12 1.3 Khái quát về ứng dụng của viễn thám và GIS trong phân tích đánh giá hiện trạng rừng .... 17 1.3.3 Ứng dụng của viễn thám và GIS trong phân tích đánh giá hiện trạng rừng các nước t
Trang 1BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
========o0o========
Đỗ Thị Hằng
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) ĐỂ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG RỪNG
VIỆT NAM
Chuyên ngành: Trắc địa – Bản đồ
Mã số:
Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Đức Mạnh
HÀ NỘI - 2015
Trang 2\
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án này hoàn toàn do tôi thực hiện, không sao chép bất kỳ kết quả nghiên cứu nào của tác giả khác Nội dung của đồ án có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt
kê trong danh mục tài liệu tham khảo
Đỗ Thị Hằng
Trang 3\
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS 4
1.1Viễn thám 4
1.1.1Khái niệm 4
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của Viễn Thám 5
1.1.3 Lịch sử phát triển của Viễn Thám 7
1.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 10
1.2.1 Khái niệm 10
1.2.2 Chức năng 12
1.2.3 Lịch sử phát triển 12
1.3 Khái quát về ứng dụng của viễn thám và GIS trong phân tích đánh giá hiện trạng rừng 14
1.3.1 Khái niệm và phân loại rừng 14
1.3.2 Phương pháp phân loại hướng đối tượng 17
1.3.3 Ứng dụng của viễn thám và GIS trong phân tích đánh giá hiện trạng rừng các nước trên thế giới và ở Việt Nam 23
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG RỪNG TỪ TƯ LIỆU VIỄN THÁM 26
2.1 Công tác thu thập mẫu khóa ảnh 26
2.1.1 Xác định số lượng mẫu ảnh 28
2.1.2 Phân mảnh ảnh (Segmentation) 28
2.2 Phân loại ảnh theo phương pháp hướng đối tượng trong eCognition 29
2.2.1 Một số chỉ tiêu có thể tính toán trực tiếp từ các kênh ảnh gốc 29
Trang 4\
2.2.2 Xây dựng hệ thống phân loại 30
2.2.3 Lựa chọn và tính toán các chỉ tiêu phân loại rừng 32
2.2.4 Các nhân tố phi ảnh thường được sử dụng 32
2.3 Bổ sung hoàn chính bản đồ phân loại trong phòng 33
2.3.1 Làm trơn đường lô 33
2.3.2 Chỉnh sửa dựa trên tài liệu tham khảo tin cậy 33
2.3.3 Xác định địa danh hành chính và các loại ranh giới cho các lô rừng 33
2.3.4 Gộp lô 34
2.4 Kiểm tra ngoại nghiệp 34
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG RỪNG HUYỆN YÊN BÌNH, TỈNH YÊN BÁI 36
3.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 36
3.1.1 Vị trí địa lý 36
3.1.2 Đặc điểm tự nhiên 37
3.1.3 Đặc điểm kinh tế xã hội 38
3.2 Ảnh và tư liệu sử dụng 39
3.2.1 Ảnh SPOT 39
3.2.2 Bản đồ 40
3.3 Các bước thực hiện 41
3.3.1 Hiển thị ảnh trong phần mềm eCognition 8.9 41
3.3.2 Phân mảnh ảnh và xem các đặc trưng của đối tượng 41
3.3.3 Thiết lập chú giải cho phân loại 43
3.3.4 Thiết lập quy tắc và tiến hành phân loại 43
3.3.5 Bổ sung bản đồ phân loại trong phòng 45
3.3.6 Bản đồ hiện trạng rừng huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái 47
3.4 Phân tích và đánh giá hiện trạng rừng huyện Yên Bình 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
Trang 5\
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Hệ thống bảng phân loại các loại đất loại rừng 31
Bảng 3.1: Thông tin ảnh SPOT 6 40
Bảng 3.2: Thống kê diện tích loại đất loại rừng năm 2015 51
Bảng 3.3: Diện tích loại đất loại rừng năm 2010 52
Bảng 3.4: Sự biến động diện tích loại đất loại rừng giai đoạn 2010 - 2015 53
Trang 6\
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của viễn thám 6
