Luận án tiến sĩ nghiên cứu kỹ thuật ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý lửa rừng tại huyện mường nhé tỉnh điện biên

Luận án tiến sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu kỹ thuật ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý lửa rừng tại huyện mường nhé, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực

• Tác giả: Nguyễn Xuân Linh
• Người hướng dẫn: PGS. TS Phùng Văn Khoa
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng
• Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý lửa rừng tại huyện Mường Nhé, tỉnh Điện Biên
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về cháy rừng và quản lý lửa rừng
• 1.2. Các vấn đề liên quan đến công nghệ địa không gian
• 1.3. Tổng quan các công nghệ được áp dụng trong quản lý lửa rừng
• 1.3.1. Sử dụng cảm biến kết nối mạng không dây
• 1.3.2. Sử dụng hệ thống cảm biến quang học và máy ảnh kỹ thuật số
• 1.3.3. Sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với công nghệ không gian địa lý
• 1.4. Tổng quan các nghiên cứu về quản lý lửa rừng
• 1.4.1. Nghiên cứu về quản lý lửa rừng trên thế giới
• 1.4.2. Nghiên cứu về quản lý lửa rừng ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp luận
• 2.2.2. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ dự báo cháy rừng
• 2.2.3. Phương pháp xác định mùa cháy cho khu vực nghiên cứu
• 2.2.4. Phương pháp đánh giá tầm quan trọng của các yếu tố đến cháy rừng
• 2.2.5. Phương pháp lập bản đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng
• 2.2.6. Phương pháp tính toán cấp cháy và xác định hệ số hiệu chỉnh cấp cháy theo trạng thái của từng lô rừng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ dự báo cháy rừng
• 3.1.1. Dữ liệu tài nguyên rừng
• 3.1.2. Dữ liệu địa hình
• 3.1.3. Khoảng cách từ các lô rừng đến khu dân cư
• 3.1.4. Dữ liệu thời tiết
• 3.2. Xác định mùa cháy cho khu vực nghiên cứu
• 3.3. Đánh giá tầm quan trọng của các yếu tố đến cháy rừng
• 3.4. Lập bản đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng
• 3.4.1. Kết quả xây dựng bản đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng
• 3.4.2. Đánh giá độ chính xác của bản đồ phân vùng trọng điểm cháy
• 3.5. Xác định hệ số hiệu chỉnh cấp cháy theo trạng thái của từng lô rừng
• 3.5.1. Phân bố các vết cháy theo trạng thái rừng
• 3.5.2. Xác định hệ số hiệu chỉnh cấp cháy theo trạng thái rừng
• 3.6. Đề xuất quy trình khoanh vẽ, giám sát khu vực cháy bằng ảnh vệ tinh và quy trình dự báo cháy rừng cho khu vực trong 10 ngày tới
• 3.6.1. Quy trình khoanh vẽ, giám sát khu vực cháy bằng ảnh vệ tinh
• 3.6.2. Đề xuất quy trình dự báo cháy rừng cho khu vực trong 10 ngày tới
• KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Rừng đóng vai trò quan trọng đối với đời sống của con người, là 'lá phổi xanh' hấp thụ khí carbonic và cung cấp oxy. Mỗi năm, một hecta rừng có thể thải vào không khí từ 16 đến 30 tấn oxy, duy trì sự sống cho mọi sinh vật. Rừng còn điều tiết nước, phòng chống lũ lụt, xói mòn, và giữ gìn nguồn năng lượng cho các nhà máy điện. Tuy nhiên, thực tế cho thấy tình trạng suy thoái rừng đang diễn ra do nhiều nguyên nhân, trong đó có việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất và cháy rừng. Cháy rừng không chỉ gây thiệt hại cho tài nguyên rừng mà còn ảnh hưởng đến môi trường sinh thái. Công tác quản lý lửa rừng tại huyện Mường Nhé đang gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là trong việc dự báo và phát hiện sớm cháy rừng. Việc ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý lửa rừng là cần thiết để nâng cao hiệu quả công tác phòng chống cháy rừng.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của nghiên cứu là góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học và thực tiễn quy trình kỹ thuật ứng dụng công nghệ địa không gian nhằm nâng cao hiệu quả công tác phòng chống cháy rừng tại huyện Mường Nhé, tỉnh Điện Biên. Mục tiêu cụ thể bao gồm xây dựng cơ sở dữ liệu địa không gian phục vụ dự báo cháy rừng, xác định mùa cháy và các yếu tố ảnh hưởng đến cháy rừng, thành lập bản đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng, và đề xuất quy trình khoanh vẽ, giám sát khu vực cháy bằng ảnh vệ tinh. Những mục tiêu này không chỉ giúp nâng cao khả năng dự báo mà còn tạo ra các giải pháp hiệu quả trong công tác quản lý tài nguyên rừng.

