Luận văn thạc sĩ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS để giám sát biến động hiện trạng rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên an toàn, huyện an lão, tỉnh bình định
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (46.66 MB, 164 trang )
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là: Nguyễn Xuân Vũ, sinh ngày 15 tháng 10 năm 1986, là học viên cao
học khóa 20 (niên khóa 2014 - 2016) ngành Lâm học tại Trường Đại Học Nông Lâm Đại Học Huế.
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ một cơng
trình nào khác. Các số liệu liên quan được trích dẫn có ghi chú nguồn gốc cụ thể.
Tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu kết quả là sản phẩm kế thừa hoặc đã
công bố của người khác.
Huế, ngày 26 tháng 3 năm 2016
Tác giả luận văn
Nguyễn Xuân Vũ
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
ii
LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Trường Đại học Nơng Lâm – Đại học Huế, sự đồng ý
của Phịng Đào tạo sau đại học, Khoa Lâm nghiệp và sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo PGS.TS Nguyễn Văn Lợi, tơi đã thực hiện đề tài “Tích hợp tư liệu viễn thám và
GIS để giám sát biến động hiện trạng rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên An Toàn,
huyện An Lão, tỉnh Bình Định”.
Trong quá trình thực hiện luận văn cùng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận
được sự quan tâm và hướng dẫn của Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Lâm nghiệp
thuộc trường Đại học Nông Lâm - Đại học Huế, thầy giáo hướng dẫn, Ban Quản lý
rừng đặc dụng An Toàn và địa phương nơi chúng tơi thực hiện nghiên cứu.
Để hồn thành luận văn này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến PGS.TS
Nguyễn Văn Lợi người đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, tận tình
hướng dẫn khoa học và trên hết dành cho tơi những tình cảm tốt đẹp trong suốt thời
gian chúng tôi học tập cũng như thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn q thầy, cơ giáo Phịng Đào tạo sau đại học, Khoa
Lâm nghiệp đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ trong q trình thực hiện luận văn.
Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Ban Quản lý rừng đặc dụng An Toàn, UBND xã An
Tồn, cán bộ, cơng chức các trạm bảo vệ rừng của Ban Quản lý rừng đặc dụng An
Toàn,… đã giúp đỡ và tạo điều kiện trong quá trình thu thập số liệu ngoại nghiệp.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến vợ, con, bố, mẹ, những người thân
trong gia đình và bạn bè đã ln động viên, giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và
thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn.
Huế, ngày 26 tháng 3 năm 2016
Tác giả luận văn
Nguyễn Xuân Vũ
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
iii
TĨM TẮT
KBTTN An Tồn được UBND tỉnh Bình Định quyết định xác lập theo Quyết
định số 580/QĐ-UBND ngày 11/3/2013. Đây là vùng rừng cịn giữ được tính đa dạng
sinh học cao với các hệ sinh thái tự nhiên đa dạng, phong phú về thành phần loài động
vật và thực vật, cũng vì vậy, sức ép lên tài nguyên rừng ở Khu Bảo tồn là rất lớn, hàng
năm đã có rất nhiều biến động về rừng và đất rừng xảy ra. Kết quả nghiên cứu cho
thấy diện tích biến động chủ yếu do các tác động như khai thác lâm sản, khoanh ni
thành rừng, chuyển mục đích sử dụng rừng và đất lâm nghiệp, phá rừng. Trên cơ sở
các tác động gây biến động hiện trạng rừng, nghiên cứu sử dụng cơng nghệ tích hợp tư
liệu viễn thám và GIS để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng giai đoạn 1989 – 2014 tại
KBTTN An Toàn và giám sát biến động hiện trạng rừng. Qua kết quả phân loại ảnh
của từng năm trong giai đoạn nghiên cứu cho thấy độ chính xác kết quả phân loại đạt
được dao động từ 91,75% đến 98,98%, với chỉ số Kappa từ 0,90 đến 0,99. Kết quả đạt
được ở mức độ chính xác cao. Từ kết quả phân loại ảnh, nghiên cứu tiến hành phân
tích biến động các LĐLR, cho thấy: có sự biến động rất lớn về diện tích các loại đất,
loại rừng, cụ thể: Diện tích rừng giàu và rừng trung bình giảm mạnh qua các năm, tính
trung bình cả giai đoạn 1989-2014 giảm 3.083,13 ha; Diện tích rừng nghèo, rừng phục
hồi có sự gia tăng, tính trung bình cả giai đoạn 1989-2014 tăng 1.506,15 ha; Đất trống
có sự gia tăng, tính trung bình cả giai đoạn 1989-2014 tăng 1.826,25 ha.
Từ những biến động về các LĐLR được phân tích, đề tài đề xuất giải pháp phát
triển bền vững KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định, cụ thể: hồn thiện thể
chế chính sách; tăng cường năng lực, hồn thiện bộ máy của các cơ quan nhà nước về
rừng và đất lâm nghiệp; nâng cao hiệu lực quản lý nhà nước trong công tác bảo vệ và
phát triển rừng; phát triển nguồn nhân lực phục vụ công tác bảo vệ và phát triển rừng,
bảo tồn thiên nhiên; tăng cường ứng dụng khoa học và cơng nghệ; thực hiện có hiệu
quả cơng tác tuyên truyền; quản lý có hiệu quả hoạt động sản xuất nương rẫy; giải
pháp về quan hệ và phối hợp trong công tác quản lý, bảo vệ rừng và tổ chức sản xuất
kinh doanh; giải pháp về tài chính, tín dụng; các giải pháp về bảo vệ môi trường và
bảo vệ, cải tạo đất.
