Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu phương pháp xác định trữ lượng rừng bằng tư liệu Sentinel tại huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xây dựng được mô hình xác định trữ lượng rừng bằng tư liệu Sentinel- 1 và Sentinel-2 tại huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương; xây dựng được bản đồ trữ lượng rừng dựa vào tư liệu Sentinel-1 và Sentinel-2 cho huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương; đề xuất được kỹ thuật đánh giá trữ lượng rừng từ tư liệu Sentinel-1 và Sentinel-2.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu phương pháp xác định trữ lượng rừng bằng tư liệu Sentinel tại huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP BÙI ĐÌNH ĐẠI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỮ LƢỢNG RỪNG BẰNG DỮ LIỆU SENTINEL TẠI HUYỆN PHÚ GIÁO, TỈNH BÌNH DƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội, 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP BÙI ĐÌNH ĐẠI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỮ LƢỢNG RỪNG BẰNG DỮ LIỆU SENTINEL TẠI HUYỆN PHÚ GIÁO, TỈNH BÌNH DƢƠNG CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ: 60.44.03.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. VƢƠNG VĂN QUỲNH Hà Nội, 2017
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình do tôi thực hiện, những số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa có ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả Bùi Đình Đại
ii LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu phương pháp xác định trữ lượng rừng bằng dữ liệu Sentinel tại huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương” được hoàn thành theo chương trình đào tạo Thạc sỹ, khóa 2015 - 2017 của trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam. Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi của Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp; Khoa đào tạo sau đại học; Các thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp; Các anh, chị, em, bạn bè đồng nghiệp ở Viện Sinh thái rừng và Môi trường. Nhân dịp này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước sự quan tâm và giúp đỡ quý báu đó. Xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Vương Văn Quỳnh đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Mặc dù đã hết sức cố gắng và nỗ lực, nhưng kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều, đặc biệt là hạn chế về mặt thời gian trong quá trình nghiên cứu nên luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tác giả rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp để cho luận văn được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 9 năm 2017 Học viên Bùi Đình Đại
iii MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ ii MỤC LỤC ...................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................. v DANH MỤC BẢNG ......................................................................................vi DANH MỤC HÌNH .................................................................................... vii ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................ 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................. 3 1.1. Một số khái niệm về ảnh Sentinel ............................................................ 3 1.2. Nghiên cứu về ảnh vệ tinh trong theo d i di n biến tài nguyên rừng ...... 4 1.3. Tình hình nghiên cứu về việc xác định trữ lượng rừng bằng dữ liệu ảnh Quang học và ảnh Radar ................................................................................. 10 1.3.1. Trên thế giới .......................................................................................... 10 1.3.2. Ở Việt Nam ............................................................................................ 13 Chƣơng 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................ 20 2.1. Mục tiêu.................................................................................................... 20 2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................................... 20 2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 20 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 20 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 20 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 20 2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 21 2.4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 21
