TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tổng quan về Thiết bị bay không người lái
Tổng quan về công nghệ:
Thiết bị bay không người lái: gọi tắt là UAV là viết tắt của (Unmanned
Máy bay không người lái, hay còn gọi là phương tiện hàng không không người lái, được ứng dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác nhau Chúng được sử dụng trong các lĩnh vực như giám sát quân sự, quay phim và chụp hình dân sự, dự báo thời tiết, tìm kiếm cứu hộ, nông nghiệp, và lâm nghiệp Sự đa dạng trong ứng dụng của máy bay không người lái đã giúp nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí trong nhiều ngành nghề.
UAV, hay máy bay không người lái, là loại máy bay không có phi công trực tiếp điều khiển trong khoang lái Chúng có thể được điều khiển từ xa qua sóng radio từ các trạm mặt đất hoặc bay tự động theo một chương trình đã được lập trình sẵn UAV được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như trắc địa bản đồ, quân sự, do thám, thu thập dữ liệu mặt đất và bay ở những khu vực nguy hiểm.
UAV, hay máy bay không người lái, đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu từ nhiều tổ chức trong và ngoài nước, với những công bố rõ ràng về ưu nhược điểm cũng như tính chuyên nghiệp trong ứng dụng Bài viết này tập trung vào nghiên cứu ứng dụng của UAV, đặc biệt là loại máy bay cất cánh thẳng đứng bằng cánh quạt, thường được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực điện ảnh.
Có hai thuật ngữ để định nghĩa về máy bay không người lái, đó là:
UAV (Unmanned Aerial Vehicle) là phương tiện bay không người lái, hoạt động mà không cần phi công trực tiếp Nó có thể được điều khiển từ xa hoặc bay theo một lịch trình đã được thiết lập sẵn.
UAS (Hệ thống Máy bay không người lái) là một hệ thống bao gồm không chỉ máy bay mà còn cả trạm kiểm soát trên mặt đất và các thiết bị đi kèm Định nghĩa này nhấn mạnh tính toàn diện của UAS, cho thấy rằng nó là một hệ thống phức tạp và đa dạng.
UAV là thiết bị bay điều khiển từ xa, trong khi UAS là hệ thống phức tạp bao gồm cả máy bay và trạm điều khiển trên mặt đất Mặc dù UAS có cấu trúc phức tạp hơn, nhưng khi nói đến máy bay không người lái, người ta thường nghĩ đến UAV vì tính đơn giản và dễ hiểu của nó.
Tổng quan công tác nghiên cứu ứng dụng thiết bị bay không người lái trên thế giới và ở Việt Nam
Hệ thống UAV đã được phát triển và ứng dụng từ năm 1916, chủ yếu phục vụ cho cứu hộ và quân sự Các quốc gia tiên phong trong lĩnh vực này bao gồm Đức, Hoa Kỳ, và Liên Xô cũ (nay là Nga), cùng với sự nổi bật gần đây của Israel, Trung Quốc, và Nhật Bản trong việc phát triển UAV.
Ngày nay, thiết bị bay không người lái đã được thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lâm nghiệp Việc sử dụng drone để chụp ảnh địa hình mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với máy bay có người lái và các phương pháp truyền thống.
Trong lĩnh vực lâm nghiệp, dữ liệu ảnh từ máy bay không người lái (UAV) đóng vai trò quan trọng trong việc thành lập bản đồ phục vụ đánh giá chất lượng khu vườn, giám sát cháy rừng, thảm thực vật và xác định loài cây Ngoài ra, dữ liệu này còn giúp tính toán khối lượng và trữ lượng gỗ một cách chính xác, hỗ trợ công tác lâm sinh hiệu quả Một ví dụ điển hình là hệ thống UAV Falcon-PARS của Nhật Bản, thể hiện khả năng ứng dụng công nghệ trong quản lý và bảo vệ rừng.
Falcon-PARS là hệ thống chụp ảnh hàng không siêu nhỏ của Nhật, được chế tạo theo công nghệ Đức, bao gồm UAV lắp máy chụp ảnh phổ thông có GPS và phần mềm xử lý hình ảnh chuyên dụng UAV này nhỏ gọn, nhẹ, có khả năng bay ở chế độ điều khiển từ xa hoặc tự động, cho phép chụp ảnh tại một điểm, cất hạ cánh thẳng đứng trong không gian hẹp và di chuyển dễ dàng.
