Lựa chọn mô hình dự báo nguy cơ cháy rừng từ dữ liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý

BỘGIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO
TRƯỜNGĐẠI HỌCMỎ-ĐỊACHẤT

ĐỒNTHỊNAMPHƯƠNG

LỰACHỌNMƠHÌNHDỰBÁONGUYCƠCHÁYRỪNGTỪD
Ữ LIỆUVIỄNTHÁMVÀ HỆTHƠNGTIN ĐỊALÝ

LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT

HÀNỘI -2023


ĐỒNTHỊNAMPHƯƠNG

LỰACHỌNMƠHÌNHDỰBÁONGUYCƠCHÁYRỪNGTỪD
Ữ LIỆUVIỄNTHÁMVÀ HỆTHƠNGTIN ĐỊALÝ

Ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản
đồMãsố:9520503

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ
THUẬTTIỂUBANHƯỚNG DẪN
1.PGS.TS.NGUYỄNVĂNTRUNG
2. GS.TS.BÙI TIẾNDIỆU

HÀNỘI -2023


1

LỜI CAMĐOAN
Tơixincamđoanluậnánnàylàcơngtrìnhnghiêncứukhoahọccủariêngtơi. Các số liệu
trìnhbàytrongluậnánđượcphảnánhhồntồntrungthực.Các kết quả nghiên cứu trong luận án
chưa có ai cơng bố trong bất kỳ cơngtrình nghiêncứunào.
Tácgiảluậnán

ĐoànThịNamPhương


LỜICẢMƠN
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng đào tạo Sau đại
học,trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo mọi điều kiện cho NCS trong q
trìnhhọctậpvà hồnthành Luậnánnày.
EmxingửilờitriântớiQThầy,QCơbộmơnĐoảnhvàviễnthám,khoaTrắcđịa
BảnđồvàQuảnlýđấtđaiđãtậntìnhgiảngdạy,chỉbảo,gópýđểemhồnthiệnLuậnántốtn
hất.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Tiểu ban hướng dẫn khoa
học,Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Trung và Thầy GS.TS Bùi Tiến Diệu đã tận
tìnhgiúp đỡ,chỉbảoemtrongsuốtquá trìnhthực hiện Luậnán.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Nhà khoa học công tác tại
cáccơ quan, viện nghiên cứu đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ để em hồn thành
luậnán.
Xingửilờicảmơntớitấtcảbạnbè,đồngnghiệpvàgiađìnhnhữngngườilnủnghộ,độ
ngviênvàtạomọiđiềukiệntốtnhấtđểemhồnthànhluậnán.Dohạnc h ế v ề
kiếnthức, kinh nghiệm trongnghiêncứukhoa học
n ê n Luậnánchắcchắncịnnhiềuthiếusót.Emrấtmongsẽnhậnđượcnhiềkiếngópývà
chỉbảocủacácNhàkhoahọcđểemdầnnângcaotrìnhđộchun
mơn hơnnữa.
Emxinchânthànhcảmơn!

MỤCLỤC
LỜI CAMĐOAN..............................................................................................i
LỜICẢMƠN....................................................................................................ii
MỤCLỤC........................................................................................................iii
DANHMỤC CHỮVIẾTTẮT........................................................................vi
DANHMỤC BẢNGBIỂU............................................................................viii
DANHMỤCHÌNHVẼ....................................................................................ix
MỞĐAU...........................................................................................................1
1. Tínhcấp thiết củađềtài................................................................................1
2. Mụctiêunghiêncứu......................................................................................4
3. Nộidungnghiêncứu.....................................................................................4
4. Đốitượngvà phạmvinghiêncứu...................................................................5
5. Phươngphápnghiêncứu...............................................................................5
6. Luận điểmbảo vệ........................................................................................6
7. Nhữngđiểmmới củaluận án.........................................................................6
8. Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễncủaluậnán..........................................................6
9. Cơsởtàiliệu thựchiệnluậnán........................................................................6
10. Cấu trúcluận án........................................................................................7
CHƯƠNG1. TỔNGQUANVỀ VẤNĐỀ NGHIÊNCỨU...............................8
1.1 Đặcđiểmvềtài nguyên rừng ởViệt Nam....................................................8
1.2 Hiệntrạng cháyrừng ởViệt Nam..............................................................13
1.2.1 Khái niệmcơ bản về cháyrừng.............................................................13
1.2.2 Quyđịnhvề cấpdựbáocháyrừng...........................................................14
1.3 Ngun nhângâycháyrừng ởViệtNam...................................................17
1.4 Cácphươngphápdựbáo nguycơ cháyrừng...............................................18
1.5 Tởngquantìnhhìnhnghiêncứutrong vàngoàinước....................................29
1.5.1 Trênthếgiới......................................................................................29

1.5.2 Trongnước.......................................................................................36
1.6 Luậngiảinhữngvấn đềcầnnghiên cứu......................................................44
1.7 Tiểukếtchương 1....................................................................................46
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁONGUY
CƠ

CHÁY

RỪNG

TỪ

DỮ

LIỆU

VIỄN

THÁM

VÀ

HỆ

THƠNGTINĐỊALÝ..........................................................................................48
2.1 Đặcđiểmkhu vực nghiêncứu...................................................................48
2.2 Tởngquanchungvềdữliệuphụcvụxâydựngmơhìnhdựbáonguycơcháyrừng
53
2.3 Cáclớpthơngtinthànhphầnvàphươngphápxâydựngcơsởdữliệuthà
nhphần..........................................................................................................54

2.3 Nhómcáclớpthơngtinđượcxâydựngtừhệ thơng tin địalý.........................61
2.4 Nhómcáclớpthơngtin khác......................................................................68
2.5 PhươngphápxửlýdữliệutrênnềntảngGoogleEarthEngine........................70
2.6 Nghiêncứulựachọnmơhìnhdựbáonguycơcháyrừngtừdữliệuviễnthámvà
hệthơngtinđịalý.............................................................................................72
2.6.1 Phươngpháp phân tíchthứbậcAHP......................................................72
2.6.2 PhươngphápsửdụngthuậttốnRừngngẫunhiên.....................................75
2.6.3 Phươngpháp sửdụngthuật tốn Máyhỗtrợvector..................................77
2.6.4 Phươngpháp sửdụngthuật tốn câyphânloạivàhồi quy.........................79
2.6.5 Sơđồmơhìnhdựbáonguycơ cháyrừng..................................................81
2.7 Tiểukếtchương 2.....................................................................................85
CHƯƠNG3.THỰCNGHIỆMDỰBÁONGUY CƠCHÁYRỪNG KHUVỰC
PHÍATÂYTỈNHNGHỆANTỪDỮLIỆUVIỄNTHÁMVÀHỆTHƠNGTINĐỊALÝ..........87
3.1 Đặcđiểmdữliệusửdụng............................................................................87
3.1.1 Dữliệuviễn thám..............................................................................87

3.1.2 Dữliệu GIS.......................................................................................89


3.2 Kếtquảxâydựngcáclớp thơngtinchun đề.............................................90
3.3 KếtquảxâydựngbảnđồdựbáonguycơcháyrừngtừdữliệuviễnthámvàGIS...100
3.3.1 Kếtquảdựbáonguycơ cháyrừngbằngkỹthuậtAHP...........................100
33.2KếtquảdựbáonguycơcháyrừngbằngthuậttốnRandomForest103
3.3.3 Kếtquảdựbáonguycơ cháyrừngbằngthuậttốnSVM.......................106
3.3.4 Kếtquảdựbáonguycơ cháyrừngbằngthuậttốnCART.....................107
3.4 Đánhgiáđộchính xácvàlựachọnmơhìnhdựbáonguycơcháyrừng
....................................................................................................................109
3.5 XâydựngcơngcụxửlýdữliệuviễnthámvàGIStrênnềntảngGEE1153.6Tiểukết
chương 3.....................................................................................................117
KẾTLUẬNVÀKIẾNNGHỊ.........................................................................119

DANHMỤCCƠNGTRÌNH ĐÃCƠNG BỐCỦATÁCGIẢ.......................122
TÀILIỆUTHAMKHẢO.............................................................................123
PHỤLỤC......................................................................................................134


DANHMỤC CHỮVIẾTTẮT
Tênviết tắt
AB
AHP
AUC
AUC
BĐĐH
CA
CART
CMCN
CSDL
DEM
EFFIS

Tênđầyđủtiếnganh
AdaBoost

Tênđầy đủtiếngviệt

TheAnalyticHierarchyProcess

AreaUndertheROCCurve
Underthe Curve
TopographicMap
Bảnđồđịahình

CellularAutomata
Classificationa n d R e g r e s s
CâyPhânloạivàhồiquy
ion
Trees
Cáchmạngcơngnghệ
TechnologicalRevolution
Database
DigitalElevationModel
The European Forest
InformationSystem

Cơ sởdữliệu
Mơ hìnhsốđộcao
Fire Hệt h ố n g t h ô n g t i n c
háy
rừngchâu Âu
for
PhầnmềmxửlýảnhENVI

FRI
GB

The
Environment
VisualizingImages
Enhanced Thematic Mapper
Plus
Food
and

Agriculture
Organization
Firerisk index
GradientBoboost

GEE

GoogleEarthEngine

ENVI
ETM+
FAO

GIS
GPS
GWR
IDL

Phươngphápphântíchthứ
bậc
ĐườngcongAUC

Geographical
Information
System
GlobalPositionSystems
Geographically
Weighted
Regression
InteractiveDataLanguage

BộcảmbiếnETM+
Tổchứclươngthựcvànông
nghiệpLiênhiệpquốc
Chỉsốrủi ro cháy
Nềnt ả n g đ i ệ n t o á n đ
ám
mây
Hệthôngtin địalý
Hệđịnhvịtồn cầu
Hồi quytrọngsốđịalý
NgơnngữlậptrìnhIDL


IPNAS
LDA
LST
LR
LSWI
MIR
MSI
NDDI
NDVI
NDWI
NIR
NMDI
OLI
ROC
RF
SMI

SVM
SWIR
TIR
TM
TVWI
TVDI
XGB

IntegralForestFireMonitoring
System
LinearDiscriminantAnalysis
Landsurfacetemperature
LogisticRegression
LandSurfaceWaterIndex
MiddleInfrared
MultiScannerInstrument
Normalized
Difference
DroughtIndex
Normalized
Difference
VegetationIndex
NormalizedDifference W a t e
r
Index
Near Infrared
Normalized
MultibandDroughtIndex
OperationalLandImage
Receiver

Operating
Characteristic
RandomForest
SoilMoistureIndex
SupportVectorMachine
ShortwareInfrared
ThermalInfrared
ThematicMapper
Temperature-vegetation
wetnessindex
Temperature
Vegetation
DrynessIndex
eXtremeGradient Boboost

Hệt h ố n g g i á m s á t c
h á y
rừngtíchhợp
Nhiệtđộbềmặt
Hồiquylogistic
Chỉsố nướcmặt
Hồngngoạitrung
Thiếtbị quétđaphổ
Chỉsốhạn khácbiệt
Chỉsố khácbiệt thựcvật
Chỉsố khácbiệtnước
Cậnhồng ngoại
Chỉsố hạn NMDI
BộcảmbiếnOLI
Đườngcong ROC

Rừngngẫunhiên
Chỉsốđộẩmđất
Máyhỗtrợvector
Hồngngoạisóngngắn
Hồngngoạinhiệt
BộcảmbiếnTM
Chỉsốẩmnhiệtđộ-thực vật
Chỉsốhạnnhiệtđộthựcvật


DANHMỤC BẢNGBIỂU
Bảng
Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 1.3

Tênbảng
Diệntíchvàđộchephủrừngcáctỉnh,thànhphốtrựcthuộc
trungươngtínhđến31/12/2020
Phâncấpdựbáocháyrừng(theo Nghịđịnh156/2018/NĐCP)
Bảngtracấp dựbáocháyrừng theochỉsốP(Shetinsky,
1994)

Bảng 1.4 BảngtracấpdựbáocháyrừngtheoBộNN&PTNT(2000)
Bảng 1.5
Bảng 1.6

Bảngphâncấpdựbáocháyrừng cóđiềuchỉnh(Nguyễn
PhươngVănvàcộngsự,2019)
CấpdựbáokhảnăngcháyrừngởvườnquốcgiaUMinhHạ

theochỉsốPt(TrầnVănHùngvàcộngsự,2010)

Trang
10
15
19
20
21
22

Bảng 2.1 Đặcđiểmảnhhồngngoạinhiệt Landsat

60

Bảng 2.2 GiátrịK1,K2đốivớiảnhhồngngoạinhiệtLANDSAT

62

Bảng 2.3 Thangđiểmsosánh mứcđộquantrọng củacácchỉtiêu

75

Bảng 2.4
Bảng 3.1

BảngtragiátrịRItheosốlượngchỉtiêukhácnhau(Saaty,
2000;Saaty,2008)
Matrậnsosánhcặpcủacácyếutốảnhhưởngđếnnguycơ
cháyrừng

Bảng 3.2 Kếtquảchuẩnhóamatrậnso sánh cặp
Bảng 3.3

Sosánhkếtquảdựbáonguycơcháyrừnggiữacácphương
án

76
103
103
111

Bảng 3.4 Giátrị AUCcủacácmơ hìnhhọcmáy

115

Bảng 3.5 Diệntíchcáckhuvựcvớinguycơcháyrừngkhác nhau

115


DANHMỤC HÌNHVẼ
Hình
Hình1.1
Hình1.2
Hình1.3
Hình1.4
Hình1.5
Hình1.6
Hình1.7
Hình1.8

Hình1.9
Hình1.10
Hình1.11
Hình1.12

Hình1.13
Hình1.14
Hình2.1
Hình2.2
Hình2.3

Tênhình
Trang
TỉlệchephủrừngởViệtNamgiaiđoạn2008-2020–
10
nguồn:
Biển báocấpdựbáocháyrừng
14
HìnhảnhcháyrừngởhạtVästmanland(ThụyĐiển)ngày4/8/2
25
014trêntởhợpmàuảnhLandsat8,sửdụngcáckênh
NIRvàMIR(nguồn: />HìnhảnhcháyrừngởhạtVästmanland(ThụyĐiển)ngày4/8/201
26
4trênkênhhồngngoạinhiệt(kênh10)ảnh
Landsat8(nguồn: />Cháyrừng ở Cali for ni anhì n t ừ ảnhvệ t inhquanghọc
27
Sentinel2(nguồn: />HìnhảnhcháyrừngUMinhHạnăm2002từảnhvệtinh
28
MODIS
Lớpthơngtinkhoảngcáchtừđấtnơngnghiệpđếnrừngtrongm

