Nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin giám sát cháy rừng sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN QUỐC HUY

NGHIÊN CƢ́U XÂY DƢ̣NG HỆ THỐNG THÔNG TIN GIÁM SÁ T CHÁ Y
RƢ̀NG SƢ̉ DỤNG DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

HÀ NỘI – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN QUỐC HUY

NGHIÊN CƢ́U XÂY DƢ̣NG HỆ THỐNG THÔNG TIN GIÁM SÁ T CHÁ Y
RƢ̀NG SƢ̉ DỤNG DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH
Ngành:

Công Nghệ Thông Tin

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Phần Mềm
Mã số:

60.48.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN HẢI CHÂU

TS. LÊ HOÀ NG SƠN

HÀ NỘI – 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả đạt đƣợc trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu, tìm
hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều đƣợc
trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất
cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và đƣợc trích dẫn hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy
định cho lời cam đoan của mình.
Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2015
Ngƣời cam đoan

Nguyễn Quố c Huy


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS . TS. Nguyễn Hải Châu , TS. Lê Hoàng Sơn ,
TS. Bùi Quang Hƣng và TS . Lê Thanh Hà là nh ững cán bộ giảng viên của Đại học
Công Nghệ và Đại học Khoa Học Tự Nhiên , trƣ̣c thuô ̣c Đa ̣i ho ̣c Quố c Gia Hà Nô ̣i
đã tận tình giúp đỡ tôi về cả chuyên môn, nghiên cứu và định hƣớng phát triển
trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi đã học hỏi đƣợc rất nhiều khi tham gia vào
dự án “Field Monitoring – FIMO” do nhà trƣờng tổ chức về nghiên cứu, ứng dụng,
xử lý thông tin từ ảnh viễn thám.
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới các Thầy, Cô giáo của Khoa Công nghệ thông
tin vì đã truyền dạy những kiến thức bổ ích, hiện đại về lĩnh vực Công nghệ phần
mềm .
Với bạn bè cùng khóa và các bạn sinh viên tham gia vào các dự án của trung

tâm FIMO, cám ơn mọi ngƣời vì đã cho tôi cơ hội trao đổi, chia sẻ kiến thức và
kinh nghiệm thực tế, giúp tôi hiểu thêm những vấn đề mà tôi không có điều kiện
tìm hiểu, chỉ cho tôi những thứ tôi chƣa làm đƣợc. Tôi có thể tiếp thu đƣợc thêm
nhiều vấn đề mới và biết đƣợc giá trị của việc không ngừng cố gắng học tập,
nghiên cứu.
Cuối cùng, với gia đình, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc vì gia đình đã luôn ở
bên và ủng hộ tôi trên con đƣờng học tập và nghiên cứu khó khăn, vất vả. Tôi
mong rằng với sự cố gắng học tập nâng cao kiến thức, sau này sẽ có thể lĩnh hội
nhiều công nghệ, tạo ra nhiều sản phẩm phần mềm có giá trị sử dụng cao, giúp ích
đƣợc trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.

Nguyễn Quố c Huy


MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. 1
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. 4
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... 5
DANH MỤC THUẬT NGƢ̃ ...................................................................................... 8
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 9
1. ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 9
2. NỘI DUNG NGHIÊN CƢ́U VÀ CẤU TRÚ C ĐỀ TÀI................................. 15
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH VÀ GIS .................... 16
1.1. TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH............................................................. 16
1.1.1. Lịch sử ra đời và sự phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh ............... 16
1.1.2. Đặc trƣng và phân loại ảnh vệ tinh ....................................................... 19
1.1.3. Ứng dụng của ảnh vệ tinh trong giám sát cháy rừng ............................ 22
1.2. TỔNG QUAN VỀ GIS ................................................................................ 23
1.2.1. Lịch sử ra đời và sự phát triển của GIS ................................................. 23
1.2.2. Cấ u trúc của GIS ................................................................................... 24

1.2.3. Dƣ̃ liê ̣u GIS ........................................................................................... 24
1.2.4. Ứng dụng của GIS ................................................................................. 26
1.2.5. Giới thiê ̣u về WebGIS ........................................................................... 27
CHƢƠNG II. XÂY DƢ̣NG HỆ THỐNG THÔNG TIN GIÁM SÁ T CHÁ Y RƢ̀NG
SƢ̉ DỤNG DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH .................................................................... 29
2.1. Mô tả bài toán .............................................................................................. 29
2.2. Khảo sát hệ thống thông tin giám sát cháy rừng tại Việt Nam và trên thế
giới 29
2.3. Giải pháp công nghệ .................................................................................... 34
2.3.1. ArcGIS MapServer ................................................................................ 34
2.3.2. PostgreSQL ........................................................................................... 35
2.3.3. PHP và Yii Framework.......................................................................... 36
2.3.4. ArcGIS Javascript MapAPI................................................................... 38
1


2.4. Kiế n trúc hê ̣ thố ng ....................................................................................... 39
2.4.1. Quy trình chiế t xuấ t thông tin cháy rƣ̀ng .............................................. 39
2.4.2. Thuật toán phát hiện điểm cháy ............................................................ 41
2.4.3. Kiế n trúc tổ ng thể của hê ̣ thố ng ............................................................ 42
2.5. Chuẩn hóa dữ liệu không gian ..................................................................... 43
2.6. Cấ u trúc cơ sở dƣ̃ liê ̣u .................................................................................. 52
2.7. Chƣ́c năng hê ̣ thố ng ..................................................................................... 56
2.7.1. Chƣ́c năng đăng nhâ ̣p ............................................................................ 56
2.7.2. Chƣ́c năng hiể n thi ̣thông tin cháy rƣ̀ng gần thời gian thực.................. 57
2.7.3. Chƣ́c năng hiể n thi ̣diễn biế n điể m cháy ............................................... 58
2.7.4. Chƣ́c năng tìm kiế m thông tin điể m cháy ............................................. 59
2.7.5. Chƣ́c năng đăng kí nhâ ̣n thông tin điể m cháy ....................................... 60
2.7.6. Chƣ́c năng thố ng kê báo cáo ................................................................. 61
2.7.7. Nhóm chức năng quản lý thông tin điểm cháy ..................................... 62

2.7.8. Nhóm chức năng quản lý dữ liệu ảnh vệ tinh ....................................... 64
2.7.9. Nhóm chức năng quản lý ngƣời dùng ................................................... 65
2.7.10. Nhóm chức năng quản lý nhóm quyền ................................................. 67
2.7.11. Nhóm chức năng quản lý dữ liệu đăng kí nhâ ̣n thông tin điể m cháy ... 68
2.7.12. Nhóm chức năng quản lý đơn vị ........................................................... 70
2.7.13. Chức năngkiểm chứng thông tin điểm cháy.......................................... 71
2.7.14. Chức năng trích xuất thông tin điểm cháy và gửi cảnh báo cho ngƣời
dùng gần thời gian thực ..................................................................................... 72
2.7.15. Chƣ́c năng hiển thị các lớp bản đồ ........................................................ 73
CHƢƠNG III. MÔ PHỎNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG ................................ 75
3.1. Cài đặt và triển khai ..................................................................................... 75
3.1.1. Phía Server ............................................................................................ 75
3.1.2. Phía Client ............................................................................................. 75
3.2. Giao diê ̣n thực nghiệm của hê ̣ thố ng ........................................................... 75
3.2.1. Giao diê ̣n chin
́ h dành cho ngƣời dùng .................................................. 75
2


3.2.2. Giao diê ̣n xem diễn biế n cháy rƣ̀ng ...................................................... 77
3.2.3. Giao diê ̣n tìm kiế m điể m cháy .............................................................. 78
3.2.4. Giao diê ̣n đăng kí nhâ ̣n thông tin điể m cháy ........................................ 79
3.2.5. Giao diê ̣n thố ng kê báo báo ................................................................... 80
3.2.6. Giao diê ̣n quản tri ̣dƣ̃ liê ̣u ảnh vê ̣ tinh ................................................... 81
3.2.7. Giao diê ̣n quản tri ̣ngƣời dùng .............................................................. 81
3.2.8. Giao diê ̣n quản tri ̣nhóm quyề n ............................................................. 82
3.2.9. Giao diê ̣n quản tri ̣đăng kí nhâ ̣n thông tin cảnh báo ............................. 82
3.3. Đánh giá hệ thống ........................................................................................ 83
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁ T TRIỂN ............................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 91

3


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Quá trình hình thành và phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh ............. 16
Bảng 2: Bảng tổng kết ưu nhược điểm của các hệ thống giám sát và theo dõi cháy
rừng .......................................................................................................................... 30
Bảng 3: Bảng mô tả các kênh của ảnh vệ tinh MOD14 sử dụng trong thuật toán.. 42
Bảng 4: Bảng cấu trúc dữ liệu thông tin điểm cháy ................................................ 52
Bảng 5: Bảng cấu trúc dữ liệu ranh giới hành chính cấp tỉnh................................ 53
Bảng 6: Bảng cấu trúc dữ liệu ranh giới hành chính cấp huyện............................. 54
Bảng 7:Bảng cấu trúc dữ liệu ranh giới hành chính cấp xã.................................... 54
Bảng 8: Bảng cấu trúc dữ liệu loại rừng năm 2010 ................................................ 54
Bảng 9: Bảng cấu trúc dữ liệu ảnh vệ tinh .............................................................. 54
Bảng 10: Bảng cấu trúc dữ liệu đăng kí thông tin cảnh báo................................... 55
Bảng 11: Bảng cấu trúc dữ liê ̣u người dùng............................................................ 55
Bảng 12: Bảng cấu trúc dữ liệu nhóm quyền........................................................... 55
Bảng 13: Bảng cấu trúc dữ liệu đơn vị .................................................................... 55
Bảng 14: Bảng danh sách người dùng tham gia khảo sát sử dụng hệ thống .......... 85

4


DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Mô phỏng của thế giới thực trên mô hình dữ liê ̣u không gian ................... 25
Hình 2: Cấ u trúc dữ liê ̣u dạng Raster...................................................................... 25
Hình 3: Cấ u trúc dữ liê ̣u dạng Vector...................................................................... 26
Hình 4: Kiế n trúc của WebGIS................................................................................. 27
Hình 5: Mô hình của ArcGIS Server ........................................................................ 35

Hình 6: Mô hình của PostgreSQL............................................................................ 36
Hình 7: Mô hình của Yii Framework ....................................................................... 37
Hình 8: Khảo sát hiệu năng của Yii Framework với các PHP Framework khác.... 38
Hình 9: Ví dụ ứng dụng GIS được xây dựng bằng ArcGIS Javascript API............. 39
Hình 10: Quy trình chiế t xuấ t thông tin cháy rừng gần thời gian thực ................... 40
Hình 11: Kiế n trúc tổ ng thể của hê ̣ thố ngthông tin giám sát cháy rừng gần thời
gian thực ................................................................................................................... 43
Hình 12: Mô tả tính khép kín của dữ liệu ................................................................ 46
Hình 13: Mô tả tính giao nhau của dữ liệu.............................................................. 46
Hình 14: Mô tả về tính đồng bộ của độ rộng của dữ liệu ........................................ 47
Hình 15: Lỗi thủng dữ liệu ....................................................................................... 47
Hình 16: Lỗi chồng đè dữ liệu ................................................................................. 48
Hình 17: Lỗi chưa tiếp biên và trùng lặp dữ liệu .................................................... 49
Hình 18: Các bước tạo Topology ............................................................................. 49
Hình 19: Lựa chọn class để kiểm tra lỗi Topology .................................................. 50
Hình 20: Lựa chọn Rule để kiểm tra lỗi Topology .................................................. 50
Hình 21: Màn hình hiển thị thông báo kiểm tra dữ liệu .......................................... 50
Hình 22: Màn hình hiển thị vị trí lỗi dữ liệu ............................................................ 51
Hình 23: Bảng thuộc tính kiểm tra lỗi của dữ liệu .................................................. 51
Hình 24: Tìm và chỉnh sửa dữ liệu........................................................................... 52
Hình 25: Sơ đồ bảng quan hệ của hệ thống ............................................................. 52
Hình 26: Usecase tổ ng thể của hê ̣ thố ng ................................................................. 56
5


Hình 27: Giao diê ̣n chính dành cho người dùng ..................................................... 75
Hình 28: Giao diện hiển thị thông tin điểm cháygần thời gian thực ....................... 76
Hình 29: Giao diện hiển thị bản đồ lượng mưa gần thời gian thực ........................ 76
Hình 30: Giao diện hiển thị bản đồ tốc độ gió gần thời gian thực.......................... 77
Hình 31: Giao diện hiển thị bản đồ nhiệt độ gần thời gian thực............................. 77

