Đánh giá khả năng ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao (spot 5) trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng tỉ lệ 1 50 000 huyện mường la, tỉnh sơn la

Xuất phát từ tình hình thực tế đó bản thân chọn đề tài “Đánh giá khả năng ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao Spot-5 trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng tỉ lệ 1:5

-

NGUYỄN NGỌC DIỆN

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (SPOT-5) TRONG VIỆC XÂY DỰNG BẢN ĐỒ

HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN RỪNG TỈ LỆ 1: 50.000

HUYỆN MƯỜNG LA, TỈNH SƠN LA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Hà Nội – 2011

NGUYỄN NGỌC DIỆN

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (SPOT-5) TRONG VIỆC XÂY DỰNG BẢN ĐỒ

HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN RỪNG TỈ LỆ 1: 50.000

HUYỆN MƯỜNG LA, TỈNH SƠN LA

Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng

Mã số: 60.62.68

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN PHÚ HÙNG

Hà Nội – 2011

LỜI CẢM ƠN

Luận văn là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu ở nhà trường, kết hợp với kinh nghiệm trong quá trình công tác thực tiễn, với sự nỗ lực cố gắng của bản thân

Đạt được kết quả này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy

cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ hỗ chợ cho tôi Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Tiến sỹ Nguyễn Phú Hùng công tác tại Viện điều tra quy hoạch rừng, đã trực tiếp hướng dẫn khoa học và đã dày công giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin trân thành cám ơn đến Ban lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi

những khiếm khuyết, vì vậy tôi rất mong nhận được sự góp ý chân thành của quý thầy, cô giáo, đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin cam đoan số liệu thu thập, kết quả tính toán là trung thực và được trích dẫn rõ ràng

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội , tháng 9 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Ngọc Diện

MỤC LỤC

Trang phụ bìa Trang

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các chữ viết tắt iii

Danh mục các bảng iv

Danh mục các hình v

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu và thực hiện trên thế giới 3

1.1.1 Tình hình chung 3

1.1.2.Thống kê những hướng ứng dụng phổ biến của viễn thám – GIS trong ngành lâm nghiệp 7

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 11

1.2.1 Tình hình chung của viê ̣c ứng dụng phương pháp viễn thám trong lâm nghiệp Việt Nam 11

1.2.2 Thống kê một số hoạt động cụ thể của việc ứng dụng viễn thám trong lâm nghiệp [4] 12

1.2.3 Nhận xét chung 22

Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 25

2.2 Đối tượng nghiên cứu 25

2.3 Phạm vi nghiên cứu 25

2.4 Phương pháp sử lý ảnh thành lập bản đồ rừng 25

Chương 3: TƯ LIỆU ẢNH SPOT VÀ QUY TRÌNH GIẢI ĐOÁN ẢNH SPOT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ TÀI NGUYÊN RỪNG 29

3.1 Tư liệu ảnh SPOT [2] 29

3.2 Áp dụng ảnh Spot thành lập bản đồ rừng tỉ lệ 1: 50.000 35

3.2.1 Yêu cầu của bản đồ rừng tỉ lê ̣ 1: 50.000 35

3.2.2 Khả năng đáp ứng của ảnh SPOT-5 thành lâ ̣p bản đồ hiện trạng rừng 37

3.3 Quy trình xử lý thông tin ảnh SPOT thành lâ ̣p bản đồ hiện trạng rừng 38

3.3.1 Quy trình chung 38

3.3.2 Công tác chuẩn bị 39

3.3.3.Xây dựng bản đồ hiện trạng rừng trong phòng….………40

3.3.4 Xây dựng mẫu khoá ảnh giải đoán 41

3.3.5 Giải đoán ảnh trong phòng 35

3.3.6 Ngoại nghiệp 43

3.3.7 Kiểm tra độ chính xác của công tác giải đoán 45

3.3.8 Chỉnh lý bổ sung bản đồ thành quả 47

3.3.9 Xử lý tính toán, phân tích đánh giá số liệu 48

3.3.10 Biên tập bản đồ thành quả 48

Chương 4: GIẢI ĐOÁN ẢNH SPOT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ TÀI NGUYÊN RỪNG HUYỆN MƯỜNG LA NĂM 2011 52

4.1 Khái quát chung về huyện Nường La 52

4.2 Nguồn tư liệu ảnh sử dụng 55

4.3 Xây dựng hê ̣ thống mẫu giải đoán cho các loa ̣i rừng ở bản đồ tỉ lê ̣ 1: 50.000 cho huyện Mường La 60

4.3.1 Điều tra trữ lượng rừng trên ô tiêu chuẩn thành lập mẫu giải đoán ảnh 61

4.3.2 Nội dung trình tự thực hiện 62

4.4 Xây dựng bản đồ rừng huyê ̣n Mường La 68

4.4.1.Nguyên tắc khoanh vẽ các khoanh vi 68

4.4.2 Các yếu tố cơ sở toán học 69

4.5 Kết quả giải đoán và điều vẽ 70

4.5.1 Đánh giá đô ̣ chính xác 70

4.5.2 Thố ng kê diê ̣n tích các loa ̣i rừng trong toàn huyê ̣n 75

4.6 Nhận xét đánh giá 81

KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHI ̣ 82

1 Kết Luận 82

2 Tồn tại 83

3 Kiến nghị 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SPOT

(Système Probatoire d'Observation de la Terre) ( lit "Probationary System of Earth Observation") SPOT – hệ thống ảnh vệ tinh quan trắc trái đất của Pháp

CNES Centre National d’Etudes Spatiales Trung tâm quốc gia nghiên

cứu không gian của Pháp HRG (High Resolution Geometric) đầu thu có độ phân giải hình học cao GIS Geographic Information System -Hệ thông tin Địa lý

NDVI Chỉ số thực vật chuẩn hóa (Normalized Difference Vegetation Index AVI Chỉ số dị thường thực vật (Anomaly Vegetation Index)

MKF 6 ảnh chụp đa phổ bằng máy ảnh 6 ống kính và 6 loại phim

KATE 140 Ảnh đa phổ của Nga chụp từ tàu vũ trụ có người lái

WWF Tổ chức bảo tồn đa dạng sinh học thuộc Liên hợp quốc

FAO Tổ chức nông lương thế giới thuộc Liên hợp quốc

LANDSAT Vệ tinh quan trắc trái đất của Mỹ

NDVI Chỉ số khác biệt thực vật chuẩn hóa

ETM Enhanced Thematic Mapper –lập bản đồ chuyên đề nâng cao

HIS (Hue -Intensity - Satuation Color Space Transformation) tổ hợp

không gian màu theo sắc , mật độ, cường độ của màu BGR ( Blue-Green –Red ) tổ hợp màu trong không gian màu cơ bản

3.6 Đánh giá đô ̣ chính xác theo hệ số Kappa 47 4.1 Phiếu kiểm tra các điểm ngoài thực địa 72 4.2 Đánh giá kết quả giải đoán cho từng loại rừng 73

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.2 Ảnh NDVI tách từ ảnh NOAA-AVHRR sử du ̣ng để phân loa ̣i lớp phủ 10 1.3 Sử du ̣ng chỉ số NDVI của ảnh MODIS để phân loa ̣i sử du ̣ng đât (Lâm

1.7 Bản đồ lớp phủ thành lâ ̣p bằng phân loa ̣i tự đô ̣ng ảnh Landsat –tỉnh

Sơn la (Nguồn Viện ĐTQH rừng)

17

2.1 Tổ hợp màu giả với thực vật có màu đỏ, nước có màu xanh lơ 26 2.2 Tổ hợp màu BGR thực vât màu xanh lục và nước có màu hồng 26 2.3 Quy trình giải đoán ảnh thành lâ ̣p bản đồ chuyên đề 27 3.1 Ảnh SPOT-2 khu vực Hà Nội với độ phân giải không gian 20 mét 29 3.2 Ảnh SPOT-5 khu vực hồ Ba Bể -2010, đô ̣ phân giải 10 mét 32 3.3 Ảnh SPOT-5 màu thật với độ phân giải không gian 10 mét khu vực

huyện Mường La (11/2010)

32

3.4 Các trạm thu ảnh vệ tinh SPOT trên thế giới 33 3.5 Ảnh chỉ số thực vật của SPOT (độ phân giải không gian 1 Km) 33 3.6 Sơ đồ ghép ảnh vê ̣ tinh pha ̣m vi lãnh thổ viê ̣t Nam 34 3.7 So sánh đô ̣ phân giải không gian của ảnh Landsat (ảnh nhỏ) và SPOT

5(ảnh to) (ảnh khu vực tỉnh Sơn La)

38

3.8 Mô tả quy trình sử du ̣ng ảnh SPOT-5 thành lâ ̣p bản đồ rừng 39

3.9 Bản đồ HTR cấp xã thành lập từ ảnh vệ tinh SPOT-5 (nguồn Viện

ĐTQHR)

50

4.1 Vị trí đi ̣a lý của huyê ̣n Mường La 52

4.5 Các ảnh SPOT 5 (Chụp tháng 11-2010 huyê ̣n Mường La được ghép

và nắn theo các mảnh bản đồ 1: 50.000

57

4.7 Ảnh ghép theo mảnh bản đồ nên có sự khác biê ̣t về tone và màu sắcdo

ghép từ 2 ảnh gốc

58

4.8 Các tổ hợp màu khác nhau ta ̣o khó khăn cho người giải đoán không

chuyên nghiê ̣p (Cùng một đối tượng nhưng có màu khác nhau tùy theo tổ

hợp màu)

59

4.9 Tổ hợp màu tựu nhiên và đô ̣ phân giải cao của ảnh SPOT 5 rát thuâ ̣n

lợi cho viê ̣c giải đoán ( ví du ̣ phát hiê ̣n chi tiết điểm dân cư ven sông )

59

4.10 Mẫu ảnh của nhóm đất chưa có rừng bao gồm: IA, IB, IC (2 ảnh trên),

mẫu ảnh của nhóm đất có rừng hỗn giao bao gồm hỗn giao gỗ - tre

nứa, hỗn giao Lá rộng – lá Kim (2 ảnh dưới)

60

4.11 Nhóm rừng loại II: Bao gồm IIA, IIB (ảnh trên), IIIB (ảnh dưới) 61 4.12 Ô tiêu chuẩn hình tròn 1000m2 và các ô tiêu chuẩn phụ 63 4.13 Mẫu ảnh loại đấ,t loại rừng ta ̣i huyê ̣n Mường La 68

4.14 Khoanh vẽ các đơn vi ̣ và hê ̣ thống các điểm lấy mẫu ta ̣i xã Chiềng Lao

huyện Mường La tỉnh Sơn La

70

4.16 Thống kê loại đất, loại rừng huyện Mường la 76 4.17 Cơ cấu loại đất loại rừng huyện Mường la 76

ĐẶT VẤN ĐỀ

Quản lý tài nguyên rừng là một trong những nội dung quan trọng của công tác quản

lý tài nguyên thiên nhiên Công tác kiểm kê, đánh giá và phân tích biến động tài nguyên rừng được tiến hành thường xuyên ở mọi quốc gia trên thế giới nhằm thu thập thông tin chính xác về số lượng và chất lượng nguồn tài nguyên quý báu này, góp phần hỗ trợ tốt hơn trong công tác bảo tồn, phát triển và hoạch định chiến lược sản xuất lâm nghiệp Xây dựng bản đồ hiê ̣n tra ̣ng rừng các tỉ lê ̣ là nhiê ̣m vu ̣ thường xuyên, có tính chu kỳ lă ̣p la ̣i của ngành lâm nghiê ̣p Công viê ̣c này đòi hỏi nhiều công sức, chi phí và thời gian thực hiê ̣n

Để xây dựng bản đồ hiê ̣n tra ̣ng rừng, phương pháp truyền thống được thực hiê ̣n là điều tra, khảo sát và khoanh vẽ thực đi ̣a Công viê ̣c này đòi hỏi nhiều công sức và thờ i gian thực hiê ̣n là khá dài Trong điều kiê ̣n đi ̣a hình vùng núi bi ̣ chia cắt phức

tạp thì công viê ̣c điều tra khảo sát là rất khó khăn, vì vâ ̣y thời gian thực hiê ̣n và đô ̣ chính xác của bản đồ là bi ̣ ha ̣n chế Đă ̣c biê ̣t khi mà thời gian thực hiện không cho phép kéo dài quá với mô ̣t lực lượng người khảo sát ha ̣n chế thì công việc thâ ̣m chí không hoàn thành nổi Trong thực tế, bản đồ thành lâ ̣p bằng phương pháp truyền thống chỉ chính xác ở những nơi có điều kiện thuận lợi như độ dốc không lớn, đi lại

dễ dàng Ngược lại, ở những nơi có điều kiện khó khăn như độ dốc cao, đi lại khó khăn như các vi ̣ trí dốc đối diện với sườn núi cao và dốc, khó đi kiểm tra khảo sát thì đô ̣ chính xác là không cao

Mường La là huyện miền núi tỉnh Sơn La thuộc khu vực Tây Bắc, nằm cách trung tâm thị xã Sơn La khoảng 41 km về phía đông bắc, phía bắc và phía đông bắc giáp tỉnh Lào Cai và Yên Bái, phía đông nam giáp huyện Bắc Yên, phía tây bắc giáp huyện Thuận Châu, Quỳnh Nhai, phía tây nam giáp huyện Mai Sơn và thị xã Sơn

La Huyện Mường La nằm ở độ cao trung bình từ 500- 700m so với mặt nước biển, phía Đông và phía Đông Bắc của huyện là những dãy núi cao, địa hình thấp dần về phía Nam và dọc theo 2 bờ sông Đà Trên địa bàn có sông Đà và 5 con suối lớn là suối Nậm Mu, Nậm Chiến, Nậm Trai, Nậm Pàn, Nậm Pia chảy qua Địa hình chia

căt mạnh, trong nững năm qua địa phương đã rất chú trọng đến việc xây rựng bản

đồ hiện trạng rừng để phục vụ cho công tác quy hoạch phát triển kinh tế xã hội và quy hoạch bảo vệ và phát triển rừng

Xuất phát từ tình hình thực tế đó bản thân chọn đề tài “Đánh giá khả năng ứng

dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao (Spot-5) trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng tỉ lệ 1:50.000 huyện Mường La, tỉnh Sơn La” được đặt ra

là nhằm thể hiện chính xác hiện trạng sử dụng tài nguyên rừng tại địa phương, để từ

đó đưa ra được các biện pháp kỹ thuật lâm sinh phù hợp cho từng lô rừng, góp phần đẩy nhanh tốc độ phát triển Lâm nghiệp và phủ xanh đất trống đồi núi trọc Vì lý do đó, viê ̣c triển khai đề tài là hết sức cần thiết, nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế của đi ̣a phương, đồng thời góp phần hoàn chỉnh mô ̣t quy trình công nghê ̣ mới để có thể áp

dụng rô ̣ng hơn trong viê ̣c xây dựng bản đồ hiê ̣n tra ̣ng rừng ở vùng núi nói chung

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu và thực hiện trên thế giới

1.1.1 Ti ̀nh hình chung

Trong vài thập kỷ gần đây,tư liệu viễn thám trở thành nguồn dữ liệu quan trọng cho công tác lập bản đồ và theo dõi hoạt độngtài nguyên rừng Đáp ứng nhu cầu đòi hỏi về việc tăng cường chất lượng thông tin thì công nghệ viễn thám cũng đạt được những bước tiến dài và công nghệ này được nhìn nhận như thành phần thông tin tối quan trọng trong hiện tại và tương lai của ngành lâm nghiệp Sự tiến bộ của viễn thám

và công nghệ thông tin đã mang lại nguồn tư liệu sẵn có, các công cụ phân tích thông tin thân thiện với người sử dụng và nhiều thuật toán phân tích thông tin tối ưu, trợ giúp đắc lực công tác kiểm kê, lập kế hoạch và quản lý sản xuất lâm nghiệp[9]

Con người đã cảm thấy một cách tự nhiên khi nhìn vào những bức ảnh vệ tinh hay ảnh chụp từ máy bay thông qua suy luận và giải đoán bằng mắt thường Tuy nhiên, thời đại của việc chỉ sản xuất những bức ảnh đẹp mang tính minh họa của viễn thám đã lùi vào quá khứ Chất lượng thông tin và độ phân giải của ảnh viễn thám đã được nâng cao với sự ra đời của các vệ tinh như Landsat ETM, IRS, SPOT, sau này là IKONOS, QUICKBIRD,EARTHVIEW,GEOEYE, ALOS, PALSA… Một hoạt động mới được đã hướng vào các mục tiêu nghiên cứu khoa học cụ thể căn cứ vào đặc điểm của từng loại dữ liệu Những hệ thống GIS đồ sộ thường thấy ở các cơ quan trong lĩnh vực quân sự hoặc cơ quan chính phủ đã dần được thay thế bằng nhiều hệ thống nhỏ gọn, hiệu quả, mang tính thương mại cao Nguồn dữ liệu viễn thám được cung cấp bởi các vệ tinh quan trắc và máy chụp ảnh (quang học, radar và laser) trở nên dồi dào và đầy đủ cho các hoạt động nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên Tới thời điểm hiện tại, dữ liệu viễn thám và các phương pháp nghiên cứu đã trở nên đa dạng, phức tạp và cũng đạt độ tin cậy cao hơn trong việc trợ giúp giải quyết các vấn đề của nghiên cứu trước kia

Trong bối cảnh này, một câu hỏi đặt ra cho ngành lâm nghiệp là; “với trình

độ phát triển của viễn thám như hiện nay thì công nghệ này có thể giải quyết được

những vấn đề gì ? ”dưới đây là liệt kê những hướng ứng dụng phổ biến trên thế giới

- Theo dõi, dự báo cháy rừng và sâu bệnh

- Mô hình hóa sự phát triển trong tương lai của tài nguyên rừng

- Quy hoạch bảo vệ và phát triển rừng

Một số các ứng dụng khác nằm giữa ranh giới của quản lý, mô hình hóa cấu trúc sinh cảnh, theo dõi trạng thái, và kiểm kê sinh hóa rừng Hy vọng trong tương lai gần, vai trò của viễn thám trong các ứng dụng thực tế điều hành việc sản xuất và quản lý rừng sẽ trở nên rõ nét hơn nhiều

Lĩnh vực viễn thám khởi đầu bằng phương pháp phân tích hoàn toàn thủ công trên ảnh chụp từ máy bay, nhưng cũng nhanh chóng thay đổi cùng với các nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu mới [4],[12] Những nguồn dữ liệu và phương pháp mới ra đời mang đến nhiều tiềm năng cho công nghệ viễn thám trong việc cung cấp thông tin và giải quyết các vấn đề liên quan đến quản lý lâm nghiệp Phương pháp viễn thám với thế mạnh của công nghệ mới có thể phân tích các biến động về lớp phủ rừng một cách chính xác và đưa ra những lý giải về hệ quả của những thay đổi này dưới tác động của con người Nhiều mô hình phân tích không gian, mô hình mô phỏng đã ra đời cùng khả năng cung cấp ảnh đa thời gian với tần suất lặp lớn của các vệ tinh và máy bay bay chụp đã giúp giải quyết được nhiều vấn

đề nan giải trước kia của ngành quản lý tài nguyên rừng[12]

Việc lựa chọn từng nhóm ứng dụng được tiến hành dựa trên kiến thức về vai trò của các nhóm phân loại lớp phủ, kiểm kê, phân tích biến động hay mô hình lâm nghiệp trong việc đáp ứng yêu cầu thông tin phục vụ quản lý bền vững tài nguyên rừng

Công tác nghiên cứu, hiểu rõ vai trò và khả năng của viễn thám, mức độ chính xác và tính hiệu quả của ứng dụng công nghệ nhằm giải quyết các vấn đề của quản lý tài nguyên rừng là chìa khóa của việc ứng dụng thành công viễn thám trong lĩnh vực này

Trên thế giới, việc sử dụng kết hợp Viễn thám và GIS cho nhiều mục đích khác nhau củ a ngành lâm nghiê ̣p đã trở nên rất phổ biến trong khoảng 30 năm trở lại đây GIS bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ 20 và đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới Đặc biệt, công nghệ này được sử dụng khá phổ biến để xây dựng mô hình sử dụng đất và quan trắc,

dự báo các thay đổi các thảm che phủ và địa hình (Elena và cộng sự, 2001; Kok và cộng sự, 2001; McDonalda và cộng sự 2002; Stephenne và Lambin,2001), so sánh các hệ sinh thái nông nghiệp (Stein và Ettema, 2003), quan sát các sự thay đổi về hệ thống canh tác theo địa hình (Nelson, 2001; Schoorl và Veldkamp, 2001)[16] Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong nghiên cứu chiến lược của người nông dân trong sự thay đổi đa dạng của hệ canh tác nương rẫy dưới các tác động của điều kiện dân số, đất đai, chính sách và các nhu cầu về kinh tế xã hội của người dân (Rambo, 2002; Jean-Christophe Castella, 2002; Brabant P, Darracq S (biên tập) 1999, Leisz và các cộng tác viên, 2003) Hiện nay, ảnh viễn thámbao gồm ảnh hàng không và ảnh vệ tinh đã trở thành những tư liệu quý để phân tích, đánh giá sự thay đổi sử dụng đất, độ che phủ đất về

số lượng, vị trí phân bố trên một khu vực trong những thời điểm khác nhau, hay so sánh giữa 2 khu vực

Đối với ngành lâm nghiệp, vấn đề sử dụng ảnh vệ tinh để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác quản lý, theo dõi rừng đã được nhiều nước tiên tiến trên thế giới áp dụng như Mỹ, Canađa, Pháp, Nga, Nhật Bản, và các nước châu Á như Ấn

Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Indônêsia, Tư liệu viễn thám được sử dụng trong công tác này bao gồm nhiều loại ảnh vệ tinh của các nước khác nhau như: Landsat, Ikonos, Quickbird, của Mỹ, Spot của Pháp, Aster, JRS của Nhật bản, Radasat của Canađa, Việc sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý, theo dõi biến động rừng và

sử dụng đất cũng đã được thực hiện theo nhiều mức độ khác nhau như cho toàn cầu, vùng lãnh thổ, quốc gia, khu vực[17],[19]

Trong quá phát triển cả về lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và khả năng ứng

dụng, viễn thám rừng ( Forestry Remote Sensing) đã trở thành mô ̣t lĩnh vực công

nghệ được quan tâm phát triển mô ̣t cách ma ̣nh mẽ, là mô ̣t công nghê ̣ không thể thiếu được và mang tính pháp lý trong quy trình thành lâ ̣p bản đồ rừng của rất nhiều

nước trên thế giới Hô ̣i quốc tế về viễn thám rừng(Forestry Remote Sensing) là một

trong những tổ chức viến thám quốc tế, hoa ̣t đô ̣ng từ rất sớm và có sự tham gia rô ̣ng

rãi của nhiều nước trên pha ̣m vi toàn thế giới

Bắt đầu từ năm 1986,Pháp phóng thành công vê ̣ tinh SPOT lên quỹ đa ̣o và chu ̣p ảnh quang ho ̣c đa phổ có đô ̣ phân giải không gian cao hơn hẳn ảnh vê ̣ tinh Landsat

củ a Mỹ, đô ̣ phân giải thời gian là 26 ngày[20],[2].Kể từ đó việc sử dụng ảnh SPOT,

đă ̣c biê ̣t là SPOT-4 và SPOT-5 để thành lập bản đồ hiện trạng rừng đã được áp du ̣ng

có hiê ̣u quả ta ̣i nhiều nước trên thế giới như: Pháp, Brazin, Bolivia, Anh, Iran, Ấn

Đô ̣, Trung Quốc, Đài Loan, đă ̣c biê ̣t là từ khi có các tra ̣m thu ảnh phân bố rô ̣ng ở nhiều nước và khả năng trao đổi trên Internet băng thông rô ̣ng thì quy mô ứng du ̣ng

là càng được mở rô ̣ng trên pha ̣m vi toàn cầu

Hình 1.1 Mô phỏng vệ tinh (nguồn Việt Báo.vn)

Ở khu vực châu Á-Thái Bình Dương, ta ̣i nhiều hội nghị viễn thám được tổ chức

2 năm mô ̣t lần, các nước đã tổng kết những ứng dụng của Kỹ thuật viễn thám trong

Lâm nghiệp với những báo cáo nghiên cứu quản lý, theo dõi phát hiện biến động rừng

và sử dụng đất tại các nước như: Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài loan, Malaysia, Indonesia, Thái Lan, Philipin, Rất nhiều loa ̣i tư liê ̣u viễn thám khác nhau đã được áp dụng trong nhiều quy mô và hướng nghiên cứu khác nhau của ngành lâm nghiệp, trong đó, ảnh SPOT là một loa ̣i tư liê ̣u được ứng dụng khá phổ biến[3],[17]

1.1.2.Thống kê những hướng ứng dụng phổ biến của viễn thám – GIS trong ngành lâm nghiệp

1.1.2.1.Quản lý tài nguyên rừng

- Xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng ở các quy mô khác nhau với các nguồn tư liệu khác nhau Công việc này được thực hiện ở rất nhiều nước trên thế giới:

+ Phạm vi toàn cầu: ảnh NOAA ( Mỹ, Nhật, EU hay quan tâm trong những nghiên cứu ở quy mô toàn cầu )

+ Phạm vi khu vực: ảnh MODIS, Landsat MSS

+ Phạm vi lãnh thổ và vùng: ảnh MODIS, Landsat TM, SPOT, Aster

+ Phạm vi địa phương: ảnh Aster, SPOT 5, Landsat ETM

+ Phạm vi chi tiết: ảnh SPOT, Quickbird, IKONOS,GEOEYE

- Theo dõi biến động tài nguyên rừng và lớp phủ thực vật với dữ liệu đa thời gian của các loại tư liệu trên

- Quản lý trữ lượng rừng các loại: với kỹ thuật phân tích đa phổ, tạo các ảnh chỉ số và phối hợp với GIS để phân tích đánh giá sinh khối, trữ lượng rừng: các ảnh chỉ số LAI (Leaf Area Index), CI (Canopy Index)

- Theo dõi sinh thái rừng bằng các ảnh chỉ số: chỉ số tán lá, chỉ số ẩn, chỉ số NDVI, VI…

1.1.2.2 Kết hợp với các tư liệu GIS, xây dựng bản đồ rừng, quản lý rừng và các hệ sinh thái rừng

Từ những năm 60, GIS bắt đầu hình thành và phát triển mạnh mẽ từ chỗ là một công cụ, đến nay GIS đã trở thành một khoa học ứng dụng trong rất nhiều ngành, trong đó có ngành lâm nghiệp[3],[19]

- Theo dõi và dự báo cháy rừng: đây là hướng ứng dụng kết hợp viễn thám – GIS để dự báo cháy rừng, áp dụng ở nhiều nước như Mỹ, úc, Braxin… Những ảnh viễn thám dược thu hàng ngày được tách chiết thông tin về loại rừng và tình trạng khô hạn của rừng, kết hợp với số lịêu khí tượng sẽ đưa ra các dự báo về khả năng cháy rừng

- Quy hoạch quản lý và phát triển trồng rừng: công việc này được triển khai trên cơ sở các tư liệu viễn thám và GIS để hoạch định kế hoạch quản lý, sản xuất và trồng rừng

- Nghiên cứu các hệ sinh thái rừng - lâm nghiệp; rất nhiều nghiên cứu triển khai ở nhiều quy mô để nghiên cứu xây dựng các bản đồ sinh thái rừng: phạm vi toàn cầu, khu vực, vùng đặc biệt các hệ sinh thái nhạy cảm như; rừng ngập mặn,

* Xử lý số và GIS: Hệ thống phần mềm được sử dụng để triển khai tự động hoá phân loại, tích hợp thông tin VT-GIS, thành lập các bản đồ chuyên đề về rừng bao gồm[10],[3]:

+ Phần mềm có bản quyền ERDAS, ENVI, IDRISI, ILWIS, ORACLE (quản lý dữ liệu)

+ Phần mềm mã nguồn mở được phát triển phục vụ cho các nhu cầu quản lý

 Chỉ số trạng thái thực vật (Vegetation Condition Index-VCI)

Chỉ số trạng thái thực vật được đưa ra đầu tiên bởi Kogan (1997), thể hiện

mối quan hệ giữa NDVI của tháng hiện tại với NDVI cực trị được tính toán từ chuỗi

số liệu Công thức tính của VCI như sau:

) (

100

* ) (

min max

min

NVDI NDVI

NDVI NDVI





Trong đó: NDVImax, NDVI minđược tính toán từ chuỗi số liệu i cho từng tháng (hoặc

tuần) và j là chỉ số của tháng (tuần) hiện thời

 Chỉ số thực vật chuẩn hóa (Normalized Difference Vegetation Index NDVI)

Có nhiều các chỉ số thực vật khác nhau, nhưng chỉ số thực vật chuẩn hoá

(NDVI) được trung bình hoá trong một chuỗi số liệu theo thời gian sẽ là công cụ cơ bản để giám sát sự thay đổi trạng thái thực vật Chỉ số thực vật NDVI được tính theo

công thức sau:

) ( IR R

R IR NDVI





 (3.2) Trong đó IR, R là phổ phản xạ của bề mặt ở dải sóng hồng ngoại và dải đỏ

 Chỉ số dị thường thực vật (Anomaly Vegetation Index-AVI)

Huest (1988) đã phát hiện chỉ số thực vật của đất (AVI), qua đó có thể biết được đặc tính của hệ đất- cây trồng- khí quyển

Chỉ số dị thường thực vật được tính theo công thức:

NDVI NDVI

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu đánh giá trạng thái lớp phủ bề mặt

0.0 0.0 -1- 0.0 Nước, đất trống hoặc mây

<-0.03 >0.0 >0.0-0,1 Thực vật phát triển rất kém

-0.03 - 0.03 >0.0 >0.1-0,3 Thực vật phát triển bình thường

0.03 - 0.135 >0.0 >0.3-0,4 Thực vật phát triển tốt

>0.135 >0.0 >0.5 Thực vật phát triển rất tốt

Hi ̀nh 1.2 Ảnh NDVI tách từ ảnh NOAA-AVHRR sử dụng để phân loa ̣i lớp phủ

Hi ̀nh1.3 Sử dụng chỉ số NDVI của ảnh MODIS để phân loa ̣i sử dụng đât

(Lâm Đạo Nguyên)

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.2.1.Tình hình chung cu ̉ a viê ̣c ứng dụng phương pháp viễn thám trong lâm nghiệp Việt Nam

Trong suốt 15 năm qua, thông tin ảnh vệ tinh đã luôn là nguồn tư liệu quan trọng và có giá trị trong hàng loạt các dự án, các chương trình, công trình liên quan đến điều tra qui hoạch và thành lập bản đồ chuyên đề ở Việt Nam đặc biệt là lĩnh vực

về tài nguyên thảm thực vật, sử dụng đất, môi trường,…[3] Điều này thực sự dễ nhận thấy lý do là các đối tượng này luôn phản ánh rất rõ trên các thông tin ảnh vệ tinh ngay cả quan sát bằng mắt thường với những công cụ xử lý đơn giản Tuy nhiên mức