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................................. ii
TÓM TẮT.................................................................................................................................................... iii
MỤC LỤC.................................................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.............................................................................................................. ix
MỞ ĐẦU........................................................................................................................................................ 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................................................... 1
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.................................................................................................................. 2
2.1. Mục tiêu chung.................................................................................................................................... 2
2.2. Mục tiêu cụ thể.................................................................................................................................... 2
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN................................................................................... 2
3.1. Ý nghĩa khoa học................................................................................................................................ 2
3.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................................. 4
1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................................. 4
1.1.1. Khái niệm, phân loại viễn thám................................................................................................ 4
1.1.2. Định nghĩa GIS................................................................................................................................ 5
1.1.3. Công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS..................................................................... 5
1.1.4. Các phương pháp nghiên cứu biến động hiện trạng rừng............................................... 7
1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................... 12
1.2.1. Các ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trên thế giới.............12
1.2.2. Các nghiên cứu về ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS ở Việt
Nam............................................................................................................................................................... 26
1.3. ĐÁNH GIÁ CHUNG..................................................................................................................... 31
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU.............................................................................................................................................................. 33
2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU...................................................................... 33
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
v
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................................................. 33
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu..................................................................................................................... 33
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU....................................................................................................... 33
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................................. 33
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp, kế thừa tài liệu.................................................. 33
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu công nghệ tích hợp tư liệu ảnh viễn thám và GIS........34
2.3.3. Điều tra thực địa và phân tích, xử lý số liệu...................................................................... 39
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố tác động vào KBTTN An
Toàn và xác định tác động vào KBTTN An Toàn........................................................................ 39
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN................................................ 41
3.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÀ HIỆN TRẠNG RỪNG TẠI
KBTTN AN TỒN, HUYỆN AN LÃO, TỈNH BÌNH ĐỊNH................................................ 41
3.1.1. Điều kiện tự nhiên....................................................................................................................... 41
3.1.2. Tình hình kinh tế - xã hội.......................................................................................................... 44
3.1.3. Hiện trạng rừng KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định năm 2014 .. 48
3.1.4. Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại KBTTN An Tồn,
huyện An Lão, tỉnh Bình Định............................................................................................................ 49
3.2. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT VÀ CÔNG NGHỆ GIS
XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG RỪNG TẠI KBTTN AN TOÀN NĂM 1989,
1995, 2001, 2005, 2010 VÀ 2014...................................................................................................... 50
3.2.1. Kết quả nắn ảnh LANDSAT.................................................................................................... 51
3.2.2. Kết quả cắt vùng nghiên cứu................................................................................................... 54
3.2.3. Chọn vùng mẫu và xây dựng khóa giải đoán ảnh............................................................ 57
3.2.4. Xây dựng bản đồ hiện trạng rừng.......................................................................................... 63
3.2.5. Đánh giá biến động hiện trạng rừng KBTTN An Toàn giai đoạn 1989-2014.......77
3.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ TÁC ĐỘNG VÀO
KBTTN AN TOÀN GIAI ĐOẠN 1989 - 2014............................................................................ 84
3.3.1. Ảnh hưởng của công tác giao đất, giao rừng..................................................................... 84
3.3.2. Ảnh hưởng của công tác bảo vệ rừng................................................................................... 84
3.3.3. Ảnh hưởng của công tác trồng rừng..................................................................................... 85
3.3.4. Ảnh hưởng của công tác khoanh nuôi rừng....................................................................... 86
3.3.5. Ảnh hưởng của công tác khai thác lâm sản........................................................................ 86
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
vi
3.3.6. Ảnh hưởng của hoạt động các dự án lâm nghiệp, dự án phát triển kinh tế - xã hội
tại địa phương............................................................................................................................................ 87
3.4. XÁC ĐỊNH TÁC ĐỘNG VÀO KBTTN AN TOÀN GIAI ĐOẠN 1989-2014......88
3.4.1. Khai thác gỗ rừng tự nhiên....................................................................................................... 88
3.4.2. Phá rừng làm nương rẫy và lấn, chiếm đất lâm nghiệp để canh tác nông nghiệp 88
3.4.3. Chuyển mục đích sử dụng rừng.............................................................................................. 89
3.4.4. Khoanh ni bảo vệ rừng.......................................................................................................... 89
3.5. QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM
VÀ GIS ĐỂ GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG RỪNG............................................ 89
3.6. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG TẠI KBTTN AN TỒN....92
3.6.1. Hồn thiện thể chế chính sách................................................................................................. 92
3.6.2. Tăng cường năng lực, hoàn thiện bộ máy của cơ quan quản lý nhà nước về rừng
và đất lâm nghiệp..................................................................................................................................... 93
3.6.3. Nâng cao hiệu lực quản lý nhà nước trong công tác bảo vệ rừng và phát triển
rừng................................................................................................................................................................ 94
3.6.4. Phát triển nguồn nhân lực phục vụ công tác bảo vệ và phát triển rừng, bảo tồn
thiên nhiên................................................................................................................................................... 94
3.6.5. Tăng cường ứng dụng khoa học và công nghệ................................................................. 95
3.6.6. Thực hiện có hiệu quả cơng tác tun truyền.................................................................... 95
3.6.7. Quản lý có hiệu quả hoạt động sản xuất nương rẫy........................................................ 96
3.6.8. Giải pháp về quan hệ và phối hợp trong quản lý, bảo vệ rừng và tổ chức sản xuất
kinh doanh................................................................................................................................................... 97
3.6.9. Giải pháp về tài chính và tín dụng......................................................................................... 97
3.6.10. Các giải pháp về bảo vệ môi trường và bảo vệ, cải tạo đất....................................... 97
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.................................................................................................................. 99
1. KẾT LUẬN........................................................................................................................................... 99
2. ĐỀ NGHỊ............................................................................................................................................. 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................. 101
PHỤ LỤC.................................................................................................................................................. 107
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
Viết đầy đủ, ý nghĩa
ENVI
:
Enviroment for Visualizing Images
FAO
:
Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức
Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)
GPS
:
Global Positioning System (hệ thống định vị toàn cầu)
GIS
:
Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý)
KBTTN
:
Khu Bảo tồn thiên nhiên
NASA
:
National Aeronautics and Space Administration (Cơ quan Hàng
không và Vũ trụ Hoa Kỳ)
NDVI
:
Normalized Differece Vegetation Index (chỉ số thực vật)
LĐLR
:
Loại đất loại rừng
LRTX
:
Lá rộng thường xanh
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của một số loại ảnh viễn thám được sử dụng phổ biến
hiện nay....................................................................................................................................................... 14
Bảng 1.2. Một số thông số các kênh phổ của ảnh LANDSAT TM....................................... 21
Bảng 1.3. Một số thông số các kênh phổ ảnh LANDSAT 7 ETM+..................................... 22
Bảng 1.4. Một số thông số các kênh phổ ảnh LANDSAT 8.................................................... 22
Bảng 1.5. Bảng ma trận biến động giữa hai thời điểm.............................................................. 24
Bảng 3.1. Thành phần thực vật bậc cao ở KBTTN An Toàn.................................................. 43
Bảng 3.2. Kết quả điều tra khu hệ động vật rừng........................................................................ 44
Bảng 3.3. Số học sinh theo từng khối lớp...................................................................................... 47
Bảng 3.4. Hiện trạng rừng xã An Toàn năm 2014....................................................................... 48
Bảng 3.5. Các cảnh ảnh được chọn để giải đoán......................................................................... 50
Bảng 3.6. Các LĐLR chủ yếu ở KBTTN An Tồn..................................................................... 57
Bảng 3.7. Mẫu giải đốn vệ tinh trên mẫu ảnh LANDSAT..................................................... 59
Bảng 3.8. Hiện trạng rừng KBTTN An Toàn năm 1989 trên ảnh LANDSAT.................64
Bảng 3.9. Hiện trạng rừng KBTTN An Toàn năm 1995 trên ảnh LANDSAT.................66
Bảng 3.10. Hiện trạng rừng KBTTN An Toàn năm 2001 trên ảnh LANDSAT...............68
Bảng 3.11. Hiện trạng rừng KBTTN An Toàn năm 2005 trên ảnh LANDSAT...............71
Bảng 3.12. Hiện trạng rừng KBTTN An Toàn năm 2010 trên ảnh LANDSAT...............73
Bảng 3.13. Hiện trạng rừng KBTTN An Toàn năm 2014 trên ảnh LANDSAT...............75
Bảng 3.14. Ma trận biến động LĐLR giai đoạn 1989 - 1995................................................. 77
Bảng 3.15. Ma trận biến động LĐLR giai đoạn 1995 - 2001................................................. 77
Bảng 3.16. Ma trận biến động LĐLR giai đoạn 2001 - 2005................................................. 78
Bảng 3.17. Ma trận biến động LĐLR giai đoạn 2005 - 2010................................................. 78
Bảng 3.18. Ma trận biến động LĐLR giai đoạn 2010 - 2014................................................. 78
Bảng 3.19. Ma trận biến động LĐLR giai đoạn 1989 - 2014................................................. 79
Bảng 3.20. Diện tích LĐLR tại KBTTN An Tồn theo thời gian......................................... 79
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Ảnh lập bản đồ biến động bằng phương pháp so sánh sau phân loại.................8
Hình 1.2. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa
thời gian......................................................................................................................................................... 8
Hình 1.3. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp cộng màu trên một kênh
ảnh................................................................................................................................................................. 11
Hình 3.1. Ảnh Landsat năm 1989 (tổ hợp kênh 543) trước và sau khi nắn chỉnh ảnh . 51
Hình 3.2. Ảnh Landsat năm 1995 (tổ hợp kênh 543) trước và sau khi nắn chỉnh ảnh . 51
Hình 3.3. Ảnh Landsat năm 2001 (tổ hợp kênh 543) trước và sau khi nắn chỉnh ảnh . 52
Hình 3.4. Ảnh Landsat năm 2005 (tổ hợp kênh 543) trước và sau khi nắn chỉnh ảnh . 52
Hình 3.5. Ảnh Landsat năm 2010 (tổ hợp kênh 543) trước và sau khi nắn chỉnh ảnh . 53
Hình 3.6. Ảnh Landsat năm 2014 (tổ hợp kênh 654) trước và sau khi nắn chỉnh ảnh . 53
Hình 3.7. Ảnh viễn thám năm 1989 trước và sau khi cắt theo ranh giới KBTTN An
Tồn.............................................................................................................................................................. 54
Hình 3.8. Ảnh viễn thám năm 1995 sau khi cắt theo ranh giới KBTTN An Tồn..........54
Hình 3.9. Ảnh viễn thám năm 2001 sau khi cắt theo ranh giới KBTTN An Tồn..........55
Hình 3.10. Ảnh viễn thám năm 2005 sau khi cắt theo ranh giới KBTTN An Tồn.......55
Hình 3.11. Ảnh viễn thám năm 2010 sau khi cắt theo ranh giới KBTTN An Tồn.......56
Hình 3.12. Ảnh viễn thám năm 2014 sau khi cắt theo ranh giới KBTTN An Tồn.......56
Hình 3.13. Sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh năm 1989................................... 60
Hình 3.14. Sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh năm 1995................................... 60
Hình 3.15. Sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh năm 2001................................... 61
Hình 3.16. Sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh năm 2005................................... 61
Hình 3.17. Sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh năm 2010................................... 62
Hình 3.18. Sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh năm 2014................................... 62
Hình 3.19. Bản đồ hiện trạng rừng năm 1989.............................................................................. 65
Hình 3.20. Bản đồ hiện trạng rừng năm 1995.............................................................................. 67
Hình 3.21. Bản đồ hiện trạng rừng năm 2001.............................................................................. 70
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
x
Hình 3.22. Bản đồ hiện trạng rừng năm 2005.............................................................................. 72
Hình 3.23. Bản đồ hiện trạng rừng năm 2010.............................................................................. 74
Hình 3.24. Bản đồ hiện trạng rừng năm 2014.............................................................................. 76
Hình 3.25. Biểu đồ diện tích LĐLR tại KBTTN An Tồn theo thời gian..........................80
Hình 3.26. Biến động diện tích rừng giàu và trung bình tại KBTTN An Tồn................80
Hình 3.27. Biến động diện tích rừng nghèo và phục hồi tại KBTTN An Tồn................81
Hình 3.28. Biến động diện tích đất trống các loại tại KBTTN An Tồn............................ 81
Hình 3.29. Biến động diện tích mặt nước tại KBTTN An Tồn............................................ 82
Hình 3.30. Bản đồ biến động LĐLR tại KBTTN An Tồn giai đoạn 1989 - 2014.........83
Hình 3.31. Sơ đồ Quy trình ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS để
giám sát biến động hiện trạng rừng.................................................................................................. 90
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
1
MỞ ĐẦU
1.
ĐẶT VẤN ĐỀ
Rừng là “lá phổi xanh của hành tinh”, có vai trị cực kỳ quan trọng đối với đời
sống con người. Rừng là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá mà thiên nhiên đã ban tặng
cho con người, rừng khơng chỉ cung cấp gỗ, các lâm sản ngồi gỗ mà cịn có tác dụng
phịng hộ chống xói mịn, phủ xanh đất trống đồi núi trọc, bảo vệ môi trường sinh thái.
Nhưng hiện nay rừng đã và đang bị con người tàn phá đến mức báo động, cùng với đó
là sự phát triển kinh tế, xã hội làm cho áp lực lên tài nguyên rừng và đất rừng ngày
càng tăng, làm cho diện tích, chất lượng rừng bị suy giảm nghiêm trọng, đất trống đồi
núi trọc ngày càng tăng nhanh kéo theo đó là nạn hạn hán lũ lụt, thiên tai thường
xuyên xảy ra với mức độ ngày càng nghiêm trọng. Do đó, giám sát biến động hiện
trạng rừng, đất rừng có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn, là một trong những nhiệm
vụ quan trọng hàng đầu của ngành lâm nghiệp. Qua giám sát biến động hiện trạng
rừng, đất rừng giúp cho các ngành, cơ quan liên quan có cái nhìn tồn diện, tổng thể về
tài ngun rừng, đất rừng để thực hiện chức năng quản lý nhà nước về rừng và đất
rừng, làm cơ sở để xây dựng quy hoạch, kế hoạch bảo vệ và phát triển rừng các cấp và
định hướng phát triển lâm nghiệp.
