Sử dụng tư liệu viễn thám trong nghiên cứu biến động rừng

Những kết quả nghiên cứu và thống kê cho thấy, sự biến động về lớp phủ rừng chủ yếu là do các nguyên nhân chính như: - Sự khai thác tràn lan không có ý thức tổ chức của con người - Cháy

NINH THỊ KIM ANH

SỬ DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

cứ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Ninh Thị Kim Anh

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục các bảng… 4

Danh mục các hình vẽ 5

Mở đầu 7

Chương 1 - TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN

ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG 1.1 Tư liệu viễn thám 12

1.1.1 Khái niệm và phân loại viễn thám 12

1.1.2 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 17

1.1.3 Một số loại tư liệu viễn thám Môi trường đang được sử dụng ở

Việt Nam (SPOT, LANDSAT,…) 21

1.1.4 Khả năng khai thác thông tin chuyên đề từ tư liệu viễn thám 26

1.2 Ứng dụng tư liệu viễn thám… 28

1.2.1 Khái niệm lớp phủ rừng 28

1.2.2 Nghiên cứu lớp phủ rừng bằng tư liệu viễn thám 33

1.2.3 Vai trò của đánh giá biến động trong nghiên cứu lớp phủ rừng 34

Chương 2- PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG 2.1 Xử lý tư liệu viễn thám 35

2.1.1 Hiển thị hình ảnh tư liệu viễn thám… 35

2.1.2 Hiệu chỉnh ảnh… 36

2.1.3 Phép chiếu bản đồ sử dụng cho tư liệu viễn thám 43

2.1.4 Biến đổi ảnh 45

2.2 Nghiên cứu lớp phủ rừng dựa trên ứng dụng chỉ số thực vật 50

2.2.1 Chỉ số thực vật 50

2.2.2 Khả năng ứng dụng trong phân tích lớp phủ rừng 52

2.3 Thành lập bản đồ lớp phủ rừng bằng phương pháp phân loại có kiểm định 52

2.4 Phương pháp đánh giá biến động lớp phủ rừng 57

2.4.1 Giới hạn vấn đề nghiên cứu 57

2.4.2 Nội dung nghiên cứu và phương pháp thực hiện… 58

Chương 3 - THỰC NGHIỆM 3.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 61

3.1.1 Vị trí địa lý… 61

3.1.2 Điều kiện tự nhiên, dân cư, giao thông 61

3.1.3 Kinh tế 61

3.2 Tư liệu sử dụng trong nghiên cứu… 62

3.2.1 Tư liệu viễn thám 62

3.2.2 Tư liệu khác… 63

3.3 Phân loại ảnh 63

3.3.1 Cơ sở khoa học lựa chọn bảng phân loại 63

3.3.2 Xây dựng ảnh phân loại 68

3.4 Các kết quả của việc phân loại ảnh 72

3.4.1 Ảnh phân loại năm 1991 72

3.4.2 Ảnh phân loại năm 2001… 74

3.4.3 Đánh giá biến động rừng giai đoạn 1991-2001 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ… 81

CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO… 84

PHỤ LỤC 85

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Đặc điểm hệ thống máy chụp ảnh vùng nhìn thấycó độ phân giải cao

của vệ tinh SPOT 23

Bảng 1.2 Các đặc trưng cơ bản về rừng và khả năng xác định bằng tư liệu viễn

thám 32

Bảng 3.1 Các thông số của ảnh 63

Bảng 3.2 Bảng màu sử dụng trong phân loại 67

Bảng 3.3 Bảng thống kê diện tích các đối tượng phân loại trên ảnh

năm 1991 73

Bảng 3.4 Bảng thống kê diện tích các đối tượng phân loại trên ảnh

năm 2001 74

Bảng 3.5 Ma trận biến động giữa các đối tượng năm 1991 và 2001 76

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Dân cư sống tại vùng ven biển 12

Hình 1.2 Mô hình thu nhận ảnh viễn thám 13

Hình 1.3 Một hệ thống viễn thám hoàn chỉnh 15

Hình 1.4 Viễn thám bị động 16

Hình 1.5 Viễn thám chủ động 16

Hình 1.6 Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sang 17

Hình 1.7 Khả năng phản xạ phổ của thực vật 18

Hình 1.8 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 19

Hình 1.9 Đặc tính phản xạ phổ của nước 20

Hình 2.1 Hai mô hình trộn màu cơ bản 35

Hình 2.2 Hệ thống hiện màu thực mã màu 36

Hình 2.3 Ví dụ hiện ảnh theo màu thực và bảng mã màu 36

Hình 2.4 Mô hình tán xạ trong khí quyển 38

Hình 2.5 Các loại nội sai méo hình hình học 39

Hình 2.6 Các loại ngoại sai méo hình hình học 39

Hình 2.7 Nắn ảnh trên cơ sở các điểm khống chế trên mặt đất 40

Hình 2.8 Quy trình cơ bản của hiệu chỉnh hình học 41

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý các phép tái chia mẫu cơ bản 43

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý một số phép chiếu hình cơ bản 45

Hình 2.11 Ảnh khi chưa tăng cường chất lượng 47

Hình 2.12 Ảnh tổ hợp màu giả kênh hồng ngoại 48

Hình 2.13 Ảnh sau khi tăng cường chất lượng, tổ hợp màu thực 48

Hình 3.1 Ảnh dân cư sống tại vùng ven biển 62

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình xây dựng ảnh phân loại 68

Hình 3.3 Kết quả phân loại ảnh năm 1991 72

Hình 3.4 Sơ đồ diện tích lớp phủ bề mặt các đối tượng tính theo % 73

Hình 3.5 Kết quả phân loại ảnh năm 2001 74

Hình 3.6 Sơ đồ diện tích lớp phủ bề mặt các đối tượng tính theo % 75

Hình 3.7 Quy trình thành lập ảnh biến động 75

Hình 3.8 Ảnh biến động năm 1991 và 2001 77

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo khoản 1 điều 3 của Luật bảo vệ và phát triển rừng Việt Nam năm 2004: “Rừng là một hệ sinh thái bao gồm quần thể thực vật rừng, động vật rừng, vi sinh vật rừng, đất rừng và các yếu tố môi trường khác, trong đó cây

gỗ, tre nứa hoặc hệ thực vật đặc trưng là thành phần chính có độ che phủ của tán rừng từ 0.1 trở lên Rừng gồm rừng trồng và rừng tự nhiên trên đất rừng sản xuất, đất rừng phòng hộ, đất rừng đặc dụng”

Như vậy, rừng là một nguồn tài nguyên vô cùng quý giá và quan trọng Trồng rừng, bảo vệ rừng đang là chiến lược hàng đầu của mỗi quốc gia Nhưng trong những năm trở lại đây, tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa quá nhanh làm cho tỉ lệ rừng của Việt Nam nói chung và của Quảng Ninh nói riêng có những biến động khá lớn, sự biến động này có thể theo chiều hướng tích cực hoặc tiêu cực Những kết quả nghiên cứu và thống kê cho thấy, sự biến động về lớp phủ rừng chủ yếu là do các nguyên nhân chính như:

- Sự khai thác tràn lan không có ý thức tổ chức của con người

- Cháy rừng

- Trồng mới những diện tích rừng đã bị tàn phá

Do đó việc nghiên cứu để xác định được lượng biến động qua mỗi thời

kỳ là rất cần thiết, từ đó đề ra được chiến lược qui hoạch quản lý về lâu dài sự khai thác và trồng mới rừng một cách hợp lý, tạo ra sự biến động lớp phủ rừng không vượt quá mức cân bằng tự nhiên đang là mục tiêu chiến lược trọng điểm của quốc gia và của các địa phương trong toàn quốc

Một trong những biện pháp quản lý sự biến động rừng đang được áp dụng cho các địa phương và của ngành lâm nghiệp là tăng cường giám sát bảo

vệ rừng, trong đó có việc xây dựng các bản đồ biến động lớp phủ rừng là một công việc đầu tiên và vô cùng cần thiết

Bản đồ biến động lớp phủ rừng là phương tiện hiển thị một cách trực quan và sử dụng thuận lợi trong phân tích nguy cơ biến động rừng trong một vùng nào đó Tác dụng của bản đồ biến động lớp phủ rừng:

- Là tài liệu quan trọng và cơ bản cho việc lập qui hoạch và quản lý rừng một cách hiệu quả

- Phục vụ việc qui hoạch trong công tác trồng mới rừng

- Là tài liệu quan trọng trong công tác qui hoạch phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt là sự phát triển kinh tế rừng

- Nâng cao hiệu quả của công tác dự báo và cảnh báo nguy cơ về sự tàn phá rừng của mỗi khu vực

Tuy nhiên việc thành lập bản đồ lớp phủ rừng và bản đồ biến động lớp phủ rừng ở Việt Nam hiện nay vẫn còn nhiều bất cập và khó khăn như: thiếu các số liệu, tư liệu thống kê chính xác, đồng bộ do việc thu thập các số liệu điều tra thực tế mất rất nhiều thời gian, tiền của và công sức; thiếu các bản đồ hiện trạng rừng hàng năm, chưa có công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám để thu thập số liệu hiện chỉnh

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vũ trụ thì ảnh viễn thám cũng xuất hiện và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong công tác điều tra tài nguyên Đặc biệt là sự xuất hiện của các tư liệu viễn thám mới như: SPOT, LANDSAT, v.v có độ phân giải không gian và phân giải phổ cao, có khả năng chụp lập thể và đặc biệt là có thể cập nhật thông tin nhanh chóng thông qua việc thu nhận và xử lý ảnh vệ tinh ở nhiều thời điểm khác nhau tạo thành ảnh đa thời gian ở dạng số, là sản phẩm dễ dàng sử dụng trong các phần mềm phân tích ảnh hiện đại và có khả năng tích hợp thuận tiện trong hệ thống thông tin địa lý GIS

Do đó việc nghiên cứu để thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng và thông qua đó để đánh giá sự biến động lớp phủ rừng trong một giai đoạn nào

đó bằng tư liệu viễn thám đã được đặt ra, đó cũng chính là nội dung nghiên cứu của đề tài:

“ Sử dụng tư liệu viễn thám trong nghiên cứu biến động rừng”

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

a Mục tiêu nghiên cứu

- Đề tài được nghiên cứu thử nghiệm tại khu vực Hạ Long – Cẩm Phả

- Quảng Ninh

- Nghiên cứu giải quyết và hoàn thiện về mặt kỹ thuật phương pháp thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng trên cơ sở kết hợp tư liệu viễn thám, bản đồ và phương pháp phân loại có giám định

- Thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng dựa trên chỉ tiêu biến động

về tổng diện tích lớp phủ rừng thông qua tư liệu viễn thám là ảnh vệ tinh

- Xác định xu thế và mức độ biến động diện tích rừng thời kỳ

b Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu thì nhiệm vụ cần thực hiện khi nghiên cứu đề tài là:

1 Nghiên cứu các tài liệu lý thuyết về công nghệ xử lý ảnh số, kỹ thuật

và phương pháp viễn thám

2 Thu thập, tổng hợp đánh giá tư liệu và xác lập cơ sở lý luận cho việc lập bản đồ biến động lớp phủ rừng

- Nghiên cứu những công trình khoa học, các đề tài thực nghiệm có liên quan đến nội dung đề tài đang nghiên cứu đã được tiến hành trong và ngoài nước như: Nghiên cứu biến động lớp phủ bề mặt khu vực Hà Nội, nghiên cứu biến động diện tích rừng ngập mặn các cửa sông miền Bắc…

- Trên cơ sở nghiên cứu đó tổng hợp đánh giá, phân tích các tài liệu khoa học để hoàn thiện quy trình công nghệ về thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng bằng công nghệ phân tích ảnh số

3 Xác định mức độ biến động diện tích rừng thời kỳ 1991- 2001

4 Diễn giải được sự biến đổi giữa rừng và các loại đất đai, loại rừng với nhau, đặc biệt chú trọng đến những loại rừng có ý nghĩa lớn về mặt kinh

tế và bảo vệ môi trường sinh thái ở những khu vực trọng điểm

5 Diễn giải được diện tích rừng theo những yếu tố tự nhiên và xã hội chủ yếu, từ đó xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố và xác định yếu tố chủ đạo

3 Nội dung của luận văn

- Luận văn đã nêu được tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, nhiệm vụ của

đề tài

- Luận văn giới thiệu một cách tổng quan về tư liệu viễn thám đang được sử dụng ở Việt Nam Bên cạnh đó luận văn còn đề cập đến nội dung rừng và lớp phủ rừng Xuất phát từ thực tế vấn đề rừng ở Việt Nam nói chung

và ở Quảng Ninh nói riêng ngày càng bị thu hẹp, bị chặt phá, bị biến đổi mục đích sử dụng nên cần phải có biện pháp thống kê, quản lý, phát triển trồng mới những diện tích rừng đã mất Để làm được điều đó luận văn đã đưa ra cơ

sở phương pháp để thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng và ứng dụng phương pháp đó làm thực nghiệm cho một vùng cụ thể Từ kết quả đã đạt được đưa ra những nhận xét, kết luận và kiến nghị cụ thể để đạt đạt được mục tiêu đề ra một cách tốt hơn

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu phân tích ảnh viễn thám, nghiên cứu phân loại ảnh dựa trên Pixel ảnh

- Phương pháp xây dựng ảnh phân loại dựa trên phần mềm ENVI

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả nghiên cứu đã cho thấy tính ưu việt và là một thế mạnh của phương pháp xử lý số trên tư liệu viễn thám trong công tác thàng lập bản đồ lớp phủ rừng là đánh giá biến động một cách nhanh chóng, thuận tiện nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết trên một phạm vi rộng lớn

- Kết quả nghiên cứu về mặt phương pháp luận là cơ sở cho việc ứng dụng phương pháp xử lý số trên tư liệu viễn thám kết hợp hệ thống thông tin địa lý trong công tác xây dựng bản đồ lớp phủ rừng và bản đồ biến động lớp phủ rừng vào thực tế

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận và kiến nghị được trình bày trong 91 trang với 7 bảng và 29 hình vẽ

Chương 1

TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG

LỚP PHỦ RỪNG 1.1 Tư liệu viễn thám

1.1.1 Khái niệm và phân loại viễn thám

Hình 1.1 Mô hình thu nhận ảnh viễn thám

Hình 1.2 Một hệ thống viễn thám hoàn chỉnh

Các tính chất của vật thể được xác định, đo đạc và phân tích dựa trên mối quan hệ giữa mục đích sử dụng và nguồn tín hiệu thu nhận được Hình 1.2 biểu diễn một ví dụ sử dụng hệ thống xử lý ảnh trong đó có 7 thành phần liên quan Lưu ý rằng, có thể kỹ thuật viễn thám không những liên quan đến năng lượng phản xạ mà còn có thể thu nhận những năng lượng bức xạ và sử dụng những bộ cảm không thu nhận hình ảnh

Các thành phần trong hình 1.2 bao gồm:

1 Năng lượng mặt trời hoặc năng lượng phát (A) – Yêu cầu đầu tiên của viễn thám phải có một nguồn năng lượng phát Năng lượng mặt trời hoặc những năng lượng sóng điện đều được coi là nguồn năng lượng chính trong viễn thám

2 Năng lượng phát xạ và khí quyển (B) – Trong quá trình truyền

năng lượng từ nguồn phát tới vật thể, năng lượng sẽ bị ảnh hưởng bởi bầu khí quyển khi nó xuyên qua Tương tự, khi năng lượng phản xạ từ vật thể đến bộ cảm cũng sẽ tương tác với bầu khí quyển Sự ảnh hưởng này diễn ra khoảng 2 giây trong mỗi lần tương tác

3 Sự tương tác với vật thể (C) – Năng lượng phản xạ từ vật thể

xuyên qua tầng khí quyển và được thu nhận bởi bộ cảm của vệ tinh Quá trình

tương tác với vật thể trên bề mặt trái đất phụ thuộc vào đặc tính của cả vật thể

và năng lượng phát ra

4 Tại bộ cảm (D) – Như định nghĩa, kỹ thuật viễn thám là nghiên

cứu vật thể không được tiếp xúc trực tiếp với chúng Do đó, chúng ta cần một

bộ cảm để thu thập và ghi lại các sóng điện từ bao gồm năng lượng được phản

xạ hoặc bức xạ từ vật thể Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ

hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ viễn cảm (remote sensor) thường gọi tắt

là bộ cảm Các buồng chụp ảnh hoặc máy quét là những ví dụ về bộ viễn cảm

Một phương tiện dùng mang các bộ cảm được gọi là vật mang (platform)

Máy bay hoặc vệ tinh là những ví dụ về vật mang

5 Quá trình truyền, thu nhận và xử lý tín hiệu (E) – Năng lượng

ghi nhận bởi bộ cảm được truyền dưới dạng các sóng điện từ Những dạng năng lượng này sẽ được thu nhận và xử lý tạo ra hình ảnh (dưới dạng ảnh hoặc dạng số) tại các trạm xử lý ảnh của từng vệ tinh

6 Quá trình giải đoán và phân tích (E) – Dữ liệu ảnh sẽ được giải

đoán bằng mắt hoặc bằng các phương pháp phân tích số để thu thập được chính xác các thông tin về đối tượng chụp

7 Ứng dụng (G) – Mục tiêu cuối cùng của kỹ thuật viễn thám là khả

năng ứng dụng các thông tin thu thập được của đối tượng Từ các thông tin thu nhận được thông qua các quá trình giải đoán, phân tích ảnh, chúng ta hiểu

rõ hơn về đối tượng, phát hiện những thông tin mới hoặc giải quyết được các vấn đề có liên quan

1.1.1.2 Phân loại

1 Viễn thám chủ động và viễn thám bị động

Một trong những nguồn năng lượng chính của viễn thám là năng lượng

từ mặt trời Mặt trời cung cấp một lượng thuận tiện cho nghiên cứu viễn thám Nguồn năng lượng mặt trời được phản xạ trong dải sóng nhìn thấy, hoặc bị

hấp thụ và sau đó lại bức xạ dưới dạng sóng hồng ngoại nhiệt Các hệ thống viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời để đo đạc được gọi là bộ cảm bị động

(passive sensors) Bộ cảm bị động chỉ được sử dụng để nhận nguồn năng

lượng sẵn có Đối với tất cả năng lượng phản xạ, bộ cảm bị động chỉ có thể thu nhận khi mặt trời đang chiếu xuống trái đất Sẽ không có nguồn năng lượng có sẵn nào từ mặt trời vào buổi tối Vào thời điểm này, năng lượng chủ yếu là năng lượng bức xạ (ví dụ như hồng ngoại nhiệt) có thể cảm nhận cả ngày và đêm

Hình 1.3 Viễn thám bị động

Bộ cảm chủ động (Active sensors), hay nói cách khác, nó tự cung cấp

nguồn năng lượng tới Bộ cảm bức xạ ra sóng điện từ và hướng đến đối tượng được nghiên cứu Sóng điện từ phản xạ từ đối tượng được cảm nhận và đo bởi

bộ cảm Lợi ích của bộ cảm chủ động là khả năng đo đạc tại bất kỳ thời gian nào như ngày hay đêm, mưa hay nắng Bộ cảm chủ động có thể được sử dụng đối với những sóng đặc biệt như sóng điện từ hoặc điều khiển hướng chiếu tới đối tượng nghiên cứu Tuy nhiên, hệ thống chủ động đòi hỏi một trạm phát sóng đủ mạnh để tới được đối tượng Một trong những ví dụ về viễn thám chủ động là sử dụng sóng laser và cửa mở tổng hợp

Hình 1.4 Viễn thám chủ động

2 Phân loại viễn thám theo bước sóng

Viễn thám có thể được phân thành ba loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:

a/ Viễn thám trong giải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

b/ Viễn thám hồng ngoại nhiệt

c/ Viễn thám siêu cao tần

Hình 1.5 Sơ đồ phân loại viễn thám theo bươc sóng

Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm a là bức xạ mặt trời Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế ở 0.5 micro mét Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản

xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất Vì vậy các thông tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ phản xạ Tuy nhiên radar sử dụng tia laze là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời

Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm b là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức

xạ có đỉnh tại bước sóng 10 micro mét

Trong viễn thám siêu cao tần, hai loại kỹ thuật chủ động và bị động đều được áp dụng Trong viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, trong khi viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể [1]

phản xạ sóng xanh lá cây Lá xanh xuất hiện xanh nhất vào mùa hè khi trong

lá cây có nhiều chất diệp lục nhất Vào mùa thu, có ít chất diệp lục hơn mùa

hè và vì thế sóng đỏ sẽ phản xạ nhiều hơn Chính điều này đã làm cho lá cây xuất hiện màu đỏ và màu vàng (màu vàng là tổ hợp của sóng đỏ và sóng xanh lục) Từ đồ thị trên ta thấy khả năng phản xạ phổ của thực vật ở vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng đỏ là thấp Hai vùng suy giảm khả năng phản xạ phổ này tượng ứng vơi hai dải sóng mà chất diệp lục hấp thụ ở hai dải sóng này, chất diệp lục hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy năng lượng phản

xạ của lá cây không lớn

Hình 1.7 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật

Cấu trúc bên trong của cây khỏe mạnh sẽ khuếch tán ở sóng cận hồng ngoại Nếu mắt chúng ta nhạy cảm với sóng cận hồng ngoại, cây có thể phát sáng tới mắt chúng ta tại các bước sóng này Sự thật là, các nhà khoa học có thể sử dụng bước sóng cận hồng ngoại để xác định tình trạng của cây đang khỏe hay đang yếu Vùng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu lên khả năng phản

xạ phổ của lá cây là hàm lượng nước trong lá Khả năng hấp thụ năng lượng mạnh nhất ở các bước sóng: 1,4m; 1,9m; 2,7 m Bước sóng 2,7 m hấp thụ mạnh nhất gọi là dải sóng cộng hưởng hấp thụ, ở đây sự hấp thụ mạnh diễn ra đối với sóng trong khoảng từ 2,66 m ~ 2,73 m [4]

Trên đồ thị cho thấy ở dải hồng ngoại khả năng phản xạ phổ của lá mạnh nhất ở bước sóng 1,6 m và 2,2 m – tương ứng với vùng ít hấp thụ của nước

Hình 1.8 Đặc tính phản xạ phổ của nước

Tóm lại: khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật là khác nhau và đặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ phổ khác biệt rõ rệt

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi chất diệp lục có trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ

- Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản

xạ phổ, ở đây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt

- Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước, ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thụ là cực đại Ảnh hưởng của các cấu trúc tế bào là ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ là không lớn bằng hàm lượng nước trong lá

- Các loại cây khác nhau có đường cong phản xạ phổ khác nhau (Hình sau)

Hình1.9 Đồ thị thể hiện đường cong phản xạ phổ của các loại cây khác nhau

1.1.3 Một số loại tư liệu viễn thám Môi trường đang được sử dụng ở Việt Nam (SPOT, LANDSAT, RADAR…)

Một hệ thống viễn thám nghiên cứu tài nguyên và môi trường bao gồm nhiều thành phần Về nguyên tắc các thành phần này có thể được chia ra thành

3 loại chính [2]:

1 Các vệ tinh viễn thám và các tàu vũ trụ có người điều khiển

2 Các máy bay có trang bị phòng thí nghiệm và máy đa phổ,

3 Các trạm thu và xử lý thông tin mặt đất cố định hoặc lưu động cùng các khu vực Polygon

Các vệ tinh nhân tạo đóng vai trò chủ đạo để thu thập thông tin viễn thám mà chủ yếu là bằng phương pháp thu nhận năng lượng phản xạ từ các đối tượng mặt đất và tạo ra các sản phẩm với các thể loại đa dạng: ảnh đa phổ, ảnh hồng ngoại nhiệt, ảnh radar …

Các máy bay có chức năng chụp ảnh có trang bị phòng thí nghiệm được

sử dụng để nghiên cứu các phương pháp và thiết kế các phương tiện viễn thám, nghiên cứu đặc tính phản xạ phổ các đối tượng qua lớp khí quyển phục

vụ việc suy giải và xử lý ảnh vệ tinh Các trạm thu thông tin và xử lý thông tin mặt đất cùng các khu vực Polygon có nhiệm vụ thu nhận thông tin viễn thám, xác định các thông số trạng thái khí quyển, khả năng phản xạ phổ của các đối tượng mặt đất và giúp đỡ cho việc thiết kế các thiết bị và xử lý các thông tin viễn thám trên mặt đất

Thông tin viễn thám chụp từ vũ trụ, các thông tin từ máy bay viễn thám cùng các kết quả của các trạm mặt đất được cung cấp cho các trung tâm viễn thám ở các ngành sử dụng để nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng nhiều loại tư liệu ảnh viễn thám khác nhau cho các mục đích nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên, thành lập các loại bản đồ phục vụ công tác quản lý kinh tế xã hội

Trong khuôn khổ các vấn đề mà đề tài cần giải quyết chỉ đi sâu tìm hiểu một số loại tư liệu viễn thám đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam phục vụ mục đích nghiên cứu, điều tra và quản lý tài nguyên thiên nhiên

1.1.3.1 Ảnh vệ tinh SPOT

1 Ảnh vệ tinh SPOT: ảnh vệ tinh SPOT được chụp bởi vệ tinh SPOT

SPOT là chương trình viễn thám do các nước Pháp, Thuỵ Điển, Bỉ hợp tác SPOT-1 được phóng lên quỹ đạo tháng 2 năm 1986, SPOT-2 được đưa lên quỹ đạo ngày 22-1-1990, SPOT-3 vào tháng 4-1993, SPOT-4 vào tháng 4-

1998 và SPOT-5 vào tháng 7-2002

Vệ tinh SPOT có quỹ đạo tròn cận cực đồng bộ mặt trời với độ cao bay chụp là 830km và góc nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo là 98,70 Thời điểm bay qua xích đạo là 10h30 sáng Chu kỳ lặp lại một điểm nào đó trên mặt đất

là 26 ngày trong chế độ quan sát bình thường Vệ tinh SPOT được trang bị một bộ quét đa phổ HRV gồm 2 máy HRV-1 và HRV-2 (high resolution visible) Bộ nhạy cảm HRV là máy quét điện tử CCD, HRV có thể thay đổi góc quan sát nhờ một gương định hướng, gương này cho phép thay đổi góc quan sát từ 0 đến 270 so với phương thẳng đứng HRV là máy quét ảnh đa phổ trên 3 kênh ảnh trắng đen XS và một kênh toàn sắc P Máy HRV sử dụng loại

tế bào quang điện, một dãy gồm 3000 tế bào và một dãy gồm 6000 tế bào quang điện ghi nhận hình ảnh, các tế bào quang điện được đặt vuông góc với hướng bay, do vậy khi vệ tinh chuyển động sẽ ghi được hình ảnh mặt đất trên một giải rộng 60km, và có thể tạo ra cặp ảnh lập thể do sự thay đổi góc nhìn của bộ cảm SPOT có khả năng ghi nhận hình ảnh mặt đất trong giải hành lang 950km [2]

Bảng 1.1 Đặc điểm hệ thống máy chụp ảnh vùng nhìn thấy

có độ phân giải cao của vệ tinh SPOT

Đặc trưng HRV Dạng đa phổ Dạng toàn sắc Band -Xanh lá cây

-Đỏ

-Hồng ngoại phản xạ

0.50m - 0.59 m 0.61m - 0.68 m 0.79m - 0.80 m

- Mức 2A: Hiệu chỉnh hình học chính xác với độ chính xác bản đồ Mức 2A nắn ảnh đưa về một lưới chiếu nào đó nhưng không dùng điểm khống chế mặt đất

- Mức 2B: Xử lý hiệu chỉnh hình học, đưa về lưới chiếu bản đồ có có

sử dụng các điểm khống chế mặt đất, nên độ chính xác của điểm ảnh đạt cao hơn

Sau mức xử lý 2B thì trên ảnh vẫn còn ảnh hưởng của chênh cao địa hình

- Mức 3: Loại trừ cả ảnh hưởng của chênh cao địa hình, hình ảnh có độ chính xác hình học của bản đồ trong một lưới chiếu nhất định Hình ảnh được tăng cường chất lượng

xử lý qua các bước sau:

- Hiệu chỉnh nhiễu Radio

- Chỉnh lý hình học: nắn ảnh, khử ảnh hưởng độ cong trái đất và đưa về lưới chiếu nào đó

Theo toạ độ của quỹ đạo vệ tinh người ta định vị các ảnh SPOT theo hàng (j) và cột (k) để ghép nối các ảnh Ở vĩ độ khác nhau có độ lệch khác

nhau của cột và hàng so với kinh độ và vĩ độ Cần lựa chọn các ảnh ở gần nhau có độ phủ bên và độ phủ dọc khoảng 10% để ghép nối

1.1.3.2 Ảnh vệ tinh LANDSAT [2]

LANDSAT là vệ tinh viễn thám đầu tiên được NASA phóng lên quỹ đạo vào năm 1972 Từ năm 1994 ảnh vệ tinh LANDSAT do công ty EOSAT phân phối, tuy nhiên những ảnh có thời gian sau khi thu nhận 2 năm được đưa vào kho lưu trữ và do Trung tâm dữ liệu Cục địa chất Mỹ phân phối

Vệ tinh đầu tiên trong serie LANDSAT là ERTS-1 (vệ tinh tài nguyên) phóng ngày 23/7/1972 sau đổi tên là LANDSAT-1 LANDSAT-2 được phóng ngày 22/1/1975 Các vệ tinh tiếp theo là LANDSAT-3 phóng năm 1978 LANDSAT-4 phóng năm 1982 LANDSAT-5 phóng năm 1984 LANDSAT-6 phóng năm 1993 nhưng đã không thành công LANDSAT-7 phóng tháng 4 năm 1999 Hiện nay có 2 vệ tinh hoạt động đó là LANDSAT-5 và 7

1 Quỹ đạo vệ tinh LANDSAT-5 và 7: Được đặc trưng bởi các thông số

chính sau:

- Độ cao bay: 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 980

- Quỹ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp lại

- Thời điểm bay qua xích đạo 9h30 sáng

- Chu kỳ lặp lại 17 ngày

+ Kênh 2: 0.6- 0.7 m + Kênh 3: 0.7- 0.8 m + Kênh 4: 0.8- 1.1 m

b Thông số kỹ thuật của bộ cảm TM

Bộ cảm này cho thông tin về phổ nhiều hơn MSS

1.1.4 Khả năng khai thác thông tin chuyên đề từ tư liệu viễn thám

Trong những năm gần đây, kỹ thuật viễn thám ngày càng phát triển và phạm vi ứng dụng của nó ngày càng rộng lớn, đặc biệt là trong ngành Trắc địa

và Bản đồ Ngày nay tư liệu viễn thám hoàn toàn có khả năng là tư liệu độc lập để thành lập bản đồ vì những thông tin mà chúng ta khai thác được từ tư liệu viễn thám là những thông tin có giá trị nội dung bản đồ rất tốt

Nghiên cứu khả năng khai thác thông tin chuyên đề từ tư liệu viễn thám thực chất là nghiên cứu khả năng giải đoán các thông tin là nội dung chuyên

đề của bản đồ từ tư liệu viễn thám

Từ tư liệu viễn thám chúng ta có thể giải đoán được các yếu tố nội dung sau:

1 Hệ thống thuỷ văn: Hệ thống thuỷ văn được nhận biết trên ảnh không

mấy khó khăn bởi chúng là các địa vật hình tuyến, hệ thống đường bờ thể hiện rất rõ, rất đặc trưng về hình dáng cong lượn tự nhiên và hình ảnh của bề mặt nước thường rất khác biệt so với các đối tượng xung quanh Những hình ảnh đặc trưng này là do độ xám của các yếu tố thủy văn thể hiện trên ảnh được quyết định bởi điều kiện chụp ảnh, độ sâu, chất đáy, độ trong của nước

2 Địa hình: Các đối tượng của địa hình thường thể hiện rất rõ các

đường đứt gãy đột biến như các vách sụt lở, các khe vực Những yếu tố này

có nền màu rất khác biệt, phía trên thường có dải xám trắng, phía dưới thường

có màu xám đen

3 Lớp phủ thực vật: Đây là một trong những yếu tố dễ dàng nhận biết

trên ảnh viễn thám nhất Các yếu tố thực phủ được nhận biết trên ảnh thông qua màu sắc, nền màu, cấu trúc kết hợp với hình dáng, diện tích và vị trí địa

lý Khi giải đoán yếu tố này, không những nhận biết được chính xác mà còn xác định được rất nhiều các đặc trưng khác của chúng như: nguồn gốc, tuổi rừng, tầng thứ, độ tàn che, mật độ, độ che phủ, chiều cao cây, độ đầy của rừng

và đặc trưng quan trọng là diện tích của lớp phủ thực vật Xác định được những yếu tố đặc trưng trên là rất có ý nghĩa trong thành lập các bản đồ chuyên đề về lớp phủ thực vật nói chung và lớp phủ rừng nói riêng, dựa vào

đó có thể xây dựng các bản đồ động thái, đánh giá biến động

4 Thổ nhưỡng: Cũng như lớp phủ thực vật, loại đối tượng này cũng dễ

dàng nhận biết được trên ảnh viễn thám Dựa vào các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng thổ nhưỡng mà ta có thể xác định được một số các loại thổ nhưỡng khác nhau như: đất cát (cát khô, cát ẩm), đất sét (sét khô, sét ẩm, sét hạt to, sét hạt mịn, sét kết ), đá vôi, đất đồi, đất Bazan Việc có khả năng xác định được các yếu tố này trên ảnh có ý nghĩa vô cùng thiết thực trong việc xây dựng bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất

5 Dân cư Đây là yếu tố địa vật rất đặc trưng, việc nhận biết yếu tố này

chủ yếu dựa vào đặc trưng cấu trúc và vị trí phân bố Dựa vào một số đặc trưng ta có thể phân biệt được các loại hình dân cư như: đô thị (thị xã, thành phố, thi trấn) , nông thôn ( đông đúc, thưa thớt)

6 Hệ thống giao thông: Đây là các yếu tố có dạng hình tuyến, dựa vào

hình dáng và vị trí tương hỗ với các đối tượng khác có thể nhận biết được chúng và các yếu tố phụ trợ khác như: cầu, cống, đập tràn, đò, phà

Như vậy với khă năng khai thác được những thông tin trên từ tư liệu viễn thám, đặc biệt là xác định chính xác và chi tiết được các yếu tố thực phủ

và thổ nhưỡng cho phép ta xây dựng được bản đồ lớp phủ rừng từ các tư liệu này Đối với các tư liệu viễn thám như Landsat, Spot, là các ảnh viễn thám

ở dạng số nên hoàn toàn có thể áp dụng việc tự động hoá trong xử lý và phân loại các yếu tố nội dung của bản đồ lớp phủ rừng

1.2 Ứng dụng tư liệu viễn thám

1.2.1 Khái niệm lớp phủ rừng

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 đầy của rừng, tăng trưởng, trữ lượng, cấp đất, diện tích, biến động [1]

Trong đó:

Nguồn gốc của rừng chính là nguồn gốc phát sinh ra rừng, có hai nguồn

gốc phát sinh là rừng tự nhiên và rừng nhân tạo Xuất xứ của rừng tự nhiên từ chồi hoặc hạt, còn xuất xứ của rừng nhân tạo hay còn gọi là rừng trồng chủ yếu là từ hạt

Để xác định nguồn gốc của rừng phải dựa vào đặc trưng hình thái bên ngoài để nhận biết Thông thường rừng nhân tạo (rừng trồng) là thuần loài không phân chia tầng thứ, nếu là rừng hỗn hợp thì cũng rất ít loài và thứ tự cây trồng cũng rất ổn định, về mặt phân bố gần khu dân cư

Phương pháp xác định nguồn gốc của rừng chủ yếu là điều tra trực tiếp ngoài thực địa, ngoài ra có thể xác định gián tiếp thông qua phân tích tư liệu viễn thám độ phân giải cao nhờ nhận biết cấu trúc đặc trưng của hình ảnh Tuy vậy kết quả nhận được thường là kém chính xác

Tổ thành rừng là tỉ trọng của một loài hay nhóm loài chiếm trong lâm

phần đó và được tính theo phần trăm (%) Có ba cách chính để tính tỉ trọng cây là: số cây, tổng tiết diện ngang hoặc trữ lượng Việc xác định tổ thành rừng có ý nghĩa là xác định được loài cây hoặc nhóm loài chiếm đa số để từ

đó có những tác động hợp lý để cho hiệu quả tốt Ngoài ra nó còn cho phép ta xác định được trữ lượng của từng loài Tổ thành được xác định bằng phương pháp điều tra thực địa

Tuổi rừng là tuổi của lâm phần, đó là tuổi bình quân của nhóm loài cây

chiếm ưu thế trong lâm phần đó Việc xác định tuổi rừng chủ yếu dựa vào điều tra xác định tuổi bình quân của nhóm loài cây chiếm ưu thế trong lâm phần bằng cách giải tích cây đối với rừng tự nhiên hoặc dựa vào lý lịch của rừng đối với rừng trồng Tư liệu viễn thám không xác định được tuổi rừng

Mật độ của rừng là tổng số cây trên một đơn vị diện tích Việc xác định

mật độ của rừng có thể được xác định bằng hai phương pháp:

- Điều tra trực tiếp ngoài thực địa

- Phương pháp viễn thám Phương pháp này chủ yếu là sử dụng ảnh viễn thám độ phân giải cao, xác định bằng cách đếm số lượng tán cây trên một đơn vị diện tích Độ chính xác của phương pháp này đạt 60% - 70% so với

phương pháp điều tra thực địa Đối với ảnh viễn thám độ phân giải trung bình

và thấp chưa thực hiện được điều này

Tầng thứ của rừng hay còn gọi là tầng thứ của lâm phần chỉ mức độ cao

thấp của các tập hợp cây tạo nên lâm phần đó Việc xác định tầng thứ của rừng được thực hiện bằng phương pháp điều tra trực tiếp ngoài thực địa hoặc điều tra thực địa kết hợp ảnh viễn thám độ phân giải cao

Độ tàn che là tỉ số diện tích tán rừng chiếu xuống đất rừng và được tính

theo % Việc xác định đặc trưng này của rừng có thể theo hai cách:

- Điều tra trực tiếp ngoài thực địa

- Sử dụng tư liệu viễn thám Tư liệu viễn thám được sử dụng là các ảnh

vệ tinh có độ phân giải cao và trung bình Với kỹ thuật này thường sử dụng mẫu đoán đọc tàn che Khi giải đoán rừng có thể đựa vào kinh nghiệm, các mẫu đoán đọc, phân tích phổ để đưa ra kết luận

Độ che phủ là tỉ số giữa diện tích đất có rừng trên diện tích đất tự nhiên

và được tính theo % Việc xác định độ che phủ rừng được tiến hành theo hai cách:

- Phương pháp truyền thống: tức là đo vẽ trực tiếp diện tích đất có rừng

và diện tích đất tự nhiên rồi lấy tỉ số

- Phương pháp viễn thám, việc xác định độ che phủ được xác định một cách dễ dàng và nhanh chóng, đặc biệt là đối với ảnh vệ tinh khi tính chỉ số này trên một diện tích rộng lớn càng tỏ rõ ưu thế Độ che phủ được xác định bằng cách vẽ các khoanh vi diện tích đất rừng và diện tích đất tự nhiên trong khu vực sau đó tính diện tích cho từng loại và lấy tỉ số

Chiều cao bình quân là chỉ tiêu biểu thị kích thước chiều cao cây tạo

nên lâm phần Đặc trưng này chủ yếu xác định bằng việc đo đạc chiều cao cây trực tiếp hoặc sử dụng phương pháp dán tiếp là ảnh vệ tinh có độ phân giải cao Với ảnh có độ phân giải trung bình và thấp không xác định được đặc trưng này

Đường kính bình quân là chỉ tiêu biểu thị mức độ to nhỏ kích thước cây

tạo nên lâm phần Để xác định đường kính bình quân phải đo trực tiếp noài thực địa, không thể sử dụng phương pháp viễn thám để xác định được

Tổng tiết diện ngang là tổng diện tích các tiết diện ngang ở vị trí độ cao

1.3m của tất cả các cây rừng có đường kính 6cm trở lên trên một đơn vị diện tích (thường là 1ha) Đơn vị tính là m2/ha Việc xác định đặc trưng này chủ yếu dựa vào đo trực tiếp ngoài thực địa trên các ô mẫu, ngoài ra có thể sử dụng tư liệu viễn thám để xác định bằng cách xác định sơ bộ độ tàn che sau đó tính tổng tiết diện ngang của lâm phần dựa vào mối quan hệ giữa chúng với nhau

Độ dầy của rừng là tỉ số giữa tổng tiết diện ngang của một ha trên tổng

tiết diện ngang của một ha lâm phần chuẩn Nó có ý nghĩa như một chỉ tiêu đánh giá tài nguyên rừng Xác định yếu tố này bằng cách điều tra thực địa, không thể xác định yếu tố này bằng phương pháp viễn thám

Tăng trưởng là số lượng mà nhân tố điều tra biến đổi được trong một

đơn vị thời gian như: chiều cao cây, đường kính, trữ lượng Ý nghĩa của việc xác định tăng trưởng là để xác định số lượng, chất lượng của rừng và dự đoán diễn biến của nó Đặc trưng này chỉ xác định được bằng cách điều tra thực địa

Cấp đất là chỉ tiêu đánh giá điều kiện lập địa và sức sản xuất của lâm

phần thuộc một loài cây nào đó Đây là căn cứ để xác định mật độ trồng và chu kỳ kinh doanh hợp lý Cấp đất xác định bằng điều tra thực địa

Diện tích: Các đặc trưng trên đều phải được xác định trên một đơn vị

diện tích nhất định để làm cơ sở xác định trữ lượng của rừng Để xác định được diện tích đất có rừng, đất không có rừng có thể sử dụng cả hai phương pháp là đo đạc và vẽ diện tích của từng loại ngoài thực địa hoặc sử dụng ảnh

vệ tinh Trên ảnh vệ tinh có thể dựa vào các tiêu chuẩn , các mẫu giải đoán hoặc các chỉ số thực vật để xác định và phân loại Phương pháp sử dụng ảnh

vệ tinh là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế và có độ chính xác cao

Biến động là mức độ biến động tài nguyên rừng trong đó có biến động

về số lượng và chất lượng Sự biến động của rừng luôn luôn diễn ra dưới tác động của tự nhiên và con người theo thời gian Sự biến động diễn tiến theo hai chiều là tích cực và tiêu cực Xét ở trạng thái động thì biến động tài nguyên rừng là một đặc trưng rất cơ bản của nó Sự biến động này hoàn toàn xác định được bằng tư liệu viễn thám

Thông qua các phân tích trên về khả năng của tư liệu viễn thám trong việc xác định các đặc trưng của rừng, có thể tổng quát thành bảng như sau:

Ảnh vệ tinh

độ phân giải cao

Ảnh vệ tinh độ phân giải TB và thấp

khai trên một diện rộng thì phương pháp này sẽ mất rất nhiều thời gian, tiền của và công sức, trong khi đó một số đặc trưng về rừng hoàn toàn có thể xác định bằng phương pháp hiện đại đó là phương pháp viễn thám mà vẫn đảm bảo độ chính xác, trong một số trường hợp các thông tin do phương pháp này mang lại có giá trị cao hơn phương pháp điều tra mặt đất vì tư liệu viễn thám hiện nay có tính đồng nhất trên diện rộng và tính thời sự rất cao

Phương pháp viễn thám đã trở thành phương pháp ưu việt và không thể thiếu trong ngành lâm nghiệp, nó có ý nghĩa rất lớn trong việc đưa ra những thông tin, kết luận và dự báo một cách nhanh chóng nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết, nhất là về rừng như: nguồn gốc, độ tàn che, độ che phủ, kiểm kê diện tích, biến động

1.2.2 Nghiên cứu lớp phủ rừng bằng tư liệu viễn thám

Khi nghiên cứu về rừng bằng tư liệu viễn thám thì việc quan trọng là phải xác định được đâu là đất có rừng, đâu là đất không có rừng Để xác định được các đối tượng trên thường dựa vào các chỉ số thực vật, chỉ số thực vật được xây dựng dựa trên đặc tính phản xạ phổ của nó, đó là phản xạ mạnh ở vùng sóng cận hồng ngoại và hấp thụ mạnh ở vùng sóng đỏ Vì vậy độ chênh lệch về năng lượng phản xạ ở hai vùng sóng này càng lớn chứng tỏ ở đó thực vật càng dày và rừng càng tốt ( đối với ảnh viễn thám có độ phân giải thấp và khu vực tính toán trên một diện tích lớn cỡ vùng hoặc quốc gia) Hàm số của hai kênh ảnh đơn là kênh đỏ và kênh cận hồng ngoại được sử dụng để xây dựng kênh ảnh chỉ số thực vật cho nhiều chỉ số thực vật như: NDVI, RVI, IPVI, DVI, WDVI , trong đó chỉ số NDVI được coi là chỉ số chuẩn được sử dụng nhiều để xác định các đặc trưng về rừng, tuy nhiên không phải lúc nào giá trị NDVI càng cao thì ở đó có rừng [7], trong một số trường hợp giá trị NDVI rất cao nhưng nơi đó không phải là rừng và chỉ số này thường không chính xác khi sử dụng tư liệu viễn thám có độ phân giải trung bình và cao

Như vậy vấn đề đặt ra là cần xác định được mối liên hệ giữa các chỉ số thực vật với trạng thái lớp phủ một cách tương đối chính xác Vấn đề này sẽ được trình bày cụ thể bằng các thử nghiệm trong phần thực hành

1.2.3 Vai trò của đánh giá biến động trong nghiên cứu lớp phủ rừng

Trong nghiên cứu lớp phủ rừng, ngoài việc xác định được hiện trạng rừng qua các mốc thời gian thì việc tính toán và nghiên cứu sự biến động của lớp phủ rừng giữa các thời kỳ đó có ý nghĩa rất quan trọng trong vấn đề quản

lý, xây dựng kế hoạch và quy hoạch rừng một cách hợp lý và hiệu quả

Tính toán được khối lượng biến động: biến động ở đây bao gồm cả biến động về diện tích và chất lượng của lớp phủ rừng

Xác định được quy luật biến động, từ đó xác định được tính chất, nguyên nhân của sự biến động này, xác định được diễn tiến của biến động theo chiều hướng nào, có lợi hay có hại cho môi trường và kinh tế

Dự báo và cảnh báo những nguy cơ có thể xảy ra đối với lớp phủ rừng trong tương lai, đưa ra giải pháp cụ thể để ngăn chặn hoặc khắc phục những hậu quả có thể xảy ra

Chương 2

PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ

RỪNG 2.1 Xử lý tư liệu viễn thám

2.1.1 Hiển thị hình ảnh tư liệu viễn thám

Đối với bất kỳ hệ xử lý ảnh nào, việc quan trọng đầu tiên là thể hiện tư

liệu viễn thám dưới dạng hình ảnh Việc tạo ra hình ảnh của tư liệu viễn thám

có liên quan mật thiết tới việc tạo ra ảnh màu Các màu trong tự nhiên đều

được tổ hợp bởi 3 màu cơ bản, quá trình tổ hợp này có thể là cộng màu hoặc

trừ màu Vì vậy đối với tư liệu viễn thám đa phổ ta có thể sử dụng 3 kênh phổ

gán vào 3 màu cơ bản và như vậy ta sẽ được một ảnh tổ hợp màu

a Phương pháp cộng màu b Phương pháp trừ màu

B:Blu M: Magenta G: Green Y: Yellow

R: Red W: White C: Cyan BL: Black

Hình 2.1 Hai mô hình trộn màu cơ bản

Hệ thống cộng màu thường được sử dụng để hiện ảnh trên màn hình

máy tính Ngược lại hệ thống trừ màu thường được áp dụng cho việc in ảnh

Đối với tư liệu viễn thám đa phổ có số kênh phổ nhiều hơn 3 thì việc hiện ảnh

tổ hợp màu chỉ có thể được thực hiện tuần tự cho từng tổ hợp 3 kênh một

Trong các hệ xử lý ảnh việc hiện các tư liệu ảnh số được thực hiện thông qua

hệ thống hiện ảnh với các thành phần gồm: bộ nhớ trung gian, bảng màu, hệ

thống chuyển đổi tín hiệu số / tương tự (D/A) và màn hình Trong máy tính có

2 hệ thống hiện ảnh màu đó là hệ thống RGB và hệ thống mã màu Hệ thống RGB cho phép thể hiện số lượng màu không hạn chế, còn với hệ thống mã

màu chỉ cho phép thể hiện một số hữu hạn các màu [8]

Hình 2.2 Hệ thống hiện màu thực mã màu

Hình 2.3 Ví dụ hiện ảnh theo màu thực và bảng mã màu

2.1.2 Hiệu chỉnh ảnh

Mục đích của phương pháp này là hiệu chỉnh các ảnh thô thu được bị méo về hình học do sự quay của của Trái Đất, và sự xiên của thiết bị đo Ngoài ra bức xạ thu được luôn có sai số cần được hiệu chỉnh Các sai số đó

là do hệ ghi nhận ảnh, biến động của chiếu sáng của Mặt Trời và thời gian khảo sát, do ảnh hưởng của quyển khí Trong mục này chúng ta sẽ xem xét

phương pháp hiệu chỉnh bức xạ, phương pháp xóa nhiễu ảnh số và phương pháp hiệu chỉnh hình học

a) Hiệu chỉnh bức xạ

Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu ảnh hưởng một mức độ nhiễu xạ nhất định Nhằm loại trừ các nhiễu xạ này ta phải thực hiện một số phép tiền xử lý Khi thu các tín hiệu bức xạ từ mặt đất trên các vật mang trong

vũ trụ, người ta thấy có một số sự khác biệt so với trường hợp quan sát cùng đối tượng đó ở khoảng cách gần Điều này chứng tỏ ở khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu xạ nhất định gây ra bởi ảnh hưởng của góc nghiêng và độ cao mặt trời, một số điều kiện quang học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, độ mù,…Chính vì vậy để đảm bảo được sự tương đồng về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ

b) Hiệu chỉnh khí quyển

Bức xạ mặt trời trên đường truyền xuống mặt đất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất định trước khi nó tới được mặt đất và các bức xạ phản xạ từ vật thể

cũng bị hấp thụ, tán xạ một phần trước khi tới được bộ cảm Do vậy bức xạ

mà bộ cảm thu được không chỉ chứa đựng riêng thông tin hữu ích mà còn chứa đựng một số thông tin nhiễu khác nữa Hiệu chỉnh khí quyển là một công đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần nhiễu xạ không mang thông tin hữu ích

Có 3 phương pháp chính sử dụng trong hiệu chỉnh khí quyển là:

- Phương pháp sử dụng hàm truyền khí quyển Hàm truyền khí quyển là giải pháp gần đúng hay được sử dụng Mọi thông số đều dựa trên trạng thái trung bình của khí quyển kể cả hàm lượng các bụi lơ lửng và hơi nước

- Phương pháp sử dụng các số liệu quan trắc thực địa Trong phương pháp này người ta tiến hành đo đạc bức xạ các đối tượng cần thiết nghiên cứu ngay trong thời điểm chụp ảnh Sau đó dựa trên sự khác biệt về cường độ bức

xạ thu được trên vệ tinh và giá trị đo được người ta thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ Phương pháp này cho kết quả rất chính xác nhưng không phải lúc nào

và ở đâu cũng thực hiện được

- Các phương pháp khác Một số vệ tinh được trang bị các bộ cảm đặc biệt chuyên thu nhận các tham số trạng thái khí quyển đồng thời với các bộ cảm thu nhận ảnh và việc hiệu chỉnh được thực hiện ngay trong quá trình này

-Ánh sáng đi thẳng tới mặt đất và phản xạ đến bộ cảm

-Ánh sáng bị khúc xạ trong không khí

-Ánh sáng phản xạ qua lớp không khí tới bộ cảm

Hình 2.4 Mô hình tán xạ trong khí quyển

c) Hiệu chỉnh hình học

* Nguyên nhân của méo hình hình học:

Méo hình học được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa tọa độ ảnh thực tế (đo được) và tọa độ ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình học lý tưởng và trong các điều kiện thu nhận lý tưởng [8] Méo hình học được chia thành loại nội sai gây bởi tính chất hình học của bộ cảm và ngoại sai gây bởi vị trí, thế của vật mang và hình dáng của vật thể Dưới đây là lược đồ một

số loại nội và ngoại sai hình học

Hình 2.5 Các loại nội sai méo hình hình học

Hình 2.6 Các loại ngoại sai méo hình hình học