ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS và VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG RỪNG GIAI đoạn 2015 2020 tại KBTTNVH ĐỒNG NAI

Võ¬N quèc gia Cóc Ph­¬ng TIỂU LUẬN MÔN QUẢN LÝ HỆ SINH THÁI TỔNG HỢP Tên đề tài ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG RỪNG GIAI ĐOẠN 2015 2020 TẠI KBTTNVH ĐỒNG NAI TIỂU LUẬ.

TIỂU LUẬN MÔN: QUẢN LÝ HỆ SINH THÁI TỔNG HỢP

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG RỪNG GIAI ĐOẠN 2015-2020 TẠI KBTTNVH ĐỒNG NAI

TIỂU LUẬN MÔN: QUẢN LÝ HỆ SINH THÁI TỔNG HỢP

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG RỪNG GIAI ĐOẠN 2015-2020 TẠI KBTTNVH ĐỒNG NAI

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáohướng dẫn là ……… đã định hướng, khuyến khích, chỉ dẫn và giúp đỡ tôitrong suốt quá trình thực hiện Khoá luận tốt nghiệp

Được sự đồng ý của Nhà trường, Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi

trường, tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám đánh

giá biến động hiện trạng rừng giai đoạn 2015-2020 tại khu bảo tồn thiên nhiên vănhóa Đồng Nai”

Trong thời gian thực hiện đề tài, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhậnđược rất nhiều sự trợ giúp, hướng dẫn tận tình của các thầy, cô, các tổ chức và cánhân trong và ngoài trường

Nhân dịp này, tôi cũng xin phép gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trongkhoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trường đã tạo mọi điều kiện động viên và giúp

đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp Cuối cùng tôi xin cảm ơn giađình, người thân và toàn thể bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trìnhhọc tập và nghiên cứu, hoàn thành đề tài này Tuy nhiên, do bản thân còn nhiều hạnchế về chuyên môn và thực tế, thời gian hoàn thành đề tài không nhiều nên đề tài sẽkhông tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của cácthầy cô giáo và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đồng Nai, …tháng … năm 2022

Tác giả đề tài

MỤC LỤC

TIỂU LUẬN i

MÔN: QUẢN LÝ HỆ SINH THÁI TỔNG HỢP i

Tên đề tài: i

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG RỪNG GIAI ĐOẠN 2015-2020 TẠI KBTTNVH ĐỒNG NAI i

ii

TIỂU LUẬN ii

MÔN: QUẢN LÝ HỆ SINH THÁI TỔNG HỢP ii

Tên đề tài: ii

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG RỪNG GIAI ĐOẠN 2015-2020 TẠI KBTTNVH ĐỒNG NAI ii

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

GIS Hệ thống thông tin địa lý

GPS Hệ thống định vị toàn cầu

DT2 Đất có cây gỗ tái sinh núi đất

DTR Đất đã trồng rừng chưa thành rừng trên núi đất HG1 Rừng hỗn giao G-TN tự nhiên núi đất

LOO Rừng lồ ô tự nhiên núi đất

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay tư liệu viễn thám được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong các nghiêncứu về Tài nguyên và Môi trường Cùng với đó, thiết bị tin học được đồng bộ hóa tăngkhả năng xử lý nhanh chóng trong việc xây dựng các loại bản đồ Vì vậy, phương phápviễn thám kết hợp công nghệ GIS (Cơ sở dữ liệu thông tin địa lý) sẽ góp phần khắcphục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và đặc biệt hiệu quả trong xử lý sốliệu nhằm đánh giá biến động trong quá trình sử dụng đất đai, theo dõi diễn biến tàinguyên rừng

Điều tra trên thực địa được xem xét như là một phương pháp chính xác, nhưngmất rất nhiều thời gian và tốn kém, đặc biệt là khó áp dụng ở những nơi xa xôi và cóđiều kiện địa hình phức tạp Với đặc tính ưu việt của công nghệ Viễn thám và kỹ thuậtGIS Trong trường hợp sử dụng viễn thám và GIS kết hợp với điều tra tra thực địa đểđánh giá sự biến động về đất lâm nghiệp và theo dõi diễn biến đất lâm nghiệp và rừngtrồng qua các năm là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay

Ở Việt Nam, việc quản lý, bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng được coi là mộttrong những nhiệm vụ trọng tâm trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội, Khu Bảotồn Thiên nhiên - Văn hóa Đồng Nai (KBT) được thành lập đầu năm 2004, với mụctiêu khôi phục lại sự đa dạng sinh học của hệ sinh thái rừng cây tự nhiên bản địa thuộclưu vực sông Đồng Nai và vùng miền Đông Nam bộ; tạo ra phạm vi bảo tồn thiênnhiên rộng lớn nối liền với Vườn Quốc gia Cát Tiên, bảo tồn nơi cư trú và di trú chocác loài động vật hoang dã, phục vụ công tác bảo tồn thiên nhiên gắn với việc bảo tồn,phát huy giá trị văn hóa lịch sử của các di tích, nhằm giáo dục truyền thống cách mạng

và phát triển du lịch sinh thái, mở ra nhiều cơ hội hợp tác, đầu tư với các tổ chức quốc

tế về bảo tồn thiên nhiên, bảo tồn đa dạng sinh học, tạo điều kiện thuận lợi để đăng kýKBT thành khu Dự trữ sinh quyển thế giới

Tổng diện tích tự nhiên của KBT trên 100.303 ha, gồm: 67.903 ha đất lâmnghiệp và 32.400 ha mặt nước (hồ Trị An) Khu Bảo tồn nằm trên địa bàn các xã Phú

Lý, Mã Đà, Hiếu Liêm, thị trấn Vĩnh An thuộc huyện Vĩnh Cửu, xã Thanh Sơn thuộc

huyện Tân Phú; xã Phú Cường, Phú Ngọc, La Ngà và Ngọc Định thuộc huyện ĐịnhQuán; xã Thanh Bình thuộc huyện Trảng Bom, xã Gia Tân thuộc huyện Thống Nhất -

tỉnh Đồng Nai Khu Bảo tồn nằm về phía Bắc tỉnh Đồng Nai; phía Tây giáp tỉnh Bình

Dương; phía Bắc giáp tỉnh Bình Phước Cách thành phố Hồ Chí Minh 70 km và cáchthành phố Biên Hòa khoảng 40 km (nằm cạnh nhà máy Thủy điện Trị An) Bên cạnhgiá trị về đa dạng sinh học, trước đây còn là vùng căn cứ cách mạng với địa danh nổitiếng Chiến khu Đ

Các hoạt động nghiên cứu khoa học về công tác sử dụng ảnh vệ tinh ởKBTTNVH Đồng Nai còn chưa chuyên sâu, chưa có tính hệ thống Và nằm giáp khudân cư thường xuyên có các đoàn khách du lịch đến tham quan chiến khu Đ Xuất phát

từ nhiều khía cạnh tác động nên tôi đã thực hiện: “Ứng dụng công nghệ GIS và Viễn Thám đánh giá biến động hiện trạng rừng giai đoạn 2015-2020 tại KBTTNVH Đồng Nai”

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Những vấn đề chung về viễn thám và GIS

1.1.1 Các khái niệm

Hệ thống thông tin địa lý - GIS (Geographical Information System) là mộtcông cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượngtrên trái đất Côngnghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường như cấu trúc hỏi đáp, cácphép phân tích thống kê, phân tích địa lý Trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnhđược cung cấp duy nhất từ các bản đồ Những khả năng này phân biệt GIS với các hệthống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vựckhác nhau như phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược

GIS (Geographic Information System) hay hệ thống địa lý được hình thành từ

ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống

+ Khái niệm “địa lý” liên quan đến các đặc trưng về không gian Chúng có thể

là vật lý, văn hóa, kinh tế,…trong tự nhiên

+ Khái niệm “thông tin” đề cập đến dữ liệu được quản lý bởi GIS Đó là các dữliệu về thuộc tính và không gian của đối tượng

+ Khái niệm “hệ thống” là hệ thống GIS được xây dựng từ các môđun Việc tạocác môđun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất

Viễn thám (Remote sensing): là một ngành khoa học và nghệ thuật để thunhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việcphân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện Những phương tiện này không

có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu.[11]

Viễn thám dùng để thu nhận thông tin khách quan về bề mặt Trái đất và cáchiện tượng trong khí quyển nhờ các bộ phận cảm biến (sensors) được lắp đặt trên máybay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo Công nghệ viễn thám

cho phép ghi lại được các biến đổi của tài nguyên và môi trường, đã giúp công tácgiám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường hiệu quả hơn.