Hình 32: Giao diê ̣n xem diễn biế n cháy rừng .......................................................... 78
Hình 33: Giao diê ̣n tìm kiế m điểm cháy .................................................................. 78
Hình 34: Dữ liệu điểm cháy được chiết xuất dưới dạng GEOJSON ....................... 79
Hình 35: Dữ liệu điểm cháy được trích xuất dưới dạng KML được hiển thị trên
Google Maps ............................................................................................................ 79
Hình 36: Giao diê ̣n đăng kí nhận thông tin điểm cháy............................................ 80
Hình 37: Giao diê ̣n thố ng kê báo cáo ...................................................................... 80
Hình 38: Giao diện kết quả thống kê báo cáo ......................................................... 81
Hình 39: Giao diê ̣n quản tri ̣ dữ liê ̣u ảnh vê ̣ tinh...................................................... 81
Hình 40: Giao diê ̣n quản tri ̣ người dùng ................................................................. 82
Hình 41: Giao diê ̣n quản tri ̣ nhóm quyề n ................................................................ 82
Hình 42: Giao diê ̣n quản tri ̣ đăng kí nhận thông tin cảnh báo................................ 83
Hình 43: Đánh giá hiệu năng hệ thống trên GTMetrix.com sử dụng công cụ
PageSpeed ................................................................................................................ 84
Hình 44: Đánh giá hiệu năng hệ thống trên GTMetrix.com sử dụng công cụ YSlow
.................................................................................................................................. 85
Hình 45: Biểu đồ kết quả Khảo sát tính thân thiện của giao diện hệ thống ............ 87
Hình 46: Biểu đồ kết quả khảo sát sự hài lòng về chức năng hệ thống của người
dùng .......................................................................................................................... 87
Hình 47: Biểu đồ kết quả khảo sát việc sử dụng hệ thống trong công việc, nghiên
cứu hàng ngày của người dùng ................................................................................ 88
Hình 48: Bản đồ lượng mưa và điểm cháy trong hệ thống...................................... 89
Hình 49: Bản đồ nhiệt độ và điểm cháy trong hệ thống .......................................... 89
6


7


DANH MỤC THUẬT NGƢ̃

Thuật Ngữ

Tiếng Anh

Tiếng Việt

RIA

Rich Internet Application

Ứng dụng Web đƣợc thiết kế với
các thành phần, chức năng tƣơng
tự ứng dụng Desktop.

GIS

Geographic Information System

Hệ thống thông tin địa lý

Client

Client

Máy khách

Server

Server

Máy chủ

8


MỞ ĐẦU
ĐẶT VẤN ĐỀ
Viê ̣t Nam có diê ̣n tić h đấ t khoảng 33 triê ̣u hecta, trong đó có 13.9 triê ̣u hecta
đƣơ ̣c phân loa ̣i là rƣ̀ng (với 10.4 triê ̣u hecta là rƣ̀ng tƣ̣ nhiên và 3.5 triê ̣u hecta là
rƣ̀ng trồ ng) [1]. Rƣ̀ng là lá phổ i xanh giúp điề u hòa khí hâ ̣u , cân bằ ng sinh thái của
môi trƣờng, đồ ng thời bổ sung oxy cho không khí giúp môi trƣờng số ng của trở nên
trong lành hơn. Những năm gầ n đây, cháy rừng là một trong những tác nhân chính
gây ảnh hƣởng tiêu cƣ̣c đế n sƣ̣ phát triể n củ a rƣ̀ng, môi trƣờng thiên nhiên và cuô ̣c
số ng của con ngƣời. Nguyên nhân của cháy rƣ̀ng ta ̣i Viê ̣t Nam bao gồ m : (i) 20% do
đốt nƣơng để làm rẫy; (ii) 55% do ngƣời dân điạ phƣơng sƣ̉ du ̣ng lƣ̉a để săn bắ t thú
rƣ̀ng, đă ̣c biê ̣t là viê ̣c sƣ̉ dụng lửa hun khói để thu hoạch mật ong; (iii) 15% do khai
thác rừng để lấy gỗ , củi, nấ u ăn, hun khói; (iv) 10% còn lại là do xung đột giữa các
bên liên quan trong viê ̣c khai thác tài nguyên rƣ̀ng [2]. Việc theo dõi và giám sát
cháy rừng trở thành một nhu cầu cấp thiết trong hỗ trợ giảm thiểu rủi ro và phòng
chống nguy cơ cháy rừng.
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ viễn thám, ảnh vệ tinh là một trong
những nguồn dữ liệu quan trọng trong việc phát hiện cháy rừng với 2 vệ tinh chính
đƣợc sử dụng là AVHRR [3,4], MODIS [5,6,7,8] và một số vệ tinh khác nhƣ
LANDSAT8 [9,10,11], VIIRS [12,13]. Tại Đại Học Công Nghệ – Đa ̣i Ho ̣c Quố c
Gia Hà Nô ̣i, Trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành (FIMO) đã triển khai thành
công việc lắp đặt, chuyển giao công nghệ và vận hành trạm thu dữ liệu ảnh từ 3 loại
vệ tinh quan sát trái đất của Cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (National
Aeronautics and Space Administration – NASA) và Cơ quan quản lý khí quyển và
đại dƣơng quốc gia Hoa Kỳ (National Oceanic and Atmospheric Administration –
NOAA) cho phép thu nhận ảnh vệ tinh MODIS đƣợc cập nhật thƣờng xuyên mỗi

ngày. Đây là mô ̣t nguồ n dƣ̃ liê ̣u lớn, hƣ̃u ích và cầ n đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng hiê ̣u quả , tránh
lãng phí.
Bên ca ̣nh đó , sƣ̣ ra đời và phát triển mạnh mẽ của Internet và công nghệ thông
tin tích hợp công nghệ viễn thám và dữ liệu địa lý giúp cho việc xây dựng các hệ
thống giám sát cháy rừng trở nên dễ dàng hơn bao giờ hế t . Hiện nay có rất nhiều hệ
thống thông tin địa lý về cháy rừng đƣợc xây dựng trên thế giới nhƣ hệ thống giám
sát cháy rừng toàn cầu (Global Fire Watch) của WRI (World Resources Institute)
1.

