang là hiểm họa thường xuyên xảy ra ở Việt Nam nói riêng và trên toàn thế giới nói chung gây thiệt hại nặng nề cà về mặt kinh tế xã hội lẫn môi trường và chất lượng cuộc sổng của con người Vào mùa cháy rừng, một số khu vực nhiệt độ không khí cao độ ẩm thấp, có vật liệu cháy như cành cây, !á cây, thảm mục giảm mạnh, đồng thời khô hạn diễn ra trong nhiều ngày liên tục cho nên rất dễ xảy ra cháy rừng Mười năm qua, sổ vụ cháy rừng ở nước ta đã lên đến 14.132 vụ làm cháy 66.845 ha rừng, gây thiệt hại hàng năm lên đến hàng trăm tỷ đồng

Phát hiện và cảnh báo sớm cháy rừng sẽ góp phần giảm được thiệt hại đáng kể về mặt kinh tế - xã hội môi trường sinh thái Đề này được thực hiện nhàm phát triển các phương pháp, xây dựng hệ thống thông tin tích hợp hỗ trợ quản lý thông tin phòng chống cháy rừng Cụ thế chúng tôi đã nghiên cửu phương pháp cành báo cháy rừng, phương pháp chiết xuất vùng rừng bị cháy, và xây dựng hệ thống trình diễn điểm nóng điểm cháy dựa trên ảnh vệ tinh

2 Mục tiêu

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng tôi đã thực hiện xây dựng hệ thông và phát triên các phương pháp nhàm hồ trợ người sử dụng trong công tác quản lý thông tin và phòng chống cháy rừng Dỏ là phát triến phương pháp xác định nguy cơ cháy, theo dõi hiện trường cháy và sử dụng WebGIS để trình diễn các điểm cháy trực quan trên bản đồ Chúng được cụ thể hóa bằng các phương pháp và hệ thống sau:

• Sử dụng ảnh vệ tinh và dữ liệu GIS để xác định vùng có nguy cơ cháy ở vùng Tây Bắc Việt Nam

• Nội suy dữ liệu khí tượng phục vụ bài toán cảnh báo cháy rừng

• Trích xuất vùng rừng bị cháy sử dụng ảnh vệ tinh phân giải cao Landsat7

• Hệ thống trình diễn điểm cháy dựa trên nền WebGIS

3 Phưong pháp nghiên cứu

Nhằm đạt được mục tiêu của đề tài nêu ở phần trên, cách tiếp cận đối với từng nội dung nghiên cứu như sau:

Sử dung ảnh vê tinh vả dữ liêu G1S dể xác dinh vùng cỏ nguy cơ cháy ở vùng Tây Bấc Viêt Nam [41 [51: Nghiên cứu này sử dụng phân tích thống kê Getis Ord Gi* để đánh giá rủi ro cháy rừng Phân tích này dựa trên cơ sở đánh giá quan hệ giữa phân bố điểm cháy trích xuất từ ảnh vệ tinh với một số yếu tố tự nhiên ở khu vực Tây Bấc Dữ liệu về điếm cháy (hot spot) do hệ thông FIRMS của Đại học Maryland, Hoa Kỳ cài đặt tại Trung tâm FIMO của Trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội cung cấp Mô hình số độ cao (độ phân giải 90m) được tải về từ cơ

sở dữ liệu của STRM mạng lưới giao thông, thủy văn của bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 và lớp phù rừng các tỉnh Tây Bấc được sử dụng trong phân tích này

Nôi suy dữ liêu khí tương phuc vu bài toán cảnh báo cháy rừim [61: Dữ liệu khí tượng (nhiệt

dộ dộ ấm lượng mưa ) đóng vai trò then chốt trong hầu hết các mô hình cành báo cháy rừng, ơ

Việt Nam gần 100 trạm đo khí lượng được lắp đặt ở phạm vi toàn lãnh thổ Việt Nam Mô hình cảnh báo cháy rừng nhận dữ liệu khí tượng được gửi từ trạm đo gần nhất để đưa ra mức cảnh báo cháy rừng tại mồi khu vực cụ thể Với những vùng càng ở xa địa điểm trạm đo, độ chính xác dữ liệu càng giảm Vì thế trong nghiên cứu này chúng tôi đề xuất một phương pháp nội suy không gian dữ liệu khí tượng nhằm giảm thiếu sai số của dữ liệu để mô hình cành báo cháy có thể hoạt động hiệu quả hơn Mối tương quan dữ liệu khí tượng phụ thuộc vào thời gian và không gian địa phương của từng điểm dữ liệu Do đó để thực hiện nội suy không gian dữ liệu khí tượng hiệu quả, phương pháp nội suy Kriging đã được sử dụng Các thực nghiệm thống kê đã được thực hiện để lựa chọn các tham số về khoảng thời gian cùa dữ liệu cần thiết để xây dựng ma trận liên hợp hoặc số lượng các trạm khí tượng lân cận được sứ dụng để nội suy dữ liệu khí tượng.

Trích xuất vùng rừng bi cháy sử dung ánh vê tinh phân giải cao Landsat7 [31: Nhăm hỗ trợ công tác đánh giá thiệt hại cháy rừng, trong phần này, tù' những vị trí điểm cháy được trích rút từ hệ thống trình diễn điểm cháy, sự thay đổi bề mặt thảm thực vật được được tính toán dựa trên cả hai miền không gian và thời gian của chuỗi các ảnh Landsat 7 và từ đó đưa ra hàm phân biệt khu vực đã

bị cháy và chưa bị cháy Đe đưa ra hàm phân biệt này, các phương pháp tiền xử lý ảnh, phân tích nội dung ảnh khử nhiễu và dự đoán vùng ảnh bị mất được sử dụng

n ẻ thong trình diễn điểm cháy dưa trên nền WebGIS [21: Hệ thống được xây dựng dựa trên nền tảng hợp công nghệ viễn thám và GIS nhàm cung cấp thông tin các điểm cháy đe quản lý tài nguyên thiên nhiên và các vùng xung quanh có liên quan đến cháy rừng Hệ thống cho phép người dùng xem các bàn đồ về điểm cháy, đăng ký email nhận thông tin cảnh báo cháy và có thế download dữ liệu về thông tin các điểm cháy mà người dùng quan tâm

4 Tông kết kết quá nghiên cứu

K.ết quà nghiên cứu của đề tài là các phương pháp xử lý dữ liệu bằng máy tính và hệ thống thông tin

hồ trự công tác quản lý và phòng chống cháy rừng Cụ thể như sau:

Phương pháp xác định mức độ nguy cư cháy kết hợp các yếu tố tự nhiên nhằm đưa ra bản đồ mức độ nguy cơ cháy ở khu vực Tây Bắc

Phương pháp nội suy dữ liệu khí tượng bao gồm nhiệt độ và độ ẩm nhằm phục vụ bài toán cảnh báo cháy rừng Đây là những dữ liệu quan trọng đối với các mô hình cảnh báo nguy cơ cháy rừng đang được sử dụng hiện tại

Phương pháp chiết xuất vùng rừng bị cháy sử dụng ảnh độ phân giải cao Landsat 7 phục vụ công tác theo dõi và đánh giá thiệt hại do cháy rừng gây ra

Hệ thống trình diễn điểm cháy trực quan phục vụ công tác quản lý cháy và lịch sử cháy rừng

A Phương pháp xác định mức độ nguv CO' cháv ỏ' vùng Tây Bắc

Tại Tây Bắc có mật độ điêm cháy phân bố rất không đều trong không gian và thời gian phát hiện cháy tập trung vào các tháng hai và tháng tư và số lượng cao nhất các điểm cháy được phát hiện vào tháng ba Câu hỏi đặt ra cháy rừng sẽ phân bố như thế nào khi ta quan hệ giữa mật độ điểm cháy quan sát trong giai đoạn 2005-2010 với các yếu tố tự nhiên như đặc điếm địa hình, mạng thủy văn mạng giao thông và với ranh giới các khu bảo tồn của khu vực nghiên cứu Trong phần này chúng tôi sử dụng Phân tích Getis-Ord Gi* trong nghiên cứu này nhằm trả lời câu hỏi nói trên thông qua cách tiêp cận không gian Đây là phương pháp cho phép xác định mối phụ thuộc không gian giữa một quan sát nào đó với một quan sát lân cận với việc sử dụng ngưỡng khoảng cách xác định (lan T Kracalik, lason K Blackburn et al 2012) Ket quả nghiên cứu thu được như sau:

Đối với lớp phủ và các yếu tố địa hình trọng số trong được gán theo hướng dẫn của Tổng cục kiếm lâm trong dự báo cháy rừng và của Chuvico và Congalton (Emilio Chuvieco and Russell G Congalton 1989) dược tình bày ở các bảng dưới đây:

Tcn lóp Diện tích (km 2) Hệ số C ấp nguy CO' cháy

< 5 % — -4 y - -J— Rât thâp

Bảng 2 Trọng sô của độ dôc

Hưóìig phơi của sườn (r >ọng số 10)

3ảng 3 Trọng sô của hướng sườn

Đổ có được bản đồ phân bố nguy cháy rừng, chúng tôi đã sử dựng công thức:

Nguy cơ cháy rừng = 1 + 100*Lớp phủ rừng + 30*độ dốc + 10*hướng phơi + 5*mạng giao thông+ 5*mạng sông suối + 2*độ cao + 2*Khoảng cách tới các khu bảo tồn (Emilio Chuvieco and Russell ( ì Congalton 1989) Kel quả bản đồ nguy cơ cháy rừng được trình bày trong Hình 1.

Hình 1 Nguy cơ cháy rừng ở Tây Bắc

Các lớp thông tin về trọng sổ của các yếu tổ địa hình, khoảng cách đến đường giao thông, đến sông suối và khu bảo tồn đã được sử dụng để tích hợp với kết quả phân tích Getis Ord Gi* Trong nghiên cứu này dữ liệu GIS đã được sử dụng với nhiều lớp thông tin dữ liệu khác nhau để xây dựng bản đồ nguy cư cháy rừng và phân tích HSA cùa các điểm cháy

về tổng thể có 10% diện tích Tây Bấc có nguy cơ cháy rừng cao, 54% diện tích có nguy cơ trung bình và 36% diện tích có nguy cơ thấp, trong đó nguy cơ cháy rừng cao nhất là ở Hòa Bình, tiếp đó

là Lai Châu Sử dụng dữ liệu điểm cháy từ FIRMS đã xác định được mối quan hệ với các biến dữ liệu GIS

B Phưong pháp nội suy d ữ liệu khí tuọng hỗ trọ' cảnh báo cháy

Dữ liệu khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, .) đóng vai trò then chốt trong hầu hết các mô hình cảnh báo cháy rừng Ớ Việt Nam, gần 100 trạm đo khí tượng được lắp đặt ở phạm vi toàn lãnh thổ Việt Nam Mô hình cảnh báo cháy rừng nhận dữ liệu khí tượng được gửi từ trạm đo gần nhất đế đưa ra mức cảnh báo cháy rừng tại mồi khu vực cụ thể Với những vùng càng ở xa địa điếm trạm

do độ chính xác dữ liệu càng giảm Vì thế, trong nghiên cứu này chúng tôi đề xuất một phương pháp nội suy không gian dữ liệu khí tượng nhằm giảm thiểu sai số của dữ liệu đã được nội suy Đe kết quả đạt được là mô hình cành báo cháy có thể hoạt động hiệu quả hơn Trong phương pháp này, chúng tôi sử dụng ba phương pháp nội suy không gian là kriging thông thường (orinary kriging - OrK) kriging tổng thể (universal kriging - UnK) và kriging tổng thể bổ sung thông tin độ cao số đã được chuẩn hóa (UnK plus DEM)