Hình 1.1: UAV Falcon-PARS b) Hệ thống máy ảnh RCD30 và UAV TC-1235 của Thụy Sĩ
Hãng Leica Geosystems và Swissdrones đã hợp tác phát triển hệ thống máy ảnh RCD30 kết hợp với UAV TC-1235, nhằm chụp ảnh phục vụ việc thành lập bản đồ địa hình và bản đồ hiện trạng cho các khu vực rừng núi hiểm trở Giải pháp này cho phép hoạt động an toàn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt UAV TC-1235 được thiết kế độc đáo, mang lại khả năng tải trọng cao, độ bền lâu dài, kiểu bay ổn định và mức độ an toàn cao.
Hình 1.2: RCD30 và UAV TC -1235 c) Hệ thống máy bay không người lái của phòng thí nghiệm Aerial Robotics thuộc Cao đẳng Hoàng gia London
Các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Aerial Robotics của Cao đẳng Hoàng gia London đã phát triển một loại máy bay không người lái có khả năng bắn phi tiêu gắn cảm biến lên cây từ khoảng cách vài chục mét Thiết bị này nhằm theo dõi các thay đổi về nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, cũng như chuyển động của động vật và côn trùng Nó giúp phát hiện và giám sát các đám cháy rừng, đồng thời cung cấp dữ liệu quý giá về tác động của biến đổi khí hậu và hoạt động của con người đối với môi trường tự nhiên.
Hình 1.3: Cảm biến trên phi tiêu được phóng vào thân cây
Trong những năm gần đây, nhu cầu thực tiễn từ đời sống kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng đã thúc đẩy sự phát triển của các mô hình máy bay không người lái Các thiết bị bay không người lái đã được Cục Bản đồ triển khai để đáp ứng các yêu cầu này.
Bộ tổng tham mưu quan tâm đầu tư nghiên cứu phục vụ các mục đích quân sự trong những năm qua
Bên cạnh đó là Viện công nghệ không gian thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Liên hiệp Khoa học sản xuất công nghệ cao
Viễn thông – Tin học (HTI) đã phối hợp nghiên cứu khoa học thực hiện Đề tài
Nghiên cứu đã tiến hành chế tạo và thử nghiệm 05 loại máy bay không người lái phục vụ cho lĩnh vực lâm nghiệp, nhằm hỗ trợ nghiên cứu khoa học.
Năm 2013, thực hiện chương trình “Tây Nguyên 3”, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thử nghiệm máy bay không người lái để ghi lại hình ảnh động về tài nguyên rừng và mặt nước tại tỉnh Lâm Đồng Hơn 10.000 bức ảnh có độ phân giải cao đã được chụp tại các tọa độ định trước, nhằm đối chiếu với kết quả từ vệ tinh viễn thám Việc này giúp các nhà khoa học thu thập dữ liệu tin cậy, bổ sung cho quá trình nghiên cứu, tính toán và dự báo trong các chuyên đề.
Hình 1.4: Máy bay không người lái AV.UAV.S1 và AV.UAV.S2
Nhiều cơ quan nhà nước, chủ rừng và công ty tư nhân đang áp dụng máy bay không người lái để theo dõi và điều tra diễn biến rừng, góp phần bảo vệ rừng hiệu quả.
Hình 1.5: Hình ảnh ứng dụng thiết bị bay không người lái trong điều tra, giám sát tài nguyên rừng ở Việt Nam
Sự xuất hiện của thiết bị bay không người lái UAV đã tạo ra cuộc cách mạng trong thu thập dữ liệu và giám sát thực địa Nhiều ứng dụng cần triển khai rộng rãi như giám sát lâm nghiệp, bảo đảm an toàn cho đường dây điện, và ghi nhận thiên tai như lũ lụt hay sạt lở đất, nếu sử dụng kỹ thuật truyền thống sẽ tốn kém về chi phí và thời gian Thiết bị khảo sát thế hệ mới ngày càng nhỏ gọn, chính xác và đa nhiệm, rất phù hợp cho UAV Các ứng dụng tiêu biểu của UAV bao gồm lâm nghiệp, lập bản đồ, khảo sát, trồng trọt, phun thuốc, lập kế hoạch, an ninh và giám sát.
Định hướng phát triển của ngành lâm nghiệp Việt Nam
Chiến lược phát triển lâm nghiệp Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong định hướng chính sách của ngành Qua từng giai đoạn, các mục tiêu và giải pháp của chiến lược có thể thay đổi theo quan điểm chính trị và vai trò của lâm nghiệp trong phát triển kinh tế - xã hội Việc kế thừa bài học kinh nghiệm và xây dựng chiến lược mới dựa trên những khó khăn đã vượt qua và cơ hội khai thác là ưu tiên hàng đầu của Chính phủ Việt Nam.
