Ứng dụng công nghệ không gian địa lý viễn thám GIS GPS xác định suy thoái rừng và mất rừng tại khu dự trữ sinh quyển thế giới lang biang tỉnh lâm đồng giai đoạn 2017 2018

Nội dung cơ bản của đề tài Nghiên cứu hiện trạng, thực trạng và hoạt động quản lý suy thoái rừng và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng Nghiên cứu xác định ngưỡ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƯỜNG

-o0o -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÔNG GIAN ĐỊA LÝ (VIỄN THÁM, GIS, GPS) XÁC ĐỊNH SUY THOÁI RỪNG VÀ MẤT RỪNG TẠI KHU DỰ TRỮ SINH QUYỂN THẾ GIỚI LANGBIANG,

TỈNH LÂM ĐỒNG, GIAI ĐOẠN 2017- 2018

NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN (C)

MÃ SỐ: 310

Giáo viên hướng dẫn : PGS TS Nguyễn Hải Hòa

Hà Nội, 2018

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình đào tạo Đại học khóa học 2014-2018, được

sự đồng ý của khoa Quản lý Tài nguyên rừng và Mội trường, dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của PGS Nguyễn Hải Hòa Em đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp với

chủ đề “Ứng dụng công nghệ không gian địa lý (Viễn thám, GIS, GPS) xác định suy thoái rừng và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển thế giới Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2017- 2018”

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hải Hòa, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt khóa luận này Tiếp theo em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thu thập số liệu cần thiết đề hoàn thành khóa luận Cuối cùng em xin cảm

ơn các thầy cô giáo thuộc khoa Quản lý tài nguyên rừng và Môi trường đã tận tình truyền đạt kiến thức chuyên môn và kỹ năng thực hành nghề nghiệp cho em trong bốn năm học vừa qua

Do bản thân còn nhiều hạn chế về mặt chuyên môn và thực tế, thời gian thực hiện không nhiều nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Kính chúc Thầy, Cô, và các anh chị trong khoa QLTN Rừng & Môi trường sức khỏe dồi dào và thành công trong sự nghiệp cao quý

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm

Sinh viên

Chu Thị Hoài Linh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƯỜNG

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên đề tài: Ứng dụng công nghệ không gian địa lý (Viễn thám, GIS,

GPS) xác định suy thoái rừng và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển thế giới

Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2017- 2018

2 Sinh viên thực hiện: Chu Thị Hoài Linh MSV: 1453102245

3 Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hải Hòa

4 Mục tiêu nghiên cứu:

a Mục tiêu chung

Góp phần ứng dụng công nghệ thông gian địa lý vào việc quản lý biến động rừng, giảm thiểu mất rừng và suy thoái rừng tại các khu vực dự trữ sinh quyển

b Mục tiêu cụ thể

Đánh giá thực trạng mất rừng và suy thái rừng tại khu dự trữ sinh quyển Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng bằng công nghệ thông gian địa lý (viễn thám, GIS, GPS) giai đoạn từ năm 2017 đến năm 2018

Xác định ngưỡng chỉ số phát hiện sớm mất rừng và suy thoái rừng khu vực nghiên cứu

Đề xuất một số giải pháp quản lý rừng bằng công nghệ thông gian địa lý nhằm hạn chế mất rừng và suy thoái rừng

Về nội dung: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ không gian địa lý xác định

mất rừng và suy thoái rừng tại khu vực nghiên cứu

6 Nội dung cơ bản của đề tài

Nghiên cứu hiện trạng, thực trạng và hoạt động quản lý suy thoái rừng và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng Nghiên cứu xác định ngưỡng chỉ số phát hiện suy thoái rừng và mất rừng rừng tại KDTSQ Thế Giới Lang Biang giai đoạn 2017-2018

Nghiên cứu xác định nguyên nhân mất rừng và suy thoái rừng tại KDTSQ thế giới Lang Biang giai đoạn 2017-2018

Nghiên cứu đề giải pháp nâng cao công tác quản lý rừng bằng công nghệ không gian địa lý

7 Những kết quả đạt được

Qua nghiên cứu đề tài đã đạt được những kết quả sau:

Nghiên cứu đã chỉ ra được hiện trạng, thực trạng và hoạt động quản lý mất rừng và suy thoái rừng tại khu vực nghiên cứu

Xây dựng được bản đồ hiện trạng rừng các năm 2017, năm 2018 tại khu vực nghiên cứu Xây dựng bản đồ biến động rừng giai đoạn năm 2017-2018 Đánh giá độ chính xác của bản đồ Đưa ra ngưỡng chỉ số suy thoái rừng và mất rừng tại khu vực nghiên cứu

Chỉ ra nguyên nhân dẫn đến mất rừng suy thoái rừng Đưa ra các yếu tố thiết yếu ảnh hưởng đến công tác quản lý tại khu DTSQ Lang Biang

Đề tài đã đánh giá được hiện trạng rừng, hoạt động quản lý, vai trò người quản lý, các chính sách dự án được thực hiện tại khu vực nghiên cứu Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý rừng khu vực nghiên cứu : Giải pháp quản

lý, công nghệ, kinh tế xã hội,

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii

MỤC LỤC iv

DANH LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ 1

PHẦN II TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

2.1 Khái niệm GIS và viễn thám 3

2.1.1 Khái niệm GIS 3

2.1.2 Khái niệm viễn thám 4

2.3 Lược sử hình thành và phát triển của GIS và viễn thám 4

2.2.1 Trên thế giới 4

2.2.2 Tại Việt Nam 7

2.3 Đặc điểm và thông tin kỹ thuật ảnh vệ tinh Landsat và Sentinel 8

2.3.1 Đặc điểm và thông tin kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat 8

2.3.2 Đặc điểm và thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh Sentinel 10

PHẦN III MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

3.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

3.1.1 Mục tiêu chung 16

3.2 Phạm vi nghiên cứu 16

3.3 Nội dung nghiên cứu 16

3.4 Phương pháp nghiên cứu 18

3.4.1 Phương pháp luận 18

3.4.1 Hiện trạng và thực trạng và hoạt động quản lý suy thoái rừng và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng 21

3.4.2 Xác định ngưỡng chỉ số phát hiện suy thoái rừng và mất rừng rừng tại KDTSQ Thế Giới Lang Biang giai đoạn 2017-2018 22

PHẦN III ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN

CỨU 26

4.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 26

4.1.1 Vị trí địa lý, diện tích 27

4.1.2 Địa hình 27

4.1.3 Khí hậu 28

4.2 Đặc điểm kinh tế, xã hội và văn hóa 30

4.2.1 Dân số và lao động 30

4.2.2 Sinh kế của cộng đồng 31

4.2.3 Các giá trị văn hóa 32

4.2.4 Ranh giới hành chính 33

PHẦN V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

5.1 Thực trạng và hoạt động quản lý suy thoái rừng và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển Lang Biang 34

5.1.1 Thực trạng tài nguyên rừng tại Khu DTSQ Langbiang 34

5.1.2 Hoạt động quản lý suy thoái rừng và mất rừng khu vực nghiên cứu 36

5.2 Xây dựng chỉ số thực vật phát hiện suy thoái rừng và mất rừng giai đoạn 2017- 2018 38

5.2.1 Xây dựng bản đồ hiện trạng rừng tại khu vực nghiên cứu 38

5.2.2 Xây dựng bản đồ biến động rừng giai đoạn 2017- 2018 42

5.2 Xây dựng chỉ số thực vật phát hiện mất rừng và suy thoái rừng 44

5.3 Nguyên nhân mất rừng, suy thoái rừng, yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động quản lý 46

5.3.1 Nguyên nhân 46

5.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến công tác quản lý khu DTSQ TG Langbiang 49

5.4 Giải pháp quản lý rừng bền vững 51

5.4.1 Giải pháp quản lý 51

5.4.2 Giải pháp công nghệ ứng dụng không gian địa lý trong phát hiện suy thoái rừng và mất rừng 54

PHẦN VI KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ 56

6.1 Kết luận 56 6.2 Tồn tại 56 6.3 Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

ESA Cơ quan vũ trụ Châu Âu (European Space Agency)

ETM Enhances Thematic Mapper

GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic information system)

HTR Hiện trạng rừng

LDCM Landsat Data Continuity Mission

MSS Hệ thống bộ cảm biến đa phổ (Muttispectral Scanner System)

NASA Cơ quan hàng không và vũ trụ Mỹ (National Aeronautics and Space

Administation)

OLI Bộ thu nhận ảnh mặt đất (Operational Land Imager)

TIRS Bộ cảm biến nhiệt hồng ngoại (Thermal Infrared Sensor)

TM Thematic Mapper

UBND Ủy Ban Nhân dân

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các thông số đặc trƣng của bộ cảm Enhanced TM+ 9

Bảng 2.2 Các thông số đặc trƣng của bộ cảm OLI, TRIS 10

Bảng 2.3 Các thông số đặc trƣng của Sentinel 2A 12

Bảng 3.1 Phân loại NDVI theo chất lƣợng thực vật trong lớp phủ bề mặt 20

Bảng 3.2 Khóa phân loại rừng theo giá trị NDVI ảnh Landsat 20

Bảng 3.3 Dữ liệu viễn thám đƣợc sử dụng trong đề tài 25

Bảng 4.1 Các vùng khí hậu sinh học ở khu DTSQ TG Langbiang 29

Bảng 5.1 Bảng diện tích rừng khu DTSQ Lang Biang năm 2017 39

Bảng 5.2 Diện tích rừng khu DTSQ Lang Biang năm 2018 40

Bảng 5.3 Kết quả đánh giá độ chính xác bản đồ phân loại khu vực nghiên cứu 41

Bảng 5.4 Biến động diện tích rừng giai đoạn năm 2017-2018 43

Bảng 5.5 Giá trị thống kê tại các vị trí suy thoái rừng 44

Bảng 5.6 Giá trị thống kê tại các vị trí mất rừng 45

Bảng 5.7 Ngƣỡng phát hiện mất rừng, suy thoái rừng theo chỉ số dNDVI 45

Bảng 5.8 Diện tích rừng tự nhiên chuyển thành rừng kinh tế giai đoạn 2006 – 2012 tại các huyện thuộc KDTSQ LB 46

Bảng 5.9 Thống kê sản lƣợng lâm sản khai thác giai đoạn 2006 - 2015 47

Bảng 5.10 Một số dự án thủy điện trên địa bàn KDTSQ LB 48

Bảng 5.11 Thống kê vụ cháy rừng ở Lâm Đồng giai đoạn 1996 - 2009 48

Bảng 5.12 Phân tích SWOT đối với Phát triển bền vững của 51

khu DTSQ TG Langbiang 51

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1 Quy trình các bước nghiên cứu 18

Hình 3.2 Quy trình các bước xây dựng bản đồ hiện trạng 21

Hình 4.1 Ranh giới khu vực nghiên cứu 26

Hình 4.2 Bản đồ địa hình khu DTSQ Lang Biang 28

Hình 4.3 Bản đồ ranh giới hành chính khu DTSQ TG Langbiang 33

Hình 5.1 Hiện trạng sử dụng đất khu DTSQ Lang Biang năm 2017(Landsat 8 7/2/2017) 39

Hình 5.2 Diện tích rừng khu DTSQ Lang Biang năm 2017 39

Hình 5.3 Hiện trạng sử dụng đất khu DTSQ Lang Biang năm 2018 (Landsat 8 3/3/2018) 40

Hình 5.4 Diện tích rừng khu DTSQ Lang Biang năm 2018 41

Hình 5.5 Biến động diện tích rừng khu DTSQ Lang Biang 43

Hình 5.6 Biến động diện tích rừng giai đoạn 2017-2018 43

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ

Rừng là tài nguyên quý giá của quốc gia, là bộ phận quan trọng của môi trường sinh thái, có giá trị to lớn đối với nền kinh tế quốc dân, gắn liền với đời sống của nhân dân và sự phát triền của xã hội Rừng được xem là lá phổi xanh của thế giới giúp điều hòa khí hậu, cân bằng sinh thái cho môi trường Rừng làm dịu bớt nhiệt độ của luồng khí nóng ban ngày đồng thời duy trì được độ ẩm Rừng có vai trò rất quan trọng trong bảo vệ môi trường, bảo tồn đa dạng sinh học, điều tiết khí quyển, giảm hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu toàn cầu, nuôi dưỡng duy trì nguồn nước, bảo vệ và cải tạo đất, góp phần ổn định xã hội và an ninh quốc phòng; rừng góp phần quan trọng trong việc phát triển, mở rộng các ngành nghề như phát triển du lịch, dịch vụ, nông lâm kết hợp,

Nằm ở phía Bắc tỉnh Lâm Đồng, thuộc khu vực Nam Tây Nguyên, Khu

dự trữ sinh quyển thế giới Lang Biang có tổng diện tích 275.439 ha, trong đó vùng lõi là 39.943 ha, vùng đệm là 72.232 ha và vùng chuyển tiếp là 168.264 ha Nơi đây lưu trữ những giá trị tiêu biểu về đa dạng sinh học, cảnh quan thiên nhiên hòa quyện với những nét văn hóa đặc sắc của Không gian Văn hóa Cồng chiêng Tây Nguyên đã được UNESCO công nhận là di sản văn hóa phi vật thể đại diện của nhân loại Khu dự trữ sinh quyển thế giới Lang Biang bao gồm một vùng rừng nguyên sinh rộng lớn với vùng lõi là Vườn quốc gia Bidoup Núi Bà, nơi được đánh giá là một trong bốn trung tâm đa dạng sinh học của Việt Nam.Về động vật theo thống kê Langbiang có 748 loài động vật thuộc 507 giống, 123 họ, 6 lớp với 3 loài đặc hữu, 45 loài có tên trong sách đỏ Việt Nam, trong đó có 19 loài có giá trị bảo tồn cao Một số loài quý hiếm như Chà vá chân

đen (Pygathrix nigripes), Vượn đen má vàng (Nomascus gabriellae), Bò tót (Bos gaurus), Mi Lang Biang (Crocias langbianis), Khướu đầu đen má xám (Trochalopteron yersini) Về thực vật Lang Biang còn là nơi sinh sống của 1940

loài thực vật thuộc 825 chi, 180 họ thuộc 4 ngành với 3 loài thực vật đặc hữu, 64 loài có tên trong Sách đỏ Việt Nam (2007) trong đó có 53 loài có giá trị bảo tồn

cao như Thông hai lá dẹt (Pinus krempfii), Thông năm lá Đà Lạt (Pinus

dalatensis), Lan đốm (Gastrochilus calceolaris) Tại đây, các dịch vụ hệ sinh

thái tự nhiên còn mang lại sinh kế bền vững cho cộng đồng bản địa thông qua chương trình chi trả dịch vụ môi trường rừng của Chính phủ Việt Nam

Hiện nay, chúng ta đang phải đương đầu với những vấn đề về sự suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trường Sự phát triển kinh tế gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường phục vụ phát triển bền vững đang là vấn

đề hết sức cấp thiết được các nhà quản lý đặt ra Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và đánh giá mất rừng, suy thoái diện tích rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu Hàng năm, các nhà quản lý đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động diện tích rừng Tuy nhiên, trước đây khi công nghệ thông tin chưa được phổ cập rộng thì việc đánh giá biến động mới chỉ dừng lại ở mức độ thô sơ dựa vào các số liệu thu thập được qua sổsách và bản đồ giấy, so sánh sự thay đổi bằng phương pháp lấy số liệu từ năm trước trừsố liệu của năm sau với các diện tích thay đổi để tìm xem diện tích đó thay đổi theo chiều hướng tăng hay theo chiều hướng giảm từ đó lập bản đồ chuyển đổi rừng Đây làphương pháp rất tốn kém, mất thời gian, tốn nhiều công sức, và chưa thể hiện được các thông tin cần thiết của dữ liệu Phương pháp đánh giá đã l i thời không còn phù hợp nữa vì vậy phải thay thế bằng các phương pháp đánh giá mới đáp ứng được yêu cầu trên và phải đảm bảo kịp thời theo dõi sự thay đổi của đất rừng

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học hiện đại

Sự ra đời của hàng loạt công nghệ thông tin địa lý đã giúp cho việc xác định

biến động tài nguyên rừng trở nên dễ dàng Xuất phát từ vấn đề đó, đề tài: “Ứng

dụng công nghệ không gian địa lý (Viễn thám, GIS, GPS) xác định suy thoái rừng và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển thế giới Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng giai đoạn 2017- 2018” nghiên cứu để có cơ sở đề xuất các giải pháp quản

lý hiệu quả nguồn tài nguyên thực vật rừng trên địa bàn

PHẦN II TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Khái niệm GIS và viễn thám

2.1.1 Khái niệm GIS

GIS (Geographic Information System) là hệ thống thông tin mà nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân tích, cơ sở dữ liệu đầu vào liên quan về mặt địa lý không gian, nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con người đặt ra (Nguyễn Kim Lợi và ctv, 2009)

GIS là hệ thống quản lý không gian được phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy tính với mục đích lưu trữ, hợp nhất, mô hình hoá, phân tích và miêu tả được nhiều dữliệu GIS được gọi là công nghệ xúc tác vì tiềm năng to lớn của nó đối với phạm vi các ngành có liên quan GIS hợp nhất các số liệu mang tính liên ngành lại bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích Hệ thống thông tin địa lý và các ứng dụng của nó giúp đạt được nhiều yêu cầu của thực tiễn, với các ưu điểm nổi bật như sau:

Giảm hoặc loại bỏ các hoạt động thừa từ đó tiết kiệm được thời gian, công sức và tiền của

Số liệu có thể được cập nhật hoá một cách dễ dàng

Chất lượng số liệu được quản lý, xử lý và hiệu chỉnh tốt

Dễ dàng truy cập, phân tích số liệu từ nhiều nguồn và nhiều loại khác nhau

Tổng hợp một lần được nhiều loại số liệu khác nhau để phân tích và tạo

ra hanh chóng một lớp số liệu tổng hợp mới

Có thể làm bản đồ không cần kỹ xảo hoặc vắng kỹ thuật viên

Có thể làm cho bản đồ gần gũi với mục đích sử dụng

Hạn chế sử dụng bản đồ in tránh tác hại làm giảm chất lượng dữ liệu

2.1.2 Khái niệm viễn thám

Viễn thám (Remote sesing) được hiểu là một môn khoa học thu thập các thông tin trên bề mặt trái đất mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng Công nghệ này được thực hiện bằng việc thu nhận và đo đạc các năng lượng phản xạ hoặc phát xạ từ bề mặt vật thể hoặc trái đất sau đó tiến hành xử lý, phân tích và ứng dụng các thông tin đó trong lĩnh vực khác nhau

Các thông tin thu nhận là kết quả của việc giải mã hoặc đo đạc những biến đổi mà đối tượng tác động tới môi trường chung quanh như trường điện từ, trường âm thanh hoặc trường hấp dẫn Ngày nay kỹ thuật viễn thám đã được phát triển và ứng dụng rất nhanh, rất hiệu quả trong rất nhiều lĩnh vực đặc biệt là công nghệ chủ đạo trong quản lý giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường

2.3 Lược sử hình thành và phát triển của GIS và viễn thám

ra những thiết bị trong phạm vi hẹp Trong những năm 1950, hệ thống ảnh hồng ngoại được phát triển, nó cung cấp hình ảnh bức xạ của vật thể và địa hình Hệ thống hồng ngoại không phụ thuộc vào ánh sáng nhưng nó không thể vượt qua đám mây

Vào những năm 1956, người ta tiến hành một số cuộc bay nhằm thử nghiệm khả năng của máy bay trong việc phân loại và phát hiện kiểu thực vật Năm 1957 đánh dấu mốc phát triển rất lớn của viễn thám khi U.S.S.R (Liên Xô

cũ) tung ra vệ tinh SPUTNIK-1, đánh dấu sự bắt đầu của “thời đại không gian”

Sự tồn tại tương đối lâu của vệ tinh trên quỹ đạo cũng như khả năng lặp lại đường bay đã giúp cho vệ tinh có thể theo dõi được những động thái của nhiều hiện tượng hay những biến đổi theo mùa, theo chu ký năm, diễn biến của nhiều đối tượng như nạn phá rừng, biến đổi trong quy hoạch đất đai

Ngày nay, sự ứng dụng của viễn thám trong lĩnh vực thăm dò tài nguyên

đã trở nên rất đa dạng và phong phú Hiện nay, nhiều bộ cảm biến hiện đại đang được đầu tư nghiên cứu và phát triển trong đó phải kể đến phổ kế tạo ảnh – cho phép nâng số kênh phổ lên hàng trăm kênh khác nhau

GIS đầu tiên trên thế giới được xây dựng vào đầu những năm 60 của thế

kỷ XX tại Canada với tên gọi CGIS (Canadian Geographic Infomational System) Song song với Canada hàng loạt các trường đại học Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu và xây dựng các GIS của mình Tuy nhiên rất nhiều trong số đóđã không tồn tại được lâu

Sự ra đời và phát triển các GIS trong những năm 60 của thể kỷ XX đãđược quốc tế chấp nhận và đánh giá cao Vì vậy, năm 1968 Hội Địa Lý Quốc

tế đã quyết định thành lập uỷ ban thu nhận và xử lý dữ liệu địa lý nhằm mục đích phổ biến kiến thức trong lĩnh vực này trong những năm tiếp theo

Trong những năm 70, đứng trước sự gia tăng về nhu cầu quản lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường, chính phủ các nước, đặc biệt là ở Bắc Mỹ, bên cạnh thiết lập hàng loạt cơ quan chuyên trách về môi trường đã bầy

tỏ sự quan tâm nhiều hơn nữa đến việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển GIS

Đầu những năm 70 của thế kỷ XX còn được đánh dấu bởi sự phát triển mạnh mẽcủa các hệ xử lý ảnh (HXLA) của kỹ thuật viễn thám Việc quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như quản lý dữ liệu nói chung được chú trọng và phát triển trong các GIS và HXLA

Nghiên cứu đánh giá hiểm hoạ xói mòn và chất lượng đất cho các nước thuộc phía nam của cộng đồng Châu Âu (1991) Nó được dựa trên 5 tập hợp dữ liệu: đất, khí hậu, độ dốc, thực vật và thuỷ lợi Tất cả dữ liệu này được đồng

nhất về lưới chiếu, được kiểm tra về độ chính xác và độ tương thích Kết quả nghiên cứu đã thu được trong thời gian ngắn nhất và chi phí thấp nhất

Mô hình hoá đám cháy tự nhiên trong khu vực Địa Trung Hải (1992): Mục đích chung của nghiên cứu này là mô hình hành vi các đám cháy tự nhiên

để tìm ra mối nguy cơ xuất hiện và lan tràn hoả hoạn dựa trên GIS

Nghiên cứu độ mặn của đất và giám sát ngập nước tại tỉnh IS Mailia – Ai cập (1992): Những khả năng lập bản đồ và điều tra độ mặn của nước bằng viễn thám và GIS đãđược thử nghịêm trong giai đoạn đầu của dự án Đầu ra của nghiên của này là có hứa hẹn và đề tài được chuyển sang giai đoạn ứng dụng

Năm 1999 De Jaeger đã nghiên cứu lập bản đồ địa mạo bằng ảnh vệ tinh TK-300 của Nga và GIS cho thung lũng Wadi Mujib (Jonrdan) Kết quả đã thành lập được bản đồ địa mạo và thành lập được bản đồ rủi ro môi trường

Ngày nay, trong lĩnh vực Lâm nghiệp, công việc quản lý tài nguyên rừng đang là một thách thức lớn Với GIS các nhà quản lý có thể thực hiện nhiệm vụ này dễ dàng hơn Do vậy, hiện nay trên thế giới cũng đã có những nghiên cứu, ứng dụng các nước cũng đang nghiên cứu và ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý, bảo vệ rừng Những ví dụ dưới đây sẽ minh hoạ cho nhận định này:

Phá rừng: Bức tranh toàn cảnh về môi trường thế giới đã có sự thay đổi lớn Một nguyên nhân quan trọng đó là tình trạng phá rừng đang ngày càng phát triển Viện Tài nguyên Thế giới (WRI) đã sử dụng GIS để đánh giá ảnh hưởng của phá rừng với các quốc gia và người dân trên toàn Thế giới

Thu hẹp diện tích rừng trên toàn cầu: WRI để kiểm soát diện tích rừng trên toàn cầu Ngoài ra GIS còn h trợ phân tích so sánh diện tích rừng hiện nay với diện tích rừng trong quá khứ, cho thấy xu hướng thu hẹp ngày càng nhanh của các diện tích này và tốc độ thu hẹp ở các vùng khác nhau, từ đó dự báo tốc độmất rừng của những nơi mà biên giới rừng vẫn còn tồn tại Với phần mềm GIS, các dự báo có thể được phân tích dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ

Dự báo ảnh hưởng ô nhiễm không khí đối với sự phát triển của thực vật: Với GIS, các nhà khoa học có thể phủ dữ liệu cho các vùng (các dữ liệu về sự tăng trưởng, phân bố loài thực vật ) theo thời gian, tạo nên các bản đồ đánh

giá sựbiến đổi sinh trưởng của từng loài cây Những phân tích này rất hữu ích trong dựbáo ảnh hưởng lâu dài của ô nhiễm không khí không chỉ đối với thực vật, mà còn đối với động vật và cả con người

Với những ứng dụng rộng rãi, GIS đã trở thành công nghệ quan trọng

Nó tham gia vào hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống con người và ngày càng được quảng bá rộng rãi Hơn nữa với xu thế phát triển hiện nay, GIS không chỉ dừng lại ở một quốc gia đơn lẻ mà ngày càng mang tính toàn cầu hóa

2.2.2 Tại Việt Nam

Ảnh vệ tinh đầu tiên được sử dụng ở Việt Nam là tư liệu METEOR, NOAA vào đầu những năm 70 trong lĩnh vực khí tượng Đến cuối những năm

70 tư liệu vệ tinh tài nguyên LANDSAT và sau này là tư liệu vệ tinh SPOT cũng được sử dụng trong lĩnh vực địa chất và lâm nghiệp Gần đây các tư liệu về tinh ADEOS, MOS-1, ASTER, MODIS cũng lần lượt được đưa vào Việt Nam để xây dựng bản đồ, nghiên cứu về môi trường và nghiên cứu theo dõi biến động

Việc ứng dụng viễn thám trong lâm nghiệp ở Việt Nam có thể nói bắt đầu

từ những năm 1958, khi đó đã sử dụng ảnh máy bay đen trắng toàn sắc tỷ lệ 1/30.000 để phục vụ điều tra rừng g trụ mỏ Đông Bắc Từ những năm 1970 đến năm 1975, ảnh máy bay đã được dùng rộng rãi để xây dựng các bản đồ hiện trạng Sau năm 1975, kỹ thuật này được dùng phổ biến trong điều tra rừng cả nước

Ngày nay công nghệ tin học đang phát triển như vũ bão, nó thâm nhập vào hầu hết các ngành kinh tế quốc dân và các ngành khoa học có liên quan đến điều tra, xây dựng cơ bản và quản lý bảo vệ tài nguyên môi trường Bằng các phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng kết hợp với hệ thông tin địa lý có thể khai thác các tư liệu viễn thám một cách hữu hiệu hơn, có khả năng chồng xếp tạo ra các bản đồ thứ cấp mà bằng phương pháp truyền thống trước đây không thể làm được

Công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữtư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị Tuy nhiên các ứng

dụng cóhiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản

đồ bằng công nghệ GIS Có thể kể đến như:

Dự án của UNDP ứng dụng viễn thám ở Việt Nam là nâng cao năng lực

về thống kê rừng ở Viện Điều tra Quy hoạch Rừng vào những năm 80 Sau đó, UNDP tiếp tục tài trợ dự án thứ hai mà đối tượng chính là các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong vài năm Vào những năm

90, Việt Nam đã thu hút một số lớn các dự án quốc tế trong lĩnh vực nâng cao năng lực quản lý môi trường và tài nguyên trong đó GIS luôn là hợp phần quan trọng

Ngoài các dự án được đầu tư của nước ngoài, trong những năm gần đây các nhà khoa học Việt Nam cũng đã có những đề tài nghiên cứu ứng dụng GIS:

Đánh giá ảnh hưởng của chất độc hóa học đối với tài nguyên rừng trong chiến tranh Việt Nam

Tham gia dự án Theo dõi diễn biến rừng vùng lưu vực sông Mê Công do GTZ tài trợ

2.3 Đặc điểm và thông tin kỹ thuật ảnh vệ tinh Landsat và Sentinel

2.3.1 Đặc điểm và thông tin kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat

Landsat là ảnh vệ tinh tài nguyên của Mỹ cho cơ quan hàng không và vũ trụ National Aeronautics and Space Administration – NASA quản lý Landsat là ảnh vệ tinh đầu tiên được thiết kế giám sát bề mặt Trái đất Vệ tinh Landsat – 1 được phát bởi NASA vào năm 1972 Landsat được thiết kế như một thử nghiệm

để kiểm tra tính khả thi của việc thu nhập dữ liệu quan trắc Trái đất đa quang phổ

Tiếp theo đó là các thiết kế Landsat 2 – 1975, Landsat 3 – 1978 Hai loại ảnh Landsat này chỉ được trang bị MSS (Multispectral Scanner System – Hệ thống bộ cảm đa phổ: là bộ cảm quang học được thiết kế để thu nhận bức xạ phổ

từ ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất theo 4 kênh phổ khác nhau, được tích hợp bởi hệ thống quang học và bộ cảm) Landsat 4 được phóng vào quỹ đạo năm 1982, Landsat 5 phóng vào năm 1984, cả hai bộ cảm được trang bị thêm bộ cảm TM (Thematic Mapper) Landsat 6 và Landsat 7 lần lượt được

phóng vào trái đất năm 1993 và 1999 với bộ cảm cải tiến mới ETM (Enhanced TM) Lamdsat 8 đƣợc phóng thành công vào quỹ đạo ngày 12/02/2013 với 2 bộ cảm: Bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI – Openrational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal Infrared Senor)

Thiết bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt trái đất, có độ phân giải 30m đối với ảnh đa phổ TM và 15m đối với ảnh toàn sắc

Bảng 2.1 Các thông số đặc trƣng của bộ cảm Enhanced TM+

Bảng 2.2 Các thông số đặc trưng của bộ cảm OLI, TRIS

2.3.2 Đặc điểm và thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh Sentinel

Sentinel là tên của một loạt các vệ tinh quan sát trái đất thuộc Chương trình Copernicus của Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA) Các vệ tinh được đặt tên từ Sentinel-1 tới Sentinel-6 có các thiết bị thu nhận quan sát đất liền, đại dương và khí quyển

Sentinel-1A là vệ tinh đầu tiên trong loạt các vệ tinh thuộc Chương trình Copernicus, đã được lên quỹ đạo ngày 03/04/2014 Thiết bị thu nhận ảnh radar khẩu độ mở tổng hợp, kênh C (Syntheic Aperture Radar – SAR) Các chế độ thu nhận ảnh bao gồm:

Interferometic wide-swath mode, 250 km, 5×20 m resolution

Wave-mode image 20×20 km, 5×5 m resolution (at 100 km intervals) Strip map mode 80 km swath, 5×5 m resolution

Extra wide-swath mode 400 km 20×40 m resolution

Sentinel-1A có nhiệm vụ giám sát băng, tràn dầu, gió và sóng biển, thay đổi sử dụng đất, biến dạng địa hình và đáp ứng các trường hợp khẩn cấp lũ và động đất

Do là dữ liệu radar nên có các chế độ phân cực đơn (VV hoặc HH) và phân cực đôi (VV+VH hoặc HH+HV)

Sentinel-2A được phóng lên quỹ đạo ngày 23/06/2015 Đây là vệ tinh gắn thiết bị thu nhận đa phổ với 13 kênh phổ (443 nm – 2190 nm), swath width 290

km, spatial resolutions 10 m (4 visible và near-infrared bands), 20 m (6 edge/shortwave-infrared) và 60 m (3 atmospheric correction bands) Khi vệ tinh thứ hai (Sentinel-2B) đưa vào sử dụng thì cả hai sẽ có chu kỳ lập lại là 5 ngày và nếu kết hợp với Landsat 8 thì chu kỳ quan sát trái đất sẽ là 3 ngày Với dữ liệu này thì độ phân giải không gian cao hơn ảnh vệ tinh Landsat 8 Sentinel-2A có nhiệm vụ giám sát các hoạt động canh tác nông nghiệp, rừng, sử dụng đất, thay đổi thực vật phủ, thay đổi sử dụng đất

Lặp lại chu kỳ: 10 ngày với một vệ tinh và 5 ngày với 2 vệ tinh

Độ phân giải và chiều rộng đường kẻ ngang :290 km

Độ phân giải không gian 10m, 20m và 60m

Mục tiêu và nhiệm vụ:

Quan trắc đất bao gồm: thảm thực vật, đất và nước, đường thủy nội địa và vùng ven biển

Bản đồ phát hiện và sử dụng đất

Cung cấp h trợ tạo ra phủ đất

H trợ cứu trợ thiên tai

Theo dõi biến đổi khí hậu

Với 13 kênh phổ, từ dải ánh sáng nhìn thấy và cận hồng ngoại đến dải hồng ngoại sóng ngắn với các độ phân giải không gian khác nhau, đầu thu đa phổ của Sentinel-2A mang lại khả năng giám sát mặt đất ở cấp độ chưa từng có Sentinel-2 là vệ tinh quan sát trái đất quang học đầu tiên có ba băng phổ nằm trong dải “rìa đỏ” (red edge), cung cấp thông tin quan trọng về trạng thái của thực vật

Bảng 2.3 Các thông số đặc trưng của Sentinel 2A

Kênh phổ Bước sóng (µm) Độ phân giải (m)

 Tác giả Bagalwa và các cộng sự (2016) nghiên cứu về chủ đề thay đổi sử dụng đất và thảm phủ tại lưu vực sông Lwiro Micro, Hồ Kivu tại Cộng hòa dân chủ Congo đã sử dụng ảnh Landsat TM, Landsat ETM và sử dụng phương pháp phân loại không kiểm định để phân loại sử dụng đất và che phủ thảm thực vật

Đề tài đã chỉ rõ sự thay đổi sử dụng đất và thảm phủ của lưu vực sống Lwiro Mirco với nguyên nhân chính của sự thay đổi là do sự di cư và do ảnh hưởng của các hoạt động sản xuất nông nghiệp

 Tác giả Akike và Samata (2016) đã nghiên cứu về vấn đề thay đổi sử dụng đất, che phủ và kiểm soát mật độ tán rừng của khu vực Wafi – Golpu, Papua New Guinea Đề tài sử dụng dữ liệu ảnh Landsat 8 và phương pháp phân loại có kiểm định, đề tài đã phân loại rừng của khu vực thành rừng có mật độ tán rừng cao (hơn 80 ), thường (71 – 80 ), thấp (nhỏ hơn 70 ) và chỉ rõ sự thay đổi sử dụng đất của khu vực nghiên cứu Ngoài ra, đề tài còn khoanh vùng các khu vực mất nhiều rừng nhất từ đó tạo cơ sở cho việc lên kế hoạch bảo vệ và phát triển nguyên tài rừng một cách bền vững

 Tác giả Sajjad và các cộng sự (2015) đã thực hiện đề tài ứng dụng Viễn thám và GIS trong việc nghiên cứu thay đổi che phủ rừng tại Tehsil Barawal, Pakistan Đề tài đã sử dụng dữ liệu ảnh Landsat 5 và phương pháp phân loại có kiểm định để theo dõi sự thay đổi sự che phủ rừng Đề tài đã chỉ rõ sự thay đổi các lớp che phủ của khu vực nghiên cứu năm 2002 và năm 2012 Qua đó thấy rõ tại khu vực nghiên cứu, diện tích rừng giảm 12 , diện tích đất nông nghiệp tăng

7 Như vậy có thể thấy rằng hoạt động nông nghiệp là nguyên nhân chính gây suy giảm diện tích rừng ở khu vực nghiên cứu Từ đó, đề tài đề xuất nên khởi động chiến dịch nâng cao nhận thức của nhân dân để bảo vệ và bảo tồn rừng tại khu vực nghiên cứu

 Tác giả Shapla và các cộng sự (2015) thực hiện đề tài sử dụng ảnh Landsat đánh giá thay đổi diện tích đất nông nghiệp tại Gazipur, Bangladesh Đề tài đã sử dụng ảnh Landsat 4, Landsat 5, Landsat 7 và phương pháp phân loại không kiểm định Đề tài đã phân tích sự thay đổi diện tích nông nghiệp tại khu

vực nghiên cứu năm 2001, 2005 và 2009 Qua đó, cho thấy diện tích dân cư tăng

2 , diện tích ruộng lúa tăng 7 bên cạnh đất đất rừng giảm 11 từ đó có thể thấy việc mở rộng đô thị là một trong các nguyên nhân chính gây nên sự thay đổi diện tích rừng ở khu vực nghiên cứu

2.3.2 Tại Việt Nam

Trong những năm cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ Viễn thám, các nghiên cứu khoa học ứng dụng GIS và viễn thám vào lĩnh vực lâm nghiệp ngày càng nhiều điển hình như:

Tác giả Nguyễn Hải Hòa và các cộng sự (2016) đã thực hiện nghiên cứu

về việc ứng dụng GIS và ảnh Landsat đa thời gian xây dựng bản đồ biến động diện tích rừng tại xã vùng đệm Xuân Đài và Kim Thượng, Vườn quốc gia Xuân Sơn Đề tài sử dụng tư liệu ảnh Landsat và phương pháp phân loại không kiểm định kết hợp sử dụng chỉ số thực vật NDVI Đề tài đã xây dựng thành công khóa phân loại ảnh dựa trên việc kết hợp chỉ số thực vật NDVI và phương pháp phân loại không kiểm định Tuy nhiên, khoảng cách thời gian của trong một giai đoạn đánh giá là quá lớn do đó không thể đánh giá một cách toàn diện quá trình biến động

Tác giả Trần Thu Hà và các cộng sự (2016) đã thực hiện đề tài ứng dụng GIS và viễn thám trong giám sát biến động diện tích rừng huyện Cao Phong – tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2005 – 2015 Nghiên cứu sử dụng ảnh Landsat 5 và Landsat 8 kết hợp sử dụng chỉ số NDVI để phân loại ảnh Qua đề tài có thể thấy được sự thay đổi diện tích tại khu vực nghiên cứu Cụ thể, tổng diện tích đất có rừng sau 10 năm đã tăng từ 7975,77 ha lên 10300,64 ha (tăng 2324,87 ha) Nâng

độ che phủ của rừng từ 31,32 lên 40,24 Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ phân tích hai năm 2005 và 2015 như vậy sẽ không thấy rõ được sự biến động diện tích một cách chi tiết trong toàn giai đoạn

Cũng trong năm 2016, tác giả Nguyễn Hải Hòa đã thực hiện đề ứng dụng viễn thám Landsat đa thời gian và GIS đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn ven biển huyện Tiên Yên, Tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 1994 – 2015 Nghiên

cứu sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 5, Landsat 7, Landsat 8 và dùng phương pháp phân loại không kiểm định Đề tài xây dựng thành công bản đồ hiện trạng cũng như bản đồ biến động diện tích rừng tại khu vực nghiên cứu giai đoạn từ 1994 đến 2015 Tuy nhiên, đề tài chỉ sử dụng duy nhất ảnh viễn thám Landsat mà không sử dụng thêm các loại ảnh có độ phân giải cao hơn

Nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám Landsat đa thời gian đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2000 – 2016 tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình thực hiện bởi Trình Xuân Hồng (2016) đã sử dụng ảnh Landsat 5, Landsat 8 và dùng phương pháp phân loại không kiểm định để giải đoán ảnh Đề tài đã đánh giá được độ tin cậy giữa việc sử dụng hai phương pháp phân loại là phân loại không kiểm định và sử dụng chỉ số NDVI Tuy nhiên, nghiên cứu trên chỉ sử dụng duy nhất ảnh viễn thám Landsat để phục vụ cho đề tài

Nghiên cứu sự thay đổi diện tích rừng làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý rừng bền vững tại huyện Hàm Yên, tỉnh Tuyên Quang thực hiện bởi Hoàng Thị Uyên (2016) đã sử dụng ảnh Landsat 5, Landsat 7, Landsat 8 và dùng phương pháp phân loại không kiểm định để phân loại ảnh Đề tài đã sử dụng thêm sự h trợ của phần mềm ENVI 4.7, tuy nhiên phần giải pháp của đề tài còn tương đối chung chung chưa cụ thể riêng cho khu vực nghiên cứu

Nhìn chung, ở Việt Nam công nghệ viễn thám và GIS đã được ứng dụng vào việc thành lập bản đồ về tài nguyên rừng từ tương đối sớm Tuy nhiên, việc thành lập bản đồ vẫn dựa trên các phương pháp truyền thống là giải đoán ảnh và điều tra thực địa Hơn nữa, tư liệu ảnh viễn thám sử dụng trong công tác kiểm kê

và đánh giá có độ phân giải chưa cao do đó bản đồ hiện trạng rừng chưa có độ chính xác cao

PHẦN III MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

3.1.1 Mục tiêu chung

Góp phần ứng dụng công nghệ thông gian địa lý vào việc quản lý biến động rừng, giảm thiểu mất rừng và suy thoái rừng tại các khu vực dự trữ sinh quyển

3.1.1 Mục tiêu cụ thể

Đánh giá thực trạng mất rừng và suy thái rừng tại khu dự trữ sinh quyển Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng bằng công nghệ thông gian địa lý (viễn thám, GIS, GPS) giai đoạn từ năm 2017 đến năm 2018

Xác định ngưỡng chỉ số phát hiện sớm mất rừng và suy thoái rừng khu vực nghiên cứu

Đề xuất một số giải pháp quản lý rừng bằng công nghệ thông gian địa lý nhằm hạn chế mất rừng và suy thoái rừng

Về nội dung: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ không gian địa lý xác định

mất rừng và suy thoái rừng tại khu vực nghiên cứu

3.3 Nội dung nghiên cứu

3.3.1 Nghiên cứu hiện trạng, thực trạng và hoạt động quản lý suy thoái rừng

và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng

Hiện trạng rừng: Diện tích, loài cây, hình thức sử dụng đất

Thực trạng quản lý: Sơ đồ hệ thống quản lý tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu

3.3.2 Nghiên cứu xác định ngưỡng chỉ số phát hiện suy thoái rừng và mất rừng rừng tại KDTSQ Thế Giới Lang Biang giai đoạn 2017-2018

Bản đồ hiện trạng rừng giai đoạn 2017, 2018

Ngƣỡng chỉ số phát hiện sớm mất rừng

Ngƣỡng chỉ số phát hiện sớm suy thoái rừng

3.3.3 Nghiên cứu xác định nguyên nhân mất rừng và suy thoái rừng tại

KDTSQ thế giới Lang Biang giai đoạn 2017-2018

Nguyên nhân suy thoái rừng giai đoạn 2017- 2018

Nguyên nhân mất rừng giai đoạn 2017- 2018

3.3.4 Nghiên cứu đề giải pháp nâng cao công tác quản lý rừng bằng công nghệ không gian địa lý

Giải pháp công nghệ ứng dụng địa không gian trong phát hiện suy thoái rừng và mất rừng

Giải pháp kinh tế, xã hội

Giải pháp quản lý

3.4 Phương pháp nghiên cứu

Hình 3.1 Quy trình các bước nghiên cứu

3.4.1 Phương pháp luận

Để phát hiện mất rừng người ta có thể sử dụng các chỉ số thực vật, trong

đó thường dùng là chỉ số NDVI Chúng thường được tính theo công thức như sau:

NDVI = (IR – R) / (IR + R)

Trong đó: IR là giá trị bức xạ bức xạ của bước sóng cận hồng; R là giá trị bức sóng nhìn thấy Mặt khác, chỉ số NDVI cũng có thể được tính theo công thức (dùng cho những ảnh đã được tổ hợp màu):

Đánh giá biến động rừng qua

từng giai đoạn

Đề xuất giải pháp

Trong đó: G là giá trị kênh phổ Green (xanh lục); R là giá trị kênh phổ Red (đỏ)

Chỉ số thực vật tính theo giá trị các kênh Green và kênh Red được lựa chọn sử dụng trong đề tài này vì phần lớn các ảnh viễn thám được sử dụng hiện nay đều là ảnh đã được tổ hợp màu thực và có độ phân giải cao thuận tiện cho phát hiện mất rừng, chúng thường không có kênh cận hồng ngoại, nhưng luôn có kênh màu xanh lục và kênh đỏ Như vậy, sử dụng chỉ số NDVI tính được qua các kênh xanh lục và kênh đỏ sẽ sử dụng được cả ảnh gốc, cũng như nguồn ảnh

đã qua xử lý và sử dụng được phân lớp các loại ảnh viễn thám có thể tiếp cận miễn phí hoặc chi phí thấp hiện nay

Vì các chỉ số thực vật là chỉ số tương đối có nhiều ưu điểm và được sử dụng phổ biến Chúng có khả năng giảm bớt được ảnh hưởng của thời tiết và mùa chụp ảnh Nên trong đề tài này sẽ tăng cường xây dựng các chỉ số để phát hiện sớm mất rừng và suy thoái rừng theo nguyên tắc phát huy hơn nữa ưu thế của chỉ số tương đối

Đây là những chỉ số phản xạ phổ ít phụ thuộc nhất vào thời tiết và tình trạng phát triển của rừng Trong đề tài sẽ sử dụng những chỉ số tương đối được cấu tạo từ việc so sánh các chỉ số NDVI của những điểm mất rừng với những điểm xung quanh Hay nói cách khác là sử dụng chỉ số phản ánh quan hệ tương đối của giá trị NDVI giữa các điểm lân cận với nhau Nếu trên hai ảnh quan hệ này không thay đổi thì chứng tỏ tình trạng rừng không thay đổi, ngược lại nếu quan hệ này biến đổi đến một giới hạn nhất định sẽ phản ánh tình trạng rừng thay đổi, hay nói cách khác là hiện tượng mất rừng

Vì vậy, đề tài đặt nhiệm vụ xây dựng những chỉ số phản ánh mối quan hệ tương đối về chỉ số thực vật giữa các điểm lân cận Những chỉ số này sẽ không

có hiệu lực phát hiện có rừng hay không có rừng mà nó có hiệu lực phát hiện những vị trí thay đổi hiện trạng rừng

Bảng 3.1 Phân loại NDVI theo chất lượng thực vật trong lớp phủ bề mặt

< 0.1 Khu vực mặt nước, bê tông, đá, cát

0.1÷ 0.2 Khu vực cây bụi, đất đá cằn c i

0.2÷0.3 Khu vực trảng cỏ cây bụi trảng cỏ, đất nông nghiệp để

trống 0.3÷0.6 Trảng cỏ, cây trồng nông nghiệp, rừng thưa

(Nguồn: USUGS)

Theo kết quả nghiên cứu của Viện Sinh thái rừng và Môi trường – Trường Đại học Lâm Nghiệp, bộ khóa phân loại dựa vào chỉ số NDVI trên ảnh Landsat như sau:

Bảng 3.2 Khóa phân loại rừng theo giá trị NDVI ảnh Landsat

trữ lượng hoàn toàn và rừng nguyên sinh

(IIIa1, IIIa2, IV)

Nguồn: Viện Sinh thái rừng và Môi trường – Trường ĐH Lâm Nghiệp

Xác định biến động NDVI là:

dNDVI = NDVI(trước) – NDVI(sau)

Trong đó: NDVI(trước) là giá trị NDVI ở thời điểm trước biến động; NDVI(sau) là giá trị NDVI ở thời điểm sau biến động

3.4.1 Hiện trạng và thực trạng và hoạt động quản lý suy thoái rừng và mất rừng tại Khu dự trữ sinh quyển Lang Biang, tỉnh Lâm Đồng

Hình 3.2 Quy trình các bước xây dựng bản đồ hiện trạng

Phương pháp kế thừa số liệu:

Thu thập tài liệu liên quan đến bản đồ: bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng

sử dụng đất do phòng Tài nguyên môi trường rừng của huyện cung cấp; bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch Thu thập tài liệu liên quan về thực trạng và công tác quản lý rừng, bao gồm số liệu báo cáo tổng kết công tác hàng năm của ủy ban quản lý Khu dự trữ sinh quyển Lang Biang tỉnh Lâm Đồng, báo cáo tổng kết hàng năm của những chương trình dự án lớn đã thực hiện tại khu vực nghiên cứu và các văn bản, chính sách pháp luật của Nhà nước, của tỉnh và của huyện liên quan đến khu vực nghiên cứu

Kế thừa tư liệu ảnh Landsat các năm 2017, 2018 và bản đồ hiện trạng khu vực nghiên cứu

Phương pháp phỏng vấn: Để đánh giá hoạt động quản lý dùng phương

pháp phỏng vấn để thu thập thông tin

Ảnh Sentinel

Cắt ảnh Sentinel theo khu vực nghiên cứu

Xử lý ảnh

Tạo ảnh lớp phủ thực vật (NDVI)

Bản đồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu

Ranh giới khu DTSQ Lang Biang

Điều tra thực địa

Kiểm tra sai số

Phân loại không kiểm

định

Đối tượng phỏng vấn là người dân, cán bộ địa chính cấp huyện, cấp xã khu vực nghiên cứu về từng biến động qua các thời kỳ mà đề tài nghiên cứu

Dụng cụ phỏng vấn: giấy bút và bảng phỏng vấn có chuẩn bị trước các câu hỏi liên quan đến hoạt động quản lý tại khu vực nghiên cứu

Đưa ra các câu hỏi liên quan trực tiếp đến hoạt động của dân cư xung quanh đối với khu vực nghiên cứu, đồng thời đối với các cán bộ địa phương thì thu thập các thông tin về phương thức quản lý, thực trạng quản lý

3.4.2 Xác định ngưỡng chỉ số phát hiện suy thoái rừng và mất rừng rừng tại KDTSQ Thế Giới Lang Biang giai đoạn 2017-2018

Phương pháp thu thập số liệu và xử lý số liệu: Điều tra sơ bộ, lựa chọn

các điểm điều tra ngoài thực địa để đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại ảnh Dùng phương pháp lựa chọn điểm điều tra ngẫu nhiên để chọn các điểm xác định các đối tượng của toàn khu vực nghiên cứu Vị trí các điểm khảo sát được xác định tọa độ bằng thiết bị GPS Trên cơ sở tọa độ xác định bằng GPS và ảnh viễn thám, nghiên cứu và xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng bằng phần mềm ArcGis 10.2

Bước 1: Tiền xử lý ảnh viễn thám

Hiệu chỉnh hình học: Trước công việc phân tích, giải đoán ảnh, ảnh vệ

tinh cần được nắn chỉnh hình học để hạn chế sai số vị trí và chênh lệch địa hình, sao cho hình ảnh gần với bản đồ địa hình ở phép chiếu trực giao nhất Kết quả giải đoán phụ thuộc vào độ chính xác của ảnh Do vậy đây là công việc rất quan trọng cho các bước phân tích tiếp theo

Nắn chỉnh: Mục đích của quá trình nắn chỉnh là chuyển đổi các ảnh quét

đang ở tọa độ hàng cột của các pixel về tọa độ trắc địa (tọa độ thực, hệ tọa độ địa lý hay tọa độ phẳng) Công việc này nhằm loại trừ sai số vị trí điểm ảnh do góc nghiêng của ảnh gây ra và hạn chế sai số điểm ảnh do chênh lệch cao địa hình

Gom kênh ảnh: Dữ liệu ảnh thu nhận được bao gồm các kênh phổ riêng

lẻ, do vậy cần phải tiến hành gom kênh ảnh để phục vụ việc giải đoán ảnh Khi thu nhận ảnh viễn thám từ các vệ tinh ảnh thu được nằm ở dạng kênh phổ khác

nhau và có dạng màu đen trắng Do vậy, để thuận lợi cho việc giải đoán ảnh và tăng độ chính xác người ta thường tiến hành tổ hợp màu cho ảnh viễn thám Việc tổ hợp màu, trộn ảnh màu với ảnh đen trắng để tăng độ phân giải của ảnh

và chỉnh lý bản đồ hiện trạng

Tăng cường chất lượng ảnh: Ảnh viễn thám sau khi được tổ hợp có thể

được tăng cường bằng cách cho thêm một band màu nữa

Cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu: Thông thường trong một

cảnh ảnh viễn thám thu được thường có diện tích rất rộng ngoài thực địa, trong khi đối tượng nghiên cứu chỉ sử dụng một phần hoặc diện tích nhỏ trong cảnh ảnh đó Để thuận tiện cho việc xử lý ảnh nhanh, tránh mất thời gian trong việc

xử lý và phân loại ảnh tại khu vực không cần thiết, cần cắt bỏ những phần thừa trong cảnh ảnh Một lớp dữ liệu ranh giới khu vực nghiên cứu được sử dụng để cắt tách khu vực nghiên cứu của đề tài ra khỏi tờ ảnh

Ảnh Sentinel sau khi tải về là ảnh chụp trên một phạm vi lớn, vậy nên cần cắt ảnh theo bản đồ ranh giới khu DTSQ Lang Biang

Sử dụng công cụ Clip (ArcToolbox → Data Management Tools → Raster

→ Raster Processing → Clip)

Bước 2: Phân loại ảnh

Giải đoán ảnh bằng mắt (Visual Interpretation): Giải đoán bằng mắt là sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết các thông tin từ tư liệu viễn thám dạng hình ảnh Phương pháp này được sử dụng để h trợ các phương pháp phân loại ảnh khác trong nghiên cứu Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng một số công cụ h trợ như Google Earth, Google Map giải đoán bằng mắt có thể coi là phương pháp phổ biến nhất mà vẫn có thể đáp ứng được mức độ chính xác cần thiết

Chỉ số thực vật NDVI: Phương pháp dùng chỉ số thực vật NDVI được sử

dụng chính Chỉ số thực vật hay chỉ số thực vật được chuẩn hóa sự khác biệt (NDVI - Normalized Difference Vegetation Index) là một đại lượng thay thế về

số lượng thực vật và điều kiện sống Chỉ số này liên kết với đặc điểm độ che phủ của thực vật như là sinh khối, chỉ số diện tích lá và phần trăm thực phủ (Nguyễn Hải Hòa và Nguyễn Hữu An, 2016)

Chỉ số thực vật NDVI được xác định dựa trên sự phản xạ khác nhau của thực vật thể hiện giữa kênh phổ khả kiến và kênh phổ cận hồng ngoại, dùng đề biểu thị mức độ tập trung của thực vật trên mặt đất Chỉ số thực vật được tính toán theo công thức:

NDVI

Trong đó: NDVI là chỉ số thực vật; BNIR là kênh cận hồng ngoại; BR là kênh màu đỏ

Giá trị của chỉ số thực vật là dãy số từ -1 ÷ +1 Nếu giá trị NDVI càng cao thì khu vực đó có độ che phủ thực vật tốt Nếu giá trị NDVI thấp thì khu vực đó

có độ thực phủ thấp Nếu giá trị NDVI âm cho thấy khu vực đó không có thực vật

Thực hiện thao tác trên ArcGis theo lệnh (ArcToolbox → Spatial Analyst Tools → Map Algebra → Raster Caculator)

Nhìn chung, các giá trị tuyệt đối của các kênh phổ phụ thuộc nhiều vào đặc điểm của lớp phủ thực vật, đặc điểm thời tiết, đặc tính sinh lý, sinh hóa và sâu bệnh, v.v nên khi cấu tạo các chỉ số phổ để phân loại thực vật người ta ít sử dụng giá trị trực tiếp của các kênh phổ mà thường sử dụng các chỉ số tương đối được cấu tạo từ chúng, nhất là chỉ số NDVI Khi đó chỉ số phổ sẽ ít phụ thuộc vào đặc điểm của thời tiết, mùa vụ mà phản ánh được rõ hơn đặc điểm của lớp phủ thực vật

Bước 3: Đánh giá độ chính xác và xử lý ảnh sau khi phân loại

Đánh giá độ chính xác sau phân loại ảnh: Được sử dụng để đánh giá chất lượng của ảnh vệ tinh được giải đoán hoặc so sánh độ tin cậy của kết quả của các phương pháp khác nhau trong phân loại ảnh viễn thám Sau khi phân loại ảnh, cần thực hiện quy trình xử lý hậu phân loại để tạo ra các lớp có khả năng xuất ra bản đồ bằng cách khái quát hóa thông tin

Bước 4: Thành lập bản đồ hiện trạng qua từng năm nghiên cứu