Giới thiệu eVis: Công cụ quan sát hình ảnh tại một điểm

Tổng quan

Công cụ phần mềm eVis được xây dựng bởi Phòng Viễn thám và Hệ thông tin địa lý (RS/GIS) thuộc Trung tâm Đa dạng sinh học và Bảo tồn (CBC), Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Mỹ (AMNH). Đây là một công cụ hỗ trợ cho việc giám sát và ra quyết định trong bảo tồn tại các khu bảo vệ.

Công cụ phần mềm eVis mở rộng khả năng của Quantum GIS (QGIS - http://qgis.org/), một chương trình phần mềm hệ thông tin địa lý có mã nguồn mở và miễn phí. Phần mở rộng này cho phép các nhà quản lý tại các khu bảo vệ và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực bảo tồn dễ dàng kết nối và hình dung các dữ liệu tại một địa điểm cụ thể (ví dụ như quan sát động vật hoang dã, các vi phạm trong rừng, bẫy ảnh, ảnh chụp… các dữ liệu tương tự với bản đồ). eVis cung cấp một hệ thống hình dung và giải đoán các dữ liệu tại một địa điểm nhất định (có kinh, vĩ độ). Sử dụng giao diện bản đồ thân thiện QGIS và eVis, các nhà quản lý sẽ nhanh chóng nhìn thấy được vị trí các dữ liệu trên bản đồ và xây dựng những chiến lược quản lý để phù hợp với những thay đổi ngoài hiện trường. Ví dụ, với eVis, “Đội dân phòng thôn bản” (được thành lập tại KBT Sông Thanh với sự giúp đỡ của WWF MOSAIC) có thể nhìn thấy vị trí của các vi phạm như chặt phá rừng, săn bắn, khai thác mỏ và so sánh các số liệu này với các lớp bản đồ GIS và ảnh vệ tinh sẵn có. Bằng cách cập nhật và phân tích các số liệu này một cách có hệ thống, các nhà quản lý có thể sử dụng các dữ liệu vi phạm để đề ra chiến lược tuần tra hiệu quả. Với eVis, các nhà quản lý cũng có thể kiểm tra và liên kết các quan sát thiên nhiên tại các các trạm giám sát và các bẫy ảnh để hiểu rõ phân bố của động thực vật và đánh giá các thay đổi trong phân bố của chúng theo thời gian.

eVis có thể kết nối trực tiếp với cơ sở dữ liệu MYSQL và SQLITE cũng như bất cứ nguồn dữ liệu ODBC nào. eVis cũng cho phép hiển thị ảnh và các dữ liệu thuộc tính của một đối tượng. Trong bài thực hành này, chúng ta sẽ sử dụng dữ liệu của miền Trung Việt Nam (tỉnh Thừa Thiên Huế và Quảng Nam). Dữ liệu cho bài thực hành này nằm trong file nén Workshop.zip. Nếu bạn sử dụng MS windows, cởi nén file vào ổ C:\ sẽ có thư mục C:\Workshop. Thư mục sẽ được gọi là <workshop directory> trong suốt bài thực hành này. Nếu bạn sử dụng hệ điều hành khác như (OS X, Linux, etc.), hãy tự ghi nhớ xem thư mục cởi nén nằm ở đâu và chú ý rằng phần kết nối với MS Excel chỉ có hướng dẫn cho những người sử dụng windows XP. Phần này chỉ dẫn những bước cần thiết để thiết lập mối liên kết ODBC với hệ điều hành. Kết nối này cũng có thể được thực hiện với hệ điều hành khác nhưng trong bài thực hành này không đề cập tới. Nếu bạn không quen với hệ điều hành windows XP thì có thể bỏ qua phần này và tiếp tục với phần Kết nối cơ sở dữ liệu.

Bắt đầu

1. Mở QGIS và thêm lớp dữ liệu ảnh raster 2003_Landsat_etm_subset.tif từ thư mực <workshop directory>\GIS_Data\Raster, <workshop directory> là đường dẫn của thư mục bạn đã chọn để cởi nén dữ liệu. Ví dụ, nếu sử dụng MS Windows, thư mục đường dẫn sẽ là C:\Workshop\GIS_Data\Raster. Ảnh vệ tinh này là nền chính của bài thực hành.

2. Chọn Plugins -> Plugin Manager… từ menu chính

3. Khi cửa sổ Plugin Manager hiện ra, chọn eVis, bấm để kích hoạt eVis.

Sau khi kích hoạt eVis, sẽ có thêm 3 nút bấm mới trên thanh công cụ của QGIS là:

Database Connection Kết nối Cơ sở dữ liệu

Event ID Tool Kích hoạt công cụ Event ID để liên kết với bản đồ

Event Browser Mở cửa sổ Event Browser

Sử dụng event browser

Để sử dụng event browser, trước tiên bạn phải tải dữ liệu shapefile dạng vector. Sau khi dữ liệu vector đã được tải về QGIS, sử dụng event browser để xem xét các dữ liệu thuộc tính gắn liền với đối tượng.

Để nhìn một tấm ảnh chụp trong eVis cần một trường thuộc tính có đường dẫn và tên file. Đường dẫn có thể là tuyệt đối hoặc tương đối hoặc là một trang web URL (http://). Thuộc tính hướng (bearing) được sử dụng để chỉ hướng chụp ảnh. Ví dụ về 3 format:

Đường dẫn ảnh tuyệt đối

X Y FILE BEARING780596 1784017 C:\Workshop\eVis_Data\groundphotos\DSC_0168.JPG 275780596 1784017 C:\Workshop\eVis_Data\groundphotos\DSC_0169.JPG 80780819 1784015 C:\Workshop\eVis_Data\groundphotos\DSC_0170.JPG 10780819 1784015 C:\Workshop\eVis_Data\groundphotos\DSC_0171.JPG 350

Trong ví dụ này, ảnh bắt buộc nằm trong thư mục C:\Workshop\eVis_Data\groundphotos\ directory.

Đường dẫn ảnh tương đối

X Y FILE BEARING780596 1784017 \groundphotos\DSC_0168.JPG 275780596 1784017 \groundphotos\DSC_0169.JPG 80780819 1784015 \groundphotos\DSC_0170.JPG 10780819 1784015 \groundphotos\DSC_0171.JPG 350

Trong trường hợp này, các file có thể nằm ở bất cứ thư mục nào, miễn là thư mục đó có chứa ảnh,“groundphotos”trong ví dụ này nằm cùng thư mục với lớp dữ liệu. .

Đường dẫn ảnh URL

X Y FILE BEARING780596 1784017 http://geospatial.amnh.org/groundphotos/DSC_0168.JPG 275780596 1784017 http://geospatial.amnh.org/groundphotos/DSC_0169.JPG 80780819 1784015 http://geospatial.amnh.org/groundphotos/DSC_0170.JPG 10780819 1784015 http://geospatial.amnh.org/groundphotos/DSC_0171.JPG 350

Sử dụng đường dẫn URL, eVis có thể kết nối với các ảnh trên trang web.

Tải PhotoPoints.shp l từ thư mục <workshop directory>\eVis_Data\ vào QGIS bằng cách sử dụng Add Vector Layer.

1. Sau khi thấy lớp dữ liệu các điểm xuất hiện trong Mục lục dữ liệu, bấm nút Event Browser .Chọn trường thích hợp trong menu Field Containing Path to Image (Trường có đường dẫn tới ảnh). Nếu sử dụng tương đối shapefile, đường dẫn là tương đối. Điểm chụp ảnh đầu tiên sẽ xuất hiện trong cửa sổ nhỏ. Các nút phía trên bức ảnh được sử dụng để phóng

to, thu nhỏ ảnh. Các nút và dùng để xem thông tin thuộc tính tại

từng địa điểm. Trong hình dưới, điểm đang được xem xét có biểu tượng xuất hiện. Trên thanh tiêu đề hiện tổng số điểm và thứ tự điểm đang được xem xét.

2. Nếu trong cơ sở dữ liệu có trường Hướng (bearing), hay còn gọi là hướng chụp ảnh thì bấm nút Display compass bearing (Thể hiện hướng chụp), và chọn trường thành Bearing. Ngôi sao màu đỏ biến mất và một mũi tên sẽ xuất hiện trên bản đồ chỉ hướng ảnh đã được chụp.

3. Lướt qua vài tấm ảnh để kiểm tra cái gì có thể nhìn thấy trên ảnh chụp và cái gì có thể nhìn thấy trên ảnh vệ tinh.

Để có thể nhìn một hoặc nhiều ảnh tại một điểm trên bản đồ, sử dụng công cụ Event ID. Kích hoạt công cụ bằng cách bấm nút Event ID , sau đó bấm vào nút bất kỳ trên bản đồ. Event Browser xuất hiện, hiển thị một hoặc nhiều ảnh tại các điểm lựa chọn. Nếu nhiếu ảnh được chụp theo các hướng khác nhau tại cùng một địa điểm , công cụ Event ID sẽ lựa chọn tất cả các ảnh.

6. Trượt con chuột để xem xét tất cả các thông số của một điểm trong browser, sau đó đóng browser để chọn địa điểm khác.

Kết nối cơ sở dữ liệu

Ngoài dữ liệu vector, eVis còn có thể được sử dụng để khám phá và quan sát dữ liệu từ một hoặc nhiều cơ sở dữ liệu bên ngoài. Để sử dụng eVis, ít nhất phải có trường/thuộc tính vị trí với tọa độ X và Y. eVis có thể kết nối với rất nhiều loại cơ sở dữ liệu. Trong ví dụ dưới đây, chúng ta sẽ thực hành kết nối eVis với một bảng lưu trong MS excel và nhiều bảng có quan hệ với nhau trong cơ sở dữ liệu lưu trong SQLite.

Kết nối với MS Excel

Trong phần này, chúng ta sẽ kết nối với một bảng trong MS excel. Để tạo được kết nối này, trước tiên chúng ta cần tiến hành vài bước trong Windows để tạo nguồn dữ liệu ODBC. Nếu bạn sử dụng hệ điều hành khác, hãy bỏ qua phần này và xem phần Kết nối cơ sở dữ liệu tương đối

(* Dùng cho MS windows XP)1. Để tạo nguồn dữ liệu ODBC cho một file excel, vào Công cụ quản lý (Administrative

Tools) của Windows. Mở menu này bằng cách bấm Start -> Control Panel -> Performance and Maintenance trong windows, (cũng có thể là Start->Control Panel -> Administrative Tools tùy từng máy). Trong menu Administrative Tools, nháy đúp Data Sources (ODBC), cửa sổ ODBC Data Source Administrator xuất hiện

2. Chọn thanh System DSN phía trên cửa sổ và bấm nút 3. Cửa sổ Create New Data Source (Tạo Nguồn Dữ liệu Mới) mở ra, chọn Driver do

Microsoft Excel(*.xls), và bấm . Cửa sổ ODBC Microsoft Excel Setup xuất hiện.

4. Trong cửa sổ ODBC Microsoft Excel Setup, trong trường Data Source Name (Tên nguồn dữ liệu) nhập PhotoPoint_excel, bấm nút sau đó hộp thoại

Select Workbook hiện ra.

5. Trong hộp thoại Select Workbook, chọn <workshop directory>\eVis_Data\PhotoPoints.xls và bấm nút trong cả 3 cửa sổ để kết thúc định nghĩa ODBC..

6. Sau khi đã thiết lập xong các thông số trong Windows, mở QGIS, và bấm nút (Liên kết cơ sở dữ liệu) Database Connection trong eVis để mở cửa sổ kết nối cơ sở dữ liệu. Trong cửa sổ này có 3 phần: Database Connection (Kết nối cơ sở dữ liệu) (mở mặc định), Predefined Queries (Tham vấn định nghĩa trước), và SQL Query (Tham vấn SQL), phần Output Console thể hiện tình trạng và báo lỗi.

7. Trọng Database Connection, chọn loại cơ sở dữ liệu trong phần Database Type (Loại dữ liệu). Có các lựa chọn sau: Chưa định nghĩa, MSAccess, MYSQL, ODBC, và SQLITE. Chọn ODBC để kết nối trực tiếp với file cơ sở dữ liệu excel chúng ta đã định nghĩa ở

trên. Nhập ký tự localhost trong trường Database Host, và nhập PhotoPoint_excel trong trường Database Name (Tên cơ sở dữ liệu), như hình dưới đây.

8. Bấm nut . Sẽ có một dòng thông báo: kết nối đã được thiết lập.

Truy vấn SQL

Sau khi kết nối cơ sở dữ liệu, dữ liệu có thể được nhập vào QGIS thông qua truy vấn SQL. SQL là ngôn ngữ chuẩn để truy vấn cơ sở dữ liệu. Những ai muốn tìm hiểu thêm thông tin về SQL, có thể xem ở trang web sau http://www.w3schools.com/sql/. Để bắt đầu, chúng ta sẽ chạy một truy vấn SQL đơn giản để lấy các dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Access và nhập vào QGIS dưới dạng file điểm.

1. Bấm SQL Query của module Kết nối cơ sở dữ liệu (Database Connection) của eVis để kết nối với cửa sổ xây dựng truy vấn.

2. Đánh ký tự sau vào ô trống SELECT * FROM [PhotoPoints$]. Biểu tượng * dung để chọn tất cả các trường trong bảng, [PhotoPoints$] là tên của bản tính trong excel mà chúng ta đang truy vấn.

3. Bấm nút để chạy truy vấn

4. Sau khi truy vấn thành công, cửa sổ Database File Selection (Lựa chọn File Cơ sở dữ liệu) xuất hiện. Nhập tên của lớp dữ liệu mới, ví dụ là PhotoPoints, và chọn trường đúng cho tọa độ X, Y. Bấm để nhập dữ liệu vào lớp dữ liệu điểm trong bản đồ

QGIS.

Kết nối cơ sở dữ liệu tương đối

Trong ví dụ tiếp theo, chúng ta sẽ sử dụng module Kết nối cơ sở dữ liệu Database Connection của eVis để kết nối với cơ sở dữ liệu tương đối có nhiều bảng bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu SQLite. Lưu dữ liệu dưới dạng này có lợi thế là tạo ra được các mối quan hệ giữa các bảng. Trong ví dụ của chúng ta, có 2 bảng trong cơ sở dữ liệu SQLite, một bảng có 10 điểm là các điểm nghiên cứu chúng tôi đã đến và bảng kia là thông tin chi tiết của 61 ảnh đã được chụp tại các điểm này. Hình dưới đây thể hiện các mối quan hệ giữa 2 bảng này.:

Chú ý rằng đây là mối quan hệ nhiều-và-một giữa trường point_id trong bảng thuộc tính và trường rec_id trong bảng Các điểm. Để các dữ liệu này có thể sử dụng trong môi trường GIS, chúng ta có thể sử dụng tham vấn SQL để nhập các bảng với nhau dựa trên các trường khóa. Sau khi nhập các bảng sẽ có dạng như sau:

Nhập dữ liệu từ cơ sở dữ liệu này:

1. Mở QGIS, bấm nút Database Connection (Kết nối cơ sở dữ liệu) trong eVis để mở module Database Connection.

2. Trong cửa sổ Database Connection, xác định loại cơ sở dữ liệu bằng cách chọn SQLITE sau đó bấm nút Open File và chọn PhotoPoints.db từ thư mục <workshop directory>\eVis_Data\ , bấm nút như hình dưới đây.

3. Mở SQL Query4. Trong ô ký tự, nhập:

SELECT Attributes.*, Points.x, Points.y FROM Attributes LEFT JOIN Points ON Points.rec_id=Attributes.point_ID

Truy vấn này sẽ nhập tất cả các điểm và ảnh có sẵn trong cơ sở dữ liệu. 5. Bấm nút để chạy truy vấn. Sau khi nhập tên cho file mới và chú ý vị trí tọa độ

x, y, bạn sẽ thấy một file điểm mới trên bản đồ để sử dụng cho Event Browser. Chạy một truy vấn được xác định trước

Công cụ Database Connection của eVis ngoài việc kết nối thủ công với cơ sở dữ liệu và nhập dòng lệnh SQL còn có khả năng tải các truy vấn đã xác định trước được lưu dữ trong file , xml. Sử dụng các file được xác định trước này giúp cho việc lưu trữ và lấy các truy vấn phức tạp trở nên dễ dàng hơn.

Mở và kiểm tra file predefined_sqlite.xml bằng cách xem xét thư mục <workshop directory>\eVis_Data\ . Bấm chuột phải vào file, và (trong Windows) chọn Open With… -> Notepad. Có 3 truy vấn được xác định trước trong file này và nằm giữa đuôi <doc> và </doc>, mỗi truy vấn lại nằm giữa đuôi <query> và </query>. Chú ý những thông tin cần thiết để thiết lập mối liên kết giữa cơ sở dữ liệu và tham vấn giữa mỗi đuôi mô tả. Các thông tin này có thể biên tập hoặc thêm vào nhiều ví dụ <query> </query>. * Chú ý rằng đuôi <Tên cơ sở dữ liệu> tag được thiết lập cho thư mục Windows. Để sử dụng file này trong hệ điều hành khác, bạn phải thay đổi đường

dẫn tới thư mục thích hợp. Truy vấn cũng cần phải cập nhật nếu các file nằm ở thư mục khác với thư mục nêu trên. .

1. Để nhập dữ liệu bằng cách sử dụng truy vấn đã xác định trước, mở module Database Connection (nếu module này đã mở sẵn thì đóng và mở lại) và nhấn vào Predefined Query .

2. Bấm nút Open File (Mở File) và tải predefined_sqlite.xml trong thư mục <workshop directory>\eVis_Data như hình dưới.

3. Trong file ví dụ này, có 3 tham vấn đã được xác định và có thể tiếp cận từ menu kéo xuống. Mô tả của từng tham vấn nằm trong ô ký tự. Có thể thay đổi file xml bằng cách biên tập ký tự để tạo ra các truy vấn mới, hoặc biên tập các truy vấn hiện có. .3 truy vấn đó là:

a. Nhập tất cả các điểm chụp ảnh (Import all photo points): nhập tất cả dữ liệu trong một bảng vào QGIS

b. Nhập các điểm chụp ảnh có ghi chú "nhìn xuyên qua thung lũng" (Import photo points "looking across Valley"): nhập bất cứ điểm nào có giá trị "nhìn xuyên qua thung lũng"

c. Nhập các điểm chụp ảnh có ghi chú "đá vôi" (Import photo points that mention "limestone"): chỉ nhập các điểm có giá trị "đá vôi"

4. Chọn truy vấn Import photo points "looking across Valley" (Nhập các điểm chụp ảnh có ghi chú "nhìn xuyên qua thung lũng"), sau đó bấm Database Connection.

5. Bấm SQL Query . Chú ý rằng dòng lệnh truy vấn đã được nhập vào sẵn. 6. Bấm nút để chạy các truy vấn đã được lựa chọn 7. Nếu truy vấn không thành công, nhập tên và trường x, y cho lớp dữ liệu mới trong hộp

thoại Database File Selection (Lựa chọn File Cơ sở dữ liệu). Lớp dữ liệu điểm hiện ra sẽ chỉ gồm các điểm có giá trị "nhìn xuyên qua thung lũng" trong trường ghi chú. Phương

pháp truy vấn này có thể được sử dụng để chọn điểm với bất kỳ định nghĩa, ghi chú nào, ví dụ "loài", "thị trấn", loại vi phạm"…