Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh Radar trong xác định sinh khối rừng tỉnh Hoà Bình

I HC QUC GIA HÀ NI
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




Trần Tuấn Ngọc



NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH RADAR TRONG
XÁC ĐỊNH SINH KHỐI RỪNG TỈNH HÒA BÌNH



Chuyên ngành: B, Vin thám và H tha lý
Mã số: 62440214



(D THO) TÓM TT LUN ÁN TIN S

Hà Ni - 2014



c hoàn thành ti: B môn B Via
i hc Khoa hc T i hc Quc gia Hà Ni

ng dn khoa hc:
PGS.TS. PhC
PGS.TS. Nguyên Ngc Thch

Phn bin 1:


Phn bin 2:


Phn bin 3:




Lun án s c bo v c hng khoa hc cc chm
lun án tin s hp t
Vào h


Có th tìm hiu lun án ti:
- n Quc gia Vit Nam
- Trung tâm Thông tin  i hc Quc gia Hà Ni

1

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết


 

. 



 

 
 .

 không 


nêu trên






 thông mà
2





              
 


Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu
 

Nam.


Nhiệm vụ


- Tng quan v rng Vit Nam nói chung và rng tnh Hòa Bình
 c thù cng cn nghiên cu;
- Tng quan v n thám trong nghiên cu v sinh
khi rng nhm làm rõ, k tha các kt qu nghiên c 
c, làm sáng t  khoa hc ca ving thnh
ng các nghiên cu cho lu
- Th nh sinh khi rng trên mt ti tnh Hòa
Bình s dng d liu ENVISAT ASAR và ALOS PALSAR;
3

- Kim chng kt qu tính sinh khi rng trên mt t d liu

vin thám siêu cao tn bng các d liu khác;
- t qu thc nghi
sinh khi rng.
Giới hạn và phạm vi nghiên cứu
Về không gian:
 

Về thời gian:

Về đối tƣợng nghiên cứu:


.
Những điểm mới của Luận án
- c s la chn t liu phân cc (HH và
i trên mt ca rng
khu vc nghiên cu;
- p d liu vi cu hình chp nh khác nhau
mt cách có la ch nân chính xác tính sinh khi
trên mt ca rng;
- Ch ng bão hòa ca tán x c trên i vi
sinh khi rng khu vc nghiên cu;
4

- Ch ng gii hn thp nht ca sinh khng mà tán
x c ca nng ln kt qu nh sinh
khi.
- Kt qu tính sinh khi rng trên mt bng d liu vin thám
siêu cao tc thù là rng tnh Hòa Bình.
Luận điểm bảo vệ

- S dng d liu vin thám siêu cao tn vc
phân ciá sinh khi trên mt cho
c rng trng và rng t nhiên ti khu vc nghiên cu.
- Phi hp d liu vi cu hình chp nh khác nhau s góp phn
 chính xác trong tính sinh khi rng trên m t s
dng d liu vin thám siêu cao tn.
CHƢƠNG 1: SINH KHỐI RỪNG VÀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM
TRONG XÁC ĐỊNH SINH KHỐI RỪNG TRÊN MẶT ĐẤT
1.1. Sinh khối thực vật


 
Theo Brown, 1997, 


- sinh 
); sk
5

rác 

Hình 1. 1 Các thành phần sinh khối trên mặt đất và dưới mặt đất

th

1.2. Tổng quan rừng Việt Nam


 chia làm 5
nhócc

ccc
vùng cao. 
phú 
n
15.000 loài.
  
14,3 t9,18
6

  13.258.843 ha
  . 
 m
3


3
/ha.
1.3. Tổng quan về ứng dụng viễn thám trong xác định sinh khối
rừng
1.3.1.

Tổng quan về ứng dụng viễn thám trong xác định sinh
khối rừng trên thế giới
 
trong 




ng pháp ch


: 
           



     
cách khác 

.
           quan

7



 







1.3.2.