độ khai thác các thông tin viễn thám còn chưa triệt để do đầu tư công nghệ còn hạn chế Tuy vậy, với thời gian 15 năm, một khối lượng lớn những công trình ứng dụng viễn thám trong Lâm nghiệp đã được thực hiện và đã phát huy hiệu quả lớn lao cho thực tế sản xuất của ngành, cũng như góp phần đáng kể trong các chương trình điều tra cơ bản trọng điểm của Nhà nước.Vai trò và ưu điểm của phương pháp viễn thám trong lâm nghiệp.Ở Việt Nam, kỹ thuật viễn thám được sử dụng từ năm 1976 (Viện điều tra quy hoạch rừng) Mốc quan trọng đánh dấu sự phát triển viễn thám ở Việt Nam là sự hợp tác nhiều bên trong chương trình vũ trụ Quốc tế (Inter Kosmos) năm 1981-1986 Kết quả nghiên cứu của chương trình khoa học này là đã biết sử dụng ảnh

đa phổ MKF-6 vào thành lập các bản đồ chuyên đề như: sử dụng đất, địa chất, tài nguyên nước, thuỷ văn, rừng, Sau đó các dự án viện trợ Quốc tế của UNDP và FAO như VIE76/011 và VIE 83/004 đã trang bị một số thiết bị kỹ thuật Viễn thám cho Viện khoa học Việt Nam nay là Viện khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia

Ngoài ra do yêu cầu cấp thiết nhiều ngành đã hình thành các cơ sở nghiên cứu và đưa tiến bộ kỹ thuật viễn thám vào ứng dụng ở ngành chuyên môn của mình

Thời gian vừa qua nhà nước đã đầu tư cho Bộ Tài nguyên và Môi trường Dự

án “Xây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên ở Việt Nam” đây là dự án

thu ảnh vệ tinh mang tầm cỡ quốc gia và khu vực, đến nay đã bắt đầu đi vào hoạt động Kết quả của dự án sẽ là những cơ sở dữ liệu vệ tinh với nhiều độ phân giải

đáp ứng số liệu cho nghiên cứu khoa học và ứng dụng nghiệp vụ thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau ở nước ta

1.2.2.Thống kê một số hoạt động cụ thể của việc ứng dụng viễn thám trong lâm nghiệp [4]

- Viễn thám được áp dụng đầu tiên ở Viện Điều tra quy hoạch rừng với tư liệu ảnh máy bay Hệ thống mẫu giải đoán đều được xây dựng cho từng loại rừng: ảnh, kiểu tán lá,… Các bản đồ về tài nguyên rừng, sinh khối rừng đã được thành lập

- Từ năm 1978, ảnh vệ tinh được đưa vào Việt Nam thì ngành lâm nghiệp là một trong những cơ sở áp dụng đầu tiên trong chương trình quốc gia về nghiên cứu không gian và đề án tài trợ của Thụy Điển Hệ thống máy điều vẽ tổng hợp màu và các tư liệu Landsat được phân tích giải đoán, xây dựng bản đồ rừng trong phạm vi toàn quốc và cấp tỉnh

- Từ năm 1978 đến nay Viện Điều tra Quy họach rừng cũng đã triển khai nhiều đề tài ứng dụng viễn thám và GIS

- Việc áp dụng viễn thám – GIS trong quản lý và dự báo cháy rừng cũng được triển khai ở Cục kiểm lâm, Đại học Lâm nghiệp

- Viễn thám – GIS hiện nay đang được áp dụng ở nhiều quy mô khác nhau ở mức độ lâm trường, các bản đồ lập địa đã được áp dụng phục vụ cho công tác quản

lý tài nguyên đến cấp nông trường

- Trong lĩnh vực nghiên cứu sinh thái rừng, nhiều đề tài được triển khai có tài trợ của các nước, các tổ chức quốc tế tại Đại học Nông nghiệp Hà Nội, các tổ chức WWF, Uỷ ban sông Mê Kông,… các tỉnh như Huế, LâmĐồng, Tuyên Quang, Sơn

La Đặc biệt ở Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Tài nguyên và Môi trường nhiều đề tài đã được triển khai Nhiều đề tài về sinh thái rừng được triển khai phục vụ cho công tác bảo vệ đa dạng sinh học, phát triển rừng và khu bảo tồn quốc gia, phát triển du lịch, quản lý đới ven biển và hải đảo, bảo vệ rừng phòng hộ đầu nguồn (Dự án hành lang xanh ở Huế)

- Điều tra tài nguyên rừng toàn quốc (79 - 82) dự án VIE 79/014 do FAO tài trợ

- Chương trình nghiên cứu quốc tế về ứng dụng ảnh đa phổ (1980 - 1982) - Intercosmoc

- Chương trìnhquy hoạch tổng thể phát triển Tây Nguyên (1982 - 1983)

- Điều tra vùng nguyên liệu giấy (83 - 85) - chương trình phát triển lâm nghiệp - SIDA

- Nghiên cứu biến động rừng ngập mặn Cà Mau (1985)

- Chương trình nghiên cứu hậu quả của chất độc hoá học (1987 đến nay)

- Chương trình quy hoạch sử dụng đất vùng trung tâm (1989 - 1995 SIDA)

- Dự án về thành lập bản đồ sử dụng đất đầu nguồn Mê Kông (86 - 87)- UB

Mê Kông

- Chương trình quy hoạch đồng bằng sông Cửu Long (1986)

- Đề án thành lập bản đồ sử dụng đất toàn quốc (1991 - 1993) - Viện KHVN

- Dự án ứng dụng viễn thám theo dõi biến động các khu bảo tồn tự nhiên (91

- 95) WWF

- Chương trình theo dõi, đánh giá biến động tài nguyên rừng (1991 - 1995)

- Dự án theo dõi và đánh giá che phủ rừng đầu nguồn Mê Kông (93 - 95)

UB Mê Kông

- Chương trình theo dõi đánh giá biến động tài nguyên rừng (1996 - 2000)

- Chương trình điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng giai đoạn 2001-2005; 2006 - 2010

Các Chương trình trên đã sử dụng các loại ảnh Radar,

MODIS,NOAA-AVHRR, Landsat, để xây rựng bản đồ vùng và toàn quốc

Ngoài những chương trình, dự án lớn trên còn hàng loạt những đề tài nghiên cứu

đã được thực hiện nhằm tăng hiệu quả của phương pháp viễn thám một cách rõ rệt Trong những chương trình nghiên cứu đó, các loại tư liệu viễn thám được sử dụng là các loại ảnh viễn thám khác nhau như: ảnh hàng không (để thành lập bản đồ

tỉ lệ lớn), ảnh vệ tinh Landsat (để thành lâp bản đồ tỉ lệ trung bình và tỉ lệ nhỏ) Phương pháp xử lý thông tin viễn thám được ứng dụng trong các chương trình đó chủ yếu vẫn là giải đoán bằng mắt Đối với tư liệu ảnh máy bay đen trắng, viện

Điều tra quy hoạch rừng đã xây dựng bộ mẫu giải đoán rất chi tiết góp phần hướng dẫn cho công tác giải đoán thành lập bản đồ rừng rất có hiệu quả

Bên cạnh những hoạt động trực tiếp ứng dụngviễn thám trong các chương trình

và dự án nêu trên, để không ngừng nâng cao chất lượng kết quả đạt được cũng như tăng cường khả năng của phương pháp, một số đề tài nghiên cứu chuyên sâu cũng

đã được triển khai Bởi lẽ, ưu thế của phương pháp viễn thám trong việc xây dựng các bản đồ chuyên đề đã được phản ánh khá rõ ràng về mặt kinh tế, thời gian, không gian,… còn về độ tin cậy của thông tin bản đồ do phương pháp viễn thám đem lại đến mức nào? Điều này thực sự có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả phương pháp Để những kết luận này có tính thuyết phục cần dựa trên những kết luận của các công trình nghiên cứu đánh giá phương pháp viễn thám Những kết luận như vậy, trên thực tế đã được nêu khá nhiều trong một số báo cáo khoa học ở nước ngoài (các báo cáo của FAO cũng như nhiều hội thảo quốc tế khác nhau về viễn thám) Song các kết luận này đều gắn với một điều kiện địa lý, tự nhiên cụ thể cũng như phương pháp công nghệ và loại tư liệu viễn thám nhất định Đối với điều kiện kinh tế, kỹ thuật và đặc điểm rừng nhiệt đới ở Việt Nam, những kết quả đó chỉ đóng vai trò là những tư liệu tham khảo có ý nghĩa Lý do cơ bản của nhận định này

là phương pháp và chất lượng của tư liệu viễn thám luôn không ổn định và thường

bị ảnh hưởng do tác động trực tiếp của một số yếu tố thiên nhiên tại thời điểm bay chụp (đặc điểm khí hậu, thời tiết, cường độ chiếu sáng, vật hậu, trạng mùa, kiểu loại thảm thực vật, đặc điểm phân bố cũng như tình trạng sử dụng đất,…), mà các yếu tố này luôn ở tình trạng phân bố không đồng nhất trong những vùng địa lý khác nhau Một lý do khác là chất lượng của công tác giải đoán còn phụ thuộc vào phương pháp giải đoán: bằng mắt hay xử lý số Song dù phương pháp nào cũng đều phụ thuộc đáng kể vào năng lực đoán đọc địa lý của người giải đoán ảnh Tất cả các yếu

tố trên đều ảnh hưởng mạnh mẽ đến kết quả ứng dụng phương pháp viễn thám

Hi ̀nh 1.4 Sử dụng ảnh vê ̣ tinh Landsat theo dõi biến động rừng toàn quốc,

- Bước đầu nghiên cứu ứng dụng ảnh Rada để thành lập bản đồ rừng

- Nghiên cứu ứng dụng ảnh số cho thành lập bản đồ rừng

Hi ̀nh 1.5 Bảng chắp ảnh Landsat khu vực tây bắc

Hi ̀nh 1.6 Phân bố cac ảnh Landsat ở Viê ̣t Nam theo hàng và dải bay của vê ̣

tinh(NguồnNguyễn Ngọc Thạch)

KẾT QUẢ PHÂN LOẠI HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT

TỈNH SƠN LA NĂM 2000

Hi ̀nh 1.7 Bản đồ lớp phủ thành lập bằng phân loa ̣i tự động ảnh Landsat –tỉnh

Sơn la(Nguồn Viện ĐTQH rừng)

Tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong công tác điều tra, quy hoạch rừng đã được áp dụng từ những năm 60 (vớ i ảnh máy bay) và đă ̣c biê ̣t phát triển từ sau năm 1979 với sự ra đời của Trung tâm nghiên cứu không gian thuô ̣c viện Khoa ho ̣c Viê ̣t Nam và chương trình nghiên cứu quốc gia; INTERCOSMOS

Bản đồ hiê ̣n tra ̣ng sử du ̣ng đât tỉ lê ̣ 1: 250.000 đã được thành lâ ̣p với tư liệu ảnh vê ̣ tinh Landsat, trong đó c¸c loa ̣i rừng đã được xác đi ̣nh khá chi tiết theo nô ̣i dung của phân loa ̣i tài nguyên rừng[4]

Trong ngành lâm nghiê ̣p; với nhiều loại ảnh viễn thám như ảnh máy bay và các loại ảnh vệ tinh: Landsat, SPOT, Radasat, ASTER, NOAA, MODIS, IKONOS, QUICKBIRD, Việc sử dụng công nghệ viễn thám đã được ứng du ̣ng rất sớm trong ngành Lâm nghiê ̣p, trước hết là phu ̣c vu ̣ cho công tác kiểm kê tài nguyên rừng

Viện Điều tra Quy hoạch rừng là đơn vị sử dụng sớ m nhất công nghệ viễn thám và GIS trong công tác theo dõi diễn biến tài nguyên rừng Từ đầu năm 1970

đến năm 1984, ảnh máy bay và ảnh vệ tinh Landsat MSS đã được sử dụng trong công tác điều tra, quy hoạch rừng thuộc khuôn khổ dự án FAO/UNDP-VIE 79/014 Tiếp theo đó, từ năm 1985 đến 1990 ảnh vệ tinh Landsat TM được sử dụng cho việc xây dựng bản đồ hiện trạng rừng vùng Tây Nguyên Năm 1990 – 1991, ảnh máy bay đã được sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng rừng vùng Trung Tâm, phục vụ công tác quy hoạch vùng nguyên liệu giấy cho nhà máy giấy Bãi Bằng Đặc biệt, từ năm 1991 đến năm 1995, ảnh vệ tinh Landsat TM đã được áp dụng để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng cấp vùng, tỷ lệ 1: 250.000 trong chương trình theo dõi, đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc chu kì I Trong chu kỳ II của chương trình này (giai đoạn 1996 – 2000), bản đồ hiện trạng rừng toàn quốc được xây dựng trên cơ sở ảnh vệ tinh SPOT4 và LandsatTM Tuy nhiên, trong giai đoạn này, do có nhiều hạn chế về trang thiết bị máy tính và các phần mềm chuyên dùng nên chủ yếu sử dụng phương pháp giải đoán bằng mắt, do đó khá tốn thời gian, công lao động và kết quả phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của các chuyên gia đoán đọc ảnh Các bản đồ kết quả của hai chu kỳ đầu này chủ yếu được xây dựng, biên tập bằng tay và lưu trên bản đồ giấy

do đó việc khai thác, sử dụng thông tin gặp nhiều khó khăn Đến chương trình theo dõi, đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc chu kì III (Giai đoạn 2001 – 2005), ảnh Landsat7-ETM+ đã được sử dụng để xây dựng bản đồ hiện trạngrừng Trong chu kỳ này, phương pháp giải đoán ảnh số đã được áp dụng Đây là một bước tiến mới trong việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong công tác theo dõi, đánh giá diễn biến tài nguyên rừng Toàn bộ bản đồ kết quả đã được xây dựng, biên tập và lưu trữ dưới dạng số do vậy rất thuận tiện cho việc sử dụng, khai thác, xử lý và cập nhật thông tin về tài nguyên rừng Trong giai đoạn này, công nghệ GIS với phương pháp chồng xếp các lớp thông tin cũng được sử dụng trong việc phát hiện, đánh giá biến động rừng Tuy nhiên, do ảnh Landsat7-ETM+ có độ phân giải không gian thấp (15m), nên chỉ phù hợp với việc xây dựng bản đồ tỷ lệ 1:100.000, đáp ứng công tác theo dõi đánh giá diễn biến rừng cấp tỉnh

Ở quy mô địa phương, một số tỉnh như lào Cai, Sơn La, Lạng Sơn, Quảng Ninh,

Bình Định, Đồng Nai, Vĩnh Phúc cũng đã áp dụng công nghệ viễn thám và GIS để

cập nhật bản đồ hiện trạng rừng cấp xã tỷ lệ 1: 25.000 theo chỉ thị số BNN-KL về việc tổ chức theo dõi diễn biến rừng và đất lâm nghiệp trên cả nước Tuy nhiên, do sử dụng ảnh Landsat7-ETM+ kết hợp với bổ sung thực địa nên kết quả còn nhiều hạn chế

32/2000/CT-Bảng 1.2 Nội dung bản đồ rừng

Ti ̉ lê ̣ trung

bi ̀nh 1: 100.000

Ti ̉ lê ̣ lớn và chi tiết

Ở đây :

- X là dấu hiệu có được giải đoán và thể hiện trên bản đồ: x: xác định, xx: chính xác trung bình, xxx: chính xác cao

- Rừng dày là rừng có độ che phủ của rừng ( Forest cover): > 0,7%

- Rừng TB là rừng có độ che phủ của rừng ( Forest cover): > 0,4 - 0,7%

- Rừng thưa là rừng có độ che phủ của rừng ( Forest cover): < 0,4%

Bên cạnh lớp thông tin theo kiểu sinh thái và hình thái ( thực phủ) nêu trên, chú giải của bản đồ còn được bổ sung thêm một lớp thông tin theo phân khối và trạng thái cho các đối tượng rừng gỗ Lớp thông tin này được lựa chọn qua các tư liệu ngoại nghiệp và tư liệu bản đồ của cơ sở thông qua nhiều chương trình điều tra khác nhau.[3]

Đối với ảnh vệ tinh SPOT-5, trong thời gian gần đây, đã được một số đơn vị, cơ quan trong nước sử dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, cụ thể

- Trung tâm Viễn Thám – Bộ Tài nguyên Môi trường: Năm 2004, kết hợp với phòng Đới bờ, lưu vực sông, Biển thuộc Cục Bảo vệ Môi trường ứng dụng ảnh SPOT 5 xây dựng lớp thông tin hiện trạng sử dụng đất phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tổng hợp đới bờ khu vực huyện Giao Thủy (Ramsa Xuân Thủy); Thành lập bản đồ hiện trạng

sử dụng đất thành phố Hải Phòng (thuộc dự án Thành lập bản đồ nhạy cảm môi trường thành phố Hải Phòng); Năm 2005, xây dựng bộ Bình đồ ảnh SPOT-5, và bản đồ nền ở tỷ

lệ 1:50.000 và 1:100.000 cho 13 tỉnh thành trong cả nước (phục vụ dự án tổng kiểm kê đất năm 2005) và thành lập bộ bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp xã cho huyện Hoành

gia Cát Bà, vường quốc gia Xuân thủy, Thị xã Uông Bí –tỉnh Quảng Ninh và một

số lâm trường tại tỉnh Đắc Nông

- Riêng đối với Trung tâm Tài nguyên Môi trường - Viện Điều tra Quy hoạch rừng, trong vài năm gần đây, ảnh SPOT-5 đã được sử dụng cho việc xây dựng bản

đồ hiện trạng rừng như: xây dựng bản đồ hiện trạng rừng khu vực vườn quốc gia Cát Bà tỷ lệ 1:25.000 trong chương trình rà soát quy hoạch vườn quốc gia Cát Bà

- Từ năm 1990, Viê ̣n Đi ̣a lý –viê ̣n Khoa ho ̣c Viê ̣t nam đã sử du ̣ng ảnh SPOT- 4 để xây dựng bản đồ thảm thực vâ ̣t khu vực thi ̣ xã Sơn la để phu ̣c vu ̣ cho nghiên cứu dự

báo trượt lở đất

- Trung tâm tư vấn thông tin lâm nghiệp – Viện Điều tra Quy hoạch rừng đã thực hiện đề tài nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám chất lượng cao (SPOT- 5) và công nghệ thông tin để đánh giá, quản lý theo dõi diện tích rừng, đặc biệt là rừng trồng trong chương trình “Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc” Tuy nhiên, đề tài này mới chỉ đưa ra quy trình xây dựng bản đồ hiện trạng rừng bằng phương pháp giải đoán trực tiếp trên màn hình, chưa có những đánh giá chi tiết về độ chính xác của bản đồ cũng như các ứng dụng cụ thể trong công tác điều tra, quy hoạch, quản lý rừng Năm 2005, Xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:10.000 các xã ven biển thuộc vùng đệm ven biển 4 tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu và Cà Mau thuộc khuôn khổ dự án bảo vệ và phát triển các vùng đất ngập nước ven biển Miền nam năm 2006; Xây dựng bản đồ hiện trạng rừng cấp

xã, tỷ lệ 1:25.000 cho vùng nguyên liệu nhà máy giấy Nam Quan tỉnh Hà Giang;

xây dựng bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn tỉnh Quảng Ninh năm 2005,

1.2.3 Nhâ ̣n xét chung

Các kết quả nghiên cứu hiện nay vẫn còn chưa được nhiều và chưa đáp ứng được những yêu cầu thực tế sản xuất Những hạn chế này thể hiện ở các khía cạnh như

Về phương pháp: Mới chủ yếu tập trung vào giải đoán bằng mắt và trong

phạm vi những ảnh từ 3 kênh thuộc vùng phổ 0,4 - 1,1 micrometer Ngay bản thân các ảnh tổng hợp mầu đang sử dụng cũng chủ yếu là tập trung trên những ảnh đã được tổng hợp sẵn từ các trung tâm xử lý ở trong nước hoă ̣c ngoài nước

Về tư liệu: Cho đến nay loại tư liệu được sử dụng chủ yếu vấn là Landsat và

Landsat TM, SPOT, còn các dạng tư liệu khác như NOAA, MODIS, thì chưa được nghiên cứu sử dụng nhiều mặc dù trên thực tế có nhu cầu Bên ca ̣nh đó, những da ̣ng

tư liê ̣u có đô ̣ phân giải cao, siêu cao la ̣i ít được sử du ̣ng vì lý do chưa có sự đồng

bộ của tư liê ̣u Những hạn chế nêu trên đã làm giảm đi không ít hiệu quả của ứng dụng viễn thám cho thực tế sản xuất

Về đô ̣ chính xác:Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu đã cho thấy bản đồ

rừng tỉ lê ̣ 1:100.000 xây dựng từ ảnh vệ tinh Landsat TM hoă ̣csử du ̣ng ảnh LANDSAT ETM và ảnh SPOT-4 để thành lâ ̣p bản đồ tỉ lê ̣ 1:50.000, thường đạt được độ tin cậy như sau

- Đất có rừng che phủ 85 - 95 %

- Đất nông nghiệp (các dạng sử dụng đất NN nói chung) 85 - 90 %

- Đất trống (cây bụi, gỗ rải rác, cỏ,…) 80 - 90 %

- Thổ cư 75 - 85%

- Ao, hồ, mặt nước (có diện tích trên 12 ha) 95%

Đối với viê ̣c xây dựng bản đồ rừng tỉ lê ̣ lớn, ảnh SPOT-5 được sử dụng để thành lâ ̣p bản đồ 1:10.000 hoă ̣c 1:25.000 song kết quả kiểm chứng chưa được xác đi ̣nh

Nhìn chung, độ tin cậy của giải đoán phụ thuộc rất nhiều vào tính chính xác của nguồn tài liệu tham khảo cũng như sự hiểu biết vững chắc của đoán đọc viên, đồng thời còn phụ thuộc vào mức độ chi tiết của nội dung bản đồ Nội dung giải đoán thông tin bản

đồ đòi hỏi càng chi tiết thì độ tin cậy giải đoán càng thấp Thông thường những nơi có

đủ tư liệu tham khảo với chất lượng cao như ảnh máy bay và công tác chỉnh lý ngoại nghiệp được tiến hành kỹ lưỡng kết quả bản đồ thường luôn đạt được độ tin cậy cao

Bên cạnh những ứng dụng viễn thám, kỹ thuật GIS - phần công cụ xử lý tiếp theo, cũng đã được đưa vào để hỗ trợ cho việc thành lập các bản đồ chuyên đề tổng hợp

và bản đồ theo dõi biến động Mặc dù trong những năm gần đây ngành lâm nghiệp cũng

đã có nhiều nỗ lực tiếp cận hệ thống công nghệ này song do những hạn chế về khả năng kinh tế, điều kiện kỹ thuật cũng như còn thiếu những hiểu biết và kinh nghiệm đầy đủ trong sự phát triển và tổ chức hệ thống thành lập bản đồ rừng cũng như xây dựng cơ sở

dữ liệu, nên những kết quả ứng dụng mới tạm dừng ở những bước ban đầu là nhập và xử

lý đơn giản một số bản đồ

Về mặt thiết bị cho viễn thám và GIS, bước đầu có những trang thiết bị khá tốt

và đồng bộ như các máy tính cũng như những phần mềm chuyên dụng khá mạnh Một

số cán bộ đã được đào tạo và đang tiếp tục mở rộng nhằm tăng cường khả năng thành lập và sử lý bản đồ không chỉ ở bộ phận chức năng tại văn phòng mà cả các phân viện các vùng trong cả nước Hệ thống phần mềm: Hệ thống phần mềm hiện nay sử dụng ở Việt Nam nói chung và trong ngành lâm nghiệp nói riêng cũng khá phổ biến và theo chuẩn chung của thế giới như ERDAS, ENVI, ARCGIS, ARCVIEW, ngoài ra nhiều phần mềm khác cũng được sử dụng như ILWIS, IDRISI, MAPINFO

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Khẳng định khả năng ứng du ̣ng có hiê ̣u quả của ảnh SPOT-5 trong viê ̣c thành lập bản đồ hiê ̣n tra ̣ng rừng cho cấp huyê ̣n với tỉ lê ̣ bản đồ 1: 50.000

- Xây dựng quy trình công nghê ̣ hợp lý tối ưu trong viê ̣c áp du ̣ng ảnh

SPOT-5 thành lâ ̣p bản đồ hiê ̣n tra ̣ng rừng tỉ lê ̣ bản đồ 1: 50.000

- Thử nghiê ̣m triển khai cho khu vực nghiên cứu thí điểm là huyê ̣n Mường

La, tỉnh Sơn La, từ đó có thể mở rô ̣ng áp du ̣ng cho các đi ̣a hình vùng núi phía bắc nước ta nói chung và cho đi ̣a hình vùng núi nói chung

2.2 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là tư liệu ảnh vệ tinh Spot-5 Đây là loa ̣i tư liê ̣u hiê ̣n đa ̣i nhất của hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu Không gian (Centre National d’Etudes Spatiales - CNES) của Pháp chế tạo và phát triển Vệ tinh SPOT- 5, được trang bị một cặp đầu thu HRG (High Resolution Geometric) là loại đầu thu ưu việt hơn các loại trước đó Mỗi một đầu thu HRG có thể thu được ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và 10m mầu Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải 2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60km đến 80km Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT-5, điều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời khác ở độ phân giải này đều không đạt được

- Phạm vi không gian: toàn huyê ̣n Mường la, mô ̣t huyê ̣n vùng núi của tỉnh Sơn La,

có to ̣a đô ̣ đi ̣a lý là 21°15' - 21°42' vĩ độ Bắc; 104°45' - 105°20' kinh độ đông

- Phạm vi chuyên môn: thành lâ ̣p bản đồ hiê ̣n tra ̣ng rừng năm 2011, tỉ lê ̣ 1: 50.000 theo quy đi ̣nh kỹ thuâ ̣t của ngành lâm nghiê ̣p

Trong việc xử lý thông tin viễn thám thì giải đoán bằng mắt (visual

interpretaion) là công việc đầu tiên, phổ biến nhất và có thể áp dụng trong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau

Giải đoán bằng mắt là sử dụng mắt thường hoặc có sự trợ giúp của các dụng cụ quang học từ đơn giản đến phức tạp như: kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, máy tổng hợp màuvà giải đoán trực tiếp trên màn hình, Cơ sở để giải đoán bằng mắt là đưa vào các dấu hiệu giải đoán trực tiếp hoặc gián tiếp và chìa khoá giải đoán

Hình 2.1 Tổ hợp màu giả với thực vật có

màu đỏ, nước có màu xanh lơ Hình 2.2 Tổ hợp màu BGR thực vât màu xanh lục và nước có màu hồng

2.4.2.Quy tri ̀nh giải đoán ảnh thành lọ̃p bản đụ̀ chuyờn đờ̀

Lựa chọn các vùng mẫu để thu thập tài liệu thực tế

Kiểm tra thực địa, chỉnh lý các chi tiết

Tóm lại:

- Bằng mắt thường hoặc các dụng cụ quang học từ đơn giản đến phức tạp, người giải đoán có thể bằng những kiến thức thực tế và kinh nghiệm phân tích ảnh, cho phép thành lập nên các bản đồ chuyên đề một cách nhanh chóng, tương đối chính xác và tiện lợi

- Công việc phân tích ảnh bằng mắt có thể áp dụng cho nhiều chuyên ngành khác nhau, trong những những điều kiện trang thiết bị khác nhau (từ đơn giản đến hiện đại)

- Do đó, phân tích bằng mắt có thể coi là một phương pháp phổ biến nhất và vẫn có thể đáp ứng mức độ chính xác cần thiết, xong công việc đó phụ thuộc rất nhiều vào người phân tích ảnh, kể cả kinh nghiệm chuyên môn và kiến thức ảnh, kiến thức bản đồ

Chương 3

TƯ LIỆU ẢNH SPOT VÀ QUY TRÌNH GIẢI ĐOÁN ẢNH SPOT THÀNH

LẬP BẢN ĐỒ TÀI NGUYÊN RỪNG 3.1 Tư liệu ảnh SPOT[3]

Systeme Pour L’observation de La Terre (SPOT) do trung tâm nghiên cứu

không gian của Pháp - French Centre National d’etudies Spatiales (CNES) thực hiện, có sự tham gia của Bỉ và Thụy Điển Vệ tinh SPOT-1

được phóng lên quỹ đạo ngày 21-2-1986 và SPOT-3 phóng ngày 25-9-1993 nhờ tên lửa phóng của Mỹ đặt ớ Guyana thuộc Pháp Đó là quỹ đạo gần cực, gần trùng với quỹ đạo mặt trời có các vệ tinh SPOT từ 1 – 5

Vệ tinh SPOT-2 phóng vào 21/1/1990 và SPOT-3 phóng vào ngày 25 tháng 9 năm 1993 Các bộ cảm của 3 thế hệ này đều giống nhau Vệ tinh SPOT-4 phóng vào

23 tháng 3 năm 1998 và SPOT-5 vàongày 4 tháng 5 năm 2002 mang bộ cảm cải biên của các thế hệ trước SPOT có sử dụng hệ thống tạo ảnh nhìn thấy có độ phân giải cao (high resolution visible-HRV) Đó là hệ thống quét vệt dọc, nhờ đó có khả năng tạo ảnh lập thể Tuy nhiên do SPOT sử dụng chủ yếu là dải phổ quang nên sẽ hạn chế một số ứng dụng so với Landsat Ảnh SPOT cho khả năng nhìn lập thể rõ, sự phóng đại chiều cao khá lớn Các trạm thu ảnh Landsat TM có thể thu ảnh SPOT

Hình 3.1 Ảnh SPOT-2 khu vực Hà Nội với độ phân giải không gian 20 mét

Bảng 3.1 Các đặc tính cơ bản của hệ thống tạo ảnh SPOT

Dải phổ (mm)

Độ phân giải (m)

Độ cao

vệ tinh (m)

Độ phủ mặt đất (km)

Thời gian thu ảnh 2/1986 SPOT 1 0.51 - 0.73 10 832 60 x 60 11h

sáng 1/1990 SPOT 2 1

2

3

0.50 -0.59 0.61 - 0.68 0.79 - 0.89

0.61 - 0.68 0.5 - 0.59 0.61 - 0.68 0.79 - 0.89

2,25 1km

832 2000 x

2000

11h sáng

Thiết bị đo thực vật (Vegetation 2) bao gồm các kênh phổ điện từ được

mình họa trong (Bảng 3.1) Độ phủ mặt đất là 2,250 km giống trên vệ tinh

SPOT-4 Dữ liệu lưu trữ là 10 bit Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT-5 được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

(1) - Hệ thống chụp ảnh quang học tạo ảnh đen trắng, độ phân giải cao (2) - Hệ thống quan trắc thực vật có trườn nhìn rộng, thu ảnh ban ngày

(3) - Hệ thống này còn gọi là hệ thống nhìn phân giải cao HRVs (High

Resolution Vision)

* Hệ thống SPOT-XS gồm 4 kênh đa phổ Độ phân giải 10 mét và 1 kênh toàn sắc (Độ phân giải 5 mét)

** Sensor thực vật độ phân giải 1 Km, thu hàng ngày

*** Độ phân giải 2,5 mét bằng cách quét với 2 Sensor lệch nhau 1/2 pixel với 2

kênh toàn sắc 0,48-0,71 độ phân giải 5 m gộp lại

Bảng 3.2 Các thông số của bộ cảm vệ tính SPOT-5 loại HRG

Tên Dải phổ (m m) Độ phân giải (m) 2 bộ HRG