Bảng 4 cho thay kết quả thẩm định của nội suy dữ liệu nhiệt độ c ó thể thấv rằng sai số nội suy cùn phương pháp OrK tương tự như phương pháp UnK Sai số của UnK t DP.M là nhỏ nhất với RMSE

và MPE lần lượt là 2.026°K và 0.509% Bảng 5 cho thấy kết quả thấm định của nội suy dữ liệu độ

ầm Chú ý là dữ liệu độ cao số DEM không đóng vai trò trong nội suy dữ liệu độ ẩm Có thể thấy hai phương pháp nội suy cho kết quả tương tự nhau khi áp dụng cho dữ liệu độ ẩm

Bảng 4 Kết quả thẩm định nội suy dữ liệu nhiệt độ

I [ình 2 Trường nhiệt độ nội suy trong ngày

De kiểm tra kết quả thuật toán, thực nghiệm được tiến hành trên hình ảnh đám cháy tại hai vùng ở Mỹ và hai vùng ở Việt Nam Hai vùng cháy ở Mỹ là vùng cháy lớn vào tháng 7 năm 2012 tại bang Oregon và Montana xem Bảng 6 Hình 6.a là ảnh tổ hợp màu Landsat7, ở đây ta vẫn có thê nhìn thấy một số cột khói trắng đang bay lên từ đám cháy Đe khẳng định độ tin cậy của dữ liệu, ảnh của hai cảm biển ASTER và MODIS ở cùng khu vực được thể hiện trong Hình 6.b và 6.C Đám rừng bị cháy đều có thể dễ dàng phân biệt bằng mắt thường ở tất cả các ảnh này Hình 7.a là ảnh nhị phân của vùng bị cháy được chiết xuất bởi thuật toán đề xuất, trong đó các điểm ảnh màu trắng thể hiện là vùng bị cháy, điểm ảnh màu đen là vùng không bị cháy Đe kiểm tra tính đúng đắn kết quả sản phẩm vùng cháy của vệ tinh MODIS được trích xuất và trình bày trong Hình 7.b Hình ảnh vùng cháy do từ thuật toán đề xuất cho thấy nhiều thông tin chi tiết hơn sản phẩm từ MODIS

Hình 8.a và 8.b là ảnh Landsat7 ETM+ SLC-off và ảnh ASTER bao phủ vùng cháy Ashland Hình 8.C và 8.d cho thấy vùng cháy chiết xuất được từ thuật toán đề xuất và sản phẩm vùng cháy của MODIS Ket quả này cho thấy mức độ chi tiết của vùng cháy kết xuất từ thuật toán

đề xuất lương tự hình ảnh vùng cháy được có thể thấy bằng mắt thường từ các ảnh màu

L o w

H ig h

Mức độ chi tiết của vùng cháy kết xuất lừ thuật toán đề xuất cho phép quan sát các vùng cháy nhỏ Điều này có thể thấy được ở các thực nghiệm với các vùng cháy ở Việt Nam Dữ liệu điêm cháy được thu thập từ khu vực Hoàng Liên Sơn Tày Bẳc và khu vực Tây Nguyên Việt Nam Bảng 7 cho biết thông tin chi tiết về hai vùng cháy này Hình 9 và 10 cho thất kết quà của các thực nghiệm này.

Tọa độ điêmcháy Kinh độ: -117.6, Vĩ đô 42.48 Kinh đ ộ :-106.00; Vĩ độ: 45.25Ngày cháy 8/7/2012 tương ứng với ngày

thứ ] 90 trong năm

5/7/2012, tương ứng ngày thứ

187 trong nămThòi gian của các ảnh

(c) (d)

I lình 8 Vùng cháy Ashland: (a) Ảnh tổ hợp màu Landsat7 độ phân giải 30m (b) ảnh tổ hợp màu ASTER độ phân giải 3Om (c) vùng bị cháy được trích rút (màu trắng) bởi thuật toán đề xuất, (d)

vùng cháy từ sản phâm của MODIS

(c) (d)Hình 9 Vùng rừng bị cháy ở khu vực Hoàng Liên Sơn: (a) Ánh đa cấp xám Landsat7

với độ phân giải 30m, (b) vùng cháy được trích rút trong ảnh nhị phân 30m, (c) Tọa độ điểm cháy trích rút từ hệ thống trình diễn điểm cháy VNU-PIRMS (d) Vùng cháy kết

xuất từ sản phẩm của MODIS

D Hệ thống trình diễn điểm cháy

Hệ thống quản lý thông tin cháy rừng được xây dựng dựa trên nền tảng hệ thống VNU-FIRMS tích hợp công nghệ viễn thám và GIS cung cấp thông tin các điểm cháy để quản lý tài nguyên thiên nhiên và các vùng xung quanh cỏ liên quan đến cháy rừng Xem giao diện trong Hình 11 Hệ thống VNU-FIRMS cho phép người dùng xem các bản đồ về điểm cháy, đăng ký nhận thông tin cảnh báo qua email và có thể dovvnload dữ liệu về thông tin các điểm cháy mà người dùng quan tâm với các chức năng chính sau:

Chức năng giao tiếp trực quan bản đồ tại khu vực Việt Nam dành cho người dùng: Người dùng sẽ dược cung cấp một giao diện bản đồ trực quan cùng với các công cụ cơ bản để thao tác với hàn đồ bao gồm: Chức năng phóng to hàn đồ: Chức năng thu nhỏ hán đồ: Chức

lu

năng xem toàn bản đồ lại khu vực Việt Nam: Chức năng dịch chuyên bản đô; Chức năng truy vấn thông tin điểm cháy.

Chức năng xem thông tin cháy rừng tại khu vực Việt Nam: Các điểm cháy tại thời điểm gần nhất với hiện tại sẽ được hiển thị trực quan trên bản đồ

Chức năng lựa chọn khu vực cần hiển thị thông tin cháy rừng: Người dùng có thế lựa chọn từng khu vực cháy nhất định mà mình muốn xem theo ranh giới hành chính cấp tỉnh

Chức năng lọc các điểm cháy theo tính chất cháy: Người dùng có thể chọn lựa cách hiển thị các điểm cháy dựa trên tính chất cháy

Chức năng lọc các điếm cháy theo từng thời điếm nhất định: Người dùng có thê xem các dữ liệu điềm cháy theo từng thời điểm nhất định (từ 1 ngày trước, 2 ngày trước, 3 ngày trước, 1 tuần trước hoặc từ thời điểm này đến thời điểm kia)

Chức năng bật tất các lớp bản đồ nền / bản đồ chồng xếp: Hệ thống được xây dựng với các bán đồ được hiển thị cho người dùng được chia làm 2 phần: Các dữ liệu nền cơ bản bao gồm: bản đồ nền của Natural Earth, bản đồ nền của Google Earth, v.v và Các dữ liệu chồng xếp bao gồm: bản đồ điểm nóng / điểm cháy, bản đồ ranh giới hành chính, bản đồ các khu vực được bảo tồn Các lớp dữ liệu này có thể được bật tắt một cách linh hoạt, thuận lợi cho việc theo dối thông tin với từng đối tượng người dùng khác nhau

20 i 5-02-28 0®

I U pdatẽỊ

Vì&iVing (hạ FifO A ọg/ọgỉỉỉũ Grid?

',1S Web Fire Mappi

c ; gsht.uet.vnu.edu.’

Hình 11 Hệ thống quản lý thông tin cháy rừng VNU-FIRMSChức năng xem nhật kí hoạt động: Hệ thong sẽ ghi lại quá trình hoạt động Người dùng có thể theo dõi nhật kí hoạt động của hệ thống để có thể biết được phiên bản mà hệ thống đang

sử dụng là gì thời gian cập nhật dữ liệu của hệ thống là mới nhất hay chưa

Chức năng xem các liên kết: Hệ thống sẽ cung cấp một số các liên kết hữu ích có liên quan đến hệ thống hoặc dữ liệu Người dùng có thể truy cập vào chức năng này để truy cập vào các liên kết để tìm hiểu thêm

5 Đánh giá về các kết quả đã đạt đirọc và kết luận

l)o việc các chủ đề nghiên cứu đã được định hướng, nên các kết quả đạt được có hàm lượng công nghệ và nghiên cứu cơ bản cao Việc xây dựng thành công hệ thống trình diễn cảnh báo cháy rừng cho thấy khả năng áp dụng công nghệ thông tin trong các lĩnh vực liên ngành và cơ hội mở rộng cho bài toán lớn hơn Các kết quả của nghiên cứu chỉ số cảnh báo cháy rừng khu vực tây bắc và kỹ thuật nội suy các dữ liệu khí tượng dặt nền móng cho việc xây dựng thuật toán cảnh báo cháy rừng

ờ phạm vi toàn quôc với tính hiệu quà cao Thuật toán xác định khu vực rừng bị cháy được xây dựng từ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám cho thấy khá năng áp dụng các nghiên cứu cơ bản vào các bài toán thực tiễn và kết quả thu được có thể được sử dụng để xây dựng công nghệ phát hiện khu vực rừng bị cháy dựa trên ảnh vệ tinh độ phân giải cao

6 Tóm tắ t kết quả

Các vấn đề nghiên cứu trong phạm vi đề tài đó là xây dựng hệ thống và phát triển các phương pháp nhằm hỗ trợ người sử dựng trong công tác quản lý thông tin và phòng chống cháy rừng Cụ thể kết quả nghiên cứu bao gồm như sau:

Hê thống trình diễn điểm cháy dưa trẽn nền WebGIS: Được xây đựng dựa trên nền tảng hợp công nghệ viễn thám và GIS nhằm cung cấp thông tin các điểm cháy để quản lý tài nguyên thiên nhiên và các vùng xung quanh có liên quan đến cháy rừng

Trích xuất vùng rừng bỉ cháy sử dung ánh vê tinh phàn giải cao Landsat7: Sự thay đổi bề mặt thảm thực vật do cháy rừng gây ra được được tính toán dựa trên cả hai miền không gian và thời gian của chuồi các ảnh Landsat 7 và từ đó đưa ra hàm phân biệt khu vực đã bị cháy và chưa bị cháy

Sử dung ảnh vẽ tinh vả dữ liêu GIS dế xác dinh vùng cỏ nguy cơ cháy ở vùng Tây Bẩc Viẽt Nam: Nghiên cứu này sử dụng phân tích thống kê Getis Ord Gi* để đánh giá rủi ro cháy rừng Phân tích này dựa trên cơ sở đánh giá quan hệ giữa phân bố điểm cháy trích xuất từ ảnh vệ tinh với một

số yếu tố tự nhiên khu vực Tây Bắc

Nôi suy dữ liêu khí t Ươn tì phuc vu bải toán cảnh báo cháy lìm ụ: Đề xuất một phương pháp nội suy không gian dữ liệu khí tượng nhằm giảm thiểu sai số của dữ liệu để mô hình cành báo cháy

có thể hoạt động hiệu quả hơn

The research issues covered by Ihis research prọịect is to build a system and development of methods to support the use of iníòrmation management and iorest íìre prevention Speciíĩc íĩndings include the following:

WebGỈS based iìre system: Built on the basis of remote sensing and GIS technology to provide location intbrmation o f fire to manage natural resources and the surrounding areas related

to fire forest

Extract the burnt íorest areas usinu high-resolution satellite ịmagerỵ Landsat7: This method vvas applied using the MODIS images to produce a MODIS Burned Area product The approach was to simplify this algorithm to make it compatible with the Landsat 7 ETM+ SLC-off images To extract the reíìned version o f burned regions, post-processing vvas carried out by applying a median

niter dilation morphology algorithm, and ĩinally a gap íllling method The experimental results showed that the detailed burned areas extracted ữom the proposed method exhibited more spatial details than those o f the MODỈS Burned products in the large u s areas The results also revealed the discontinuous distribution o f burned regions in Vietnam forests

Using sateỉlile imagerỵ and GIS data to determine the risk o f iorest ỉìre in Northwest Vietnam: This study uses statistical analysis Getis Ord Gi * to assess the risk o f íbrest íires This analysis is based on evalưating the relationship between the distribution of fire points extracted fmm satellite images with some natural elements Northwest region

Spatiaỉ inlerpolation mcthods for meteoric data lo support ỉorcst ílrc vvarniim probỉcms: A spatial interpolation metliod of meteorological data is proposed in order to minimize thc interpolation error so that to model of forest fire warning can operate more eíTiciently.

