Nghiệm thu đề tài cấp nhà nước "Nghiên cứu, phát triển hệ thống quản lý, giám sát vùng biên giới và cảng biển sử dụng ảnh viễn thám VNREDSat-1 và tương đương"

Chi tiết

Được đăng ngày Thứ hai, 13 Tháng 2 2017 11:27

Quản lý và giám sát một số đối tượng như tàu biển, giàn khoan, công trình biển,…  góp phần quan trọng trong việc giải quyết các thách thức về công tác quản lý nhà nước và đảm bảo an ninh của Việt Nam trên Biển Đông. Trong bối cảnh đó, ảnh VNREDSat-1 kết hợp với thông tin từ nhiều nguồn khác sẽ hỗ trợ kịp thời công tác quản lý, giám sát các đối tượng mục tiêu, đáp ứng được yêu cầu, nhiệm vụ đặt ra trong tình hình mới. Dựa trên yêu cầu nghiệp vụ và hiện trạng công nghệ viễn thám vệ tinh tại Việt Nam, nhóm các nhà khoa học thuộc Cục B42, Tổng Cục V, Bộ Công An do đồng chí Nguyễn Văn Bình chủ trì đã triển khai thực hiện thành công đề tài VT/UD-06/14-15 thuộc Chương trình Khoa học và Công nghệ vũ trụ“Nghiên cứu, phát triển hệ thống quản lý, giám sát vùng biên giới và cảng biển sử dụng ảnh viễn thám VNREDSat-1 và tương đương và phục vụ công tác đảm bảo ANQG (thử nghiệm tại cảng Sài Gòn và đảo Phú Quốc)”(thời gian thực hiện từ tháng 1/2014 - 6/2016).

Các nội dung nghiên cứu cơ bản của đề tài gồm: Nghiên cứu, thử nghiệm và đánh giá các phương pháp tiền xử lý ảnh bao gồm hiệu chỉnh hình học ảnh VNREDSat-1, hiệu chỉnh bức xạ ảnh do ảnh hưởng biến động tham số kiểm định của đầu thu với ảnh hưởng của khí quyển và trộn ảnh làm sắc nét ảnh; Nghiên cứu, thử nghiệm, đánh giá và đề xuất phương pháp phát hiện tàu thuyền tự động từ ảnh VNREDSat-1; Nghiên cứu, thử nghiệm, đánh giá và đề xuất phương pháp phát hiện biến động công trình biển; Triển khai hệ thống giám sát cảng biển và tàu thuyền.

Về kết quả khoa học

Đề tài đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp hiệu chỉnh hình học, hiệu chỉnh bức xạ ảnh viễn thám, tiến hành thực nghiệm và đánh giá phương pháp lựa chọn trên ảnh VNREDSat-1. Mặt khác, nhằm tăng cường chất lượng ảnh, kỹ thuật trộn ảnh được nghiên cứu và thực nghiệm để lựa chọn phương pháp trộn tối ưu cho ảnh VNREDSat-1. Đối với việc nắn chỉnh hình học, để đảm bảo độ chính xác của ảnh sau khi nắn chỉnh cần xác định điểm khống chế ảnh trên ảnh vệ tinh và điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp. Cụ thể là phải chú trọng chất lượng việc chọn điểm khống chế ảnh phục vụ cho công tác nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh VNREDSat-1. Đối với việc hiệu chỉnh bức xạ, để nhận được ảnh phản xạ phản ánh sát với thực tế, một trong những bước quan trọng là cần thiết loại bỏ các tín hiệu nhiễu (sai số) trong quá trình tạo ảnh. Phương pháp COST có lợi thế trong ứng dụng thực tế vì không đòi hỏi các tham số khí quyển, đặc biệt khi sử dụng các ảnh cũ để nghiên cứu biến động.

Dựa vào chỉ số thống kê của ảnh số ta thấy, sau khi hiệu chỉnh bức xạ của đầu thu và của khí quyển, ảnh phản xạ VNREDSat-1 ở bề mặt đất có chất lượng cao hơn so với ảnh gốc (ảnh thô). Đối với việc trộn ảnh tăng cường độ phân giải, thực nghiệm các phương pháp cho thấy phương pháp UNB sẽ cho chất lượng ảnh tốt hơn các trường hợp khác.

Kết quả nắn chỉnh hình học ảnh khu vực cảng Sài Gòn

Nghiên cứu phương pháp phát hiện tàu thuyền sử dụng ảnh vệ tinh VNREDSat-1. Việc phát hiện tàu thuyền được xây dựng dựa trên ảnh PAN với độ phân giải không gian 2.5m sẽ cho kết quả tốt trong việc phân tách và phát hiện tàu. Phương pháp đề xuất để phát hiện tàu thuyền bao gồm ba bước sau: (i) Phát hiện điểm dị thường để phân tách, (ii) trích xuất đặc trưng và (iii) phát triển bộ phân lớp dựa trên phương pháp SVM.

Dựa vào kết quả thực nghiệm trên 3 cảnh ảnh VNREDSat-1 vùng Cảng Sài Gòn năm 2015, kết quả phát hiện tàu trên môi trường thực tế rất khả quan (255 tàu được phát hiện trên tổng số 337 tàu, thể hiện độ chính xác 75%) và hầu hết tàu phát hiện trùng với dữ liệu AIS thu được tại thời điểm đó (18 dữ liệu AIS trên tổng số 22 AIS trùng với tàu phát hiện được trên ảnh vệ tinh, chiếm 81.8%). Đây là kết quả nghiên cứu tốt xét trong bối cảnh môi trường nước sông Sài Gòn là nước nông, nhiều tàu nhỏ và các đối tượng khác, cùng với lưu lượng giao thông đường thủy dày đặc. Để có kết quả phát hiện tàu đạt chất lượng cao, các thuật toán cần được điều chỉnh và có một số thiết kế riêng trên phương pháp/thuật toán cho từng vùng thí điểm.

Kết quả phát hiện tàu thuyền cảng Sài Gòn ngày 15/04/2015

Vị trí tàu thuyền từ dữ liệu AIS và phát hiện từ ảnh vệ tinh của một số tàu trong ảnh ngày 15/04/2015. Màu Xanh: AIS, Màu Đỏ: phát hiện từ ảnh vệ tinh

Đề tài cũng đã tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm phương pháp phát hiện biến động công trình biển sử dụng ảnh vệ tinh VNREDSat-1. Phát hiện biến động được tính toán sử dụng dựa trên ảnh PAN-sharp (sử dụng phương pháp trộn UNB), với độ phân giải không gian 2.5 m và đặc tính phổ được bảo toàn, đã cho kết quả tốt trong việc phát hiện biến động và phân lớp các biến động này. Hai lớp bề mặt không thấm nước (phản ánh cho các đối tượng nhân tạo như nhà, đường, sân bãi, mặt bê tông …) và thấm nước (cát, sỏi, thực vật, nước …) được đề xuất để nhận dạng các biến động trên vùng quan sát. Phương pháp đề xuất để bao gồm các bước sau: (i) tách mây, (ii) tách nước, (iii) phát hiện biến động và (iv) phân lớp bề mặt thấm nước và không thấm nước các biến động này. Phương pháp đề xuất có khả năng ứng dụng vào bài toán giám sát biến động bề mặt công trình biển.

Bên cạnh đó, nhóm thực hiện đề tài đã xây dựng thành công hệ thống thông tin giám sát tàu thuyền – công trình biển trên nền tảng WebGIS. Hệ thống tích hợp các mô đun, phương pháp xử lý đã nghiên cứu và phát triển, phục vụ việc quản lý dữ liệu, cung cấp dịch vụ giám sát tàu thuyền, cảng biển và phân phối kết quả tới người sử dụng. Hệ thống hỗ trợ ba lớp người sử dụng chính là người dùng thông thường, nhà quản lý/ nhà nghiên cứu, và người quản trị hệ thống. Chức năng chính của hệ thống bao gồm: quản lý dữ liệu (dữ liệu ảnh thô và ảnh sản phẩm VNREDSat-1, dữ liệu hành trình AIS và dữ liệu phụ trợ), xử lý và phân tích số liệu (phát hiện tàu thuyền, phát hiện biến động, phát hiện bất thường, ước tính lộ trình tàu sử dụng ảnh vệ tinh và AIS, xử lý dữ liệu AIS thời gian thực) và dịch vụ giám sát tàu thuyền cảng biển (bản đồ bất thường, bản đồ vệ tinh, bản đồ AIS, danh mục tàu thuyền, cảng biển). Hệ thống có khả năng hỗ trợ phát hiện và cảnh báo sớm các thông tin bất thường về tàu thuyền và công trình biển.

Kiến trúc tổng quan của hệ thống

Giao diện người dùng hệ thống

Đề tài đã chủ trì, phối hợp với các đơn vị có liên quan tổ chức thành công Hội thảo khoa học quốc gia “Ứng dụng ảnh vệ tinh VNREDSat-1 trong quốc phòng an ninh” (phối hợp với Trung tâm 72, Tổng cục II, Bộ Quốc phòng; Cục Bản đồ, Bộ Tổng tham mưu tại Vĩnh Phúc, tháng 3/2015) và 4 hội thảo triển khai và báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài tại Cục B42 – Tổng cục V, Bộ Công an).

Về kết quả đào tạo

Với sự hỗ trợ trực tiếp từ đề tài, 01 học viên cao học đã bảo vệ thành công luận văn Thạc sỹ về chuyên ngành Công nghệ thông tin tại trường Đại học công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội. Đề tài cũng tham gia hướng dẫn 02 sinh viên hoàn thành khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ thông tin tại trường Đại học công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội. Đề tài đã công bố 06 công trình khoa học trên các Tạp chí chuyên ngành, kỷ yếu Hội thảo khoa học.

Hội đồng Khoa học và Công nghệ cấp Nhà nước họp ngày 25/8/2016 kết luận: Đề tài đã hoàn thành các mục tiêu đặt ra, bám sát đề cương thuyết minh, thực hiện đầy đủ theo đúng yêu cầu của hợp đồng đã ký, đảm bảo tính chính xác và trung thực, có cơ sở khoa học và sát thực tế; Kết quả của đề tài có đóng góp về mặt lý luận, có ý nghĩa thực tiễn và được kịp thời chuyển giao công nghệ cho các cơ quan đơn vị. Hội đồng nghiệm thu đề tài và đánh giá đạt loại Khá.

Nguồn tin: TS. Lương Nguyễn Hoàng Hoa
Thư ký đề tài VT/UD-06/14-15