ứng dụng gis và viễn thám đánh giá sự thay đổi lớp phủ rừng vườn quốc gia tràm chim tỉnh đồng tháp từ năm 1988 2017

Tư liệu viễn thám với những ưu việt là tính cập nhật và đồng bộ về thông tin, tính khái quát hóa tự nhiên các đối tượng và khả năng phủ trùm rộng một tấm ảnh chụp từ vệ tinh Landsat TM p

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

6 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG I 5

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ VƯỜN QUỐC GIA TRÀM CHIM TỈNH ĐỒNG THÁP 5

1.1.1 Vị trí địa lí [20] 5

1.1.2 Lịch sử hình thành [20] 5

1.1.3 Điều kiện tự nhiên 6

1.1.4 Đa dạng sinh học 8

1.2 ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG 11

1.2.1 Khái niệm lớp phủ rừng và biến động lớp phủ rừng [10] 11

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 12

1.2.3 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 14

CHƯƠNG II 18

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

2.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 18

2.1.1 Khái niệm về GIS 18

2.1.2 Lịch sử phát triển [11, 23] 18

2.1.3 Các thành phần của GIS [11] 19

2.1.4 Chức năng của GIS [11] 24

2.1.5 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS 26

2.2 VIỄN THÁM 28

2.2.1 Khái quát về viễn thám 28

2.2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên mặt đất [5] 28

2.2.3 Phân loại đa phổ [9] 35

2.2.4 Chỉ số thực vật NDVI [1] 46

2.2.5 Những ưu thế cơ bản của ảnh viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ rừng [5] 47

2.3 PHẦN MỀM VÀ DỮ LIỆU SỬ DỤNG 48

2.3.1 Phần mềm sử dụng 48

2.3.2 Dữ liệu sử dụng 51

2.3.3 Khái quát về tư liệu ảnh Landsat [9] 51

2.4 QUY TRÌNH THỰC HIỆN 54

2.4.1 Sơ đồ quy trình 54

2.4.2 Thuyết minh quy trình 55

2.5 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG 57

2.5.1 Phương pháp thu thập, điều tra khảo sát thực địa 57

2.5.2 Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu 57

2.5.3 Phương pháp ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý và viễn thám 57

2.5.4 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia 57

CHƯƠNG III 58

KẾT QUẢ THỰC HIỆN 58

3.1 NGUỒN DỮ LIỆU ĐẦU VÀO 58

3.1.1 Dữ liệu viễn thám (ảnh vệ tinh) 58

3.1.2 Dữ liệu GIS (bản đồ hành chính) 58

3.1.3 Dữ liệu từ khảo sát thực địa 59

3.2 TIẾN TRÌNH GIẢI ĐOÁN ẢNH VÀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ 59

3.2.1 Tiến trình giải đoán ảnh 59

3.2.2 Quy trình sử dụng kết quả 76

3.3.2 Bản đồ lớp phủ khu vực khảo sát qua các năm 84

3.3.3 Đánh giá độ chính xác của phân loại ảnh 92

3.3.4 Diện tích các lớp phủ qua từng năm tại khu vực khảo sát 96

3.3.5 Đồ thị biến động diện tích các lớp phủ qua từng năm 97

3.3.6 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi cơ cấu các loại lớp phủ từ năm 1988  2017

104

3.4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHÁT NHẰM GIẢM THIỂU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG CHO VƯỜN QUỐC GIA TRÀM CHIM TỈNH ĐỒNG THÁP 106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

1 KẾT LUẬN 108

2 KIẾN NGHỊ 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 114

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

FAO Food and Agriculture Organization of the United

Nations (Tổ chức lương thực và nông nghiệp)

GIS Geographical Information Systems (Hệ thống thông

tin địa lý)

NDVI Normalized Difference Vegetation Index (Chỉ số

chuẩn hóa thực vật)

WWF World Wildlife Fund (Quỹ Quốc tế bảo vệ thiên

nhiên)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Ma trận sai số đánh giá độ chính xác kết quả phân loại ảnh viễn thám năm

2010 45

Bảng 2.2 Độ chính xác cho từng lớp đối tượng do thuật toán 46

Bảng 2.3 Độ chính xác cho từng lớp đối tượng do người dùng 46

Bảng 2.4 Các phần mềm sử dụng 48

Bảng 2.5 Các thế hệ vệ tinh Landsat 52

Bảng 2.6 Các thông số cơ bản của vệ tinh Landsat 52

Bảng 3.1 Thông tin các ảnh vệ tinh sử dụng 58

Bảng 3.2 Khóa giải đoán ảnh chính 66

Bảng 3.3 Khóa giải đoán ảnh phụ 67

Bảng 3.4 Ảnh tổ hợp màu tự nhiên qua các năm tại VQG Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp 78

Bảng 3.5 Ảnh NDVI qua các năm tại VQG Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp 81

Bảng 3.6 Ma trận sai số đánh giá độ chính xác kết quả phân loại ảnh viễn thám năm 2010 92

Bảng 3.7 Độ chính xác cho từng lớp đối tượng do thuật toán 93

Bảng 3.8 Độ chính xác cho từng lớp đối tượng do người dùng 93

Bảng 3.9 Ma trận sai số đánh giá độ chính xác kết quả phân loại ảnh viễn thám năm 2015 93

Bảng 3.10 Độ chính xác cho từng lớp đối tượng do thuật toán 94

Bảng 3.11 Độ chính xác cho từng lớp đối tượng do người dùng 94

Bảng 3.12 Ma trận sai số đánh giá độ chính xác kết quả phân loại ảnh viễn thám năm 2017 95

Bảng 3.13 Độ chính xác cho từng lớp đối tượng do thuật toán 95

Bảng 3.14 Độ chính xác cho từng lớp đối tượng do người dùng 95

Bảng 3.15 Diện tích các lớp phủ qua từng năm (đơn vị: ha) 96

Bảng 3.16 Cơ cấu diện tích các lớp phủ khu vực khảo sát từ năm 1988  2017 (Đơn vị: %) 104

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ khu vực nghiên cứu 3

Hình 1.1 Bản đồ hiện trạng VQG Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp năm 2011 5

Hình 2.1 Các thành phần của GIS 20

Hình 2.2 Sơ đồ tổ chức một hệ “phần cứng GIS” 21

Hình 2.3 Phần mềm của GIS 22

Hình 2.4 Các nhóm chức năng trong GIS 25

Hình 2.5 Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector 26

Hình 2.6 Biểu diễn thông tin điểm, đường, vùng theo cấu trúc vector 27

Hình 2.7 Cấu trúc dữ liệu Raster 27

Hình 2.8 Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 30

Hình 2.9 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 31

Hình 2.10 Đặc tính hấp thụ của lá cây và của nước 32

Hình 2.11 Ảnh hưởng của thành phần nước đến đặc điểm phản xạ phổ của thực vật

32

Hình 2.12 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 33

Hình 2.13 Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm 34

Hình 2.14 Các bước cơ bản trong phân loại có kiểm định 40

Hình 2.15 Nguyên lý phân loại theo xác xuất cực đại 43

Hình 2.16 Mô phỏng cách tính NDVI 47

Hình 2.17 Quy trình thực hiện 55

Hình 3.1 Thiết bị GPS cầm tay Garmin GPSMAP 64st 59

Hình 3.2 Ảnh Landsat sau khi đã thực hiện hiệu chỉnh ảnh đa phổ nhằm loại bỏ bức xạ 61