iv 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể ............................................................ 22 Chƣơng 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI ...................... 29 3.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 29 3.1.1. Vị trí địa lý............................................................................................. 29 3.1.2. Hành chính ............................................................................................ 29 3.1.3. Địa hình ................................................................................................. 31 3.1.4. Khí hậu .................................................................................................. 31 3.2. Điều kiện dân sinh, kinh tế, xã hội ........................................................... 31 3.2.1. Kinh tế - Xã hội ..................................................................................... 31 Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................... 34 4.1. Đặc điểm hiện trạng rừng tại xã huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương....... 34 4.2. Nghiên cứu xây dựng mô hình xác định trữ lượng rừng bằng tư liệu Sentinel-1 và Sentinel-2 tại huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương. .................... 39 4.2.1. Kết quả xử lý tư liệu Sentinel-1 ............................................................. 39 4.2.2. Kết quả xử lý tư liệu Sentinel-2 ............................................................. 41 4.2.3. X ng các m hình xác định tr lư ng r ng ng tư liệu Sentinel 43 4.2.4. Đánh giá độ chính xác c a các m hình ng chỉ số RMSE ................ 58 4.3. Thử nghiệm xác định trữ lượng rừng bằng tư liệu Sentinel-1 và Sentinel-2 tại huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương. ............................................................ 60 4.4. Đề xuất quy trình xác định trữ lượng rừng bằng tư liệu Sentinel-1 và Sentinel-2 ......................................................................................................... 62 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KHUYẾN NGHỊ .................................................. 67 1. Kết luận ....................................................................................................... 67 2. Tồn tại ......................................................................................................... 67 3. Khuyến nghị ................................................................................................ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ BIỂU
v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Viêt tắt Viết đầy đủ 1 BĐKH Biến đổi khí hậu 2 CHDC Đức Cộng hòa dân chủ Đức 3 dB deci-Ben 4 DN Digital Number 5 ESA Cơ quan Không gian Châu Âu 6 GIS Hệ thống thông tin địa lý 7 MACRES Trung tâm Vi n thám Malaysia 8 MGO Trữ lượng điều tra mặt đất 9 NDVI Chỉ số khác biệt về thực vật 10 R Red 11 G Green 12 B Blue 13 RMSE Sai số trung phương 14 SNAP Sentinel Application Platform
vi DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 1.1 Đặc điểm và khả năng ứng dụng của một sô loại ảnh vệ tinh 6 2.1 Phân loại NDVI theo chất lượng thực vật trong lớp phủ bề mặt đất 26 Diện tích các loại rừng và đất lâm nghiệp phân theo mục đích sử 4.1 38 dụng Huyện Phú Giáo - tỉnh Bình Dương Mối quan hệ giữa NDVI với phân cực và tổ hợp phân cực VH, 4.2 48 VV 4.3 Mối quan hệ giữa giá trị điểm ảnh với trữ lượng rừng 54 4.4 Mối quan hệ giữa tổ hợp giá trị điểm ảnh với trữ lượng rừng 57 4.5 Kết quả đánh giá độ chính xác của các mô hình 58 Thống kê diện tích, trữ lượng rừng tại huyện Phú Giáo – tỉnh Bình 4.6 60 Dương