Hiện nay, công nghệ viễn thám và GIS đang phát triển rất mạnh mẽ, là thành
tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến trình độ cao, có rất nhiều ứng dụng cơng nghệ tích hợp
tư liệu viễn thám và GIS được áp dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội, quản lý tài
nguyên thiên nhiên, giám sát biến động hiện trạng rừng, biến động sử dụng đất,… cho
phép các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách có những lựa chọn mang tính
chiến lược trong việc quản lý, bảo vệ, khai thác và sử dụng tài nguyên thiên nhiên và
mơi trường theo hướng bền vững.
Những năm trước đây, Bình Định được biết đến như là một trung tâm đa dạng
sinh học rừng không chỉ của khu vực miền Trung mà còn là trung tâm đa dạng sinh
học của Việt Nam nhưng hiện nay trên địa bàn tỉnh Bình Định chỉ cịn KBTTN An
Tồn, huyện An Lão là nơi cịn giữ được tính đa dạng sinh học cao với các hệ sinh thái
tự nhiên đa dạng, phong phú về thành phần lồi động vật và thực vật, cũng vì vậy, sức
ép lên tài nguyên rừng ở Khu Bảo tồn là rất lớn, hàng năm đã có rất nhiều biến động
về rừng và đất rừng xảy ra, làm cho công tác quản lý, bảo vệ rừng và giám sát biến
động hiện trạng rừng gặp nhiều khó khăn. Từ đó, vấn đề đặt ra là làm thế nào để giám
sát biến động hiện trạng rừng qua các thời kỳ, xác định được các yếu tố tác động vào
Khu Bảo tồn để có biện pháp, kế hoạch, định hướng quản lý, bảo vệ và sử dụng tài
nguyên rừng bền vững.
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
2
Xuất phát từ thực tiễn và lý luận nêu trên, đề tài “Tích hợp tư liệu viễn thám và
GIS để giám sát biến động hiện trạng rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên An Tồn,
huyện An Lão, tỉnh Bình Định” nhằm chứng minh giả thuyết rằng cơng nghệ tích hợp
tư liệu viễn thám và GIS có thể thực hiện để giám sát biến động hiện trạng rừng, đất
rừng và sẽ đạt được độ chính xác cao, giảm chi phí về tiền bạc, công sức, thời gian và
sẽ là phương pháp được áp dụng phổ biến, rộng rãi trong ngành lâm nghiệp. Do vậy,
đề tài cần tập trung nghiên cứu để trả lời thỏa đáng và lôgic một số câu hỏi đặt ra như:
Tư liệu viễn thám được sử dụng từ nguồn nào? Độ chính xác của tư liệu viễn thám?
Khả năng ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong giám sát biến
động hiện trạng rừng? Đồng thời, đề tài cũng tìm hiểu các tác động chính gây biến
động hiện trạng rừng tại Khu Bảo tồn, thực trạng công tác quản lý, bảo vệ và phát triển
rừng để đề xuất giải pháp quản lý, bảo vệ và sử dụng tài nguyên rừng bền vững.
2.
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
2.1. Mục tiêu chung
Đề tài nhằm ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS để giám sát
biến động hiện trạng rừng tại KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định, góp
phần nâng cao hiệu quả công tác theo dõi diễn biến rừng trên địa bàn tỉnh Bình Định.
2.2. Mục tiêu cụ thể
Đánh giá được khả năng khai thác và sử dụng tư liệu ảnh LANDSAT trong
theo dõi, giám sát hiện trạng rừng tại KBTTN An Tồn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định.
Xác định được ảnh hưởng của các nhân tố tác động vào KBTTN An Tồn,
huyện An Lão, tỉnh Bình Định giai đoạn 1989 – 2014.
Xây dựng được quy trình ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và
GIS để giám sát hiện trạng rừng.
Đề xuất giải pháp phát triển bền vững KBTTN An Tồn, huyện An Lão, tỉnh
Bình Định.
3.
3.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
1. Ý nghĩa khoa học
Góp phần bổ sung và hồn thiện phương pháp ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư
liệu viễn thám và GIS để giám sát biến động hiện trạng rừng phục vụ công tác theo dõi
diễn biến rừng nói riêng và cơng tác quản lý, bảo vệ và phát triển rừng nói chung.
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
3
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Phương pháp ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS góp phần
nâng cao độ chính xác, giảm chi phí về tiền bạc, công sức, thời gian trong công tác
điều tra, giám sát biến động hiện trạng rừng.
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là nguồn tài liệu tham khảo cho các cơng
trình nghiên cứu sau này trong lĩnh vực cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS.
Đây cũng là nguồn tài liệu quan trọng cho Chi cục Kiểm lâm và các cơ quan quản lý
Nhà nước trong việc điều tra, theo dõi biến động hiện trạng rừng trên địa bàn tỉnh Bình
Định.
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.1. Khái niệm, phân loại viễn thám
1.1.1.1. Khái niệm viễn thám
Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ
thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông
qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện
này khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được
nghiên cứu.
Thực hiện được những cơng việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu
đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà khơng
có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.
Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa
đều có nét chung, nhấn mạnh “viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về
các đối tượng, hiện tượng trên trái đất” [35]. Dưới đây là định nghĩa về viễn thám theo
quan niệm của các tác giả khác nhau:
Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật khơng cần phải
chạm vào vật đó (Ficher và cs, 1976).
Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật trên
một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976).
Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ một
khoảng cách cách xa vật khơng cần tiếp xúc với nó. Năng lượng được đo trong các hệ
viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm (D. A. Land Grete,
1978).
Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của trái
đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức xạ phổ điện
từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất (Janes B. Capbell,
1996).
Viễn thám là “khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vật thể, một
vùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởi phương tiện không tiếp
xúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát” (Lillesand và Kiefer, 1986).
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
5
1.1.1.2. Phân loại ảnh viễn thám
Theo Phó Giáo sư Bảo Huy (2009) [19], ảnh viễn thám chia làm các loại sau:
Ảnh quang học: Được tạo ra nhờ thu nhận và phân tích các bước sóng ánh
sáng nhìn thấy.
Ảnh hồng ngoại: Được thiết lập nhờ thu nhận các bước sóng hồng ngoại phát
ra từ vật thể, đối tượng quan sát.
Ảnh radar: Được xây dựng trên cơ sở thu nhận các bước sóng trong dải sóng
siêu cao tần.
Phân loại ảnh cịn dựa vào độ phân giải khơng gian (resolution) của ảnh, nó
xuất phát từ nguồn vệ tinh cung cấp ảnh phân giải thấp, ảnh phân giải trung bình, hay
phân giải cao hoặc rất cao,…
1.1.2. Định nghĩa GIS
Hiện nay có khá nhiều định nghĩa GIS [7], như:
Định nghĩa 1: GIS là một hộp công cụ “Một bộ công cụ mạnh mẽ để thu thập,
lưu trữ, tổng hợp, chuyển đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho một
tập hợp các mục đích” (Burrough và McDonnell, 1998).
Định nghĩa 2: GIS là một hệ thống thông tin “Hệ thống thông tin được thiết kế
để làm việc với dữ liệu được tham chiếu bởi khơng gian địa lý tọa độ. Nói cách khác,
GIS là một hệ thống cơ sở dữ liệu với khả năng cụ thể cho không gian tham chiếu dữ
liệu, cũng như thiết lập một hoạt động để làm việc, phân tích với các dữ liệu” (Star và
Estes, 1989).
Định nghĩa 3: GIS đóng một vai trị trong xã hội “Tổ chức hoạt động mà người
ta đo lường và đại diện cho các hiện tượng địa lý, và sau đó biến đổi các đại diện vào
các hình thức khác trong khi tương tác với cấu trúc xã hội” (Chrisman, 1999).
Song có thể thống nhất chung về định nghĩa như sau: “GIS là một tổ chức tổng
thể của bốn hợp phần: phần cứng (máy tính và các thiết bị ngoại vi), phần mềm, dữ
liệu địa lý và người điều hành; được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm thu
nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị tồn bộ các dạng dữ liệu địa lý. GIS có
mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý” (Davis,
1996) [42].
1.1.3. Công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS
1.1.3.1. Tích hợp là gì?
Tích hợp tiếng Anh là “integrate”, có nghĩa là hợp thành một thể thống nhất, bổ
sung thành một thể thống nhất, hợp nhất. Như vậy, cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
6
thám và GIS là việc hợp nhất các ưu điểm của hai loại tư liệu viễn thám và công nghệ
GIS thành một thể thống nhất, đồng thời tìm cách hạn chế các yếu điểm của hai loại tư
liệu nói trên.
1.1.3.2. Tại sao phải tích hợp tư liệu viễn thám và GIS?
Những kết quả ứng dụng viễn thám gần đây chỉ ra rằng giải quyết một vấn đề
thực tiễn trong quản lý tài nguyên rừng chỉ dựa đơn thuần trên tư liệu viễn thám là một
việc hết sức khó khăn và trong nhiều trường hợp không thể thực hiện [29].
Công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nhằm tạo ra công nghệ hiệu quả,
kết hợp chiến lược xử lý ảnh cũng như dịng ln chuyển thơng tin và chuyển đổi dữ
liệu trong q trình xử lý và giải đốn ảnh, để tạo ra dữ liệu địa lý cần thiết cho GIS
đáp ứng nhu cầu đa dạng trong công tác quản lý tài nguyên rừng nói riêng và tài
nguyên thiên nhiên nói chung.
Vì vậy cần phải có một sự tiếp cận tổng hợp, trong đó tư liệu viễn thám giữ một
vai trò quan trọng và hiệu quả nhất cho việc cập nhật và xây dựng cơ sở dữ liệu cho
GIS. Thực tế, nguồn cung cấp thông tin địa lý là số liệu trắc địa - bản đồ, ảnh hàng
không, ảnh viễn thám, số liệu điều tra, thống kê và GIS dựa trên các cơ sở dữ liệu quan
trắc, viễn thám để cập nhật, xây dựng cơ sở dữ liệu và đưa ra các câu hỏi truy vấn,
phân tích, thống kê trên các đối tượng địa lý, làm cơ sở để GIS tạo ra sản phẩm một
cách nhanh chóng, kịp thời chính xác và chi tiết, đáp ứng được yêu cầu của vấn đề
thực tiễn đặt ra.
Hiện nay, nhu cầu ứng dụng công nghệ GIS trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu,
khai thác sử dụng, quản lý tài nguyên rừng và môi trường ngày càng cao không những
trong phạm vi quốc gia, mà cả phạm vi quốc tế nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng trong
hoạch định chính sách, các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng, quản lý
tài ngun thiên nhiên và mơi trường. Do đó, việc sử dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu
viễn thám và GIS cho phép cập nhật, xây dựng dữ liệu và phân tích biến động hiệu quả
và đóng vai trị quan trọng cho việc hỗ trợ ra quyết định nhanh, trên phạm vi rộng với
giá thành rẻ [54].
1.1.3.3. Khả năng ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS
Ảnh viễn thám sau khi phân loại sẽ thể hiện sự phân bố của các đối tượng theo
không gian và thời gian. Do đó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ ra hiện trạng
sử dụng đất, hiện trạng rừng tại thời điểm chụp ảnh và với ảnh đa thời gian cho phép
thành lập các lớp chuyên đề sử dụng đất, hiện trạng rừng trên vùng đất cụ thể nhưng ở
các thời điểm khác nhau, bằng chức năng chồng xếp và phân tích, GIS cho phép tích
hợp từ các kết quả phân loại của nhiều thời điểm chụp để thành lập nhanh và chính xác
bản đồ biến động sử dụng đất, bản đồ biến động hiện trạng rừng của khu vực. Với
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
7
chức năng tự động cung cấp thông tin về sự thay đổi giữa các loại hình sử dụng đất,
thay đổi hiện trạng rừng theo từng thời điểm yêu cầu hoặc theo đơn vị hành chính, GIS
cho phép người sử dụng giám sát quá trình biến động sử dụng đất, biến động hiện
trạng rừng theo bất kỳ loại hình nào và ở bất kỳ khoảng thời gian nào.
Giải pháp truyền thống là so sánh bản đồ hiện trạng sử dụng đất, biến động hiện
trạng rừng đã thành lập tại hai thời điểm yêu cầu, những khu vực thay đổi sẽ được thể
hiện trên tờ bản đồ thứ ba gọi là bản đồ biến động cho ta thấy những thay đổi của các
loại hình sử dụng đất, thay đổi hiện trạng rừng tuy nhiên, ở khu vực mà loại hình sử
dụng đất, biến động hiện trạng rừng thay đổi nhanh thì giải pháp này khơng đáp ứng
được u cầu, độ chính xác và tính hiện thời của bản đồ bị giảm vì phải mất nhiều thời
gian để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất, biến động hiện trạng rừng bằng
phương pháp tổng hợp, mặt khác bản đồ biến động đất, biến động hiện trạng rừng loại
này thường chứa nhiều sai sót vì hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng đã
thành lập tại hai thời điểm không cùng thống nhất về chi tiết nội dung và độ chính xác
u cầu.
Nếu sử dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS thì sẽ đảm bảo được
tính hiện thời của thông tin, dễ dàng kiểm tra mức độ chi tiết và tính thống nhất của dữ
liệu, cũng như không bị ảnh hưởng do tỷ lệ và phép chiếu của bản đồ gây ra [54].
