Chương 1 TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Nước ta có tổng diện tích 331.698 km2 [1], trong đó tổng diện tích rừng khoảng 13.043 ha, bao gồm diện tích rừng tự nhiên là 10.844 ha và diện tích rừng trồng là 3.200 [2], với mật độ che phủ rừng toàn quốc khoảng 39. Rừng ở nước ta có nhiều loại cây gỗ quý như: đinh, lim, sến, táu, cẩm lai, gụ, trắc, pơ mu. Tính chung, các loài thực vật bậc cao có tới 12.
Cây dược liệu có tới 1.500 loài, các loại lâm sản khác có nấm hương, nấm linh chi, mộc nhĩ, mật ong. Về động vật, ước tính ở Việt Nam có 1.000 loài chim, 300 loài thú, 300 loài bò sát và rất nhiều loài côn trùng [4]. Vì vậy, rừng là một trong những tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất ở Việt Nam. Tuy nhiên, diện tích rừng của Việt Nam hiện đang bị thu hẹp, nhất là rừng nguyên sinh vì nhiều lý do, điều này ảnh hưởng đến nhiều loài động vật, thực vật và một số có nguy cơ tuyệt chủng.
Cùng với nạn chặt phá rừng thì nguyên nhân dẫn đến giảm diện tích rừng là do cháy rừng. Cháy rừng là thảm họa, gây thiệt hại lớn đối với tính mạng và tài sản của con người, tài nguyên rừng và môi trường sống. Cháy rừng không những tác động đến một quốc gia mà còn ảnh hưởng đến cả khu vực và toàn cầu. Theo số liệu thống kê của Cục Kiểm lâm, trong giai đoạn 10 năm (2002-2011), cả nước đã xảy ra 7.380 vụ cháy rừng; diện tích rừng bị thiệt hại 49.
Bình quân 715 vụ/năm, diện tích rừng bị thiệt hại gần 5. Thiệt hại giá trị kinh tế về tài nguyên rừng hàng trăm tỷ đồng mỗi năm và ảnh hưởng nghiêm trọng về môi trường sống.198 vụ cháy rừng, thiệt hại 15.548 ha rừng, trong đó hai vụ cháy rừng U Minh Thượng và U Minh Hạ thiệt hại 5.415 ha, giá trị lâm sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng, chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí cho chữa cháy và chi phí để phục hồi Trang 12 rừng của Nhà nước. Chi tiết như sau: Năm 2008: xảy ra 282 vụ cháy rừng, diện tích rừng bị cháy: 1549,74ha, trong đó: rừng tự nhiên: 61,37 ha; rừng trồng:1488,37 ha; năm 2009: xảy ra 342vụ, diện tích rừng bị cháy: 1560,5 ha , trong đó: rừng tự nhiên: 195,22 ha ; rừng trồng 1365,28ha; năm 2010: xảy ra 89 vụ, diện tích rừng bị cháy: 5.668,61ha, trong đó: rừng tự nhiên: 1957,8 ha ; rừng trồng: 3710,8 ha; năm 2011: 241 vụ ,diện tích rừng bị cháy: 1744.98 ha; trong đó: rừng tự nhiên 41.71ha; rừng trồng: 1703.27ha; năm 2012: diện tích rừng bị cháy 1.324,88 ha, trong đó: rừng đặc dụng 50,68 ha; rừng phòng hộ: 292,61ha; năm 2013: tháng 1 ở Gia lai cháy 30 ha; mới đây nhất, vụ cháy xảy ra từ ngày 15- 20/2/2013 tại rừng phòng hộ Bắc Biển Hồ (Gia Lai) đã thiêu hủy hoàn toàn 270 ha rừng, trong đó có 162 ha rừng trồng. Như chúng ta đã biết: cháy rừng chỉ xảy ra khi có đủ 3 yếu tố: Oxy, vật liệu cháy có độ ẩm ≤ 25% và nguồn nhiệt đủ lớn.