Viễn thám cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao, làm dữ liệu

cơ bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ và cơ sở dữ liệu địa lý Quốcgia

Tách thông tin trong viễn thám có thể phân thành 5 loại:

+ Phân loại: là quá trình tách, gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, khônggian và thời gian cho bởi ảnh của đối tượng cần nghiên cứu

+ Phát hiện biến động: là sự phát hiện và tách các sự biến động (thay đổi) dựatrên dữ liệu ảnh đa thời gian

+ Tách các đại lượng vật lý: chiết tách các thông tin tự nhiên như đo nhiệt độ,trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trưng phổ hoặc thị sai của ảnhlập thể

+ Tách các chỉ số: tính toán xác định các chỉ số mới (chỉ số thực vật NDVI…)+ Xác định các đặc điểm: xác định thiên tai, các dấu hiệu phục vụ tìm kiếmkhảo cổ…

Cơ sở của viễn thám:

Bức xạ điện từ: Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng

lượng để chiếu vào đối tượng, năng lượng này ở dạng bức xạ điện từ Tất cả bức xạđiện từ đều có một thuộc tính cơ bản và phù hợp với lý thuyết sóng cơ bản Bức xạđiện từ bao gồm điện trường (E) có hướng vuông góc với hướng của bức xạ điện từ dichuyển và từ trường (M) hướng về phía bên phải của điện trường Cả hai cùng dichuyển với tốc độ của ánh sáng (c) Có 2 đặc điểm của bức xạ điện từ đặc biệt quantrọng mà chúng ta cần hiểu nó là bước sóng và tần số

Bước sóng (λ): Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền đi trong 1 chu kỳ,

đơn vị của bước sóng thường là mét (m) Đôi khi sử dụng các đơn vị khác của mét nhưmicromet…

Tần số (f): Tần số là số chu kỳ sóng đi qua một điểm cố định trong một đơn vị

thời gian Thông thường tần số được tính bằng herzt (Hz) tương đương với 1 chu kỳ

trên một giây Ngoài ra tần số còn được tính bằng một số đơn vị khác của Hz nhưMHz, KHz…

Trong viễn thám, các sóng điện từ được sử dụng với các dải bước sóng củaquang phổ điện từ Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các bướcsóng khác nhau, sự phân chia thành các dải phổ có liên quan đến tính chất bức xạ khácnhau [10]

Dữ liệu viễn thám là nguồn cung cấp cơ sở dữ liệu cho GIS trên cơ sở các lớpthông tin chuyên đề khác nhau; sử dụng chức năng chồng lớp hay phân tích của GIS

để tạo ra một kết quả phong phú hơn Do đó, việc phối hợp viễn thám và GIS sẽ trởthành công nghệ tích hợp rất hiệu quả để xây dựng và cập nhật dữ liệu không gianphục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau

1.1.2 Cơ sở khoa học của phương pháp viễn thám

Trong viễn thám, các sóng điện từ được sử dụng với các dải bước sóng củaquang phổ điện từ Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các bướcsóng khác nhau, sự phân chia thành các dải phổ có liên quan đến tính chất bức xạ khácnhau.

Quang phổ điện từ có các dải sóng chính như sau:

- Các tia vũ trụ: là các tia từ vũ trụ có bước sóng vô cùng ngắn với λ<10-6µm

- Các tia gamma (γ) có λ từ 10-6÷ 10-4µm

- Dải các tia x (X) có λ từ 10-4÷10-1µm

- Dải tia nhìn thấy có bước sóng λ từ 0.4 ÷ 0.7 µm đây dải phổ của ánh sángtrắng Trong dải nhìn thấy còn có thể chia nhỏ ra thành các dải ánh sáng đơn sắc:

+ Blue (xanh lơ - lam): 0.4 ÷ 0.5 µm

+ Green (xanh lá cây - lục): 0.5 ÷ 0.6 µm

- Sau vùng radar là sóng radio có bước sóng > 30cm

Còn tính chất hạt được mô tả theo tính chất của photon hay quang lượng tửđược thể hiện bằng biểu thức sau:

(h là hằng số plank)

1.1.2.2 Tương tác và đặc trưng phản xạ phổ

- Sự tương tác năng lượng với các đối tượng ở trên mặt đất

Sóng điện từ lan truyền tới bề mặt của vật thể, năng lượng sóng điện từ sẽ tươngtác với vật thể đưới dạng hấp thụ (A), phản xạ (R), truyền qua vật thể (T), phần trămnăng lượng phản xạ phụ thuộc vào chất liệu và điều kiện tương tác với vật thể đó

EI(λ) = ER(λ) + EA(λ) + ET(λ)

Trong đó: EI: là năng lượng tới mặt đất

ER: năng lượng phản xạ

EA: năng lượng hấp thụ

ET: năng lượng truyền qua

Tỷ lệ giữa các hợp phần năng lượng phản xạ, hấp thụ, truyền qua là rất khácnhau, tuỳ thuộc vào các đặc điểm của đối tượng trên bề mặt, cụ thể là phần vật chất

và tình trạng của đối tượng Ngoài ra, tỷ lệ giữa các hợp phần đó còn phụ thuộc vàobước sóng của ánh sáng chiếu tới

Trong viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ rất quan trọng và viễnthám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối tượng Vì vậy, năng lượng phản

xạ phổ thường được sử dụng để tính sự cân bằng năng lượng

ER(λ) = EI(λ) – [EA(λ) + ET(λ)]

Công thức trên nói lên rằng năng lượng phản xạ bằng năng lượng rơi xuốngmột đối tượng sau khi đã bị suy giảm bởi việc truyền qua hoặc hấp thụ

Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt Trái Đất là thông số quantrọng nhất trong viễn thám Độ phản xạ phổ được đo theo công thức:

Như vậy, phổ phản xạ là tỷ lệ phần trăm của năng lượng rơi xuống đối tượng vàđược phản xạ trở lại Với cùng một đối tượng độ phản xạ phổ khác nhau ở các bướcsóng khác nhau

- Phổ phản xạ của một số đối tượng tự nhiên chính:

Đồ thị phổ phản xạ được xây dựng với chức năng là một hàm số của giá trịphổ phản xạ và bước sóng, được gọi là đường cong phổ phản xạ Đường cong phổphản xạ cho biết một cách tương đối rõ ràng tính chất phổ của một đối tượng và hìnhdạng đường cong phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn các dải sóng mà ở đó thiết bịviễn thám có thể ghi nhận được các tín hiệu phổ

Phản xạ phổ ứng với từng loại lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sựtương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể, điều này cho phép viễn thám có thể xác địnhhoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đo lường phản xạ phổ.

Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chấtcủa các đối tượng Trong thực tế, giá trị phổ của các đối tượng hoặc một nhóm đốitượng khác nhau cũng rất khác nhau, song về cơ bản chúng dao động xung quanh giátrị trung bình

Thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ của các đốitượng, nên việc nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng vaitrò quan trọng trong việc khai thác, ứng dụng có hiệu quả các thông tin thu được từ cácphương tiện bay Kết quả của việc giải đoán các lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào

sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ và bản chất, trạng thái củacác đối tượng tự nhiên Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng

tự nhiên cho phép các nhà khoa học chọn lọc các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thôngtin nhất về đối tượng nghiên cứu và là cơ sở để nghiên cứu tính chất của đối tượng,tiến tới phân loại chúng Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộcvào các yếu tố như điều kiện ánh sáng, môi trường khí quyển và bề mặt đối tượngcũng như bản thân các đối tượng đó (độ ẩm, lớp nền, thực vật, chất mùn,cấu trúc bềmặt, )

Bức xạ mặt trời (EI) khi tới bề mặt lá cây thì một phần sẽ bị phản xạ ngay (E1).Bức xạ ở vùng sóng lục khi gặp diệp lục trong cây sẽ bị phản xạ lại (EG) Bức xạ ở

vùng sóng hồng ngoại cũng bị phản xạ mạnh khi gặp diệp lục trong lá cây (EIR) Nhưvậy, năng lượng phản xạ từ thực vật là:

Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật được xác định bởi các yếu tố bên trong vàbên ngoài của lá cây, thời kỳ sinh trưởng và tác động của ngoại cảnh như: hàm lượngsắc tố diệp lục, thành phần và cấu tạo mô bì, biểu bì, hình thái lá, …tuổi cây, giai đoạnsinh trưởng phát triển, …, điều kiện sinh trưởng, vị trí địa lý, điều kiện chiếu sáng,…

