Luận án – Nghiên cứu nâng cao độ chính xác trong xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất cho khu vực miền núi tỉnh Quảng Ngãi.

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ SẠT LỞ ĐẤT CHO KHU VỰC MIỀN NÚI TỈNH QUẢNG NGÃI

Ngành:

Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu nâng cao độ chính xác trong xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất cho khu vực miền núi tỉnh Quảng Ngãi" tập trung giải quyết vấn đề sạt lở đất, một loại hình thiên tai nguy hiểm thường xuyên xảy ra do tác động của mưa lớn và biến đổi khí hậu ở các tỉnh miền núi Việt Nam. Mặc dù bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất là công cụ phòng chống hữu hiệu, các phương pháp hiện hành còn hạn chế về độ chính xác do việc sử dụng dữ liệu tĩnh (như mưa trung bình nhiều năm và một bản đồ chỉ số thực vật NDVI duy nhất) và sự thiếu hụt dữ liệu đo đạc chi tiết ở các khu vực nghiên cứu mới như vùng núi Quảng Ngãi.

Mục tiêu tổng quát của luận án là nâng cao độ chính xác trong xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất cho khu vực hạn chế dữ liệu. Để đạt được mục tiêu này, nghiên cứu đã thực hiện việc làm giàu dữ liệu hiện trạng sạt lở đất bằng cách kết hợp kỹ thuật viễn thám từ ảnh Google Earth và Sentinel 2. Một điểm cải tiến quan trọng là việc xây dựng chuỗi dữ liệu mưa tích lũy lớn nhất (trong 1, 3, 5, 7 ngày) và chuỗi dữ liệu NDVI thay đổi theo thời gian (giai đoạn 2016-2020), thay thế cho cách tiếp cận dữ liệu tĩnh truyền thống. Nghiên cứu đã sử dụng năm mô hình học máy (Logistic Regression, Support Vector Machine, Decision Tree, Random Forest, XGBoost) để dự đoán nguy cơ sạt lở đất, đồng thời phân tích 10 yếu tố ảnh hưởng.

Kết quả cho thấy mô hình XGBoost mang lại hiệu quả dự đoán cao nhất ("rất tốt") và được kiến nghị sử dụng. Việc sử dụng chuỗi dữ liệu mưa tích lũy lớn nhất đã chứng minh sự cải thiện đáng kể về độ chính xác so với việc dùng dữ liệu mưa trung bình nhiều năm. Luận án đã thành công trong việc xây dựng tổng cộng 12 bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất theo các kịch bản tần suất mưa khác nhau (từ 10% đến 50% cho 1-NLN, 3-NLN, 5-NLN, 7-NLN). Các bản đồ này cho thấy khả năng dự đoán rất tốt, đặc biệt trong việc xác định các vùng nguy cơ "rất cao".

Những bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất này có ý nghĩa thực tiễn to lớn, đóng vai trò là tài liệu hữu hiệu phục vụ công tác phòng chống thiên tai, hỗ trợ quy hoạch, thiết kế và quản lý các công trình thủy cũng như dân cư tại 5 huyện miền núi tỉnh Quảng Ngãi, nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng của sạt lở đất. Nghiên cứu cũng chỉ ra các hạn chế về dữ liệu và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo, bao gồm xây dựng ngưỡng mưa cảnh báo và đề xuất giải pháp phòng chống cho các khu vực nguy cơ cao.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Giới thiệu chung
  • 2. Vấn đề nghiên cứu
  • 3. Mục tiêu nghiên cứu
    • 3.1. Mục tiêu tổng quát
    • 3.2. Mục tiêu cụ thể
  • 4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
    • 4.1. Đối tượng nghiên cứu
    • 4.2. Phạm vi nghiên cứu
  • 5. Phương pháp nghiên cứu
  • 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
    • 6.1. Ý nghĩa khoa học
    • 6.2. Ý nghĩa thực tiễn
  • 7. Cấu trúc của luận án

• Chương 1: TỔNG QUAN

  • 1.1. Tổng quan về sạt lở đất
    • 1.1.1. Khái niệm
    • 1.1.2. Các dạng sạt lở đất
    • 1.1.3. Nguyên nhân và các yếu tố ảnh
    • 1.1.4. Thiệt hại do sạt lở đất
  • 1.2. Mức độ đánh giá sạt lở đất và bản đồ sạt lở đất
    • 1.2.1. Mức độ đánh giá sạt lở đất
    • 1.2.2. Các loại bản đồ sạt lở đất
  • 1.3. Phương pháp xây dựng mô hình dự đoán nguy cơ sạt lở đất

• Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ SẠT LỞ ĐẤT

  • 2.1. Quy trình xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất bằng phương pháp học máy
  • 2.2. Phương pháp khôi phục hiện trạng sạt lở đất bằng kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám
    • 2.2.1. Cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh
    • 2.2.2. Kỹ thuật phân tích
  • 2.3. Phương pháp xây dựng chuỗi dữ liệu mưa và NDVI dùng trong dự đoán nguy cơ sạt lở đất
  • 2.4. Phương pháp phân tích tần suất mưa vùng
  • 2.5. Phương pháp phân tích và chọn lọc dữ liệu yếu tố ảnh hưởng
  • 2.6. Lý thuyết các mô hình dự đoán nguy cơ sạt lở đất
    • 2.6.1. Mô hình hồi quy Logistic (LR)
    • 2.6.2. Mô hình máy vector hỗ trợ (SVM)
    • 2.6.3. Mô hình cây quyết định (DT)
    • 2.6.4. Mô hình rừng ngẫu nhiên (RF)
    • 2.6.5. Mô hình tăng cường độ dốc cấp cao (XGBoost)
  • 2.7. Phương pháp đánh giá và so sánh mô hình dự đoán nguy cơ sạt lở đất
    • 2.7.1. Phương pháp dựa trên chỉ số thống kê
    • 2.7.2. Phương pháp ROC
  • 2.8. Phương pháp xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất theo tần suất mưa

• Chương 3: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN NGUY CƠ SẠT LỞ ĐẤT PHÙ HỢP CHO KHU VỰC VÙNG NÚI TỈNH QUẢNG NGÃI

  • 3.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu
  • 3.2. Trình tự xây dựng xây dựng mô hình dự đoán nguy cơ sạt lở đất phù hợp cho khu vực nghiên cứu
  • 3.3. Xây dựng và phân tích cơ sở dữ liệu dùng trong đánh giá nguy cơ sạt lở đất
    • 3.3.1. Dữ liệu hiện trạng sạt lở đất
    • 3.3.2. Dữ liệu mưa kích thích sạt lở đất
    • 3.3.3. Dữ liệu NDVI
    • 3.3.4. Dữ liệu các yếu tố ảnh hưởng khác
    • 3.3.5. Phân tích tần suất các yếu tố ảnh hưởng
    • 3.3.6. Phân tích và chọn lọc dữ liệu yếu tố ảnh hưởng
  • 3.4. Kết quả mô hình dự đoán nguy cơ sạt lở đất
  • 3.5. Đánh giá sự cải thiện về độ chính xác của mô hình dự đoán nguy cơ sạt lở đất

• Chương 4: PHÂN VÙNG NGUY CƠ SẠT LỞ ĐẤT THEO TẦN SUẤT MƯA CHO KHU VỰC VÙNG NÚI TỈNH QUẢNG NGÃI

  • 4.1. Thiết lập cơ sở dữ liệu mưa để xây dựng bản đồ
  • 4.2. Xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất theo kịch bản tần suất mưa
    • 4.2.1. Lập bản đồ chỉ số nguy cơ sạt lở đất (LSI)
    • 4.2.2. Xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất
  • 4.3. Đánh giá hiệu quả của bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất
    • 4.3.1. Đánh giá sự biến động vùng nguy cơ sạt lở đất
    • 4.3.2. Đánh giá chỉ số mật độ sạt lở đất (LD)
    • 4.3.3. Kiểm chứng bản đồ dự đoán nguy cơ sạt lở đất theo tần suất mưa
  • 4.4. Ứng dụng của bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở đất
    • 4.4.1. Ứng dụng trong phòng chống thiên tai
    • 4.4.2. Ứng dụng trong quy hoạch và thiết kế công trình thủy

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • 1. Những kết quả đạt được của luận án
  • 2. Những hạn chế của luận án
  • 3. Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo
    • 3.1. Xây dựng ngưỡng mưa gây sạt lở đất cho vùng nghiên cứu
    • 3.2. Đề xuất giải pháp phòng chống sạt lở đất cho các khu vực có nguy cơ sạt lở rất cao

• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

  • CÁC CÔNG BỐ QUỐC TẾ
  • CÁC CÔNG BỐ TRONG NƯỚC