Khóa luận tốt nghiệp Khoa học môi trường: Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện Quan Hóa – Thanh Hóa giai đoạn 2010 - 2015

Chia sẻ: Elysale25 Elysale25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là thành lập bản đồ hiện trạng rừng các năm 2010 và 2015 và bản đồ biến động rừng giai đoạn 2010 – 2015 tại khu vực nghiên cứu. Nhằm nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề xuất các giải pháp quản lý bền vững nguồn tài nguyên rừng của địa bàn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp Khoa học môi trường: Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện Quan Hóa – Thanh Hóa giai đoạn 2010 - 2015

V ,;, TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƢỜNG ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN RỪNG TẠI HUYỆN QUAN HÓA – THANH HÓA GIAI ĐOẠN 2010 – 2015 Ngành: Khoa học môi trƣờng Mã ngành: 306 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Phùng Văn Khoa Sinh viên thực hiện: Lê Anh Tùng MSV: 1253060794 Lớp: 57A – Khoa học môi trường Khóa học: 2012 – 2016 Hà Nội, 2016
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƢỜNG TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.Tên khóa luận: “Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện Quan Hóa – Thanh Hóa giai đoạn 2010 - 2015” 2.Sinh viên thực hiện: Lê Anh Tùng 3.Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS.Phùng Văn Khoa 4.Mục tiêu nghiên cứu: Thành lập bản đồ hiện trạng rừng các năm 2010 và 2015 và bản đồ biến động rừng giai đoạn 2010 – 2015 tại khu vực nghiên cứu. Nhằm nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề xuất các giải pháp quản lý bền vững nguồn tài nguyên rừng của địa bàn. 5.Nội dung nghiên cứu: - Thành lập bản đồ hiện trạng rừng năm 2010 và năm 2015 bằng phƣơng pháp xử lý ảnh số. - Thành lập bản đồ biến động rừng giai đoạn 2010 – 2015 tại khu vực nghiên cứu. - Nghiên cứu xác đinh nguyên nhân và đề xuất các giải pháp quản lý và bảo vệ nguồn tài nguyên rừng tại huyện Quan Hóa. 6.Những kết quả đạt đƣợc: - Đã phân tích và đánh giá đƣợc hiện trạng tài nguyên rừng tại khu vực nghiên cứu. - Thành lập đƣợc các bản đồ hiện trạng và biến động rừng của khu vwuc nghiên cứu. - xác định đƣợc nguyên nhân gây ra sự biến đổi diện tích rừng và đề xuất các giải pháp bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng của khu vực. Hà Nội, ngày 31 tháng 5 năm 2016 Sinh viên Lê Anh Tùng
LỜI CẢM ƠN Đƣợc sự đồng ý của Nhà trƣờng, Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trƣờng và Bộ môn Quản lý môi trƣờng, tôi đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp “Ứng dụng viễn thám và Gis nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện Quan Hóa – Thanh Hóa giai đoạn 2010 – 2015”. Trong quá trình thực hiện khóa luận, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự trợ giúp, hƣớng dẫn tận tình của các thầy, cô, anh, chị và các bạn trong và ngoài trƣờng. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Phùng Văn Khoa đã định hƣớng, khuyến khích, chỉ dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Tuy nhiên, do bản thân còn nhiều hạn chế về chuyên môn và thực tế, thời gian hoàn thành khóa luận không nhiều nên khóa luận sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót. Kính mong nhận đƣợc sự chỉ dẫn, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để khóa luận đƣợc hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Xuân Mai, ngày 30 tháng 05 năm 2016. Sinh viên thực hiện Lê Anh Tùng i
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... vi ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................. 3 1.1. Những vấn đề chung về viễn thám và GIS ................................................ 3 1.1.1. Các khái niệm. ..................................................................................................... 3 1.2. Đặc điểm và thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat............................ 5 1.3. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong và ngoài nƣớc. ............ 8 1.3.1.Trên thế giới. ......................................................................................................... 8 1.3.2. Ở trong nước. ..................................................................................................... 11 CHƢƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................................................... 13 2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................. 13 2.1.1. Mục tiêu chung: ................................................................................................. 13 2.1.2. Mục tiêu cụ thể: ................................................................................................. 13 2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu. .............................................................. 13 2.3. Nội dung nghiên cứu. ............................................................................... 14 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 15 2.4.1. Phƣơng pháp kế thừa tài liệu. ........................................................................... 15 2.4.2. Phƣơng pháp phân loại ảnh. ............................................................................. 15 2.4.3. Phương pháp xây dựng bản đồ diện tích rừng. .............................................. 17 CHƢƠNG 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ, XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 19 3.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 19 3.1.1. Vị trí địa lý. ......................................................................................................... 19 3.1.2. Địa hình. ............................................................................................................. 19 ii
3.1.3. Khí hậu. .............................................................................................................. 20 3.1.4. Thủy văn. ............................................................................................................ 21 3.1.5. Tài nguyên thiên nhiên. ..................................................................................... 21 3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội. ........................................................................ 22 3.2.1 Dân cƣ lao động. ................................................................................................. 22 3.2.2. Hệ thống tổ chức chính quyền:......................................................................... 22 3.2.3. Tình hình kinh tế: ............................................................................................... 22 3.3. Chính sách – Văn hoá xã hội. .................................................................. 24 3.3.1. Văn hóa thông tin. ............................................................................................. 24 3.3.2. Công tác giáo dục đào tạo. ............................................................................... 25 3.3.3. Xây dựng nếp sống văn hoá.............................................................................. 26 3.4. Vai trò của rừng........................................................................................ 26 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................ 28 4.1. Đặc điểm và tình hình quản lý rừng khu vực nghiên cứu ........................ 28 4.1.1. Đặc điểm rừng tại huyện Quan Hóa . ............................................................. 28 4.1.2. Tình hình quản lý rừng huyện Quan Hóa, Thanh Hóa. ................................. 28 4.2. Diễn biến diện tích rừng giai đoạn 2010 – 2015. ..................................... 29 4.2.1. Thành lập bản đồ hiện trạng rừng. .................................................................. 29 4.3. Biến động rừng khu vực nghiên cứu giai đoạn 2010 – 2015. .................. 33 4.3.1. Cơ sở khoa học của đánh giá biến động diện tích rừng. ............................... 33 4.3.2. Thành lập bản đồ biến động rừng.................................................................... 35 4.4. Nghiên cứu xác định nguyên nhân biến động diện tích rừng tại khu vực nghiên cứu và đề xuất giải pháp...................................................................... 38 4.4.1. nguyên nhân biến động diện tích rừng tại khu vực nghiên cứu. ................... 38 4.4.2. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên rừng. ................... 39 CHƢƠNG 5 KẾT LU N, TỒN TẠI, KIẾN NGH ....................................... 41 5.1. Kết luận. ................................................................................................... 41 5.2. Tồn tại. ..................................................................................................... 42 5.3. Kiến nghị. ................................................................................................. 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ETM: Enhanced Thematic Mapper. ERTS: Earth Resource Technology Satellite (Kỹ thuật viễn thám thăm dò Trái Đất). GIS: Geographic information system (Hệ thống thông tin địa lý). MSS: Multispectral Scanner System (Hệ thống bộ cảm đa phổ). NASA: National Aeronautics and Space Administration (Cơ quan hàng không và vũ trụ Mỹ). TM: Thematic Mapper. HĐND: Hội đồng nhân dân. BTTN: Bảo tồn thiên nhiên. IUCN: Tổ chức bảo tồn thiên nhiên quốc tế. DLĐVN: Danh lục đỏ việt nam. KH: Kế hoạch. CK: Cùng kỳ. iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các thông số đặc trƣng của bộ cảm Enhanced TM+ ........................ 6 Bảng 1.2. Ứng dụng của các kênh phổ trong nghiên cứu ................................. 7 Bảng 2.1. Dữ liệu ảnh Landsat thu thập trong đề tài ...................................... 15 Bảng 4.1. Diện tích rừng theo từng năm tại khu vực nghiên cứu. .................. 29 Bảng 4.2. Đánh giá độ chính xác phƣơng pháp phân loại ảnh năm 2010 ...... 32 Bảng 4.3. Đánh giá độ chính xác phƣơng pháp phân loại ảnh năm 2015 ...... 33 Bảng 4.4. Biến động rừng giai đoạn 2010 – 2015. ............................................. 35 Bảng 4.5. Biến động diện tích rừng giai đoạn 2010 – 2015. .......................... 37 v
DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: địa điểm khu vực nghiên cứu: (a) khu vực nghiên cứu 3 xã Trung Sơn – Trung Thành – Thành Sơn , (b) huyện Quan Hóa, (c) tỉnh Thanh Hóa.14 Hình 2.2. Sơ đồ khái quát các bƣớc đánh giá biến động diện tích rừng qua các thời kì trên Arcgis. .......................................................................................... 18 Hình 4.1. Phân bố hiện trạng rừng năm 2010. ................................................ 30 Hình 4.2. Phân bố hiện trạng rừng năm 2015. ................................................ 31 Hình 4.3. Biến động rừng giai đoạn 2010 – 2015. .......................................... 36 Hình 4.4. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2010-2015.................................. 37 vi
ĐẶT VẤN ĐỀ Rừng cung cấp cho chúng ta nhiều sản vật quí hiếm. Nhiều loại cây cỏ của rừng còn là những vị thuốc đem lại sức khỏe và sự sống cho con ngƣời. Rừng còn giữ vai trò điều hòa khí hậu, bảo vệ sự sống. Rừng cây xanh bạt ngàn là lá phổi khổng lồ thanh lọc không khí, cung cấp nguồn dƣỡng khí duy trì sự sống cho con ngƣời. Có loại rừng chắn gió, chắn cát ven biển. Có loại rừng ngăn nƣớc lũ trên núi. Rừng giúp con ngƣời hạn chế thiên tai. Rừng ngập mặn là bức tƣờng thành ngăn chặn bão gió, sóng thần, lũ lụt... Đặc biệt, rừng là khu bảo tồn thiên nhiên vô giá với hàng ngàn loài chim, loài thú quý giá, là nguồn đề tài nghiên cứu vô tận cho các nhà sinh vật học. Bên cạnh những lợi ích thu đƣợc từ việc khai thác, sử dụng nguồn lợi từ rừng, các hoạt động của con ngƣời đã gây ra rất nhiều tác động đối với tài nguyên và môi trƣờng. Hiện nay, chúng ta đang phải đƣơng đầu với những vấn đề về sự suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trƣờng. Sự phát triển kinh tế gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng phục vụ phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết đƣợc các nhà quản lý đặt ra. Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và phân tích biến động diện tích rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu. Hàng năm, các nhà quản lý đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động diện tích rừng. Tuy nhiên, trƣớc đây khi công nghệ thông tin chƣa đƣợc phổ cập rộng thì việc đánh giá biến động mới chỉ dừng lại ở mức độ thô sơ dựa vào các số liệu thu thập đƣợc qua sổ sách và bản đồ giấy, so sánh sự thay đổi bằng phƣơng pháp lấy số liệu từ năm trƣớc trừ số liệu của năm sau với các diện tích thay đổi để tìm xem diện tích đó thay đổi theo chiều hƣớng tăng hay theo chiều hƣớng giảm từ đó lập bản đồ chuyển đổi rừng. Đây là phƣơng pháp rất tốn kém, mất thời gian, tốn nhiều công sức, và chƣa thể hiện đƣợc các thông tin cần thiết của dữ liệu. Phƣơng pháp đánh giá đã lỗi thời không còn phù hợp nữa vì vậy phải thay thế bằng các phƣơng pháp đánh giá mới đáp ứng đƣợc 1
yêu cầu trên và phải đảm bảo kịp thời theo dõi sự thay đổi của đất rừng. Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học hiện đại GIS (Geographic Information Systems) ra đời đánh dấu một bƣớc ngoặt mới trong lịch sử loài ngƣời. Hệ thống này có những chức năng cơ bản đó là thu thập và quản lý thông tin theo ý muốn, đặc biệt là có khả năng chuẩn hoá và biểu thị dữ liệu không gian từ thế giới thực phục vụ cho các mục đích khác nhau trong đời sống. GIS có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, thể hiện dữ liệu địa lý phục vụ các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý của các đối tƣợng trên bề mặt trái đất, là công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng. Xuất phát từ những lý do trên, đề tài: “Ứng dụng viễn thám và Gis nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện Quan Hóa – Thanh Hóa giai đoạn 2010 – 2015 ” đã đƣợc thực hiện. 2
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Những vấn đề chung về viễn thám và GIS 1.1.1. Các khái niệm. Viễn thám (Remote sensing): là một ngành khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tƣợng, một khu vực hoặc một hiện tƣợng thông qua việc phân tích tài liệu thu nhận đƣợc bằng các phƣơng tiện. Những phƣơng tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tƣợng, khu vực hoặc với hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu [1]. Về bản chất viễn thám là công nghệ nhằm xác định và nhận biết các đối tƣợng hoặc các điều kiện môi trƣờng thông qua các đặc trƣng riêng về phản xạ hoặc bức xạ điện từ. Tuy nhiên những năng lƣợng nhƣ từ trƣờng, trọng trƣờng cũng có thể đƣợc sử dụng. Viễn thám nghiên cứu đối tƣợng bằng giải đoán và tách lọc thông tin giải đoán tƣ liệu ảnh hàng không hoặc ảnh vệ tinh dạng số. Các dữ liệu dƣới dạng ảnh chụp và ảnh số đƣợc thu nhận dựa trên việc ghi nhận năng lƣợng bức xạ và sóng phản hồi phát ra từ vật thể khi khảo sát. Năng lƣợng phổ dƣới dạng sóng điện từ, nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán đối tƣợng một cách chính xác hơn. Giải đoán ảnh viễn thám là quá trình tách chiết thông tin định tính cũng nhƣ định lƣợng từ ảnh nhƣ hình dạng, vị trí, cấu trúc, đặc điểm, chất lƣợng, điều kiện... Mối quan hệ tƣơng hỗ giữa các đối tƣợng dựa trên tri thức chuyên ngành hoặc kinh nghiệm của ngƣời giải đoán ảnh. Việc tách thông tin trong viễn thám có thể chia thành 5 loại, cụ thể: 3
+ Phân loại đa phổ: là quá trình tách, gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian cho bởi ảnh của đối tƣợng cần nghiên cứu. + Phát hiện biến động: là sự phát hiện và tách các sự biến động (thay đổi) dựa trên dữ liệu ảnh đa thời gian. + Tách các đại lƣợng vật lý: chiết tách các thông tin tự nhiên nhƣ đo nhiệt độ, trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trƣng phổ hoặc thị sai của ảnh lập thể. + Tách các chỉ số: tính toán xác định các chỉ số mới (chỉ số thực vật NDVI…) + Xác định các đối tƣợng đặc biệt: là xác định các đặc tính hoặc các hiện tƣợng đặc biệt nhƣ thiên tai, cháy rừng, các dấu hiệu phục vụ tìm kiếm khảo cổ… GIS (Geographic Information System) hay hệ thống địa lý đƣợc hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống. + Khái niệm “địa lý” liên quan đến các đặc trƣng về không gian. Chúng có thể là vật lý, văn hóa, kinh tế,…. trong tự nhiên. + Khái niệm “thông tin” đề cập đến dữ liệu đƣợc quản lý bởi GIS. Đó là các dữ liệu về thuộc tính và không gian của đối tƣợng. + Khái niệm “hệ thống” là hệ thống GIS đƣợc xây dựng từ các môđun. Việc tạo các môđun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất. Dữ liệu viễn thám là nguồn cung cấp cơ sở dữ liệu cho GIS trên cơ sở các lớp thông tin đề tài khác nhau; sử dụng chức năng chồng lớp hay phân tích của GIS để tạo ra một kết quả phong phú hơn. Do đó, việc phối hợp viễn thám và GIS sẽ trở thành công nghệ tích hợp rất hiệu quả để xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc kết hợp giữa kỹ thuật viễn thám và GIS trong phân loại lớp phủ và đánh giá biến động sẽ mang lại hiệu quả cao, cụ thể nhƣ sau: + Giảm hoặc loại bỏ các hoạt động thừa từ đó tiết kiệm đƣợc thời gian, công sức và tiền của. 4
+ Kết quả chuẩn hóa số liệu tốt hơn, với giá thành thấp hơn, lập kế hoạch hiệu quả hơn. + Nhanh chóng thu thập đƣợc nhiều thông tin và phân tích chúng, lập báo cáo cho mọi nhu cầu của công tác quản lý. + Tạo cầu nối giữa các công cụ và công nghệ nhằm cải tiến sản xuất. + Tạo khả năng lƣu trữ và xử lý số liệu, cải tiến, truyền thông tin. + Tạo ra một loại dịch vụ mới là cung cấp thông tin. + Truy xuất những thay đổi về diện tích, trạng thái rừng và cà phê trong những thời điểm cụ thể. ERDAS là tên của một hãng sản xuất phần mềm của Mỹ, đƣợc sử dụng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là ở những nƣớc có sự đầu tƣ cho khoa học Viễn thám – GIS. ERDAS là phần mềm mạnh cả về chức năng xử lý ảnh và GIS. Với những lợi ích to lớn nhƣ vậy, cũng nhƣ các ngành khác, ngành lâm nghiệp cần phải phát triển hơn nữa trong việc ứng dụng viễn thám và GIS trong công tác điều tra theo dõi, đánh giá diễn biến rừng để quản lý, phát triển rừng bền vững. 1.2. Đặc điểm và thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat. Landsat là ảnh vệ tinh tài nguyên của Mỹ do cơ quan hàng không và vũ trụ (National Aeronautics and Space Administration – NASA) quản lý. Phần lớn các vệ tinh trên Trái đất đƣợc sử dụng nhằm mục đích giám sát bề mặt đất, chúng không đƣợc thiết kế tối ƣu cho mục đích lập bản đồ chi tiết bề mặt trái đất. Vệ tinh đầu tiên đƣợc thiết kế để giám sát bề mặt Trái đất, vệ tinh Landsat-1, đƣợc phóng bởi NASA vào năm 1972. Ban đầu đƣợc gọi là ERTS-1 (Earth Resource Technology Satellite – Kỹ thuật viễn thám thăm dò Trái Đất), Landsat đƣợc thiết kế nhƣ một thử nghiệm để kiểm tra tính khả thi của việc thu thập dữ liệu quan trắc Trái đất đa quang phổ. Kể từ đó, chƣơng trình đã thu thập đƣợc dữ liệu phong phú từ khắp nơi trên thế giới từ một số vệ tinh Landsat. 5
Tiếp theo đó các thế hệ vệ tinh Landsat 2- 1975, 1978 - Landsat 3. Hai loại ảnh Landsat này chỉ đƣợc trang bị MSS (Multispectral Scanner System - Hệ thống bộ cảm đa phổ: là bộ cảm quang học đƣợc thiết kế để thu nhận bức xạ phổ từ ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất theo 4 kênh phổ khác nhau, đƣợc tích hợp bởi hệ thống quang học và bộ cảm). Landsat 4 đƣợc phóng vào quỹ đạo năm 1982 và Landsat 5 vào năm 1984, cả hai vệ tinh này đƣợc trang bị thêm bộ cảm TM (Thematic Mapper), dùng để quan sát Trái đất theo 7 kênh phổ có phạm vi từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại. Landsat 6 và 7 đƣợc phóng vào năm 1993 và 1999 với bộ cảm cải tiến mới ETM (Enhanced TM). Vệ tinh Landsat 8 đƣợc phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 12/02/2013, với nhiệm vụ theo dõi diễn biến rừng và các hệ sinh thái trên Trái đất. Thiết Bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt trái đất, có độ phân giải là 30m đối với ảnh đa phổ TM và 15m đối với ảnh toàn sắc. Bảng 1.1. Các thông số đặc trƣng của bộ cảm Enhanced TM+ Phổ màu Kênh Bƣớc sóng Độ phân giải (µm) (m) Lam – Blue 1 0.45 – 0.52 30 Lục – Green 2 0.52 – 0.60 30 Đỏ - Red 3 0.63 – 0.69 30 Cận hồng ngoại - Near IR 4 0.76 – 0.90 30 Hồng ngoại sóng ngắn -SWIR 5 1.55 – 1.75 30 Hồng ngoại nhiệt - Thermal IR 6 10.4 – 12.5 60 Hồng ngoại sóng ngắn – SWIR 7 2.08 – 2.35 30 Đen trắng – Panchromatic 8 0.52 – 0.9 10 6
Ảnh Landsat đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ việc giám sát, theo dõi biến động rừng đến việc thành lâp bản đồ hiện trạng rừng. Ảnh vệ tinh Landsat có 7 bands màu khác nhau [2], mỗi phần đại diện cho một phần khác nhau của quang phổ điện tử, cụ thể các thông số nhƣ sau: Bảng 1.2. Ứng dụng của các kênh phổ trong nghiên cứu Kênh phổ Ứng dụng Bƣớc sóng ngắn của ánh sáng này thƣờng xâm nhập tốt hơn so với các bands màu khác, nó thƣờng đƣợc lựa Xanh lam - Band 1 chọn để giám sát các hệ sinh thái thủy sản (lập bản đồ (0.45 – 0.52µm) trầm tích trong nƣớc, môi trƣờng sống của rạn san hô) và xác định các đối tƣợng khác. Tuy nhiên nó dễ nhiễu do bị phân tán trong khí quyển. Xanh lục - Band 2 Band màu này có tính chất tƣơng tự band 1, chúng (0.52 – 0.60µm) thƣờng đƣợc dùng để xác định trạng thái thực vật. Đỏ - Band 3 Phân biệt thực vật và đất, đồng thời theo dõi tình trạng (0.63 – 0.69µm) phát triển của thực vật. Vì nƣớc hấp thụ gần nhƣ tất cả ánh sáng trong bƣớc Cận hồng ngoại sóng này nên nó là band màu rất tốt để xác định nƣớc/độ (0.76 – 0.90µm) ẩm đất. Hồng ngoại sóng Band màu này rất nhạy cảm với độ ẩm và do đó đƣợc ngắn (1.55 – sử dụng để theo dõi thảm thực vật và độ ẩm của đất. Nó 1.75µm) cũng tốt tính khác biệt giữa các đám mây và tuyết Hồng ngoại nhiệt Xác định thời điểm thực vật sốc, độ ẩm của đất và thành (10.4 – 12.5µm) lập bản độ nhiệt Hồng ngoại trung bình (2.08 – Ứng dụng trong lập bản đồ địa chất. 2.35µm) 7
Các band màu có thể kết hợp với nhau để giúp hình dung ra các dữ liệu màu sắc, có rất nhiều cách để kết hợp các band màu với nhau và mỗi cách có ƣu nhƣợc điểm riêng [3], [4]. Do ảnh vệ tinh Landsat có khả năng phân giải phổ tốt, là ảnh số nên thích hợp cho việc xử lý bằng các thiết bị ảnh số hiện đại, cho phép đƣa ra nhiều loại sản phẩm ảnh mà phƣơng pháp tƣơng tự không thực hiện đƣợc. Sản phẩm ảnh Landsat đƣợc phát hành dƣới dạng số lẫn phim ảnh với mức độ xử lý nhiễu và xử lý hình học khác nhau để dễ dàng tiện lợi trong việc sử dụng. Do vậy, Đề tài sử dụng ảnh vệ tinh Landsat (4,5,3) để theo dõi biến động của diện tích rừng. 1.3. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong và ngoài nƣớc. 1.3.1.Trên thế giới. Viễn thám là một ngành khoa học thực sự phát triển mạnh mẽ qua ba thập kỷ gần đây khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra đời các ảnh số, bắt đầu đƣợc thu nhận từ các vệ tinh trên quỹ đạo của Trái Đất từ năm 1960. Sự phát triển của kỹ thuật viễn thám gắn liền với sự phát triển của kỹ thuật chụp ảnh. Năm 1859 G.F.Tounmachon ngƣời Pháp đã sử dụng khinh khí cầu bay ở độ cao 80 mét để chụp ảnh từ trên không, từ việc sử dụng này vào năm 1858 đƣợc coi là năm khai sinh ngành kỹ thuật viễn thám. Năm 1894 Aine Laussedat đã khởi dẫn một chƣơng trình sử dụng ảnh cho mục đích thành lập bản đồ địa hình (Thomas, 1999). Sự phát triển của ngành hàng không đã tạo nên một công cụ tuyệt vời trong việc chụp ảnh từ trên không những vùng lựa chọn và có điều khiển. Những bức ảnh đầu tiên đƣợc chụp từ máy bay do Xibur Wright thực hiện năm 1990 trên vùng Centocal ở Italia. Các máy ảnh tự động có độ chính xác cao,dần dần đƣợc đƣa vào thay thế các máy ảnh chụp bằng tay. Đến năm 1929 ở Liên Xô cũ đã thành lập Viện nghiên cứu ảnh hàng không Leningrad, viện đã sử dụng ảnh hàng không để nghiên cứu địa mạo, thực vật, thổ nhƣỡng. 8
Việc ra đời của ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh sự phát triển mạnh mẽ ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim và giấy ảnh, là các nguyên liệu nhạy cảm với ánh sáng (photo). Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất bằng các ảnh chụp chồng phủ kế tiếp nhau và cho khả năng nhìn ảnh nổi (stereo). Khả năng đó giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọc thông tin từ ảnh có hiệu quả cao. Một ngành chụp ảnh, đƣợc thực hiện trên các phƣơng tiện hàng không nhƣ máy bay, khinh khí cầu và tàu lƣợn hoặc một phƣơng tiện trên không khác, gọi là ngành chụp ảnh hàng không. Các ảnh thu đƣợc từng ngành chụp ảnh hàng không gọi là không ảnh. Bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bay, đƣợc thực hiện vào năm 1910, do Wilbur Wright, một nhà nhiếp ảnh ngƣời Ý, bằng việc thu nhận ảnh di động trên vùng gần Centoceli thuộc nƣớc Ý [5]. Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu Trái đất, các hành tinh và khí quyển. Các ảnh chụp nổi (stereo), thực hiện theo phƣơng đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh Gemini (1965), đã thể hiện ƣu thế của công việc nghiên cứu Trái đất. Tiếp theo, tàu Apolo cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thƣớc ảnh 70mm, chụp về trái đất, đã cho ra các thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất. Ngành hàng không vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu Trái đất. Việc nghiên cứu Trái đất đã đƣợc thực hiện trên các con tàu vũ trụ có ngƣời nhƣ Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos (từ năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừng Salyut. Sản phẩm thu đƣợc là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân giải cao, nhƣ MSU-E (trên Meteor - priroda). Vào năm 1956, ngƣời ta đã tiến hành thử nghiệm khả năng ảnh máy bay trong việc phân loại và phát hiện kiểu thực vật. Năm 1960 nhiều cuộc thử nghiệm về ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và ảnh đa phổ đã đƣợc tiến hành dƣới sự bảo trợ của cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ. Từ những thành công trong nghiên cứu trên vào ngày 23/7/1972 Mỹ đã phóng vệ tinh nhân tạo Landsat đầu tiên mang đến khả năng thu nhận thông 9
tin có tính toàn cầu về các hành tinh (kể cả Trái đất) và môi trƣờng xung quanh.Và từ đó đến nay, NASA đã phóng thêm 6 vệ tinh quan sát tài nguyên lần lƣợt là Landsat 2(1975), Landsat 3(1978), Landsat 4(1982), 1984 Landsat 5 đƣợc đƣa vào quỹ đạo, đến năm 1993 và 1999 Landsat 6, Landsat 7 lần lƣợt đƣợc đƣa vào quỹ đạo. Hoa Kỳ cũng đã phóng vệ tinh khí tƣợng NOAA là thế hệ 3 sau TIROS. Từ năm 1979 đến năm 1991, các vệt inh NOAA, NOAA 7,…NOAA 12; năm 1992 NOAA – 1 và năm 1993 NOAA – J đã cung cấp ảnh theo chế độ cập nhập với độ phân giải không gian 1.1 km.Những máy đặt trên vệ tinh nhân tạo Trái Đất cung cấp thông tin có tính toàn cục về động thái của mây, lớp phủ thực vật, cấu trúc địa mạo, nhiệt độ và gió trên bề mặt đại dƣơng. Sự tồn tại tƣơng đối lâu của vệ tinh trên quỹ đạo cũng nhƣ khả năng lặp lại đƣờng bay của nó cho phép theo dõi những biến đổi theo mùa, theo hàng năm và trong khoảng thời gian tƣơng đối dài của các đối tƣợng trên mặt đất. Trong vòng hơn thập kỷ gần đây kỹ thuật viễn thám đƣợc hoàn thiện dần dần không những với những thiết bị thu đặc biệt mà nhiều nƣớc dự kiến kế hoạch sẽ phóng vệ tinh điều tra tài nguyên nhƣ Nhật, Ấn Độ, các nƣớc Châu Âu. Tổ chức EOS phóng vệ tinh mang máy thu MODIS (100 kênh) và HIRIS (200 kênh) lên quỹ đạo. Nhiều phần mềm xử lý ảnh số đã ra đời là cho nó thành một kỹ thuật quan trọng trong việc điều tra điều kiện và đánh giá tài nguyên thiên nhiên quản lý và bảo vệ môi trƣờng. Ngày nay tia laze cũng bắt đầu đƣợc ứng dụng trong viễn thám. Hiện nay nó đƣợc ứng dụng chủ yếu cho các mục đích nghiên cứu trong khí quyển, làm bản đồ địa hình và nghiên cứu lớp phủ bề mặt bằng hiệu ứng huỳnh quang. Viễn thám ngày nay cung cấp những thông tin tổng hợp hoặc những thông tin tức thời để có thể khắc phục một loạt các vấn đề về thiên tai, theo dõi biến động của các tài nguyên phục hồi. Viễn thám trong Lâm Nghiệp: Khoảng ba thập kỷ qua, các nhà khoa học đã phát hiện và ứng dụng dữ liệu vệ tinh rất hiệu quả cho việc phát hiện 10
các biến động, đặc biệt trong việc giám sát các xu hƣớng trong các hệ sinh thái rừng. Nó cho phép đánh giá những xu hƣớng thay đổi trong thời gian dài cũng nhƣ có thể xác định các xu hƣớng thay đổi đột ngột do thiên nhiên hoặc con ngƣời gây ra. Nghiên cứu của Aschbacher và cộng sự đã đánh giá tình trạng sinh thái của rừng ngập mặn theo độ tuổi, mật độ và các loài trong vịnh Phangnga, Thái Lan. Tiếp theo có thể nói đến nghiên cứu của Thu và Populus (2007) đã đánh giá tình trạng và sự thay đổi của rừng ngập mặn ở tỉnh Trà Vinh và đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam từ năm 1965 đến năm 2001. Gang và Agatsiva sử dụng thành công giải thích trực quan cho ảnh SPOT XS ở Mida Creek, Kenya để thành lập bản đồ mức độ trạng thái rừng ngập mặn, trong khi Wang và cộng sự đã sử dụng ảnh Landsat TM 1990 và 2000 Landsat 7 ETM+ xác định đƣợc những thay đổi trong khu vực phân bố và tổng diện tích rừng ngập mặn dọc theo bờ biển Tanzania. Áp dụng các ảnh SPOT XS từ năm 1986 và 2006, Conchedda và cộng sự đã lập đƣợc bản đồ hiện trạng sử dụng đất trong hệ sinh thái rừng ngập mặn ở Casamance, Senegal. Họ đã phân tích các hệ sinh thái dọc theo ba con sông lớn tại vịnh nhiệt đới Bengal - sông Hằng, Irrawaddy và sông Mekong, và bao gồm các tiêu chí nhƣ: thực vật khí hậu, các đặc điểm tự nhiên và mật độ của rừng ngập mặn. Nhƣ vậy, có thể thấy rằng công nghệ viễn thám, GIS đƣợc các nhà khoa học trên thế giới áp dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau và đặc biệt là ứng dụng trong tài nguyên và môi trƣờng. Việc đoán đọc, giải đoán ảnh ngày càng có độ chính xác cao nhằm xác định diễn biến môi trƣờng, đƣa ra giải pháp để có đƣợc môi trƣờng bền vững trong tƣơng lai. 1.3.2. Ở trong nước. Công nghệ viễn thám đƣợc ứng dụng ở Việt Nam bắt đầu từ những năm 1980, và phát huy hiệu quả trong nhƣng năm tiếp theo của thế kỷ XX vào nhiều ngành kinh tế quốc dân nhƣ trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, 11
dự báo thời tiết, giám sát tình trạng ô nhiễm, hiện trạng sử dụng đất, đo đạc bản đồ, phòng chống thiên tai, theo dõi diễn biến rừng, đánh bắt và nuôi trồng thủy sản, quy hoạch đô thị và quản lý giao thông. Giai đoạn năm 1990 - 1995, đã có rất nhiều ngành đƣa công nghệ viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn nhƣ các lĩnh vực khí tƣợng, đo đạc bản đồ, địa chất khoáng sản, quản lý tài nguyên rừng và đã thu đƣợc các kết quả rõ rệt. Công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý đã đƣợc ứng dụng để thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu khoa học và nhiều dự án có liên quan đến điều tra khảo sát điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trƣờng, giảm thiểu tới mức thấp nhất các thiên tai ở một số vùng. Cũng từ những năm 1990 viễn thám ở nƣớc ta chuyển dần từng bƣớc từ công nghệ thông tin tƣơng tự sang công nghệ số kết hợp hệ thống thông tin địa lý, vì vậy hiện nay chúng ta có thể xử lý nhiều loạt ảnh đạt yêu cầu cao về độ chính xác với quy mô sản xuất công nghiệp. Nhiều ngành, nhiều cơ quan đã trang bị các phần mềm mạnh phổ biến trên thế giới nhƣ các phần mềm ENVI, ERDAS, PCI, ER MAPPER, OCAPI,… để xây dựng hệ thống thông tin địa lý. Đến nay, ở Việt Nam tuy đã có trung tâm Viễn thám Quốc gia, nhƣng do yêu cầu cấp thiết của ngành nên đã hình thành rất nhiều trung tâm và phòng viễn thám, đó là các cơ sở nghiên cứu và đƣa tiến bộ kỹ thuật viễn thám vào ứng dụng vào công tác chuyên môn nhƣ: Trung tâm viễn thám Tổng cục địa chính, Phòng viễn thám của Viện điều tra quy hoạch rừng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Nhìn chung, những nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám vào trong phân loại và điều tra rừng ở Việt Nam đã đƣợc thực hiện từ rất sớm. 12