Trong 3 yếu tố trên thì Oxy là yếu tố luôn có trong không khí; vật liệu cháy vào mùa khô, hoặc những ngày nắng nóng thường có độ ẩm thấp hơn 25% khi cấp báo động phòng cháy rừng ở mức cấp 2. Như vậy là vào mùa khô, hoặc những ngày nắng nóng, rừng có bị cháy hay không chỉ còn phụ thuộc vào nguồn lửa gây cháy. Tìm hiểu về nguồn lửa gây cháy cho thấy: trên thế giới có hiện tượng xảy ra cháy rừng do sấm, sét. Ở Việt Nam hiện chưa có thông tin nào về hiện tượng sấm sét gây cháy rừng, bởi ở nước ta sấm sét thường kèm theo mưa dông.
Nguồn lửa gây cháy rừng ở Việt Nam chỉ có nguyên nhân chủ quan từ phía con người. Một số nghiên cứu về nguyên nhân gây cháy rừng kết quả cho thấy: do đốt rừng làm nương rẫy gây cháy rừng chiếm 63,9%; đốt than, đốt cỏ để có cỏ non phục vụ chăn thả đại gia súc, xử lý thực bì để trồng rừng, đốt thực bì để thu nhặt kim loại, hun khói để lấy mật ong, gây cháy rừng chiếm 21,8%; còn lại là do các nguyên nhân khác, ví dụ như: trẻ em chăn trâu đốt lửa sưởi ấm, đốt hương khi tảo mộ, thả đèn trời, các hoạt động du lịch sinh thái, tập trận bắn đạn thật trong rừng; đạn, bom mìn, thuốc nổ còn Trang 13 sót lại trong chiến tranh ở các khu rừng khi gặp điều kiện thuận lợi có thể gây cháy nổ v. [6] Các phương pháp và công cụ hỗ trợ công việc phòng chống cháy rừng ở nước ta còn khá thô sơ, vì vậy hiệu quả tương đối thấp, cách phổ biến để kiểm tra một khu rừng là các cán bộ kiểm lâm hoặc nhân viên bảo vệ rừng đi tuần tra hoặc thiết lập các tháp canh ở một số vị trí đặc biệt. Tuy nhiên, diện tích rừng thường bao gồm một khu vực rất rộng lớn, vì vậy mọi người không thể quan sát một khu rừng chỉ bằng các phương pháp trên.
Kết quả là, khi cháy rừng xảy ra, nó thường tàn phá một khu vực rất lớn của rừng. Do đó vấn đề xây dựng hệ thống phát hiện và cảnh báo sớm cháy rừng được đặt ra một cách cấp thiết. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố Trong nước 1. Phần mềm cảnh báo nguy cơ cháy rừng Khoa Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Đại học Lâm nghiệp đã xây dựng thành công phần mềm cảnh báo nguy cơ cháy rừng và dự báo cháy rừng ở Tây Nguyên.
Phần mềm do Phó Giáo sư Vương Văn Quỳnh làm chủ nhiệm có đặc trưng kỹ thuật tự động cập nhật, lưu trữ, xử lý thông tin thu được từ nhiều trạm khí tượng, dự báo nguy cơ cháy rừng, tư vấn về giải pháp phòng chống cháy rừng cho các địa phương. Phần mềm sẽ cung cấp thông tin hàng ngày về nguy cơ cháy rừng ở các địa phương cho đài phát thanh và truyền hình, cung cấp lên mạng internet thông tin về quá trình diễn biến thời tiết và nguy cơ cháy rừng của các vùng trên lãnh thổ [7]. Hệ thống phát hiện sớm cháy rừng tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Hệ thống phát hiện sớm cháy rừng là hệ thống ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý lửa rừng, phát hiện sớm các điểm cháy rừng, xử lý thông tin và truyền tin phục vụ công tác chỉ huy chữa cháy rừng. Trang 14 Hệ thống là sự gắn kết chặt chẽ, tự động hoá của nhiều công đoạn và nhiều thành phần, đặc trưng như sau: a- Nguồn điểm cháy từ trạm thu MODIS a- Nguồn điểm cháy từ thực địa a- USB 3G + SIM Dcom 3G a- Mạng 3G a- Mạng Intenet a- Thiết bị di động a- Máy tính chủ - Phần mềm Phát hiện sớm cháy rừng -Trang tin theo dõi cháy rừng trực tuyến [8].
Vệ tinh viễn thám chống cháy rừng Một trong những công nghệ viễn thám tiên tiến nhất đã được các nhà khoa học thuộc Trung tâm Viễn thám và Geomatics, Viện Địa chất (Trung tâm KHTN& CNQG) nắm bắt và ứng dụng thành công trong việc dự báo điểm cháy rừng. Trong tương lai, công nghệ này sẽ được triển khai trên nhiều lĩnh vực như nghiên cứu tài nguyên, địa hình. Công nghệ thu ảnh vệ tinh để dự báo điểm cháy từ ảnh NOAA- AVHRR dựa vào nguyên lý đó là tìm ra các dị thường về nhiệt, so sánh với các chỉ thị điểm cháy, điểm nóng để đưa ra cảnh báo. Ảnh thu nhận được từ hệ thống vệ tinh NOAA, hệ thống vệ tinh TERRA và hệ thống vệ tinh ACQUA [9].
Hệ thống phát hiện và cảnh báo cháy dựa trên kỹ thuật thị giác máy Nhóm nghiên cứu tiềm năng của Khoa Công nghệ thông tin, Học viện Kỹ thuật Quân sự đã nghiên cứu, tạo ra hệ thống phát hiện và cảnh báo cháy dựa trên kỹ thuật thị giác máy. Hệ thống này được áp dụng hiệu quả trong các điều kiện quan sát khắc nghiệt như các kho vũ khí, kho quân trang, kho chứa các vật liệu nguy hiểm dễ phát cháy, tài liệu mật, những nơi cần cảnh báo cháy sớm [10]. Ngoài nước Trang 15 1. Hệ thống tự động cảnh báo và phát hiện sớm cháy rừng Hình 1.
Hệ thống FireWatch [11] FireWatch là hệ thống giám sát từ xa 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. Do có sự nhạy cảm, chính xác và ổn định cao nên hệ thống có thể dễ dàng phát hiện sớm cháy rừng. FireWatch có thể tính toán và phân loại nhiều loại thông tin đầu vào và kết nối với trạm trung tâm. Trong trường hợp phát hiện đám cháy, hệ thống sẽ tự động đưa ra cảnh báo.
FireWatch đã được thử nghiệm thành công và sử dụng tại Đức trong nhiều năm (một số bang như: Brandenburg, Mecklenburg-Western Pomerania, Saxony-Anhalt). Một số tính năng đặc thù: Phát hiện cháy rừng sớm một cách tự động và ổn định theo mô hình các trạm quan trắc. Tự động phát hiện đám khói bất luận ngày hay đêm. Xử lý dữ liệu trực tuyến trên đường truyền sóng radio hay cáp tốc độ cao.
Giám sát một diện tích rừng lớn tới 70.000 ha bằng chỉ một cảm biến. Thu nhận và cung cấp hình ảnh chất lượng cao cho trạm xử lý. Điểm yếu của các công nghệ khác: Sử dụng ống quang phổ nên chỉ có kết quả vào ban ngày và không thể phát hiện được khói và cháy trong điều kiện ban đêm cũng như khu vực rừng núi. Sử dụng công nghệ CCTV nên chỉ sử dụng với những ứng dụng an ninh quan sát trong khoảng cách gần.
Trang 16 Sử dụng nhiều cảm biến nhưng chỉ quan trắc được một diện tích nhỏ (310.000 ha sử dụng 18. Ưu điểm của hệ thống FireWatch: Được thiết kế để khắc phục được các hạn chế của các công nghệ khác trong việc phát hiện khói. Được phát triển đặc biệt cho việc phát hiện sớm cháy rừng (sử dụng cảm biến quang học nên quan trắc được trong điều kiện ban đêm và cho một diện tích lớn). Tổng quan về hệ thống FireWatch.
Mô tả tổng quan về hệ thống FireWatch [11] Sử dung hệ thống cảm biến quang học (OSS – Optical Sensor System): Cảm biến quay 360 độ mất từ 4 đến 10 phút. Truyền dữ liệu: Cảm biến tại nơi đặt kết nối với trung tâm qua hình thức sóng không dây. Trung tâm xử lý cần có 1 máy tính, 2 màn hình và một máy in. Tính năng nổi bật: Trang 17 Hình 1.
Đặc điểm hệ thống FireWatch [11] Bán kính quan trắc: từ 10 đến 15 km Độ chính xác: Có khả năng phát hiện đám khói có độ lớn 15mx15m ở khoảng cách 15 km.