Thủ trướng Chính phủ ban hành Quyết định số 2359/QĐ-TTg phê duyệt Hệ thống quốc gia về kiểm kê khí nhà kính, Cục Viễn thám quốc gia triển khai ứng dụng dữ liệu viễn thám trong xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất toàn quốc phục vụ kiểm kê khí nhà kính thông qua dự án LULUCF với chu kỳ 2 năm một lần để cung cấp dữ liệu và xây dựng báo cáo về lớp phủ. Nhiệm vụ “Cung cấp thông tin lớp phủ mặt đất phục vụ tính toán phát thải khí nhà kính” được thực hiện với các nội dung cụ thể như sau: (1) Thu thập, đánh giá các dữ liệu, tài liệu, thông tin; (2) Xử lý ảnh viễn thám; (3) Suy giải các nội dung chuyên đề về lớp phủ mặt đất theo ICCP tại 2 thời kỳ theo phương pháp phân loại tự động; sử dụng tài liệu liên quan và giải đoán bằng mắt (trong trường hợp cần thiết); (4) Cập nhật cơ sở dữ liệu vùng kinh tế - xã hội; (5) Chuẩn hóa lớp thông tin dữ liệu hiện trạng lớp phủ mặt đất tại 2 thời kỳ; (6) Tích hợp dữ liệu hiện trạng lớp phủ vào cơ sở dữ liệu phục vụ kiểm kê khí nhà kính; (7) Phân tích, xử lý tính toán biến động lớp phủ mặt đất trong 01 giai đoạn (02 thời điểm cách nhau 10 năm); (8) Lập báo cáo thuyết minh bản đồ biến động lớp phủ mặt đất.*Giải pháp công nghệNhiệm vụ “Cung cấp thông tin lớp phủ mặt đất phục vụ tính toán phát thải khí nhà kính” được thực hiện theo sơ đồ quy trình công nghệ sau (Hình 1): Hình 1. Quy trình công nghệ Cung cấp thông tin lớp phủ mặt đất phục vụ tính toán phát thải khí nhà kínhGiải thích quy trình công nghệ:1. Thu thập dữ liệu: Dữ liệu ảnh viễn thám: Do nhu cầu về suy giải về hiện trạng lớp phủ ở phạm vi lớn (cấp vùng, toàn quốc) và đảm bảo nguyên tắc đồng nhất, nhất quán về dữ liệu do đó việc thu thập dữ liệu trên phạm vi toàn quốc phải thống nhất. Việc thu thập dữ liệu ảnh viễn thám phải đảm bảo tính khách quan, cần các bước thời gian giữa hai thời kỳ như nhau từ đó có thể xác định được quy luật biến động của các đối tượng trên bề mặt trái đất. Các ảnh được thu thập là Landsat 8, Landsat 7, Sentinel 2A,..; Dữ liệu bản đồ hiện trạng sử dụng đất,..; Các số liệu kiểm kê đất, kiểm kê rừng và vùng kinh tế - xã hội.2. Xử lý ảnh viễn thám: Xử lý ảnh là bước quan trọng để hiệu chỉnh ảnh nhằm mục đích giảm bớt ảnh hưởng của những sai số hoặc mâu thuẫn về giá trị độ xám của ảnh, giá trị mâu thuẫn này làm hạn chế khả năng diễn giải hoặc định lượng một chu trình xử lý ảnh viễn thám sau này. Tạo các kênh chỉ số hai thời kỳ từ ảnh viễn thám: Để hiển thị dữ liệu cho toàn bộ khu vực thực hiện của nhiệm vụ cần phải ghép các cảnh ảnh lại với nhau. Các ảnh ghép (mosaic) được thay đổi tạo theo các tổ hợp màu khác nhau để giúp phân biệt các loại lớp phủ khi lấy mẫu dùng cho quá trình phân loại tốt hơn.3. Suy giải các yếu tố nội dung chuyên đề: Sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định (Supervised) là phương pháp phân tích và giải đoán lớp phủ mặt đất được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Phân loại có kiểm định là phương pháp xác suất có khả năng sắp xếp những pixel do người sử dụng định nghĩa thành những lớp khác nhau, trong đó tất cả các pixel trên một ảnh được nhận dạng thông qua ký hiệu phổ tương tự với mục đích nhận ra sự đồng nhất, những mẫu đại diện mang nét đặc trưng thể hiện khác nhau mà người nghiên cứu muốn phân loại. Những mẫu này gọi la những khu vực lấy mẫu (training). Trong trường hợp cần thiết, sử dụng tài liệu liên quan và giải đoán bằng mắt để bổ sung chiết tách các đối tượng mặt đất.Quy trình công nghệ (hình 2):Hình 2. Sơ đồ quy trình suy giải tự động các nội dung chuyên đề lớp phủ mặt đấtGiải thích quy trình:*Dữ liệu ảnh viễn thám đã được xử lý: Sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám đã được thu thập, xử lý tại mục a và b ở trên.* Xây dựng khóa giải đoán cho từng lớp phủ: Bộ mẫu khóa ảnh vệ tinh hay bộ mẫu phân loại ảnh là tập hợp các cặp điểm mẫu trên ảnh vệ tinh cùng tọa độ tương ứng với các mẫu đối tượng tại thực địa cần được phân loại khi giải đoán ảnh vệ tinh. Bộ mẫu khóa ảnh là căn cứ để phần mềm giải đoán ảnh sử dụng các thông số (phổ, cấu trúc v.v.) trên các mẫu khóa ảnh để phân loại cho các khu vực còn lại có đặc điểm tương tự. Mỗi điểm mẫu khóa ảnh (mẫu ảnh) gồm một đối tượng (object) trên ảnh vệ tinh và một điểm mẫu đối tượng (trạng thái) tương ứng tại thực địa có cùng tọa độ.* Chọn mẫu cho từng lớp phủ: Dựa vào bộ khóa giải đoán cho từng lớp phủ tiến hành chọn mẫu cho tất cả các lớp phủ, việc chọn mẫu tuân thủ theo tiêu chí là những vùng có đặc tính phổ đồng nhất và đặc trưng cho đối tượng cần phân loại. Số lượng mẫu được lựa chọn đảm bảo mỗi tiêu chí tham gia phân loại phải có dung lượng đủ lớn để xác định một cách chính xác ngưỡng cho từng đối tượng đã phân tách trên ảnh.* Phân loại tự động lớp phủ: Sau khi lựa chọn được các mẫu cho tất cả các lớp phủ tiến hành phân loại tự động cho các lớp phủ bằng phần mềm chuyên dụng. Sau khi phân loại ảnh, kết quả thu được có thể xuất dưới dạng ảnh tương tự hay ảnh số, dạng véctơ, dạng bảng số liệu thống kế và các file dữ liệu bằng số,…Trong Đề án này, sử dụng các kết quả dạng véctơ để làm đầu vào cho công nghệ sử dụng hệ thống thông tin địa lý để tính biến động lớp phủ giữa các thời kỳ.* Đánh giá kết quả phân loại: Xác định độ chính xác phân loại được dùng để đánh giá chất lượng của ảnh viễn thám được giải đoán, hoặc so sánh độ tin cậy của kết quả đạt được khi áp dụng các phương pháp khác nhau trong phân loại ảnh viễn thám.Một trong những chỉ số thường được sử dụng là chỉ số Kappa (K) nhằm thống kê, kiểm tra và đánh giá sự phù hợp giữa những nguồn dữ liệu khác nhau hoặc khi áp dụng các thuật toán khác nhau. Cách xác định chỉ số Kappa được thể hiện như công thức (1):Trong đó:T – Độ chính xác toàn cục cho bởi ma trận sai số – đại lượng thể hiện sự mong muốn (kỳ vọng) phân loại chính xác có thể dự đoán trước, nghĩa là E góp phần ước tính khả năng phân loại chính xác trong quá trình phân loại thực sự.Khi K = 1, độ chính xác phân loại là tuyệt đối.Ngoài hệ số Kappa, độ chính xác trong phân loại số còn được đánh giá dựa vào ma trận sai số, hay ma trận nhầm lẫn. Ma trận này được so sánh trên cơ sở từng loại một. Sau khi phân loại ảnh, thực hiện quy trình xử lý hậu phân loại để tạo ra các lớp bằng cách khái quát hóa thông tin, sử dụng phân tích đa số để gộp các pixel lẻ tẻ nhằm làm mượt kết quả phân loại.4. Cập nhật dữ liệu 06 vùng kinh tế - xã hội: Các vùng kinh tế - xã hội được phân chia theo quy định của mỗi quốc gia. Đối với phân loại vùng khí hậu của Việt Nam được thay đổi thành phân loại theo vùng địa lý, do các số liệu về rừng của Việt Nam không phân chia theo vùng khí hậu mà phân chia theo vùng địa lý. Việt Nam được chia thành 06 vùng kinh tế - xã hội như sau: Trung du miền núi phía Bắc có 15 tỉnh bao gồm: Điện Biên, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Quảng Ninh, Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Lào Cai, Lạng; Sơn, Tuyên Quang, Yên Bái, Thái Nguyên, Phú Thọ, Bắc Giang.Đồng Bằng Sông Hồng có 10 tỉnh gồm: Vĩnh Phúc, Hà Nội, Bắc Ninh, Hà Nam, Hưng Yên, Hải Dương, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình’’; Bắc Trung Bộ và duyên hải miền Trung có 14 tỉnh bao gồm: Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận.Tây Nguyên có 5 tỉnh bao gồm: Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng.Đông Nam Bộ có 6 tỉnh bao gồm: Bình Phước, Tây Ninh, Bình Dương, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu, TP.Hồ Chí Minh.Đồng bằng sông Cửu Long có 13 tỉnh bao gồm: Cần Thơ, Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Hậu Giang, Sóc Trăng, Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu, Cà Mau.Quy trình xây dựng vùng kinh tế - xã hội gồm 03 bước chính sau:Bước 1: Thu thập địa giớiDữ liệu sẽ được thu thập từ dữ liệu cập nhật địa giới hành chính cấp tỉnh mới nhất đã được cấp có thẩm quyền phê duyệt.Bước 2: Tạo lập các vùng kinh tế - xã hộiSử dụng thanh công cụ trong ArcGis để gộp dữ liệu dạng đường thành các vùng kinh tế - xã hội, sau đó chuyển từ dạng đường sang dạng vùng.Bước 3: Nhập thuộc tính cho các vùng kinh tế - xã hộiCơ sở dữ liệu vùng kinh tế - xã hội sẽ được cập nhật, tích hợp vào cơ sở dữ liệu phục vụ kiểm kê khí nhà kính.5. Chuẩn hóa dữ liệu: Các dữ liệu cần phải chuẩn hóa các thông tin thuộc tính theo quy định của IPCC và tổng quát hóa theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập. Sau khi chuẩn hóa, vị trí các đối tượng phải đảm bảo giữ nguyên như gốc, không được khái quát hóa, xê dịch, chỉnh sửa, lấy bỏ,...6. Tích hợp cơ sở dữ liệu hiện trạng lớp phủ tại 2 thời kỳ: Tích hợp vào CSDL phục vụ kiểm kê khí nhà kính là việc kết nối, vận hành dữ liệu hiện trạng lớp phủ mặt đất tại hai thời kỳ vào CSDL phục vụ kiểm kê khí nhà kính. Việc tích hợp dữ liệu hiện trạng vào CSDL phục vụ kiểm kê khí nhà kính phải tuân thủ các quy định của Thiết kế kỹ thuật chi tiết dự án “Kiểm kê khí nhà kính năm 2018 trong lĩnh vực sử dụng đất và lâm nghiệp (LULUCF) phục vụ xây dựng báo cáo quốc gia và đóng góp của Việt Nam cho công ước khí hậu”. Trước khi tích hợp dữ liệu hiện trạng lớp phủ mặt đất sau đồng bộ vào CSDL phục vụ kiểm kê khí nhà kính cần phải sao lưu ở phiên bản trước cập nhật như bản sao lưu (backup).7. Tính toán biến động lớp phủ mặt đất: Việc tính toán biến động lớp phủ được thực hiện bằng phương pháp chồng xếp các lớp dữ liệu hiện trạng lớp phủ tại 2 thời kỳ trên công cụ của phần mềm ARCGIS. Sau khi xử lý biến động xong, sử dụng các công cụ trong phần mềm Arc GIS để khái quát hóa, gộp các polygon nhỏ. Diện tích biến động lớp phủ, loại đất chuyển đổi giữa hai thời kỳ so sánh sẽ được chiết xuất, phân tích và thống kê phục vụ xây dựng dữ liệu đầu vào cho việc tính toán phát thải khí nhà kính.8. Lập báo cáo thuyết minh tổng hợp: Dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán phát thải khí các bon được xây dựng từ cơ sở dữ liệu LULUCF bao gồm các nội dung: dữ liệu hiện trạng lớp phủ mặt đất; dữ liệu biến động lớp phủ mặt đất; dữ liệu vùng kinh tế - xã hội. Tệp dữ liệu đầu vào này là một file có đuôi .txt gồm các trường dữ liệu: mã ID; vùng khí hậu/sinh thái; loại lớp phủ sử dụng đất; chuyển đổi sử dụng đất; loại thổ nhưỡng; diện tích. Giữa các trường dữ liệu này được ngăn cách bằng một dấu phẩy để ngăn cách giữa các trường trong file .txt. Các trường dữ liệu trong file .txt này phải được mã hóa theo yêu cầu dữ liệu của phần mềm tính toán ALU. Trên cơ sở đánh giá, phân tích các số liệu thu thập và các số liệu từ ảnh ảnh viễn thám, tiến hành lập báo cáo thuyết minh đánh giá hiện trạng và biến động lớp phủ mặt đất.Các sản phẩm chính thông tin lớp phủ mặt đất phục vụ tính toán phát thải khí nhà kính gồm: (1) Cơ sở dữ liệu hiện trạng lớp phủ mặt đất 01 giai đoạn biến động; (2) Báo cáo thuyết minh tổng hợp biến động lớp phủ mặt đất.