Vì vậy, khả năng phản xạ phổ của mỗi loài thực vật, mỗi trạng thái của lớp phủthực vật

là khác nhau Tuy nhiên, chúng vẫn có những điểm chung như sau:

Khả năng phản xạ phổ của thực vật có sự rõ rệt ở vùng sóng nhìn thấy, cậnhồng ngoại và hồng ngoại Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, phần lớn năng lượng đượcdiệp lục trong lá cây hấp thụ phục vụ cho quá trình quang hợp, một phần nhỏ truyềnqua và phần còn lại bị phản xạ lại Vùng hồng ngoại gần, khả năng phản xạ phổ củathực vật là mạnh nhất

- Đặc trưng phản xạ phổ của nước:

Khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ chiếu tới,

bề mặt nước, trạng thái nước, thành phần vật chất có trong nước

Nước có độ dẫn truyền cao trong khoảng sóng nhìn thấy và tính truyền dẫn tăngdần khi bước sóng giảm Kết quả là đối với nước sâu, chỉ có ánh sáng xanh lơ có thểlan truyền đến những độ sâu nhất định, các bước sóng dài bị hấp thụ ngay ở mựcnước nông Đối với nước trong, có thể đáng giá độ sâu bằng cường độ của bức xạnhìn thấy, đặc biệt là ánh sáng xanh lơ phản xạ từ đáy

Tuy nhiên, đối với độ sâu lớn hơn 40m, tất cả bức xạ của khoảng nhìn thấy bịhấp thụ và được thể hiện trên ảnh hoàn toàn đen Những vật liệu lơ lửng, phù du vàmàu tự nhiên làm tăng phản xạ của nước trong khoảng nhìn thấy Trong khoảng hồngngoại gần, nước giống như vật đen tuyệt đối và hấp thụ thực sự toàn bộ năng lượngtới Chỉ có những vật thể tự nhiên với tính chất này mới phân biệt được chúng dễ dàngbằng các đặc điểm bề mặt trong khoảng này của phổ điện tử, ngay cả nếu chúng khôngsâu hay có chứa nhiều thể phù du

Do gần giống như vật đen, nước gần như vật phát xạ trong khoảng hồng ngoại,cũng như vật thể hấp thụ

- Đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng:

Thổ nhưỡng là nền của lớp phủ thực vật, cùng với lớp phủ thực vật tạo thànhmột thể thống nhất trong cảnh quan tự nhiên Một phần bức xạ mặt trời chiếu tới sẽphản xạ ngay trên bề mặt đối tượng, phần còn lại đi vào bề dày của lớp phủ thổnhưỡng, một phần trong đó được hấp thụ để làm tăng nhiệt độ đất, một phần sau khitán xạ gặp các hạt nhỏ và bị phản xạ trở lại Đường cong phổ phản xạ của đất khôtương đối đơn giản tăng dần từ vùng tử ngoại đến vùng hồng ngoại, ít có những cựcđại và cực tiểu một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnh hưởng đến tính chấtphổ của đất khá phức tạp và không rõ ràng như ở thực vật Các yếu tố ảnh hưởngđến đường cong phổ phản xạ của đất là: lượng ẩm, cấu trúc của đất (tỉ lệ cát, bột vàsét), độ nhám bề mặt, sự có mặt của các loại oxit kim loại, hàm lượng vật chất hữu

cơ, các yếu tố đó làm cho đường cong phổ phản xạ biến động rất nhiều quanh đường

cong có giá trị trung bình Tuy nhiên, quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đấttăng dần về phía sóng có bước sóng dài

Trong thực tế, thực vật sống ở các nền đất khác nhau sẽ có đặc trưng phản xạphổ khác nhau Tuy nhiên, trong nền đất cũng như thực vật đều có chứa một lượngnước nhất định, vì vậy khi xác định các đối tượng dựa vào các đặc trưng phản xạ phổphải dựa trên kiến thức tổng hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và kinh nghiệm thực tiễnthì mới có kết luận chính xác về đối tượng

1.1.2.3 Ảnh số viễn thám

Ảnh số là một dạng dữ liệu ảnh không lưu trên giấy ảnh hoặc phim mà đượclưu dưới dạng số trên máy tính, ảnh số được chia thành nhiều phần tử nhỏ được gọi làpixel (phần tử ảnh), ảnh số là một ma trận không gian của tập hợp các pixel, mỗi mộtpixel tương ứng với một đơn vị không gian và có giá trị nguyên hữu hạn ứng vớitừng cấp độ sáng, các pixel thường có dạng hình vuông, vị trí của mỗi pixel đượcxác định theo toạ độ hàng và cột trên ảnh tính từ góc trên cùng bên trái

Ảnh vệ tinh hay còn gọi là ảnh viễn thám thường được lưu dưới dạng ảnh số,trong đó năng lượng phản xạ (theo vùng phổ đã được định trước) từ các vị trí tươngứng trên mặt đất, được bộ cảm biến thu nhận và chuyển thành tín hiệu số xác định giátrị độ sáng của pixel Ứng với các giá trị này, mỗi pixel có giá trị độ sáng khác nhauthay đổi từ đen đến trắng cung cấp thông tin về vật thể Ảnh vệ tinh được đặc trưngbởi một số thông số cơ bản như sau:

- Tính chất hình học của ảnh vệ tinh:

Trường nhìn không đổi - IFOV (Instantaneous Field Of View) được định nghĩa

là góc không gian tương ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt đất

Lượng thông tin ghi được trong IFOV tương ứng với giá trị của pixel

Góc nhìn tối đa mà một bộ cảm có thể thu được sóng điện từ được gọi là trườngnhìn FOV (Field Of View) Khoảng không gian trên mặt đất do FOV tạo nên chính là

bề rộng tuyến bay

Diện tích nhỏ nhất trên mặt đất mà bộ cảm có thể phân biệt gọi là độ phân giảikhông gian Ảnh có độ phân giải không gian càng cao khi có kích thước pixel càng

nhỏ Độ phân giải này cũng được gọi là độ phân giải mặt đất khi hình chiếu của 1 pixeltương ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt đất.

để ghi nhận thông tin, mỗi pixel sẽ có giá trị hữu hạn ứng với từng cấp độ xám (Giá trị

độ sáng của pixel; BV - Brightness Value)

Số bit dùng để ghi nhận thông tin (thang cấp độ xám) được gọi là độ phân giảibức xạ của ảnh vệ tinh

- Độ phân giải thời gian của ảnh vệ tinh:

Độ phân giải thời gian không liên quan đến thiết bị ghi ảnh mà chỉ liên quanđến khả năng chụp lặp lại của ảnh vệ tinh Ảnh được chụp vào những ngày khác nhaucho phép so sánh đặc trưng bề mặt theo thời gian

Ưu thế của độ phân giải không gian là cho phép cung cấp thông tin chính xáchơn và nhận biết sự biến động của khu vực cần nghiên cứu

Hầu hết các vệ tinh đều bay qua cùng một điểm vào khoảng thời gian cố định,phụ thuộc vào quỹ đạo và độ phân giải không gian

Dữ liệu ảnh số được lưu trữ trên băng từ tương thích cho máy tính hoặctrên CD

- ROM dưới khuôn dạng của các tệp ảnh số mà máy tính có thể đọcđược Thôngthường, ảnh số được lưu trữ theo các khuôn dạng sau đây:

+ Theo BIL (Band Interleaved by Lines):

Từng hàng được ghi theo thứ tự của số kênh, mỗi hàng được ghi tuần tựtheo giátrị của các kênh phổ và sau đó lặp lại theo thứ tự của từng hàng, nhưvậy sẽ tạo ra cácfile dữ liệu ảnh chung cho các kênh phổ.

+ Theo kiểu BSQ (Band Sequential):

Là khuôn dạng trong đó các kênh phổ được lưu tuần tự hết kênh nàysangkênh khác Nghĩa là mỗi ảnh ứng với một kênh

+ Theo kiểu BIP (Band Inteleaved by Pixel):

Mỗi pixel được lưu tuần tự theo các kênh, nghĩa là các kênh phổ đượcghi theohàng và cột của từng pixel Sau khi kết thúc tổ hợp phổ của pixel nàylại chuyển sang

áp dụng trong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Đây là phươngpháp dựa trên kinh nghiệm của người phân tích và các tài liệu có sẵn để giải đoán ảnh

- Các yếu tố giải đoán ảnh [11]:

Giải đoán ảnh được hiểu là một quy trình tách thông tin từ ảnh viễn thám tạo rabản đồ chuyên đề dựa trên các tri thức chuyên môn hoặc kinh nghiệm của người giảiđoán (hình dạng, vị trí, cấu trúc, chất lượng, điều kiện, mối quan hệ giữa các đốitượng…) Để giải đoán ảnh, ngoài sự trợ giúp của máy tính và phần mềm để xác địnhcác đặc trưng phổ phản xạ, người giải đoán còn căn cứ vào một số dấu hiệu giải đoán,đặc trưng của các đối tượng cũng như kinh nghiệm chuyên gia

- Khóa giải đoán ảnh

Khóa giải đoán là chuẩn giải đoán cho đối tượng nhất định bao gồmtập hợp cácyếu tố và dấu hiệu do nhà giải đoán thiết lập, nhằm trợ giúp cho công tác giải đoánnhanh và đạt kết quả chính xác thống nhất cho các đốitượng từ nhiều người khác nhau[10]

1.1.3.2 Xử lý ảnh vệ tinh

- Hiệu chỉnh bức xạ:

Do nhiều nguyên nhân khác nhau như: do ảnh hưởng của bộ cảm biến hoặc cóthể do ảnh hưởng của địa hình và góc chiếu của mặt trời hoặc do ảnh hưởng của khíquyển… làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng ảnh thu được Để đảm bảo nhận đượcnhững giá trị chính xác của năng lượng bức xạ và phản xạ của vật thể trên ảnh vệ tinh,cần phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ nhằm loại trừ các nhiễu trước khi sử dụngảnh [11]

- Hiệu chỉnh hình học ảnh:

Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng mối quan hệ giữa hệ tọa độ ảnh

và hệ tọa độ quy chiếu chuẩn (có thể là hệ tọa độ mặt đất vuông góc hoặc địa lý) dựavào các điểm không chế mặt đất, vị thế của sensor, điều kiện khí quyển…Để hiệuchỉnh hình học ảnh vệ tinh cần phải dựa trên bản chất của sự biến dạng để có phươngpháp hiệu chỉnh cho phù hợp [10]

- Tăng cường chất lượng ảnh:

Tăng cường chất lượng ảnh có thể được định nghĩa là một thao tác làm nổi bậthình ảnh sao cho người giải đoán ảnh dễ đọc, dễ nhận biết nội dungtrên ảnh hơn so vớiảnh gốc Phương pháp thường được sử dụng là biến đổi cấp độ xám, biến đổihistogram, biến đổi độ tương phản, lọc ảnh, tổ hợp màu, chuyển đổi giữa 2 hệ RGB và

HI [10]…

- Phân loại ảnh:

Phương pháp phân loại ảnh được thực hiện bằng cách gán tên loại (loại thông tin)cho các khoảng cấp độ sáng nhất định (loại phổ) thuộc một nhóm đối tượng nào đó có cáctính chất tương đối đồng nhất về phổ nhằm phân biệt các nhóm đó với nhau trong khuônkhổ ảnh Tùy thuộc vào số loại thông tin yêu cầu, loại phổ trên ảnh được phân thành cácloại tương ứng dựa theo một quy luật xác định Có 2 hình thức phân loại ảnh là phân loại cókiểm định (Suppervised Classification) và phân loại không kiểm định (UnsuppervisedClassification) [10]

- Phân loại không kiểm định:

Là việc phân loại thuần túy theo tính chất phổ mà không biết rõ tên hay tínhchất của lớp phổ đó và việc đặt tên chỉ mang tính tương đối Khác với phân loại cókiểm định, phân loại không kiểm định không tạo các vùng thử nghiệm mà chỉ là việcphân lớp phổ (Chistens) và quá trình phân lớp phổ đồng thời là quá trình phân loại Sốlượng và tên các lớp được xác định một cách tương đối khi so sánh với tài liệu mặt đất[11] Một số phương pháp phân loại không kiểm định thường gặp như IsoData, K-Means…

- Phân loại có kiểm định:

Là phân chia một cách có kiểm định các giá trị DN (Digital Number) của cácpixel ảnh theo từng nhóm đơn vị lớp phủ mặt đất bằng việc sử dụng máy tính và cácthuật toán Để thực hiện việc phân loại có kiểm định, phảitạo được “chìa khoá phântích phổ” nghĩa là tìm được tính chất phổ đặc trưng cho từng đối tượng lớp phủ mặtđất và đặt tên cho chúng Công việc xác định chìa khoá phân tích phổ được gọi là tạocác vùng mẫu (vùng kiểm tra - Trainning Areas) Lựa chọn vùng mẫu là bước quyếtđịnh sự chính xác của các kết quả phân loại Từ các vùng này, các pixel khác trongtoàn ảnh sẽ được xem xét và sắp xếp theo nguyên tắc “giống nhất” (Look must like) đểđưa về các nhóm đối tượng đã được đặt tên Các mẫu phân loại được nhận biếtquavùng mẫu để thành lập các chìa khóa cho giải đoán ảnh Mỗi pixel ảnh trong lớp

dữ liệu sau đó được đối chiếu về số với các chìa khóa giải đoán được đặt tên mà chúng

có xác xuất thuộc về nhóm lớn nhất Có rất nhiều cách thức để đối chiếu giá trị củapixel chưa biết để sắp xếp thành lớp tương ứng với cácchìa khóa được giải đoán trongphân loại [10]

Trong phân loại có kiểm định, một số phương pháp thường được sử dụng làPhân loại hình hộp (Parallelpiped Classification), Phân loại theokhoảng cách nhỏ nhất(Minimum distance Classification), Phân loại hàm xácsuất cực đại (MaximumLikelihood Classification)

1.2 Ứng dụng viễn thám và GIS trong giám sát rừng ở Thế giới

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ra đời đánh dấu một cuộc cách mạng trong việc

mô hình hoá các sự vật hiện tượng trên bề mặt trái đất Bản đồ giờ là một trong các

công cụ quan trọng trong ra quyết định, chúng có thể giúp ta trong bất kỳ lĩnh vực nào

và càng trở nên quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta ngày nay

Những tiến bộ của GIS là kết quả kết hợp của rất nhiều công nghệ, các lĩnh vựckhác nhau Cơ sở dữ liệu (DataBase), thành lập bản đồ, viễn thám (remote sensing),toán học, lập trình, địa lý, thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD) và khoa họcmáy tính là những nhân tố quan trọng trong sự phát triển của GIS

Lịch sử GIS tất cả bắt đầu vào năm 1854, khi bệnh dịch tả tấn công thành phốLondon, Anh Bác sĩ người Anh, John Snow đã tạo một bản đồ về các địa điểm bùngphát dịch, đường giao thông, đường ranh giới giữa các vùng và các dòng nước.Khi ông

bổ sung các tính năng bản đồ, một điểu thú vị đã xảy ra:Ông thấy rằng các trường hợpmắc bệnh tả thường được tìm thấy dọc theo một nguồn nước.Bản đồ bện dịch tả củaJohn Snow là một sự kiện lớn kết nối địa lý học và an toàn sức khỏe cộng đồng Đâykhông chỉ mở đầu cho lĩnh vực phân tích không gian mà còn đánh dấu sự khởi đầu củamột lĩnh vực nghiên cứu mới: Dịch tễ học (Epidemiology) – nghiên cứu sự lây lan củadịch bệnh.Đến nay, John Snow được biết đến như là cha đẻ của dịch tễ học Công việccủa John Snow đã chứng minh rằng GIS là một công cụ giải quyết vấn đề Ông đặt cáclớp địa lý trên bản đồ giấy và khám phá ra nguồn phát sinh của bệnh dich tả

Trong lịch sử của GIS: Chúng ta đi từ bản đồ giấy (bản đồ tĩnh) đến bản đồ số(bản đồ động), chúng ta đi từ phân tích cơ bản đến giải quyết vấn đề phức tạp hơn

Trong những năm 1950, do máy tính thời kỳ này chưa phát triển nên việc tạo racác bản đồ rất đơn giản Họ có thể xây dựng bản đồ định tuyến xe, các bản đồ quyhoạch mới và các điểm vị trí quan tâm, và vẽ trên giấy Với các bài toán phân tíchkhông gian, một lựa chọn là lập bản đồ lưới (Sieve mappin) Bản đồ lưới được sử dụng

là các lớp trong suốt được chiếu trên bảng ánh sáng để xác định khu vực chồng lênnhau Nhưng điều này đi kèm với thách thức: khu vực tính toán kề nhau là không thể,

dữ liệu là thô và thường không chính xác và đo khoảng cách là phức tạp Đây chính làđộng lực để chuyển đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số (bản đồ máy tính)

Đầu những năm 1960 đến năm 1980 thực sự là thời kỳ đi tiên phong trong ýtưởng về GIS

Đi kèm với các tiến bộ về công nghệ:

Bản đồ đồ họa có xuất ra bằng sử dụng máy in dòng

Những tiến bộ trong lưu trữ dữ liệu với máy tính lớn

Kết hợp các bản ghi cho dữ liệu đầu vào

Những phát triển ban đầu trong thế giới máy tính đã kéo theo những bước nhảyvượt bậc của GIS Nhưng những gì GIS cần là một bộ óc vĩ đại để ghép các mảnhghép này lại với nhau

Trong những năm 1960, Roger Tomlinson khởi xướng, lên kế hoạch và chỉ đạotrực tiếp việc phát triển của hệ thống địa lý Canada (CGIS) Đây là một thời điểm quantrọng trong lịch sử của GIS và nhiều người coi CGIS là gốc của hệ thống thông tin địa

lý Bởi vì chỉ CGIS tiếp cận theo lớp để xử lý bản đồ Hệ thống CGIS được sử dụng đểlưu trữ, phân tích, và thao tác trên dữ liệu được thu thập cho Canada Land Inventory (sửdụng các đặc tính của đất, hệ thống thoát nước và khí hậu để xác định khả năng trồngcác loại cây trồng và các vùng trồng rừng) Họ nhanh chóng nhận ra rằng dữ liệu chínhxác và phù hợp là rất quan trọng để quy hoạch đất đai và ra quyết định Trong nhữngnăm sau CGIS đã được chỉnh sửa và cải tiến để theo kịp với công nghệ

Bên cạnh Canada, nhiều trường đại học ở Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu và xâydựng Hệ thông tin địa lý Trong các Hệ thông tin địa lý được tạo ra cũng có rất nhiều

hệ không tồn tại được lâu vì nó được thiết kế cồng kềnh mà giá thành lại cao Lúc đóngười ta đặt lên hàng đầu việc khắc phục những khó khăn nảy sinh trong quá trình xử

lý các số liệu đồ họa truyền thống Họ tập trung giải quyết vấn đề đưa bản đồ, hìnhdạng, hình ảnh, số liệu vào máy tính bằng phương pháp số để xử lý các dữ liệu này.Tuy kỹ thuật số hóa đã được sử dụng từ năm 1950 nhưng điểm mới của giai đoạn nàychính là các bản đồ được số hóa có thể liên kết với nhau để tạo ra một bức tranh tổngthể về tài nguyên thiên nhiên của một khu vực Từ đó máy tính được sử dụng và phântích các đặc trưng của các nguồn tài nguyên đó, cung cấp các thông tin bổ ích, kịp thờicho việc quy hoạch Việc hoàn thiện một Hệ thông tin địa lý còn phụ thuộc vào côngnghệ phần cứng mà ở thời kỳ này các máy tính IBM 1401 còn chưa đủ mạnh Giai

đoạn đầu những năm 60 của thế kỷ trước đánh dấu sự ra đời của Hệ thông tin địa lýchủ yếu được phục vụ cho công tác điều tra quản lý tài nguyên.

Trong năm 1964, Howard T Fisher lập phòng thí nghiệm Đồ họa máy tính vàphân tích không gian ở Harvard Graduate School of Design, nơi mà một số quan trọngnhững khái niệm trong kiểm soát dữ liệu không gian được phát triển và trong nhữngnăm 1970, đã phân phối mã nguồn và hệ thống phần mềm như SYMAP, GRID, vàODYSSEY (được xem là nguồn của các sự phát triển các phần mềm thương mại ngàynay) Năm 1968, Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban thu thập và xử lý

dữ liệu địa lý

Trong những năm 70 ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo vệmôi trường và phát triển Hệ thông tin địa lý Cũng trong khung cảnh đó, hàng loạt yếu

tố đã thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của Hệ thông tin địa lý, đặc biệt là

sự giảm giá thành cùng với sự tăng kích thước bộ nhớ, tăng tốc độ tính toán của máytính Chính nhờ những thuận lợi này mà Hệ thông tin địa lý dần dần được thương mạihóa Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại phải kể đến các cơ quan, công ty: ESRI,GIMNS, Intergraph,… Chính ở thời kỳ này đã xảy ra “loạn khuôn dạng dữ liệu” vàvấn đề phải nghiên cứu khả năng giao diện giữa các khuôn dạng Năm 1977 đã có 54

Hệ thông tin địa lý khác nhau trên thế giới Bên cạnh Hệ thông tin địa lý, thời kỳ nàycòn phát triển mạnh mẽ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám Một hướng nghiên cứu kếthợp Hệ thông tin địa lý và viễn thám được đặt ra và cùng bắt đầu thực hiện

Khi chính phủ nhận ra những ưu điểm của bản đồ số, điều này ảnh hưởng tíchcực đến công việc tại phòng thí nghiệm đồ hoạ máy tính tại Harvard Vào giữa năm

1970, Phòng thí nghiệm đồ hoạ máy tinh Harvard đã phát triển GIS vector đầu tiênđược gọi ODYSSEY GIS ARC/INFO của ESRI đã sử dụng framwork của ODYSSEYGIS và việc này dẫn đến giai đoạn phát triển tiếp theo trong GIS – thương mại hóaphần mềm

Vào cuối những năm 1970, kích thước bộ nhớ và khả năng đồ họa đã được cảithiện Các sản phẩm máy tính lập bản đồ mới bao gồm GIMMS (GeographicInformation Making and Management Systems), MAPICS, SURFACE, GRID,

IMGRID, GEOMAP và MAP Vào cuối những năm 1980, phân khúc này được đánhdấu bằng việc tăng đáng kể các nhà cung cấp phần mềm GIS.

Đầu những năm 1980 M&S Computer (mà sau này trở thành Intergraph) cùngvới Bentley Systems Incorporated xây dựng nền tảng CAD, (Environmental SystemsResearch Institute) ESRI, (Computer Aided Resource Information System) CARIS,(Earth Resource Data Analysis System) ERDAS nổi lên như những phần mềm thươngmại GIS, đã thành công trong việc kết hợp nhiều đặc trưng của CGIS, kết hợp phươngpháp thời kỳ đầu là tách thông tin không gian và thuộc tính với phương pháp thời kỳthứ hai là sắp xếp thuộc tính vào trong những cấu trúc CSDL Song song đó, sự pháttriển của hai hệ thống công cộng (MOSS và GRASS GIS) bắt đầu từ những năm 1970đến đầu những năm 1980

Một trong những nhà cung cấp phần mềm GIS là ESRI – hiện là công ty phầnmềm GIS lớn nhất trên thế giới Năm 1982, ARC/INFO chạy trên máy tính mini đượcphát hành và vào năm 1986, PC ARC/INFO đã được giới thiệu chạy trên các máy tínhchạy bộ vi xử lý của Intel ESRI hiện tại là chuyên gia hàng đầu thế giới trong việcphát triển phần mềm GIS và đã đóng một vai trò quan trọng trong lịch sử của GIS

Ở thời điểm này, có các hội nghị đầu tiên và các xuất bản về GIS Hội nghị đầutiên của GIS diễn ra ở Anh năm 1975, với sự tham gia của các nhóm nghiên cứu nhỏ.Hội thảo ESRI tổ chức đầu tiên vào năm 1981 thu hút sự tham gia của 18 thành viên.Các nhà tư vấn về GIS đã bắt đầu xuất hiện Thuật ngữ “Geographic InformationSystem” được Roger Tomlinson đưa ra đầu tiên trong bài báo của ông năm 1968 “AGeographic Information System for Regional Planning”

Thập kỷ 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng Hệ thông tin địa lý ngàycàng tăng với các quy mô khác nhau Người ta tiếp tục giải quyết những tồn tại củanhững năm trước mà nổi lên là vấn đề số hóa dữ liệu: sai số, chuyển đổi khuôn dạng…Thời kỳ này có sự nhảy vọt về tốc độ tính toán, sự mềm dẻo trong việc xử lý dữ liệukhông gian Thập kỷ này được đánh dấu bởi sự nảy sinh các nhu cầu mới trong ứngdụng Hệ thông tin địa lý như: Khảo sát thị trường, đánh giá khả thi các phương án quyhoạch, sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên, các bài toán giao thông, cấp thoát nước…

Có thể nói đây là thời kỳ bùng nổ Hệ thống thông tin địa lý.

Những năm đầu của thập kỷ 90 được đánh dấu bằng việc nghiên cứu sự hoànhập giữa viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý Các nước Bắc Mỹ và châu Âu gặthái được nhiều thành công trong lĩnh vực này Khu vực châu Á – Thái Bình Dươngcũng đã thành lập được nhiều trung tâm nghiên cứu viễn thám và Hệ thống thông tinđịa lý Rất nhiều hội thảo quốc tế về ứng dụng viễn thám và Hệ thống thông tin địa lýđược tổ chức nhằm trao đổi kinh nghiệm và thảo luận về khả năng phát triền các ứngdụng của công nghệ Hệ thống thông tin địa lý

Tất cả các điều kiện đã sẵn sàng cho sự xâm nhập của GIS tới người sử dụngnhư:

+ Máy tính rẻ hơn, nhanh hơn và mạnh mẽ hơn

+ Nhiều tùy chọn phần mềm và dữ liệu sẵn có

+Việc phóng vệ tinh mới và tích hợp công nghệ viễn thám

Những năm 1990-2010 là thời kỳ quan trọng đánh dấu sự cất cánh thực sự củaGIS Nhưng những tiến bộ trong công nghệ đã vượt qua khả năng người dùng thôngthường Người sử dụng GIS đã không biết cách làm thế nào để tận dụng đầy đủ các ưuđiểm công nghệ GIS Các công ty đều e ngại áp dụng phần mềm GIS Các quốc giakhông có quyền truy cập vào dữ liệu địa hình Nhưng qua thời gian những vấn đề nàydần được giải quyết Dần dần, tầm quan trọng của phân tích không gian để ra quyếtđịnh được công nhận Rồi GIS đã được giới thiệu đến các lớp học và các công ty Phầnmềm đã có thể xử lý cả dữ liệu vector và raster Có nhiều vệ tinh được phóng lên quỹđạo, dữ liệu được thu thập từ không gian có thể được sử dụng trong GIS

Cùng với sự kết hợp của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đem lại cho người sửdụng nhiều công cụ hơn nhiều so với trước đây GPS đã dẫn đường cho các sản phẩmsáng tạo vĩ đại như hệ thống định vị xe hơi và máy bay không người lái.Cánh cửa choGIS và GPS phát triển đã bắt đầu mở Điều này đưa chúng ta đến giai đoạn phát triểntiếp theo trong lịch sử của GIS: sự bùng nổ phần mềm nguồn mở

Bộ vi xử lý hiện nay có tốc độ hàng GigaHertz Card đồ họa mạnh hơn rất nhiều

so với trước đây Bây giờ chúng ta nghĩ về GIS lưu trữ dữ liệu trong TeraBytes, chứ

không còn MegaBytes.Dữ liệu GIS đã trở nên phổ biến hơn Dữ liệu TIGER, hình ảnh

vệ tinh Landsat và thậm chí cả dữ liệu LiDAR có thể tải về miễn phí Kho trực tuyếnnhư ArcGIS Online với khối lượng rất lớn các dữ liệu không gian Đó là một vấn đềkiểm soát chất lượng và phù hợp cho nhu cầu của bạn

Các chức năng, các yêu cầu mới dường như là vô tân và dường như vượt rangoài khả năng của các sản phẩm phần mềm GIS thương mại Nhưng nổi lên với sựthay đổi lớn của người sử dụng GIS trong việc xây dựng phần mềm GIS của riêng họtheo dạng cộng tác, hay gọi là phần mềm nguồn mở Ưu điểm lớn nhất là người sửdụng được dùng miễn phí Nguồn mở đang trở thành xu hướng chủ đạo ngày nay.Chúng ta đang dần bước vào một kỷ nguyên của phần mềm GIS nguồn mở ví dụ nhưphần mềm QGIS Mặc dù vậy vẫn luôn có một chỗ cho các phần mềm GIS thươngmại Các công ty phần mềm giống như ESRI cung cấp các giải pháp đến thực tế bất kỳcác bài toán về không gian tồn tại ngày nay

Có thể nói lâm nghiệp là một trong những lĩnh vực đầu tiên áp dụng thành tựucủa công nghệ viễn thám Khoảng ba thập kỷ qua, các nhà khoa học đã phát hiện và ứngdụng dữ liệu vệ tinh rất hiệu quả cho việc phát hiện các biến động, đặc biệt trong việcgiám sát các xu hướng trong các hệ sinh thái rừng ngập mặn Nó cho phép đánh giánhững xu hướng thay đổi trong thời gian dài cũng như có thể xác định các xu hướngthay đổi đột ngột do thiên nhiên hoặc con người gây ra Hiện nay, việc sử dụng tư liệuviễn thám trong thành lập bản đồ rừng, theo dõi biến động, chặt phá rừng đã trở thànhcông nghệ phổ biến trên thế giới Tích hợp dữ liệu viễn thám với hệ thống thông tin địa

lý GIS có thể dự báo nguy cơ cháy rừng, nguy cơ suy giảm diện tích rừng trên quy môtoàn cầu dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sự gia tăng dân số

Trong những năm 70, đứng trước sự gia tăng về nhu cầu quản lý tài nguyênthiên nhiên và bảo vệ môi trường, chính phủ các nước, đặc biệt là ở Bắc Mỹ, bên cạnhthiết lập hàng loạt cơ quan chuyên trách về môi trường đã bầy tỏ sự quan tâm nhiềuhơn nữa đến việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển GIS Đầu những năm 70 của thế kỷ

XX còn được đánh dấu bởi sự phát triển mạnh mẽ của các hệ xử lý ảnh (HXLA) của

kỹ thuật viễn thám Việc quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như quản lý

dữ liệu nói chung được chú trọng và phát triển trong GIS và HXLA

Trong nghiên cứu địa chất người ta sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với GIS

đề thành lập bản đồ kiến tạo, các cấu trúc địa chất

Trong lĩnh vực nông nghiệp và sử dụng đất đai : đối với nhiều quốc gia trên thếgiới để quản lý và quy hoạch sử dụng đất đai một cách hợp lý, họ đã sử dụng côngnghệ viễn thám kết hợp với GIS Như ở Nhật Bản để đưa ra những đánh giá về năngsuất thực ban đầu cho các nước Châu Á người ta sử dụng viễn thám và GIS kết hợpvới dữ liệu thống kê và các sản phẩm nông nghiệp [15] Hay ở Trung Quốc đã sử dụngảnh SAR ở các thời điểm khác nhau trên cơ sở kết hợp với bản đồ địa hình, bản đồ sửdụng đất để cập nhật nhanh bản đồ đất trồng lúa cho các tỉnh [16]

Trong nghiên cứu môi trường và tài nguyên thiên nhiên: trong vài năm trở lạiđây thiên nhiên có nhiều biến động bất thường xảy ra và đã gây hậu quả thiệt hại vềngười và của vô cùng to lớn đối với con người Những thảm họa xảy ra như sóng thần,

lũ lụt, hiệu ứng nhà kính Xuất phát từ thực tế đó việc ứng dụng công nghệ viễn thám

và GIS trong nghiên cứu môi trường toàn cầu là vô cùng cần thiết, có ý nghĩa quantrọng Những ứng dụng quan trọng được kể đến là thành lập bản đồ sâu ngập lụt, dựbáo nguy cơ trượt lở đất

1.3 Ứng dụng viễn thám và GIS điều tra, theo dõi diễn biến rừng ở Việt Nam

Tại Việt Nam, viễn thám mới được quan tâm từ năm 1980 khi nước ta tham gia

tổ chức vũ trụ quốc tế Intercomos [4] Tuy nhiên vì điều kiện kinh phí và kỹ thuật nêntrước những năm 1990 việc ứng dụng ảnh vệ tinh còn hạn chế Cho đến nay Việt Nam

đã có nhiều công trình khoa học và các ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS của các

bộ ngành, viện nghiên cứu, trường đại học vào trong lĩnh vực theo dõi đánh giá diễnbiến tài nguyên để bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên

Ngày 29/12/1998 tại Hà Nội, hội đồng khoa học cấp Nhà nước đã tổ chứcnghiệm thu dự án “Xây dựng hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quản lý tàinguyên thiên nhiên và giám sát môi trường” Trong thời gian thực hiện dự án đã triểnkhai tại 33 tỉnh và 10 bộ ngành và kết quả khoa học của dự án là cơ sở dữ liệu số thống

nhất cho hệ thống thông tin địa lý về tài nguyên môi trường phủ sóng trên toàn lãnhthổ Việt Nam.