Tổng quan về ứng dụng viễn thám trong xác định sinh
khối rừng ở Việt Nam




 

 

1.4. Lựa chọn phƣơng pháp xác định sinh khối rừng ở Việt Nam
1 so sánh 






8

 

Bảng 1. 1: So sánh công nghệ radar trong xác định sinh khối rừng
Các yếu tố ảnh
hưởng đến kết quả
Phương pháp
Giá trị tán
xạ
Hệ số tương
quan
Trị đo pha
ng bão hòa
(kênh L)
150 t/ha
200 t/ha

300 t/ha
Thu thp d liu

Lp theo chu
k
Lp theo chu
k
Yêu cu qu o
ng
Chính xác cao
Chính xác cao
Nhiu pha
Không ph
thuc
Ph thuc
Ph thuc
u kin cung cp
d liu
Không hn
ch
Hn ch
Hn ch
a hình
Ph thuc
Ph thuc
Ph thuc
S dch chuyn ca
a hình
Ít ph thc
Ph thuc

Ph thuc
u kin thi tit
Ít ph thuc
Ph thuc
Ph thuc
Khí quyn
Ít ph thuc
Ph thuc
Ph thuc



 

CHƢƠNG 2: SAR VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÁC ĐỊNH SINH
KHỐI
2.1. Đặc tính vật lý ảnh radar

9


 radar  



radar 
góc 






            

âu vào trong vòm lá 
            



  .  

.
2.2. Các vấn đề trong xử lý ảnh radar
2.2.1.

Định chuẩn ảnh (data calibration)

-

10


.


   

  




 



 

2. 1

- DN là giá tr s cm nh;
- k là hng s kim nh tuyi;
- 
0
là giá tr tán x c (db);
- 
0
là giá tr  sáng;
- i.
 

 

2.2.2.

Hiệu chỉnh hình học



 .
2.2.3.

Hiệu chỉnh ảnh hƣởng của địa hình đến giá trị tán xạ
trên ảnh (radiometric normalization)
thì giá




11

2.3. Cơ sở vật lý ứng dụng ảnh SAR trong xác định sinh khối rừng
2.3.1.

Cơ sở vật lý
 
        

            




 


2.3.2.

Cơ chế tán xạ của rừng đối với sóng radar

- 

- - 
- 
- -
- 
- 



12










Hình 2. 1: Tán xạ radar của thực phủ rừng
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM TÍNH SINH KHỐI TRÊN MẶT
ĐẤT TỈNH HÒA BÌNH
3.1. Khái quát khu vực thực nghiệm



            





- 



 nhiên.
13











3.2. Dữ liệu sử dụng
3.2.1.

Dữ liệu ảnh


             

3.2.2.

Dữ liệu ô tiêu chuẩn
Trong t  

 
     

    
.
3.2.3.

Dữ liệu bản đồ
   

14





3.3. Các bƣớc tính sinh khối

-   
(calibration);
- 
-    


-      

-    
quan;
- 
- 

Hình 3. 1:
Ảnh ASAR
ngày 30
tháng 3 sau
khi hiệu
chỉnh ảnh
hưởng của
địa hình
15


3.4. Tính toán hồi quy



 

3.4.1.

Tính toán hồi quy đối với sinh khối rừng trên toàn tỉnh
Hòa Bình
3.4.1.1. Kết quả hồi quy đối với dữ liệu ENVISAT ASAR
a) 



 
2


11/03/2009- HH

11/03/2009- HV
Hình 3. 2: Hồi quy đa thức bậc 2 giá trị sinh khối tại các ô tiêu
chuẩn có giá trị sinh khối nhỏ hơn 70 tấn và giá trị tán xạ của ảnh
b) 


R² = 0.5404
-20
30
80
-22 -12

R² = 0.7834
-20
30
80
-17 -7
16


 
Bảng 3. 1: Hồi quy đa tuyến đối với dữ liệu ENVISAT ASAR

Trị đo sử dụng
R2
F
F tới

hạn
Sai số
chuẩn

0.678
19.983
0.000
9.255

0.826
21.621
0.000
6.986

0.840
13.158
0.000
7.332

0.868
10.724
0.000
7.150

0.871
7.445
0.001
7.688

0.926

9.402
0.001
6.439

0.967
14.700
0.001
4.872

0.639
35.370
0.000
9.551

0.093
2.042
0.168
15.137

0.741
31.621
0.000
4.633

0.557
2.519
0.067
12.636
3.4.1.2. Kết quả hồi quy đối với dữ liệu ALOS PALSAR
a) 

b) Hình 3. 3: Quan h phi tuyn ca tán x c và sinh khi mt
R² = 0.8243
-50
50
150
250
-25 -15 -5 5
PHÂN CỰC HH

R² = 0.906
0
100
200
300
-15 -10 -5 0 5
PHÂN CỰC HV
17

 


c) 
2 
trên   i các ô tiêu
.




2



Bảng 3. 2: Hồi quy đa tuyến đối với dữ liệu ALOS PALSAR

R2
F

 


0.918
151.739
0.000
17.339
HV
0.847
155.434
0.000
23.274

0.808
117.461
0.000
26.136
3.4.2.

So sánh kết quả hồi quy






2




18

              

2











- Sóng radar vi phân c i thc vt
i thc vt thì mt phn ca
c vi thc vt và quay tr lu thu và không
 i phân cc, phn còn l     c vt,
i các thành phn ca cây to hing tán x khi gây

i phân cc ca sóng radar so vi chùm tia ty, khi
s dng nh c s giúp thu thc nhiu thông tin v
sinh khi trên mt ca lp ph thc vt so vi s dng phân cc

- Bên cc kt hp hai qu 
vi góc chp khác nhau giúp gim thiu ng ca hình
n giá tr tán x trên nh. Thc vy, vi vic s dng hai qu o
ng) và góc chp khác nhau giúp hn
ch  ng ca vùng b    ng ngn và
19

ch ng v p
c là thông tin phn hi t n ca mt dãy núi
3.5. Kết quả tính sinh khối


             

    




   




 


- B là giá tr sinh khi (tn/ha);
- X (HV) là tr tán x phân cc HV trên nh (Db);

Hình 3. 4:
Bản đồ
sinh khối
trên mặt
đất rừng
tỉnh Hòa
Bình
20

3.6. Đánh giá kết quả tính sinh khối




 77%.
Bảng 3. 3: So sánh sinh khối tính từ ảnh với sinh khối ô tiêu chuẩn



Chênh GT

OTC_29
17.700
22.900
5.200
29.379
OTC_30

26.700
32.786
6.086
22.795
OTC_31
27.920
31.223
3.303
11.830
OTC_32
49.640
56.546
6.906
13.913
OTC_34
24.480
26.899
2.419
9.881
OTC_36
30.120
27.932
-2.188
-7.263
OTC_39
20.580
11.930
-8.650
-42.029
OTC_42

28.960
24.089
-4.871
-16.821
OTC_43
32.660
34.288
1.628
4.985
OTC_46
26.650
32.752
6.102
22.895
OTC_47
23.300
18.227
-5.073
-21.771
OTC_49
56.070
59.884
3.814
6.802
OTC_50
18.100
27.557
9.457
52.249
OTC_52

24.020
18.725
-5.295
-22.043
OTC_54
24.110
19.971
-4.139
-17.167
OTC_55
38.680
33.032
-5.648
-14.603
OTC_60
21.290
36.779
15.489
72.751
OTC_61
44.170
41.443
-2.727
-6.175
OTC_62
18.800
24.300
5.500
29.255
OTC_63

26.670
22.157
-4.513
-16.922
21




Chênh GT

OTC_64
55.900
61.528
5.628
10.067
OTC_65
17.000
11.854
-5.146
-30.271
OTC_71
45.080
56.654
11.574
25.674
OTC_72
18.100
24.300
6.200

34.254
OTC_73
65.110
79.013
13.903
21.353
OTC_74
36.140
44.108
7.968
22.048
OTC_75
45.720
46.845
1.125
2.461
OTC_76
34.420
41.246
6.826
19.832
OTC_77
20.430
27.363
6.933
33.934
OTC_82
21.830
26.254
4.424

20.268
OTC_83
27.840
35.280
7.440
26.726
OTC_84
24.850
31.755
6.905
27.789
OTC_86
23.940
29.655
5.715
23.873
PP_05_MT
80.000
78.635
-1.365
-1.706
PP_09_DR
61.000
67.168
6.168
10.111
PP_10_BS
58.000
62.410
4.410

7.604
PP_12_DL
48.330
45.135
-3.195
-6.612
PP_19_LV
128.000
135.242
7.242
5.658
PP_20_NL
34.000
24.938
-9.062
-26.653
PP_21_TD
160.000
143.285
-16.715
-10.447
DT_10
217.000
198.914
-18.086
-8.335
STDV
7.490
23.2536
RMSE

6.524

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận

22

[57]) nên














 









h



23


 
26 nghìn ha.



.
Kiến nghị



[55] 
 




HV b


.