Sử dụng ảnh viễn thám landsat và GIS xây dựng bản đồ biến động diện tích rừng tại khu du lịch sinh thái gáo giồng

Để góp phần làm cơ sở khoa học xác định nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng rừng cũng như sự thay đổi không gian diện tích rừng, nghiên cứu “Sử dụng ảnh viễn thám Landsat và GIS xây dự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ – MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SỬ DỤNG ẢNH VIỄN THÁM LANDSAT VÀ GIS XÂY DỰNG BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG TẠI KHU DU LỊCH

SINH THÁI GÁO GIỒNG

LÊ THỊ CẨM TIÊN

AN GIANG, THÁNG 05 NĂM 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ – MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SỬ DỤNG ẢNH VIỄN THÁM LANDSAT VÀ GIS XÂY DỰNG BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG TẠI KHU DU LỊCH

SINH THÁI GÁO GIỒNG

LÊ THỊ CẨM TIÊN MSSV: DQM166257

GVHD: TS PHAN TRƯỜNG KHANH

AN GIANG, THÁNG 05 NĂM 2020

i

CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG Khóa luận “Sử dụng ảnh viễn thám Landsat và GIS xây dựng bản đồ biến động diện tích rừng tại khu du lịch sinh thái Gáo Giồng”, do sinh

viên Lê Thị Cẩm Tiên thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS Phan Trường Khanh Tác giả đã báo cáo đề cương nghiên cứu và được Hội đồng Khoa học

và Đào tạo thông qua ngày …./…/2020

ii

LỜI CẢM TẠ

Trước hết em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học An Giang cùng Quý Thầy, Cô Khoa Kỹ thuật – Công nghệ - Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và truyền đạt nhiều kiến thức quý báu cho em trong suốt những năm ở giảng đường đại học

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô, gia đình Con xin cảm ơn ba mẹ đã luôn bên cạnh ủng hộ tinh thần, tiếp sức cho con trong những lúc khó khăn, luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho con an tâm học tập

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS Phan Trường Khanh

đã hướng dẫn, giúp đỡ, truyền đạt nhiều kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình làm khóa luận của mình

Cuối cùng, chân thành cảm ơn tất cả anh, chị trong Chi Cục Kiểm Lâm

và Ban quản lý rừng tràm Gáo Giồng đã cung cấp những thông tin quý báu giúp em hoàn thành đề tài

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Long Xuyên, ngày 24 tháng 02 năm 2020

Người thực hiện

Lê Thị Cẩm Tiên

vi

TÓM TẮT

Sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong xây dựng bản đồ hiện trạng rừng cũng như biến động diện tích rừng đang trở nên khá phổ biến ở Việt Nam Nghiên cứu đã xây dựng thành công bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1:26.000 trong các năm 2006, 2010, 2015 và 2020 tại khu du lịch sinh thái Gáo Giồng, tỉnh Đồng Tháp Dựa trên kết quả giải đoán ảnh, chúng tôi chia ra thành 5 lớp: đất, nước, rừng tràm <6 tuổi, rừng tràm 6-9 tuổi và rừng tràm >9 tuổi Từ các lớp rừng đó, chúng tôi tính toán diện tích biến động các lớp phủ qua các giai đoạn 2006-2010, 2010-2015 và 2015-2020 Kết quả cho thấy suốt giai đoạn năm 2006-2020 tỷ lệ phần trăm diện tích diện tích tràm >9 tuổi hiện nay có tăng nhưng với tỷ lệ rất ít chỉ 12,05%, rừng tràm 6-9 tuổi giảm 14,39%, trừng tràm <6 tuổi tăng 2,26% so với năm 2006 Diện tích đất trống và diện tích mặt nước thay đổi không đáng kể qua các giai đoạn nghiên cứu

Có thể thấy rằng giải đoán ảnh Landsat với độ phân giải trung bình 30 m cho các lớp phủ thực vật trong nghiên cứu này là rất đảm bảo Có thể nói đây

là công cụ hữu ích khi giải đoán ở vùng có diện tích tương đối lớn, tiết kiệm chi phí và công sức khi thực hiện so các phương pháp khác

Từ khóa: GIS, Viễn thám, Gáo Giồng, NDVI, Landsat

vii

ABSTRACT

Using Remote Sensing and GIS technology in building forest status maps as well as forest area changes are becoming quite common in Vietnam

We has successfully been mapping with scale 1: 26,000 in 2006 and 2010;

2015, 2020 at Gao Giong ecotourism area, Dong Thap province Based on the results of image interpretation, we divided into 5 layers: soil, water, melaleuca forest <6 years, 6-9 years and >9 years From those forest layers, we calculated the variation area of the vegetation cover classess over the periods 2006-2010; 2010-2015 and 2015-2020 The results showed that during the period 2006-2020 the percentage of vegetation area at class Melaleuca >9 years increased but at a very small rate of only 12.05%, At age 6-9 years the area decreased by 14.39%, for melaleuca <6 years old increased by 2.26% compared to 2006 The area of bare soild and water surface area no significant change over the research period

It can be seen that the interpretation of Landast images with an average resolution of 30 m for vegetative coverings in this study is very warranted It can be said that this is a useful tool when was done in a relatively large area, saving costs and effort when performing compared to other methods

Keywords: GIS, Remote Sensing, Gao Giong, NDVI, Landsat

viii

LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trong công trình nghiên cứu này có xuất xứ rõ ràng Những kết luận mới về khoa học của công trình nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Long Xuyên, ngày 24 tháng 04 năm 2020

Người thực hiện

Lê Thị Cẩm Tiên

ix

MỤC LỤC

CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG i

LỜI CẢM TẠ ii

TÓM TẮT vi

ABSTRACT vii

LỜI CAM KẾT viii

DANH SÁCH BẢNG xii

DANH SÁCH HÌNH xi

DANH TỪ VIẾT TẮT xii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT 1

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 ĐẶC ĐIỂM KHU DU LỊCH SINH THÁI GÁO GIỒNG 2

2.2 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ RỪNG TRÀM GÁO GIỒNG 4

2.3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN XÃ GÁO GIỒNG 4

2.3.1 Đặc điểm địa hình 4

2.3.2 Khí hậu thủy văn 4

2.3.3 Tài nguyên nước 5

2.3.4 Tài nguyên sinh vật 6

2.4 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI 7

2.5 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 8

2.5.1 Định nghĩa viễn thám 8

2.5.2 Thành phần của viễn thám 8

2.5.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám 9

2.5.4 Phân loại viễn thám 10

2.5.5 Ứng dụng của viễn thám 11

2.6 CHỈ SỐ KHÁC BIỆT THỰC VẬT NDVI 12

2.7 GIỚI THIỆU VỀ ẢNH VỆ TINH LANDSAT 8 15

2.7.1 Ảnh viễn thám 15

2.7.2 Ảnh vệ tinh Landsat 5 17

x

2.7.3 Ảnh vệ tinh Landsat 8 17

2.8 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ARCGIS XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM 20

2.9 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 21

2.9.1 Các nghiên cứu tại Việt Nam 21

2.9.2 Các nghiên cứu ngoài nước 23

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 24

3.2 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 24

3.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 24

3.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 24

3.5 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 24

3.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

3.6.1 Thu thập số liệu thứ cấp 25

3.6.2 Phương pháp bản đồ, viễn thám và GIS 25

3.6.3 Phương pháp xây dựng bản đồ biến động rừng 25

3.7 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA 29

3.8 TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU 29

3.9 NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI 30

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

4.1 HỆ THỰC VẬT KHU DU LỊCH SINH THÁI GÁO GIỒNG 31

4.2 ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ SINH THÁI RỪNG TRÀM 33

4.2.1 Phân bố phần trăm số cây theo chiều cao 33

4.2.2 Phân bố phần trăm số cây theo đường kính (N%/D1,3) 35

4.3 XÂY DỰNG BẢN ĐỒ BAO PHỦ THỰC VẬT TỪ ẢNH VIỄN THÁM 37 4.3.1 Chỉ số NDVI 37

4.3.2 Phân loại không kiểm soát 39

4.4 BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG TRÀM GIAI ĐOẠN 2006-2020 44

4.5 TÌM HIỂU CÔNG TÁC BẢO VỆ RỪNG TẠI KHU DU LỊCH VÀ CHI CỤC KIỂM LÂM 47

xi

4.5.1 Khắc phục sự cố ngập úng của rừng tràm 47

4.5.2 Khắc phục mật độ rừng tràm quá cao 48

4.5.3 Khắc phục tình trạng tràm đã chết và phủ xanh đất trống trên lâm phần 48 4.5.4 Công tác bảo vệ rừng 48

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

5.1 KẾT LUẬN 52

5.2 KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 1 56

PHỤ LỤC 2 59

PHỤ LỤC 3 69

PHỤ LỤC 4 87

PHỤ LỤC 5 95

xii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Giá trị NDVI và sự hiện diện của thực vật 14

Bảng 2.2: Tiêu chuẩn sử dụng để phân loại sử dụng đất 15

Bảng 2.3: Đặc trưng bộ cảm của vệ tinh Landsat 5 17

Bảng 2.3: Đặc trưng bộ cảm của vệ tinh Landsat 8 (LDCM) 19

Bảng 3.1: Các mốc thời gian và nội dung thực hiện 29

Bảng 4.1: Đặc trưng lâm học của rừng tràm tại Gáo Giồng 33

Bảng 4.2: Phần trăm số cây tràm cá thể phân theo chiều cao ở cấp tuổi rừng 34 Bảng 4.3: Tỷ lệ phần trăm cây tràm cá thể theo cấp kính của ba cấp tuổi rừng 36

Bảng 4.4: Hình minh họa các mẫu của kênh phổ 4,3,2 và kênh phổ 5,4,3cho các lớp thực vật của khu du lịch sinh thái Gáo Giồng 38

Bảng 4.5: NDVI của các lớp thực vật ở khu du lịch sinh thái Gáo Giồng 38

Bảng 4.6: Diện tích đất rừng (ha) tại Gáo Giồng qua các năm nghiên cứu 44

Bảng 4.7: Biến động diện tích các lớp phủ thực vật giai đoạn 2006-2020 46

xi

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Lung sen tại khu du lịch sinh thái Gáo Giồng 3

Hình 2.2: Bản đồ khu du lịch sinh thái Gáo Giồng 4

Hình 2.3: Quần xã Súng trong rừng tràm Gáo Giồng 6

Hình 2.4: Cò nhạn trong rừng tràm Gáo Giồng 7

Hình 2.5: Các thành phần của viễn thám 8

Hình 2.6: Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 9

Hình 2.7: Phân loại hệ thống viễn thám theo nguồn dữ liệu 11

Hình 2.8: Mối quan hệ giữa chỉ số NDVI với sự hiện diện của thực vật 12

Hình 2.9: Mô phỏng chỉ số NDVI 13

Hình 2.10: Môi trường làm việc trong Acrgis 21

Hình 3.1: Các bước xây dựng bản đồ hiện trạng và thay đổi diện tích rừng 26 Hình 4.1: Sự hiện diện của các loài thực vật tại khu du lịch sinh thái Gáo Giồng 32

Hình 4.2: Phân bố phần trăm số cây ở các cấp tuổi theo chiều cao 34

Hình 4.3: Phân bố phần trăm số cây ở các cấp tuổi theo đường kính 36

Hình 4.4: Bản đồ bao phủ thực vật cho khu du lịch sinh thái Gáo Giồng năm 2006 bằng phương pháp phân loại không kiểm soát 40

Hình 4.5: Bản đồ bao phủ thực vật cho khu du lịch sinh thái Gáo Giồng năm 2010 bằng phương pháp phân loại không kiểm soát 41

Hình 4.6: Bản đồ bao phủ thực vật cho khu du lịch sinh thái Gáo Giồng năm 2015 bằng phương pháp phân loại không kiểm soát 42

Hình 4.7: Bản đồ bao phủ thực vật cho khu du lịch sinh thái Gáo Giồng năm 2020 bằng phương pháp phân loại không kiểm soát 43

Hình 4.8: Diện tích đất rừng (ha) tại Gáo Giồng qua các năm nghiên cứu 45

Hình 4.9: Sự thay đổi phần trăm diện tích tràm theo cấp tuổi giai đoạn 2006-2020 46

xii

DANH TỪ VIẾT TẮT

ENVI Enviroment for Viusualizing

Images

Phần mềm môi trường xử lý ảnh

System

Hệ thống thông tin địa lý

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu NDVI The Normalized Difference

Vegetation Index

Chỉ số khác biệt thực vật

OLI Operational Land Imager Bộ thu nhận mặt đất

TIRS Thermal Infrared Sensor Cảm biến hồng ngoại nhiệt

1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT

Rừng tràm Gáo Giồng có diện tích 1.657 ha thuộc xã Gáo Giồng, huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp Đây là vùng đất điển hình của hệ sinh thái Đồng Tháp Mười, là khu rừng phòng hộ - lá phổi xanh cho nhiều loài chim, cá và thực vật sinh sôi, nảy nở, đặc biệt là loài cò nhạn quý hiếm, nằm trong sách Đỏ Việt Nam Sự đa dạng sinh học, cảnh quan thiên nhiên đẹp, hoang sơ, khí hậu trong lành, mát mẻ, là những lợi thế để Gáo Giồng có thể phát triển loại hình

du lịch sinh thái (Tạp chí môi trường Việt Nam, 2018)

Theo Viện Nghiên cứu phát triển du lịch (2000), khu du lịch Gáo Giồng

là một trong các điểm du lịch ở tỉnh Đồng Tháp có ý nghĩa quốc gia và vùng Tuy nhiên, thời gian qua rừng ở vùng đệm Gáo Giồng có nhiều biến động cả

về diện tích và chất lượng kéo theo nhiều hệ lụy về khủng hoảng sinh thái như suy giảm đa dạng sinh học, xuống cấp hệ sinh thái gây khó khăn cho chính quyền địa phương trong việc quản lý

Ngày nay, sự phát triển của khoa học công nghệ cũng như khoa học kỹ thuật không thể không kể đến sự ra đời của ảnh vệ tinh và công nghệ viễn thám - GIS đã hỗ trợ con người rất nhiều trong việc nghiên cứu biến động diện tích tài nguyên rừng, đồng thời tìm hiểu và đề xuất các biện pháp quản lý về môi trường và tài nguyên thiên nhiên mà không cần tiếp xúc trực tiếp Dữ liệu viễn thám có tính chất đa thời gian, đa phổ, phủ chùm diện tích rộng cho phép chúng ta cập nhật thông tin tiến hành nghiên cứu một cách nhanh chóng, hiệu quả tiết kiệm thời gian và công sức Việc kết hợp sử dụng ảnh viễn thám có độ phân giải cao trong việc quản lý tài nguyên đã và đang là một hướng đi mới phục vụ công tác quy hoạch tài nguyên

Để góp phần làm cơ sở khoa học xác định nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng rừng cũng như sự thay đổi không gian diện tích rừng, nghiên cứu

“Sử dụng ảnh viễn thám Landsat và GIS xây dựng bản đồ biến động diện tích rừng tại khu du lịch sinh thái Gáo Giồng” được thực hiện nhằm hỗ trợ

cho công tác quản lý rừng ngày càng được tốt hơn

2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 ĐẶC ĐIỂM KHU DU LỊCH SINH THÁI GÁO GIỒNG

Khu rừng Tràm Gáo Giồng được thành lập theo Quyết định số 372/2001/QĐ-UB ngày 14 tháng 5 năm 2001, của UBND huyện Cao Lãnh về việc thành lập Ban Quản lý rừng tràm Gáo Giồng Với diện tích khoảng 1.500

ha, trong đó có khoảng hơn 1.000 ha là rừng tràm trồng (Melaleuca Cajuputi Power), (gọi tắt là tràm Cajuputi), còn lại là diện tích trảng cỏ, kênh mương