III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học lớn, góp phần cung cấp cơ sở lý thuyết và quy trình kỹ thuật ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý cháy rừng. Điều này sẽ tạo điều kiện cho việc nhân rộng các ứng dụng này trên quy mô toàn quốc. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu sẽ thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý cháy rừng, từ việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác phòng cháy chữa cháy, dự báo và cảnh báo cháy rừng, đến việc lập bản đồ phân vùng trọng điểm cháy. Những đóng góp này sẽ giúp cải thiện quy trình phục hồi rừng sau cháy, từ đó bảo vệ tài nguyên rừng và môi trường sinh thái.

IV. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là toàn bộ diện tích rừng tại huyện Mường Nhé, tỉnh Điện Biên. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng công nghệ địa không gian trong xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác phòng cháy chữa cháy, dự báo và cảnh báo cháy rừng, lập bản đồ phân vùng trọng điểm cháy, và xây dựng quy trình kỹ thuật khoanh vẽ. Nghiên cứu sẽ phân tích các yếu tố lịch sử liên quan đến cháy rừng từ năm 2001 đến năm 2022, nhằm đưa ra những đánh giá chính xác về tình hình cháy rừng tại khu vực này.

V. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý lửa rừng tại huyện Mường Nhé đã mang lại nhiều lợi ích. Cơ sở dữ liệu địa không gian được xây dựng đã giúp xác định chính xác mùa cháy và các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ cháy rừng. Bản đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng đã được lập, cung cấp thông tin hữu ích cho công tác quản lý và phòng chống cháy rừng. Quy trình khoanh vẽ và giám sát khu vực cháy bằng ảnh vệ tinh đã được đề xuất, giúp nâng cao khả năng phát hiện và ứng phó kịp thời với các đám cháy. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể áp dụng rộng rãi trong thực tiễn quản lý tài nguyên rừng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Bà NÔNG NGHIàP VÀ PTNT TR¯âNG Đ¾I HèC LÂM NGHIâP NGUYàN XUÂN LINH NGHIÊN CĀU Kþ THUÂT ĀNG DĀNG CÔNG NGHâ ĐæA KHÔNG GIAN TRONG QUÀN LÝ LĄA RĂNG T¾I HUYâN M¯âNG NHÉ, TäNH ĐIâN BIÊN Ngành: QuÁn lý tài nguyên răng Mã sß: 962 02 11 LUÂN ÁN TIÀN S) LÂM NGHIâP NG¯âI H¯àNG DÀN KHOA HèC: PGS. PHÙNG VN KHOA PGS. NGUYàN TUÂN ANH Hà Nßi, 2024 i LâI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu căa riêng tôi. Các số liáu, kết quÁ nêu trong luận án là trung thực và ch°a từng đ°ÿc ai công bố trong bÃt kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Tác giÁ luÃn án Nguyán Xuân Linh ii LâI CÀM ¡N Luận án tiến sĩ <Nghiên cứu kỹ thuật ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý lửa rừng tại huyện Mường Nhé, tỉnh Điện Biên= thuác chuyên ngành QuÁn lý tài nguyên rừng, mã số 9.11 là công trình nghiên cứu thuác lĩnh vực công nghá địa không gian để nâng cao hiáu quÁ căa công tác bÁo vá và phát triển rừng cÁ n°ßc nói chung và rừng t¿i huyán M°áng Nhé, tỉnh Đián Biên nói riêng. Trong quá trình thực hián, vßi sự nß lực căa bÁn thân và sự giúp đỡ tận tình căa các nhà khoa học, các đồng nghiáp và gia đình, đến nay luận án đã đ°ÿc hoàn thành. Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ¢n sâu sắc đến thầy giáo h°ßng dẫn Luận án là PGS. TS Phùng Văn Khoa; thầy PGS.TS Nguyßn TuÃn Anh cùng các chuyên gia GS.TS V°¢ng Văn Quỳnh, PGS.TS Nguyßn HÁi Hòa, PGS.

Bùi Xuân Dũng, PGS. TS Bế Minh Châu, Ths Lê Thái S¢n, Ths Nguyßn Văn Thị đã tận tình h°ßng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành Luận án. Tôi xin chân thành cÁm ¢n tßi Ban Giám hiáu, Phòng Đào t¿o sau Đ¿i học, Khoa QuÁn lý TNR&MT - Tr°áng Đ¿i học Lâm nghiáp. Ban Giám hiáu, Khoa Chữa cháy - Tr°áng Đ¿i học PCCC.

Lãnh đ¿o và cán bá H¿t Kiểm Lâm huyán M°áng Nhé& đã tận tình giúp đỡ, t¿o điều kián và dành thái gian cung cÃp thông tin cho tôi trong thái gian tôi thực hián Luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ¢n tßi toàn thể gia đình và những ng°ái thân đã luôn đáng viên và t¿o điều kián thuận lÿi về vật chÃt, tinh thần cho tôi trong suốt thái gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2024 Tác giÁ luÃn án Nguyán Xuân Linh iii MĀC LĀC LàI CAM ĐOAN. iii DANH MĀC CÁC BÀNG.

Tính cÃp thiết căa đề tài. Māc tiêu nghiên cứu căa đề tài. Māc tiêu tổng quát. Ý nghĩa về khoa học và thực tißn.

Những đóng góp mßi căa đề tài. Đối t°ÿng, ph¿m vi và gißi h¿n nghiên cứu. TâNG QUAN VÂN ĐÂ NGHIÊN CĀU. Tổng quan về cháy rừng và quÁn lý lửa rừng.

Các vÃn đề liên quan đến công nghá địa không gian. Tổng quan các công nghá đ°ÿc áp dāng trong quÁn lý lửa rừng. Sử dāng cÁm biến kết nối m¿ng không dây. Sử dāng há thống cÁm biến quang học và máy Ánh kỹ thuật số17 1.

Sử dāng Ánh vá tinh kết hÿp vßi công nghá không gian địa lý. Tổng quan các nghiên cứu về quÁn lý lửa rừng. Nghiên cứu về quÁn lý lửa rừng trên thế gißi. Nghiên cứu về quÁn lý lửa rừng ã Viát Nam.

NÞI DUNG VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĀU. Nái dung nghiên cứu. Ph°¢ng pháp nghiên cứu. Ph°¢ng pháp luận.

Ph°¢ng pháp xây dựng c¢ sã dữ liáu phāc vā dự báo cháy rừng. Ph°¢ng pháp xác định mùa cháy cho khu vực nghiên cứu. Ph°¢ng pháp đánh giá tầm quan trọng căa các yếu tố đến cháy rừng. Ph°¢ng pháp lập bÁn đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng.

Ph°¢ng pháp tính toán cÃp cháy và xác định há số hiáu chỉnh cÃp cháy theo tr¿ng thái căa từng lô rừng. KÀT QUÀ NGHIÊN CĀU VÀ THÀO LUÂN. Xây dựng c¢ sã dữ liáu phāc vā dự báo cháy rừng. Dữ liáu tài nguyên rừng.

Dữ liáu địa hình. KhoÁng cách từ các lô rừng đến khu dân c°. Dữ liáu thái tiết. Xác định mùa cháy cho khu vực nghiên cứu.

Đánh giá tầm quan trọng căa các yếu tố đến cháy rừng. Lập bÁn đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng. Kết quÁ xây dựng bÁn đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng. Đánh giá đá chính xác căa bÁn đồ phân vùng trọng điểm cháy 90 3.

