Ứng dụng viễn thám và GIS để nghiên cứu biến động rừng tại huyện mường nhé tỉnh điện biên giai đoạn 2012 2017

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG & MƠI TRƢỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐỂ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG
RỪNG TẠI HUYỆN MƢỜNG NHÉ – TỈNH ĐIỆN BIÊN
GIAI ĐOẠN 2012 -2017

NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
MÃ SỐ: 306

Giáo viên hƣớng dẫn

: PGS.TS. Phùng Văn Khoa

Sinh viên thực hiện

: Bùi Minh Hiếu

Lớp

: K59B – KHMT

MSV

: 1453061595

Khóa học

: 2014 - 2018

HÀ NỘI, 2018

i


TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG
TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận: Ứng dụng viễn thám và GIS để nghiên cứu biến
động rừng tại huyện Mƣờng Nhé – tỉnh Điện Biên giai đoạn 2012 -2017
2. Sinh viên thực hiện: Bùi Minh Hiếu
3. Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS.Phùng Văn Khoa
4. Mục tiêu nghiên cứu
Thành lập bản đồ hiện trạng rừng các năm 2012 và 2017 và bản đồ biến
động rừng giai đoạn 2012 – 2017 tại khu vực nghiên cứu. Nhằm nghiên cứu xác
định nguyên nhân và đề xuất các giải pháp quản lý bền vững nguồn tài nguyên
rừng của địa bàn.
5. Nội dung nghiên cứu
- Đặc điểm rừng và bản đồ hiện trạng rừng năm 2012 và năm 2017 bằng
phƣơng pháp xử lí ảnh số.
- Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2012 – 2017 tại khu vực nghiên cứu.
- Nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp nâng hiệu quả
cao quản lý, bảo vệ nguồn tài nguyên rừng tại huyện Mƣờng Nhé.
6. Kết quả đạt đƣợc
- Đã nghiên cứu và đánh giá đƣợc hiện trạng tài nguyên rừng tại khu vực
nghiên cứu.
- Xây dựng đƣợc các bản đồ hiện trạng và bản đồ biến động rừng của
khu vực nghiên cứu.
- Xác định đƣợc nguyên nhân gây ra sự biến đổi diện tích rừng và đề
xuất các giải pháp bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng của khu vực.

Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Bùi Minh Hiếu
ii


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành tốt đề tài khóa luận của trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt
Nam, đƣợc sự đồng ý của ban lãnh đạo Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi
trƣờng - Trƣờng đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, tơi đã thực hiện đề tài khóa
luận: “Ứng dụng viễn thám và GIS để nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại
huyện Mƣờng Nhé – Điện Biên giai đoạn 2012 - 2017”
Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo cùng toàn thể
các cán bộ đang làm việc, nghiên cứu tại Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi
trƣờng - Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ
tôi tận tình trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Đặc biệt xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phùng Văn
Khoa đã nhiệt tình hƣớng dẫn và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt
thời gian thực hiện đề tài khóa luận sinh viên này.
Cùng với lịng biết ơn sâu sắc gửi tới gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động
viên và khích lệ tơi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Tuy đã cố gắng để hoàn thiện chuyên đề nghiên cứu này, song kiến thức,
kinh nghiệm của chúng tơi cịn hạn chế, vì vậy bản báo cáo khóa luận này khơng
tránh khỏi những sai sót, kính mong các thầy cơ đóng góp ý kiến đánh giá, để đề
tài của tơi đƣợc hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Bùi Minh Hiếu

iii


MỤC LỤC

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ............................................................ ii
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... iii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... ix
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...................................... 3
1.1. Những vấn đề chung về viễn thám và GIS .................................................. 3
1.1.1. Các khái niệm ........................................................................................... 3
1.2. Đặc điểm và thông số kỹ thuật của ảnh vệ sinh Landsat ............................. 5
1.3. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong và ngoài nƣớc ............... 8
1.3.1. Trên thế giới.............................................................................................. 8
1.3.2. Ở trong nƣớc ........................................................................................... 11
Chƣơng 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG PHƢƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................................... 13
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 13
2.1.1. Mục tiêu chung .......................................................................................... 13
2.1.2. Mục tiêu cụ thể .......................................................................................... 13
2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu.................................................................... 13
2.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 14
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 14
2.4.1. Phƣơng pháp kế thừa tài liệu..................................................................... 14
2.4.2. Phƣơng pháp phân loại ảnh ....................................................................... 15

2.4.3. Phƣơng pháp xây dựng bản đồ diện tích rừng .......................................... 17
Chƣơng 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ, XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN
CỨU .................................................................................................................... 18
iv


3.1. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................ 18
3.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................ 18
3.1.2. Địa hình, địa mạo ...................................................................................... 18
3.1.3. Khí hậu ...................................................................................................... 19
3.1.4. Thuỷ văn .................................................................................................... 20
3.1.5. Các nguồn tài nguyên ................................................................................ 20
3.1.6. Thực trạng môi trƣờng .............................................................................. 22
3.2. Kinh tế – xã hội ............................................................................................ 23
3.2.1. Sản xuất nông – lâm nghiệp ...................................................................... 23
3.2.2. Giao thông, công nghiệp ........................................................................... 24
3.2.3. Bƣu chính viên thơng ................................................................................ 24
3.2.4. Viễn thơng ................................................................................................. 24
3.2.5. Văn hoá - xã hội ........................................................................................ 24
3.2.6. Về tổ chức bộ máy .................................................................................... 26
Chƣơng 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................ 27
4.1. Đặc điểm rừng và bản đồ hiện trạng rừng năm 2012 và 2017 tại huyện
Mƣờng Nhé ......................................................................................................... 27
4.1.1. Đặc điểm rừng tại huyện Mƣờng Nhé. ..................................................... 27
4.1.2. Tình hình quản lý rừng huyện Mƣờng Nhé, Điện Biên ............................ 28
4.1.3. Hiện trạng rừng năm 2012 và 2017........................................................... 29
4.2. Biến động rừng khu vực nghiên cứu gian đoạn 2012 – 2017 ...................... 33
4.2.1. Cơ sở khoa học của đánh giá biến động diện tích rừng ............................ 33
4.2.2. Thành lập bản đồ biến động rừng ............................................................. 34
4.3. Nghiên cứu xác định biến động diện tích rừng tại khu vực nghiên cứu và đề

xuất giải pháp ...................................................................................................... 36
4.3.1. Nguyên nhân gây ra biến động diện tích rừng tại khu vực nghiên cứu .... 36
Qua các kết quả phân tích cho thấy diện tích rừng qua các năm 2012 – 2017 có
sự biến động cụ thể đã giảm từ 109910,4 ha xuống 92651,2 ha ở khu vực nghiên
cứu. ...................................................................................................................... 36
v


4.3.2. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên rừng ................. 37
Chƣơng 5 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ ............................................... 40
5.1. Kết luận ........................................................................................................ 40
5.2. Tồn tại........................................................................................................... 40
5.3. Kiến nghị ...................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Nghĩa

STT

Tên viết tắt

1

ETM

2

ERTS

3

GIS

4

MSS

5

NASA

6

TM

Thematic Mapper

7

HĐND

Hội đồng nhân dân

8

BTTN

Bảo tồn thiên nhiên

9

IUCN

Tổ chức bảo tồn thiên nhiên quốc tế

10

DLĐVN

11

KH

Kế hoạch

12

CK

Cùng kỳ

13

BD

Bản đồ

14

SLTT

Enhanced Thematic Mapper
Earth Resource Technology Satellite (Kỹ thuật
viễn thám thăm dò Trái Đất)
Geographic information system (Hệ thống
thông tin địa lý)
Multispectral Scanner System (Hệ thống bộ
cảm đa phổ)
National Aeronautics and Space (Cơ quan
hàng không và vũ trụ Mỹ)

Danh lục đỏ Việt Nam

Số liệu thực tế

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các thông số đặc trƣng của bộ cảm Enhanced TM+ ............................ 6
Bảng 1.2. Ứng dụng của các kênh phổ trong nghiên cứu ..................................... 7
Bảng 2.1. Dữ liệu ảnh Landsat thu thập trong đề tài .......................................... 15
Bảng 4.1 thống kê hiệ trạng đất đai năm 2016.................................................... 27
Bảng 4.2. Diện tích rừng năm 2012 .................................................................... 29
Bảng 4.3. Diện tích rừng năm 2017 .................................................................... 30

Bảng 4.4. Đánh giá độ chính xác phƣơng pháp phân loại ảnh năm 2012 .......... 32
Bảng 4.5. Đánh giá độ chính xác phƣơng pháp phân loại ảnh năm 2017 .......... 32
Bảng 4.6. Biến động rừng giai đoạn 2012 – 2017 .............................................. 35
Bảng 4.7. Bảng biến động diện tích rừng giai đoạn 2012 – 2017....................... 36

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Huyện Mƣờng Nhé tỉnh Điện Biên ..................................................... 13
Hình 2.2. Sơ đồ khái quát các bƣớc đánh giá biến động diện tích rừng qua các
thời kì trên Arcgic ............................................................................................... 17
Hình 4.1. Phân bố hiện trạng rừng 2012 ............................................................. 30
Hình 4.2. Phân bố hiện trạng rừng 2017 ............................................................. 31
Hình 4.3. Biến động rừng giai đoạn 2012 – 2017 ............................................... 35

ix


ĐẶT VẤN ĐỀ
Rừng cung cấp cho chúng ta rất nhiều sản vật quý hiếm. Nhiều loại cây cỏ
của rừng còn là những vị thuốc đem lại sức khỏe và sự sống cho con ngƣời.
Rừng còn giữ vai trò điều hòa khí hậu, bảo vệ sự sống. Rừng cây bạt ngàn là lá
phổi khổng lồ thanh lọc khơng khí, cung cấp nguồn dƣỡng khí duy trì sự sống
cho con ngƣời. Có loại rừng chắn gió, chắn cát ven biển. Có loại rừng ngăn
nƣớc lũ trên núi. Rừng giúp con ngƣời hạn chế thiên tai. Rừng ngập mặn là bức
trƣờng thành ngăn chặn bão gió, sóng thần, lũ lụt... Đặc biệt, rừng là khu bảo tồn
thiên nhiên vô giá với hàng ngàn loài chim, loài thú quý giá, là nguồn đề tài
nghiên cứu vô tận cho các nhà sinh vật học.
Bên cạnh những lợi ích thu đƣợc từ việc khai thác, sử dụng nguồn lợi từ

rừng, các hoạt động của con ngƣời đã gây ra rất nhiều tác động đối với tài
nguyên và môi trƣờng. Hiện nay, chúng ta đang phải đƣơng đầu với những vấn
đề về sự suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trƣờng. Sự phát triển kinh tế
gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng phục vụ phát triền bền
vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết đƣợc các nhà quản lý đặt ra. Để làm tốt
công việc này, công tác điều tra, theo dõi và phân tích biến động diện tích rừng.
Tuy nhiên, trƣớc đây khi công nghệ thông tin chƣa đƣợc phổ cập rộng thì việc
đánh giá biến động chỉ mới dừng lại ở mức độ thô sơ dựa vào các số liệu thu
thập đƣợc qua sổ sách và bản đồ giấy, so sánh sự thay đổi bằng phƣơng pháp lấy
số liệu từ năm trƣớc trừ số liệu năm sau với các diện tích thay đổi để tìm xem
diện tích đó thay đổi theo chiều hƣớng tăng hay theo chiều hƣớng giảm từ đó lập
bản đồ chuyển đổi rừng. Đây là phƣơng pháp rất tốn kém, mất thời gian, tốn
nhiều công sức, và chƣa thể hiện đƣợc các thông tin cần thiết của dữ liệu.
Phƣơng pháp đánh giá đã lỗi thời khơng cịn phù hợp nữa vì vậy phải thay thế
bằng các phƣơng pháp đánh giá mới đáp ứng đƣợc yêu cầu trên và phải đảm bảo
kịp thời theo dõi sự thay đổi của đất rừng.
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học hiện đại
GIS ra đời đánh dấu một bƣớc ngoặt mới trong lịch sử loài ngƣời. Hệ thống này
1


có những chức năng cơ bản đó là thu thập và quản lí thơng tin theo ý muốn, đặc
điểm là có khả năng chuẩn hóa và biểu thị dữ liệu không gian từ thế giới thực,
phục vụ cho các mục đích khác nhau trong đời sống. GIS có khả năng thu thập,
cập thật lại, quản trị và phân tích, thể hiện dữ liệu địa lý phục vụ các bài toán
ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý của các đối tƣợng trên bề mặt Trái Đất, là
công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên
và môi trƣờng.
Xuất phát từ những lý do trên, đề tài: “Ứng dụng viễn thấm và GIS để
nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện Mƣờng Nhé – Điện Biên giai

đoạn 2012 – 2017” đã đƣợc thực hiện.

2


Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Những vấn đề chung về viễn thám và GIS

1.1.1. Các khái niệm
Viễn Thám (Remote sensing): là một ngành khoa học và nghệ thuật để thu
nhận thông tin về một đối tƣợng, một khu vực hoặc một hiện tƣợng thơng qua
việc phân tích tài liệu thu nhận đƣợc bằng các phƣơng tiện. Những phƣơng tiện
này khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tƣợng, khu vực hoặc với hiện tƣợng
đƣợc nghiên cứu.
Về bản chất viễn thám là công nghệ nhằm xác định và nhận biết các đối
tƣợng hoặc các điều kiện môi trƣờng thông qua các đặc trƣng riêng về phản xạ
hoặc bức xạ điện từ. Tuy nhiên những năng lƣợng nhƣ từ trƣờng, trọng trƣờng
cũng có thể đƣợc sử dụng.
Viễn thám nghiên cứu đối tƣợng bằng giải đốn và tách lọc thơng tin giải
đốn tƣ liệu ảnh hàng khơng hoặc ảnh vệ tinh dạng số. Các dữ liệu dƣới dạng
ảnh chụp và ảnh số đƣợc thu nhận dựa trên việc ghi nhận năng lƣợng bức xạ và
sóng phản hồi phát ra từ vật thể khi khảo sát. Năng lƣợng phổ dƣới dạng sóng
điện từ, nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thơng tin về một vật thể từ
nhều góc độ sẽ góp phần giải đốn đối tƣợng một cách chính xác hơn.
Giải đốn ảnh viễn thám là q trình tách chiết thơng tin định tính cũng
nhƣ định lƣợng từ ảnh nhƣ hình dạng, vị trí cấu trúc, đặc điểm, chất lƣợng, điều
kiện...mối quan hệ tƣơng hỗ giữa các đối tƣợng dựa trên tri thức chuyên ngành

hoặc kinh nghiệm của ngƣời giải đốn ảnh. Việc tách thơng tin trong viễn thám
có thể chia thành 5 loại, cụ thể:
+ Phân loại đa phổ: là q trình tách, gộp thơng tin dựa trên các tính chất
phổ, khơng gian và thời gian cho bởi ảnh của đối tƣợng cần nghiên cứu.
+ Phát hiện biến động: là sự phát hiện và tách các sự biến động (thay đổi)
dựa trên dữ liệu ảnh đa thời gian.

3


+ Tách các đại lƣợng vật lý: chiết tách các thơng tin tự nhiên nhƣ đo nhiệt
độ, trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trƣng phổ hoặc thị
sai của ảnh lập thể.
+ Tách các chỉ số: tính tốn xác định các chỉ số mới (chỉ số thực vật
NDVI...).
+ Xác định các đối tƣợng đặc biệt: là xác định các đặc tính hoặc các hiện
tƣợng đặc biệt nhƣ thiên tai, cháy rừng, các dấu hiệu phục vụ tìm kiếm khảo
cổ...
GIS hay hệ thống địa lý đƣợc hình thành từ ba khái niệm địa lý, thơng tin
về hệ thống.
+ Khái niệm “địa lý” liên quan đến các đặc trƣng về khơng gian. Chúng
có thể là vật lý, văn hóa, kinh tế,...trong tự nhiên.
+ Khái niệm “thơng tin” đề cập đến dữ liệu đƣợc quản lý bởi GIS. Đó là
các dữ liệu về thuộc tính và khơng gian của đối tƣợng.
+ Khái niệm “hệ thống” là hệ thống GIS đƣợc xây dựng từ các modun.
Việc tạo các modun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất.
Dữ liệu viễn thám là nguồn cung cấp cơ sở dữ liệu cho GIS trên cơ sở các
lớp thông tin đề tài khác nhau; sử dụng chức năng chồng lớp hay phân tích của
GIS sẽ trở thành cơng nghệ tích hợp rất hiệu quả để xây dựng và cập nhật dữ
liệu không gian phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau.

Việc kết hợp giữa kỹ thuật viễn thám và GIS trong phân loại lớp phổ và
đánh giá biến động sẽ mang lại hiệu quả cao, cụ thể nhƣ sau:
+ Giảm hoặc loại bỏ các hoạt động thừa từ đó tiết kiệm đƣợc thời gian,
công sức và tiền của.
+ Tạo cầu nối giữa các công cụ và công nghệ nhằm cải tiến sản xuất.
+ Tạo khả năng lƣu trữ và xử lý số liệu, cải tiến, truyền thông tin.
+ Tạo ra một loại dịch vụ mới là cung cấp thông tin.
+ Truy xuất những thay đồi về diện tích, trạng thái rừng và cà phê trong
những thời gian cụ thể.
4


ERDAS là tên của một hãng phần mềm của Mỹ, đƣợc sử dụng rất phổ
biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là ở những nƣớc có sự đầu tƣ cho khoa
học Viễn thám – GIS.ERDAS là phần mềm mạnh cả về chức năng xử lý ảnh và
GIS.
Với những lợi ích to lớn nhƣ vậy, cũng nhƣ các ngành khác, ngành lâm
nghiệp cần phải phát triển hơn nữa trong việc ứng dụng viễn thám và GIS trong
công tác điều tra theo dõi, đánh giá diễn biến rừng để quản lý, phát triển rừng
bền vững.
1.2.

Đặc điểm và thông số kỹ thuật của ảnh vệ sinh Landsat
Landsat là ảnh vệ tinh tài nguyên của Mỹ do cơ quan hàng không và vũ

trụ (Nationl Aeronautics and Space Administration – NASA) quản lý. Phần lớn
các vệ tinh trên Trái Đất đƣợc sử dụng nhằm mục đích giám sát bề mặt đất,
chúng khơng đƣợc thiết kế tối ƣu cho mục đích lập bản đồ chi tiết về mặt Trái
Đất. Vệ tinh đầu tiên đƣợc thiết kế để giám sát về mặt Trái Đất, vệ tinh Landsat1, đƣợc phóng bởi NASA vào năm 1972. Ban đầu đƣợc gọi là ERTS-1 (Earth
Resoursce Technology Satellite – Kỹ thuật viễn thám thăm dò Trái Đất),

Landsat đƣợc thiết kế nhƣ một thử nghiệm để kiểm tra tính khả thi của việc thu
thập dữ liệu quan trắc Trái Đất đa quang phổ. Kể từ đó, chƣơng trình đã thu thập
đƣợc dữ liệu khá phong phú từ khắp nơi trên thế giới từ một số vệ tinh Landsat.
Tiếp theo đó các thế hệ vệ tinh Landsat2-1975, 1978-Landsat 3. Hai loại
ảnh Landsat này chỉ đƣợc trang bị MSS (Multispectral Scanner System-Hệ
thống bộ cảm đa phổ: là bộ cảm quang học đƣợc thiết kế để thu nhận bức xạ phổ
từ ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất theo 4 kênh phổ khác nhau,
đƣợc tích hợp bởi hệ thống quang học và bộ cảm). Landsat 4 đƣợc phóng vào
quỹ đạo năm 1982 và Landsat 5 vào năm 1984, cả hai vệ tinh này đƣợc trang bị
thêm bộ cảm TM (Thematic Mapper), dùng để quan sát Trái Đất theo 7 kênh
phổ có phạm vi từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại, Landsat 6 và 7 đƣợc
phóng vào năm 1993 và 1999 với bộ cảm cải tiến mới ETM (Enhanced TM). Vệ

5


tinh Landsat 8 đƣợc phóng thành cơng trên quỹ đạo vào ngày 12/02/2013, với
nhiệm vụtheo dõi diễn biến rừng và các hệ sinh thái trên Trái Đất.
Thiết bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt
Trái Đất, có độ phân giải là 30nm đối với ảnh đa phổ TM và 15nm đối với ảnh
tồn sắc
Bảng 1.1. Các thơng số đặc trƣng của bộ cảm Enhanced TM+
Phổ màu

Kênh

Bƣớc sóng ()

Độ phân giải (m)

Lam – Blue

1

0.45 – 0.52

30

Lục – Green

2

0.52 – 0.60

30

Đỏ - Red

3

0.63 – 0.69

30

Cận hồng ngoại –Near IR

4

0.76 – 0.90

30

Hồng ngoại sóng ngắn – SWIR

5

1.55 – 1.75

30

Hồng ngoại nhiệt – Thermal IR

6

10.4 – 12.5

60

Hồng ngoại sóng ngắn - SWIR

7

2.08 – 2.35

30

Đen trắng - Pachromatic

8

0.52 – 0.9

10

Ảnh Landsat đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ việc giám sát, theo
dõi biến động rừng đến việc thành lập bản đồ hiện trạng rừng. Ảnh vệ tinh
Landsat có 7 bands khác nhau[2], mỗi phần đại diện cho một phần khác nhau
của quang phổ điện tử, cụ thể các thông số sau:

6


Bảng 1.2. Ứng dụng của các kênh phổ trong nghiên cứu
Kênh phổ

Ứng dụng
Bƣớc sóng ngắn của ánh sáng này thƣờng xâm
nhập tốt hơn so với các bands màu khác, nó
thƣờng đƣợc lựa chọn để giám sát các hệ sinh thái

Lam – Blue

thủy sản (lập bản đồ trầm tích trong nƣớc, môi
trƣờng sống của rạn san hô) và xác định các đối
tƣợng khác. Tuy nhiên nó dễ nhiễu do bị phân tán
trong khí quyển.

