Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ công tác kiểm kê rừng tại Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà, tỉnh Đồng Nai

Chia sẻ: Tri Tâm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xác định khả năng ứng dựng công nghệ giải đoán ảnh vệ tinh độ phân giải cao trong xây dựng bản đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác kiểm kê rừng tại Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà, tỉnh Đồng Nai. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

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 xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ công tác kiểm kê rừng tại Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà, tỉnh Đồng Nai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HOÀNG THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG RỪNG TỪ ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO PHỤC VỤ CÔNG TÁC KIỂM KÊ RỪNG TẠI CÔNG TY TNHH MTV LÂM NGHIỆP LA NGÀ, TỈNH ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP ĐỒNG NAI, 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HOÀNG THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG RỪNG TỪ ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO PHỤC VỤ CÔNG TÁC KIỂM KÊ RỪNG TẠI CÔNG TY TNHH MTV LÂM NGHIỆP LA NGÀ, TỈNH ĐỒNG NAI CHUYÊN NGÀNH: LÂM HỌC MÃ SỐ: 60.62.02.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. TRẦN QUANG BẢO 2. TS. LÊ SỸ DOANH Đồng Nai, 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 chƣa có ai công bố trong bất cứ công trình nào khác./. Tác giả Hoàng Thị Hồng
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chƣơng trình đạo tạo thạc sỹ khoa học lâm nghiệp khóa 2014-2016, đƣợc sự đồng ý của Khoa đào tạo sau đại học, Trƣờng Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ công tác kiểm kê rừng tại Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà, tỉnh Đồng Nai” với sự hƣớng dẫn của TS. Lê Sỹ Doanh. Trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp, tôi luôn nhận đƣợc sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô trong trƣờng, thầy giáo hƣớng dẫn cũng nhƣ bạn bè đồng nghiệp tại Chi cục Kiểm lâm Đồng Nai, Hạt Kiểm lâm thành phố Biên Hòa và Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà nơi tôi làm việc, thực tập. Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Sỹ Doanh đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh/chị làm việc tại Viện Sinh thái rừng và Môi trƣờng, các anh/chị đã cung cấp cho đề tài một số dữ liệu cần thiết và hƣớng dẫn tôi về các kỹ thuật liên quan đến xử lý ảnh, biên tập bản đồ. Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, tạo mọi điều kiện về vật chất và tinh thần để tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn. Tôi xin chân thành cảm ơn Chi cục Kiểm lâm tỉnh Đồng Nai, Hạt Kiểm lâm thành phố Biên Hòa đã tạo các điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi cũng xin cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà đã cung cấp tƣ liệu bản đồ, số liệu liên quan đến tài nguyên rừng và giúp đỡ tôi trong thời gian đi ngoại nghiệp tại địa bàn của Công ty. Trong khuôn khổ thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các thầy cô và đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Đồng Nai, ngày tháng 8 năm 2017 Tác giả
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................. v DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ vi DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ vii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................... 3 1.1. Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh trong phân loại và thành lập bản đồ hiện trạng rừng. ................................................................................................. 3 1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới. .................................................................. 