29
ơhìnhdựbáonguycơcháyrừng(Hoangetal.,
2020)
Hệthốngthơngtin cháyrừng châu (EFFIS)
31
Hệthốngthơngt ingiám sátm ơi trườngphụcvục ả n h
32
báocháyrừng củaCroatia(IPNAS)
Giaodiệnmơhìnhnghiêncứucháyrừng củaYassemi
34
vàcộngsự(2008)
Phânl o ạ i n g u y c ơ c h á y r ừ n g t r ê n c ơ s ở p h ư ơ n g p h á
39
p
phânloại câyquyết định (Doãn HàPhong,2007)
Hệthốngt h e o d õ i c h á y r ừ n g F i r e W a t c h
40
ViệtNam
(nguồn:geoviet.vn)
Thuậttốntríchxuấtđiểmdịthườngnhiệttừdữliệuviễnthámphục
43
vụpháthiệnsớmcháyrừng(LêNgọcHồn,
TrầnQuang Bảo,2018)
Giaod i ệ n W e b G I S c ả n h b á o n g u y c ơ c h á y r ừ
ngtại
44
huyệnThuậnChâu,tỉnhSơnLa(Đặng NgơBảoTồn,202
1)
Vịtríđịalý tỉnhNghệAn
49

Vídụvềphâncấpnguycơcháyrừng từ chỉsốNMDI
59
(AvetisyanvàNedkov,2015)
Vídụv ề m ơ h ì n h s ố đ ộ c a o A s t e r G D E M ( n g
65
uồn
/>

Hình2.4
Hình2.5
Hình2.6
Hình2.7
Hình2.8
Hình2.9
Hình2.10
Hình2.11
Hình2.12
Hình2.13
Hình2.14
Hình2.15
Hình2.16
Hình2.17
Hình3.1
Hình3.2
Hình3.3
Hình3.4

Mơ hình DEM SRTM khu vực Nghệ An (ng̀n
/>
SosánhdữliệumơhìnhsốđộcaoJAXA’sGlobalALOS3D

World
(a)
và
SRTM
(b)
(nguồn:
/>Sos á n h d ữ l i ệ u m ô h ì n h s ố đ ộ c a o G M T E D 2 0 1 0 v à
GTOPO30(DanielsonvàGesch,2011)
VídụvềkếtquảxácđịnhhướngdốctừDEM(Mokarram
vàZarei,2018)
Vídụvềxácđị nhđộ dốct ừ DEM(James và Thal lak,
2015)
ThơngtinvềtốcđộgiókhuvựcvườnquốcgiaTamĐảotrích xuất từ
CSDLWorldClim(PhamDucDatvàLeThai Son,2022)
Thơngtinvềmậtđộdânsốtồncầunăm2020tríchxuất
từCSDLWorldPop( />Giao diện Code Editor trong
/>Minhhọavề bợmãlệnhAPItrongGEE

GEE

66
67
68
69
70
71
72

(ng̀n:

(ng̀n: />
SơđồthuậttốnRFtrongphânloại(chỉnhsửatừnguồn:
/>Mơtảcácvectorhỗtrợtrongthuật tốnSVM
TḥttoánSVMvớigiátrịthamsớCkhácnhau(Liu,2020)
Mơtả tḥt to án C ây Phânloạivàh ồ i quyC AR T( ng ̀ n
:
/>
Sơđồquytrìnhcơngnghệlựachọnmơhìnhdựbáonguy
cơcháyrừngtừdữliệuviễn thámvà GIS
Dữliệuảnh Sentinel2 MSIkhuvựcnghiêncứu
DữliệuảnhLandsat8khuvựcnghiêncứu,tởhợpmàu
tựnhiên
Dữliệu mơ hìnhsố độ caoDEMSRTMkhuvựcnghiên
cứu
Chỉsố thựcvậtNDVIxácđịnhtừảnhvệtinhSentinel2MSI

73
74
78
80
81
82
85
90
91
92
93

Độ bốc thoát hơi nước bề mặt khu vực nghiên cứu
Hình3.5

thuthậptừCSDLGEEtrêncơsở ảnhvệtinhMODIS

94


Hình3.6
Hình3.7
Hình3.8
Hình3.9
Hình3.10
Hình3.11
Hình3.12
Hình3.13
Hình3.14
Hình3.15
Hình3.16
Hình3.17
Hình3.18
Hình3.19
Hình3.20
Hình3.21
Hình3.22
Hình3.23
Hình3.24
Hình3.25
Hình3.26

Kết quảxácđịnhnhiệtđộbềmặt từảnhvệtinhLandsat
8

KếtquảphâncấpnhiệtđộbềmặttừảnhvệtinhLandsat
8
Lớpthơng tinđộ caokhu vựcnghiên cứu
Lớpthơng tinđộ dốckhu vựcnghiêncứu
Lớpthơngtinhướngsườnkhuvựcnghiêncứu
Kết quảxâydựng lớpthơngtinvềmậtđộdâncư
Lớpthơng tinmật độdâncưsau khiđượcphânlớp
Kếtquảxâydựnglớpthơng tinlượngmưatrungbình
tháng
Kếtquảxâydựnglớpthơngtintốcđộgiótrungbìnhkhu
vựcnghiêncứu
Kếtquả phân vùngtốcđộgiókhuvựcnghiên cứu
Kếtquảdựbáonguycơcháyrừngkhuvựcphíatâytỉnh
NghệAnbằng kỹthuật phântíchthứbậc(AHP)
Kếtquả dựbáonguycơ cháyrừngbằngthuậttoánRF 3
Kếtquảdựbáonguycơcháyrừng bằng thuậttoánRF
100
Kếtquảdựbáonguycơcháyrừng bằng thuậttoánRF
200
KếtquảdựbáonguycơcháyrừngbằngthuậttoánSVM,
C =25
KếtquảdựbáonguycơcháyrừngbằngthuậttoánSVM,
C =30
Kếtq u ả d ự b á o n g u y c ơ c h á y r ừ n g b ằ n g t h u ậ
ttoán
CART,maxNodes5
Kếtq u ả d ự b á o n g u y c ơ c h á y r ừ n g b ằ n g t h u ậ
ttoán
CART,maxNodes30
Vídụ kếtquảxácđịnh đường cong ROCđốivới một số

phương ánxâydựngmơhìnhdựbáonguycơ cháyrừng
Cơngcụxửlý dữliệucho mơ hìnhdựbáonguycơcháy
rừngtrênnềntảng GEE
Cơngcụtở hợpmàuảnhviễnthámtrongmodulephần
mềm

95
95
96
97
97
98
99
100
101
101
104
106
106
107
108
108
110
110
115
117
118


1

MỞĐAU
1. Tínhcấpthiếtcủađềtài
Rừng là một nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng, đóng vai trị to
lớntrongpháttriểnkinhtế-xãhộicũngnhưbảovệmơitrường.Mặcdùvậy,trongnhững năm gần
đây,cùngvớisựbùngnởdânsốvàqtrìnhđơthịhóa,cơngnghiệp hóa, diện tích rừng biến động một
cách nhanh chóng cùng với sự suygiảm của chất lượng rừng. Ngoài các tác
động của con người, biến đổi khí hậuvàcáchiệntượngthờitiếtcựcđoanxảyranhiềutrongnhữngnăm
gần
đâycũngảnhhưởngsâusắcđếnthảmphủrừngvàhệsinhtháirừng.Nhiệtđộtăngcaovàhạn
hánkhắcnghiệt,kéodàicũnglàmgiatăngnguycơcháyrừng.Dướitácđộngcủabiếnđổikhíhậu,cáckiểu
hệ sinh thái rừng cũng chịu những ảnhhưởng khác nhau như thay đổi ranh giới; chỉ số tăng trưởng sinh khối
giảm;tăngnguycơcháyrừngvàtăngmứcđộvàtầnsuấtcủacácđợtdịchvàsâubệnhhạicâyrừng
.
Cháy rừng là một thảm họa đe dọa đến tính mạng con người, cơ sở
hạtầng và môi trường. Biến đổi khí hậu đã gây ra các hiện tượng như lượng
mưaítđi,nhiệtđộtănglên,mùakhơdàihơnlàcácngunnhângâyracháyrừng.Ngồira,ởnhiềunơitrênthếgiớicáchoạtđộng
của

con

người

cũng

làm

chotầnsuấtcháyrừngtănglênđếnmứcbáođộng.Việcdựbáonguycơcháyrừnglàmộtvấn
đềcótínhcấpthiết,cungcấpnguồnthơngtinkịpthờiphụcvụcơngtácbảovệvàpháttriểntàingun
rừng,hỗtrợchínhquyềnđịaphươngtrongquản lý và quy hoạch rừng, phân bở nguồn lực, xử

lý tình huống khẩn cấp vàcảnhbáosớmcháyrừng.
TheoCụcKiểmlâm,BộNơngnghiệpvàPháttriểnNơngthơn,hàngnămvàomùahè,
NghệAnlàmộttrongnhữngtỉnhđứngđầutrêntồnquốcvềnguycơc h á y r ừ n g ở c ấ p V ,
cấpcựckỳnguyhiểm.TồntỉnhNghệAncógần


942.508 ha rừng, tập trung chủ yếu ở các huyện miền núi: Kỳ Sơn,
TươngDương, Con Cuông, Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Tân Kỳ và
Nghĩa Đànthường hay xảy ra cháy rừng. Cụ thể, theo số liệu thống kê các vụ
cháy rừng ởNghệAnchothấynăm1998,tồntỉnhcó105vụcháyrừngvớidiệntíchthiệthại564havà7thángđầunăm
2010,tồntỉnhđãxảyra33vụcháyvớidiệntích rừng bị cháy trên 150 ha, trong đó hơn 62 ha
rừng thơng, có vụ cháy gâyra chết người. Kể từ năm 2010 trở lại đây, số
điểm

cháy

tăng

nhanh

ở

khu

vựcmiềnnúiphíaTâytỉnhNghệAn,baogồm3huyện:KỳAnh,TươngDươngvàQuếPhon
g.Ngồingunnhânkháchquandothờitiếtkhắcnghiệt,nắngnóngkéodài,hạnnặngởnhiềukhuvực,
thảmthựcbìdàyđậm,dễbắt cháy,..cịncó ngun nhân chủ quan như người dân đốt rẫy
cháy lan vào rừng, một số dukhách hoặc người dân bất cẩn khi dùng lửa trong rừng, .. Mùa cháy rừng
ởNghệ An thường kéo dài trong 10 tháng, bắt đầu từ tháng 11 năm trước
đếntháng8nămsau.Sởdĩ,NghệAncómùacháyrừngkéodàihơnsovớicảnướclàvìtỉnhN

ghệAncóvịtríđịalývàđịahìnhđặcbiệt.NghệAncókhíhậubiếnđởivàphânhóarõrệt,vừaphântheovĩ
độ,

vừa

phân

theo

vành

đai

cao,

chịuảnhhưởngcủa3loạigiómùachínhlàgiómùaĐơngBắc,giómùaĐơngNamvàgiómù
a TâyNam(gióphơn,gióLào).
Theo dự báo của Trung tâm Khí tượng thủy văn Trung ương và
CụcKiểm lâm, mùa khô những năm gần đây, tình hình thời tiết sẽ có nhiều
diễnbiến phức tạp, nhiệt độ mặt nước biển ấm dần lên, nền nhiệt độ tiếp tục
có xuhướngcaohơntrungbìnhnhiềunăm,dựbáotởnglượngmưasẽgiảmvàthiếuhụt từ
10-20%sovớitrungbìnhnhiềunăm,dođó,nguycơcháyrừngtạiViệtNamnóichung,tỉnhNghệAnnóiriêngcókhảnăng
tăngcao.Dovậy,nghiêncứu,phântích,lựachọnvàđềxuấtcácmơhìnhdựbáonguycơcháyrừnglàmộtnhiệmvụ rất
quantrọng,có tính cấpbáchtrong điều kiệnhiện nay.


Cơng nghệ địa khơng gian, trong đó chủ đạo là công nghệ viễn thám
vàhệ thông tin địa lý (GIS) đã được sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong xây
dựngcácmơhìnhdựbáonguycơcháyrừngtrênthếgiới.ViễnthámvàGISchophép thu thập dữ liệu về
thảm phủ rừng và sử dụng chúng để phân tích, quảnlý, mơ hình hóa nhằm

cảnh

báo

sớm

nguy

cơ

xảy

ra

cháy

rừng.

Ngồi

các

ảnhvệtinhthươngmại,nhiềuhệthốngviễnthámhiệnnayđãvàđangcungcấpdữliệu ảnh viễn
thámhồntồnmiễnphívớiđộphângiảikhơnggianđadạng.Do được cập nhật liên tục, nguồn dữ
liệu

viễn

thám

miễn

phí

này

đã

trở

thànhcơngcụhếtsứchiệuquảtrongnghiêncứu,giámsáttàingunrừng.Cóthểkểđếncá
cảnhvệtinhnhưLandsat(độphângiảikhơnggian30m,chukỳcậpnhật16ngày),baogồmcácvệtinh
từLandsat1đếnLandsat9vớinguồndữliệuđược lưu trữ từ những năm cuối thập kỷ 70 đến
nay.

Landsat

8

và

Landsat

9cáchnhau08ngày.Gầnđây,hệthốngvệtinhSentinelcủaCơquanHàngkhôngvũtrụ châu Âu
(ESA)

với

nhiều

thế

hệ

vệ

tinh

khác

nhau,

từ các

vệ

tinh

radar(Sentinel1)đếnquanghọc(Sentinel2,3...)cungcấpảnhviễnthámởđộphângiảikhơ
nggiancaohơn(lênđến10m),thờigiancậpnhậtngắn(5ngày).Ngồira,cóthểkểđếnmộtsốl
oạidữliệuviễnthámmiễnphíkhácnhưảnhMODIS,ảnhAster..Cóthểkhẳngđịnh,cácnguồndữliệuđịa
khơng

gian

hiện

nay

hếtsứcđadạngvàdễdàngtiếpcận,việckhaithácứngdụngcácnguồndữliệunàykết hợp các kỹ

thuậthọcmáyphụcvụxâydựngmơhìnhdựbáonguycơcháyrừngởcácđịaphươnglàhồntồnkhảthi.Thựctếchothấy,đã
có nhiều mơhình dự báo nguy cơ cháy rừng sử dụng dữ liệu viễn thám và hệ
thơng

tin

địalýnhưmơhìnhdựatrênkỹthuậtphântíchthứbậcAHP,mơhìnhdựatrênthuậttốnRand
omForest(RF),mơhìnhdựatrênthuậttốnmáyvectorhỗtrợ(SVM
–supportvectormachine),mơhìnhdựatrên mạng neuralnhântạo…
Cácmơhìnhdựbáonguycơcháyrừngđềucónhữngưu,nhượcđiểmriêngvàviệcl
ựachọnmơhìnhphùhợpvớiđiềukiệntựnhiên,xãhội,dữliệuởtừng


khuvựccụthểlàmộtvấnđềcótínhthựctiễncao.Vớinhữnglýdotrên,luậnán“Lựa chọn mơ hình
dựbáonguycơcháyrừngtừdữliệuviễnthámthơng
vàhệ tin địa lý”được lựa chọn xuất phát từ nhu
cầu

thực

tế,

có

ý

nghĩa

khoahọcvàthểhiệnsựcầnthiếtphảinghiêncứu.Nhữngkếtquảđạtđượctrongluậnánc ũ n g
gópphầnchứngminhtínhhiệuquảcủaviệckếthợpdữliệuviễnthám,GISvàcáckỹthuậthọcm

áytrongxâydựngcácmơhìnhdựbáonguycơcháyrừng.
2. Mụctiêunghiêncứu
- Lựachọnđượcmơhìnhdựbáonguy cơcháy
rừngtừdữliệuviễnthámvàhệthơngtin địa lýcho khuvực phíatâytỉnh Nghệ An.
3. Nộidungnghiêncứu
Đểđạtđượcmụctiêutrên,trongluậnántiếnhànhnghiêncứucácnộidungsau:
 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: tài nguyên rừng ở Việt Nam và
tỉnhNghệ An, hiện trạng nguy cơ cháy rừng, các phương pháp dự báo
nguycơcháyrừng,tởngquan tìnhhìnhnghiên cứu trong vàngồinước;
 Cơ sở khoa học xây dựng mơ hình dự báo nguy cơ cháy rừng từ dữ
liệuviễnthámvà hệ thôngtinđịa lý;
 Thu thập, tiền xử lý và chiết tách các lớp thông tin chuyên đề từ dữ
liệuviễnthámvà hệ thơngtinđịa lý;
 Nghiêncứuđềxuấtquitrìnhxâydựngbảnđồdựbáonguycơcháyrừngtừ dữ liệu viễn
thámvàhệthơngtinđịalýtrêncơsởcáckỹthuậtnhưAHP, Rừng ngẫu nhiên (RF), Máy hỗ
trợ vector (SVM), Cây phân loạivàhồiquy(CART);
 ĐánhgiávàlựachọnmơhìnhphùhợpvớiđiềukiệncụthểkhuvựcphíatâytỉnhNghệ
An;
 Phântíchkếtquả.


4. Đốitượngvà phạmvi nghiêncứu
- Đốitượngnghiêncứutrongluậnánlàcácmơhìnhdựbáonguycơcháyrừng trên cơ sở kết

hợpdữliệuviễnthám,hệthơngtinđịalývàcáckỹthuậthọcmáy.
- Phạm vi khoa học của luận án tập trung vào phân tích, đánh giá,
thửnghiệm nhằm lựa chọn mơ hình dự báo nguy cơ cháy rừng phù hợp với
điềukiện cụthểkhuvựcnghiêncứu.
- Phạmvi khônggiancủa luậnánlàkhuvựcphíatâytỉnh NghệAn.
5. Phươngphápnghiêncứu

Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp, phân tích và đánh
giácác nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ứng dụng viễn thám và
hệthơngtinđịalýtrongxâydựngmơhìnhdựbáonguycơcháyrừng.
Phương pháp viễn thám: Xử lý dữ liệu ảnh viễn thám quang
họcLandsat, Sentinel 2, sử dụng ngơn ngữ lập trình Java trên nền tảng điện
toánđám mây Google Earth Engine nhằm thu thập, tiền xử lý, xử lý dữ liệu,
chiếttáchcáclớpdữliệuchunđề(nhiệtđộ,lớpphủ...)phụcvụxâydựngmơhìnhdự

báo

nguycơcháyrừng;XâydựngcơngcụxửlýdữliệuviễnthámvàGIStrên nềntảngGEEphục vụxâydựng
mơhình
PhươngphápGIS:sửdụngtrongxâydựngcáclớpdữliệuchunđềvàthà
nhlậpbản đồdựbáonguycơ cháyrừngkhuvựcphíatâytỉnhNghệ An;
Phương pháp học máy, phương pháp mơ hình hóa:các mơ hình
họcmáy (RF, SVM, CART) được sử dụng để chạy mơ hình dự báo nguy cơ
cháyrừng.
Phươngphápthốngkê:Sửdụngphươngphápthốngkêđểđánhgiáđộchínhxác của
các mơhìnhdựbáonguycơ cháyrừng.
Kỹthuậtlậptrình :sửdụngđểxâydựngcơngcụxửlýdữliệu viễnthám
và GIS trênnềntảngGoogle EarthEngine.


6. Luậnđiểmbảovệ
Luận điểm 1:09 lớp thông tin đầu vào chiết xuất từ dữ liệu viễn
thámvà GIS (mật độ dân cư, lớp phủ thực vật, độ bốc thoát hơi nước bề mặt,
hướngsườn, độ dốc, tốc độ gió, độ cao, nhiệt độ bề mặt và lượng mưa trung
bìnhtháng)chophépxâydựngmơhìnhdựbáonguycơcháyrừngphùhợpvớiđiềukiệnkhuv
ựcnghiêncứuở phía TâytỉnhNghệ An.
Luận điểm 2:Sử dụng kỹ thuật học máy (thuật toán Random

Forest)giúp dự báo nguy cơ cháy rừng từ dữ liệu viễn thám và GIS với độ
chính xáccaonhấtđốivớizkhuvựcnghiêncứu.
7. Nhữngđiểmmới củaluậnán
 Lựachọnđược9lớpthơngtinđầuvàochomơhìnhdựbáonguycơcháyrừngkhuvựcph
íatâytỉnhNghệAntừdữliệuviễnthámvàGISphùhợpvới

điềukiệnkhuvựcnghiên

cứu.
 LựachọnđượcmơhìnhdựbáonguycơcháyrừngkhuvựcphíatâytỉnhNghệ An bằng
dữliệuviễnthámvàGIStrêncơsởthuậttốnRandomForest.
8. Ýnghĩa khoa họcvà thựctiễncủaluậnán
a) Ýnghĩakhoahọc:gópphầnhồnthiệncơsởkhoahọcvàminhchứngtínhhiệuq
uảcủaphươngphápứngdụngdữliệuviễnthám,GISvàcáckỹthuậttrítuệ

nhân

tạo

(họcmáy)trongxâydựngmơ hìnhdựbáonguycơcháyrừng.
b) Ý nghĩa thực tiễn:Cung cấp thông tin và công cụ xử lý dữ liệu
viễnthám, GIS trên nền tảng Google Earth Engine để các nhà quản lý đưa ra
cácbiệnpháptronggiámsátvàcảnhbáosớmnguycơcháyrừng.Bêncạnhđó,kếtquả

nhận

được trong đề tài cũng có thể sử dụng, tham khảo trong công tácnghiên

cứu

khoahọc,giảngdạyởcáctrườngđại học,viện nghiên cứu.
9. Cơsởtài liệuthựchiệnluậnán
Dữliệuảnhviễn thám(ảnhLandsat,ảnhSentinel2MSI);
Cácbảnđồchuyênđềkhuvựcthựcnghiệm,bộdữliệuvềđiềukiệntự


nhiên (lớp phủ bề mặt, độ bốc thoát hơi nước bề mặt, nhiệt độ bề mặt),
khítượng - khí hậu (lượng mưa trung bình tháng, tốc độ gió) và dữ liệu về
mật độdânsốkhuvực nghiêncứu;
Dữ liệu về các điểm cháy ở khu vực thực nghiệm (khai thác từ cơ sở
dữliệuFirewatchcủaCụcKiểmlâm,BộNôngnghiệpvàPháttriểnnôngthôn)vàcác
CSDLquốctế;
Cáctài liệu,số liệukhác.
10. Cấutrúcluậnán
Luận án gồm 03 chương chính, phần mở đầu, kết luận - kiến nghị và
tàiliệuthamkhảo.Nộidungchínhcủaluậnánđượctrìnhbàytrong03chương,bao gồm:
Chương1.Tởngquanvềvấnđềnghiêncứu
Chương2.Cơsởkhoahọcxâydựngmơhìnhdựbáonguycơcháyrừngtừdữliệuvi
ễnthámvà hệ thơngtinđịa lý
Chương3.ThựcnghiệmdựbáonguycơcháyrừngkhuvựcphíatâytỉnhNghệAntừd
ữliệuviễnthámvà hệ thôngtinđịalý