CHƯƠNG II: CƠ CHẾ THU NHẬN THÔNG TIN RADAR VÀ CÁC NHÂN TỐ TỰ NHIÊN ẢNH HƯỞNG TỚI THUỘC TÍNH ẢNH RADAR Ở TỈNH HOÀ BÌNH
3.3. Tính toán hồi quy giữa kết quả đo sinh khối ô tiêu chuẩn và giá trị tán xạ ngược tại các vị trí tương ứng trên ảnh
3.3.1 Tính toán hồi quy đối với sinh khối rừng toàn tỉnh Hòa Bình
3.3.1.2. Kết quả hồi quy đối với dữ liệu ENVISAT ASAR
Giá trị tán xạ ô tiêu chuẩn được đo trên ảnh ENVISAT ASAR và giá trị sinh khối đo đạc và tính toán ngoài thực địa được sử dụng để tính toán hồi quy. Việc hồi quy được thực hiện sử dụng thuật toán hồi quy trên phần mềm Microsoft Excel.
1. Hồi quy tuyến tính
Sinh khối đo được tại vị trí các ô tiêu chuẩn được sử dụng để hồi quy với giá trị tán xạ trên ảnh. Hình 3.17 thể hiện kết quả hồi quy tuyến tính giữa giá trị sinh khối trên mặt đất ô tiêu chuẩn và giá trị tán xạ ngược trên ảnh ENVISAT ASAR tại các vị trí tương ứng. Hình vẽ thể hiện tương quan giữa giá trị tán xạ ngược phân cực HV là tốt hơn nhiều so với phân cực HH với hệ số xác định tương ứng là R2 là 0,14 và 0,03. Điều này là phù hợp như trình bày trong Chương II đó là phân cực đảo thường chứa nhiều thông tin về sinh khối thực vật, vì khi tia RADAR có khả năng đâm xuyên vào vòm lá, tương tác với thân và cành gây đảo phân cực hay hiện tượng tán xạ khối, khi trở về đầu thu mang thông tin về sinh khối thực vật.
Hình 3. 17: Hồi quy tuyến tính giá trị sinh khối và giá trị tán xạ của ảnh
R² = 0,039
0 50 100 150 200
-25 -15 -5
Giá trị sinh khối (tấn/ha)
Giá trị tán xạ (dB)
Phân cực HH ngày 25 tháng 3
R² = 0,140
0 50 100 150 200
-20 -10 0
Giá trị sinh khối (tấn/ha)
Giá trị tán xạ (dB)
Phân cực HV ngày 25 tháng 3
115 2. Hồi quy đa thức bậc 2
Hình 3.18 cho thấy hàm đa thức bậc 2 thích hợp hơn so với hàm tuyến tính khi hồi quy giữa sinh khối ô đo tại các ô tiêu chuẩn với giá trị tán xạ tương ứng trên ảnh. Bảng cũng thể hiện rõ ràng rằng sự tương quan của giá trị tán xạ ngược trên ảnh ASAR phân cực HH với sinh khối lớp phủ thực vật tỉnh Hòa Bình (khoảng 0,13) là nhỏ hơn so với phân cực HV (khoảng 0,16), hay nói cách khác sử dụng phân cực HH để tính sinh khối là kém hiệu quả hơn so với sử dụng phân cực HV. Điều này cũng phù hợp với lý thuyết trình bày trong chương II, phân cực đảo xảy ra trong điều kiện tán xạ khối khi tia RADAR đâm xuyên vào thành phần của thực vật (thân, cành...) nên mang nhiều thông tin về thực vật hơn là tán xạ bề mặt.
Ngoài ra, hình 3.18 cũng cho thấy các điểm ô tiêu chuẩn có sinh khối lớn hơn 60 tấn thì giá trị tán xạ thường không thay đổi với giá trị khoảng -5 dB với phân cự HH và -3 dB với phân cực HV. Điều này có thể kết luận là giá trị tán xạ trên ảnh ASAR là bão hòa khi sinh khối trên mặt đất của lớp phủ rừng lớn hơn 70 tấn. Kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu khác trên thế giới [46, 77].
Hình 3. 18: Hồi quy đa thức bậc hai giá trị sinh khối và giá trị tán xạ của ảnh
R² = 0,136
0 50 100 150 200
-25 -15 -5
Giá trị sinh khối (tấn/ha)
Giá trị tán xạ (dB)
Phân cực HH ngày 25 tháng 3
R² = 0,155
0 50 100 150 200
-20 -10 0
Giá trị sinh khối (tấn/ha)
Giá trị tán xạ (dB)
Phân cực HV ngày 25 tháng 3
116
Với kết luận này, việc hồi quy các ô tiêu chuẩn có giá trị sinh khối nhỏ hơn 60 tấn với giá trị tán xạ ngược trên ảnh được tiến hành.
Hình 3. 19: 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
Hình 3.19 cho thấy sự tương quan của giá trị tán xạ trên ảnh đối với rừng có sinh khối rừng trên mặt đất nhỏ hơn 70 tấn là khá tốt, hệ số tương quan R khoảng 0,38 với phân cực HH và 0,78 với phân cực HV.
3. Hồi quy đa biến
Việc hồi quy đa biến được thực hiện bằng phần mềm Microsoft Excel cho trị đo của 07 cảnh ảnh ENVISAT ASAR chụp từ tháng 03 đến tháng 4 năm 2009 với phân cực HH và HV với góc chụp thay đổi từ IS1 đến IS4 hay tâm chùm tia dao động từ 190 đến 340, ảnh được chụp từ hai quỹ đạo đi lên và đi xuống (cấu hình chụp ảnh mô tả chi tiết trong bảng 3.2).
Giá trị tán xạ đo được tại các điểm ảnh tương ứng với vị trí của các ô tiêu chuẩn được hồi quy với giá trị sinh khối đo được của các ô tiêu chuẩn.
Bảng 3.7 thể hiện kết quả hồi quy đa biến cho các trị đo khác nhau của ảnh.
R² = 0,380
0 20 40 60 80 100
-25 -15 -5
Giá trị sinh khối (tấn/ha)
Giá trị tán xạ (dB)
Phân cực HH ngày 25 tháng 3
R² = 0,779
0 20 40 60 80 100
-20 -10 0
Giá trị sinh khối (tấn/ha)
Giá trị tán xạ (dB)
Phân cực HV ngày 25 tháng 3
117
Bảng 3. 7: Hồi quy đa biến đối với dữ liệu ENVISAT ASAR
Trị đo sử dụng R2 F F tới
hạn
Sai số chuẩn Phân cực HH và HV của 1 ảnh 0,678 19,983 0,000 9,255 Phân cực HH và HV của 2 ảnh 0,826 21,621 0,000 6,986 Phân cực HH và HV của 3 ảnh 0,840 13,158 0,000 7,332 Phân cực HH và HV của 4 ảnh 0,868 10,724 0,000 7,150 Phân cực HH và HV của 5 ảnh 0,871 7,445 0,001 7,688 Phân cực HH và HV của 6 ảnh 0,926 9,402 0,001 6,439 Phân cực HH và HV của 7 ảnh 0,967 14,700 0,001 4,872 Phân cực HV của 7 ảnh 0,741 31,621 0,000 4,633 Phân cực HH của 7 ảnh 0,557 2,519 0,067 12,636 Phân cực HH và HV của 4 ảnh
quỹ đạo đi xuống 0,792 11,050 0,000 7,057 Phân cực HH và HV của 3 ảnh
quỹ đạo đi lên 0,821 24,799 0,000 5,552
Bảng 3.7 cho thấy kết quả hồi quy giữa giá trị tán xạ trên ảnh và sinh khối rừng được cải thiện đáng kể khi sử dụng dữ liệu với cấu hình chụp ảnh khác nhau và kết quả hồi quy còn được cải thiện hơn khi sử dụng cả trị đo phân cực HH và HV. Cụ thể hệ số xác định R2 tăng từ 0,68 khi hồi quy sử dụng trị đo giá trị tán xạ ảnh phân cựcHH và HV của 1 ảnh lên tới 0,97 khi sử dụng trị đo phân cực HH và HV của 7 cảnh ảnh với hệ số F kiểm định luôn lớn hơn hệ số F tới hạn, nói cách khác mối quan hệ tuyến tính này có độ tin cậy cao hay nói cách khác là luôn có mối quan hệ tuyến tính giữa trị đo tán xạ
118
trên ảnh và giá trị sinh khối trên mặt đất của lớp phủ rừng Hòa Bình [13, 70].
Bảng 3.7 cũng thể hiện, khi sử dụng riêng từng phân cực HH hoặc HV của 7 cảnh ảnh thì mặc dù giá trị của hệ số xác định R2 có cải thiện nhưng không nhiều (0,74 và 0,56 với phân cực HV và HH tương ứng).
Việc kết quả hồi quy tốt lên khi sử dụng ảnh với cấu hình góc chụp khác nhau có thể giải thích được như sau:
Như phân tích ở Chương II, với các góc chụp khác nhau, tia RADAR có khả năng đâm xuyên khác nhau và việc tương tác với các thành phần của thực vật theo nhiều góc độ khác nhau nên mang nhiều thông tin về lớp phủ thực vật.
Bên cạnh đó việc kết hợp hai quỹ đạo đi xuống và đi lên cũng như với góc chụp khác nhau giúp giảm thiểu ảnh hưởng của địa hình đến giá trị tán xạ trên ảnh. Thực vậy, với việc sử dụng hai quỹ đạo ngược nhau (đi lên và đi xuống) và góc chụp khác nhau giúp hạn chế ảnh hưởng của vùng bị bóng cũng như hiện tượng ngắn và chồng đè ở các sườn núi hướng về ăng ten do thông tin thu thập được là thông tin phản hồi từ hai sườn của một dãy núi.
Bảng 3.7 cũng thể hiện nếu hồi quy sử dụng dữ liệu từ riêng quỹ đạo đi lên hoặc quỹ đạo đi xuống sẽ cho kết quả hồi quy kém khả quan hơn so với dùng dữ liệu phối hợp giữa quỹ đạo đi lên và đi xuống với hệ số xác định khi sử dụng 4 cảnh ảnh của quỹ đạo đi xuống là 0,79 so với 0,87 của việc sử dụng phối hợp giữa hai quỹ đạo.