7 Tài liệu tham khảo

11 Ị I la c T “Vietnam National Forest Status of 2012" Annually report of Ministry of Agriculture and Rural Development, 2013

12 1 Website: http://gsht.uet.vnu.edu.vn:8080/firemap

[3] Quoc Khanh Le Sy Tan Nguyen Thi Nhat Thanh Nguyen, and Thanh Ha Le Burned Area Detection After Wildfire Using Landsat 7 ETM+ SLC-off Images, IEEK Transactions on Smart Processing & Computing vol 2 no 3 pp 11 7-129 Jun 2013

[4| Pham Ngoe llai Pham Van Cu, Phan Van Trong Nguyên Thi Thuy Hong Using Satellite Imagery and GIS for Mapping Porest Fire Risk Zones and Hotspots Analysis in the Northvvest Rcgion Vietnam International Workshop on Air Quality in Aasia Inventory Modeling and Climate Impacts of Greenhouse Gas Emissions (GHG's) and Aerosols Hanoi, 2014

[5] Pham Van Cu Pham Ngoe Hai, Phan Van Trong, Le Thanh Ha, Bui Quang Hung, “Phân tích không gian ứng dụng trong đánh giá rủi ro cháy rừng tại Tây Bắc, Việt Nam" Kỷ yếu hội thảo ú n g dụng GIS toàn quốc 2014 tập 2 Nhà Xuất bản Đại học cần thơ trang 879-887

[61 Xuan Thanh Nguyen, Ba Tung Nguycn, Khac Phong Do, Quang Hung Bui, Thi Nhat Thanh Nguven Van Quynh Vuong Thanh Ha Le Spatial interpolation of meteoric variables in Vietnam using Kriging Submitted to Journal of Information Processing Systems, 2015

PHÀN III SẢN PHẨM, CÔNG BÓ VÀ KÉT QUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI

3.1 Kct quà nghiên cứu

TT rên sản phầin Ycu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

1 Báo cáo vê các phương pháp

và thuật toán phát hiện điểm

cháy và cảnh báo cháy rừng

Báo cáo vê các phương pháp và thuật toán phát hiện điểm cháy (điểm nóng) phục vụ cảnh báo cháy rừng nói chung từ các loại

dữ liệu ảnh vệ tinh đa độ phàn giải, đa thời gian

Tài liệu báo cáo

2 I lệ thống WebGIS cung cấp

thông tin về cháy rừng

Hệ thông WebGIS cung câp thông tin về cháy rừng có các tính năng tương tác bản đồ với người dùng

Tài liệu báo cáo

5 Các bản đồ liên quan đến cháy

rừng

Các bản đô liên quan đên cháy rừng

Tài liệu báo cáo

Ghi địa chỉ

và cảm on

sự tài trọ' của ĐHQGHN đúng quy (linli

Đánh giá chung

(Đạt, không đạt)

1 Công trình công bô trên tạp chí khoa học quôc tê theo hệ thông ISI/Scopus

1.1 Xuan Thanh Nguyen Ba Tung

Nguyen Khac Phong Do, Quang

Hung Bui Thi Nhat Thanh

Nguyen Van Quynh Vuong,

Thanh 1 ỉa Le

Spatial interpolation ọ f meteorìc

variables in Vietnam using

đề tài

2 Sách chuyên khảo được xuât bản hoặc ký hợp đông xuât bản

3 Đăng ký sở hữu trí tuệ

4 Bài báo quôc tê không thuộc hệ thông ISI/Scopus

4.1 Quoc Khanh Le, Sy Tan Ngu ven

Thi Nhat Thanh Nguyen, and

Thanh Ha Le

Burned Area Detection Aỷíer

Wiỉdfìre ưsing Lcmdsat 7 ETM+

SLC -off Images.

IEEK Transactions on Srnart

Processing & Computing, vol 2,

5 Bài báo trên các tạp chí khoa học của ĐHQGHN tạp chí khoa học chuyên ngành

quốc gia hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yếu hội nghị quốc tế

5.1 Ngoe Tuan Nguyen Thi Nhat

Thanh Nguyen Thanh Ha Le

Texl Recognilion Meíhod for

Bali Indonesia, lan 30 ~ Feb 2

2013

Thanh Ha Le Jae-Young Cho

Hyun-.ỉi Kim, and Sung-.ỉea Ko

Phan Văn Trọng Lê Thanh Hà

Bùi Quang Hưng

Phân lích không gian ứng dụng

trong đánh giá rủi ro cháy rửng

lại Táy Bắc, Việt Nam.

Kỷ yếu hội thảo ủ n g dụng GIS

toàn quốc 2014 tập 2, Nhà xuất

bản Đai hoc c ần Thơ

cảm ơn tới

đề tài

5.4 Pham Ngoe Hai, Pham Van Cu,

Phan Van Trong, Nguyen Thi

Thuy I long

Using saleỉìile imagery and GIS

for mapping /òresl fíre ri.sk zones

and in hotspots analysis in the

norlỉnresl regìon, Vỉetnam

International vvorkshop on air

quality in asỉa Inventory, modeling

and climate impacts of greenhouse

gas emissions (ghg's) and

aerosols; Remote sensing

applications and integrated

technologies Manoi, 2014

cảm ơn tới

đề tài

6 Báo cáo khoa học kiên nghị, tư vân chính sách theo đặt hàng của đơn vị sử dụng

7 Kêt quà dự kiên được ứng dụng tại các cơ quan hoạch định chính sách hoặc cơ sở

Công trình công bô liên quan

(San phẩm KHCN, luận án, luận

PHẦN IV TÔNG HỢP KẾT QUẢ CÁC SẢN PHẤM KH&CN VÀ ĐÀO TẠO CỦA ĐẺ TÀI

đăng ký

Sôlưọng đã hoàn thành

1 Bài báo công bô trên tạp chí khoa học quôc tê theo hệ thông

ISI/Scopus

2 Sách chuyên khảo được xuât bản hoặc ký hợp đông xuât bàn

3 Đăng ký sờ hữu trí tuệ

5 Sô lượng bài báo trên các tạp chí khoa học cùa ĐHQGHN,

tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia hoặc báo cáo khoa

học đăng trong kỷ yếu hội nghị quốc tế

6 Báo cáo khoa học kiến nghị, tư vấn chính sách theo đặt hàng

cùa đon vị sử dụng

7 Kêt quà dự kiên được ứng dụng tại các cơ quan hoạch định

chính sách hoặc cơ sở ứng dụng KH&CN

8 Đào tao/hô trơ đào tao NCS

PHẦN V TÌNH HÌNH s ử DỤNG KINH PHÍ

Kinh phí được duyệt

(đồng)

Kinh phí thực hiện

(đồng)

Ghi chú

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con

PHẢN V KIÉN NGHỊ (về phát triển các kết qua nghiên cicu của đề tài; về quàn lý, tỏ chức thực

hiện ơ các cấp)

Đề tài đã hoàn thành các nội dung công việc theo đăng ký, đề nghị được nghiệm thu

PHẢN VI PHỤ LỤC (minh chímg các sàn phàm nêu ơ Phần III)

MẢU 13/KIICN

cua Giám dốc ĐHQGHN)

DẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHIÉU ĐÈ NGIIỊ THAY DOI TRONG QUÁ TUÌNII TIIỤC HIỆN ĐÈ TÀI KHCN CỦA ĐHỌ(;ilN

1 Tên đề tài: Nghiên cứu tích hợp công nghệ WebGIS và \ử lý ảnh vệ linh da độ phân giải,

đa thời gian trong theo dõi cháy rừng tại Việt Nam

2 Mã số đề tài: ỌGTD 12.25

3 Họ và tên, chức danh khoa học, học vị của chủ nhiệm đề tài: Lê Thanh I là Tiến Sỹ

4 Cơ quan chù trì: Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội

5 Những thay đổi đề nghị về nội dung nghiên cứu hoặc tên đề tài:

Không thay đổi

6 Những thay đổi về tiến độ, thòi gian nghicn cứu:

Thời gian thực hiện đã được phê duyệt: từ tháng 10/2012 đến tháng 10/2014

Đe nghị gia hạn đến: tháng 4/2015

Lý do xin gia hạn dề tài: Đe hoàn thiện báo cáo tổng kết và nghiệm thu đề lài

7 Nluìng thay đổi về dự toán kinh phí:

Không thay đổi

8 Những thay đổi khác:

Không thay đổi

TL.GIAM ihớng 4 năm c to /4 Ngày thánu;f~ năm N íĩàỵ^ỳ/ián^ I I Ù I I I 0^)49

'dG BAN KHOA qGQN(cN6Hfiiản duyệt A Co' quan chii Chù nhiệm (lề (àiPHÓ l?RQJ<Ồto© B ^ ô n g nghệ Văn phòng ĐI-IQGHỈỴM /

K/T HIỆU TRƯỞNG

Ó HIỆU TRƯỞNG

f / y J n t ? '/n /ì ỈQ uẩh

V o J ^ Ịtt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HẢ NỘI CỘNG IIOẢ XẢ HỘI CIỈỦ NGHĨA VIỆI NAM - Dộc lập - Tự do - Hạnh phúc

Số: £ L /H Đ -K H C N

HỢP ĐÒNG THỰC HIỆN ĐÈ TÀI CÁP ĐHQGHN

Căn cứ Q uyếl định sổ 'ẶUẾ./QĐ-KHCN ngày 26 th áng 12 năm 2012 của Giám đốc Đại học Q uốc gia Hà Nội (Đ H Q G H N ) về việc phê duyệt đề tài và chủ nhiệm đề tài nhóm A năm 2012;

Căn cứ Q uyết định số 1895/Q Đ -K H C N ngày 24/6/2010 của Giám đốc

Đ H Q G H N về việc ban hành H ướng dẫn quản lý hoạt động khoa học và C ông nghệ ở

Đ H Q G H N

C húng tôi gồm :

Bên giao (B cn A): Văn phòng Đ ại học Q uốc gia Hà Nội

Đ ại diện : PG S.T S Phạm H ồng Tung

C h ứ c vụ: T rư ởng B an K hoa học C ông nghệ

C h ứ c vụ : C hánh Văn phòng Đại học Q uốc gia H à Nội

Bcn n h ậ n (B ên B) : T S L ê T h a n h H à

Đ ơn vị cô n g tá c :K h o a C ông nghệ Thông tin, T rường Đại học C ông nghệ, ĐHOGITN

Đ iện th o ạ i:m o b ile 0963692592

E -m ail: lth a@ v n u ed u vn

là Chủ trì đề tài m ã số: Q G TĐ 12.25

Hai bên thoả thuận kí kết hợp đồng thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học vói những điều khoản sau:

Đ iều 1: Bên B cam kết thực hiện đề tài:

Tên đề tài: “N g h iê n c ứ u tích hợ p cô n g n g h ệ H ebCtlS và x ử lý ả n h vệ tình đa độ p h â n •

giải, đa thờ i g ia n tro n g theo dõi cháy rù n g tại Việt N a m ”

M ã số: Q G TĐ 12.25

Điều 2: Kinh phí và thời gian thực hiện đề tài:

Thời gian thực hiện nhiệm vụ: 24 tháng kê từ ngày 26/12/2012

Tổng kinh phí được duyệt: 400.000.000 đồng:

- Kinh phí cấp năm 2012: 200.000.000 đồng

- K inh phí cấp năm 2013: 200.000.000 đồng

Kinh phí của đề tài đã bao eồm những khoản đóng eóp n g h ĩa vụ theo qui định

hiện hành của N hà nước, s ố kinh phí này Chủ trì đề tài sẽ nhận tại Phòng Tài vụ, Văn

phòng Đ H Q G H N

Đ iều 3: Trách nhiệm cúa bên B :

- Thực hiện đúng nội dung nghiên cứu, tiến độ và kết quả của nhiệm vụ theo Đecương đề tài đã được phê duyệt

- V iết B áo cáo tiến độ thực hiện và báo cáo tổng kết đề tài theo mẫu quy định 'm PW

Chi tiêu kinh phí được cấp theo đúng dự toán, đúng chế độ tài chính hiện hành và

quyết toán với Phòng tài vụ, Văn phòng Đ IỈQ G H N thành 2 đợi theo năm tài chính;

- H oàn thành các sán phâm khoa học theo nội dung và tiến độ thực hiện của đề

tài theo 2 đ ợ t : dợt 1 (trước ngày 26/12/2013), đọt 2 (trư ớ c ngày 26/12/2014)

Đ ợt 1 : B áo cáo tiến độ thực hiện năm thứ nhất

Đ ợt 2 : B áo cáo tong ket đề tài

Đ iều 4: Trách nhiệm của Bên A :

- C ấp kinh phí cho Bên 13 theo đúng tiến độ thực hiện đề tài Bên A cấp kinh phí

đợt 1 neày sau khi hai bên ký kết hợp đồng, cấp kinh phí đợt 2 ngay sau khi Bên B

thanh quyết toán xong kinh phí đợt 1

- Tố chức đánh giá tiến độ thực hiện và nghiệm thu đề tài theo quy định hiện

hành

Đ iều 5: Q uyền sở hữu trí tuệ

- Q uyền sở hữu trí tuệ (SH T T ) đối với kết quả nghiên cứu của đề tài thuộc về

Đ H Q G H N

- Tác giả (chủ trì đề tài hoặc nhóm cộnc, tác) là người trực tiếp thực hiện nhiệm

vụ được hưở ng quyền tác giả theo quy định của pháp luật

- Hai bên có Irách nhiệm thoả thuận về quyền nộp đơn đăng ký quyền SH TT đối

với kết quả nghiên cứu và việc phân chia lợi ích được th o ả thuận giữa các bên trên cơ

sở các quy định trong L uật SHTT

- Hai bên có trách nhiệm bảo m ật các kết quả nghiên cứu theo quy định hiện

hành Ncu tác giả hoặc bên B m uốn phổ biển, sử dụng kết quả nghiên cứu thì phải có

sự thoả thuận bằng văn bản với Đ H Ọ G H N và cơ quan chủ trì

Điều 6:

- Hai bên cam kết thực hiện đúng các điều khoản đã dược ghi trong hợp đồng, bên nào vi phạm sẽ phải chịu hoàn toàn trách nhiệm theo các quy định hiện hành Trong quá trình thực hiện hợp đồng, hai bên phải thông báo cho nhau những vấn đề nảy sinh và cùng nhau hàn bạc giải quyết

- Hợp đồng này làm thành 05 bản có giá trị như nhau, mồi bên giữ 01 bản, 01 bản lưu Văn phòng Đ H Q G H N , 02 bản gửi đến Phòng Tài vụ cơ quan Đ H Q G H N

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ^ - ĐIỈQGHN

VĂN PHÒNG ĐAI HOC QUÔC GIA HÀ NỘI

SAO Y BẢN CHÍNH

Sô : 2 - 2ị Qu y ê n l i /S Y

Hà Nội n g à y :

, \auịfỉn M ị Mòn (M t ‘ỳ

D ự TOÁN KINH PHÍ CỦA NHIỆM v ụ

(K èm theo H ợp đồng số .<ÂíjL /HĐ-KHCN ngày 26/12/2012)

Tông

(N ghìn đồng)

Thu thập tư liệu (mua, thuê)

Dịch tài liệu tham khảo (số trang

3 Điêu tra, khảo sát, thí nghiệm,

thu thập số liệu, nghicn cứu

Chi phí tàu xe, côn g tác phí

đề tài, chi tiết trong logíram e

BTC-BKHCN Chi phí hoạt động chuyên môn

44/2007/TTLT-4 Hội thảo khoa học, viêt báo cáo

Đ ơn v ị công tác: K hoa C ông nghệ thông tin

T rường Đ ại h ọc C ông nghệ

H à N ội, 12/2012

(Yêu cầu không thay đoi trình tự các mục, không xóa những gợi ý ghi trong ngoặc)

I THÔNG TIN CHUNG VÊ ĐÊ TÀI

1 - Tên đề tài

Tiếng Việt: Nghiên cứu tích họp công nghệ WebGIS và xử lý ảnh vệ tinh đa độ phân giải, đa thời gian trong theo dõi cháy rừng tại Việt Nam

Tiếng Anh: Intergration of WebGIS and multidate and multi resolution satellite image

Processing technologỉes for forest fỉre monitoring in Vietnam

2 - Mã số (được cấp khi Hồ sơ trúng tuyến)

3 - Mục tiêu và sản phẩm dự kiến của đề tài

3.1.Mục tiêu ( Bám sát và cụ thể hóa định hướng mục tiêu theo đặt hàng - nếu có )

• Nghiên cứu và phát triển hệ thống WebGIS cung cẩp thông tin về cháy rừng.

• Hoàn thiện và phát triển thuật toán phát hiện điểm cháy (điểm nóng) phục vụ cảnh báo cháy rừng sử dụng dữ liệu vệ tinh đa độ phân giải, đa thời gian.

• Xây dựng mạng lưới hợp tác liên ngành: viễn thám - khoa học tính toán - công nghệ thông tin và truyền thông trong Đại học Quốc gia, trong khu vực và quốc tế.

3.2 Sản phẩm (Ghi tóm tắt tên các sản phẩm nêu ờ mục 12 và m - 21,22,23,24,25,26)

1 Báo cáo về các phương pháp và thuật toán phát hiện điểm cháy (điểm nóng) phục vụ cảnh báo cháy rừng nói chung từ các loại dữ liệu ảnh vệ tình đa độ phân giải, đa thời gian.

2 Hệ thống WebGIS cung cấp thông tin về cháy rừng.

3 Cơ sở dữ liệu bao gồm ảnh vệ tinh và tài liệu thực địa về cháy rừng ừên các vùng thí điểm.

4 Phương pháp xừ lý ảnh vệ tinh để phát hiện điểm cháy (điểm nóng) phục vụ cảnh báo nguy cơ cháy rừng.

5 Các bản đồ liên quan đán cháy rừng.

6 Công bố: 01 (01 bài báo ờ tạp chí quốc tế)

7 Đào tạo: 02 sinh viên cao học (01 ngành Địa lý, 01 ngành Công nghệ thông tin)

4 - Thòi gian thực hiện: 24 tháng

(Từ tháng 12/2012 đến tháng 11/2014)

5 - Thông tin về tác giả thuyết minh đề cưong (Chủ trì đề tài)

Họ và tên: Lê Thanh Hà

Ngày, tháng, năm sinh: 10/05/1980 Nam/ Nữ: Nam

Học hàm, học vị: Tiến sĩ

Chức danh khoa học: Giảng viên Chức vụ

Đ iện th o ạ i:

Tổ chức : Nhà riêng: Mobile: 0983 692 592

F a x : E-mail: ltha@vnu.edu.vn

Tên tổ chức đang công tác:.Khoa Công nghệ thông tin, Đại học Công nghệ, ĐHQG HN

Địa chỉ tổ chức : E3, 144 Xuân Thủy, c ầ u Giấy, Hà Nội

Tóm tắt hoạt động nghiên cửu của tác giả thuyết minh đề cương

(Các chương trình, đề tài nghiên cứu khoa học đã tham gia, các công trình đã công bố liên quan tới phương hướng của đề tài)

Tác giả có kinh nghiệm về nghiên cứu trong lĩnh vực Khoa học máy tính, chuyên ngành xử lý ảnh, xử lý ảnh viễn thám, xử lý video, và phát triển các phần mềm phân tích ảnh vệ tinh Tác giả cũng đã tham gia một số các dự án thuộc lĩnh vực này

Một số công trình đã công bố liên quan đến đề tài (lựa chọn)

[1] Q K Le, c H Pham, T H Le, "Road traffic control gesture recognition using depth images," EEEK Transactions on Smart Processing & Computìng, 2012

[2] S.-W Jung, L T H a, and S.-J Ko, "A New Histogram Modiíication Based Reversible Data

Hiding Algorithm Considering the Human Visual System," IEEE Signal Processing Letters, vol.

18, no 2, pp 95-98, Feb 2011 (SCIE Indexed)

[3] T H Le, S.-W Jung, s , -J Baek, and S.-J Ko, "An Improved Method to the Macroblock-level

Deblocking Scheme," ETRI Journal, vol 33, no 2, pp 195-200, Apr 2011 (SCI Indexed)

[4] T H Le, S.-W Jung, K,-S, Chue, and S.-J Ko, "Image Segmentation based on a Modiíĩed

Graph-Cut Algorithm," Electronics Letters, vol 46, no.16, pp 1121-1123, Aug 2010 (SCI

Indexed)

[5] T H Le, S.-W Jung, C.-S Park, and s J Ko, "A Macroblock-level Deblocking Method to

Improve Coding Efficiency for H.264/AVC," ETRI Journal, vol 32, no 2, pp 336-338, Apr 2010

(SCI Indexed)

[6] T H Le, C.-S Park, S.-W Jung, and S.-J Ko, "An Improved Method to CABAC in the

H.264/AVC Video Compression Standard," IEICE Trans Fundamentals, vol E92-A, no 12, pp

3355-3360, Dec 2009 (SCIE Indexed)

[7] S.-W Jung, C.-S Park, T H Le, and S.-J Ko, "Adaptive Quarter-pel M otion Estimation and

Motìon Vector Coding Algorithm for the H.264/AVC Standard," Optỉcal Engineering, vol 48, no.

11, pp 110502-1-3, Nov 2009 (SCIE Indexed)

[8] M.-C Hwang, T H Le, N.-H Kim, C.-S Park, and S.-J Ko, "Person Identiíication System for

Future Digital TV with Intelligence," IEEE Trans Consumer Electronics, vol 53, no 1, pp 218-

226, Feb 2007 (SCI Indexed)

[9] D T Duong, H.-S Kim, T H Le, J.-Y Jeong, and S.-J Ko, "Adaptive GOP Bit Allocation to

Provide Seamless Video Streaming in Vertical Handoff," PSIVT2006, Lecture Notes in Computer

Science, vol 4319, pp 791-801, Dec 2006.

Thời gian Tên đề tài/công trình Tư cách tham gia Cấp quản lý / noi công

tac2013-2014 Nén và truyền thông hình

ảnh đa khung nhìn kết hợp

độ sâu cho các hệ thống ti vi3D

Chủ trì Quỹ phát triển khoa học &

công nghệ quốc gia (NAFOSTED)

2012 Nâng cao hiệu suất nén

video chuẩn H.264/AVC

2013 Nghiên cứu phương pháp

phân tích ảnh viễn thám phục vụ đánh giá mức độ ô nhiễm không khí tại Việt Nam

Chủ trì Trung tâm nghiên cứu

(đã bảo vệ/đang thực hiện)

6 - T h ư ký đề tài

Họ và tên: Nguyễn Thị Nhật Thanh

Ngày, tháng, năm sinh: 03/02/1980 Nam/ Nữ: Nữ

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội

Điện thoại: 37547461 Fax

E-mail: uet@ vnu.edu.vn

Website: uet.vnu.edu.vn

Địa chỉ: E3- 144 X uân T hủy, c ầ u Giấy, H à N ội

Tên tổ chức chủ quản đề tài: Đại học Quốc gia Hà Nội

8 - Các tổ chức phối hạp chính thực hiện đề tài (nếu có)

1 Tổ chức 1: Trung tâm quốc tể nghiên cửu biến đổi khí hậu toàn eầu (ICARGC)

Tên tổ chức chủ quản: Đại học Quốc Gia Hà Nội

Địa chỉ: 144 Xuân Thủy, cầu Giấy, Hà Nội

2 Tổ chức 2: Department of Geographical Sciences,

Tên tổ chức University of Maryland, Hoa Kỳ

Địa chỉ: 2181 Samuel J LeFrak Hall, College Park, MD 20742

9 - Các cán bộ thực hiện đề tài

(Ghi những người cố đóng góp khoa học và thực hiện những nội dung chính thuộc tổ chức chủ trì

và tổ chức phối hợp tham gia thực hiện đề tài, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm để tài)

Họ và tên, học

hàm h ọc vị

Tổ chức công tác

Tư cách tham gia (chủ nhiệm

đề tài/Thành viên)

Nội dung công việc tham gia

Thòi gian làm việc cho đề tài

(Số tháng quy đổi2)

xây dựng hệ thống WebGIS, CSDL; viết bài báo/ báo cáo

viết bài báo;

dữ liệu; viết báo cáo tổng kết;

2 M ộ t (01) th á n g q u y đổ i là th án g là m việc g ồ m 22 ngày, m ỗi n g ày là m v iệ c g ồ m 8 tiếng

Thúy Hăng xây dựng CSDL;

thu thập và xây dựng dữ liệu chuyên đề, dữ liệu GIS; xây dưng bản đồ cháy;

7 ThS Phạm Ngọc

Hải

triển các phương pháp, thuật toán;

viết bài báo;

6

8 ThS Nguyễn Hồng

Minh

Tổng cục Lâm nghiệp

Uỷ viên Nghiên cửu và

phát triển hệ thống WebGIS;

xây dựng bản đồ cháy

6

hệ thống WebGIS; xây dựng các bản đồ GIS và bản đồ thông tin cháy rừng; viết bài báo/báo cáo

6

10 TS Nguyễn An

Thịnh

của điều kiện sinh thái và cháy rừng;

viết bài báo/báo cáo

6

II MỤC TIÊU, N Ộ I DUNG VÀ SẢ N PH Ẩ M D ự K IÊ N

10 Mục tiêu

( Bám sát và cụ thể hóa định hướng mục tiêu theo đặt hàng - nếu có)

00 Nghiên cứu và phát triển hệ thống WebGIS cung cấp thông tin về cháy rừng

00 Hoàn thiện và phát triển thuật toán phát hiện điểm cháy (điểm nóng) phục vụ cảnh báo cháy rừng sù dụng dữ liệu vệ tinh đa độ phân giải, đa thời gian,

co Xây dựng mạng lưới hợp tác liên ngành: viễn thám - khoa học tính toán - công nghệ thông tin và truyền thông trong Đại học Quốc gia, trong khu vực và quốc tế

11- Nội dung NCKH

(Nêu rõ nội dung khoa học, công nghệ cần giải quyết, các hoạt động chính để thực hiện cá nội dung tạo ra được sản phẩm; ý nghĩa, hiệu quả của việc nghiên cứu, phướng án giải quyế, chi rỗ nội dung mới, tính kể thừa phát triển, cấc nội dung có tính rủi ro và giải pháp khắc phục ghi rõ các chuyên đề cần thực hiện trong từng nội dung).

Nội dung 1: Nghiên cứu, xây dựng hệ thống WebGIS cung cấp thông tin về cháy rừng

00 Nội dung 1.1: Tim hiểu về các hệ thống hiện có ở Việt Nam, trong khu vực và trên thế giới

co Nội dung 1.2: Xây dựng hệ thống (phần mềm và phần cứng) ỵ '

Nội dung 2: Nghiên cứu các phương pháp/ thuật toán phát hiện điểm cháy (điểm nóng) phục vụ cảnh báo cháy rừng sử dụng các loại vệ tinh đa độ phân giải đa thời gian

co Nội dung 2.1: Nghiên cửu và đánh giá phương pháp và thuật toán phát hiện cháy rừng tại VN và trên thế giới

co Nội dung 2.2: Kiểm nghiệm các thuật toán và đề xuất phương án lựa chọn

co Nội dung 2.3: Áp dụng thuật toán được chọn trên khu vực nghiên cửu

co Nội dung 2.4: Nghiên cửu các phương pháp phân tích không gian trong đánh giá quan hệ giữa phân bố'''' các điểm cháy (điểm nóng) với điều kiện sinh thái trong khu vực thí điểm

co Nội dung 2.5: Thực địa kiểm chứng

Nội dung 3: X ây dựng Cơ sở dữ liệu bao gồm ảnh vệ tinh (MODIS, LANDSAT) và tài liệu thực địa về cháy rừng trên các vùng thí điểm

00 Nội dung 3.1: Thu thập và xây dựng dữ liệu nền GIS ^

co Nội dung 3.2: Thu thập ảnh vệ tinh (MODIS, LANDSAT)''''

co Nội dung 3.3: Thu thập dữ liệu chuyên đề liên quan đến cháy rừng

00 Nội dung 3.4: Thiết lập kiến trúc CSDL đáp ứng lưu trữ dữ liệu lớn, đa nguồn vói khả năng truy xuất d~

nhanh, và tích hợp dữ liệu vào CSDL

co Nội dung 3.5: Xây dựng các công cụ chiết xuất dữ liệu từ CSDL phục vụ người sử dụng

Nội dung 4: X ây dựng thuật toán xử lý ảnh vệ tinh phát hiện điểm cháy (điểm nóng) phục vụ cảnh báo nguy cơ cháy rừng

co Nội dung 4.1: Tiền xử lý ảnh vệ tinh và các dữ liệu liên quan

00 Nội dung 4.2: Thiết lập tương quan giữa các điều kiện sinh thái (nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, hướng gió, lóp phủ .) vói tần suất xuất hiện và phân bố không gian của các điểm cháy (điểm nóng)

00 Nội dung 4.3: Đề xuất phương pháp/ thuật toán phát hiện điểm cháy (điểm nóng) phục vụ cảnh báo nguy

cơ cháy rừng

o Kết họp các đặc trưng điều kiện sinh thái khác nhau

o Sử dụng dữ liệu vệ tinh đa thời gian, đa độ phân giải

o So sánh các thuật toán đang sử dụng (FIRA, FARSITE .)

co Nội dung 4.4: Thực địa kiểm, chứng kết quả thuật toán

Nội dung 5: X ây dựng các bản đồ và các thống kê số liệu liên quan đến cháy rửng,

co Nội dung 5.1: Bản đồ phân bố điểm cháy (điểm nóng)

co Nội dung 5.2: Các bản đồ tương quan không gian (giữa các điểm cháy/điểm nóng với điều kiện sinh thái)

12 - Sản phẩm dự kiến

( Cụ thể hóa, thuyết minh rõ các sản phẩm khoa học dự kiến , chỉ ra được những vấn để , nội

dung khoa học nào được giải quyết và đem lại những đóng góp mới nào cho nhận thức khoa học, các phát hiện mới, hoặc các sản phẩm công nghệ mới ( bao gồm cả phương pháp mới, quy trình công nghệ ), hoặc các giải pháp hữu ích, patent, hệ thống thông tin, dữ liệu mới sẽ được tạo ra, khả năng tạo ra các thương phẩm, các hợp tác mới, dịch vụ

1 B áo cáo v ề các phương pháp và thuật toán phát hiện điểm cháy (đ iểm nóng) phục vụ cảnh báo cháy

rừng nói chung từ các loại dữ liệu ảnh vệ tinh đa độ phân giải, đa thòi gian

2 H ệ thống W ebG IS cung cấp thông tin v ề cháy rừng.

3 Cơ sở dữ liệu bao gồm ảnh vệ tinh (MODIS, LANDSAT) và tài liệu thực địa về cháy rừng trên các

vùng thí điểm

a N ội dung 1.3: Triển khai và thử nghiệm hệ thống sử dụng dữ liệu trên vùng thí điểm.

4 Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh đê phát h iện điểm cháy (điêm nóng) phục vụ cảnh báo nguy cơ cháy

rừng

5 Các bản đồ liên quan đến cháy rừng

6 Công bố: 01 ( 01 bài báo ở tạp chí quốc tế)

13 - Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước và đề xuất nghiên cứu của đề tài

13.1 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu lý luận và thực tiễn thuộc lĩnh vực của Đề tài

Ngoài nước (Phân tích đánh giá được những công trình nghiên cứu có liên quan và những kết quả

nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu của đề tài; nêu được những bước tiến về trình độ KH&CN của những kết quả nghiên cứu đó; những vấn đề KHCN đang cần phải nghiên cứu và giả quyết).

