1.2. Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong
1.3.1. Nghiên cứu về dự báo nguy cơ cháy rừng
Công tác dự báo nguy cơ cháy rừng ở Việt Nam được bắt đằu từ năm 1981. Tuy nhiên, trong thời gian đầu chủ yếu áp dụng phương pháp dự báo của Nesterop [2]. Đây là phương pháp đơn giản, cấp nguy hiểm của cháy rừng được xác định theo giá trị P được xác định dựa trên quan hệ giữa nhiệt độ và độ thiếu hụt bão hồ của khơng khí lúc 13 giờ hàng ngày kể từ ngày cuối cùng có lượng mưa lớn hơn 3 mm. Đến năm 1988 nghiên cứu của Phạm Ngọc Hưng đã cho thấy, phương pháp của Nesterop sẽ có độ chính xác cao hơn nếu tính giá trị P kể từ ngày cuối cùng có lượng mưa lớn hơn 5 mm. Ngoài ra, trên cơ sở phát hiện mối liên hệ chặt chẽ giữa số ngày khô hạn liên tục H (số ngày liên tục có lượng mưa dưới 5 mm) với chỉ số P, Phạm Ngọc Hưng cũng đã đưa ra phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng theo số ngày khơ hạn liên tục. Ơng xây dựng một bảng tra cấp nguy hiểm của cháy rừng căn cứ vào số ngày khơ hạn liên tục cho các mùa khí hậu trong năm.
Tuy nhiên, khi nghiên cứu về tính thích hợp của một số phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng ở miền Bắc Việt Nam, Bế Minh Châu (2001) [4] đã khẳng định phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng theo chỉ tiêu P và H có độ chính xác thấp ở những vùng có sự ln phiên thường xun của các khối khơng khí biển và lục địa hoặc vào các thời gian chuyển mùa. Trong những trường hợp như vậy, mức độ liên hệ của chỉ số P và H với độ ẩm vật liệu dưới rừng và tần suất xuất hiện của cháy rừng rất thấp. Từ 1989 - 1991, dự án tăng cường khả năng phòng chống cháy rừng cho Việt Nam của UNDP đã nghiên cứu, soạn thảo phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng theo chỉ tiêu khí tượng tổng hợp P của Nesterop nhưng thêm yếu tố gió. Chỉ tiêu P của Nesterop đã được Cooper hiệu chỉnh khi nhân với hệ số là 1,0; 1,5; 2;0, và 3,0 nếu có tốc độ gió tương ứng là 0 - 4, 5 - 15, 16 - 25, và lớn hơn 25 km/giờ. Tuy nhiên, đến nay chỉ tiêu này vẫn chỉ đang ở giai đoạn thử nghiệm.
Năm 1993, Võ Đình Tiến đã đưa ra phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng từng tháng ở Bình Thuận theo 6 yếu tố: nhiệt độ khơng khí trung bình, lượng mưa trung bình, độ ẩm khơng khí trung bình, vận tốc gió trung bình, số vụ cháy rừng trung bình, lượng người vào rừng trung bình. Tác giả đã xác định được cấp nguy hiểm với cháy rừng của từng tháng trong cả mùa cháy. Đây là chỉ tiêu có tính đến cả yếu tố thời tiết và yếu tố kinh tế - xã hội liên quan đến nguy cơ cháy rừng. Tuy nhiên, vì căn cứ vào số liệu khí tượng trung bình nhiều năm nên cấp dự báo của tác giả chỉ thay đổi theo thời gian của lịch mà khơng thay đổi theo thời tiết hàng ngày. Vì vậy, nó mang ý nghĩa của phương pháp xác định mùa cháy nhiều hơn là dự báo nguy cơ cháy rừng.
Trong Hội thảo "Sinh khí hậu phục vụ quản lý bảo vệ rừng và giảm nhẹ thiên tai" tổ chức tại Trường Đại học Lâm nghiệp năm 2004, nhóm tác giả Vương Văn Quỳnh đã giới thiệu phần mềm dự báo lửa rừng. Mục đích của nó là tự động hố việc cập nhật thông tin, dự báo và tư vấn về giải pháp phòng chống cháy rừng. Phần mềm đã được đánh giá như một sáng kiến trong dự báo lửa rừng Việt Nam. Tuy nhiên, đây là phần mềm dự báo nguy cơ cháy rừng ở những trạm đơn lẻ, chưa liên kết với kỹ thuật GIS và viễn thám, do đó chưa tự động hố được việc dự báo nguy cơ cháy rừng cho vùng lớn.
Đến nay ở Việt Nam, Cơ quan Kiểm lâm đã áp dụng một cách hiệu quả kỹ thuật của tin học, viễn thám và các phương tiện truyền thông hiện đại vào dự báo, phát hiện sớm và thông tin về cháy rừng (bản tin dự báo cháy rừng đưa lên truyền hình trên kênh VTV1). Tuy nhiên, phương pháp đó vẫn chưa tính đến đặc điểm của kiểu rừng, đặc điểm tiểu khí hậu và những yếu tố kinh tế - xã hội, đặc biệt là mùa vụ canh tác và tập quán canh tác có ảnh hưởng đến cháy rừng ở địa phương.
1.3.2. Nghiên cứu về các cơng trình phịng cháy, chữa cháy rừng
Hiện những nghiên cứu về hiệu lực của các công trình cũng như phương pháp và phương tiện phịng cháy chữa cháy rừng còn khá khiêm tốn. Mặc dù trong các quy phạm phịng cháy chữa cháy rừng có đề cập đến những tiêu chuẩn của các cơng trình phịng chống cháy rừng, những phương pháp và phương tiện phòng
chống cháy rừng song phần lớn đều được xây dựng trên cơ sở tham khảo tư liệu của nước ngồi, chưa có khảo nghiệm đầy đủ trong điều kiện Việt Nam.
1.3.3. Nghiên cứu biện pháp phòng cháy, chữa cháy rừng
Các nghiên cứu về biện pháp phòng chống cháy rừng ở Việt Nam chủ yếu hướng vào thử nghiệm và phân tích hiệu quả của giải pháp đốt trước nhằm giảm khối lượng vật liệu cháy. Phó Đức Đỉnh (1993) đã thử nghiệm đốt trước vật liệu cháy dưới rừng thông non 2 tuổi tại Đà Lạt. Theo tác giả ở rừng Thông non nhất thiết phải gom vật liệu cháy vào giữa các hàng cây hoặc nơi trống để đốt, chọn thời tiết đốt để ngọn lửa âm ỉ, khơng cao q 0,5 m có thể gây cháy tán cây. Phan Thanh Ngọ thử nghiệm đốt trước vật liệu cháy dưới rừng thông 8 tuổi ở Đà Lạt (Phan Thanh Ngọ, 1996). Tác giả cho rằng với rừng Thông lớn tuổi không cần phải gom vật liệu trước khi đốt mà chỉ cần tuân thủ những nguyên tắc về chọn thời tiết thích hợp để đốt. Tác giả cho rằng có thể áp dụng đốt trước vật liệu cháy cho một số loại rừng ở địa phương khác, trong đó có rừng khộp ở Đắc Lắc và Gia Lai.
Ngồi ra, đã có một số tác giả đề cập đến giải pháp xã hội cho phòng chống cháy rừng [2, 12]. Các tác giả đã khẳng định rằng việc tuyên truyền về tác hại của cháy rừng, quy hoạch vùng sản xuất nương rẫy, hướng dẫn về phương pháp dự báo, cảnh báo, xây dựng các cơng trình phòng chống cháy rừng, tổ chức lực lượng phòng chống cháy rừng, quy định về dùng lửa trong dọn đất canh tác, săn bắn, du lịch,... sẽ là những giải pháp xã hội quan trọng trong phòng chống cháy rừng. Tuy nhiên, phần lớn những kết luận đều dựa vào nhận thức của các tác giả là chính. Cịn rất ít những nghiên cứu mang tính hệ thống về ảnh hưởng của các yếu tố kinh tế xã hội đến cháy rừng.
Có thể kể đến một số cơng trình tiêu biểu nghiên cứu phân loại thảm thực vật rừng dễ cháy để phân cấp nguy cơ cháy rừng và dự báo cháy rừng gồm:
+ Đề tài cấp nhà nước KC.08.24 “Nghiên cứu giải pháp phòng chống và
khắc phục hậu quả cháy rừng cho vùng U minh và Tây Nguyên” do PGS.TS.
Vương Văn Quỳnh, Trường Đại học Lâm nghiệp làm chủ nhiệm, thực hiện trong 2 năm (2004 - 2005) [12]. Đề tài đã xây dựng phần mềm tự động phát hiện cháy rừng
từ ảnh vệ tinh Landsat ETM+ và MODIS. Phần mềm được xây dựng trên cơ sở tổ hợp các kênh đa phổ kết hợp với dữ liệu GIS để phát hiện các điểm cháy rừng trên tồn lãnh thổ Việt Nam. Trong q trình phân vùng trọng điểm cháy rừng, nhóm nghiên cứu đã dựa vào đặc điểm vật liệu cháy (khối lượng, độ ẩm và phân bố của vật liệu cháy) kết hợp với tần suất xuất hiện đám cháy ở các trạng thái rừng để phân chia thành 3 cấp: ít bị cháy, có khả năng bị cháy và dễ cháy. Kết quả của đề tài đã đưa ra được bảng phân loại rừng theo mức nguy cơ cháy rừng cho khu vực Tây Nguyên như sau:
Bảng 1.2. Phân cấp khả năng cháy của các loại thảm thực vật rừng khác nhau
Mã số Trạng thái Cấp khả năng cháy Mã số Trạng thái Cấp khả năng cháy 10 Rừng gỗ tự nhiên (không phân loại) 1 71 Rừng đặc sản 2 11 Rừng giàu 1 31 Rừng khộp (rụng lá) 3 12 Rừng trung bình 1 41 Rừng lá kim tự nhiên 3 13 Rừng nghèo 1 70 Rừng trồng 3 21 Rừng phục hồi IIA 1 80 Đất trống không phân
biệt 3
22 Rừng phục hồi IIB 1 81 Đất trống có cỏ 3 23 Rừng non có trữ lượng
(IIA2, IIB2) 1 82 Đất trống có cây bụi 3 26 Rừng nghèo (IIA1, IIB1) 1 83 Đất trống có cây gỗ rải
rác 3
42 Rừng hỗn giao lá rộng, lá
kim 1 140 Rừng trồng 3
52 Rừng hỗn giao gỗ + tre nứa 1 160 Đất trống không phân
biệt 3
60 Rừng ngập mặn 1 162 Đất trống có cỏ 3 103 Cây cơng nghiệp 1 164 Đất trống có cây bụi 3 104 Cây ăn quả 1 166 Đất trống có cây gỗ rải
rác 3
20 Rừng non khơng phân biệt 1 110 Đất nông nghiệp 4 141 Đầm lầy, bãi ngập 1 111 Lúa, màu 4
14 Rừng non chưa có trữ lượng 1 112 Nương rẫy 4 24 Rừng non chưa có trữ lượng
(IIA1, IIB2) 1 121 Dân cư 4 72 Rừng trồng trên đất ngập
nước ven biển 1 122 Đất chuyên dụng 4 48 Rừng non chưa có trữ lượng 1 123 Bãi cát 4 51 Rừng tre nứa (Lồ ô, Vầu, Le,
Tre) 2 130 Đất khác 4
55 Ảnh số có rừng KK98 khơng
rừng 2 142 Sông, hồ suối 4 64 Ảnh số không rừng KK98 có
rừng 2 224 Nương rẫy 4
91 Núi đá có cây 2 394 Đất nông nghiệp 4 92 Núi đá 2 678 Sông, hồ suối 4 101 Vườn rừng 2
Nguồn: Vương Văn Quỳnh, 2005. Báo cáo tổng kết Đề tài KC.08.24
Kết quả nghiên cứu của đề tài KC.08.24 là một thành công lớn đối với công tác phân loại thảm thực vật rừng theo cấp khả năng cháy và quản lý lửa rừng. Tuy nhiên, kết quả này mới chỉ áp dụng ở phạm vi khu vực Tây Nguyên và rừng Tràm ở U Minh Thượng. Chưa được áp dụng cho quy mô cấp tỉnh.
+ PGS.TS. Phạm Văn Cự và các cộng tác viên (2004) đã triển khai "Nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám NOAA-AVHRR và MODIS trong theo dõi diến biến cháy lớp phủ thực vật ở Việt Nam". Nghiên cứu đã xây dựng thuật tốn tính
lửa và phát hiện điểm cháy từ 2 loại tư liệu này. Ảnh MODIS với tần xuất thu 4 ảnh/ngày, 36 kênh phổ có thể sử dụng để phân vùng nhiệt độ bề mặt trái đất, rất thích hợp cho việc phân tích chỉ số thực vật và hỗ trợ cảnh báo nguy cơ cháy rừng ở Việt Nam.
+ Từ năm 2007, Công ty Cổ phần Hệ thống Thông tin Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công “Hệ thống thơng tin phịng cháy chữa cháy rừng”. Hệ thống này gồm: Phần mềm cảnh báo cháy rừng, phần mềm phần vùng trọng điểm cháy rừng, trang tin phòng cháy rừng trực tuyến (WEB), phần mềm phát hiện sớm cháy rừng (SMS), phần mềm chỉ huy chữa cháy rừng. Đây là hệ thống ứng dụng đầu tiên tại
Việt Nam về phịng cháy chữa cháy rừng, có khả năng quy hoạch, phân vùng trọng điểm nguy cơ cháy rừng; dự báo, cảnh báo nguy cơ cháy rừng; phát hiện sớm điểm cháy rừng; truyền tin, xử lý thông tin và chỉ huy chữa cháy rừng; huy động lực lượng và tổ chức chữa cháy rừng.
+ Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến (Firewatch Việt Nam) của Cục
Kiểm lâm Việt Nam: Từ đầu năm 2007, Cục Kiểm lâm đã lắp đặt và vận hành trạm
thu ảnh viễn thám MODIS tại Hà Nội với mục đích chính là phát hiện sớm các điểm cháy rừng (hotspots) trên toàn lãnh thổ Việt Nam. Hệ thống trạm thu của TeraScan và Aqua với modun Vul can tự động xử lý và tạo ra dữ liệu các điểm cháy sử dụng thuật tốn ATBD-MOD14. Thơng tin các điểm cháy phát hiện được đã được truyền tải một cách nhanh nhất đến các địa phương trên tồn quốc thơng qua trang Web của Cục nhằm hỗ trợ kịp thời cơng tác phịng cháy chữa cháy rừng trên toàn quốc. Từ năm 2008, Cục Kiểm lâm tiếp tục phát triển Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến (gọi tắt là FireWatch Việt Nam) do Công ty TNHH Tư vấn GeoViệt xây dựng, là một hệ thống tự động phát hiện sớm các điểm cháy trên toàn lãnh thổ Việt Nam từ dữ liệu ảnh MODIS và AVHRR trên vệ tinh TERRA, AQUA và các vệ tinh NOAA thu được thường xuyên tại trạm thu TeraScan đặt tại Cục Kiểm lâm. FireWatch Việt Nam (Phiên bản 2.0, 2008) nhằm hỗ trợ lực lượng kiểm lâm toàn quốc và các đơn vị, người dân liên quan thực hiện phịng cháy chữa cháy rừng, khai thác thơng tin cháy, quản lý cháy rừng kịp thời và hiệu quả. Các chức năng chính của FireWatch sau:
- Cập nhật tức thời (real-time) thơng tin về các điểm cháy phát hiện được từ dữ liệu vệ tinh.
- Cung cấp, cập nhật danh mục điểm cháy, thông tin cháy chi tiết (gồm tên vệ tinh, ngày giờ, tọa độ địa lý, thuộc đơn vị hành chính đến cấp xã, cường độ cháy và diện tích ảnh hưởng) cho 5 phiên ảnh gần nhất.
- Cung cấp, cập nhật các điểm cháy cho 3 phiên ảnh gần nhất trên nền dịch vụ bản đồ phục vụ cho các đơn vị kiểm lâm trên tồn quốc khai thác thơng tin cháy một cách tương tác giúp quản lý cháy rừng kịp thời và hiệu quả. Dịch vụ bản đồ
trực tuyến gồm bản đồ nền địa lý, hành chính, nền địa hình (DEM), bản đồ hiện trạng rừng và nền ảnh ghép Landsat TM.
- Cung cấp, cập nhật ảnh cháy do hệ thống trạm thu của SeaSpace tự động tạo nên và ảnh Quicklooks phục vụ việc theo dõi hiện trạng phủ mây và chất lượng ảnh.
- Cơ sở dữ liệu cháy cho phép tìm kiếm tra cứu dữ liệu cháy lịch sử theo ngày tháng năm và theo địa phương.
- Dữ liệu thống kê cháy theo thời gian và theo địa phương.
Bên cạnh đó, hệ thống FireWatch cịn cung cấp dịch vụ cho phép tra cứu và download những dữ liệu đó phục vụ các ứng dụng giám sát tài nguyên môi trường đa ngành (diễn biến rừng, nơng nghiệp, nghiên cứu biển, thời tiết, khí hậu, phịng chống thiên tai, lũ lụt,…).
Cục Kiểm lâm sẽ cho thử nghiệm hệ thống thiết bị FireWatch trong việc cảnh báo sớm nguy cơ cháy rừng ở nước ta. Hệ thống này được đánh giá có độ nhạy và khả năng cảm biến cao, mỗi máy có thể bao quát 24.000 ha rừng. Dự kiến, hệ thống FireWatch được lắp thử nghiệm ở 3 khu vực Vườn Quốc gia Yok Đôn (Đắc Lắc), U Minh Hạ (Cà Mau) và huyện Lộc Bình của Lạng Sơn; sau đó rút kinh nghiệm, đề xuất các bước tiếp theo để thực hiện trên phạm vi cả nước.
Các nghiên cứu dự báo nguy cơ cháy rừng đã phản ánh khá rõ hiện trạng rừng ở Việt Nam, với nguy cơ cháy rừng xảy ra ở khắp nơi tại mọi thời điểm. Các nghiên cứu này đã áp dụng công nghệ viễn thám hiện đại cho kết quả đáng tin cậy trong dự báo nguy cơ cháy rừng ở Việt Nam. Kế thừa các nghiên cứu có tính khoa học cao này, luận văn tiếp tục nghiên cứu nhằm phân vùng nguy cơ cháy rừng ở khu vực Sơn Động, Bắc Giang sử dụng cơng nghệ Viễn thám và GIS góp phần bảo vệ tài nguyên rừng một cách hợp lý, hiệu quả cao.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ CHÁY RỪNG BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN
THÁM VÀ GIS
2.1. Vai trị của cơng nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu cháy rừng vàphân vùng nguy cơ cháy rừng phân vùng nguy cơ cháy rừng
2.1.1. Vai trị của cơng nghệ viễn thám và GIS trong quản lý bảo vệ rừng
Trong giai đoạn hiện nay, sự phát triển công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý mở ra nhiều ứng dụng trong các nghành khoa học, đặc biệt trong lĩnh vực tài ngun mơi trường. Trong lâm nghiệp, viễn thám có thể sử dụng trong việc xác định, phân tích các khu rừng: xác định vị trí, hình dạng, kích thước, tình trạng suy thoái và mức độ tác động nghiêm trọng của con người thông qua việc phá rừng,