luận văn thạc sĩ ứng dụng công nghệ viễn thám và gis trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn ven biển khu vực thực nghiệm ở cửa ba lạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Thị Trang ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN, KHU VỰC THỰC NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Trang ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN, KHU VỰC THỰC NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám hệ thông tin địa lý Mã số : 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM MINH HẢI Hà Nội – 2014 z LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan (i) Luận văn cơng trình nghiên cứu riêng (ii) Các số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác (iii) Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Trần Thị Trang z LỜI CẢM ƠN Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Phạm Minh Hải - Trưởng phòng nghiên cứu đo vẽ ảnh viễn thám – Viện khoa học đo đạc đồ Việt Nam tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Học viên xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường đại học Khoa học tự nhiên, thầy cô giáo khoa Địa lý, thầy cô anh, chị môn Bản đồ viễn thám hệ thông tin địa lý giúp đỡ tơi q trình học tập hoàn thành luận văn Nhân dịp cho tơi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng q trình thực khơng tránh khỏi sai sót, hạn chế, tơi mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn để luận văn hoàn thiện HỌC VIÊN Trần Thị Trang z DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐNN : Đất ngập nước GIS : Hệ thông tin địa lý MLC : Phương pháp xác xuất cực đại, Maximum Likelihood NTTS : Nuôi trồng thủy sản RNM : Rừng ngập mặn R11T : Rừng 11 tuổi R12T : Rừng 12 tuổi R13T : Rừng 13 tuổi VQG : Vườn Quốc Gia z DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Các đặc trưng khí hậu trung bình tháng năm trạm Văn Lý, tỉnh Nam Định từ năm 2009 – 2012 42 Bảng 3.2 Lịch thuỷ triều tính theo lịch trăng (âm lịch) Chu kỳ nước tính sau: 43 Bảng 3.3: Đặc điểm rừng trang trồng khu vực nghiên cứu (tháng 10/2013) 46 Bảng 3.4 Diện tích, dân số mật độ dân số xã vùng đệm VQG Xuân Thủy 48 Bảng 3.5: Cơ cấu kinh tế địa bàn huyện Giao Thuỷ (Đơn vị: %) 48 Bảng 3.6: Tư liệu ảnh sử dụng đề tài 50 Bảng 3.7: Thư viện mẫu dùng để chọn vùng mẫu phân loại ảnh 54 Bảng 3.8: Bảng ma trận sai số trạng lớp phủ đất năm 1984 61 Bảng3.9: Bảng đánh giá độ xác sau phân loại trạng lớp phủ năm 1984 62 Bảng 3.10: Bảng ma trận sai số trạng lớp phủ đất năm 2001 63 Bảng3.11:Bảng đánh giá độ xác sau phân loại trạng lớp phủ năm 2001 63 Bảng 3.12: Bảng ma trận sai số trạng lớp phủ đất năm 2006 64 Bảng 3.13:Bảng đánh giá độ xác sau phân loại trạng lớp phủ năm 200664 Bảng 3.14: Bảng ma trận sai số trạng lớp phủ đất năm 2013 65 Bảng 3.15: Bảng đánh giá độ xác sau phân loại trạng lớp phủ năm 201365 Bảng 3.16: Hiện trạng sử dụng đất vùng cửa Ba Lạt năm 2003, 2007 (đơn vị: ha) 69 Bảng 3.17 Hiện trạng sử dụng đất năm 2010 vùng Cửa Ba Lạt, huyện Giao Thủy 70 Bảng 3.18 : Thống kê diện tích kiểu hệ sinh thái ĐNN Ba Lạt theo thời kỳ (ha) 72 Bảng 3.19: Biến động diện tích Hệ sinh thái ĐNN khu vực Ba Lạt theo thời kì 72 Bảng 3.20 Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 1984 – 2001 73 Bảng 3.21 Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 2001- 2006 77 Bảng 3.22 Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 2006-2013 80 Bảng 3.23 Bảng thống kê diện tích rừng ngập mặn thêm qua thời kì 83 z DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Biểu đồ phân bố rừng ngập mặn giới tính đến năm 2010 Hình 1.2 Ví dụ kết lập đồ RNM dựa phân loại ảnh SPOT TerraSAR-X cho tỉnh Cà Mau đồng sông Cửu Long, năm 2010 10 Hình 2.1 Nguyên lý viễn thám vệ tinh 19 Hình 2.2 Đặc điểm phổ phản xạ nhóm đối tượng tự nhiên 22 Hình 2.3 Đặc trưng quang phổ yếu tố gây ảnh hưởng loài Mắm Đước đo máy quang phổ thực địa tỉnh Cà Mau, Việt Nam (1/2010) 24 Hình 2.4: Mơ hình tổ chức GIS (Theo ESRI- 1984) .25 Hình 2.5 Đồ thị đặc trưng thuật toán MLC 34 Hình 3.1 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 39 Hình 3.2.Thu hoạch ngao vùng đệm cửa Ba Lạt xã Giao Xuân .50 Hình 3.3: Ảnh tổ hợp màu khu vực nghiên cứu qua thời kỳ 51 Hình 3.4: Cơng cụ phân loại Maximum Likelihood phần mềm Envi 53 Hình 3.5 Vùng mẫu phân loại 54 Hình 3.6: Giải thích nhiễu điểm ảnh kết phân loại .55 Hình 3.7: Chiết tách thủy văn ảnh vệ tinh Landsat 2013 .56 Hình 3.8: Sơ đồ bố trí điểm quan sát lấy mẫu thực địa 57 Hình 3.9: Một số hình ảnh thực địa khu vực Ba Lạt 58 Hình 3.10: Mẫu đánh giá độ xác 60 Hình 3.11: Cơng cụ chuyển đổi liệu sang dạng Grid GIS 66 Hình 3.12: Hiện trạng lớp phủ rừng ngập mặn Ba Lạt qua thời kì .67 Hình 3.13: Kiểm tra kết biến động rừng ngập mặn ENVI 68 Hình 3.14:.Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 1984 – 2001 73 Hình 3.15.Biểu đồ thể biến động diện tích rừng diện tích rừng thêm thời kì 1984 – 2001( Đơn vị: ha) .74 Hình 3.16: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 2001 - 2006 76 Hình 3.17.Biểu đồ thể biến động diện tích rừng diện tích rừng thêm thời kì 2001 – 2006( Đơn vị: ha) .77 Hình 3.18: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 2006 - 2013 79 Hình 3.19 Biểu đồ thể biến động diện tích rừng diện tích rừng thêm thời kì 2006 – 2013( Đơn vị: ha) .80 Hình 3.20 Biểu đồ thể biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực cửa Ba Lạt thời kì 1984-2013 83 z luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.lat MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu đối tƣợng nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài .2 Nội dung nghiên cứu .3 Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN TRONG NƢỚC VÀ THẾ GIỚI 1.1 Khái niệm, vai trò rừng ngập mặn 1.1.1 Khái niệm rừng ngập mặn 1.1.2 Vai trò hệ sinh thái rừng ngập mặn 1.2 Tình hình phân bố rừng ngập mặn giới Việt Nam 1.2.1 Phân bố rừng ngập mặn giới .6 1.2.2 Phân bố rừng ngập mặn Việt Nam 1.3 Tổng quan nghiên cứu hệ sinh thái RNM viễn thám .8 1.3.1.Tổng quan thành lập đồ RNM dựa ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình 1.3.2 Tổng quan thành lập đồ RNM dựa ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao 11 1.3.3 Tổng quan thành lập đồ rừng ngập mặn dựa liệu ảnh Radar 13 1.4 Nhận xét chung 15 CHƢƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP LUẬN TRONG NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN 18 2.1 Những vấn đề chung viễn thám 18 2.1.1 Định nghĩa viễn thám 18 luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.lat z luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.lat 2.1.2 Nguyên lý chung viễn thám 19 2.1.3 Đặc tính phản xạ phổ đối tượng tự nhiên .20 2.1.4 Những đặc trưng để xác định RNM từ tư liệu viễn thám quang học 23 2.2 Những vấn đề chung hệ thông tin địa lý (GIS) 25 2.2.1 Khái quát chung .25 2.2.2 Các chức phần mềm GIS 27 2.2.3 GIS nghiên cứu biến động RNM 29 2.2.4 Tích hợp tư liệu viễn thám GIS nghiên cứu biến động diện tích rừng ngập mặn .30 2.3 Cơ sở khoa học quy trình đánh giá biến động 33 2.4 Mơ hình tốn học thuật tốn phân loại xác suất cực đại (MLC) 34 2.5 Sơ đồ quy trình cơng nghệ thành lập đồ biến động rừng ngập mặn 35 2.5.1 Sơ đồ quy trình chung thành lập đồ biến động thời kì .35 2.5.2 Sơ đồ cụ thể thành lập đồ biến động rừng ngập mặn thời kì 36 CHƢƠNG ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN BA LẠT THỜI KÌ 1984 - 2013 38 3.1 Khái quát khu vực nghiên cứu 38 3.1.1.Điều kiện tự nhiên 38 3.1.1.1 Vị trí địa lý 38 3.1.1.2 Địa hình, địa mạo 40 3.1.1.3 Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn 41 3.1.1.4 Thổ nhưỡng 44 3.1.1.5 Hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng Ba Lạt 44 3.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội .47 3.2 Tƣ liệu sử dụng cho đề tài .50 3.3 Các bƣớc tiến hành 52 3.3.1 Cắt ảnh theo phạm vi nghiên cứu 52 3.3.2 Nắn chỉnh ảnh 52 luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.lat z luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.lat 3.3.3 Phân loại ảnh theo phương pháp xác suất cực đại Maximum Likelihood 53 3.3.4 Lọc nhiễu ảnh .55 3.3.5 Khảo sát thực địa 57 3.3.6 Đánh giá độ xác kết sau phân loại thời kỳ 58 3.3.7 Đánh giá biến động GIS .65 3.4 Phân tích biến động diện tích rừng ngập mặn qua thời kì 68 3.4.1 Thời kì 1984 – 2001 72 3.4.2 Thời kì 2001 – 2006 76 3.4.3 Thời kì 2006 – 2013 79 3.4.4.Nhận xét chung .82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.latluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.bien.dong.rung.ngap.man.ven.bien.khu.vuc.thuc.nghiem.o.cua.ba.lat z