Nghiên cứu cháy rừng là lĩnh vực thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trong những năr gân đây Việc xác định được các vùng rừng bị cháy có vai trò quan trọng trong nghiên cứu chá rừng vì ngoài việc theo dõi và cảnh báo cháy rừng, nó còn đóng vai trò là dữ liệu cho các nghiê: cứu khác như nghiên cứu sử dụng đất (landuse), lớp phủ (land cover), quản lý rừng, giúp cho việ

dự báo và phân tích nguy cơ cháy rừng trong tương lai V V Các vụ cháy rừng sinh ra nhiều nhiệ lượng, khói và aerosol do đó có ảnh hưởng lớn đên khí hậu Bởi vậy, có thê nói rằng theo dõi V phát hiện cháy rừng là hữu ích cho nghiên cứu về thiệt hại sinh thái, kinh tế và xã hội do cháy rừn gây ra

Sử dụng ảnh viễn thám chụp bề mặt trái đất từ vệ tính là một trong các phương pháp phát hiện V theo dõi cháy Có hai loại vệ tình có thể được sử dụng để phát hiện và theo dõi cháy rừng, đó là V tinh địa ữnh (geostationary satellite) và vệ tinh quĩ đạo cực (polar-orbiting satellite)

Từ những năm 1980, thiết bị cảm biến VAS trên vệ tinh địa tĩnh GOES4-7 đã được sử dụng để the dõi cháy rừng GOES chụp ảnh bề mặt trái đất ở các vùng Bắc, Trung và Nam Mỹ Năm 1998, cá

vệ tinh METEOSAT được đưa lên quĩ đạo để theo dõi bề mặt trái đất ở các vùng châu Âu và châ Phi Thế hệ thứ nhất của METEOSAT có 7 vệ tình ghi nhận 3 vùng phổ (nhìn thấy, hồng ngoại V nước bay hcri) theo chu kỳ 30 phút một lần Các vệ tinh METEOSAT thế hệ 2 (gọi tắt là MSG) c nhiều tiến bộ hơn thế hệ 1 và sẽ hoạt động trên quĩ đạo cho đến năm 2018 Các vệ tinh MSG có 1 băng phổ với sensor SEVIRI chụp ảnh bề mặt trái đất theo chu kỳ 15 phút một lần với độ phân giẻ không gian 3km METEOSAT-8 là vệ tinh MSG đầu tiên, đã được đưa vào quĩ đạo năm 2002 V tinh MSG thứ hai cũng được đưa vào quĩ đạo năm 2005

4.0 (8.0)GOES-11

(Imager)

4.0 (8.0)MTSAT-

1R

(JAMI)

2.0

Bảng 1 Khả năng cùa hệ thống cảnh báo cháy địa tĩnh toàn cầu.

Các vệ tinh quĩ đạo cực thường được sử dụng cho phát hiện và theo dõi cháy rừng là NOAA AVHRR và MODIS AVHRR do Cơ quan quản lý đại dương và khí quyển Mỹ (NOAA) phối hợp với Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) quản lý Các vệ tinh có đầu thu AVHRR đã được lần lượt đưa vào quĩ đạo Năm 1978, TIROS-N được phóng lên quĩ đạo, sau đó là NOAA-L, NOAA-

M NOAA-4 và NOAA-6 được phóng năm 1994 Năm 1998 NOAA-K được đưa lên quĩ đạo AVHHR là đầu thu radiometer Đầu thu AVHRR đầu tiên trên TIROS-N có 4 kênh băng phổ, AVHRR/2 có 5 kênh, AVHRR/3 đặt trên vệ tình NOAA-15 có 6 kênh AVHRR có dải hoạt động

từ 0.65 micron đến 11.9 micron, độ phân giải không gian là l.lk m

MODIS là đầu thu được đặt trên hai vệ tinh T eưa và Aqua của NASA T eưa được đưa vào quĩ đạo ngày 18/12/1999, Aqua được đưa vào quĩ đạo vào 5/2000 MODIS có dải hoạt động với bước sóng

từ 0.4 đến 14.4 micron, có 36 băng phổ và độ phân giải không gian lkm Teưa và Aqua bay cách trái đất 705km theo quĩ đạo đồng bộ mặt trời (sun-synchronous orbit)

Vệ tinh quĩ đạo cực tiếp theo là MetOp-A là sản phẩm hợp tác của EUMETSAT và NOAA, được phóng vào ngày 19/10/2006 MetOp-A bay theo quĩ đạo đồng bộ mặt trời, cách trái đất 800-850km MetOp-A G Ó mang theo đầu thu AVHRR/3

Các vệ tinh địa tĩnh và bay theo quĩ đạo cực đều có các ưu nhược điểm khi được sử dụng vào phát hiện vào theo dõi cháy rừng Các vệ tinh địa tĩnh nằm bay cách trái đất 36000km, luôn quan sát một vùng cố định của trái đất do đó không phát hiện hoặc theo dõi được cháy rừng ờ các vùng khác Độ phân giải thòi gian của các ảnh từ vệ tinh địa tĩnh thường cao hơn vệ tinh quĩ đạo cực, do

đó số lượng ảnh chụp bể mặt trái đất của vệ tinh địa tĩnh khá lớn, rất có lợi cho việc nghiên cứu các hiện tượng có diễn biến nhanh như theo dõi cháy rừng Tuy nhiên độ phân giải không gian của ảnh

từ vệ tinh địa tĩnh thấp hon so với ảnh từ vệ tinh quĩ đạo cực MSG chụp ảnh trái đất 15 phút một lần (độ phân giải thời gian cao) nhưng độ phân giải không gian của ảnh MSG thấp (3km)

Các vệ tinh guĩ đạo cực thường bay cách trái đất từ 700-800km do đó ảnh chụp bề mặt trái dắt

thường có độ phân giải không gian cao hơn ảnh chụp từ vệ tinh địa tĩnh Nhược điểm của ảnh VI tinh quĩ đạo cực là độ phân giải không gian của mỗi vùng trên trái đất được chụp ảnh là khá thấp thường từ 2-4 ảnh/ngày NOAA AVHRR có độ phân giải thời gian 2 ảnh/ngày, MODIS có độ phâi giải thời gian 4 ảnh/ngày.

Đầu thu

(sensor)

Terra

Bảng 2 Các vệ tình q u ĩ đạo cực thường được sử dụng trong p h á t hiện, cảnh báo chấy

Cháy rừng là thảm họa rất nguy hiểm và cần được phát hiện càng sớm càng tốt Việc sử dụng ảiử

vệ tinh cho phát hiện cháy rừng có nhiều hạn chế, nguyên nhân chủ yếu do các đặc tính kỹ thuậ của các đầu thu như băng phổ, độ phân giải thời gian và không gian Đầu thu ETM (Landsa Enhanced Thematic M apper) có độ phân giải không gian cao, từ 30m-60m nhưng lại có độ phâr giải thời gian thấp (16 ngày) Đầu thu ASTER (Advanced Space bome Thermal Emission anc Reflection Radiometer) có độ phân giải không gian 15m, 30m và 90m và độ phân giải không giar

16 ngày Do đó ETM và ASTER không thích hợp để theo dõi diễn biến của các đám cháy chưí được dập tắt

Từ những ưu, nhược điểm cửa cẩc vệ tinh địa tĩnh và quĩ đạo cực như đã nêu (xem bàng 1, 2), cầr phải sử dụng kết hợp ảnh vệ tinh với độ phân giải khác nhau về thời gian và không gian để phá hiện và theo dõi cháy rừng

Từ những năm 1980, đã có rất nhiều thuật toán được đề xuất để phát hiện cháy rừng Hầu hết các thuật toán đều được áp dụng cho dữ liệu từ các vệ tình địa tĩnh và vệ tính quĩ đạo cực Thuật toár cho s AVIRI chưa có nhiều kết quà

Hai vệ tình viễn thám NOAA và MODIS có những đặc trưng của bộ cảm biến rất phù hợp cho cá< ứng dụng liên quan đến phát hiện và theo vét cháy

NOAA/AVHRR có hai lợi ích chính khi sử dụng cho việc theo dõi cháỵ; Thứ nhất, nó cung cấp đ( bao phủ theo ngày của toàn bộ trái đất với độ phân giải ~ lk m , đây là vấn đề quan trọng để quan sá hoạt động cháy ở phạm vi toàn cầu Thứ hai, nó có độ bao phủ phổ rộng vùng nhìn thấy, near inírared, mid-infrared, và phổ sóng nhiệt Tất cả các kênh này đều có thuộc tính về cháy, nhưng lạ chứa đựng những thông tin khác nhau [10]

Các thuật toán phát hiện cháy MODIS dựa trên những thuật toán đã được phát triển cho AVHRR nhưng có thể có nhiều lợi ích hem Trong thiết kế MODIS, kênh 3.75 ccm được chuyển thành 3.9' CQĨ1 để loại bỏ hiện tượng hấp thụ hoi nước nhằm giảm phát xạ mặt Ười 40% [11] Kênh nhìn thấ1

và các kênh IR (0.66 và 0.86 oan) đều có độ phân giải 250m rất có ích để phát hiện thảm thực vậ cũng như khu vực sau cháy MODIS cũng có kênh 1.65 ccm với độ phân giải 500m rất nhậy cản với khu vực sau cháy [12][13]

Các thuật toán phát hiện cháy chính dựa trên AVHRR có thể được phân làm ba loại: 1 Các thuậ toán đơn kênh, 2 Các thuật toán đa kênh, 3 Các thuật toán đa kênh cảm ngữ cảnh

Thuẳt toán đon kênh:

Các thuật toán này chủ yếu sử dụng kênh mid-infrared (kênh 3) của AVHRR Mặc dù AVHRĨ

không được thiết kế với mục tiêu giám sát cháy, nhưng kênh 3 vẫn được sử dụng cho việc phát hiện đáp cháy một cách hiệu quả cho nhưng môi trường hoặc vùng có nhiệt độ thấp và có độ phản xạ ánh sáng mặt trời thấp [14] Thuật toán ngưỡng đơn kênh hữu dụng nhất đối với các vệ tinh quan sát đêm nơi mà năng lượng phản xạ ánh sáng mặt trời là tối thiểu [15] [16].

Một nhiệm vụ khó khăn trong việc sử dụng kênh 3 để phát hiện cháy trong khoảng thòi gian ban ngày là giải quyết ảnh hường của sự phàn xạ ánh sáng mặt trời từ mây và từ các bề mặt sáng trong giới hạn bão hòa thấp của kênh 3 Ví dụ, bề mặt đất có nhiệt độ 300k và phản xạ 0.28 có thể làm bão hòa kênh 3 mặc dù không hề có cháy [17] Trong hình 1 có thể thấy rằng độ phản xạ anh sáng mặt trời đóng vai trò càng quan trọng khi nhiệt độ bề mặt giảm Phản xạ ánh sáng mặt trời chủ yếu phụ thuộc vào tia sáng tói và suất phản xạ Xuất phản xạ trên 40% làm cho kênh 3 bão hòa Xuất phản xạ trên 20% tác động xấu tới tất cả các thuật toán phát hiện cháy Neu xuất phản xạ là 5% thì

nó không bao giờ làm cho kênh 3 bão hòa nêu không có sự xuât hiện của cháy Điêu này đặc biệt

hữu dụng khi áp dụng cho những thảm thực vật hoặc rừng nơi m à xuất phản xạ là 5% [17][18].

Thuât toán đa kênh:

Đê khăc phục những khó khăn của khi làm việc trên đơn kênh 3 cho bài toán phát hiện cháy, các thuật toán dựa trên đa kênh đã được sử dụng Các thuật toán này thường thực hiện ba bước cơ bản:

1 Sử dụng kênh 3 để phát hiện điểm cháy tiềm tàng, 2 Sử dụng kênh nhiệt 4 để loại bỏ mây, 3 Sử dụng sự sai khác giữa nhiệt độ sáng trong kênh 3 và kênh 4 để tách điểm lửa ra khỏi nền Thuật toán đa kênh thường được sử dụng cho các ứng dụng phạm vi khu vực hoặc lục địa Việc phát hiện cháy đã được áp dụng cho rừng nhiệt đới [19][20], rừng Savan [21][22][23], và rừng bắc cực [24][25] Với mỗi ứng dụng, các ngưỡng được thay đổi để phù hợp với các điều môi trường và điều kiện cháy,

Kênh 4 phù hợp cho việc phát hiện mây ờ tầng cao, nhưng không tốt đối với mây tầng thấp có sự chênh lệnh nhiệt nhỏ vói bẽ mặt Kênh khả kiên 1 cổ thè được sự dụng đê lọc mây và các bê mặt

sáng [26] [27] Tuy nhiên, trong tất cả các kênh của AVHRR, kênh khả kiến là phù hợp nhất đ( phát hiện khói, khói thường có liên hệ trực tiếp tới lửa khi nó bị ảnh hường bởi gió Kênh NIR í cũng có thể được sử dụng để phát hiện khói [28] nhưng ở mức độ thâp hơn Một ứng dụng khác củ: kênh NIR 2 đó là xuất phản xạ thảm thực vật giảm mạnh sau khi bị cháy, nó tường phản mạnh vớ những vùng thảm thực vật màu xanh Sự sai khác nhiệt độ sáng giữa kênh 4 và kênh 5 cũng có thé được sử dụng để lọc iihững tầng m ây mỏng [23][28] Trong nghiên cứu của Liu et al [33], ngưỡng nhiệt độ brightness kênh 3 đê phát hiện điêm cháy tiêm tàng được đặt là 305k Dựa vào sự sai khác giữa kênh phổ hồng ngoại nhiệt, các điểm cháy nóng, điểm cháy lạnh cũng được phát hiện Các điểm cháy âm ỉ ở nhiệt độ thấp cũng được phát hiện nhờ thuật toán mặt nạ chùm khói.

Thuẳt toán cảm ngữ cảnh:

Đê mở rộng áp dụng của thuật toán đa kênh, các thuật toán đa kênh cảm ngữ cảnh cũng đã được đề

xuất Thay bằng việc sử dụng một ngưỡng cố định trong toàn vùng, thuật toán cảm ngữ cảnh xác

định các ngưỡng thay đổi phụ thuộc vào điểm ảnh Nó liên quan đến hai bước: khởi tạo các ngưỡng

đê phát hiện điêm cháy tiêm tàng và sau đó làm mịn các ngưỡng đê chứng thực các điêm cháy [29] Kích thước cửa sổ để tính giá trị trung bình và độ lệch chuẩn được thực hiện một cách đặc biệt, kích thước cửa sổ được tăng dần từ 3x3 đến 21x21 [30] cho đến khi số lượng điểm ảnh background đạt tới một giá trị cho trước Sau đó các giá trị thống kê này sẽ được sử dụng để làm mịn các ngưỡng Với các ứng dụng p h ạm vi khu vực, các ngưỡng được đặt dựa vào các đặc tính bề mặt theo khu vực và theo mùa, nguồn cháy, khả năng cháy [29][31] Với các ứng dụng toàn cầu, các thuật toán phát hiện cháy bảo toàn Thuật toán phát hiện cháy bảo toàn này sẽ bỏ các điểm cháy nhỏ để giảm việc xác xuât phát hiện cháy sai, vì thê nó không thích hợp cho các bài toán yêu câu cảnh báo sớm Tuy nhiên, điểm mạnh của thuật toán dạng này là nó có thể tim được nhưng đáp cháy thực vật lớn ảnh hưởng tới biên đổi khí hậu Ví dụ, Kaufman et al [32] phát hiện ra răng ở Braxin, thuậl toán MODIS chỉ có thể p h át hiện được 30-40% các điểm cháy, nhưng nhưng điểm cháy đó chiếm khoảng 80-99% quần thê thực vật bị cháy

M ôt số cách tiếp cân khác:

Fujiwara et al trong [34] sừ dụng thông tin cháy rừng được chứa trong histogram 3 chiều ở khu

vực viễn Đông nước Nga trong khoảng thời gian 1996 đến 2000 Trong m ột số trường hợp, phương

pháp này tỏ ra tốt hơn so với các phương pháp sử dụng ngưỡng Trong [36], histogram 3 chiều

cũng được sử dụng để mô hình hóa các điểm cháy ở khu vực viễn Đông nước Nga ở đây, các kênh

1, 3, 5 được kết hợp Trong phương pháp này, hừtogram 2 chiều cũng được sử dụng cho kênh 1 về

5 để cung cấp khả năng phát hiện cháy tin cậy hơn Kusida et al trong [35] sử dụng mô hình chá)

ngẫu nhiên để ước lượng rừng bắc cực trong khu vực Siberia và Mongolia Mô hình này được sù

dụng để đánh giá phương pháp ngưỡng song kênh (biband threshold method) để phát hiện điểrr cháy tích cực trên cơ sở ảnh nhiệt bất thường thu được từ vệ tinh MODIS Phương pháp phát hiệr

chùm khói dựa vào ph â n cụm Kmeans và phân tích ngưỡng đa kênh được công bố trong [37]

Phương pháp này được phát triển cho anh MODIS dựa vào phân tích đặc điểm đặc tnrng phổ củí các loại phủ khác nhau

Nhiều tổ chức quốc gia, quốc tế đã hợp tác với nhau trong phát hiện cháy rừng:

00 Chương trình GOFC/GOLD phát triển hệ thống theo dõi cháy địa tĩnh

00 MODIS thiết lập nhóm nghiên cứu cháy và đưa ra một số sản phẩm cành báo cháy

00 Dự án IGAC (International Global Atmospheric Chemistry) nghiên cứu ảnh hưởng của diệĩ tích rừng bị cháy đến khí quyển

00 Dự án GCTE (Global Climate and Terrestrial Ecosystems) nghiên cứu ảnh hưởng của chá' rừng đến sinh thái

Năm 1997, ủ y ban về vệ tinh quan sát trái đất (CEO) bắt đầu C hưoìig trình quan sát lóp

p h ủ rừng toàn cầu (GOFC), đây là m ột dự án thí điểm giúp cho các nhà cung cấp dữ liệu và người

sử dụng thông tin gắn kết với nhau để đưa ra sản phẩm thông tin từ vệ tinh phục vụ quan sát lớp phủ rừng trên toàn thế giới Trong giai đoạn thiết kế của GOFC vào năm 1998, giám sát và thành lập bản đồ cháy rừng được xác định là một trong những mục tiêu chính của chương trình GOFC Năm 2000 GOFC đã trở thành một trong năm dự án Hệ thống Quan sát Đất đai Toàn cầu (GTOS - Global Terrestrial Observing System), được tài trợ bởi Hệ thống Quốc tế Các tổ chức Quan sát toàn cầu (IGOS - International Global Observing System Partners) Hệ thống này đặt ra vói các mục tiêu (i) nâng cao nhận thức của n^ười sử dụng băng cách cung cấp các tiện tích của các sản phâm từ

vệ tinh phục vụ giám sát cháy, đồng thòi cung cấp các chính sách ở các cấp: Liên Hiệp Quốc, cấp khu vực, quốc gia và địa phương; (ii) khuyến khích việc phát triển và thử nghiệm các phương pháp tiêu chuẩn phân hạng cấp độ nguy hiểm khi có cháy đối với từng hệ sinh thái khác nhau và nâng cao hệ thống cảnh báo cháy sớm; (iii) thiết lập mạng lưới hoạt động bao gồm các trang web theo dõi và phát hiện cháy, đánh giá độ chính xác; (iv)Tăng cường sử dụng các sản phẩm theo dõi cháy bằng cách bằng cách phát triển hệ thống đa nguồn và dữ liệu GIS để cung cấp cho người sử dụng qua Internet; (v) phát triển hệ thống vệ tinh địa tĩnh toàn cầu để cung cấp thông tin về cháy gần thời gian thực (vi) Thiết lập hệ thống quỹ đạo cực có khả năng theo dõi cháy với độ phân giải trung bình phù hợp với yêu câu của người sử dụng và có thê thu được và xử lý tăng cường chât lượng tại các trạm thu khu vực, ngoài ra cung cấp thông tin về vói độ phân giải cao để theo dõi và đánh giá kiểm chửng sau cháy; (vii) cung cấp sản phẩm về bức xạ hàng năm và theo thòi gian thực ('http://gofc- fn~e.umd.edu/)

Hệ thống Thông tin cháy d ù n g trong quản lý tài nguyên (F IR M S) do Đại học Maryland

(Hoa kỳ) phát triển dưới tài trợ của Chương trình Khoa học ứ n g dụng của NASA và Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên họp quốc (UN FAO) FIRM được xây dựng nhằm cung cấp vị trí cháy ở thời điểm gần thực (near real-time) để trợ giúp các tổ chức và cơ quan về quản lý tài nguyên thiên nhiên Để các thông tín này có giá trị sử dụng cao và hiệu quả, các tổ chức cơ quan quản lý các khu bào tồn đòi hỏi các thông tin này phải được đưa tại thời điểm đang diễn ra cháy dưới dạng kích thước file nhỏ và dễ dử dụng Do vậy, FIRMS được thiết lập để đáp ứng yêu cầu này nhằm đưa thông tin gần thực (near real-time) về vị trí các điểm cháy Các thông tin này được chiết xuất từ ảnh MODIS chụp hàng ngày trên vệ tình TERRA nhằm phục vụ các cơ quan và các tổ chức về quản lý tài nguyên trên toàn thế giới Hệ thống này cung cấp dịch vụ cảnh báo qua email, giao diện tương tác, bản đô trực tuyên đê hiên thị các dữ liệu hiện thòi và lịch sử vê cháy, đông thòi cung câp các thông tin hàng tháng về diện tích cháy và các đám cháy ở thòi điểm gần thực với khuôn dạng

dữ liệu dê sử dụng Các ảnh cửa sô của MODIS cũng được cung câp miên phí trong hệ thông thông qua chức năng Phàn hồi nhanh (Rapid Response) íhttp://earthdata.nasa.gov/data/neai~-real-time- data/fìrms)

Bên cạnh phiên bàn FIRMS, còn có hệ thống G F IM (H ệ thố n g quản lý thông tin cháy

toàn câu - Global Fire In fo rm a ã o n M anagem ent System ) đặt tại Cơ quan quản lý tài nguyên

(DNR - Department of Natural Resources) thuộc Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc (UN FAO) ở đây, các dữ liệu hiện có từ các dự án đang thực hiện với thời gian gần thực được bổ sung vào nhằm theo dõi và cảnh báo khẩn cấp cháy rừng cho các tổ chức khác của UN cũng như cung cấp thông tin cho công chúng

Hiện nay hệ thống FIRMS và GFIM được đặt tại các cơ quan tài trợ như NASA và FAO nhưng các sản phẩm theo dõi cháy rừng từ từng tư liệu vệ tinh khác nhau như MODIS hay VIIR vẫn có thể thấy trên trang thông tin của Đại học M aryland Hệ thống sàn phẩm MODIS này đưa ra sản phẩm phát hiện cháy với kích thước pixel là 1 km tại thời điểm cháy với điều kiện không mây thông qua một thuật toán mà ngưỡng của nó được xác định qua tương quan nhiệt độ ở kênh hồng ngoại trung

và hồng ngoại nhiệt, các phát hiện không đúng sẽ được loại trừ khi kiểm tra nhiệt độ ở các pixel lân cận (http://modis-fire.umd.edu/Active Fire Products.htmiy Ngoài ra, cổng thông tin của Đại học Maryland cũng đưa các thông tin về cháy từ đầu chụp VIIRS Tuy nhiên các dữ liệu này vẫn đang trong giai đoạn kiểm định sẽ được dưa ra công chứng trong vài tuần tới

(http://vursfire geog.umd.edu/index.html).

Chương trình Thành lập Bản đồ Cháy ( The Active Fire Mapping Program) là hệ thốnị

phát hiện cháy từ ảnh vệ tinh do Trung tâm ứ n g dụng viễn thám trong Lâm nghiệp của USD/ (SRAC) tại Thành phố Salt Lake, bang Utah quản lý Hệ thống này cung cấp phát hiện cháy thờ gian gần thực và đặc trưng hóa điều kiện cháy cho khu vực Hoa Kỳ, Alaska, Hawaii và Canada Các vụ cháy đã phát hiện được thống kê theo đơn vị hành chính ở khu vực Hoa Kỳ và Canada Hệ thống này sử dụng dữ liệu ánh MODIS hàng ngày, tích hợp với các dữ liệu không gian khác để đưa đến thông tin hữu ích cầo người sử dụng (http://activefiremaps.fs.fed.usA)

Atlas T hế giới về Cháy (The A T S R World Fire Ảtlas) do Cơ quan Không gian Châu Âu

(ESA) thực hiện xử lý các dữ liệu gần thực, hoạt động bắt đầu vào tháng 2 năm 2006 Hệ thống này sử dụng dữ liệu trực tiếp từ nguồn tư liệu của ENVISAT sau 6 giờ thu nhận từ vệ tinh Dữ liệu được xử lý để phát hiện cháy và các file dữ liệu xuất bao gồm tọa độ điểm cháy (điểm nóng) và được gắn với các dữ liệu điểm cháy khác được phát hiện trong cùng tháng Các file dữ liệu này được chuỵển cho người sử dụng qua FTP (http://due.esrin.esa.int/wfa/) Ngoài ra Atlas còn cung cấp bản đồ cháy rừng theo tháng từ năm 1995 đến nay với dữ liệu đầu vào giai đoạn 1995 - 2002 là ATSR-2 chụp ban đêm và giai đoạn 2003 đến nay là dữ liệu AATST chụp đêm

Tổ chức Châu Âu về Khai thác vệ tinh khí tượng - EUMETSAT (European Ọrganisation foi the Exploitation of Meteorological Satellite) đưa ra hai sản phẩm chính trên hệ thống cổng thông

tin của mình đó là Bản đồ Nguy cơ cháy (Fire R isk Map - FRM ) và Phát hiện và theo dõi cháy

(Fire Decíection an d M onitorìng - FDem) Sản phẩm Bản đồ Nguy cơ cháy kết hợp với cấc thông

tin từ các mô hình dự báo khí tượng lấ từ ECMWF và trạng thái thực vật từ ảnh SEVIRI để đưa ra

dự báo rủi ro cháy cho toàn khu vực Châu Âu Sản phẩm Phát hiện và theo dõi cháy FDem dựa vàc thuật toán FE)ALGO cho ứ n g dụng viễn thám trong phân tích bề mặt đất (LSA-SAF - Land Surface Analysis Satellite Applications Facility) để xác định pixel trên SEVIRI hay Meteosat bị cháy [5]

Dịch vụ Thông tin và Dữ liệu Vệ tinh Môi trường Quốc gia (NESDIS) thuộc Dịch vụ Thông

tin Vệ tinh NOAA cung cấp Sản ph ẩ m Bản đồ Tai biển Cháy và Khói thời gian thực Các sàn

phẩm này có thể đưa thông tin về cháy và khói tích hợp với các dữ liệu GIS, đồng thời có thể đưa thông tín dạng KML lên nền Google

Ngoài ra, ở mỗi quốc gia, khu vực đều có những sản phẩm về theo dõi cháy rừng tích hợp trên

WebGIS để đưa được đến thông tin tức thời và trực quan cho người sử dụng Như H ệ thống Thông

tin cháỵ chuyên sâu (Ảdvance Fire Inýormation System) do Viện Meraka (Nam Phi) xây dựng

cung câp các sản phâm thông tin vê cháy cho khu vực dựa trên tư liệu ảnh MODIS Các thông tin

về cháy tại khu vực Đông Nam Á do Viện Công nghệ Châu Á (AIT - Thái Lan) phát triển

T rong nước (Phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trong nước thuộc lĩnh vực nghiên cứu củc

đề tà; đặc biệt phải nêu cụ thể được những kết quà nghiên cứu liên quan đến đề tài mà các cán bị tham gia đề tài đã thực hiện Neu có các để tài cùng bản chất đã và đang được thực hiện ở cấỊ khác, noi khác thì phải ệỉải trình rõ các nội dung liên quan đến đề tài này; Neu phát hiện có dí tài đang tiến hành mà đề tài này có thể phối hợp nghiên cứu được thì cần ghi rõ Tên để tài, Têr Chủ nhiệm đề tài và cơ quan chủ trì đề tài đó).

Việt Nam có khoảng 13,2 triệu ha rừng chiếm 39,1% tổnơ diện tích cả nước, với hơn 10,3 triệu hí rừng tự nhiên và 2,9 triệu ha rừng trồng [39] Đây là nguồn tài nguyên quan trọng, có ý nghĩa lớr

về mặt môi trường, sinh thái cũng như kinh tế, xã hội cần được quan tâm theo dõi, bảo vệ và phá triên Cháy rừng là một trong những môi đe dọa tới hệ sinh thái rừng tại Việt Nam Các sô liệi thống kê cho thấy tronệ vòng 16 năm từ 1992 đến 2008, mỗi năm có khoảng 1.170 vụ cháy rừnị lớn nhỏ xảy ra, làm mẩt 6,234 ha [40] Cháy rừng thường xảy ra trên diện rộng, nơi có địa hìnl phức tạp, khó đi lại nên việc quạn trắc phát hiện điểm cháy bằng phương pháp truyền thống thườn ị rât khó khăn và không kịp thời Nhu câu đánh giá độ chính xác vê nguy cơ tiêm ân của cháy rừn<

và phát hiện kịp thời các đám cháy đang trở nên cấp thiết cho việc phòng chống cháy rừng Do vậy

dữ liệu quan trắc từ các Vệ tinh quan trắc Trái đất (EPS) với tần suất chụp lặp lại cao, quy mô ba(

phủ rộng và dải phô chi tiêt cân được quan tâm khai thác sử dụng nhăm phát hiện sớm các điêm cháy rừng tại V iệt Nam [41][42] Chuỗi dữ liệu vệ tinh như ảnh NOAA, MERIS, MODIS có thể cung cấp thông tin về bề mặt trái đất trong các kênh phổ khác nhau Đặc biệt, dữ liệu MODIS bao gồm 6 kênh trong hai dải phổ nhiệt 3,66-4,08 |am; 10,78-12.27 |im đã được nhiều nhà khoa học và

cơ quan, tổ chức quan tâm, nghiên cứu và khai thác sử dụng Trước năm 2007, ở Hà Nội có hai đơn

vị thu nhận các ảnh này là Trung tâm Viễn thám và Geomatics VTGEO (Viện Địa chất) thu nhận ảnh NOAA AVHRR và Viện Vật lý thu nhận ảnh MODIS Vói các dữ liệu thu được này, các chỉ số thực vật (NDVI), nhiệt độ bề mặt đất (LST) và nhiệt độ bề mặt biển (SST) có thể được tính toán cho toàn lãnh thổ Việt Nam Các dữ liệu này kết hợp vói các thông tin từ các dữ liệu GIS khác có thể giúp tính toán, quan trắc cháy rừng [43]

Trước nhu cầu quan trắc cháy rừng, Cục Kiểm lâm đã phát triển hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến (gọi tắt là FừeW atch Việt Nam) từ 1/2007, tự động phát hiện sớm các điểm cháy (hotspots) trên toàn lãnh thổ Việt Nam tò dữ liệu ảnh MODIS và AVHRR trên vệ tình TERRA, AQUA và các

vệ tinh NOAA thu được thường xuyên tại trạm thu TeraScan đặt tại Cục [40] Sau khi máy chủ Server tự động thu dữ liệu MODIS tò các vệ tinh, xử lý đến sản phẩm bức xạ lb (đã được chuẩn hóa và nắn chỉnh hình học), modul Vulcan của hệthống TeưaScan sử dụng thuật toán ATBD- MOD14 của Nasa [44] tự động xử lý dữ liệu kênh 20, 22 và 31 cùng với ảnh mặt nạ mây để tạo ra

dữ liệu cháy dưới dạng ảnh và danh mục các điểm cháy Hệ thống FừeW atch Việt Nam (Phiên bản 2.0, 2008) nhằm hỗ trợ lực lượng kiểm lâm toàn quốc và các đơn vị, người dân liên quan thực hiện PCCCR, khai thác thông tin cháy, quản lý cháy rừng kị]3 thời và hiệu quả

Được xây dựng trên nền Web, FữeWatch Việt Nam gồm các cấu phần và chức năng để phổ biến rộng rãi như sau:

Cập nhật tức thời (real-tim e) thông tin về các điểm cháy phát hiện được từ dữ liệu vệ tinh.

Cung cấp, cập nhật danh m ục đ iểm cháy, thông tin cháy chi tiết (g ồ m tên v ệ tinh, ngày giờ, tọa độ địa

lý, thuộc đơn vị hành chính đến cấp xã, cường độ cháy và diện tích ảnh hường) cho 5 phiên ảnh gần nhất.

Cung cấp, cập nhật các điểm cháy ch o 3 phiên ảnh gần nhất trên nền dịch vụ bản đồ phục vụ ch o các đon vị k iểm lâm trên toàn quốc khai thác thông tin cháy m ột cách tương tác giúp quản lý cháy rừng kịp thời và hiệu quả D ịch vụ bản đồ trực tuyến gồm bản đồ nền địa lý, hành chính, nền địa hình (D EM ), bản đồ hiện trạng rừng và nền ảnh ghép Landsat-TM.

Cung cấp, cập nhật ảnh cháy do hệ thống trạm thu của SeaSpace tự động tạo nên và ảnh Q uicklooks phục vụ v iệ c theo dõi hiện trạng phủ mây và chất lượng ảnh.

C ơ sờ dữ liệu cháy cho phép tìm kiếm tra cửu dữ liệu cháy lịch sử theo ngày tháng năm và theo địa phương.

D ữ liệu thống kê cháy theo tháng năm và theo địa phương.

Thông tin g iớ i thiệu hệ thống.

FireWatch V iệt Nam còn quản lý cơ sở dữ liệu MODIS và NOAA/AVHRR ở mức chuẩn lb với ảnh quicklooks, dữ liệu cháy lịch sử và một số bản đồ GIS của Cục Kiểm lâm

Tuy nhiên trên thực tế, việc truy cập tới cơ sở dữ liệu của FừeW atch Việt Nam gặp rất nhiều khó khăn, trang web thường xuyên bị lỗi hệ thống và người sử dụng rất khó để tiếp cận tới hệ thống dữ liệu được cung cấp ở đây

13.2 Định hướng nội dung cần nghiên cứu của Đề tài, luận giải về sự cần thiết, tính cấp bách,

ý nghĩa lý luận và thực tiễn.

{Trên cơ sở đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, phân tích những công trình nghiên cứu có liên quan, những kết quả mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu đề tài, cần nêu rõ những vấn

để còn tồn tại, từ đó nêu được mục tiêu nghiên cứu và hướng giải quyết mới, những nội dung cần thực hiện - trả lời câu hỏi ãề tài nghiên cứu giải quyết vấn đề gì,những thuận lợi khó khăn cần giải quyết).

1- Định hướng: