Nghiên cứu khoa học " Bước đầu xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng với các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh tại lưu vực phòng hộ đầu nguồn sông Đà, Việt Nam " pot

Bước đầu xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng với các số liệu thu thập
được từ ảnh vệ tinh tại lưu vực phòng hộ đầu nguồn sông Đà, Việt Nam
Dương Tiến Đức
(1)
, Joosang Chung
(2)

(1). Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam
(2). Khoa Tài nguyên rừng, trường Đại học Tổng hợp Quốc gia Seoul, Hàn Quốc
1. Đặt vấn đề
Trong giai đoạn hiện nay, việc quản lý lưu vực phòng hộ đầu nguồn là vấn đề
đang rất được quan tâm không chỉ riêng ở Việt Nammà ở tất cả các quốc gia khác
trong khu vực và thế giới. Các tổ chức, các cơ quan chính phủ và phi chính phủ
đang nỗ lực tìm kiếm những giải pháp khoa học khả quan cho việc quản lý hữu
hiệu các lưu vực phòng hộ đầu nguồn. Trong vài thập kỷ qua, đã có rất nhiều các
khái niệm, các định nghĩa và các giải pháp liên quan đến việc quản lý lưu vực
phòng hộ đã được đưa ra, nhưng vẫn thiếu một giải pháp mang tính tổng thể và
hoàn hảo (Naiman, 1997). Tuy nhiên, điều quan trọng nhất cần đạt được trong
quản lý lưu vực phòng hộ đầu nguồn là sự quản lý và phát triển bền vững các
nguồn tài nguyên thiên nhiên để đảm bảo lâu dài cho các nhu cầu sinh hoạt của
con người, trong đóviệc sử dụng hợp lý và quản lý nguồn tài nguyên rừng đóng
góp ý nghĩa quyết định nhất. Laurance và Bierregaard (1997) đã khẳng định rằng
hiện trạng các kiểu sử dụng đất có vai trò to lớn nhất trong việc đánh giá quá trình
biến động và ảnh hưởng của các kiểu sử dụng đất tại các lưu vực phòng hộ đầu
nguồn và là một trong những nội dung thiết yếu của công tác quản lý lưu vực
phòng hộ. Điều này cũng đặc biệt có? nghĩa đối với Việt Namnhất là vài thập niên
gần đây, diện tích che phủ của rừng ngày càng bị thu hẹp nghiêm trọng. ?
Một trong những công cụ hữu hiệu để phân loại và đánh giá sự biến động của các
kiểu hiện trạng sử dụng đất được áp dụng rộng rãi trên thế giới trong 1 vài thập
niên gần đây là việc ứng dụng công nghệ sử dụng các số liệu thu được từ ảnh vệ
tinh và hệ thống thông tin địa lý (Meaille and Wald, 1990). Sử dụng các số liệu

thu được từ ảnh vệ tinh đặc biệt có ?nghĩa cả về mặt thời gian, không gian, hiệu
quả kinh tế và dễ dàng kiểm soát, đánh giá biến động của hiện trạng sử dụng đất,
đồng thời lưu giữ số liệu thu thập được một cách lâu dài, liên tục nhất. Trong kỹ
thuật này, các số liệu thu được từ ảnh vệ tinh được sử dụng để kiểm soát biến động
của hiện trạng sử dụng đất và che phủ bề mặt thông qua việc phân loại các quang
phổ thu được (Steininger, 1996).
Công việc quan trọng hàng đầu trong việc phân loại và đánh giá biến động của
hiện trạng sử dụng đất là việc xây dựng hệ thống phân loại các kiểu hiện trạng
bằng việc sử dụng các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Trên thế giới, hệ thống
phân loại hiện trạng sử dụng đất và hiện trạng che phủ của đất với các số liệu từ
ảnh vệ tinh được biết đến một cách đầy đủ, hoàn chỉnh và được ứng dụng rộng rãi
nhất tại các nước là của Andersonvà các cộng sự (Mỹ, 1976). Cấu trúc của hệ
thống phân loại này bao gồm 2 cấp; cấp 1 gồm 9 kiểu hiện trạng và cấp 2 là sự cụ
thể hóa của các kiểu hiện trạng của cấp 1 và được chia thành 37 kiểu hiện trạng sử
dụng đất chi tiết khác nhau. Các kiểu hiện trạng này đều có thể dễ dàng phân biệt
được từ ảnh vệ tinh kết hợp với các số liệu từ mặt đất. Từ hệ thống phân loại này,
các tác giả khác nhau đã áp dụng để xây dựng nên các hệ thống phân loại hiện
trạng sử dụng đất ứng dụng cho các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh khác nhau
tùy thuộc vào từng nước, từng vùng, từng địa phương, thí dụ như hệ thống phân
loại của Gary Schaal (1988) cho bang Ohio, Mỹ.
ở Việt Nam, nghiên cứu về phân loại các kiểu thảm thực vật rừng đã được Thái
Văn Trừng tiến hành từ thập kỷ 70, tuy nhiên hầu như chưa có nghiên cứu nào tập
trung vào việc xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng các kiểu sử dụng đất để áp
dụng cho các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Chính vì vậy, nội dung của
nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào việc xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng
sử dụng đất cho sử dụng với các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Phần địa
điểm nghiên cứu được giới hạn ở khu vực phía Tây Bắc vùng phòng hộ đầu nguồn
sông Đà, Việt Nam, nằm trong diện tích che phủ của 2 tấm ảnh vệ tinh LANDSAT
5-TM (chụp ngày 01/02/1993) và LANDSAT7+ETM (chụp ngày 27/12/1999) với
cùng vị trí chụp Path/Row là 128/45.

2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Khái quát khu vực nghiên cứu:
Theo ta`i liờ?u cu?a Paul V.d.P va` Nguyờ~n Duy Khiờm (1993) Sụng éa` ba´t
nguụ`n tu` Trung Quụ´c vo´i tụ?ng chiờ`u da`i trung bi`nh khoa?ng 980 km, phõ`n
cha?y qua la~nh thụ? Viờ?t Nam la` 480 km. Luu vu?c pho`ng hụ? Sụng éa` na`m
trờn di?a ba`n cu?a 5 ti?nh la` : Lai Chõu (cu~), Son La, Hoa` Bi`nh, La`o Cai,
Yờn Ba´i ( Hi`nh 1.a ). Theo sụ´ liờ?u ti´nh toa´n duo?c tu` sa´ch Niờn gia´m
thụ´ng kờ (2001), dờ´n cuụ´i nam 2000, tụ?ng diờ?n ti´ch dõ´t dai tu? nhiờn toa`n
khu vu?c la` 5.057.700 ha vo´i tụ?ng dõn sụ´ la` 3.592.600 nguo`i thuụ?c 23 dõn
tụ?c anh em.
Vu`ng pho`ng hụ? Sụng éa` la` noi co´ di?a hi`nh hiờ?m tro?, nhiờ`u chia ca´t,
vo´i hờ? thụ´ng sụng suụ´i cha`ng chi?t, nhiờ`u di?nh nu´i tai me`o vo´i dụ? cao
trung bi`nh trờn 500m va` di?nh cao nhõ´t la` gõ`n 3.200m.
(a) (b)
Hi`nh 1 : Vi? tri´ luu vu?c ru`ng pho`ng hụ? sụng éa` (a), va` vi? tri´ khu vu?c
nghiờn cu´u du?a trờn diờ?n tich´ che phu? cu?a vờ? tinh LANDSAT 5, 7 (b)
( Nguụ`n : Paul.v.d.p & Nguyờ~n Duy Khiờm; NASA )
Luu vu?c pho`ng hụ? sụng éa` co´ dõ?p thu?y diờ?n Hoa` Bi`nh, nguụ`n cung cõ´p
diờ?n nang chi´nh cho ca? nuo´c. Ngoa`i ra, dõy co`n la` noi dang xõy du?ng mụ?t
nha` ma´y thu?y diờ?n khụ?ng lụ` thu´ 2 – thu?y diờ?n Ta? Bu´. Tuy nhiờn, diờ`u
kiờ?n sụ´ng cu?a nguo`i dõn ? dõy hờ´t su´c kho´ khan, nguụ`n ta`i nguyờn thiờn
nhiờn bi? suy gia?m nhanh cho´ng, da?c biờ?t trong giai doa?n tu` 1993 – 2000
bo?i ca´c biờ?n pha´p canh ta´c khụng ho?p ly´ nhu du canh du cu, pha´t nuong
la`m rõ~y, khai tha´c ru`ng bu`a ba~i Ma?t kha´c, dõy cu~ng la` noi da~ va`
dang nhõ?n duo?c nhiờ`u su? quan tõm dõ`u tu cu?a Nha` nuo´c va` ca´c tụ? chu´c
quụ´c tờ´ trong viờ?c ba?o vờ?, khụi phu?c va` pha´t triờ?n nguụ`n ta`i nguyờn
thiờn nhiờn, ụ?n di?nh va` nõng cao mu´c sụ´ng cho nguo`i dõn nhu chuong tri`nh
135/CP, chuong tri`nh pha´t triờ?n lõm nghiờ?p xa~ hụ?i vu`ng pho`ng hụ? sụng
éa` ta`i tro? bo?i chi´nh phu? éu´c
Khu vu?c nghiờn cu´u na`m vờ` phi´a Ba´c cu?a vu`ng pho`ng hụ? sụng éa`, du?a

trờn diờ?n ti´ch thu duo?c tu` 2 tõ´m a?nh vờ? tinh Lansat -5 TM va` Landsat 7 +
ETM, tụ?ng diờ?n ti´ch che phu? khoa?ng 66% toa`n bụ? luu vu?c Sụng éa` (
hi`nh 1.b).
2.2. Võ?t liờ?u nghiờn cu´u
Nguụ`n sụ´ liờ?u chi´nh duo?c su? du?ng trong nghiờn cu´u na`y la` 2 a?nh vờ?
tinh vờ` khu vu?c duo?c cung cõ´p tu` tụ? chu´c Kha?o sa´t di?a ly´ quụ´c gia My~
(USGS) v?i cựng h? tr?c to? d? UTM, WGS84. Ca´c thụng sụ´ ky~ thuõ?t chi´nh
cu?a 2 a?nh vờ? tinh duo?c thờ? hiờ?n o? ba?ng duo´i dõy:
Ba?ng 1: Cỏc thụng sụ´ ky~ thuõ?t co b?n c??a 2 ?nh vờ? tinh
Tờnvờ?
tinh
Ky´
hiờ?u
Sụ´ luo?ng
ca´c
Cu? ly don
vi? diờ?m
Vi? tri´ Ngày thỏ´ng
nam chu?p
ca?m
biờ´n
lo´p/a?nh a?nh Pixel
(m)
Path/Row
Landsat 5

TM 6 30.0x 30.0 128/45 01/02/1993
Landsat 7

ETM+ 6 30.0 x 30.0 128/45 27/12/1999

Ngoa`i ra, ca´c sụ´ liờ?u kha´c nhu ba?n dụ` di?a hi`nh, ba?n dụ` hiờ?n tra?ng (
ty? lờ? 1/100.000 ) cu?a khu vu?c nghiờn cu´u, ca´c sụ´ liờ?u thu thõ?p tu` kha?o
sa´t thu?c di?a cu~ng duo?c su? du?ng dờ? so sánh và kha?ng di?nh kờ´t qua?
nghiờn cu´u.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Trong nghiên cứu này, hệ thống phân loại của Anderson (1976) được dùng làm cơ
sở chính để xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất cho khu vực
nghiên cứu trong cả 2 giai đoạn 1993 và 1999 dựa trên 2 tấm ảnh vệ tinh thu thập
được, kết hợp với điều tra thực địa cùng với các tài liệu khác như bản đồ hiện
trạng( 1/100.000), bản đồ địa hình… để phân loại và tập hợp các kiểu hiện trạng
sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu thành 1 hệ thống phân loại có thể sử dụng
được với các số liệu từ ảnh vệ tinh, hệ thống này bao gồm 6 nhóm hiện trạng cơ
bản là : 1) Đất dân cư và các công trình công cộng; 2) Đất trống đồi trọc và bị xáo
trộn; 3) Đất ao hồ, mặt nước; 4) Đất có rừng tự nhiên; 5) Đất rừng trồng và canh
tác nông-lâm nghiệp; 6) Chưa phân loại. Tiếp theo đó, hệ thống phân loại này
được mã hóa và số hóa để phục vụ cho công tác đánh giá các kiểu hiện trạng từ
ảnh vệ tinh. Cuối cùng, kết quả xây dựng bảng phân loại được kiểm tra độ chính
xác theo phương pháp tách biệt các nhân tố nhận biết (signature separability
process) và bảng ma trận ngẫu nhiên (contingency matrix). Bảng ma trận này thể
hiện sự chính xác của các nhóm hiện trạng sau khi phân loại bằng con số và tỷ lệ
phần trăm. Tỷ lệ phần trăm càng cao thì chính chính xác của quá trình lựa chọn
các nhóm hiện trạng càng tăng lên (ERDAS, 2001).
Toàn bộ quá trình xử lý các số liệu và phân tích, lưu trữ kết quả nghiên cứu được
thực hiện trên phần mềm xử lý ảnh vệ tinh ERDAS IMAGINE 8.6.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất của vùng phòng hộ đầu nguồn
sông Đà:
Thành phần của các nhóm hiện trạng cơ bản trong hệ thống phân loại hiện trạng sử
dụng đất ứng dụng cho việc phân loại từ các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh
của vùng phòng hộ đầu nguồn sông Đàđược thể hiện tóm tắt ở bảng 2:

Bảng 2: Hệ thống hiện trạng sử dụng đất cho sử dụng với các số liệu từ ảnh
vệ tinh của khu vực nghiên cứu
TT Tên nhóm Thành phần
1 Đất dân cư và các công
trình công cộng
Các khu dân cư cư trú, hệ thống đường giao thông v
à các công trình công
cộng, nhà máy, các khu công nghiệp tập trung…
2 Đất trống đồi trọc và bị
xáo trộn
Đ
ất trống đồi núi trọc, các khu vực có đálộ đầu, diện tích rừng bị chặt
trắng, ruộng nương r
ẫy canh tác sau thu hoạch không có che phủ của thực
vật, diện tích rừng sau khi cháy chưa có d
ấu hiệu của thực vật tái sinh
phục hồi, và các diện tích bị xáo trộn do tác động của con ngư
ời nh
xới, hầm mỏ….
3 Đất ao hồ, mặt nước Các ao, hồ, sông suối, đầm lầy, kênh mương…
4 Đất có rừng tự nhiên Các loại hình rừng tự nhiên, tái sinh tự nhiên trong khu vực nghi
ên c
5 Đất rừng trồng và canh
tác nông-lâm nghiệp
Tổng diện tích các khu canh tác nông-lâm nghi
ệp, nông lâm kết hợp, đất
trồng cây công nghi
ệp, cây ăn quả, diện tích đất rừng bị suy thoái nghi
trọng không còn khả năng phục hồi và di
ện tích rừng trồng các loại

6 Chưa phân loại Bao g
ồm diện tích các loại vực sâu, diện tích bị che phủ bởi mây m
không phân biệt được từ ảnh vệ tinh và các lo
ại diện tích khác không thể
nhận dạng và phân loại từ ảnh vệ tinh
Kết quả trong bảng hệ thống phân loại cho thấy đã thể hiện được hầu hết các kiểu
hiện trạng cơ bản của khu vực nghiên cứu, các nhóm kiểu hiện trạng này đều dễ
dàng phân biệt được từ các ảnh vệ tinh.
3.2. Mã hóa và số hóa các kiểu hiện trạng của khu vực nghiên cứu
Sự mã hóa và số hóa các kiểu nhóm hiện trạng nhằm làm dễ dàng hơn cho việc
ứng dụng hệ thống phân loại hiện trạng này vào việc phân loại và đánh giá các loại
hiện trạng sử dụng đất sau này. Kết quả của quá trình này được thể hiện ở bảng 3:
Bảng 3:Ký hiệu và mã hóa của các nhóm hiện trạng sử dụng đất
Tên nhóm hiện trạng Ký hiệu

Màu sắc qui định Mã hóa
(số hóa)
Đất dân cư và các công trình công
cộng
DC Đỏ tươi
1
Đất trống đồi trọc và bị xáo trộn BD Da cam
3
Đất ao hồ, mặt nước WL Xanh sẫm
2
Đất có rừng tự nhiên EF Xanh đen
5
Đất rừng trồng và canh tác nông-lâm
nghiệp
AP Xanh ngọc (nước

biển)
6
Chưa phân loại UN Xám
4
3.3. Kết quả kiểm tra sự chính xác của việc xây dựng hệ thống phân loại:
Độ chính xác của việc xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất áp dụng
cho các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh LANDSAT cho vùng phòng hộ đầu
nguồn sông Đàđược kiểm tra ở cả 2 giai đoạn 1993, 1999. Tóm tắt kết quả nghiên
cứu thể hiện ở 2 bảng ma trận ngẫu nhiên 4, 5 như sau:
Bảng 4:Kết quả đánh giá sự chính xác của việc lựa chọn các nhóm hiện trạng
sử dụng đất từ ảnh vệ tinh LANDSAT 5 -TM ( 1993)
Đơn vị: (%)
Nhóm hiện
trạng
UB WL BD EF AP UN T
ổng điểm
ảnh so
sánh theo
hàng
(Pixel)
UB 98,47

1,34

0,00

0,00

0,00

0,00

7.206

WL
0,52

93,54

0,00

0,00

0,00

0,03

4.227

BD
0,48

1,30

99,60

0,02

0,04

0,01

4.052

EF
0,00

0,20

0,03

94,19

4,55

0,64

5.644

AP
0,07

0,07

0,18

4,83

95,36

0,13

9.984

UN
0,45

3,55

0,20

0,96

0,05

99,19

10.672

Tổng điểm ảnh
so sánh theo cột

(Pixel)
7.257

4.475

3.969

5,419

10.165

10.500

41.785

Bảng 5:Kết quả đánh giá sự chính xác của việc lựa chọn các nhóm hiện trạng
sử dụng đất từ ảnh vệ tinh LANDSAT 7 +ETM ( 1999)
Đơn vị: (%)
Nhóm hiện trạng

UB BD EF AP WL UN Tổng
đi
ểm ảnh
so sánh
theo hàng

(Pixel)
UB 94,26

5,46

0,00

0,00

3,08

0,01

7.570

BD
5,27

94,52

0,08

0,00

0,00

0,20

4.741

EF
0,00

0,00

99,83

1,73

0,01

1,31

2.547

AP
0,00

0,02

0,08

98,27

0,03

0,00

4.390

WL
0,47

0,00

0,00

0,00

96,80

0,05

7.453

UN
0,00

0,00

0,00

0,00

0,08

98,43

7.917

Tổng điểm ảnh
so sánh theo cột

(Pixel)
7.514

4.578

2.368

4.462

7.569

8.037

34.618

Kết quả ở 2 bảng 4,5 đã chứng minh được kết quả lựa chọn các nhóm hiện trạng
sử dụng đất ở cả 2 giai đoạn 1993, 1999 đều rất cao. Cụ thể là, tính chính xác biến
động từ 93,54% đến 99,60% cho các nhóm hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 1993
và từ 94,26% đến 99,83% cho các nhóm hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 1999 của
khu vực nghiên cứu. Điều này chứng tỏ rằng hệ thống phân loại hiện trạng sử
dụng đất được xây dựng từ nghiên cứu này hoàn toàn có thể ứng dụng trong công
nghệ phân loại hiện trạng tài nguyên khu vực phòng hộ đầu nguồn sông Đàdựa
trên số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh.
4. Kết luận, kiến nghị
Nghiên cứu này đã bước đầu xây dựng được hệ thống phân loại hiện trạng các
kiểu sử dụng đất cơ bản của khu vực nghiên cứu tại vùng phòng hộ đầu nguồn
sông Đàbằng công nghệ xử lý các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Kết quả của
nghiên cứu này làm cơ sở cho việc phân loại và đánh giá biến động của các kiểu
hiện trạng tài nguyên khu vực đầu nguồn sông Đà. Để kết quả của nghiên cứu này
có thể ứng dụng rộng rãi, giai đoạn tiếp theo cần tập trung vào một số nội dung
chủ yếu sau:
- Nghiên cứu và xây dựng một hệ thống phân loại hoàn chỉnh, chi tiết các kiểu
hiện trạng sử dụng đất cơ bản của toàn bộ lãnh thổ Việt Nam.
- Trên cơ sở hệ thống phân loại hoàn chỉnh, tiến hành phân loại và đánh giá biến
động của các kiểu hiện trạng sử dụng đất theo từng giai đoạn, theo dõi diễn biến
và dự báo diễn biến của hiện trạng sử dụng đất cho từng vùng, miền và toàn bộ
lãnh thổ Việt Nam.
Thành công của nghiên cứu sẽ mở ra một hướng đi mới cho việc ứng dụng các
tiến bộ khoa học kỹ thuật vào việc quản lý tài nguyên rừng của Việt Nam trong

giai đoạn tiếp theo.
Tài liệu tham khảo
1. Anderson, J. R., Hardy.E.E., Roach,J.T., and Whitmer,R.E: A land use and land
cover classification system for use with remote sensor data. Geological Survey
Professional Paper United State Geological Survey Circular, 671: 41, 1976.
2. ERDAS IMAGINE (v.8.5) Field Guide, Fifth Edition. ERDAS, Inc Atlanta,
Georgia: 672, 2001.
3. General statistical office of Vietnam: Statistical yearbook. Hanoistatistical
publishing house: 599, 2001
4. Laurance, W. F., and BrierregaardJr,R.O: Tropical Forest Remnants: Ecologys,
management, and conservation of fragmented communities. The Universityof
ChicagoPress,, 1997.
5. Meaille, R., and Wald,L: Using Geographic Information System and Satellite
imagery within a numerical simulation of regional urban growth. International
Journal of Geographic Information systems., 4: 445-456, 1990.
6. Paul, V. D. P., and Khiem,N.D: Land use in the Song Da Watershed ( North-
West of Vietnam). Hanoi publishing house, 2: 54, 1993
7. Steininger, M. K: Tropical secondary forest regrowth in the Amazon: age, area
and change estimation with Thematic mapper data. International Journal of
Remote Sensing, 17: 19-27, 1996.
8. Trung, T. V: The plant carpet of Vietnamforests. Hanoi Publishing house, 1973.
SummaryThis study aimed at development of the land use classification system
for use with remote sensor data in the Northern area of the Da river watershed,
Vietnam. To achieve this goal, two LANDSAT images were used as the major
data,these satellite images for this study were obtained from the United States
Geological Survey (USGS),with Path/Row as 128/45 and cover about 66% of the
whole study area. On the other hand, the classification system “A land use and
land cover system for use with remote sensor data “ by Anderson et al. (1976) was
used as a major reference to develop the land use classification system in the study
area. Furthermore, some local documents were also used to define

signatures.Based on the Anderson’s classification system, the distinguish colors
from the LANDSAT images, and local knowledge, a hierarchical structure for the
land use classification system of the study area was developed and grouped into
six major land use types are as developed land for construction; bare –or-disturbed
land; wetland, tropical evergreen forest land; agro and plantation forest land; and
unrecognized area. Finally, checking accuracy of development of the land use
classification system was performed based upon contingency matrix and signature
separability methods to certify the result of the study.