1.3.1 Chiến lược phát triển lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2006 - 2020
Chiến lược phát triển Lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2006–2020, được phê duyệt bởi Thủ tướng Chính phủ tại Quyết định số 18/2007/QĐ-TTg vào ngày 05/02/2007, đã được triển khai qua nhiều chương trình và kế hoạch khác nhau trong gần 15 năm qua Ngành Lâm nghiệp đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng, nâng cao nhận thức và thu hút sự quan tâm của xã hội đối với tài nguyên rừng, đồng thời góp phần tích cực vào phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu của đất nước (Tổng cục Lâm nghiệp 2020a).
- Bốn định hướng chiến lược cụ thể trong giai đoạn này:
+ Quy hoạch 3 loại rừng và đất lâm nghiệp: 16,24 triệu ha, bao gồm RPH 5,68 triệu ha; RĐD 2,16 triệu ha; RSX 8,4 triệu ha
+ Quản lý, bảo vệ, phát triển rừng: 16,24 triệu ha rừng và đất lâm nghiệp được quản lý thống nhất trên cơ sở lâm phận quốc gia ổn định
+ Sử dụng rừng và phát triển công nghệ CBLS theo cơ chế thị trường, công nghệ tiên tiến, có tính cạnh tranh cao
+ Phát triển lâm nghiệp theo 7 vùng sinh thái: Trung du miền núi phía Bắc (gồm 2 tiểu vùng: Tây Bắc và Đông Bắc), Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung
Bộ, Duyên hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, và Đồng bằng Sông Cửu Long
1.3.2 Chiến lược phát triển lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2021 – 2030, tầm nhìn đến năm 2050
Chiến lược phát triển Lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2021–2030, với tầm nhìn đến năm 2050, đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 523/QĐ-TTg ngày 01/04/2021 Chiến lược này không chỉ yêu cầu tiếp thu những bài học từ giai đoạn trước mà còn cần đón đầu xu thế phát triển toàn cầu và xem xét kỹ lưỡng trong bối cảnh cụ thể của Việt Nam.
- Định hướng phát triển theo lĩnh vực:
+ Quản lý, bảo vệ rừng và bảo tồn đa dạng sinh học các hệ sinh thái rừng
+ Phát triển công nghiệp chế biến, thương mại lâm sản
- Định hướng phát triển theo vùng:
+ Vùng trung du miền núi phía Bắc
+ Vùng đồng bằng sông Hồng
+ Vùng đồng bằng sông Cửu Long
Thực trạng công tác quản lý rừng ở Việt Nam và ứng dụng công nghệ
Tài nguyên rừng Việt Nam đang đối mặt với tình trạng suy thoái nghiêm trọng do quản lý và khai thác không bền vững, dẫn đến sự giảm sút cả về số lượng lẫn chất lượng rừng Nhiều khu vực như Tây Bắc, Tây Nguyên và Miền Trung đã chứng kiến sự mất mát chức năng kinh tế và sinh thái của rừng.
Trong những năm gần đây, nhà nước đã triển khai nhiều chính sách đổi mới và chương trình trọng điểm nhằm bảo vệ và phát triển rừng, như Dự án 327, Dự án 661, và Dự án 147 Các biện pháp như khoán quản lý bảo vệ rừng theo Nghị định 75/NĐ-CP và chi trả dịch vụ môi trường rừng, cùng với sự hỗ trợ từ các dự án hợp tác quốc tế như JICA, KFW và FLITCH, đã mang lại hiệu quả tích cực Nhờ đó, diện tích rừng đã tăng lên rõ rệt, với tỷ lệ che phủ rừng toàn quốc đạt 39,5% vào cuối năm 2010 và 41,65% vào năm 2019.
Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp với địa hình chủ yếu là đồi núi, nơi hơn 80% dân số sinh sống ở nông thôn miền núi và chủ yếu làm nông - lâm nghiệp Cuộc sống của người dân gắn bó chặt chẽ với rừng và đất rừng từ bao đời nay Tuy nhiên, với tốc độ tăng dân số và sự phát triển của nền kinh tế thị trường, người dân địa phương ngày càng phụ thuộc vào rừng tự nhiên, dẫn đến những tác động lớn hơn đối với môi trường Do đó, việc quản lý, bảo vệ và phát triển rừng cần được chú trọng hơn bao giờ hết.
Tại Việt Nam, các hoạt động bảo vệ và phát triển rừng đã được chú trọng, với tỷ lệ che phủ rừng đạt 42,02% vào năm 2021 (Bộ Nông nghiệp và PTNT) Tuy nhiên, tình trạng chặt phá và khai thác rừng trái phép vẫn diễn ra phức tạp, cần có các biện pháp quyết liệt để ngăn chặn.
Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc chống biến đổi khí hậu, ngăn ngừa lũ lụt và thiên tai Sự mất mát rừng lớn không chỉ dẫn đến nghèo kiệt đất đai mà còn gây ra sự biến mất của nhiều sinh vật quý hiếm Hơn nữa, việc này làm tăng hàm lượng CO2 trong khí quyển và gia tăng nhiệt độ trung bình của trái đất.
