Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp: Ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng tại vùng Tây Nguyên, Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:309

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng góp phần nâng cao hiệu quả của công tác quản lý và bảo vệ rừng, giám sát, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng ở vùng Tây Nguyên nói riêng và ở Việt Nam nói chung. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Lâm nghiệp: Ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng tại vùng Tây Nguyên, Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------------- NGUYỄN QUỐC HIỆU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN ĐỂ PHÁT HIỆN SỚM MẤT RỪNG, SUY THOÁI RỪNG Ở VÙNG TÂY NGUYÊN, VIỆT NAM NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG MÃ SỐ: 9620211 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. PHÙNG VĂN KHOA 2. TS. ĐOÀN HOÀI NAM Hà Nội, 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng tại vùng Tây Nguyên, Việt Nam”, chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng, mã ngành: 9620211 là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các tài liệu, số liệu mà luận án tham khảo đã được trích dẫn đầy đủ theo quy định. Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2020 Tác giả Nguyễn Quốc Hiệu
ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành theo Chương trình đào tạo Tiến sĩ của Trường Đại học Lâm nghiệp, Xuân Mai, Hà Nội. Nhân dịp hoàn thành Luận án, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phùng Văn Khoa, TS. Đoàn Hoài Nam là những người thầy hướng dẫn khoa học đã nhiệt tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả trong quá trình tổ chức thực hiện và hoàn thành luận án. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án, tác giả đã được Ban Giám hiệu, Khoa Quản lý Tài nguyên rừng và Môi trường, tập thể và lãnh đạo Phòng Đào tạo sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo Cục Kiểm lâm quan tâm giúp đỡ, chỉ đạo và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận án. Nhân dịp này tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó. Cũng nhân dịp này, xin được cảm ơn các lãnh đạo, cán bộ thuộc Chi cục Kiểm lâm các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Lâm Đồng, Đắk Lắk, Đắk Nông đã giúp đỡ, tạo điều kiện hỗ trợ tôi trong quá trình thu thập dữ liệu. Cuối cùng và rất quan trọng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả những người thân trong gia đình và các bạn hữu gần xa đã tận tình giúp đỡ tác giả cả tinh thần và vật chất để vượt qua những khó khăn trong cuộc sống và công việc trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do điều kiện nghiên cứu và năng lực chủ quan có hạn nên luận án không tránh khỏi những khiếm khuyết nhất định, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp các nhà khoa học để hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2020 Tác giả Nguyễn Quốc Hiệu
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………...……i LỜI CẢM ƠN………………………………………………………..……….ii MỤC LỤC……………………………………………………………..……..iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ xi DANH MỤC PHỤ LỤC…………………………………………………….xv MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................... 5 1.1. Định nghĩa về rừng, mất rừng và suy thoái rừng .................................... 5 1.1.1. Rừng ................................................................................................ 5 1.1.2. Mất rừng.......................................................................................... 6 1.1.3. Suy thoái rừng ................................................................................. 7 1.2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian để xác định thay đổi rừng trên thế giới và Việt Nam ...................................................................... 8 1.2.1. Xác định thay đổi rừng sử dụng kỹ thuật so sánh sau phân loại .. 10 1.2.2. Xác định thay đổi rừng sử dụng thuật toán phát hiện thay đổi .... 19 1.3. Đánh giá và định hướng nghiên cứu ..................................................... 28 1.3.1. So sánh 2 hướng tiếp cận xác định thay đổi rừng ........................ 28 1.3.2. So sánh các thuật toán phát hiện thay đổi .................................... 30 1.3.3. Định hướng nghiên cứu ................................................................ 33 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 34 2.1. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 34 2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................. 35 2.2.1. Phương pháp luận ......................................................................... 35 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể ................................................... 48
iv Chương 3 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 64 3.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội ....................................................... 64 3.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................... 64 3.1.2. Khí hậu .......................................................................................... 64 3.1.3. Thủy văn ........................................................................................ 65 3.1.4. Địa chất và thổ nhưỡng................................................................. 65 3.1.5. Dân số, dân tộc ............................................................................. 67 3.1.6. Cơ cấu các ngành kinh tế .............................................................. 67 3.2. Đặc điểm rừng ở vùng Tây Nguyên ...................................................... 68 3.2.1. Diện tích và phân bố các loại rừng .............................................. 68 3.2.2. Biến động rừng ở vùng Tây Nguyên ............................................. 72 3.3. Đặc điểm ảnh vệ tinh vùng Tây Nguyên .............................................. 74 3.3.1. Ảnh vệ tinh Landsat 8.................................................................... 74 3.3.2. Ảnh vệ tinh Sentinel 2 ................................................................... 75 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 76 4.1. Cơ sở khoa học ứng dụng chỉ số viễn thám trong phát hiện mất rừng, suy thoái rừng ............................................................................................... 76 4.1.1. Mối quan hệ giữa chỉ số viễn thám và trữ lượng rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8 và Sentinel 2 .................................................................... 76 4.1.2. Kiểm định sự khác biệt về chỉ số viễn thám giữa các trạng thái rừng trên ảnh Landsat 8 và Sentinel 2 .................................................... 81 4.1.3. Xác định ngưỡng chỉ số viễn thám đối với rừng không thay đổi trên ảnh Landsat 8 .................................................................................. 97 4.1.4. Xác định ngưỡng chỉ số viễn thám đối với rừng không thay đổi trên ảnh Sentinel 2 ................................................................................ 112 4.1.5. Thảo luận .................................................................................... 116 4.2. Xác định ngưỡng chỉ số tương đối phát hiện mất rừng, suy thoái
v rừng ở vùng Tây Nguyên ......................................................................... 121 4.2.1. Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 ................................................. 121 4.2.2. Sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel 2 .................................................... 125 4.2.3. Thảo luận .................................................................................... 130 4.3. Đề xuất hướng ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng ở vùng Tây Nguyên. .......................................... 134 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ..................................................... 145 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ..................................................................................................... 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 149 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 130
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc GEE Google Earth Engine GIS Hệ thống thông tin địa lý G-TN Gỗ - tre nứa GT Công nghệ địa không gian GPS Hệ thống định vị toàn cầu HG Hỗn giao KB Tên chỉ số tương đối KB(dNDVI) Giá trị KB tính theo chỉ số NDVI KB(dNBR) Giá trị KB tính theo chỉ số NBR IPCC Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu LS8 Ảnh Landsat 8 LRTX Lá rộng thường xanh LRNRL Lá rộng nửa rụng lá LRRL Lá rộng rụng lá LK Lá kim M Trữ lượng rừng (m3/ha) NDVI Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa NBR Chỉ số cháy chuẩn hóa NA Không phát hiện OTC Ô tiêu chuẩn RS Viễn thám S2 Ảnh Sentinel 2 SR Phản xạ phổ bề mặt TN-G Tre nứa – gỗ UNFCCC (Công ước3 khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí V Thể tích thân cây (m ) hậu) FCCC Công ước khung về Biến đổi Khí hậu
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1. Phân bố các mẫu điều tra rừng theo tỉnh và trạng thái rừng ......... 49 Bảng 2. 2. Ảnh Landsat 8 được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa chỉ số viễn thám với trữ lượng rừng và kiểm định sự khác biệt về chỉ số viễn thám giữa các kiểu rừng ........................................................................................... 51 Bảng 2. 3. Ảnh Sentinel 2 được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa chỉ số viễn thám với trữ lượng rừng và kiểm định sự khác biệt về chỉ số viễn thám giữa các kiểu rừng ........................................................................................... 52 Bảng 2. 4. Số lượng và phân bố mẫu rừng không đổi theo các kiểu rừng tại 5 tỉnh vùng Tây Nguyên ..................................................................................... 55 Bảng 2. 5. Ảnh Landsat 8 được sử dụng để xác định ngưỡng mất rừng, suy thoái rừng và đánh giá độ chính xác ........................................................................ 60 Bảng 2. 6. Ảnh Sentinel 2 được sử dụng để xác định ngưỡng mất rừng, suy thoái rừng và đánh giá độ chính xác ............................................................... 60 Bảng 3. 1. Dân số khu vực Tây Nguyên các năm 1999, 2009 và 2019 .......... 67 Bảng 3. 2. Cơ cấu các ngành kinh tế các tỉnh vùng Tây Nguyên năm 2018 .. 68 Bảng 3. 3. Diện tích rừng và đất lâm nghiệp vùng Tây Nguyên năm 2015 ... 69 Bảng 3. 4. Biến động diện tích rừng tự nhiên và rừng trồng các tỉnh vùng Tây Nguyên giai đoạn 2015-2018 .......................................................................... 72 Bảng 3. 5. Tổng hợp số vụ phá rừng trái phép theo các tháng trong 4 năm (2015- 2018) ở vùng Tây Nguyên .............................................................................. 73 Bảng 4. 1. Ước lượng tham số các mô hình tương quan giữa trữ lượng rừng và chỉ số NDVI trên ảnh Landsat 8...................................................................... 76 Bảng 4. 2. Ước lượng tham số các mô hình tương quan giữa trữ lượng rừng và chỉ số NBR trên ảnh Landsat 8 ....................................................................... 78 Bảng 4. 3. Ước lượng tham số các mô hình tương quan giữa trữ lượng rừng và chỉ số NDVI trên ảnh Sentinel 2 ..................................................................... 79
viii Bảng 4. 4. Ước lượng tham số các mô hình tương quan giữa trữ lượng rừng và chỉ số NBR trên ảnh Sentinel 2 ....................................................................... 80 Bảng 4. 5. Một số chỉ tiêu thống kê giá trị NDVI của các trạng thái rừng trên ảnh Landsat 8 .................................................................................................. 82 Bảng 4. 6. Kết quả kiểm định bằng tiêu chuẩn Mann-Whitney cho từng cặp trạng thái rừng với chỉ số NDVI trên ảnh Landsat 8 ...................................... 83 Bảng 4. 7. Kết quả tính toán một số đặc trưng thống kê giá trị NDVI trên ảnh Landsat 8 với các nhóm kiểu rừng .................................................................. 84 Bảng 4. 8. Kết quả kiểm định sự khác biệt chỉ số NDVI trên ảnh Landsat 8 với các nhóm kiểu rừng ......................................................................................... 84 Bảng 4. 9. Kết quả ước lượng ngưỡng giá trị NDVI trên ảnh Landsat 8 cho các nhóm kiểu rừng ............................................................................................... 85 Bảng 4. 10. Một số chỉ tiêu thống kê giá trị NBR của các trạng thái rừng trên ảnh Landsat 8 .................................................................................................. 86 Bảng 4. 11. Kết quả kiểm định bằng tiêu chuẩn Mann-Whitney cho từng cặp trạng thái rừng với chỉ số NBR trên ảnh Landsat 8 ........................................ 86 Bảng 4. 12. Kết quả tính toán một số đặc trưng thống kê giá trị NBR trên ảnh Landsat 8 với các nhóm kiểu rừng .................................................................. 88 Bảng 4. 13. Kết quả kiểm định sự khác biệt chỉ số NBR trên ảnh Landsat 8 với các nhóm kiểu rừng ......................................................................................... 88 Bảng 4. 14. Kết quả ước lượng ngưỡng giá trị NBR trên ảnh Landsat 8 cho các nhóm kiểu rừng ............................................................................................... 89 Bảng 4. 15. Một số chỉ tiêu thống kê giá trị NDVI của các trạng thái rừng ... 90 Bảng 4. 16. Kết quả kiểm định bằng tiêu chuẩn Mann-Whitney cho từng cặp trạng thái rừng với chỉ số NDVI trên ảnh Sentinel 2 ...................................... 91 Bảng 4. 17. Kết quả tính toán một số đặc trưng thống kê giá trị NDVI trên ảnh Sentinel 2 với các nhóm kiểu rừng.................................................................. 92
ix Bảng 4. 18. Kết quả kiểm định sự khác biệt chỉ số NDVI trên ảnh Sentinel 2 với các nhóm kiểu rừng ................................................................................... 92 Bảng 4. 19. Kết quả ước lượng ngưỡng giá trị NDVI trên ảnh Sentinel 2 cho các nhóm kiểu rừng ......................................................................................... 93 Bảng 4. 20. Một số chỉ tiêu thống kê giá trị NBR của các trạng thái rừng trên ảnh Sentinel 2 .................................................................................................. 94 Bảng 4. 21. Kết quả kiểm định bằng tiêu chuẩn Mann-Whitney cho từng cặp trạng thái rừng với chỉ số NBR trên ảnh Sentinel 2 ........................................ 95 Bảng 4. 22. Kết quả tính toán một số đặc trưng thống kê giá trị NBR trên ảnh Sentinel 2 cho các nhóm kiểu rừng ................................................................. 96 Bảng 4. 23. Kết quả kiểm định sự khác biệt giá trị NBR trên ảnh Sentinel 2 với các trạng thái rừng sau khi gộp nhóm ............................................................. 96 Bảng 4. 24. Kết quả ước lượng ngưỡng giá trị NBR trên ảnh Sentinel 2 cho các nhóm kiểu rừng khác nhau .............................................................................. 97 Bảng 4. 25. Kết quả xác định ngưỡng KB(dNDVI) phát hiện rừng không đổi trên ảnh Landsat 8 ......................................................................................... 112 Bảng 4. 26. Kết quả xác định ngưỡng KB(dNBR) phát hiện rừng không đổi trên ảnh Landsat 8 ................................................................................................ 112 Bảng 4. 27. Kết quả xác định ngưỡng KB(dNDVI) phát hiện rừng không đổi trên ảnh Sentinel 2 ......................................................................................... 115 Bảng 4. 28. Kết quả xác định ngưỡng KB(dNBR) phát hiện rừng không đổi trên ảnh Sentinel 2 ................................................................................................ 115 Bảng 4. 29. Đánh giá mối quan hệ giữa trữ lượng rừng và chỉ số viễn thám theo các hàm tương quan............................................................................... 116 Bảng 4. 30. Xác định ngưỡng phát hiện mất rừng trên ảnh Landsat 8 ......... 121 Bảng 4. 31. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện mất rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ....................................................................................................... 122
x Bảng 4. 32. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện suy thoái rừng trên ảnh Landsat 8 ....................................................................................................... 125 Bảng 4. 33. Xác định ngưỡng phát hiện mất rừng trên ảnh Sentinel 2 ......... 126 Bảng 4. 34. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện mất rừng trên ảnh vệ tinh Sentinel 2 ....................................................................................................... 127 Bảng 4. 35. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện suy thoái rừng trên ảnh Sentinel 2 ....................................................................................................... 130 Bảng 4. 36. Tổng hợp ngưỡng chỉ số tương đối KB phát hiện mất rừng, suy thoái rừng ...................................................................................................... 130 Bảng 4. 37. Tổng hợp kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng ................................................................................................ 132 Bảng 4. 38. Ngưỡng chỉ số tương đối KB xác định diện tích mất rừng, suy thoái rừng trong phần mềm ArcGIS....................................................................... 139 Tổng: 49 bảng.
xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 0. 1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu – 5 tỉnh vùng Tây Nguyên ........... 3 Hình 2. 1. Sơ đồ hướng tiếp cận theo mục tiêu và nội dung nghiên cứu........ 48 Hình 2. 2. Sơ đồ vị trí mẫu điều tra trên các kiểu rừng vùng Tây Nguyên..... 50 Hình 2. 3. Sơ đồ vị trí mẫu rừng không đổi, mất rừng, suy thoái rừng .......... 56 Hình 2. 4. Hình ảnh trước (4/1/2016) và sau (6/3/2016) mất rừng được kiểm tra trên Planet thuộc lô 1 khoảnh 8 tiểu khu 1737................................................ 58 Hình 2. 5. Hình ảnh trước (15/11/2015) và sau (24/4/2016) mất rừng được kiểm tra trên Planet thuộc lô 27 khoảnh 6 tiểu khu 1409 ........................................ 58 Hình 2. 6. Hình ảnh trước (23/11/2015) và sau (24/4/2016) mất rừng được kiểm tra trên Planet thuộc lô 13 khoảnh 4 tiểu khu 1409 ........................................ 59 Hình 2. 7. Quy trình xác định ngưỡng (rừng không đổi, mất rừng, suy thoái rừng) sử dụng chỉ số tương đối KB................................................................. 62 Hình 3. 1. Sơ đồ các trạng thái rừng vùng Tây Nguyên năm 2015 ................ 70 Hình 3. 2. Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh Landsat 8 chia theo 12 tháng với 3 cấy tỷ lệ mây: < 10%; 10 – 30%; > 30% ............................................................... 74 Hình 3. 3. Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh Sentinel 2 chia theo 12 tháng với 3 cấp tỷ lệ mây: < 10%; 10 – 30%; > 30% ............................................................... 75 Hình 4. 1. Mối quan hệ giữa chỉ số NDVI và trữ lượng rừng (M – m3/ha) trên ảnh Landsat 8 .................................................................................................. 77 Hình 4. 2. Mối quan hệ giữa chỉ số NBR và trữ lượng rừng (M – m3/ha) trên ảnh Landsat 8 .................................................................................................. 78 Hình 4. 3. Mối quan hệ giữa chỉ số NDVI và trữ lượng rừng (M – m3/ha) trên ảnh Sentinel 2 .................................................................................................. 79 Hình 4. 4. Mối quan hệ giữa chỉ số NBR và trữ lượng rừng (M – m3/ha) trên ảnh Sentinel 2 .................................................................................................. 80 Hình 4. 5. Biến động giá trị NDVI kiểu rừng lá rộng thường xanh trên ảnh vệ tinh Landsat 8 .................................................................................................. 98
xii Hình 4. 6. Biến động giá trị NDVI kiểu rừng lá rộng rụng lá trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ......................................................................................................... 99 Hình 4. 7. Biến động giá trị NDVI kiểu rừng lá kim trên ảnh Landsat 8 ..... 100 Hình 4. 8. Biến động giá trị NDVI kiểu rừng lồ ô, tre nứa trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ....................................................................................................... 101 Hình 4. 9. Biến động giá trị NDVI kiểu rừng hỗn giao gỗ - tre nứa trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ................................................................................................ 102 Hình 4. 10. Biến động giá trị NDVI kiểu rừng trồng trên ảnh Landsat 8 ..... 103 Hình 4. 11. Biến động giá trị NBR kiểu rừng lá rộng thường xanh trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ................................................................................................ 104 Hình 4. 12. Biến động giá trị NBR kiểu rừng lá rộng rụng lá trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ....................................................................................................... 105 Hình 4. 13. Biến động giá trị NBR kiểu rừng lá kim trên ảnh Landsat 8 ..... 106 Hình 4. 14. Biến động giá trị NBR kiểu rừng lồ ô, tre nứa trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ....................................................................................................... 107 Hình 4. 15. Biến động giá trị NBR kiểu rừng hỗn giao gỗ - tre nứa trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ................................................................................................ 108 Hình 4. 16. Biến động giá trị NBR kiểu rừng trồng trên ảnh Landsat 8 ....... 109 Hình 4. 17. So sánh biến động giá trị KB(dNDVI) của các kiểu rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ........................................................................................... 110 Hình 4. 18. So sánh biến động giá trị KB(dNBR) của các kiểu rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8 ................................................................................................ 111 Hình 4. 19. So sánh biến động giá trị KB(dNDVI) của các kiểu rừng trên ảnh vệ tinh Sentinel 2 ........................................................................................... 113 Hình 4. 20. So sánh biến động giá trị KB(dNBR) của các kiểu rừng trên ảnh vệ tinh Sentinel 2................................................................................................ 114 Hình 4. 21. Phát hiện mất rừng tại lô 12a, khoảnh 2, tiểu khu 1632 tỉnh Đắk Nông trên ảnh Landsat 8 (từ 25/1/2018 đến 15/4/2018) ............................... 123
xiii Hình 4. 22. Phát hiện mất rừng tại lô 16, khoảnh 1, tiểu khu 161 tỉnh Đắk Nông trên ảnh Landsat 8 (từ 25/1/2018 đến 15/4/2018) ......................................... 123 Hình 4. 23. Phát hiện mất rừng tại lô 16, khoảnh 4, tiểu khu 187 tỉnh Lâm Đồng trên ảnh Landsat 8 (từ 25/1/2018 đến 15/4/2018) ......................................... 123 Hình 4. 24. Phát hiện mất rừng tại lô 11b25, khoảnh 6, tiểu khu 178 tỉnh Lâm Đồng trên ảnh Landsat 8 (từ 25/1/2018 đến 15/4/2018) ............................... 124 Hình 4. 25. Phát hiện mất rừng tại lô 8a1, khoảnh 4, tiểu khu 292 tỉnh Lâm Đồng trên ảnh Landsat 8 (từ 25/1/2018 đến 15/4/2018) ............................... 124 Hình 4. 26. Phát hiện mất rừng tại lô 3, khoảnh 2, tiểu khu 247 tỉnh Lâm Đồng trên ảnh Landsat 8 (từ 25/1/2018 đến 15/4/2018) ......................................... 124 Hình 4. 27. Phát hiện mất rừng tại lô 12a, khoảnh 2, tiểu khu 1632 tỉnh Đắk Nông trên ảnh Sentinel 2 (từ 14/12/2017 đến 18/4/2018) ............................ 128 Hình 4. 28. Phát hiện mất rừng tại lô 16, khoảnh 1, tiểu khu 161 tỉnh Đắk Nông trên ảnh Sentinel 2 (từ 14/12/2017 đến 18/4/2018) ...................................... 128 Hình 4. 29. Phát hiện mất rừng tại lô 33b, khoảnh 3, tiểu khu 1700 tỉnh Đắk Nông trên ảnh Sentinel 2 (từ 14/12/2017 đến 18/4/2018) ............................ 128 Hình 4. 30. Phát hiện mất rừng tại lô 16, khoảnh 4, tiểu khu 187 tỉnh Lâm Đồng trên ảnh Sentinel 2 (từ 14/12/2017 đến 13/4/2018) ...................................... 129 Hình 4. 31. Phát hiện mất rừng tại lô 12bb, khoảnh 4, tiểu khu 292 tỉnh Lâm Đồng trên ảnh Sentinel 2 (từ 14/12/2017 đến 13/4/2018) ............................ 129 Hình 4. 32. Phát hiện mất rừng tại lô 17a1, khoảnh 3, tiểu khu 287 tỉnh Lâm Đồng trên ảnh Sentinel 2 (từ 14/12/2017 đến 13/4/2018) ............................ 129 Hình 4. 33. Sơ đồ các bước ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng ở vùng Tây Nguyên ...................................... 135 Hình 4. 34. Giao diện Google Earth Engine đã đăng nhập ........................... 136 Hình 4. 35. Lựa chọn và tải ảnh trong Google Earth Engine........................ 137 Hình 4. 36. Cắt ảnh vệ tinh theo phạm vi nghiên cứu với công cụ Raster Calculator trong phần mềm ArcGIS (tỉnh Lâm Đồng) ................................. 138
xiv Hình 4. 37. Tính toán giá trị tương đối KB với công cụ Raster Calculator trong phần mềm ArcGIS (tỉnh Lâm Đồng) ............................................................ 139 Hình 4. 38. Phân loại ngưỡng chỉ số tương đối KB với chỉ số NDVI và ảnh Landsat 8 trên phần mềm ArcGIS................................................................. 140 Hình 4. 39. Mô hình thực hiện một số thao tác với công cụ ModelBuilder trong phần mềm ArcGIS......................................................................................... 141 Tổng: 50 hình.
xv DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 01. Tóm tắt một số nghiên cứu trên thế giới liên quan đến luận án Phụ lục 02. Tóm tắt một số nghiên cứu ở Việt Nam liên quan đến luận án Phụ lục 03. Một số câu lệnh xử lý ảnh Landsat 8 trong Google Earth Engine Phụ lục 04. Một số câu lệnh xử lý ảnh Sentinel 2 trong Google Earth Engine Phụ lục 05. Thông tin về 360 mẫu rừng không đổi để đánh giá biến động chỉ số viễn thám theo thời gian và xác định ngưỡng KB rừng không đổi Phụ lục 06. Thông tin về 230 mẫu mất rừng được sử dụng để xác định ngưỡng phát hiện mất rừng, suy thoái rừng Phụ lục 07. Thông tin về 150 mẫu mất rừng được dùng để đánh giá độ chính xác phát hiện mất rừng Phụ lục 08. Thông tin về 90 mẫu suy thoái rừng được dùng để đánh giá độ chính xác phát hiện suy thoái rừng Phụ lục 09. Kết quả xác định ngưỡng mất rừng, suy thoái rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8 Phụ lục 10. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện mất rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8 Phụ lục 11. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện suy thoái rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8 Phụ lục 12. Kết quả xác định ngưỡng mất rừng, suy thoái rừng trên ảnh vệ tinh Sentinel 2 Phụ lục 13. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện mất rừng trên ảnh vệ tinh Sentinel 2 Phụ lục 14. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện suy thoái rừng trên ảnh vệ tinh Sentinel 2 Phụ lục 15. Thông tin về kết quả điều tra 2.667 ô tiêu chuẩn ngoài thực địa
1 MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của luận án Mất rừng, suy thoái rừng đã được xem như là một hiện tượng thực tế đe dọa đến chất lượng cuộc sống của con người và đa dạng sinh học trên trái đất. Theo Tổ chức Nông lương Liên hợp quốc (FAO) [51], tổng diện tích rừng của thế giới hiện nay là 4,06 tỷ ha, chiếm 31% trong tổng diện tích bề mặt trái đất. Có khoảng 420 triệu ha rừng đã bị mất từ những năm 1990 đến nay. Giai đoạn 1990-2000, trung bình mỗi năm mất 7,8 triệu ha rừng; giai đoạn 2000-2010, trung bình mỗi năm mất 5,2 triệu ha rừng và giai đoạn 2010-2020 trung bình mỗi năm mất 4,7 triệu ha rừng. Nguyên nhân của mất rừng, suy thoái rừng đã được xác định chủ yếu do yếu tố con người. Phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng không những giúp chúng ta đưa ra các quyết định phù hợp nhằm ngăn chặn để rừng không bị phá thêm mà còn giúp chúng ta sớm đưa ra các giải pháp cho việc phục hồi rừng, tăng cường chất lượng rừng tại những nơi đã mất rừng, suy thoái rừng. Mất rừng, suy thoái rừng thường được phát hiện trực tiếp bởi lực lượng chức năng hoặc thông qua việc phối hợp giữa lực lượng chức năng và các tổ chức, hộ gia đình, cá nhân có liên quan…vv. Ngoài ra, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin trong đó phải kể đến công nghệ địa không gian bao gồm (hệ thống thông tin địa lý, hệ thống định vị toàn cầu và viễn thám) đã góp phần quan trọng vào việc phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng. Ở Việt Nam, công nghệ địa không gian ngày càng được ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực quản lý tài nguyên rừng như: điều tra, kiểm kê rừng; cập nhật diễn biến rừng hàng năm; giám sát các hoạt động lâm nghiệp (trồng rừng, khai thác rừng, chi trả dịch vụ môi trường rừng). Tuy nhiên, thực tiễn đã cho thấy chúng ta còn thiếu cơ sở khoa học cho việc sử dụng các chỉ số viễn thám, các loại ảnh viễn thám (nhất là các loại ảnh miễn phí) cũng như chưa có những phần mềm có thể tự động phát hiện, cảnh báo sớm mất rừng, suy thoái rừng
2 góp phần khắc phục những sai lệch, tính chủ quan trong các báo cáo số liệu về mất rừng, suy thoái rừng quốc gia. Do đó, việc thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng tại vùng Tây Nguyên, Việt Nam” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn to lớn. 2. Mục tiêu của luận án 2.1. Mục tiêu tổng quát Ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng góp phần nâng cao hiệu quả của công tác quản lý và bảo vệ rừng, giám sát, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng ở vùng Tây Nguyên nói riêng và ở Việt Nam nói chung. 2.2. Mục tiêu cụ thể (1) Thiết lập được cơ sở khoa học cho việc sử dụng các chỉ số viễn thám để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng; (2) Xác định được ngưỡng chỉ số tương đối để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng; (3) Đề xuất được hướng ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng và suy thoái rừng ở vùng Tây Nguyên. 3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện trên ảnh vệ tinh Landsat 8, Sentinel 2 trong phạm vi 5 tỉnh vùng Tây Nguyên (Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng), từ năm 2015 đến năm 2018.
3 Hình 01. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu – 5 tỉnh vùng Tây Nguyên Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 07 kiểu rừng tự nhiên vùng Tây Nguyên (rừng lá rộng thường xanh, rừng lá rộng rụng lá, rừng lá rộng nửa rụng lá, rừng hỗn giao lá rộng – lá kim, rừng lá kim, rừng tre nứa, rừng hỗn giao gỗ - tre nứa) và 01 kiểu rừng phụ nhân tác (rừng trồng). 4. Những đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn của luận án - Thiết luận được cơ sở khoa học cho việc phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng thông qua việc sử dụng một số chỉ số viễn thám (KB, NDVI, NBR) trên ảnh vệ tinh Landsat 8 và Sentinel 2 và dữ liệu điều tra thực địa. - Đề xuất được hướng áp dụng công nghệ địa không gian phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng từ tư liệu ảnh viễn thám Landsat 8 và Sentinel 2. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5.1. Ý nghĩa khoa học
4 Đã xác lập được ngưỡng chỉ số tương đối phản ánh sự thay đổi các chỉ số viễn thám (NDVI, NBR) trên ảnh vệ tinh Landsat 8 và Sentinel 2 làm cơ sở khoa học cho việc phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng ở vùng Tây Nguyên. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Đã đề xuất được hướng ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng trong thực tiễn quản lý bảo vệ rừng ở vùng Tây Nguyên. 6. Kết cấu của luận án Ngoài các nội dung: lời cam đoan; lời cảm ơn; mục lục; danh mục các ký hiệu và từ viết tắt; danh mục bảng biểu; danh mục hình ảnh; danh mục các công trình đã công bố; tài liệu tham khảo và phụ lục. Phần chính của luận án gồm 4 chương, phần mở đầu và kết luận: Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu Chương 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận