Đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu bằng công nghệ viễn thám và GIS

Tư liệu viễn thám với những ưu việt là tính cập nhật và đồng bộ về thông tin, tính khái quát hóa tự nhiên các đối tượng và khả năng phủ trùm rộng một tấm ảnh chụp từ vệ tinh Landsat TM p

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I 4

CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG HUYỆN CÔN ĐẢO, TỈNH BÀ RỊA VŨNG TÀU 4

1.1 Khái niệm biến động lớp phủ rừng 4

1.1.1 Khái niệm về lớp phủ rừng 4

1.1.2 Phân loại rừng 5

1.1.3 Khái niệm về biến động lớp phủ rừng 6

1.2 Viễn thám và GIS trong đánh giá biến động lớp phủ rừng 6

1.2.1 Viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ rừng 6

1.2.2 GIS trong đánh giá biến động lớp phủ rừng 13

1.3 Tổng quan các công trình ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trên thế giới và ở Việt Nam 19

1.3.1 Trên thế giới 19

1.3.2 Ở Việt Nam 21

CHƯƠNG II 25

PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS 25

2.1 Các phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ rừng sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS 25

2.1.1 Phương pháp so sánh sau phân loại (Post – Classification comparison methods) 25

2.1.2 Phương pháp nhận biết các mẫu phổ (spectral pattern recognition) 26

2.1.3 Phương pháp phân tích thành phần chính (principal component analysis) 27

2.1.4 Phương pháp tạo ảnh sai biệt đa thời gian 27

2.1.5 Phương pháp tạo ảnh tỷ số 27

2.1.6 Phương pháp phân tích vector thay đổi 28

2.1.7 Phương pháp tính sai biệt chỉ số thực vật 29

2.2 Quy trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng, bản đồ biến động lớp phủ rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS 30

2.2.1 Mục tiêu thực hiện 30

2.2.2 Qui trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng bằng ảnh viễn thám 31

2.2.3 Qui trình công nghệ thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng 32

CHƯƠNG III 36

THÀNH LẬP BẢN ĐỒ, ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG HUYỆN CÔN ĐẢO GIAI ĐOẠN 1996 – 2000 – 2006 VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ RỪNG PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 36

3.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 36

3.1.1 Vị trí địa lý 36

3.1.2 Địa hình 36

3.1.3 Khí hậu 37

3.1.4 Thủy văn - hải văn 37

3.1.5 Giao thông - kinh tế - xã hội 37

3.2 Tư liệu sử dụng trong đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo 40

3.2.1 Tư liệu bản đồ 40

3.2.3 Các tài liệu khác 42

3.3 Mục đích của bản đồ thành lập 44

3.3.1 Các dữ liệu sử dụng để thành lập bản đồ 44

3.3.2 Thiết kế cơ sở toán học 45

3.3.3 Thiết kế nội dung các lớp thông tin nền 45

3.3.4 Thiết kế nội dung các lớp thông tin hiện trạng lớp phủ rừng 46

3.3.5 Thiết kế nội dung các lớp thông tin biến động lớp phủ rừng 46

3.3.6 Thiết kế nội dung bản đồ biến động lớp phủ rừng 47

3.4 Sơ đồ quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng khu vực huyện Côn Đảo 50

3.5 Chiết tách các thông tin từ ảnh viễn thám 51

3.6 Xây dựng CSDL lớp phủ rừng huyện Côn Đảo 51

3.6.1 Quy trình 51

3.6.2 Nội dung và cấu trúc CSDL 52

3.7 Thành lập bản đồ nền 54

3.8 Biên tập và thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng (3 thời kỳ) 54

3.9 Thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng qua 3 thời kỳ 55

3.9.1 Lớp thông tin trạng thái lớp phủ rừng 55

3.9.2 Lớp thông tin biến động lớp phủ rừng 56

3.9.3 Bản đồ biến động lớp phủ rừng 56

3.10 Phân tích nguyên nhân và đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo 57

3.10.1 Nhận xét và đánh giá diễn biến lớp phủ rừng giai đoạn 1996-2000

huyện Côn Đảo 57

3.10.2 Nhận xét và đánh giá diễn biến lớp phủ rừng giai đoạn 2000- 2006 huyện Côn Đảo 60

3.10.3 Nhận xét và đánh giá diễn biến lớp phủ rừng thời kỳ 1996-2000-2006 huyện Côn Đảo và nguyên nhân biến động 63

3.10.4 Nhận xét chung về đặc điểm biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo 65

3.11 Đề xuất các giải pháp bảo vệ rừng cho mục đích phát triển bền vững 67

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC 1 72

PHỤ LỤC 2 83

PHỤ LỤC 3 84

PHỤ LỤC 4 85

PHỤ LỤC 5 86

PHỤ LỤC 6 87

PHỤ LỤC 7 88

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 GIS: Hệ thông tin địa lý

2 ArcGIS: Phần mềm GIS của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI)

3 ASTER: Advanced Spaceborne Thermal Emision and Reflectance Radiometer - tên một loại ảnh vệ tinh của Nhật Bản

4 DN: Digital Number – giá trị độ xám của pixel trong ảnh số

5 HTSDĐ: Hiện trạng sử dụng đất

6 LANDSAT: Vệ tinh tài nguyên của Mỹ

7 MapInfo: Phần mềm GIS của hãng MapInfo

8 MicroStation: Phần mềm biên tập bản đồ của hãng Intergraph

9 NDVI: Chỉ số khác biệt của thực vật

10 Nir: vùng sóng cận hồng ngoại

11 Pixel: Picture Element – phần tử ảnh trong ảnh số

12 Red: vùng sóng đỏ

13 RMS: root mean square – sai số trung phương

14 SPOT: Système Pour I’Observation de la Terre – Hệ thống vệ tinh quan trắc Trái đất của Pháp

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống vệ tinh giám sát tài nguyên và môi trường trái đất……… 7

Hình 1.2 Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên mặt đất……… 8

Hình 1.3 Các hợp phần của GIS……… 14

Hình 1.4 Sơ đồ tổng quan làm bản đồ bằng GIS……… 15

Hình 2.1 Sơ đồ so sánh sau phân loại……… 26

Hình 2.2 Phân loại ảnh tổ hợp của các kênh thời gian……… 26

Hình 2.3 Phân tích vector thay đổi……… 29

Hình 2.4 Đường cong thể hiện giá trị trung bình và ngưỡng xác định biến động bằng 1 lần độ lệch chuẩn……… 30

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng bằng tư liệu viễn thám……… 32

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng bằng tư liệu viễn thám sau phân loại……… 34

Hình 2.7 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng bằng phương pháp nghiên cứu biến động của các chỉ số thực vật……… 35

Hình 3.1 Quicklook cảnh ảnh phủ trùm huyện Côn Đảo……… 42

Hình 3.2 Bảng chú giải bản đồ biến động lớp phủ rừng……… 48

Hình 3.3 Bảng chú giải bản đồ biến động lớp phủ rừng (tiếp)……… 49

Hình 3.4 Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo……… 51

Hình 3.5 Sơ đồ quá trình xây dựng CSDL lớp phủ rừng khu vực huyện Côn Đảo 52

Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc CSDL lớp phủ rừng khu vực huyện Côn Đảo………… 53

Hình 3.7 Sơ đồ thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng khu vực huyện Côn Đảo 54 Hình 3.8 Diện tích các loại rừng huyện Côn Đảo năm 1996, 2000, 2006………… 63

Hình 3.9 Biến động các loại rừng huyện Côn Đảo năm 1996, 2000, 2006……… 64

Hình 3.10 Một số hình ảnh biến động lớp phủ rừng……… 65

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp của thiết đề tài

Bên cạnh những lợi ích thu được từ việc khai thác, sử dụng nguồn lợi từ rừng, các hoạt động của con người đã gây ra rất nhiều tác động đối với tài nguyên

và môi trường Hiện nay, chúng ta đang phải đương đầu với những vấn đề về sự suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trường Sự phát triển kinh tế gắn với bảo

vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường phục vụ phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết được các nhà quản lý đặt ra Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và đánh giá biến động rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu Mặc dù hàng năm đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động rừng, nhưng hầu hết các báo cáo này chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ rừng bằng phương pháp truyền thống thô sơ, đó là một công việc phức tạp, mất nhiều công sức và đòi hỏi nhiều thời gian Khi sử dụng các tài liệu thống

kê và các tư liệu bản đồ không phải bao giờ cũng có thể khai thác những thông tin hiện thời nhất Thời gian tổng hợp số liệu và thành lập bản đồ cho khu vực nghiên cứu càng kéo dài thì thông tin trên bản đồ càng lạc hậu và không chính xác Trong khi đó bản đồ đòi hỏi nhanh về thời gian, chính xác về loại hình, cập nhật về thông tin Do đó, cần phải có phương pháp mới, nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp truyền thống

Tư liệu viễn thám với những ưu việt là tính cập nhật và đồng bộ về thông tin, tính khái quát hóa tự nhiên các đối tượng và khả năng phủ trùm rộng (một tấm ảnh chụp từ vệ tinh Landsat TM phủ trùm diện tích 32.400 km2, một tấm ảnh chụp từ

vệ tinh SPOT phủ trùm diện tích 3.600 km2

) và đã phủ trùm khắp mọi nơi trên Trái đất, cùng với sự phát triển mạnh về công nghệ như cung cấp thông tin ngày càng nhanh chóng, chính xác hơn, đã đem lại giá trị đích thực của phương pháp bản đồ trong nghiên cứu mối quan hệ và tác động qua lại của các đối tượng, các hiện tượng, như các đối tượng biến động thảm thực vật, tài nguyên rừng, đem lại khả năng thực tiễn cho xu hướng thành lập bản đồ theo quan điểm đồng bộ, hệ thống

Hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographical Information Systems) có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, thể hiện dữ liệu địa lý phục vụ các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất

là công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Xuất phát từ những lý do nêu trên học viên đã chọn đề tài: Đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu bằng công nghệ viễn thám và GIS

2 Mục tiêu của đề tài

Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ và đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Công Đảo phục vụ công tác quản lý, khai thác tài nguyên rừng

3 Nhiệm vụ của đề tài

Để đạt được mục tiêu trên đề tài đã giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Thu thập tư liệu: Ảnh viễn thám, bản đồ các loại và các tài liệu liên quan khác

- Tổng quan cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá biến động lớp phủ rừng

- Nghiên cứu các đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội, các yếu tố ảnh hưởng tới biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo

- Ứng dụng công nghệ viễn thám thành lập các bản đồ lớp phủ rừng ở một số thời điểm

- Ứng dụng GIS để thành lập bản đồ và đánh giá biến động lớp phủ rừng

- Xác định các nguyên nhân gây ra biến động lớp phủ rừng và đề xuất các giải pháp bảo vệ lớp phủ rừng

4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi không gian: Toàn bộ vùng đảo nổi của quần đảo Côn Đảo

Phạm vi khoa học: Xây dựng bản đồ lớp phủ rừng trên cơ sở công nghệ viễn

thám và GIS Xây dựng ma trận biến động lớp phủ rừng, đánh giá biến động lớp phủ rừng khu vực nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thu thập, thống kê và phân tích tư liệu hiện có liên quan đến lớp phủ rừng, các tư liệu bản đồ, ảnh vệ tinh và GIS

Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Thu thập, lấy mẫu, chụp ảnh, giải đoán, mô tả các yếu tố liên quan đến lớp phủ rừng nhằm đánh giá mức độ biến động lớp phủ rừng được chi tiết và có độ tin cậy cao

Phương pháp viễn thám, bản đồ và Hệ thông tin địa lý (GIS) phục vụ cho việc thành lập bản đồ hiện trạng và đánh giá biến động lớp phủ bề mặt rừng huyện Côn Đảo

Các kỹ thuật sử dụng trong đề tài gồm:

Kỹ thuật viễn thám: Sử dụng tư liệu viễn thám qua các thời kỳ để nghiên cứu hiện trạng và biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo

Kỹ thuật bản đồ và công nghệ GIS để phân tích các hiện trạng và đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo

Kỹ thuật khai thác thông tin trên mạng Internet để lấy các dữ liệu, tài liệu

trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài nghiên cứu

6 Cơ sở tài liệu để thực hiện luận văn

- Ảnh vệ tinh SPOT3-P thu nhận vào năm 1996; Landsat 7-ETM thu nhận năm 2000; SPOT2 thu nhận năm 2006

- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000, 01 mảnh có số hiệu 6326III do cục Đo đạc

và Bản đồ Nhà nước in lại năm 1981 từ bản đồ quân sự Mỹ thành lập năm 1964

- Một số mảnh bản đồ Địa chính tỷ lệ 1/1.000 khu vực huyện Côn Đảo do trung tâm Đo đạc Bản đồ tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu thành lập năm 2003

- Bản đồ chuyên đề như: Ranh giới hành chính, Địa hình, Tài nguyên rừng…)

- Các kết quả điều tra thực địa

7 Cấu trúc luận văn

Nội dung của luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận, được cấu trúc thành 3 chương

- Chương 1: Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu

- Chương 2: Phương pháp thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS

- Chương 3: Thành lập bản đồ, đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Côn Đảo giai đoạn 1996 - 2000 - 2006 và đề xuất giải pháp bảo vệ rừng phục vụ phát triển bền vững

Trong đó:

Nguồn gốc của rừng là nguồn gốc phát sinh ra rừng Có hai nguồn gốc phát sinh ra rừng là rừng tự nhiên và rừng nhân tạo Xuất xứ của rừng tự nhiên là từ chồi hoặc hạt, còn xuất xứ của rừng nhân tạo (rừng trồng) chủ yếu là từ hạt

Tổ thành rừng là tỉ trọng của một loài cây hay nhóm loài chiếm trong lâm phần đó và đƣợc tính theo phần trăm (%)

Tuổi rừng là tuổi của lâm phần, đó là tuổi bình quân của nhóm loài cây chiếm ƣu thế trong lâm phần đó

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

Tầng thứ của rừng chỉ mức độ cao thấp của các tập hợp cây tạo nên lâm phần

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

Tăng trưởng là số lượng mà nhân tố điều tra biến đổi được trong một đơn vị thời gian như: Chiều cao cây, đường kính, trữ lượng…

Cấp đất là chỉ tiêu đánh giá điều kiện lập địa và sức sản xuất của lâm phần thuộc một loài cây nào đó

Diện tích: các đặc trưng trên đều phải được xác định trên một đơn vị diện tích nhất định để làm cơ sở xác định trữ lượng của rừng

Biến động là mức độ biến động tài nguyên rừng trong đó có biến động về số lượng và chất lượng Sự biến động của rừng luôn diễn ra dưới tác động của tự nhiên và con người theo thời gian

1.1.2 Phân loại rừng

Trong ngành lâm nghiệp, có rất nhiều cách phân loại rừng như:

- Phân loại trên quan điểm sinh thái học

- Phân loại theo chức năng sử dụng: rừng đặc dụng, rừng phòng hộ và rừng sản xuất

- Phân loại theo trữ lượng: rừng giàu, rừng trung bình, rừng nghèo, rừng kiệt

- Phân loại theo mức độ tác động của con người: rừng tự nhiên, rừng nhân tạo

- Phân loại theo cấu trúc hình thái: rừng gỗ lá rộng thường xanh, rừng gỗ lá rộng rụng lá, rừng gỗ lá rộng nửa rụng lá, rừng gỗ lá kim, rừng tre nứa, rừng ngập mặn…

- Phân loại theo độ che phủ tán: rừng rậm (có độ che phủ tán >70%), rừng rậm trung bình (có độ che phủ tán từ 50 -70%), rừng thưa (có độ che phủ tán từ 20 – 50%)

Trong kỹ thuật viễn thám việc phân loại các đối tượng rừng theo trữ lượng

gỗ là một việc làm rất khó, mặc dù có tài liệu điều tra bổ sung mặt đất đầy đủ và chi tiết thì kết quả đạt được cũng chưa cao Việc phân loại theo mục đích sử dụng bằng phưng pháp viễn thám càng khó khăn hơn Đối với tư liệu viễn thám, kết quả thu nhận các đối tượng là năng lượng phản xạ phổ khác nhau của các đối tượng hay còn gọi là giá trị cấp độ xám Mặt khác các cấp độ xám khác nhau trên ảnh chủ yếu phụ thuộc vào độ dầy tán rừng Do đó với kỹ thuật viễn thám, phương pháp phân loại hiệu quả nhất mà có thể sử dụng được là phân loại theo mưc độ tác động, phân loại theo cấu trúc hình thái và phân loại theo độ che phủ tán

Trong luận văn này tác giả căn cứ vào các hệ thống phân loại rừng và đặc điểm tự nhiên của khu vực nghiên cứu là Côn Đảo, một huyện đảo thuộc tỉnh Vũng Tàu để đưa ra hệ thống phân loại cho bản đồ lớp phủ rừng như sau:

1.1.3 Khái niệm về biến động lớp phủ rừng

1.1.3.1 Khái niệm chung về biến động

Cụm từ biến động được hiểu là biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này

bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như mỗi trường xã hội

1.1.3.2 Biến động về diện tích đối tượng – biến động về số lượng

Giả sử cùng đối tượng A ở thời điểm T1 có diện tích S1, ở thời điểm T2 có diện tích S2 (đối tượng A thu nhận được từ hai ảnh vệ tinh có thời điểm chụp khác nhau) Như vậy ta nói rằng A bị biến đổi diện tích ở thời điểm T1 so với T2 (sự biến đổi này có thể bằng nhau, lớn hơn hay nhỏ hơn) nếu ta dung kỹ thuật để chồng xếp hai lớp thông tin này thì phần diện tích của phần trùng nhau sẽ được gán giá trị cũ của đối tượng A, còn các giá trị khác sẽ là giá trị của phần biến động Giá trị biến động này là bao nhiêu tang hay giảm phụ thuộc vào thuật toán được sử dụng

1.1.3.3 Biến động về bản chất đối tượng

Trên hai ảnh viễn thám chụp cùng một khu vực ở hai thời điểm khác nhau, diện tích A ở thời điểm T1 có giá trị M1, ở thời điểm T2 có giá trị M2 (M1, M2 là giá trị phổ), ta sử dụng thuật toán chồng ghép hai lớp thông tin tại hai thời điểm T1, T2

sẽ xuất hiện giá trị M khác M1, M2 Giả sử diện tích A không đổi ta nói rằng có sự thay đổi về chất của A, trên thực tế đây là sự thay đổi loại hình sử dụng đất

1.2 Viễn thám và GIS trong đánh giá biến động lớp phủ rừng

1.2.1 Viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ rừng

1.2.1.1 Khái quát về Viễn Thám

"Viễn thám được xác định là một phương pháp nghiên cứu các đối tượng, hiện tượng bằng các thiết bị, đặt cách đối tượng một khoảng cách nào đó, không đòi hỏi tiếp xúc trực tiếp với đối tượng"

Viễn thám được định nghĩa là sự thu thập và phân tích thông tin về đối tượng

mà không có sự tiếp xúc trực tiếp đến vật thể Công nghệ viễn thám phát triển dựa trên những thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật cũng như công nghệ vũ trụ, công nghệ tin học… Với mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất và khách quan nhất

Hình 1.1: Hệ thống vệ tinh giám sát tài nguyên và môi trường trái đất

Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật, công nghệ viễn thám phát triển mạnh bởi những cải tiến về vệ tinh chụp ảnh, thiết bị chụp ảnh và các phương pháp chụp

Những thông tin thu thập được từ công nghệ viễn thám được sử dụng vào rất nhiều mục đích như:

2 Nghiên cứu về biến đổi khí hậu

3 Nghiên cứu về biến động tầng Ozone

4 Dự báo thời tiết

5 Ứng dụng trong nông nghiệp và lâm nghiệp

6 Điều tra tài nguyên khoáng sản

7 Theo dõi giảm nhẹ thiên tai

8 Ứng dụng trong quản lý đới bờ

9 Các ứng dụng trong hải dương học

1.2.1.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên mặt đất

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ

bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ Đặc trưng phổ sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất, nó sẽ cho phép giải thích được mối quan hệ giữa đặc

trưng phổ và sắc, tông màu trên ảnh tổ hợp màu để giải đoán đối tượng

Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng trên mặt đất trong ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ Hình ….dưới đây thể hiện đặc tính phản xạ của các thành phần đất, nước và thực vật trên ảnh vệ tinh

Figure Source: http://observe.ivv.nasa.gov/nasa/education/reference/reflect/ir.html

Nướ

Hình 1.2: Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên mặt đất

Thông qua đặc điểm về đường cong phản xạ phổ của các đối tượng người ta thiết kế các thiết bị thu nhận sao cho tại khoảng bước sóng đó các đối tượng có độ phản xạ phổ là dễ phân biệt nhất và ở những khoảng nằm trong bước sóng này sự hấp thụ của khí quyển là nhỏ nhất

Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3m - 0,4m), vùng ánh sáng nhìn thấy (0,4m - 0,7m), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt Trong tất cả tài liệu cơ sở về viễn thám, theo bước sóng sử dụng, công nghệ viễn thám có thể chia làm ba nhóm chính:

 Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

 Viễn thám hồng ngoại nhiệt

 Viễn thám siêu cao tần

Các loại sóng điện từ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Ví dụ như: Tia Gamma & X: Y tế và hạt nhân

Tia tím: Thiên văn, nghiên cứu Ozone

Vùng nhìn thấy: Cho các phân tích bằng mắt

Hồng ngoại: Phân biệt thảm thực vật

Nhiệt: Lửa cháy, nhiệt độ mặt nước

Sóng ngắn: Mặt đất, mặt nước

Radio: Radio, truyền thanh

Do các thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng, nên việc nghiên cứu các tính chất quang học (chủ yếu là đặc trưng phản xạ phổ) của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng có hiệu quả phương pháp viễn thám Phần lớn các phương pháp ứng dụng viễn thám được sử dụng hiện nay đều có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp với việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng hay nhóm đối tượng nghiên cứu Các thiết bị ghi nhận, các loại phim chuyên dụng với độ nhạy cảm phổ phù hợp đã được chế tạo dựa trên kết quả nghiên cứu về quy luật phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả của việc giải đoán các thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ, bản chất và trạng thái các đối tượng tự nhiên Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng được nghiên cứu, đồng thời đó cũng là cơ sở dữ liệu viễn thám để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng địa lý, tiến tới phân loại các đối tượng

đó

* Đặc tính phản xạ phổ của lớp phủ thực vật

Lớp phủ thực vật là đối tượng được quan tâm nhiều bởi chiếm đa số diện tích

bề mặt tự nhiên Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh là dấu hiệu đặc trưng thay đổi theo bước sóng Trong vùng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất Clorophin, ngoài ra còn một số sắc tố khác cũng góp phần tạo nên phản xạ phổ của thực vật Bức xạ mặt trời khi tới bề mặt lá cây, phần trong vùng sóng đỏ và chàm bị chất diệp lục hấp thụ phục vụ cho quá trình quang hợp, vùng sóng lục và vùng sóng hồng ngoại sẽ phản

xạ khi gặp chất diệp lục của lá

Nhìn chung, sự khác nhau về đặc trưng phản xạ phổ ở thực vật được xác định bởi các yếu tố cấu tạo trong và ngoài của lá cây, tác động của ngoại cảnh (điều kiện sinh trưởng, điều kiện chiếu sáng, thời tiết ) song đặc trưng phản xạ phổ của lớp phủ thực vật vẫn có một quy luật chung: phản xạ mạnh ở vùng sóng xanh (510

- 575 m) và hồng ngoại gần (> 720 m), hấp thụ mạnh ở vùng sóng xanh tím (390

- 480 m) và sóng đỏ (680 - 720 m) Đặc tính phản xạ của lá cây được chi phối bởi các tế bào diệp lục (Clorophin) có trong cấu trúc lá Hàm lượng diệp lục tố sẽ biến đổi tùy thuộc vào tình trạng của lá cây (non hay già, khoẻ mạnh hay sâu bệnh)

Ngoài ra, còn có sự khác nhau tương đối rõ về khả năng phản xạ phổ giữa những nhóm cây có khả năng chịu nước khác nhau (cây chịu nước, cây trung sinh, cây chịu hạn ), đặc biệt ở vùng hồng ngoại

* Đặc tính phổ phản xạ của thổ nhưỡng

Trong thực tế nghiên cứu, trong đa số các trường hợp các đối tượng thực vật

và đất kết hợp với nhau tạo thành một đối tượng tổ hợp Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, đất thường có hệ số phản xạ cao hơn thực vật Đường biểu diễn đặc tính phản

xạ phổ của lớp phủ thổ nhưỡng có dạng tăng dần từ vùng tử ngoại đến hồng ngoại một cách đơn điệu Khả năng phản xạ phổ phụ thuộc chủ yếu vào bản chất hóa lý của đất, hàm lượng hữu cơ, độ ẩm, trạng thái bề mặt, thành phần cơ giới của đất

* Đặc tính phản xạ phổ của nước

Khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của nước

và hàm lượng các vật chất lơ lửng Nước bẩn chứa nhiều tạp chất phản xạ mạnh hơn so với nước sạch, nhất là vùng dải sóng đỏ

Nước trong chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng ngắn Blue, yếu dần khi sang vùng Green và triệt tiêu ở cuối dải sóng đỏ Khi nước bị đục, khả năng phản xạ tăng lên

do ảnh hưởng của sự tán xạ bởi vật chất lơ lửng Sự thay đổi về tính chất của nước (độ mặn, độ đục, độ sâu ) đều ảnh hưởng đến tính chất phổ của chúng Nghĩa là khi tính chất nước thay đổi, hình dạng đường cong và giá trị phổ phản xạ sẽ bị thay đổi

Ảnh viễn thám thu nhận phổ của các đối tượng trên mặt đất Mỗi loại vệ tinh được thiết kế để thu nhận ở một số dải phổ nhất định còn gọi là các kênh phổ Từ đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên và quy luật trộn màu, chúng ta có thể tiến hành giải đoán ảnh viễn thám, chiết tách các thông tin cần quan tâm của các đối tượng thể hiện trên ảnh Khi giải đoán ảnh, người ta không giải đoán các đối tượng trên các kênh ảnh riêng rẽ mà thường dùng ảnh đa phổ bởi tổ hợp màu

trên ảnh này sẽ làm cho mắt người dễ nhận biết đối tượng hơn

1.2.1.3 Một số loại tư liệu viễn thám đang được sử dụng ở Việt Nam trong lĩnh vực tài nguyên môi trường

Một hệ thống viễn thám nghiên cứu tài nguyên và môi trường bao gồm nhiều thành phần Về nguyên tắc các thành phần này có thể được chia ra thành 3 loại chính:

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

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

 Các trạm thu và xử lý thông tin mặt đất cố định hoặc lưu động cùng các khu vực Polygon Các vệ tinh nhân tạo đóng vai trò chủ đạo để thu thập thông

tin viễn thám mà chủ yếu là bằng phương pháp thu nhận năng lượng phản xạ từ các đối tượng mặt đất và tạo ra các sản phẩm với các thể loại đa dạng: ảnh đa phổ, ảnh hồng ngoại nhiệt, ảnh ra đa v.v

Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng nhiều loại tư liệu ảnh viễn thám khác nhau cho các mục đích nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên, thành lập các loại bản đồ phục vụ công tác quản lý kinh tế xã hội Ảnh vệ tinh quang học với nhiều ưu điểm như hình ảnh quen thuộc với con người, dễ giải đoán, kỹ thuật tương đối dễ phát triển trên nền các công nghệ chụp ảnh hiện hành nên đã nhanh chóng được chấp nhận và ứng dụng rộng rãi Các loại ảnh quang học như Landsat, SPOT, Aster, IKONOS, QuickBird… đã trở nên quen thuộc và phổ biến trên toàn thế giới Trong công tác thành lập các loại bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám sử dụng ảnh quang học đã được đưa vào các qui trình qui phạm tương đối hoàn chỉnh

1.2.1.4 Những ưu thế cơ bản của ảnh viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ rừng

Ngày nay, với sự tiến 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 bảo vệ môi trường Những ưu thế cơ bản của ảnh viễn thám

có thể kể ra là:

- Cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất trên khu vực trùm phủ lớn (Landsat 180km x180km, SPOT, ASTER 60km x 60 km) cho phép tiến hành theo dõi giám sát trên những khu vực rộng lớn cùng một lúc

- Cung cấp thông tin đa dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau cho phép nghiên cứu các đặc điểm của đối tượng từ nhiều góc độ phản xạ phổ khác nhau

- Cung cấp các loại ảnh có độ phân giải khác nhau đo đó cho phép nghiên cứu bề mặt ở những mức độ chi tiết hoặc khái quát khác nhau Ví dụ như các loại ảnh độ phân giải siêu cao như SPOT 5, IKONOS, QuickBird, ảnh hàng không để nghiên cứu chi tiết, hoặc 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

- Khả năng chụp lặp lại hay còn gọi là độ phân giải thời gian Do đặc điểm quĩ đạo của vệ tinh nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định lại có thể chụp lặp lại được vị trí trên mặt đất Sử dụng các ảnh vệ tinh chụp tại các thời điểm khác nhau sẽ cho phép theo dõi diễn biến của các sự vật hiện tượng diễn ra trên mặt đất,

ví dụ như quá trình sinh trưởng của cây trồng, thảm thực vật

- Các dữ liệu được thu nhận ở dạng số nên tận dụng được sức mạnh xử lý của máy tính và có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống thông tin như hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Do những đặc tính hết sức ưu việt kể trên ảnh viễn thám đã trở thành một công cụ không thể thiếu được trong công tác theo dõi giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường nói chung và việc chiết tách các thông tin lớp phủ nói riêng, nhất là ở những vùng khó tiếp cận như các vùng núi cao, biên giới, hải đảo [Chu Hải Tùng]

Trên thế giới việc ứng dụng công nghệ viễn thám, tại những nước phát triển,

đã được thực hiện ngay từ khi có những tấm ảnh đầu tiên của vệ tinh quan sát trái đất Cho đến nay ảnh vệ tinh đã được ứng dụng ở hầu khắp các nước, kể cả những nước đang phát triển Ở Việt Nam, mặc dù việc ứng dụng công nghệ viễn thám có chậm hơn những nước tiên tiến trong khu vực nhưng ảnh vệ tinh cũng đã được sử dụng ở rất nhiều các cơ quan, ngành và địa phương khác nhau như nông nghiệp, lâm nghiệp, đo đạc và bản đồ, qui hoạch đất đai, địa chất – khoáng sản… Những ứng dụng tiêu biểu của ảnh viễn thám liên quan đến việc chiết tách các thông tin về lớp phủ mặt đất là:

- Điều tra thành lập bản đồ hiện trạng và theo dõi biến động rừng

- Thành lập bản đồ lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất

- Theo dõi giám sát mùa màng

- Thành lập bản đồ và theo dõi biến động các vùng đất ngập nước

- Thành lập bản đồ và theo dõi biến động rừng ngập mặn

- Kiểm kê tài nguyên nước mặt

- Qui hoạch đô thị và theo dõi quá trình đô thị hóa

Hiện nay trên thế giới, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển, việc đánh giá hiện trạng lớp phủ bề mặt và theo dõi diễn biến tài nguyên thiên nhiên, mà trước hết là lớp phủ bề mặt đang được tiến hành thường xuyên trên cơ sở sử dụng

tư liệu viễn thám cùng các phần mềm xử lý số chuyên dụng Các tư liệu viễn thám được sử dụng để nghiên cứu lớp phủ bề mặt chủ yếu là ảnh vệ tinh và ảnh Radar

Ở nước ta việc theo dõi diễn biến lớp phủ bề mặt mà trước hết là theo dõi diễn biến về diện tích, về loại cây đang được quốc hội rất quan tâm Theo chu kỳ

cứ 5 năm một lần lại kiểm kê toàn bộ diện tích đất đai trên toàn quốc Thời gian gần đây với ưu thế nhanh, rẻ tiền hơn phương pháp thành lập bản đồ từ ảnh hàng không và đo đạc thực địa viễn thám đang dần là nguồn tư liệu chính trong công tác kiểm kê đất đai Thấy rõ vai trò quan trọng của công nghệ viễn thám và nhu cầu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh của các cơ quan, ngành trong cả nước, chính phủ đã cho

phép Bộ Tài nguyên và Môi trường triển khai đề án “Hệ thống Giám sát Tài

nguyên thiên nhiên và môi trường tại Việt Nam” sử dụng vốn ODA của chính phủ

Pháp Thành phần quan trọng nhất của hệ thống này là Trạm thu ảnh vệ tinh có khả năng thu nhận, xử lý và cung cấp các loại ảnh vệ tinh bao gồm cả ảnh quang học (MERIS, SPOT 2, 4, 5) và radar (ASAR) cho người sử dụng trong nước Hệ thống giám sát Tài nguyên và Môi trường tại Việt nam sẽ thúc đẩy các nghiên cứu ứng dụng của ảnh vệ tinh ở nước ta Khi hệ thống đi vào hoạt động, người sử dụng có khả năng tiếp xúc với nhiều loại tư liệu ảnh trên cùng một khu vực nghiên cứu

Trong ngành lâm nghiệp tư liệu viễn thám với những ưu thế như ảnh chụp được ở những phạm vi rộng, chi tiết, tư liệu đa thời gian, tức thời cũng đóng góp một phần không nhỏ trong việc thành lập bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng, biến động tài nguyên rừng và lớp phủ rừng, quản lý trữ lượng rừng, sinh khối rừng, theo dõi sinh thái rừng…

1.2.2 GIS trong đánh giá biến động lớp phủ rừng

1.2.2.1 Khái niệm về GIS

Hiện nay có khá nhiều định nghĩa về GIS, song có thể thống nhất chung về định nghĩa như sau: "GIS là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng (máy tính và các thiết bị ngoại vi), phần mềm, dữ liệu địa lý và người điều hành; được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm thu nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý GIS có mục tiêu đầu tiên là xử

lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý" (Davis, 1996)

1.2.2.2 Cấu trúc của GIS

GIS bao gồm các hợp phần cơ bản sau: dữ liệu không gian, người điều hành, phần cứng, phần mềm

- Phần cứng máy tính: Bao gồm các thành phần vật lý của máy tính và các thiết bị ngoại vi khác (máy in, máy scanner, máy vẽ )

- Phần mềm GIS: Gồm các chương trình máy tính thực hiện các công việc chuyên môn của GIS, thực hiện các chức năng thu nhận và lưu trữ các dữ liệu không gian cũng như thuộc tính, các thao tác xử lý số liệu, mô hình số độ cao

- Dữ liệu GIS: Bao gồm các dữ liệu không gian (ảnh, bản đồ ) và dữ liệu thuộc tính (các đặc điểm, tính chất, các quá trình, hiện tượng ) của các đối tượng được nghiên cứu

- Người sử dụng: Đây là yếu tố mang tính chất quyết định, là người thiết kế

và thực hiện các thao tác kỹ thuật để có được kết quả theo các yêu cầu khác nhau

Cơ sở tri thứ c

Thế giới thực Viễn thám

Xử lý ảnh

GIS

Phần mềm

Các quyết định

Hỡnh 1.3: Cỏc hợp phần của GIS

Cỏc hợp phần trờn nằm trong mối quan hệ tương tỏc chặt chẽ với nhau tạo thành GIS Nếu thiếu một trong cỏc hợp phần trờn thỡ GIS sẽ ngừng hoạt động hoặc chỉ là một hệ thống chết Theo đà phỏt triển của khoa học kỹ thuật, bốn hợp phần trờn cũng được phỏt triển mạnh mẽ, tạo nờn một GIS ngày càng phỏt triển hơn, thực hiện được cỏc chức năng ưu việt hơn, nhanh hơn, mạnh hơn, tiện lợi và dễ dàng hơn trong vận hành và sử dụng

Từ cuối năm 1990, ngoài 4 hợp phần trờn cú 2 hợp phần nữa được bổ sung,

đú là: qui trỡnh (Procedue) và mạng (Network) – ESRI

1.2.2.3 Cỏc chức năng của GIS trong việc xõy dựng bản đồ và quản lý tài nguyờn rừng

1.2.2.3.1 GIS trong việc xõy dựng bản đồ

Với sự phỏt triển của cỏc kỹ thuật tiờn tiến thực chất là ứng dụng mỏy vi tớnh

và cỏc phần mềm chuyờn dụng (GIS Software) hiện nay việc thành lập, xử lý và biờn tập bản đồ được thực hiện ở tất cả cỏc cơ quan Tựy theo mục đớch, tư liệu, loại bản đồ mà cỏch thành lập cú khỏc nhau nhưng nhỡn chung ta cú thể túm tắt chung phương phỏp xõy dựng bản đồ bằng GIS như sơ đồ

Hình 1.4: Sơ đồ tổng quan làm bản đồ bằng GIS

Để thành lập bản đồ số bằng GIS thì cơ sở dữ liệu có thể lấy từ nhiều nguồn như: số liệu điều tra đo đạc trực tiếp ngoài thực địa, bản đồ số, bản đồ giấy, số liệu thống kê, tư liệu viễn thám Sản phẩm đầu ra của GIS là bản đồ số, nó sẽ khác bản

đồ đầu vào cả về chất và về lượng dễ dàng cập nhật và khai thác thông tin thuận lợi nhờ sự trợ giúp của máy tính

Hiện nay hầu hết các lĩnh vực chuyên ngành như Địa chất, Địa lý, Trắc địa bản đồ, Quy hoạch đô thị, Bảo vệ môi trường đều quan tâm tới GIS và khai thác chúng với những mục đích riêng biệt bởi vì: GIS là một hệ thống tự động quản lý, lưu trữ, tìm kiếm dữ liệu chuyên ngành với sự phát triển của máy tính đặc biệt chúng có khả năng biến đổi dữ liệu mà những công việc này không thể thực hiện bằng phương pháp thô sơ GIS có khả năng chuẩn hoá ngân hàng dữ liệu để có thể đưa vào các hệ thống xử lý khác nhau, do đó phát triển khả năng khai thác dữ liệu GIS có khả năng biến đổi dữ liệu để đáp ứng những bài toán cụ thể cần được giải quyết GIS có thể cung cấp những thông tin mới nhất và chính xác nhất cho người

sử dụng cùng với khả năng dự đoán diễn biến theo thời gian Đồng thời GIS cho sự biến dạng thông tin là ít nhất

Trong công tác xây dựng quản lý bản đồ, GIS có một số thuận tiện sau:

- Tạo một bản đồ trên nền một bản đồ cũ nhanh và rẻ hơn

- Với các bản đồ chuyên đề chỉ mô tả về một chuyên đề nào đó thì bằng phép chồng xếp các lớp thông tin sẽ cho một bản đồ mới với mục đích tổng quát hơn và chứa đựng nhiều thông tin hơn

- Thuận tiện trong việc tạo và cập nhật bản đồ khi dữ liệu đã ở dạng số

- Thuận tiện đối với phân tích dữ liệu mà dữ liệu đó yêu cầu tương tác giữa phân tích thống kê với bản đồ

- Tối thiểu hoá việc sử dụng bản đồ như là nơi lưu trữ dữ liệu (chỉ cần sử dụng một lệnh đơn giản nào đó sẽ làm xuất hiện bản thông tin thay cho các ký hiệu trên mặt bản đồ)

- Việc tra cứu các thông tin trên bản đồ được thực hiện nhanh và chính xác

- Rất thuận lợi trong việc tổng hợp thống kê các dữ liệu thuộc tính

Tóm lại: GIS không những là bộ công cụ làm bản đồ tuyệt vời mà nó còn là

bộ công cụ để quản lý, lưu trữ và khai thác thông tin thuận lợi nhất

1.2.2.3.2 GIS trong quản lý tài nguyên rừng

Trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên nói chung và quản lý tài nguyên rừng nói riêng GIS cũng đóng góp phần không nhỏ trong viêc tập hợp và phân tích dữ liệu từ đó có thể quản lý và đưa ra được những dự báo, báo cáo, các số liệu về rừng cho các cơ quan chức năng Nhờ công nghệ GIS các số liệu tài liệu số của lĩnh vực tài nguyên rừng được lưu trữ quản lý trên file của hệ thống GIS Trong quá trình quản lý và sử dụng tài nguyên rừng thay đổi theo không gian và thời gian, với công nghệ GIS những thay đổi này được cập nhật dễ dàng từ đó có thể quản lý lâu dài và nhờ GIS đưa được những số liệu phân tích hợp lý từ đó giúp cho các nhà quản lý có được những định hướng đúng đắn Cụ thể bằng công nghệ GIS có thể tạo ra các sản phẩm như:

- Tạo lập cơ sở dữ liệu và bản đồ tài nguyên rừng

- Theo dõi động thái tài nguyên rừng, dự báo trữ lượng sản lượng rừng dựa vào mối quan hệ giữa trữ lượng và tăng trưởng

- Xây dựng bản đồ giải pháp kỹ thuật lâm sinh dựa vào các tiêu chí như trữ lượng, loài cây, độ tàn che, mật độ

- Lập bản đồ quản lý khai thác rừng bền vững dựa trên các bản đồ luân kỳ khai thác, bản đồ trữ lượng khai thác theo địa điểm, thời gian

- Quy hoạch quản lý, sản xuất và phát triển trồng rừng

- Quản lý giám sát đa dạng sinh học: lập bản đồ và quản lý dữ liệu bảo tồn đa dạng sinh học

- Nghiên cứu các hệ sinh thái rừng đặc biệt là các hệ sinh tháu nhạy cảm như rừng ngập mặn

- Giám sát lượng CO2 rừng hấp thụ để cung cấp dịch vụ môi trường rừng

- Theo dõi dự báo cháy rừng

1.2.2.4 Kết hợp tư liệu viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng

Kết hợp giữa viễn thám với GIS là hết sức cần thiết, vì nhiều thông tin hữu ích cho quá trình phân loại dường như có sẵn trong cơ sở dữ liệu của GIS như mô hình số độ cao (DEM), các mô hình sinh thái thực vật, các mô hình của các yếu tố kinh tế xã hội… và rất nhiều loại dữ liệu bổ trợ khác Ngược lại, tư liệu viễn thám lại là nguồn thông tin đầu vào rất quý giá cho cơ sở dữ liệu của GIS trong việc hỗ trợ ra quyết định và dự báo tình huống, bởi vì nguồn thông tin này có khả năng cập nhật nhanh trên một diện tích rộng lớn Trên thực tế, việc kết hợp giữa hai công nghệ này đã mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi chúng trong rất nhiều lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân và mang lại hiệu quả vô cùng to lớn Để việc liên kết dữ liệu được thuận lợi, các dữ liệu thông tin địa lý cần được lưu trữ dưới dạng số và được đưa về cùng một hệ toạ độ đồng nhất Các dữ liệu số phải ở các dạng có khả năng cho phép chồng phủ nên nhau, nghĩa là tương đối đồng nhất về hình học Như vậy, về cơ bản, liên kết dữ liệu được thực hiện thông qua hai dạng dữ liệu của

cơ sở dữ liệu trong GIS và công việc này gọi là tổ hợp dữ liệu viễn thám với GIS, đây là quá trình tiếp theo của xử lý ảnh nhằm cho ra các kết quả theo yêu cầu, hoặc cho ra các thông tin để tiếp tục phân tích

Những năm gần đây, số lượng và chất lượng các tư liệu viễn thám về Trái đất tăng lên đáng kể và đã trở thành một công cụ nghiên cứu quan trọng, có tốc độ phát triển nhanh và luôn được hoàn thiện Khi nói đến liên kết giữa công nghệ GIS với viễn thám ở giai đoạn hiện đại, cần lưu ý đến một loạt đặc thù, đó là các tư liệu ảnh viễn thám được sử dụng như dữ liệu đầu vào của GIS, tức là các đối tượng của GIS được triết tách từ quá trình xử lý ảnh viễn thám sẽ được cập nhật vào cơ sở dữ liệu của GIS, sau đó các cơ sở dữ liệu “thông minh” (ví dụ các mô hình đối tượng hoặc mô hình phân tích) sẽ được sử dụng cho quá trình phân loại tự động các đối tượng

Việc tổ chức diễn giải tổng hợp dữ liệu sẽ có hiệu quả hơn khi sử dụng GIS

vì các hệ thống này xét về mặt hệ quan điểm và cấu trúc chúng có mức độ cao hơn

so với các hệ thống viễn thám trong việc liên kết các công nghệ xử lý Ở đây, GIS

và các hệ thống viễn thám ngoài việc diễn giải, phân tích, tổng hợp các dữ liệu, chúng còn cho phép đưa ra dự báo tình huống, điều đó cũng là nguyên cớ để liên kết chúng lại với nhau

Hệ thống phần mềm có thể sử dụng cho phân tích dữ liệu và lập mô hình rất phong phú Hệ thống phần mềm chuyên nghiệp nhất hiện nay có thể kể đến ArcGIS, MGE Tuy nhiên những vấn đề thực tế có thể được giải quyết thông qua những hệ thống phần mềm phổ biến, đặc biệt nếu dữ liệu ở dạng điểm ảnh thì hầu như các phần mềm xử lý ảnh đều có thể cho phép xây dựng mô hình và xử lý một cách dễ dàng

Đối với nghiên cứu và theo dõi môi trường cho một khu vực cụ thể như chúng ta đã biết lớp phủ thực vật có tầm quan trọng đặc biệt và là một trong những chỉ thị đánh giá chất lượng môi trường Bên cạnh các bản đồ như rừng, lớp phủ thực vật tự nhiên hay nhân tạo dưới nhiều góc độ khác nhau nhưng không có bản

đồ nào nêu được sự phân bố về độ che phủ của tán thực vật Độ che phủ thực vật có

ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ đất chống xói mòn, giữ gìn hệ sinh thái, điều hoà khí hậu

Việc sử dụng tư liệu đa thời gian là rất quan trọng vì nó cho phép nghiên cứu

và phân loại chính xác các đối tượng lớp phủ không chỉ dựa trên các thông tin về phản xạ phổ mà còn đặc tính vận hậu học (phenology) hay sự biến đổi theo mùa của các đối tượng lớp phủ Những thông tin này cho chúng ta tách được đất nông nghiệp ra khỏi thảm thực vật tự nhiên, rừng rụng lá ra khỏi rừng thường xanh v.v Việc xử lý bộ dữ liệu đa phổ đa thời gian đòi hỏi một số thuật toán và công nghệ tương đối đặc thù

Việc trí tuệ hoá các hệ thống thông tin và các công nghệ thông tin cũng là cơ

sở liên kết GIS và viễn thám Một hình thức đặc biệt của các dữ liệu, mà chúng ta

sẽ nhận được trong tương lai gần, đó là “hình ảnh thông minh” (Intelligent Image) - một hình ảnh nhận được từ nhiều nguồn có độ phân giải biến đổi Loại sản phẩm thông tin này cho phép trong chế độ tương tác (Interactive regime) có thể hỏi - đáp

ở dạng hình ảnh hai hoặc ba chiều, hoặc đa phương tiện (Multimedia) với việc sử dụng các kỹ thuật audio và video

Kết hợp giữa viễn thám và GIS cho phép chúng ta có thể xử lý đồng thời cả ảnh và bản đồ để nhận biết hiện trạng và thống kê theo dõi được sự biến động của rừng nói chung và lớp phủ rừng nói riêng Đó cũng là sự liên kết không thể tách rời nhau theo xu thế phát triển của khoa học công nghệ ngày nay

1.2.2.5 Theo dõi diễn biến lớp phủ rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS

1.2.2.5.1 Mục đích

Theo dõi diễn biến rừng là nhiệm vụ quan trọng của quản lý nhà nước trong lĩnh vực bảo vệ và phát triển rừng được quy định tại Luật bảo vệ và phát triển rừng

Mục đích theo dõi diễn biến lớp phủ rừng là nắm vững diện tích các loại rừng, sự biến động diện tích các loại rừng, các loại đất quy hoạch cho sản xuất lâm nghiệp theo lãnh thổ Lập bản đồ hiện trạng rừng cấp xã, huyện, tỉnh cung cấp đầy đủ các thông tin về số lượng, chất lượng cũng như đánh giá như xu hướng diễn biến của rừng nhằm giúp hoạch định chính sách lâm nghiệp ở địa phương và trung ương phục công tác bảo vệ và phát triển rừng

1.2.2.5.2 Nguyên tắc theo đõi diễn biến rừng, lớp phủ rừng

Để theo dõi đánh giá diễn biến rừng cần đánh giá sự biến đổi các chỉ tiêu cấu nên tài nguyên rừng như:

- Theo dõi, đánh giá biến động về cấu trúc rừng;

- Phục hồi rừng trên đất trống đồi núi trọc;

- Diễn biến tài nguyên động vật rừng;

- Theo dõi, đánh giá tài nguyên lâm sản ngoài gỗ;

- Nghiên cứu biến động sinh thái rừng và tác động qua lại với môi trường (khí hậu, thuỷ văn rừng );

- Xác định trữ lượng rừng trong công tác điều tra quy hoạch rừng;

- Đánh giá diễn biến tài nguyên rừng dưới tác động tổng hợp của các nhân tố kinh tế xã hội;

- Điểu tra, đánh giá biến động diện tích rừng

Để đánh giá diễn biến rừng một cách toàn diện phải đánh giá được sự biến đổi của tất cả các thành phần cấu thành nên lớp phủ rừng Công việc này phải được thực hiện bởi nhiều chuyên gia thuộc các chuyên môn sâu khác nhau Trong đề tài nghiên cứu này chỉ giới hạn đi sâu theo dõi diễn biến về diện tích lớp phủ rừng Xác định được quy luật biến động, từ đó xác định được tính chất, nguyên nhân của

sự biến động này, xác định được diễn biến của biến động theo chiều hướng nào, có lợi hay có hại cho môi trường và kinh tế

Dựa trên sự biến động diện tích lớp phủ rừng, đất rừng; thông qua việc sử dụng bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng cung cấp các thông tin về số lượng, chất lượng cũng như đánh giá như xu hướng diễn biến của rừng trong mối quan hệ với các hoạt động kinh tế xã hội, làm cơ sở khoa học cho việc xây dựng chiến lược và

kế hoạch sử dụng hợp lý, bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng, phát triển kinh tế xã hội vùng

1.3 Tổng quan các công trình ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Trên thế giới

Hiện nay trên Thế giới, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển, việc xây dựng bản đồ và theo dõi biến động tài nguyên thiên nhiên nói chung, tài nguyên rừng nói riêng ngày càng trở nên cấp thiết và không chỉ trên phạm vi quốc

gia mà đã trở thành vấn đề đang được chú trọng trên mỗi châu lục và toàn cầu

Việc kết hợp giữa công nghệ viễn thám và GIS đã mở ra khả năng to lớn cho việc ứng dụng chúng trong các lĩnh vực khoa học khác nhau:

- Trong nghiên cứu lâm nghiệp có thể nói công nghệ viễn thám và GIS được ứng dụng đầu tiên và có hiệu quả Hiện nay việc sử dụng tư liệu viễn thám trong thành lập bản đồ rừng, theo dõi biến động chặt phá rừng,… đã trở thành công nghệ phổ biến trên thế giới Khi kết hợp công nghệ viễn thám và GIS đã mở ra nhiều hướng ứng dụng quan trọng như dự báo những khu vực có nguy cơ cháy rừng, dự báo dự suy giảm diện tích rừng trên quy mô lớn toàn cầu do biến đổi khí hậu và sự

ra tang dân số, kiểm soát, ngăn chặn sự lây lan của bệnh tật với mốt số loài cây rừng,… Để dự báo nguy cơ cháy rừng, người ta sử dụng tư liệu viễn thám để phân loại rừng, còn dữ liệu hệ thống thong tin địa lý cung cấp thong tin về địa hình, khí hậu, thời tiết, mạng lưới song suối và đặc biệt những thông tin lưu giữ những nơi

