Ứng dụng công nghệ địa không gian trong đánh giá biến động và đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên rừng ngập mặn tại thị xã quảng yên, tỉnh quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-----  -----

MAI TRỌNG THỊNH

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN
TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG NGẬP MẶN
TẠI THỊ XÃ QUẢNG YÊN, TỈNH QUẢNG NINH

CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG
MÃ SỐ: 60.62.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHÙNG VĂN KHOA


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, các
số liệu và kết quả nghiên cứu của luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2016
Tác giả

Mai Trọng Thịnh

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau 2 năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Lâm nghiệp, bằng
những kiến thức của bản thân cùng sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy
(cô) giáo và sự quan tâm, tạo điều kiện của Ban giám hiệu Trường Cao đẳng
Nông lâm Đông Bắc, đến nay tôi đã hoàn thành luận văn thạc sỹ, tôi xin chân
thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phùng Văn Khoa - Thầy
đã hướng dẫn tôi nghiên cứu khoa học, đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình
thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của quý thầy (cô) giáo Trường Đại
học Lâm nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Nông lâm
Đông Bắc, UBND thị xã Quảng Yên, Phòng kinh tế, Phòng tài nguyên và Môi
trường, Hạt Kiểm lâm thị xã Quảng Yên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất
giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp đã luôn dành sự động viên, giúp đỡ và ủng hộ tôi trong quá trình
học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2016
Tác giả

Mai Trọng Thịnh


iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................. viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ ix
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 3
1. Khái niệm ...................................................................................................... 3
1.1. Khái niệm công nghệ địa không gian: ....................................................... 3
1.1.1. Khái niệm về GPS: .................................................................................. 4
1.1.2. Khái niệm về viễn thám .......................................................................... 4
1.1.3. Khái niệm về GIS .................................................................................... 4
1.2.1. Ứng dụng viễn thám và GIS trên thế giới ............................................... 6
1.2.2. Ứng dụng viễn thám và GIS ở Việt Nam trong đánh giá biến động tài
nguyên rừng....................................................................................................... 7
CHƯƠNG II:MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 10
2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................ 10
2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................................... 10
2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 10
2.2. Đối tượng điều tra khảo sát ...................................................................... 10
2.3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 11
2.3.1. Phạm vi không gian ............................................................................... 11
2.3.2. Phạm vi về thời gian.............................................................................. 11
2.3.3. Phạm vi nội dung .................................................................................. 11
2.4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 11
2.4.1. Đánh giá hiện trạng rừng và đất rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu
giai đoạn 1990 – 2015. .................................................................................... 11

iv

2.4.2. Đánh giá biến động tài nguyên rừng và đất rừng ngập mặn giai đoạn
1990 – 2015 tại khu vực nghiên cứu ............................................................... 11
2.4.3. Dự báo xu thế biến động tài nguyên rừng các năm tiếp theo (10 năm
tiếp theo) .......................................................................................................... 11
2.4.4. Đề xuất một số giải pháp quản lý sử dụng hợp lý rừng và đất ngập mặn
tại khu vực nghiên cứu .................................................................................... 11
2.4.4.1. Giải pháp kỹ thuật .............................................................................. 11
2.4.4.2. Giải pháp quản lý ............................................................................... 12
2.4.4.3 Giải pháp về mặt xã hội ...................................................................... 12
2.5. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 12
2.5.1. Phương pháp kế thừa tài liệu................................................................. 12
2.5.2. Phương pháp viễn thám........................................................................ 13
2.5.2.1. Phương pháp xây dựng khóa giải đoán .............................................. 14
2.5.2.2. Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám ............................................... 15
2.5.2.3. Phương pháp thành lập bản đồ biến động rừng ................................. 15
2.5.2.4. Các bước tiến hành ............................................................................. 16
2.5.2.4.1. Thu thập số liệu ............................................................................... 16
2.5.2.4.2. Nhập dữ liệu .................................................................................... 16
2.5.2.4.3. Chồng lớp và phân tích dữ liệu ....................................................... 18
CHƯƠNG III: ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................... 21
3.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 21
3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 21
3.1.2. Địa hình, địa mạo .................................................................................. 22
3.1.3. Khí hậu .................................................................................................. 23
3.1.4. Thuỷ văn................................................................................................ 23
3.1.5. Các nguồn tài nguyên khác ................................................................... 24
3.1.5.1. Tài nguyên du lịch.............................................................................. 24

3.1.5.2. Tài nguyên rừng ................................................................................. 25
3.1.5.3. Tài nguyên khoáng sản ...................................................................... 25
3.2. Thực tra ̣ng phát triể n kinh tế xã hô ̣i ......................................................... 26


v

3.2.1 Về kinh tế ............................................................................................... 26
3.2.1.1. Ngành nông nghiệp ............................................................................ 27
3.2.1.2. Ngành Công nghiệp............................................................................ 29
3.2.1.3. Xây dựng nông thôn mới ................................................................... 30
3.2.1.4. Công tác lập quy hoạch ...................................................................... 33
3.2.1.5. Công tác quản lý đất đai - Tài nguyên môi trường, đô thị ................. 34
3.2.2. Về Văn hoá - Xã hội.............................................................................. 34
3.2.2.1. Công tác giáo dục ............................................................................... 34
3.2.2.2. Công tác Y tế, Dân số ........................................................................ 35
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................... 36
4.1. Giải đoán ảnh viễn thám .......................................................................... 36
4.1.1. Tư liệu ảnh viễn thám phục vụ nghiên cứu........................................... 36
4.1.2. Tiền xử lý ảnh viễn thám. ..................................................................... 37
4.1.3. Xây dựng khóa giải đoán ảnh................................................................ 38
4.1.3.1. Xác định mẫu khóa giải đoán cho từng đối tượng ............................. 39
4.1.3.2. Đánh giá mẫu khóa giải đoán ............................................................. 43
4.1.4. Thực hiện giải đoán ảnh viễn thám theo mẫu khóa giải đoán .............. 46
4.1.5. Đánh giá độ chính xác kết quả sau phân loại ........................................ 47
4.1.6. Thành lập mẫu khóa giải đoán NDVI ................................................... 50
4.2. Thành lập bản đồ hiện trạng rừng giai đoạn năm 1990 đến năm 2015.... 52
4.3. Biến động diện tích rừng giai đoạn 1990 đến năm 2015 ......................... 61
4.3.1. Cơ sở thành lập bản đồ biến động rừng ................................................ 61
4.3.2. Kết quả thành lập bản đồ biến động diện tích rừng .............................. 66

4.4. Xu hướng biến động rừng giai đoạn 2015 đến năm 2025. ...................... 74
4.5. Giải pháp quản lý sử dụng rừng và đất rừng ngập mặn hợp lý................ 76
4.5.1 Giải pháp về quản lý .............................................................................. 76
4.5.2 Giải pháp về kỹ thuật ............................................................................. 77
4.5.2.1 Nâng cao chất lượng rừng ngập mặn .................................................. 77
4.5.2.2 Phục hồi lại hiện trạng rừng ngập mặn trong đầm đã bị mất .............. 77


vi

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ ........................ 79
5.1. Kết luận .................................................................................................... 79
5.2. Tồn tại ...................................................................................................... 81
5.3. Khuyến nghị ............................................................................................. 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ BIỂU


vii

BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
THUẬT
NGỮ
VIẾT
TẮT

NGHĨA TIẾNG ANH

NGHĨA TIẾNG VIỆT

UTM

Universal trasverse mercator

Hệ toạ độ chuyển đổi của Mỹ

NDVI

Normalized Difference Vegetation Index.

Chỉ số khác biệt thực vật

GIS

Geographical Information System

Hệ thống thông tin Địa lý

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

KNTTS

Aquaculture zones

Khu nuôi trồng thủy sản

RNM

Mangroves

Rừng ngập mặn


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Khoá giải đoán các đối tượng trên ảnh vệ tinh .............................. 17
Bảng 4.1. Thông tin cơ bản về các ảnh Landsat sử dụng trong nghiên cứu ... 36
Bảng 4.2. Mẫu khóa giải đoán ảnh năm 2015 tổ hợp màu tự nhiên ............... 41
Bảng 4.3. Phân loại để đánh giá chất lượng.................................................... 44
Bảng 4.4. Ma trận sai số các trạng thái giải đoán ........................................... 49
Bảng 4.5. Khóa giải đoán NDVI Thị xã Quảng Yên ...................................... 52
Bảng 4.6. Diện tích các đối tượng năm 1990 Thị xã Quảng Yên ................... 53
Bảng 4.7. Diện tích các đối tượng năm 1995 Thị xã Quảng Yên ................... 54
Bảng 4.8. Diện tích các đối tượng năm 2000 Thị xã Quảng Yên ................... 56
Bảng 4.9. Diện tích các đối tượng năm 2005 Thị xã Quảng Yên ................... 57
Bảng 4.10. Diện tích các đối tượng năm 2010 Thị xã Quảng Yên ................. 59
Bảng 4.11. Diện tích các đối tượng năm 2015 Thị xã Quảng Yên ................. 60
Bảng 4.12. Bảng mã các đối tượng để thực hiện tính toán biến động ............ 64
Bảng 4.13. Tổng hợp biến động diện tích rừng giai đoạn 1990 - 1995 .......... 67
Bảng 4.14. Tổng hợp biến động diện tích rừng giai đoạn 1995 - 2000 .......... 69
Bảng 4.15. Tổng hợp biến động diện tích rừng giai đoạn 2000 - 2005 .......... 70
Bảng 4.16. Tổng hợp biến động diện tích rừng giai đoạn 2005 - 2010 .......... 71
Bảng 4.17. Tổng hợp biến động diện tích rừng giai đoạn 2010 - 2015 .......... 72
Bảng 4.18. Tổng hợp biến động diện tích rừng giai đoạn 1990 - 2015 .......... 74

ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám và thành lâp bản đồ hiện
trạng rừng bằng ảnh Landsat ........................................................................... 20
Hình 3.1. Bản đồ hiện trạng khu vực nghiên cứu ........................................... 21
Hình 4.1. Công cụ chọn mẫu khóa trong Erdas Image ................................... 40
Hình 4.2. Cửa sổ Signature Separability ......................................................... 44
Hình 4.3. Bảng khác biệt các đối tượng mẫu khóa ......................................... 45
Hình 4.4. Bản đồ giải đoán ảnh Thị Xã Quảng Yên năm 2015 ...................... 47
Hình 4.5. Công cụ tính NDVI trong phần mềm ArcGis. ................................ 51
Hình 4.6. Bản đồ NDVI Quảng Yên năm 2015 .............................................. 51
Hình 4.7. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 1990 .................... 52
Hình 4.8. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 1995 .................... 54
Hình 4.9. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 2000 .................... 55
Hình 4.10. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 2005 .................. 57
Hình 4.11. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 2010 .................. 58
Hình 4.12. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 2015 .................. 60
Hình 4.13. Công cụ Polygon to Raster............................................................ 63
Hình 4.14. Công cụ Reclassify mã hóa các trạng thái đối tượng.................... 64
Hình 4.15. Bảng tính diện tích các trạng thái thay đổi rừng ........................... 66
Hình 4.16. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 1990 – 1995 ............................. 67
Hình 4.17. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 1995 – 2000 ............................. 68
Hình 4.18. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2000 – 2005 ............................. 69
Hình 4.19. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2005 – 2010 ............................. 70
Hình 4.20. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2010 – 2015 ............................. 72
Hình 4.21. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 1990 – 2015 ............................. 73

1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Rừng ngập mặn là một hệ sinh thái rừng đặc biệt mà Việt Nam là một
trong những Quốc gia được thiên nhiên ban tặng. Rừng ngập mặn chỉ có ở các
nước nhiệt đới, á nhiệt đới và có vai trò bảo vệ môi trường, con người, đặc
biệt trong bảo vệ bờ biển các vùng duyên hải.
Việt Nam, với bờ biển dài hơn 3620 km, phù sa bồi đắp nhiều tạo điều
kiện thuận lợi cho sự phát triển rừng ngập mặn kinh tế biển. Rừng ngập mặn
có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sống cho các loài động
thực vật và cung cấp nguồn thức ăn cho con người, bên cạnh đó rừng ngập
mặn có vai trò chắn sóng, tăng lượng bồi đắp phù sa, điều hòa không khí – là
nhân tố góp phần chống lại biến đổi khí hậu.
Hiện nay, quá trình phát triển kinh tế xã hội với tốc độ đô thị hóa diễn
ra ngày càng mạnh, cùng với tốc độ gia tăng dân số nên con người đã khai
thác và sử dụng rừng ngập mặn vào nhiều mục đích khác nhau làm cho diện
tích rừng ngập mặn ngày càng bị thu hẹp, thành phần loài thực vật và chất
lượng rừng ngày càng bị suy giảm.
Gần đây, vấn đề nuôi trồng thủy sản của nhân dân địa phương đang gặp
nhiều khó khăn do tình trạng ô nhiễm môi trường sống tại các khu đầm và
vùng nước ven biển. Tình trạng bệnh dịch của các loài thủy sản đang ngày
càng xuất hiện với tần suất lớn hơn, các bãi bồi ngày càng bị thu hẹp, nguyên
nhân chủ yếu là do rừng ngập mặn đã bị khai thác quá mức làm giảm chức
năng bảo vệ môi trường sống, hơn nữa vấn đề nuôi trồng thủy sản đang có sự
mâu thuẫn rất lớn giữa các cộng đồng nên hiệu quả đạt thấp.
Với vị trí địa lý là một bán đảo, thị xã Quảng Yên là một trong những
khu vực có diện tích rừng ngập mặn lớn của tỉnh Quảng Ninh. Rừng ngập
mặn có vai trò lớn đối với người dân địa phương: bảo vệ đê biển, góp phần

2

làm giảm biến đổi khí hậu, cung cấp nguồn lợi thủy sản… Tuy nhiên, thời
gian gần đây do nhiều yếu tố khách quan, chủ quan đã làm diện tích rừng
ngập mặn bị thay đổi đáng kể chủ yếu theo hướng tiêu cực làm cho vai trò của
rừng ngập mặn bị suy giảm đáng kể. Hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý rừng
ngập mặn đang còn nhiều hạn chế, chủ yếu dự vào bản đồ hiệu trạng bằng
giấy và quan sát thực tế, ít có cơ sở dữ liệu lưu trữ, chưa ứng dụng được các
kỹ thuật hiện đại để theo dõi biến động tài nguyên rừng. Trong khi đó, việc
tìm kiếm giải pháp quản lý và sử dụng hiệu quả rừng ngập mặn tại địa phương
đang được các nhà khoa học, nhà quản lý và người dân địa phương quan tâm.
Công nghệ địa không gian góp phần thành lập được các bản đồ hiện
trạng trước đây mà hiện tại chúng ta không có tài liệu lưu trữ hoặc không thể
xác định được bằng phương pháp truyền thống, từ đó xác định được biến
động rừng hàng năm hoặc trong một giai đoạn nhất định trong quá khứ, giúp
cho công tác dự báo xu thế biến động tài nguyên rừng có cơ sở hơn.
Xuất phát từ cơ sở thực tiễn trên, tôi tiến hành chọn đề tài “Ứng dụng
công nghệ địa không gian trong đánh giá biến động và đề xuất giải pháp
quản lý tài nguyên rừng ngập mặn tại thị xã Quảng Yên, tỉnh Quảng
Ninh” nhằm đánh giá về thực trạng diện tích, biến động tài nguyên rừng, đất
bồi đắp trong 20 năm gần đây, thành phần loài, sự phân bố chính sách quản lý
rừng ngập mặn tại địa phương để làm sơ sở đề xuất các giải pháp khai thác, sử
dụng rừng ngập mặn một cách hiệu quả.


3

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1. Khái niệm

1.1. Khái niệm công nghệ địa không gian:
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là
GIS) được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong
những năm lại đây. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều
hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS
có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh
nghiệp, các cá nhân... đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể
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 được gắn với một nền hình học (bản đồ)
nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào.
Có nhiều cách tiếp cận khác nhau khi định nghĩa GIS. Nếu xét dưới góc
độ hệ thống, thì GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm các thành phần:
con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình-kiến thức
chuyên gia nơi tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ
trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến
thức về công nghệ thông tin.
Khi xây dựng một hệ thống GIS ta phải quyết định xem GIS sẽ được
xây dựng theo mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực
hiện nào. Chỉ trên cơ sở đó người ta mới quyết định xem GIS định xây dựng
sẽ phải đảm đương các chức năng trợ giúp quyết định gì và cũng mới có thể
có các quyết định về nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống
cũng như cơ cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển hệ
thống GIS. Với một xã hội có sự tham gia của người dân và quá trình quản lý


4

thì sự đóng góp tri thức từ phía cộng đồng đang ngày càng trở nên quan trọng
và càng ngày càng có vai trò không thể thiếu.
1.1.1. Khái niệm về GPS:

Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - 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, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được
khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.
1.1.2. Khái niệm về viễn thám
Viễn thám được hiểu là một khoa học và công nghệ để thu nhận thông
tin về đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng nghiên cứu thông qua việc phân
tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện, kỹ thuật không tiếp xúc trực
tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu.
1.1.3. Khái niệm về GIS
Trong những năm gần đây, Hệ thông tin địa lý (Geography information
system-GIS) đã phát triển rất mạnh mẽ về lý thuyết, kỹ nghệ cũng như tổ
chức. Đồng thời GIS được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau
như nghiên cứu địa chất, địa lý, nông nghiệp, đô thị, giao thông, thực vật, địa
chính, kinh tế. Có nhiều khái niệm khác nhau về GIS của nhiều tác giả khác
nhau nhưng về bản chất thì GIS bao gồm các thành phần cấu thành cơ bản sau:
- Phần cứng máy tính bao gồm các thành phần vật lý của máy tính và
các thiết bị ngoại vi khác (máy in, scanner, máy vẽ. . .)
- Phần mềm GIS là các chương trình máy tính thực hiện các công viêc
chuyên môn của GIS, thực hiên các chức năng thu nhận và lưu trữ các dữ liệu
không gian cũng như thuộc tính, các thao tác xử lý số liệu, mô hình số độ
cao.v.v.. Có thể kể ra một số phần mềm chuyên dụng GIS như Arc/Info,
Map/Info, Arcview...


5

- Dữ liệu GIS bao gồm các dữ liệu không gian (ảnh, bản đồ. . .) và dữ
liệu thuộc tính (các đặc điểm, tính chất của các đối tượng không gian, các quá

trình, hiện tượng xảy ra ở các đối tượng không gian đó) của các đối tượng
được nghiên cứu.
Ảnh vệ tinh là dữ liệu dạng raster, được chụp theo phương pháp chụp
toàn cảnh bằng máy chụp ảnh quang học gắn trên các vệ tinh ngoài vũ trụ. Đã
có nhiều thế hệ vệ tinh của nhiều quốc gia, công ty quốc tế được phóng vào
không gian để thực hiện việc chụp ảnh này, nh- là các vệ tinh Landsat (Mỹ),
SPOT (Pháp), SOJZU (Nga)... Tới nay, đã có tất cả 8 vệ tinh Landsat đã được
phóng vào quỹ đạo. Trong luận văn này, tác giả sử dụng ảnh vệ tinh Landsat
TM chụp từ vệ tinh Landsat 5. Ảnh Landsat TM quét đa phổ được chia thành
7 kênh (band) dùa theo độ lớn của bước sóng ánh sáng trong giải quang phổ.
Trong mỗi kênh, các đối tượng thể hiện các đặc trưng bức xạ, phản xạ hay
hấp thụ ánh sáng khác nhau. Điều này giúp cho việc lựa chọn những kênh phù
hợp để tạo lên một ảnh tổ hợp màu theo những mục đích khác nhau. Ảnh tổ
hợp màu Landsat TM thường được tạo ra với ba kênh khác nhau trong các lớp
màu đỏ, xanh lam và xanh da trời (red-green-blue). - Người sử dụng: Đây là
yếu tố mang tính chất quyết định, là người thiết kế và thực hiện các thao tác
kỹ thuật để có được kết quả theo các yêu cầu khác nhau. Các hợp phần trên
nằm trong mối quan hệ tương tác chặt chẽ với nhau tạo thành Hệ thống thông
tin địa lý. Nếu thiếu một trong hợp phần trên thì GIS sẽ ngừng hoạt động hoặc
chỉ là một hệ thống chết. Theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật bốn hợp
phần trên cũng được được phát triển mạnh mẽ, tạo lên một Hệ thông tin địa lý
cũng được phát triển hơn, thực hiện được các chức năng ưu việt hơn, nhanh
hơn, mạnh hơn, tiện lợi và dễ dàng hơn trong vận hành và sử dụng.
Như vậy ta có thể hiểu một cách khái quát về GIS như sau: Hệ thống
thông tin địa lý là tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm máy tính, dữ


6

liệu địa lý và các thủ tục của người sử dụng nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu

trữ, quản lý, xử lý, phân tích, hiện thị các thông tin không gian từ thế giới
thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con
người đặt ra.
Ngoài ra còn một số định nghĩa về GIS của một số tác giả như sau:
- Theo Burrough (1986) thì GIS là “Tập hợp các công cụ để thu nhập,
lưu trữ, tra cứu, chuyển đổi và biểu thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực”.
- Parker (1988) định nghĩa GIS như một “kĩ nghệ thông tin nhằm lưu
trữ, phân tích và biểu thị dữ liệu không gian và phi không gian”.
- Aronoff (1989) quan niệm GIS là “bất kỳ một phương thức trên sách
tra khảo hoặc máy tính dùng để lưu trữ, thao tác các dữ liệu tham chiếu địa lý”
1.2.1. Ứng dụng viễn thám và GIS trên thế giới
Các nước tiên tiến ứng dụng viễn thấm đầu tiên là: Mỹ, Nga, Ấn Độ,
Canada, Nhât, và mới đây có thêm Trung Quốc … việc ứng dụng kết hợp
công nghệ viễn thám và GIS đã trở thành công nghệ hoàn chỉnh, được sử
dụng rộng rãi không chỉ để theo dõi, kiểm kê, dự báo, quản lý các tài
nguyên trên đất liền mà còn hướng dần ra biển và đại dương. Ứng dụng sử
dụng tư liệu viễn thám đa phổ, đa thời gian để theo dõi biến động bề mặt
địa lý tự nhiên trên mặt đất đã được hình thành trên thế giới ngay từ khi các
vệ tinh quan sát Trái Đất đầu tiên được đưa lên vũ trụ. Trên thế giới, đã có
rất nhiều các công trình khoa học nghiên cứu về lĩnh vực này và đã rất
thành công.
Khả năng sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS không chỉ áp
dụng nghiên cứu bề mặt địa lý nói chung hay biến động tài nguyên rừng, biển
nói riêng mà nó còn được áp dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực như quản lý tài
nguyên và môi trường, cảnh báo ngập lụt. Từ những năm 70 của thể kỷ XX,
khi ảnh vệ tinh và phương pháp viễn thám được sử dụng ngày càng rộng rãi


7

thì nó cũng được ứng dụng trong các lĩnh vực lâm nghiệp - từ khâu kiểm kê,
tìm, chọn vị trí đến khâu quy hoạch sử dụng tài nguyên rừng. Tuy nhiên việc
ứng dụng viễn thám và GIS vào vấn đề lâm nghiệp nói chung là rất khó khăn
vì nó đòi hỏi đội ngũ chuyên gia của nhiều ngành nghề, kỹ thuật cao. Chính vì
vậy, xu thế của nhiều nước phát triển hiện nay là phối hợp nghiên cứu ứng
dụng công nghệ viễn thám và GIS vào các chuyên ngành và lĩnh vực cụ thể.
1.2.2. Ứng dụng viễn thám và GIS ở Việt Nam trong đánh giá biến động tài
nguyên rừng
Ở Việt Nam hiện nay cũng đã có rất nhiều công trình khoa học ứng
dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý như: Nghiên cứu quy hoạch
đô thị Hà Nội (TS. Đinh Thị Bảo Hoa), nghiên cứu sự biến động bề mặt địa
lý, giám sát tài nguyên và môi trường. Các ứng dụng viễn thám và GIS trong
lĩnh vực nghiên cứu biến động tài nguyên rừng, đất rừng ngập mặn mặc dù
còn chưa nhiều nhưng cũng đã được đề cập đến như: xác định biến động
đường bờ vùng Tiền Hải - Thái Bình, công tác quản lý vùng bờ tỉnh Nam
Định hay nghiên cứu sự sạt lở bờ sông Tiền, sông Hậu thuộc tỉnh Vĩnh Long.
Các công trình này đã thể hiện được tính ưu việt của tư liệu ảnh viễn thám kết
hợp với GIS trong khả năng ứng dụng của nó. Các công trình nghiên cứu biến
động tập trung vào việc sử dụng các tư liệu ảnh đa thời gian cũng như ảnh của
nhiều vệ tinh khác nhau để nghiên cứu biến động lớp phủ thực vật như biến
động tài nguyên rừng, biến động sử dụng đất, biến động đường bờ biển, biến
động rừng ngập mặn, nghiên cứu biến động về hiện trạng sử dụng đất....
Công cụ viễn thám và GIS với các phần mềm có các chức năng phân
tích, xử lý dữ liệu mạnh ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực khác nhau. Trong những năm gần đây, GIS được sử dụng nh­ một công
cụ đắc lực trong công tác nghiên cứu, quản lý, khai thác cũng nh­ bảo vệ môi


8

trường. Các bản đồ quy hoạch, bản đồ xói mòn đất tiềm năng, bản đồ hiện
trang rừng, hiện trạng giao thông.v.v. có thể được thành lập bằng công cụ GIS.
Đối với việc nghiên cứu vùng duyên hải nói chung và nghiên cứu đất
ngập nước nói riêng, công cụ GIS cũng được áp dụng, tuy chưa nhiều nhưng
đã mang lại những hiệu quả đáng kể. Từ năm 1990, GIS đã được một số tác
giả thuộc Viện Địa lý ứng dụng để đánh giá tài nguyên ven đồng bằng sông
Hồng. Năm 1996 tác giả Nguyễn Hoàn, Vũ Văn Phái và những người khác đã
tiến hành nghiên cứu biến đổi địa hình và quá trình hình thành các cồn bãi ở
khu vực cửa sông Hồng, trong đó sử dụng GIS như một trong các phương
pháp nghiên cứu chính để phân tích ảnh vệ tinh, phân tích số liệu địa hình
thuộc nhiều giai đoạn khác nhau để xác định biến động sử dụng đất và tài
nguyên theo không gian và thời gian.
Có thể nói việc kết hợp nghiên cứu tư liêu lịch sử, nghiên cứu, phỏng
vấn thực địa với ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá, phân tích và dự
báo biến động các yếu tố môi trường làm cho kết quả đạt được chính xác hơn,
nhanh hơn và cập nhật hơn.
Nghiên cứu biến động được sử dụng trong các đề tài có thể ở dưới dạng
quan tâm đến các thông tin thu nhận được ở các thời điểm khác nhau, từ đó
chiết xuất các thông tin về lớp phủ rừng ở các thời điểm khác nhau, chồng
chập các lớp thông tin này để tìm ra biến động. Tuy nhiên, việc áp dụng
chúng vào những hoàn cảnh cụ thể cũng rất cần được nghiên cứu để tìm ra
những cách tiếp cận hợp lý, hiệu quả và đánh giá khả năng của chúng một cách
đúng đắn. Trong khuôn khổ luận văn cao học, tác giả đề cập đến việc sử dụng
ảnh viễn thám đa thời gian kết hợp với GIS để nghiên cứu biến động tài nguyên
rừng, đất rừng ngập mặn từ đó đề xuất giải pháp quản lý, sử dụng hợp lý.


9

Ở Nước ta việc xác định biến động tài nguyên rừng nói chung, rừng

ngập mặn nói riêng cũng đã được quan tâm, tuy nhiên với các phương pháp
truyền thống là đo đạc trực tiếp từ hiện trường và đo đạc ở nhiều thời điểm
khác nhau rất khó khăn, tốn kém và thiếu độ chính xác. Mặt khác không có
thể đo đạc trực tiếp biến động tài nguyên rừng trong một thời gian dài (vài
chục năm) sẽ dẫn đến những sai sót tạo ra những quyết định sai trong quản lý,
sử dụng rừng. Với việc ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến
biến động tài nguyên rừng, đất rừng ngập mặn từ đó trợ giúp ra quyết định
quản lý sử dụng hợp lý rừng ngập mặn có ý nghĩa thực tiễn và rất cần được
ứng dụng rộng rãi.


10

CHƯƠNG II:
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu chung
Góp phần nâng cao hiệu quả quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên rừng
ngập mặn.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể
Ứng dụng công nghệ không gian địa lý GIS vào việc giải đoán ảnh viễn
thám thành lập bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng tại thị xã Quảng Yên – Tỉnh
Quảng Ninh giai đoạn 1990 – 2015.
Dự báo xu thế biến động tài nguyên rừng và đất rừng ngập mặn trong
10 năm tiếp theo.
Để xuất giải pháp quản lý sử dụng hợp lý rừng và đất rừng ngập mặn
tại khu vực nghiên cứu.
2.2. Đối tượng điều tra khảo sát
Đối tượng điều tra khảo sát của đề tài là dải đất ngập nước ven biển

thuộc khu vực thị xã Quảng Yên – tỉnh Quảng Ninh bao gồm: Điều tra diện
tích rừng, đất ngập mặn của các năm từ 1990 – 2015 từ đó xác định sự biến
động tài nguyên rừng và đất ngập mặn. Cùng nằm trong tình trạng chung của
các vùng đất ngập nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đây là khu hệ sinh
thái rất nhạy cảm, dễ bị biến đổi bởi các tác động nhân sinh cũng như tự
nhiên, đặc biệt là các tác động nhân sinh. Đất ngập nước ở khu vực này có thể
được sử dụng cho các mục đích khác nhau như rừng ngập mặn (mọc tự nhiên
hoặc trồng), ao đầm nuôi trồng thuỷ sản, hệ thống thuỷ văn, đường giao
thông, các bãi bùn hay các bãi bồi còn để trống.


11

2.3. Phạm vi nghiên cứu
2.3.1. Phạm vi không gian
Do thời gian và kinh phí, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu biến động diện
tích rừng và biến động đất rừng ngập mặn tại các xã, phường thuộc thị xã
Quảng Yên tỉnh Quảng Ninh.
2.3.2. Phạm vi về thời gian
Đề tài thực hiện từ tháng 4 năm 2015 – tháng 11 năm 2015, xác định
hiện trạng tài nguyên rừng và đất ngập mặn tại các năm 2015, 2010, 2005,
2000, 1995 và 1990.
2.3.3. Phạm vi nội dung
Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu biến động về diện tích rừng ngập mặn,
độ tàn che và biến động diện tích đất rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu.
2.4. Nội dung nghiên cứu
2.4.1. Đánh giá hiện trạng rừng và đất rừng ngập mặn tại khu vực nghiên
cứu giai đoạn 1990 – 2015.
Xác định diện tích rừng và đất rừng năm 2015, 2010, 2005, 2000,
1995, 1990.

2.4.2. Đánh giá biến động tài nguyên rừng và đất rừng ngập mặn giai đoạn
1990 – 2015 tại khu vực nghiên cứu
Đánh giá biến động về diện tích rừng ngập mặn.
Đánh giá biến động đất ngập mặn.
2.4.3. Dự báo xu thế biến động tài nguyên rừng các năm tiếp theo (10 năm
tiếp theo)
Dự báo về tăng, giảm diện tích rừng ngập mặn trong 10 năm tiếp theo.
2.4.4. Đề xuất một số giải pháp quản lý sử dụng hợp lý rừng và đất ngập
mặn tại khu vực nghiên cứu
2.4.4.1. Giải pháp kỹ thuật


12

Khai thác và sử dựng hợp lý tài nguyên rừng ngập mặn.
Trồng và phục hồi lại diện tích rừng ngập mặn.
Thay đổi phương pháp nuôi trồng thủy sản trong rừng ngập mặn.
Ngăn chặn các hành vi phá rừng, đất ngập mặn làm mục đích khác.
2.4.4.2. Giải pháp quản lý
Thành lập ban quản lý rừng ngập mặn chuyên trách.
Quy hoạch quản lý sử dụng tổng thể khu vực rừng và đất rừng ngập mặn.
2.4.4.3 Giải pháp về mặt xã hội
Nâng cao nhận thức cho người dân địa phương trong công tác quản lý
bảo vệ rừng ngập mặn.
Đảm bảo kế sinh nhai cho người dân địa phương.
2.5. Phương pháp nghiên cứu
Một số phương pháp đã được sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài
như: Thu thập và nghiên cứu tài liệu có liên quan đến vùng nghiên cứu,
phương pháp GPS, viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS), phương pháp điều
tra khảo sát thực địa. Trong đó GPS, Viễn thám và Hệ thông tin địa lý là công

cụ chính để thực hiện các công việc trong suất quá trình nghiên cứu. Các kiến
thức và kỹ thuật, kinh nghiệm về GPS, giải đoán ảnh viễn thám được sử dụng
trong quá trình liên kết dữ liệu (số hoá các đối tượng từ ảnh vệ tinh vùng
nghiên cứu) đầu vào với Hệ thông tin địa lý. Thực địa là bước quan trọng
nhằm kiểm chứng lại kết quả của công việc giải đoán để có thể đưa ra các bổ
sung, chỉnh sửa cần thiết.
2.5.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
Thu thập và nghiên cứu các tài liệu các liên quan đến vùng nghiên cứu.
Tài liệu được thu thập chủ yếu được lưu trữ tại phòng kinh tế và hạt kiểm lâm
thị xã Quảng Yên. Các tài liệu thu thập chủ yếu liên quan đến biến động, hiện
trạng diện tích rừng, đất ngập mặn trong khu vực nghiên cứu.


13

2.5.2. Phương pháp viễn thám
“Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ (ánh
sáng nhiệt, sóng cực ngắn) như một phương tiện để điều tra và đo đạc những
đặc tính của đối tượng”. Mỗi đối tượng trên bề mặt trái đất sẽ có một đặc
trưng riêng về bức xạ, phản xạ hay hấp thu các tia sóng điện từ. Các đặc trưng
này được ghi chụp và được thể hiện dưới dạng ảnh (ảnh vệ tinh, ảnh máy bay;
ảnh số, ảnh giấy...). Từ nguồn dữ liệu ảnh này các chuyên gia có thể phân
loại, chỉ ra các đối tượng khác nhau dựa vào các đặc trưng nêu trên kết hợp
với quan hệ không gian gữa các đối tượng với nhau. Đây chính là quá trình
giải đoán ảnh viễn thám bằng mắt của các chuyên gia. Có một cách thứ hai để
thực hiện công việc giải đoán này là giải đoán tự động bằng các phần mềm
máy tính chuyên dụng.
Điều kiện cơ bản để một người có thể giải đoán được một đối tượng
bằng mắt từ ảnh là họ cần phải nắm vững các đặc điểm về bức xạ của đối
tượng thể hiện trên các loại tư liệu ảnh khác nhau. Có thể sử dụng các dấu

hiệu cơ bản nh­ các yếu tố ảnh (tôn ảnh, cấu trúc hoa văn ảnh, kiểu mẫu, hình
dạng, kích thước, bóng, vị trí, màu sắc… của đối tượng,) và các yếu tố địa kỹ
thuật (Địa hình, thực vật, hiên trạng sử dụng đất, thuỷ văn, các dấu tích biến
động địa chất…) để xây dựng lên “khoá giải đoán”, áp dụng cho cả quá trình
giải đoán.
Công việc giải đoán tự động được thực hiện bằng các phần mềm
chuyên dụng với dữ liệu ảnh số dạng raster (ảnh bao gồm ma trận hàng và cột
của các pixel.). Các phần mềm chuyên dụng có khả năng phân biệt các giá trị
khác nhau của các pixel, theo đó nhóm các pixel có giá trị giống nhau thì thể
hiện cùng một đối tượng. Đó chính là quá trình phân lớp tự động.


14

2.5.2.1. Phương pháp xây dựng khóa giải đoán
Khóa giải đoán được thực hiện qua việc xác định phân tích hình ảnh theo
cấp phổ màu tại các khu vực nghiên cứu trong mỗi khoảng thời gian khác
nhau đối với mỗi trạng thái khác nhau. Để thành lập khóa giải đoán chúng ta
cần áp dụng nghiêm nghặt phương pháp lựa chọn khóa đặc trưng cho từng đối
tượng theo các nguyên tắc về sự khác nhau trong “tone” màu. Mỗi một đối
tượng khác nhau sẽ có sự phản xạ các bước sóng ánh sáng khác nhau, do vậy
chúng tạo ra những độ sắc nét, độ đậm nhạt khác nhau trong mỗi loại màu
sắc. Đây là cơ sở quan trọng để thành lập các khóa giải đoán.
Khóa giải đoán là tập hợp các chuẩn dùng để giải đoán một đối tượng
nhất định. Kết quả giải đoán phụ thuộc vào khóa giải đoán. Mục đích của việc
sử dụng khóa giải đoán là làm chuẩn hóa các kết quả giải đoán của nhiều
người khác nhau. Thông thường khóa giải đoán do những người có kinh
nghiệm và hiểu biết thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã
được điều tra kỹ lưỡng. Tất cả 8 chuẩn giải đoán cùng với các thông tin về
thời gian chụp, tỷ lệ ảnh, mùa chụp đều phải đưa vào khóa giải đoán.

Tư liệu ảnh dùng để giải đoán tốt nhất là ảnh tổng hợp màu. Đặc điểm cơ
bản của ảnh tổng hợp màu là sự mã hóa bằng màu sắc các khác biệt về phổ
của các đối tượng. Ở đây chuẩn giải đoán chính là sự tương phản màu được
nhấn mạnh nhờ sự lựa chọn một cách có ý thức phương án tổng hợp màu.
Trong trường hợp tư liệu gốc thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật nếu sử dụng
phương án tổng hợp màu chuẩn và điều kiện xử lý hóa ảnh chặt chẽ thì màu là
một chuẩn giải đoán tương đối ổn định.
Nhờ khả năng phân biệt cao của màu sắc mà nó có thể truyền đạt các
khác biệt về phổ của đối tượng, ảnh tổng hợp màu có tính trực quan sinh động
hơn ảnh phổ đen trắng. Đối với ảnh phổ chụp ở vùng hồng ngoại, ảnh tổng
hợp màu cho ta bức tranh màu giả không có thực trong tự nhiên.


15

Về màu sắc, ảnh tổng hợp màu so với ảnh màu vệ tinh chụp trên phim màu 3
lớp có nhiều màu sắc hơn với độ tương phản màu cao hơn. So với ảnh đa phổ
thì ảnh tổng hợp màu cũng có nhiều màu sắc hơn và độ tương phản cao hơn,
nhưng lực phân giải lại kém hơn ảnh phổ màu. Khả năng giải đoán các đối
tượng trên ảnh tổng hợp màu phụ thuộc vào nhiệm vụ giải đoán, khả năng
ứng dụng của ảnh tổng hợp màu để giải đoán các đối tượng cụ thể.
2.5.2.2. Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám
Thực hiện giải đoán ảnh viễn thám bằng phần mềm Erdas Image, với
phương pháp phân loại có kiểm định. Thực hiện phân loại ảnh viễn thám cho
năm 2015 với mẫu khóa xác định. Từ kết quả đánh giá độ chính xác của việc
giải đoán thông qua ma trận sai số (Confussion matrix) để xác định chỉ số
Kappa (K).
Tính toán chỉ số NDVI cho năm giải đoán 2015, xác định mẫu khóa
cho các năm tiếp theo không có số liệu GPS thực địa. Chỉ số NDVI được thực
hiện với công thức sau:

NDVI =

𝑁𝐼𝑅−𝑅𝐸𝐷
𝑁𝐼𝑅+𝑅𝐸𝐷

Trong đó:
- NIR: là băng phổ cận hồng ngoại (Near Infra-red);
- Red: là băng phổ thuộc bước sóng đỏ (Red)
2.5.2.3. Phương pháp thành lập bản đồ biến động rừng
Hệ thống thông tin địa lý với khả năng phân tích không gian, được sử
dụng để phân tích và thành lập bản đồ biến động tài nguyên rừng và đất ngập
mặn nhờ việc chồng xếp bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn của các thời gian
khác nhau. Các dữ liệu ảnh đã có toạ độ sẽ được chuyển vào môi trường hệ
thông tin địa lý cùng các dữ liệu phụ trợ khác. Kết quả giải đoán từng thời
điểm sẽ được phân tích bằng phương pháp tính bảng chéo (crossing table) để
tính ra biến động. Tích hợp các thông tin viễn thám với các thông tin kinh tế