Nhìn chung, có thể thấy rằng công nghệ viễn thám và GIS được các nhà khoahọc trên thế giới cũng như Việt Nam áp dụng khá sớm, đồng thời được áp dụng trongrất nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực quản lý môi trường và tài nguyên thiênnhiên Tuy nhiên, hệ thống các bản đồ tài nguyên rừng ở Việt Nam hiện nay, do đượcxây dựng tại các thời điểm khác nhau và đã sử dụng nhiều nguồn thông tin tư liệu,nhiều nguồn ảnh, từ ảnh vệ tinh Landsat MSS, TM, SPOT, Aster, Radar, ảnh máy bay

và hệ thống phân loại rừng rất khác nhau qua các thời kỳ, nên đã tạo ra nhiều loại sốliệu không đồng bộ, gây khó khăn cho người sử dụng, đặc biệt trong việc theo dõi biếnđộng về diện tích của rừng qua các thời kỳ

Cho đến nay Việt Nam đã có nhiều công trình khoa học và các ứng dụng côngnghệ viễn thám và GIS của các bộ ngành, viện nghiên cứu, trường đại học vào tronglĩnh vực theo dõi đánh giá diễn biến tài nguyên để bảo vệ nguồn tài nguyên thiênnhiên

+ Ngày 29/12/1998 tại Hà Nội, hội đồng khoa học cấp Nhà nước đã tổ chứcnghiệm thu dự án “Xây dựng hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quản lý tàinguyên thiên nhiên và giám sát môi trường” Trong thời gian thực hiện dự án đã triểnkhai tại 33 tỉnh và 10 bộ ngành và kết quả khoa học của dự án là cơ sở dữ liệu số thốngnhất cho hệ thống thông tin địa lý về tài nguyên môi trường phủ sóng trên toàn lãnhthổ Việt Nam

+ Việc ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám vào trong lĩnh vực điều tra quyhoạch rừng đã đạt được những thành tựu đáng kể như xây dựng bản đồ lập địa và xácđịnh vùng thích nghi cây trồng cho công trình quy hoạch vùng nguyên liệu nhà máygiấy Tân Mai, Đồng Nai Đã xác định cấp xung yếu phòng hộ đầu nguồn và xây dựngbản đồ phân cấp phòng hộ phục vụ công trình 327 cho các tỉnh Ninh Thuận, BìnhPhước, Kiên Giang, Bà Rịa Vũng Tàu, theo dõi đánh giá diễn biến tài nguyên rừng tạithời kỳ 1998 - 2002 và công nghệ này đã được ứng dụng để theo dõi diễn biến thảm

thực vật rừng tại nhiều vườn quốc gia như vườn quốc gia Tam Đảo, vườn quốc gia CônĐảo [6].

+ Trong chương trình kiểm kê rừng toàn quốc năm 2002, công nghệ GIS vàviễn thám đã được cục kiểm lâm phối hợp với viện điều tra quy hoạch rừng ứng dụngkhá thành công Toàn bộ các ảnh vệ tinh Landsat ETM với độ che phủ toàn lãnh thổViệt Nam, khoảng thời gian chụp cuối năm 2001 và trong năm 2002 đã được Bộ nôngnghiệp và phát triển nông thôn mua để phục vụ cho công tác này và kết quả là một bộbản đồ hiện trạng rừng 2002, bản đồ về sự thay đổi diện tích rừng 1998-2002 cùng các

số liệu thống kê rừng, đất trống năm 2002 đã được xây dựng và được Bộ nông nghiệp

& phát triển nông thôn thẩm định phê duyệt vào tháng 7/2003 Ngoài các chươngtrình trên còn rất nhiều chương trình, đề tài khác ứng dụng kỹ thuật viễn thám như:

+ Dự án của UNDP ứng dụng viễn thám ở Việt Nam là nâng cao năng lực vềthống kê rừng ở Viện Điều tra Quy hoạch Rừng vào những năm 80 Sau đó, UNDPtiếp tục tài trợ dự án thứ hai mà đối tượng chính là các nhà khoa học thuộc Viện Khoahọc và Công nghệ Việt Nam trong vài năm Vào những năm 90, Việt Nam đã thu hútmột số lớn các dự án quốc tế trong lĩnh vực nâng cao năng lực quản lý môi trường và

sĩ chuyên ngành khoa học địa lý của Trần Văn Thuy (1996) với đề tài “Ứng dụngphương pháp viễn thám để thành lập bản đồ thảm thực vật tỉnh Thanh Hoá, tỷ lệ1/200.000” Tác giả sử dụng phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt trên ảnh tổ hợp màucủa tư liệu vệ tinh Landsat TM, KFA-1000, Landsat MSS, KT-200 và ảnh máy bay đentrắng để thành lập bản đồ thảm thực vật tỉnh Thanh Hoá [12]

+ Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Trắc địa ảnh và viễn thám của PhạmViệt Hòa (2012) với đề tài “Ứng dụng công nghệ tích hợp viễn thám và hệ thống thôngtin địa lý xác định biến động rừng ngập mặn” Đề tài sử dụng ảnh SPOT 5 qua các thời

kỳ kết hợp với sử dụng chỉ số thực vật NDVI để thành lập và đánh giá sự biến độngrừng qua các thời kỳ

+ Luận văn Thạc sỹ của Nguyễn Đắc Triển chuyên ngành Lâm học (2009):

huyên Kim Bôi, tỉnh Hòa Bình” Trong đề tài, tác giả đã sử dụng ảnh Landsat+ETMnăm 1999, 2003, 2007 và sử dụng phương pháp phân loại theo chỉ số thực vật để theodõi mất rừng do làm nương rẫy[9].

+ Luận văn thạc sỹ chuyên ngành quản lý đất đai của Lê Thị Thùy Vân (2010)với đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để xác định biến động đất đai trênđịa bàn phường Vĩnh Trại, thành phố Lạng Sơn giai đoạn 2003 - 2008” Đề tài sử dụngbình đồ ảnh viễn thám SPOT 5 với độ phân giải 2,5x2,5m, kết hợp với việc giải đoánảnh bằng phần mềm ENVI để xác định biến động đất đai trên địa bàn phường [13]

Nhìn chung, có thể thấy rằng công nghệ viễn thám và GIS được các nhà khoahọc trên thế giới cũng như Việt Nam áp dụng khá sớm, đồng thời được áp dụng trongrất nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực quản lý môi trường và tài nguyên thiênnhiên Tuy nhiên, hệ thống các bản đồ tài nguyên rừng ở Việt Nam hiện nay, do đượcxây dựng tại các thời điểm khác nhau và đã sử dụng nhiều nguồn thông tin tư liệu,nhiều nguồn ảnh, từ ảnh vệ tinh Landsat MSS, TM, SPOT, Aster, Radar, ảnh máy bay

và hệ thống phân loại rừng rất khác nhau qua các thời kỳ, nên đã tạo ra nhiều loại sốliệu không đồng bộ, gây khó khăn cho người sử dụng, đặc biệt trong việc theo dõi biếnđộng về diện tích của rừng qua các thời kỳ

1.3.1 Một số ứng dụng của hệ thống Viễn thám và GIS ở Việt Nam

Sử dụng GIS để tạo và lưu trữ dữ liệu địa lý tạo cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu địa

lý được tạo và quản lý bằng GIS cho phép các ứng dụng đa ngành có thể được thựchiện trên cùng một nền dữ liệu thống nhất

+ Tính toán theo các mô hình để tạo ra thông tin mới

- Bản đồ thích nghi cây trồng được tính toán dựa trên việc chồng xếp có trọng

số các thông tin: bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ độ dốc

- Bản đồ hiện trạng rừng hai thời kỳ được chồng xếp để có bản đồ về biến độngrừng giữa hai thời kỳ;

+ Các bài toán mô phỏng

Theo các mô hình lý thuyết (mang tính giả định), GIS còn có ứng dụng trongcác bài toán mô phỏng như các ví dụ sau:

- Với một chiều cao đập cho trước, GIS có thể mô phỏng được mức, lượng, diệntích nước ngập.

- Với các chiều rộng mở đường khác nhau trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất,GIS cho phép mô phỏng các phương án mở đường và tiền đền bù

+ Các ứng dụng có liên quan đến mô hình số độ cao

- Như tính toán phạm vi quan sát từ điểm phục vụ cho các yêu cầu quân sự hoặcđặt trạm ăng ten viễn thông (điện thoại di động)

- Các thông số của địa hình được xác định như độ cao, độ dốc còn phục vụ chocông tác qui hoạch (ví dụ phân cấp phòng hộ đầu nguồn) và các khoa học trái đất (địamạo, địa lý)

1.3.2 Ứng dụng GIS trong Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và Viễn thám (Remote sensing) thuộc nhómnhững công nghệ phát triển nhanh nhất hiện nay Bất cứ sự vật hiện tượng nào trên tráiđất có thể bản đồ hoá thì có thể ứng dụng GIS GIS sử dụng máy tính với những phầnmềm chuyên dụng để lưu trữ, phân tích và trình diễn dữ liệu đã thu thập được về mộtchủ đề nào đó Với các thông tin có sẵn liệu GIS sẽ giúp gì trong lĩnh vực nông nghiệp

và phát triển nông thôn? GIS có thể được sử dụng để theo dõi sự phát triển của cỏ dại,

sâu bệnh phá hoại mùa màng, thể hiện loại đất, hạn hán, lũ lụt và rất nhiều các yếu tốkhác giúp quản lý quá trình sản xuất nông, lâm nghiệp và phát triển nông thôn.

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu chung

Kết quả nghiên cứu làm cơ sở khoa học cho việc áp dụng công nghệ viễn thám

để thành lập bản đồ thảm thực vật rừng và công tác đánh giá biến động thảm thực vậtrừng tại xã Phú Lý thuộc khu bảo tồn thiên nhiên văn hóa Đồng Nai

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Diện tích rừng và biến động diện tích rừng trên địa bàn xã Phú Lý thuộc KhuBảo Tồn Thiên Nhiên Văn Hóa Đồng Nai

- Ảnh vệ tinh: Ảnh vệ tinh được sử dụng trong bài đề tài là ảnh vệ tinh Sentinel2A với độ phân giải không gian là 10x10m, ảnh được chụp vào ngày 11/3/2020

Hình 2 1 Tư liệu ảnh Sentinel 2A khu vực nghiên cứu năm 2020

-Thời gian: Thu thập số liệu và xây dựng bản đồ từ tháng 2/2020 đến 4/2020+ Đánh giá biến động : 2015 - 2020

2.3 Nội dung nghiên cứu

Đặc điểm hiện trạng tài nguyên rừng tại Khu Bảo Tồn Thiên Nhiên Văn HóaĐồng Nai

Bản đồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu năm 2020 bằng phương pháp phânđoạn giải đoán ảnh vệ tinh

Đánh giá biến động tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu giai đoạn 2015 – 2020bằng công nghệ không gian địa lý

Đề xuất quy trình thành lập bản đồ biến động tài nguyên rừng tại xã Phú Lýthuộc khu bảo tồn thiên nhiên văn hóa Đồng Nai từ ảnh vệ tinh

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp kế thừa số liệu

Kế thừa tài liệu là sử dụng những tư liệu được công bố từ các công trình nghiêncứu khoa học, các văn bản mang tính pháp lý, những tài liệu điều tra cơ bản của các cơquan tổ chức có thẩm quyền liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu Việc kế thừa một cáchchọn lọc nhằm giảm bớt khối lượng công việc nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của đềtài Phương pháp kế thừa tài liệu, được áp dụng trong đề tài để thu thập các số liệu:

- Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu

- Báo cào và bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng

- Báo cáo về biến động diện tích rừng và đất lâm nghiệp

- Báo cáo về công tác quản lý bảo vệ rừng

2.4.2 Xây dựng bộ mẫu khóa ảnh cho giải đoán ảnh vê tinh tại khu vực nghiên cứu.

Để xây dựng khóa ảnh phục vụ cho việc giải đoán ảnh vệ tinh Sentinel 2A từphần mềm eCognition Developer chúng ta tiến hành xây dựng bộ mẫu phân loại hay

bộ mẫu khóa ảnh (MKA) là tập hợp các cặp điểm mẫu trên ảnh vệ tinh cùng tọa độtương ứng với các mẫu đối tượng tại thực địa cần được phân loại khi giải đoán ảnh vệtinh Bộ mẫu khóa ảnh là căn cứ để phần mềm giải đoán ảnh sử dụng các thông số

(phổ, cấu trúc v.v.) trên các mẫu khóa ảnh để phân loại bản đồ dựa vào trên thuật toánphân loại hướng đối tượng.

Căn cứ xây dựng bộ mẫu khóa ảnh dựa vào bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng,

và bản đồ quy hoạch ba loại rừng mới nhất của khu vực nghiên cứu Số lượng mẫukhóa ảnh được lựa chọn đảm bảo mỗi tiêu chí tham gia phân loại phải có dung lượng

đủ lớn để xác định một cách chính xác ngưỡng cho từng đối tượng đã phân tách trongcảnh ảnh Số lượng mẫu khóa ảnh phụ thuộc vào diện tích của từng trạng thái Tốithiểu mỗi trạng thái lấy 3 điểm mẫu khóa ảnh Các MKA cần phân bố tương đối đềutrên các dạng lập địa, trạng thái khác nhau Sau đó tiến hành bố trí các MKA điều tranày lên trên bản đồ với nền Google Earth phục vụ cho công tác đi điều tra ngoài thựcđịa và phương pháp được thể hiện cụ thể trong hình 2.2 dưới đây:

Hình 2 2 Sơ đồ Phương pháp xây dựng bộ mẫu khóa ảnh cho

giải đoán ảnh vệ tinh

Xác định dung lượng mẫu dựa trên phương pháp điển hình, sau đó sử dụngphần mềm GIS kết hợp với ảnh viễn thám Google Earth xây dựng bản đồ khóa mẫugiải đoán ảnh, từ bản đồ khóa mẫu này cùng với các loại ranh giới tại khu vực nghiêncứu chuyển toàn bộ dữ liệu dưới dạng GIS sang định dạng máy GPS Garmin

Cuối cùng sử dụng máy định vị này dẫn đường đến các MKA, tại các MKA tiếnhành xác định trạng thái rừng phục vụ cho quá trình phân loại ảnh

Hình 2 3 Hệ thống 50 MKA ngoài thực địa 2.4.3 Phương pháp xây dựng bản đồ hiên trạng rừng

Sau khi xác định trạng thái và lập MKA ngoài thực địa thì tiến hành sử dụngphần mềm eCognition Developer phân loại đối tượng rừng theo phương pháp hướngđối tượng Việc phân loại ảnh sơ bộ bằng phương pháp không kiểm định (chia lô tựđộng nhưng chưa xác định tên trạng thái) nhằm tách các lô/đối tượng tương đối đồngnhất trên ảnh làm căn cứ thiết kế hệ thống mẫu ảnh.

Khoanh vi các diện tích đồng nhất trên ảnh bằng phương pháp phân loại khôngkiểm định Sử dụng chức năng "Multiresolution segmentation" của phần mềmeCognition để khoanh các diện tích đồng nhất trên ảnh thành những lô trạng thái tươngđối đồng nhất về tên trạng thái và trữ lượng rừng Chức năng này thực hiện dựa trên cơ

sở 3 tham số người giải đoán đưa vào ban đầu là Scale, parameter, Shape,Compactness

Để có thể lựa chọn được các tham số phù hợp với ảnh ta áp dụng nguyên tắc giữnguyên giá trị của 2 tham số và thay đổi giá trị tham số còn lại Dựa trên kết quả phânloại từ ảnh mà chọn ra giá trị phù hợp cho cả ba thông số, tiếp đến đưa hệ thống mẫukhóa ảnh thu thập ngoài thực địa vào phần mềm eCognition để là cơ sở kiểm định Sửdụng chức năng “assign class by thematic layer” để gắn các trạng thái phù hợp cho các

lô diện tích đã được khoanh vi từ bước phân loại không kiểm định

Bộ mẫu khóa ảnh thu thập ngoài thực địa được sử dụng làm cơ sở cho phân loại

có kiểm định Các điểm mẫu ngoài thực địa tương ứng với các đối tượng khác nhautrên ảnh vệ tinh

Sau quá trình phân loại có kiểm định các lô sẽ được tự động gắn trạng thái theođúng quy định Các trạng thái rừng được phân loại theo thông tư Số: 33/2018/TT-BNNPTNT quy định tiêu chí xác định và phân loại rừng Đây là thông tư quy định vềtiêu chí xác định rừng và hệ thống phân loại rừng phục vụ cho công tác điều tra, kiểm

kê, thống kê rừng, quy họach bảo vệ và phát triển rừng, quản lý tài nguyên rừng và xâydựng các chương trình, dự án lâm nghiệp và phương pháp phân loại được thể hiện cụthể trong hình 2.4 dưới đây: