ứng dụng công nghệ gis trong điều chế rừng tại công ty lâm nghiệp nam tây nguyên, tỉnh đăk nông

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 KHOA HỌC LÂM NGHIỆP







Bu
ôn Ma Thu

ột,
tháng 10 / 2009

Tác giả: PHẠM NGỌC TÙNG ***
LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP
*** BMT, 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, D
1.3
(cm):
Đường kính cây tại vị trí 1.3m
N (cây), n:
Số cây, dung lượng mẫu quan sát
G (m
2
):
Tiết diện ngang tại vị trí 1.3m
H
vn
(m):
Chiều cao vút ngọn cây
Ln():
Logarit tự nhiên (cơ số e)
M (m
3
):

trữ lượng lâm phần
R, R
2
Hệ số tương quan, Hệ số xác ñịnh
Pm:
Suất tăng trưởng
χ
2

Tiêu chuẩn khi bình phương của Pearson
V (m
3
)
Thể tích cây
Zd, Zd 5 năm (mm/5
năm)

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, IIIa
3
) 50
Bảng 4.5. Điều chỉnh cấu trúc N/D trong khai thác chọn rừng thường xanh, trạng
thái rừng trung bình (IIIa
2
) 51
Bảng 4.6. Điều chỉnh cấu trúc N/D trong chặt nuôi dưỡng rừng thường xanh, trạng
thái rừng nghèo (IIIa
1
) 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 IIIa
2
hỗn giao tre nứa (IIIa
2
+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 (IIIa
3
, 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 IIIa
2

với cấu trúc ñịnh hướng 52
Hình 4.14: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa
1
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 IIIa
2
+L với cấu trúc ñịnh hướng 55
Hình 4.17: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa
1
+L với cấu trúc ñịnh hướng 56
Hình 4.18: Mô hình quan hệ Zd/D theo D
1.3
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 2003
1
.
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 thng thông tin ña 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 km
2
. 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. Điu ch rng
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 thng thông tin ña 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.
10

GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, nhà nghiên
cứu, các doanh nghiệp, các cá nhân, ñánh giá ñược hiện trạng của các quá
trình, các hiện tượng tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu
thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin ñược gắn với một
nền ñịa lý nhất quán và của các cơ sở dữ liệu ñầu vào [12]
GIS là một hệ thống quản lý thông tin dữ liệu không gian ña dạng, ñược
phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy tính, phần mềm, ảnh viễn thám với
mục ñích lưu trữ, cập nhật, quản lý, hợp nhất, tổng hợp, mô hình hóa, phân
tích và ñưa ra các giải pháp ở nhiều lĩnh vực, cấp ñộ khác nhau tùy theo mục
tiêu của người sử dụng [12]
Nguyễn Kim Lợi (2006), hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñược ñịnh
nghĩa như là một hệ thống thông tin mà nó sử dụng dữ liệu ñầu vào, các thao
tác phân tích, cơ sở dữ liệu ñầu ra liên quan về mặt ñịa lý không gian
(Geographically or Geospatial), nhằm hỗ trợ việc thu nhận, lưu trữ, quản lý,
xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực ñể giải
quyết các vấn ñề tổng hợp thông tin cho các mục ñích của con người ñặt ra,
chẳng hạn như: Để hỗ trợ việc ra các quyết ñịnh cho việc quy hoạch
(Planning) và quản lý sử dụng ñất (Land use), tài nguyên thiên nhiên (Natural
resoures), môi trường (Environment), giao thông (Transportation), dễ dàng
trong việc quy hoạch phát triển ñô thị và những việc lưu trữ dữ liệu hành
chính [16].
Tại Việt Nam công nghệ GIS ñược thí ñiểm khá sớm và ñến nay ñược
ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý
rừng, lưu giữ tư liệu ñịa chất, ño ñạc bản ñồ, ñịa chính, quản lý ñô thị, …, ñã
mang lại hiệu quả bước ñầu cho hoạt ñộng phát triển kinh tế - xã hội và an
ninh quốc phòng của nước ta và ñang có nhiều triển vọng phát triển nhanh
trong thời gian sắp tới. Hàng loạt chương trình, dự án GIS với sự tham gia của
11

các trường ñại học, các viện nghiên cứu, các chuyên gia trong và ngoài nước
ñã ñược triển khai có thể kể ñến như:
Dự án của Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc (United Nation
Development Programme – UNDP) ứng dụng viễn thám ở Việt Nam là nâng
cao năng lực về thống kê rừng ở viện Điều tra Quy hoạch rừng vào những
năm 80. Sau ñó, UNDP tiếp tục tài trợ dự án thứ hai mà ñối tượng chính là
các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong vài
năm. Vào những năm 90, Việt Nam ñã thu hút một số lớn các dự án quốc tế
trong lĩnh vực nâng cao năng lực quản lý môi trường và tài nguyên trong ñó
GIS luôn là hợp phần quan trọng.
Các dự án GIS ñã và ñang phát triển mạnh ở các tỉnh trong nhiều lĩnh
vực khác nhau như: Dự án quản lý nước sạch ở Hà Nam, Dự án quản lý nước
ở Hoà Bình, Dự án thử nghiệm trong quản lý khách du lịch ở Động Phong
Nha, Dự án tổng thể xây dựng hệ thống thông tin ñịa lý tỉnh Bà Rịa – Vũng
Tàu, Dự án quản lý ñất ñai ở quận Hai Bà Trưng – Hà Nội, Dự án ứng dụng
công nghệ GIS trong quản lý ñất ñai ở Lâm Đồng, . . .
Ngoài các dự án ñược ñầu tư theo các chương trình dự án, trong những
năm gần ñây các nhà khoa học Việt Nam cũng ñã có những ñề tài nghiên cứu
ứng dụng GIS:
Bùi Quang Trung (2007) nghiên cứu tích hợp công nghệ GIS và công
nghệ GPS ñể thành lập bản ñồ ñịa chính cơ sở tỷ lệ 1/10.000 và 1/5.000;
Phạm Hà Anh (2007) nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS ñể
khảo sát quá trình hoang mạc hóa do cát lấn [36].
Ngoài ra ở ở một số ñịa phương như Lào Cai, Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bình
Định, Đồng Nai, Vĩnh Phúc cũng ñã áp dụng công nghệ Viễn thám và GIS ñể cập
nhật bản ñồ hiện trạng rừng cấp xã tỷ lệ 1/25.000 theo chỉ thị số 32/2000/CT-
BNN-KL về việc tổ chức theo dõi diễn biến rừng và ñất lâm nghiệp trên cả nước.
12

Đã có rất nhiều cuộc hội thảo về ứng dụng công nghệ GIS ñược tổ chức tại

nhiều tỉnh thành trong cả nước, với mục tiêu hoàn thiện ứng dụng công nghệ này
vào quản lý và phát triển trên nhiều lĩnh vực, nhiều ngành khác nhau.
1.2.2. Điu ch rng
Ở Việt Nam ñiều chế rừng ñược người Pháp thử nghiệm áp dụng thông
qua các mô hình rừng trồng.
Từ năm 60 ở miền Nam thực hiện các mô hình thử nghiệm ñiều chế
rừng. Sau năm 1975, hình thành các Liên hiệp lâm nghiệp, các lâm trường
trong cả nước, chúng ta ñã tiến hành các cuộc tổng kiểm kê tài nguyên rừng
và xây dựng phương án quy hoạch lâm nghiệp cho từng cấp lãnh thỗ, trong ñó
chú trọng cho các ñơn vị trực tiếp kinh doanh lâm nghiệp như Liên hiệp lâm
nghiệp, lâm trường. 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. Cho ñến
nay, có nhiều công trình nghiên cứu xây dựng mô hình rừng ñịnh hướng phục
vụ ñiều chế rừng. Khởi xướng xây dựng mô hình cấu trúc “chuẩn, mẫu” có
thể kể ñến các tác giả: Nguyễn Văn Trương (1983) [23] ñã có nghiên cứu tỉ
mỉ về phương pháp thống kê cây ñứng, cấu trúc ba chiều rừng gỗ hỗn loài và
ñề xuất các mô hình cấu trúc mẫu ñịnh lượng bằng toán học phục vụ công tác
khai thác nuôi dưỡng rừng. Theo tác giả ñây là những mô hình hoàn thiện
nhất trong tự nhiên và trên cơ sở ñiều tiết những tồn tại rất lớn mà sự ngẫu
nhiên của thiên nhiên mang lại. Vũ Đình Phương (1987, 1988) [20,21] ñã bắt
ñầu xây dựng lý thuyết về tập hợp các lâm phần thuần loại ñều tuổi trong
rừng hỗn loại khác tuổi ñể nghiên cứu cấu trúc ñịnh hướng; Nguyễn Ngọc
Lung (1985) xây dựng mô hình cấu trúc mẫu cho rừng thường xanh dựa vào
tỷ lệ 1:3:5.
13

Sau ñó hầu hết các nghiên cứu ñều ñi theo hướng xây dựng cấu trúc theo
ñịnh hướng tối ưu, mẫu chuẩn. Lê Minh Trung (1991) cũng vận dụng các
nguyên lý của này ñể xây dựng cấu trúc mẫu trên ba cấp năng suất cho rừng

tự nhiên hỗn loài ở cao nguyên Đăk Nông. Đào Công Khanh (1996) xây dựng
mô hình cấu trúc N/D theo hàm Weibull cho rừng tự nhiên lá rộng ở Nghệ
An. Bảo Huy (1993), ñã xây dựng mô hình cấu trúc N/D chuẩn cho các ñơn vị
phân loại rừng Bằng lăng (ưu hợp, cấp năng suất, trạng thái) [10].
Nhìn chung hầu hết các nhà khoa học lâm nghiệp Việt Nam ñã ñi vào
hướng nghiên cứu cấu trúc “tối ưu”, tuy nhiên trong thực tế việc ứng dụng
chúng còn hạn chế vì trình ñộ kinh doanh, hiện trạng các khu rừng ñã bị tác
ñộng, …, khó có thể ñưa về dạng “chuẩn sinh học” như mong ñợi. Do vậy
cần thiết phải có những mô hình cấu trúc gần với thực tế hơn, có thời gian
ñiều tiết ngắn hơn ñể ñáp ứng ñược nhu cầu kinh doanh rừng của sản xuất
trong phương án ñiều chế rừng.
1.3. Thảo luận về vấn ñề nghiên cứu
Điểm qua tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý
tài nguyên, ñiều chế rừng chúng tôi thấy rằng:
 Công nghệ GIS và viễn thám trên thế giới ñã và ñang ñược phát
triển ngày càng nhanh chóng và tiện dụng hơn. Chức năng của GIS
và viễn thám rất rộng và mở, có thể khai thác ở nhiều ngành, nhiều
chuyên môn và khía cạnh khác nhau.
 Về khoa học ñiều chế rừng, những nguyên lý, nguyên tắc trong
quản lý rừng, sử dụng rừng bền vững cũng ñược phát triển, làm cơ
sở cho việc nghiên cứu vào các ñối tượng cụ thể và ứng dụng.
Tuy nhiên về lĩnh vực này, vẫn còn một số vấn ñề tồn tại cần nghiên cứu,
ñặc biệt là trong nước:
14

 Về ứng dụng viễn thám và GIS ñối với ngành lâm nghiệp ở trong
nước hiện chủ yếu dừng lại ở giải ñoán ảnh vệ tinh, máy bay ñể
lập các bản ñồ trạng thái. Mặc dù ñã có các nghiên cứu ứng dụng
GIS ở nước ta, nhưng chủ yếu vẫn ở các trung tâm lớn với các
công cụ tiên tiến (Tp Hồ chí Minh, Huế, Nghệ An, Hà Nội, ) ở

các lĩnh vực khác nhau: Quản lý lưu vực, quản lý ñất ñai, kinh tế,
ô nhiễm không khí, dự báo lũ lụt. Chưa có nhiều nghiên cứu có
tính hệ thống về việc xây dựng cơ sở dữ liệu và tổ chức ñiều chế
rừng thông qua ảnh vệ tinh và GIS.
 Trong khi ñó ñiều chế rừng ñược gắn với các dữ liệu bản ñồ, tài
nguyên rừng theo không gian và thời gian; và như vậy hoàn toàn
có thể vận dụng GIS và viễn thám ñể quản lý, cập nhật và lập kế
hoạch. Hiện tại quản lý dữ liệu ñiều chế rừng ở các công ty lâm
nghiệp, chủ rừng chủ yếu dựa vào các văn bản, bảng biểu, như vậy
rất khó cập nhật theo thời gian và cũng khó ñể phân tích tài
nguyên và ñưa ra phương án quản lý sử dụng rừng hợp lý.
 Hiện tại việc ñiều chế rừng khi tính toán các thông số khai thác, sử
dụng rừng cũng chỉ dựa vào các chỉ tiêu ñơn giản như trạng thái,
trữ lượng, lượng tăng trưởng bình quân chung, nên việc áp dụng
còn nhiều hạn chế, chưa có áp dụng các giải pháp ñiều chỉnh cấu
trúc rừng, xác ñịnh luân kỳ có cơ sở khoa học, …
Với những tồn tại trong ngành lâm nghiệp như trên, với mong muốn ñóng
góp một phần việc ứng dụng công nghệ trong lâm nghiệp, chúng tôi thực hiện
ñề tài này nhằm xây dựng phương pháp ñể ứng dụng công nghệ GIS và viễn
thám vào công tác ñiều chế rừng.