DSpace at VNU: Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên với sự hỗtrợ của phương pháp phân loại hướng đối tượng v...
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
VŨ THỊ KIM DUNG
NGHIÊN CỨU BIẾN ĐÔNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG VÀ GIS
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2015
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
VŨ THỊ KIM DUNG
NGHIÊN CỨU BIẾN ĐÔNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG VÀ GIS
Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Mã số: 60850101
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS PHẠM QUANG VINH
Hà Nội - 2015
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy, cô giáo khoa Địa lý
- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình chỉ dạy và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Quang Vinh - Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn
Cuối cùng, em xin gửi tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp lòng biết ơn chân thành, sâu sắc đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn
Tuy đã có những cố gắng nhất định nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn
Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2015
Trang 4MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1
2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2
3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2
4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2
5 CẤU TRÚC LUẬN VĂN 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4
1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM 4
1.1 1 Một số khái niệm về rừng 4
1.1.2 Phân loại rừng 5
1.1.3 Biến động lớp phủ rừng Error! Bookmark not defined 1.2 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNGError! Bookmark not defined
1.2.1 Trên thế giới Error! Bookmark not defined 1.2.2 Ở Việt Nam Error! Bookmark not defined
1.3 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƯỚNG
ĐỐI TƯỢNG Error! Bookmark not defined 1.3.1 Trên thế giới Error! Bookmark not defined 1.3.2 Ở Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 1.4.1 Cách tiếp cận Error! Bookmark not defined 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.5 CƠ SỞ TÀI LIỆU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI Error! Bookmark
not defined
TỈNH ĐIỆN BIÊN Error! Bookmark not defined 2.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN Error! Bookmark not defined 2.1.1 Vị trí địa lý Error! Bookmark not defined 2.1.3 Đặc điểm địa hình, địa mạo Error! Bookmark not defined
Trang 52.1.4 Đặc điểm khí hậu Error! Bookmark not defined 2.1.5 Đặc điểm thuỷ văn Error! Bookmark not defined 2.1.6 Đặc điểm thổ nhưỡng Error! Bookmark not defined 2.1.7 Đặc điểm thảm thực vật tỉnh Điện Biên Error! Bookmark not defined
2.1.8 Tài nguyên rừng Error! Bookmark not defined 2.1.9 Hiện trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 2.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI Error! Bookmark not defined 2.2.1 Dân số và dân tộc Error! Bookmark not defined 2.2.2 Hiện trạng các ngành kinh tế Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG Error!
Bookmark not defined
3.1 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN Error! Bookmark not defined
3.1.1 Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật và chỉ số NDVI Error! Bookmark not defined
3.1.2 Hệ thống phân loại lớp phủ rừng Error! Bookmark not defined 3.1.3 Hệ tọa độ Error! Bookmark not defined 3.1.4 Các bước thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng Error! Bookmark not defined
3.1.5 Kết quả thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng Error! Bookmark not defined
3.2 BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN Error! Bookmark not defined
3.2.1 Thành lập bản đồ biến động rừng Error! Bookmark not defined 3.2.2 Kết quả thành lập bản đồ biến động Error! Bookmark not defined
3.3 NGUYÊN NHÂN BIẾN ĐỘNG VÀ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, BẢO VỆ
VÀ PHÁT TRIỂN RỪNG Error! Bookmark not defined 3.3.1 Nguyên nhân biến động diện tích rừng Error! Bookmark not defined
Trang 63.3.2 Giải pháp quản lý, bảo vệ và phát triển rừng Error! Bookmark not defined
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 6
Trang 71
MỞ ĐẦU
1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong nghiên cứu về quản lý tài nguyên thiên thiên Công nghệ Viễn thám
và GIS đã hỗ trợ đắc lực cho quản lý cơ sở dữ liệu, lưu trữ, mô hình hóa, đặc biệt
là khả năng phân tích và liên kết dữ liệu thuộc tính với dữ liệu không gian để lựa chọn các giải pháp quản lý, sử dụng bền vững và có hiệu quả tài nguyên Đối với quản lý tài nguyên rừng thì công nghệ này là một công cụ quan trắc hữu ích nhằm theo dõi những biến động, thay đổi trạng thái của lớp phủ rừng theo thời gian
Trong thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng, công nghệ viễn thám cung cấp thông tin bao quát trên diện rộng, chi phí thấp, thời gian ngắn, cập nhật thông tin một cách nhanh nhạy, giảm bớt được một khối lượng lớn công việc mà trước đây khi xây dựng bản đồ hiện trạng rừng phải đo đạc, quan trắc và khảo sát thực địa nhưng kết quả lại không cao Vì vậy việc sử dụng các thông tin viễn thám tích hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cùng với các quan trắc thu được từ mặt đất sẽ đáp ứng khách quan và đa dạng các thông tin cần thiết phục vụ công tác lập bản đồ chuyên đề nghiên cứu giám sát và quản lý tài nguyên rừng
Hiện nay, có nhiều phương pháp phân loại thích hợp để chiết tách thông tin lớp phủ bề mặt từ dữ liệu ảnh viễn thám Phương pháp phân loại truyền thống bao gồm phương pháp phân loại có kiểm định và phân loại không có kiểm định dựa vào đặc trưng phổ của từng điểm ảnh (pixel), phương pháp truyền thống này
dễ thực hiện và cho kết quả nhanh chóng nhưng lại phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người giải đoán Phương pháp phân loại dựa trên điểm ảnh chỉ sử dụng thông tin phổ để chiết tách thông tin lớp phủ do vậy kết quả phân loại dễ bị lẫn Một phương pháp phân loại mới, đó là phân loại hướng đối tượng Phương pháp này được phát triển và ứng dụng trong những năm gần đây, nó dựa vào tiếp cận 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 cấu trúc và thông tin bối cảnh Hơn thế nữa, để chiết tách thông tin trên
Trang 82
ảnh, phương pháp phân loại định hướng đối tượng không xét đến những pixel đơn lẻ, mà sử dụng các đối tượng ảnh thông qua việc phân mảnh và cấu trúc hình thái đối tượng, do đó kết quả có độ chính xác tốt hơn kết quả phân loại dựa trên điểm ảnh
Điện Biên là tỉnh miền núi phía Tây Bắc có tiềm năng rừng và đất rừng rất lớn Với đặc thù địa hình hiểm trở, là vùng núi đá tai mèo, chia cắt sâu, nhiều thung lũng, khe, độ dốc lớn, kinh tế còn nhiều khó khăn, diện tích đất lâm nghiệp còn nhiều nhưng rừng có trữ lượng về giá trị kinh tế không cao, nên việc ứng dụng công nghệ viễn thám vào quản lý tài nguyên rừng là rất cần thiết và hiệu quả Góp phần phục hồi và phát triển vốn rừng, đem lại ổn định và nâng cao mức sống cho đồng bào các dân tộc trong tỉnh
Chính vì vậy, việc lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu biến động
lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên với sự hỗ trợ của phương pháp phân loại hướng đối tượng và GIS” được đặt ra
2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Đánh giá mức độ và nguyên nhân biến động lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên giai đoạn 2002 – 2014 để từ đó đề xuất giải pháp khai thác, sử dụng và cải tạo lớp phủ rừng hợp lý
3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Ứng dụng phương pháp phân loại đinh hướng đối tượng phân loại ảnh vệ tinh thành lập bản đồ lớp phủ rừng
- Ứng dụng GIS để thành lập bản đồ và đánh giá biến động lớp phủ rừng
- Xác định các nguyên nhân gây ra biến động lớp phủ rừng và đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ và phát triển rừng
4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên giai đoạn 2002-2014
Trang 93
5 CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Luận văn gồm được cấu trúc thành 3 chương chính không kể phần mở đầu
và kết luận Cấu trúc của luận văn gồm:
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu biến động rừng và phương pháp nghiên cứu
Chương 2: Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Điện Biên
Chương 3: Ứng dụng phương pháp phân loại định hướng đối tượng và GIS đánh giá biến động lớp phủ rừng
Trang 104
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM
1.1 1 Một số khái niệm về rừng
Năm 1930, Morozov đưa ra khái niệm: Rừng là một tổng thể cây gỗ, có mối liên hệ lẫn nhau, nó chiếm một phạm vi không gian nhất định ở mặt đất và trong khi quyển Rừng chiếm phần lớn bề mặt Trái Đất và là một bộ phận của cảnh quan địa lý [12]
Năm 1952, M.E.Tcachenco phát biểu: Rừng là một bộ phận của cảnh quan địa lý, trong đó bao gồm một tổng thể các cây gỗ, cây bụi, cây cỏ, động vật
và vi sinh vật Trong quá trình phát triển của mình chúng có mối quan hệ sinh học và ảnh hưởng lẫn nhau và với hoàn cảnh bên ngoài [12]
Luật bảo vệ phát triển rừng năm 2004 quy định: Rừng là một hệ sinh thái bao gồm quần thể thực vật rừng, động vật rừng, vi sinh vật rừng, đất rừng và các yếu tố môi trường khác, trong đó cây gỗ, tre nứa hoặc hệ thực vật đặc trưng là thành phần chính có độ che phủ của tán rừng từ 0,1 trở lên Rừng gồm rừng trồng
và rừng tự nhiên trên đất rừng sản xuất, đất rừng phòng hộ, đất rừng đặc dụng
Thông tư số 34/2009/TT-PTNT chỉ ra một đối tượng được xác định là rừng nếu đạt được cả 3 tiêu chí sau:
1) Là một hệ sinh thái, trong đó thành phần chính là các loài cây lâu năm thân gỗ, cau dừa có chiều cao vút ngọn từ 5,0 mét trở lên (trừ rừng mới trồng và một số loài cây rừng ngập mặn ven biển), tre nứa,…có khả năng cung cấp gỗ, lâm sản ngoài gỗ và các giá trị trực tiếp và gián tiếp khác như bảo tồn đa dạng sinh học, bảo vệ môi trường và cảnh quan
Rừng mới trồng các loài cây thân gỗ và rừng mới tái sinh sau khai thác rừng trồng có chiều cao trung bình trên 1,5 m đối với loài cây sinh trưởng chậm, trên 3,0 m đối với loài cây sinh trưởng nhanh và mật độ từ 1.000 cây/ha trở lên được coi là rừng
Trang 115
Các hệ sinh thái nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản có rải rác một số cây lâu năm là cây thân gỗ, tre nứa, cau dừa,… không được coi là rừng
2) Độ tàn che của tán cây là thành phần chính của rừng phải từ 0,1 trở lên 3) Diện tích liền khoảnh tối thiểu từ 0,5 ha trở lên, nếu là dải cây rừng phải
có chiều rộng tối thiểu 20 mét và có từ 3 hàng cây trở lên
Cây rừng trên các diện tích tập trung dưới 0,5 ha hoặc dải rừng hẹp dưới 20 mét được gọi là cây phân tán
1.1.2 Phân loại rừng
1.1.2.1 Phân loại trạng thái rừng theo hiện trạng
Theo quan điểm phân loại của Loeschau [12] rừng Việt Nam đã được phân loại theo hiện trạng gồm 4 loại rừng:
- Loại I: Đất trống đồi núi trọc, chưa có rừng hoặc đã mất rừng do khai thác quá mức, cháy rừng hoặc các nguyên nhân khác Trên đất này chỉ có thảm
cỏ, cây bụi, cây gỗ tái sinh từ hạt hoặc chồi có chiều cao bằng chiều cao thảm cỏ hoạc chiều cao thảm cây bụi
- Loại II: Rừng phục hồi, cây tiên phong có đường kính nhỏ Là rừng non, rừng sào phục hồi tự nhiên sau khi mất rừng do cháy hoặc do làm nương rẫy, trữ lượng rừng chưa đáng kể
- Loại III: Rừng tự nhiên đã bị tác động ở các mức độ khác nhau, chúng đang trong giai đoạn phân hóa (hoặc đang phục hồi hoặc đang thoái hóa)
- Loại IV: Rừng nguyên sinh và rừng thứ sinh giàu phục hồi hoàn toàn
1.1.2.2 Phân loại rừng theo nhân tố sinh thái phát sinh
Căn cứ vào quan điểm sinh thái phát sinh quần thể thực vật để phân loại, Thái Văn Trừng [13] đã phân loại thảm thực vật rừng Việt Nam thành 14 kiểu rừng như sau:
- Các kiều rừng kín vùng thấp gồm: 1) Kiểu rừng kín thường xanh mưa
ẩm nhiệt đới, 2) Kiểu rừng kín nửa rụng lá, ẩm nhiệt đới, 3) Kiểu rừng kín rụng
lá, hơi ẩm nhiệt đới 4) Kiểu rừng kín lá cứng hơi khô nhiệt đới
Trang 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
1 Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2006), Cẩm nang ngành lâm nghiệp, Chương trình hỗ trợ ngành lâm nghiệp và đối tác, Hà Nội
2 Bộ Nông nghiệp và PTNT (2010) Dự án tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2010 -2015, Hà Nội
3 Chi Cục Kiểm lâm (2014), Báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ giai đoạn (2003 – 2013)
4 Cục thống kê tỉnh Điện Biên, Niên giám thống kê 2013, Điện Biên
5 Đặng Ngọc Quốc Hưng, Hồ Đắc Thái Hoàng (2009), nghiên cứu sự thay đổi lớp phủ thảm thực vật rừng tại Vườn Quốc gia Bạch Mã, tỉnh Thừa
Thiên Huế, Tạp chí kinh tế sinh thái, 14(32), tr 6-15
6 Hoàng Xuân Thành (2010), “Thành lập bản đồ thảm thực vật trên cơ sở
phân tích, xử lý ảnh viễn thám”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 29, tr 27-33
7 Lê Xuân Cảnh, Đỗ Hữu Thư, Đặng Huy Phương, Hà Quý Quỳnh (2010),
“Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để đánh giá biến động lớp phủ thực vật 3 xã (Tà Bhinh, Chà Vàl, La De, huyện Nam Giang, Quảng Nam)
bị ảnh hưởng chất độc hoá học phục vụ bảo tồn đa dạng sinh học”, Khoa học và Công nghệ, 48(5), tr.71-79
8 Nguyễn Thị Thu Hiền, Phạm Vọng Thành, Nguyễn Khắc Thời (2014), Đánh giá biến động sử dụng đất/lớp phủ huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng
Ninh giài đoạn 2000 – 2010, Tạp chí Khoa học và Phát triển, 12(1), tr
43-51
9 Nguyễn Trường Sơn (2009), “Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS trong việc giám sát hiện trạng tài nguyên rừng thử nghiệm tại
một khu vực cụ thể”, Đặc san viễn thám và địa tin học, số 6 tr 17-26
Trang 137
10 Nguyễn Văn Thị, Trần Quang Bảo (2014), “Ứng dụng kỹ thuật phân loại ảnh hướng đối tượng nhằm phân loại trạng thái rừng theo thông tư số 34”,
Khoa học Lâm nghiệp, 2014(2), tr.3343-3353
11 Phùng Nam Thắng (2010), Ảnh vệ tinh ứng dụng trong điều tra, quản lý diện tích rừng, Luận văn thạc sĩ, Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia
Hà Nội
12 Phùng Ngọc Lan (1998), “Sinh thái rừng”, Nhà xuất bản Nông nghiệp,
Hà Nội
13 Thái Văn Trừng (1978), Thảm thực vật rừng Việt Nam trên quan điểm hệ sinh thái, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội
14 Trịnh Hoài Thu, Lê Thị Thu Hà, Phạm Thị Làn (2012), So sánh phương pháp phân loại dựa vào điểm ảnh và phân loại định hướng đối tượng chiết
xuất thông tin lớp phủ bề mặt từ ảnh độ phân giải cao, tạp chí KHKT Mỏ Địa chất, 39(7), tr.59-64
15 Trương Thị Hòa Bình (2002), Nghiên cứu ứng dụng chỉ số thực vật để thành lập bản đồ phân bố một số loại rừng bằng công nghệ viễn thám,
Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp, Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam, Hà Nội
16 UBND tỉnh Điện Biên (2013), Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020, kế hoạch sử dụng đất 5 năm kỳ đầu 2011 – 2015 tỉnh Điện Biên, Điện Biên
17 Vương Văn Quỳnh (2009), Nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám để theo dõi mất rừng do làm nương rẫy tại huyện Kim Bôi, tỉnh Hoà Bình, Đề tài nghiên cứu thực nghiệm Đại học Lâm nghiệp
TIẾNG ANH
18 Andrea S Laliberte, Albert Rango, Kris M Havstad, Jack F Paris, Reldon
F Beck, Rob McNeely, Amalia L Gonzalez, (2004), Object-oriented image analysis for mapping shrub encroachment from 1937 to 2003 in
southern New Mexico Remote Sensing of Environment, 93(1–2), pp.198–
210
19 Baatz, M and A Schape (1999) “Multiresolution Segmentation: an
optimization approach for high quality multi-scale image segmentation,