Luận án tiến sĩ: Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam
Luận án lập bản đồ hiện trạng và sử dụng đất độ phân giải cao tại Việt Nam qua chuỗi thời gian. Phân tích biến động LULC chi tiết.
University of Tsukuba
Environmental Studies
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
132
Thời gian đọc
20 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Tầm quan trọng của LULC Mapping tại Việt Nam
LULC mapping là công cụ quan trọng để hiểu rõ các quá trình tác động của con người đến môi trường. Các bản đồ này cung cấp thông tin cần thiết về biến đổi khí hậu, mở rộng đô thị và thiên tai. Việc tạo ra bản đồ LULC chính xác và có độ phân giải cao là rất cần thiết cho việc quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường.
1.1. Ý nghĩa của LULC trong nghiên cứu môi trường
Bản đồ LULC là cơ sở để phân tích sự thay đổi môi trường. Chúng giúp phát hiện xu hướng biến đổi và đưa ra các giải pháp ứng phó kịp thời.
1.2. Ứng dụng trong quy hoạch đô thị
Thông tin từ LULC mapping hỗ trợ quy hoạch đô thị hiệu quả hơn. Nó giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu chính xác về sử dụng đất.
II. Phương pháp Time Series Analysis cho LULC Mapping
Phân tích chuỗi thời gian là phương pháp hiệu quả để theo dõi biến động LULC. Phương pháp này cho phép thu thập và so sánh dữ liệu ở nhiều thời điểm khác nhau. Điều này cực kỳ quan trọng khi thực hiện đánh giá các thay đổi theo thời gian.
2.1. Quy trình thu thập dữ liệu
Dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm ảnh vệ tinh và cảm biến địa không gian. Việc xử lý dữ liệu này đòi hỏi công nghệ tiên tiến và kỹ thuật phân tích mạnh mẽ.
2.2. Ứng dụng Machine Learning trong phân tích
Machine Learning giúp cải thiện độ chính xác của các mô hình phân tích LULC. Các thuật toán học sâu có thể phát hiện các mẫu phức tạp trong dữ liệu LULC.
III. Công nghệ Remote Sensing trong LULC Mapping
Công nghệ remote sensing là yếu tố then chốt trong việc tạo ra bản đồ LULC chính xác. Ảnh vệ tinh cung cấp cái nhìn tổng thể về bề mặt Trái Đất. Điều này giúp nhận diện các loại hình sử dụng đất và che phủ đất.
3.1. Ảnh vệ tinh và độ phân giải
Độ phân giải cao của ảnh vệ tinh cho phép phát hiện chi tiết về LULC. Điều này rất quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.
3.2. Phát hiện thay đổi với dữ liệu đa thời gian
Việc sử dụng dữ liệu đa thời gian giúp phát hiện nhanh chóng các thay đổi trong LULC. Điều này hỗ trợ việc quản lý tài nguyên và bảo tồn môi trường.
IV. Kết quả từ nghiên cứu về LULC tại Việt Nam
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tỷ lệ mất rừng ở Việt Nam có thể cao gấp bốn lần so với dữ liệu thống kê quốc gia. Các bản đồ LULC mới cho thấy xu hướng tăng trưởng rừng đáng kể từ năm 2015 đến 2018.
4.1. Độ chính xác của bản đồ LULC mới
Bản đồ LULC được tạo ra đạt độ chính xác 90.2%, cao hơn nhiều so với các bản đồ hiện tại. Điều này chứng tỏ hiệu quả của công nghệ mới trong việc tạo ra bản đồ chính xác.
4.2. Xu hướng sử dụng đất qua thời gian
Sự thay đổi trong sử dụng đất được ghi nhận liên tục từ năm 2017 đến 2022, cho thấy tầm quan trọng của việc theo dõi thường xuyên.
V. Tương lai của LULC Mapping tại Việt Nam
Tương lai của LULC mapping tại Việt Nam sẽ phụ thuộc vào sự phát triển của công nghệ và các phương pháp mới. Việc tích hợp AI và machine learning vào quy trình sẽ nâng cao độ chính xác và hiệu quả. Sự hợp tác giữa các tổ chức nghiên cứu và chính phủ cũng sẽ góp phần thúc đẩy ứng dụng LULC.
5.1. Tiềm năng của công nghệ mới
Công nghệ mới như deep learning có thể tối ưu hóa quy trình phân tích và phân loại LULC. Điều này hứa hẹn mang lại những bước đột phá trong nghiên cứu.
5.2. Hợp tác quốc tế trong nghiên cứu
Hợp tác với các tổ chức quốc tế sẽ giúp Việt Nam tiếp cận công nghệ tiên tiến. Điều này là cần thiết để nâng cao chất lượng dữ liệu LULC.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (132 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộTime Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam January 2024 Truong Thinh Van Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam A Dissertation Submitted to the Graduate School of Science and Technology, University of Tsukuba in Partial Fulfillment of Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Environmental Studies Doctoral Program in Environmental Studies, Degree Programs in Life and Earth Sciences Truong Thinh Van Abstract Land use land cover (LULC) maps provide valuable information for understanding different anthropogenic-related processes, including climate change, urban expansion, urban heat island, and sediment disasters. In addition, LULC information is crucial due to the great impact of LULC changes to the Earth’s terrestrial ecosystem and the atmosphere. Given the importances of LULC data, the production of a time series of high-resolution and high-accuracy LULC maps in a large scale remains challenging due to lack of high temporal and high spatial resolution satellite data, lack of train- ing data, and time consuming. This study aims to investigate the LULC change in Vietnam via producing a time series of high-resolution LULC maps for mainland Viet- nam.
To achieve this purpose, I conducted several independent studies on addressing particular issues related to LULC mapping, including relationship between overall ac- curacy of LULC map and number of category (Chapter 2), studying the potential of multi-temporal synthetic aperture radar for mapping annual forest cover (Chapter 3), creation of high-resolution LULC map using a Time-Feature Convolutional Neural Net- work (CNN) (Chapter 4), and creation of a time series of high-resolution LULC maps (Chapter 5). These studies are independent but important puzzles to a comprehensive understanding about LULC mapping and LULC change assessment. A systematic review of relationship between overall accuracy and number of cat- egories was described in Chapter 2. By reviewing 64 papers on LULC mapping, a negative correlation was found between overall accuracy and number of categories.
This study suggested that increasing the number of LULC categories by one could result in about 0.77% decrease in overall accuracy. The result suggested that the pro- cess of selecting number of LULC category should also consider the expected overall accuracy of output LULC map. In addition, the number of category and accuracy of a LULC map should be both considered in the assessment on the map’s reliability. A study on mapping annual forest cover for Vietnam was described in Chapter 3.
By employing multi-temporal PALSAR-2/ScanSAR data, the result showed that annual forest cover maps of Vietnam achieved much higher overall accuracy (86.1%) than that of JAXA (77. PALSAR-2/ScanSAR, by containing seasonal infor- mation, is more reliable than single-temporal mosaic PALSAR-2 data. Therefore, it is more robust for annual forest mapping than the single-temporal data. The result of analyzing annual change of forest area revealed an increasing trend of forest cover in Vietnam from 2015-2018, which is consistent with the statistical data of the Vietnamese government.
Given the potential of PASAR-2/ScanSAR data, this study decided to use it in combination with other satellite images to produce a high-resolution LULC map in Chapter 4. The product of a high-resolution LULC map for Vietnam was presented in Chapter 4. By modifying a novel CNN approach proposed by Hirayama et al. (2022), this study used satellite data with 6 seasons instead of 4 seasons as in the original approach.
Using a rigorous validation dataset by stratified random sampling method, the result LULC map achieved high overall accuracy of 90.2% for 12 categories , which is higher than existing 10-m LULC map for Vietnam. In addition, this study proposed a simple and practical approach for making a time series of cloud-free satellite image using multi-temporal data from different years. This approach is effective for removing cloud and bad pixel and can easily to be implemented in Google Earth Engine. Based on the results in Chapter 4, the production of a time series of LULC maps from 2017-2022 was described in Chapter 5.
A data migration method was applied to transfer the reference data from 2020 to other years from 2017 to 2022. The preliminary assessment using migrated reference data showed an overall accuracy greater than 94% for all maps from 2017 to 2022, surpassing the benchmark value of 89.2% for the LULC map with 14 category. Furthermore, existing LULC maps of Vietnam showed that they have accuracy lower/equal their benchmark value suggested using the result in Chap- ter 2. This study’s LULC maps outperformed existing 10-m LULC maps of Vietnam in term of spatial resolution and overall accuracy.
This study revealed that the rate of forest loss in Vietnam might be 4 times higher than national statistical data, although forest area in Vietnam have experienced a net increase during 2017-2022. This finding was supported by other study, which showed that the forest loss caused by rubber plantation in Southeast Asia should be at least 2-3 time higher than expected. This study is the first attempt to provide a time series of high-accuracy 10-m LULC maps for Vietnam with 14 category, including a new category of solar panel. The result of this study is expected to support the diverse applications such as LULC change analy- sis, disaster related studies, biodiversity conservation, planning, food security, carbon emission and climate modelling, solar energy planning.
ii Acknowledgement First, I gratefully acknowledge the financial support of the Project for Human Resource Development Scholarship by Japanese Grant Aid (JDS) for providing scholarship and valuable supports to my entire studying time in Japan. I also acknowledge VNU De- velopment at Hoa Lac campus for allowing me to do my Ph. I would like to thank my chief supervisor, Dr. NASAHARA Nishida Kenlo, for his guidance and support.
I have learned valuable fundamental knowledge related to remote sensing and land use land cover mapping from him. Moreover, I admire his philosophy of teaching students and doing research. From him, I have learnt that doing research is not a duty but a hobby and curiosity is necessary to a researcher. I very much appreciate my co-supervisors, Dr.
MATSUSHITA Bunkei, Dr. TSU- JIMURA Maki and the rest of the dissertation committees, Dr. UCHIDA Taro, Dr. YAMAKAWA Yosuke, Dr.
ASANUMA Jun, Dr. YABAR Mostacero Helmut Friedrich, and Dr. MIZUNOYA Takeshi who have given thoughtful questions and constructive feedback to improve this study. I appreciate support from the Japan Aerospace Exploration Agency and the Remote Sensing Technology Center of Japan, especially Mr.
HIRAYAMA Sota for sharing the source code of SACLASS-2, Dr. TADONO Takeo, Dr. HAYASHI Masato, and Ms. OH- GUSHI Fumi for data provision and publishing the High Resolution Land Use Land Cover Map Products of Vietnam.
I express my thanks to Dr. PHAN Cao Duong and Dr. HOANG Thanh Tung for helping to collect reference data across Vietnam. I sincerely appreciate support from my current organization (Center for VNU Development at Hoa Lac campus) in Vietnam, especially Mr.
NGUYEN Huu Hieu (current director), Mrs. NGUYEN Thi Hue (current vice director), Dr. TRAN Duc Dang (former director) for their tremendous support and positive encouragement. I acknowledge all the laboratory members, who gave me valuable comments and support during my Ph.
I very much appreciate my families for their love and supports, especially my par- ents for doing hard to secure my life. Finally, I would like to express my special thanks to my wife and my daughter, who have supported me and become the biggest motivation during my studying period in Japan. 11 Contents Abstract i Acknowledgement iii List of Figures Vii List of Tables xi List of Publications xii List of Acronyms and Abbreviations xiv 1 Introduction 1 11 Background of the research problem.2 The status of global LULC mapping .3 The need of having a time series of high resolution LULC maps for Vietnam 4 1.4 Method of LULC classification. 5 15 Accuracy assessment of LULC map.6 Challenge and opportunities for LULC mapping.
6 1/7 Research aims and objectives. ee es 7 2 The relationship between accuracy of land use and land cover map with number of map’s category 2. ee ee ee 8 2. ee ee eee 9 2.1 Land cover map’s accuracy in individual studies.2 Land cover map’s accuracy synthesized from multiple studies.
Q Q Q Q Q ee 14 Annual Forest Cover Maps for Vietnam During 2015-2018 Using ALOS-2/PALSAR- 2 and Auxiliary Data 15 3.2 Satellite Images and Preprocessing.5 Method for Accuracy Assessment and Area Estimation .6 Method for Comparing FNF Maps from Difference Sources .1 Classification result for threetestsies.2 Forest/Non-Forest Maps Using ScanSAR/NDVI/SRIM. Comparison of Forest Cover Data from Multiple Sources .1 Improvement of Forest Classification Using Multi-Temporal ScanSAR Images. Q Q Q Q HQ HH HH ko 36 3.2 Forest Change in Vietnam Between 2015 and 2018 .3 Forest Dynamicsin Vietnam .4 The Need of Having Reliable Forest Maps for User Communities 39 3. eee 39 Creation of a High-Resolution Land Use Land Cover Map for Vietnam Using a Time-Feature Convolutional Neural Network 41 4.2 Satellite images pre-processing.
Reference data collection and accuracy assessment.1 Time series ofSentinel2images.2 LULC map of mainland Vietnam.3 Comparison with other LULC products. Q Q Q ee n g ng ng k k Và 65 4. The practicability of utilizing multi-year data for cloud-free opti- cal image generation. ee ee ee 67 4.3 Multi-temporal data for LULC classification .4 Potentials of time-feature CNN for future studies.
ee 68 5 The first time series of 10-m land use and land cover maps at the national scale for Vietnam from 2017 to 2022 70 5.2 Creation of a time series of reference data and accuracy assessment 71 5.1 A time series of LULC maps for Mainland Vietnam .2 LULC change in Vietnam from 2017to2022.3 Updating LULC map forVietnam.1 Comparing accuracy of different LULC product using the bench- mark study .2 Support to national statisticaldata.3 Application for future LULC predicion.4 The demand on high-resolution LULC maps of Vietnam .5 Limitation and futurestudies. ee 91 6 Conclusions and Remarks 93 6.1 Summary of key findings and contributions.2 Limitations and recommendations. 94 Bibliography 95 Mái List of Figures 2.1 The variation of overall accuracy with different number of class in single studies (a) The study of Herold et al. (2008); (b) The study of McCombs etal.2 The correlation between overall accuracy and the number of LULC classes (for 64 studies including MODIS and Landsat).3 The average accuracy with respect to sensor types (the error bars are the standard deviation).
Q eee ee ee eee 14 3.1 Examples of the input data used to create forest/non-forest (FNF) maps. (a) False-color composite of ScanSAR images for mainland Vietnam (dates: Jun. 20, 2017): red: HH polarization, green: HV polarization, blue: difference of HH and HV polarizations. (b) MODIS NDVI image for mainland Vietnam (date: Nov.
(c) Slope (in degree) images of mainland Vietnam estimated using SRTM- DEM images (date: Feb.2 The work-flow used to produce FNF maps for mainland Vietnam using multi-temporal PALSAR-2/ScanSAR, multi-temporal MODIS NDVI, and SRTM images.3 Distribution of reference data. (a) Distribution of training data. (b) Dis- tribution of the 500 validation sample points for the mainland Vietnam based on the 2017 FNF map. (c, d, e) Distribution of the 400 validation sample points based on the 2017 ScanSAR/NDVI/SRTM FNF map at three test sites.4 Classification result of FNF maps for three test sites in Vietnam using: (a) Location of the test sites in mainland Vietnam, (b) single-temporal PALSAR-2 mosaic images, (c) multi-temporal PALSAR-2/ScanSAR im- ages, and (d) a combination of multi-temporal PALSAR-2/ScanSAR, MODIS NDVI, and SRTM-slope images.5 Classification result for FNF maps for mainland Vietnam from 2015 to 2018.
(a) Forest/non-forest map in 2015, (b) Forest/non-forest map in 2016, (c) Forest/non-forest map in 2017, (d) Forest/non-forest map in 2018.6 Comparison of the overall accuracy of FNE maps from a different data source (Error bars are standard errors).7 Comparison of the forest fraction of different forest cover maps for 2015 with a spatial resolution of 1 km.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ: Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án lập bản đồ hiện trạng và sử dụng đất độ phân giải cao tại Việt Nam qua chuỗi thời gian. Phân tích biến động LULC chi tiết.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại University of Tsukuba. Năm bảo vệ: 2024.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam" thuộc chuyên ngành Environmental Studies. Danh mục: Khoa Học Giáo Dục.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam" có 132 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ: Time Series High Resolution Land Use Land Cover Mapping in Mainland Vietnam" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.