Xác định há số hiáu chỉnh cÃp cháy theo tr¿ng thái căa từng lô rừng. Phân bố các vā cháy theo tr¿ng thái rừng. Xác định há số hiáu chỉnh cÃp cháy theo tr¿ng thái rừng. Đề xuÃt quy trình khoanh vẽ, giám sát khu vực cháy bằng Ánh vá tinh và quy trình dự báo cháy rừng cho khu vực trong 10 ngày tßi.

Quy trình khoanh vẽ, giám sát khu vực cháy bằng Ánh vá tinh 97 3. Đề xuÃt quy trình dự báo cháy rừng cho khu vực trong 10 ngày tßi. 100 KÀT LUÂN, TàN T¾I VÀ KHUYÀN NGHæ. 107 DANH MĀC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÞ.

111 TÀI LIâU THAM KHÀO. 112 PHĀ LĀC v DANH MĀC CÁC BÀNG BÁng 2. BÁng chỉ số ngẫu nhiên RI cua Saaty. Hián tr¿ng rừng và đÃt lâm nghiáp huyán M°áng Nhé theo kết quÁ cập nhật dißn biến rừng năm 2022.

Hián tr¿ng rừng và đÃt lâm nghiáp huyán M°áng Nhé phân theo māc đích sử dāng. Dián tích rừng và đÃt lâm nghiáp huyán M°áng Nhé phân theo đ¢n vị hành chính. Phân bố dián tích rừng và đÃt ch°a có rừng quy ho¿ch phát triển lâm nghiáp t¿i huyán M°áng Nhé theo cÃp đá cao. Phân bố dián tích rừng và đÃt ch°a có rừng quy ho¿ch phát triển lâm nghiáp t¿i huyán M°áng Nhé theo cÃp đá dốc.

Phân bố dián tích rừng và đÃt ch°a có rừng quy ho¿ch phát triển lâm nghiáp t¿i huyán M°áng Nhé theo cÃp h°ßng dốc. Dián tích rừng và đÃt lâm nghiáp huyán M°áng Nhé theo khoÁng cách đến khu dân c° và khu vực sÁn xuÃt nông nghiáp. Nhiát đá trung bình theo giá trong ngày t¿i huyán M°áng Nhé. Kết quÁ kỹ thuật phân tích hồi quy.

Dữ liáu sử dāng trong Phân tích sai lách địa lý .11 Kết quÁ so sánh mô hình hiáu chỉnh l°ÿng m°a. Kết quÁ kỹ thuật phân tích hồi quy. Dữ liáu sử dāng trong Phân tích sai lách địa lý. Kết quÁ so sánh mô hình hiáu chỉnh l°ÿng m°a .15: L°ÿng m°a, nhiát đá bình quân tháng căa huyán M°áng Nhé.

Ma trận so sánh các yếu tố Ánh h°ãng đến nguy c¢ cháy rừng .17: BÁng tính toán trọng số các yếu tố .18: BÁng sắp xếp thứ tự °u tiên các yếu tố.19: BÁng tính toán chỉ số nhÃt quán. Kết quÁ xác định cÃp trọng điểm cháy trên địa bàn huyán M°áng Nhé. Kết quÁ xác định cÃp trọng điểm cháy t¿i các vị trí kiểm chứng (có xÁy ra cháy) t¿i huyán M°áng Nhé. Số vā cháy rừng t¿i M°áng Nhé phân theo tr¿ng thái rừng.

Xác suÃt xuÃt hián cháy theo tr¿ng thái rừng t¿i huyán M°áng Nhé 94 BÁng 3.24: Kết quÁ xếp h¿ng khÁ năng xÁy ra cháy căa các tr¿ng thái rừng trên địa bàn huyán M°áng Nhé .25: Kết quÁ xác định há số điều chỉnh cÃp dự báo cháy rừng. Há số hiáu chỉnh cÃp dự báo cháy rừng .27: BÁng tra cÃp dự báo cháy rừng tỉnh Đián Biên. 104 DANH MĀC CÁC HÌNH Hình 1.1 Thành phần c¢ bÁn căa há thống định vị toàn cầu .2 Há thống thông tin địa lý.3 Mô tÁ về nguyên lý thu thập dữ liáu bằng công nghá vißn thám .1: Cửa sổ Slope và nguyên tắc xây dựng mô hình số đá dốc trên ArcGIS .2: Cửa sổ Aspect và nguyên tắc xây dựng mô hình số h°ßng dốc trên ArcGIS. Hián tr¿ng rừng huyán M°áng Nhé, tỉnh Đián Biên.

Rừng tự nhiên nghèo t¿i huyán M°áng Nhé. Rừng tự nhiên trung bình t¿i huyán M°áng Nhé. Rừng phāc hồi t¿i huyán M°áng Nhé. Mát góc rừng ã M°áng Nhé.

Phân bố dián tích rừng và đÃt lâm nghiáp căa huyán M°áng Nhé phân theo đ¢n vị hành chính cÃp xã. Phân bố dián tích rừng căa huyán M°áng Nhé phân theo đ¢n vị hành chính cÃp xã. Rừng ã M°áng Nhé phân bố ã n¢i có địa hình cao, đá dốc lßn. Rừng M°áng Nhé rÃt gần vßi các khu dân c°.

Biểu đồ so sánh nhiát đá trung bình theo giá trong ngày. Biểu đồ thể hián t°¢ng quan căa dữ liáu l°ÿng m°a từ ERA-5 và tr¿m mặt đÃt. Kết quÁ nái suy sai lách địa lý. BÁn đồ phân vùng trọng điểm cháy rừng huyán M°áng Nhé.

Các vùng mẫu mÃt rừng t¿i tọa đá 22021’36’’B - 102010’48’’Đ. Ành tổ hÿp màu Sentinel-2 (RGB: 12-8A-4) trên GEE t¿i thái điểm tr°ßc (A – Sentinel 2A ngày 13/03/2019) và sau (B – Sentinel 2A ngày 28/03/2019) khi cháy. Ành chỉ số NBR t¿i khu vực điểm cháy tr°ßc (A) và sau (B) khi xÁy ra cháy rừng và chỉ số dNBR t°¢ng ứng (C). BÁng tra nhiát đá điểm s°¢ng.

Công cā trực tuyến tính nhiát đá điểm s°¢ng. 103 vii DANH MĀC CÁC KÝ HIâU VÀ CHĆ VIÀT TÄT AHP Analytic Hierarchy Process (Phân tích thứ bậc) BTTN BÁo tồn thiên nhiên CBI Composite Burn Index CHDCND Cáng hòa dân chă nhân dân CHND Cáng hòa nhân dân DEM Mô hình số đá cao (Digital Elevation Model) Há thống thông tin cháy rừng Châu Âu (European Forest Fire EFFIS Information System) Tổ chức nông l°¢ng liên hÿp quốc (Food and Agriculture FAO Organization of the United Nations) FFDI Chỉ số nguy hiểm cháy rừng (Forest Fire Danger Index) Chỉ số thái thiết liên quan đến cháy rừng (Forest Fire Weather FFWI Index) GEE Công cā xử lý trực tuyến căa Google (Google Earth Engine) GPS Há thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) IDW Nghịch đÁo khoÁng cách có trọng số (Inverse Distance Weighted) KHCN Khoa học công nghá LDLR Lo¿i đÃt lo¿i rừng Max Giá trị lßn nhÃt Min Giá trị nhỏ nhÃt NBR Chỉ số tàn tro (Normalized Burn Ratio) Chỉ số khác biát thực vật (Normalized Difference Vegetable NDVI Index) NN&PTNT Nông nghiáp và Phát triển nông thôn PCCCR Phòng cháy chữa cháy rừng TWI Chỉ số ẩm °ßt địa hình (Topographic Wetness Index) UBND Ăy ban nhân dân VLC Vật liáu cháy VQG V°án quốc gia 1 Mä ĐÄU 1. Tính cÃp thiÁt cÿa đà tài Rừng đóng vai trò quan trọng đối vßi đái sống căa con ng°ái, là <lá phổi xanh= hÃp thā khí cacbonic và làm tăng l°ÿng oxi, trung bình mßi năm 1ha rừng nhÁ vào không khí 16-30 tÃn oxi, duy trì sự sống ã mọi n¢i, rừng điều tiết n°ßc, phòng chống lũ lāt, xói mòn, giữ gìn nguồn thăy năng lßn cho các nhà máy đián.