Xinlian Liang, Harri Kaartinen, Juha Hyyppa, Norbert Pfeifer

ANTHI Việt Nam dịch và biên soạn

Kỹ thuật quét laser 3 chiều mặt đất TLS (Terrestrial 3D Laser Scanning) là kỹ thuật vô cùng hiệu quả phục vụ cho công tác ghi nhận chi tiết những thông tin thuộc tính trong các khu vực rừng mẫu (Forest Plot). Hơn hai thập kỷ qua, biết bao công lao và cố gắng đã được các cơ quan kiểm lâm Quốc gia, viện nghiên cứu lâm nghiệp, trường đại học, công ty và tổ chức tư nhân cũng như các chương trình và tổ chức nghiên cứu Quốc tế bỏ ra để phát triển các phương pháp ước định thuộc tính cây rừng dựa trên kỹ thuật quét laser TLS. Tuy nhiên, chúng ta vẫn thiếu những hiểu biết thấu đáo về khả năng hoạt động của TLS. Thực tiễn cho thấy các phương pháp thu thập số liệu điều tra lâm nghiệp khác nhau và chuẩn xử lý số liệu khác nhau dẫn tới sự khác biệt lớn về độ chính xác trong đo đạc xác định các thông số liên quan cũng như kiểm đếm cây rừng. Trong tài liệu này chúng ta sẽ cùng xem xét, phân tích và giải trình những kết quả mới nhất liên quan tới việc định hình các tiêu chuẩn Quốc tế trong việc sử dụng giải pháp kỹ thuật TLS phục vụ công tác điều tra thống kê rừng. Những nghiên cứu được các nhà khoa học thực hiện trong tài liệu này đã xác định tầm quan trọng của các phương pháp ứng dụng khác nhau để có thể biên soạn những hướng dẫn triển khai thực tiễn được chấp nhận trên toàn thế giới.

Trong thực tiễn triển khai, máy quét laser 3 chiều mặt đất sẽ tự động ghi nhận toàn bộ môi trường xung quanh khu vực nghiên cứu trong không gian 3 chiều (3D) hoàn chỉnh với hàng triệu đến hàng tỷ điểm đo 3D. Trong lĩnh vực lâm nghiệp, rõ ràng với khả năng ghi nhận số liệu một cách chi tiết TLS là giải pháp vô cùng hiệu quả phục vụ cho công tác đo đạc và thu thập số liệu các khu rừng mẫu mà trước đây thường được thực hiện bằng các phương pháp đo đạc thống kê truyền thống bởi các cơ quan lâm nghiệp quốc gia. Kỹ thuật quét laser TLS chắc chắn sẽ tạo ra bước ngoặt quan trọng không chỉ tiết kiệm thời gian và kinh phí triển khai, mà còn tăng độ chính xác cũng như chi tiết của tất cả các khu vực điều tra mẫu.

Hai thập kỷ vừa qua, hàng loạt những công trình nghiên cứu chuyên sâu đã được các nhà khoa học trong lĩnh vực lâm nghiệp thực hiện để phát triển các phương pháp thực tiễn có hiệu quả nhất xung quanh nhiệm vụ ứng dụng kỹ thuật TLS trong công tác điều tra rừng, đánh giá tất cả các khía cạnh liên quan tới các khu mẫu theo quy trình truyền thống dựa trên số liệu mà kỹ thuật quét laser 3D mang lại. Với hai phương thức thu thập số liệu thực địa bằng TLS được sử dụng bao gồm quét đơn trạm (Single Scan) và quét đa trạm (Multi Scans), trong đó quét đơn trạm chỉ sử dụng duy nhất một trạm quét tại vị trí chính tâm của khu vực mẫu và quét đa trạm sẽ thực hiện một số trạm quét cả bên trong và bên ngoài khu vực mẫu. Toàn bộ số liệu sau đó sẽ được sử dụng phục vụ cho các phép đo xác định các chỉ số thuộc tính cây rừng trong khu mẫu như chiều cao cây, đường kính thân cành, số cành, diện tích và thể tích tán lá, độ rộng tán …

Kết quả đạt được vô cùng ấn tượng được thể hiện rõ trong các báo cáo mà các nhà khoa học công bố liên tiếp trong những năm gần đây về mức độ chi tiết, tốc độ thu thập số liệu, khả năng tự động, thời gian đo lặp, độ chính xác và tính khả dụng trong thực tiễn và quan trọng nhất là sự tương thích hoàn toàn với các mô hình tính toán thống kê lâm nghiệp mang tính truyền thống do các cơ quan lâm nghiệp các Quốc gia đã phát triển và kiểm chứng trong thời gian dài. Tuy nhiên ở đây vẫn đang thiếu những kiến thức cơ bản, những thông tin đầy đủ về khả năng hoạt động của kỹ thuật TLS, đặc biệt trong lĩnh vực lâm nghiệp với nhiều giai đoạn phát triển cũng như cấu trúc đa dạng của số liệu (cấu trúc phức hợp của rừng trong thực tiễn). Tới thời điểm hiện tại, những kết quả tính toán phân tích từ số liệu TLS thu thập tại các khu rừng mẫu đa kích thước, đủ chủng loại rừng, tất cả các đặc tính và số liệu thuộc tính đã được trích xuất hoàn chỉnh từ số liệu 2D và 3D cả lý thuyết và kiểm nghiệm thực tiễn. Tỷ lệ độ chính xác việc xác định số lượng và chủng loại cây trong tập hợp số liệu quét ở nhiều vị trí của một khu vực mẫu trong các báo cáo đạt từ 50% đến 100%. Sở dĩ có sự thay đổi tỷ lệ từ 50% - 100% trong quá trình xác định là do sự khác nhau giữa các thiết bị phần cứng TLS sử dụng trong khảo sát, việc xác lập các vị trí trạm quét trong khu vực mẫu, cấu trúc đa dạng của khu mẫu và các phương pháp xử lý phân tích.

NGHIÊN CỨU CÁC TIÊU CHUẨN

Để xác thực hiện trạng việc ứng dụng kỹ thuật TLS trong điều tra thống kê rừng tại các khu mẫu, nhóm nghiên cứu các tiêu chuẩn mang tính Quốc tế đã được công bố vào năm 2014 dưới sự dẫn dắt của EuroSDR, toàn bộ kinh phí phục vụ cho nghiên cứu được cấp theo chương trình FP7/2007-2013 (European Community’s Seventh Framework Programme Project Advanced_SAR) thông qua cam kết bảo đảm số 606971. Đối tượng chính của chương trình nghiên cứu chuẩn Quốc tế này là việc cụ thể hóa cũng như hiểu thấu đáo những phát triển mới nhất của các phương pháp ứng dụng kỹ thuật TLS trong điều tra thống kê các khu rừng mẫu bằng cách so sánh và đánh giá về chất lượng, độ chính xác và tính khả thi của các phương pháp trích xuất thống kê tự động và bán tự động dựa trên số liệu đám mây điểm do máy quét TLS tạo ra. Bên cạnh đó chương trình nghiên cứu cũng chỉ rõ những nội dung khác mà chương trình nghiên cứu cũng phải thực hiện bao gồm nghiên cứu về độ chính xác và tính khả thi khi sử dụng các phương pháp khác nhau với cùng một khu vực thử nghiệm, mà cụ thể là mô tả chi tiết những ảnh hưởng của các đặc điểm khu mẫu trên từng đối tượng cây được trích xuất từ mô hình và đánh giá sự khác biệt giữa các kết quả từ số liệu thu được của hai phương pháp tiếp cận thu thập số liệu nghiên cứu rừng bằng đơn và đa trạm quét.

Chương trình nghiên cứu này cũng liên quan và được sự hỗ trợ tham gia của hơn 20 cơ quan lâm nghiệp Quốc gia, trường đại học, việc nghiên cứu và các công ty cung cấp giải pháp. Các tổ chức tham gia đã phát triển các phương pháp xử lý số liệu mới của riêng mình cũng như điều chỉnh các phương pháp xử lý hiện có. Đồng thời, chương trình nghiên cứu cũng mở rộng cho các kỹ thuật khác vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Tất cả các tổ chức tham gia nghiên cứu đều cùng sử dụng một tập hợp số liệu như nhau để đo đạc xác định vị trí cây trong khu, chiều cao cây, đường kính cây ở độ cao ngang ngực BDH, đường kính thân cây ở những độ cao khác nhau, mô hình số bề mặt địa hình khu vực mẫu. Kết quả tính toán của tất cả các tổ chức tham gia vào nghiên cứu đều được đánh giá sử dụng cùng số liệu tham chiếu và các phương pháp tính toán. Hình 2 thể hiện rõ những thông số đã được tính toán trong quá trình nghiên cứu.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn