ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------

LÊ QUANG TOAN

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
TRONG QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP
HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

Hà Nội, 2019

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------

LÊ QUANG TOAN

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
TRONG QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP
HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG
LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ
Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám và Hệ thông tin địa lý
Mã số: 62 44 02 14
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS. Phạm Văn Cự

2. TS. Bùi Quang Thành

Hà Nội, 2019

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.

Nghiên cứu sinh

Lê Quang Toan

iii


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến hai Thày: PGS.TS.
Phạm Văn Cự và TS. Bùi Quang Thành, đã luôn động viên, chỉ bảo và hướng dẫn
tận tình cả về chuyên môn và nhiều lĩnh vực khác trong cuộc sống để giúp tôi hoàn
thành luận án này. Đặc biệt là PGS.TS. Phạm Văn Cự đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi
bảo vệ thành công Khóa luận tốt nghiệp Đại học cũng như Luận văn cao học tại
Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQGHN.
Trong suốt quá trình thực hiện luận án tôi cũng đã nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ, động viên và đóng góp ý kiến từ nhiều cá nhân và tập thể trong đó có: các

thày, cô trong Khoa Địa lý, Phòng Sau đại học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, ĐHQGHN; Viện Địa lý – Viện Hàn lâm KHCNVN; Viện Địa lý Tài nguyên
HCM – Viện Hàn lâm KHCNVN; Trường Đại học Mỏ địa chất; Viện Môi trường
nông nghiệp – Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam; Học Viện Kỹ thuật quân sự Bộ Quốc phòng; Viện Việt Nam học và Khoa học phát triển, ĐHQGHN; Trung tâm
Nhiệt đới Việt Nga; Hội Địa lý Việt Nam; Trung tâm vũ trụ Việt Nam – Viện Hàn lâm
KHCNVN; Trường Đại học Tây Nguyên; và các tổ chức, đơn vị đã chia sẻ và cung
cấp dữ liệu sử dụng trong luận án bao gồm: Đề tài TN3-T16 do PGS.TS. Phạm Việt
Hòa làm chủ nhiệm, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lâm Đồng, Sở Nông nghiệp
và Phát triển Nông thôn tỉnh Lâm Đồng, UBND huyện Bảo Lâm, Tổ chức phát triển
Hà Lan (SNV), Cục Viễn thám Quốc gia (RSC), Cơ quan hàng không Châu Âu
(ESA), Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS).
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp tại Phòng Công
nghệ viễn thám, GIS và GPS thuộc Viện Công nghệ vụ trụ, Viện Hàn lâm
KHCNVN và những người thân trong gia đình đã luôn động viên và hỗ trợ tôi trong
suốt quá trình học tập, đặc biệt là người bạn đời và hai con nhỏ của tôi là nguồn
động lực lớn giúp tôi hoàn thành luận án.
Trân trọng cảm ơn!
Lê Quang Toan

iv


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ iii
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... iv
MỤC LỤC .............................................................................................................. v
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1
Mục tiêu, nhiệm vụ .............................................................................................. 2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 3

Những điểm mới của luận án ............................................................................... 4
Các luận điểm bảo vệ .......................................................................................... 4
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................. 5
Cơ sở tài liệu ....................................................................................................... 5
Cấu trúc của luận án ............................................................................................ 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG QUẢN
LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP LÂU NĂM .................................................................... 7
1.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu về ứng dụng viễn thám và hệ thông tin
địa lý trong quản lý cây công nghiệp lâu năm ...................................................... 7
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong
phân tích lớp phủ thực vật và cây công nghiệp lâu năm trên thế giới ................... 7
1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý phân
tích lớp phủ thực vật và cây công nghiệp lâu năm tại Việt Nam ......................... 14
1.1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu đã được thực hiện tại vùng Tây
Nguyên và huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng ....................................................... 15
1.2. Cơ sở lý luận nghiên cứu ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong quản
lý cây công nghiệp lâu năm ............................................................................... 20
1.2.1. Cơ sở khoa học sử dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong luận án .. 20
1.2.2. Đánh giá hiện trạng và xu hướng biến động diện tích cây công nghiệp lâu
năm trong mối quan hệ với biến động lớp phủ rừng........................................... 23
1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .................................................. 28
1.3.1. Cách tiếp cận và quan điểm nghiên cứu được sử dụng trong luận án ....... 28
v


1.3.2. Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án ...................................... 30
1.3.3. Các bước thực hiện nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong quản lý
cây công nghiệp lâu năm ................................................................................... 32
Tiểu kết chương 1.............................................................................................. 34

CHƯƠNG 2. PHÂN LOẠI HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ SỬ DỤNG ẢNH VIỄN
THÁM ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM ĐỒNG ............ 35
2.1. Phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội liên quan đến cây
công nghiệp lâu năm huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng ...................................... 35
2.1.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 35
2.1.2. Phân tích điều kiện kinh tế - xã hội .......................................................... 47
2.2 Phân loại hiện trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng sử dụng ảnh vệ
tinh độ phân giải cao.......................................................................................... 54
2.2.1. Tích hợp thông tin về điều kiện tự nhiên, nông lịch và đặc điểm sinh thái
của cây công nghiệp lâu năm trong phân loại ảnh viễn thám ............................. 54
2.2.2. Xác lập hệ thống chú giải bản đồ hiện trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm ...... 60
2.2.3. Lựa chọn và chuẩn hóa các lớp dữ liệu chuyên đề và dữ liệu thực địa trong
phân loại hiện trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm .................................................... 62
2.2.4. Phân loại hiện trạng lớp phủ theo phương pháp định hướng đối tượng thời
điểm 2011 huyện Bảo Lâm................................................................................. 69
2.2.5. Phân loại hiện trạng lớp phủ theo phương pháp định hướng đối tượng tích
hợp với các thông tin bối cảnh thời điểm 2011 huyện Bảo Lâm ......................... 73
2.2.6. Kiểm chứng độ chính xác của kết quả phân loại hiện trạng lớp phủ năm
2011 theo phương pháp phân loại định hướng đối tượng................................... 78
2.2.7. Đánh giá vai trò các yếu tố bối cảnh khi tích hợp trong phương pháp phân
loại định hướng đối tượng thời điểm năm 2011 huyện Bảo Lâm ........................ 82
2.2.8. Phân loại hiện trạng lớp phủ cho thời điểm thời điểm 2004 và 2016 huyện
Bảo Lâm ............................................................................................................ 87
Tiểu kết chương 2.............................................................................................. 89
CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ XU HƯỚNG BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ PHỤC VỤ
QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP LÂU NĂM HUYỆN BẢO LÂM, TỈNH LÂM
ĐỒNG ................................................................................................................... 90
vi

3.1. Phân tích vai trò của viễn thám và GIS trong nghiên cứu xu thế biến động trong
quản lý cây công nghiệp lâu năm huyện Bảo Lâm ............................................. 90
3.2 Đánh giá hiện trạng và biến động lớp phủ huyện Bảo Lâm thời điểm 2004, 2011
và 2016.............................................................................................................. 93
3.2.1. Thành lập bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ huyện Bảo Lâm từ kết
quả phân loại ảnh viễn thám các thời điểm 2004, 2011 và 2016 ........................ 93
3.2.2. Đánh giá kết quả hiện trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm............................... 98
3.2.3. Đánh giá biến động lớp phủ huyện Bảo Lâm ......................................... 100
3.3. Phân tích định lượng nguyên nhân biến động lớp phủ cây công nghiệp lâu năm
khu vực huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2004-2016 ....................... 106
3.3.1. Lựa chọn các dữ liệu phân tích hồi quy .................................................. 106
3.3.2. Đánh giá kết quả phân tích hồi quy logistic các nhóm biến động lớp phủ
huyện Bảo Lâm giai đoạn 2004-2016 .............................................................. 111
3.4. Các giải pháp quản lý cây công nghiệp lâu năm trên cơ sở nghiên cứu diễn biến
diện tích cây công nghiệp lâu năm huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng................ 117
3.4.1. Phân tích tình hình sử dụng và khai thác tài nguyên thiên nhiên phục vụ
mục tiêu quản lý cây công nghiệp lâu năm tỉnh Lâm Đồng .............................. 118
3.4.2 Phân tích thực trạng phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Lâm Đồng............... 122
3.4.3. Phân tích tác động của quy hoạch sử dụng đất tỉnh Lâm Đồng đến quản lý
cây công nghiệp lâu năm ................................................................................. 124
Tiểu kết chương 3............................................................................................ 127
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 128
PHỤ LỤC........................................................................................................ 141

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Sơ đồ quy trình thực hiện nghiên cứu của luận án .................................. 33

Hình 2. 1 Bản đồ hành chính huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng .............................. 36
Hình 2. 2 Bản đồ độ dốc huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng ..................................... 38

vii


Hình 2. 3 Biến trình nhiệt độ và số giờ nắng trung bình tháng trạm Bảo Lộc [6].... 40
Hình 2. 4 Biến trình lượng mưa và độ ẩm trung bình tháng trạm Bảo Lộc [6]........ 40
Hình 2. 5 Bản đồ mật độ sông, suối huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng (được tính
toán nội suy từ dữ liệu nhóm lớp thủy hệ của bản đồ địa hình cấp huyện-MONRE)
.............................................................................................................................. 42
Hình 2. 6 Bản đồ đất huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng (MONRE, 2010) ................ 44
Hình 2. 7 Bản đồ mật độ dân số năm 2015 huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng [6] .... 48
Hình 2. 8 Bản đồ năng suất cà phê năm 2015 huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng [6] 53
Hình 2. 9 Lịch mùa vụ những cây hàng năm chính ở huyện Bảo Lâm, trong đó PT:
gieo trồng; HV: thu hoạch; (nguồn ảnh sử dụng: [112]) ......................................... 63
Hình 2. 10 Bản đồ các điểm khảo sát thực địa trên nền ảnh vệ tinh SPOT-5 năm
2011 và 2013 tại huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng ................................................. 68
Hình 2. 11 Phân mảnh mức 1 (mầu vàng) và mức 2 cho nhóm không rừng (mầu
tím) trên ảnh SPOT-5 khu vực huyện Bảo Lâm năm 2011 ..................................... 70
Hình 2. 12 Sơ đồ phân cấp bộ quy tắc phân loại ảnh SPOT-5 năm 2011 theo phương
pháp ĐHĐT-1........................................................................................................ 71
Hình 2. 13 Sơ đồ phương pháp phân loại định hướng đối tượng tích hợp các yếu tố
bối cảnh áp dụng cho huyện Bảo Lâm ................................................................... 74
Hình 2. 14 Sơ đồ phân cấp bộ quy tắc phân loại ảnh SPOT-5 năm 2011 theo phương
pháp phân loại ĐHĐT-2 ........................................................................................ 76
Hình 2. 15 So sánh độ chính xác PA và UA theo hai phương pháp ĐHĐT-1 và
ĐHĐT-2 ................................................................................................................ 81
Hình 2. 16 Bản đồ lớp cà phê được cải thiện độ chính xác khi chồng xếp hai kết quả
phân loại theo hai phương pháp ĐHĐT-1 và ĐHĐT-2........................................... 84
Hình 2. 17 Bản đồ lớp chè được cải thiện độ chính xác khi chồng xếp hai kết quả
phân loại theo hai quy trình ĐHĐT-1 và ĐHĐT-2 ................................................. 85

viii


Hình 3. 1 Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2011 huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng
được biên tập từ kết quả phân loại viễn thám ......................................................... 94
Hình 3. 2 Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2016 huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng
được biên tập từ kết quả phân loại ảnh viễn thám .................................................. 95
Hình 3. 3 Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2004 huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng
được biên tập từ kết quả phân loại ảnh viễn thám .................................................. 96
Hình 3. 4 Sơ đồ phân tích biến động lớp phủ huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng ...... 97
Hình 3. 5 Biểu đồ cơ cấu diện tích các loại lớp phủ huyện Bảo Lâm, thời điểm
2004, 2011 và 2016 ............................................................................................... 99
Hình 3. 6 Diện tích đất cây hàng năm năm 2004 trong Bảng 3. 6 trên nền hiện trạng
rừng-không rừng năm 1995 ................................................................................. 104
Hình 3. 7 Thống kê diện tích rừng, cây hàng năm và CCNLN theo từng xã qua 3
thời điểm 2004, 2011 và 2016 ............................................................................. 105
Hình 3. 8 Bản đồ biến động nhóm mất rừng và suy thoái rừng giai đoạn 2004-2016
............................................................................................................................ 108
Hình 3. 9 Bản đồ diện tích mở rộng CCNLN từ đất rừng và đất khác giai đoạn
2004-2016 ........................................................................................................... 109
Hình 3. 10 Bản đồ diện tích mở rộng cây hàng năm từ đất rừng và đất khác giai
đoạn 2004-2016 ................................................................................................... 110
Hình 3. 11 Mối tương quan giữa khả năng xẩy ra mất rừng với một số biến độc lập
............................................................................................................................ 114
Hình 3. 12 Mối tương quan giữa khả năng mở rộng CCNLN với một số biến độc lập
............................................................................................................................ 116

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Đặc trưng một số nguồn ảnh vệ tinh quang học ứng dụng trong lập bản đồ
lớp phủ thực vật [128] ............................................................................................. 7

ix


Bảng 1. 2 Điểm mạnh, yếu của các kỹ thuật thành lập bản đồ thực vật từ các nguồn
dữ liệu khác nhau [126] ........................................................................................... 9
Bảng 1. 3 Các loại chỉ số thực vật phổ biến, trong đó L là số hiệu chỉnh được đặt giá
trị 0.5; a, b là các chỉ số gain và offset ................................................................... 22

Bảng 2. 1 So sánh đặc trưng nhiệt ẩm giữa các khu vực trong tỉnh Lâm Đồng năm
2014 ...................................................................................................................... 40
Bảng 2. 2 Nhiệt độ không khí (T), lượng mưa (P), độ ẩm không khí (H), số giờ nắng
(L) trung bình tháng và năm của một số trạm khí tượng ở Lâm Đồng năm 2014.... 41
Bảng 2. 3 Thống kê diện tích các loại đất huyện Bảo Lâm từ bản đồ đất tỉnh Lâm
Đồng ..................................................................................................................... 43
Bảng 2. 4 Thống kê hiện trạng sử dụng đất năm 2015 huyện Bảo Lâm [6] ............ 46
Bảng 2. 5 Biến động diện tích các loại đất chính theo các năm, huyện Bảo Lâm [6]
.............................................................................................................................. 47
Bảng 2. 6 Tỷ lệ tăng dân số theo các chỉ tiêu khác nhau của huyện Bảo Lâm [6] ... 49
Bảng 2. 7 Phân bố diện tích các loại cây trồng của huyện Bảo Lâm (đơn vị: nghìn
ha) [6].................................................................................................................... 51
Bảng 2. 8 Diện tích CCNLN tại huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng (đơn vị ha) [10] 52
Bảng 2. 9 Sản lượng và năng suất cây lương thực có hạt theo cấp xã năm 2015 [6]
.............................................................................................................................. 52
Bảng 2. 10 Tổng hợp một số yếu tố sinh thái của cà phê và chè ............................. 59
Bảng 2. 11 Chu kỳ sinh trưởng của một số cây công nghiệp lâu năm (đơn vị: năm)
.............................................................................................................................. 59
Bảng 2. 12 Hệ thống phân loại hiện trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm........................ 60
Bảng 2. 13 Thống kê dữ liệu sử dụng trong thành lập bản đồ hiện trạng và biến
động lớp phủ cây công nghiệp lâu năm các thời điểm 2004, 2011 và 2016 ............ 64

x


Bảng 2. 14 Thống kê các loại ảnh vệ tinh sử dụng trong lập bản đồ hiện trạng lớp
phủ huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng ..................................................................... 65
Bảng 2. 15 Các thông số ảnh vệ tinh được sử dụng trong thành lập bản đồ lớp phủ
huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng ............................................................................ 65
Bảng 2. 16 Các thông số phân mảnh ảnh SPOT-5 năm 2011 ................................. 69
Bảng 2. 17 Bảng mô tả các quy tắc phân loại các đối tượng ảnh SPOT-5 năm 2011
.............................................................................................................................. 77
Bảng 2. 18 Độ chính xác kết quả phân loại ảnh SPOT-5 năm 2011 theo phương
pháp phân loại ĐHĐT-1 ........................................................................................ 80
Bảng 2. 19 Độ chính xác kết quả phân loại ảnh SPOT năm 2011 theo phương pháp
phân loại ĐHĐT-2 ................................................................................................. 80
Bảng 2. 20 So sánh độ chính xác UA và PA của hai phương pháp ĐHĐT-1 và
ĐHĐT-2 cho ảnh SPOT-5 năm 2011 huyện Bảo Lâm ........................................... 81
Bảng 2. 21 Diện tích chè và cà phê được cải thiện độ chính xác khi sử dụng phương
pháp ĐHĐT-2 thời điểm năm 2011 huyện Bảo Lâm .............................................. 82
Bảng 2. 22 Thống kê diện tích CCNLN bị phân loại sai khi tích hợp phân tích
không gian với bản đồ 3 loại rừng của FIPI năm 2010. (nguồn: Viện điều tra quy
hoạch rừng– FIPI) ................................................................................................. 83
Bảng 2. 23 Bảng mô tả các quy tắc phân loại các đối tượng ảnh SPOT-5 năm 2004
.............................................................................................................................. 88
Bảng 2. 24 Bảng mô tả các quy tắc phân loại các đối tượng ảnh Sentinel-2A năm
2016 ...................................................................................................................... 88

Bảng 3. 1 Thống kê diện tích hiện trạng lớp phủ các năm huyện Bảo Lâm ............ 98
Bảng 3. 2 Ma trận biến động diện tích lớp phủ thời điểm 2004-2011 ................... 101
Bảng 3. 3 Ma trận biến động diện tích lớp phủ thời điểm 2011-2016 ................... 101

Bảng 3. 4 Ma trận biến động diện tích lớp phủ thời điểm 2004-2016 ................... 101
xi


Bảng 3. 5 Tỷ lệ biến động của một số loại biến động lớp phủ chính trong các giai
đoạn 2004-2011, 2011-2016 và 2004-2016 của huyện Bảo Lâm .......................... 102
Bảng 3. 6 Nguồn gốc đất năm 2004 của diện tích CCNLN tại thời điểm năm 2011
và 2016................................................................................................................ 103
Bảng 3. 7 Nguồn gốc đất cây hàng năm, đất trống năm 2004 trong Bảng 3. 6 trên
bản đồ rừng-không rừng năm 1995 ...................................................................... 103
Bảng 3. 8 Kết phả phân tích hồi quy mối quan hệ một số nhóm biến động giai đoạn
2004-2016 với các yếu tố bối cảnh ...................................................................... 112
Bảng 3. 9 Diễn biến diện tích rừng và tỷ lệ diện tích đất có rừng ......................... 118
Bảng 3. 10 Thống kê hiện trạng sử dụng đất năm 2010........................................ 120
Bảng 3. 11 Thống kê biến động diện tích trung bình CCNLN và rừng qua các năm
trong tỉnh Lâm Đồng ........................................................................................... 120
Bảng 3. 12 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Lâm Đồng năm 2014 [11] ...................... 121
Bảng 3. 13 Thống kê biến động sử dụng đất theo các năm của tỉnh Lâm Đồng [11]
............................................................................................................................ 121
Bảng 3. 14 Sự tăng trưởng chuyển dịch cơ cấu kinh tế Lâm Đồng giai đoạn 19912010 .................................................................................................................... 123
Bảng 3. 15 Quy mô dân số theo đơn vị hành chính [11] ....................................... 123
Bảng 3. 16 Dự báo sử dụng đất đến năm 2030 (đơn vị ha) ................................... 125
Bảng 3. 17 Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp đến năm 2020 tỉnh Lâm Đồng (đơn
vị: ha) .................................................................................................................. 126

xii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TIẾNG VIỆT

BVMT

Bảo vệ môi trường

CCNLN

Cây công nghiệp lâu năm

ĐHĐT

Định hướng đối tượng

ĐKTN

Điều kiện tự nhiên

HTLP

Hiện trạng lớp phủ

HTSDĐ

Hiện trạng sử dụng đất

KTXH

Kinh tế - xã hội

VQG

Vườn Quốc gia

TIẾNG ANH
ASTER

Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflectance

ESA

European Space Agency, Cơ quan vũ trụ Châu Âu

GIS

Geographic Information System - Hệ Thông Tin Địa Lý

GPS

Global Position System – Hệ thống định vị toàn cầu

NDVI

Normalized Difference Vegetation Index, chỉ số thực vật sai phân
chuẩn hóa

PB

Pixel-based, Dựa trên điểm ảnh

SPOT

Systéme Probatoire d’Observation de la Terre, tên vệ tinh cung
cấp ảnh sử dụng trong luận án.

TM

Thematic Mapper, tên bộ cảm của vệ tinh Landsat 5.

UNESCO

United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization,
Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa Liên Hiệp Quốc

UTM

Universal Transverse Mercator, phép chiếu ngang toàn cầu

xiii


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Cây công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội thể
hiện qua giá trị kinh tế cao của các mặt hàng nông sản xuất khẩu từ cây công nghiệp
và hỗ trợ sinh kế cho người dân, đặc biệt là khu vực Tây Nguyên. Các công trình
nghiên cứu từ trước đến nay đã đánh giá Tây Nguyên là vùng đất đặc thù về mặt
văn hóa, dân tộc và có điều kiện tự nhiên rất thuận lợi, tích đất bazan rộng lớn
chiếm tới 60% diện tích đất bazan của cả nước và là vùng chuyên canh cây công
nghiệp lớn nhất Việt Nam, đặc biệt là các loại cây công nghiệp lâu năm (CCNLN)
như: cà phê, chè, hồ tiêu, điều.... Theo số liệu của Cục thống kê tỉnh Lâm Đồng, giá
trị sản xuất nông nghiệp phân theo ngành kinh tế năm 2014 thì ngành trồng trọt

chiếm tới 82,96% giá trị sản xuất nông nghiệp toàn tỉnh [11]. Trong bối cảnh như
vậy, nhu cầu thông tin về hiện trạng và khuynh hướng phát triển cây công nghiệp là
nhu cầu cần được đáp ứng. Tỉnh Lâm Đồng có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc
duy trì sự ổn định cho phạm vi toàn vùng Tây Nguyên và đang đứng trước những
thách thức rất lớn đòi hỏi phải có những công cụ để quản lý thường xuyên sự
chuyển đổi rất phức tạp đất nông nghiệp liên quan đến các diễn biến mất rừng, điển
hình là huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng. Việc hiểu biết khuynh hướng chuyển đổi
giữa rừng và CCNLN hỗ trợ các nhà quản lý ra quyết định điều chỉnh quy hoạch sử
dụng đất cho toàn tỉnh Lâm Đồng và toàn vùng Tây Nguyên.
Để phát triển kinh tế xã hội, diện tích cây công nghiệp đang ngày càng mở
rộng và đặt ra nhiều thách thức trong việc bảo vệ rừng và phát triển bền vững. Rừng
là một trong những tài nguyên vô cùng quan trọng và trong quá trình phát triển,
rừng cũng là một trong những tài nguyên đang bị tàn phá là một phần cốt yếu của sự
biến đổi môi trường toàn cầu và đặt ra thách thức cho sự phát triển bền vững của xã
hội con người [73]. Trong thập kỷ gần đây, sự mở rộng diện tích đất nông nghiệp để
cung cấp các mặt hàng cho thị trường toàn cầu là nhân tố quan trọng làm gia tăng
tình trạng mất rừng [64, 84]. Hơn nữa, diện tích cây công nghiệp ngày càng được
mở rộng và tới một giới hạn nào đó sẽ không mang tính bền vững. Công cụ viễn
thám tích hợp với GIS có thể đáp ứng tốt mục tiêu quản lý cây công nghiệp như

1


theo dõi hiễn trạng, các bước chuyển đổi lớp phủ và xu hướng biến động. Do đó,
quy luật biến động lớp phủ cây công nghiệp trong mối quan hệ với biến động lớp
phủ rừng, và quy luật này có mối quan hệ gì với các yếu tố điều kiện tự nhiên và
kinh tế xã hội sẽ được làm sáng tỏ trong luận án. Sự biến động diện tích cây công
nghiệp có phải là chỉ báo cho biến động lớp phủ rừng tại huyện Bảo Lâm hay
không? Các quy luật biến động này được làm sáng tỏ trên cơ sở ứng dụng viễn thám
và GIS có ý nghĩa khoa học quan trọng phục vụ quản lý cây công nghiệp. Tuy

nhiên, các nghiên cứu trước đây đã cho thấy độ chính xác của kết quả phân loại ảnh
viễn thám một số cây công nghiệp còn thấp, mặc dù đã có kết hợp với một số dữ
liệu tham khảo trong quá trình phân loại [60, 69, 78, 99, 102, 108, 120]. Do đó,
trong luận án đã tích hợp mối quan hệ giữa ĐKTN, nông lịch và đặc điểm sinh thái
của cây công nghiệp với các thông tin phổ của dữ liệu viễn thám trong phân loại
định hướng đối tượng nhằm cải thiện được độ tin cậy của kết quả phân loại lớp phủ
huyện Bảo Lâm. Vai trò của các lớp thông tin bối cảnh trong cải thiện độ chính xác
tổng thể của kết quả phân loại cũng sẽ được làm sáng tỏ trong luận án khi áp dụng
cho khu vực có đặc thù về điều kiện tự nhiên và tập quán canh tác như huyện Bảo
Lâm, tỉnh Lâm Đồng.
Xuất phát từ tính cấp thiết trên, đề tài: “Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin
địa lý trong quản lý cây công nghiệp huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng” đã được
lựa chọn.
Mục tiêu, nhiệm vụ
Mục tiêu: Làm rõ mối quan hệ giữa điều kiện tự nhiên, nông lịch và đặc
điểm sinh thái của CCNLN nhằm cải thiện độ tin cậy của kết quả phân loại lớp phủ
CCNLN sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng;
Đánh giá được hiện trạng và xu hướng biến động diện tích CCNLN trong
mối quan hệ với biến động lớp phủ rừng giai đoạn 2004-2016 huyện Bảo Lâm, tỉnh
Lâm Đồng phục vụ quản lý CCNLN trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS.
Nhiệm vụ: Để đạt được các mục tiêu của luận án, các nhiệm vụ chính được
đặt ra như sau:

2


 Tổng quan nghiên cứu và xây dựng phương pháp luận ứng dụng viễn thám
và hệ thông tin địa lý trong quản lý CCNLN;
 Tích hợp mối quan hệ giữa ĐKTN, nông lịch và đặc điểm sinh thái của
CCNLN trong phân loại ĐHĐT nhằm cải thiện độ tin cậy của kết quả phân

loại lớp phủ sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao (2004-2016);
 Đánh giá hiện trạng và biến động diện tích CCNLN trong mối tương quan
với biến động lớp phủ rừng huyện Bảo Lâm giai đoạn 2004-2016;
 Sử dụng các mô hình hồi quy logistic phân tích mối quan hệ giữa các nhóm
biến động lớp phủ với đặc điểm ĐKTN và KTXH;
 Đánh giá xu thế biến động hiện trạng lớp phủ và đối sánh với số liệu thống
kê KTXH, hiện trạng và quy hoạch sử dụng đất phục vụ quản lý CCNLN
huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng;
 Đề xuất các giải pháp quản lý CCNLN trên cơ sở nghiên cứu diễn biến diện
tích CCNLN trong mối quan hệ với biến động lớp phủ rừng huyện Bảo Lâm,
tỉnh Lâm Đồng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Giới hạn về khu vực nghiên cứu: khu vực nghiên cứu thử nhiệm được chọn
là huyện Bảo Lâm thuộc tỉnh Lâm Đồng. Lý do chọn huyện Bảo Lâm vì huyện này
có diện tích chè lớn nhất, diện tích cà phê lớn thứ hai trong các huyện của tỉnh Lâm
Đồng. Ngoài ra, chè và cà phê là hai loại cây CCNLN phổ biến và chiếm diện tích
lớn nhất trên phạm vi toàn tỉnh Lâm Đồng. Gần đây, những chuyển đổi giữa
CCNLN và rừng trong phạm vi huyện Bảo Lâm diễn ra rất phức tạp nếu so với các
huyện còn lại của tỉnh Lâm Đồng.
Giới hạn về nội dung nghiên cứu: Trong các loại cây công nghiệp ở huyện
Bảo Lâm thì cà phê và chè là hai loại cây công nghiệp lâu năm chủ đạo của huyện
Bảo Lâm nói riêng và vùng Tây Nguyên nói chung. Cà phê và chè đem lại hiệu quả
kinh tế cao cho huyện Bảo Lâm, vì vậy việc quản lý CCNLN phục vụ mục tiêu phát
triển kinh tế xã hội là rất quan trọng. Quản lý CCNLN trên cơ sở ứng dụng viễn
thám và GIS như đánh giá hiện trạng, biến động và xu hướng biến động và đòi hỏi
3


độ tin cậy cao của kết quả xử lý ảnh viễn thám. Do đó, nội dung nghiên cứu chính
của luận án là tích hợp điều kiện tự nhiên, nông lịch và đặc điểm sinh thái của

CCNLN trong phương pháp phân loại định hướng đối tượng (ĐHĐT – object
oriented) nhằm cải thiện độ chính xác kết quả phân loại ảnh vệ tinh độ phân giải cao
để lập bản đồ hiện trạng lớp phủ CCNLN khu vực huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng
các thời điểm 2004, 2011, 2016 và đánh giá hiện trạng, xu hướng biến động lớp phủ
phục vụ việc quản lý CCNLN. Thời điểm được lựa chọn để nghiên cứu từ năm
2004 là thời điểm giá cà phê trên thế giới tăng trở lại [44, 79]. Từ kết quả phân loại
HTLP có độ chính xác cao, các mô hình phân tích hồi quy logistic được sử dụng để
đánh giá xu hướng biến động diện tích CCNLN giai đoạn 2004-2016. Trên cơ sở
hiểu biết xu hướng biến động sử dụng đất tại vùng này và bộ bản đồ về hiện trạng
và biến động lớp phủ thời điểm 2004-2016 có độ tin cậy cao là cơ sở khoa học và
có ý nghĩa quan trọng phục vụ mục tiêu quản lý CCNLN, huyện Bảo Lâm.
Những điểm mới của luận án
- Xây dựng được bộ quy tắc chiết tách thông tin lớp phủ theo ảnh vệ tinh độ
phân giải cao, làm cơ sở cho thành lập bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ tại
huyện Bảo Lâm các năm 2004, 2011 và 2016;
- Phân tích được nguyên nhân và xu thế biến động lớp phủ, đặc biệt là cây
công nghiệp lâu năm (cà phê và chè) huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng giai đoạn
2004-2016 bằng các mô hình hồi quy logictics.
Các luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: Tích hợp mối quan hệ giữa điều kiện tự nhiên, nông lịch và
đặc điểm sinh thái của cây công nghiệp lâu năm với thông tin phổ của dữ liệu viễn
thám trong phương pháp phân loại định hướng đối tượng cho phép nâng cao độ
chính xác tổng thể của kết quả phân loại hiện trạng lớp phủ áp dụng cho huyện Bảo
Lâm, tỉnh Lâm Đồng.
- Luận điểm 2: Mối liên quan chặt chẽ giữa xu hướng biến động hiện trạng
lớp phủ theo chuỗi: rừng – cây hàng năm, đất trống – cây công nghiệp lâu năm với
các đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội là cơ sở khoa học cho quản lý cây
công nghiệp (đặc biệt là cà phê và chè) ở quy mô địa phương.
4

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Xác lập được mối quan hệ giữa ĐKTN, nông lịch và đặc
điểm sinh thái của CCNLN và mối quan hệ này được tích hợp trong phân loại
ĐHĐT đã cải thiện được độ tin cậy của kết quả phân loại ảnh viễn thám.
- Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu của luận án, đặc biệt là các bản
đồ chuyên đề về hiện trạng và biến động diện tích CCNLN thời điểm: 2004, 2011
và 2016 và các kết quả phân tích mối tương quan giữa quy luật biến động diện tích
CCNLN với sự biến động lớp phủ rừng huyện Bảo Lâm sẽ là tài liệu tham khảo
quan trọng để quản lý CCNLN khu vực huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng.
Cơ sở tài liệu
Luận án được thực hiện trên cơ sở tài liệu như sau:
- Tư liệu ảnh viễn thám: ảnh vệ tinh SPOT-5 năm 2004, 2011, ảnh Sentinel2A năm 2016; ảnh vệ tinh Landsat TM năm 2004 và 2010, Landsat 8 năm 2016,
ảnh SPOT-4 năm 1995 phủ trùm huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng. Trong đó ảnh
SPOT-5 năm 2004, 2011 và ảnh Sentinel-2A năm 2016 được sử dụng để thành lập
các bản đồ hiện trạng lớp phủ huyện Bảo Lâm, các ảnh Landsat được sử dụng để
tính toán chỉ số NDVI để phân biệt vùng có thực vật và không có thực vật, ảnh
SPOT-4 năm 1995 để lập bản đồ vùng rừng và không rừng huyện Bảo Lâm thời
điểm năm 1995 (Bảng 2. 15).
- Các phần mềm chuyên dụng bản đồ, viễn thám, GIS và phân tích thống kê
bao gồm: MapInfo, Microstation, ArcGIS, SPSS, Envi; các phần mềm văn phòng:
Word, Excel.
- Tài liệu điều tra nghiên cứu thực địa: nghiên cứu đặc điểm điều kiện tự
nhiên (ĐKTN), hiện trạng lớp phủ, các điều kiện kinh tế - xã hội (KTXH), dùng để
giải đoán, kiểm chứng kết quả phân loại lớp phủ.
- Tài liệu tham khảo:
 Bản đồ địa hình khu vực huyện Bảo Lâm và tỉnh Lâm Đồng tỷ lệ
1:25.000, 1:50.000.
 Bản đồ đất tỉnh Lâm Đồng tỷ lệ 1:100.000.
5

 Bản đồ ba loại rừng tỷ tỉnh Lâm Đồng lệ 1:100.000.
 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện Bảo Lâm tỷ lệ
1:25.000.
 Các đề tài, dự án, báo cáo khoa học về điều tra điều kiện tự nhiên,
kinh tế xã hội, tài nguyên và môi trường tỉnh huyện Bảo Lâm và tỉnh Lâm
Đồng.
Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, luận án gồm 3 chương được trình
bày trong 121 trang đánh máy, có sử dụng 44 bảng, 30 hình và biểu đồ, bản đồ
chuyên đề để minh họa.
- Chương 1: Tổng quan cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu ứng dụng
viễn thám và hệ thông tin địa lý trong quản lý cây công nghiệp lâu năm;
- Chương 2: Phân loại hiện trạng lớp phủ sử dụng ảnh viễn thám độ phân
giải cao huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng;
- Chương 3: Đánh giá xu hướng biến động lớp phủ phục vụ quản lý cây công
nghiệp lâu năm huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng.

6


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG
QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP LÂU NĂM
Nhu cầu thông tin để phục vụ quản lý cây công nghiệp lâu năm (CCNLN)
ngày càng tăng và đòi hỏi các thông tin nhiều chiều cả thông tin theo thời gian và
không gian. Vì vậy, trong chương này xác định được vai trò của viễn thám và GIS
làm được gì trong quản lý CCNLN là rất cần thiết. Khi quản lý CCNLN, mối quan
hệ giữa các hiện tượng mang tính nguyên nhân như sự chuyển đổi đất rừng, sử mở

rộng diện tích CCNLN để phát triển kinh tế xã hội cần được chú trọng phân tích chi
tiết hơn.
1.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu về ứng dụng viễn thám và hệ thông
tin địa lý trong quản lý cây công nghiệp lâu năm
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong
phân tích lớp phủ thực vật và cây công nghiệp lâu năm trên thế giới
1.1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu về ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý
trong phân tích lớp phủ thực vật trên thế giới
Hiện nay, với gần 50 năm phát triển, viễn thám đã trở thành một công cụ
hiện đại, vừa mang tính phụ trợ, vừa mang tính cạnh tranh với sự ra đời ngày càng
nhiều các vệ tinh quan sát Trái đất và dữ liệu viễn thám thu được có độ phân giải
không gian ngày càng cao. Vì thế, dữ liệu viễn thám đang dần có xu hướng trở
thành dữ liệu hàng đầu trong các nghiên cứu về quản lý tài nguyên thiên nhiên. Trên
thế giới, có rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến lập bản đồ hiện trạng lớp
phủ thực vật đã sử dụng dữ liệu với nhiều loại tư liệu ảnh quang học khác nhau.
Bảng 1. 1 dưới đây cho thấy khả năng ứng dụng trong lập bản đổ lớp phủ thực vật
của một số loại ảnh viễn thám quang học phổ biến trên thế giới hiện nay.
Bảng 1. 1 Đặc trưng một số nguồn ảnh vệ tinh quang học ứng dụng trong lập bản đồ lớp phủ
thực vật [128]

Vệ tinh

Đặc trưng ảnh

Landsat TM

Độ phân giải trung bình với dữ
liệu đa phổ (120m với kênh nhiệt
7

Khả năng ứng dụng trong
lập bản đồ lớp phủ thực vật
Lập bản đồ cấp vùng, thường
được sử dụng lập bản đồ thực


Landsat
ETM+;
Landsat 7;
Landsat 8
SPOT

MODIS

AVHRR

IKONOS

QuickBird

ASTER
Hyperion

Sentinel-2

và 30m với kênh đa phổ, độ rộng
cảnh 185x185km. Độ phân giải
thời gian là 16 ngày
Độ phân giải trung bình với dữ
liệu đa phổ (15m kênh toàn sắc,

60m với kênh nhiệt và 30m với
kênh đa phổ, độ rộng cảnh
185x185km. Độ phân giải thời
gian là 16 ngày
Độ phân giải không gian từ 20
đến 1.5m. SPOT 1, 2, 3, 4, 5, 6 và
7 phóng vào các năm 1986, 1990,
1993, 1998, 2002, 2012 và 2014
theo thứ tự. Hiện nay chỉ còn
SPOT 6, 7 vẫn còn hoạt động
Độ phân giải thấp từ 250 đến
1000m, dữ liệu đa phổ. Độ phân
giải thời gian 1-2 ngày, dải quét
rộng 2330km
Độ phân giải 1km, dữ liệu đa phổ,
kích thước trung bình một cảnh
ảnh là 2400x6400km
Độ phân giải không gian cao 1m
với kênh toàn sắc và 4m với kênh
đa phổ, chụp lặp từ 3-5 ngày tùy
thuộc vào vĩ độ. Kích thước cảnh
11x11km
Độ phân giải không gian cao 2.40.6m với kênh toàn sắc và kênh đa
phổ, chụp lặp từ 1-3.5 ngày tùy
thuộc vào vĩ độ. Kích thước cảnh
16.5x16.5km
Độ phân giải trung bình 15-90m
với 14 kênh phổ.
Ảnh siêu phổ với 220 kênh từ
khoảng nhìn thấy đến hồng ngoại

sóng ngắn. Độ phân giải là 30m.
Dữ liệu có từ 2003
Độ phân giải 4 kênh 10m, 6 kênh
20m còn lại là 3 kênh 60m, dải
quét rộng tới 290km, vệ tinh được
phóng năm 2015

vật cấp địa phương
Lập bản đồ cấp vùng, thường
được sử dụng lập bản đồ thực
vật cấp địa phương hoặc có khả
năng phân biệt được một số
loài ưu thế
Lập bản đồ cấp vùng, địa
phương hoặc cấp độ loài hoặc
với cấp độ toàn cầu hay quốc
gia khi lập bản đồ các loài lớp
phủ khác nhau: đô thị, các kiểu
thực phủ, mặt nước…
Lập bản đồ cấp vùng, quốc gia,
lục địa hay toàn cầu với một số
lớp phủ: đô thị, thực vật, mặt
nước
Lập bản đồ cấp vùng, quốc gia,
lục địa hay toàn cầu với một số
lớp phủ: đô thị, thực vật, mặt
nước
Lập bản đồ cấp vùng, địa
phương tới loài, có thể sử dụng
để kiểm chứng các kết quả

phân loại khác
Lập bản đồ cấp vùng, địa
phương tới loài, có thể sử dụng
để kiểm chứng các kết quả
phân loại khác
Lập bản đồ cấp vùng tới quốc
gia hoặc địa phương ở cấp độ
loài, quần thể
Lập bản đồ cấp vùng hoặc địa
phương ở cấp độ loài hoặc
quần thể
Lập bản đồ cấp vùng tới quốc
gia hoặc châu lục hay toàn cầu
ở mức có thể tới loài

Nhu cầu nghiên cứu những thông tin chi tiết về lớp phủ thực vật ngày càng
tăng trong các hướng nghiên cứu như quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
8


Một trong những ưu thế rõ rệt nhất của các nghiên cứu sử dụng dữ liệu viễn thám
trong thành lập bản đồ lớp phủ nói riêng và các loại bản đồ chuyên đề khác nói
chung là khả năng cung cấp các thông tin thực phủ cần thiết ở những khu vực khó
có thể tiếp cận được bằng phương pháp mặt đất [123, 126]. Ngoài khả năng cung
cấp thông tin, phương pháp viễn thám còn đem lại ưu thế về giá thành của việc
thành lập bản đồ [123]. Bảng 1. 2 cho thấy các ưu và nhược điểm của các kỹ thuật
lập bản đồ lớp phủ sử dụng các nguồn ảnh viễn thám khác nhau.
Bảng 1. 2 Điểm mạnh, yếu của các kỹ thuật thành lập bản đồ thực vật từ các nguồn dữ liệu
khác nhau [126]

Giới hạn phân
giải
Độ rộng có thể
của vùng vẽ
bản đồ
Kiểu bản đồ
thành lập
Khả năng tách
biệt
Tần suất lặp lại
thông tin
Phương pháp
giải đoán
Đầu tư (ban
đầu)
Giá trên đơn vị
diện tích

Quan sát
thực địa
<1m

Ảnh hàng
không
<1m-10m

Viễn thám số
máy bay
<1m-20m

Viễn thám số
vệ tinh
<1m-1km

Phụ thuộc
vào khả năng
nguồn lực
Hiện trạng
lớp phủ
Hiện trạng
sử dụng đất
Từng cá thể
Từng loài
Phụ thuộc
vào khả năng
nguồn lực
Quan sát

km x 102

km x 102

Toàn cầu

Hiện trạng lớp
phủ, giải đoán
hiện trạng sử
dụng đất
Kiểu cấu trúc
thực vật

Phụ thuộc vào
nguồn lực và
thời tiết
Giải đoán mắt
thường

Hiện trạng lớp
phủ

Hiện trạng lớp
phủ
Các lớp hiện
trạng lớp phủ
Hàng ngày tới
20 ngày, phụ
thuộc thời tiết
Xử lý ảnh tự
động hoặc giải
đoán ảnh
Cao
Thấp

Thấp

Trung bình

Kiểu cấu trúc
thực vật
Phụ thuộc vào
nguồn lực và

thời tiết
Xử lý ảnh tự
động hoặc giải
đoán ảnh
Cao

Cao

Trung bình

Trung bình

Một trong những khó khăn đầu tiên trong quá trình xử lý ảnh viễn thám phải
kể đến là sự ảnh hưởng của bóng địa hình. Việc loại bỏ các ảnh hưởng này đòi hỏi
phải có các mô hình về sự chiếu sáng của mặt trời lên địa hình đó trong quá trình
thu ảnh [101]. Hạn chế tiếp theo của dữ liệu viễn thám quang học là sự ảnh hưởng
của mây và sương mù. Mây và sương mù làm ảnh hưởng đến việc thu nhận thông
tin liên quan đến lớp phủ bề mặt đất, đôi khi làm mất hẳn thông tin về lớp phủ phía
dưới những đám mây dày. Do đó, việc kết hợp ảnh đa thời gian trong thời điểm thu
9


nhận ảnh gần nhau nhất có thể giúp chúng ta bổ sung ảnh vào các vùng bị mây che
phủ. Hiện nay, các nghiên cứu ứng dụng viễn thám ngày càng đòi hỏi các thông tin
ở mức độ chi tiết cao hơn nhiều so với các thông tin mà viễn thám có thể cung cấp.
Vì thế, việc kết hợp giữa thông tin phổ từ ảnh viễn thám với thông tin mặt đất và
các dữ liệu tham khảo khác (ancillary data) đang trở thành một xu hướng lớn [126].
Nghiên cứu biến động lớp phủ sử dụng ảnh vệ tinh:
Biến động lớp phủ trong các nghiên cứu ứng dụng viễn thám thường đề cập
đến hai loại biến động (i) biến động từ lớp này sang lớp khác và (ii) biến động nội

tại của từng lớp (ví dụ như suy giảm chất lượng rừng) [80, 88], và các nghiên cứu
thường tập trung phân tích sự biến động từ lớp này sang lớp khác [81, 96, 109]. Sự
biến động nội tại của từng lớp thì viễn thám quang học cũng có thể nhận biết được
[51]. Trong các phương pháp đánh giá biến động lớp phủ thực vật đều có những
nguồn sai số nhất định. Để phân tích kỹ hơn về nguồn gốc các sai số có thể trong
quá trình sử dụng ảnh vệ tinh để đánh giá biến động lớp phủ thực vật, nhóm nghiên
cứu của Biging nhận thấy các quá trình, từ thu ảnh tới xử lý, phân tích và chuyển
đổi dữ liệu... đều có những nguồn sai số khác nhau [51]. Đánh giá biến động sau
phân loại là phép chồng ghép so sánh kết quả phân loại độc lập các ảnh. Phương
pháp này có ưu thế là có thể sử dụng các loại ảnh vệ tinh khác nhau (khác đầu thu),
chụp vào các mùa khác nhau trong năm. Nhược điểm chính của phương pháp này là
sự phụ thuộc vào độ chính xác của từng phép phân loại đơn lẻ [66]. Việc so sánh
này có thể được tiến hành theo từng pixel hoặc trên toàn bộ một cảnh ảnh. Các công
cụ để tính toán sự khác biệt phổ bao gồm phép trừ ảnh và tạo ảnh tỷ số (phép chia).
Trong trường hợp tính toán sự biến đổi, các phương pháp đồng nhất hoá
(equalization), phân tích thành phần chính thường được áp dụng [66]. Quá trình xác
định mức độ khác biệt như thế nào được coi là biến động là rất quan trọng. Sự phân
ngưỡng thay đổi này có thể được dựa vào hàm phân bố, với ngưỡng thay đổi được
chọn là lớn hơn hay nhỏ hơn một khoảng độ lệch chuẩn [66]. Phương pháp phân
tích thành phần chính (PCA) là một trong những công cụ hữu hiệu để đánh giá biến
động lớp phủ thực vật và đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Phương
10


pháp này có thể chia ra làm hai cách khác nhau, đó là phân tích thành phần chính
của ảnh đa thời gian và phân tích thành phần chính của ảnh một thời điểm, sau đó so
sánh với nhau [66, 106].
Trong các phương pháp đánh giá biến động lớp phủ thực vật từ ảnh viễn
thám, tùy vào từng phương pháp để xác định có cần phải hiệu chỉnh khí quyển hay
không. Việc hiệu chỉnh khí quyển là cần thiết trong nhiều ứng dụng viễn thám, đặc

biệt là trong các bài toán theo dõi biến động. Đối với phương pháp phân loại ảnh có
kiểm định sử dụng ảnh Landsat một thời điểm, việc hiệu chỉnh khí quyển không ảnh
hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng kể đến kết quả phân loại, do các kênh ảnh
Landsat được thiết kế để tránh tối đa sự hấp thụ của khí quyển. Việc hiệu chỉnh khí
quyển sẽ làm thay đổi giá trị tuyệt đối của các pixel mà không làm thay đổi tương
quan giữa chúng, hay nói cách khác, việc phân loại dựa vào tương quan giữa giá trị
các pixel thay vì giá trị tuyệt đối của chúng thì không bị ảnh hưởng [116]. Với ảnh
tổ hợp đa thời gian, việc hiệu chỉnh khí quyển cũng không cần thiết trong trường
hợp đánh giá biến động dựa vào việc phân loại ảnh tổ hợp này. Khi so sánh ảnh
bằng cách trừ hai ảnh theo từng pixel cũng được chứng minh là không cần thiết phải
hiệu chỉnh khí quyển. Một số nhà nghiên cứu cũng nhận định rằng việc hiệu chỉnh
khí quyển là không cần thiết với các trường hợp sử dụng các thuật toán tuyến tính,
kể cả phân tích thành phần chính đa thời gian để đánh giá biến động lớp phủ thực
vật. Nhưng với các đánh giá biến động dựa vào các phương trình không tuyến tính
(như việc tính toán các chỉ số thực vật), việc ảnh hưởng của hiệu chỉnh khí quyển
tác động đến các chỉ số thực vật của từng ảnh ở các thời điểm khác nhau là khá rõ
rang. Vì vậy, siệc hiệu chỉnh khí quyển do sự không tuyến tính làm cho ảnh hưởng
của khí quyển không bị triệt tiêu là cần thiết [116].
1.1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến ứng dụng viễn thám và hệ thông
tin địa lý liên quan đến cây công nghiệp lâu năm trên thế giới
Với sự gia tăng ngày càng nhiều các loại ảnh viễn thám, đặc biệt là các
nguồn ảnh miễn phí thì xu hướng ứng dụng kết hợp dữ liệu viễn thám đa độ phân
giải, đa thời gian trong nghiên cứu lập bản đồ lớp phủ thực vật cũng ngày càng tăng
11


lên [128]. Mặc dù có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến lập bản đồ lớp phủ thực vật
đã được tiến hành, nhưng số lượng các công bố liên quan đến lập bản đồ CCNLN
vẫn còn hạn chế, tiêu biểu có một số nghiên cứu lập bản đồ diện tích trồng cà phê
[50, 60, 87, 102, 108, 120]; nghiên cứu các đặc trưng phổ của cây chè [89, 114] và

lập bản đồ cây cao su vùng nhiệt đới [55, 67, 68, 117, 130]. Kết quả của các nghiên
cứu cũng cho thấy việc lập bản đồ cho từng loại hình CCNLN đã được chú trọng và
thể hiện qua sự tích hợp với các lớp thông tin bối cảnh nhằm nâng cao độ chính xác
kết quả phân loại CCNLN.
Tuy nhiên, một trong những vấn đề lớn gặp phải trong các nghiên cứu phân
loại ảnh viễn thám để lập bản đồ CCNLN là độ chính xác thấp của kết quả phân
loại. Các nghiên cứu cho thấy, độ chính xác của kết quả phân loại ảnh Landsat để
lập bản đồ cây cao su lớn hơn so với cây cà phê. Tác giả Suratman và nnk, (2004)
đã sử dụng ảnh Landsat để ước tính diện tích, sinh khối và tuổi của cây cao su, mô
hình hàm hồi quy được sử dụng trong phân loại và độ chính xác tổng thể đạt 87%
khi lập bản đồ diện tích cao su [117]. Trong nghiên cứu tương tự, nhóm tác giả Zhe
Li và nnk, (2011) thực hiện tại Thái Lan cũng đã sử dụng ảnh Landsat 5 ước tính
tuổi cây cao su sử dụng mô hình thống kê [130]. Một số nghiên cứu khác theo
hướng tích hợp dữ liệu PALSAR và MODIS để lập bản đồ cây cao su đã đạt độ
chính xác tổng thể khá cao là 85% [67, 68].
Bên cạnh đó, các tác giả cũng đồng tình với quan điểm độ chính xác của kết
quả phân loại ảnh vệ tinh thấp khi không kết hợp với dữ liệu tham khảo (ancillary
data) trong quá trình phân loại CCNLN. Trong nghiên cứu tại cao nguyên
Colombian sử dụng ảnh Landsat TM để phân loại lập bản đồ cây cà phê đạt độ
chính xác tổng thể của cây cà phê và cây gỗ nhỏ lần lượt là 37.5 và 58.7% [85].
Nhóm tác giả Cordero và nnk, (2007) đã kết hợp các kênh phổ với dữ liệu tham
khảo cho độ chính xác tốt hơn khi chỉ áp dụng các kênh đỏ, hồng ngoại gần và hồng
ngoại trung của ảnh Landsat TM khi có sự lẫn phổ giữa cà phê với các loại lớp phủ
khác [60]. Các nghiên cứu liên quan đến năng suất CCNLN có độ chính xác thấp
(56%) nếu so sánh với các nghiên cứu khác sử dụng nhiều kênh phổ hơn và có kết
12