Canada sử dụng phân tích không gian để duy trì tính bền vững cho những cánh rừng.

Làm thế nào phân tích không gian có thể giúp ngành lâm nghiệp Canada đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với các sản phẩm gỗ và hơn nữa là hỗ trợ tính phát triển bền vững của hàng loạt giá trị mà những khu rừng rộng lớn mang lại? Forsite đã chia sẻ kinh nghiệm hơn 30 năm áp dụng GIS để quản lý rừng hiệu quả và bền vững.

Fisheye HDR view looking directly up in dense Canadian pine forest with sun glaring in clear blue sky as trees reach for the sky

Tất cả các cảnh quan vốn dĩ rất đa dạng trong không gian và thời gian, và các khu rừng thường xuyên bị ảnh hưởng bởi sự biến động của thiên nhiên và hoạt động của con người - cũng không phải trường hợp ngoại lệ. Trong khi các biến động của thiên nhiên, như cháy rừng, sâu bọ, côn trùng và dịch bệnh, là một phần của chu kỳ trong hệ sinh thái rừng, các hoạt động của con người liên quan đến khai thác và tái sinh rừng thường được lên kế hoạch mô phỏng theo chu kỳ tự nhiên.

Với hơn 347 triệu ha diện tích rừng, rừng là một phần quan trọng, là nét đặc trưng và đã đóng một vai trò quan trọng trong lịch sử của Canada. Vào thế kỷ 19, việc sử dụng rừng ở Canada bắt đầu từ việc chặt gỗ quy mô nhỏ, hỗ trợ sinh hoạt cho đến khai thác và đưa vào nhà máy với quy mô công nghiệp lớn hơn. Những hoạt động này đã tạo ra việc làm cho một phần đáng kể lực lượng lao động vào thời điểm đó và giúp phát triển đường xá và cơ sở hạ tầng ở khu vực nông thôn. Khi khối lượng khai thác tăng theo thời gian, các chính phủ bắt đầu thực hiện các chính sách để đảm bảo sản lượng khai thác gỗ ổn định trong tương lai, và sau đó điều chỉnh các chính sách này bao gồm một loạt các giá trị như đa dạng sinh học và kinh tế xã hội (còn được biết đến là quản lý rừng bền vững).

Giám sát các mô hình không gian về những thay đổi hay biến động của rừng là yếu tố rất quan trọng để khai thác và phát triển rừng bền vững. Cơ sở dữ liệu rừng truyền thống, đầu ra mô hình và quan sát thực địa hiện được bổ sung bằng các công cụ không gian địa lý như viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để quản lý dữ liệu và phân tích không gian địa lý. Do đó, có nhiều thông tin cập nhật và chính xác hơn cho các chuyên gia quản lý tài nguyên để họ nắm được sự thay đổi cảnh quan trên một phạm vi rộng cả quy mô không gian và thời gian.

Một trong những thành phần có tính năng vượt trội nhất của GIS là xử lý địa lý, giúp người dùng xác định, quản lý và phân tích dữ liệu để thông báo ra quyết định. ArcGIS, kết hợp với nhiều tiện ích mở rộng, có hơn 200 công cụ xử lý địa lý.

Năm 1987, một nhóm nhỏ các chuyên gia cam kết tập trung vào việc vận dụng các dịch vụ trong lĩnh vực lâm nghiệp để kết hợp với Forsite Consulting Ltd. tại Salmon Arm, British Columbia. Ngày nay, với hơn 130 nhân viên tại 11 thành phố trên khắp Canada, công ty cung cấp các dịch vụ quản lý đất lâm nghiệp tổng hợp, các dịch vụ bao gồm từ quy hoạch, phân tích tài nguyên, phát triển gỗ, lâm sinh và kiểm kê rừng đến hỗ trợ tăng trưởng và tăng năng suất, dịch vụ viễn thám hoặc LiDAR.

Cam Brown - giám đốc phân tích tài nguyên tại Forsite chia sẻ: “Nhu cầu về các sản phẩm làm bằng gỗ đang tăng lên trên toàn cầu một phần do lượng khí thải carbon nhỏ hơn so với các sản phẩm xây dựng truyền thống, trong khi rừng là hữu hạn thì nhu cầu của con người về các sản phẩm làm bằng gỗ là vô hạn. Forsite đã cân bằng được vấn đề này. Chúng tôi làm việc với các chính phủ, những quốc gia đứng đầu và những đơn vị làm trong ngành lâm nghiệp để giúp xác định tỷ lệ khai thác bền vững và những nơi nào tiếp theo có thể khai thác được. Chúng tôi làm việc để giúp khách hàng thành công trong việc cân bằng các mục tiêu sản xuất gỗ bền vững và duy trì các giá trị khác từ các khu rừng như nước, môi trường sống hoang dã hoặc giải trí.”

Lập bản đồ biến động rừng

Trong hơn 10 năm, Forsite đã làm việc với Tolko Industries trong các dự án đánh giá nước đầu nguồn tại BC. Những người trồng rừng có kế hoạch khai thác ở các lưu vực sông BC thường cần phải hiểu mức độ ‘biến động’ trong lưu vực để giúp xác định xem có phù hợp để tiếp tục khai thác được hay không.

Được gọi là đánh giá Khu vực cụ thể tương đương (ECA), phân tích giúp đo lường bao nhiêu lưu vực đã bị cắt, đốt hoặc bị ảnh hưởng bởi hoạt động của côn trùng từ trước đến nay và mức độ phục hồi thủy văn liên quan đến những biến động đã xảy ra. Sản phẩm cuối cùng là bản đồ các biến động với mức độ phục hồi của chúng và tỷ lệ phần trăm ECA cuối cùng cho toàn bộ lưu vực sông nói chung. Nếu một lưu vực có ECA lớn hơn 30 %, một nhà thủy văn thường sẽ tiến hành đánh giá thực địa để hỗ trợ các quyết định về việc có nên tiếp tục khai thác hay không. Để hoàn thành phân tích ECA, Forsite sẽ xác định ranh giới sông cái và điều kiện của cơ sở đất đai trong tài liệu kiểm kê rừng.

“Mức độ tăng trưởng của cây cối tính đến hiện tại theo số tuổi hoặc chiều cao của cây cối được cập nhật nhất bằng cách sử dụng các đường cong tăng trưởng đã được thiết lập và mới được khai thác hoặc đốt được nhúng vào dữ liệu với các thuộc tính liên quan. Nếu có sẵn, dữ liệu mô hình chiều cao LiDAR Canopy (CHM) được sử dụng để gán chiều cao cập nhật cho cây cối”, theo Jessica Koroll, chuyên gia về GIS tại Forsite. “Điều này cũng bao gồm các tác động đến sự sống của khu rừng như tử vong từ bọ cánh cứng trên núi và dải nhựa các tuyến đường hiện tại cũng có tác động đến sự biến động trên nền đất”.

itemeditorimage_5bd7490251633

Sử dụng các công cụ xử lý địa lý trong hộp công cụ phân tích của ArcGIS Desktop, các đầu vào khác nhau được đồng bộ để tạo ra một tập dữ liệu duy nhất chứa tất cả thông tin bắt buộc phục vụ cho việc phân tích. Khi LiDAR có sẵn, Forsite sử dụng raster CHM và các công cụ có sẵn thông qua tiện ích Phân tích không gian ArcGIS gói mở rộng để tạo và cập nhật bảng kê tóm tắt về chiều cao che phủ rừng.  

Dựa trên các dữ liệu độ cao và / hoặc tỷ lệ tử vong này, tỷ lệ biến động (ECA) được chỉ định cho mỗi giá trị, và sau đó tỷ lệ của khu vực bị biến động được tính toán. Để tính tỷ lệ phần trăm ECA cuối cùng cho một đơn vị lưu vực cụ thể, tổng của tất cả các khu vực biến động được chia cho tổng diện tích lưu vực. ArcPy, một bộ công cụ Python để thực hiện phân tích dữ liệu địa lý, chuyển đổi, quản lý và tự động hóa bản đồ, được sử dụng để thiết kế quy trình từ đầu đến cuối cho dù đó là quy trình xử lý địa lý, cập nhật thuộc tính, thêm hoặc tính toán các trường thông tin mới hoặc thậm chí tính toán các số liệu thống kê cuối.

Khi kết thúc phân tích, Forsite tạo ra một bản đồ minh họa về các khu vực lưu vực đầu nguồn sông cái với mức độ phục hồi thủy văn được cập nhật và các bảng cung cấp các khu vực theo mức độ phục hồi và tỷ lệ biến động cuối cùng cho toàn bộ lưu vực. 

Ông Brown kết luận: “Bằng cách giúp các công ty lâm nghiệp và các nhà thủy văn hiểu được mức độ biến động hiện tại, chúng tôi đã hỗ trợ việc ra quyết định có căn cứ về sự phù hợp của việc khai thác rừng bổ sung ở lưu vực sông”. 

Gỗ để ở đâu?

Đối với một dự án khác tại Tolko Industries, Forsite đã được yêu cầu đánh giá hàng ngàn khu vực có thể khai thác trên các cảnh quan rộng lớn và các loại sở hữu ở Saskatchewan để xác định khối lượng gỗ tiềm năng có sẵn để khai thác (gỗ cứng và gỗ mềm) và chi phí khai thác gỗ ở mỗi địa điểm này. Quá trình này bao gồm xác định tuyến đường vận chuyển tối ưu và khoảng cách đến các cơ sở nhà máy sản xuất để ước tính chi phí vận chuyển.  

Nhà máy Meadow Lake Oriented Strand Board, nhà máy của Tolko duy nhất ở Saskatchewan, đã hoạt động từ năm 2003 và chủ yếu sản xuất các tấm ván (OSB). Họ lấy gỗ từ nhiều nguồn khác nhau bao gồm đất nông nghiệp, đất rừng rìa và các khu vực được thuê như Khu quản lý rừng Prince Albert (FMA). 

Steve Smyrl - nhà phân tích GIS cao cấp tại Forsite đã kể lại: “Chúng tôi bắt đầu bằng cách xác định các địa điểm và khối lượng khai thác tiềm năng trong bán kính khoảng 700 km quanh nhà máy. Tiếp theo, chúng tôi đã thêm nhiều thuộc tính cho từng vị trí như chi phí để tiếp cận vị trí, khai thác gỗ, trồng lại từng cây, trồng lại rừng và chi phí vận chuyển để thực hiện đánh giá cuối cùng. Quá trình này đòi hỏi rất nhiều công cụ xử lý địa lý. Để tính toán các tuyến đường tối ưu từ mỗi khối đến khu vực nhà máy, chúng tôi đã sử dụng ArcGIS Network Analyst”. 

Bộ công cụ phân tích mạng cung cấp nhiều ứng dụng mở rộng như thêm vị trí (nút giao điểm) vào lớp phân tích mạng lưới, tính toán các trường vị trí mạng cho lớp tính năng điểm, tạo thông tin định hướng cho lớp phân tích mạng lưới với các tuyến và xác định cơ sở gần nhất. Một khía cạnh độc đáo của dự án là khả năng của Forsite, để tạo ra các tuyến đường tối ưu, ngay cả khi không có mạng lưới đường mòn (bề mặt chi phí raster được tạo ra từ các tuyến đường mòn).

itemeditorimage_5bd749800caeb

Bằng cách tạo lớp chi phí khối lượng, Forsite đã có thể trình bày cho khách hàng của mình một số tình huống dựa trên việc truy cập các khối lượng khác nhau từ các địa điểm khác nhau theo cách cho phép nhà máy đánh giá chi phí trung bình và chi phí biên cũng như rủi ro về nguồn cung. Kế quả này cho phép nhà máy sản xuất lên kế hoạch cung cấp sợi cho các năm sắp tới với ước tính chi phí chính xác hơn. Ngoài ra, khách hàng còn có quyền truy cập vào các kế hoạch thay thế và các chi phí liên quan. 

Trong thời đại lâm nghiệp chính xác này, nó không chỉ thu thập dữ liệu kỹ thuật số bằng cách sử dụng công nghệ tiên tiến mà còn vận dụng trí thông minh và tối ưu hóa việc ra quyết định để giành được khách hàng mới và được Forsite công nhận.

Người dùng Esri độc quyền

Forsite bắt đầu sử dụng công nghệ GIS từ rất sớm và luôn tập trung vào việc bắt kịp với những tiến bộ công nghệ trong ngành. “Chúng tôi bắt đầu với công nghệ Esri từ những năm 80”, Brown tự hào đưa ra một tờ hóa đơn của Esri Canada từ năm 1989. “Sau khi chúng tôi dùng thử ArcGIS Desktop, không một chút nghi ngại. Mặc dù chúng tôi đã nghiên cứu một số sản phẩm GIS mã nguồn mở cho các mục đích phi thương mại, nhưng chúng tôi vẫn luôn là người dùng trung thành chỉ dùng sản phẩm của Esri”. 

Koroll nhận định: “Chúng tôi sẽ rất vui nếu có thể tạo ra các giải pháp hiệu quả hơn về chi phí, ví dụ như thông qua các tập lệnh trong ArcPy, cung cấp khả năng lặp lại, tránh lỗi và minh bạch. Mười năm trước đây, phải mất vài tuần để tạo ra một bản đồ, nhưng bây giờ, chúng ta có thể tạo ra 50 bản đồ trong vòng chưa đầy một giờ. Các công cụ tự động hóa trong ArcGIS Desktop đã đơn giản hóa quy trình một cách kỳ lạ”. 

Bước tiếp theo

Hiện tại Forsite thường sử dụng bản đồ web để giúp khách hàng xác minh bộ dữ liệu đầu vào và xem xét kết quả thay vì tạo bản đồ tĩnh. Họ đánh giá cao sự linh hoạt trong cách điều chỉnh nội dung và tỷ lệ bản đồ trong quá trình đánh giá. Trong thời gian tới, họ đang xem xét sử dụng bảng điều khiển để trình bày kết quả phân tích cho khách hàng theo cách linh hoạt hơn - chẳng hạn như ban đầu chỉ trình bày kết quả cơ bản khái quát nhưng vẫn cho phép khách hàng đi sâu vào chi tiết hơn nếu họ muốn. Lúc đầu chúng tôi sử dụng ArcGIS Desktop, nhóm hiện đang dần chuyển sang ArcGIS Pro và mong muốn tiếp tục khám phá ArcGIS Enterprise. 

Các sản phẩm bản đồ gốc đã được giới hạn để tạo ra các bản đồ trực quan để truyền đạt thông tin. Càng ngày khách hàng càng hỏi những câu hỏi khó và kỳ vọng nhiều hơn về sản phẩm. Brown kể lại: “May mắn thay, GIS cung cấp cho chúng tôi khả năng quản lý các bộ dữ liệu không gian lớn và sử dụng chúng để trả lời các câu hỏi phức tạp, cũng như cung cấp phân tích chuyên gia để hỗ trợ cho việc ra quyết định tốt hơn.” Quản lý rừng đã trở nên rất tinh vi trong vài thập kỷ qua và Forsite đã thành công trong việc đáp ứng và duy trì các yêu cầu công nghiệp hàng đầu. 

Canada là nước dẫn đầu trong lâm nghiệp toàn cầu và việc sử dụng công nghệ phân tích không gian tiên tiến là một bước vững chắc để tiếp tục gặt hái những lợi ích của các khu rừng rộng lớn trong khi vẫn đảm bảo tính bền vững của một loạt các giá trị do rừng cung cấp. 

Bài viết này ban đầu được in trong ấn bản mùa thu năm 2018 của ArcNorth News.