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 GS.TS.BÙI TIẾNDIỆU HÀNỘI -2023 LỜI CAMĐOAN Tơixincamđoanluậnánnàylàcơngtrìnhnghiêncứukhoahọccủariêngtơi Các số liệu trìnhbàytrongluậnánđượcphảnánhhồntồntrungthực.Các kết nghiên cứu luận án chưa có cơng bố cơngtrình nghiêncứunào Tácgiảluậnán ĐồnThịNamPhương LỜICẢMƠN Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng đào tạo Sau đại học,trường Đại học Mỏ - Địa chất tạo điều kiện cho NCS 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 Thầy GS.TS Bùi Tiến Diệu tận tìnhgiúp đỡ,chỉbảoemtrongsuốtquá trìnhthực Luậnán Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Nhà khoa học công tác cáccơ quan, viện nghiên cứu 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 Tínhcấp thiết củađềtài Mụctiêunghiêncứu Nộidungnghiêncứu 4 Đốitượngvà phạmvinghiêncứu 5 Phươngphápnghiêncứu .5 Luận điểmbảo vệ Nhữngđiểmmới củaluận án .6 Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễncủaluậnán Cơsởtàiliệu thựchiệnluậnán 10 Cấu trúcluận án CHƯƠNG1 TỔNGQUANVỀ VẤNĐỀ NGHIÊNCỨU .8 1.1 Đặcđiểmvềtài nguyên rừng ởViệt Nam 1.2 Hiệntrạng cháyrừng ởViệt Nam 13 1.2.1 Khái niệmcơ cháyrừng 13 1.2.2 Quyđịnhvề cấpdựbáocháyrừng 14 1.3 Nguyên nhângâycháyrừng ởViệtNam 17 1.4 Cácphươngphápdựbáo nguycơ cháyrừng .18 1.5 Tởngquantìnhhìnhnghiêncứutrong vàngồinước 29 1.5.1 Trênthếgiới 29 1.5.2 Trongnước .36 1.6 Luậngiảinhữngvấn đềcầnnghiên cứu 44 1.7 Tiểukếtchương 46 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁONGUY CƠ CHÁY RỪNG TỪ DỮ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNGTINĐỊALÝ 48 2.1 Đặcđiểmkhu vực nghiêncứu 48 2.2 Tởngquanchungvềdữliệuphụcvụxâydựngmơhìnhdựbáonguycơcháyrừng 53 2.3 Cáclớpthôngtinthànhphầnvàphươngphápxâydựngcơsởdữliệuthà 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 PhươngphápsửdụngthuậttoánRừngngẫunhiên 75 2.6.3 Phươngpháp sửdụngthuật toán Máyhỗtrợvector 77 2.6.4 Phươngpháp sửdụngthuật toán câyphânloạivàhồi quy .79 2.6.5 Sơđồmơhìnhdựbáonguycơ cháyrừng 81 2.7 Tiểukếtchương 85 CHƯƠNG3.THỰCNGHIỆMDỰBÁONGUY CƠCHÁYRỪNG KHUVỰC PHÍATÂYTỈNHNGHỆANTỪDỮLIỆUVIỄNTHÁMVÀHỆTHÔNGTINĐỊALÝ 87 3.1 Đặcđiểmdữliệusửdụng 87 3.1.1 Dữliệuviễn thám 87 3.1.2 Dữliệu GIS .89 3.2 Kếtquảxâydựngcáclớp thôngtinchuyên đề 90 3.3 KếtquảxâydựngbảnđồdựbáonguycơcháyrừngtừdữliệuviễnthámvàGIS 100 3.3.1 Kếtquảdựbáonguycơ cháyrừngbằngkỹthuậtAHP 100 33.2KếtquảdựbáonguycơcháyrừngbằngthuậttoánRandomForest103 3.3.3 Kếtquảdựbáonguycơ cháyrừngbằngthuậttoánSVM .106 3.3.4 Kếtquảdựbáonguycơ cháyrừngbằngthuậttốnCART 107 3.4 Đánhgiáđộchính xácvàlựachọnmơhìnhdựbáonguycơcháyrừng 109 3.5 XâydựngcôngcụxửlýdữliệuviễnthámvàGIStrênnềntảngGEE1153.6Tiểukết chương 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 Cáchmạngcôngnghệ 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 n đ ám mây Hệthơngtin 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 m s t c h 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 115