9


[20], hê ̣ thố ng quản lý tài nguyên thông tin cháy rƣ̀ng
(FIRMS) của NASA
(National Aeronautics and Space Administration) [21], v.v. Tại Việt Nam, cục
kiểm lâm cũng đã xây dựng hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến VN FireWatch
[22]. Tuy nhiên, các hệ thống này vẫn còn tồn tại những nhƣợc điểm khác nhau
nhƣ chỉ hiển thị các thông tin chung , khái quát hóa vị t rí không gian của thông tin
điể m cháy mà không thể hiê ̣n đƣơ ̣c các thông tin thuô ̣c tiń h , không thể hiện đƣợc
xu thế của cháy rừng qua các giai đoạn thời gian, thiếu báo cáo thống kê tổng hợp,
v.v chƣa thể đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngƣời dùng. Trong ĐH Công Nghệ - ĐH
Quốc Gia Hà Nội đã có 2 đề tài xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát cháy rừng
nhƣng chỉ dừng lại ở mức cài đặt, việt hóa dựa trên hệ thống có sẵn của NASA [34]
hoặc đƣợc xây dựng nhƣng lấy nguồn dữ liệu cháy từ bên thứ 3 chƣa đƣợc kiểm
chứng để lƣu trữ, hiển thị lên trên bản đồ để phục vụ mục đích tra cứu [35] mà chƣa
cung cấp các chức năng giám sát, cảnh báo cháy rừng đúng nghĩa cho ngƣời dùng.
Do đó, việc xây dựng một hệ thống hỗ trợ và cung cấp các thông tin giám sát về
cháy rừng, tích hợp đƣợc đầy đủ các chức năng, khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của
các hệ thống đang tồn tại là vô cùng cần thiết.
Với những lí do trên, mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xây dựng hệ thống

thông tin giám sát cháy rƣ̀ng sƣ̉ du ̣ng nguồ n dƣ̃ liê ̣u ảnh
vê ̣ tinh đƣơ ̣c tận dụng,
cung cấ p bởi tra ̣m thu dƣ̃ liê ̣u ảnh của Đa ̣i Ho ̣c Công Nghê ̣ . Đề tài nằm trong định
hƣớng nghiên cứu về cháy rừng của Trung tâm Tích hợp liên ngành giám sát hiện
trƣờng. Một số nội dung của hƣớng nghiên cứu này bao gồm:
- Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo cháy rừng thông qua dữ liệu ảnh vệ
tinh, thiết bị cảm biến, thiết bị di động, v.v.
- Cải thiện và nâng cao độ chính xác của thuật toán trích xuất thông tin cháy
rừng từ dữ liệu ảnh vệ tinh.
- Mô phỏng và dự báo cháy rừng dựa trên các nhân tố khác nhau.
Tại thời điểm hiện tại, đã có 3 luận văn cao học và 2 luận văn đại học đƣợc
xây dựng dựa trên hƣớng nghiên cứu trên. Tuy nhiên, các luận văn này vẫn còn có
những nhƣợc điểm chƣa đƣợc khắc phục và hoàn thiện. Dƣới đây là bảng mô tả nội
dung chính và nhƣợc điểm của luận văn đã đƣợc thực hiện trƣớc đây:
STT
1

Tên Luận Văn

Nhƣợc Điểm

Đỗ Gia Hiếu – “Nghiên - Luận văn đƣợc xây dựng chủ yếu tập trung
10


cứu thuật toán trích xuất
điểm nóng điểm cháy từ
ảnh vệ tinh và ứng dụng
trong hệ thống cháy rừng”.
-

-

-

-

-

2

vào việc cài đặt, cấu hình và việt hóa lại hệ
thống giám sát cháy rừng FIRMS đƣợc
chuyển giao từ NASA cho Trung tâm công
nghệ tích hợp liên ngành giám sát hiện
trƣờng.
Hệ thống chƣa hỗ trợ cho việc cảnh báo và
hiển thị dữ liệu thời gian thực cho ngƣời
dùng.
Hệ thống chƣa tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu
từ trạm thu ảnh vệ tinh của Đại học Công
nghệ - ĐH QGHN.
Ngoài các thông tin liên quan đến điểm cháy
chƣa bao gồm các thông tin về các yếu tố
khí tƣợng hỗ trợ cho việc cảnh báo cháy.
Nguồn dữ liệu không gian về ranh giới hành
chính, lớp phủ rừng đƣợc sử dụng trong hệ
thống đã cũ, chƣa đƣợc chuẩn hóa và cập
nhật có thể gây sai lệch thông tin về vị trí
địa lý khi cung cấp cho ngƣời dùng.

Các dữ liệu cháy đƣợc trích xuất chƣa đƣợc
kiểm chứng thực tế thông qua các đơn vị
chức năng.
Không có công cụ hỗ trợ báo cáo thống kê,
chia sẻ dữ liệu cho ngƣời dùng.
Không hỗ trợ cho ngƣời dùng xem xu
hƣớng cháy rừng.

Đặng Quýnh Anh – - Luận văn tập trung vào việc cài đặt thử
“Nghiên cứu, tìm hiểu và
nghiệm một số chỉ số cảnh báo cháy rừng
cài đặt thử nghiệm một vài
phục vụ cho việc mô phỏng.
chỉ số cảnh báo cháy - Không có hệ thống đƣợc xây dựng để phục
rừng”.
vụ giám sát và cảnh báo cháy rừng.
- Các dữ liệu đƣợc sử dụng trong hệ thống
11


đƣợc lấy từ hệ thống FIRMS của NASA.
- Do tập trung vào việc mô phỏng nên các số
liệu chƣa thể sử dụng cho thực tế đƣợc.
3

Phạm Thanh Tùng – “Xây - Hệ thống đƣợc xây dựng với các chức năng
dựng hệ thống thông tin hỗ
thu thập dữ liệu cháy tự động và hiển thị lên
trợ giám sát cháy rừng”.
trên bản đồ kết hợp với các thông tin về khí

tƣợng với các số liệu đƣợc lấy từ các trạm.
Tuy nhiên nguồn dữ liệu đƣợc sử dụng đƣợc
lấy hệ thống FIRMS của NASA. Vì vậy, hệ
thống chƣa tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu từ
trạm thu ảnh vệ tinh của Đại học Công nghệ
- ĐH QGHN.
- Hệ thống chƣa hỗ trợ cho việc cảnh báo và
hiển thị dữ liệu thời gian thực cho ngƣời
dùng. Ngƣời dùng cần tải lại Website mới
có thể xem đƣợc dữ liệu mới.
- Ngoài các thông tin liên quan đến điểm cháy
chƣa bao gồm các thông tin về các yếu tố
khí tƣợng hỗ trợ cho việc cảnh báo cháy.
Tuy nhiên các thông tin này chỉ đƣợc sử
dụng cho việc tìm kiếm mà không cung cấp
cho ngƣời dùng lúc hiển thị.
- Nguồn dữ liệu không gian về ranh giới hành
chính, lớp phủ rừng đƣợc sử dụng trong hệ
thống đã cũ, chƣa đƣợc chuẩn hóa và cập
nhật có thể gây sai lệch thông tin về vị trí
địa lý khi cung cấp cho ngƣời dùng.
- Các dữ liệu cháy đƣợc trích xuất chƣa đƣợc
kiểm chứng thực tế thông qua các đơn vị
chức năng.
- Không có công cụ hỗ trợ chia sẻ dữ liệu cho
ngƣời dùng.
12


- Không hỗ trợ cho ngƣời dùng xem xu

hƣớng cháy rừng.
4

Hồ Văn Phú - “Hệ thống - Luận văn đƣợc xây dựng chủ yếu tập trung
cảnh báo nguy cơ cháy
vào việc hiển thị thông tin cảnh báo cháy
rừng”.
rừng theo vùng trên bản đồ.
- Hệ thống chƣa cung cấp đƣợc vị trí địa lý cụ
thể của khu vực cháy mà chỉ khái quát
chung theo ranh giới hành chính.
- Nguồn dữ liệu đƣợc sử dụng đƣợc lấy hệ
thống FIRMS của NASA. Vì vậy, hệ thống
chƣa tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu từ trạm
thu ảnh vệ tinh của Đại học Công nghệ - ĐH
QGHN.
- Hệ thống chƣa hỗ trợ cho việc cảnh báo và
hiển thị dữ liệu thời gian thực cho ngƣời
dùng. Ngƣời dùng cần tải lại Website mới
có thể xem đƣợc dữ liệu mới.
- Ngoài các thông tin liên quan đến điểm cháy
chƣa bao gồm các thông tin về các yếu tố
khí tƣợng hỗ trợ cho việc cảnh báo cháy
chƣa cung cấp cho ngƣời dùng.
- Nguồn dữ liệu không gian về ranh giới hành
chính, lớp phủ rừng đƣợc sử dụng trong hệ
thống đã cũ, chƣa đƣợc chuẩn hóa và cập
nhật có thể gây sai lệch thông tin về vị trí
địa lý khi cung cấp cho ngƣời dùng.
- Không có công cụ hỗ trợ chia sẻ dữ liệu cho

ngƣời dùng.

5

Vũ Xuân Lai – “Ứng dụng - Luận văn đƣợc xây dựng chủ yếu tập trung
cảnh báo cháy rừng trên
vào việc hiển thị dữ liệu cháy rừng trên thiết
thiết bị di động”.
bị di động.
- Hệ thống chƣa hỗ trợ cho việc cảnh báo và
13


-

-

-

-

-

hiển thị dữ liệu thời gian thực cho ngƣời
dùng.
Nguồn dữ liệu đƣợc sử dụng đƣợc lấy hệ
thống FIRMS của NASA. Vì vậy, hệ thống
chƣa tận dụng đƣợc nguồn dữ liệu từ trạm
thu ảnh vệ tinh của Đại học Công nghệ - ĐH
QGHN..

Ngoài các thông tin liên quan đến điểm cháy
chƣa bao gồm các thông tin về các yếu tố
khí tƣợng hỗ trợ cho việc cảnh báo cháy.
Nguồn dữ liệu không gian về ranh giới hành
chính, lớp phủ rừng đƣợc sử dụng trong hệ
thống đã cũ, chƣa đƣợc chuẩn hóa và cập
nhật có thể gây sai lệch thông tin về vị trí
địa lý khi cung cấp cho ngƣời dùng.
Các dữ liệu cháy đƣợc trích xuất chƣa đƣợc
kiểm chứng thực tế thông qua các đơn vị
chức năng.
Không có công cụ hỗ trợ báo cáo thống kê,
chia sẻ dữ liệu cho ngƣời dùng.
Không hỗ trợ cho ngƣời dùng xem xu
hƣớng cháy rừng.

Hê ̣ thố ng đƣợc xây dựng trong đề tài này sẽ khắc phục những nhƣợc điểm với
các nội dung bao gồm:
- Cài đặt module trích xuất điểm cháy từ ảnh vệ tinh đƣợc thu thập trực tiếp
thông qua trạm thu của Đại học Công nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội.
- Cung cấ p các thông tin về các điể m nguy cơ cháy rƣ̀ng cùng với các dữ liệu
khí tƣợng (tốc độ gió, hƣớng gió, nhiệt độ, độ ẩm, v.v) gần thời gian thực trực tiếp
tại điểm cháy thay vì sử dụng số liệu từ các trạm đo khí tƣợng không thƣờng
xuyên. Cho phép ngƣời dùng tải ảnh vệ tinh MODIS MOD14 và LANDSAT8 tại
khu vực chứa điểm nguy cơ cháy để phục vụ công tác kiểm chứng.
14


- Tìm kiếm và theo dõi xu hƣớng của cháy rừng qua các giai đoạn thời gian và
ranh giới hành chính.

- Đƣa ra các báo cáo thố ng kê về cháy rừng theo ranh giới hành chính, theo
tháng và theo năm.
- Xây dựng công cụ cho phép trích xuất dữ liệu sang các định dạng chuẩn
không gian phục vụ chia sẻ dữ liệu với các đối tƣợng ngƣời dùng khác nhau.
- Gửi email cảnh báo cho ngƣời dân, cho các nhà quản lý tin cháy rừng tại khu
vực quan tâm gần thời gian thực ngay sau khi trích xuất điểm cháy.
- Chuẩn hóa và cập nhật lại các dữ liệu không gian về ranh giới hành chính,
lớp phủ rừng để cung cấp thông tin vị trí địa lý
Ngoài ra, hệ thống còn xây dựng module kiểm chứng thông tin cháy rừng để
nâng cao độ chính xác của thông tin. Tƣ̀ đó giúp hỗ trơ ̣ trong viê ̣c ngăn ngƣ̀a ,
phòng chống, giảm thiểu thiệt hại do cháy rừng gây ra.
2. NỘI DUNG NGHIÊN CƢ́U VÀ CẤU TRÚC ĐỀ TÀ I
Để có thể đáp ƣ́ng đƣơ ̣c mu ̣c tiêu của đề tài , nô ̣i dung nghiên cƣ́u của ho ̣c viên
sẽ tập trung vào các phần sau:
- Nghiên cƣ́u về dƣ̃ liê ̣u ảnh vê ̣ tinh và ƣ́ng du ̣ng của ảnh vê ̣ tinh trong giám
sát cháy rừng.
- Nghiên cƣ́u về GIS và công nghê ̣ WebGIS.
- Nghiên cƣ́u về cơ sở dƣ̃ liê ̣u không gian và các công nghệ hỗ trợ xây dựng
WebGIS.
- Phân tích thiế t kế hê ̣ thố ng thông tin giám sát cháy rƣ̀ng.
Tƣ̀ nhƣ̃ng nô ̣i dung trên , cấ u trúc đề tài của ho ̣c viên sẽ đƣơ ̣c phâ n chia thành
các chƣơng nhƣ sau:
- Chƣơng I: Tổ ng quan về ảnh vê ̣ tinh.
- Chƣơng II: Xây dựng hệ thống thông tin giám sát cháy rừng.
- Chƣơng III: Mô phỏng và triển khai hệ thống.

15


CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DƢ̃ LIỆU ẢNH VỆ TINH VÀ GIS

1.1. TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH
1.1.1. Lịch sử ra đời và sự phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh
Viễn thám là phƣơng thức thu nhận thông tin của đối tƣợng từ 1 khoảng cách
nhất định, không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng. Sƣ̣ ra đời của viễn thám
đƣơ ̣c bắ t đầ u bằ ng viê ̣c chu ̣p ảnh và sƣ̉ du ̣ng phim và giấ y ảnh . Năm 1839, Louis
Daguerre (1789 - 1881) đã đƣa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi
đầu cho ngành chụp ảnh. Bức ảnh đầu tiên chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu do
nhiế p ả nh gia ngƣời Pháp Gaspard Felix Tournachon th ực hiện vào năm 1858. Tác
giả đã sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m để chụp ảnh vùng Bievre, Pháp.
Viễn thám là một ngành khoa h ọc thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập kỷ
gần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số đƣợc thu nhận từ các vệ tinh
trên quĩ đạo của trái đất vào năm 1960 hay còn go ̣i là các ảnh vê ̣ tinh. Bảng 1 là quá
trình hình thành và phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh.
Bảng 1: Quá trình hình thành và phát triển của viễn thám và ảnh vệ tinh
Năm

Sƣ ̣ kiêṇ

1038 AD

Nhà toán toán Ả rập Al Hazen giải thích qui tắc “Dark Room”
đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng để theo dõi nhâ ̣t thƣ̣c.

1490

Leonardo da Vinci giải thích chi tiết về qui tắc “Dark Room”.

1550

Cirolama Cardano lầ n đầ u tiên sƣ̉ du ̣ng thấ u kính trong “Dark

Room” để nâng cao chấ t lƣơ ̣ng hiǹ h ảnh.

1614

Angelo Sala khám phá ra việc muối bạc chuyển màu khi tiếp xúc
với ánh sáng mă ̣t trời.

1666

Sir Isaac Newton trong quá triǹ h thƣ̣c nghiê ̣m đã vô tiǹ h phát
hiê ̣n ra ánh sáng đa phổ .

1839

Daguerre đƣa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi
đầu cho ngành chụp ảnh.

1855

James Clerk Maxwell đƣa ra lý thuyế t màu hỗ trơ ̣.

1858

Gasper Felix Tournachon “Nadar" chụp bức ảnh đầu tiên chụp
bề mặt trái đất từ khinh khí cầu.

1860’s

Các bức ảnh giám sát trên không đƣợc thu thập từ khinh khí cầu
16

để phục vụ cho mục đích quân sự.
1887

Ngƣời Đƣ́c bắ t đầ u sƣ̉ du ̣ng các bƣ́c ảnh chu ̣p trên không và kỹ
thuâ ̣t đo ảnh để đo đa ̣c các đố i tƣơ ̣ng và các khu vƣ̣c trong rƣ̀ng.

1889

Arthur Batut chụp bức ảnh trên không đầu tiên sử dụng một
chiế c diề u ta ̣i vùng Labruguiere, Pháp.

1903

The Bavarian Pigeon Corps sƣ̉ du ̣ng chim bồ câu để đƣa thƣ và
chụp ảnh trên không.

1906

Albert Maul đã sƣ̉ du ̣ng tên lƣ̉a đẩ y để chu ̣p mô ̣t bƣ́c ảnh trên
không tƣ̀ đô ̣ cao 2.600 feet so với bề mă ̣t trái đấ t.

1907

Auguste and Louis Lumiere, hai anh em ngƣời Pháp đã phát
triể n mô ̣t hê ̣ thố ng ảnh màu đơn giản và đƣa ra tiêu chuẩ n
35mm.

1936

Albert W. Stevens chụp bức ảnh đầu tiên về độ cong bề mặt của
trái đất sử dụng một khinh khí cầu tự do tại độ cao 72.000 feet.

1940

Chiế n tranh thế giới thƣ́
đoán ảnh trên không.

1946
1954

Bƣ́c ảnh về không gian đầ u tiên đƣơ ̣c chu ̣p tƣ̀ tên lƣ̉a V-2.
Tên lƣ̉a U-2 thƣ̣c hiê ̣n chuyế n bay đầ u tiên.

1957

Nga phóng tên lƣ̉a Sputnik-1.

1960

Vê ̣ tinh TIROS-1 đƣơ ̣c phóng nhƣ mô ̣t vê ̣ tinh giám sát khí
tƣơ ̣ng đầ u tiên.

1964

Nimbus Weather Satellite Program bắ t đầ u phóng vê ̣ tinh
Nimbus 1.

1972

Vê ̣ tinh ERTS-1 (the first Earth Resources Technology Satellite)
đƣơ ̣c phóng, về sau đƣơ ̣c đổ i tên là Landsat 1.
Các bức ảnh từ Skylab - trạm không gian đầu tiên của Mỹ đƣợc
sƣ̉ du ̣ng để ta ̣o ra các bản đồ sƣ̉ du ̣ng đấ t.

1975

Vê ̣ tinh Landsat 2, GOES đƣơ ̣c phóng.

1977

Meteosat-1 – vê ̣ tinh đầ u tiên trong chuỗi các vê ̣ tinh giám sát
thời tiế t của châu Âu đƣơ ̣c phóng.

1978

Vê ̣ tinh Landsat 3 đƣơ ̣c phóng.

2 giúp phát triển nhiều kĩ thuật giải

17


Seasat, vê ̣ tinh radar đầ u tiên đƣơ ̣c phóng.
Vê ̣ tinh Nimbus-7 với bô ̣ cảm bi ến ozone (TOMS) và bộ quét
màu bề mặt đƣợc phóng.
Cũng trong năm này vệ tinh GOES-3 đƣơ ̣c phóng.
1981

Space-Shuttle Imaging Radar (SIR-A), Meteosat-2.

1982

Vê ̣ tinh Landsat 4 đƣơ ̣c phóng.

1984

Vê ̣ tinh SIR-B, Landsat 5 đƣơ ̣c phóng.

1986

Vê ̣ tinh SPOT 1 đƣơ ̣c phóng.

1988

Vê ̣ tinh IRS 1A, Meteosat 3, Ofeq 1 đƣơ ̣c phóng.

1989

Vê ̣ tinh Meteosat 4, Ofeq 2 đƣơ ̣c phóng.

1990

Vê ̣ tinh SPOT 2 đƣơ ̣c phóng.

1991

Vê ̣ tinh ERS (European Radar Satellite), IRS 1B, Meteosat 5
đƣơ ̣c phóng.

1992

Vê ̣ tinh JERS 1, Topex/Poseidon đƣơ ̣c phóng.

1993

Vê ̣ tinh SPOT 3 đƣơ ̣c phóng.
Vê ̣ tinh Landsat 6 phóng thất bại khi đƣa vào quỹ đạo.
Vê ̣ tinh Meteosat-6 đƣơ ̣c phóng.

1995

Vê ̣ tinh OrbView-1, ERS-2, Radarsat-1, IRS-1C đƣơ ̣c phóng.
Vê ̣ tinh Ofeq-3 phóng thật bại.
Vê ̣ tinh gián điê ̣p KH-12 đƣơ ̣c phóng.

1996

Vê ̣ tinh IRS-P3 đƣơ ̣c phóng.
Vê ̣ tinh SPOT-3 phóng thất bại.

1997

Vê ̣ tinh Orbview-2 với SeaWiFS , GOES-10, DMSP-5D đƣơ ̣c
phóng.
Vê ̣ tinh Adeos-1 bị hỏng sau 8 tháng vận hành.
Vê ̣ tinh IRS-1D, Meteorsat-7 đƣơ ̣c phóng.
Vê ̣ tinh Lewis bị hỏng sau 3 ngày đƣợc phóng.
Vê ̣ tinh Earlybird bị hỏng sau 4 ngày đƣợc phóng.

1998

Vê ̣ tinh SPOT-4, SPIN-2, JERS-1 đƣơ ̣c phóng.

1999

Vê ̣ tinh Landsat 7,IKONOS ,IRS-P4, QuickSCAT, CBERS1,Terra, MODIS, ASTER, CERES, MISR,MOPITT, Kompsat 1
18


đƣơ ̣c phóng.
2000

Vê ̣ tinh SRTM (Trung Quố c ), Tsinghau-1 , EROS A1 (Israel) ,
Jason-1 đƣơc̣ phóng.

2001

Vê ̣ tinh Quickbird đƣơ ̣c phóng.

2002

Vê ̣ tinh Aqua, SPOT-5, ENVISAT, METSAT, Alsat-1, Meteosat
Second Generation, ADEOS-II, Ofeq-5 đƣơ ̣c phóng.

2003

Vê ̣ tinh ICESat, Orbview-3 đƣơ ̣c phóng.
Vê ̣ tinh ALOS (Advanced Land Observation Satellite) của Nhật

Bản đƣợc phóng.
Vê ̣ tinh Radarsat-2 (Canada), CBERS-2 (Trung Quố c ), DMC
BilSat (Thổ Nhi ̃ Kì ), DMC NigeriaSat-1 (Nigeria), DMC UK
(Anh) đƣơ ̣c phóng.

2004

Vê ̣ tinh RocSat2 của Trung Quốc đƣợc phóng.

2005

Vê ̣ tinh TopSat với đô ̣ phân giải 2.5 m đƣơ ̣c phóng.

2007

Vê ̣ tinh RapidEye đƣơ ̣c phóng.

1.1.2. Đặc trưng và phân loại ảnh vệ tinh
Ảnh vệ tinh đƣợc tạo nên từ ma trận các điểm ảnh. Mỗi pixel của ảnh đại diện
cho mô ̣t đơn vị không gian, có dạng hình vuông tƣơng ƣ́ng với mô ̣t ô trong ma trâ ̣n.
Tùy vào từng loại ảnh vệ tinh khác nhau mà có s ố lƣơ ̣ng pixel khác nhau và độ bao
phủ không gian của mỗi pixel là khác nhau. Ảnh vê ̣ tinh nói chung có ba đặc trƣng
về độ phân giải là cơ sở để chọn loại ảnh nghiên cứu đối tƣợng phù hợp bao gồ m:
- Độ phân giải không gian: là vùng không gian tƣơng ứng với mô ̣t pixel mà
cảm biến thu nhận đƣợc. Tƣơng tự ảnh số, tùy theo các cảm biến mà ảnh có thể thu
nhận độ phân giải không cao gian từ thấp đến cao, càng cao thì càng chi tiết. Ảnh
đƣợc chia làm 3 loại: độ phân giải cao: 0.6 – 4 mét, độ phân giải trung bình: 4 – 30
mét, độ phân giải thấp: 30 – 1000 mét. Một số vệ tinh có độ phân giải cao nhƣ
SPOT5: 2.5 mét, IKONOS: 1 mét, WorldWiew-2: 0.45 mét, v.v rất thích hợp để
nghiên cứu phát hiện cháy rừng, ô nhiễm, mật độ dân cƣ, quy hoạch đô thị, giao

thông, v.v.
- Độ phân giải thời gian: tùy theo quỹ đạo và độ phân giải không gian mà vệ
tinh sẽ có chu kỳ lặp lại chụp 1 khu vực địa lý khác nhau (hàng ngày, hàng tuần,
19


v.v). Ảnh vê ̣ tinh đƣợc chia làm 3 loại: độ phân giải cao: < 3 ngày, độ phân giải
trung bình: 4 – 16 ngày, độ phân giải thấp: >= 16 ngày. Nhờ có sự lặp lại này mà
chúng ta có thể nghiên cứu sự biến động theo thời gian của 1 khu vực, quan sát,
giải đoán sự thay đổi của các đối tƣợng trong khu vực. Tùy theo mục đích nghiên
cứu mà chọn loại ảnh có chu kỳ lặp lại nhanh hay chậm, ví dụ: tăng trƣởng của cây
trồng thì tùy theo giai đoạn sinh trƣởng (8 – 16 ngày), cảnh báo cháy rừng (theo dõi
hàng ngày nếu có nguy cơ), sự phân bố dân cƣ (theo dõi biến động qua tổng hợp
ảnh theo 1 thời gian dài), v.v.
Độ phân giải phổ: mỗi vệ tinh có khả năng thu nhận ảnh theo các kênh phổ và
bề rộng phổ phản xạ từ các đối tƣợng khác nhau. Tùy theo nhu cầu thu thập thông
tin, các cảm biến sẽ thu nhận đƣợc sóng điện từ trong một số khoảng – các khoảng
này gọi là các band - kênh ảnh (băng phổ). Độ phân giải phổ liên quan đến số
lƣợng và và độ rộng của mỗi băng phổ. Bộ cảm có độ phân giải phổ cao đến rất
cao, tức là có nhiều băng phổ với băng thông (bandwith) rất hẹp vì vậy có khả năng
thu nhận nhiều đối tƣợng để nghiên cứu. Theo phổ của ảnh thì có ảnh toàn sắc (chỉ
bao gồm một kênh phổ) và ảnh đa phổ (tổng hợp nhiều kênh phổ). Tùy theo số bit
trong từng kênh phổ, ví dụ: mỗi kênh lƣu trữ 8 bit có 1 giá trị trong khoảng từ 0 - >
255 (0: mầu đen, 255: mầu trắng). Ở đây, ta ví dụ giá trị mỗi kênh phổ là red: 233,
green: 50, blue: 133. Tổng hợp 3 kênh phổ red-green-blue này sẽ tạo nên ảnh mầu
(đa phổ). Trong tƣơng lai sẽ có các vệ tinh siêu phổ (hyperspectral), thu đƣợc nhiều
kênh phổ (> 100 kênh) tăng cƣờng nhận biết đƣợc nhiều đối tƣợng chi tiết so với
các loại ảnh có số kênh phổ thấp đã đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay (do số băng tần
ít và độ rộng của mỗi băng tần là rất lớn, nên nhiều thông tin quan trọng không tách
biệt đƣợc).

Sóng điện từ đƣợc phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin
chủ yếu về đặc tính của đối tƣợng. Ảnh vê ̣ tinh cung cấp thông tin về các vật thể
tƣơng ứng với năng lƣợng bức xạ ứng với từng bƣớc sóng đã xác định. Đo lƣờng
và phân tích năng lƣợng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh vê ̣ tinh, cho phép tách thông
tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tƣơng tác giữa bức xạ điện từ
và vật thể. Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5
phần cơ bản nhƣ sau:
- Nguồn cung cấp năng lƣợng.
20


- Sự tƣơng tác của năng lƣợng với khí quyển.
- Sự tƣơng tác với các vật thể trên bề mặt đất.
- Chuyển đổi năng lƣợng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh.
- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lí.
Năng lƣợng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trƣờng khí quyển sẽ bị
các phân tử khí hấp thụ dƣới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng bƣớc sóng
cụ thể. Trong viễn thám, ngƣời ta thƣờng quan tâm đến khả năng truyền sóng điện
từ trong khí quyển, vì các hiện tƣọng và cơ chế tƣơng tác giữa sóng điện từ với khí
quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận đƣợc. Khí quyển
có đặc điểm quan trọng đó là tƣong tác khác nhau đối với bức xạ điện từ có bƣớc
sóng khác nhau. Đối với viễn thám quang học, nguồn năng lƣợng cung cấp chủ yếu
là do mặt trời và sự có mặt cũng nhƣ thay đổi các các phân tử nƣớc và khí (theo
không gian và thời gian) có trong lớp khí quyển là nguyên nhân gây chủ yếu gây
nên sụ biến đổi năng lƣợng phản xạ từ mặt đất đến bộ cảm biến. Khoảng 75% năng
lƣợng mặt tròi khi chạm đến lớp ngoài của khí quyển đƣợc truyền xuống mặt đất và
trong quá trình lan truyền sóng điện từ luôn bị khí quyển hấp thụ, tán xạ và khúc xạ
trƣớc khi đến bộ cảm biến. Các loại khí nhƣ Oxy, Nito, Cacbonic, Ozon, Hơi nƣớc,
v.v và các phân tử lơ lửng trong khí quyển là tác nhân chính ảnh hƣỏng đến sự suy
giảm năng lƣọng sóng điện từ trong quá trình lan truyền.

Hiê ̣n nay, có ba phƣơng pháp phân loa ̣i ảnh vệ tinh viễn thám chiń h là theo
nguồ n tín hiê ̣u, theo đă ̣c điể m quỹ đa ̣o hoă ̣c theo bƣớc sóng thu nhâ ̣n tín hiê ̣u . Căn
cứ vào nguồn của tia tới mà ảnh vệ tinh viễn thám đƣợc chia làm hai loại:
- Viễn thám chủ động (Active): nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị
nhân tạo, thƣờng là các máy phát đặt trên các thiết bị bay.
- Viễn thám bị động (Passive): nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật
chất tự nhiên.
Căn cứ vào đă ̣c điể m của quỹ đa ̣o thì ảnh vệ tinh viễn thám có thể đƣợc chia
làm hai nhóm là vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo cực:
- Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái
đất, nghĩa là vị trí tƣơng đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên.
- Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông
góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất. Tốc độ quay của
21