Theo tác giả Nguyễn Đức Phương (2012) đã tổng hợp một số lĩnh vực khác
nhau có khả năng ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS [29]:
Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra
về sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ; vẽ bản đồ thực vật; nghiên cứu các quá trình sa
mạc hố và phá rừng; giám sát thiên tai,…
Viễn thám ứng dụng trong điều tra đất bao gồm: Xác định và phân loại các vùng
thổ nhưỡng; đánh giá mức độ thối hố đất, tác hại của xói mịn, q trình muối hố.
Viễn thám trong lâm nghiệp, diễn biến của rừng bao gồm: Điều tra phân loại
rừng, diễn biến của rừng; nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng, cháy rừng.
Viễn thám trong quản lý sử dụng đất bao gồm: Thống kê và thành lập bản đồ
sử dụng đất; điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật.
1.1.4. Các phương pháp nghiên cứu biến động hiện trạng rừng
1.1.4.1. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp so sánh sau phân loại
Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại ảnh ở hai thời điểm khác
nhau ta thành lập được bản đồ hiện trạng rừng tại hai thời điểm đó. Sau đó chồng ghép
hai bản đồ hiện trạng để xây dựng bản đồ biến động. Các bản đồ hiện trạng có thể thực
hiện dưới dạng bản đồ raster.
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
8
Quy trình thành lập bản đồ biến động hiện trạng rừng theo phương pháp này có
thể tóm tắt như hình 1.1.
Ảnh 1
Bản đồ
Ảnh 2
Hình 1.1. Ảnh lập bản đồ biến động bằng phương pháp so sánh sau phân loại
Phương pháp so sánh sau phân loại được sử dụng rộng rãi nhất, đơn giản, dễ
hiểu và dễ thực hiện. Sau khi ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học sẽ tiến hành phân
loại độc lập để tạo thành hai bản đồ. Hai bản đồ này được so sánh bằng cách so sánh
pixel tạo thành ma trận biến động.
Ưu điểm của phương pháp này cho biết sự thay đổi từ LĐLR gì sang LĐLR gì và
chúng ta cũng có thể sử dụng các bản đồ hiện trạng rừng đã được thành lập trước đó.
Nhược điểm của phương pháp này là phải phân loại độc lập các ảnh viễn thám
nên độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác của từng phép phân loại và thường độ
chính xác khơng cao vì các sai sót trong q trình phân loại của từng ảnh vẫn được giữ
nguyên trong bản đồ biến động.
1.1.4.2. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp
ảnh đa thời gian
Phương pháp này thực chất là chồng xếp hai ảnh với nhau để tạo thành ảnh biến
động. Sau đó dựa vào ảnh biến động ta tiến hành phân loại và thành lập bản đồ như
hình 1.2.
Kênh 2
Kênh 3
Ảnh thời điểm 2
Ảnh thời điểm 1
Kênh 4
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Ảnh biến động
Phân loại
Bản đồ biến động
Hình 1.2. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
9
Ưu điểm của phương pháp này là chỉ phải phân loại một lần. Nhưng nhược
điểm lớn nhất của nó là rất phức tạp trong lấy mẫu vì phải lấy tất cả các mẫu biến động
và không biến động. Hơn nữa, ảnh hưởng của sự thay đổi theo thời gian (các mùa
trong năm) và ảnh hưởng của khí quyển của các ảnh ở các thời điểm khác nhau cũng
không dễ được loại trừ, do đó ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp. Thêm
vào đó bản đồ biến động hiện trạng rừng được thành lập theo phương pháp này chỉ cho
ta biết được chỗ biến động và chỗ không biến động chứ không cho biết được biến
động theo xu hướng nào.
1.1.4.3. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp số học
Đây là phương pháp đơn giản để xác định mức độ biến động giữa hai thời điểm
bằng cách sử dụng tỉ số giữa các ảnh trên cùng một kênh hoặc sự khác nhau trên cùng
một kênh của các thời điểm ảnh.
Trước tiên các ảnh được nắn về cùng một hệ tọa độ. Sau đó dùng các phép biến
đổi số học để tạo ra các ảnh thay đổi. Phép trừ và phép chia số học được sử dụng trong
trường hợp này.
Nếu ảnh thay đổi là kết quả của phép trừ số học thì khi đó giá trị độ xám của
các pixel trên ảnh thay đổi là một dãy số âm và dương. Các kết quả âm và dương biểu
thị mức độ biến đổi của các vùng, còn giá trị 0 thể hiện sự không thay đổi. Với giá trị
độ xám từ 0 đến 255 thì giá trị pixel thay đổi trong khoảng từ -255 đến + 255. Thông
thường để tránh kết quả mang giá trị âm người ta cộng thêm một hằng số khơng đổi.
Cơng thức tốn học để biểu diễn là:
Dijk = BVijk (1) - BVijk (2) + c
Trong đó:
Dijk: giá trị độ xám của pixel thay đổi
BVijk (1): giá trị độ xám của ảnh thời điểm 1
BVijk (2): giá trị độ xám của ảnh thời điểm 2
c:
là một hằng số (c = 127)
i:
chỉ số dòng; j: chỉ số cột
k: Kênh ảnh (ví dụ kênh 4 trên ảnh LANDSAT TM).
Ảnh thay đổi được tạo ra bằng cách tổ hợp giá trị độ xám theo luật phân bố
chuẩn Gauss. Vị trí nào có pixel khơng thay đổi, độ xám biểu diễn xung quanh giá trị
trung bình, vị trí có pixel thay đổi được biểu diễn ở phần biên của đường phân bố.
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
10
Cũng tương tự như vậy, nếu ảnh thay đổi được tạo ra từ phép chia số học thì giá
trị của các pixel trên ảnh là một tỷ số chứng tỏ ở đó có sự thay đổi, nếu bằng 1 thì
khơng có sự thay đổi.
Giá trị giới hạn trên ảnh thay đổi (tạo ra bởi phép trừ số học) và ảnh tỷ số kênh
sẽ quyết định ngưỡng giữa ranh giới sự thay đổi - không thay đổi và được biểu thị
bằng biểu đồ độ xám của ảnh thay đổi.
Thông thường độ lệch chuẩn sẽ được lựa chọn và kiểm tra theo kinh nghiệm.
Nhưng ngược lại, hầu hết các nhà phân tích đều sử dụng phương pháp thử nghiệm
nhiều hơn phương pháp kinh nghiệm. Giá trị ngưỡng của sự thay đổi sẽ được xác định
khi bắt gặp giá trị thay đổi trên thực tế.
Vì vậy, để xác định được ta cần phải hiểu rõ về khu vực nghiên cứu, thậm chí
phải lựa chọn một số vùng biến động và ghi lại để hiển thị trên vùng nghiên cứu mà
người lựa chọn biết rõ. Tuy nhiên kỹ thuật này có thể kết hợp với các kỹ thuật khác để
nghiên cứu biến động và thành lập bản đồ biến động hiệu quả.
1.1.4.4. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp chồng xếp ảnh phân
loại lên bản đồ đã có
Trong một số trường hợp mà khu vực nghiên cứu đã có bản đồ hiện trạng được
thành lập từ ảnh viễn thám hoặc đã có bản đồ được số hóa thì thay vì sử dụng ảnh viễn
thám ở thời điểm 1 chúng ta sử dụng các nguồn dữ liệu đã sẵn có. Tiến hành phân loại
ảnh ở thời điểm thứ hai, sau đó tiến hành so sánh các pixel tương tự như phương pháp
so sánh sau phân loại để tìm ra biến động và thơng tin biến động.
Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng được nguồn dữ liệu đã biết, giảm
được nguồn sai số do bỏ sót hay tổng quát và biết được thông tin chi tiết về sự biến
động. Hơn nữa chỉ cần phân loại độc lập ảnh ở thời điểm 2.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là dữ liệu số hóa có thể khơng
đủ độ chính xác hoặc dữ liệu bản đồ khơng tương thích với hệ thống phân loại.
1.1.4.5. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp cộng màu trên một
kênh ảnh
Trong phương pháp này ta chọn một kênh ảnh nhất định (ví dụ kênh 1) sau đó
ghi từng ảnh ở các thời điểm lên một băng từ đặc biệt của hệ thống xử lý ảnh số. Khi
đó màu sắc của dữ liệu ảnh chồng xếp sẽ cho thấy sự biến động hay không biến động
theo ngun lý tổ hợp màu.
Ví dụ có hai ảnh LANDSAT TM năm 2005 và năm 2010. Gán màu lục cho
kênh 1 của ảnh năm 2005, gán màu đỏ cho kênh 1 của ảnh năm 2010, gán màu chàm
cho kênh 1 của ảnh trống. Khi đó tất cả các vùng khơng có sự thay đổi giữa hai thời
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
11
điểm sẽ có màu vàng (theo nguyên lý cộng màu, tổ hợp màu chàm và màu đỏ tạo
thành màu vàng). Như vậy căn cứ vào màu sắc ta có thể định lượng được sự thay đổi.
Ảnh 1
Ảnh 2
Ảnh 3
Kênh n
Kênh n
Kênh n
Bản đồ biến động
Hình 1.3. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh
Ưu điểm của phương pháp này có thể xác định được biến động của hai thậm chí
ba thời điểm ảnh ở cùng một lần xử lý ảnh.
Tuy nhiên kỹ thuật xử lý ảnh theo phương pháp này không cung cấp được số
liệu cụ thể về diện tích biến động từ loại đất này sang loại đất khác. Tuy vậy đây là
phương pháp tối ưu để nghiên cứu biến động trên phạm vi rộng lớn như vùng hoặc
lãnh thổ.
1.1.4.6. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp kết hợp
Thực chất việc thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp này là véctơ hóa
những vùng biến động từ tư liệu ảnh có độ phân giải cao như ảnh SPOT Pan 10x10m
hoặc ảnh hàng không.
Nếu dữ liệu ảnh tại một thời điểm có độ phân giải thấp hơn ta tiến hành phân
loại ảnh đó theo phương pháp phân loại khơng kiểm định. Từ ảnh phân loại không
kiểm định tạo ra được bản đồ hiện trạng tại thời điểm đó. Tiếp theo chồng xếp bản đồ
lên trên ảnh có độ phân giải cao để phát hiện biến động. Sau đó tiến hành véctơ hóa
những vùng biến động. Việc khoanh vẽ những vùng xảy ra biến động trên ảnh được
thực hiện dễ dàng nhờ phương pháp giải đoán bằng mắt dựa vào các chuẩn đốn đọc
như chuẩn hình dạng, chuẩn cấu trúc, chuẩn kích thước,…. Chính vì vậy, phương pháp
này rất thơng dụng khi người xử lý sử dụng phương pháp giải đoán bằng mắt ảnh hàng
khơng của cả hai thời điểm.
Q trình xử lý được thực hiện dễ dàng hơn nếu thỏa mãn hai yếu tố:
-
Nếu hai ảnh được hiển thị trên màn hình cùng lúc, bên cạnh nhau.
Các tính chất hình học của ảnh là như nhau, được định hướng như nhau thì khi
vẽ một đối tượng trên một ảnh thì trên ảnh kia đối tượng đó có cùng kích thước, hình
dạng.
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
12
Ưu điểm của phương pháp này là độ chính xác cao và cung cấp đầy đủ thông tin
về biến động tuy nhiên phương pháp này chỉ thực hiện trên ảnh độ phân giải cao.
1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2.1. Các ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trên thế
giới
1.2.1.1. Các nghiên cứu về điều tra thành lập bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh
viễn thám
Điều tra rừng là một hệ thống các phương pháp thu thập dữ liệu về đặc điểm tài
nguyên rừng trên một diện tích xác định, các chỉ tiêu điều tra chính bao gồm: tổ thành
lồi, đường kính ngang ngực, chiều cao, tuổi, tính tốn trữ lượng, tăng trưởng của lâm
phần và xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng. Điều tra rừng được thực hiện nhằm mục
đích kiểm kê, đánh giá và phân tích biến động của tài nguyên rừng. Cùng với sự phát
triển của khoa học công nghệ, phương pháp và sản phẩm của điều tra rừng cũng thay
đổi theo thời gian.
Những nghiên cứu về điều tra rừng bắt đầu được thực hiện từ thế kỷ XIX ở
Châu Âu và Bắc Mỹ, phương pháp điều tra rừng được sử dụng là đo đếm hoặc liệt kê
tồn bộ cây trên những ơ tiêu chuẩn điển hình. Phương pháp ước lượng bằng mắt
thường được áp dụng, phương pháp này sử dụng “cây trung bình” để ước tính trữ
lượng cho một ơ tiêu chuẩn, từ đó quy đổi cho toàn khu vực. Trong giai đoạn này, các
phương pháp thống kê toán học (chọn mẫu) cũng bắt đầu được đưa vào áp dụng để xây
dựng bản đồ tài nguyên rừng từ các kết quả điều tra trên các ô tiêu chuẩn. Tuy nhiên,
phương pháp điều tra khoanh vẽ trên thực địa khi được áp dụng thường không hiệu
quả do chi phí rất tốn kém, mất nhiều thời gian và không kịp thời khi đánh giá biến
động tài nguyên rừng, đặc biệt là khi điều tra trên một diện tích rộng lớn.
