(Luận văn thạc sĩ) xây dựng hệ thống thông tin hỗ trợ giám sát cháy rừng

Các hệ thống trên thực hiện chức năng chính là theo dõi phát hiện các điểm cháy dựa trên dữ liệu vệ tinh MODIS nhưng chỉ dừng ở hiển thị các điểm cháy mà chưa kết hợp với dữ liệu liên qu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ THANH HÀ

TS NGUYỄN THỊ NHẬT THANH

Hà Nội -2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân,

được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Lê Thanh Hà và Tiến sĩ Nguyễn Thị Nhật Thanh

Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Học viên

Phạm Thanh Tùng

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH SÁCH CÁCHÌNH 5

DANH SÁCH CÁCBẢNG 6

LỜI CẢM ƠN 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 10

1.1 Các vấn đề liên quan đến rừng và cháy rừng 10

1.1.1 Đặc điểm chung 10

1.1.2 Phân chia kiểu trạng thái rừng 11

1.1.3 Phân loại cháy rừng 12

1.1.4 Các điều kiện tự nhiên ảnh hưởng đến cháy rừng 13

1.2 Dữ liệu sử dụng 14

1.2.1 Dữ liệu điểm cháy vệ tinh 14

1.2.2 Dữ liệu khí tượng trạm quan trắc 18

1.2.3 Dữ liệu lượng mưa vệ tinh 20

1.2.4 Dữ liệu lớp phủ rừng 21

1.3 Các hệ thống giám sát cháy rừng đang được sử dụng tại Việt Nam 21

1.3.1 Cảm biến không dây cảnh báo cháy rừng 21

1.3.2 Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến tại cục Kiểm lâm Việt Nam 22

1.4 Cơ sở lý thuyết xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng 24

1.4.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý GIS 24

1.4.2 Giới thiệu Web GIS 24

1.4.3 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL và PostGIS 27

1.4.4 Google Maps API 29

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 33

2.1 Đặc tả yêu cầu người sử dụng 33

2.1.1 Bài toán 33

2.1.2 Mô hình tổng quát hệ thống 33

2.1.3 Mô hình triển khai 34

2.1.4 Mô hình vai trò người dùng trong hệ thống 35

2.1.5 Mô tả quy trình nghiệp vụ 35

2.1.6 Các yêu cầu chung về chức năng 39

2.2 Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu 41

2.2.1 Các loại dữ liệu sử dụng trong hệ thống 41

2.2.2 Dữ liệu lớp phủ rừng 42

2.2.3 Dữ liệu điểm cháy 42

2.2.4 Dữ liệu khí tượng theo các trạm quan trắc khí tượng thủy văn 42

2.2.5 Dữ liệu lượng mưa theo vệ tinh 43

2.3 Đặc tả ca sử dụng 43

2.3.1 Biểu đồ ca sử dụng tổng quát 43

2.3.2 Đặc tả ca sử dụng 43

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT CHÁY RỪNG 52

3.1 Giới thiệu tổng thể hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng 52

3.1.1 Kết quả xây dựng hệ thống 52

3.1.2 Giao diện trang Web hỗ trợ giám sát cháy rừng 52

3.2 Các chức năng cơ bản của hệ thống 54

3.2.1 Theo dõi cập nhật điểm cháy 54

3.2.2 Thống kê điểm cháy theo các tiêu chí 55

3.2.3 Xem cảnh báo nguy cơ cháy rừng 55

3.3 Phân tích ảnh hưởng của lượng mưa đến cháy rừng 56

3.3.1 Mối liên hệ giữa lượng mưa theo vệ tinh với cháy rừng 56

3.3.2 Phân tích lượng mưa trung bình điểm cháy theo phân loại rừng 62

KẾT LUẬN 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Terra Một loại vệ tinh mang theo cảm biến MODIS

MODIS Một loại cảm biến có độ phân giải trung bình

NASA Cơ quan hàng khu vũ trụ quốc gia Mỹ

DANH SÁCH CÁCHÌNH

Chương 1

Hình 1.1 Bản đồ lớp phủ rừng khu vực miền Bắc năm 2006 11

Hình 1.2 Bản đồ lớp phủ rừng khu vực Bắc Trung Bộ năm 2006 11

Hình 1.3 Cháy dưới tán với ngọn lửa cháy lan trên bề mặt đất 12

Hình 1.4 Cháy tán diễn ra với ngọn lửa lan nhanh trên tán rừng 12

Hình 1.5 Cháy ngầm trong lớp than bùn và thảm mục sâu dưới mặt đất rừng 12

Hình 1.6 Tổng quan về hệ thống FireWatch 22

Hình 1.7 Sơ đồ thu nhận, xử lý dữ liệu và thông tin điểm cháy từ dữ liệu MODIS 23

Hình 1.8 Các điểm cháy ngày 29/09/2014 23

Hình 1.9 Mô hình WebGIS Server 25

Hình 1.10 Mô hình WebGIS Client 26

Hình 1.11 Mô hình tương tác giữa WebGIS Server và WebGIS Client 27

Chương 2 Hình 2.1 Mô hình tổng quát hệ thống 34

Hình 2.2 Mô hình triển khai hệ thống 34

Hình 2.3 Biểu đồ ca tổng quát 43

Chương 3 Hình 3.1 Giao diện tổng quát hệ thống 53

Hình 3.2 Hiển thị điểm cháy và các trạm khí tượng 53

Hình 3.3 Vị trí điểm cháy và trạm quan trắc khí tượng thủy văn 54

Hình 3.4 Các điểm cháy ngày 2, 3 tháng 3/2013 miền Nam trung Bộ 54

Hình 3.5 Lọc tạo báo cáo thống kê 55

Hình 3.6 Bản đồ tô màu mức nguy hiểm cháy 55

Hình 3.7 Điểm cháy và lượng mưa trong năm 2008 56

Hình 3.7 Điểm cháy rừng và lượng mưa trong năm 2009 57

Hình 3.8 Lượng mưa trước khi cháy 58

Hình 3.9 Quan hệ giữa lượng mưa và số điểm cháy năm 2008 59

Hình 3.10 Quan hệ giữa lượng mưa và số điểm cháy năm 2009 59

Hình 3.11 Quan hệ giữa lượng mưa và số điểm cháy năm 2010 60

Hình 3 12 Quan hệ giữa lượng mưa và số điểm cháy năm 2011 60

Hình 3.13 Quan hệ giữa lượng mưa và số điểm cháy năm 2012 61

Hình 3.14 Quan hệ giữa lượng mưa và số điểm cháy năm 2013 61

DANH SÁCH CÁCBẢNG

Chương 1

Bảng 1.1 Tình hình cháy rừng 2008-2012 10

Bảng 1.2 Một số thông số về các kênh phổ của ảnh MODIS 15

Bảng 1.3 Cấu trúc dữ liệu các điểm nhiệt 17

Bảng 1.4 Các điểm nhiệt tại khu vực Đông Nam Á ngày 10/6/2013 17

Bảng 1.5 Các trạm quan trắc khí tượng 18

Bảng 1.6 Cấu trúc dữ liệu lượng mưa TRMM 20

Chương 2 Bảng 2.1 Các module cập nhật dữ liệu 33

Bảng 2.2 Các loại dữ liệu sử dụng trong hệ thống 41

Bảng 2.3 Nguồn các loại dữ liệu dùng trong hệ thống 41

Chương 3 Bảng 3.1 Số lượng điểm cháy theo từng loại rừng 62

Bảng 3.2 Tổng lượng mưa 20 ngày trước khi cháy đối với từng loại rừng 62

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Thanh Hà, TS Nguyễn Thị Nhật Thanh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo điều kiện tốt cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô cùng các thành viên Trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành Giám sát hiện trường (FIMO center), trường Đại học Công nghệ đặc biệt là nhóm nghiên cứu về cháy rừng đã giúp đỡ, góp ý, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm cho tôi trong quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn ban Giám hiệu Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, các quý thầy cô đã tận tình truyền dạy kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại trường

Cuối cùng, con vô cùng biết ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình giúp con hoàn thành khóa luận

MỞ ĐẦU

Theo thống kê năm 2006, Việt Nam có trên 11,8 triệu ha rừng (độ che phủ tương ứng là 35,8%), với 9,8 triệu ha rừng tự nhiên và 2 triệu ha rừng trồng [4] Trong những năm gần đây diện tích rừng tăng lên, nhưng chất lượng rừng lại có chiều hướng suy giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% tổng diện tích rừng trong cả nước, đây là loại rừng rất dễ xảy ra cháy, hiện nay, Việt Nam có khoảng 6 triệu ha rừng dễ cháy, bao gồm rừng thông, rừng tràm, rừng tre nứa, rừng bạch đàn, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên và rừng đặc sản cùng với diện tích rừng dễ xảy ra cháy tăng thêm hàng năm, thì tình hình diễn biến thời tiết ngày càng phức tạp và khó lường ở Việt Nam đang làm nguy cơ tiềm ẩn về cháy rừng và cháy lớn ngày càng nghiêm trọng Việc phát hiện cháy dựa trên dữ liệu vệ tinh có ý nghĩa quan trọng trong công tác phòng cháy chữa cháy rừng nhằm phát hiện cháy sớm, chữa cháy kịp thời nhằm giảm thiểu thiệt hại do cháy gây ra

Hiện nay, có một số hệ thống giám sát cháy rừng như hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến của cục Kiểm lâm, hệ thống giám sát cháy rừng toàn cầu Global Forest Watch Fires [6] Các hệ thống trên thực hiện chức năng chính là theo dõi phát hiện các điểm cháy dựa trên dữ liệu vệ tinh MODIS nhưng chỉ dừng ở hiển thị các điểm cháy

mà chưa kết hợp với dữ liệu liên quan khác như loại rừng, độ ẩm, nhiệt độ, mưa Các công cụ đi kèm nhằm hỗ trợ thống kê báo cáo còn thiếu và yếu

Từ thực tế trên, cần thiết xây dựng một hệ thống tự động cập nhật dữ liệu điểm cháy rừng và các dữ liệu khác phục vụ công việc giám sát, phát hiện cháy sớm đồng thời cung cấp thông số địa lý điểm cháy, đặc tính nguy hiểm cháy theo loại rừng, điều kiện thời tiết giúp cho phương án chữa cháy hiệu quả hơn Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể phát triển để phục vụ công tác nghiên cứu, phân tích, thống kê về thực trạng cháy rừng cũng như ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết từ đó có thể đưa ra các mức cảnh báo nguy cơ cháy rừng ngắn hạn và dài hạn

1) Mục tiêu:Luận văn nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát cháy rừng dựa trên

dữ liệu vệ tinh nhằm cập nhật, hiển thị dữ liệu điểm cháy và một số dữ liệu khác có liên quan phục vụ cho việc giám sát, cảnh báo cháy rừng cũng như công tác thống kê,

nghiên cứu khoa học

2) Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu, phân tích cấu trúc dữ liệu ảnh vệ tinh MODIS và một số dữ liệu

sản phẩm liên quan đến cháy rừng, dữ liệu khí tượng;

- Xây dựng công cụ cập nhật dữ liệu tự động;

- Xây dựng ứng dụng WebGIS cung cấp thông tin giám sát cháy rừng

3) Dữ liệu và phạm vi nghiên cứu:

- Dữ liệu nghiên cứu: Dữ liệu điểm cháy vệ tinh MODIS, dữ liệu khí tượng thủy

văn, dữ liệu thảm thực vật, bản đồ nền Google Maps

- Phạm vi nghiên cứu: Dữ liệu phân tích trong 6 năm từ 2008-2013, trong phạm

vi lãnh thổ Việt Nam

4) Kết quả nghiên cứu:

- Hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng;

- Báo cáo luận văn;

- Một số kết quả phân tích mối tương quan giữa cháy rừng và lượng mưa

5) Nội dung báo cáo luận văn

Ngoài phần mở đầu, lời cám ơn, các phụ lục và tài liệu tham khảo, luận văn bao gồm 3 chương như sau:

Chương 1 Tổng quan: giới thiệu chung về vấn đề cháy rừng, các loại dữ liệu sử dụng trong hệ thống, các hệ thống giám sát cháy rừng đang sử dụng Trong chương 1 cũng trình bày cơ sở lý thuyết nền tảng thông tin địa lý, kỹ thuật WebGIS, hệ quản trị

cơ sở dữ liệu PostgreSQL/PostGIS được dùng để xây dựng hệ thống giám sát cháy rừng

Chương 2 Phân tích thiết kế hệ thống: Phân tích hệ thống về chức năng và đặc

tả yêu cầu người dùng, thiết kế dữ liệu và các use case

Chương 3 Ứng dụng trong cảnh báo cháy rừng: trình bày các ứng dụng của hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng theo 3 khía cạnh: theo dõi cháy rừng, nghiên phân tích ảnh hưởng lượng mưa đến cháy rừng, dùng dữ liệu của hệ thống trong dự báo nguy cơ cháy rừng theo hàm hồi quy nhiều chiều

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Trong phần tổng quan dưới đây, tác giả trình bày về các vấn đề liên quan đến cháy rừng, ảnh hưởng của đặc tính rừng và các thông số khí tượng đến nguy cơ xảy ra cháy rừng tại Việt Nam Tác giả cũng đã tìm hiểu về dữ liệu điểm cháy theo vệ tinh MODIS và các hệ thống giám sát cháy rừng hiện tại đang sử dụng dữ liệu vệ tinh, phân tích các ưu và nhược điểm của các hệ thống này Từ những kết quả trên luận văn

đề xuất xây dựng một hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng dựa trên công nghệ WebGIS, bản đồ nền Google Maps

1.1 Các vấn đề liên quan đến rừng và cháy rừng

ha rừng (chủ yếu là rừng non), trong đó có 262.325 ha rừng trồng và 376.160 ha rừng

tự nhiên Thiệt hại ước tính mất hàng trăm tỷ đồng mỗi năm, đó là chưa kể đến những ảnh hưởng xấu về môi trường sống, cùng những thiệt hại do làm tăng lũ lụt ở vùng hạ lưu mà chúng ta chưa định lượng được và làm giảm tính đa dạng sinh học, phá vỡ cảnh quan; tác động xấu đến an ninh quốc phòng Ngoài ra, cháy rừng còn gây tổn hại đến tính mạng và tài sản của con người [4]

Theo thống kê của Cục Kiểm lâm, tình hình cháy rừng ở nước ta trong thời gian

5 năm gần đây (bảng 1.1) trên địa bàn cả nước ta cho thấy bình quân mỗi năm lửa rừng thiêu trụi trên 1500 ha rừng các loại

do nhiều nguyên nhân tự nhiên, con người, cháy rừng là điều không thể tránh khỏi Phát hiện cháy sớm, chữa cháy kịp thời cũng là giải pháp quan trọng nhằm bảo vệ rừng, giảm thiệt hại khi có cháy rừng xảy ra

1.1.2 Phân chia kiểu trạng thái rừng

Đối với các kiểu rừng gỗ lá rộng thường xanh và nửa rụng lá áp dụng hệ thống phân chia theo bốn nhóm trạng thái I, II, III, IV Trong các nhóm có các kiểu, trong các kiểu có các kiểu phụ Trong đó nhóm I là đất chưa có rừng; nhóm II là rừng phục hồi; nhóm III là rừng thứ sinh và đã bị tác động; nhóm IV là rừng nguyên sinh, rừng

ổn định Theo kết quả điều tra năm 2006, lớp phủ rừng được biểu diễn trên bản đồ như hình 1.1 (khu vực miền Bắc), hình 1.2 ( Khu vực Bắc Trung Bộ)

Đặc tính của từng nhóm rừng khác nhau về loại cây, mật độ phân bố, dẫn đến tính chất nguy hiểm cháy của từng loại rừng cũng khác nhau Điều này cần xem xét khi tính toán dự báo nguy cơ cháy rừng và xây dựng phương án phòng cháy chữa cháy

Hình 1.1 Bản đồ lớp phủ rừng khu vực miền Bắc năm 2006

Hình 1.2 Bản đồ lớp phủ rừng khu vực Bắc Trung Bộ năm 2006

1.1.3 Phân loại cháy rừng

 Cháy dưới tán rừng(cháy trên bề mặt đất rừng): Cháy dưới tán rừng (hình

1.3) là những đám cháy mà ngọn lửa cháy lan tràn trên mặt đất làm tiêu hủy một phần hoặc toàn bộ lớp thảm mục, cành khô, lá rụng, cỏ khô, thảm tươi, cây bụi, cây tái sinh cháy sém vỏ và một phần nào đó ở gốc cây, rễ cây nổi lên trên bề mặt đất và ở sát với

mặt đất

Hình 1.3 Cháy dưới tán với ngọn lửa cháy lan trên bề mặt đất

 Cháy tán rừng (cháy trên ngọn): Cháy tán rừng (hình 1.4) là hình thức cháy

được phát triển từ cháy dưới tán cháy lên tán rừng Khi cháy dưới tán ngọn lửa sẽ đốt nóng và sấy khô tán rừng sau đó cháy qua các cây tái sinh, cây bụi rồi cháy lên tán

rừng và ngọn lửa sẽ cháy lan từ tán sang tán

Hình 1.4 Cháy tán diễn ra với ngọn lửa lan nhanh trên tán rừng

 Cháy ngầm: Cháy ngầm (hình 1.5) là loại cháy mà ngọn lửa cháy lan tràn dưới

mặt đất làm tiêu hủy lớp mùn, than bùn và tiêu hủy những vật liệu hữu cơ khác đã được tích luỹ dưới lớp đất mặt trong nhiều năm

Hình 1.5 Cháy ngầm trong lớp than bùn và thảm mục sâu dưới mặt đất rừng

Về sự hình thành, cường độ cháy rừng và hướng phát triển của các đám cháy rừng thường rất khác nhau; vì nó phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, sự tích luỹ vật liệu cháy và khả năng bắt lửa của vật liệu, phụ thuộc vào loại đất, đặc điểm địa hình nơi đó Việc phân tích ảnh hưởng các yếu tố khí hậu và thảm thực vật có ý nghĩa quan trọng trong việc cảnh báo nguy cơ cháy rừng cũng như dự đoán được hướng phát triển, quy mô đám cháy, từ đó có phương án huy động lực lượng phương tiện, đề ra phương pháp chữa cháy phù hợp

1.1.4 Các điều kiện tự nhiên ảnh hưởng đến cháy rừng

a Thời tiết và các nhân tố khí tượng

Thời tiết và các nhân tố khí tượng là tác nhân đến sự hình thành và phát triển của một đám cháy rừng Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới cháy rừng và dự báo cháy rừng như sau:

- Nhiệt độ: là yếu tố gây ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy rừng, làm khô,

nỏ vật liệu cháy, làm độ ẩm không khí giảm và mặt đất nóng lên Vai trò của nhiệt độ ảnh hưởng tới các mặt sau:

+ Nhiệt độ rút ngắn quá trình khô của vật liệu cháy;

+ Làm nóng và khô nhanh mặt đất kéo theo lớp không khí sát mặt đất nóng lên bằng các phương thức truyền nhiệt khác nhau Như vậy nhiệt độ bao gồm hai thành phần là nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đất Trong một ngày nhiệt độ đạt cực đại vào lúc 12 – 13 giờ, từ 13 – 17 giờ là thời gian khô nhất trong ngày, vì vậy trong thời gian này thường xảy ra cháy rừng

- Độ ẩm: ảnh hưởng hoặc tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình cháy rừng Độ ẩm

càng cao thì độ ẩm vật liệu cháy càng cao, càng khó gây cháy và ngược lại Độ ẩm thể hiện ở 3 loại sau:

+ Độ ẩm không khí: Nhìn chung độ ẩm không khí ở các vùng rừng núi cao hơn bên ngoài do sự thoát hơi nước của sinh vật trong quá trình hoạt động sinh lý và do đất rừng bốc hơi nước, mặt khác do giới hạn bởi tán rừng nên khó thoát ra ngoài

+ Độ ẩm vật liệu cháy: Ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bén lửa

+ Độ ẩm đất: Độ ẩm này được tạo thành bởi lượng nước mưa đọng lại trên mặt đất rừng, lượng nước thực tại trong tầng đất và lượng nước ngầm

- Mưa: mưa làm tăng độ ẩm của vật liệu cháy Ở Việt nam, khi mưa nhỏ hơn

5mm thì vậy liệu cháy sẽ khô, và nguy cơ cháy rừng có thể xảy ra Mưa trên 5mm thì

ít có nguy cơ cháy rừng

- Gió: Là nhân tố ảnh hưởng rất nhiều đến cháy rừng, gió thúc đẩy làm khô vật

liệu cháy; làm bùng phát đám cháy ảnh hưởng đến hướng và làm nhanh tốc độ lan tràn đám cháy lên rất nhiều lần

b Điều kiện địa hình

- Địa hình ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến cháy rừng và liên quan trực tiếp đến sự phát triển của đám cháy; tác động ngăn chặn hệ thống gió, hình thành khu vực tiểu khí hậu khác nhau tạo ra các khu vực thường xuyên có mưa hoặc khu vực khô hạn

- Độ cao địa hình thường khô hạn kéo dài, nắng nhiều và dao động nhiệt độ lớn hơn rất nhiều so với thấp; ở sườn dốc do khác hướng phơi nên năng lượng nhận được

là khác nhau, sườn dốc còn tạo điều kiện thuận lợi cho các dòng đối lưu phát triển mạnh so với các vùng khác Ngoài ra các loại gió có sự điều chỉnh của địa hình đối với

hệ thống gió chính có thể làm tăng tốc độ Các điều kiện địa hình tạo ra có ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện bốc hơi nước của vật liệu cháy hoặc chi phối quy mô, tốc độ lan tràn các đám cháy rừng

c Kiểu rừng và loại thực bì

- Kiểu rừng và loại thực bì có liên quan trực tiếp đến nguồn vật liệu cháy, tính chất và khối lượng của vật liệu cháy do đặc điểm của kiểu rừng và loại thực bì quyết định, từ đó dẫn đến tính dễ bắt lửa và quy mô đám cháy

- Ở các loại rừng Thông, Tràm, Bạch đàn, rừng Khộp thuần loài sản phẩm rơi rụng là những cành lá, hoa quả, vỏ và thân cây, những loại này thường có nhựa hoặc tinh dầu nên rất dễ bắt lửa và cháy đượm Những khu rừng tre, nứa thuần loài hoặc chiếm ưu thế, cành nhánh khô nhiều và hiện tượng chết hàng loạt, vì vậy vật liệu cháy

là rất lớn Một số loại rừng rụng lá theo mùa cũng là nguồn vật liệu tiềm ẩn gây ra nhũng vụ cháy lớn

1.2 Dữ liệu sử dụng

1.2.1 Dữ liệu điểm cháy vệ tinh

a Giới thiệu dữ liệu vệ tinh MODIS

MODIS là bộ cảm đặt trên vệ tinh TERRA được phóng vào quỹ đạo tháng 12/1999 và vệ tinh AQUA được phóng vào quỹ đạo tháng 5/2002 với mục đích quan trắc, theo dõi các thông tin về mặt đất, đại dương và khí quyển trên phạm vi toàn cầu Các ứng dụng tiêu biểu có thể kể đến là: nghiên cứu khí quyển, mây, thời tiết, lớp phủ thực vật, biến động về nông nghiệp và lâm nghiệp, cháy rừng, nhiệt độ mặt nước biển, màu nước biển, v.v Tại Việt Nam, việc kết hợp thông tin đa kênh phổ và đa thời gian của dữ liệu MODIS cho phép giám sát dài hạn một cách hiệu quả sự thay đổi của lớp phủ thực vật, theo dõi mức khô hạn nhiệt độ - thực vật và theo dõi hiện tượng đảo nhiệt Một trong các sản phẩm quan trọng là dữ liệu cháy rừng được ứng dụng trong nghiên cứu phát hiện cảnh báo các đám cháy rừng [9]

Dữ liệu ảnh MODIS thu được từ vệ tinh TERRA và AQUA bao gồm 36 kênh trong các dải phổ nhìn thấy, hồng ngoại gần và sóng ngắn và kênh nhiệt với độ phân

giải không gian từ 250 m, 500m và 1000 m MODIS có chu kỳ chụp lặp lại cao và trong một ngày đêm có thể thu nhận được 2 ảnh ban ngày và 2 ảnh ban đêm đối với mọi vùng trên trái đất Đặc tính chụp phủ vùng rộng lớn, độ phân giải thời gian cao cộng với nhiều kênh thiết kế chuyên để tính hiệu chỉnh ảnh hưởng khí quyển đã làm tăng khả năng sử dụng ảnh MODIS trong nghiên cứu những vùng nhiệt đới nhiều mây Để phục vụ cho nghiên cứu này, tư liệu ảnh MODIS MOD14 trong 6 năm 2008-2013 được thu thập từ Dữ liệu này đã được tiền xử lý như hiệu chỉnh ảnh hưởng khí quyển và nắn chỉnh hình học sử dụng phần mềm chuyên dụng IMAPP của Trường Đại học Wisconsin và lưu trữ tại Viện Khoa học Công nghiệp, Đại học tổng hợp Tokyo [9]

Dữ liệu của ảnh MODIS bao gồm các loại sau:

- Dữ liệu nghiên cứu mây

- Nồng độ tầng đối lưu và đặc tính quang

- Đặc tính về mây, độ dầy quang học, ảnh hưởng của bán kính hạt, pha nhiệt động học, mây ở các vùng vĩ tuyến cao, nhiệt độ mây

- Phủ thực vật đất: điều kiện và năng suất được đặc trưng bởi chỉ số thực vật, được hiệu chỉnh tác động của khí quyển, đất, phân cực và ảnh hưởng theo hướng phản

xạ bề mặt, kiểu phủ đất và năng suất nguyên thủy thực, chỉ số lá theo diện tích và bức

xạ hiệu lực mang tính quang hợp bị chắn

- Phản xạ về diện tích phủ của tuyết và băng trên biển

- Đo nhiệt độ bề mặt với độ phân giải 1km vào ban ngàyvà đêm với độ chính xác của hiệu chỉnh tuyệt đối là 0,3-0,50 tại đại dương và mặt đất

- Màu của biển (phổ phát xạ của đại dương được đo 5%), dựa trên dữ liệu kênh phổ trong giải sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần

- Nồng độ chlorophyl a (với35%) từ 0,05 đến 50mg/m3 cho nước

- Huỳnh quang chlorophyl (50%) bề mặt với nồng độ 0,5mg/m3 của chlorophyla Ảnh MODIS có độ phân giải từ 250 m đến 1000 m tùy theo mỗi loại kênh phổ (bảng 1.2) Mỗi loại kênh phổ có ứng dụng nhất định trong việc trong công tác nghiên cứu Các ảnh cơ bản này sau khi phân tích cho các ảnh, sản phẩm ở mức cao hơn như MOD 02,03 07 [1]

Bảng 1.2 Một số thông số về các kênh phổ của ảnh MODIS

Lưu trữ

2 0,841-0,876 250 12 Mây/đất

Nghiên cứu đặc tính đất/mây

b Cấu trúc dữ liệu điểm cháy MOD14

Trong các sản phẩm MODIS phân giải mức cao có dữ liệu Active Fire (MOD 14) chứa thông tin về các điểm nhiệt (hotspot) có nhiều khả năng là các điểm cháy rừng Dữ liệu về các điểm nhiệt được cung cấp miễn phí dưới dạng file CSV, KML, SHP trên hệ thống máy chủ NASA có cấu trúc các trường dữ liệu như bảng 1.3 Trong bảng 1.4 là danh sách các điểm nhiệt tại khu vực Đông Nam Á ngày 10/6/2013

Bảng 1.3 Cấu trúc dữ liệu các điểm nhiệt

9 satellite character (1) Tên loại vệ tinh (Aqua hoặc Tera)

10 confidence integer Độ tin cậy của điểm cháy (%)

11 version character (10) Phiên bản thuật toán (Ví dụ: 5.1, 6.1 )

Bảng 1.4 Các điểm nhiệt tại khu vực Đông Nam Á ngày 10/6/2013

latitude longitude brightness track acq_

1.2.2 Dữ liệu khí tƣợng trạm quan trắc

a Giới thiệu dữ liệu khí tƣợng trạm quan trắc

Số liệu khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa tích lũy) tại một số trạm quan trắc của Việt Nam được sử dụng để xác định tương đối thông số khí tượng tại các điểm cháy rừng gần nhất Số liệu tại các trạm tổng hợp trong thời gian dài, tuy nhiên về cơ bản dữ liệu được nghiên cứu là từ năm 2008 đến năm 2013 Những số liệu khuyết được mã hóa bằng giá trị -99.0 Số trạm được nghiên cứu tương ứng với 7 vùng khí hậu cụ thể như sau (bảng 1.5):

Bảng 1.5 Các trạm quan trắc khí tượng

TT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Độ cao TT Tên trạm Kinh độ Vĩ độ Độ cao

Vùng Tây Bắc (B1)

1 Lai Châu 103.150 22.067 243.2 4 Yên Châu 104.300 21.050

2 Điện Biên 103.000 21.367 475.1 5 Mộc Châu 104.683 20.833 972.0

3 Sơn La 103.900 21.333 675.3 6 Mai Châu 105.050 20.650 165.0

Vùng Đông Bắc (B2)

1 Sa Pa 103.817 22.350 1584.2 6 Bãi Cháy 107.067 20.967 37.9

2 Hà Giang 104.967 22.817 117.0 7 Thái Nguyên 105.833 21.600 35.3

3 Bắc Quang 104.50 22.290 8 Cô Tô 107.767 20.983 70.0

4 Yên Bái 104.867 21.700 55.6 9 Tuyên Quang 105.217 21.817 40.8

4 Ninh Bình 105.983 20.250 2.0 9 Bắc Giang 106.217 21.300 7.5

5 Bạch Long Vĩ 107.717 20.133 55.6

Vùng Bắc Trung Bộ (B4)

1 Thanh Hóa 105.783 19.750 5.0 8 Tuyên Hóa 106.017 17.883 27.1

2 Hồi Xuân 105.100 20.367 102.2 9 Đông Hà 107.083 16.850 8.0

3 Quảng Ngãi 108.800 15.117 7.2 8 Phan Rang 108.983 11.583 6.5

4 Ba Tơ 108.733 14.767 50.7 9 Phan Thiết 108.100 10.933 8.7

5 Quy Nhơn 109.217 13.767 3.9 10 Phú Quý 108.933 10.517 5.0

b Cấu trúc dữ liệu khí tƣợng trạm quan trắc

Dữ liệu khí tượng trạm quan trắc cập nhật hàng ngày qua Email từ trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Trung Ương dưới định dạng file Excel (.xls) Mỗi dòng dữ liệu chứa thông số khí tượng của một trạm quan trắc gồm:

- Nhiệt độ lúc 13h;

1.2.3 Dữ liệu lượng mưa vệ tinh

a Giới thiệu dữ liệu mưa vệ tinh

Số lượng trạm quan trắc được cập nhật dữ liệu bao gồm 98 trạm trải rộng trên toàn lãnh thổ Việt Nam Các dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm tại trạm đo có bán kính tác động lớn có thể áp dụng để xác định nhiệt độ, độ ẩm không khí tại điểm cháy Tuy nhiên lượng mưa có bán kính tác động nhỏ nên cần có nguồn dữ liệu khác có độ phân giải không gian cao hơn Trong khuôn khổ nghiên cứu luận văn, tác giả đã tiến hành tìm hiểu sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh TRMM

Số liệu mưa TRMM nhận được từ Chương trình đo mưa nhiệt đới bằng vệ tinh (Tropical Rainfall Measuring Mission) TRMM là một chương trình chung chung của

Cơ quan Quản trị Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Hoa Kỳ (NASA) và Cơ quan thám hiểm vũ trụ Nhật Bản (JAXA) nhằm theo dõi và nghiên cứu sự biến thiên các đặc tính của mưa nhiệt đới, hệ thống đối lưu, dông và tìm hiểu các đặc điểm đó có mối quan hệ thay đổi như thế nào trong chu trình nước và năng lượng theo không gian và thời gian

Số liệu mưa TRMM sử dụng trong nghiên cứu này là số liệu ngày có độ phân giải 0.25˚×0.25˚ cho vùng vĩ độ từ 60˚ Bắc đến 60˚ Nam [2]

b Cấu trúc dữ liệu mưa vệ tinh TRMM

Dữ liệu lượng mưa vệ tinh TRMM sử dụng trong luận văn theo phiên bản 3B42RT lưu tai máy chủ dữ liệu của NASA và cập nhật 6 lần/ ngày Cấu trúc dữ liệu lượng mưa theo định dạng file BIN gồm các trường dữ liệu chính như sau (bảng 1.6):

Bảng 1.6 Cấu trúc dữ liệu lượng mưa TRMM

Thứ tự byte Tên trường

0-360ºE,60ºN-S), ô đầu tiên có tọa độ (0.125ºE,59.875ºN)

0-360ºE,60ºN-S)

Trong phạm vi nghiên cứu luận văn, dữ liệu lượng mưa cập nhập từ năm 2008 đến năm 2014 bằng module cập nhật lượng mưa Module này có chức năng tải, đọc file và tách các ô chứa dữ liệu lượng mưa trên lãnh thổ Việt Nam đưa vào cơ sở dữ liệu

1.2.4 Dữ liệu lớp phủ rừng

a Giới thiệu dữ liệu lớp phủ rừng

Theo kết quả điều tra rừng năm 2006, tổng cục Lâm Nghiệp đã xây dựng hoàn chỉnh bản đồ lớp phủ rừng trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam Bản đồ này cho biết diện tích và phân bố tất cả hơn 20 loại rừng khác nhau Mặc dù trong gần 10 năm qua, có nhiều biến động về diện tích rừng tuy nhiên bản đồ này vẫn có nhiều ý nghĩa trong việc xác định các điểm cháy trong các cánh rừng phân biệt với các đám cháy khác ngoài rừng và thống kê tính chất nguy hiểm cháy của từng loại rừng

b Cấu trúc dữ liệu lớp phủ rừng

Lớp phủ rừng biểu diễn bởi file thông tin địa lý shape (.shp) có cấu trúc các trường dữ liệu như sau:

- Tên loại rừng;

- Màu đại diện;

- Tọa độ: dãy các điểm (kinh độ, vĩ độ) nối với nhau tạo thành một đa giác mô tả phạm vi cánh rừng;

Trong cơ sở dữ liệu của luận văn, dữ liệu lớp phủ rừng năm 2006 được cập nhật một lần vào cơ sở dữ liệu, không cập nhật sự biến động diện tích rừng, hay sự thay đổi

về tính chất rừng

1.3 Các hệ thống giám sát cháy rừng đang đƣợc sử dụng tại Việt Nam

1.3.1 Cảm biến không dây cảnh báo cháy rừng

Hệ thống cảm biến không dây phát hiện cháy rừng (Fire Watch) được lắp thử

nghiệm ở 3 khu vực Vườn Quốc gia Yok Đôn (Đăk Lăk), U Minh Hạ (Cà Mau) và huyện Lộc Bình của Lạng Sơn FireWatch là hệ thống giám sát từ xa kỹ thuật số trên mặt đất dùng để quan trắc một vùng rừng rộng lớn và phân tích, tính toán và lưu trữ

dữ liệu thu thập (hình 1.6) FireWatch có thể tính toán và phân loại nhiều loại thông tin đầu vào và kết nối với trạm trung tâm Nguyên lý hoạt động của hệ thống là tự động phát hiện đám khói Xử lý dữ liệu trực tuyến trên đường truyền sóng radio hay cáp tốc độ cao Một cảm biến có thể giám sát một diện tích rừng lớn tới 70.000 ha Trong trường hợp phát hiện đám cháy, hệ thống sẽ tự động đưa ra cảnh báo tại trung tâm giám sát

Hình 1.6 Tổng quan về hệ thống FireWatch

Hệ thống trên có nhiều ưu điểm trong việc phát hiện và báo động cháy đặc biệt

là đám cháy vào ban đêm Tuy nhiên phạm vi áp dụng giới hạn do chi phí giá thành và khả năng thích hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới độ ẩm cao tại Việt Nam

1.3.2 Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến tại cục Kiểm lâm Việt Nam

- Module nhận dữ liệu (TeraScan® Data Acquisition Module);

- Server để xử lý số liệu (TeraScan® Data Processing Server);

- Phần mềm nhận và xử lý số liệu (TeraScan® Data Acquisition and Processing Software) gồm cả mô-đun Vulcan chuyên tính toán các điểm cháy;

- GPS/NTP Server;

b Ứng dụng phát hiện sớm các điểm cháy:

 Quy trình xử lý tính toán các điểm cháy (hình 1.8): Sau khi máy chủ Server tự động thu dữ liệu MODIS từ vệ tinh qua trạm thu và xử lý đến sản phẩm bức xạ mức 1b (đã được chuẩn hóa và nắn chỉnh hình học), module Vulcan sử dụng thuật toán ATBD-MOD14 của NASA 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

Hình 1.7 Sơ đồ thu nhận, xử lý dữ liệu và thông tin điểm cháy từ dữ liệu MODIS

 Truyền tải thông tin cháy thông qua trang web (hình 1.9):

Đối với mỗi phiên ảnh MODIS thu nhận được, thông tin các điểm cháy gần nhất được cập nhật trên trang web bao gồm:

- Ảnh cháy toàn quốc

- Số điểm cháy của các tỉnh, thành phố trên toàn quốc

- Bảng tọa độ các điểm cháy bao gồm các thông tin chi tiết như ngày giờ, tọa độ địa lý, thuộc tỉnh/huyện, cường độ cháy, diện tích ảnh hưởng nhằm hỗ trợ địa phương PCCCR kịp thời

Hình 1.8 Các điểm cháy ngày 29/09/2014

Các thông tin phát hiện sớm các đám cháy được đưa lên trang web và được cập nhật 4 lần trong một ngày

Như vậy, hệ thống theo dõi điểm cháy dựa trên dữ kiệu vệ tinh MODIS đã được triển khai ứng dụng tại cục Kiểm lâm và cho thấy hiệu quả cao trong theo dõi và phát hiện điểm cháy Trong khuôn khổ luận văn, tác giả cũng xây dựng một trang web hiển thị các điểm cháy dựa trên dữ liệu cập nhật tự động từ dữ liệu vệ tinh nhằm theo dõi và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến cháy rừng Từ đó đưa ra dự báo nguy cơ xảy ra cháy phụ thuộc các yếu tố khí tượng như: nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, yếu tố địa hình

và tính chất thảm thực vật tại Việt Nam

1.4 Cơ sở lý thuyết xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng

Hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng nhằm cập nhật, hiển thị dữ liệu điểm cháy

và một số dữ liệu khác Qua tìm hiểu các giải pháp công nghệ, tác giả lựa chọn xây dựng hệ thống theo công nghệ WebGIS hiển thị các lớp dữ liệu trên bản đồ nền có sẵn của Google Maps bằng các hàm Google Maps API V.3 cơ sở dữ liệu địa lý PostgreSQL có kèm hỗ trợ mở rộng PostGIS

1.4.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý GIS

Hệ thống thông tin địa lý có thuật ngữ tiếng Anh là Geographical Information System Nó được hình thành từ 3 khái niệm: địa lý (Geographical), thông tin (Information) và hệ thống (System)

Khái niệm “địa lý” (Geographical) được sử dụng vì GIS trước hết liên quan đến các đặc trưng “địa lý” hay “không gian” Các đặc trưng này được ánh xạ hay liên quan đến các đối tượng không gian Chúng có thể là các đối tượng vật lý, văn hóa hay kinh

tế trong tự nhiên Các đặc trưng trên bản đồ là biểu diễn ảnh của các đối tượng không gian trong thế giới thực Biểu tượng, màu và kiểu đường được sử dụng để thể hiện các đặc trưng không gian khác nhau trên bản đồ 2D

Khái niệm “thông tin” (Information) được sử dụng vì nó liên quan đến khối dữ liệu khổng lồ do GIS quản lý Các đối tượng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ số thuộc tính hay đặc tính (còn gọi là dữ liệu phi hình học, dữ liệu thống kê) và các thông tin vị trí cần cho lưu trữ, quản lý các đặc trưng không gian

Khái niệm “hệ thống” (System) đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của GIS Môi trường hệ thống GIS được chia nhỏ thành các module, để dễ hiểu, dễ quản lý, nhưng chúng được tích hợp thành hệ thống thống nhất, toàn vẹn Công nghệ thông tin đã trở thành quan trọng, cần thiết cho tiệm cận này và hầu hết các hệ thống thông tin đều được xây dựng trên cơ sở máy tính

1.4.2 Giới thiệu Web GIS

Phần mềm GIS đã cho phép người dùng quan sát dữ liệu không gian với định dạng riêng biệt của nó Kết quả là, việc biểu diển dữ liệu không gian trở nên dễ dàng

và ngày càng dễ hiểu Đáng tiếc là, không phải ai cũng có thể truy cập vào hệ thống GIS hoặc là sẽ mất một khoảng thời gian cần thiết để sử dụng nó một cách hiệu quả

WebGIS trở thành một giải pháp rẻ tiền và đơn giản để biểu diển dữ liệu không gian địa lý và các công cụ xử lý Nhiều tổ chức cũng quan tâm đến việc phân phối bản đồ

và các công cụ xử lý đến người sử dụng mà không có bất cứ hạn chế nào về thời gian

và vị trí Công nghệ WebGIS cho phép phát hành, tiếp cận, truy vấn thông tin không gian trong một môi trường mở như Internet đã cho phép phát huy các tiềm năng chưa được đánh thức của các hệ thống thông tin địa lý, không gian và đưa ứng dụng lên một tầm cao mới Việc ứng dụng các chuẩn mở cũng ngày càng được quan tâm bởi tính đồng nhất và toàn cầu hóa trong giao tiếp và chia sẻ dữ liệu GIS giữa các hệ thống với nhau

 Xây dựng WebGIS Server

WebGIS Server trong đề xuất này, được xây dựng dựa trên ba dịch vụ chính của chuẩn OpenGIS: WMS, WFS, WCS các dịch vụ này cung cấp thông tin về dữ liệu địa

lý và phi địa lý thông qua chuẩn dữ liệu GML như Hình 1.10 Ngoài ra khi xây dựng WebGIS Server cần tuân thủ một số chuẩn về truy vấn dữ liệu như:

WebGIS Server có khả năng kết nối đến nhiều loại nguồn dữ liệu khác nhau như: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu bao gồm: Microsoft SQL Server 2008, Oracle, MySQL, PostgreSQL với Plugin kèm theo hỗ trợ lưu trữ dữ liệu không gian PostGIS,…; tập tin chứa dữ liệu không gian và hệ thống cung cấp dữ liệu thuộc tính khác thông qua giao thức SOAP

Hình 1.9 Mô hình WebGIS Server

Trong đó:

WFS: cho phép một client nhận và cập nhật dữ liệu không gian được mã hóa

trong GML từ nhiều WFS khác nhau Nguồn dữ liệu do WFS cung cấp được lấy từ 2 nguồn là Spatial data và Web Services

WMS: là một dịch vụ giúp tạo ra các bản đồ dựa trên các dữ liệu địa lý Nguồn

dữ liệu do WMS cung cấp được lấy từ WFS và Spatial data

WCS: có tính năng tương đương với WFS nhưng nó làm việc với dữ liệu

Raster Nguồn dữ liệu do WCS cung cấp được lấy từ WMS và Spatial data (Raster)

Web Services: cung cấp dữ liệu phi địa lý từ nhiều lĩnh vực khác nhau nhằm

thể hiện các thông tin về hiện trạng, mật độ, mức độ lên bản đồ

Spatial data: trong ngữ cảnh của mô hình đề xuất, spatial data cho phép lưu trữ

dữ liệu không gian Các dữ liệu này có thể được lưu trữ trong một tập tin hoặc một hệ

cơ sở dữ liệu có hỗ trợ lưu trữ dữ liệu không gian

 Xây dựng WebGIS Client

Vai trò của WebGIS client là tiếp nhận yêu cầu từ phía người dùng, chuyển yêu cầu của người dùng lên WebGIS Server, tiếp nhận và phân tích kết quả từ WebGIS Server trả về và hiển thị kết quả

Một yêu cầu mang tính sống còn khi lựa chọn và xây dựng hệ thống WebGIS Client là khả năng tuân thủ các chuẩn giao tiếp đã được qui định mà trong đề xuất giải pháp này là chuẩn OpenGIS

Mô hình tương tác giữa WebGIS Client với WebGIS Server và WebGIS Server như Google, Yahoo Map,…được mô tả trong hình 1.11 Trong mô hình cũng trình bày khả năng gửi, nhận, phân tích và hiển thị bản đồ với sự hỗ trợ của Plugin là SVG

Hình 1.10 Mô hình WebGIS Client

Diễn giả mô hình:

Requester: Có nhiệm vụ nhận và gởi yêu cầu từ Client lên Server và ngược lại Parser: Phân tích và hiển thị bản đồ theo chuẩn SLD

Khi nhận dữ liệu từ WFS, Web Client tiến hành phân tích tập GML thành 2 tập

dữ liệu: dữ liệu địa lý và phi địa lý (hình 1.12) Các dữ liệu địa lý sẽ được đóng gói theo chuẩn SVG Sau khi đóng gói, Web Client chuyển dữ liệu này cho SVG để hiển thị các thông tin địa lý Đối với dữ liệu phi địa lý, tùy thuộc vào từng nhu cầu cụ thể sẽ được xử lý và hiển thị thông qua đặc tả SLD (Styled Layer Descriptor)

Đối với các dữ liệu từ WMS, Web Client sẽ hiển thị thông tin hình ảnh từ WMS trả về Đối với dữ liệu phi địa lý, tùy thuộc vào từng nhu cầu cụ thể sẽ được xử lý và hiển thị thông qua đặc tả SLD

Do tính chất của dữ liệu trả về từ WebGIS Server là vector nên việc hiển thị,

tô màu chủ yếu thực hiện phía Client Kỹ thuật tô màu cho các đối tượng trên bản

đồ phía client có thể thực hiện theo nhiều cách thức khác nhau, tuy nhiên việc tuân theo một chuẩn tô màu hoặc thể hiện các đối tượng địa lý cũng mang ý nghĩa quan trọng trong quá trình giao tiếp cũng như khả năng sử dụng lại OpenGIS đưa ra đặc

tả SLD mô tả qui tắc cũng như cách thức chung cho việc thể hiện và tô màu cho các đối tượng địa lý

Hình 1.11 Mô hình tương tác giữa WebGIS Server và WebGIS Client

Đối với trường hợp dữ liệu trả về là dạng ảnh đối với trường hợp sử dụng dịch

vụ WMS thì WebGIS Client chỉ việc hiển thị các ảnh trả về từ Server

Việc chồng lớp bản đồ được thực hiện khá đơn giản, các lớp bản đồ được chia

ra thành các đối tượng riêng biệt và được ghép nối với nhau thông qua thẻ <div>

1.4.3 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL và PostGIS

PostgreSQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ và đối tượng dựa trên POSTGRES, bản 9.2, được khoa điện toán của đại học California tại Berkeley phát triển POSTGRES mở đường cho nhiều khái niệm quan trọng mà các hệ quản trị dữ liệu thương mại rất lâu sau mới có

PostgreSQL là một chương trình mã nguồn mở xây dựng trên mã nguồn ban đầu của đại học Berkeley Nó theo chuẩn SQL99 và có nhiều đặc điểm hiện đại:

- Câu truy vấn phức hợp (complex query)

- Khóa ngoại (foreign key)

- Thủ tục sự kiện (trigger)

- Các khung nhìn (view)

- Tính toàn vẹn của các giao dịch (integrity transactions)

- Kiểm tra truy cập đồng thời đa phiên bản (multiversion concurrency control) Hơn thế nữa, PostgreSQL có thể dùng trong nhiều trường hợp khác, chẳng hạn như tạo ra các khả năng mới như:

PostgreSQL cũng là hệ quản trị cơ sở dữ liệu hỗ trợ mạnh trong việc lưu trữ dữ liệu không gian PostgreSQL kết hợp với module PostGIS cho phép người dùng lưu trữ các lớp dữ liệu không gian Khi sử dụng PostgreSQL, PostGIS kết hợp với các phần mềm GIS hỗ trợ hiển thị, truy vấn, thống kê hoặc xử lý dữ liệu không gian

PostGIS là một phần mềm mã nguồn (được phát hành với giấy phép GNU General Public License) mở bổ sung cho hệ quản trị cơ sở dữ liệu đối tượng quan hệ PostgreSQL khả năng hổ trợ các đối tượng địa lý PostGIS tuân theo đặc tả Simple Features dành cho SQL của tổ chức OGC (Open Geospatial Consortium)

Một số đặc điểm của PostGIS:

- Hỗ trợ các kiểu dữ liệu hình học như: điểm (point), đường (linestring), đa giác (polygon), tập điểm (multipoint), tập đường (multilinestring), tập các đa giác (multipolygon) và tập các đối tượng hình học (geometrycollection)

- Các vị từ không gian cho phép xác định các tương tác hình học sử dụng ma trận Egenhofer 3x3 (được cung cấp bởi thư viện phần mềm GEOS)

- Các phép tính không gian để xác định các phép đo không gian địa lý như diện tích (area), khoảng cách (distance), chiều dài (length) và chu vi (perimeter)

- Các phép tính không gian để xác định các phép toán tập hợp như hợp (union), trừ (difference), trừ đối xứng (symmetric difference), vùng đệm (buffers)

- R-tree-over-GiST (Generalised Search Tree) chỉ mục không gian cho truy vấn không gian với tốc độ cao

- Hỗ trợ lựa chọn chỉ mục, một phương án truy vấn dữ liệu hiệu suất cao dành cho truy vấn hỗn hợp giửa spatial/non-spatial

- Đối với dữ liệu raster, đang phát triển PostGIS WKT Raster (hiện tại đã tích hợp vào PostGIS 2.0 và đổi tên thành PostGIS Raster)

1.4.4 Google Maps API

Thư viện lập trình cho phép các nhà phát triển yêu cầu và thao tác dữ liệu Google Maps thông qua các phương thức lớp Maps API là một dịch vụ không phải mã nguồn mở nhưng được cung cấp miễn phí đối với các nhà lập trình

Google Maps API là một bộ sưu tập thư viện cho phép người dùng chồng dữ liệu của riêng của mình trên một Bản đồ Google tùy chỉnh Người dùng có thể tạo các ứng dụng trên web và di động với nền tảng lập bản đồ mạnh mẽ của Google, bao gồm hình ảnh vệ tinh, chế độ xem phố, cấu hình độ cao, chỉ đường lái xe, bản đồ theo kiểu, nhân khẩu học, phân tích và một cơ sở dữ liệu mở rộng về địa điểm

- Center: một điểm làm trung tâm của bản đồ

- Zoom: độ zoom được quy định khi Map được tải

- Map type: loại Map được hiển thị sau khi tải xong có 4 loại để chọn: ROADMAP, SATELLITE, HYBRID, TERRAIN

- Map object: Xác định id html chứa đối tượng Map với tùy chọn "myOptions" như trên

b Lớp phủ trên bản đồ:

Lớp phủ (overlays) là các đối tượng trên bản đồ và được xác định bằng vĩ độ, kinh độ nên nó sẽ di chuyển cùng bản đỗ khi kéo hoặc zoom bản đồ Lớp phủ phản ánh các đối tượng mà người dùng thêm vào bản đồ như điểm (points), đoạn thẳng (line), vùng (areas), hoặc các bộ sưu tập đối tượng (collections of object)như: 1 khu vực công nghiệp, khu vực ven sông, khu vui chơi giải trí

Sau khi tải được bản đồ có thể chèn thêm các đoạn chương trình xây dựng lớp phủ sau khi đối tượng map được khởi tạo Các loại lớp phủ cơ bản như sau: markers, polylines, areas, info windows, polygons

Thêm các lớp phủ: Đầu tiên phải xác định lớp phủ nào cần xây dựng để có thể hiên thị trên Map Thêm lớp phủ trực tiếp lên bản đồ sử dụng phương thức setmap()

Các loại lớp phủ cơ bản được sử dụng xây dựng các lớp đối tượng trong giám sát cháy rừng:

 Markers: Markers dùng để xác định một điểm bằng cách lựa chọn trực tiếp

trên bản đồ hoặc đánh dấu địa điểm dựa trên vĩ độ và kinh độ Theo mặc định sử dụng biểu tượng (icon) của google làm hình ảnh hiện lên điểm đánh dấu Hoặc muốn một icon khác thì gọi phương thức setIcon().Sau đây là các trường thuộc tính của Markers:

var marker = new google.maps.Marker({

- Position (bắt buộc): quy định là tọa độ LatLng của điểm được đánh dấu

- Map (tùy chọn): quy định đối tượng bản đồ được đánh dấu

- Icon (tùy chọn): hình ảnh tùy chọn hiển thị thay thế hình ảnh mặc định Dùng tùy chọn này thay cho phương thức marker.setIcon(link đến hình ảnh trong thư mục)

- Title (tùy chọn): tiêu đề của địa điểm

- Draggable (tùy chọn): thuộc tính động của điểm đánh dấu, thể hiện sự chuyển động của điểm được đánh dấu Nếu TRUE tính động được khởi động

- Animation: cách thức chuyển động của điểm đánh dấu

Đối với hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng lớp đối tượng Markers sử dụng nhằm biểu diễn vị trí các điểm cháy rừng và vị trí các trạm quan trắc khí tượng

 Polylines: Polylines dùng để thể hiện đường kết nối trên bản đồ dựa vào các tọa

độ Các đoạn thẳng được hiển thị với các tùy chọn cho nó như màu sắc, độ đậm nhạt,

độ rộng cùa đường Phải có tối đa 2 điểm để tạo nên 1 đường thẳng

Cũng giống như lớp phủ Markers ta khai báo lớp phủ Polyline và các thuộc tính của nó như sau:

new google.maps.Polyline({

path:

//giá trị là một mảng chứa các tọa độ cần nối với nhau

strokeColor: "#FF0000",// tùy chọn màu sắc

strokeOpacity: 1.0,

//độ đậm nhạt của màu sắc

strokeWeight: 2//độ rộng của đường

})

 Polygon: Cũng giống như đối tượng Polylines, Polygon xây dựng dựa trên một

loạt các tọa độ, tuy nhiên thay vì mở thì nó hoàn toàn khép kín trong một khu vực

Đối với hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng lớp đối tượng Polygon sử dụng

nhằm biểu diễn các cánh rừng, phạm vi cảnh báo cháy

 Infowindows : Infowindows là một cửa sổ hiển thị các thông tin khi người dùng cần tham khảo thêm về một đối tượng trên bản đồ Tạo một Infowindows cũng giống như các lớp phủ khác:

c Sự kiện:

Một số đối tượng trong Maps API được thiết kế để đáp ứng với sự kiện người

sử dụng (chẳng hạn như các sự kiện chuột hoặc bàn phím) Một đối tượng google.maps.Marker có thể lắng nghe người sử dụng các sự kiện sau đây:

- 'click': Bấm đơn chuột trái lên đối tượng;

- 'dblclick': Bấm kép chuột trái lên đối tượng;

- 'mouseup': Thả chuột chuột sau khí bấm;

- 'mousedown': Bấm đơn chuột lên đối tượng;

- 'mouseover': Con trỏ chuột di chuyển trên đối tượng;

- 'mouseout': Con trỏ chuột di chuyển rời khỏi đối tượng;

Một sự kiện được gọi như sau:

google.maps.event.addListener(đối tượng, sự kiện gọi, function() {}

Các sự kiện được sử dụng trong hệ thống nhằm xử lý các thao tác của người sử dụng: Bấm vào điểm cháy để xem thông tin, hiển thị các cửa sổ Infowindows

Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, tác giả không xây dựng máy chủ bản

đồ riêng do không đủ thời gian cũng như kinh phí, mà sử dụng bản đồ nền của Google cùng các hàm Google Maps API để chèn, thao tác, xử lý các lớp đối tượng của hệ thống giám sát cháy rừng.Ưu điểm là hệ thống gọn, nhẹ, tốc độ xử lý đồ họa bản đồ

nhanh Tuy nhiên hệ thống phụ thuộc vào các điều khoản sử dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ Đây là giải pháp ban đầu nhằm tập trung vào nhiệm vụ nghiên cứu chính của luận văn

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Như đã trình bày ở trên, việc nắm bắt thông tin về vụ cháy nhanh chóng và kịp thời sẽ có tác dụng rất lớn trong việc ngăn chặn, hạn chế những đám cháy phát triển lớn, lan rộng, có phương án huy động và triển khai lực lượng, phương tiện, các lực lượng hỗ trợ được hiệu quả, thời gian đến đám cháy nhanh, thời gian đám cháy phát triển tự do ngắn, việc dập tắt đám cháy được dễ dàng, không mất nhiều thời gian và chất chữa cháy, ít gây thiệt hại về tính mạng con người cũng hạn chế thấp nhất thiệt hại về tài sản

Các hệ thống giám sát phát hiện cảnh báo cháy rừng hiện đang sử dụng có nhiều ưu điểm, tuy nhiên vẫn tồn tại vấn đề chi phí giá thành lắp đặt ban đầu cũng như trong quá trình vận hành sử dụng (hệ thống Fire Watch) hay lượng dữ liệu chưa đa dạng phong phú, các chức năng mở rộng cho thống kê báo cáo còn thiếu

Từ những thực tế trên, đề tài đi sâu nghiên cứu xây dựng một hệ thống thông tin địa lýtheo mô hình WebGIS trên nền bản đồ số Google Maps nhằm hỗ trợ giám sát cháy rừng phục vụ công tác PCCCR cũng như phục vụ công việc nghiên cứu phân tích Đồng thời kết hợp, ứng dụng những tiến bộ khoa học trong lĩnh vực giám sát cháy rừng dựa trên dữ liệu vệ tinh hoàn toàn miễn phí tích hợp dữ liệu khí tượng, đặc tính rừng sẽ giúp chỉ huy chữa cháy có thời gian nắm bắt các phương án chữa cháy chữa cháy rừng đã được lập cũng như địa bàn và khả năng triển khai đội hình chữa cháy, qua đó có thể định hình được chiến thuật dập tắt đám cháy, số lượng cán bộ, chiến sĩ, nhân dân cần huy động và những phương tiện cần thiết Công tác chỉ huy được thuận tiện, có sự phối hợp đồng bộ với lực lượng chữa cháy tại chỗ, cũng như sự phối hợp với lãnh đạo, chủ rừng, đề ra những biện pháp tốt nhất trong cả quá trình tổ chức công tác chữa cháy