Nhiệm vụ chủ yếu là quản lý, phát triển rừng tràm, bảo vệ môi trường, phát triển du lịch sinh thái, góp phần phát triển bộ mặt nông thôn vùng sâu Qua hơn 20 năm hoạt động, khu rừng Tràm Gáo Giồng đã mang lại hiệu quả về kinh tế - xã hội lớn cho địa phương

Khu du lịch Gáo Giồng có diện tích 350 ha thuộc rừng tràm Gáo Giồng (1.657 ha), ở ấp 6, xã Gáo Giồng, huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp Gáo là tên của một loài cây; Giồng là phần đất cao do thiên nhiên tạo nên, chạy dài (Huỳnh Công Tín, 2007) Như vậy, Gáo Giồng là phần đất cao, chạy dài, có nhiều cây Gáo Theo người dân địa phương, trước đây vùng đất Gáo Giồng rất khắc nghiệt (mùa khô thì đất đai nứt nẻ, mùa mưa thì nước mênh mông, nhiều phèn) nên ít có loài cây nào có thể phát triển được ngoại trừ cây Gáo Từ đó, Gáo đã trở thành biểu tượng của sự sống trong điều kiện khó khăn nên người dân địa phương đã lấy tên loài cây đặt cho vùng đất

Gáo Giồng là một trong những rừng tràm sản xuất lớn nhất của tỉnh Đồng Tháp, cách trung tâm của thành phố Cao Lãnh khoảng 17 km Đây là vùng đất điển hình của hệ sinh thái Đồng Tháp Mười, là khu rừng phòng hộ -

lá phổi xanh cho nhiều loài chim, cá và thực vật sinh sôi, nảy nở, đặc biệt là loài cò nhạn quý hiếm, nằm trong sách Đỏ Việt Nam (Châu Hông Thắng, 2018)

Trước đây, rừng tràm Gáo Giồng là vùng đất hoang hóa, nhiễm phèn nặng, chỉ có cỏ năng, cỏ lác, vài cụm tràm, gáo chen lẫn các lung, bàu, kênh rạch tự nhiên Một số hộ dân vào mở lõm phần diện tích ven kênh rạch để trồng lúa nhưng chỉ làm vài vụ rồi bỏ vì năng suất thấp, họ chuyển sang bắt cá, chuột, rắn, rùa…(Nguyễn Thị Thanh Thảo, 2011)

Sau đó, huyện Cao Lãnh đã có chủ trương khai hoang vùng đất này, một

số ý kiến đề xuất đào kênh, tháo chua, rửa phèn, trồng lúa với hy vọng mỗi năm thu hoạch vài trăm tấn, nhằm giải quyết nhu cầu về lương thực lúc bấy giờ Tuy nhiên, để BVMT sinh thái, chính quyền địa phương đã quyết định

"Đồng Tháp Mười thu nhỏ", không chỉ đóng vai trò điều tiết dòng chảy của lũ, tạo không khí trong lành cho cả khu vực mà rừng tràm Gáo Giồng còn trở thành nơi sinh sống của nhiều loài động, thực vật đặc trưng, quý hiếm Theo thống kê của Ban Quản lý rừng tràm Gáo Giồng, hiện nay, rừng có 15 loài chim nước sinh sống, làm tổ, điển hình như trích mồng đỏ, cò nhạn, cò trắng, cồng cộc, nhan điển… Vào mùa nước nổi, các lung sen là nơi quy tụ hàng nghìn con trích mồng đỏ thư thả nhổ những cọng năng tươi non, thỉnh thoảng cất tiếng gáy kèm theo vũ điệu nhẹ nhàng, uyển chuyển; Trên những vạt rừng rộng mênh mông, đàn cò rủ nhau bay lượn phủ trắng cả một góc trời, tạo thành một khung cảnh tuyệt đẹp, trong đó, chiếm số lượng nhiều nhất là loài cò nhạn (Tạp chí môi trường Việt Nam, 2018)

Hình 2.1: Lung sen tại khu du lịch sinh thái Gáo Giồng

4

2.2 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ RỪNG TRÀM GÁO GIỒNG

Theo niên giám thống kê huyện Cao Lãnh (2018): khu du lịch Gáo Giồng nằm ở ấp 6, xã Gáo Giồng, huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp Địa giới hành chính được xác định như sau: phía Đông giáp kênh Gáo Giồng, phía Tây giáp kênh Bảy Thước và Đường Gạo, phía Nam giáp kênh Bà Chủ, phía Bắc giáp kênh Mỹ Phong – Mỹ Hòa

Hình 2.2: Bản đồ khu du lịch sinh thái Gáo Giồng

Gáo Giồng chia thành 4 khu với trên 70 km phân lô, 20 km đê bao khép kín Hệ sinh thái nằm trên diện tích khoảng 1.700 ha, trong đó có 250 ha rừng tràm nguyên sinh với những bưng trấp, lung, bàu đầy sen, súng, lau sậy,…(Đỗ Thị Như Uyên, 2019)

Khu vực rừng tràm Gáo Giồng được quy hoạch thành 3 khu vực chính: khu vực bảo tồn (384 ha), khu du lịch sinh thái (103,9 ha), khu vực sản xuất (1.004,7 ha) (Chi cục kiểm lâm Đồng Tháp, 2015) Kết quả điều tra khảo sát

bổ sung của Trung tâm Nghiên cứu Rừng và Đất ngập nước năm 2014, đất

khu rừng tràm Gáo Giồng thuộc nhóm đất phèn (Thionic Fluvisols)

2.3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN XÃ GÁO GIỒNG

2.3.2 Khí hậu thủy văn

Theo Cục thống kê tỉnh Đồng Tháp (2018), xã Gáo Giồng nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô, có nền nhiệt cao và ổn định, lượng mưa nhiều và phân bổ theo mùa

5

Chế độ nhiệt

Nhiệt độ trung bình hằng năm khá cao và ổn định khoảng 27,10C Biên

độ nhiệt độ giữa các tháng nóng nhất và lạnh nhất từ 2-30C Đây là điều khá thuận lợi để phát triển nông nghiệp

Nhiệt độ trung bình cao nhất trong năm (khoảng tháng 4) là 28,60C Nhiệt độ trung bình thấp nhất trong năm (khoảng tháng 1) là 25,40C

Chế độ mưa

Lượng mưa bình quân hàng năm thấp 1.332 mm và chia thành hai mùa

rõ rệt: mùa khô à mùa mưa

Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11, chiếm trên 90% lượng mưa cả năm, đặc biệt các tháng mưa lớn trùng với các tháng mùa lũ (từ tháng 7 đến tháng 11) đã xảy ra tình trạng nước lũ dâng cao ở sông rạch và ngập úng trong đồng ruộng do mưa lớn tại chỗ Riêng khu vực nằm trong ngày mưa lớn thường kèm theo lốc xoáy Vào mùa lũ, nước từ sông Mê Kông đổ về cộng với mức nước dâng cao do triều cường làm cho sự chênh lệch mực nước thấp nên khả năng thoát nước lũ kém

Mùa khô

Mùa khô thường bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, mực nước đỉnh triều hầu như thấp hơn các cao trình đồng ruộng nên phải sử dụng bơm nước bổ sung nước cho cây trồng Lượng mưa thấp, chỉ chiếm dưới 10% lượng mưa của năm Trong những tháng này các cây trồng thiếu nước nghiêm trọng

Độ ẩm không khí

Độ ẩm bình quân hằng năm khá cao, khoảng 83% và thay đổi theo chế

độ của mùa Tuy nhiên, không có sự chênh lệch lớn giữa các tháng mùa khô

và mùa mưa nên khá thuận lợi cho sản xuất

Chế độ nắng

Tổng số giờ nắng bình quân hàng năm tương đối cao với 2.688 giờ Số giờ nắng thấp nhất của tháng là 179 giờ (thường là tháng 9), số giờ nắng cao nhất của tháng là 282 giờ (thường vào tháng 3) Mùa khô có số giờ nắng trung bình 8 giờ/ngày, mùa mưa có số giờ nắng trung bình 6 giờ/năm