Hình 1.2: Mô hình công nghệ GIS 10
Hình 1.3: Các thành phần của GIS 12
Hình 1.4: Sự lẫn phổ và thông tin chứa trong một pixel 20
Hình 1.5: So sánh đặc trưng hình dạng sông suối, ao hồ 22
Hình 1.6: Quan hệ topo và khái niệm khoảng cách dùng trong phân loại đinh hướng đối tượng (Denfinies 2007) 22
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ 26
Hình 2.2: Ảnh vệ tinh SPOT6 khu vực nghiên cứu và các điểm mẫu khóa ảnh 27
Hình 3.1: Sơ đồ hành chính huyện Yên Bình 36
Hình 3.2: Ảnh được hiển thị trong phần mềm eCognition 41
Hình 3.3: Kết quả quá trình phân mảnh ảnh 42
Hình 3.4: Đặc trưng thông tin của ảnh 43
Hình 3.5: Các lớp dùng cho phân loại 43
Hình 3.6: Bộ quy tắc phân loại ảnh 44
Hình 3.7: Những lô được chọn làm mẫu 44
Hình 3.8: Kết quả sau khi chạy phân loại 45
Hình 3.9: Các lớp bản đồ được hiển thị trong Mapinfo 46
Hình 3.10: Các vùng đối tượng được chọn để rà soát 47
Hình 3.11: Các đối tượng tương ứng trên Google Earth 47
Hình 3.12: Sơ đồ hiện trạng rừng Huyện Yên Bình, Tỉnh Yên Bái 48
Hình 3.13: Bản đồ hiện trạng rừng và công cụ hiện bản thuộc tính 49
Hình 3.14: Bảng thuộc tính của loại đất loại rừng 49
Trang 71
MỞ ĐẦU
Rừng không những là cơ sở phát triển kinh tế - xã hội mà còn giữ chức năng sinh thái cực kỳ quan trọng: Rừng tham gia vào quá trình điều hoà khí hậu, đảm bảo chu chuyển ôxy và các nguyên tố cơ bản khác trên hành tinh, duy trì tính ổn định và độ màu mỡ của đất, hạn chế lũ lụt, hạn hán, ngăn chặn xói mòn đất, làm giảm nhẹ sức tàn phá khốc liệt của các thiên tai, bảo tồn nguồn nước mặt và nước ngầm và làm giảm mức ô nhiễm không khí và nước Đất nước Việt Nam trải dài trên nhiều vĩ tuyến và đai cao, với địa hình rất đa dạng, hơn 2/3 lãnh thổ là đồi núi, lại có khí hậu thay đổi từ nhiệt đới ẩm phía Nam, đến á nhiệt đới ở vùng cao phía Bắc, đã tạo nên sự đa dạng về hệ sinh thái tự nhiên và sự phong phú về các loài sinh vật Những hệ sinh thái đó bao gồm nhiều loại rừng như rừng cây lá rộng thường xanh, rừng nửa rụng lá, rừng rụng lá, rừng trên núi đá vôi, rừng hỗn giao lá rộng và lá kim, rừng lá kim, rừng tre nứa, rừng ngập mặn, rừng tràm, rừng ngập nước ngọt,
Theo thống kê của các địa phương trong cả nước, đến năm 2008, toàn quốc có trên 12,9 triệu hécta rừng, bao gồm: 10,35 triệu hécta rừng tự nhiên
và trên 2,55 triệu hécta rừng trồng; độ che phủ đạt 38,27%
Phần lớn diện tích rừng phân bố ở các vùng cao thuộc vùng núi phía Bắc và Tây Nguyên Địa bàn rừng núi nói chung hay các vùng đầu nguồn nói riêng là nơi cư trú của cộng đồng các dân tộc Việt Nam,đây cũng là nơi có địa hình chia cắt mạnh, giao thông đi lại khó khăn, kinh tế-xã hội chậm phát triển Đời sống của một bộ phận không nhỏ của những người dân sống trong vùng này vẫn còn gặp nhiều khó khăn, trình độ dân trí chưa cao, phương thức canh tác còn mang tính thủ công, truyền thống Đây là một nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm tài nguyên rừng, và ảnh hưởng sâu sắc đến tình hình kinh tế, chính trị, môi trường sinh thái của cả nước Đồng thời qua quá trình quản lý chưa
Trang 82
bền vững, độ che phủ của rừng ở Việt Nam đã giảm sút đến mức báo động Chất lượng của rừng tự nhiên còn lại đã bị hạ thấp quá mức
Bên cạnh những lợi ích thu được từ việc khai thác, sử dụng nguồn lợi
từ rừng, các hoạt động của con người đã gây ra rất nhiều tác động đối với tài nguyên và môi trường Hiện nay, chúng ta đang phải đương đầu với những vấn đề về sự suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trường Sự phát triển kinh tế gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường theo hướng phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết đối với nước ta và cũng là xu hướng chung của toàn cầu Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và phân tích đánh giá hiện trạng rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu
Phương pháp tối ưu nhất hiện nay là công nghệ viễn thám trong công tác thành lập bản đồ cho phép khai thác thông tin hiện thời Thời gian tổng hợp số liệu và thành lập bản đồ cho khu vực nghiên cứu nhanh, thông tin trên bản đồ không bị lạc hậu và khá chính xác.Bản đồ rừng được cập nhật thông tin thường xuyên đáp ứng nhu cầu của công tác giám sát và quản lý rừng
Trong công nghệ viễn thám có hai phương pháp phân loại phổ biến
hiện nay là: Phương pháp phân loại ảnh dựa trên pixel-base và phương pháp
phân loại hướng đối tượng.
Phương pháp phân loại ảnh dựa trên pixel-base truyền thống có ưu điểm khi làm việc trên các ảnh đa phổ có độ phân giải trung bình Tuy nhiên
khi làm việc với các ảnh có độ phân giải cao đến rất cao thì phương pháp
phân loại hướng đối tượng có một số ưu điểm rõ rệt đó là: Phân tích ảnh bằng tổng hợp các thông tin về phổ, thông tin về không gian Do đó phương pháp này, không chỉ sử dụng thông tin phổ trong phân loại ảnh mà còn sử dụng dựa vào cấu trúc và thông tin bối cảnh Tiếp cận các đối tượng ảnh thông qua việc phân mảnh để chiết tách các thông tin trên ảnh cho độ chính xác cao
Trang 93
Tại Việt Nam phương pháp giải đoán ảnh hướng đối tượng mới bắt đầu được sử dụng trong những năm gần đây chủ yếu trong lĩnh vực lâm nghiệp Các nghiên cứu về lĩnh vực này chưa nhiều và còn nhiều vấn đề cần quan tâm như: Lựa chọn kích thước phân mảnh tối ưu cho từng loại bản đồ, chọn lựa ngưỡng phân loại, chọn lựa và sử dụng các đặc trưng ảnh trong quá trình phân loại
Để thành lập bản đồ một cách hiệu quả hơn nữa thì ta kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) Hệ thống thông tin địa lý là công cụ có thể hỗ trợ chồng xếp các lớp dữ liệu làm cơ sở để biên tập và chỉnh sửa bản đồ nhanh chóng mang lại hiệu quả kinh tế cao
Chính vì vậy em chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng viễn thám và hệ
thống thông tin địa lý (GIS) để phân tích đánh giá hiện trạng rừng Việt Nam” Để vấn đề nghiên cứu được cụ thể và chi tiết hơn em chọn phạm vi nghiên cứu là huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái làm khu vực thực nghiệm Với mục tiêu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong phân tích đánh giá hiện trang rừng huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái phục vụ công tác quản lý, khai thác tài nguyên rừng
Để hoàn thành được đồ án này Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Nguyễn Đức Mạnh công tác tại Viện Khoa Học Đo Đạc và Bản Đồ đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án
Em xin chân thành cảm ơn các chuyên gia trong phòng Bộ Môn Đất và Lập Địa của Viện Sinh Thái và Môi Trường Rừng đã cung cấp số liệu, đóng góp ý kiến, chỉ bảo em những kiến thức về chuyên môn thiết thực giúp em hoàn thành được đồ án
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Trắc Địa - Bản đồ đã trang bị cho em những kiến thức cơ bản để em hoàn thành đồ án một cách thuận lợi nhất