vii DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1 Sơ đồ quá trình nghiên cứu 28 3.1 Bản đồ hành chính huyện Phú Giáo 30 4.1 Phân cực VV của tư liệu Sentinel-1 trước khi xử lý 39 4.2 Phân cực VV của tư liệu Sentinel-1 sau khi xử lý 40 4.3 Phân cực VH của tư liệu Sentinel-1 trước khi xử lý 40 4.4 Phân cực VH của tư liệu Sentinel-1 sau khi xử lý 41 4.5 Tư liệu Sentinel-2 trước khi xử lý 42 4.6 Tư liệu Sentinel-2 Sau khi xử lý 42 4.7 Hệ thống điểm điều tra tại huyện Phú Giáo - tỉnh Bình Dương 43 4.8 Mối quan hệ giữa NDVI với Sig_VH 44 4.9 Mối quan hệ giữa NDVI với Sig_VV 44 4.10 Mối quan hệ giữa NDVI với tổ hợp (Sig_VH+Sig_VV)/2 45 4.11 Mối quan hệ giữa NDVI với tổ hợp Sig_VH+Sig_VV 45 4.12 Mối quan hệ giữa NDVI với tổ hợp Sig_VH-Sig_VV 46 4.13 Mối quan hệ giữa NDVI với tổ hợp Sig_VH*Sig_VV 46 4.14 Mối quan hệ giữa NDVI với tổ hợp Sig_VH/Sig_VV 47 4.15 Mối quan hệ giữa NDVI với tổ hợp Sig_VV/Sig_VH 47 4.16 Mối quan hệ giữa NDVI với tổ hợp Sig_VV-Sig_VH 48 4.17 Mối quan hệ giữa NDVI với MGO 49 4.18 Mối quan hệ giữa phân cực VH với MGO 49 4.19 Mối quan hệ giữa phân cực VV với MGO 50 4.20 Mối quan hệ giữa tổ hợp Sig_VH+Sig_VV với MGO 50 4.21 Mối quan hệ giữa tổ hợp Sig_VH-Sig_VV với MGO 51 4.22 Mối quan hệ giữa tổ hợp Sig_VH*Sig_VV với MGO 51
viii 4.23 Mối quan hệ giữa tổ hợp Sig_VH/Sig_VV với MGO 52 4.24 Mối quan hệ giữa tổ hợp Sig_VV/Sig_VHvới MGO 52 4.25 Mối quan hệ giữa tổ hợp (Sig_VV+Sig_VH)/2 với MGO 53 4.26 Mối quan hệ giữa tổ hợp Sig_VV-Sig_VH với MGO 53 4.27 Mối quan hệ giữa tổ hợp NDVI+(Sig_VV/Sig_VH) với MGO 55 4.28 Mối quan hệ giữa tổ hợp NDVI-(Sig_VV/Sig_VH) với MGO 55 4.29 Mối quan hệ giữa tổ hợp NDVI*(Sig_VV/Sig_VH) với MGO 56 4.30 Mối quan hệ giữa tổ hợp NDVI/(Sig_VV/Sig_VH) với MGO 56 4.31 Bản đồ phân bố trữ lượng gỗ huyện Phú giáo Tỉnh Bình Dương 61
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Lâm nghiệp là một ngành kinh tế kỹ thuật đặc thù, giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong bảo vệ môi trường và phát triển bền vững đất nước. Nghề rừng là nghề tạo ra một loại tài nguyên thiên nhiên có thể tái tạo được, có giá trị phòng hộ đầu nguồn, phòng hộ ven biển, giúp điều hòa khí hậu, điều tiết nguồn nước, hạn chế xói mòn, rửa trôi, sạt lở, hạn chế thiên tai lũ lụt, hạn hán, chống thoái hóa đất và hoang mạc hóa, góp phần bảo tồn đa dạng sinh học..., giảm phát thải khí nhà kính và ứng phó tích cực, hiệu quả với BĐKH toàn cầu. Bình Dương là một trong những tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ đi đầu về phát triển công nghiệp hiện nay của cả nước. Bình Dương luôn lấy công nghiệp làm nền tảng đột phá mà hạt nhân chính là xây dựng kết cấu hạ tầng các khu công nghiệp gắn với đô thị hóa. Cùng với sự phát triển vượt bậc kinh tế về công nghiệp và dịch vụ cao thì nghề rừng ở đây chưa thực sự được chú trọng. Công tác quản lý tài nguyên thiên của tỉnh vẫn còn chưa được chặt chẽ dẫn tới diện tích và trữ lượng rừng đã và đang ngày càng suy giảm một cách nhanh chóng. Ngày nay với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, tư liệu vệ tinh đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường đặc biệt là trong việc theo dõi di n biến tài nguyên rừng. Việc quản lý tài nguyên rừng theo hướng bền vững, sử dụng các công cụ, phương pháp hiện đại như vi n thám, GIS với độ chính xác cao là điều hết sức cần thiết cho giai đoạn hiện nay và tương lai. Trong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên rừng, nghiên cứu ảnh vi n thám ngày càng tỏ ra ưu thế bởi khả năng cập nhật thông tin và phân tích biến động một cách nhanh chóng. Mặt khác, hiện trạng và biến động thảm thực vật rừng, trạng thái và trữ lượng rừng là căn cứ hết sức quan trọng phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ,
2 phát triển và khai thác sử dụng tài nguyên rừng một cách bền vững. Chính vì vậy, nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ quan chức năng và các nhà quản lý lâm nghiệp là cần phải áp dụng các phương pháp cập nhật nhanh, kịp thời, chính xác trong xây dựng bản đồ hiện trạng rừng của địa phương. Xuất phát từ ý nghĩa thực ti n trên tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu phương pháp xác định trữ lượng rừng bằng tư liệu Sentinel tại huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương”.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Một số khái niệm về ảnh Sentinel Sentinel là tên của một loạt các vệ tinh quan sát trái đất thuộc Chương trình Copernicus của Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA). Các vệ tinh được đặt tên từ Sentinel-1 tới Sentinel-6 có các thiết bị thu nhận quan sát đất liền, đại dương và khí quyển. Hiện tại đã có Sentinel-1 và Sentinel-2 trên quĩ đạo. Sentinel-3 đã được đưa lên quĩ đạo theo như kế hoạch là tháng 12/2015, gồm 3 vệ tinh Sentinel- 3A, Sentinel-3B và Sentinel-3C theo kế hoạch sẽ hoàn tất việc phóng trước năm 2020. + Sentinel-1A là vệ tinh dầu tiên trong loạt các vệ tinh thuộc chương trình Copernicus, đã được lên quĩ đạo ngày 3/4/2014. Thiết bị thu nhận ảnh radar khẩu độ mở tổng hợp, kênh C (synthetic aperture radar-SAR). Sentinel-1A có nhiệm vụ giám sát băng, tràn dầu, gió và sóng biển, thay đổi sử dụng đất, biến dạng địa hình và đáp ứng các trường hợp khẩn cấp lũ và động đất. Do là dữ liệu radar nên có các chế độ phân cực đơn VV hoặc HH) và phân cực đôi (VV+VH hoặc HH+HV). + Sentinel-2A được phóng lên quĩ đạo ngày 23/6/2015. Đây là vệ tinh gắn thiết bị thu nhận ảnh đa phổ với 13 kênh phổ (443 nm–2190 nm), trường phủ 290 km, độ phân giải 10 m (4 kênh phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại), 20 m (6 kênh phổ từ cận đỏ đến kênh phổ có bước sóng ngắn) và 60 m (3 atmospheric correction bands). Khi vệ tinh thứ hai (Sentinel-2B) đưa vào sử dụng thì cả hai sẽ có chu lỳ lập lại là 5 ngày và nếu kết hợp với Landsat 8 thì chu kỳ quan sát trái đất sẽ là 3 ngày. Dữ liệu này thì độ phân giải không gian cao hơn ảnh vệ tinh Landsat 8. Sentinel-2A có nhiệm vụ giám sát các hoạt
4 động canh tác nông nghiệp, rừng, sử dụng đất, thay đổi thực phủ/ sử dụng đất ... 1.2. Nghiên cứu về ảnh vệ tinh trong theo d i di n biến t i nguyên rừng Phương pháp Vi n thám cho phép thu thập thông tin về đối tượng trên mặt đất thông qua hình ảnh của đối tượng mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp ngoài thực địa. Các loại tư liệu ảnh vi n thám có thể được chụp từ máy bay (ảnh hàng không) nhưng thông dụng nhất là được chụp từ vệ tinh. Tư liệu vi n thám có hai loại chính là ảnh quang học và ảnh radar. Ảnh quang học chụp bề mặt trái đất nhờ năng lượng mặt trời và các thiết bị chụp ảnh sử dụng thấu kính quang học, hệ thống chụp ảnh này được gọi là hệ thống thụ động. Loại thứ hai là ảnh radar được chụp nhờ các thiết bị thu, phát sóng radar đặt trên vệ tinh. Hệ thống này được gọi là hệ thống chụp ảnh chủ động hay tích cực. Ngày nay với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, tư liệu vệ tinh đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường đặc biệt là trong việc theo dõi di n biến tài nguyên rừng. Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng trên ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ vật trên ảnh vệ tinh. Những ưu thế cơ bản của ảnh vệ tinh có thể kể ra là: - Cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất trên khu vực trùm phủ lớn (Landsat 180km x 180km, SPOT, ASTER 60km x 60km) cho phép tiến hành theo dõi giám sát trên những khu vực rộng lớn cùng một lúc. - Cung cấp thông tin đa dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau cho phép nghiên cứu các đặc điểm của đối tượng từ nhiều góc độ phản xạ phổ khác nhau.
5 - Cung cấp các loại ảnh có độ phân giải khác nhau đo đó cho phép nghiên cứu bề mặt ở những mức độ chi tiết hoặc khái quát khác nhau. Ví dụ như các loại ảnh độ phân giải siêu cao như SPOT 5, IKONOS, QuickBird để nghiên cứu chi tiết, hoặc các loại ảnh có độ phân giải thấp nhưng tần suất chụp lặp cao, diện tích phủ trùm lớn như MODIS, MERIS cho phép cung cấp các thông tin khái quát ở mức vùng hay khu vực. - Khả năng chụp lặp lại hay còn gọi là độ phân giải thời gian. Do đặc điểm quĩ đạo của vệ tinh nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định lại có thể chụp lặp lại được vị trí trên mặt đất. Sử dụng các ảnh vệ tinh chụp tại các thời điểm khác nhau sẽ cho phép theo dõi di n biến của các sự vật hiện tượng di n ra trên mặt đất, ví dụ như quá trình sinh trưởng của cây trồng, lúa, màu. - Các dữ liệu được thu nhận ở dạng số nên tận dụng được sức mạnh xử lý của máy tính và có thể d dàng tích hợp với các hệ thống thông tin như hệ thống thông tin địa lý (GIS). Do những đặc tính hết sức ưu việt kể trên ảnh vệ tinh đã trở thành một công cụ không thể thiếu được trong công tác theo dõi giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường, nhất là ở những vùng khó tiếp cận như các vùng núi cao, biên giới, hải đảo… Phương pháp Vi n thám cho phép thu thập phần lớn các thông tin ở trong phòng nhưng kết quả giải đoán cần được kiểm chứng ở ngoài thực địa do đó công tác thực địa là một phần không thể thiếu trong công nghệ Vi n thám. Trên thế giới việc ứng dụng công nghệ vi n thám, tại những nước phát triển đã được thực hiện ngay từ khi có những tấm ảnh đầu tiên của vệ tinh quan sát trái đất. Cho đến nay ảnh vệ tinh đã được ứng dụng ở hầu khắp các nước, kể cả những nước đang phát triển. Ở Việt nam, mặc dù việc ứng dụng công nghệ Vi n thám có chậm hơn những nước tiên tiến trong khu vực nhưng
6 ảnh vệ tinh cũng đã được sử dụng ở rất nhiều các cơ quan, ngành và địa phương khác nhau như nông nghiệp, lâm nghiệp, đo đạc và bản đồ, qui hoạch đất đai, địa chất – khoáng sản… Những ứng dụng tiêu biểu của ảnh vệ tinh liên quan đến việc chiết tách các lớp thông tin là: - Điều tra thành lập bản đồ hiện trạng và theo dõi biến động rừng - Thành lập bản đồ lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất - Theo dõi giám sát mùa màng - Thành lập bản đồ và theo dõi biến động các vùng đất ngập nước - Thành lập bản đồ và theo dõi biến động rừng ngập mặn - Kiểm kê tài nguyên nước mặt - Qui hoạch đô thị và theo d i quá trình đô thị hóa Ảnh vệ tinh quang học với nhiều ưu điểm như hình ảnh quen thuộc với con người, d giải đoán, kỹ thuật tương đối d phát triển trên nền các công nghệ chụp ảnh hiện hành nên đã nhanh chóng được chấp nhận và ứng dụng rộng rãi. Các loại ảnh quang học như Landsat, SPOT, Aster, IKONOS, QuickBird đã trở nên quen thuộc và phổ biến trên toàn thế giới. Trong xây dựng các bản đồ phân loại rừng bằng công nghệ Vi n thám sử dụng ảnh quang học đã được đưa vào các qui trình qui phạm tương đối hoàn chỉnh. Thông số kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh quang học chính được tổng hợp ở bảng sau: Bảng 1.1. Đặc điểm và khả năng ứng dụng của một sô loại ảnh vệ tinh Ứng dụng trong phân Loại ảnh Thông số kỹ thuật loại rừng 1. Ảnh đa phổ có độ phân giải thấp (Multispectral Low Resolution Sensors Độ phân giải thấp (250m – 1000m); - Quy mô bản đồ: toàn cầu, lục MODIS Trường phủ 330km; Chu kỳ bay địa hoặc quốc gia chụp 1-2 ngày; Ảnh có từ 2000 (vệ - Phân loại lớp phủ (vd: rừng,
7 Ứng dụng trong phân Loại ảnh Thông số kỹ thuật loại rừng tinh Terra) hoặc 2002 (vệ tinh độ thị, mặt nước...) Aqua) đến nay Độ phân giải thấp 1km từ các vệ AVHRR tinh NOAA; Trường phủ 2400km x 6400km; Ảnh có từ 1980 đến nay. 2. Ảnh đa phổ có độ phân giải trung bình (Multispectral Moderate Resolution Sensors) Độ phân giải thấp đến trung bình - Quy mô bản đồ: khu vực Landsat (30m -120m); Trường phủ 185km x - Phân loại rừng ở cấp độ quần TM 185km; Chu kỳ bay chụp 16 ngày; xã Ảnh từ năm 1998 đến nay; Landsat Độ phân giải thấp đến trung bình - Quy mô bản đồ: khu vực ETM+ (15m - 20m); Trường phủ 185km x - Phân loại rừng ở cấp độ quần (Landsat 185km. Chu kỳ bay chụp 16 ngày; xã hoặc một số loài ưu thế có 7) Ảnh có từ 1999 đến nay; nhận biệt rõ Độ phân giải trung bình (15-90m) với 14 kênh phổ từ bước sóng nhìn ASTER thấy tới hồng ngoại gần; Ảnh có từ năm 2000 đến nay. 3. Ảnh đa phổ có độ phân giải cao (Multispectral High-spatial Resolution Sensors – Hyperspatial ) Độ phân giải cao đến trung bình, từ - Quy mô bản đồ: địa phương, 2.5m đến 20m (với SPOT VGT là khu vực (hoặc lớn hơn đối với SPOT 1km); Trường phủ 60km x 60km SPOT VGT) (với SPOT VGT là 1000 km x 1000 - Phân loại rừng ở cấp độ quần km); SPOT 1, 2, 3, 4, 5 và 6 có ảnh xã hoặc các loại cụ thể
8 Ứng dụng trong phân Loại ảnh Thông số kỹ thuật loại rừng tương ứng từ 1986, 1990, 1993, 1998, 2002 và 2012. Hiện nay SPOT 1 và 3, 5 đã ngừng cung cấp ảnh. Độ phân giải rất cao (1m – 4m); - Quy mô bản đồ: khu vực, địa IKONOS Trường phủ 11km x 11km; Chu kỳ phương hoặc nhỏ hơn bay chụp 3-5 ngày - Phân loại rừng chi tiết ở cấp Độ phân giải rất cao (0.6m – 2.4m); độ quần xã hoặc các loài cụ Trường phổ 16.5km x 16.5km. Chu thể; QuickBird kỳ bay chụp 1-3.5 ngày tuỳ thuộc - Thường được sử dụng để vào vĩ độ. kiểm tra kết quả phân loại từ các nguồn khác. 4. Ảnh siêu phổ (Hyperspectral Sensors) Ảnh siêu phổ với 224 kênh từ bước - Quy mô bản đồ: khu vực, địa sóng nhìn thấy tới sóng ngắn hồng phương hoặc nhỏ hơn; ngoại; Tuỳ thuộc vào vĩ độ của vệ - Phân loại rừng chi tiết ở cấp AVIRIS tinh mà ảnh có độ phân giải > 1m, độ quần xã hoặc các loài cụ trường phủ > 1km. thể; ảnh chỉ chụp theo yêu cầu 1 lần, vì vậy không thích hợp với theo dõi di n biến rừng. Ảnh siêu phổ tới 220 kênh từ bước - Quy mô bản đồ: khu vực sóng nhìn thấy tới sóng ngắn hồng - Phân loại rừng chi tiết ở cấp Hyperion ngoại; Độ phân giải không gian độ quần xã hoặc các loài có 30m; Ảnh có từ năm 2003. nhận biệt rõ. Nhược điểm chính của ảnh quang học là chỉ có thể chụp vào ban ngày khi được mặt trời chiếu sáng và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết.
9 Trong trường hợp thời tiết xấu như mưa bão, mây, mù, sẽ rất khó chụp được ảnh. Trên ảnh quang học cũng thường có nhiều mây, nhất là ở khu vực nhiệt đới trong đó có Việt nam. Những nhược điểm này đã làm hạn chế rất nhiều khả năng ứng dụng của ảnh quang học. Đặc biệt là đối với những ứng dụng cần sử dụng ảnh chụp ở nhiều thời điểm. Những nhược điểm của ảnh quang học cũng chính là ưu điểm của ảnh radar. Do sử dụng nguồn năng lượng riêng của mình để chụp ảnh nên ảnh radar có thể được chụp vào cả ban ngày lẫn ban đêm. Các bước sóng ở vùng sóng micro của hệ thống chụp ảnh radar có khả năng đâm xuyên qua mây nên không bị ảnh hưởng của thời tiết do đó rất phù hợp với những khu vực thường xuyên có nhiều mây phủ như Việt nam. Một ưu điểm quan trọng khác của ảnh radar là cung cấp các thông tin mà ảnh quang học không thể có được như độ ghồ ghề, độ ẩm, cấu trúc của các đối tượng trên bề mặt. Chính vì những ưu thế trên ảnh radar là loại tư liệu rất có tiềm năng ứng dụng ở nước ta. Tuy nhiên ảnh radar cũng có những nhược điểm rất cơ bản. Do được chụp ở vùng sóng micro khác xa với vùng sóng nhìn thấy nên hình ảnh không giống với cảm nhận thông thường của mắt người. Mặt khác, do bản chất chụp nghiêng nên hình ảnh bị biến dạng nhiều nên khó nhận dạng các đối tượng và khó xử lý. Không những thế ảnh radar còn có nhiều nhi u gây khó khăn cho người sử dụng. Do những đặc điểm nói trên ảnh radar còn ít được sử dụng hơn so với ảnh quang học. Mặc dù vậy, trên thế giới công nghệ Vi n thám radar đã và đang phát triển rất mạnh mẽ, và được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực bao gồm theo d i giám sát thiên tai như lũ lụt, trượt lở đất, cháy rừng, giám sát ô nhi m (tràn dầu), nghiên cứu, thăm dò địa chất khoáng sản, đo đạc bản đồ, theo dõi di n biến lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất, kiểm kê đất rừng, theo dõi mùa màng. Ở Việt nam, ứng dụng của ảnh radar còn chưa nhiều, chủ yếu được sử
10 dụng cho mục đích nghiên cứu. Các cơ quan đã có những tiếp cận ban đầu với công nghệ ảnh radar là Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Trung tâm Vi n thám- Bộ Tài nguyên và Môi trường, Viện Quy hoạch rừng- Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn. Như vậy, có thể thấy cần phải đẩy mạnh hơn nữa. Thấy rõ vai trò quan trọng của công nghệ Vi n thám và nhu cầu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh của các cơ quan, ngành trong cả nước, chính phủ đã cho phép Bộ Tài nguyên và Môi trường triển khai đề án” Hệ thống Giám sát Tài nguyên thiên nhiên và môi trường tại Việt Nam” sử dụng vốn ODA của chính phủ Pháp. Thành phần quan trọng nhất của hệ thống này là Trạm thu ảnh vệ tinh có khả năng thu nhận, xử lý và cung cấp các loại ảnh vệ tinh bao gồm cả ảnh quang học (MERIS, SPOT 2, 4, 5, 6) và radar (ASAR) cho người sử dụng trong nước. Hệ thống giám sát Tài nguyên và Môi trường tại Việt nam sẽ thúc đẩy các nghiên cứu ứng dụng của ảnh vệ tinh ở nước ta. Khi hệ thống đi vào hoạt động, người sử dụng có khả năng tiếp xúc với nhiều loại tư liệu ảnh trên cùng một khu vực nghiên cứu, do đó cần đặc biệt quan tâm đến phương pháp ứng dụng kết hợp nhiều loại ảnh vệ tinh, nhất là ảnh quang học và ảnh radar. 1.3. Tình hình nghiên cứu về việc xác định trữ lƣợng rừng bằng dữ liệu ảnh Quang học và ảnh Radar 1.3.1. Trên thế giới Mỗi loại ảnh quang học và radar đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, do đó việc kết hợp ảnh radar và ảnh quang học đã được đặt ra nhằm tận dụng được thế mạnh của cả hai loại ảnh này. Việc nghiên cứu kết hợp hai loại ảnh nói trên nhằm mục đích chiết tách thông tin về lớp phủ mặt đất đã được thực hiện tại nhiều nước trên thế giới bao gồm cả những nước có công nghệ tiên tiến như Mỹ, Canada, Anh, Pháp, Australia và cả những nước trong khu vực như Trung quốc, Malaysia, Thái lan, Indonesia, Singapore. Mỗi nghiên cứu đều có những cách tiếp cận khác