Luận án tiến sĩ địa lý: Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu cấu trúc tổ thành và biến động rừng khộp tỉnh Đắk Lắk

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRAN ANH TUẦN

UNG DỤNG VIỄN THÁM VA HE THONG TIN

DIA LY TRONG NGHIEN CUU CAU TRUCTO THANH VA BIEN DONG RUNG KHOP

TINH DAK LAK

Hà Nội, 2021

ĐẠI HỌC QUOC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẢN ANH TUẦN

UNG DỤNG VIỄN THÁM VA HE THONG TIN

DIA LY TRONG NGHIEN CUU CAU TRUC

TO THANH VA BIEN DONG RUNG KHOP

TINH DAK LAK

Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám va Hệ thông tin địa lý

Mã số: 9440211.01

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC:

1 PGS.TS Nguyễn Dinh Dương2 PGS.TS Nguyễn Văn Sinh

Hà Nội, 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Kết quả nghiêncứu trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa từng được tập thé, cá nhân

công bố trong bat kỳ công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rang mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án này

đã được cám ơn và các thông tin trích dân trong luận án đêu được chỉ rõ nguồn gôc.

Hà Nội ngày tháng năm 2021Tác giả luận án

Trần Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến hai thầy hướng dẫn

PGS.TS Nguyễn Đình Dương và PGS.TS Nguyễn Văn Sinh, những người đã tận

tình giúp đỡ và chỉ dẫn tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu khoa học và hoàn

thành luận án này.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo tại cơ sở đào tạo Khoa Địa lý,Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã giảng dạy, hướng

dẫn tôi trong quá trình học tập tại đây.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật,

lãnh đạo Phòng Sinh thái Viễn thám đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập

và nghiên cứu nâng cao trình độ.

Trong suốt quá trình thực hiện luận án, tôi cũng đã nhận được rất nhiều sựgiúp đỡ và chia sẻ thông tin từ các cá nhân và tập thể tại Viện Sinh thái và Tài nguyên

Sinh vật, Viện Dia lý, Viện Công nghệ Vũ tru - Viện Han lâm Khoa học và Côngnghệ Việt Nam; Trường Đại học Lâm nghiệp; Trường Đại học Tây Nguyên; Ban

quản lý Vườn quốc gia Yok Đôn, Vườn quốc gia Chư Yang Sin; Chi cục Kiểm lâmtỉnh Đăk Lăk; Học viện Kỹ thuật Quân sự - Bộ Quốc phòng Nhân dịp này, tôi xinbày tỏ lòng biết ơn đặc biệt với những sự giúp đỡ quý báu ấy.

Xin chân thành cảm ơn Viện Sinh thái rừng và Môi trường - Trường Dai học

Lâm nghiệp và TS Nguyễn Viết Lương - Viện Công nghệ Vũ trụ đã chia sẻ và cho

phép tôi sử dụng một số kết quả đo đếm và kiểm kê rừng trong luận án.

Cuôi cùng, tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đông nghiệp và những người

thân trong gia đình đã luôn động viên và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập.

Trân trọng cảm ơn

Trần Anh Tuấn

i

MỤC LỤC

LO1 CaM 0 0n a.ÝÝÁÁ 1

IUiv u 0 e - ii01 111 ‹ .ẢLẢ ili

Danh mục các bảng - - 5 - + 1111911120119 HH ng re 1X

Danh muc Cac Dinh cece na sa :::-5 X

S100 1CHUONG |: TONG QUAN UNG DUNG VIÊN THÁM VA HE THONG TIN DIALY TRONG NGHIÊN CUU RUNG KHOP essssssssssssssssesssneeesneeessneeessneesesnneen 6

II MOt 0i 0i ẻ 6

LLL vá) ÔỎ 6

1.1.2 Biến động rừng ¿- ¿St 9ề 12 121121121 21071112112112112111111 111111 re.61.1.3 Cấu trÚC rỪng -¿-¿- ¿+ kề 1E 1211211211 2111111111111 11111111111 111 cte 7

1.1.4 Viễn thám và hệ thông tin địa lý -. ¿2 +25+2x2xtzxerxerxerverrerrses 7

1.2 Tổng quan các nghiên cứu trên thé giới 2-2 + +2+££2££+£++£zz+Ez+zxerxez 91.2.1 Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá biến động rừng 9

1.2.2 Các nghiên cứu trong đánh giá cấu trúc rừng -2- s+csecse+ 12

1.3 Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam ¿- 2 2+ 2+x+zxezxerxersrrszex 161.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá hiện trạng và biến

động rừng khộtp - 5 5 + k1 n HT n HH HT TT TH TH HH HH kh 17

1.3.2 Các nghiên cứu trong đánh giá cấu trúc rừng khộp - 18

1.4 Những thành tựu đã đạt được và dé xuất nội dung phát triển trong luận án 221.4.1 Đánh giá về các kết quả nghiên cứu 2-2 2+s+x+zx+£xezxzrszse2 22

1.4.2 Đề xuất nội dung phát triển trong luận án - 2 2s s+zs+cszse2 23

1.5 Quan điểm và phương pháp nghiên cứu -2-2 + s+x+z+zxzszez 241.5.1 Quan điểm nghiên cứu -¿- ¿+ ©++2++2E++2E+tEE+tExt+rxrzrxrrkrerkeee 24

1.5.2 Phương pháp nghiÊn CỨU 5c 2213335133111 EEEErrkrrrkrrxee 25

Tiểu kết chương l 2-52 5£ S SE EEE12E121121121111111121111211111 1111111110 30

11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VIÊN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU

BIEN DONG VÀ CAU TRÚC RUNG KHOP TINH DAK LẮK 32

2.1 Khái quát khu vực nghiÊn CỨU 5 + 11+ 12119911 9 11 91v vn 32

2.1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội - -c:-ccse: 322.1.2 Đặc điểm của rừng khộp tỉnh Đắk Lắtk -2¿-c5¿©55z2s+ecsc+e 37

2.2 Lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám -©5+++ttttttEkrtkrttrtirrkrrrrierriiee 44

2.2.1 Tư liệu ảnh LandSaf - +5 2133222113322 11 22111 51 1 1 kg cư 44

2.2.2 Phan xạ phô của rừng khộp trên anh Landsat đa thời gian theo mùa 46

2.2.3 Tư liệu ảnh Sentine]- Ì A - + - 55 2211111112233 1111195531111 E£cxee48

2.2.4 Phân tích tín hiệu tán xạ ngược một số ưu hợp rừng khộp trên ảnh

Sentinel-TA da thod g1an nh 492.3 Xử lý dữ liệu da thời Gian 0 ee ee ee ceeeceseceeeeeeeeeeeaeeececaeeeseceseeeeeeneeeeeeeeeaes 53

2.3.1 Tao bộ dữ liệu anh Landsat không mây theo mùa - 53

2.3.3 Phân loại ảnh và đánh giá biến động rừng 2 ¿+ x+cs+cszs+2 642.4 Điều tra khảo sát theo 6 tiêu chuẩn -.c:- viet 672.5 Quy trình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động và cấu trúctổ thành rừng khộp tỉnh Đắk Lak -2- 22 S¿22++2E+2EE+2Ext2EEeEEverkrsrkrrrrees 69

Tiểu kết chương 2 - + + 5E2E22EE9EEEEE211211271211211211271211211111111 11.11 xe 72CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG VÀ CÁU TRÚC TỎ THÀNH RỪNG

KHỘP TINH DAK LAK -2- 55: ©5222E‡SEEE 2 E2E1E21211211221221711211211 1111 733.1 Đánh giá biến động rừng khộp tinh Dak Lăk -2- ¿52 scs>5c+2 733.1.1 Quy trình đánh giá biến động rừng khộp ¿ 5¿s+©sz+csce: 73

3.1.2 Xử lý, phân loại ảnh Landsat - 5 113 Sirsesrsseeeeses 74

3.1.3 Xây dựng bản đồ hiện trạng rừng 2-2 2 2 +xezxe£xerxersxee 85

3.1.4 Biến động rừng khộp tinh Đắk Lắk giai đoạn 2000-2015 91

3.2 Nghiên cứu cau trúc rừng khộp 2 2¿+-++22++2x++Ex2zxtrxrerxesrxrrrxees 98

3.2.1 Quy trình thực hiỆn - 5 11121 ng ng 98

3.2.2 Xử lý, phân loại các ưu hợp rừng khộp - - +++-+++c+<cxssexss 102

3.2.3 Đánh giá độ chính xác phân loại - 5 52+ *+Evssxeeseersseres 107

1V

3.2.4 Phân bố không gian của các ưu hợp rừng khộp - +: 109

3.3 Đề xuất một số giải pháp quản lý, bảo tồn rừng khộp - - 112

3.3.1 Ứng dung công nghệ địa không gian trong quan lý tài nguyên rừng 112

3.3.2 Định hướng, quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên ‹ 113

Tiểu kết chương 3 2¿- 2:22 22E92E22EE2E1221122112711211221127112112112111 11c tre 115KET LUẬN VÀ KIÊN NGHI occecssssssessesssessessessessssssessessessssssessessecsnsssessessessesseeeees 116DANH MỤC CONG TRINH KHOA HOC CUA TÁC GIA LIÊN QUAN DENLUẬN AN wiceccsscssessssssssssssussssssscssssussussssesessussusssssssssussusssessessussussssssecscsusssessessesseeeees 118

TÀI LIEU THAM KHAO ccsscsscsssessessessssssessessessusssessessessussssssessecssssessessessesseeeess 119

PHU LUC

DANH MỤC CAC CHỮ VIET TAT

TIENG VIET

BDKH Biến đôi khí hậu

BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triên Nông thônBVMT Bảo vệ môi trường

ĐCX Độ chính xác

DDSH Da dang sinh hoc

DHQGHN Đại hoc Quốc gia Hà Nội

DKTN Điều kiện tự nhiênHDT Hướng đôi tượng

OTC Ô tiêu chuẩn

PLHĐT Phân loại hướng đổi tượng

VỌG Vườn Quốc gia

TIENG ANH

ALOS 2 Advanced Land Observing Satellite 2

ArcGIS Tên phần mềm GIS của hãng ESRI

ASTER Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflectance

CHM Canopy Height Model - Mô hình chiều cao tán

DBF Broadleaf Deciduous Forest - Rừng khộp

DBH Diameter at breast height - Duong kinh ngang nguc

DDF Dry Dipterocarp Forest - Rừng khộp

DEM Digital Elevation Model - Mô hình số độ cao

VI

DSM Digital Surface Model - M6 hinh số bề mặt

DT Decision Tree

ENVI ENvironment for Visualizing Images - Tên phan mém xử ly

anh vién tham

ESA European Space Agency - Cơ quan vũ trụ Châu Au

ETM Tên bộ cảm của vệ tinh Landsat 7.

EVI Enhanced Vegetation Index - Chỉ sô thực vật tăng cường

FAPAR Fraction of Absorbed Photosynthetically Active radiation

GIS Geographic Information System - Hệ Thông Tin Dia Ly

GNDVI Green Normalized Difference Vegetation Index

GPS Global Position System - Hé thống định vi toàn cầu

LAI Leaf Area Index - Chỉ số diện tích lá

LANDSAT Hệ thống vệ tinh chụp anh trái đất được phát trién bởi

LIDAR Light Detection And Ranging - Phương pháp đo khoảng

cách băng ánh sáng

LSP Land Surface Phenology - Vật hậu học bé mat

LST Land Surface Temperature - Nhiét d6 bề mặt

LSWI Land Surface Water Index

MCM Markov Chain Model - Tên mô hình

MERIS MEdium Resolution Imaging Spectrometer

MICROSTATION | Phan mềm số hóa, biên tập bản đô

ML Maximum Likehood

MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer

NDVI Normalized Difference Vegetation Index - Chi số thực vậtchuẩn hóa khác biệt

OLI Tên bộ cảm của vệ tinh Landsat 8.

PALSAR The Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar

vii

PB Pixel-based - Dựa trên điểm ảnh

PCA Principal Component Analysis

QUICKBIRD Ảnh vệ tinh độ phân giải cao của hang DigitalGlobe

RE Random Forest

SAM Spectral Angle Mapper)

SENTINEL-1 Chùm vệ tinh viễn thám siêu cao tan của Chương trình

Copernicus do Cơ quan Vũ trụ châu Âu thực hiện

SENTINEL-2 Chùm vệ tinh viễn thám quang học của Chương trình

Copernicus do Cơ quan Vũ trụ châu Âu thực hiện

SNAP Phân mềm xử lý ảnh

SPOT Systéme Probatoire d’Observation de la Terre - Tên vệ tinhSVM Support Vector Machine

SWA Spatial Wavelet Analysis

TM Thematic Mapper - Tên bộ cảm của vệ tinh Landsat 5UAV Unmanned Aerial Vehicle - Máy bay không người láiUNESCO United Nations Educational, Scientific and Cultural

Organization - Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa

Liên Hiệp Quốc

UTM Universal Transverse Mercator - Tên một loại phép chiéu

VIIRS Visible Infrared Imaging Radiometer Suite

WORLDVIEW Anh vệ tinh độ phân giải cao của hãng DigitalGlobe

Vili

DANH MỤC CÁC BANG

TT Tên bang Trang

Bang 1.1 Danh sách dit liệu bản đồ 2-2 2S +xeSE£EE‡EE£EE2E2EEEEerEerkerkrrkrree 29Bang 2.1 Diện tích rừng tinh Dak Lak (ha) 2- 2 252 2+E££Ee£EeExererszse2 37Bảng 2.2 Các thông số ảnh vệ tinh Landsat :-2¿ 52 5+22x+22++zx+zzx+zzxezs 45Bảng 2.3 Tư liệu sử dụng dé tạo ảnh không mây năm 2000 -5: 55

Bang 2.4 Tư liệu sử dung dé tao anh không mây năm 20 l 5 -. -2: 5: 55

Bang 2.5 Dữ liệu ảnh Sentinel-1A đa thời g1an - - + Scsss+sseexeerseersss 62

Bang 3.1 Các phương án thử nghiệm phân loại ¿5 5< £+£<s<+sssesee 74

Bảng 3.2 Hệ thống phân loại hiện trạng/trạng thái rừng -¿- 2-5552 75

Bảng 3.3 Độ chính xác phân loại (2%)) - c5 1k1 191111111111 1 9v kg Hư Hy 84

Bảng 3.4 Độ chính xác theo người sử dụng (%) ceeeeceesceeeeeseeeceeteceseeeseeeeeeeeeaeens 84

Bang 3.5 Biến động diện tích rừng tỉnh Dak Lắk giai đoạn 2000-2015 88

Bang 3.6 Ma trận biến động rừng giai đoạn 2000-2015 -¿©22+cs+cxc>s¿ 89Bảng 3.7 Biến động diện tích rừng khộp tỉnh Dak Lắk giai đoạn 2000-2015 91

Bang 3.8 Các trạng thái chuyên đổi từ rừng khộp -2¿©c¿+ce+cxcrxcrrerred 92

Bảng 3.9 Danh mục các công trình, dự án tại tinh Đắk Lắk - 98

Bang 3.10 Kết quả thay đổi các tham số trong phân đoạn ảnh - 103

Bang 3.11 Đánh giá độ chính xác kết quả phân loại 2 s2 225225: 107

1X

DANH MỤC CÁC HÌNH

TT Tên hình Trang

Hình 1.1 Dữ liệu thực địa kế thừa từ Dự án kiểm kê rừng - 2+ 26

Hình 1.2 Tuyến, điểm khảo sát thực địa - + s+5++E++E++EczEerkerkerxerxerkrree 28Hình 2.1 Khu vực nghiên cứu - tinh Đắk Lắk 2: 5¿25¿25++2s+ezxzezxee 33Hình 2.2 Đặc điểm vật hậu học của rừng khộp - -. -cc + ngsưy 41

Hình 2.3 Cấu trúc của rừng KhOp cecceccceccsscessessesssessessessecssessessesssessessesseessssesseeseees 41

Hình 2.4 VỊ trí khu vực nghiÊn CỨU c1 319911911 1 1 1 1 1 kg 42

Hình 2.5 So sánh đặc trưng phản xạ phổ trên ảnh L.andsat -.: -:-5: 47Hình 2.6 Đặc điểm tán xạ ngược phụ thuộc vào chiều đài bước SÓNG 49Hình 2.7 Tổ hop RGB của ảnh Sentinel-1A đa thời gian -: 5:©52-55: 50

Hình 2.8 So sánh giá trị tán xạ ngược trên ảnh Sentinel-1A đa thời gian 51

Hình 2.9 Sơ đồ khối quy trình xử lý lọc mây trên GEE - 2 + s+c+2 +2 56

Hình 2.10 Biéu diễn mối quan hệ hình học giữa mây và bóng mây 59Hình 2.11 Kết quả tạo ảnh không mây mùa mưa năm 2015 -5: 61Hình 2.12 Dữ liệu ảnh Sentinel-1A sau khi tiền xử lý ảnh - 2-5552 63Hình 2.13 (a) Ảnh Sentinel-1A sau tiền xử lý ảnh; (b) Ảnh sau lọc nhiễu 63Hình 2.14 Mô phỏng khoảng cách biên của đường ranh giới quyết định (màu đen

000 4 -:< 65

Hình 2.15 Sơ đồ phân bố điểm đo ô tiêu chuẩn 2 22- 52 ©5+25+2cs+2cxz+s 69Hình 2.16 Sơ đồ quy trình thực hiện nghiên cứu của luận án - - 70

Hình 3.1 Sơ đồ các bước thực hiện 225ctc2tvttttEtkrrrrttrrrrtrrirrrrrii 73

Hình 3.2 Khóa giải đoán ảnh - - c3 321112111211 11 1911111 11 1 E1 H1 vn 78

Hình 3.3 Chọn vùng mẫu phân loại ảnh ¿2 ¿5252 +++S+2x+£zxezxzxezxesezxers 79

Hình 3.4 Kết quả phân loại ảnh theo các phương án khác nhau - 80

Hình 3.5 Phân bố các điểm kiểm tra c¿-552ccvvttttxttrrrtrtrtrrrrrrrrrrrrre 83Hình 3.6 Bản đồ hiện trạng rừng tinh Dak Lắk năm 2000 -. 2:22 5¿ 86Hình 3.7 Biểu đồ tỷ lệ diện tích rừng tỉnh Dak Lắk năm 2000 86Hình 3.8 Bản đồ hiện trạng rừng tinh Dak Lắk năm 2015 - 2: 5552552 87

Hình 3.9 Biểu đồ tỷ lệ diện tích rừng tỉnh Dak Lắk năm 2015 -. - 87

Hình 3.10 Biéu đồ biến động diện tích rừng tỉnh Dak Lak giai đoạn 2000-2015 89

Hình 3.11 Bản đồ biến động rừng khộp tỉnh Dak Lắk 2000-2015 92

Hình 3.12 Biến động sử dụng đất tại xã Ia Lốp, huyện Ea Sup (2000-2015) 93Hình 3.13 Rừng khộp chuyên sang trồng keo tại xã Ia Lốp, huyện Ea Sup 93

Hình 3.14 Khai thác rừng khộp tại huyện Ea Sup (4/2015) - 5: 5552 95

Hình 3.15 Biến động sử dụng đất tại xã Ya Tờ Mốt, huyện Ea Sup (2000-2015) 96Hình 3.16 Rừng khộp chuyền sang đất nông nghiệp tại huyện Ea Sup (4/2015) 96Hình 3.17 Biến động sử dung dat tại xã Ea Bung, Ea Sup (2000-2015) 97Hình 3.18 Hồ chứa nước tại xã Ea Bung, huyện Ea Sup (4/2015) - 97Hình 3.19 Sơ đồ quy trình kết hợp tư liệu Landsat 8 va Sentinel-1A đa thời gian

dé phân loại một số ưu hop rtrng 4101111777 99

Hình 3.20 Ảnh chỉ số thực vật NDVI 22c he 102Hình 3.21 Lựa chọn tham số phân đoạn ảnh trong phân loại HĐT 103Hình 3.22 Kết quả phân đoạn ảnh với tham số tương ứng Scale; Shape;

Compactness tương ứng là 10; 0,4; Ô,6 SG SH HH kiệt 104

Hình 3.23 Xây dựng các quy tắc phân loại hướng đối tượng - 104

Hình 3.24 Các phân đoạn được phân loại trên tư liệu ảnh kết hợp gồm ảnh ghép

NDVI (mùa mưa và mùa khô) va ảnh Sentinel-1A đa thời gian - 105

Hình 3.25 Kết quả phân loại các ưu hợp rừng khộp tại Vườn quốc gia Yok Đôn,

nnIÊ8)S81) 211118 ` 106

Hình 3.26 Sơ đồ các điểm kiểm tra - -¿ 2ccctttttrrtrrrrrririrrirrrie 107

XI

MỞ ĐẦU1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ sinh thái (HST) rừng khộp 1a hệ sinh thái độc đáo, hiếm có trên thế giới,

hiện chủ yếu chỉ còn ở Đông Nam Á, trong đó Việt Nam chiếm một phần rất lớn.Rừng khộp Tây Nguyên rất phong phú tài nguyên, đa dạng về sinh học và có giá trị

lớn đối với môi trường sinh thái cũng như kinh tẾ, xã hội.

Về giá trị đa dạng sinh học: Rừng khộp tại Vườn quốc gia Yok Đôn, tỉnh ĐắkLắk có thê đại diện cho rừng khộp ở Tây Nguyên với nhiều đặc trưng nổi bật Về hệ

thực vật đã thống kê được 566 loài, 290 chi thuộc 108 ho của 5 ngành thực vật bậc

cao có mạch, trong đó một số loài có tên trong Sách đỏ Việt Nam như Giáng hương(Pterocarpus macrocarpus Kurz.), Tué (Cycas micholitzii Dyer), Gõ ca te (Afzelia

xylocarpa (Kurz) Craib), Cam lai (Dalbergia oliveri Gamble ex Prain), Trac mat

(Dalbergia cochinchinensis Pierre) Hệ thực vat Yok Đôn con đa dang vé yếu t6 địalý, với 43 loài đặc hữu Yok Đôn và 27 loài đặc hữu Việt Nam và hệ động vật củaYok Đôn, chỉ tính riêng động vật có xương sống trên cạn và dưới nước đã thống kêđược 489 loài, 115 họ thuộc 39 bộ của 5 lớp: Thú, chim, bò sat, ếch nhái và cá, trong

đó 39 loài thú được ghi trong Sách đỏ Thế giới và Sách đỏ Việt Nam (2007), 17 loài

chim đang bị đe đọa toàn cầu, 2 loài cá và 9 loài bò sát, ếch nhái có trong Sách đỏ

Việt Nam (2007).

VỀ giá trị sinh thái, môi trường: Rừng khộp là một kiểu rừng đặc biệt, hàng

năm phải trải qua thời g1an dài hạn hán, khô kiệt Các loài cây rừng khộp có tính thích

nghi cao với khô hạn và lửa rừng, khó có thể tìm ra loài cây nào khác thay thế Đâylà sản phẩm của tự nhiên đã được chọn lọc qua một quá trình lịch sử lâu dài HSTrừng khộp là nơi cư trú của nhiều loài thú lớn như Voi (Elephas maximus Linnaeus),Bò rừng (Bos javanicus), Bồ tót (Bos gaurus), nhiều loài chim quý như Công (Pavomuticus), Gà lôi (Lophura diardi) Về mặt môi trường, sự ton tại của rừng khộp gópphần duy trì cân bang sinh thái nhờ sự hồi sinh rất nhanh vào mùa mưa, giữ vai tròphòng hộ môi trường và bảo vệ đất Tây Nguyên.

Về giá trị kinh tế, văn hóa - xã hội: Rừng khộp tại Dak Lak có những loài cây

go lớn có giá tri kinh tê cao, tài nguyên lâm sản ngoài go như dâu nhựa, dược liệu

v.v và nhiều tài nguyên động vật khác Ven các khu rừng khộp, gần nguồn nước lànơi sinh sống chủ yếu của đồng bào các dân tộc M'Nông, Êđê Mat rừng đồng nghĩavới việc mat nguồn nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của người dân Vìvậy, rừng khộp chính là một trong những yếu tố quan trọng góp phần đảm bảo cuộcsống của người dân, đồng thời, duy trì, bảo tồn văn hóa truyền thống của đồng bào

các dân tộc Tây Nguyên nói chung và Đắk Lắk nói riêng.

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, diện tích rừng khộp tại Tây Nguyên nóichung và tỉnh Đăk Lăk nói riêng đang bị suy giảm nghiêm trọng cả về chất lượng và

số lượng do tình trạng chặt phá rừng và quá trình chuyền đổi sử dụng dat Mắt rừng

đã làm đa dạng sinh học bị suy giảm, môi trường tự nhiên bị phá vỡ gây hạn hán và

lũ lụt, làm thiệt hại và ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển kinh tế - xã hội Chính vì

vậy, ngoài việc tăng cường công tác quản lý và giám sát, việc ứng dụng khoa học kỹ

thuật hiện đại để cung cấp thông tin kịp thời, hỗ trợ trong công tác quản lý, bảo vệ

rừng ngày càng trở nên cấp thiết.

Xuất phát từ những lý do trên, nghiên cứu sinh đã chon đề tài: “Ứng dungviễn thám và hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu cấu trúc tổ thành và biến độngrừng khộp tỉnh Dak Lak”.

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu:

“ Xác lập được cơ sở khoa học, lựa chọn phương pháp và tư liệu viễn thám phùhợp dé cải thiện độ chính xác phân loại ảnh và nâng cao hiệu quả ứng dụng

của tư liệu viễn thám.

“ Kết hợp viễn thám và hệ thông tin địa lý dé đánh giá biến động và cấu trúc tổthành rừng khộp tỉnh Đắk Lắk.

Nội dung nghiên cứu: Đề đạt được các mục tiêu nêu trên, các nội dung nghiên

cứu được đặt ra như sau:

= Tổng quan các phương pháp nghiên cứu dé đánh giá, lựa chọn phương phápvà tư liệu thích hợp cho nghiên cứu biến động và cấu trúc rừng khộp;

= Xây dựng cơ sở khoa học xác định cấu trúc tô thành và biến động rừng khộpbằng tư liệu viễn thám đa thời gian.

2

"Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh quang học đa thời gian theo mùa (mùa khô,

mùa mưa) dé phân loại lớp phủ bề mặt; Thành lập các ban đồ hiện trạng rừngvà đánh giá biến động diện tích rừng khộp tỉnh Đắk Lắk.

= Nghiên cứu kết hợp ảnh viễn thám quang học, siêu cao tần đa thời gian và cácsố liệu đo thực địa dé phân loại một số ưu hợp rừng khộp.

= Kiểm chứng, phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm theo các phương pháp

đã thực hiện; Đề xuất một số giải pháp quản lý, bảo tồn rừng khộp.

3 Giới hạn phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Giới han về không gian: Khu vực nghiên cứu được chọn là tỉnh Đắk Lắk, một

trong những tỉnh có diện tích rừng khộp lớn nhất, tiêu biểu nhất của cả nước Đồng

thời, tại đây có Vườn quốc gia Yok Đôn là nơi duy nhất đang bảo tồn hệ sinh thái

rừng khộp ở Việt Nam.

Giới hạn về thời gian: Nghiên cứu sinh chọn năm 2000 và năm 2015 làm cácmốc thời gian nghiên cứu thử nghiệm nhằm đánh giá sự thay đổi diện tích rừng khộpbắt đầu từ thời điểm trước khi tách tỉnh Đắk Lắk từ ngày 1/1/2004 cho đến năm 2015

là thời điểm quá trình chuyên đổi sử dụng đất từ rừng nghèo kiệt (chủ yếu là rừng

khộp) sang trồng cây công nghiệp (cây cao su ) diễn ra mạnh nhất.

Giới hạn về nội dung nghiên cứu: Trong phạm vi luận án, nghiên cứu sinh thựchiện nghiên cứu cau trúc tổ thành thông qua việc xác định và phân loại một số ưu hợp rừng

khộp tiêu biểu tại VQG Yok Đôn và biến động rừng khộp (biến đổi theo thời gian, không

gian với các loại hình biến đổi chính) tại tinh Dak Lak.

Đối tượng nghiên cứu:

- Rừng khộp và các trạng thái lớp phủ bề mặt tại tỉnh Đắk Lắk.

- Các ưu hợp rừng khộp và đặc điểm phản xạ phô trên ảnh quang học và tán

xạ ngược trên ảnh siêu cao tần tại các thời điểm, mùa vụ khác nhau.4 Những điểm mới của luận án

- Xác định được phương pháp và quy trình xử lý ảnh quang học đa thời gian

theo mùa dé nâng cao độ chính xác phân loại và đánh giá biến động rừng khộp tại

tỉnh Đắk Lắk.

- Quan trắc và phân loại thành công một số ưu hợp rừng khộp dựa trên mối

tương quan giữa tín hiệu tan xạ ngược trên các anh Sentinel-1A đa thời gian.

5 Các luận điểm bảo vệ

- Luận điểm 1: Sử dụng tư liệu ảnh quang học đa thời gian theo mùa và hệ thôngtin địa lý cho phép giám sát và đánh giá biến động rừng khộp với độ tin cậy cao.

- Luận điểm 2: Kết hợp tư liệu Landsat, Sentinel-1A đa thời gian và hệ thông

tin địa lý để nâng cao hiệu quả phân loại một số ưu hợp rừng khộp tại VQG Yok Đôn,

tỉnh Đắk Lắk.

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Xây dựng cơ sở khoa học cho việc ứng dụng viễn thám và

GIS trong nghiên cứu rừng khộp nói riêng và rừng rụng lá nói chung Xác lập được

mối tương quan giữa đặc điểm vật hậu học (phenology) của rừng khộp với phan xạ

phô trên ảnh quang học và tán xạ ngược trên ảnh siêu cao tan đa thời gian Đặc điểmnày được kết hợp, vận dụng dé giam thiéu anh hưởng cua yếu tố mùa vụ, cải thiện độ

chính xác kết quả phân loại ảnh viễn thám và tách được một số ưu hợp rừng khộp góp

phần nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng của tư liệu viễn thám và GIS trong giám sát

tài nguyên rừng.

- Ý nghĩa thực tiễn: Các giải pháp công nghệ tích hợp viễn thám và GIS đã

được nghiên cứu và thử nghiệm thành công trong luận án này có thể ứng dụng để

nghiên cứu cấu trúc tô thành và đánh giá biến động phục vụ quy hoạch và quản lý

rừng khộp tại tỉnh Đắk Lắk nói riêng và khu vực Tây Nguyên nói chung.

7 Cơ sở tài liệu

Luận án được thực hiện trên cơ sở sử dụng các tài liệu sau:

- Tư liệu ảnh viễn thám: gồm ảnh vệ tinh Landsat 5,7,8 và ảnh Sentinel-1Aphủ trùm tinh Đắk Lắk Trong đó ảnh Landsat 5,7,8 được sử dụng dé phân loại vàđánh giá biến động rừng khộp; ảnh Sentinel-1A được sử dụng kết hợp với anh Landsat

để tách một số ưu hợp rừng khộp tại VQG Yok Đôn, tinh Đắk Lắk.

- Các phần mềm chuyên dụng trong lĩnh vực bản đồ, viễn thám và GIS, phântích thống kê và soạn thảo văn bản gồm: Microstation, ArcGIS, Envi, SNAP toolbox,

Google Earth Engine; Cac phan mém van phong: Excel, Word.

4

- Các bản đồ và dữ liệu GIS kế thừa: Bản đồ địa hình; Bản đồ Hiện trạng sửdụng dat; Ban đồ hiện trạng rừng; Bản đồ kiểm kê rừng: Mô hình sé độ cao (SRTM)

- Tài liệu, số liệu liên quan khác: nghiên cứu đặc điềm điều kiện tự nhiên, kinh

tế - xã hội, hiện trạng lớp phủ, dữ liệu đo ô tiêu chuẩn (OTC), các báo cáo đề tai, dự

án và công trình khoa học đã công bố, các văn bản, báo cáo các chương trình, kế

hoạch hành động

8 Cấu trúc của luận án

Nội dung của luận án gồm 132 trang đánh máy, có sử dụng 17 bảng, 44 hìnhđể minh họa Cấu trúc của luận án gồm các phần sau:

- Danh mục công trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án

- Tài liệu tham khảo.- Phụ lục.

CHƯƠNG 1

TONG QUAN UNG DỤNG VIỄN THÁM VA HỆ THONG TIN DIA LÝ

TRONG NGHIEN CUU RUNG KHOP

1.1 Một số khái niệm

1.1.1 Rừng khộp

Rừng khộp hay còn gọi rừng thưa lá rộng rụng lá theo mùa là loại rừng đặc

trưng của một số nước Đông Nam Á lục địa trong điều kiện có một mùa mưa úng

nước và một mùa khô khắc nghiệt [5] Tổ thành rừng khộp với các loài cây thuộc HọDầu (Dipterocarpaceae) chiém ưu thé, rung lá trong mùa khô Rừng khộp có tên tiếng

Anh là Dry Dipterocarp Forest (DDF) hoặc Broadleaf Deciduous Forest (BDF) Trên

thé giới, rừng khộp phan bố ở Lào, Campuchia, Thái Lan, Inđônêsia, Malaysia,Philippin và một số nước Nam Á Ở Việt Nam rừng khộp phân bố chủ yếu ở TâyNguyên, đặc biệt là vùng biên giới giữa Việt Nam và Campuchia thuộc hai tỉnh ĐắkLắk và Gia Lai Ngoài ra còn có ở Di Linh (Lâm Đồng) và những khu rừng khộp nhỏphân bố ở Ninh Thuận, Bình Thuận, Sông Bé, Tây Ninh Tại khu vực Tây Nguyên

có Vườn Quốc gia Yok Đôn là khu bảo tồn loại rừng độc đáo này Nhân tố quyết định

đến sự phát sinh rừng khộp là chế độ nhiệt 4m khắc nghiệt và đất đai căn cỗi, lượngmưa thấp, thời gian khô hạn trong năm kéo dài từ 5 đến 6 tháng.

1.1.2 Biến động rừng

Đánh giá biến động có thé được hiểu là việc theo dõi, giám sát và quản lý đốitượng nghiên cứu để từ đó thay duoc su thay đôi về đặc điểm, tính chất của đối tượng

nghiên cứu và sự thay đổi có thé định lượng được Đánh giá biến động rừng là đánh

giá được sự thay đổi về rừng qua các thời điểm dưới sự tác động từ các yếu tố tựnhiên, kinh tế - xã hội, sự khai thác, sử dụng của con người Mọi vật trên thế giới tunhiên không bao giờ bắt biến mà luôn luôn biến động không ngừng, động lực của mọisự biến động đó là quan hệ tương tác giữa các thành phần của tự nhiên Sự biến động

rừng do con người sử dụng vào các mục đích kinh tế - xã hội có thể phù hợp hay

không phù hợp với quy luật của tự nhiên, cần phải nghiên cứu đề tránh sử dụng rừng

có tác động xâu đên môi trường sinh thái.

Như vậy đánh giá biến động rừng là xem xét quá trình thay đổi của diện tíchrừng thông qua thông tin thu thập được theo thời gian để tìm ra quy luật và nhữngnguyên nhân thay đổi, từ đó có biện pháp khai thác, sử dụng đúng dan đối với nguồn

tài nguyên này.

1.1.3 Cấu trúc rừng

Câu trúc rừng là quy luật sắp xếp tô hợp các thành phan cau tạo nên thảm thực vật

rừng theo không gian và thời gian Cầu trúc của rừng gồm các thành phần cơ bản sau:

- Cấu trúc tổ thành: là nhân tô diễn tả số loài tham gia và số cá thé của từngloài trong thành phần cây gỗ của rừng Tổ thành cho biết sự tổ hợp và mức độ tham

gia của các loài cây khác nhau trên cùng don vi diện tích.

Tổ thành loài là một trong những chỉ tiêu cấu trúc quan trong, cho biết số loài

cây và tỷ lệ của mỗi loài hay một nhóm loài cây nào đó trong lâm phần Ngoài ra,

thông qua tô thành loài cây, người ta có thể biết được mức độ đa dạng sinh học, tínhôn định và bền vững của hệ sinh thái.

- Cau trúc tang thứ: là sự phân bỗ theo không gian của tầng cây gỗ theo chiều

thăng đứng, phụ thuộc vào đặc tính sinh thái học, nhu cầu ánh sáng của các loài tham

gia tổ thành.

- Cầu trúc tuổi: Câu trúc về mặt thời gian, trạng thái tuổi tác của các loài cây

tham gia hệ sinh thái rừng, sự phân bố này có mối liên quan chặt chẽ với cấu trúc về

mặt không gian.

- Cấu trúc mật độ: Câu trúc mật độ phản ánh số cây trên một đơn vị diện tích.Phản ảnh mức độ tác động giữa các cá thể trong lâm phần Mật độ ảnh hưởng đến

tiểu hoàn cảnh rừng, khả năng sản xuất của rừng Theo thời gian, cấp tuổi của rừng

thi mật độ luôn thay đối.

Một số chỉ tiêu cấu trúc khác như độ tàn che, độ che phủ, mức độ khép tán,phân bố mật độ theo đường kính, chiều cao

1.1.4 Viễn thám và hệ thông tin địa lý

- Viễn thám (Remote sensing): là một khoa học và nghệ thuật dé thu nhận thôngtin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư

liệu thu nhận được bằng các phương tiện Những phương tiện này không có sự tiếpXúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu Hiểu đơngiản, viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không cósự tiếp XÚC trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.

Ngày nay, với sự tiễn bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, tư liệu ảnh vệ

tinh đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát tài nguyên

thiên nhiên và môi trường Những wu thế nổi bật của ảnh viễn thám là:

- Cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất với độ trùm phủ không gian lớncho phép tiến hành theo dõi giám sát trên những khu vực rộng lớn cùng một lúc, đặcbiệt là ở những vùng khó tiếp cận như các vùng núi cao, biên giới, hải đảo.

- Cung cấp thông tin da dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau cho phép nghiêncứu các đặc điểm của đối tượng từ nhiều góc độ phan xạ phô khác nhau.

- Cung cấp các loại ảnh có độ phân giải khác nhau, do đó cho phép nghiên cứubề mặt ở những mức độ chỉ tiết hoặc khái quát khác nhau Ví dụ: các loại ảnh có độ

phân giải thấp nhưng tần suất chụp lặp cao, diện tích phủ trùm lớn như MODIS,MERIS cho phép cung cấp các thông tin khái quát ở mức vùng hay khu vực, các loại

ảnh độ phân giải cao và siêu cao như SPOT, QuickBird, WorldView, anh hàng không,

ảnh UAV dé nghiên cứu chi tiết các đối tượng ở tỷ lệ lớn.

- Có khả năng chụp lặp tại bất kỳ vị trí nào trên bề mặt trái đất, cho phép hồi

cứu dữ liệu lịch sử và theo dõi diễn biến của các sự vật hiện tượng diễn ra trên mặt

đất Ví dụ đánh giá bién động rừng tại một thời điểm trong quá khứ va thời điểm hiện

tại; quan trắc quá trình sinh trưởng của cây trồng, thảm thực vật hay theo dõi diễn

biến cháy rừng, ngập lụt, trượt lở đất

- Hệ thông tin dia lý (GIS): là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thôngmáy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin

địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định.

Ngày nay, GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian

(bản đồ) gan với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quan lý

các hoạt động theo lãnh thổ Ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ

trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng,

đối phó với thảm hoạ thiên tai v.v Công cu GIS dùng dé thu thập, lưu trữ, biến đồi,hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thé.

Sự kết hợp giữa viễn thám và hệ thông tin địa lý đã mang lại hiệu quả cao Dữliệu viễn thám được thu nhận ở dạng số nên tận dụng được sức mạnh xử lý của máytính và có thé dé dàng tích hợp với hệ thông tin địa ly dé thực hiện các bài toán phân

tích, tính toán phức tạp.

1.2 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới

Rừng khộp là một kiểu rừng lá rộng rụng lá, có đặc điểm là rụng lá theo mùa.

Do đó, trong phan tổng quan này, nghiên cứu sinh sẽ trích dẫn cả các nghiên cứu vềrừng khộp lẫn các kiểu rừng rụng lá khác.

1.2.1 Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá biến động rừng

Đánh giá biến động rừng bằng kỹ thuật viễn thám và GIS là công việc định

lượng các đối tượng từ anh vệ tinh đa thời gian Tuy nhiên, việc phân loại rừng từảnh viễn thám thường cho độ chính xác phụ thuộc vào tư liệu sử dụng, kiến thức giảiđoán ảnh của chuyên gia, các thông tin điều tra thực địa, các dau hiện nhận biết cácloại rùng và khả năng kết hợp giữa các tín hiệu sóng điện từ [66].

Ảnh viễn thám hiện nay là tư liệu chính trong các nghiên cứu đánh giá biến

động lớp phủ bề mặt/sử dụng đất nói chung và biến động rừng nói riêng [37, 39, 84,

115] Việc lựa chọn thời điểm thu ảnh là rất quan trọng dé phat hién su thay đổi củacác đối tượng Dữ liệu ảnh đa thời gian thường được chọn cùng một thời điểm trongnhiều năm dé giảm thiểu sự khác biệt về phản xạ pho gây ra bởi thảm thực vật thayđổi theo mùa và góc mặt trời Đối với rừng rụng lá thi có sự khác biệt giữa thời gian

ra lá và thời gian rụng lá, điều này tác động đến tín hiệu quang phổ nhận được tai đầu

thu Theo Hame (1988), để phát hiện thay đổi rừng thì nên chọn mùa hè hoặc thờigian khô nhất của năm đối với từng địa phương vì đây là thời điểm có độ 6n định tínhiệu phản xạ pho thu nhận tại đầu thu [46, 76] Phân tích thay đổi dựa trên ảnh đa

thời gian theo mùa đã được đề cập nhiều trong các nghiên cứu trên thế giới Việc lựa

chọn thời điểm chụp ảnh trong năm dé phân tích, đánh giá biến đổi của lớp phủ rừngphụ thuộc vào đặc điểm và thời gian sinh trưởng của từng loại rừng [33, 50, 55, 67,

72, 86, 104, 110] Do thời gian nghiên cứu trong khoảng thời gian dài nên tư liệu sử

dụng chủ yếu là tư liệu viễn thám quang học Landsat hoặc MODIS Tuy nhiên,

phương pháp xử lý dữ liệu ảnh đa thời gian đóng vai trò quan trọng trong kết quả

đánh giá biến động rừng do có sự khác biệt về điều kiện khí quyên, góc chiếu mặt

trời, quỹ đạo vệ tinh trên các ảnh riêng biệt [32, 47, 49, 54, 55, 64, 75, 76, 80, 116].

Có nhiều yếu tố tác động đến kết quả đánh giá biến động rừng trong kỹ thuật

xử lý ảnh số Tuy nhiên, phương pháp nghiên cứu có ảnh hưởng lớn đến các ước tínhđịnh tính và định lượng của các đối tượng [51] Ngay cả trong cùng một môi trường,

cách tiếp cận khác nhau cũng cho bản đồ kết quả khác nhau Do đó, việc lựa chọnphương pháp thích hợp sẽ đóng vai trò quyết định đến kết quả nghiên cứu Hau hếtcác phát hiện thay đôi đều sử dụng phương pháp phân loại theo pixel và xác định sựthay đổi phản xạ phô trên ảnh viễn thám Nghiên cứu của nhóm tác giả Coppin vàBauer (1996) đã tổng quan về các phương pháp sử dụng viễn thám để nghiên cứubiến động lớp phủ rừng [56], như phân tích từng cảnh ảnh đơn và so sánh với các ditliệu GIS đã có; Phương pháp so sánh kết quả sau phân loại ảnh dé đánh giá biến động;

Phương pháp sử dụng tổ hợp màu ảnh đa thời gian; Phương pháp tìm sự khác biệt

giữa hai ảnh tại hai thời điểm khác nhau; Phương pháp sử dụng tỷ số ảnh; Phương

pháp chuyển đổi tuyến tính di liệu đa thời gian như PCA (Principal Component

Analysis) và Tasseled Cap; Phương pháp phân tích vector thay đổi (CVA-Change

Vector Analysis).

Phương pháp được sử dụng phô biến trong nghiên cứu đánh giá biến độngrừng là so sánh kết quả sau phân loại lớp phủ rừng tại các thời điểm khác nhau [34,

74, 85, 131] Kết quả phân tích sẽ được xác định thông qua một ma trận biến động

giữa các lớp đối tượng tại hai thời điểm Ưu điểm chính của phương pháp nay là phânloại riêng biệt, do đó giảm thiểu vấn đề chuẩn hóa ảnh chụp tại các thời điểm khácnhau [50] Các phương pháp phân loại có kiểm định thường được sử dụng như

Support Vector Machine (SVM) [43], Maximum Likehood (ML) [78, 118, 119] Tác

gia Brandt và nnk (2012) đã sử dung tư liệu Landsat TM/ETM+ va MSS từ năm 1974

đến năm 2009 dé phân loại các đối tượng rừng [43], trong đó nghiên cứu sử dung

10

phương pháp phân loại SVM Kết quả nghiên cứu cho thấy tốc độ thay đổi diện tíchrừng phụ thuộc rất lớn đến các chính sách bảo vệ rừng và trồng rừng tại khu vực Tácgiả Griselda và nnk (2016) đã sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định dé phânloại đối tượng lớp phủ trên ảnh Landsat đa thời gian gồm các năm 1973, 1990 và2014 với độ chính xác đạt là 91%, 92% và 90% [73] Kết quả nghiên cứu đã đánh giáđược sự thay đối của các đối tượng lớp phủ Đồng thời, các tác giả cũng sử dụng môhình MCM (Markov Chain Model) và CA (Cellular Automata) dé đánh giá các yêutố tác động đến sự thay đôi của đối tượng lớp phủ Kết quả nghiên cứu đã chứng minhđối tượng lớp phủ thay đôi nhiều nhất chính là rừng Tác giả Sabzar và Ramachandar(2016) đã sử dụng tư liệu Landsat năm 1979, 1999 và 2013 dé phan loai cac đối tượngsử dụng đất và phân tích thay đổi trong khoảng thời gian 34 năm [118] với sự suygiảm diện tích rừng thường xanh và sự ra tăng đất nông nghiệp và đất xây dựng.

Tác giả Millan và nnk (2018) đã sử dụng tư liệu ảnh siêu phô CHRIS/PROBA

từ năm 2008 và 2014 dé nghiên cứu diễn biến của rừng khô nhiệt đới (TDF - Tropical

dry forest) tại Brazil [125] Các thuật toán đã được sử dụng 1a SAM (spectral angle

mapper), SVM (support vector machine) và DT (decision tree) Kết quả nghiên cứu

đã đánh giá được sự thay đổi của rừng khô nhiệt đới và các đối tượng khác được so

sánh giữa các thời điểm khác nhau.

Thống kê từ các nghiên cứu cho thấy, chỉ số thực vật NDVI cũng được sửdụng khá phé biến dé đánh giá biến động rừng [37, 94, 118] Tác giả Banner vàLynham (1981) đã xác định chênh lệch chi số thực vật NDVI của các đối tượng tính

từ dữ liệu Landsat MSS đa thời gian [38] Các tác giả đã xác định sự nhạy cảm của

NDVI đối với sự phát triển của cỏ và sự phát triển của thảm thực vật khác trên mặt

cắt tán xạ của ảnh, từ đó theo dõi được sự cạnh tranh của thảm thực vật trong phạm

vi nghiên cứu Tác giả Park và nnk (1982) đã sử dụng kênh 5 và kênh 7 trên ảnh

Landsat MSS dé theo dõi sự thay đổi trạng thái mặt đất từ rừng sang không rừng vàkhông rừng sang rừng [111] Tác giả Nelson (1983) đã xác định thay đổi độ che tán

của rừng rụng lá tại Gypsy Moth ở Pennsylvania bằng phân tích sự khác biệt của các

chỉ số thảm thực vật [107] Tác gia Wang và nnk (2018) đã đề xuất sử dụng chỉ số

thực vat NDVI đa thời gian dé xác định biến động của các kiểu lớp phủ rừng và đồng

II

cỏ trong khoảng thời gian từ năm 1986 đến năm 2016 [127] với độ chính xác tổngthê đạt 88,9%, hệ số Kappa là 0,86 Dựa trên kết quả phân loại lớp phủ bề mặt, cáctác giả kết hợp với dữ liệu GIS để có những đánh giá về sự biến động và mối quan hệtác động lẫn nhau giữa các đối tượng lớp phủ rừng và các đối tượng khác.

Tác giả Virany (2016) đã nghiên cứu biến động rừng khộp tại tỉnhSavannakhet, Lào sử dụng tư liệu ảnh Landsat đa thời gian [124] Ảnh NDVI mùa

mưa và mùa khô được tính từ các ảnh Landsat năm 2000 và 2013 đã được phân

ngưỡng dé xác định rừng khộp và các đối tượng khác Từ đó, thành lập bản đồ biếnđộng rừng giai đoạn 2000-2013 và ma trận chuyền đôi giữa các đối tượng Tác giả đãsử dụng 200 điểm kiểm tra dé kiểm chứng, độ chính xác phân loại tổng thể đạt 74%.Qua kết quả phân tích cho thấy, sau 13 năm, diện tích rừng thường xanh và nước mặtlà không đổi, diện tích rừng khộp giảm 28,36%, diện tích trồng cây công nghiệp va

cây nông nghiệp tăng mạnh.

1.2.2 Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám va GIS trong đánh giá cau trúc rừngTư liệu viễn thám quang học và siêu cao tần đã được sử dụng trong nhiều

nghiên cứu về cấu trúc rừng như xác định độ cao, mật độ của cây, ước tính sinh khối,

xác định thành phan loài

Tác giả Wohlfart và nnk (2014) đã sử dụng tư liệu ảnh MODIS đa thời gian sử

dụng phương pháp phân loại RF (Random Forest) để xác định phân bố không gian củacây họ Dầu trên khu vực Đông Nam Á [130] Độ chính xác phân loại đạt được là 78% vớicác điểm kiểm tra độc lập Theo các kết quả nghiên cứu thì diện tích rừng rụng lá tại khuvực Đông Nam Á có xu hướng giảm, đặc biệt là tại Việt Nam Tại các khu vực bảo vệ,

diện tích rừng rụng lá cây họ Dau còn rất ít, chỉ còn khoảng 10% [130].

Dựa trên đặc trưng phản xạ phô của các loại rừng đặc trưng trên ảnh vệ tinh

quang học, các nghiên cứu đã phân loại được các loại rừng khác nhau như như rừng

rụng lá, rừng thường xanh, rừng lá kim, rừng hỗn hợp [112, 134] Tác giả JarosBaw

và nnk (2013) cũng đã đề xuất phương pháp kiểm kê rừng dựa trên các chỉ số thảm

thực vật như NDVI, LAI (Leaf Area Index), FAPAR (Fraction of AbsorbedPhotosynthetically Active Radiation), LAIxCab (canopy chlorophyll content of A

12

and B types) được tính từ ảnh MODIS và MERIS và thông tin không gian từ dữ liệu

lớp phủ CORINE đề phân loại các loại rừng lá kim, rừng rụng lá và rừng hỗn hợp tại

Ba Lan [134] Tác gia đã có những phân tích sự khác biệt của các ngưỡng giá tri của

các loại rừng lá kim, rừng rụng lá và rừng hỗn hợp trên các ảnh chỉ số tính từ ảnhMODIS và ảnh MERIS Dựa trên phân tích sự khác biệt về vật hậu học của rừng rụnglá và rừng lá kim tại Ba Lan, tác giả đã tính chỉ số FAPAR tại thời điểm tháng 4 và

tháng 7 trong năm Kết quả phân loại được so sánh với dữ liệu lớp phủ CORINE và

có độ chính xác phân loại rừng lá kim và rừng rụng lá cao hơn rừng hỗn hợp Rừng

rụng lá đạt độ chính xác cao nhất 90,0% khi phan loại dựa trên chỉ sốLAIxCab_MERIS, rừng lá kim đạt 77,7% dựa trên chỉ số FAPAR_MERIS và rừng

hỗn hợp là 60,0% khi sử dụng chỉ số FAPAR_MERIS.

Koukoulas và Blackburn (2005) đã đề xuất thành lập bản đồ, xác định vị trí và

độ cao của các ưu hợp rụng lá dựa trên dữ liệu DEM và hàm hình thái học trên dữ

liệu ảnh viễn thám độ phân giải cao gồm ảnh hàng không (đạt độ chính xác 91%), dữliệu LiDAR (đạt 80%) [87] Lisein và nnk (2015) đã đề xuất phương pháp phân loại

đối tượng loài cây rụng lá sử dụng dữ liệu ảnh máy bay không người lái (UAV) đa

thời gian [91] Tác giả sử dụng ngôn ngữ R và phương pháp phân loại RF dé xác địnhchỉ tiết đến cấp độ loài trên tư liệu ảnh Từ dữ liệu ảnh UAV, tác giả xác định các chỉsố GNDVI (Green Normalized Difference Vegetation Index), NDVI và ma trận tương

quan về độ xám GLCM đề đưa vào quá trình phân loại RE.

Melaas và nnk (2013) đã nghiên cứu sử dụng dt liệu anh Landsat TM/ETM+

mức xử ly Level 1 đa thời gian từ năm 1982 đến 2011, tương ứng 541 cảnh ảnh vớitỷ lệ mây dưới 20%, kết hợp với dữ liệu đo đạc, khảo sát của các loài thực vật trong

vòng 20 năm để xác định vật hậu học của rừng rụng lá khu vực phía nam NewEngland, Mỹ [103] Melaas và cộng sự đã đề xuất sử dụng chỉ số thảm thực vật EVIđa thời gian để nghiên cứu vật hậu học Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụnghàm nội suy logistic để xác định tương quan giữa giá trị EVI và đữ liệu đo thực địa.Đối với mùa xuân sẽ sử dụng hàm logistic với 4 tham số [135] và mùa thu sẽ sử dụng

hàm logistic với 5 tham số [68] Kết quả nghiên cứu tính được từ anh Landsat gần

với kết quả xác định băng dữ liệu đo thực địa.

13

Tư liệu ảnh MODIS đa thời gian là tư liệu được sử dụng nhiều nhất trong các

nghiên cứu về xác định vật hậu hoc của rừng rụng lá [44, 63, 65, 77, 81, 88, 90, 93, 95,

96, 113, 126, 128] Hmimina và nnk (2013) đã đánh giá khả năng sử dụng tư liệu ảnh

MODIS đa thời gian dé dự báo vật hậu học của thực vật tại các quần xã sinh vật khácnhau như rừng rụng lá, rừng thường xanh và đất canh tác [81] Các chi số thực vật đượcsử dụng nhiều trong các nghiên cứu là chỉ số NDVI và EVI [35, 65, 96] Trong nghiên

cứu của Arvidsson (2015) đã phân tích tương quan giữa dữ liệu đo mặt đất và các chỉ

số thực vật NDVI, EVI trên ảnh da thời gian MODIS dé phân biệt một số loài cây rụnglá tại rừng Thụy Điền [35] Kết quả nghiên cứu cho thấy chỉ số EVI có tương quan caohơn chỉ số NDVI đối với rừng rụng lá với hệ số tương quan là 0,78.

Chaves và nnk (2010) đã có những nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinhMODIS đa thời gian trong nghiên cứu rừng rụng lá tại Brazil [48] Các tác giả đã sử

dụng thuật toán HANTS (Harmonic analysis of time series) và Wavelet Filtering dé

làm trơn chuỗi giá tri NDVI trên anh đa thời gian và mạng nơ-ron dé phân loại rừngrụng lá với hệ số Kappa đạt cao nhất tại vùng phía Đông Bắc Brazil là 0,94.

Liu và nnk (2016) đã đề xuất cải thiện mô hình xác định vật hậu học của rừngcây lá kim ở khu vực Bắc Mỹ sử dụng các chỉ số NDVI và EVI tính trên ảnh MODIS

và dữ liệu nhiệt độ mặt đất (LST - Land surface temperature) [92] Kết quả nghiên

cứu đã chứng minh rằng kết hợp với dữ liệu nhiệt độ mặt đất (LST) từ ảnh MODIS

cho phép cải thiện được mô hình xác định vật hậu học của đối tượng rừng cây lá kim.

Kết quả thử nghiệm được đánh giá dựa trên 5 điểm dữ liệu đo PhenoCam cho độ tin

cậy cao.

Đề nâng cao khả năng phân loại rừng rụng lá, nhiều nghiên cứu đã sử dụng kết

hợp các mô hình, thuật toán và các tư liệu viễn thám với nhau Tác giả Garrity và nkk

(2011) đã đề xuất phương pháp xác định cấu trúc tang tán của rừng rụng lá bằng việckết hợp mô hình sinh trắc (Allometric Equations), thuật toán tự động phân tích bướcsóng không gian và phân tích đám mây điểm của dữ liệu LiDAR [70] Tác giả Alenavà nnk (2016) đã có những nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc rừng đến sự biến đôitán xạ ngược của dữ liệu Sentinel-1A và dữ liệu LIDAR dạng sóng đầy đủ [62] Tác

giả đã xác định vật hậu học của rừng rụng lá, rừng lá kim và rừng hỗn giao trên tư

14

liệu viễn thám Sentinel-1A da thời gian Kết quả nghiên cứu cho thay đặc điểm cau

trúc rừng rụng lá trên tư liệu ảnh Sentinel-1A tại phân cực VV, VH cho giá tri tương

quan với giá trị xác định bang ALS (Airbone laser scanning) của dit liệu LiDAR Tínhiệu tán xạ ngược của tư liệu ảnh siêu cao tần Sentinel-1A của rừng rụng lá thay đôitheo các mùa Điều này giúp cho việc xác định sự thay đổi cấu trúc theo mùa của

rừng rụng lá và rừng thường xanh.

Kết hợp tư liệu ảnh quang học và tư liệu ảnh SAR cũng được nhiều nhóm khoa

học quan tâm Do đặc điểm rụng lá theo mùa nên dựa trên sự khác biệt giữa ảnh mùa

khô và mùa mưa, các tác giả có thé phan loại được rừng rung lá với các đối tượng

khác Demargne và nnk (2001) đã có nghiên cứu ứng dụng kết hợp ảnh SPOT vàradar để kiểm kê rừng tại Malaysia [59] Ảnh radar được sử dụng với 2 mục đích vừa

thay thé cho ảnh SPOT tại những vùng có nhiều mây, vừa cung cấp thêm nguồn thông

tin chuyên dé bé sung cho ảnh SPOT dé phân biệt các lớp phủ rừng Kết qua cho thayđây là một phương pháp rất hiệu quả trong theo dõi, giám sát và bảo vệ tài nguyênrừng Tác giả Dong và nnk (2013) đã kết hợp ảnh PALSAR và Landsat đa thời gian

dé phân loại rừng rung lá (rừng cao su) [61] Tư liệu PALSAR, kênh L, độ phân giải

50m được sử dụng đề phân loại rừng rụng lá và rừng thường xanh Tư liệu Landsat

đa thời gian được sử dụng đề phân tích sự khác biệt về vật hậu học giữa rừng cao su

và rừng thường xanh tự nhiên tại đảo Hải Nam, Trung Quốc thông qua mặt cắt giá trịđa thời gian của chỉ số thực vật NDVI, EVI và chỉ số LSWI Độ chính xác phân loại

đạt được là 96% [61].

Marius và nnk (2017) đã công bồ kết quả sử dụng ảnh Sentinel-1A da thời gian

dé theo dõi vật hậu học và phân loại rừng rụng lá và rừng lá kim tại vùng phía bắc

Thụy Sỹ [101] Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng tư liệu ảnh phân cực VV,VH đa thời gian và thuật toán phân loại RF Việc phân biệt giữa rừng rụng lá và rừng

lá kim sử dụng những dấu hiệu đặc trưng khác biệt giữa hai loại rừng vào mùa rụnglá Độ chính xác phân loại các loại rừng đạt độ chính xác tổng thể là 86% và chỉ số

Kappa là 0,73, trong khi kết quả phân loại các loài thực vật cụ thé đạt độ chính xác

tổng thể là 72% và chỉ số Kappa là 0,58.

15

Tác giả Ishihara và nnk (2011) đã xây dựng mô hình xác định chỉ số LAI từ

ước tính sinh khối rừng rụng lá của mỗi loài ưu thế tại địa phương và tổng sinh khốirụng lá [83] Dé ước tính chính xác chỉ số LAI cần xác định sinh khối lá trên một diệntích (LMA-leaf mass per area) của 10 loài chiếm ưu thế Kết quả nghiên cứu cho thaysự thay đôi không gian của LAI chủ yếu là do sự khác biệt của việc rụng lá, sự khôngđồng nhất về không gian của phân bố loài trong rừng và sự khác biệt về giá trị LMA

giữa các loài Ngoài ra, nghiên cứu trong tài liệu [45, 106] dựa trên dữ liệu đo thực

địa và tư liệu ảnh hàng không dé nghiên cứu sự phân bố không gian của rừng rụng

lá/ưu hợp rụng lá và rừng thường xanh.

1.3 Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam

Theo Nguyễn Nghia Thìn (1997), Việt Nam có khoảng 11.373 loài thực vật

thuộc 2524 chi và 378 họ [25] Các nhà thực vật học dự đoán con số loài thực vật ở

nước ta có thê lên đến 15.000 loài Sự phong phú về loài cây đã mang lại cho rừngViệt Nam những giá trị to lớn về môi trường sinh thái, kinh tế xã hội và giá trị vềkhoa học Theo thống kê của Viện Dược liệu (2003) thì Việt Nam đã phát hiện được

3.850 loài cây đang làm dược liệu chữa bệnh, trong đó chữa được cả những bệnh nan

y hiểm nghèo Chính sự đa dạng về thực vật đã giúp cho phát triển sự đa dạng về

động vật và làm nên các HST đa dạng và phong phú tại Việt Nam Các tác giả trong

nước đã có nhiều nghiên cứu về rừng khộp thông qua các chương trình, dự án đã thực

hiện, đặc biệt là tại Tây Nguyên.

Với sự phát triển của công nghệ viễn thám va GIS, nhiều nghiên cứu trongnước đã thử nghiệm sử dụng tư liệu viễn thám quang học và viễn thám siêu cao tần

trong nghiên cứu tài nguyên rừng của Việt Nam nói chung và rừng khộp khu vực Tây

Nguyên nói riêng Các nghiên cứu về biến động rừng thường sử dụng tư liệu ảnh viễn

thám dé phân loại thảm thực vật, xác định hiện trạng rừng sau đó sử dụng các côngcụ GIS để đánh giá biến động Trong khi đó, các nghiên cứu về cấu trúc rừng lại

thường sử dụng phương pháp đo đạc khảo sát ngoài thực địa Trong những năm gần

day, tư liệu viễn thám đã bắt đầu được sử dụng kết hợp với số liệu thực địa dé xác

định chiêu cao của cây, ước tính sinh khôi, trữ lượng

16

1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá hiện trạng và biến

động rừng khộp

Các kết quả nghiên cứu trong nước về hiện trạng và biến động rừng sử dụngtư liệu viễn thám và GIS được thé hiện trong các tài liệu [11, 13, 14, 26] Trong đó,phương pháp đánh giá biến động rừng chủ yêu dựa trên sự so sánh kết quả sau phân

loại tư liệu ảnh vệ tinh da thời gian.

Nguyễn Dinh Dương (2004) sử dụng tư liệu ảnh MODIS tổng hợp 32 ngày độphân giải 500m dé phân loại và đánh giá biến động lớp phủ bề mặt trên toàn lãnh thổ

Việt Nam, trong đó có rừng khộp từ năm 2001-2003 [60] Nghiên cứu đã sử dụng

thuật toán phân loại lớp phủ bề mặt GASC do tác giả tự phát triển và tập dữ liệu đầuvào gồm 11 ảnh MODIS cho mỗi năm Kết quả cho thay phân loại sử dụng anhMODIS đa thời gian không những giảm thiêu các nhằm lẫn do yếu tố mùa vụ mà còn

góp phần tách được một số đối tượng chỉ tiết hơn Số liệu thống kê diện tích rừngkhộp tại khu vực Tây Nguyên có xu thế giảm.

Nghiên cứu của Mạc Văn Chiến (2014) đã ứng dụng viễn thám và GIS dé đánh

giá biến động lớp phủ rừng tại VQG Yok Đôn giai đoạn 2004-2011 [4] Ảnh SPOT

5 và các số liệu khảo sát thực địa được sử dụng dé phan loại và xây dung ban đồ hiệntrạng rừng VQG Yok Đôn năm 2004 và 2011, tiếp đó sử dụng các công cụ GIS déchồng xếp, phân tích và đánh giá biến động Kết quả nghiên cứu cho thấy biến độngrừng giai đoạn 2004-2011 là rất lớn và chất lượng rừng có chiều hướng suy giảm, cụthé có 4.663 ha rừng giàu chuyền thành rừng trung bình; 2.284 ha rừng giàu và 21.972ha rừng trung bình chuyền thành rừng nghèo, trong khi đó chỉ có 2.578 rừng trung

bình chuyên thành rừng giàu.

Nguyễn Viết Lương và nnk (2016) đã đánh giá sự thay đổi của rừng và ảnhhưởng đến sinh khối tại VQG Yok Đôn dựa trên dữ liệu thực địa và các kỹ thuật phântích không gian Kết quả đánh giá biến động rừng tại VQG Yok Đôn năm 2004 vànăm 2010 bằng tư liệu SPOT HRV [98] Tác giả sử dụng phương pháp phân loại có

kiểm định kết hợp dữ liệu thực địa dé phân loại đối tượng rừng giàu, rừng trung bình,

rừng nghèo thuộc rừng thường xanh và rừng rụng lá Dựa trên kết quả phân loại ảnh,

17

tác giả đã sử dụng các phần mềm GIS dé phân tích đánh giá biến động rừng Kết quatính toán, thống kê từ bản đồ biến động cho thấy đối tượng rừng trung bình lá rộng

thường xanh, rừng nghèo lá rộng thường xanh và rừng nghèo lá rộng rụng lá năm

2010 tăng lên so với năm 2004.

Báo cáo kết quả kiểm kê rừng tỉnh Đắk Lắk (2014) đã được thực hiện năm

2013-2014 bởi Viện Sinh thái rừng và Môi trường - Trường Đại học Lâm nghiệp [31].

Đây là kết quả nằm trong Dự án tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2013

- 2016 Dự án đã sử dụng các ảnh vệ tinh độ phân giải cao, chủ yếu là ảnh SPOT 5độ phân giải 2,5m kết hợp với công tác điều tra thực địa đề thu thập thông tin về ô đođếm, chủ sở hữu dé xác định các trạng thái rừng và lập hồ sơ quản lý rừng trên toàntỉnh Đắk Lắk Với sự hỗ trợ đắc lực của các công cụ và phần mềm GIS, dự án đã xây

dựng được bản đồ hiện trạng rừng và bản đồ kiêm kê rừng cấp tỉnh và chỉ tiết đến cấp

xã ở tỷ lệ 1/10.000, gồm nhiều trường thông tin giúp công tác quản lý và bảo vệ rừnghiệu quả hơn, đặc biệt là theo dõi diễn biến rừng.

Hệ sinh thái rừng Tây Nguyên đã được nhiều tô chức và các chương trình điều

tra, nghiên cứu trọng điểm cấp Nhà nước thực hiện như Chương trình Tây Nguyên I,

II [15, 30] và HI [2, 3, 7].

1.3.2 Các nghiên cứu trong đánh giá cấu trúc rừng khộp

Các nghiên cứu cấu trúc rừng khộp của các tác giả trong nước chủ yếu là xácđịnh đa dạng thành phần loài, xác định các ưu hợp rừng khộp, xác định trữ lượngrừng, sinh khối rừng và khả năng hấp thụ cacbon bằng nhiều phương pháp và loại tư

liệu khác nhau.

Hoàng Sỹ Động (2002) đã xuất bản tài liệu về những nghiên cứu rừng khộptại miền nam, Việt Nam [8] Trong ấn phẩm này, tác giả đã cung cấp những thông tinvề các đặc điểm và đa dạng sinh học của HST rừng khộp Tác giả cũng đã mô tả vềưu hợp Cà chit (Shorea obtusa) bao gồm phân bé số cây theo cấp đường kính, cấu

trúc cây rừng theo chiều cao, đặc trưng phân bé cây theo mặt phang và quy luật sinh

trưởng của loài Cà chít và của rừng khộp Cũng trong nghiên cứu này thì hiện có 18

trạng thái chính trong rừng khộp tại cao nguyên Tây Nguyên với ưu thé của loài

18

Shorea obtusa chiém 27% dién tich, Shorea siamensis chiém 18% dién tich, Shoreaobtusa va Shorea siamensis chiém 12% dién tich, D.obtusifolius chiém 10% vaD.tuberculatus chiếm 8% Ngoài ra, còn có các trạng thái thảm cây bụi, le và cỏ lônglớn, thảm tươi Tác giả đã sử dụng phương pháp đo thực địa, xử lý số liệu ngoạinghiệp và phương pháp nghiên cứu thống kê dé xác định các chỉ số đa dang sinh học,

đặc điểm cấu trúc của đối tượng loài trong HST rừng khộp.

Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu về đa dạng thành phan loài, cấu trúc tổ thành

của rừng khộp [6, 10, 21, 22] Băng phương pháp điều tra theo các tuyến điển hìnhvà kết hợp lập OTC tại khu vực phân bố, Đồng Xuân Sơn (2006) đã xác định đượcmột số ưu hợp rừng khộp chính của VQG Yok Đôn gồm Ca chit (Shorea obtusa),Cam liên (Shorea siamensis), Chiêu liêu (Terminalia alata), Dau đồng

(Dipterocarpus tuberculatus), Dau tra beng (Dipterocarpus obtusifolius) [21] Ngo

Tiến Dũng va nnk (2006) cũng sử dung phương pháp quan trắc, đo đếm và thiết lập

OTC ngoài thực địa Kết quả phân tích, đánh giá các số liệu khảo sát đã xác địnhđược các kiểu thảm thực vật và các ưu hợp ở VQG Yok Đôn [9].

Trần Văn Con và nnk (2013) đã có công bố kết quả nghiên cứu về mối quan

hệ định lượng giữa giá trị sinh khối trên mặt đất (AGB-Aboveground biomass) và

cấu trúc của loài [53] Tác giả đã sử dung 28 6 tiêu chuẩn phân bố trên 6 khu sinh thái

các vùng của Việt Nam gồm rừng lá rộng thường xanh và rừng khộp Dữ liệu điều trathực địa gồm đường kính ngang ngực (DBH), các thông số về đa dạng sinh học (độphong phú của loài, chỉ số Shannon, sự đồng đều) và về cau trúc đa dang loài (các

loài sinh khối và sự đa dạng của các loài sinh khối) được sử dụng dé xác định mô

hình quan hệ giữa chỉ số AGB và cấu trúc loài Kết quả nghiên cứu cho thay chỉ số

AGB phụ thuộc vào yếu tô đa dạng loài cấu trúc hơn là các yếu tố đa dạng sinh học.

Thuy T Nguyen và nnk (2016) cũng đã có nghiên cứu về cấu trúc và thành

phần loài của rừng khộp Tây Nguyên dựa trên phân tích thống kê các dữ liệu đo thực

địa có được tại khu vực Yok Đôn, tỉnh Đắk Lắk [109].

Tác giả Nguyễn Sơn Hà, Đại học Lâm nghiệp (2016) đã có nghiên cứu kết hợp

ảnh vệ tinh SPOT-6 và ALOS PALSAR trong việc xác định trữ lượng rừng tại xã

19

Đắk Wil, huyện Cư Jút, tỉnh Đắk Nông [12] Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết

hợp hai tư liệu ảnh quang học và radar sẽ có độ chính xác cao hơn khi dùng một loại

tư liệu và khắc phục được các nhược điểm của từng loại tư liệu ảnh viễn thám.

Tác giả Nguyễn Viết Lương là chủ nhiệm đề tài VAST 01.03/15-16 “Nghiên

cứu khả năng sử dụng ảnh vệ tinh quang học kết hợp với ảnh vệ tỉnh radar đánh giá

sinh khối, tích trữ cacbon và hấp thụ CO2 bởi thảm thực vật rừng khu vực vườn quốcgia Yok Đôn, tỉnh Đăk Lắk” Tác giả Lương và các cộng sự đã công bố một số kếtquả nghiên cứu nôi bật của dé tài [97, 99, 100] Kết quả nghiên cứu trên tư liệu ảnhsiêu cao tần cho thay dit liệu ALOS PALSAR-2 cho phép ước tính cấu trúc rừng khộptại VQG Yok Đôn như nghiên cứu về sinh khối Phương pháp xác định dựa trên phântích hồi quy với dữ liệu sinh khối với kết hợp các tham số tan xạ ngược từ các kiểu

rừng (Forest) thu được từ dữ liệu ảnh SAR phân cực HV, tham số cấu trúc (texture),

giá tri NDVI lớn nhất Độ chính xác đạt được là 74%.

Nguyễn Văn Thị và nnk (2015) cũng đã đề xuất sử dụng tư liệu ảnh ALOS

PALSAR dé xác định trữ lượng gỗ rừng khộp ở xã Krông Na, huyện Buôn Đôn, tỉnh

Đắk Lak [24] Tư liệu ALOS PALSAR có độ phân giải là 10m với phân cực HH và

phân cực HV Tac giả đã xây dựng được phương trình tương quan giữa giá tri tan xạ

ngược và trữ lượng gỗ của rừng khộp với sai số xác xác định trữ lượng gỗ khoảng25,6m*/ha Tác giả Phạm Văn Duan, Vũ Thi Thìn (2016) đã có những nghiên cứu sửdụng tư liệu viễn thám Landsat 8 OLI dé xác định trữ lượng rừng với khu vực nghiêncứu tại Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp Đắk WIL, tỉnh Đắk Nông với sai số tươngđối từ 26%-28% [9].

Ngoài ra, tác giả Nguyễn Văn Thị và nnk (2018) cũng công bố nghiên cứu vềquan hệ giữa tín hiệu tán xạ ngược trên ảnh Sentinel-IA với chỉ số NDVI trên ảnhSentinel-2 của rừng khộp tại tỉnh Đăk Lắk [23] Kết quả thực nghiệm cho thấy tín

hiệu tán xạ ngược cua ảnh phân cực Sentinel-1A và giá trị NDVI có mối quan hệ chặt

chẽ theo hàm logarit Nếu kết hop phân cực VV, VH và (VV+VH) thì hệ số tương

quan giữa giá trị tán xạ ngược và chỉ số NDVI là R?=0,7374, so với phân cực VV là

20

R?=0,6535 và phân cực VH là R?=0,6826 Kết quả nghiên cứu cho thay khả năng sửdụng tư liệu ảnh Sentinel-1A trong giám sát rừng khộp ở tỉnh Đắk Lắk.

Huỳnh Thị Kiều Trinh đã nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh Landsat và GIS để

ước tính và giám sát lượng CO: hap thụ của rừng khộp tại tinh Dak Lắk [29] Dé ướctính, giám sát lượng CO> hap thụ cho một khu vực có diện tích rộng, cần phải có dữliệu sinh khối rừng, carbon lưu giữ trên bản đồ theo không gian và thời gian Do đó,ứng dụng GIS đề xây dựng mối quan hệ giữa nhân tố sinh khối, trữ lượng carbon vớigiá trị anh cho rừng khộp dé giám sát lượng CO> hấp thụ rất cần thiết và ý nghĩa và

là một hướng đi cần được tiếp thu và phát triển dé hỗ trợ việc cung cấp dữ liệu phát

thải CO2 khi Việt Nam tham gia chương trình REDD+ Kết quả nghiên cứu thông quacác mô hình sinh trắc cho thay rừng khộp ở hai huyện Ea Soup và Ea H’Leo tỉnh Dak

Lắk có các giá trị sau: Tổng diện tích rừng khộp là 125.404,8ha, tổng sinh khối trên

và dưới mặt đất của cây rừng là 8.156.667,6 tấn, tong lượng carbon tích lũy4.093.501,1 tan và tong lượng CO> hap thụ của rừng khộp được là 15.023.149,1 tan.

Trong đề tài NCKH cấp Nhà nước mã số TN3/TN07 thuộc Chương trình TâyNguyên III “Điều tra, đánh giá hệ sinh thái rừng khộp và hệ sinh thái rừng là rộng

thường xanh ở Tây Nguyên và đề xuất các giải pháp bảo tồn”, tác giả Lê Xuân Cảnh(2015) và các cộng sự đã có nghiên cứu đầy đủ về hệ sinh thái rừng khộp và rừng

lá rộng thường xanh [3] Kết quả nghiên cứu của đề tài đã xác định được sự phân

bố không gian, diện tích của HST rừng khộp, rừng lá rộng thường xanh ở Tây

Nguyên bằng phương pháp bản đồ, viễn thám kết hợp điều tra thực địa Hệ sinh thái

rừng khộp năm 2014 có diện tích chiếm 10,1% diện tích Tây Nguyên, chủ yếu tậptrung ở ba tỉnh Đắk Lắk, Gia Lai và Đắk Nông và hệ sinh thái rừng lá rộng thườngxanh chiếm 22,1% diện tích, phân bố rải rác trên tất cả các tinh thuộc khu vực Tây

Nguyên Cấu trúc tang tán của hệ sinh thái rừng khộp thường chỉ gồm2 tang là tangcây gỗ và tầng thảm tươi phát triển về mùa mưa và chủ yếu là các loài cây họ Dầu.

Trong khi đó, cấu trúc tầng tán và tầng phiến của hệ sinh thái rừng thường xanh rất

đa dạng.

21

1.4 Những thành tựu đã đạt được và đề xuất nội dung phát triển trong luận ánQua các kết quả đánh giá tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước,

nghiên cứu sinh có những nhận định, đánh giá và đề xuất như sau:

1.4.1 Đánh giá về các kết quả nghiên cứu

- Về nghiên cứu biến động rừng khộp: Các kết quả nghiên cứu trên thé giới vàtrong nước về đánh giá biến động rừng rụng lá nói chung và rừng khộp nói riêng chủ

yếu sử dụng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian Phương pháp đánh giá biến độngthường dựa trên so sánh kết quả ảnh sau phân loại giữa các thời điểm nghiên cứu Độ

chính xác kết quả nghiên cứu phụ thuộc vào đặc điểm khu vực nghiên cứu, loại tư

liệu viễn thám và phương pháp sử dụng Từ đó các nghiên cứu đề xuất các giải phápkỹ thuật phù hợp đề đạt được kết quả tối ưu trong từng trường hợp cụ thé Nhìn chung,các nghiên cứu hầu hết sử dụng tư liệu ảnh tại một thời điểm (thường là mùa khô),nên yếu tố mùa vụ sẽ ảnh hưởng khá nhiều đến độ chính xác phân loại rừng rụng lá

nói chung và rừng khộp nói riêng Các nghiên cứu còn chưa đề cập tới vấn đề loại bỏảnh hưởng bởi mây trên tư liệu ảnh, đây là vấn đề thường xảy ra trong thực tế, nhấtlà những khu vực năm trong vành đai khí hậu nhiệt đới Yếu tố này cũng gây nhiều

khó khăn trong quá trình phân loại và xử lý ảnh Ngoài ra, số lượng công trình nghiên

cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong giám sát rừng khộp tại Việt Nam vẫn còn khá

hạn chế, có rất ít nghiên cứu đánh giá biến động rừng khộp một cách bài bản và cóhệ thống tại khu vực Tây Nguyên nói chung và tỉnh Đăk Lắk nói riêng.

- Về nghiên cứu cấu trúc rừng khộp: Các nghiên cứu xác định cấu trúc rừngkhộp phần lớn dựa trên các phương pháp truyền thống như khảo sát, đo đạc dữ liệungoài thực địa, đo ô tiêu chuẩn Các kết quả ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thôngtin địa lý trong nghiên cứu cau trúc rừng chủ yếu là xác định trữ lượng, sinh khối

rừng sử dụng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian kết hợp dữ liệu đo thực địa.

Các nghiên cứu của các tác giả nước ngoài về cấu trúc rừng sử dụng tư liệuviễn thám và hệ thông tin địa lý đã đạt được nhiều kết quả đáng ghi nhận Nhiềunghiên cứu đã xác định được mô hình chiều cao tán, đường kính thân cây theo cautrúc đứng của đối tượng rừng từ ảnh viễn thám (chủ yêu là tư liệu LIDAR) hoặc kếtquả đo thực địa Có thé khái quát một số kết quả tiêu biêu như sau:

22

- Sử dụng tư liệu viễn thám dé phân loại rừng rung lá chi tiết đến cấp độ loài(ảnh siêu phổ, anh camera số mặt đất) Ảnh siêu phố có độ phân giải phổ cao, do vậycó thê dựa trên các thư viện phô về các loài thực vật rụng lá đề thực hiện phân loạiảnh Đối với tư liệu ảnh camera số mặt đất thì chủ yêu nhận dạng dựa trên cấu trúchình thái tán cây do mức độ chỉ tiết của hình ảnh thu được rat lớn.

- Sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian dé xác định cấu trúc rừng rụng lá

thông qua vật hậu học, mức độ xanh của lá cây (green-up), thời điểm bắt đầu ra lá

(SOS) và thời điểm kết thúc ra lá (EOS) hoặc dựa trên sự thay đổi của các chỉ số thựcvật như NDVI, EVI, chỉ số diện tích lá LAI

- Đối với tư liệu viễn thám siêu cao tần, các nghiên cứu đã chứng minh có sựtương quan giữa giá trị tán xạ ngược và sự thay đổi cấu trúc của đối tượng rừng rụng lávào mùa mua và mùa khô Xét trên tư liệu ảnh Sentinel-1A đa thời gian cho thay, sự biếnđổi của giá tri tán xạ ngược trên tư liệu ảnh siêu cao tần và vật hậu học của rừng rụng lá

cũng tương tự như sự biến đối của giá trị NDVI trên tư liệu anh quang học [101].

Như vậy, tư liệu viễn thám đã được ứng dụng dé nghiên cứu cau trúc rừngrụng lá ở nhiều góc độ khác nhau Tuy nhiên, sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian đểphân loại các ưu hợp rừng khộp tại Việt Nam thì chưa thấy được đề cập và thực hiện.1.4.2 Đề xuất nội dung phát triển trong luận án

Qua phân tích những kết quả nghiên cứu đã đạt được và những tồn đọng ở

trên, nghiên cứu sinh đề xuất những nội dung chính được phát triển trong luận án như

- Nghiên cứu kết hợp tư liệu viễn thám quang học, viễn thám siêu cao tần đathời gian và GIS dé xác định mối tương quan giữa quá trình thay đôi lá (vật hậu học)

của rừng khộp và tín hiệu phản hồi trên ảnh theo chu kỳ sinh trưởng trong năm, trêncơ sở đó dé tách va phân loại được các ưu hợp rừng khộp.

23

1.5 Quan điểm và phương pháp nghiên cứu1.5.1 Quan điểm nghiên cứu

- Quan điểm hệ thống: Mọi sự vật, hiện tượng đều có mối liên hệ biện chứng

với nhau, tạo thành một thé thống nhất, hoàn chỉnh được gọi là một hệ thống Mỗi hệ

thống lại có khả năng phân chia thành các hệ thống các cấp thấp hơn và chúng luônvận động và tác động tương hỗ lẫn nhau Các thành phần tạo nên cấu trúc bên trong

của một hệ thống có mối quan hệ tương hỗ mật thiết với nhau Khi một thành phầnnào đó thay đổi sẽ kéo theo sự thay đổi của tất cả các thành phần khác và có khi làmthay đổi cả hệ thống đó.

Rừng khộp cũng là một trong các thé tổng hợp tự nhiên, bởi vậy việc nhìn

nhận đối tượng này theo quan điểm hệ thống là rất cần thiết, phục vụ cho mục đíchsử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên tại tỉnh Đắk Lắk và khu vực Tây Nguyên Quanđiểm hệ thống được sử dụng trong nghiên cứu thé tông hop tự nhiên cho phép xácđịnh được cấu trúc không gian, qua đó phân tích được các chức năng của các thànhphan, yếu tố tự nhiên tạo nên cau trúc đứng và các chức năng của các địa tổng thé với

nhau theo cau trúc ngang trong quá trình trao đổi vật chất và năng lượng Bên cạnhđó, quan điểm hệ thống cũng cho phép phân tích sự phân hóa theo lãnh thé của cácyếu tô động lực thành tao, tạo nên những cơ sở khoa học dé dự báo sự biến động của

các thể tổng hợp tự nhiên Ngoài ra, tiếp cận hệ thống trong nghiên cứu sinh thái dựatrên tính thống nhất và hoàn chỉnh của HST tự nhiên nhưng thể hiện rất rõ những thứbậc trên dưới của nó, mối quan hệ chặt chẽ, logic cao thấp hơn Quan điểm hệ thốnglà quan điểm khoa học và là quy luật cơ bản trong tiếp cận mọi vấn đề trong nghiêncứu sinh thái Cơ sở của quan điểm này là các yếu tô tự nhiên trong HST luôn có tácđộng qua lại và liên hệ chặt chẽ với nhau tạo nên một hệ thống mở, tự điều chỉnh và

có trạng thái cân bằng.

- Quan điểm tổng hợp: Trong nghiên cứu địa lý, quan điểm tổng hợp là mộtquan điểm chủ đạo, xuyên suốt trong cách nhìn nhận và đánh giá các điều kiện tự

nhiên, kinh tế - xã hội Bản chất của quan điểm này là khi nghiên cứu lãnh thổ, cần

phải chú ý đến tất cả các hợp phan tự nhiên Đánh giá tong hợp điều kiện tự nhiên,

kinh tê - xã hội là một hướng nghiên cứu có mục đích và nội dung rât cụ thê, có ý

24

nghĩa là xây dựng cơ sở khoa học phục vụ cho các mục đích ứng dụng, làm cơ sở dé

hoạch định chiến lược va thực hiện các phương án quy hoạch sử dụng hợp lý tài

nguyên, phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho các khu vực lãnh thổ khác nhau Tiếpcận tông hợp trong nghiên cứu HST rừng khộp là nền tang dé quản lý bền vững vàthống nhất các hợp phan HST và các hoạt động khai thác, sử dụng của con người déđảm bảo phát triển bền vững đối với từng khu vực cụ thê Tiếp cận tổng hợp cho phépxác lập được sự thống nhất về khoảng thời gian chiến lược phát triển, thống nhất về

thể chế, chính sách, chiến lược và quy hoạch phát triển, cũng như thống nhất về quảnlý, khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên sinh vật Đây là cơ sở quan trọng cho việc

đánh giá quy hoạch ĐDSH trên cơ sở HST và bảo vệ môi trường Nhu vậy, nghiên

cứu đánh giá tong hợp là nghiên cứu đa ngành, đa lĩnh vực nên khi thực hiện nghiên

cứu cần phải có các quan điểm nghiên cứu có tính tổng hợp cao, từ đó lựa chọn cáchtiếp cận, phương pháp nghiên cứu phù hợp và có tính khả thi.

- Quan điểm lãnh thé: Trong nghiên cứu, đánh giá các đối tượng địa lý đềugắn liền với một lãnh thé, một địa phương cụ thể Các vấn đề cần nghiên cứu đềukhông tách rời khỏi lãnh thé đó Trong mỗi lãnh thổ đều có sự phân hóa nội tại, đồng

thời lãnh thô đó cũng có mối quan hệ với các lãnh thé xung quanh trên các phương

diện tự nhiên, kinh tế, văn hóa, xã hội Vì vậy, trong quá trình nghiên cứu cần đặt đối

tượng trong một không gian lớn hơn không gian của đối tượng đó thì có thể hiểu,

phân tích các vẫn đề một cách chính xác và chắc chắn hơn.

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu

1.5.2.1 Phương pháp kế thừa, phân tích, tong hop tài liệu

Phương pháp sử dụng và kế thừa các tài liệu, dữ liệu đã được công bố dé xây

dựng và phát triển thành cơ sở dữ liệu cần thiết trong luận án Các kết quả nghiên cứu,

báo cáo của các đề tài, dự án và các số liệu điều tra đã thực hiện tại khu vực nghiên cứunhư bản đồ hiện trạng rừng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, các số liệu điều tra về đa dạngsinh học, kinh tế xã hội, niên giám thống kê sẽ được xử lý, hệ thống hóa và khai thácsử dụng dé giảm bớt khối lượng công tác điều tra trực tiếp Kế thừa các nghiên cứu va

báo cáo đã có là thực sự cần thiết vì khi đó sẽ tiếp thu, kế thừa được các kết quả đã đạt

trước đó, đồng thời, phát triển tiếp những mặt cần hạn chế.

25

Các nguồn số liệu được thu thập, phân tích và tổng hợp dé đánh giá về hiệntrạng, diễn biến của một số các yếu tố mùa vụ, yếu tố tự nhiên, KT-XH, sau đó đánhgiá tong hợp dé xác định các mối quan hệ và những tác động tương hỗ giữa các đối

tượng nghiên cứu trong luận án.

Landsat 8 OLI-8/2015

Hình 1.1 Dữ liệu thực dia kế thừa từ Dự án kiểm kê rừng

Đề tài đã thu thập, kế thừa một số nguồn dữ liệu để hỗ trợ cho công tác phânloại ảnh và kiểm chứng kết quả gồm:

- Bộ dữ liệu mã khóa ảnh và 6 tiêu chuẩn năm 2013-2014 tinh Dak Lắk (Nguồn:

Dự án tổng Kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2013-2016 do Viện Sinh thái rừng và

Môi trường - Trường Đại học Lâm nghiệp thực hiện); Dữ liệu đo ô tiêu chuẩn tại khuvực VQG Yok Đôn (Nguồn: Đề tài nghiên cứu mã số VAST 01.03/15-16 do TS.

Nguyễn Viết Lương làm chủ nhiệm)

26

- Ảnh vệ tinh độ phân giải cao (SPOTS, Google Earth năm 2000, 2015), mô

hình số độ cao DEM.

- Các tài liệu, số liệu báo cáo từ địa phương, các kết quả công trình nghiên cứuliên quan, các thong kê kinh tế xã hội dé đánh giá các thay đổi về không gian và thờigian của hệ sinh thái rừng khộp tỉnh Đắk Lắk

1.5.2.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa

Phương pháp điều tra khảo sát thực địa đóng vai trò quan trọng nhăm thu thập,

cập nhật các thông tin về hiện trạng rừng, sử dụng đất và điều kiện tự nhiên, kinh

tế-xã hội của khu vực nghiên cứu Quá trình khảo sát thực địa cũng tiễn hành đo các ôtiêu chuân (OTC) dé xác định cấu trúc tô thành Ngoài ra, trong quá trình khảo sátthực địa còn tiễn hành phỏng vấn người dân địa phương các thông tin về tình hìnhcanh tác, lịch mùa vu, quá trình chuyền đổi sử dụng đất Các số liệu và thông tinthu được là nguồn dữ liệu đầu vào hỗ trợ cho công tác phân tích và xử lý ảnh.

Việc lên phương án, thiết kế, xây dựng các tuyến khảo sát thực địa đượccăn cứ dựa trên các bản đồ tham khảo như bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng sửdụng đất và bản đồ rừng với các dạng địa hình khác nhau (sườn núi, dông núi,

đường mòn dân sinh, sông suối chính ) và các tài liệu mô tả liên quan như đặc

điểm sinh học, sinh thái của rừng khộp Để đáp ứng các nội dung nghiên cứu,nghiên cứu sinh đã thực hiện 03 chuyến khảo sát thực địa tại tỉnh Đắk Lắk vào cácthời điểm mùa khô và mùa mưa năm 2012, 2013 và 2015 để thu thập các thông tinvề trạng thái lớp phủ, đo OTC và bổ sung các số liệu phục vụ nghiên cứu trongluận án Các trang thiết bị hỗ trợ ngoài thực địa gom may GPS, la ban, may chupảnh, máy do chiều cao cây, ống nhòm Ngoài ra con có sự giúp đỡ của các cán

bộ kiểm lâm địa bàn và người dân địa phương dé quá trình khảo sát được hiệu quảvà thuận tiện nhất Đề tài đã áp dụng phương pháp điều tra theo tuyến dé xác địnhcác trạng thái lớp phủ và đo đạc OTC trong khu vực nghiên cứu Trong các tuyếnđã xây dựng, tùy theo yêu cầu và đặc điểm phân bố của các trạng thái rừng và lớp

phủ bề mặt, nghiên cứu sinh tiến hành lựa chọn các điểm khảo sát thực địa dé cóthể thu được các mẫu có tính đặc trưng và đại diện cao Sơ đồ các tuyến, điểmkhảo sát đã thực hiện được thé trên Hình 1.2.

27