2.3.3 Tài nguyên nước

Tài nguyên nước mặt: xã có nguồn nước ngọt dồi dào được cung cấp bởi kênh trục chính An phong Mỹ Hòa và các kênh cấp 1 khác như kênh Ranh

6

Đường Gạo, kênh Mười Tạ, kênh Gáo Giồng,… nước lũ đầu mùa hằng năm mang về một lượng phù sa tương đối lớn bồi đắp cho đồng ruộng, tiết kiệm phân bón, tăng độ phì của đất, chống lão hóa đất, giúp sản xuất 3 vụ lúa cho năng suất cao (Trần Quốc Nghĩa, 2015)

Tài nguyên nước ngầm: vùng nước ngầm có chất lượng tương đối tốt và trữ lượng cao đủ điều kiện khai thác phục vụ nước sinh hoạt (Trần Quốc Nghĩa, 2015)

2.3.4 Tài nguyên sinh vật

Theo thống kê của Ban quản lý rừng tràm Gáo Giồng, hiện nay tại Gáo Giồng có hơn 100 loài chim sinh sống và làm tổ nơi đây như cò nhạn, cò trắng, cồng cộc; trong đó có hai loại quý hiếm trong Sách Đỏ Việt Nam là cò nhạn và nhan điểng (Nguyễn Văn Trí, 2018) Ngoài ra, Gáo Giồng còn là vựa

cá lớn của vùng, cũng rất phong phú với các loài cá như cá lóc, các sặc, cá lăng,… Đặc biệt mùa nước nổi, từ đàn cá linh từ Biển Hồ theo nước về đây, một đặc sản ở Gáo Giồng (Trần Mai Hưởng, 2018) Hệ thực vật nơi đây rất đặc trưng của vùng Đồng Tháp Mười như: tràm, sậy, lúa ma, sen, súng, cỏ mồm, cỏ năng,… (Trần Mai Hưởng, 2018)

Hình 2.3: Quần xã Súng trong rừng tràm Gáo Giồng

7

Hình 2.4: Cò nhạn trong rừng tràm Gáo Giồng

2.4 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI

Dân cư sống chung quanh bìa rừng chủ yếu sống bằng nghề nông, làm ruộng một bộ phận nhỏ dân cư nghèo chủ yếu làm thuê lúc nhàn rỗi thường xuyên vào rừng bắt ong, cá, chim, cò Điều kiện dân sống chung quanh vành đai hết sức khó khăn, thiếu thốn, thu nhập không ổn định (Báo cáo về kết quả thực hiện nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội của UBND xã Gáo Giồng, 2018)

Về giáo dục, đã duy trì và thực hiện phổ cập giáo dục tiểu học, trung học

cơ sở đúng độ tuổi, tổ chức hướng nghiệp cho học sinh sau trung học cơ sở

Cơ sở vật chất trang thiết bị y tế và đội ngũ y bác sĩ đáp ứng được nhu cầu khám, chữa bệnh cho nhân dân, thực hiện nhiều giải pháp phòng ngừa dịch bệnh nên về cơ bản trên địa bàn ổn định được dịch bệnh và có giảm so cùng

kỳ Toàn xã có 6/6 ấp được công nhận ấp văn hóa, xã đạt danh hiệu xã văn hóa Xã hiện còn 92 hộ nghèo chiếm tỷ lệ 4,95%, hộ cận nghèo chiếm 11,85% (Theo Báo cáo về kết quả thực hiện nhiệm vụ phát triển kinh tế-xã hội của UBND xã Gáo Giồng, 2018)

Về y tế, xã có trạm y tế nằm ở trung tâm xã với diện tích 1.000m2 (đã đạt chuẩn quốc gia), có 12 giường bệnh phục vụ khám và điều trị bệnh cho nhân dân trên địa bàn Công tác chăm sóc sức khỏe nhân dân được quan tâm, xây dựng vườn thuốc nam có trên 30 loại cây thuốc theo danh mục quy định, kết hợp chặt chẽ đông, tây y trong khám chữa bệnh cho nhân dân, xã hội hóa mua

xe cứu thương 135 triệu đồng (Báo cáo về kết quả thực hiện nhiệm vụ phát triển kinh tế-xã hội của UBND xã Gáo Giồng, 2018)

Theo Lê Quang Trí và ctv (2000), viễn thám được định nghĩa như sau:

“Viễn thám là sự thu thập và phân tích thông tin về các đối tượng, sự thu thập

và phân tích này được thực hiện từ một khoảng cách không gian không có sự tiếp xác trực tiếp đến các vật thể Máy bay hay vệ tinh là những vật mang chủ yếu phục vụ cho sự quan trắc trong viễn thám”

Theo Schowengerdt, Robert A (2007), viễn thám được định nghĩa là phép đo lường các thuộc tính của đối tượng trên bề mặt trái đất sử dụng dữ liệu thu được từ máy bay và vệ tinh

2.5.2 Thành phần của viễn thám

Trong hầu hết hệ thống viễn thám, quá trình thu nhận tín hiệu diễn ra bởi sự tương tác giữa bức xạ tới và đối tượng quan sát Sơ đồ dưới đây sẽ minh họa quá trình chụp ảnh và 07 thành phần cơ bản trong một hệ thống viễn thám (Hình 2.3)

Hình 2.5: Các thành phần của viễn thám

Trong đó:

- A là nguồn năng lượng

9

- B là những tia phát xạ và khí quyển

- C là sự tương tác với đối tượng

- D là thu nhận năng lượng bằng bộ cảm

- E là sự truyền tải, thu nhận và xử lý

- F là giải đoán và phân tích ảnh

- G là ứng dụng của viễn thám

2.5.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Theo Nguyễn Khắc Thời (2011), sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ

từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu và đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã định Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể

Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét Phương tiện mang các bộ cảm biến được gọi là vật mang (máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh)

Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận

Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu nhận và xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan đến các vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, môi trường

Hình 2.6: Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám

Nguồn: Phạm Vọng Thành, 2019

10

Trong toàn bộ quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám có thể chia thành 5 phần cơ bản như sau:

- Nguồn cung cấp năng lượng

- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển

- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt trái đất

- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh

- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lý

Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển sẽ

bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tùy thuộc vào từng bước sóng cụ thể Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sóng được từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận được Khí quyển có đặc điểm quan trọng đó là tương tác khác nhau đối với bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau Đối với viễn thám quang học, nguồn năng lượng cung cấp chủ yếu là do mặt trời và sự có mặt cũng như thay đổi các phân tử nước và khí (theo không gian và thời gian) có trong lớp khí quyển là nguyên nhân chủ yếu gây nên sự biến đổi năng lượng phản xạ từ mặt đất đến bộ cảm biến Khoảng 75% năng lượng mặt trời khi chạm đến lớp ngoài của khí quyển được truyền xuống mặt đất và trong quá trình lan tuyền sóng điện từ luôn bị khí quyển hấp thụ, tán xạ và khúc xạ trước khi đến bộ cảm biến Các loại khí như oxy, nito, cacbonic, ozon, hơi nước và các phân tử

lơ lửng trong khí quyển là tác nhân chính ảnh hưởng đến sự suy giảm năng lượng sóng điện từ trong quá trình lan truyền

2.5.4 Phân loại viễn thám

Theo Phạm Khánh Chi (2013), viễn thám thường được phân loại theo ba hướng chính: Phân loại theo nguồn dữ liệu thì viễn thám (hình 2.3) chia làm hai loại viễn thám chủ động và viễn thám bị động

11

Hình 2.7: Phân loại hệ thống viễn thám theo nguồn dữ liệu

Nguồn: D Lichaa El-Khoury, 2000

Viễn thám chủ động: Nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ thiết bị nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay

Viễn thám bị động: Nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên

Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo thì viễn thám cũng chia làm hai loại: Viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) Phân loại theo bước sóng thu nhận thì viễn thám gồm viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại, viễn thám hồng ngoại và viễn thám siêu cao tần

2.5.5 Ứng dụng của viễn thám

Ngày nay công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

- Quản lý tài nguyên đất: Lập bản đồ và theo dõi biến động sử dụng đất,

lập bản đồ thổ nhưỡng, nghiên cứu xói mòn, thoái hóa đất, sa mạc hóa

- Quản lý và giám sát tài nguyên nước: Lập bản đồ phân bố mạng lưới

thủy văn, bản đồ phân bố nước ngầm, theo dõi biến động lòng sông, giám sát chất lượng nước

- Giám sát tài nguyên và môi trường biển: Lập bản đồ các hệ sinh thái

nhạy cảm như rừng ngập mặn, đất ngập nước, rạn san hô; theo dõi biến động đường bờ; theo dõi tràn dầu

- Lâm nghiệp: Phân loại, kiểm kê rừng, đánh giá trữ lượng, sinh khối,

theo dõi diễn biến diện tích rừng, theo dõi cháy rừng

12

- Nông nghiệp: Phân loại và theo dõi biến động sử dụng đất nông nghiệp,

theo dõi mùa màng (sinh trưởng, năng suất, lịch gieo trồng, sâu bệnh)…

- Nghiên cứu địa chất: Thành lập bản đồ địa chất, bản đồ phân bố

khoáng sản, bản đồ phân bố nước ngầm

- Quản lý tai biến: Theo dõi, dự báo tai biến sạt trượt lở, ngập lụt, tai

biến địa chất, cháy rừng

- Quản lý đô thị: Quản lý cơ sở hạ tầng đô thị, theo dõi biến động đô thị,

quy hoạch đô thị, nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị

- Y tế và chăm sóc sức khỏe cộng đồng: Theo dõi diễn biến khí hậu, thời

tiết (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa), sự thay đổi chất lượng môi trường (không khí, nước) qua đó đánh giá, dự báo các tác động đến sức khỏe cộng đồng

và phép so sánh giữa chúng Chỉ số thực vật NDVI được tính theo công thức:

NDVI = (NIR – Red)/(NIR + RED)

Nguồn: Tucker,1979; Jacktion et al, 1983; Tucker et al, 1991

Hình 2.8: Mối quan hệ giữa chỉ số NDVI với sự hiện diện của thực vật

Nguồn: Dorrit Gros, 2005

Trong đó kênh ảnh NIR và RED lần lượt thể hiện giá trị kênh phổ phản

xạ của đối tượng trên kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ

13

Hình 2.9: Mô phỏng chỉ số NDVI

Nguồn: Dorrit Gros, 2005

Nếu cây xanh tốt thì phản xạ đối với band NIR lớn và bước sóng nhìn thấy rõ và chỉ số thực vật có thể tính được là NDVI = 0.72 lớn hơn rất nhiều so với cây lúa bị úa vàng thì phản xạ đối với band NIR nhỏ hơn và với bước sóng nhìn thấy nhỏ chỉ số thực vật có thể được tính là NDVI = 0.14 Vì vậy từ giá trị định lượng của NDVI ta có thể xác định được trạng thái sinh trưởng và phát triển của thực vật

Giá trị NDVI biến động trong khoảng -1 < NDVI < +1 Ảnh NDVI có độ sắc sáng và tối tương ứng với mật độ che phủ của thực vật dày hay thưa thớt (Gross, 2005) Những vùng có chỉ số NDVI cao hay có độ sắc sáng trên ảnh là nơi có cây trồng phát triển tốt và mật độ dày, khi giá trị NDVI giảm dần thì mật độ che phủ cũng giảm tương ứng Giá trị NDVI bằng 0 hoặc mang giá trị

âm tương ứng với nơi không có sự hiện diện của thực vật như đô thị, đất trống, sông rạch hoặc đất bị ngập nước

Các giá trị NDVI và sự hiện diện của thực vật được thể hiện ở bảng (2.1)

14

Bảng 2.1: Giá trị NDVI và sự hiện diện của thực vật

Giá trị NDVI Giá trị số tương ứng trên

Bảng 2.2: Tiêu chuẩn sử dụng để phân loại sử dụng đất

0.74 > NDVI >0.46 Cây mùa vụ có nước (Irrigated crops) 0.46 > NDVI > 0.2 Cây mùa vụ nước trời (Rainfred

crops) 0.2 > NDVI > 0.15 Đất hoang (Fallow land)

0.15 > NDVI > 0.05 Đất trống (Bare soils)

0.05 > NDVI > 0.001 Đất làm muối (Salt pans)

Nguồn: B.R.Parida et al, 2008

Như vậy, với một khoảng giá trị NDVI xác định sẽ xác định được nơi có

sự hiện diện của thực vật, tại những thời điểm khác nhau thì giá trị NDVI sẽ khác nhau, những vùng có nhiều loại khác nhau nhưng cùng mức độ phản xạ phổ sẽ có giá trị giống nhau

15

2.7 GIỚI THIỆU VỀ ẢNH VỆ TINH LANDSAT 8

2.7.1 Ảnh viễn thám

2.7.1.1 Khái niệm ảnh viễn thám

Ảnh viễn thám được tạo bởi mảng hai chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thước được gọi là pixel Mỗi pixel được xác định bởi tọa độ hàng (m), cột (n) và giá trị độ xám (g) của nó là g(m, n) biến đổi theo tọa độ điểm (x,y) Tọa

độ hàng và cột của mỗi pixel đều là các số nguyên Còn giá trị độ xám của pixel nằm trong thang độ xám từ 0-255 (thang độ xám 256 bậc theo đơn vị thông tin 8 bit)

Đối với ảnh vệ tinh dạng số thì mỗi phần tử ảnh của pixel thể hiện một khu vực bề mặt trên trái đất Giá trị độ xám của pixel được tính bằng trị trung bình của độ phản xạ phổ của toàn bộ khu vực nằm trong phạm vi của pixel Ta

có thể thu được ảnh số nhờ các thiết bị số hóa, cụ thể là máy quét ảnh

2.7.1.2 Các đặc trưng cơ bản của viễn thám

Theo Nguyễn Khắc Thời (2011) trong viễn thám, việc thu nhận ảnh số được thực hiện nhờ các hệ thống cảm biến đặt trên các vệ tinh hoặc trên tàu vũ trụ Các cảm biến này quét và định mẫu năng lượng phản xạ bề mặt trái đất tại vùng mà vệ tinh bay qua Trong cùng một thời điểm các năng lượng phổ ghi nhận được phân tích liên tục nhờ hệ thống lăng kính tách tia đặc biệt và được ghi lại sau khi đã lượng tử hóa thành các phổ băng khác nhau tạo ra ảnh số viễn thám hay gọi là ảnh số đa phổ Loại ảnh này có đặc trưng riêng của chúng

là đặc trưng phổ, đặc trưng không gian và đặc trưng thời gian

- Đặc trưng phổ: Các đối tượng khác nhau dưới mặt đất phản xạ các bước sóng điện từ khác nhau, vì thế các đối tượng mặt đất thuộc cùng một lớp sẽ có phổ (độ đen) khác nhau trong các băng phổ khác nhau Các đối tượng thuộc các lớp khau nhau cũng sẽ có phổ khác nhau trên cùng một băng phổ Đây chính là đặc trưng phổ của ảnh viễn thám, đặc trưng này được thể hiện ở dạng đường cong đặc trưng phổ

- Đặc trưng không gian: Đặc trưng không gian chính là đặc trưng hình học của ảnh viễn thám và thể hiện dưới ba dạng là độ phân giải, cấu trúc của ảnh và méo ảnh Độ phân giải của tư liệu ảnh viễn thám thể hiện ở ba vấn đề:

độ phân giải không gian, độ phân giải phóng xạ và độ phân giải phổ

- Độ phân giải không gian: Độ phân giải không gian của ảnh là khoảng cách tối thiểu giữa hai đối tượng mà chúng được phân chia và tách biệt với nhau trên ảnh Trên lý thuyết độ phân giải không gian của ảnh được xác định bởi góc nhìn tức thời của bộ thu (IFOV) Giá trị này là kích thước đo được

16

trên mặt đất được nhìn bởi một phần tử của bộ ghi tại một thời điểm Độ phân giải không gian thường được thể hiện bằng kích thước của pixel, ví dụ như ảnh Landsat TM là (30x30m) hay ảnh SPOT-XS là (20x20)m và SPOT-PAN

là (10x10)m… Độ phân giải không gian là một dịch vụ rất quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của công tác đo vẽ bản đồ và của công tác phân loại

- Độ phân giải phóng xạ: Độ phân giải phóng xạ của ảnh được định nghĩa

là sự thay đổi nhỏ nhất về độ xám có thể phát hiện được bởi bộ thu Theo lý thuyết độ phân giải phóng xạ của hệ thống viễn thám phụ thuộc vào tỷ số của tín hiệu và nhiễu Tuy nhiên, trên thực tế độ phân giải phóng xạ của ảnh số được xác định bởi số bậc được sử dụng để biểu diễn giá trị độ xám của mỗi pixel Ảnh có độ phân giải càng cao thì sử dụng càng nhiều bậc để biểu diễn giá trị độ xám của pixel và cho phép phân biệt được những thay đổi nhỏ hơn

về độ xám của các đối tượng

- Độ phân giải phổ: Tín hiệu phản xạ từ các đối tượng trên mặt đất có thể thu nhận theo các dải bước sóng khác nhau Mỗi dải sóng đó được gọi là một băng (band) hay một kênh (Chanel) Ví dụ ảnh Spot thu nhận tín hiệu trên ba kênh: xanh lá cây, đỏ và gần hồng ngoại

- Cấu trúc của ảnh: Cấu trúc của ảnh cho ta các đường viền, hướng, vị trí kích thước và sự phân bố các mẫu của đặc trưng này Nó là cơ sở chính để nội suy địa hình, thừa nhận cấu trúc hoặc màu tổng hợp không gian từ dò tìm đường bao hoặc rút ra các đặc trưng tuyến tính

- Méo ảnh: Méo ảnh là sự không tương tự giữa ảnh và lưới chiếu bản đồ tương ứng với các đặc trưng của mặt đất Để dùng ảnh viễn thám vào mục đích vẽ bản đồ thì méo hình của ảnh bắt buộc phải hiệu chỉnh Đây là mục đích chính của công tác nắn chỉnh ảnh viễn thám

- Đặc trưng thời gian: Đặc trưng này có được là do theo chu kỳ hoạt động của vệ tinh, cứ sau một thời gian nhất định thu được ảnh ở vị trí ban đầu Đặc trưng thời gian của ảnh viễn thám được thể hiện về sự khác nhau giữa phổ

và cấu trúc giữa các ảnh đa thời gian, nó là cơ sở chính để dự báo về những biến đổi của bề mặt trái đất hay nói cách khác là sự thay đổi của môi trường

- Đặc trưng chiếc suất thông tin liên hợp: Ngoài ba đặc trưng trên, người

ta có thể sử dụng thông tin trên từng băng của ảnh để chồng xếp với nhau, tức

là người ta có thể tổng hợp các thông tin trên các band với nhau để tạo ra một băng mới, tạo ra cho ta khoảng khai thác tư duy nhiều hơn Hay nói cách khác

vì ảnh ở dạng số nên người ta có thể cộng, trừ, nhân, chia… các band ảnh với nhau

17

2.7.2 Ảnh vệ tinh Landsat 5

Theo cơ quan khảo sát địa chất Hoa Kỳ (2013), vệ tinh Landsat 5 được phóng

lên quỹ đạo ngày 1/03/1984 thay thế cho vệ tinh Landsat 5

Bảng 2.3: Đặc trưng bộ cảm của vệ tinh Landsat 5

Bước sóng Độ phân giải

Theo cơ quan khảo sát địa chất Hoa Kỳ (2013), vệ tinh Landsat 8 hay

LDCM (Landsat Data Continuity Mission) được phóng lên quỹ đạo ngày

11/02/2013 thay thế cho vệ tinh Landsat 5 Landsat 8 có lộ trình tương tự

Landsat 5 ( bay quanh trái đất 14 ngày và chu kỳ lặp là 16 ngày)

Landsat 8 mang 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI – Operatinol

Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal Infrared

Sensor) (Bảng 2.3) Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và

độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước Landsat 8 thu nhận

ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh sóng nhiệt

dài Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ phân

giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại

18

sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc Dải quét

của Landsat 8 giới hạn trong khoảng 185km x 180km Độ cao vệ tinh đạt

705km so với bề mặt Trái Đất Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, kênh

1 dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ và kênh 9 dùng

để phát hiện các mật độ dày, mỏng của các đám mây ti (có ý nghĩa với khí

tượng học), trong khi đó bộ cảm TIS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại

nhiệt song dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề

mặt Bộ mặt OLI và TIRS sẽ được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu

khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình

ảnh tăng lên so với phiên bản trước

Theo ông Jim Irons, nhà khoa học thuộc dự án LDCM (Landsat Data

Continuity Mission); “LDCM sẽ là vệ tinh Landsat tốt nhất về chất lượng và

số lượng dữ liệu thu nhận được Cả OLI và TIRs đều sử dụng những công

nghệ tiên tiến mà sẽ mang lại những quan sát nhạy cảm hơn với những biến

đổi cảnh quan và thay đổi trên bề mặt Trái Đất theo thời gian” Sau khi khởi

động và giai đoạn kiểm tra ban đầu, USGS sẽ kiểm soát hoạt động của vệ tinh,

và LDCM sẽ được đổi tên thành Landsat 8

Bảng 2.4: Đặc trưng bộ cảm của vệ tinh Landsat 8 (LDCM)

Bước sóng Độ phân giải

Band 1-Coastal aerosol 0,433-0,453 30

Nguồn: Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, 2013

Các thông số kỹ thuật của sản phẩm vệ tinh Landsat 8

Loại sản phẩm: đã được xử lý ở mức 1T nghĩa là đã cải chính biến dạng

do chênh lệch cao địa hình (mức trực ảnh Orthophoto);

- Định hướng: theo Bắc của bản đồ;

- Phương pháp lấy mẫu: hàm bậc 3;

- Độ chính xác: với bộ cảm OLI đạt sai số 12m theo tiêu chuẩn CE, có độ

tin cậy 90%, với bộ cảm TIRs đạt sai số 41m theo tiêu chuẩn CE, độ tin

cậy 90%;

 Ứng dụng của ảnh Landsat 8

Theo Climate GIS (2013), LDCM cung cấp những thông tin quan trọng

trong nhiều lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, sức khỏe

con người và môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực

nông nghiệp, dữ liệu thu nhận được sẽ phân phối miễn phí đến người sử dụng

Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ

nghiên cứu hiện trạng đến giám sát biến động và được sử dụng phổ biến nhất,

với giá thành thấp, dưới đây thống kê một số các kênh phổ (Bảng 2.1) và ứng

dụng chính của ảnh Landsat:

- Kênh phổ xanh lam (0,45μm-0,52μm) được ứng dụng nghiên cứu

đường bờ, phân biệt thực vật và đất, lập bản đồ về rừng và xác định các

đối tượng khác

20

- Kênh phổ xanh lục (0,52μm-0,6μm), được dùng để đo phản xạ cực đại phổ lục của thực vật, xác định trạng thái thực vật, xác định các đối tượng khác

- Kênh phổ đỏ (0,63μm-0,69μm), dùng xác định vùng hấp thụ chlorophyll giúp phân loại thực vật, xác định các đối tượng khác

- Kênh phổ cận hồng ngoại (0,76μm-0,9μm), dùng xác định các kiểu thực vật, trạng thái và sinh khối, độ ẩm và đất

- Kênh hồng ngoại sóng ngắn (1,55-1,75μm; 2,08-2,35μm), được sử dụng để xác định độ ẩm của thực vật và đất, nghiên cứu về đá khoáng, tách tuyết và mây

- Kênh hồng ngoại nhiệt (10,4μm-12,5μm), được dùng để xác định thời điểm thực vật bị sốc, độ ẩm của đất và thành lập bản đồ nhiệt

- Kênh toàn sắc (0,52μm-0,9μm): với độ phân giải thấp và giải phổ liên tục, ảnh của kênh này được sử dụng để chồng ghép với các kênh ảnh khác, từ đó vẽ chính xác các đối tượng

Nguồn: Theo Climategis.com

Đối với ngành Trắc địa bản đồ, ảnh vệ tinh Landsat 8 là nguồn tư liệu hết sức hữu ích phục vụ trực tiếp cho công tác cập nhật, hiệu chỉnh hệ thống bản

đồ địa hình một cách nhanh chóng, kịp thời Việc ứng dụng kịp thời ảnh vệ tinh Landsat 8 trong công tác sản xuất hiệu chỉnh bản đồ địa hình góp phần đổi mới nâng cao chất lượng Hệ thống bản đồ địa hình quốc gia tỷ lệ 1:250.000

và nhỏ hơn (Lê Đại Ngọc, 2014)

2.8 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ARCGIS XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM

Phần mềm ArcGIS (Hình 2.6) là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý của viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI)

Hiện nay bộ phần mềm ArcGIS đang lưu hành với phiên bản 10.3 với những chức năng cơ bản lẫn nâng cao đáp ứng được nhu cầu của xã hội Phần mềm ArcGIS có khả năng khai thác hết các chức năng GIS bằng các gói sản phẩm phần mềm của hãng ESRI chạy trên các nền tảng như Desktop, Web, Điện thoại, các thiết bị di động khác

Phần mềm ArcGIS phát triển bởi ESRI một doanh nghiệp được thành lập vào năm 1969 tại California, hiện nay được điều hành bởi Jack Dangermond Dản phẩm đầu tiên ra mắt thị trường của công ty là ARC/INFOR là một sản phẩm chạy bằng các dòng lệnh, sau đó được thiết lập để chạy trên các máy trạm UNIX Năm 1992, một phần mềm GIS có giao diện đầu tiên của hãng đã được giới thiệu được gọi bằng cái tên ArcView, việc sử dụng giao diện đồ họa

21

đã tạo ra bước tiến mới cho cuộc cách mạng trong lĩnh vực GIS, nó giúp cho việc tiếp cận phần mềm GIS trở nên thân thiện hơn, không đòi hỏi kiến thức cao về lập trình

Ngày nay, ArcView hay ArcInfo không còn là tên gọi chính thức để gọi một sản phẩm thương mại của hãng ESRI mà được sử dụng để phân cấp tốc

độ cho các gói sản phẩm ArcGIS Khái niệm ArcGIS được hãng đặt ra cuối năm 1999, nguyên nhân cho việc thống nhất các tên gọi này bắt nguồn từ việc phát triển rời rạc các phần mềm như ARC/INFO dùng cho các máy trạm UNIX bằng hình thức dòng lệnh, ArcView bằng giao diện đồ họa, MapObjects một dạng thư viện lập trình và ArcSDE là một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ Phần mềm ArcGIS xuất hiện kèm với hệ thống các phần mềm hỗ trợ thống nhất trong các gói cài đặt ArcGIS do đó có mức độ tương thích tốt, phần mềm ArcGIS được phân thành các cấp độ dành cho nhiều loại đối tượng khác nhau như: gói sản phẩm cơ bản (ArcView), gói sản phẩm dành cho trung cấp (ArcEditor), gói sản phẩm cao cấp (ArcInfo) Tùy theo mức độ công cụ mà giá thành gói này khác nhau

Hình 2.10: Môi trường làm việc trong ArcGis

Nguồn: http://kgisvn.wordpress.com/2015/06/29/131

2.9 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

2.9.1 Các nghiên cứu tại Việt Nam

Trong nghiên cứu “thành lập bản đồ thảm thực vật trên cơ sở phân tích,

xử lý ảnh viễn thám” tại khu vực Tủa Chùa – Lai Châu (Hoàng Xuân Thành, 2006), tác giả đã dùng phương pháp phân loại có kiểm định đối với dữ liệu ảnh Landsat năm 2006 để phân ra 7 lớp thực phủ khác nhau với chỉ số Kappa

~ 0,7

22

Theo Nguyễn Quang Giáp (2015) nghiên cứu thử nghiệm phương pháp xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật trong lưu vực từ ảnh vệ tinh Landsat 8 Nghiên cứu này đã xác định được ranh giới lưu vực, xây dựng các khóa giải đoán về trạng thái rừng và đất chưa có rừng bằng cách thiết lập quan

hệ giữa các kênh phổ theo chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI), với độ chính xác 81% và đề xuất được kỹ thuật thành lập bản đồ hiện trạng cấp lưu vực từ ảnh vệ tinh quang học

Trong nghiên cứu “Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất khu vực Chân Mây, huyện Phú Lộc, tình Thừa Thiên Huế” (Nguyễn Huy Anh, Đinh Thanh Kiên, 2012), tác giả đã sử dụng phương pháp phân loại gần đúng nhất với dữ liệu ảnh Landsat TM độ phân giải 10 m, kết hợp với lấy mẫu thực địa để phân ra 13 loại lớp phủ với độ chính xác tương đối cao

Trong nghiên cứu “Ứng dụng viễn thám theo dõi biến động đất đô thị của thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An” (Nguyễn Ngọc Phi, 2009) dùng phương pháp phân loại gần đúng nhất để phân ra 5 lớp đối tượng Điểm đáng chú ý của đề tài này là sử dụng kết hợp nhiều ảnh viễn thám Landsat (1992, 2000) và SPOT (2005) để cho ra kết quả giải đoán, đồng thời có sự so sánh về độ chính xác, chi tiết giữa các loại ảnh Với chỉ số Kappa ~ 0,9, dữ liệu ảnh SPOT có độ chính xác sau phân loại cao hơn hẵn so với Landsat (Kappa ~ 0,7)

Trong đề tài “Sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh MODIS nghiên cứu mùa vụ cây trồng, lập bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ vùng đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2008 – 2010” (Vũ Hữu Long, Phạm Khánh Chi, Trần Hùng, 2011), tác giả đã phân loại lớp phủ dựa trên toàn bộ dữ liệu NDVI tổ hợp tháng theo phương pháp phân loại được 9 loại lớp phủ với chỉ số Kappa ~ 0,9

Để đánh giá độ chính xác, tác giả đã sử dụng kết hợp cả dữ liệu mẫu khảo sát, điều tra thực địa với bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm gần nhất

Theo Nguyễn Thị Phương Anh và nnk (2012), tác giả đã đánh giá mức

độ tác động của sự chuyển dịch đất nông nghiệp sang phi nông nghiệp đến cơ cấu kinh tế, đời sống xã hội và đưa ra các giải pháp phù hợp, với khu vực nghiên cứu thí điểm là phường Kim Long Ở đề tài này, tác giả chỉ dùng đến các phương pháp tổng hợp, phân tích, so sánh, đối chiếu, thống kê các số liệu

để thực hiện nghiên cứu Các số liệu được trích xuất thông qua các bản biểu, chưa có đầu ra trực quan bằng hệ thống các bản đồ

Trong đề tài “Ứng dụng viễn thám đánh giá biến động tài nguyên rừng: Trường hợp điển hình ở huyện ChưPrông, tỉnh Gia Lai” (Nguyễn Minh Kỳ, Nguyễn Thị Lan Thương, Bùi Kim Phú, Trần Lê Hải Đăng, 2019), nghiên cứu

sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất, rừng huyện ChưPrông, tỉnh Gia Lai và

23

xử lý bằng phần mềm ENVI 4.7 và AcrGIS destop 10.1 Kết quả cho thấy ưu điểm và độ chính xác của phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh Landsat trong việc thành lập bản đồ đánh giá hiện trạng tài nguyên rừng

2.9.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Trong đề tài “Remote sensing-based quantification of land-cover and land-use change for planning” (Bjorn Prenzel, 2003), tác giả đã đưa ra những

cơ sở khoa học về lựa chọn phương pháp được sử dụng để đưa ra các kết quả mang tính định lượng trong việc nghiên cứu biến động lớp phủ thực vật và sử dụng đất dựa vào cơ sở viễn thám Theo đó, tùy vào trường hợp mà ta sử dụng các phương pháp theo thuyết xác định hay dựa vào kinh nghiệm Một điểm đáng chú ý mà tác giả có đề cập đến là yêu cầu về dữ liệu khi đánh giá biến động: dữ liệu thu thập phải có cùng đặc điểm (về không gian, về độ phân giải phổ,…), dữ liệu phải đạt được những tiêu chuẩn nhất định về bóng mây hay sương mù, dữ liệu thu thập phải cùng khu vực nghiên cứu

Trong nghiên cứu “Lan Use/Land Cover Changes Detection And Urban Sprawl Analysis” (M Harika, et al., 2012) đã đánh giá loại hình sử dụng đất/

bề mặt đất tại các thành phố Vijayawada, Hyderabad và Visakhapatnam ở vùng Đông Nam Ấn Độ Bên cạnh việc sử dụng ảnh viễn thám để giải đoán,

đề tài còn kết hợp sử dụng chuỗi Markov để dự đoán các khu vực có thể bị biến động trong tương lai

Trong đề tài “Analyzing Land Use/ Land Cover Chang Using Remote Sensing and GIS in Rize, North-East Turkey” (Selcuk Reis, 2008), tác giả đã thành lập bản đồ biến động sử dụng đất/ lớp phủ mặt đất ở vùng Rize, Đông Bắc Thổ Nhĩ Kỳ với 7 loại lớp phủ Dữ liệu tác giả đã sử dụng trong đề tài này

là ảnh Landsat MSS (1976) và Landsat ETM+ (2000) với độ phân giải lần lượt

là 79m và 30m Tuy nhiên, ở đề tài này, tác giả không trình bày rõ về phương pháp thực hiện mà chỉ chú trọng về đánh giá, thống kê biến động với những thay đổi sâu sắc đối với đất nông nghiệp, đô thị, đồng cỏ và đất lâm nghiệp, những nơi gần biển và có độ dốc thấp

24

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Khu sinh thái rừng tràm Gáo Giồng, huyện Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp

3.2 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

- Đề tài được thực hiện từ ngày 26/01/2020 đến 20/05/2020

- Khu du lịch sinh thái Gáo Giồng, tỉnh Đồng Tháp

3.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xây dựng bản đồ hiện trạng bao phủ thực vật năm 2006, 2010, 2015 và

2020 từ kỹ thuật GIS và Viễn thám Đồng thời xác định biến động diện tích rừng tràm tại khu du lịch sinh thái Gáo Giồng nhằm hỗ trợ công tác quản lý và quy hoạch tài nguyên rừng theo hướng bền vững

3.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Lựa chọn ảnh viễn thám rõ, đẹp, không mây, sau đó hiệu chỉnh ảnh cho

rõ nét, cắt cho phù hợp với diện tích vùng nghiên cứu

- Khảo sát thực địa điểm đánh giá các dạng sống và thông số đặc trưng của tràm vùng nghiên cứu

- Xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật tại khu du lịch sinh thái Gáo Giồng cho các năm 2006, 2010, 2015, 2020 bằng phân loại không kiểm soát

- Tính toán diện tích các thảm phủ rừng trong vùng nghiên cứu theo từng năm

- Xác định phần trăm diện tích biến động các lớp phủ giai đoạn 2010; 2010-2015 và 2015-2020

2006 Xác định nguyên nhân thay đổi diện tích và tìm hiểu các nhóm giải pháp mà các cán bộ quản lý địa phương đang thực hiện

- Những mặt mạnh và những mặt hạn chế trong quá trình giải đoán ảnh Landsat từ đó kiến nghị để khắc phục những nhược điểm trong quá trình giải đoán ảnh

3.5 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

- Ảnh viễn thám: ảnh vệ tinh Landsat 5, Landsat 8

- Bản đồ thảm thực vật khu du lịch Gáo Giồng

25

- Phần mềm Google Earth dùng để vẽ vùng ranh giới

- Phần mềm Erdas imagine 2014: xác định ranh giới và diện tích vùng nghiên cứu

- Phần mềm Arcgis 10.2: xử lý sau phân loại, biên tập hoàn chỉnh bản đồ

- Phầm mềm Microsoft office (Word, Excel, ): tổng hợp và hoàn chỉnh bài

Tư liệu ảnh viễn thám: sử dụng tư liệu ảnh Landsat năm 2006, 2010,

2015 và 2020 để giải đoán xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng Gáo Giồng

Dữ liệu bản đồ nền địa lý: tỷ lệ 1:100.000, hệ tọa độ VN 2000 thể hiện

các đối tượng địa hình, thủy văn, giao thông, ranh giới khu vực

Tài liệu số liệu thực địa: các tài liệu, số liệu báo cáo của ngành lâm

nghiệp, quy hoạch sử dụng đất, ảnh chụp tại điểm nghiên cứu

3.6.2 Phương pháp bản đồ, viễn thám và GIS

Hình ảnh đã được cắt vào khu vực nghiên cứu dựa trên bản đồ hành chính thích hợp Hình ảnh vệ tinh lỗi trên địa hình và bức xạ phải được điều chỉnh Tuy nhiên, hiệu chỉnh hình học là không cần thiết trong nghiên cứu này Bởi vì điều kiện khí quyển vào ngày thu nhận hình ảnh rất dễ chịu sẽ đảm bảo chất lượng hình ảnh tốt; độ cao trong khu vực nghiên cứu là địa hình tương đối bằng phẳng Hình ảnh vệ tinh được nhận với mỗi băng tần được phân tách dưới dạng tệp TIF Sau đó, các tệp multiband được chiếu lại vào UTM Vùng

48 North, WGS-84 Datum Và hình ảnh được xuất sang phần mềm ERDAS

2014 EX để xác định ranh giới và diện tích các thảm phủ rừng trong vùng nghiên cứu bằng cách phân loại không kiểm soát Kết quả giải đoán ảnh được đưa vào phần mềm Arcgis để biên tập bản đồ và tính toán thống kê diện tích các loại rừng

3.6.3 Phương pháp xây dựng bản đồ biến động rừng

Từ kết quả phân loại các đối tượng trên ảnh ở các thời điểm khác nhau

ta xây dựng được bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng tại các thời điểm đó Sau đó

26

chồng ghép các bản đồ hiện trạng để xây dựng bản đồ biến động Phương pháp này được sử dụng rộng rãi, đơn giản, dễ sử dụng và dễ thực hiện Các bước xây dựng bản đồ hiện trạng và thay đổi diện tích rừng thể hiện qua sơ đồ bên dưới

Hình 3.1: Các bước xây dựng bản đồ hiện trạng và thay đổi diện tích rừng Bước 1: Tiền xử lý ảnh viễn thám Landsat

Chuyển các giá trị số trên ảnh về bức xạ vật lý tại sensor và chuyển đổi

từ các giá trị phổ bức xạ tại sensor sang phổ xạ của vật thể ở trên khí quyển

Để xác định công thức chuyển đổi: Giá trị số (Digital number – DN) trên ảnh

về giá trị của bức xạ vật lý tại sensor về giá trị của phản xạ ở tầng trên khí quyển của vật thể Theo kết quả nghiên cứu đã công bố cho ảnh Landsat 8 của nhà cung cấp ảnh được thực hiện qua 2 bước:

+ Chuyển các giá trị số (DN) trên ảnh về giá trị của bức xạ vật lý tại sensor bằng công thức: