Luận văn Thạc sĩ Quản lý tài nguyên rừng: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý khai thác rừng tại chi nhánh lâm trường Khe Giữa, Quảng Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm ứng dụng hiệu quả công nghệ địa không gian để nâng cao chất lượng công tác quản lý khai thác tài nguyên rừng tại chi nhánh lâm trường Khe Giữa, Quảng Bình. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Quản lý tài nguyên rừng: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý khai thác rừng tại chi nhánh lâm trường Khe Giữa, Quảng Bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN NGỌC NAM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN TRONG QUẢN LÝ KHAI THÁC RỪNG TẠI CHI NHÁNH LÂM TRƢỜNG KHE GIỮA, QUẢNG BÌNH CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG MÃ NGÀNH: 8620211 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHÙNG VĂN KHOA Hà Nội, 2019
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, những số liệu và kết quả đã nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan trên. Đại học Lâm nghiệp, ngày 20 tháng 12 năm 2019 Học viên Nguyễn Ngọc Nam
ii LỜI CẢM ƠN Đề tài luận văn đã được hoàn thành tại Trường đại học Lâm nghiệp - Xuân Mai, Chương Mỹ, Hà Nội theo chương trình đào tạo sau đại học, chuyên ngành Quản lý tài nguyên rừng, Khóa học 25B (2017-2019). Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của Ban Giám hiệu, Khoa sau đại học và các thầy, cô giáo Trường đại học Lâm nghiệp cùng với các bạn bè, đồng nghiệp, cán bộ và nhân dân địa phương trên địa bàn nơi tôi đang công tác và thực hiện đề tài. Nhân dịp này tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước sự quan tâm và giúp đỡ quý báu đó. Đặc biệt tôi bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS. Phùng Văn Khoa, người thầy đã hướng dẫn tận tình, truyền đạt những kinh nghiệm, ý tưởng mới trong nghiên cứu khoa học, giúp tôi hoàn thành luận văn. Mặc dù đã cố gắng với tinh thần, nỗ lực trong nghiên cứu khoa học nhưng kinh nghiệm về nghiên cứu còn hạn chế, nên luận văn không thể tránh được những thiếu sót trong quá trình thực hiện. Tôi rất mong nhận được những ý kiến góp ý của các thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả Nguyễn Ngọc Nam
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii MỤC LỤC..................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ vii DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................viii ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................................ 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................. 3 1.1. Công nghệ địa không gian (RS, GIS và GPS) ................................................... 3 1.1.1. Công nghệ viễn thám (RS)............................................................ 3 1.1.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) .................................................... 4 1.1.3. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) ................................................. 5 1.2. Tổng quan về diễn biến rừng ở Việt Nam.......................................................... 6 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ....................................................................... 8 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................... 11 1.5. Tình hình quản lý rừng của Chi nhánh lâm trường Khe Giữa ........................ 15 Chƣơng 2.MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.... 17 2.1. Mục tiêu, đốitượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................... 17 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................... 17 2.1.2. Đối tượng vàphạm vi nghiên cứu.................................................. 17 2.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 18 2.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 18 2.3.1. Phương pháp nội dung 1: Nghiên cứu đặc điểm hiện trạng rừng và diện tích rừng được khai thác hàng năm tại chi nhánh lâm trường Khe Giữa ....................................................................................................... 18