Trong những thập kỷ qua, rừng ở Việt Nam thuộc quyền sở hữu của nhà nước, dẫn đến việc mọi người đều có quyền khai thác tài nguyên rừng mà không có sự quản lý chặt chẽ Hệ quả là rừng bị khai thác triệt để, dẫn đến cạn kiệt tài nguyên, cùng với tình trạng du canh, du cư và hoạt động đốt nương làm rẫy do dân số tăng nhanh Tình trạng này kéo dài suốt bốn thập kỷ, khiến tài nguyên rừng suy giảm nhanh chóng, với diện tích rừng giảm từ 14,3 triệu ha vào năm 1943 xuống còn 9,3 triệu ha vào năm 1995, và tỷ lệ che phủ rừng giảm từ 47% xuống còn 28% trong cùng thời gian.
Chiến lược phát triển lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2011-2020 đặt mục tiêu quản lý và phát triển bền vững 16,24 triệu ha đất lâm nghiệp, nâng tỷ lệ đất có rừng lên 42-43% vào năm 2010 và 47% vào năm 2020 Điều này yêu cầu sự tham gia của các thành phần kinh tế và tổ chức xã hội, nhằm góp phần vào phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường, bảo tồn đa dạng sinh học, cung cấp dịch vụ môi trường, xóa đói giảm nghèo, nâng cao đời sống người dân nông thôn miền núi và đảm bảo an ninh quốc phòng.
Ngày nay, công nghệ đóng vai trò quan trọng trong quản lý và bảo vệ rừng, với nhiều phần mềm hiện đại như Mapinfo, Global Mapper, và Arcgis được áp dụng Các thiết bị như máy định vị GPS và ảnh vệ tinh từ Google Earth cùng với công nghệ viễn thám đã thay thế phương pháp truyền thống, giúp nâng cao độ chính xác và giảm thiểu sai số trong việc theo dõi tình trạng rừng Việc sử dụng các ứng dụng như Frms Mobile trên máy tính bảng đã giúp thu thập thông tin nhanh chóng và hiệu quả hơn Sự phát triển của công nghệ và phần mềm máy tính không chỉ làm cho công tác quản lý rừng trở nên dễ dàng hơn mà còn cung cấp dữ liệu tin cậy, kịp thời, góp phần đạt được các mục tiêu chiến lược trong ngành lâm nghiệp.
MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐẶC ĐIỂM
Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu cụ thể:
(1) Đánh giá kết quả giám sát rừng theo phương pháp truyền thống và theo phương pháp dựa vào thiết bị bay không người lái
(2) Đánh giá tính khả thi của thiết bị bay không người lái trong công tác quản lý bảo vệ rừng.
Phạm vi và giới hạn của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị bay không người lái và công tác quản lý rừng ở xã Đăk Kơ Ning, huyện Kông Chro, tỉnh Gia Lai
Đề tài nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng thiết bị bay không người lái nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý và bảo vệ rừng tại xã Đăk Kơ Ning, huyện Kông Chro, tỉnh Gia Lai.
Luận văn này tập trung vào việc cập nhật hiện trạng rừng thông qua công nghệ UAV, đồng thời đề xuất và khuyến cáo ứng dụng thiết bị bay không người lái trong công tác quản lý rừng.
Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu
2.3.1 Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động UAV
- Cấu tạo chung của hệ thống chụp ảnh bằng UAV bao gồm 4 phần chính: + Hệ thống máy bay;
+ Máy ảnh kỹ thuật số;
+ Trạm điều khiển mặt đất;
Hệ thống máy bay bao gồm thân máy bay và các thiết bị cảm biến như đầu thu GPS, cảm biến tốc độ gió, cảm biến độ cao, cảm biến áp suất, cảm biến cân bằng, bộ thu phát tín hiệu, cùng với pin cung cấp nguồn điện cho toàn bộ các thiết bị trên máy bay.
Hệ thống truyền nhận dữ liệu (data link) rất quan trọng đối với UAV, đảm bảo kết nối giữa trạm điều khiển và máy bay để điều khiển các hoạt động của nó Nếu hệ thống này bị hỏng, trạm mặt đất sẽ mất liên lạc với máy bay, dẫn đến nguy cơ lạc mất máy bay Hệ thống bao gồm bộ thu phát tín hiệu video từ camera và bộ truyền nhận dữ liệu để gửi tín hiệu điều khiển máy bay.
UAV là một hệ thống phức tạp, hoạt động dựa trên nhiều thông số thay đổi liên tục, chịu ảnh hưởng lớn từ biến động môi trường như sức gió, độ cao và sự biến động của các luồng không khí.
Hệ thống cơ: các động cơ điều khiển hướng, điều khiển lực nâng của máy bay trong không gian…
Hệ thống các sensor phản hồi: tốc độ dịch chuyển, toạ độ của UAV trong không gian, quỹ đạo bay…
Với những chiếc UAV tầm gần, việc điều khiển có thể thực hiện thông qua sóng radio, tương tự như máy bay mô hình mà ta hay thấy
Với các máy bay tầm xa, tín hiệu radio không thể truyền trực tiếp từ trạm đến máy bay do ảnh hưởng của thời tiết, vật cản và độ cong của bề mặt trái đất Do đó, cần sử dụng vệ tinh trung gian để đảm bảo tín hiệu đủ mạnh, giúp máy bay có thể bay xa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn kilomet mà vẫn được kiểm soát hiệu quả.
Máy bay không người lái (UAV) có nhiều hình dạng và kích cỡ, mỗi loại mang đến những ưu điểm và nhược điểm riêng Tùy thuộc vào từng công việc cụ thể, người sử dụng cần lựa chọn loại máy bay phù hợp UAV được chia thành hai loại chính theo cấu tạo: máy bay cánh cố định (Fixed Wing UAV) và máy bay cánh quay (Rotary Wing UAV).
Hình 2.1: Máy bay không người lái Geoscan 201 và Phantom 4RTK
Nguyên lý bay của máy bay cánh quay dựa trên sự phối hợp giữa các cánh quạt quay, giúp tạo ra lực nâng để máy bay có thể bay lên thẳng đứng hoặc di chuyển theo bất kỳ hướng nào.
Máy ảnh kỹ thuật số:
Các máy ảnh thường sử dụng cho việc chụp ảnh mặt đất bằng UAV là loại máy ảnh kỹ thuật số nhỏ gọn, với tiêu cự cố định và tính năng lấy nét tự động.
- Một số máy ảnh sử dụng phổ biến như sau:
Hình 2.2: Hệ thống máy ảnh Sony gắn trên máy bay UAV
- Máy ảnh Sony được gắn đồng bộ trên thiết bị UAV
Trạm điều khiển mặt đất:
Hệ thống máy bay UAV bao gồm các thiết bị điều khiển mặt đất như máy tính bảng, laptop hoặc điều khiển cầm tay, được trang bị phần mềm lập trình bay chuyên dụng Phần mềm này cho phép thiết kế và điều khiển quá trình bay, đồng thời lập kế hoạch cho các vị trí cất cánh và hạ cánh tại thực địa.
+ Laptop được kết nối với máy bay thông qua bộ điều khiển có thiết bị thu phát tín hiệu
Hệ thống điện - điều khiển của UAV thực hiện việc thu thập dữ liệu từ cảm biến, tính toán các thông số an toàn, cân bằng và ổn định Điều này cho phép UAV điều khiển hệ thống cơ khí theo quỹ đạo hoặc vùng bay đã được xác định trước, hoặc thông qua các tín hiệu phản hồi từ các trạm dữ liệu mặt đất.
Trạm điều khiển mặt đất (GCS) có khả năng giao tiếp thời gian thực với máy bay qua các hệ thống truyền nhận dữ liệu, giúp theo dõi các trạng thái thực của máy bay Ngoài việc theo dõi, GCS còn có chức năng điều khiển trực tiếp, cho phép can thiệp vào quá trình bay tự động như lập trình và thay đổi quỹ đạo bay Dữ liệu và các thông số chuyến bay được lưu trữ trên hệ thống lưu trữ của máy bay (hộp đen), và GCS có thể mô phỏng lại các thông số trạng thái đã lưu trữ để phục vụ cho việc phân tích.
Hình 2.3: Một số thiết bị điều khiển trên UAV được sử dụng
Trạm xử lý số liệu ảnh máy bay sử dụng máy tính trạm Workstation với cấu hình mạnh, cài đặt phần mềm chuyên dụng để xử lý ảnh từ UAV Các phần mềm này có khả năng tạo ra mô hình số mặt đất từ những bức ảnh số có độ phủ từ 70 - 90% Sau khi xử lý, kết quả bao gồm mô hình đám mây điểm (Point Cloud), mô hình số bề mặt (DSM), mô hình số độ cao (DEM) và ảnh trực giao (Orthomosaic).
Một số phần mềm chuyên xử lý ảnh:
- Inpho UASMaster của hãng Trimble
- Agisoft Metashape Professional của hãng Geoscan Nga
- Pix4D Mapper của Thụy Sỹ
- Tỷ lệ của ảnh hàng không (S) được tính bằng tỷ số của khoảng cách đo trên ảnh (L) chia cho khoảng cách thực trên mặt đất (D),
Khoảng cách giữa hai điểm có thể xác định thông qua bản đồ, với điều kiện bản đồ và ảnh thuộc cùng khu vực và có cùng tỷ lệ Để tính toán tỷ lệ ảnh, bạn cần đo khoảng cách giữa hai điểm trên bản đồ và so sánh với khoảng cách tương ứng trên ảnh.
Khoảng cách trên ảnh và khoảng cách trên bản đồ có mối liên hệ chặt chẽ với tỷ lệ bản đồ Nếu khoảng cách giữa hai điểm trên bản đồ bằng với khoảng cách giữa hai điểm tương ứng trên ảnh, thì tỷ lệ của bản đồ và ảnh sẽ tương đương nhau.
Tỷ lệ ảnh sẽ thay đổi tùy thuộc vào độ cao của vật thể so với mặt đất; khi độ cao tăng, tỷ lệ ảnh cũng sẽ tăng theo.
Tỷ lệ của ảnh thường được xác định bằng cách so sánh độ dài tiêu cự của máy ảnh với độ cao của máy bay so với mặt đất, được biểu diễn bằng công thức F/H, trong đó F là tiêu cự và H là độ cao của máy bay.
- Nếu ta dùng mặt nước biển làm mốc độ cao để tính độ cao của đường bay thì tỷ lệ của một ảnh bay chụp được xác định:
- Trong đó: + H là độ cao của máy bay so với mặt nước biển;
+ h là độ cao của địa hình so với mặt nước biển;
Nội dung nghiên cứu
2.4.1 Cập nhật bản đồ hiện trạng rừng từ kết quả ảnh bay chụp của thiết bị UAV tại xã Đăk Kơ Ning, huyện Kông Chro, tỉnh Gia Lai
2.4.2 So sánh kết quả của phương pháp sử dụng UAV và phương pháp truyền thống
- So sánh đối chiếu kết quả giữa phương pháp sử dụng UAV và phương pháp truyền thống
- Kiểm tra tính sai số của bản đồ cập nhật (bấm điểm GPS)
- Đánh giá tính hiệu quả, khả thi của ứng dụng thiết bị bay không người lái vào công tác cập nhật hiện trạng rừng phục vụ quản lý rừng
2.4 3 Đề xuất một số giải pháp
- Ứng dụng trong theo dõi, giám sát diễn biến rừng
- Hiệu quả kinh tế sử dụng UAV mang lại
- Mô hình phân tích SWOT trong ứng dụng thiết bị bay UAV
Phương pháp nghiên cứu và thu thập số liệu
2.5.1 Phương pháp chung a) Phương pháp thu thập số liệu tổng hợp
Trước khi tiến hành nghiên cứu, đề tài đã thu thập và nghiên cứu các tài liệu thứ cấp liên quan nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Tài liệu về điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế - xã hội của xã Đăk Kơ Ning, huyện Kông Chro, tỉnh Gia Lai
- Các hệ thống văn bản chính sách liên quan đến công tác quản lý rừng
- Các tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu như: các báo cáo nghiên cứu về ứng dụng thiết bị bay không người lái tại Việt Nam…
Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu bao gồm việc thu thập và phân tích các tài liệu liên quan đến công tác quản lý và bảo vệ rừng tại xã Đăk Kơ Ning, cũng như các tài liệu kỹ thuật về công nghệ thiết bị bay không người lái.
Phương pháp xử lý số liệu: Xử lý số liệu đo vẽ chi tiết của công nghệ thiết bị bay không người lái bằng các phần mềm chuyên dụng
Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để chứng minh kết quả khảo sát lý thuyết, nhằm xác nhận tính đúng đắn và khả thi của các giải pháp trong luận văn Các phương pháp nghiên cứu hiện đại này được học viên lựa chọn và triển khai với độ tin cậy cao, đảm bảo tính logic chặt chẽ.
Nghiên cứu này áp dụng phương pháp chụp ảnh theo tuyến, cho phép ghi lại hình ảnh theo một lộ trình đã được xác định trước, có thể là thẳng, gấp khúc hoặc uốn cong Giữa các bức ảnh liền kề trong tuyến chụp, có sự chồng phủ nhất định, được gọi là độ phủ ngang, nhằm đảm bảo tính liên tục và đồng nhất trong quá trình ghi nhận hình ảnh.
- Phương pháp bay chụp được thực hiện theo phương pháp lập thể:
Hình 2.4: Sơ đồ tổ chức bay chụp áp dụng cho vùng đồi núi
2.5.2 Phương pháp cập nhật bản đồ hiện trạng bằng thiết bị bay chụp UAV a) Thực hiện bay chụp ngoài thực địa bằng thiết bị UAV thu thập tài liệu ảnh
- Bước 1: Thiết lập khu vực bay, tạo đường bay trên phần mềm Geoscan Planner 2.8 và thiết bị bay UAV Geoscan 201, điều khiển bằng laptop thông qua USB radio modern
Hình 2.5: Thiết kế vùng bay trên phần mềm Geoscan Planner 2.8
- Bước 2: Công tác rải tiêu, đo tăng dày khống chế ảnh, đo điểm kiểm tra, điểm đặc trưng
Hình 2.6: Công tác rải tiêu đo điểm kiểm tra sử dụng máy
- Bước 3: Tiến hành thực hiện bay
Hình 2.7: Quá trình máy bay thực hiện đường bay b) Thực hiện xử lý nội nghiệp: gán tọa độ, thông số cho ảnh và ghép ảnh
- Bước 1: Từ những ảnh đơn của quá trình bay thực địa, ta tiến hành thực hiện ghép ảnh trên phần mềm Agisoft Metashape Professional
- Bước 2: Import ảnh đơn vào trong phần mềm Agisoft Metashape Professional
- Bước 3: Cài đặt hệ tọa độ (VN2000 địa phương) cho ảnh
- Bước 4: Cài đặt các thông số chỉnh sửa, ghép ảnh: Align Photos, Build Dense Cloud, Build DEM, Build Orthomosaic….và tiến hành ghép ảnh
- Bước 5: Thành quả ảnh được ghép
- Bước 6: Xuất ảnh đã được ghép (đuôi *tiff): ảnh DEM, ảnh phủ… c) Thực hiện cập nhật bản đồ hiện trạng trên phần mềm Mapinfo
Bước đầu tiên, mở phần mềm Mapinfo và tải ảnh file định dạng *tiff đã được ghép, đảm bảo chọn hệ tọa độ VN2000 địa phương Tiếp theo, mở file bản đồ hiện trạng của khu vực nghiên cứu để tiến hành phân tích.
- Bước 2: Tiến hành số hóa, cập nhật những vị trí có hiện trạng thay đổi, biến động dựa trên nền ảnh
- Bước 3: Cập nhật diện tích các lô thửa có thay đổi diện tích, và thực hiện chỉnh lại màu sắc hiện trạng
- Bước 4: Tổng hợp, thống kê số liệu và biên tập, hoàn thiện bản đồ
2.5.3 Phương pháp đánh giá sai số (giữa số liệu theo QĐ 74 và số liệu kết quả bay chụp UAV)
- So sánh số liệu giữa 2 kết quả (theo QĐ 74 và theo bay chụp UAV)
- Nghiên cứu xác định diện tích cần kiểm tra để xác định sai số cho từng trạng thái loại đất, loại rừng
Để đảm bảo độ chính xác trong việc phân tích dữ liệu, cần xác định các khu vực và vị trí có sai số hoặc biến động lớn giữa hai số liệu Việc này sẽ giúp tiến hành kiểm tra, khoanh vẽ và đo đạc bằng GPS trên bản đồ một cách hiệu quả.
- Rà soát, kiểm chứng thực địa, đo đạc sử dụng GPS lưu tọa độ (có bình sai điểm) khép kín các khu vực, theo trạng thái cần đo đạc
- Sử dụng phần mềm Mapinfo khoanh vẽ, cập nhật trạng thái thay đổi, cập nhật diện tích các trạng thái kiểm tra làm cơ sở xác định sai số
2.5.4 Phân tích đánh giá và đề xuất giải pháp
- Ứng dụng UAV trong giám sát diễn biến rừng
- Sử dụng các phương pháp phân tích SWOT, đánh giá so sánh hiệu quả
Đặc điểm khu vực nghiên cứu
Xã Đăk Kơ Ning nằm về phía Nam huyện Kông Chro Tổng diện tích tự nhiên là 14.168,43 ha Có ranh giới tiếp giáp như sau:
+ Phía Bắc giáp xã Ya Ma và một phần xã Sơ Ró
+ Phía Nam giáp ranh giới huyện Ia Pa
+ Phía Tây giáp xã Yang Nam
+ Phía Đông giáp xã Sơ Ró và một phần nhỏ xã Đăk Song
Trung tâm xã Đăk Kơ Ning, cách thị trấn Kông Chro khoảng 15 km về phía Tây Bắc, có điều kiện giao thông thuận lợi với hệ thống đường được trải nhựa và bê tông hóa Cầu vượt sông Ba Cơ được xây dựng kiên cố, tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển và giao thương với các địa phương khác, cũng như dễ dàng tiếp cận trung tâm huyện.
Hình 2.8: Vị trí địa lý của xã Đăk Kơ Ning
Xã Đăk Kơ Ning có địa hình đặc trưng của vùng đồi núi, với độ cao giảm dần từ Bắc xuống trung tâm và tăng dần về phía Đông Nam, trung bình từ 450m đến 500m Khu vực phía Bắc và Đông Nam có các đỉnh núi cao từ 600m đến 880m Địa hình xã Đăk Kơ Ning được chia thành 3 vùng chính với 3 kiểu địa hình khác nhau.
Vùng địa hình tương đối bằng phẳng, hay còn gọi là vùng địa hình lượn sóng nhẹ đến trung bình, nằm ở trung tâm xã với độ cao trung bình khoảng 300m và độ dốc dao động từ 5° đến 12° Địa hình này rất thuận lợi cho việc phát triển đất sản xuất nông nghiệp.
- Vùng địa hình đồi núi trung bình :
Vùng phía Đông và Tây Nam của xã có đặc điểm địa hình với sườn dốc nhỏ hơn 25 độ và đỉnh bàng có độ dốc từ 0-15 độ Độ cao trung bình của khu vực này dao động từ 350m đến 450m, tạo điều kiện thuận lợi cho mô hình canh tác nông-lâm kết hợp.
Vùng địa hình đồi núi cao ở phía Bắc và Đông Nam của xã có độ cao trung bình từ 600m đến 800m, chủ yếu được bao phủ bởi rừng tự nhiên.
2.6.1.3 Khí hậu, thủy văn a) Về khí hậu
Xã Đăk Kơ Ning tọa lạc tại sườn Đông Nam của cao nguyên Pleiku, nơi có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa với hai mùa rõ rệt Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến cuối tháng 10, chiếm 80-90% tổng lượng mưa hàng năm, đặc biệt tập trung vào các tháng 7, 8 và 9, với gió mùa Tây Nam thịnh hành Ngược lại, mùa khô diễn ra từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, chỉ chiếm 10-20% lượng mưa cả năm, và có những tháng gần như không có mưa.
Theo số liệu quan trắc nhiều năm tại trạm khí tượng thủy văn thị xã An Khê, các chỉ số nhiệt độ đã được ghi nhận và phân tích một cách chi tiết.
+ Nhiệt độ trung bình hàng năm là 26,1 o C
+ Nhiệt độ cao tuyệt đối của năm là 28,1 o C
+ Nhiệt độ tối thấp của năm là 23,1 o C
- Lượng mưa, độ ẩm: Lượng mưa trung bình năm rất thấp, khoảng 900 mm đến 1.200 mm/năm, độ ẩm bình quân năm 65- 70%
Chế độ gió tại khu vực này chủ yếu theo hai hướng Đông Bắc và Tây Nam, với tốc độ gió thường dao động từ 3-4 m/s Trong mùa khô, mặc dù không có bão, nhưng thường xảy ra các cơn lốc và áp thấp nhiệt đới, dẫn đến những trận mưa giông kéo dài.
Xã Đăk Kơ Ning nằm trong lưu vực sông Đăk Pơ Pho, có địa hình chia cắt mạnh với nhiều suối nhánh, dẫn đến nguồn nước dồi dào vào mùa mưa nhưng khô hạn vào mùa khô Hiện tại, điều kiện thuỷ lợi của xã còn khó khăn, với phần lớn diện tích đất nông nghiệp chưa được tưới tiêu Tuy nhiên, với hệ thống sông suối và địa hình hiện có, Đăk Kơ Ning có tiềm năng phát triển thêm các công trình thuỷ lợi, đặc biệt là các công trình nhỏ, nhằm phục vụ cho sản xuất nông nghiệp trong tương lai.
Xã Đăk Kơ Ning có các nhóm đất chính sau:
Nhóm đất phù sa (P) bao gồm các loại đất phù sa ngòi suối (Dystric Fluvisols), gồm đất phù sa được bồi, không được bồi và đất phù sa sông ngòi suối Loại đất này phân bố dọc theo sông Ba và các suối lớn, có tiềm năng phát triển cây hoa màu Trong điều kiện có nước tưới, đất phù sa cho phép trồng lúa hai vụ hoặc lúa - màu, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho nông dân.
Nhóm đất xám (X) – Acrisols bao gồm đất xám trên phù sa cổ và đất xám trên đá macma acid, phân bố trên nhiều dạng địa hình như bằng thấp ven hợp thủy, bậc thềm phẳng, và đồi thấp đến núi cao Đất xám trên phù sa cổ chủ yếu nằm ở địa hình bằng thấp với tầng đất dày hơn so với đất xám trên macma acid Mặc dù độ phì của đất xám không cao, nhưng với độ dốc