Nghiên cứu khoa học " Bước đầu xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng với các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh tại lưu vực phòng hộ đầu nguồn sông Đà, Việt Nam " pot

Bước đầu xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng với các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh tại lưu vực phòng hộ đầu nguồn sông Đà, Việt Nam Dương Tiến Đức (1) , Joosang Chung (2) (1). Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam (2). Khoa Tài nguyên rừng, trường Đại học Tổng hợp Quốc gia Seoul, Hàn Quốc 1. Đặt vấn đề Trong giai đoạn hiện nay, việc quản lý lưu vực phòng hộ đầu nguồn là vấn đề đang rất được quan tâm không chỉ riêng ở Việt Nammà ở tất cả các quốc gia khác trong khu vực và thế giới. Các tổ chức, các cơ quan chính phủ và phi chính phủ đang nỗ lực tìm kiếm những giải pháp khoa học khả quan cho việc quản lý hữu hiệu các lưu vực phòng hộ đầu nguồn. Trong vài thập kỷ qua, đã có rất nhiều các khái niệm, các định nghĩa và các giải pháp liên quan đến việc quản lý lưu vực phòng hộ đã được đưa ra, nhưng vẫn thiếu một giải pháp mang tính tổng thể và hoàn hảo (Naiman, 1997). Tuy nhiên, điều quan trọng nhất cần đạt được trong quản lý lưu vực phòng hộ đầu nguồn là sự quản lý và phát triển bền vững các nguồn tài nguyên thiên nhiên để đảm bảo lâu dài cho các nhu cầu sinh hoạt của con người, trong đóviệc sử dụng hợp lý và quản lý nguồn tài nguyên rừng đóng góp ý nghĩa quyết định nhất. Laurance và Bierregaard (1997) đã khẳng định rằng hiện trạng các kiểu sử dụng đất có vai trò to lớn nhất trong việc đánh giá quá trình biến động và ảnh hưởng của các kiểu sử dụng đất tại các lưu vực phòng hộ đầu nguồn và là một trong những nội dung thiết yếu của công tác quản lý lưu vực phòng hộ. Điều này cũng đặc biệt có? nghĩa đối với Việt Namnhất là vài thập niên gần đây, diện tích che phủ của rừng ngày càng bị thu hẹp nghiêm trọng. ? Một trong những công cụ hữu hiệu để phân loại và đánh giá sự biến động của các kiểu hiện trạng sử dụng đất được áp dụng rộng rãi trên thế giới trong 1 vài thập niên gần đây là việc ứng dụng công nghệ sử dụng các số liệu thu được từ ảnh vệ tinh và hệ thống thông tin địa lý (Meaille and Wald, 1990). Sử dụng các số liệu thu được từ ảnh vệ tinh đặc biệt có ?nghĩa cả về mặt thời gian, không gian, hiệu quả kinh tế và dễ dàng kiểm soát, đánh giá biến động của hiện trạng sử dụng đất, đồng thời lưu giữ số liệu thu thập được một cách lâu dài, liên tục nhất. Trong kỹ thuật này, các số liệu thu được từ ảnh vệ tinh được sử dụng để kiểm soát biến động của hiện trạng sử dụng đất và che phủ bề mặt thông qua việc phân loại các quang phổ thu được (Steininger, 1996). Công việc quan trọng hàng đầu trong việc phân loại và đánh giá biến động của hiện trạng sử dụng đất là việc xây dựng hệ thống phân loại các kiểu hiện trạng bằng việc sử dụng các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Trên thế giới, hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất và hiện trạng che phủ của đất với các số liệu từ ảnh vệ tinh được biết đến một cách đầy đủ, hoàn chỉnh và được ứng dụng rộng rãi nhất tại các nước là của Andersonvà các cộng sự (Mỹ, 1976). Cấu trúc của hệ thống phân loại này bao gồm 2 cấp; cấp 1 gồm 9 kiểu hiện trạng và cấp 2 là sự cụ thể hóa của các kiểu hiện trạng của cấp 1 và được chia thành 37 kiểu hiện trạng sử dụng đất chi tiết khác nhau. Các kiểu hiện trạng này đều có thể dễ dàng phân biệt được từ ảnh vệ tinh kết hợp với các số liệu từ mặt đất. Từ hệ thống phân loại này, các tác giả khác nhau đã áp dụng để xây dựng nên các hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất ứng dụng cho các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh khác nhau tùy thuộc vào từng nước, từng vùng, từng địa phương, thí dụ như hệ thống phân loại của Gary Schaal (1988) cho bang Ohio, Mỹ. ở Việt Nam, nghiên cứu về phân loại các kiểu thảm thực vật rừng đã được Thái Văn Trừng tiến hành từ thập kỷ 70, tuy nhiên hầu như chưa có nghiên cứu nào tập trung vào việc xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng các kiểu sử dụng đất để áp dụng cho các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Chính vì vậy, nội dung của nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào việc xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất cho sử dụng với các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Phần địa điểm nghiên cứu được giới hạn ở khu vực phía Tây Bắc vùng phòng hộ đầu nguồn sông Đà, Việt Nam, nằm trong diện tích che phủ của 2 tấm ảnh vệ tinh LANDSAT 5-TM (chụp ngày 01/02/1993) và LANDSAT7+ETM (chụp ngày 27/12/1999) với cùng vị trí chụp Path/Row là 128/45. 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Khái quát khu vực nghiên cứu: Theo ta`i liờ?u cu?a Paul V.d.P va` Nguyờ~n Duy Khiờm (1993) Sụng éa` ba´t nguụ`n tu` Trung Quụ´c vo´i tụ?ng chiờ`u da`i trung bi`nh khoa?ng 980 km, phõ`n cha?y qua la~nh thụ? Viờ?t Nam la` 480 km. Luu vu?c pho`ng hụ? Sụng éa` na`m trờn di?a ba`n cu?a 5 ti?nh la` : Lai Chõu (cu~), Son La, Hoa` Bi`nh, La`o Cai, Yờn Ba´i ( Hi`nh 1.a ). Theo sụ´ liờ?u ti´nh toa´n duo?c tu` sa´ch Niờn gia´m thụ´ng kờ (2001), dờ´n cuụ´i nam 2000, tụ?ng diờ?n ti´ch dõ´t dai tu? nhiờn toa`n khu vu?c la` 5.057.700 ha vo´i tụ?ng dõn sụ´ la` 3.592.600 nguo`i thuụ?c 23 dõn tụ?c anh em. Vu`ng pho`ng hụ? Sụng éa` la` noi co´ di?a hi`nh hiờ?m tro?, nhiờ`u chia ca´t, vo´i hờ? thụ´ng sụng suụ´i cha`ng chi?t, nhiờ`u di?nh nu´i tai me`o vo´i dụ? cao trung bi`nh trờn 500m va` di?nh cao nhõ´t la` gõ`n 3.200m. (a) (b) Hi`nh 1 : Vi? tri´ luu vu?c ru`ng pho`ng hụ? sụng éa` (a), va` vi? tri´ khu vu?c nghiờn cu´u du?a trờn diờ?n tich´ che phu? cu?a vờ? tinh LANDSAT 5, 7 (b) ( Nguụ`n : Paul.v.d.p & Nguyờ~n Duy Khiờm; NASA ) Luu vu?c pho`ng hụ? sụng éa` co´ dõ?p thu?y diờ?n Hoa` Bi`nh, nguụ`n cung cõ´p diờ?n nang chi´nh cho ca? nuo´c. Ngoa`i ra, dõy co`n la` noi dang xõy du?ng mụ?t nha` ma´y thu?y diờ?n khụ?ng lụ` thu´ 2 – thu?y diờ?n Ta? Bu´. Tuy nhiờn, diờ`u kiờ?n sụ´ng cu?a nguo`i dõn ? dõy hờ´t su´c kho´ khan, nguụ`n ta`i nguyờn thiờn nhiờn bi? suy gia?m nhanh cho´ng, da?c biờ?t trong giai doa?n tu` 1993 – 2000 bo?i ca´c biờ?n pha´p canh ta´c khụng ho?p ly´ nhu du canh du cu, pha´t nuong la`m rõ~y, khai tha´c ru`ng bu`a ba~i Ma?t kha´c, dõy cu~ng la` noi da~ va` dang nhõ?n duo?c nhiờ`u su? quan tõm dõ`u tu cu?a Nha` nuo´c va` ca´c tụ? chu´c quụ´c tờ´ trong viờ?c ba?o vờ?, khụi phu?c va` pha´t triờ?n nguụ`n ta`i nguyờn thiờn nhiờn, ụ?n di?nh va` nõng cao mu´c sụ´ng cho nguo`i dõn nhu chuong tri`nh 135/CP, chuong tri`nh pha´t triờ?n lõm nghiờ?p xa~ hụ?i vu`ng pho`ng hụ? sụng éa` ta`i tro? bo?i chi´nh phu? éu´c Khu vu?c nghiờn cu´u na`m vờ` phi´a Ba´c cu?a vu`ng pho`ng hụ? sụng éa`, du?a trờn diờ?n ti´ch thu duo?c tu` 2 tõ´m a?nh vờ? tinh Lansat -5 TM va` Landsat 7 + ETM, tụ?ng diờ?n ti´ch che phu? khoa?ng 66% toa`n bụ? luu vu?c Sụng éa` ( hi`nh 1.b). 2.2. Võ?t liờ?u nghiờn cu´u Nguụ`n sụ´ liờ?u chi´nh duo?c su? du?ng trong nghiờn cu´u na`y la` 2 a?nh vờ? tinh vờ` khu vu?c duo?c cung cõ´p tu` tụ? chu´c Kha?o sa´t di?a ly´ quụ´c gia My~ (USGS) v?i cựng h? tr?c to? d? UTM, WGS84. Ca´c thụng sụ´ ky~ thuõ?t chi´nh cu?a 2 a?nh vờ? tinh duo?c thờ? hiờ?n o? ba?ng duo´i dõy: Ba?ng 1: Cỏc thụng sụ´ ky~ thuõ?t co b?n c??a 2 ?nh vờ? tinh Tờnvờ? tinh Ky´ hiờ?u Sụ´ luo?ng ca´c Cu? ly don vi? diờ?m Vi? tri´ Ngày thỏ´ng nam chu?p ca?m biờ´n lo´p/a?nh a?nh Pixel (m) Path/Row Landsat 5 TM 6 30.0x 30.0 128/45 01/02/1993 Landsat 7 ETM+ 6 30.0 x 30.0 128/45 27/12/1999 Ngoa`i ra, ca´c sụ´ liờ?u kha´c nhu ba?n dụ` di?a hi`nh, ba?n dụ` hiờ?n tra?ng ( ty? lờ? 1/100.000 ) cu?a khu vu?c nghiờn cu´u, ca´c sụ´ liờ?u thu thõ?p tu` kha?o sa´t thu?c di?a cu~ng duo?c su? du?ng dờ? so sánh và kha?ng di?nh kờ´t qua? nghiờn cu´u. 2.3. Phương pháp nghiên cứu Trong nghiên cứu này, hệ thống phân loại của Anderson (1976) được dùng làm cơ sở chính để xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất cho khu vực nghiên cứu trong cả 2 giai đoạn 1993 và 1999 dựa trên 2 tấm ảnh vệ tinh thu thập được, kết hợp với điều tra thực địa cùng với các tài liệu khác như bản đồ hiện trạng( 1/100.000), bản đồ địa hình… để phân loại và tập hợp các kiểu hiện trạng sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu thành 1 hệ thống phân loại có thể sử dụng được với các số liệu từ ảnh vệ tinh, hệ thống này bao gồm 6 nhóm hiện trạng cơ bản là : 1) Đất dân cư và các công trình công cộng; 2) Đất trống đồi trọc và bị xáo trộn; 3) Đất ao hồ, mặt nước; 4) Đất có rừng tự nhiên; 5) Đất rừng trồng và canh tác nông-lâm nghiệp; 6) Chưa phân loại. Tiếp theo đó, hệ thống phân loại này được mã hóa và số hóa để phục vụ cho công tác đánh giá các kiểu hiện trạng từ ảnh vệ tinh. Cuối cùng, kết quả xây dựng bảng phân loại được kiểm tra độ chính xác theo phương pháp tách biệt các nhân tố nhận biết (signature separability process) và bảng ma trận ngẫu nhiên (contingency matrix). Bảng ma trận này thể hiện sự chính xác của các nhóm hiện trạng sau khi phân loại bằng con số và tỷ lệ phần trăm. Tỷ lệ phần trăm càng cao thì chính chính xác của quá trình lựa chọn các nhóm hiện trạng càng tăng lên (ERDAS, 2001). Toàn bộ quá trình xử lý các số liệu và phân tích, lưu trữ kết quả nghiên cứu được thực hiện trên phần mềm xử lý ảnh vệ tinh ERDAS IMAGINE 8.6. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất của vùng phòng hộ đầu nguồn sông Đà: Thành phần của các nhóm hiện trạng cơ bản trong hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất ứng dụng cho việc phân loại từ các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh của vùng phòng hộ đầu nguồn sông Đàđược thể hiện tóm tắt ở bảng 2: Bảng 2: Hệ thống hiện trạng sử dụng đất cho sử dụng với các số liệu từ ảnh vệ tinh của khu vực nghiên cứu TT Tên nhóm Thành phần 1 Đất dân cư và các công trình công cộng Các khu dân cư cư trú, hệ thống đường giao thông v à các công trình công cộng, nhà máy, các khu công nghiệp tập trung… 2 Đất trống đồi trọc và bị xáo trộn Đ ất trống đồi núi trọc, các khu vực có đálộ đầu, diện tích rừng bị chặt trắng, ruộng nương r ẫy canh tác sau thu hoạch không có che phủ của thực vật, diện tích rừng sau khi cháy chưa có d ấu hiệu của thực vật tái sinh phục hồi, và các diện tích bị xáo trộn do tác động của con ngư ời nh xới, hầm mỏ…. 3 Đất ao hồ, mặt nước Các ao, hồ, sông suối, đầm lầy, kênh mương… 4 Đất có rừng tự nhiên Các loại hình rừng tự nhiên, tái sinh tự nhiên trong khu vực nghi ên c 5 Đất rừng trồng và canh tác nông-lâm nghiệp Tổng diện tích các khu canh tác nông-lâm nghi ệp, nông lâm kết hợp, đất trồng cây công nghi ệp, cây ăn quả, diện tích đất rừng bị suy thoái nghi trọng không còn khả năng phục hồi và di ện tích rừng trồng các loại 6 Chưa phân loại Bao g ồm diện tích các loại vực sâu, diện tích bị che phủ bởi mây m không phân biệt được từ ảnh vệ tinh và các lo ại diện tích khác không thể nhận dạng và phân loại từ ảnh vệ tinh Kết quả trong bảng hệ thống phân loại cho thấy đã thể hiện được hầu hết các kiểu hiện trạng cơ bản của khu vực nghiên cứu, các nhóm kiểu hiện trạng này đều dễ dàng phân biệt được từ các ảnh vệ tinh. 3.2. Mã hóa và số hóa các kiểu hiện trạng của khu vực nghiên cứu Sự mã hóa và số hóa các kiểu nhóm hiện trạng nhằm làm dễ dàng hơn cho việc ứng dụng hệ thống phân loại hiện trạng này vào việc phân loại và đánh giá các loại hiện trạng sử dụng đất sau này. Kết quả của quá trình này được thể hiện ở bảng 3: Bảng 3:Ký hiệu và mã hóa của các nhóm hiện trạng sử dụng đất Tên nhóm hiện trạng Ký hiệu Màu sắc qui định Mã hóa (số hóa) Đất dân cư và các công trình công cộng DC Đỏ tươi 1 Đất trống đồi trọc và bị xáo trộn BD Da cam 3 Đất ao hồ, mặt nước WL Xanh sẫm 2 Đất có rừng tự nhiên EF Xanh đen 5 Đất rừng trồng và canh tác nông-lâm nghiệp AP Xanh ngọc (nước biển) 6 Chưa phân loại UN Xám 4 3.3. Kết quả kiểm tra sự chính xác của việc xây dựng hệ thống phân loại: Độ chính xác của việc xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất áp dụng cho các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh LANDSAT cho vùng phòng hộ đầu nguồn sông Đàđược kiểm tra ở cả 2 giai đoạn 1993, 1999. Tóm tắt kết quả nghiên cứu thể hiện ở 2 bảng ma trận ngẫu nhiên 4, 5 như sau: Bảng 4:Kết quả đánh giá sự chính xác của việc lựa chọn các nhóm hiện trạng sử dụng đất từ ảnh vệ tinh LANDSAT 5 -TM ( 1993) Đơn vị: (%) Nhóm hiện trạng UB WL BD EF AP UN T ổng điểm ảnh so sánh theo hàng (Pixel) UB 98,47 1,34 0,00 0,00 0,00 0,00 7.206 WL 0,52 93,54 0,00 0,00 0,00 0,03 4.227 BD 0,48 1,30 99,60 0,02 0,04 0,01 4.052 EF 0,00 0,20 0,03 94,19 4,55 0,64 5.644 AP 0,07 0,07 0,18 4,83 95,36 0,13 9.984 UN 0,45 3,55 0,20 0,96 0,05 99,19 10.672 Tổng điểm ảnh so sánh theo cột (Pixel) 7.257 4.475 3.969 5,419 10.165 10.500 41.785 Bảng 5:Kết quả đánh giá sự chính xác của việc lựa chọn các nhóm hiện trạng sử dụng đất từ ảnh vệ tinh LANDSAT 7 +ETM ( 1999) Đơn vị: (%) Nhóm hiện trạng UB BD EF AP WL UN Tổng đi ểm ảnh so sánh theo hàng (Pixel) UB 94,26 5,46 0,00 0,00 3,08 0,01 7.570 BD 5,27 94,52 0,08 0,00 0,00 0,20 4.741 EF 0,00 0,00 99,83 1,73 0,01 1,31 2.547 AP 0,00 0,02 0,08 98,27 0,03 0,00 4.390 WL 0,47 0,00 0,00 0,00 96,80 0,05 7.453 UN 0,00 0,00 0,00 0,00 0,08 98,43 7.917 Tổng điểm ảnh so sánh theo cột (Pixel) 7.514 4.578 2.368 4.462 7.569 8.037 34.618 [...]... ứng dụng trong công nghệ phân loại hiện trạng tài nguyên khu vực phòng hộ đầu nguồn sông Đàdựa trên số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh 4 Kết luận, kiến nghị Nghiên cứu này đã bước đầu xây dựng được hệ thống phân loại hiện trạng các kiểu sử dụng đất cơ bản của khu vực nghiên cứu tại vùng phòng hộ đầu nguồn sông Đàbằng công nghệ xử lý các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh Kết quả của nghiên cứu. .. chứng minh được kết quả lựa chọn các nhóm hiện trạng sử dụng đất ở cả 2 giai đoạn 1993, 1999 đều rất cao Cụ thể là, tính chính xác biến động từ 93,54% đến 99,60% cho các nhóm hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 1993 và từ 94,26% đến 99,83% cho các nhóm hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 1999 của khu vực nghiên cứu Điều này chứng tỏ rằng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất được xây dựng từ nghiên cứu này... sở cho việc phân loại và đánh giá biến động của các kiểu hiện trạng tài nguyên khu vực đầu nguồn sông Đà Để kết quả của nghiên cứu này có thể ứng dụng rộng rãi, giai đoạn tiếp theo cần tập trung vào một số nội dung chủ yếu sau: - Nghiên cứu và xây dựng một hệ thống phân loại hoàn chỉnh, chi tiết các kiểu hiện trạng sử dụng đất cơ bản của toàn bộ lãnh thổ Việt Nam - Trên cơ sở hệ thống phân loại hoàn... tiến hành phân loại và đánh giá biến động của các kiểu hiện trạng sử dụng đất theo từng giai đoạn, theo dõi diễn biến và dự báo diễn biến của hiện trạng sử dụng đất cho từng vùng, miền và toàn bộ lãnh thổ Việt Nam Thành công của nghiên cứu sẽ mở ra một hướng đi mới cho việc ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thu t vào việc quản lý tài nguyên rừng của Việt Nam trong giai đoạn tiếp theo Tài liệu tham... P., and Khiem,N.D: Land use in the Song Da Watershed ( NorthWest of Vietnam) Hanoi publishing house, 2: 54, 1993 7 Steininger, M K: Tropical secondary forest regrowth in the Amazon: age, area and change estimation with Thematic mapper data International Journal of Remote Sensing, 17: 19-27, 1996 8 Trung, T V: The plant carpet of Vietnamforests Hanoi Publishing house, 1973 SummaryThis study aimed at development... Professional Paper United State Geological Survey Circular, 671: 41, 1976 2 ERDAS IMAGINE (v.8.5) Field Guide, Fifth Edition ERDAS, Inc Atlanta, Georgia: 672, 2001 3 General statistical office of Vietnam: Statistical yearbook Hanoistatistical publishing house: 599, 2001 4 Laurance, W F., and BrierregaardJr,R.O: Tropical Forest Remnants: Ecologys, management, and conservation of fragmented communities... Vietnamforests Hanoi Publishing house, 1973 SummaryThis study aimed at development of the land use classification system for use with remote sensor data in the Northern area of the Da river watershed, Vietnam To achieve this goal, two LANDSAT images were used as the major data,these satellite images for this study were obtained from the United States Geological Survey (USGS),with Path/Row as 128/45 and . Bước đầu xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng với các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh tại lưu vực phòng hộ đầu nguồn sông Đà, Việt Nam Dương Tiến Đức (1) ,. hiện trạng sử dụng đất là việc xây dựng hệ thống phân loại các kiểu hiện trạng bằng việc sử dụng các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Trên thế giới, hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng. loại hiện trạng sử dụng đất cho sử dụng với các số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh. Phần địa điểm nghiên cứu được giới hạn ở khu vực phía Tây Bắc vùng phòng hộ đầu nguồn sông Đà, Việt Nam,