Hình 3.3 Kết quả quá trình cắt ảnh theo vùng ranh giới 62

Hình 3.4 Ảnh tổ hợp màu tự nhiên (band 3, 2, 1) 63

Hình 3.5 Công thức tính toán NDVI 64

Hình 3.6 Chọn kênh phổ tương ứng và nơi lưu trong hộp thoại Variables to Bands

Pairings 64

Hình 3.7 Chọn kênh màu cho ảnh sau khi tính NDVI 65

Hình 3.8 Ảnh đã thay đổi kênh màu sau khi tính NDVI 65

Hình 3.9 Chọn vùng mẫu cho từng lớp phủ 70

Hình 3.10 Lưu tên vùng mẫu đã chọn 70

Hình 3.11 Kết quả sau khi phân loại theo Maximum Likelihood 71

Hình 3.12 Thiết lập bảng thuộc tính 73

Hình 3.13 Đưa ảnh vào bản đồ 74

Hình 3.14 Tạo khung lưới cho bản đồ 75

Hình 3.15 Chỉnh sửa bản đồ 75

Hình 3.16 Bản đồ phân bố lớp phủ khu vực khảo sát năm 1988 84

Hình 3.17 Bản đồ phân bố lớp phủ khu vực khảo sát năm 1991 85

Hình 3.18 Bản đồ phân bố lớp phủ khu vực khảo sát năm 1995 86

Hình 3.19 Bản đồ phân bố lớp phủ khu vực khảo sát năm 2001 87

Hình 3.20 Bản đồ phân bố lớp phủ khu vực khảo sát năm 2004 88

Hình 3.21 Bản đồ phân bố lớp phủ khu vực khảo sát năm 2010 89

Hình 3.22 Bản đồ phân bố lớp phủ khu vực khảo sát năm 2015 90

Hình 3.23 Bản đồ phân bố lớp phủ khu vực khảo sát năm 2017 91

Hình 3.24 Đồ thị biến động diện tích rừng dày từ năm 1988  2017 97

Hình 3.25 Đồ thị biến động diện tích rừng thưa từ năm 1988  2017 98

Hình 3.26 Đồ thị biến động diện tích trảng cỏ cây bụi từ năm 1988  2017 99

Hình 3.27 Đồ thị biến động diện tích đất trống từ năm 1988  2017 100

Hình 3.28 Đồ thị biến động diện tích đất xây dựng từ năm 1988  2017 101

Hình 3.29 Đồ thị biến động diện tích đất ngập nước từ năm 1988  2017 102

Hình 3.30 Đồ thị biến động diện tích mặt nước từ năm 1988  2017 103

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Tại Việt Nam hiện nay, số lượng vườn quốc gia hiện có chỉ tồn tại ở những con số khiêm tốn Tuy nhiên, các vườn quốc gia còn phải đứng trên bờ vực bị mất dần lớp phủ thực vật bởi những hoạt động khai thác trái phép của con người cũng như sự tàn phá của thiên nhiên 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 tự nhiên và môi trường Sự phát triển kinh tế gắn liền với việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường phục vụ phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết được các nhà quản lý đặt ra Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và đánh giá biến động lớp phủ rừng vườn quốc gia là một trong những nhiệm

vụ quan trọng hàng đầu

Mặc dù hàng năm đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động lớp phủ rừng, nhưng hầu hết các báo cáo này chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ rừng bằng phương pháp truyền thống thô sơ, đó là một công việc phức tạp, mất nhiều công sức và đòi hỏi nhiều thời gian Khi sử dụng các tài liệu thống kê và các tư liệu bản đồ không phải bao giờ cũng có thể khai thác những thông tin hiện thời nhất Thời gian tổng hợp số liệu và thành lập bản đồ cho khu vực nghiên cứu càng kéo dài thì thông tin trên bản đồ càng lạc hậu và không chính xác Trong khi đó bản đồ đòi hỏi nhanh về thời gian, chính xác về loại hình, cập nhật về thông tin Do đó, cần phải có phương pháp mới, nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp truyền thống

Tư liệu viễn thám với những ưu việt là tính cập nhật và đồng bộ về thông tin, tính khái quát hóa tự nhiên các đối tượng và khả năng phủ trùm rộng (một tấm ảnh chụp từ

vệ tinh Landsat TM phủ trùm diện tích 32.400 km2, một tấm ảnh chụp từ vệ tinh SPOT phủ trùm diện tích 3.600 km2) và đã phủ trùm khắp mọi nơi trên Trái đất, cùng với sự phát triển mạnh về công nghệ như cung cấp thông tin ngày càng nhanh chóng, chính xác hơn, đã đem lại giá trị đích thực của phương pháp bản đồ trong nghiên cứu mối quan hệ và tác động qua lại của các đối tượng, các hiện tượng, như các đối tượng biến động thảm thực vật, tài nguyên rừng đem lại khả năng thực tiễn cho xu hướng thành lập bản đồ theo quan điểm đồng bộ, hệ thống

Hệ thống thông tin địa lý (GIS  Geographical Information Systems) có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, thể hiện dữ liệu địa lý phục vụ các bài toán

ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất là công cụ

hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Từ những quan điểm nêu trên, tác giả chọn cho mình đề tài: “Ứng dụng GIS và

viễn thám đánh giá sự thay đổi lớp phủ rừng vườn quốc gia Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp từ năm 1988 đến năm 2017” để trình bày cho lần báo cáo này

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu của tác giả bao gồm hai mục tiêu chính:

- Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá sự thay đổi lớp phủ rừng VQG Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp từ năm 1988 đến năm 2017

- Đề xuất được giải pháp nhằm tăng cường hiệu quả công tác quản lý nghiệp vụ tại vườn quốc gia Tràm Chim nói riêng cũng như những vườn quốc gia khác tại Việt Nam nói chung

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu gồm năm nội dung:

- Nội dung 1: Tìm hiểu vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên và đa dạng sinh học tại VQG Tràm Chim

- Nội dung 2: Tìm hiểu về ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá sự thay đổi lớp phủ rừng

- Nội dung 3: Thu thập và xử lý ảnh vệ tinh Landsat qua tám năm: 1988, 1991,

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để hoàn thành quá trình nghiên cứu, tác giả sử dụng bốn phương pháp sau đây:

- Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu

- Phương pháp ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý và viễn thám

- Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu: Sự thay đổi lớp phủ rừng VQG Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp

- Phạm vi không gian: Đề tài thực hiện ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong đánh giá sự thay đổi lớp phủ rừng vườn quốc gia Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp

Hệ tọa độ VQG: 10°43'49" Bắc 105°30'25" Đông

- Phạm vi thời gian: Đề tài nghiên cứu được giới hạn trong tám năm: 1988, 1992,

1995, 2001, 2004, 2010, 2015, 2017

Hình 1 Sơ đồ khu vực nghiên cứu

(Nguồn: Google Earth, 2017)

6 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

 Ý nghĩa khoa học:

- Xây dựng được bộ dữ liệu đánh giá sự thay đổi lớp phủ rừng VQG Tràm Chim

- Đề tài góp phần làm sáng tỏ khả năng ứng dụng GIS nói chung và ArcGIS nói riêng trong công tác quản lý lớp phủ rừng ở nước ta

- Đề tài “Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá sự thay đổi lớp phủ rừng vườn quốc gia Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp” là tiền đề cho những đánh giá sau này về sự biến động lớp phủ rừng VQG Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ VƯỜN QUỐC GIA TRÀM CHIM TỈNH ĐỒNG THÁP 1.1.1 Vị trí địa lí [20]

VQG Tràm Chim nằm trong vùng Đồng Tháp Mười, thuộc huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp Tọa độ địa lý 10°40′ – 10°47′ vĩ Bắc, 105°26′  105°36′ kinh Đông với tổng diện tích 7.588 ha nằm trong địa giới của năm xã (Phú Đức, Phú Hiệp, Phú Thành B, Phú Thọ, Tân Công Sính) và Thị trấn Tràm Chim, với số dân trong vùng là 30.000 người

Hình 1.1 Bản đồ hiện trạng VQG Tràm Chim tỉnh Đồng Tháp năm 2011 1.1.2 Lịch sử hình thành [20]

Quá trình hình thành VQG Tràm Chim trải qua bốn giai đoạn chính:

 Năm 1985, Ủy ban nhân dân tỉnh Đồng Tháp thành lập Công Ty Nông Lâm Ngư Trường Tràm Chim với mục đích là trồng tràm, khai thác thủy sản, và vừa giữ lại được một phần hình ảnh của Đồng Tháp Mười xa xưa

 Năm 1986, loài Sếu đầu đỏ (chim Hạc) được phát hiện ở Tràm Chim Năm

1991 Tràm Chim trở thành khu Bảo Tồn Thiên Nhiên Tràm Chim cấp tỉnh, nhằm bảo

tồn loài Sếu đầu đỏ (Grus antigone sharpii)

 Năm 1994, Tràm Chim trở thành Khu bảo tồn thiên nhiên cấp Quốc Gia, theo Quyết định số 47/TTg ngày 02 tháng 02 năm 1994 của Thủ tướng Chính Phủ

 Năm 1998, khu Khu bảo tồn thiên nhiên Tràm Chim trở thành Vườn Quốc gia Tràm Chim theo Quyết định số 253/1998/QĐ-TTg, ngày 29/12/1998 của Thủ tướng Chính phủ với mục tiêu:

+ Bảo tồn hệ sinh thái đất ngập nước điển hình của vùng Đồng bằng sông Cửu Long thành một mẫu chuẩn quốc gia về hệ sinh thái đất ngập nước vùng lụt kín Đồng Tháp Mười

+ Bảo tồn những giá trị độc đáo về văn hóa, lịch sử và nghiên cứu, khai thác hợp lý

hệ sinh thái của vùng vì lợi ích quốc gia và đóng góp vào việc bảo vệ môi trường sinh thái chung của vùng Đông Nam Á

1.1.3 Điều kiện tự nhiên

b Khí hậu  Thủy văn [20]

Nhiệt độ: Nhiệt độ ở đây cao quanh năm và tương đối ít biến động, nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 27°C, nhiệt độ thấp hơn khoảng 1  2°C vào cuối mùa khô (từ tháng 12 đến tháng 2) và tăng lên khoảng 1  2°C vào các tháng cuối mùa khô, đầu mùa mưa (từ tháng 4 đến tháng 6) Nhiệt độ cao nhất là 37°C vào tháng tư và thấp nhất

là khoảng 16°C

Độ ẩm: Độ ẩm trung bình hàng năm duy trì trong khoảng 82  83% Độ ẩm cao nhất có thể lên đến 100% và thấp nhất là 35  40%

Chế độ gió: Từ tháng 5 đến tháng 11, hướng gió thịnh hành ở vùng này là hướng Tây  Nam, tốc độ gió trung bình là 3 m/s mang theo nhiều hơi nước và gây mưa Từ tháng 12 đến tháng 4 có gió Đông  Bắc, tốc độ gió trung bình khoảng 2 m/s Bão hầu như không ảnh hưởng đến Tràm Chim và vì thế, gió với tốc độ lớn trong cơn mưa chưa từng xảy ra

Lượng mưa: Lượng mưa phân bố theo mùa rõ rệt, trung bình khoảng 1.650 mm/năm Mùa mưa tập trung từ tháng 5 đến tháng 11, hơn 90% lượng mưa tập trung vào khoảng thời gian này Trong khi đó, tháng 1, 2, 3 lại là những tháng khô hạn nhất, thời tiết hầu như không có mưa Số ngày mưa trung bình đo được tại Vườn quốc gia Tràm Chim khoảng 110  160 ngày/năm

Chế độ nước: Vườn quốc gia Tràm Chim chịu ảnh hưởng thủy văn của vùng châu thổ sông MeKong, nhận nguồn nước trực tiếp từ sông MeKong thông qua hệ thống kinh thủy lợi (kênh Hồng Ngự  Long An, Đồng Tiến, An Hòa và Phú Hiệp) tràn vào nội đồng và bị ngập lũ hàng năm từ tháng 8 đến tháng 12 Vườn quốc gia Tràm Chim được chia thành năm vùng quản lý khác nhau (A1  A5), mỗi khu vực được bao bọc xung quanh bởi hệ thống kênh và đê với tổng chiều dài lên đến 59 km Mực nước bên trong vườn quốc gia được điều tiết thông qua hệ thống cống và cửa xả nằm ở các bờ bao xung quanh Hiện nay, để giảm rủi ro do lửa vào mùa khô, mực nước bên trong vườn quốc gia luôn được giữ ở mức cao hơn những điều kiện trong quá khứ Thành phần thực vật, phân bố và tốc độ sinh trưởng đã bị ảnh hưởng bởi những tác động này

+ Trầm tích biển gió (mvQiv2-3) Trầm tích mang nhiều vật liệu thô (quartz) tạo

thành những gò cao trong vùng Đồng Tháp Mười

+ Trầm tích biển (mQ13 phần giữa) Cùng với trầm tích biển gió, trầm tích biển cũng thuộc Pleistocen, và chiếm diện tích khoảng 1.158 ha

 Trầm tích Holocen

c2 Đất

 Nhóm đất cát cổ (aeric Tropaquults), được hình thành thông qua quá trình phong hóa trầm tích Pleistocen chiếm diện tích khoảng 154 ha,

 Đất xám điển hình (Typic Tropaquults), khoảng 476 ha

 Đất xám đọng mùn (humic Tropaquults), 274 ha

 Các nhóm đất dốc tụ trên nền trầm tích Proluvi chiếm diện tích 1.559 ha

 Các nhóm đất phù sa có nên phèn: Trầm tích sông  biển (amQ22-3) chồng lên lớp trầm tích đầm lầy  biển (bmQ22-3) hình thành những vạt đất phù sa có tầng sinh

phèn (sulfidic) (sulfic Tropaquents, sulfic Tropaquepts, sulfic Hydraquents) và đất phù

sa có tầng phèn (sulfuric) chứa các khoáng jarosit

 Đất phèn hoạt động (Sulfaquepts), hình thành từ nền trầm tích đầm lầy biển

(bmQ22-3) với diện tích khoảng 355 ha, phân bố nhiều nhất tại khu A5 Độ chua của đất: pH chỉ khoảng từ 2,0  3,2

1.1.4 Đa dạng sinh học

a Hệ sinh thái động vật [20]

VQG Tràm Chim, có diện tích 7.588 ha, thuộc huyện Tam Nông tỉnh Đồng Tháp Đây là nơi cư trú của trên 100 loài động vật có xương sống, 40 loài cá và 147 loài chim nước Trong đó, có 13 loài chim quý hiếm của thế giới Đặc biệt là một loài chim

hạc còn gọi là Sếu đầu đỏ (Grus antigone) hay Sếu cổ trụi

b Hệ sinh thái thực vật [20]

Với các yếu tố tự nhiên: trầm tích, địa mạo, và đặc tính đất khá đa dạng, từ đất xám, phát triển trên nền trầm tích cổ Pleistocen, đến những nhóm đất phù sa mới và đất phèn phát triển trên trầm tích trẻ Holocen đã góp phần làm đa dạng các quần xã

phân bố đơn thuần cũng như xen kẻ với nhau tạo thành những quần xã thực vật đặc trưng

c Hệ sinh thái rừng tràm [20]

Rừng tràm (Melaleuca cajuputi) là thảm thực vật thân gỗ có diện tích lớn nhất,

diện tích khoảng 2968 ha Do tác động con người, hầu hết những cánh rừng tràm nguyên sinh đã biến mất và hiện nay chỉ còn lại là những cánh rừng tràm trồng, thuộc

loài Melaleuca cajuputi (họ Myrtaceae), nhưng do được bảo tồn nhiều năm nên có

những cụm tràm phân bố theo kiểu tự nhiên Hai kiểu phân bố được ghi nhận: tập trung (khoảng 1.826 ha) và tràm phân tán Tràm phân tán có sự hiện diện thảm cỏ xen

kẽ gồm các loài năng ống (Eleocharis dulcis), cỏ mồm (Ischaemum rugosum và I indicum), hoàng đầu Ấn (Xyris indica), nhĩ cán vàng (Utricularia aurea), cỏ ống (Panicum repens), súng (Nymphaea lotus), Cú muỗi (Caprimulgusmaeruru), Chèo bẻo (Dicrurus macrocercus), Hút mật (Aethopiga siparaja), Vành khuyên (Zosterops palpebrosa), chim Sẻ (Carpodacus erythrinus), Én (Apus affinis), Rẻ quạt (Rhipidura albicollis), Chích chòe (Lucustella lanceolata)

Những loài chim thường gặp: Cò trắng (Egretta garzetta), Cò bợ (Ardeola bacclus), Cò lửa (Ixobrychus sinensis), Cò lép, Vạc (Nycticorax nycticorax), Diệc lửa (Ardea purpurea), Diệc xám (Ardea cinerea), Điêng điểng (Anhinga melanogaster), Cồng cộc (Pharacrocoraxniger), Tu hú, Cú ngói (Streptopelia tranquebarica), Cú cườm (Caprimulgusmaerurus), Cú (Tyto capensis),

c1 Đồng ngập nước theo mùa

Đồng cỏ ngập nước theo mùa là một trong những hệ sinh thái khá phổ biến trong khu vực VQG Tràm Chim Những loài thực vật phát triển với mật độ cao đã thành những đồng cỏ đơn thuần, trong khi đó có những loài cùng phát triển chung với các loài thực vật khác đã tạo nên những quần xã hoặc hội đoàn thực vật tiêu biểu của vùng đất ngập nước

c2 Đồng cỏ năng

Đồng cỏ năng (Eleocharis sp.) chiếm diện tích khoảng 2.968 ha, tạo thành một trong những thảm cỏ rộng lớn; bao gồm đồng cỏ năng kim (Eleocharis atropurpurea) - đây là bãi ăn của loài chim sếu (Grus antigone), khoảng 235 ha, năng ống (Eleocharis dulcis), 1.277 ha, và hợp với các loài khác tạo thành các quần xã thực vật: năng kim - năng ống (E atropurpurea-E dulcis), vài nơi xuất hiện của hoàng đầu Ấn (Xyris indica); năng kim  cỏ ống (E atropurpurea-P repens); năng ống  cỏ ống (E dulcis-

P repens), khoảng 937 ha; năng ống  cỏ ống  lúa ma (E dulcis-P

repens-O.rufipogon), 443 ha; năng ống  cỏ ống  cỏ chỉ (E dulcis-P repens-C dactylon), khoảng 72 ha Những nơi có địa hình thấp và ngập nước quanh năm thì xen lẫn trong

quần xã năng là những loài thực vật thủy sinh như nhĩ cán vàng (Utricularia aurea), súng ma (Nymphaea indicum), rong đuôi chồn (Ceratophyllum demersum)

Những loài chim thường gặp: Sếu (Grus antigone), Cò trắng (Egretta garzetta), Cò

bợ (Ardeola bacclus), Trích cồ, Trích đất, Vịt trời (Anas poecilorhyncha), Le khoang cổ (Nettapus coromandelianus), Diệc lửa (Ardea purpurea), Diệc xám (Ardea cinerea), Cò lửa (Ixobrychus sinensis), Cò lép

c3 Đồng cỏ mồm

Đồng cỏ mồm (Ischaemum spp.); chiếm diện tích khá nhỏ so với các cộng đồng

thực vật khác, khoảng 41,8 ha Bao gồm mồm đơn thuần và quần xã mồm  cỏ ống

(Ischaemum spp- Panicum repens) Phân bố hiện diện chủ yếu trên những dải liếp, bờ

đất có địa hình cao cục bộ trong một vùng địa hình thấp

Những loài chim thường gặp: Cồng cộc (Pharacrocoraxniger), Chiền chiện (Prinia flaviventris), Cò bợ (Ardeola bacclus), Cò lửa (Ixobrychus sinensis), Cút nhỏ (Turnix syluatica), Diệc lửa (Ardea purpurea), Diệc xám (Ardea cinerea), Cú (Tyto capensis), Giang sen (Mycteria leucocephala), Già đãy (Leptoptilos dubius)

c4 Đồng cỏ ống

Đồng cỏ ống (Panicum repens); cỏ ống phân bố trên một diện rộng, chiếm diện

tích khoảng 958,4 ha, ở dạng đơn thuần với mật độ lên đến 98% hoặc cùng xuất hiện với các loài thực vật thân thảo khác: cỏ ống  cỏ sả (Panicum repens-Cymbopogon

citratus), khoảng 23 ha, chủ yếu trên đất giồng cổ; cỏ ống  lúa ma (Panicum Oryza rufipogon), khoảng 268 ha; cỏ ống  cỏ chỉ (Panicum repens-Cynodon

repens-dactylon), khoảng 50 ha; cỏ ống  mai dương (Panicum repens-Mimosa pigra),

khoảng 86 ha, đây là khu quần xã cỏ ống bị mai dương (Mimosa pigra) xâm hại

Những loài chim thường gặp: Công đất (Houbaropsis bengalensis), Chiền chiện (Prinia flaviventris), Sơn ca (Alauda gulgula), Sẻ bụi (Saxicola caprata), Trảu đầu hung (Merops superciliosus), Cú (Tyto capensis), Trích, Cò (Ardeola bacclus), Giang sen (Mycteria leucocephala), Già đãy (Leptoptilos dubius), Chích đầm lầy (Locustella certhiola)

c5 Đồng lúa ma

Đồng lúa ma (Oryza rufipogon); phân bố khá rộng, chiếm diện tích khoảng 824 ha

khoảng 33 ha, diện tích còn lại có sự hiện diện của lúa ma là sự kết hợp với những loài thực vật khác tạo thành những quần xã thực vật đặc trưng cho vùng đất ngập nước: lúa

ma  cỏ ống (O rufipogon-Panicum repens), khoảng 544 ha; lúa ma  cỏ bắc (Oryza

Leersia hexandra), khoảng 160 ha; lúa ma  cỏ ống  cỏ chỉ (O

rufipogon-P repens-C dactylon), khoảng 83 ha

Hầu như tất cả các loài chim trong Tràm Chim đều thích với đồng lúa ma, kể cả

Sếu đầu đỏ (Grus antigone), sinh cảnh này đa dạng sinh học rất cao

c6 Lác nước

Lác nước (Cyperus malaccensis); phân bố rải rác dọc theo kinh đào và dọc theo

đường rạch cũ, diện tích tập trung chỉ khoảng 2 ha

c7 Hệ sinh thái đầm lầy

Nghễ (Polygonum tomentosum) phân bố ở những nơi địa hình trũng thấp, khoảng

159 ha Trong đó, nghễ đơn thuần chiếm khoảng 138 ha, phần còn lại hiện diện chung

với loài thực vật khác như lúa ma (O rufipogon), rau dừa (Jussiaea repens), nhĩ cán vàng (Utricularia aurea)

Những loài thường gặp: Cò lửa (Ixobrychus sinensis), Cò lép (Egretta garzetta), Cò ốc (Anastomus oscitans), Cò bợ (Ardeola bacclus)

Hội đoàn sen-súng (Nelumbium nelumbo-Nymphaea spp.) chủ yếu trên các vùng

đầm lầy ngập nước quanh năm, dọc theo khu trũng thấp của dòng sông cổ, chiếm diện tích khoảng 158 ha

Những loài chim thường gặp: Le hôi (Tachybaptus raficollis), Le khoang cổ (Nettapus coromandelianus), Vịt trời (Anas poecilorhyncha), Trích cổ, Trích ré, Gà lôi nước (Hydrophasianus chirurgus), Gà nước vằn (Rallus striatus), Cuốc ngực nâu

(Porzana fusca), Mòng két (Anas crecca), Bói cá (Ceryle rudis)

1.2 ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG

1.2.1 Khái niệm lớp phủ rừng và biến động lớp phủ rừng [10]

Lớp phủ rừng là một phần của lớp phủ bề mặt nói chung, là quần xã thực vật rừng, chủ yếu là cây rừng sinh trưởng trên một khoảnh đất đai nhất định bao gồm các đặc trưng sau: Nguồn gốc, tổ thành, tuổi, mật độ, tầng thứ, độ tàn che, độ che phủ, chiều cao bình quân, đường kính bình quân, tổng tiết diện ngang, độ dày của rừng, tăng trưởng, trữ lượng, cấp đất, diện tích, biến động…

Cụm từ “biến động” được hiểu là biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như môi trường xã hội

Biến động lớp phủ rừng là mức độ biến động lớp phủ tài nguyên rừng trong đó có biến động cả về số lượng lẫn chất lượng

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Vào những năm 60, thuật ngữ “viễn thám” đầu tiên đã được đề cập tới tại Mỹ, tuy nhiên, kỷ nguyên sử dụng viễn thám để quan sát và nghiên cứu đất coi như bắt đầu từ những năm 1972 với việc phóng thành công tàu Landsat 1 Cho đến nay với hơn ba mươi năm tồn tại và phát triển, viễn thám đã trở thành một công cụ hiện đại vừa mang tính phụ trợ, vừa mang tính cạnh tranh trong công nghệ quan sát Trái đất Khả năng ứng dụng dữ liệu viễn thám trong thành lập các bản đồ thực vật cũng ngày được cải thiện và theo đó dữ liệu viễn thám đang có xu hướng trở thành nguồn dữ liệu chủ đạo cho việc thành lập các bản đồ lớp phủ thực vật [4]

Việc nghiên cứu tài nguyên môi trường không chỉ đơn thuần dựa trên các công nghệ truyền thống mà bắt đầu thực hiện bằng các hệ thống quan sát từ xa đặt trên các

vệ tinh nhân tạo hoặc tàu vũ trụ có người điều khiển Sự nghiên cứu môi trường trái đất có thể được thực hiện bằng nhiều công nghệ và cách tiếp cận khác nhau Từ khi loài người phóng thành công vệ tinh nhân tạo thì chúng ta đã bước sang kỷ nguyên mới trong đó công nghệ vũ trụ đã được sử dụng cho mục đích phát triển của cuộc sống trên trái đất [7]

Để đánh giá lớp phủ bằng vệ tinh, ngày nay nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực tài nguyên thiên nhiên trên thế giới đã hết sức quan tâm đến việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến của máy tính và vũ trụ để theo dõi, giám sát, đánh giá điều tra tài nguyên thiên nhiên của trái đất

Có thể nói, ngay từ khi được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên thì công tác thành lập bản đồ hiện trạng cũng như bản đồ diễn biến lớp phủ thực vật là một trong những ứng dụng tiêu biểu và quan trọng của dữ liệu viễn thám [2] Cho tới nay có rất nhiều các công trình nghiên cứu cũng như ứng dụng ảnh vệ tinh trong việc thành lập và theo dõi biến động lớp phủ thực vật ở khắp nơi trên thế giới, trong các nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử dụng các phương pháp và loại dữ liệu khác nhau tùy theo từng mục đích cụ thể nhưng chúng đều có chung một bản chất là phản ánh được các lớp phủ thực vật hiện có

 Tại Indonesia: Trong một nghiên cứu tại vùng Yogyakarta các nhà khoa học đã đánh giá, phân tích sự thay đổi sử dụng đất và thảm thực vật bằng viễn thám và GIS Trong nghiên cứu này người ta đã sử dụng ảnh Landsat tại hai thời kỳ 1972 và 1984, kết hợp với bản đồ hiện trạng 1990 phân tích các dữ liệu đã cho thấy các kiểu thay đổi

sử dụng đất của từng vùng đặc biệt có sự thay đổi về đất thổ cư (tăng) và đất nông nghiệp (giảm) Kết quả nghiên cứu cho thấy nguyên nhân của sự thay đổi này phụ thuộc vào nhiều vấn đề tăng dân số và sự mở rộng của các tuyến giao thông, từ đó các nhà khoa học đã khuyến cáo Chính phủ và các cơ quan chức năng để có những chính sách phù hợp trong việc sử dụng đất đảm bảo tính bền vững và hợp lý [18, 15]

 Tại Trung Quốc: Các nhà khoa học cũng đã tiến hành nhiều nghiên cứu về ứng dụng viễn thám và GIS trong việc thay đổi hiện trạng lớp phủ với nhiều vùng đặc trưng khác nhau Tại miền Đông, các nhà khoa học của trường đại học Michigan (Mỹ)

đã ứng dụng GIS để mô hình hóa và phân tích sự thay đổi sử dụng đất nông nghiệp tại miền Đông của Trung Quốc Họ đã chỉ ra rằng: sự đô thị hóa, sự thay đổi cấu trúc về nông nghiệp, sự phát triển của nông thôn là những nguyên nhân chính trong sự thay đổi sử dụng đất canh tác Tuy nhiên qua các mô hình họ cũng đưa ra một viễn cảnh về

sự tiếp tục giảm đất nông nghiệp trong hai thập kỷ tới trước khi đi vào ổn định ở mức 0,0727 ha/người và theo tiêu chuẩn của FAO là 0,053 ha/người thì vấn đề an ninh, lương thực sẽ không phải là một vấn đề lớn ở miền Đông Trung Quốc trong những năm tới Qua nghiên cứu này thì các nhà quản lý sẽ có những chính sách phát triển phù hợp và mềm dẻo trong vấn đề suy giảm đất canh tác và an ninh lương thực [19]

 Tại Thái Lan: Một đất nước với khoảng 60 triệu người dân, trong hai thập kỷ vừa qua đã có những sự tăng trưởng vượt bậc của nền kinh tế Kết quả của sự tăng trưởng này là các nguồn tài nguyên thiên nhiên như: rừng, đất, nước… đã được sử dụng một cách quá mức như nguồn lực chính cho sự phát triển này Tổng diện tích rừng hàng năm liên tục suy giảm, chất lượng đất và nước cũng trở nên xấu hơn, đất lâm nghiệp đã được chuyển đổi nhiều sang đất nông nghiệp Các nhà khoa học của trường đại học Mahkidol đã tiến hành nghiên cứu sự thay đổi tại ba tiểu lưu vực của hệ thống sông Chiangmai với tổng diện tích 6.692 km2 , tại điểm nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử dụng các ảnh viễn thám Landsat ở các thời kỳ 1985 đến 1990 và 1990 đến 1995 với mục tiêu tìm hiểu và đánh giá sự thay đổi sử dụng đất trong các diện tích rừng nhiệt đới cũng như sẽ dự báo xu hướng thay đổi của sử dụng đất trong tương lai Các tác giả đã chỉ ra rằng trong quá trình nghiên cứu sự thay đổi cần thiết phải lưu ý tới các nhân tố kinh tế xã hội và kết quả cho thấy những khu vực có sự tập trung dân

số cao thì thường các diện tích rừng tại khu vực đó bị suy giảm (dân số tăng tỷ lệ thuận với diện tích rừng bị mất đi) [13]

 Tại một số nước của Châu Phi như: Ethiopia, Nepan, Kenya, Nigeria… việc ứng dụng GIS và Viễn thám đã được ứng dụng rộng rãi vào trong các nghiên cứu theo dõi và giám sát sự thay đổi sử dụng đất Tại Ethopia các nhà khoa học đã sử dụng Viễn thám và GIS kết hợp điều tra ngoại nghiệp đã tiến hành đánh giá sự thay đổi sử dụng đất từ năm 1957 đến 1995 Kết quả nghiên cứ đã cho thấy rằng việc suy giảm mạnh diện tích rừng và được thay thế vào đó là đất nông nghiệp, sự thay đổi này đã dẫn đến hàng loạt thay đổi về sinh thái tự nhiên như: nguồn nước ngầm giảm mạnh, một số vùng đất thấp có sự sạt lở và thoái hóa… Qua nghiên cứ này tác giả cũng khuyến cáo Chính phủ cần phải có một chính sách đất đai phù hợp để tránh có những biến động lớn về môi trường và sinh thái [16, 14]

 Tại Australia: Theo văn phòng khoa học nông thôn tính từ năm 1983  1993 đã

có hơn 600.000 ha đất rừng bị phá để phục vụ cho mục đích nông nghiệp, và điều này

đã làm nhiều người kinh ngạc Australia là quốc gia đầu tiên trên thế giới điều tra về khí gây hiệu ứng nhà kính liên quan đến lượng rừng mất đi như thế nào và theo kết quả nghiên cứu cho thấy, lượng rừng mất đi này tương đương với ¼ tổng lượng khí gây hiệu ứng nhà kính thải ra Một nghiên cứu đã tiến hành cho cả nước triển khai đánh giá

sự thay đổi của hiện trạng thảm thực vật, các nhà khoa học đã sử dụng 158 ảnh vệ tinh Landsat TM tại hai thời kỳ 1990 và 1995 để phục vụ cho nghiên cứu này

Kết quả đã chỉ ra rằng trong khoảng thời gian 1990  1995 đã có 1,2 triệu ha rừng nguyên sinh bị chặt phá để chuyển sang các mục đích khác như: nông nghiệp, đồng cỏ

và các hoạt động khác (làm đường, xây dựng…) Tuy nhiên cũng có khoảng 410.000

ha rừng được tái sinh trong giai đoạn này Kết quả nghiên cứu này tạo ra một bộ cơ sở

dữ liệu mang tính chính xác cao cho việc quản lý bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và phục vụ cho công tác quản lý của các nhà hoạch định chính sách cũng như các nghiên cứu khoa học khác [17]

1.2.3 Tình hình nghiên cứu tại 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 [8] Tuy nhiên, do điều kiện kinh phí và kỹ thuật nên trước nhhững năm 1990 việc ứng dụng ảnh vệ tinh còn hạn chế Chỉ một số cơ quan, viện nghiên cứu thông qua các chương trình dự án có sử dụng ảnh Viễn thám để nghiên cứu nhưng còn nhỏ lẻ, rời rạc và mang nặng tính nghiên cứu Từ những năm

1990 trở lại đây, nhận thức được vai trò to lớn của ảnh vệ tinh, nhiều bộ ngành, viện nghiên cứu, trường đại học như Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn; Bộ Tài nguyên và môi trường; Tổng cục khí tượng thủy văn… đã đầu tư ảnh, trang thiết bị,

mục đích nghiên cứu cũng như phục vụ đời sống dân sinh kinh tế xã hội Cho đến nay, Việt Nam đã có nhiều công trình khoa học và các ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám của các bộ ngành, viện nghiên cứu, trường đại học vào trong lĩnh vực theo dõi đánh giá diễn biến tài nguyên để bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên

 Ngày 29/12/1988 tại Hà Nội, hội đồng khoa học cấp Nhà Nước đã tổ chức nghiệm thu dự án “ Xây dựng hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường” Trong thời gian thực hiện dự án đã triển khai tại 33 tỉnh, 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 trên toàn lãnh thổ và lãnh hãi Việt Nam, lần đầu tiên xuất hiện trên máy tính tại nước ta Cơ sở dữ liệu gồm các thông tin về tài nguyên thiên nhiên và môi trường trên cơ sở biểu đồ nền 1/100.000

và 1/50.000, trong đó phân theo nhóm như: tài nguyên rừng, đất, nước, biển, khoáng sản… Bước đầu đã kết hợp GIS và Viễn thám để thử nghiệm một số mô hình giám sát

sự biến động của các nguồn tài nguyên thiên nhiên và dự đoán xu thế biến đổi của chúng Dự án này đã tạo tiền đề cho hợp tác quốc tế và công nghệ GIS, RS và đã xây dựng được mối quan hệ hợp tác chuyên môn với các trung tâm hàng đầu thế giới về GIS [3, 6]

 Việc ứng dụng công nghệ GIS và Viễn thám vào trong lĩnh vực điều tra quy hoạch rừng đã đạt được những thành tựu đáng kể như xây dựng bản đồ lập địa và xác định vùng thích nghi cây trồng cho công trình quy hoạch vùng nguyên liệu nhà máy giấy Tân Mai  Đồng Nai Đã xác định cấp xung yếu phòng hộ đầu nguồn và xây dựng bản đồ phân cấp phòng hộ phục vụ công trình 327 cho các tỉnh Ninh Thuận, Bình Phước, Kiên Giang, Bà Rịa Vũng Tàu, theo dõi đánh giá diễn biến tài nguyên rừng tại thời 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 VQG Tam Đảo, VQG Côn Đảo [3]

Trong chương trình kiểm kê rừng toàn quốc năm 2002, công nghệ GIS và Viễn thám đã được cục kiểm lâm phối hợp với Viện điều tra quy hoạch rừng ứng dụng khá thành công Toàn bộ các ảnh vệ tinh Landsat ETM với độ che phủ toàn lãnh thổ Việt Nam, khoảng thời gian chụp cuối năm 2001 đã được Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn mua để phục vụ cho công tác này và kết quả là một bộ bản 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 và phát triển nông thôn thẩm định phê duyệt vào tháng 7/2003

 Tại Hà Nội, dựa trên tư liệu Viễn thám đa thời gian đã nhằm nêu lên một số biến động môi trường, tác giả Nguyễn Đình Dương đã sử dụng cặp ảnh 6/1986 và

10/1996, khoảng thời gian quan sát là mười năm Trong khoảng thời gian này đã có rất nhiều sự biến động về môi trường gây nên bởi sự phát triển đô thị, những thay đổi trong quy hoạch hệ thống cơ sở hạ tầng và đặc biệt là sự biiến động lòng dẫn sông Hồng dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấy trong thời gian 1986  1996 số lượng ao hồ đã giảm đi rất nhiều và có thể ước tính đến 1/3 số ao hồ đã bị san lấp trở thành nhà cửa hay mục đích khác (tác giả cho rằng đây

có thể là một trong những nguyên nhân dẫn đến việc úng ngập cục bộ trong nội thành

đã xảy ra thường xuyên hơn trước Đặc biệt tại lòng sông Hồng có sự biến động lớn về các đảo cồn cát tại khu vực cầu Long Biên và cầu Chương Dương Năm 1986 đó là các cồn cát nhỏ lẻ, rời rạc nhưng đến năm 1996 tại đây đã xuất hiện một đảo lớn ( hiện tượng này có nhiều nguyên nhân nhưng trong đó có nguyên nhân lớn của công trình thủy điện Hòa Bình) [4] Kết quả nghiên cứu này thực sự là tiếng chuông cảnh báo cho các nhà quản lý về các vấn đề sinh thái, môi trường đã biến động theo nhiều chiều hướng trong đó có nhiều điểm không có lợi cho con người trong thời gian qua

 Tại Kiên Giang, tác giả Nguyễn Đình Dương đã kết hợp với sở khoa học công nghệ và môi trường nghiên cứu lớp phủ bề mặt tại Kiên Giang giai đoạn 1979  1992 bằng kỹ thuật Viễn thám và GIS Kết quả đã cho thấy nhiều biến động không những về diện tích và phân bố đất thổ cư, đất lúa và cả rừng tràm U Minh Thượng  khu vực đang được chính quyền địa phương tập trung nhiều nỗ lực trong việc bảo vệ và phát triển Các biến động hai thời kỳ cho thấy nhiều diện tích rừng tràm giàu (1979) đã được chuyển thành rừng tràm trung bình, đất lúa, đất thổ cư [4] Dựa trên những biến động xác định từ tư liệu Viễn thám và GIS, tác giả đã đánh giá những mặt tích cực cũng như tiêu cực của quá trình phát triển và kiến nghị với UBND tỉnh Kiên Giang một số biện pháp nhằm đảm bảo sự phát triển kinh tế trong sự bền vững của môi trường

 Trong lĩnh vực phòng chống cháy rừng, công nghệ Viễn thám và GIS cũng đã được sử dụng tại Việt Nam Năm 1997, thông qua một dự án hợp tác nghiên cứu Viễn thám với cộng đồng Châu Âu, một trạm thu vệ tinh xách tay đã được lắp đặt thử nghiệm tại Việt Nam và những bức ảnh vệ tinh đầu tiên đã được thu thành công qua hệ thống vệ tinh NOAA, hệ thống vệ tinh TERRA và hệ thống vệ tinh ACQUA Tuy nhiên, phải mất 5 năm sau (mùa khô năm 2002) công nghệ này mới thực sự được ứng dụng trong việc dự báo điểm cháy rừng từ ảnh NOAA-AVHRA dựa vào nguyên lý tìm

ra các dị thường về nhiệt, so sánh với các chỉ thị điểm cháy để đưa ra lời cảnh báo Tính đến thời điểm này hệ thống vệ tinh NOAA đã phát triển thế hệ 17 và chúng sử

sau khi thu nhận tín hiệu từ trạm thu sử dụng phần mềm phân tích để đưa ra ảnh viễn thám và cuối cùng là đưa ra các kết quả dự báo Từ khi đưa hệ thống viễn thám này vào phục vụ công tác dự báo cháy rừng các nhà khoa học đã phát hiện kịp thời và cảnh cáo nhiều vụ cháy lớn như cháy rừng U Minh Thượng, cháy chợ Cần Thơ [11]

Qua một số nghiên cứu nổi bật kể trên chúng ta có thể thấy rằng, trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cũng như hiện trạng lớp phủ đã được nhà nước quan tâm và ứng dụng ương đối rộng rãi trong các ngành quản lý tài nguyên, trong công tác quản lý đất đai cũng như các công trình nghiên cứu khoa học, chính điều này đã góp phần không nhỏ cho việc bảo vệ và phát triển bền vững các nguồn tài nguyên đất đai tại các vùng nghiên cứu

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

2.1.1 Khái niệm về GIS

Khái niệm GIS (Geographic Information System): Là một hệ thống thông tin có khả năng nhập, truy tìm, xử lý, phân tích và xuất các dữ liệu tham chiếu địa lý hay còn gọi là dữ liệu địa không gian (Geospatial data) để phục vụ cho quá trình ra quyết định trong công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trường [11]

2.1.2 Lịch sử phát triển [11, 23]

Tiến sĩ Roger F Tomlinson (17/11/1933 – 09/02/2014) là người đầu tiên đặt ra GIS trong những thập niên 60 khi đang làm việc tại máy tính đầu tiên của chính phủ Canada về xây dựng CSDL địa lý cho quy hoạch đất đai cho đất nước này

Các thời kỳ phát triển của GIS chia thành 3 giai đoạn chính:

 Giai đoạn năm 1960  1970: Kỷ nguyên của sự sáng tạo (The Era of Innovation)

 Giai đoạn năm 1975  1990: Kỷ nguyên của sự thương mại hóa (The Era of Commercialization)

 Giai đoạn năm 1990  nay: Kỷ nguyên của sự khai thác (The Era of Exploitation)

Cụ thể, thời kỳ phát triển GIS chia thành bốn giai đoạn nhỏ sau:

a Giai đoạn 1:

Từ năm 1960s  1970s, GIS được sử dụng mang tính đơn lẻ, cá nhân, hệ thống thiếu tính linh hoạt Có thể kể ra một số tác giả và hệ GIS đầu tiên trong giai đoạn này như R Tomlinson & Canada Geographic Information System (CGIS), H Fisher & SYMAP mapping package

b Giai đoạn 2:

Từ giữa 1970s đến đầu những năm 1980s, chủ yếu là sự truyền bá về GIS, ít phát kiến mới, tập trung chủ yếu ở các cơ quan nghiên cứu Nhà nước

c Giai đoạn 3:

Từ năm 1980  1990 do sự phát triển của kinh tế thị trường, các phần mềm GIS nổi tiếng như ArcInfo in 1982 by ESRI (Environmental Systems Research Institute) Mapinfo ra đời sự phát triên của GIS được chấp nhận

d Giai đoạn 4:

Từ cuối 1980s đến nay đánh dấu sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ sản xuất máy tính điện tử Cấu hình máy vi tính ngày càng mạnh và giá thành của cả phần cứng và phần mềm đều hạ Sự tiến bộ vượt trội của bản đồ vẽ trên máy tính so với bản đồ giấy(nhanh hơn, đẹp hơn, chứa nhiều thông tin hơn,dễ cập nhật, lưu trữ tiện lợi, giá trị sử dụng cao, sai số kỹ thuật và ngẫu nhiên thấp

Trong tương lai GIS sẽ được phát triển một cách toàn diện hơn về các nội dung sau:

 Thay đổi cộng đồng sử dụng GIS từ cơ quan chính phủ sang thành phần kinh doanh (mang tính thị trường)

 Các phần cứng và phần mềm GIS xuất hiện ngày càng nhiều với giá thành ngày càng hạ, dung lượng lớn, cấu hình cao, tính độc lập của hệ thống cao hơn

 Mối quan hệ dữ liệu đuợc tăng cường về mặt bản quyền dữ liệu, Sở hữu và phân phối dữ liệu (Data copyrights, ownerships, and privacy)

 Chất lượng số liệu được chú ý ( Census data, demographic data )

 Ứng dụng các mô hình không gian ngày càng nhiều

 Sự tích hợp của các sách lược phát triển và các kỹ thuật ngoại vi

 Cách thể hiện dữ liệu (Data visualization) và Web GIS

 Môi trường máy tính (Computer environment): Windows vs UNIX và PCs

vs Workstation

Tương lai không xa, khi mà giá thành và tốc độ đường truyền internet, kể cả mạng không dây, được cải tiến vượt bậc thì khả năng ứng dụng GIS trên cơ sở web sẽ có thể lại bùng nổ Các công nghệ Mobile như WiFi, và 2.5 và 3G cellular,

sẽ đem lại khả năng mới cho GIS

2.1.3 Các thành phần của GIS [11]

Một hệ thống thông tin địa lý bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người

và bộ quy định ở cấp độ tổ chức Các hợp phần này phải được hợp nhất tốt nhất phục

vụ cho việc sử dụng GIS hiệu quả và sự phát triển và tương thích của các hợp phần là một quá trình lặp đi lặp lại theo chiều hướng phát triển liên tục Việc lựa chọn và trang

bị phần cứng và phần mềm thường là những bước dễ dàng nhất và nhanh nhất trong quá trình phát triển một hệ GIS Việc thu thập và tổ chức dữ liệu, phát triển nhân sự và thiết lập các quy định cho vấn đề sử dụng GIS thường khó khăn hơn và tốn nhiều thời gian hơn

 Các thiết bị ngoại vi bao gồm bàn số hóa, máy quét, máy in và máy vẽ Các thiết bị này cũng hết sức đa dạng về kích cỡ, kiểu dáng, tốc độ xử lý và độ phân giải

do các hãng khác nhau sản xuất Chúng được kết nối với máy tính để thực hiện việc nhập và xuất dữ liệu

Hình 2.2 Sơ đồ tổ chức một hệ “phần cứng GIS”

(Nguồn: Trần Thị Băng Tâm, 2006)

b. Phần mềm [11]

Phần mềm GIS rất đa dạng và do nhiều hãng khác nhau sản xuất Các phần mềm GIS có thể giống nhau ở chức năng, song khác nhau về tên gọi, hệ điều hành hay môi trường hoạt động, giao diện, khuôn dạng dữ liệu không gian và hệ quản trị cơ sở dữ liệu Theo thời gian, phần mềm GIS phát triển ngày càng thân thiện với người dùng, toàn diện về chức năng và có khả năng quản lý dữ liệu hiệu quả hơn Tuy nhiên, sự gia tăng mạnh mẻ về số lượng người bán phần mềm cũng như năng lực quản lý của GIS

đã khiến cho sự lựa chọn phần mềm GIS trở thành một quyết định không đơn giản Sự lựa chọn đó cần phải căn cứ vào mục đích sử dụng, năng lực tài chính và trình độ cán

bộ Về quy mô hay mục đích sử dụng, GIS có thể được dùng ở cấp địa phương, cấp quốc gia, khu vực hay toàn cầu, cho giáo dục, nghiên cứu khoa học, quy hoạch và quản lý Do vậy, có thể chọn phần mềm tổng quát hay chuyên dụng

Hình 2.3 Phần mềm của GIS

(Nguồn: Trần Thị Băng Tâm, 2006)

Để tạo thuận lợi cho việc kết nối, chia sẻ dữ liệu, nên chọn dùng các hệ đã được tin dùng ở nhiều nơi, các hệ mở dễ thích ứng với những thay đổi và dễ xuất nhập, trao đổi

dữ liệu với các hệ khác

c. Dữ liệu [11]

Dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và phi không gian

 Dữ liệu không gian là dữ liệu về vị trí của các đối tượng trên mặt đất theo một

hệ quy hiếu nào đó Nó có thể được biểu diễn dưới dạng các ô lưới hay các cặp tọa độ hay cả hai, tùy thuộc vào khả năng của từng phần mềm cụ thể

 Dữ liệu phi không gian là dữ liệu thuộc tính hay dữ liệu mô tả các đối tượng

địa lý Dữ liệu thuộc tính thường được trình bày dưới dạng bảng

Sự kết nối giữa dữ liệu không gian và phi không gian trong GIS là cơ sở để xác định chính xác các đối tượng địa lý và thực hiện phân tích tổng hợp GIS Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS là một đầu tư lớn về thời gian, công sức và tiền bạc do vậy, phần dữ liệu GIS phải được quản lý khai thác một cách an toàn, tiện lợi và hiệu quả Với bất kỳ một hệ thông tin nào cũng phải hiểu rõ các loại dữ liệu khác nhau lưu trữ trong chúng Dữ liệu thống kê gắn theo các hiện tượng tự nhiên với mức độ chính xác khác nhau Hệ thống thước đo của chúng bao gồm các biến tên, số thứ tự, khoảng

và tỷ lệ

Trong GIS, phần con người còn được biết đến dưới các tên gọi khác như phần não hay phần sống của hệ thống Con người tham gia vào việc thiết lập, khai thác và bảo trì

hệ thống một cách gián tiếp hay trực tiếp Có hai nhóm người quan trọng trực tiếp quyết định sự tồn tại và phát triển của GIS là người sử dụng và người quản lý sử dụng GIS

Đội ngũ những người sử dụng GIS bao gồm các thao tác viên, kỹ thuật viên hỗ trợ

kỹ thuật và các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau có sử dụng thông tin địa lý Người sử dụng trở thành một thành phần của GIS khi tiến hành những phép phân tích phức tạp, các thao tác phân tích không gian và mô hình hóa Công việc này yêu cầu các kỹ năng để chọn lựa và sử dụng các công cụ từ hộp công cụ của GIS và có kiến thức về các dữ liệu đang được sử dụng Hiện tại và trong những năm trước mắt, GIS vẫn sẽ phụ thuộc vào người sử dụng có nắm vững kiến thức về những gì họ đang làm chứ không đơn giản chỉ ấn một nút là đủ

 Người sử dụng hệ thống: Là những người sử dụng GIS để giải quyết các vấn

đề không gian Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay GIS chuyên dụng Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân tích dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng để truy vấn dữ liệu địa lý Dù được đào tạo chính qui hay tại chức thì người sử dụng hệ thống vẫn phải được thường xuyên đào tạo lại vì phầm mềm GIS thay đổi liên tục và do yêu cầu mới của kỹ thuật phân tích

 Thao tác viên hệ thống: Có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày để

người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả Công việc của họ là sửa chữa khi chương trình bị tắt nghẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có độ phức tạp cao đôi khi học còn có trách nhiệm huấn luyện người dùng, họ cũng là người

có kinh nghiệm như người sử dụng hệ thống Họ hiểu biết về cấu hình phần mềm và phần cứng để có thể yêu cầu nâng cấp Họ còn làm việc như người quản trị hệ thống, quản trị cơ sở dữ liệu, an toàn, toàn vẹn cơ sở dữ liệu để tránh hư hỏng, mất mát dữ liệu

 Nhà cung cấp GIS: Có trách nhiệm cung cấp phần mềm, cập nhật phần mềm,

phương pháp nâng cấp cho hệ thống đôi khi tham gia huấn luyện người dùng GIS thông qua các hợp đồng với quản trị hệ thống

 Nhà cung cấp dữ liệu: Có thể là tổ chức Nhà nước hay tư nhân Thông thường,

các công ty tư nhân cung cấp dữ liệu sửa đổi từ dữ liệu các cơ quan Nhà nước để cho phù hợp với ứng dụng cụ thể Thường thì các cơ quan Nhà nước cung cấp dữ liệu được xây dựng cho chính nhu cầu của họ, nhưng dữ liệu này có thể được sử dụng trong các

tổ chức, cơ quan khác Một số dữ liệu này được bán với giá rẻ hay cho không đối với các dự án GIS phi lợi nhuận

 Người phát triển ứng dụng: Là những người lập trình viên được đào tạo Họ

xây dựng các giao diện người dùng, làm giảm khó khăn khi thực hiện các thao tác cụ thể trên các hệ thống GIS chuyên nghiệp Phần lớn, lập trình GIS bằng ngôn ngữ macro do nhà cung cấp GIS xây dựng để người phát triển ứng dụng có khả năng ghép nối với các ngôn ngữ máy tính truyền thống

 Chuyên viên phân tích hệ thống GIS: Là nhóm người chuyên nghiên cứu

thiết kế hệ thống Phần lớn họ là đội ngũ chuyên nghiệp, có trách nhiệm xác định mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất ký thuật, phân tích đúng đắn, đảm bảo tích hợp tốt hệ thống trong cơ quan Thông thường, chuyên gia phân tích

hệ thống là nhân viên của các hãng lớn chuyên về cài đặt GIS

2.1.4 Chức năng của GIS [11]

Với thành phần như trên, GIS có thể và phải đảm đương các chức năng chủ yếu sau:

 Nhập dữ liệu

Nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu dưới dạng tương tự hay dạng số được biến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS Việc nhập dữ liệu được thực hiện nhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phím và các chương trình hay mô đun nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS

 Quản lý dữ liệu

Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các phương pháp nhập dữ liệu khác nhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc Số chi phí bằng tiền cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và phần mềm GIS ðiều đó phần nào nói lên ý nghĩa của việc quản lý dữ liệu, một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thống thông tin địa lý Chức năng này bao gồm việc tổ chức lưu trữ

và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất

 Phân tích dữ liệu

Phân tích dữ liệu là chức năng quan trọng nhất của GIS GIS cung cấp các công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và phân tích tổng hợp cả hai loại dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới trợ giúp các quyết định mang tính không gian

 Xuất dữ liệu

Chức năng xuất dữ liệu hay còn gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian bằng GIS dưới dạng bản đồ, bảng thuộc tính hay văn bản trên nàm hình hay trên các vật liệu truyền thống khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của người dùng và khả năng của các thiết bị xuất dữ liệu như màn hình, máy in và máy vẽ

Sức mạnh của các chức năng của hệ thống GIS khác nhau là khác nhau Kỹ thuật xây dựng các chức năng cũng rất khác nhau Sơ đồ sau đây mô tả quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn thông tin khác nhau của GIS

Hình 2.4 Các nhóm chức năng trong GIS

(Nguồn: Trần Thị Băng Tâm, 2006)

Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan sát hiện tượng thế giới thực

và từ các tài liệu, bản đồ giấy, đôi khi chúng có sẵn dưới dạng số Kết quả ta có tập dữ liệu thô, có nghĩa là dữ liệu này không được phép áp dụng trực tiếp cho chức năng truy nhập và phân tích của hệ thống Chức năng xử lý sơ bộ dữ liệu sẽ biến đổi dữ liệu thô

thành dữ liệu có cấu trúc để sử dụng trực tiếp các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian Kết quả tìm kiếm và phân tích được xem như diễn giải dữ liệu, đó là tổ hợp hay biến đổi đặc biệt của dữ liệu có cấu trúc Hệ thống thông tin địa lý phải có phần mềm công cụ để tổ chức và lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau, từ dữ liệu thô đến

dữ liệu diễn giải Phần mềm công cụ này phải có các thao tác lưu trữ, truy nhập đồng thời có khả năng hiển thị, tương tác đồ họa với tất cả các loại dữ liệu.

2.1.5 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS

Cấu trúc dữ liệu GIS gồm hai phần cơ bản là dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và

dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian)

a Dữ liệu không gian [25]

Cơ sở dữ liệu không gian chứa đựng những thông tin định vị của các đối tượng, cho biết vị trí, kích thước, hình dạng, sự phân bố… của các đối tượng Các đối tượng không gian được định dạng về ba loại: đối tượng dạng điểm, dạng đường và dạng

vùng Dữ liệu không gian có hai mô hình lưu trữ: mô hình dữ liệu raster và mô hình

dữ liệu vector

Hình 2.5 Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector

(Nguồn: Nguyễn Thùy Linh, 2015) a1 Mô hình dữ liệu Vector

Thông tin về điểm, đường, vùng được mã hóa và lưu dưới dạng tập hợp các tọa độ x,y Đối tượng dạng điểm lưu dưới dạng tọa độ (x,y) Đối tượng dạng đường như đường giao thông, sông suối… được lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm x1y1,x2y2,

…, xnyn hoặc là một hàm toán học, tính được chiều dài Đối tượng dạng vùng như khu vực buôn bán, nhà cửa, thủy hệ… được lưu như một vòng khép kín của các điểm tọa

độ, tính được chu vi và diện tích vùng

Hình 2.6 Biểu diễn thông tin điểm, đường, vùng theo cấu trúc vector

(Nguồn: Nguyễn Thùy Linh, 2015) a2 Mô hình dữ liệu Raster

Trong cấu trúc dữ liệu Raster, đối tượng được biểu diễn thông qua các ô (cell) hay

ô ảnh (pixel) của một lưới các ô Trong máy tính, các ô lưới này được lưu trữ dưới dạng ma trận trong đó mỗi ô lưới là giao điểm của một hàng và một cột trong ma trận Điểm được xác định bởi một pixel (giá trị nhỏ nhất trong cấu trúc Raster), đường được xác định bởi một chuỗi các ô có cùng thuộc tính kề nhau có hướng nào đó, còn vùng được xác định bởi một số các pixel cùng thuộc tính phủ lên trên một diện tích nào đó

Hình 2.7 Cấu trúc dữ liệu Raster

(Nguồn: Nguyễn Thùy Linh, 2015)

Mối quan hệ logic giữa vị trí của các đối tượng trong cấu trúc dữ liệu được gọi là Topology Cấu trúc dữ liệu thuộc topology cung cấp một cách tự động hóa để xử lý việc số hóa, xử lý lỗi; giảm dung lượng lưu trữ dữ liệu

b Dữ liệu thuộc tính [25]

Cơ sở dữ liệu thuộc tính lưu trữ các số liệu mô tả các đặc trưng, tính chất… của đối tượng nghiên cứu Các thông tin này có thể là định tính hay định lượng, được lưu trữ trong máy tính như là tập hợp các con số hay ký tự; ở dạng văn bản và bảng biểu Thông thường, dữ liệu thuộc tính là các thông tin chi tiết cho đối tượng hoặc các số liệu thống kê cho đối tượng Các dữ liệu thuộc tính chủ yếu được tổ chức thành các bảng dữ liệu, gồm có các cột dữ liệu (trường dữ liệu), mỗi cột diễn đạt một trong nhiều thuộc tính của đối tượng và các hàng tương ứng với một bản ghi gồm toàn bộ nội dung thuộc tính của một đối tượng quản lý

2.2 VIỄN THÁM

2.2.1 Khái quát về viễn thám

Viễn thám là khoa học nghiên cứu các phương pháp thu thập, đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng [1]

2.2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên mặt đất [5]

Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trường khí quyển và bề mặt đối tượng cũng như bản thân các đối tượng

Sóng điện từ chiếu tới mặt đất, năng lượng của nó sẽ tác động lên bề mặt trái đất và

sẽ xảy ra các hiện tượng sau:

 Phản xạ năng lượng

 Hấp thụ năng lượng

 Thấu quang năng lượng

Năng lượng bức xạ sẽ chuyển đổi thành ba dạng khác nhau như trên Giả sử coi năng lượng ban đầu bức xạ là E thì khi chiếu xuống các đối tượng nó sẽ chuyển thành năng lượng phản xạ ER, hấp thụ EA và thấu quang ET Có thể mô tả quá trình trên theo công thức:

Trong quá trình này ta phải lưu ý hai điểm:

Thứ nhất là: khi bề mặt đối tượng tiếp nhận năng lượng chiếu tới, tùy thuộc vào

cấu trúc các thành phần, cấu tạo vật chất hoặc điều kiện chiếu sáng mà các thành phần

E, EA, ER, ET sẽ có những giá trị khác nhau đối với các đối tượng khác nhau Do vậy ta

sẽ nhận được các tấm ảnh của các đối tượng khác nhau do thu nhận năng lượng phản

xạ khác nhau Phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt đối tượng, năng lượng phản xạ phổ có thể phản xạ toàn phần, phản xạ một phần, không phản xạ về một hướng hay phản xạ một phần có định hướng

Các dạng phản xạ từ các bề mặt như trên cần được lưu ý khi giải đoán các ảnh viễn thám vệ tinh và máy bay nhất là khi xử lý hình ảnh thiếu các thông tin về các khu vực đang khảo sát

Thứ hai là: năng lượng chiếu tới đối tượng được phản xạ không những phụ thuộc

vào cấu trúc bề mặt đối tượng mà còn phụ thuộc vào bước sóng của năng lượng chiếu tới Do vậy mà trên ảnh ta thấy hình ảnh đối tượng do ghi nhận được khả năng phản xạ phổ của các bước sóng khác nhau sẽ khác nhau

Các hệ thống viễn thám chủ yếu ghi nhận năng lượng phản xạ phổ nên công thức ban đầu có thể viết lại là:

Năng lượng phản xạ bằng năng lượng bức xạ trừ tổng năng lượng hấp thụ và năng lượng thấu quang

Để nghiên cứu sự phụ thuộc của năng lượng phản xạ phổ vào bước sóng điện từ ta đưa ra khái niệm khả năng phản xạ phổ Khả năng phản xạ phổ rλ của bước sóng được định nghĩa bằng công thức:

Mỗi loại đối tượng trong tự nhiên sẽ có cấu trúc các thành phần, cấu tạo vật chất khác nhau do đó cũng có đặc tính phản xạ phổ khác nhau

Hình 2.8 Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

(Nguồn: Lillesand T.M & Kiefer R.W, 1979)

a2 Cấu trúc tế bào

• Trong vùng cận hồng ngoại cấu trúc tế bào của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó

• Các loại thực vật có tế bào lớn hơn thì sẽ phản xạ thấp hơn trong vùng cận hồng ngoại

a3 Thành phần nước

• Trong vùng giữa hồng ngoại thành phần nước của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó

• Lá cây có độ ẩm càng cao thì hấp thụ ánh sáng hồng ngoại càng lớn

• Khi hàm lượng nước trong lá giảm đi thì khả năng phản xạ phổ của lá cây cũng tăng lên đáng kể

Hình 2.10 Đặc tính hấp thụ của lá cây và của nước

(Nguồn: Lillesand T.M & Kiefer R.W, 1979)

Hình 2.11 Ảnh hưởng của thành phần nước đến đặc điểm phản xạ phổ của

thực vật