Lục – Green

Đỏ - Red

Band màu này có tính chất tƣơng tự band 1, chúng
thƣờng đƣợc dùng để xác định trạng thái thực vật.
Phân biệt thực vật và đất, đồng thời theo dõi tình
trạng phát triển của thực vật.
Vì nƣớc hấp thụ gần nhƣ tất cả các ánh sáng trong

Cận hồng ngoại – Near IR

bƣớc sóng này nên nó là band màu rất tốt để xác
định nƣớc/độ ẩm đất.
Band màu này rất nhạy cảm với độ ẩm và do đó

Hồng ngoại sóng ngắn – SWIR đƣợc sử dụng để theo dõi thảm thực vật và độ ẩm
của đất.
Hồng ngoại nhiệt – Thermal IR

Xác định thời điểm thực vật sốc, độ ẩm của đất và
thành lập bảng đồ nhiệt.

Hồng ngoại sóng ngắn – SWIR Ứng dụng trong lập bản đồ địa chất.
Các band màu có thể kết hợp với nhau để giúp hình dung ra các dữ liệu
màu sắc, có rất nhiều cách để kết hợp các band màu với nhau và mỗi cách có ƣu
nhƣợc điểm riêng.
Do ảnh vệ tinh Landsat có khả năng phân giải phổ tốt là ảnh số nên thích
hợp cho việc xử lý bằng các thiết bị ảnh số hiện đại, cho phép đƣa ra nhiều loại
7


sản phẩm ảnh mà phƣơng pháp tƣơng tự không thực hiện đƣợc. Sản phẩm ảnh

Landsat đƣợc phát hành dƣới dạng số lẫn phim ảnh với mức độ xwe lý nhiễu và
xử lý hình học khác nhau để dễ dàng tiện lợi trong việc sử dụng. Do vậy, đè tài
sử dụng ảnh vệ tinh Landsả (4,5,3) để theo dõi biến động của diện tích rừng.
1.3. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong và ngoài nƣớc
1.3.1. Trên thế giới
Viễn thám là một ngành khoa học thực sự phát triển mạnh mẽ qua ba thập
kỷ gần đây khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra đời các ảnh số, bắt đầu đƣợc thu
nhận từ các vệ tinh trên quỹ đạo của Trái Đất từ năm 1960. Sự phát triển của kỹ
thuật viễn thám gắn liền với sự phát triển của kỹ thuật chụp ảnh. Năm 1859
G.F.Tounmachon ngƣời Pháp đã sử dụng khinh khí cầu bay ở độ cao 80m để
chụp ảnh từ trên không, từ việc sử dụng này vào năm 1858 đƣợc coi là năm khai
sinh ngành kỹ thuật viễn thám. Năm 1984 Aine Laussedat đã khởi dẫn một
chƣơng trình sử dụng ảnh cho mục đích thành lập bản đồ địa hình (Thomas,
1999). Sự phát triển của ngành hàng không đã tạo nên công cụ tuyệt vời trong
việc chụp ảnh từ trên khơng những vùng lựa chọn và có điều khiển. Những bức
ảnh đầu tiên đƣợc chụp từ máy ảnh do Xibur Wright thực hiện năm 1990 trên
vùng Centocal ở Italia. Các nhà máy ảnh tự động có độ chính xác coa, dần dần
đƣợc đƣa vào thay thế các máy ảnh chụp bằng tay. Đến năm 1929 ở Liên Xô cũ
đã thành lập Viện nghiên cứu ảnh hàng không Leningrad, viện đã sử dụng ảnh
hàng không để nghiên cứu địa mạo, thực vật, thổ nhƣỡng.
Việc ra đời của ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh sự phát triển mạnh
mẽ ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim và giấy ảnh, là các
nguyên liệu nhạy cảm với ánh sáng. Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tọa điều
kiện cho nghiên cứu mặt đất bằng các ảnh chụp chồng phủ kế tiếp nhau và cho
khả năng nhìn ảnh nổi. Khả năng đó giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọc
thơng tin từ ảnh có hiệu quả cao. Một ngành chụp ảnh đƣợc thực hiện trên các
phƣơng tiện trên khơng khác nhƣ máy bay, khinh khí cầu, tàu lƣợn... Bức ảnh
đầu tiên đƣợc chụp từ máy bay, thực hiện năm 1910, do Wilbur
8

Wright, một nhà nhiếp ảnh ngƣời Ý, bằng việc thu nhập ảnh di động trên
vùng gần Centoceli thuộc nƣớc Ý
Sự phát triển của viên thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên
cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu Trái Đất, các hành tinh và khí quyển. Các
ảnh nổi, thực hiện theo phƣơng đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh Gemini
(1965), đã thể hiện ƣu thế của công việc nghiên cứu Trái Đất. Tiếp theo, tài
Apolo cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thƣớc ảnh 70nm, chụp
về Trái Đất đã cho ra các thơng tin vơ cùng hữu ích trong nghiên cứu Trái Đất.
Việc nghiên cứu Trái Đất đã đƣợc thực hiện trên các con tài vũ trụ có ngƣời nhƣ
Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos (năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừng
Salyut. Sản phẩm thu đƣợc là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân
giải cao, nhƣ MSU-E (trên Meteor – priroda).
Vào năm 1956, ngƣời ta đã tiến hành thử nghiệm khả năng ảnh máy bay
trong việc phân loại và phát hiện kiểu thực vật. Năm 1960 nhiều cuộc thử
nghiệm về ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và ảnh đa phổ đã đƣợc tiến hành dƣới
sự bảo trợ của cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa kỳ.
Từ những thành công trong nghiên cứu trên vào ngày 23/7/1972 Mỹ đã
phóng vệ tinh nhân tạo Landsat đầu tiên mang đến khả năng thu nhận thơng tin
có tính tồn cầu về các hành tinh và mơi trƣờng xung quanh. Và từ đó đến nay,
NASA đã phóng thêm 6 vệ tinh quan sát tài nguyên lần lƣợt là Landsat 2 (1975),
Landsat 3 (1978), Landsat 4 (1982), Landsat 5 (1984) đƣợc đƣa vào quỹ đạo,
đến năm 1993 và 1996 Landsat 6 và 7 lần lƣợt đƣợc đƣa vào quỹ đạo. Hoa Kỳ
cũng đã phóng vệ tinh khí tƣợng NOAA là thế hệ 3 sau TIROS. Từ năm 1979
đếm 1991, các vệ tinh NOAA, NOAA 7,...NOAA 12; năm 1992 NOAA – 1 và
năm 1993 NOAA – J đã cung cấp ảnh theo chế độ cập nhật với độ phân giải
không gian 1.1km. Những máy đặt trên vệ tinh nhân tạo Trái Đất cung cấp thơng
tin có tính tồn cục về động thái của mây, lớp phủ thực vật, cấu trúc địa mạo,
nhiệt độ và gió trên bề mặt đại dƣơng. Sự tồn tại tƣơng đối lâu của vệ tinh trên
quỹ đạo cũng nhƣ khả năng lặp lại đƣờng bay của nó cho phép theo dõi những

9


biến đổi theo mùa, theo hàng năm và trong khoảng thời gian tƣơng đối dài của
các đối tƣợng trên mặt đất.
Tròng vòng hơn thập kỷ gần đây kỹ thuật viễn thám đƣợc hồn thiện dần
dần khơng ngừng với những thiết bị thu đặc biệt mà nhiều nƣớc dự kiến kế
hoạch sẽ phóng vệ tinh mang máy thu MODIS (100 kênh) và HIRIS (200 kênh)
lên quỹ đạo. Nhiều phần mềm xử lý ảnh số đã ra đời là cho nó trở thành một kỹ
thuật quang trọng trong việc điều tra điều kiện và đánh giá tài nguyên thiên
nhiên quản lý và bảo vệ môi trƣờng. Ngày nay tia laze cũng bắt đầu đƣợc ứng
dụng trong viễn thám. Hiện nay nó đƣợc ứng dụng chủ yếu cho các mục đích
nghiên cứu trog khí quyển, làm bản đồ địa hình và nghiên cứu lớp phủ bề mặt
bằng hiệu ứng huỳnh quang.
Viễn thám ngày nay cung cấp những thông tin tổng hợp hoặc những thơng
tin tức thời để có thể khắc phục một loạt các vấn đề về thiên tai, theo dõi biến
động của các tài nguyên phục hồi.
Viễn thám trong Lâm Nghiệp: Khoảng ba thập kỷ qua, các nhà khoa học
đã phát hiện và ứng dụng dữ liệu vệ tinh rất hiệu quả cho việc phát hiện các biến
động, đặc biệt trong việc giám sát các xu hƣớng trong các hệ sinh thái rừng. Nó
cho phép đánh giá những xu hƣớng thay đổi trong thwoif gian dài cũng nhƣ có
thể xác định các xu hƣớng đột ngột do thiên nhiên hoawch con ngƣời gây ra.
Nghiên cứu của Aschbacher và cộng sự đã đánh giá tình trạng sinh thái
của rừng ngập mặn theo độ tuổi, mật độ và các loài trong vịnh Phangnga, Thái
Lan. Tiếp theo có thể nói đến nghiên cứu của Thu Và Populus (2007) đã đánh
giá tình trạng và sự thay đổi của rừng ngập mặn ở tỉnh Trà Vinh và ĐB Sông
Cửu Long từ năm 1965 đến 2001. Gang và Agatsiva sử dụng thành cơng giải
thích trực quan cho ảnh SPOT XS owe Mida Creek, Kenya để thành lập bản đồ
mức độ trạng thái rừng ngập mặn, trong khi Wang và cộng sự đã sử dụng ảnh
Landsat TM 1990 và 2000 Landsat 7 ETM+ xác định đƣợcnhững thay đổi trong

khu vực phân bố và tổng diện tích rừng ngập mặn dọc theo bờ biển Tanzania.
Áp dụng các ảnh SPOT XS từ năm 1986 và 2006, Conchedda và cộng sự đã lập
10


đƣợc bản đồ hiện trạng sử dụng đất trong hệ sinh thái rừng ngập mặn ở
Casamance, Senegal. Họ đã phân tích các hệ sinh thái dọc theo ba con sơng lớn
tại vịnh nhiệt đới Bengal – sông Hằng, Irrawaddy và sơng Mekong, bao gồm các
tiêu chí nhƣ: thực vật khí hậu, các đặc điểm tự nhiên và mật độ của rừng ngập
mặn.
Nhƣ vậy, có thể thấy rằng cơng nghệ viễn thám, GIS đƣợc các nhà khoa
học trên thế giới áp dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau và đặc biệt là
ứng dụng tài nguyên và môi trƣờng. Việc đốn đọc, giải đốn ảnh ngày càng có
độ chính xác cao nhằm xác định diễn biến môi trƣờng, đƣa ra giải pháp để có
đƣợc mơi trƣờng bền vững trong tƣơng lai.
1.3.2. Ở trong nước
Công nghệ viễn thám đƣợc ứng dụng ở Việt Nam bắt đầu từ những năm
1980, và phát huy hiệu quả trong những năm tiếp theo của thế kỷ XX vào nhiều
ngành kinh tế quốc dân nhƣ trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, dự báo thời
tiết, giám sát tình trạng ơ nhiễm, hiện trạng sử dụng đất, đo đạc bản đồ, phòng
chống thiên tai, theo dõi diễn biến rừng, đánh bắt và nuôi trồng thủy sản, quy
hoạch đo thị và quản lý giao thông.
Giai đoạn năm 1990-1995, đã có nhiều ngành đƣa cơng nghệ viễn thám
vào ứng dụng trong thực tiễn nhƣ các lĩnh vực khí tƣợng, đo đạc bản đồ, địa chất
khoáng sản, quản lý tài nguyên rừng và đã thu đƣợc kết quả rõ rệt. Công nghệ
viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý đã đƣợc ứng dụng để thực hiện
nhiều đề tài nghiên cứu khoa học và nhiều dự án có liên quan đến điều tra khảo
sát điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trƣờng, giảm thiểu
tới mức thấp nhất các thiên tai ở một số vùng. Cũng từ những năm 1990 viễn
thám nƣớc ta chuyển dần từ công nghệ thông tin tƣơng tự công nghệ số kết hợp

hệ thống thơng tin địa lý, vì vậy hiện nay chúng ta có thể xử lý nhiều loạt anh
đạt yêu cầu cao về độ chính xác với quy mô sản xuất công nghiệp. Nhiều ngành,
nhiều cơ quan đã trang bị các phần mềm mạnh phổ biến trên thế giới nhƣ các

11


phần mềm ENVI, ERDAS, PCI, ER MAPPER, OCAPI,...để xây dựng hệ thống
thông tin địa lý.
Đến nay ở Việt Nam tuy đã có trung tâm Viễn thám quốc gia nhƣng do
yêu cầu cấp thiết của ngành nên đã hình thành rất nhiều trung tâm và phịng viễn
thám, đó là các cơ sở nghiên cứu và đƣa tiến bộ kỹ thuật viễn thám vào ứng
dụng và công tác chuyên môn nhƣ: Trung tâm viễn thám Tổng cục chính trị,
Phịng viễn thám của Viện điều tra quy hoạch rừng Bộ Nông nghiệp và phát
triển Nơng thơn.
Nhìn chung, những nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ viễn thám vào phân
loại và điều tra rừng ở Việt Nam đã đƣợc thực hiện từ rất sớm.

12


Chƣơng 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI,
NỘI DUNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu chung
Góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho việc áp dụng công nghệ viễn thám
và GIS vào việc đề xuất các giải pháo nâng cao hiệu quả công tác quản lý tài
nguyên rừng tại khu vực nghiên cứu.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể

- Xây dựng đƣợc bản đồ hiện trạng rừng năm 2012 và 2017 bằng phƣơng
pháp xử lý ảnh số.
- Xây dựng đƣợc bản đồ thể hiện biến động diện tích rừng giai đoạn 2012
– 2017 tại huyện Mƣờng Nhé.
- Xác định nguyên nhân và đề xuất đƣợc giải pháp nâng cao hiệu quả
quản lý tài nguyên rừng rừng tại khu vực nghiên cứu.
2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

Hình 2.1. Huyện Mường Nhé tỉnh Điện Biên

13


Đối tƣợng: đối tƣợng nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp là sự mất rừng tại
huyện Mƣờng Nhé.
Phạm vi nghiên cứu:
+ Đề tài tập trung nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng tại huyện Mƣờng
Nhé
+ Đề tài sử dụng ảnh Landsat 7 và 8 để xác định biến động diện tích rừng
tại khu vực nghiên cứu.
2.3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt đƣợc mục tiêu đặt ra, đề tài thực hiện những nội dung sau:
- Đặc điểm rừng và bản đồ hiện trạng rừng năm 2012 và 2017 bằng
phƣơng pháp xử lí ảnh số.
- Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2012 – 2017 tại khu vực nghiên cứu.
- Xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý và
bảo vệ nguồn tài nguyên rừng tại huyện Mƣờng Nhé.
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
Kế thừa tài liệu là sử dụng những tƣ liệu đƣợc cơng bố của các cơng trình

nghiên cứu khoa học, các văn bản mang tính pháp lý, những tài liệu điều tra cơ
bản của các cơ quan có thẩm quyền...liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề
tài một cách có chọn lọc. Kế thừa tài liệu nhằm giảm bớt khối lƣợng công việc
mà vẫn đảm bảo chất lƣợng hoặc làm tăng chất lƣợng của đề tài. Phƣơng pháp
kế thừa tài liệu đƣợc sử dụng để thu thập các số liệu sau:
+ Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu.
+ Các thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat.
+ Các tài liệu kế thừa thông qua các đồ tài, sách báo, các cơ quản, tổ chức
hoạt động trên khu vực nghiên cứu, đặc biệt là đề tài liên quan đến việc điều tra
diễn biến diện tích rừng.

14


2.4.2. Phương pháp phân loại ảnh
2.4.2.1. Dữ liệu ảnh sử dụng nghiên cứu
Đề tài sử dụng ảnh vệ tinh Landsat các năm 2012 và 2017 để theo dõi
biến động của diện tích rừng.
Bảng 2.1. Dữ liệu ảnh Landsat thu thập trong đề tài
Năm

Mã ảnh

Ngày chụp

Độ phân
giải

Path/Row

2012

LE71290452012308EDC00

03/11/2012

30m

129/45

2017

LC81290442017233LGN00 21/08/2017

30m

129/45

()
2.4.2.2. Phương pháp giải đốn ảnh bằng mắt
Để phƣơng pháp nhân loại có kiểm định đƣợc hiệu quả hơn, trong đề tài
dùng thêm phƣơng pháp giải đoán ảnh bằng mắt. Đây là phƣơng pháp dựa trên
kinh nghiệm của ngƣời phân tích và các tài liệu có sẵn để giải đốn ảnh. Phƣơng
pháp sử dụng một số công cụ hỗ trợ nhƣ Google Earth,... Tuy nhiên, do ảnh sử
dụng trong đề tài có độ phân giải khơng cao, vì vậy đây chỉ là phƣơng pháp hỗ
trợ nhằm giúp phƣơng pháp phân loại có kiểm định đạt hiệu quả cao hơn.
2.4.2.3. Phương pháp phân loại ảnh bằng NDVI
Một số lƣợng lớn các nghiên cứu đã lập bản đồ biến động rừng trên toàn
thế giới từ quan điểm của sử dụng tài nguyên rừng và thay đôit độ che phủ. Tuy
nhiên, thông tin về các khu vực có tài ngun rừng thực tế cịn hạn chế. Đã có

một số nghiên cứu phát triển một thuật tốn đơn giản để lập bản đồ nhanh chóng
của rừng thơng qua các đặc tính vật lý của tài nguyên rừng. Sử dụng chỉ số thực
vật (NDVI) từ các ảnh vệ tinh cho khu vực nghiên cứu ở các giai đoạn khác
nhau để phân tích. Khu vực nghiên cứu biến động tài nguyên rừng có thể đƣợc
phát hiện bằng cách sử dụng một hoặc hay kênh ảnh viễn thám. Do đó, thuật
tốn NDVI làm nổi bật các lớp phủ thực vật của vùng nghiên cứu và có thể giúp
đỡ trong việc lập bản đồ hiện trạng và biến động rừng.

15


Ảnh chỉ số thực vật NDVI là dạng đặc biệt của ảnh tỷ số đƣợc đề xuất đầu
tiên bởi Rouse và cộng sự năm 1973, nhằm nhấn mạnh cùng thực phủ trên ảnh.
Chỉ số NDVI là một thƣớc đo của sự khác biệt trong phản xạ giữa các bƣớc sóng
dao động. Đối với ảnh Landsat, chỉ số thực vật NDVI thƣờng đƣợc tính nhƣ sau:
NDVI= (NIR-Red/NIR+Red)
Trong đó: NIR là kênh cận hồng ngoại
Red là kênh đỏ
Chỉ số NDVI có giá trị giữa -1 và 1, với giá trị 0 – 0,5 là vùng có cây bụi
và trảng cỏ.
(0.5 – 0.8) cho thấy thảm thực vật dày đặc và các giá trị <0 cho giá trị
khơng có thảm thực vật,đất đá cằn cỗi,sông hồ...
NDVI của thảm thực vật dày đặc tán mây sẽ có xu hƣớng có giá trị tích
cực (0,3-0,8).
- Nƣớc (đại dƣơng, biển, hồ và sơng) có một phản xạ khá thấp trong cả
hai kênh phổ (ít nhất là xa từ bờ biển) do đó dẫn đến giá trị NDVI rất thấp hoặc
khá thấp.
- Đất thƣờng biểu hiện một phản xạ quang phổ cận hồng ngoại có phần
lớn hơn so với các màu đỏ, và do đó có xu hƣớng tạo ra giá trị NDVI tích cực
khá nhỉ (0,1-0,2).

- Giáo trị rất thấp của NDVI (0,1 và dƣới) tƣơng ứng với khu vực cằn cỗi
của đá, cát hoặc tuyết.
- Giá trị vừa phải đại diện cho cây bụi và đồng cỏ (0,2-0,3).
- Giá trị cao đại diện cho rừng nhiệt đới, ôn đới (0,6-0,8).
2.4.2.4. Phương pháp điều tra thực tế
Để xây dựng khóa phân loại đối tƣợng nghiên cứu năm 2017, đề tài dựa vào
tƣ liệu ảnh viễn thám và thu thập các điểm tọa độ có rừng và khơng có rừng với sự
trợ giúp của GPS. Qua q trình điều tra, đề tài đã lập đƣợc 60 điểm cho đối tƣợng
nghiên cứa, trong đó có 30 điểm là rừng và 30 điểm là các đối tƣợng khác. Tổng số
lƣợng điểm nghiên cứu phân bố đều trong toàn bộ khu vực nghiên cứu.
16