3 1.1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam. ................................................................... 6 1.2. Nghiên cứu đánh giá diễn biến, biến động tài nguyên rừng. ................... 11 1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới. ................................................................ 11 1.2.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam. ................................................................. 16 1.3. Nhận xét nghiên cứu phần tổng quan....................................................... 17 Chƣơng 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................. 19 2.1.1. Mục tiêu tổng quát ................................................................................ 19 2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 19 2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 19 2.2. 1. Đối tƣợng nghiên cứu........................................................................... 19 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 19 2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 20 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 20 Chƣơng 3. ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI CÔNG TY TNHH MTV LÂM NGHIỆP LA NGÀ ....................................... 29 3.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 29
iv 3.1.1. Vị trí, địa lý ........................................................................................... 29 3.1.2. Địa hình ................................................................................................. 30 3.1.3. Khí hậu .................................................................................................. 31 3.1.4. Địa chất và thổ nhƣỡng ......................................................................... 31 3.2. Tình hình kinh tế - xã hội, môi trƣờng của Công ty ................................ 32 3.2.1. Tình hình dân số và mật độ dân số........................................................ 32 3.2.2. Tình hình số hộ gia đình và lao động .................................................... 33 3.2.3. Tình hình dân tộc .................................................................................. 33 3.2.4. Kết quả đánh giá tác động xã hội, kinh tế, môi trƣờng ......................... 34 3.3. Đánh giá chung ........................................................................................ 36 Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 37 4.1. Đặc điểm hiện trạng sử dụng rừng và đất lâm nghiệp Công ty TNHH MTV LN La Ngà ............................................................................................. 37 4.2. Kết quả thành lập bản đồ hiện trạng rừng ................................................ 40 4.2.1. Xây dựng bộ mẫu khóa ảnh .................................................................. 40 4.2.2. Giải đoán ảnh phân loại hiện trạng rừng ............................................... 43 4.3. Đánh giá diễn biến tài nguyên rừng giai đoạn 2010 - 2016 ..................... 51 4.3.1. Đặc điểm hiện trạng rừng giai đoạn 2010 - 2016 ................................. 51 4.3.2. Đánh giá biến động tài nguyên rừng ..................................................... 57 4.3.3. Thành lập và biên tập bản đồ biến động tài nguyên rừng ..................... 62 4.4. Đề xuất quy trình thành lập bản đồ hiện trạng rừng và đánh giá biến động tài nguyên rừng................................................................................................ 65 4.4.1. Đề xuất quy trình thành lập bản đồ hiện trạng rừng ............................. 65 4.4.2. Đề xuất mô hình đánh giá biến động tài nguyên rừng .......................... 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 70 1. Kết luận ....................................................................................................... 70 2. Tồn tại và kiến nghị..................................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 72
v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa BQL RPH Ban quản lý rừng phòng hộ CHDC Cộng hòa Dân chủ GE Google Earth GIS (Geography Infomation System): Hệ thống thông tin địa lý GPS (Global Positioning System): Hệ thống định vị toàn cầu GVI (green vegetation index): Chỉ số màu xanh thực vật HTR Hiện trạng rừng LN Lâm nghiệp MTV Một thành viên MKA Mẫu khóa ảnh NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Chỉ số thực vật NIR Kênh cận hồng ngoại của ảnh vệ tinh ÔTC Ô tiêu chuẩn TNHH Trách nhiệm hữu hạn RED Kênh đỏ của ảnh RS (Remote Sensing): Viễn thám RVI (Ratio Vegetion Index): Tỷ số chỉ số thực vật TRRI (Total Ratio Reflectance Index): Tỷ số tổng giá trị cấp độ xám UBND Ủy ban nhân dân VQG Vƣờn quốc gia
vi DANH MỤC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang bảng Số lƣợng điểm điều tra theo trạng thái rừng và đất lâm 2.1 22 nghiệp Thống kê dân số và mật độ dân số 2 xã Ngọc Định và 3.1 32 Thanh Sơn Thống kê số hộ và lao động 2 xã Ngọc Định và Thanh 3.2 33 Sơn Thống kê thành phần dân tộc 2 xã Thanh Sơn và Ngọc 3.3 34 Định Diện tích các trạng thái rừng theo hệ thống phân loại cũ 4.1 38 và mới Hiện trạng diện tích rừng và đất lâm nghiệp theo chức 4.2 39 năng 4.3 Hình ảnh bộ mẫu khóa ảnh cho các trạng thái rừng 41 4.4 Giá trị các kênh phổ trong lớp phân mảnh ảnh 44 4.5 Kết quả chọn mẫu giải đoán ảnh 46 4.6 Kết quả đánh giá phân loại rừng tại 90 điểm kiểm tra 47 4.7 Diện tích các trạng thái rừng sau hiệu chỉnh 48 4.8 Thống kê diện tích rừng năm 2010 51 4.9 Thống kê diện tích rừng năm 2016 54 4.10 So sánh diện tích các trạng thái rừng năm 2010 và 2016 57 Ma trận biến động tài nguyên rừng Công ty TNHH MTV 4.11 59 LN La Ngà giai đoạn 2010 - 2016 4.12 Ký hiệu 53 mã trong bản đồ biến động tài nguyên rừng 63 Một số chỉ số thực vật thƣờng sử dụng trong giải đoán 4.13 66 ảnh
vii DANH MỤC HÌNH Số hiệu Tên bảng Trang hình vẽ 2.1 Quy trình xây dựng bản đồ hiện trạng rừng 21 2.2 Phân bố điểm điều tra ô tiêu chuẩn 23 3.1 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 29 3.2 Phân bố độ cao địa hình khu vực nghiên cứu 30 3.3 Phân bố độ dốc địa hình khu vực nghiên cứu 31 Bản đồ HTR Công ty TNHH MTV LN La Ngà năm 4.1 37 2015 4.2 Kết quả phân mảnh ảnh thành từng lô trên ảnh GE 44 Biểu đồ so sánh diện tích các trạng thái rừng sau cập 4.3 49 nhật 4.4 Kết quả biên tập bản đồ hiện trạng rừng năm 2016 50 Biểu đồ tỷ lệ đất lâm nghiệp và các trạng thái rừng 4.5 52 năm 2010 4.6 Bản đồ hiện trạng rừng năm 2010 53 Biểu đồ tỷ lệ đất lâm nghiệp và các trạng thái rừng 4.7 55 năm 2016 4.8 Bản đồ hiện trạng rừng năm 2016 56 4.9 Biểu đồ so sánh diện tích rừng năm 2010 - 2016 62 Bản đồ biến động tài nguyên rừng giai đoạn 2010 - 4.10 64 2016 Sơ đồ quy trình xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ 4.11 65 ảnh vệ tinh có độ phân giải cao Quy trình xây dựng và đánh giá biến động tài nguyên 4.12 68 rừng
1 MỞ ĐẦU Rừng là tài nguyên quý giá của quốc gia, là bộ phận quan trọng của môi trƣờng sinh thái, có giá trị lớn về kinh tế - xã hội và môi trƣờng. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, ngƣời ta càng thấy rõ giá trị của tài nguyên rừng. Tài nguyên rừng ở Việt Nam đang ngày càng đƣợc chú trọng về quản lý, bảo vệ và phát triển bền vững và đây cũng là xu thế phát triển lâm nghiệp của thế giới. Trong chiếm lƣợc phát triển lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2006 - 2020 đã xác định: “Quản lý, sử dụng và phát triển bền vững là nền tảng cho phát triển lâm nghiệp. Mục tiêu đến năm 2020 đƣợc xác định: Thiết lập, quản lý, bảo vệ, phát triển và sử dụng bền vững 16,24 triệu ha đất quy hoạch cho lâm nghiệp; nâng tỷ lệ đất có rừng lên 42 - 43% vào năm 2010 và 47% đến năm 2020”. 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 cần thiết đƣợc các nhà lâm nghiệp đề 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 của ngành lâm nghiệp. Những năm trƣớc đây, ở nƣớc ta việc điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng chủ yếu vẫn dựa trên việc điều tra, đo vẽ, thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng các phƣơng pháp thủ công, công việc này đòi hỏi tốn rất nhiều thời gian, công sức, tiền bạc, độ chính xác chƣa cao và việc cập nhật diễn biến rừng theo thời gian gặp nhiều khó khăn do tình hình quản lý bảo vệ rừng có nhiều biến động lớn và diễn biến phức tạp. Trong những năm gần đây, khi khoa học công nghệ viễn thám và GIS trên thế giới phát triển mạnh, Việt Nam cũng là một trong những quốc gia có sự quan tâm lớn và tiếp cận ứng dụng ngay công nghệ này vào trong lĩnh vực lâm nghiệp. Kỹ thuật viễn thám với khả năng quan sát các đối tƣợng ở các độ phân giải phổ và không
2 gian khác nhau, chu kỳ chụp lặp từ một tháng đến một ngày cho phép quan sát và xác định nhanh chóng hiện trạng lớp phủ rừng, và với sự hỗ trợ của các phần mềm GIS có thể dễ dàng xác định đƣợc biến động rừng và đặc biệt là xu hƣớng biến động tài nguyên rừng theo thời gian. Đồng Nai là tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ Việt Nam. Tỉnh Đồng Nai nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, với diện tích tự nhiên là 5.907,2 km và có trên 197.000 ha rừng và đất lâm nghiệp. Rừng của tỉnh Đồng Nai đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế nông nghiệp và là lá phổi xanh của vùng Đông Nam Bộ. Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà nằm trên địa phận tỉnh Đồng Nai, hiện đang quản lý sử dụng 24.640,6 ha rừng và đất lâm nghiệp, chiếm 12% diện tích rừng của tỉnh Đồng Nai. Diện tích rừng và đất lâm nghiệp của Công ty thuộc vùng có địa hình và độ dốc thấp, thuận lợi cho phát triển lâm nghiệp cũng nhƣ các hoạt động sản xuất khác. Tuy nhiên, giai đoạn 1990 - 2016, đây là khu vực có nhiều diễn biến phức tạp về việc quản lý, bảo vệ, sử dụng tài nguyên rừng và đất lâm nghiệp ở tỉnh Đồng Nai. Các số liệu về hiện trạng rừng cũng nhƣ số liệu về biến động tài nguyên rừng của Công ty còn chƣa thống nhất, chƣa có độ tin cậy cao. Nhận thấy tầm quan trọng của việc theo dõi, đánh giá và dự báo xu thế tài nguyên rừng phục vụ lập kế hoạch phát triển rừng bền vững của Công ty trong những giai đoạn tiếp theo là hết sức quan trọng, tác giả tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ công tác kiểm kê rừng tại Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà, tỉnh Đồng Nai”.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh trong phân loại và thành lập bản đồ hiện trạng rừng Phân loại và thành lập bản đồ các trạng thái rừng là các nội dung cơ bản trong địa lý lâm nghiệp nói chung. Hệ thống phân loại rừng trên thế giới có những điểm khác so với Việt Nam và ngay ở Việt Nam nó cũng có những thay đổi theo từng giai đoạn do đó công nghệ để giám sát và thành lập bản đồ tài nguyên rừng ở mỗi quốc gia, mỗi giai đoạn có những sự thay đổi phù hợp với tình hình của thực tiễn. Cho đến nay, trên thế giới cũng nhƣ Việt Nam, công nghệ Viễn thám đã đang và sẽ đƣợc nghiên cứu ứng dụng phổ biến và ngày càng đƣợc sử dụng có hiệu quả trong lĩnh vực lâm nghiệp. Ở phần này, tác giả trình bày tổng quan một số kết quả nghiên cứu về phân loại và thành lập bản đồ hiện trạng rừng trên thế giới và Việt Nam. 1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới, công nghệ không gian địa lý đƣợc sử dụng rất sớm để giám sát tài nguyên rừng. Từ đầu thế kỷ 20 ảnh hàng không bắt đầu đƣợc áp dụng để khoanh vẽ các trạng thái rừng. Ảnh hàng không thƣờng đƣợc lƣu trên giấy ảnh hoặc ảnh số. Từ những thử nghiệm lẻ tẻ về ứng dụng ảnh hàng không trong lâm nghiệp vào thời gian đầu, đã có nhiều tác giả sử dụng thành công ảnh hàng không để xây dựng bản đồ tài nguyên rừng ở các nƣớc nhƣ Canada, Mỹ và Anh (Bickford, 1952). Ảnh hàng không thƣờng đƣợc giải đoán bằng mắt với sự hỗ trợ của các thiết bị quang học nhƣ kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu v.v... để xác định đối tƣợng. Các trạng thái rừng khác nhau trên ảnh đƣợc khoanh vẽ dựa trên một số tiêu chí sau (Lillesand and Kiefer, 2000): cấp độ sáng (tone); kích thƣớc (size) và hình dáng (shape) của tán cây; biến đổi trong cấu trúc tán cây (texture); phân bố không gian của tán
4 cây (pattern); bóng cây (shadow). Ƣu điểm của việc sử dụng ảnh hàng không so với điều tra mặt đất là: cung cấp một bức tranh toàn cảnh về phân bố của rừng trên một diện tích rộng; lƣu giữ đƣợc những biến đổi về động thái của rừng theo thời gian; ảnh hàng không có thể chụp với bƣớc sóng từ tia cực tím đến hồng ngoại gần (0.3m - 0.9m), vì vậy có thể phản ánh những thông tin mà mắt thƣờng không thấy đƣợc. Nhƣợc điểm của ảnh hàng không là rất khó chụp, lƣu giữ, hiệu chỉnh và giải đoán. Ngoài ra việc giải đoán bằng mắt là rất chủ quan phụ thuộc vào trình độ, kinh nghiệm ngƣời giải đoán, kết quả không đồng nhất, thời gian thực hiện lâu và tốn kém nhiều nhân lực. Ở Việt Nam, công nghệ giải đoán bằng mắt cũng đã và đang đƣợc áp dụng đối với ảnh vệ tinh trong phân loại rừng và đã bộc lộ nhiều tồn tại. Trong vòng khoảng 35 năm trở lại đây, ảnh vệ tinh với phƣơng pháp xử lý số đã đƣợc sử dụng rộng rãi và dần thay thế ảnh hàng không trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng phục vụ công tác điều tra và kiểm kê rừng (Lambin, 2001). Phƣơng pháp xử lý số có ƣu điểm nổi bật là thời gian xử lý ngắn, việc phân loại các đối tƣợng đƣợc tiến hành nhanh chóng trên phạm vi rộng mà không tốn công đi thực địa, công việc đƣợc thực hiện dựa vào cấp độ xám của các pixel, nên kết quả thu đƣợc khách quan không phụ thuộc vào chủ quan của nguời giải đoán. Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng, ảnh vệ tinh sẽ cho phép xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng với quy mô và tỷ lệ khác nhau một cách nhanh chóng, hoặc đánh giá đƣợc biến động của hiện trạng rừng ở hiện tại so sánh với các thời điểm trong quá khứ. Với những ƣu điểm nhƣ vậy, đã có nhiều chuyên gia và các nhà nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh để khoanh vẽ lớp phủ thực vật trên bề mặt trái đất từ quy mô nhỏ đến toàn cầu (Yichun et al., 2008). Hiện nay, trên thế giới có nhiều vệ tinh cung cấp ảnh có độ phân giải không gian, phân giải phổ, số lƣợng kênh phổ và chu kỳ bay chụp khác nhau, từ các ảnh đa phổ (multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ
5 (hyperspectral), bƣớc sóng biến động từ nhìn thấy tới sóng siêu cao tần, độ phân giải không gian từ dƣới 1m tới vài km, chu kỳ bay chụp có thể từ hàng ngày tới hàng tuần hoặc hàng tháng. Navulur (2006) đã phân nhóm các loại ảnh vệ tinh theo độ phân giải không gian nhƣ sau: (i) ảnh có độ phân giải thấp: lớn hơn 30m, (ii) ảnh có độ phân giải trung bình: 10m - 30m; (iii) ảnh có độ phân giải cao: 2 - 10 m; (iv) ảnh có độ phân giải rất cao: nhỏ hơn 2m. Mỗi loại ảnh vệ tinh khác nhau lại có đặc điểm về độ phân giải không gian, bƣớc sóng, chu kỳ bay chụp, giá thành khác nhau. Vì vậy, lựa chọn ảnh vệ tinh thích hợp trong xây dựng bản đồ phân loại rừng là cần thiết. ngƣời ta thƣờng dựa vào những căn cứ sau: (i) mục tiêu của bản đồ, (ii) giá thành của ảnh, (iii) điều kiện khí quyển, (iv) những yêu cầu kỹ thuật trong việc giải đoán ảnh. Trong xây dựng các bản đồ phân loại rừng, nhƣng loại ảnh viễn thám đƣợc sử dụng phổ biến gồm Landsat TM và ETM+, SPOT, MODIS, NOAA-AVHRR, IKONOS và QuickBird. Dƣới đây là một số công trình trên thế giới đã ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh trong việc xác định trữ lƣợng, độ che phủ rừng ... phục vụ xây dựng bản đồ hiện trạng rừng: Trotter và cộng sự (1997) sử dụng ảnh Landsat TM để tìm mối quan hệ giữa trữ lƣợng lâm phần rừng ôn đới với 7 kênh của ảnh. Nghiên cứu sử dụng ba phƣơng pháp: phân tích hồi quy tuyến tính, phi tham số và ngƣời láng giềng gần nhất kNN. Tuy nhiên mô hình hồi quy tìm đƣợc có kết quả rất thấp (R2 = 0.29) [32]. Donoghue và cộng sự (2002) đã tiến hành nghiên cứu để thiết lập mối quan hệ hồi quy giữa ảnh vệ tinh Landsat và SPOT với chiều cao cây và tiết diện ngang. Kết quả đạt đƣợc R2=0.86, P
6 trung phƣơng RMSE từ các mô hình đã đƣợc báo cáo là 30,8% [22]. Phƣơng pháp phi tham số K-nearest neighbor (kNN) cũng đã đƣợc sử dụng trong ƣớc lƣợng nhân tố điều tra rừng ở các lâm phần rừng ôn đới. Makela và Pekkarinen (2004) dự đoán trữ lƣợng các loài cây bằng cách sử dụng phƣơng pháp kNN. Kết quả cho sai số trung phƣơng (RMSE) là 48% trong khi ƣớc lƣợng ở các loài riêng biệt cao hơn (cho cây vân sam RMSE là 81%, cho các cây thông và cây lá rộng, RMSEs hơn 100 %). Để xác định giá trị k thích hợp cho phƣơng pháp kNN, các giá trị k khác nhau đã đƣợc thử nghiệm và họ kết luận rằng khi k tăng từ 1 đến 5, sai số trung phƣơng của trữ lƣợng giảm nhanh, nhƣng giảm ít khi k =5 [28]. M. Saei jamalabad, A.A. Abkar đã sử dụng các ảnh chỉ số AVI (chỉ số thực vật cấp cao), SI (chỉ số bóng), BI(chỉ số đất), TI (chỉ số nhiệt) để đánh giá và giám sát độ che phủ rừng, đề tài đã đạt đƣợc độ chính xác là 83% và hệ số kappa 0.78 cho hình ảnh TM+2002 [29]. Rikimaru và cộng sự (2002) đã sử dụng chỉ số thực vật cấp cao (AVI), chỉ số về đất trống (BI), chỉ số bóng (SI) để ƣớc lƣợng độ che phủ rừng [30]. 1.1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam, công nghệ viễn thám cũng đƣợc ứng dụng trong lĩnh vực lâm nghiệp khá sớm. Năm 1958, với sự hợp tác của CHDC Đức đã sử dụng ảnh máy bay đen trắng toàn sắc tỷ lệ 1/30.000 để điều tra rừng ở vùng Đông Bắc (Chu Thị Bình, 2001). Đó là một bƣớc tiến bộ kỹ thuật rất cơ bản, tạo điều kiện xây dựng các công cụ cần thiết để nâng cao chất lƣợng công tác điều tra rừng ở nƣớc ta. Từ cuối năm 1958, bình quân mỗi năm đã điều tra đƣợc khoảng 200.000 ha rừng, đã sơ thám đƣợc tình hình rừng và đất đồi núi, lập đƣợc thống kê tài nguyên rừng đơn giản và vẽ đƣợc phân bố tài nguyên rừng ở miền Bắc. Đến cuối năm 1960, tổng diện tích rừng ở miền Bắc đã điều tra đƣợc vào khoảng 1,5 triệu ha. Ở Miền Nam ảnh máy bay đƣợc sử dụng từ
7 năm 1959, đã xác định tổng diện tích rừng miền Nam là 8 triệu ha. Năm 1968 đã sử dụng ảnh máy bay trong công tác điều tra rừng cho lâm trƣờng Hữu Lũng, Lạng Sơn. Dựa vào ảnh máy bay, khoanh ra các loại rừng, sau đó ra thực địa kiểm tra và đo đếm cho từng loại rừng, xây dựng bản đồ hiện trạng rừng thành quả. Giai đoạn 1970 - 1975 ảnh máy bay đã đƣợc sử dụng rộng rãi để xây dựng các bản đồ hiện trạng, bản đồ mạng lƣới vận xuất, vận chuyển cho nhiều vùng thuộc miền Bắc (Vũ Tiến Hinh, Phạm Ngọc Giao, 1997) [6]. Từ năm 1981 đến năm 1983, lần đầu tiên ngành Lâm nghiệp tiến hành điều tra, đánh giá tài nguyên rừng trên phạm vi toàn quốc. Trong đó đã kết hợp giữa điều tra mặt đất và giải đoán ảnh vệ tinh do FAO hỗ trợ. Do vào đầu những năm 1980, ảnh vệ tinh và ảnh hàng không còn rất hạn chế, chỉ đáp ứng yêu cầu điều tra rừng ở một số vùng nhất định, mà chƣa có đủ cho toàn quốc. Ảnh vệ tinh đƣợc sử dụng thời kỳ đó là Landsat MSS. Từ năm 1991 - 1995 đã tiến hành theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc và xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng trên cơ sở kế thừa những bản đồ hiện trạng rừng hiện có thời kỳ trƣớc năm 1990, sau đó dùng ảnh vệ tinh Landsat MSS và Landsat TM có độ phân giải 30x30m để cập nhật những khu vực thay đổi sử dụng đất, những nơi mất rừng hoặc những nơi có rừng trồng mới hay mới tái sinh phục hồi. Ảnh vệ tinh Landsat MSS và Landsat TM tỷ lệ 1: 250.000, đƣợc giải đoán khoanh vẽ trực tiếp trên ảnh bằng mắt thƣờng. Kết quả giải đoán đƣợc chuyển hoạ lên bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 100.000 và đƣợc kiểm tra tại hiện trƣờng. Thành quả đã thành lập đƣợc: bản đồ sinh thái thảm thực vật rừng các vùng tỷ lệ 1: 250.000; bản đồ dạng đất đai các tỉnh tỷ lệ 1: 100.000 và các vùng tỷ lệ 1: 250.000. Từ năm 1996 - 2000, bản đồ hiện trạng rừng đƣợc xây dựng bằng phƣơng pháp viễn thám. Ảnh vệ tinh đã sử dụng là SPOT3, có độ phân giải
8 15m x 15m, phù hợp với việc xây dựng bản đồ tỷ lệ 1:100.000. So với ảnh Landsat MSS và Landsat TM, ảnh SPOT3 có độ phân giải cao hơn, các đối tƣợng trên ảnh cũng đƣợc thể hiện chi tiết hơn. Ảnh SPOT3 vẫn đƣợc giải đoán bằng mắt thƣờng nên kết quả giải đoán vẫn còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của chuyên gia giải đoán và chất lƣợng ảnh. Kết quả về bản đồ ngƣời ta đã xây dựng đƣợc các bản đồ phân vùng sinh thái thảm thực vật cấp vùng và toàn quốc; bản đồ phân loại đất cấp tỉnh, vùng và toàn quốc; bản đồ hiện trạng rừng cấp tỉnh, vùng và toàn quốc và bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1:100.000; 1:250.000; 1:1.000.000. Từ năm 2000 - 2005, phƣơng pháp xây dựng bản đồ trong lâm nghiệp đã đƣợc phát triển lên một bƣớc. Bản đồ hiện trạng rừng đƣợc xây dựng từ ảnh số vệ tinh Landsat ETM+. Độ phân giải ảnh là 30m x 30m. Việc giải đoán ảnh đƣợc thực hiện trong phòng dựa trên những mẫu khóa ảnh đã đƣợc kiểm tra ngoài hiện trƣờng. Ƣu điểm của phƣơng pháp giải đoán ảnh số là tiết kiệm thời gian và có thể giải đoán thử nhiều lần trƣớc khi lấy kết quả chính thức. (Nguyễn Ngọc Bình, 2006) [2]. Từ năm 2007 - 2010, với sự giúp đỡ của Pháp trong cung cấp trạm thu ảnh vệ tinh SPOT5 ở Trung tâm Viễn thám Quốc gia. Chu kỳ 4 của chƣơng trình điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng do Viện Điều tra Quy hoạch rừng thực hiện, đã sử dụng ảnh vệ tinh SPOT5 để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và quy hoạch rừng trên toàn quốc. Đây là bƣớc tiến lớn trong ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao (2.5 x 2.5m), có quy mô lớn trong giám sát tài nguyên rừng ở Việt Nam. Tuy nhiên, do chất lƣợng của ảnh nhiều khu vực không cao, vì vậy bản đồ giải đoán vẫn còn nhầm lẫn trong việc phân loại các trạng thái rừng rừng. Sau khi kết thúc chƣơng trình điều tra kiểm kê rừng thí điểm ở Bắc Kạn và Hà Tĩnh năm 2012. Thủ tƣớng Chính phủ đã phê duyệt Dự án “Tổng điều
9 tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2013 - 2016”. Tƣ liệu ảnh đƣợc sử dụng trong giai đoạn này là SPOT5, bổ sung SPOT6, VNREDSat, với kỹ thuật giải đoạn tự động hƣớng đối tƣợng. Thành quả của dự án là bản đồ kiểm kiểm kê rừng, trong đó xác định rõ ranh giới diện tích, chất lƣợng, trữ lƣợng rừng cho từng chủ sở hữu đến tận hộ gia đình. Nhƣ vậy, việc ứng dụng viễn thám nói riêng và công nghệ không gian địa lý nói chung ở Việt Nam đã có nhiều bƣớc tiến rõ rệt theo thời gian. Song song với điều tra mặt đất, đã có nhiều nghiên cứu thử nghiệm và từng bƣớc ứng dụng có hiệu quả phƣơng pháp viễn thám trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng. Tuy nhiên, hệ thống các bản đồ tài nguyên rừng Việt Nam hiện nay, do đƣợc xây dựng tại các thời điểm khác nhau và đã sử dụng nhiều nguồn thông tin tƣ liệu, nhiều nguồn ảnh, từ ảnh vệ tinh Landsat MSS, TM, SPOT, Aster, Radar, ảnh máy bay và hệ thống phân loại rừng rất khác nhau qua các thời kỳ, nên đã tạo ra nhiều loại số liệu không đồng bộ, gây khó khăn cho ngƣời sử dụng, đặc biệt trong việc theo dõi biến động về diện tích của rừng qua các thời kỳ. Có thể điểm qua một số công trình nghiên cứu liên quan đến ứng dụng ảnh vệ tinh trong phân loại các trạng thái rừng gần đây nhƣ: Công trình nghiên cứu của Nguyễn Mạnh Cƣờng (1996) [3], “Nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng phƣơng pháp xử lý ảnh số từ thông tin viễn thám cho lập bản đồ rừng”. Tác giả đã sử dụng ảnh Landsat TM và phƣơng pháp phân loại phổ có kiểm định nhằm khoanh vẽ các trạng thái rừng. Kết quả giải đoán đƣợc so sánh với bản đồ đối chứng đƣợc giải đoán bằng mắt từ ảnh tổ hợp màu Landsat TM ở tỷ lệ 1/250.000. Luận án tiến sĩ chuyên ngành khoa học đia lý của Trần Văn Thuỵ (1996) với đề tài “Ứng dụng phƣơng pháp viễn thám để thành lập bản đồ thảm thực vật tỉnh Thanh Hoá, tỷ lệ 1/200.000”. Tác giả sử dụng phƣơng
10 pháp giải đoán ảnh bằng mắt trên ảnh tổ hợp màu của tƣ liệu vệ tinh Landsat TM, KFA-1000, Landsat MSS, KT-200 và ảnh máy bay đen trắng để thành lập bản đồ thảm thực vật tỉnh Thanh Hoá [9]. Đề tài hợp tác nghiên cứu với cơ quan thám hiểm vũ trụ Nhật Bản “Sử dung ảnh đa phổ và đa thời gian để xây dựng bản đồ lớp phủ thực vật” của Nguyễn Đình Dƣơng - Viện Địa Lý, thực hiện từ năm 1996 đến 1998. Tác giả đã áp dụng phƣơng pháp phân loại đa phổ bán tự động với 2 tự liệu viễn thám ADEOS, AVNIR xây dựng các bản đồ lớp phủ thực vật. Chu Hải Tùng và cộng sự (2008) với nghiên cứu ứng dụng kết hợp ảnh vệ tinh Radar và quang học để thành lập một số lớp thông tin về lớp phủ mặt đất. Kết quả cho thấy phƣơng pháp kết hợp ảnh radar và ảnh quang học cải thiện đáng kể chất lƣợng và hiệu quả của công tác thành lập bản đồ các lớp thông tin lớp phủ mặt đất [10]. Nguyễn Văn Lợi (2008) đã nghiên cứu phân chia thảm phủ rừng thành sáu loại là rừng dày, rừng bị suy thoái, rừng trồng, trảng cỏ, cây bụi và đất trống bằng cách kết hợp phƣơng pháp phân loại không giám định ISODATA và phân loại có giám định Maximum Likelihood. Độ chính xác toàn bộ đạt đƣợc khá cao 84,6%, hệ số Kappa là 0,82 [26]. Nguyễn Thị Thanh Hƣơng (2009) đã sử dụng ảnh SPOT 5 để phân loại rừng lá rộng thƣờng xanh tai Huyện Tuy Đức tỉnh Đăk Nông. Nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp phân loại phi giám định Isoda và phân loại có giám định Maximum Likelihood để phân loại thảm phủ. Kết quả đã phân biệt 4 loại trạng thái bao gồm rừng phục hồi, rừng nghèo, rừng trung bình và rừng dày, ngoài ra một số thảm phủ cũng đã đƣợc phân biệt trên ảnh nhƣ đất nông nghiệp, rừng trồng, rừng lô ô. Kết quả đánh giá sai số với độ chính xác khá tốt (độ chính xác tổng thể 82% và hệ số Kappa là 0.79) [24].
11 Vũ Tiến Điển (2013) đã ứng dụng phƣơng pháp phân loại ảnh hƣớng đối tƣợng với tƣ liệu ảnh vệ tinh SPOT5, để phân loại rừng và đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại cho các vùng nghiên cứu thí điểm. Kết quả của đề tài là bƣớc tiến mới trong ứng dụng các kỹ thuật phân loại ảnh nhằm nâng cao độ chính xác bản đồ giải đoán và giảm thiểu các sai số khách quan khác [5]. Phạm Văn Duẩn và Phùng Văn Khoa (2014) đã sử dụng ảnh SPOT 5 phân loại rừng lƣu vực Sơn Diệm tỉnh Hà Tĩnh phục vụ xây dựng bản đồ kiểm kê rừng. Kết quả các tác giả đã phân loại trạng thái rừng của lƣu vực Sơn Diệm thành 6 loại theo Thông tƣ 34/2009/TT-BNNPTNT với độ chính xác đạt 82% [4]. Nguyễn Văn Thị và Trần Quang Bảo (2014) đã ứng dụng kỹ thuật phân loại ảnh hƣớng đối tƣợng giải đoán ảnh SPOT 5 nhằm phân loại trạng thái rừng theo Thông tƣ 34/2009/TT-BNNPTNT cho 4 xã của huyện Hƣơng Sơn tỉnh Hà Tĩnh. Kết quả giải đoán đã phân loại rừng cho khu vực nghiên cứu thành 7 loại với sai số phân loại 24% [8]. 1.2. Nghiên cứu đánh giá diễn biến, biến động tài nguyên rừng Với sự phát triển và khả năng ứng dụng có hiệu quả của công nghệ địa không gian (hệ thống thông tin địa lý - GIS, viễn thám - RS, hệ thống định vị toàn cầu - GPS) trong lĩnh vực lâm nghiệp đã góp phần quan trọng trong công tác quản lý tài nguyên rừng trên thế giới và Việt Nam trong đó có công tác theo dõi diễn biến, biến động tài nguyên rừng theo thời gian. Ở phần này, tác giả tổng quan một số công trình trên thế giới và Việt Nam đã sử dụng công nghệ địa không gian trong nghiên cứu diễn biến và biến động tài nguyên rừng. 1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới, các nghiên cứu về đánh giá biến động tài nguyên rừng khá phong phú, có thể kể đến một số công trình tiêu biểu nhƣ: nghiên cứu của