iv 2.3.2. Phương pháp nội dung 2: Nghiên cứu đặc điểm khai thác rừng và ảnh hưởng của các yếu tố đến khai thác rừng tại chi nhánh lâm trường Khe Giữa ............................................................................................... 19 2.3.3. Phương pháp nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian trong giám sát khai thác rừng tạichi nhánh lâm trường Khe Giữa ....................................................................................................... 19 2.3.4. Phương pháp nội dung 4: Đề xuất một số giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác quản lý khai thác rừng tại chi nhánh lâm trường Khe Giữa ............................................................................................... 23 Chƣơng 3. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................ 24 3.1. Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên...................................................................... 24 3.1.1. Khái quát điều kiện tự nhiên......................................................... 24 3.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội .................................................................................. 31 3.2.1. Dân số, dân tộc, lao động............................................................. 31 3.2.2. Xã hội........................................................................................... 31 3.2.3. Kinh tế.......................................................................................... 32 3.2.4. Kết cấu hạ tầng ............................................................................ 32 3.2.5. Đánh giá chung về tình hình kinh tế xã hội .................................. 32 Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 34 4.1. Nghiên cứu đặc điểm hiện trạng rừng và diện tích rừng được khai thác hàng năm tạichi nhánh lâm trường Khe Giữa .................................................................. 34 4.1.1. Đặc điểm hiện trạng rừng tại chi nhánh lâm trường Khe Giữa .... 34 4.1.2. Diện tích rừng khai thác tạichi nhánh lâm trường Khe Giữa ........ 41 4.2. Nghiên cứu đặc điểm khai thác rừng và ảnh hưởng của các yếu tố đến khai thác rừng tạichi nhánh lâm trường Khe Giữa.......................................................... 42 4.2.1. Đặc điểm khai thác rừngtại chi nhánh lâm trường Khe Giữa ....... 42 4.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khai thác rừng tại chi nhánh lâm trường Khe Giữa ............................................................................................... 46
v 4.3. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian trong giám sát khai thác rừng tạichi nhánh lâm trường Khe Giữa.................................................................. 49 4.3.1. Hiện trạng ảnh Landsat 8 khu vực chi nhánh lâm trường Khe Giữa ............................................................................................................... 49 4.3.2. Xác định ngưỡng phát hiện mất rừng ........................................... 52 4.3.3. Đánh giá độ chính xác của phương pháp phát hiện mất rừng ...... 55 4.4. Đề xuất một số giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác quản lý khai thác rừng tạichi nhánh lâm trường Khe Giữa.......................................................... 58 4.4.1. Giải pháp về tổ chức quản lý ........................................................ 58 4.4.2. Giải pháp về khoa học kỹ thuật .................................................... 59 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHYẾN NGHỊ .......................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 66
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nguyên nghĩa GEE Google Earth Engine GIS Hệ thống thông tin địa lý GPS Hệ thống định vị toàn cầu KB Ngưỡng biến động rừng Landsat 8 SR Ảnh vệ tinh Landsat 8 của NASA NDVI Chỉ số thực vật PCCCR Phòng cháy chữa cháy rừng RS Công nghệ viễn thám
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng đấtđai............................................................. 29 Bảng 4.1. Diện tích các loại rừng và đất lâm nghiệp phân theo chức năng ... 36 Bảng 4.2. Trữ lượng các loại rừng phân theo chức năng ............................... 38 Bảng 4.3. Tổng hợp khai thác rừng chi nhánh lâm trường Khe Giữa ............ 41 giai đoạn 2014-2018 ..................................................................................... 41 Bảng 4.4. Trình tự các địa danh đưa vào khai thác toàn luân kỳ ................... 43 Bảng 4.5. Dữ liệu ảnh Landsat 8 SR trong Google Earth Engine .................. 50 sử dụng trong nghiên cứu ............................................................................. 50 Bảng 4.6. Tỷ lệ (%) mây trung bình tháng trong 5 năm (2014 - 2018) .......... 51 ảnh Landsat 8 khu vựcchi nhánh lâm trường Khe Giữa ................................ 51 Bảng 4.7. Xác định ngưỡng mất rừng với giá trị KB% ................................. 53 của 34 vùng mất rừng ................................................................................... 53 Bảng 4.8. Đánh giá độ chính xác phương pháp phát hiện mất rừngvới dữ liệu 240 mẫu mất rừng ở chi nhánh lâm trường Khe Giữa giai đoạn 2014-2018 ................. 55
viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 4.1. Bản đồ kiểm kê rừng chi nhánh lâm trường Khe Giữa năm 2016 .. 35 Hình 4.2. Bản đồ phân bố rừng theo chức năng ............................................ 35 Hình 4.3. Bản đồ phân bố rừng theo chức năng ............................................ 36 Hình 4.4. Diện tích và trữ lượng khai thác rừng chi nhánh lâm trường Khe Giữagiai đoạn 2014-2018 ............................................................................. 41 Hình 4.5. Phân tích giá trị NDVI trước và sau mất rừng trên GEE (a, b) ...... 52 thuộc lô d khoảnh 5 tiểu khu 447 .................................................................. 52 Hình 4.6. Phân tích giá trị NDVI trước và sau mất rừng trên GEE (c, d) ...... 52 thuộc các khoảnh 2, 3, 4 tiểu khu 408 ........................................................... 52 Hình 4.7. Biểu đồ thay đổi giá trị NDVI của 34 vùng mẫu xác định ............. 53 ngưỡng mất rừng trong Google Earth Engine ............................................... 53 Hình 4.8. Tỷ lệ phần trăm lô rừng phát hiện và độ chính xác về diện tích phát hiện khu vực nghiên cứu .............................................................................. 56 Hình 4.9. Bản đồ phân bố điểm phát hiện mất rừng bằng ảnh vệ tinh Landsat 8giai đoạn 2014 - 2018 ................................................................................. 57
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Tài nguyên rừng là yếu tố quan trọng đóng vai trò to lớn trong hệ sinh thái, môi trường, sự sống của con người và sự phát triển của nền kinh tế xã hội. Quảng Bình là tỉnh có nguồn tài nguyên rừng đa dạng, phong phú, độ che phủ rừng được xếp vào hàng đầu cả nước với 67%. Tính đến thời điểm giữa năm 2019, tổng diện tích rừng và đất lâm nghiệp của tỉnh là 615.530,15 ha; trong đó đất rừng đặc dụng 144.310,83 ha; đất rừng phòng hộ 151.888,88 ha; rừng sản xuất 319.330,44 ha. Đã và đang góp phần giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ môi trường sinh thái, ứng phó với biến đổi khí hậu, tạo việc làm, tăng thu nhập, góp phần xóa đói giảm nghèo, cải thiện sinh kế cho người dân làm nghề rừng. Chi nhánh lâm trường Khe Giữa là đơn vị trực thuộc Công ty TNHH một thành viên LCN Long Đại tỉnh Quảng Bình. Được đánh giá là một trong những đơn vị thực hiện tốt công tác quản lý và sử dụng rừng hiệu quả của tỉnh Quảng Bình. Hiện nay chi nhánh lâm trường đang quản lý 41.670,5 ha diện tích tự nhiên. Nhiệm vụ chủ yếu là quản lý bảo vệ, xây dựng phát triển rừng, khai thác, tận thu các loại lâm sản theo chỉ tiêu được giao và các hoạt động dịch vụ khác. Công tác quản lý bảo vệ rừng của chi nhánh lâm trường được đầu tư thích đáng và rất có hiệu quả, rừng cơ bản được giữ vững, độ che phủ trên toàn chi nhánh lâm trường đạt 96.5%, đảm bảo tính đa dạng sinh học. Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường phục vụ phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết được đặt ra. Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và đánh giá biến động rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu. Trong khi diện tích rừng thuộc chi nhánh lâm trường Khe Giữa lại phân bố trên diện rộng, điều kiện đi lại khó khăn, lực lượng cán bộ chuyên trách mỏng. Hàng năm đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động rừng,
2 hầu hết chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ cập nhật hiện trạng diện tích rừng bằng phương pháp truyền thống, đó là một công việc phức tạp, mất nhiều công sức và đòi hỏi nhiều thời gian. Quá trình thực hiện kế hoạch khai thác có những thay đổi do nhiều nguyên nhân khác nhau, chưa được giám sát, đánh giá thường xuyên và liên tục. Do đó, cần phải có phương pháp khắc phục những nhược điểm của phương pháp truyền thống. Hiện nay, tư liệu viễn thám với những ưu việt là tính cập nhật và đồng bộ về thông tin, khái quát hóa tự nhiên các đối tượng và khả năng phủ trùm rộng, độ chính xác cao, đã đem lại giá trị trong nghiên cứu các đối tượng biến động thảm thực vật, tài nguyên rừng,... đem lại khả năng thực tiễn cho quản lý rừng tại lâm trường.Hệ thống thông tin địa lý có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, thể hiện dữ liệu địa lý phục vụ các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất là công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Để chủ động trong công tác quản lý khai thác rừng, bảo vệ tài nguyên rừng và giữ vững cân bằng sinh thái. Với sự giúp đỡ của nền khoa học công nghệ phát triển mạnh như hiện nay việc quản lý khai thác rừng đảm bảo tính cập nhật, tính minh bạch và tính chính xác tại tỉnh Quảng Bình nói chung và Chi nhanh lâm trường Khe Giữa nói riêng có tính cấp thiết và tính thực tế hơn bao giờ hết. Chính vì vậy, tôi chọn tiến hành đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý khai thác rừng tại chi nhánh lâm trƣờng Khe Giữa, Quảng Bình” góp phần tích cực nâng cao hiệu quả các hoạt động giám sát, cảnh báo sự thay đổi rừng phục vụ công tác quản lý khai thác rừng.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Công nghệ địa không gian (RS, GIS và GPS) Công nghệ địa không gian có thể được hiểu là công nghệ thu thập, tổng hợp, phân tích, trình diễn, diễn giải, chia sẻ và quản lý các dữ liệu không gian và các các dữ liệu thuộc tính có liên quan. Công nghệ không gian địa lý bao gồm 3 hệ thống cơ bản đó là Hệ thống định vị toàn cầu (GPS), Hệ thống viễn thám (RS) và Hệ thống thông tin địa lý (GIS). Xét về bản chất ứng dụng thực tiễn, ba hệ thống cơ bản đó có tính độc lập tương đối nhưng chúng có mối liên hệ chặt chẽ và bổ sung cho nhau, tuỳ theo từng ứng dụng trong mỗi trường hợp nhất định [10]. Công nghệ địa không gian đã và đang là một trong những công nghệ thu hút sự quan tâm lớn nhất trên thế giới, bởi những công dụng và tính năng vượt trội của nó phục vụ quá trình phát triển kinh tế - xã hội, nhất là lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên[10]. 1.1.1. Công nghệ viễn thám (RS) Viễn thám là sự kết hợp khoa học và kỹ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện dù không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu.Công nghệ viễn thám là một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội trên thế giới. Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ngày càng caotrên phạm vi quốc tế. Những kết quả thu được từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường [1].
4 Hiện nay, viễn thám được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó bao gồm: địa chất, môi trường, khí hậu và quyển khí (đặc điểm tầng ozon, mây, mưa, nhiệt độ, quyển khí), dự báo bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khí tượng, thực vật, rừng, thủy văn,... [1]. 1.1.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. Có nhiều định nghĩa về GIS, nhưng nói chung đã thống nhất quan niệm chung: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định. GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ.[1]. GIS là CSDL số chuyên dụng trong đó hệ trục tạo độ không gian là phương tiện tham chiếu chính. GIS bao gồm các công cụ để thực hiện các công việc sau đây: Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra và các nguồn khác; Lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL; Biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hóa, bao gồm các dữ liệu thống kê và dữ liệu không gian; Lập báo cáo, bao gồm các bản đồ chuyên đề, các bảng biểu, biểu đồ và kế hoạch [1]. Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng... Cái GIS cung cấp là cách thức suy nghĩ mới về không gian. Phân tích không gian không chỉ là truy cập mà còn cho phép khai thác các quan hệ và tiến trình biến đổi của chúng. GIS lưu trữ thông tin thế giới thực thành các tầng bản đồ chuyên đề mà chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau [1].
5 1.1.3. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, ở cùng một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó [4],[16]. Ngày nay, hệ thống định vị toàn cầu được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như điều tra nguồn tài nguyên, lập các loại bản đồ, giao thông, xây dựng...Đặc biệt từ sau khi Bộ quốc phòng Mỹ bỏ sai số cố ý gây nhiễu thì độ chính xác của các dữ liệu thu thập được là rất cao, đáp ứng được nhiều mục đích sử dụng. Dựa trên các nguyên lý hoạt động và các chức năng cơ bản của hệ thống GPS cho thấy khả năng ứng dụng thiết bị GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới với nhiều mục đích khác nhau:lĩnh vực quân sự; lĩnh vực giao thông, dịch vụ, thương mại, nghiên cứu khoa học; giải trí... [4]. Đối với lĩnh vực Quản lý tài nguyên thiên nhiên, công nghệ GPS chứng tỏ được tính cần thiết và hữu hiệu nhờ vào khả năng định vị tọa độ các điểm, dẫn đường...tăng hiệu suất lao động, giảm chi phí, nâng cao chất lượng sản phẩm. Theo Phùng Văn Khoa và Đỗ Xuân Lân (2013) [10] ứng dụng của GPS trong quản lý tài nguyên và môi trường lưu vực, chẳng hạn như có thể dung thiết bị này để: + Xác định vị trí và độ cao tuyệt đối của điểm đầu ra của lưu vực, các khu vực xảy ra biến động tài nguyên rừng, cháy rừng... + Xác định các điểm điều tra mẫu, xây dựng khóa giải đoán ảnh viễn thám phục vụ công tác phân loại bề mặt thảm phủ. + Khoanh vẽ và xây dựng bản đồ dưới dạng điểm, đường và vùng cho các đối tượng quan tâm.
6 1.2. Tổng quan về diễn biến rừng ở Việt Nam Rừng là hệ sinh thái trên cạn phức tạp nhất trên trái đất, có một vai trò sinh thái quan trọng trong việc bảo tồn đa dạng sinh học, chúng lưu trữ một số lượng lớn cacbon, chống xói mòn đất. Mất rừng và suy thoái rừng là một vấn đề quan trọng hiện nay ở nhiều quốc gia liên quan tới việc khai thác tài nguyên thiên nhiên, phát triển kinh tế, công nghiệp và thương mại, thiếu của các chính sách bảo vệ môi trường có hiệu quả, và thiếu các biện pháp hiệu quả trong phòng chống khai thác gỗ rừng trái phép. Một trong những lý do chính gây mất rừng hiện nay là sự chuyển đổi đất lâm nghiệp sang canh tác nông nghiệp, và để có được vật liệu xây dựng, nhiên liệu và các sản phẩm phục vụ xây dựng và phát triển kinh tế. Phá rừng do hoạt động của con người là nguyên nhân của nhiều quá trình tự nhiên như, xói mòn đất, cháy rừng, lũ lụt, xói lở bờ biển tại các khu vực ven biển do nước biển dâng, biến đổi khí hậu. Mặc dù tình trạng phá rừng mang lại, lợi ích ngắn hạn ngay lập tức cho nông dân và lợi nhuận lớn cho phép khai thác gỗ, nhưng nó tạo ra thiệt hại lâu dài đến môi trường của các hệ sinh thái rừng đa dạng và hay thay đổi hình dạng của chính nó, trong môi trường sống cho các loài động vật và thực vật đặc hữu, sinh kế cho rừng - ở các nhóm dân tộc, và các lưu vực sông và các chất dinh dưỡng cho một hệ thống sinh thái lớn hơn. Nạn phá rừng xảy ra ở mọi quốc gia do hoạt động của con người hoặc tự nhiên. Do đó, điều quan trọng là giám sát tốc độ phá rừng thường xuyên để xác định tác động hiện tại và dự đoán những ảnh hưởng đến hệ sinh thái địa phương và cộng đồng. Diện tích rừng Việt Nam đã thay đổi đáng kể dưới áp lực phát triển kinh tế nói riêng diện tích rừng được bảo hộ tại Việt Nam. Theo FAO năm 2010, 44.5 % khoảng 13.797.000 ha của Việt Nam là rừng. 0.6 % này (80.000 ha) được phân loại là rừng nguyên sinh, Việt Nam có 3.512.000 ha rừng trồng. Giữa năm 1990 và 2010, Việt Nam tăng trung bình mỗi năm 221.700 ha hay 2.37 %. Tổng cộng, từ năm 1990 đến năm 2010, Việt Nam đã có độ che phủ rừng là 47,4% theo báo cáo FAO năm 2011.
7 Việt Nam có lịch sử lâu dài theo dõi diễn biến rừng trong thời hạn của khu vực, chương trình điều tra tài nguyên rừng (NFIMAP) trong thời gian 1990-2010 (4 chu kỳ) đã được thực hiện bởi Viện điều tra và quy hoạch rừng (FIPI); Chương trình kiểm kê rừng quốc gia trong 1981-1983, 1989-1992, 1997-1999; và gần đây nhất là chương trình kiểm kê rừng (NFIS) trong 2013-2016. Tuy nhiên, theo dõi sự thay đổi rừng hàng năm, kịp thời ứng dụng công nghệ không gian địa lý còn khá mới mẻ ở cả quy mô quốc gia và địa phương. Đánh giá các khu vực khai thác rừng và giám sát các ảnh hưởng của khai thác rừng có thể được sử dụng hình ảnh vệ tinh và khảo sát thực địa. Ảnh vệ tinh cho phép của chính phủ, tổ chức và tổ chức lâm nghiệp tư nhân sử dụng công nghệ không gian địa lý để phân tích, đánh giá và quản lý tài nguyên rừng cả về quy mô không gian và thời gian. Việc sử dụng thông tin không gian cho phép chúng ta phát hiện khai thác rừng, mất rừng, suy thoái rừng một cách kịp thời và hiệu quả. Các dữ liệu thu được từ hình ảnh viễn thám có thể giúp xác định các khu vực rừng đang là mục tiêu khai thác gỗ, và giải phóng mặt bằng đối với nông nghiệp, chăn nuôi. Sự sẵn có ngày càng tăng của hình ảnh vệ tinh với các đặc trưng không gian, phổ và thời gian khác nhau, sự phát triển của dữ liệu phương pháp phân tích và đưa ra một cơ hội để có ý tưởng tốt hơn về các mô hình theo dõi diễn biến rừng. Trong một số nghiên cứu tiềm năng phát hiện những thay đổi trong chuỗi ảnh đa thời gian được phân tích, trong đó lợi ích từ chiều sâu thời gian của hình ảnh vệ tinh và cung cấp nhiều thông tin diễn biến rừng. Việc gần đây các chính sách mở dữ liệu của các kho lưu trữ Landsat toàn cầu của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) và Cơ quan hàng không vũ trụ châu Âu (ESA) cung cấp những cơ hội mới để thúc đẩy khoa học sử dụng đất và đã làm dấy lên sự phát triển của phương pháp tiếp cận mới. Gần đây, một nền tảng điện toán đám mây (Google Earth Engine) được cung cấp công cụ hiệu quả để phân tích dữ liệu về môi trường quy mô toàn cầu tới phạm vi quốc gia và địa phương (Ghazaryan, 2015).
8 Nó kết hợp một kho lưu trữ lớn, miễn phí ảnh viễn thám và các dữ liệu khác, cơ sở hạ tầng điện toán của Google được tối ưu hóa cho xử lý song song của dữ liệu không gian địa lý, các thuật toán, API cho JavaScript và Python, cho phép nhanh chóng và trực quan của các phân tích không gian phức tạp (Google Earth Engine. API hướng dẫn, năm 2016). Dữ liệu được truy cập nhanh chóng với một lượng lớn dữ liệu ảnh Landsat và Sentinel, và nhiều dữ liệu viễn thám miễn phí khác. Ở Việt Nam, với nhu cầu ứng dụng các công nghệ không gian địa lý trong theo dõi diễn biến rừng để phục vụ hiệu quả quản lý của nhà nước nguồn tài nguyên rừng một cách chính xác, kịp thời, tiết kiệm chi phí. Các dữ liệu ảnh viễn thám hiện nay có khả năng cung cấp miễn phí, đa nguồn, đa thời gian và ở các phạm khi không gian khác nhau là một thông tin quan trọng trong xây dựng các hệ thống theo dõi, quản lý giám sát tài nguyên rừng nói riêng cũng như tài nguyên môi trường nói chung. 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Trên thế giới, công nghệ không gian địa lý được sử dụng rất sớm để giám sát tài nguyên rừng. Từ đầu thế kỷ 20, ảnh hàng không bắt đầu được áp dụng để khoanh vẽ các trạng thái rừng. Ảnh hàng không thường được lưu trên giấy ảnh hoặc ảnh số. Đã có nhiều tác giả sử dụng ảnh hàng không để xây dựng bản đồ tài nguyên rừng ở các nước như Canada, Mỹ và Anh (Bickford, 1952). Ảnh hàng không thường được giải đoán bằng mắt với sự hỗ trợ của các thiết bị quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu v.v... để xác định đối tượng. Các trạng thái rừng khác nhau trên ảnh được khoanh vẽ dựa trên một số tiêu chí sau (Lillesand and Kiefer, 2000): cấp độ sáng (tone); kích thước (size) và hình dáng (shape) của tán cây; biến đổi trong cấu trúc tán cây (texture); phân bố không gian của tán cây (pattern); bóng cây (shadow). Ưu 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; lưu giữ được những biến đổi về động thái của rừng theo thời gian.
9 Trong vòng khoảng 35 năm trở lại đây, ảnh vệ tinh với phương pháp xử lý số đã được 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. Phương pháp xử lý số có ưu điểm nổi bật là thời gian xử lý ngắn, việc phân loại các đối tượng được tiến hành nhanh chóng trên phạm vi rộng mà không tốn công đi thực địa, công việc được thực hiện dựa vào cấp độ xám của các pixel, nên kết quả thu được khách quan không phụ thuộc vào chủ quan của người 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 được biến động của hiện trạng rừng ở hiện tại so sánh với các thời điểm trong quá khứ. Với những ưu điểm như 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. Hiện nay, trên thế giới có nhiều vệ tinh cung cấp ảnh có độ phân giải không gian, phân giải phổ, số lượng kênh phổ và chu kỳ bay chụp khác nhau, từ các ảnh đa phổ (multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ (hyperspectral), bước sóng biến động từ nhìn thấy tới sóng siêu cao tần, độ phân giải không gian từ dưới 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 như 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, bước 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. người ta thường 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, nhưng loại ảnh viễn thám được sử dụng phổ biến gồm Landsat TM và ETM+, SPOT, MODIS, NOAA-AVHRR, IKONOS và QuickBird.
10 Nhiều các tác giả đã sử dụng các tư liệu ảnh viễn thám khác nhau trong giám sát và theo dõi biến động tài nguyên rừng. Huang và Siegert đã sử dụng ảnh đa thời gian SPOT VGT để giám sát quá trình sa mạc hoá thông qua theo dõi sự biến động của thực vật ở vùng bắc Trung Quốc và đi đến kết luận, ảnh SPOT VGT rất thích hợp cho việc nghiên cứu biến động lớp phủ thực vật ở quy mô lớn (Huang and Siegert, 2006). Kết quả này cũng tương đồng với nghiên cứu của Cabral (2006) trong việc phân loại lớp phủ ở phía nam châu Phi. Ngoài ra, ảnh SPOT cũng được sử dụng hiệu quả trong việc giám sát sinh trưởng và phân bố của rừng ở quy mô nhỏ, hoặc các loài cụ thể, kết quả được thể hiện trong các nghiên cứu phân bố sinh cảnh của chim Công ở New Zealand (Mathieu et al., 2006), biến động thực vật ven biển ở Hải Nam – Trung Quốc (Millward et al., 2006). Các loại ảnh có độ phân giải cao như IKONOS, QuickBird thích hợp cho giám sát những biến động nhỏ về cấu trúc rừng và xây dựng những bản đồ có tỷ lệ cao, quy mô nhỏ. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng ảnh IKONOS rất thích hợp cho việc kiểm định kết quả phân loại rừng từ các vệ tinh có độ phân giải thấp hơn (Goward et al., 2003). Wolter đã sử dụng ảnh QuickBird để phân loại thực vật ngập nước cho 3 điểm vùng hồ Great Lakes – Hoa Kỳ (Wolter et al., 2005); Coops sử dụng ảnh QuickBird để phát hiện, giám sát rừng bị phá hại do côn trùng. Ngoài các loại ảnh vệ tinh nêu trên được sử dụng trong theo dõi diễn biến tài nguyên rừng, thì cũng còn nhiều loại ảnh khác được sử dụng. Ví dụ, ảnh ASTER, Landsat, AVNIR2, hoặc ảnh AVIRIS với giải phổ gần liên tục trong 224 kênh, các ảnh siêu phổ này có thể lưu trữ nhiều thông tin về thực vật và phân loại thực vật chính xác hơn các loại ảnh khác có cùng độ phân giải không gian (Bey et al., 2016, De Fries et al., 1998, Devries et al., Hansen et al., 2000, Hansen, 2014, Hansen et al., 2014, Hansen and Loveland, 2012, Hansen et al., 2010, Hansen et al., 2013, Turubanova et al., 2015, Tyukavina et al., 2015, Tyukavina et al., 2013, Woodcock, 2001, Zhuravleva et al., 2013).
11 Với việc mở cuộc điều tra của Hoa Kỳ Địa chất (USGS) Landsat lưu trữ dữ liệu và kế hoạch tương lai cho chính sách truy cập mở để xây dựng, thành lập và theo dõi lớp phủ mặt đất từ nhiều quy mô khác nhau về: nguồn dữ liệu, không gian và thời gian. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và các công nghệ mã nguồn mở, điện toán đám mây đã cho phép xử lý tính toán khối lượng dữ liệu quy mô lớn. Nhiều thuật toán phân tích dữ liệu ảnh đa thời gian (time series) đã được phát triển, ứng dụng trong theo dõi lớp phủ mặt đất, lớp phủ rừng (Devries et al., Ghazaryan, 2015, Hansen et al., 2000, Hansen, 2014, Hansen et al., 2014, Hansen and Loveland, 2012, Hansen et al., 2010, Hansen et al., 2013, Margono et al., 2014, Millward et al., 2006, Potapov et al., 2014, Potapov et al., 2012, Potapov et al., 2015, Toan and Villard, Turubanova et al., 2015, Tyukavina et al., 2015, Tyukavina et al., 2013, Zhuravleva et al., 2013). 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 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 bước tiến bộ kỹ thuật rất cơ bản, tạo điều kiện xây dựng các công cụ cần thiết để nâng cao chất lượng công tác điều tra rừng ở nước ta. Từ cuối năm 1958, bình quân mỗi năm đã điều tra được khoảng 200.000 ha rừng, đã sơ thám được tình hình rừng và đất đồi núi, lập được thống kê tài nguyên rừng đơn giản và vẽ được phân bố tài nguyên rừng ở miền Bắc. Đến cuối năm 1960, tổng diện tích rừng ở miền Bắc đã điều tra được vào khoảng 1,5 triệu ha. Ở Miền Nam ảnh máy bay được sử dụng từ 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 trường 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 được sử dụng rộng rãi để xây