Ảnh hàng không bắt đầu được áp dụng từ đầu thế kỷ XX để khoanh vẽ các
trạng thái rừng. Ảnh hàng không thường được lưu trên giấy ảnh hoặc ảnh số. Từ những
thử nghiệm lẻ tẻ về ứng dụng ảnh hàng không trong lâm nghiệp vào thời gian đầu, đã
có nhiều tác giả sử dụng thành cơng ảnh hàng không để xây dựng bản đồ tài nguyên
rừng ở các nước như Canada, Mỹ và Anh. Ảnh hàng không thường được giải đoán
bằng mắt thường với sự hỗ trợ của các thiết bị quang học như kính lúp, kính lập thể,
máy tổng hợp màu để xác định đối tượng. Các trạng thái rừng khác nhau trên ảnh được
khoanh vẽ dựa trên một số tiêu chí sau: cấp độ sáng (tone); kích thước (size) và hình
dáng (shape) của tán cây; biến đổi trong cấu trúc tán cây (texture); phân bố không gian
của tán cây (pattern); bóng cây (shadow) (Thomas M. Lillesand, Ralph W. Kiefer,
2000) [61]. Ưu điểm của việc sử dụng ảnh hàng không so với điều tra mặt đất là: cung
cấp một bức tranh toàn cảnh về phân bố của rừng trên một diện tích rộng; lưu giữ được
những biến đổi về động thái của rừng theo thời gian; ảnh hàng khơng có thể chụp với
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
13
bước sóng từ tia cực tím đến hồng ngoại gần (0,3 m – 0,9 m), vì vậy có thể phản ánh
những thông tin mà mắt thường không thấy được. Nhược điểm của ảnh hàng khơng là
rất khó chụp, lưu giữ, hiệu chỉnh và giải đốn. Ngồi ra việc giải đốn bằng mắt là rất
chủ quan phụ thuộc vào trình độ, kinh nghiệm người giải đốn, kết quả khơng đồng
nhất, khó triển khai trên diện rộng, thời gian thực hiện lâu và tốn kém nhiều nhân lực.
Ở Việt nam, công nghệ giải đoán bằng mắt cũng đã và đang được áp dụng đối với ảnh
vệ tinh trong phân loại rừng và đã bộc lộ rất nhiều tồn tại.
Trong vòng khoảng 35 năm trở lại đây, ảnh vệ tinh với phương pháp xử lý số đã
được sử dụng rộng rãi và dần thay thế ảnh hàng không trong xây dựng các bản đồ tài
nguyên rừng phục vụ công tác điều tra và kiểm kê rừng (Lambin EF, Turner BL, Helmut J,
et al, 2001) [56]. Phương pháp xử lý số có ưu điểm nổi bật là thời gian xử lý ngắn, việc
phân loại các đối tượng được tiến hành nhanh chóng trên phạm vi rộng mà không cần
công đi thực địa, công việc được thực hiện hoàn toàn dựa vào cấp độ xám của các pixel,
nên kết quả thu được khách quan không phụ thuộc vào chủ quan của nguời giải đoán. Tuỳ
thuộc vào yêu cầu sử dụng, ảnh vệ tinh sẽ cho phép xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng
với quy mơ và tỷ lệ khác nhau một cách nhanh chóng, hoặc đánh giá được biến động của
hiện trạng rừng ở hiện tại so sánh với các thời điểm trong quá khứ. Với những ưu điểm
như vậy, đã có rất nhiều chuyên gia và các nhà nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh để khoanh
vẽ lớp phủ thực vật trên bề mặt trái đất từ quy mơ nhỏ đến tồn cầu (Yichun Xie, Zongyao
Sha and Mei Yu, 2008) [63]. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều vệ tinh cung cấp ảnh có
độ phân giải khơng gian, bước sóng, số lượng kênh phổ và chu kỳ bay chụp khác nhau, từ
các ảnh đa phổ (multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ (hyperspectral), bước sóng biến
động từ nhìn thấy tới sóng siêu cao tần, độ phân giải không gian từ <1m tới vài km, chu
kỳ bay chụp có thể từ 30 phút tới tuần hoặc tháng. Navulur (2006) đã phân nhóm các loại
ảnh vệ tinh theo độ phân giải không gian như sau: (i) ảnh có độ phân giải thấp > 30m, (ii)
ảnh có độ phân giải trung bình 10m - 30m;
(iii) ảnh có độ phân giải cao 2 – 10 m; (iv) ảnh có độ phân giải rất cao <2m. Mỗi loại
ảnh vệ tinh khác nhau lại có đặc điểm về độ phân giải khơng gian, bước sóng, chu kỳ
bay chụp, giá thành khác nhau. Vì vậy, lựa chọn ảnh vệ tinh thích hợp trong xây dựng
bản đồ phân loại rừng cần phải cân nhắc kỹ, thường dựa vào những căn cứ sau: (i) mục
tiêu của bản đồ, (ii) giá thành của ảnh, (iii) điều kiện khí quyển, (iv) những yêu cầu kỹ
thuật trong việc giải đoán ảnh. Trong xây dựng các bản đồ phân loại rừng, những loại
ảnh viễn thám được sử dụng phổ biên bao gồm LANDSAT TM và ETM+, SPOT,
MODIS, NOAA-AVHRR, IKONOS và QuickBird. Đặc điểm và khả năng ứng dụng
của mỗi loại ảnh vệ tinh trên được tổng hợp ở bảng 1.1.
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm
14
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của một số loại ảnh viễn thám được sử dụng phổ biến
hiện nay
Loại ảnh
1. Ảnh đa phổ có độ phân giải thấp (Multispectral Low Resolution Sensors)
MODIS
AVHRR
Độ phân giải thấp (250m – 1000m);
Trường phủ 2330km; Chu kỳ bay chụp
1-2 ngày; Ảnh có từ năm 2000 (vệ tinh
Terra) hoặc 2002 (vệ tinh Aqua) đến nay.
Độ phân giải thấp 1km từ các vệ tinh
NOAA; Trường phủ 2400km x 6400km;
Ảnh có từ năm 1980 đến nay.
- Quy mơ bản đồ: toàn
cầu, lục địa hoặc quốc
gia.
- Phân loại lớp phủ (vd:
rừng, đơ thị, mặt nước...).
2. Ảnh đa phổ có độ phân giải trung bình (Multispectral Moderate Resolution
Sensors)
LANDSAT
TM
LANDSAT
ETM+
(LANDSAT
7)
ASTER
3. Ảnh đa phổ có độ phân giải cao (Multispectral High-spatial Resolution Sensors –
Hyperspatial)
SPOT
- Quy mô bản đồ: địa
phương, khu vực (hoặc
lớn hơn đối với SPOT
