Can Gio Mangrove Forest Conservation & Remote Sensing SystemBảo tồn Rừng ngập mặn Cần Giờ & Hệ thống Viễn thám

The Can Gio Biosphere Reserve represents one of the most critical coastal defense ecosystems in Southeast Asia, acting as a vital carbon sink and storm surge shield for southern Vietnam. However, tracking ecological dynamics across extensive, waterlogged mangrove terrain poses severe operational hurdles: semidiurnal tidal inundation up to 4 meters, dense root architectures, high saline humidity, and rapid canopy shifts. Traditional forestry surveys rely on infrequent manual sample plots that cannot detect rapid canopy thinning or fine-scale vegetation stress in time.

The project is directed under the leadership of Principal Investigator (PI) Assoc. Prof. Dr. Phan Thi Thuc Anh (Associate Vice Provost, VinUniversity; Executive Director of GREEN-X), with Dinh Van Dung serving as Co-Principal Investigator (Co-PI). The engineering and telemetry architecture is led by Technical Lead & Research Assistant Minh-Hoang Pham alongside research assistants Nguyen Ngoc Gia Ninh and Nguyen Xuan Quyen.

To address these hurdles, our project adopts a phased, two-tiered ecological monitoring framework:

1. Active Phase: Deployment of a high-resolution satellite remote sensing dashboard to analyze canopy green cover, vegetation health indices, and spatial trends over time.
2. Upcoming Phase: Laboratory prototyping and preparation of ruggedized in-situ IoT telemetry hardware engineered for forthcoming deployment in the tidal mangrove mudflats.

Khu dự trữ sinh quyển Cần Giờ là lá chắn phòng hộ ven biển xung yếu tại Đông Nam Á, đóng vai trò như bể chứa carbon tự nhiên khổng lồ và bức tường chắn sóng bão bảo vệ khu vực phía Nam. Tuy nhiên, việc theo dõi diễn biến sinh thái trên diện tích rừng ngập nước rộng lớn gặp nhiều trở ngại khắc nghiệt: chế độ bán nhật triều với biên độ lên tới 4 mét, mạng lưới rễ đước chằng chịt, độ ẩm mặn cao và sự biến động phức tạp của tán rừng. Các phương pháp điều tra lâm nghiệp truyền thống bằng ô tiêu chuẩn định kỳ không thể phát hiện kịp thời hiện tượng suy giảm độ che phủ hay suy thoái cục bộ.

Dự án được chủ trì bởi Chủ nhiệm đề tài (PI) là PGS. TS. Phan Thị Thục Anh (Phó Hiệu trưởng VinUniversity, Giám đốc Điều hành Trung tâm GREEN-X), cùng Đồng chủ nhiệm đề tài (Co-PI) Đinh Văn Dũng. Kiến trúc kỹ thuật và hệ thống viễn thông do Trưởng nhóm kỹ thuật kiêm Trợ lý nghiên cứu Phạm Minh Hoàng cùng các trợ lý nghiên cứu Nguyễn Ngọc Gia Ninh và Nguyễn Xuân Quyền đảm nhiệm.

Để giải quyết bài toán này, dự án triển khai mô hình quan trắc sinh thái hai giai đoạn đồng bộ:

1. Giai đoạn hiện tại: Vận hành dashboard viễn thám vệ tinh độ phân giải cao để phân tích độ phủ xanh tán rừng, chỉ số sức khỏe thực vật và xu hướng biến động theo chuỗi thời gian.
2. Giai đoạn tiếp theo: Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và chuẩn bị triển khai thực địa hệ thống phần cứng IoT đo đạc chuyên dụng chịu ngập triều trực tiếp tại bãi bồi rừng ngập mặn.

In the initial operational phase, the team developed and deployed an interactive satellite analytics dashboard tailored to the Can Gio biosphere:

• Multispectral Orbital Ingestion: Ingests high-frequency multispectral satellite imagery (Sentinel-2 and Landsat missions) covering the entire mangrove reserve area.
• Vegetation Index Calculation: Automated processing pipelines compute key vegetation and moisture indices—including NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), NDRE, and EVI—to evaluate photosynthetic vigor and canopy biomass across seasons.
• Spatial Coverage & Defoliation Detection: The dashboard visually maps canopy density gradients, tracks year-over-year afforestation and natural regeneration, and automatically highlights localized anomalies or canopy dieback hotspots for forestry rangers.
• Interactive Geospatial Interface: Provides intuitive GIS layers allowing researchers and reserve authorities to isolate specific forest compartments, examine historical greenness curves, and correlate climate variations with mangrove health.

Trong giai đoạn đầu đang vận hành tích cực, nhóm nghiên cứu đã xây dựng và đưa vào sử dụng dashboard phân tích dữ liệu vệ tinh chuyên sâu cho khu sinh quyển Cần Giờ:

• Thu nhận dữ liệu ảnh vệ tinh đa phổ: Tự động nạp dữ liệu ảnh viễn thám chu kỳ dày đặc từ các vệ tinh Sentinel-2 và Landsat bao phủ toàn bộ diện tích rừng ngập mặn Cần Giờ.
• Tính toán chỉ số thảm thực vật: Chuỗi xử lý tự động tính toán các chỉ số sức khỏe và độ ẩm tán cây quan trọng như NDVI (Chỉ số thực vật chuẩn hóa), NDRE và EVI để định lượng sức sống quang hợp và sinh khối tán lá qua từng mùa vụ.
• Phân tích mật độ che phủ & Cảnh báo suy giảm: Dashboard trực quan hóa gradient mật độ tán cây, theo dõi tiến trình tái sinh rừng tự nhiên qua các năm và tự động khoanh vùng các điểm nóng có dấu hiệu suy thoái tán lá cho kiểm lâm địa bàn.
• Giao diện bản đồ GIS tương tác: Cho phép các nhà khoa học và lực lượng quản lý rừng dễ dàng tra cứu theo từng tiểu khu rừng, theo dõi biểu đồ lịch sử độ xanh và đối chiếu biến động khí hậu với sức khỏe rừng ngập mặn.

While the satellite dashboard provides macro-scale temporal oversight, micro-scale ecological ground truth requires direct in-situ hydrological and microclimate logging. Hardware development is actively underway:

• Custom Low-Power Sensor Nodes: Engineering ultra-low-power embedded telemetry nodes designed to sample water level fluctuations, soil porewater salinity, ambient humidity, and temperature along tidal transects.
• Rugged Marine Enclosures: Prototyping IP68 corrosion-resistant housings and specialized mounting fixtures to endure prolonged seawater immersion, mud accretion, and high hydrodynamic forces on mangrove stilt roots.
• Solar Energy Harvesting: Bench-testing conformal-coated solar harvesting modules paired with LiFePO4 battery management circuits to guarantee autonomous survival under dense forest canopy and prolonged monsoon overcast.
• Sub-GHz & Cellular Gateways: Designing canopy-level gateway relays utilizing long-range sub-GHz / LoRa links to collect telemetry from intertidal nodes and backhaul consolidated data to the central cloud platform.

Field deployment of the physical hardware nodes is scheduled following laboratory calibration and tidal-cycle stress testing, bridging orbital remote sensing with continuous physical measurements on the ground.

Trong khi dashboard vệ tinh mang lại cái nhìn bao quát vĩ mô trên diện rộng, việc giám sát sinh thái ở cấp vi mô đòi hỏi các phép đo thủy văn và vi khí hậu trực tiếp tại thực địa. Phần cứng chuyên dụng hiện đang được tích cực hoàn thiện trong phòng thí nghiệm:

• Nút cảm biến nhúng siêu tiết kiệm năng lượng: Thiết kế các nút đo lường chuyên biệt để ghi nhận biến động mực nước triều dâng, độ mặn nước lỗ rỗng trong bùn, độ ẩm không khí và nhiệt độ dọc các tuyến đo bãi bồi.
• Vỏ trạm chịu môi trường bùn mặn: Chế tạo vỏ bảo vệ đạt chuẩn IP68 chống ăn mòn và gá kẹp chuyên dụng, chịu được tình trạng ngập chìm liên tục trong nước biển, bám bùn đặc và lực đẩy thủy triều tác động lên hệ rễ đước.
• Thu hoạch năng lượng mặt trời dưới tán: Thử nghiệm mạch thu năng lượng mặt trời phủ keo bảo vệ conformal kết hợp mạch quản lý pin LiFePO4, đảm bảo thiết bị hoạt động tự hành liên tục ngay cả dưới tán cây rậm rạp và thời kỳ nhiều mây mùa mưa.
• Trạm chuyển tiếp Sub-GHz & Kết nối di động: Phát triển các trạm gateway đặt trên ngọn tán cây sử dụng giao thức truyền thông tầm xa LoRa / Sub-GHz để gom số liệu từ các nút dưới mặt bùn và chuyển tiếp an toàn lên nền tảng đám mây.

Hệ thống phần cứng thực địa sẽ được triển khai cắm mốc ngay sau khi hoàn thành quy trình hiệu chuẩn phòng lab và thử nghiệm chịu tải chu kỳ triều, kết nối chặt chẽ dữ liệu viễn thám từ không gian với dữ liệu vật lý thời gian thực dưới mặt đất.