Luận văn thạc sĩ Lâm nghiệp: Ứng dụng công nghệ GIS trong điều chế rừng tại Công ty Lâm nghiệp Nam Tây Nguyên tỉnh Đăk Nông

Chia sẻ: Trang Lê | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:102

Thêm vào BST

Báo xấu

153
lượt xem 40
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Ứng dụng công nghệ GIS trong điều chế rừng tại Công ty Lâm nghiệp Nam Tây Nguyên tỉnh Đăk Nông" nhằm góp phần xây dựng một bộ công cụ quản lý dữ liệu và đưa ra các giải pháp phục vụ cho công tác điều chế rừng phù hợp với khu vực nghiên cứu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Lâm nghiệp: Ứng dụng công nghệ GIS trong điều chế rừng tại Công ty Lâm nghiệp Nam Tây Nguyên tỉnh Đăk Nông

BMT, 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN --------------------------------- *** LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP *** PHẠM NGỌC TÙNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ RỪNG TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP NAM TÂY NGUYÊN, TỈNH ĐĂK NÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Tác giả: PHẠM NGỌC TÙNG Buôn Ma Thuột, tháng 10 / 2009
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN PHẠM NGỌC TÙNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ RỪNG TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP NAM TÂY NGUYÊN, TỈNH ĐĂK NÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP Buôn Ma Thuột, năm 2009
i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN PHẠM NGỌC TÙNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ RỪNG TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP NAM TÂY NGUYÊN, TỈNH ĐĂK NÔNG CHUYÊN NGÀNH: LÂM HỌC Mã số: 60.62.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bảo Huy Buôn Ma Thuột, năm 2009
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, ñược ñồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Họ tên tác giả Phạm Ngọc Tùng
iii LỜI CẢM ƠN Đề tài này ñược hoàn thành tại Trường Đại học Tây Nguyên năm 2009, theo chương trình ñào tạo cao học khóa I. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn, tác giả ñược sự quan tâm, giúp ñỡ của Khoa sau ñại học - Đại học Tây Nguyên; Công ty Lâm nghiệp Nam Tây Nguyên. Đạt ñược kết quả này tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến PGS. TS Bảo Huy, người thầy ñã truyền ñạt những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt thời gian học tập, và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong thời gian thực hiện ñề tài. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Quản lý tài nguyên rừng, Trường Đại học Tây nguyên; cán bộ Xí nghiệp Khảo sát thiết kế - Công ty lâm ngiệp Nam tây Nguyên ñã tạo ñiều kiện, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thu thập và xử lý liệu số liệu phục vụ ñề tài nghiên cứu.
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................ii LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................viii ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................... 4 1.1. Ngoài nước ....................................................................................................... 4 1.1.1. Hệ thống thông tin ñịa lý................................................................................ 4 1.1.2. Điều chế rừng ................................................................................................ 8 1.2. Trong nước ....................................................................................................... 9 1.2.1. Hệ thống thông tin ñịa lý: .............................................................................. 9 1.2.2. Điều chế rừng .............................................................................................. 12 1.3. Thảo luận về vấn ñề nghiên cứu...................................................................... 13 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG - ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................... 15 2.1. Địa ñiểm, ñối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................... 15 2.2. Đặc ñiểm khu vực nghiên cứu......................................................................... 15 2.2.1. Khu vực nghiên cứu ..................................................................................... 15 2.2.2. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu ........................................................ 16 2.2.3. Điều kiện kinh tế xã hội, văn hóa khu vực nghiên cứu ................................. 20 Chương 3: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 23 3.1. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 23 3.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 23 3.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 24 3.3.1. Phương pháp luận trong tiếp cận nghiên cứu................................................ 24 3.3.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể ................................................................... 25 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................... 33 4.1. Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh viễn thám ............................................. 33 4.1.1. Đăng ký tọa ñộ và tăng cường chất lượng ảnh.............................................. 33
v 4.1.2. Chuyển ñổi ảnh ............................................................................................ 37 4.1.3. Phân loại trạng thái rừng trên ảnh ................................................................ 40 4.1.4. Xử lý sau phân loại trạng thái trên ảnh ......................................................... 44 4.2. Xây dựng mô hình cấu trúc, tăng trưởng và hồi quy ña biến quan hệ của các nhân tố ñiều tra lâm phần....................................................................................... 47 4.2.1. Mô hình cấu trúc ñịnh hướng và các chỉ tiêu kỹ thuật trong khai thác và chặt nuôi dưỡng rừng .................................................................................................... 47 4.2.2. Mô hình xác ñịnh lượng tăng trưởng ........................................................... 56 4.2.3. Mô hình xác ñịnh giải pháp lâm sinh (GPLS) ............................................. 62 4.3. Thiết lập bộ công cụ trong GIS ñể quản lý và tổ chức ñiều chế rừng .............. 64 4.3.1. Tạo lập cơ sở dữ liệu trong GIS ................................................................... 64 4.3.2. Kết quả ñiều chế rừng ñược quản lý trong GIS ............................................ 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 89
vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Band: Kênh ảnh (Band). CSDL: Cơ sở dữ liệu FAO: Tổ chức Nông lương thế giới (Food and Agriculture Organization) GCP: Điểm khống chế mặt ñất (Ground Control Point) GIS: Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System) GPS: Hệ thống ñịnh vị toàn cầu (Global Positioning System) NDVI: Chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index) PCA: Phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis) UNDP: Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc (United Nation Development Programme) UTM: Hệ lưới chiếu (Universal Transverse Mercator) WGS 84: Hệ tọa ñộ thế giới xây dựng năm 1984 (World Geodetic System) WRI (World Resouce Institute): Viện Tài nguyên Thế giới Ký hiệu D, D1.3 (cm): Đường kính cây tại vị trí 1.3m N (cây), n: Số cây, dung lượng mẫu quan sát G (m2): Tiết diện ngang tại vị trí 1.3m Hvn (m): Chiều cao vút ngọn cây Ln(): Logarit tự nhiên (cơ số e) 3 M (m ): trữ lượng lâm phần R, R2 Hệ số tương quan, Hệ số xác ñịnh Pm: Suất tăng trưởng χ2 Tiêu chuẩn khi bình phương của Pearson V (m3) Thể tích cây Zd, Zd 5 năm (mm/5năm) Tăng trưởng ñường kính trong 5 năm Zm Lượng tăng trưởng thường xuyên hàng năm
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Thống kê diện tích theo trạng thái rừng Công ty LN Nam Tây Nguyên. 20 Bảng 3.1. Thông tin dữ liệu ảnh vệ tinh ................................................................. 25 Bảng 4.1. Tổng hợp diện tích theo trạng thái kết quả giải ñoán ảnh SPOT 5 .......... 44 Bảng 4.2. Kết quả kiểm tra sự thuần nhất 8 ô tiêu chuẩn ñưa vào xây dựng mô hình rừng ñịnh hướng theo tiêu chuẩn χ2 ...................................................................... 47 Bảng 4.3. Sắp xếp số cây theo cỡ kính ................................................................... 48 Bảng 4.4. Điều chỉnh cấu trúc N/D trong khai thác chọn rừng thường xanh, trạng thái rừng giàu (IIIb, IIIa3) ...................................................................................... 50 Bảng 4.5. Điều chỉnh cấu trúc N/D trong khai thác chọn rừng thường xanh, trạng thái rừng trung bình (IIIa2)..................................................................................... 51 Bảng 4.6. Điều chỉnh cấu trúc N/D trong chặt nuôi dưỡng rừng thường xanh, trạng thái rừng nghèo (IIIa1) ........................................................................................... 52 Bảng 4.7. Điều chỉnh cấu trúc N/D trong chặt nuôi dưỡng rừng thường xanh, trạng thái rừng non (IIb) ................................................................................................. 53 Bảng 4.8. Điều chỉnh cấu trúc N/D trong chặt nuôi dưỡng rừng thường xanh, trạng thái IIIa2 hỗn giao tre nứa (IIIa2+L) ....................................................................... 54 Bảng 4.9. Cự ly cấp kính thay ñổi theo Zd 5 năm ñể cây ở một cấp kính dưới có thể chuyển hết lên cấp kinh trên .................................................................................. 58 Bảng 4.10. Tính toán lượng tăng trưởng lâm phần trong 5 năm cho trạng thái rừng giàu (IIIa3, IIIb) ..................................................................................................... 59 Bảng 4.11. Tính lượng tăng trưởng lâm phần 5 năm cho các trạng thái.................. 60 Bảng 4.12. Kết quả mô hình mã hóa biện pháp lâm sinh theo ñặc ñiểm ñiều tra lâm phần ...................................................................................................................... 63 Bảng 4.13. Công thức nhập các trường dữ liệu dự báo. .......................................... 68 Bảng 4.14. Kế hoạch giải pháp lâm sinh theo không gian và thời gian. .................. 74 Bảng 4.15. Cơ sở dữ liệu giải pháp khai thác theo thời gian................................... 77 Bảng 4.16. Cơ sở dữ liệu giải pháp lâm sinh theo thời gian từ năm 2015 ............... 83
viii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Bản ñồ khu vực nghiên cứu.................................................................... 16 Hình 2.2: Bản ñồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu ........................................... 19 Hình 3.1: Sơ ñồ tiếp cận nghiên cứu ...................................................................... 24 Hình 3.2: Sơ ñồ phương pháp phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh viễn thám ..... 27 Hình 4.1: Ảnh SPOT 5 trước và sau ñăng ký tọa ñộ UTM WGS – 84 (tổ hợp màu 3:4:2) ..................................................................................................................... 33 Hình 4.2: Ảnh Landsat tổ hợp màu 3:2:1 khu vực nghiên cứu ............................... 34 Hình 4.3: Ảnh Landsat ñược tăng cường ñộ phân giải không gian bằng kênh toàn sắc khu vực nghiên cứu – Tổ hợp màu 3:2:1 .......................................................... 35 Hình 4.4: Ảnh SPOT 5 thể hiện khu vực nghiên cứu – Tổ hợp màu 3:4:2 .............. 36 Hình 4.5: Ảnh NDVI SPOT 5 ................................................................................ 38 Hình 4.6: Ảnh NDVI Landsat ñộ phân giải 14.5m ................................................ 39 Hình 4.7: Ảnh SPOT 5 tổ hợp màu kênh PCA 1-NDVI – Band 1(gốc) .................. 41 Hình 4.8: Kết quả phân loại trạng thái trên ảnh SPOT 5 ........................................ 42 Hình 4.9: Gộp nhóm, phân tích ña số, thiểu số ảnh SPOT 5 ñã phân loại ............... 45 Hình 4.10: Bản ñồ hiện trạng rừng trên cơ sở giải ñoán ảnh SPOT 5 ..................... 46 Hình 4.11: Mô hình N/D ñịnh hướng theo hàm Mayer........................................... 49 Hình 4.12: So sánh cấu trúc trạng thái rừng giàu với cấu trúc ñịnh hướng ............. 51 Hình 4.13: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa2 với cấu trúc ñịnh hướng.............. 52 Hình 4.14: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa1 với cấu trúc ñịnh hướng.............. 53 Hình 4.15: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIb với cấu trúc ñịnh hướng ................ 54 Hình 4.16:. So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa2+L với cấu trúc ñịnh hướng ........ 55 Hình 4.17: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa1+L với cấu trúc ñịnh hướng ......... 56 Hình 4.18: Mô hình quan hệ Zd/D theo D1.3 .......................................................... 57 Hình 4.19: Mô hình quan hệ Pm theo M ................................................................ 61 Hình 4.20: Tạo các trường trong bảng cơ sở dữ liệu lớp trạng thái rừng ............... 65 Hình 4.21: Nhập dữ liệu cho bảng CSDL trong ArcGIS. ....................................... 66
ix Hình 4.22: Trích bảng cơ sở dữ liệu phục vụ ñiều chế rừng ñược tạo trong ArcGIS .............................................................................................................................. 70 Hình 4.23: Tạo bản ñồ giải pháp lâm sinh.............................................................. 71 Hình 4.24: Bản ñồ về các giải pháp lâm sinh bắt ñầu từ thời ñiểm 2009 ................ 72 Hình 4.25: Chuyển ñịnh dạng CSDL ArcGIS sang Exel ........................................ 73 Hình 4.26: Tạo cơ sở dữ liệu giải pháp khai thác ................................................... 75 Hình 4.27: Bản ñồ khai thác theo luân kỳ .............................................................. 76 Hình 4.28: Bản ñồ giải pháp chặt nuôi dưỡng rừng theo thời gian ......................... 78 Hình 4.29: Bản ñồ giải pháp làm giàu rừng theo thời gian ..................................... 79 Hình 4.30: Bản ñồ giải pháp lâm sinh ở Tiểu khu 1482 ......................................... 81 Hình 4.31: Bản ñồ giải pháp lâm sinh từ năm 2015 ............................................... 82 Hình 4.32: Sơ ñồ kỹ thuật phối hợp mô hình hồi quy với GIS phục vụ ñiều chế rừng .............................................................................................................................. 84
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Tài nguyên rừng trên toàn thế giới bị suy thoái nghiêm trọng trong thập niên 90 của thế kỷ XX, theo thống kê của FAO (2003), mỗi năm có 0,38% diện tích rừng bị chuyển sang các mục ñích sử dụng khác, có nhiều nguyên nhân khác nhau làm rừng bị suy thoái như xử lý lâm sinh không hiệu quả làm giảm sức sản xuất của rừng, quản lý khai thác không tốt làm giảm giá trị ña dạng sinh học, nhất là khai thác gỗ, củi, thực phẩm và chăn nuôi; trong ñó nhu cầu phát triển kinh tế và sự gia tăng dân số có ý nghĩa hàng ñầu. Việt Nam là một trong những quốc gia không tránh khỏi thực trạng trên, diện tích rừng bị giảm liên tục từ 1943 ñến 2000, nhất là rừng tự nhiên trong giai ñoạn 1980 - 1990, diện tích rừng trồng tuy có tăng nhưng không ñủ bù ñắp lại rừng tự nhiên bị mất. Ngoài diện tích rừng bị mất, chất lượng rừng cũng bị suy thoái. Theo thống kê năm 1943, diện tích rừng tự nhiên của Việt Nam là 14,3 triệu ha ñến năm 2000 diện tích rừng giảm xuống còn 9,444 triệu ha [7], khu vực Tây nguyên giảm 440 nghìn ha từ năm 1975 ñến năm 20031. Một trong những nguyên nhân chính dẫn ñến suy thoái tài nguyên rừng ở Việt Nam là quản lý và sử dụng rừng không hợp lý, các chính sách và ñộng lực chưa phù hợp với nhu cầu phát triển của xã hội. Ngày nay, chúng ta quan tâm nhiều việc tổ chức quản lý rừng bền vững nhằm không ngừng phát huy với hiệu quả cao, ổn ñịnh liên tục những tác dụng và lợi ích của rừng trên các lĩnh vực về môi trường, kinh tế, văn hoá, xã hội trong hiện tại và tương lai. Một trong những cơ sở ñóng góp vào tiến trình này là xây dựng phương án ñiều chế rừng khoa học, phù hợp với thực tiễn sản xuất của từng ñơn vị. Từ những năm 80 của thế kỷ XX chúng ta bắt ñầu chú trọng vào khoa học ñiều chế rừng, tức là cố gắng tổ chức rừng khoa học hơn về không gian và thời gian, tránh kinh doanh rừng ñể làm mất rừng. Hầu hết 1 Theo công bố của Bộ Nông nghiệp và PTNT năm 2003
2 các lâm trường ñều phải xây dựng phương án ñiều chế rừng và hàng năm ñều có các thiết kế sản xuất, hoạt ñộng này ñã ñóng góp tích cực vào việc quản lý kinh doanh rừng ổn ñịnh hơn. Tuy nhiên với phương pháp xây dựng ñiều chế rừng truyền thống việc thu thập, cập nhật các thông tin, cơ sở dữ liệu chủ yếu dựa vào các quá trình ñiều tra, khảo sát, tổng hợp các thông tin thu thập ñược bằng các mẫu biểu ñiều tra, các bản ñồ giấy thể hiện các loại ñất ñai, các loại rừng, hoặc sự kết hợp giữa biểu tổng hợp và bản ñồ giấy ñể mô tả ñối tượng của ñiều chế. Công việc này ñỏi hỏi phải tiêu tốn nhiều thời gian, kinh phí, nhân lực nhưng ñộ chính xác không cao. Hơn nữa việc lưu giữ, phục hồi, chia sẻ thông tin cũng như cập nhật dữ liệu không gian ñịa lýnhững biến ñộng về tài nguyên ñể quản lý và ñề ra các giải pháp là rất khó, nhất là trong giai ñoạn hiện nay do nhu cầu của xã hội về áp lực dân số, ñô thị hóa, nhu cầu ñất sản xuất, . . ., làm cho diện tích rừng ngày càng thu hẹp nhanh chóng, do ñó cần có những phương pháp, công nghệ có ñộ tin cậy ñể quản lý, cập nhật, xử lý, hỗ trợ các quyết ñịnh về quản lý tài nguyên một cách khoa học, nhanh chóng, hiệu quả và chính xác. Với sự phát triển vượt bậc của hệ thống máy tính, cùng với công nghệ thông tin ñã và ñang ñược nhiều nước trên thế giới áp dụng. Một trong những công nghệ ñáng quan tâm trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên là hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System - GIS). Trong ñó sử dụng ảnh viễn thám (Remote Sensing) và công nghệ GIS kết hợp hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là một nhu cầu khách quan, vì ñiều chế rừng là tổ chức không gian và thời gian, nó liên quan ñến yếu tố ñịa lý và ñặc ñiểm cấu trúc ñộng thái rừng, vận dụng ñược vấn ñề này là một giải pháp hữu hiệu không chỉ cho quản lý vĩ mô mà cả quản lý vi mô ở cơ sở trong quản lý, phát triển rừng có khoa học, có cơ sở dữ liệu thông tin ñược cập nhật giúp cho việc xác ñịnh các giải pháp kỹ thuật cũng như hỗ trợ
3 các quyết ñịnh nhanh chóng, có ñộ tin cậy. Những thuận lợi ñáng kể khi sử dụng GIS như: Dễ dàng lưu giữ, bảo quản cơ sở dữ liệu; chỉnh sửa; cập nhật; tìm kiếm và có khả năng phân tích chuyên ñề, phân tích không gian; dễ chia sẻ và trao ñổi, . . . Xuất phát từ thực tế trên, với mục tiêu ứng dụng các công nghệ vào quá trình phân loại trạng thái rừng, quản lý ñiều chế rừng, chúng tôi thực hiện ñề tài “Ứng dụng công nghệ GIS trong ñiều chế rừng tại Công ty Lâm nghiệp Nam Tây Nguyên, tỉnh Đăk Nông” nhằm góp phần xây dựng một bộ công cụ quản lý dữ liệu và ñưa ra các giải pháp phục vụ cho công tác ñiều chế rừng phù hợp với khu vực nghiên cứu.
4 Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bộ công cụ ñiều chế rừng là xem xét một cách có hệ thống các vấn ñề: Quan ñiểm, khái niệm về hệ thống thông tin ñịa lý (GIS); các ứng dụng của GIS trong lĩnh vực quản lý tài nguyên môi trường; khả năng ứng dụng ảnh viễn thám ñể xây dựng dữ liệu cho GIS; các nghiên cứu về ñiều chế rừng, khả năng áp dụng công nghệ ñể quản lý ñiều chế. Trên cơ sở này luận văn tổng quan các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước theo từng chủ ñề liên quan ñến các vấn ñề nói trên, từ ñây phản ảnh ñược một cách chung nhất tình hình ứng dụng công nghệ GIS và khả năng ứng dụng nó vào công tác ñiều chế rừng. 1.1. Ngoài nước 1.1.1. H thng thông tin ña lý Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñược hình thành từ các ngành khoa học Địa lý, Bản ñồ, Tin học và Toán học, GIS bắt ñầu ñược xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ XX, từ ñây có nhiều khái niệm về GIS như sau: Theo Ducker (1979) ñịnh nghĩa: “GIS là trường hợp ñặc biệt của hệ thống thông tin ở ñó cơ sở dữ liệu bao gồm sự quan sát các ñặc trưng phân bố không gian, các hoạt ñộng sự kiện có thể ñược xác ñịnh trong khoảng không như ñường, ñiểm, vùng” [15,16 ,18]. Burrough (1986) ñịnh nghĩa: “GIS là một công cụ mạnh dùng ñể lưu trữ và truy vấn, biến ñổi, hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu khác nhau” [25]. Aronoff (1993) ñịnh nghĩa: “GIS là một hệ thống gồm các chức năng: Nhập dữ liệu , quản lý và lưu trữ dữ liệu, phân tích dữ liệu, xuất dữ liệu” [24]. Cowen (1988) ñịnh nghĩa rộng hơn “ GIS là một hệ thống hỗ trợ quyết ñịnh bao gồm tích hợp các dữ liệu không gian ñể giải quyết vấn ñề về môi trường, . . .”[26].
5 Như vậy GIS là một công cụ phân tích, cải tạo thế giới thực, cho phép xác ñịnh các mối quan hệ không gian giữa các hình ảnh và ñối tượng bản ñồ quản lý trong hệ thống. GIS không lưu giữ các bản ñồ theo các kịch bản cổ truyền và cũng không lưu giữ các hình ảnh cụ thể theo một tầm nhìn cho một lãnh thỗ ñịa lý, GIS lưu giữ các dữ liệu mà từ các dữ liệu ñó chúng ta có thể tạo ra các bản ñồ theo nhu cầu ñặt ra cho các mục tiêu cụ thể. Trong GIS không quản lý các hình ảnh cụ thể mà nó quản lý một cơ sở dữ liệu, thường cơ sở dữ liệu của GIS là cơ sở dữ liệu quan hệ tập trung ñược tạo lập bởi các dữ liệu không gian ñi kèm theo thông tin thuộc tính của chúng. Hiện nay, trên thế giới công nghệ GIS ñang ñược phát triển mạnh trên các lĩnh vực quản lý tài nguyên như: Viện Tài nguyên Thế giới (World Resouce Institute –WRI) ñã sử dụng GIS ñể ñánh giá ảnh hưởng của phá rừng với các quốc gia và người dân trên toàn Thế giới. Ứng dụng GIS ñể kiểm soát diện tích rừng trên toàn cầu. Ngoài ra GIS còn hỗ trợ phân tích so sánh diện tích rừng hiện nay với diện tích rừng trong quá khứ, cho thấy xu hướng thu hẹp ngày càng nhanh của các diện tích này và tốc ñộ thu hẹp ở các vùng khác nhau, từ ñó dự báo tốc ñộ mất rừng của những nơi mà biên giới rừng vẫn còn tồn tại. Với phần mềm GIS, các dự báo có thể ñược phân tích dưới dạng bản ñồ hoặc biểu ñồ. Sử dụng phương trình mất ñất và GIS ñể ước lượng phân bố không gian của xói mòn ñất ở vùng lưu vực sông Gichobo, Kenya; Quản lý xói mòn ñất tại lưu vực sông Masinga – Kenya; Ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xói mòn ñất lưu vực sông Romero – Philippin; Ứng dụng Viễn thám và GIS ñể ñánh giá xói mòn ñất tại lưu vực sông Bata - Ấn Độ; Ứng dụng Viễn thám và GIS trong thành lập bản ñồ phân cấp xói mòn tại lưu vực Phewa – Nepan… Phương pháp ñược sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu này ñó là lồng ghép phương trình mất ñất phổ dụng hoặc phương trình mất ñất sửa ñổi vào trong công nghệ GIS ñể tính toán xói mòn ñất. Phương pháp này chủ yếu
6 tập trung nghiên cứu một số nhân tố thổ nhưỡng, thủy sa và ñịa hình, do ñó ưu ñiểm của nó là ước lượng ñược một cách tương ñối chính xác lượng ñất bị xói mòn của lưu vực [36]. Tại Malaysia, công nghệ GIS ñã ñược coi như là một nhiệm vụ quan trọng cho các ngành công nghiệp liên quan ñến dầu khí, quản lý thiên tai, ... GIS cũng rất hữu ích cho Chính phủ và các ñồn ñiền lớn nhằm nỗ lực hơn trong việc hướng tới mục tiêu thân thiện môi trường. Nhiều công ty ở Malaysia ñang tạo ra lợi nhuận từ các giải pháp công nghệ lập bản ñồ trên máy tính sử dụng hệ thống ñịnh vị toàn cầu (GPS) và hệ thống thông tin ñịa lý GIS trong hoạt ñộng như: Xác ñịnh các cây trồng phù hợp theo từng ñịa phương và theo mùa, tối ưu hóa phân bón và số lượng thuốc trừ sâu, tính toán chính xác năng suất cho từng loại cây trồng. Dự báo ảnh hưởng ô nhiễm không khí ñối với sự phát triển của thực vật: Với GIS, các nhà khoa học có thể phủ dữ liệu cho các vùng (các dữ liệu về sự tăng trưởng, phân bố loài thực vật, ...) theo thời gian, tạo nên các bản ñồ ñánh giá sự biến ñổi sinh trưởng của từng loài cây. Những phân tích này rất hữu ích trong dự báo ảnh hưởng lâu dài của ô nhiễm không khí không chỉ ñối với thực vật, mà còn ñối với ñộng vật và cả con người. Sự cố ñịa chấn: Bằng quá trình ñịnh danh ñịa hình, vị trí ñịa lý, kỹ thuật xây dựng, GIS có thể giúp dự báo thời gian và ñịa ñiểm có thể xảy ra các sự cố như ñộng ñất, núi lửa, cũng như hậu quả có thể có. Cơ quan kiểm soát sự cố ñịa chấn của Portland, bang Oregon, Hoa Kỳ ñã sử dụng các phần mềm ARC/INFO, ArcView GIS và Map Objects ñể trợ giúp dự báo và chuẩn bị ñối phó với các sự cố. Ô nhiễm không khí: Ô nhiễm không khí có thể phát tán rất xa từ nguồn thải, gây tác hại ñối với sức khoẻ và môi trường trong phạm vi toàn cầu. Công nghệ GIS ñã hỗ trợ rất nhiều trong việc kiểm soát ô nhiễm không khí. Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) ñã sử dụng phần mềm ARC/INFO ñể
7 nghiên cứu những ảnh hưởng của ô nhiễm không khí ñối với sự phát triển của cây con và hậu quả lâu dài của khói ñối với rừng. Kiểm soát ô nhiễm không khí từ khói: Đầu tiên, miền Đông nước Mỹ ñược phân thành các vùng khác nhau và ARC/INFO ñược dùng ñể tạo thành một lưới ô nhiễm bao phủ toàn bộ vùng này, mỗi ô có diện tích 20 km2. Các dữ liệu về chất lượng không khí ñược thu thập từ các trạm quan trắc vùng và ñược lưu vào cơ sở dữ liệu. Dựa vào các cơ sở dữ liệu này, với công cụ GIS, các nhà khoa học có thể tạo ra các bản ñồ về phát tán NOx, mây, nhiệt ñộ hàng ngày, hướng gió, ñộ cao và khoảng cách khói từ nguồn phát thải. Ngoài ra, sử dụng GIS, các dữ liệu này còn ñược phân tích kết hợp với ñiều kiện ñịa hình và khí hậu của từng vùng. Ô nhiễm nước: GIS có thể ñược dùng ñể giám sát sự phân bố và ñịnh lượng những chất gây ô nhiễm nước khác nhau ở một khu vực. Bộ môn Kỹ thuật Nông nghiệp của Trường Đại học Natal dùng các chỉ số xói lở ñất, mức ñộ Photpho, chỉ số sử dụng ñất và lượng vi khuẩn E.coli, làm các thông số thành phần của mô hình chất lượng nước cho vùng châu thổ Mgeni. Bang Massachusetts – Mỹ ñang sử dụng GIS trong giám sát chất lượng nước toàn bộ vùng lưu vực sông Merrimack. Vị trí của mỗi trạm thu mẫu, bãi bồi, lò ñốt rác, ao, phụ lưu ñều ñược lưu trong GIS. GIS có thể biểu diễn các ñối tượng, ñồng thời tìm kiếm mối quan hệ không gian giữa chất lượng nước và các nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng. Tràn dầu: Những tác ñộng bất lợi của ô nhiễm, chẳng hạn tràn dầu, có thể ñược ước ñịnh bằng GIS. Với những thông tin này, GIS có thể mô phỏng tiềm năng ô nhiễm của những ñịa ñiểm khác nhau và phát triển chiến lược ước ñịnh rủi ro. Công nghệ GIS ñược Hội ñồng Sự cố tràn dầu Exxon Valdez sử dụng ñể xác ñịnh vùng ưu tiên cần bảo vệ và khôi phục những loài chịu thiệt hại.
8 Với những ứng dụng rộng rãi, GIS ñã trở thành công nghệ quan trọng. Nó tham gia vào hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống con người và ngày càng ñược quảng bá rộng rãi. Hơn nữa với xu thế phát triển hiện nay, GIS không chỉ dừng lại ở một quốc gia ñơn lẻ mà ngày càng mang tính toàn cầu hóa. 1.1.2. Điu ch rng Khoa học về ñiều chế rừng ñã xuất hiện từ lâu và hình thành vào cuối thế kỷ 18 ở các nước phương tây. Ở mỗi nước, tùy theo quan ñiểm, góc ñộ kinh doanh lợi dụng rừng và trình ñộ kỹ thuật nên ñịnh nghĩa ñiều chế rừng có khác nhau. Định nghĩa tổng quát theo GS. Rucareanu: “Điều chế rừng là khoa học và thực tiễn về tổ chức rừng phù hợp với nhiệm vụ quản lý kinh doanh rừng” [11]. Điều chế rừng là một môn khoa học mang tính ứng dụng của việc tổ chức rừng. Nó dựa trên cơ sở quy luật phát triển sinh học của quần thể rừng ñể khai thác, nuôi dưỡng, bảo vệ, phục hồi tái sinh rừng, ... tác ñộng ñúng hướng vào rừng ñể rừng luôn phát triển ñi lên, dẫn dắt rừng ñi ñến trạng thái cân bằng và do ñó bảo ñảm vốn rừng ổn ñịnh ñạt năng suất cao, ñất rừng ngày càng phì nhiêu, tác dụng nhiều mặt của rừng ngày càng ñược phát huy [11]. Trong ñiều chế rừng, nghiên cứu ñộng thái cấu trúc rừng ñể dẫn dắt rừng là vấn ñề cốt lõi, ñồng thời với nó là các nghiên cứu sinh trưởng, tăng trưởng lâm phần; nhưng hầu hết tập trung chủ yếu nghiên cứu cho lâm phần thuần loài ñều tuổi, phần lớn các nghiên cứu ñều xây dựng thành các mô hình toán học chặt chẽ, có thể ñiểm qua một số công trình: Mayer (1952), Stevenson (1943), Schumacher & Coile (1960), Fao (1980)... [31,32,34,35]. Các công trình nghiên cứu về ñộng thái cấu trúc rừng thường ñược nghiên cứu ñịnh vị bởi các tổ chức quốc tế như CIFOR, ITTO [28,29]. Tuy nhiên các kết quả này chủ yếu ñể ñưa ra các kết quả về năng suất, sản lượng, sinh khối của rừng
9 mưa. ITTO chủ yếu ñưa ra các giải pháp quản lý công nghệ khai thác rừng mưa, ñược gọi là “giảm thiểu tác ñộng khai thác – Reduce Impact Logging (RIL)” Về nghiên cứu quản lý rừng bền vững (Sustainable Forest Management): Nghiên cứu quản lý rừng bền vững ñã ñược ñề cập trong thế kỷ qua, ñặt biệt là vào giai ñoạn cuối của thế kỷ, khi mà các khu rừng tự nhiên ở vùng nhiệt ñới bị giảm sút nghiêm trọng. Nội dung quản lý rừng bền vững bao gồm nhiều khía cạnh liên quan ñến kinh tế, xã hội, kỹ thuật, môi trường, chính sách luật pháp. Trong ñó khía cạnh kỹ thuật ñã ñược xem xét chi tiết hơn ñể bảo ñảm lập kế hoạch quản lý rừng chặt chẽ, khai thác rừng ñúng lượng tăng trưởng và ổn ñịnh ñược sản lượng. Để giải quyết ñược yêu cầu này ñòi hỏi nghiên cứu về cấu trúc và tăng trưởng của từng kiểu rừng ở từng khu vực, mà cụ thể ñược phản ảnh trong các tiêu chí chứng chỉ rừng của FSC. Tuy nhiên các tổ chức chứng chỉ rừng chỉ nêu lên các tiêu chí rừng bền vững và yêu cầu thể hiện trong lập kế hoạch sử dụng, nhưng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng, giám sát ñộng thái và sự ổn ñịnh của rừng phải do các quốc gia, tổ chức, công ty lập ra và ñược kiểm ñịnh bởi các tổ chức này. 1.2. Trong nước 1.2.1. H thng thông tin ña lý: Tại Việt Nam, mặc dù ñược biết ñến từ khá sớm, nhưng mãi phải ñến sau năm 2000, tức sau khi có ñược những kết quả ñầu tiên về việc tổng kết chương trình GIS quốc gia ở Việt Nam, GIS mới thực sự ñược chú ý ñến và bước ñầu phát triển. Từ ñó có những quan ñiểm về GIS như sau: Bảo Huy (2009) Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin và ngày càng ñược phát triển rộng rải. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết ñịnh trong nhiều hoạt ñộng kinh tế - xã hội, quản lý môi trường của nhiều quốc gia trên thế giới.