Ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu, đánh giá rừng phục vụ giảm phát thải do mất rừng và suy thoái rừng

TRƯỜNG ĐẠII HỌC
H
TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
NG HÀ N
NỘI
KHOA TRẮC
TR
ĐỊA - BẢN ĐỒ

SINH VIÊN:
VIÊN TRẦN DUY MẠNH

ĐỒ ÁN:
ỨNG DỤNG VIỄN
N THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨ
CỨU, ĐÁNH
GIÁ RỪNG PHỤC
CV
VỤ GIẢM PHÁT THẢI DO MẤT RỪNG
NG VÀ SUY
THOÁI RỪNG

Hà Nội - 2015


TRƯỜNG ĐẠII HỌC
H
TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
NG HÀ N
NỘI
KHOA TR

TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

SINH VIÊN:
VIÊN TRẦN DUY MẠNH

ỨNG DỤNG VIỄN
N THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨ
CỨU, ĐÁNH
GIÁ RỪNG PHỤC
CV
VỤ GIẢM PHÁT THẢI DO MẤT RỪNG
NG VÀ SUY
THOÁI RỪNG

Chuyên ngành: Trắc
Tr Địa - Bản Đồ
Mã ngành:

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : ThS. NGUYỄ
ỄN VŨ GIANG

Hà Nội - 2015


MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................. 3
DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................. 6
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. 7
DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ ...................................................................... 8
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 9

1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 9
2. Mục tiêu của đồ án......................................................................................... 10
3. Nội dung nghiên cứu...................................................................................... 10
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 10
5. Giới hạn, phạm vi của đồ án .......................................................................... 11
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................ 11
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... 12
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ RỪNG PHỤC VỤ REDD+ .................................. 13
1.1. Tổng quan về ứng dụng viễn thám và GIS trong lâm nghiệp ....................... 13
1.1.1. Ứng dụng viễn thám và GIS trong sản xuất lâm nghiệp ........................ 13
1.1.2. Ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên rừng và môi trường ................ 15
1.2. Ứng dụng viễn thám và GIS trong REDD+ ................................................. 19
1.2.1. Tìm hiểu về giảm phát thải từ mất rừng và suy thoái rừng (REDD+).... 19
1.2.2. Ứng dụng viễn thám và GIS trong REDD+ .......................................... 24
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG VIỄN
THÁM, GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG VÀ BIẾN ĐỘNG .......... 28
2.1. Một số khái niệm cơ bản về viễn thám và GIS ............................................ 28

3


2.1.1. Giới thiệu về công nghệ GIS ................................................................ 28
2.1.2. Giới thiệu về viễn thám ........................................................................ 29
2.2. Ứng dụng viễn thám và GIS trong giải đoán và phân loại hiện trạng rừng... 34
2.3. Ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá biến động rừng ........................ 37
2.4. Quy trình xử lý ảnh và phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng, biến động
rừng từ ảnh vệ tinh đa thời gian ......................................................................... 38
2.4.1. Thu thập tư liệu ảnh viễn thám ............................................................. 40
2.4.2. Đăng ký hệ tọa độ và lưới chiếu cho ảnh .............................................. 40

2.4.3. Giải đoán ảnh để phân loại thảm phủ thực vật, trạng thái rừng ............. 40
2.4.4. Đánh giá độ chính xác kết quả phân loại .............................................. 40
2.4.5. Thành lập bản đồ hiện trạng và chồng xếp để đánh giá biến động rừng 41
2.4.6. Biên tập và thống kê............................................................................. 41
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG THÀNH LẬP BẢN
ĐỒ HIỆN TRẠNG VÀ BIẾN ĐỘNG RỪNG PHỤC VỤ REDD+.................... 42
3.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu ............................................................... 42
3.1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................ 42
3.1.2. Điều kiện kinh tế, xã hội ..................................................................... 43
3.2. Dữ liệu sử dụng .......................................................................................... 44
3.3. Phương pháp, quy trình thực hiện. .............................................................. 44
3.3.1. Hiển thị ảnh ......................................................................................... 46
3.3.2. Tăng cường chất lượng ảnh .................................................................. 46
3.3.4. Cắt ảnh theo ranh giới hành chính ........................................................ 46
3.3.5. Xây dựng mẫu giải đoán ...................................................................... 47
3.3.6. Chọn mẫu và tiến hành phân loại ảnh ................................................... 49

4


3.3.7. Đánh giá kết quả phân loại .................................................................. 51
3.3.8. Thành lập bản đồ hiện trạng ................................................................. 52
3.3.9. Thành lập bản đồ biến động ................................................................. 53
3.4. Kết quả thực hiện ........................................................................................ 54
3.5. Thảo luận .................................................................................................... 57
3.5.1. Thống kê kết quả.................................................................................. 57
3.5.2. Nhận xét .............................................................................................. 58
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 62

5


DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
REDD

: Reducing Emission from Deforestation and ForestDegradation

(Giảm phát thải từ mất rừng và suy thoái rừng)
GIS

: Geographic Information System (Hệ thông tin địa lý)

UNFCCC

: United Nations Framework Convention on Climate Change(Ủy

ban Liên chính phủ về thay đổi khí hậu)
COP

: Conference of the Parties(Hội nghị các bên tham gia)

WB

: World Bank (Ngân hàng thế giới)

PTNT

: Phát triển nông thôn

UN-REDD

: United NationsReducing Emission from Deforestation and

ForestDegradation (Giảm phát thải từ mất rừng và suy thoái rừng của Liên Hợp
Quốc)
FCPF

: Forest Carbon Partnership Facility (Quỹ đối tác carbon trong lâm

nghiệp)
Bộ NNPTNT

: Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

RS

: Remote sensing (Viễn thám)

NDVI

: Normalized Difference Vegetation Index (Chỉ số thực vật)

DN

: Digital Number (Giá trị độ xám)

HRS

: High Resolution Stereoscopic (Độ phân giải cao máy ảnh lập thể)

DEM

:Digital Elevation Model (Mô hình số độ cao)

NIR

: Near Infrared Spectroscopy (Cận hồng ngoại)

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.2. Các đối tượng giải đoán ........................................................................ 48
Bảng 3.3. Các khóa giải đoán ................................................................................ 48
Bảng 3.4. Ma trận sai số năm 2004 ....................................................................... 51
Bảng 3.5. Ma trận sai số năm 2013 ....................................................................... 52
Bảng 3.6. Thống kê diện tích các đối tượng năm 2004 ........................................... 57
Bảng 3.7. Thống kê diện tích các đối tượng năm 2013 ........................................... 57
Bảng 3.8. Ma trận biến động các lớp đối tượng ..................................................... 58
Bảng 3.9. Trữ lượng hấp thụ phát thải của rừng ngập mặn ................................... 59
Bảng 3.10. Trữ lượng hấp thụ phát thải của rừng ngập mặn khu vực Nhưng Miên
năm 2004-2013...................................................................................................... 60

7


DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong REDD [9] ............... 25
Hình 2.1. Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng ............................................. 30

Hình 2.2. Phản xạ a. toàn phần; b. một phần ......................................................... 32
Hình 2.3. Tán xạ a. toàn phần; b. một phần ........................................................... 32
Hình 2.6. Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ từ ảnh vệ tinh ..................................... 39
Hình 3.1. Vị trí khu vực nghiên cứu ....................................................................... 42
Hình 3.2. Sơđồ quy trình thực hiện ........................................................................ 45
Hình 3.3. Ảnh hiển thị ở tổ hợp màu giả ................................................................ 46
Hình 3.4. Ảnh sau khi đã cắt theo ranh giới hành chính ........................................ 47
Hình 3.5. Chọn mẫu để tiến hành phân loại ........................................................... 49
Hình 3.6. Độ tách biệt giữa các mẫu ..................................................................... 50
Hình 3.7. Ảnh phân loại sau khi lọc nhiễu ............................................................. 50
Hình 3.8. Độ chính xác năm 2004.......................................................................... 51
Hình 3.9. Độ chính xác năm 2013.......................................................................... 52
Hình 3.10. Hiển thị file vector ............................................................................... 53
Hình 3.11. Bản đồ hiện trạng rừng khu vực Nhưng Miên năm 2004 ...................... 54
Hình 3.12. Bản đồ hiện trạng rừng khu vực Nhưng Miên năm 2013 ...................... 55
Hình 3.13. Bản đồ biến động rừng khu vực Nhưng Miên ....................................... 56
Hình 3.14. Biểu đồ phần trăm diện tích các đối tượng năm 2004........................... 57
Hình 3.15. Biểu đồ phần trăm diện tích các đối tượng năm 2013........................... 58

8


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Từ giữa thế kỉ XX, con người đã nhận thức được việc trái đất đang nóng dần
lên. Chính hiện tượng này đã, đang và sẽ gây ra rất nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến hệ
sinh thái cũng như cuộc sống của con người. Hiện tượng nóng lên toàn cầu là sự gia
tăng nhiệt độ bề mặt trung bình của trái đất do khí thải hiệu ứng nhà kính, chẳng
hạn như khí CO2 từ việc đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch khiến trái đất ngày một
nóng hơn. Về bản chất, hiệu ứng nhà kính giữ sức nóng gần với bề mặt trái đất tạo

nên sự sống cho con người và sinh vật. Tuy nhiên, sự phát thải vượt ngưỡng cho
phép của các khí và nhiên liệu hóa thạch (dầu tự nhiên, xăng, dầu, than đá) khiến
hiệu ứng nhà kính làm môi trường toàn cầu nóng lên một cách tiêu cực.
REDD+ hay còn gọi là giảm phát thải từ suy thoái rừng và mất rừng là ý
tưởng để giảm lượng phát thải CO2 từ ngành rừng. REDD+ có tiềm năng to lớn,
không chỉ mang lại lợi ích trực tiếp về giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, mà
còn tác động tích cực cho bảo tồn đa dạng sinh học (rừng), xoá đói giảm nghèo,
phát huy quyền của người dân bản địa và hơn cả làthúc đẩy phát triển bền vững.
Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ phá rừng và suy thoái rừng
(REDD) ở các nước đang phát triển là sáng kiến toàn cầu đã được Hội nghị các
nước thành viên lần thứ 13 (COP13) của Công ước khung Liên hợp quốc về biến
đổi khí hậu (UNFCCC) và nghị định thư Kyoto thông qua tại Ba-li (Indonesia) năm
2007. Theo đó, nghị định thư cho thấy một thỏa thuận quốc tế cho giai đoạn 20082012 nhằm làm chậm quá trình biến đổi khí hậu. Theo nghị định thư, các nước công
nghiệp đã nhất trí giảm 5,2% tổng lượng khí nhà kính do họ thải ra so với mức năm
1990.
Rừng đóng vai trò quan trọng vào quá trình phát triển thông qua việc cung
cấp gỗ, lâm sản ngoài gỗ, các dịch vụ môi trường (đa dạng sinh học, điều tiết nguồn
nước, chống xói mòn, du lịch sinh thái). Bên cạnh đó thì rừng còn là nguồn cung
cấp năng lượng quan trọng và là bể chứa, hấp thụ, lưu giữ khí CO2.

9


Cùng với đó,rừng ngập mặn là hệ sinh thái chuyển tiếp giữa môi trường biển
và môi trường nướcngọt,là các dải phòng hộ bảo vệ đấtnông nghiệp, khu dân cư, đê
biển khỏi tác hại củabão và xói, đồng thời thúc đẩy quá trình bồi tụven biển và mở
rộng đất ra phía biển; có vai trò to lớn về kinh tế và sinh thái - môi trường nhưng do
nhiều nguyên nhânnhư: phá rừng để làm đầm nuôi tôm, sản xuất nông nghiệp, đồng
muối, do đô thị hóa, khaithác quá mức diện tích và chất lượng rừng ngập mặn nước
ta ngày càng giảm sút. Ở Việt Nam, tỉnh Cà Mau có thể được coi là là khu vực có

diện tích lớn về rừng ngập mặn.
Việc ứng dụng các tiêu chí của REDD+ cho một tỉnh có lượng rừng ngập
mặn phong phú như Cà Mau là vấn đề hết sức có tiềm năng trong việc cải thiện các
phương án đối phó với ảnh hưởng tiêu cực của nóng lên toàn cầu tại Việt Nam.
Chính vì vậy em chọn đề tài “Ứng dụng Viễn thám và GIS trong nghiên cứu,
đánh giá rừng phục vụ REDD+ (giảm phát thải do mất rừng và suy thoái rừng)”.
2. Mục tiêu của đồ án
Mục tiêu được đặt ra bao gồm những nội dung sau:
- Tìm hiểu khả năng ứng dụng viễn thám và GIS trong công tác lâm nghiệp.
- Ứng dụng viễn thám và GIS trong phân loại hiện trạng, đánh giá biến động rừng.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan ứng dụng GIS và viễn thám trong công tác lâm nghiệp và
quản lý tài nguyên rừng.
- Tìm hiểu về giảm phát thải từ mất rừng và suy thoái rừng (REDD+).
- Quy trình thành lập bảnđồ hiện trạng, bảnđồ biếnđộng rừng bằng công nghệ viễn
thám và GIS.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu.
- Phương pháp viễn thám trong giải đoán và phân loại rừng từ ảnh vệ tinh.
- Phương pháp GIS nhằm mục đích tính toán để đánh giá được biến động rừng.
- Phương pháp kế thừa.

10


5. Giới hạn, phạm vi của đồ án
- Khu vực nghiên cứu: Vàm Nhưng Miên thuộc xã Viên An Đông - huyện Ngọc
Hiển- tỉnh Cà Mau.
- Do thời gian thực hiện hạn chế, nên góc độ tiếp cận vẫn còn mang tính lý thuyết
chưa đi sâu vào khảo sát thực nghiệm.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Từ việc đánh giá biến động hiện trạng rừng của khu vực nghiên cứu từ đó
đánh giá được khả năng ứng dụng của công nghệ viễn thám và GIS trong quy trình
thành lập bản đồ hiện trạng, biến động rừng.

11


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các anh chị trong phòng Công nghệ Viễn
thám, GIS & GPS, Viện Công nghệ Vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Namđã tạo điều kiện và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập,
đặc biệt là sự hướng tận tình của Ths. Nguyễn Vũ Giang trong quá trình thực hiện
và hoàn thành đồ án.
Tôi xin được cảm ơn các thầy cô trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội cũng như các thầy cô trong khoa Trắc Địa - Bản Đồ đã truyền đạt
kiến thức cũng như giảng dạy cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn bên cạnh,
khích lệ, động viên tôi hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp.

12