Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh radar trong xác định sinh khối rừng tỉnh Hòa Bình

CHƢƠNG 2: SAR VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÁC ĐỊNH SINHKHỐI

2.1. Đặc tính vật lý ảnh radar

Viễn thám siêu cao tần hay viễn thám radar là phương pháp viễn9

thám chủ động hoạt động trong dải siêu cao tần của quang phổ sóng

điện từ. Hệ thống viễn thám radar chủ động phát đi các tín hiệu dưới

dạng xung điện từ và ghi lại phần năng lượng phản xạ (tán xạ ngược)

của tín hiệu đó sau khi tương tác với các đối tượng bề mặt. Các thông số

có ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng đến tín hiệu phàn hồi của hệ thống

radar khi tương tác với thực vật gồm chiều dài bước sóng, phân cực vàgóc tời.

Chiều dài bước sóng là khoảng cách giữa hai đỉnh của giao động

sóng hình sin. Sóng radar có bước sóng ngắn như kênh X và kênh C khó

có thể xuyên sâu vào trong vòm là của tán cây rừng dày đặc trái lại sóng

radar có bước sóng dài như kênh L hay kênh P thì có thể xuyên sâu vào

trong vòm lá hơn.

pdf26 trang | Chia sẻ: lavie11 | Ngày: 14/12/2020 | Lượt xem: 30 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh radar trong xác định sinh khối rừng tỉnh Hòa Bình, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
iêu và nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu Xây dựng cơ sở khoa học cho việc lựa chọn phương pháp và dữ liệu viễn thám siêu cao tần phù hợp trong xác định sinh khối rừng ở Việt Nam. Đánh giá khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám siêu cao tần đối với xác định sinh khối lớp phủ rừng trên mặt đất của Việt Nam. Nhiệm vụ Để thực hiện được các mục tiêu nêu trên, những nội dung sau cần được nghiên cứu: - Tổng quan về rừng Việt Nam nói chung và rừng tỉnh Hòa Bình nói riêng để làm rõ tính đặc thù của đối tượng cần nghiên cứu; - Tổng quan về phương pháp viễn thám trong nghiên cứu về sinh khối rừng nhằm làm rõ, kế thừa các kết quả nghiên cứu đi trước, làm sáng tỏ cơ cở khoa học của việccac đồng thời định hướng các nghiên cứu cho luận văn. - Thử nghiêm xác định sinh khối rừng trên mặt đất tại tỉnh Hòa Bình sử dụng dữ liệu ENVISAT ASAR và ALOS PALSAR; 3 - Kiểm chứng kết quả tính sinh khối rừng trên mặt đất từ dữ liệu viễn thám siêu cao tần bằng các dữ liệu khác; - Phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm và phương pháp tính sinh khối rừng. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu Về không gian: Luận án nghiên cứu ứng dụng ảnh radar cho xác định sinh khối rừng trên tỉnh Hòa Binh. Về thời gian: Luận án nghiên cứu dựa trên dữ liệu năm 2009. Về đối tƣợng nghiên cứu: Sinh khối trên mặt đất của rừng; Đặc tính tương tác tia RADAR và lớp phủ rừng; Phương pháp tính sinh khối rừng. Những điểm mới của Luận án - Đưa ra được sự lựa chọn tối ưu cho dữ liệu phân cực (HH và HV) trong bài toán đánh giá sinh khối trên mặt đất của rừng khu vực nghiên cứu; - Phương pháp tích hợp dữ liệu với cấu hình chụp ảnh khác nhau một cách có lựa chọn để nâng cao độ chính xác tính sinh khối trên mặt đất của rừng; - Chỉ ra ngưỡng bão hòa của tán xạ ngược trên ảnh radar đối với sinh khối rừng khu vực nghiên cứu; 4 - Chỉ ra ngưỡng giới hạn thấp nhất của sinh khối, ngưỡng mà tán xạ ngược của nền đất ành hưởng lớn đến kết quả xác định sinh khối. - Kết quả tính sinh khối rừng trên mặt đất bằng dữ liệu viễn thám siêu cao tần cho đối tượng đặc thù là rừng tỉnh Hòa Bình. Luận điểm bảo vệ - Sử dụng dữ liệu viễn thám siêu cao tần với các phương thức phân cực HH, HV cho phép đánh giá sinh khối trên mặt đất cho cả rừng trồng và rừng tự nhiên tại khu vực nghiên cứu. - Phối hợp dữ liệu với cấu hình chụp ảnh khác nhau sẽ góp phần tăng độ chính xác trong tính sinh khối rừng trên mặt đất sử dụng dữ liệu viễn thám siêu cao tần. 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 Sinh khối thực vật được hiểu là khối lượng các vật chất hữu cơ còn sống hay đã chết của thực vật có thể chưa khô (sinh khối tươi), tuy nhiên phổ biến được hiểu là trọng lượng khô của thực vật. Theo Brown, 1997, sinh khối thực vật được định nghĩa là tất cả các thành phần sống của thực vật ở trên mặt và dưới mặt đất cả cây bụi, cây non, bao gồm cành, lá, vỏ cây và các thực vật đã chết và được biểu thị bằng đơn vị là tấn hoặc mega-gram. Sinh khối rừng bao gồm: sinh khối trên bề mặt đất (AGB); sinh khối dưới bề mặt đất; khối vật chất hữu cơ 5 đã chết; rác vụn. Hình 1. 1 Các thành phần sinh khối trên mặt đất và dưới mặt đất Để tính sinh khối rừng có hai phương pháp đó là xác định trực tiếp thông qua các thông số đo đếm kích thước của cá thể thực vật ngoài thực địa và phương pháp gián tiếp thông qua các trị đo viễn thám. 1.2. Tổng quan rừng Việt Nam Hệ sinh thái rừng Việt Nam hết sức phong phú, Thái Văn Trừng căn cứ vào quan điểm sinh thái phát sinh quần thể thực vật để phân loại thảm thực vật rừng Việt Nam thành 14 kiểu thảm thực vật chia làm 5 nhóm kiểu rừng chính gồm có: các kiểu rừng kín vùng thấp; các kiểu rừng thưa; các kiểu trảng truông; các kiểu rừng kín vùng cao; các kiểu quần hệ khô lạnh vùng cao. Thực vật rừng của chúng ta hết sức phong phú với khoảng 11.373 loài thực vật thuộc 2524 chi và 378 họ. Các nhà thực vật học dự đoán con số loài thực vật ở nước ta còn có thể lên đến 15.000 loài. Rừng nước ta có biến động rất lớn trong những năm gần đây với 14,3 triệu ha rừng, độ che phủ là 43% năm 1943 giảm xuống còn 9,18 6 triệu ha, độ che phủ rừng 27,2% năm 1990 và tăng lên 13.258.843 ha với độ che phủ đạt 38% năm 2009. Rừng nước ta có độ che phủ lớn nhưng sản lượng gỗ thấp với bình quân khoảng 75 m3.ha so với thế giới con số này là 110 m3/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 Việc ứng dụng viễn thám nói chung và viễn thám radar nói riêng trong xác đinh sinh khối rừng trên mặt đất đã được nghiên cứu, ứng dụng khá rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng viễn thám radar trong xác định sinh khối rừng trên mặt đất chủ yếu được nghiên cưú cho rừng phương bắc với nhóm cây họ thông. Hiện nay nghiên cứu ứng dụng viễn thám radar trong xác định sinh khối rừng trên mặt đất có ba phương pháp chính căn cứ theo trị đo sử dụng. Phương pháp ước tính sinh khối dựa trên cường độ tán xạ: Phương pháp này dựa trên cơ sở sóng radar với bước sóng dài có khả năng xuyên vào sâu trong tán lá và tương tác với các thành phần của cây như lá, cuống cành và thân cây. Khi tương tác với các thành phần khác nhau của cây với hằng số điện môi tương đối khác nhau sẽ làm thay đổi thuộc tính của tia phản hồi về cường độ và phân cực, những thay đổi này tương quan với thuộc tính của cây hay nói cách khác tia phản hồi mang thông tin về sinh khối của cây nhờ đó có thể tính được sinh khối của lớp phủ thực vật trên mặt đất. Phương pháp ước tính sinh khối dựa trên giá trị tương quan (coherence image) giữa hai ảnh SAR. Việc tính toán sinh khối trên mặt 7 đất lớp phủ rừng dựa trên giả thiết, thực vật với sinh khối lớn có sự ổn định cao và ít bị tác động của môi trường (gió, mưa) nên giá trị tương quan cao trên ảnh hơn so với thực vật có sinh khối thấp hơn. Phương pháp ước tính sinh khối dựa trên trị đo pha. Phương pháp này dựa trên cơ sở tia radar với bước sóng khác nhau có khả năng đâm xuyên vào thực phủ với độ sâu khác nhau hay tâm tán xạ khác nhau. Với kỹ thuật giao thoa có thể tính toán được độ cao của tâm tán xạ. Khi kết hợp dữ liệu với bước sóng khác nhau sẽ cho phép xác định các thông số chiều cao cũng như độ dày của tán là từ đó tính ra sinh khối rừng trên mặt đất. 1.3.2. Tổng quan về ứng dụng viễn thám trong xác định sinh khối rừng ở Việt Nam Việc ứng dụng dữ liệu viễn thám trong công tác điều tra, kiểm kê rừng đã được thực hiện rộng rãi ở nước ta cũng như trên thế giới. Tuy nhiên việc ứng dụng dữ liệu viễn thám trong xác định trực tiếp sinh khối trên mặt đất của lớp phủ rừng thì không có nhiều và chủ yếu với ảnh viễn thám quang học. Một số nghiên cứu có thể kể đến như của Nguyễn Viết Lương cho rừng khu vực Tây Nguyên và của Nguyễn Thị Hồng Điệp và Lê Quang Toan cho rừng ngập mặn. 1.4. Lựa chọn phƣơng pháp xác định sinh khối rừng ở Việt Nam Bảng 1.1 so sánh các thuận lợi và khó khăn của ba phương pháp xác định sinh khối trên mặt đất của rừng bằng dữ liệu radar. Bảng thể hiện phương pháp xác định sinh khối rừng bằng giá trị tán xạ ngược trên ảnh có khá nhiều ưu điểm hơn so với hai phương pháp còn lại. Điều bất lợi nhất của phương pháp này so với hai phương pháp còn lại là ngưỡng bão hòa của giá trị tán xạ với sinh khối rừng nhỏ hơn. Tuy nhiên với sinh khối rừng trên mặt đất không lớn của Việt Nam thì bất lợi 8 này cũng không ảnh hưởng nhiều đến hầu hết diện tích rừng của nước ta nếu sử dụng phương pháp này để xác định sinh khối rừng trên mặt đất. 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 Ngưỡng bão hòa (kênh L) 150 t/ha 200 t/ha 300 t/ha Thu thập dữ liệu Đơn Lặp theo chu kỳ Lặp theo chu kỳ Yêu cầu quỹ đạo Bình thường Chính xác cao Chính xác cao Nhiễu pha Không phụ thuộc Phụ thuộc Phụ thuộc Điều kiện cung cấp dữ liệu Không hạn chế Hạn chế Hạn chế Địa hình Phụ thuộc Phụ thuộc Phụ thuộc Sự dịch chuyển của địa hình Ít phụ thộc Phụ thuộc Phụ thuộc Điều kiện thời tiết Ít phụ thuộc Phụ thuộc Phụ thuộc Khí quyển Ít phụ thuộc Phụ thuộc Phụ thuộc Chính vì vậy, nghiên cứu này tập trung vào phương pháp xác định sinh khối trên mặt đất của rừng Viêt Nam dựa vào trị đo tán xạ ngược của ảnh radar với mong muốn đưa ra những bằng chứng khoa học trong việc ứng dụng công nghệ này trong xác định sinh khối lớp phủ rừng tại nước ta. CHƢƠNG 2: SAR VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÁC ĐỊNH SINH KHỐI 2.1. Đặc tính vật lý ảnh radar Viễn thám siêu cao tần hay viễn thám radar là phương pháp viễn 9 thám chủ động hoạt động trong dải siêu cao tần của quang phổ sóng điện từ. Hệ thống viễn thám radar chủ động phát đi các tín hiệu dưới dạng xung điện từ và ghi lại phần năng lượng phản xạ (tán xạ ngược) của tín hiệu đó sau khi tương tác với các đối tượng bề mặt. Các thông số có ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng đến tín hiệu phàn hồi của hệ thống radar khi tương tác với thực vật gồm chiều dài bước sóng, phân cực và góc tời. Chiều dài bước sóng là khoảng cách giữa hai đỉnh của giao động sóng hình sin. Sóng radar có bước sóng ngắn như kênh X và kênh C khó có thể xuyên sâu vào trong vòm là của tán cây rừng dày đặc trái lại sóng radar có bước sóng dài như kênh L hay kênh P thì có thể xuyên sâu vào trong vòm lá hơn. Phân cực của sóng là hướng của trường điện của sóng điện từ truyền và nhận bởi ăng ten. Khi sóng radar tương tác với thực phủ có thể đi sâu vào trong vòm lá và bị phân cực bời các thành phần của vòm lá và phản xạ sóng radar theo nhiều hướng khác nhau, quá trình này thường được gọi là tán xạ khối. Góc tới là góc giữa tia tới và bề mặt trái đất. Góc này phụ thuộc vào độ cao của ăng ten và tăng dần theo khoảng cách từ điểm đáy ảnh tới địa vật hay phụ thuộc vào cấu hình chụp ảnh. Tia radar với góc tới nhỏ thường đâm xuyên vào trong vòm cây sâu hơn, trong khi đó cường độ tán xạ ngược có chiều hướng tỷ lệ nghịch với sự tăng lên của góc tới. 2.2. Các vấn đề trong xử lý ảnh radar 2.2.1. Định chuẩn ảnh (data calibration) Anh radar gốc hay là ảnh xử lý mức 1 tại các trạm thu ảnh cho giá trị điểm ảnh dưới dạng số (Digital Number-DN). Muốn nghiên cứu các thông tin về đối tượng chụp được từ ảnh radar cần phải tính chuyển về 10 giá trị tán xạ ngược. Quan hệ giữa giá trị số trên ảnh thô và tán xạ ngược được biểu diễn trong công thức 2.1. 2. 1 Trong đó: - DN là giá trị số của điểm ảnh; - k là hằng số kiểm định tuyệt đối; - 0 là giá trị tán xạ ngược (db); - β0 là giá trị độ sáng; - α là góc tới. Mặc dù công thức 2.1 là chung cho mọi loại ảnh radar tuy nhiên đối với mỗi loại ảnh của cùng một đầu thu nhưng khác chế độ chụp và ảnh của các đầu thu khác nhau đều có công thức tính toán giá trị tán xạ ngược khác nhau. 2.2.2. Hiệu chỉnh hình học Hiệu chỉnh hình học nhằm hiệu chỉnh các sai số do ảnh hưởng của cấu hình chụp nghiêng của hệ thống radar, chênh cao địa hình tới vị trí điểm và chuyển tọa độ các điểm ảnh từ hệ tọa độ không gian ảnh sang một hệ tọa độ, hệ quy chếu xác định. 2.2.3. Hiệu chỉnh ảnh hƣởng của địa hình đến giá trị tán xạ trên ảnh (radiometric normalization) Với cấu hình chụp nghiêng ở khu vực có chênh cao địa hình thì giá trị tán xạ ngược thường quá mạnh ở các sườn núi quay về hướng ăng ten trong khi đó lại yếu ở các sườn núi quay ngược với hướng ăng ten. Để hiệu chỉnh hiện tượng này cần phải tiến hành hiệu chỉnh giá trị tán xạ ngược trên ảnh để loại bỏ ảnh hưởng của địa hình tới trị tán xạ trên ảnh. 11 2.3. Cơ sở vật lý ứng dụng ảnh SAR trong xác định sinh khối rừng 2.3.1. Cơ sở vật lý Các thành phần của cây (lá, thân, vỏ, cành) có hằng số điện môi tương đối (dielectricity contant hay relative permittivity) không đồng nhất và khác với môi trường xung quanh (không khí, đất). Sóng SAR có bước sóng lớn hơn kích thước các thành phần của cây có khả năng xuyên thấu qua tán lá cây tương tác với các thành phần của cây, với sự đa dạng về kích thươc, hướng, hằng số điện môi của các thành phần của cây sẽ hấp thụ và tán xạ sóng radar. Vì sinh khối của thực vật cũng là hàm của các thành phần của cây bao gồm kích thước, độ ẩm, các thông số có quan hệ trực tiếp với tín hiệu tán xạ ngược thu nhận tại đầu thu SAR, do vậy dựa vào trị đo SAR có thể xác định được giá trị sinh khối của thực vật. 2.3.2. Cơ chế tán xạ của rừng đối với sóng radar Tán xạ của thực vật là tổng tán xạ từ các cơ chế tán xạ gồm: - Tán xạ trực tiếp tại các ngọn cây (1); - Tán xạ trực tiếp tại thân cây- mặt đất (2); - Tán xạ tại thân cây (3); - Tán xạ nhiều lần thân cây-mặt đất (4); - Suy giảm tại mặt đất (5); - Tán xạ trực tiếp tại mặt đất (6). Độ lớn của các thành phần tán xạ phụ thuộc vào chiều dài bước sóng, sự phân cực của sóng, góc tới của tia radar, sự đa dạng của địa hình và thông số của thực phủ. 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 Tỉnh Hòa Bình nằm phía tây Bắc Việt Nam có ranh giới phía Tây giáp với Lào, phía Đông giáp với Hà Nội, phía bắc giáp với Sơn La, phía nam giáp với Thanh Hóa. Hòa Bình có tổng cộng 10 huyện và 1 Thành Phố (thành phố Hòa Bình) với tổng diện tích tự nhiên là 469.912,2 ha, diện tích có rừng là 208.922,1 ha. Nếu tiếp cận theo hệ sinh thái thì rừng tỉnh Hòa Bình thuộc Hệ sinh thái rừng lá rộng thường xanh trên núi đá vôi. Hệ thực vật vùng núi đá vôi mang tính chất pha trộn của nhiều luồng thực vật nhưng đặc trưng cơ bản là luồng thực vật bản địa Bắc Việt Nam - Nam Trung Hoa, đồng thời cũng chịu nhiều ảnh hưởng của các luồng thực vật khác. Phần lớn diện tích rừng của Hòa Bình là rừng tự nhiên, diện tích này chiếm đến 55,8% diện tích rừng của toàn tỉnh, trong đó diện tích rừng non phục hồi chiếm phần lớn diện tích rừng tự nhiên. 13 Với đặc điểm của rừng tỉnh Hòa Bình ta có thể thấy một số điểm lưu ý khi ứng dụng dữ liệu viễn thám siêu cao tần để tính sinh khối trên mặt đất rừng của tỉnh Hòa Bình như sau: Rừng tỉnh Hòa Bình nằm ở địa hình núi đá vôi với địa hình phức tạp có độ dốc lớn nên khi xử lý ảnh radar cần phải hiệu chỉnh ảnh hưởng của địa hình đến vị trí điểm ảnh cũng như tán xạ ngược trên ảnh. Tỉnh Hòa Bình có diện tích rừng trồng lớn (hơn 92 nghìn ha), rừng này với đặc điểm là chu kỳ thu hoạch chỉ từ 5 đến 7 năm nên cần chú ý số liệu ô kiểm định và thời điểm chụp ảnh phải gần nhau để tránh sai số do sự sai khác về hiện trạng rừng đo tại 3.2. Dữ liệu sử dụng 3.2.1. Dữ liệu ảnh Phục vụ tính sinh khối rừng trên mặt đất tỉnh Hòa Bình sử dụng 07 cảnh ảnh ENVISAT ASAR chụp năm 2009 với các góc chụp khác nhau và quỹ đạo khác nhau (đi lên và đi xuống). 02 cảnh ảnh ALOS PALSAR cũng được sử dụng trong công tác thực nghiệm. 3.2.2. Dữ liệu ô tiêu chuẩn Trong thực nghiêm sử dụng 84 ô tiêu chuẩn đo đếm các thông số cây. Sinh khối rừng tại vị trí các ô tiêu chuẩn được tính bằng công thức chuyển đổi. 3.2.3. Dữ liệu bản đồ Trong thực nghiệm này sử dụng bản đồ hiện trạng rừng tỉnh Hòa Bình ở tỷ lệ 1: 50 000 do Viện 14 Điều tra Quy hoạch rừng thành lập phục vụ cho mục tiêu điều tra, kiểm kê tài nguyên rừng chu kỳ 4. Bản đồ được thành lập sử dụng ảnh viễn thám Spot 5 với độ phân giải 2,5x2,5m để giải đoán và xây dựng bản đồ hiện trạng rừng. 3.3. Các bƣớc tính sinh khối Các bước tính sinh khối gồm: - Kiểm định ảnh (calibration); - Xử lý hình học ảnh; - Hiệu chỉnh ảnh hưởng của địa hình tới giá trị tán xạ trên ảnh; - Đo giá trị tán xạ ngược tại vị trí các ô tiêu chuẩn; - Thiết lập hàm tương quan; - Tính sinh khối; - Đánh giá kết quả. 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 Phần tính toán hồi quy này được thực hiện cho rừng trên địa bàn toàn tỉnh Hòa Bình, rừng tự nhiên của tỉnh Hòa Bình và rừng trồng trên địa bàn tỉnh Hòa Bình, tuy nhiên do khuôn khổ có hạn của báo cáo tóm tắt nên trong tài liệu này chỉ trình bày vắn tắt kết quả hồi quy cho rừng trên toàn tỉnh Hòa Bình. 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) Hồi quy đa thực bậc 2 Hình 3.1 là kết quả hồi quy đa thức bậc hai giữa sinh khối sinh khối rừng trên mặt đất các ô tiêu chuẩn có trị sinh khối nhỏ hơn 70 tấn/ha với giá trị tán xạ tại vị trí tương ứng trên ảnh. Hình vẽ thể hiện trị tán xạ phân cực HV có hệ số xác định R2 tốt hơn so với phân cực HH. 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) Hồi quy đa tuyến Bảng 3.1 là kết quả hồi quy đa tuyến, bảng cho thất kết quả hồi quy R² = 0.5404 -20 30 80 -22 -12 R² = 0.7834 -20 30 80 -17 -7 16 đa tuyến cải thiện đáng kể khi kết hợp dữ liệu viễn thám siêu cao tần với cấu hình chụp ảnh khác nhau và kết hợp hai phân cực HH và HV. 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 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 1 ảnh 0.639 35.370 0.000 9.551 Phân cực HH của 1 ảnh 0.093 2.042 0.168 15.137 Phân cực HV của 8 ảnh 0.741 31.621 0.000 4.633 Phân cực HH của 8 ảnh 0.557 2.519 0.067 12.636 3.4.1.2. Kết quả hồi quy đối với dữ liệu ALOS PALSAR a) Hồi quy đa thức bậc 2 b) Hình 3. 3: Quan hệ phi tuyến của tán xạ ngược và sinh khối mặt đất 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 Hình 3.2 là kết quả hồi quy đa tuyến, hình vẽ cho thấy giá trị phân cực HV cũng thể hiện sự nhạy cảm tốt hơn với sinh khối rừng trên mặt đất so với phân cực HH. c) Hồi quy đa tuyến Bảng 3.2 thể hiện kết quả hồi quy đa tuyến đối với giá trị tán xạ trên ảnh ALOS PALSAR và sinh khối rừng trên mặt đất tại các ô tiêu chuẩn tương ứng. Cũng giống như kết quả hồi quy đa tuyến đối với ảnh ENVISAT ASAR, việc hồi quy sử dụng trị đo tán xạ cả hai phân cực HH và HV cải thiện đáng kể kết quả hồi quy với giá trị xác đinh R2 tăng từ 0.8 đối với việc sử dụng trị đo tán xạ ngược phân cực HH lên 0.92 khi sử dụng trị đo từ cả hai phân cực. Bảng 3. 2: Hồi quy đa tuyến đối với dữ liệu ALOS PALSAR Trị đo sử dụng R2 F F tới hạn Sai số chuẩn Phân cực HH và HV 0.918 151.739 0.000 17.339 Phân cực HV 0.847 155.434 0.000 23.274 Phân cực HH 0.808 117.461 0.000 26.136 3.4.2. So sánh kết quả hồi quy Từ kết quả hồi quy giữa giá trị tán xạ trên ảnh ENVISAT ASAR, ALOS PALSAR, và sinh khối trên mặt đất ô tiêu chuẩn có thể rút ra một số so sánh như sau: Phân cực HV là thích hợp hơn cho việc xác định sinh khối rừng so với sử dụng phân cực HH, điều này thể hiện hệ số xác định R2 khi hồi quy giá trị tán xạ trên ảnh với sinh khối trên mặt đất ô tiêu chuẩn khi sử dụng phân cực HV luôn lớn hơn so với sử dụng phân cực HH. Sử dụng hàm đa thức bậc hai cho kết quả hồi quy khả quan giữa 18 sinh khối rừng trên mặt đất và giá trị tán xạ ngược trên ảnh ALOS PALSAR, với hệ số xác định R2 đối phân cực HV là 0.90 và 0.82 khi sử dụng phân cực HH. Khi sử dụng hàm đa thực bậc hai để hồi quy thì cũng thể hiện rõ sự bão hòa của giá trị tán xạ ngược trên ảnh ENVISAT ASAR khi giá trị sinh khối rừng trên mặt đất lớn hơn 60 tấn/ha đối với phân cực HV. Giá trị này đối với phân cực HV của ảnh ALOS PALSAR vào khoảng 160 tấn. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của Wenjian đối với rừng tự nhiên ở nam Trung Quốc. Sử dụng phương pháp hồi quy đa tuyến (Multiple Regression) đối ảnh đa thời gian giúp tăng đáng kể kết quả hồi quy. Kết quả có thể giải thích như sau: - Sóng radar với phân cực khác nhau có cơ chế tương tác với thực vật khác nhau. Khi tia radar tương tác với thực vật thì một phần của sóng radar tương tác với thực vật và quay trở lại đầu thu và không thay đổi phân cực, phần còn lại đâm xuyên vào trong thực vật, tương tác với các thành phần của cây tạo hiện tượng tán xạ khối gây thay đổi phân cực của sóng radar so với chùm tia tới. Như vậy, khi sử dụng ảnh đa phân cực sẽ giúp thu thập được nhiều thông tin về sinh khối trên mặt đất của lớp phủ thực vật so với sử dụng phân cực đơn. - 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 19 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.. 3.5. Kết quả tính sinh khối Để tính sinh khối rừng trên toàn tỉnh Hòa Bình sử dụng hàm hồi quy đa tuyến giữa giá trị tán xạ phân cực HH và HV trên ảnh ALOS PALSAR và sinh khối rừng trên mặt đất ô tiêu chuẩn. Sau hồi quy phương trình sử dụng để tính sinh khối như sau: Trong đó: - B là giá trị sinh khối (tấn/ha); - X (HV) là trị tán xạ phân cực HV trên ảnh (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 so sánh giá trị sinh khối trên mặt đất tại vị trí các ô tiêu chuẩn có giá trị sinh khối lớn hơn 15 tấn/ha. Bảng cho kết quả khác khả quan với sai số trung phương khoảng 6.5 tấn/ha. Tỷ lệ về sai số tính sinh khối với sinh khối rừng có sai số độ lệch chuẩn là khoảng 23%, hay nói cách khác tính sinh khối có thể cho độ chính xác tới 77%. Bảng 3. 3: So sánh sinh khối tính từ ảnh với sinh khối ô tiêu chuẩn Tên điểm Sinh khối đo Sinh khối tính Chênh GT Tỷ lệ% 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 Tên điểm Sinh khối đo Sinh khối tính Chênh GT Tỷ lệ% 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 Rừng Việt Nam có diện tích che phủ lớn tuy nhiên sinh khối rừng 22 không cao (sinh khối rừng trung bình chỉ khoảng 40 tấn/ha [57]) nên việc ứng dụng viễn thám radar trong xác định sinh khối rừng trên mặt đất ở Việt Nam có nhiều thuận lợi do ít gặp sự bão hòa của tán xạ ngược ảnh radar đối với sinh khối rừng trên mặt đất. Việc sử dụng ảnh viễn thám radar tính toán sinh khối rừng trên mặt đất cho sinh khối rừng tỉnh Hòa Bình cho kết quả với độ chính xác cao (RMSE khoảng 3.2 tấn/ha) càng chứng tỏ tính khả thi trong ứng dụng viễn thám radar trong xác định sinh khối rừng trên mặt đất tại tỉnh Hòa Bình nói riêng và các kiểu rừng lá rộng thường xanh trên núi đá vôi tương tự ở Việt Nam. Tán xạ ngược kênh L phân cực HV bão hòa khi sinh khối rừng lớn hơn 160 tấn/ha, và 80 tấn/ha đối với phân cực HH, trong khi đó kênh C phân cực HV chỉ nhạy cảm với sinh khối rừng trên mặt đất có giá trị sinh khối nhỏ hơn 80 tấn và phân cực HH thì giá trị nà

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftt_nghien_cuu_ung_dung_anh_ve_tinh_radar_trong_xac_dinh_sinh_khoi_rung_tinh_hoa_binh_0135_1921038.pdf
Tài liệu liên quan