đã xảy ra cháy rừng ở mức độ khác nhau Để dự báo sự biến đổi diện tích rừng trên quy mô lớn toàn cầu, người ta sử dụng ảnh NOAA

- Trong nông nghiệp và sử dụng đất: Công nghệ viễn thám và GIS đã được

sử dụng rất nhiều

Ở Trung Quốc cũng đã thực hiện cập nhật các bản đồ đất trồng lúa cho các tỉnh trên cơ sở các tư liệu viễn thám của ảnh SAR ở các thời điểm khác nhau kết hợp với bản đồ địa hình, bản đồ sử dụng đất ở các thời điểm trước

Ở Nhật Bản người ta sử dụng tư liệu viễn thám và GIS kết hợp với dữ liệu thống kê về các sản phẩm nông nghiệp để đưa ra những đánh giá về năng suất thực ban đầu cho các nước châu Á Để đánh giá mức độ thích hợp của đất đối với các loại cây tròng nông nghiệp, người ta cũng sử dụng kết hợp công nghệ viễn thám và GIS Ở đây tư liệu viễn thám được sử dụng để phân loại các đối tượng sử dụng đất Trên cơ sở phân loại này kết hợp với bản đồ nông hóa thổ nhưỡng, bản đồ địa hình, người ta lập các ma trận tích hợp để đánh giá mức độ thích hợp của từng loại cây trồng như lúa, mía, sắn… với các loại đất khác nhau

Ở Thái Lan trên các cơ sở giải đoán ảnh LANDSAT TM thành lập bản đồ các khu vực trồng mía Các kết quả giải đoán được kiểm tra, chỉnh sửa ngoài thực địa bằng máy định vị vệ tinh GPS Các ảnh đã giải đoán được quét trên máy chuyên

dụng và sử dụng phần mềm của GIS như MGA (Modular GIS Analysis), MGE (Modular GIS Environmental) để thực hiện các việc tính toán tiếp theo Thực chất

ở đây tư liệu được sử dụng chính là ảnh LANDSAT TM, còn vai trò của GIS chỉ là cung cấp dữ liệu về địa hình và các công cụ tính toán

- Trong nghiên cứu địa chất: Ảnh máy bay và ảnh vệ tinh là hai loại tư liệu được sử dụng nhiều trong nghiên cứu địa chất ngay từ khi chúng mới xuất hiện Trong nghiên cứu địa chất người ta thường sử dụng phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt để thành lập các bản đồ kiến tạo, các dứt gãy địa chất,… Việc kết ợp sử dụng giữa tư liệu viễn thám và GIS, nhìn chung còn ít được áp dụng, mới chỉ có một vài công trình được công bố về nghiên cứu trượt lở, về tìm kiếm khoáng sản

- Trong nghiên cứu môi trường về các thảm họa thiên tai và dịch bệnh: Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu môi trường toàn cầu cũng như môi trường khu vực, các thảm họa thiên nhiên như trượt lở đất, xói lở bờ biển, biến động đường bờ biển, ngập lụt, cháy rừng,… và thậm chí cả trong nghiên cứu dịch bệnh viêm não Nhật Bản, sốt rét, các hiệu ứng nhà kinh Elino

Ngoài ra còn có ứng dụng trong các lĩnh vực khác như nghiên cứu dân cư ở các khu đô thị, thành lập các bản đồ các khu du lịch, trong nghiên cứu kiến trúc, khảo cổ Điều đó nói lên vai trò ý nghĩa to lớn và ứng dụng rộng rãi tư liệu viễn thám và GIS ngày nay

1.3.2 Ở Việt Nam

Ở Việt Nam sự phát triển và ứng dụng tư liệu viễn thám cũng không nằm ngoài xu thế chung của Thế giới, đặc biệt là ngành Trắc địa – Bản đồ đã đi trước một bước với việc ứng dụng ảnh hàng không máy bay cho mục đích thành lập các bản đồ địa hình Tiếp sau đó phải kể đến ngành Lâm nghiệp, vào năm 1970 Viện điều tra quy hoạch rừng cũng đã sử dụng ảnh hàng không máy bay cho mục đích hiệu chỉnh và thành lập bản đồ rừng Sự phát triển và ứng dụng tư liệu viễn thám sôi động nhất thực sự vào thời kỳ cuối năm 1970 và đầu những năm 1984 khi Ủy Ban nghiên cứu vũ trụ Việt Nam ra đời đã tập hợp được nhiều cán bộ khoa học kỹ thuật từ các Bộ, Ngành trong nước và sự gia nhập Tổ chức nghiên cứu vũ trụ Intercosmos của Việt Nam thuộc lien minh các nước xã hội chủ nghĩa trước đây Vào cùng thời gian đó, Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng đã nhận được các dự án VIE/79/001 và VIE/83/04 do chương trình phát triển của Liên hợp quốc

(UNDP), tổ chức Nông - Lâm nghiệp (FAO) tài trợ nhằ xây dựng tiềm lực về lĩnh vực nghiên cứu tư liệu viễn thám và ứng dụng viễn thám trong phát triển ngành nông nghiệp Nhiều khóa học về viễn thám do các chuyên gia của Liên Hiệp Quốc giảng dậy đã được tổ chức cho các cán bộ khoa học từ các Bộ, Ngành và địa phương trong cả nước Mặt khác nhiều người Việt Nam cũng đã được cử đi đào tạo ngắn hạn và dài hạn ở nước ngoài Kể từ đó nhiều cơ sở nghiên cứu viễn thám đã được thành lập ở các Bộ, Ngành, các Viện nghiên cứu khoa học và các trường đại học trong cả nước Vào năm 1983, trong khuôn khổ các dự án trên, Viện khoa học

và Công nghệ Việt Nam đã được trang bị hệ xử lý ảnh số đầu tiên mang tên Robotron của Cộng hòa Dân chủ Đức và đến năm 1989 được trang bị them hệ xử lý ảnh Pericolour của hang MS2i (Cộng hòa Pháp) Cả hai thiết bị nghiên cứu khoa học xử lý ảnh số này đều là những hệ xử lý ảnh chuyên dụng dựa trên các máy tính mini và được trang bị kèm theo các thiết bị ngoại vi đắt tiền như các tủ đọc băng từ, máy sang phim, máy vẽ khổ rộng,… Sau Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam,

ở thập kỷ 90 của thế kỷ XX, một số cơ sở viễn thám cở các Bộ, Ngành như Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Tổng Cục Địa chất, Tổng Cục Địa chính cũ nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường, Đại học Mỏ địa chất… cũng lần lượt trang bị các hệ xử lý ảnh như SPANS, IDRISI,… Đến cuối thập kỷ 90 của thế kỷ XX, khi

mà các máy tính cá nhân đã trở lên khá mạnh, cũng là lúc trên thị trường xuất hiện

ồ ạt của các phần mềm loại này, nhiều cơ sở nghiên cứu viễn thám cũng đã tự xây dựng các chương trình xử lý ảnh số của mình, trong đó đáng chú ý cần kể tới sản phẩm phầm mềm MDASER của Viện Vật lý thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam được xây dựng trong khuôn khổ của đề tài cấp Nhà nước, chạy trên máy tín MS DOS, VN ImagePro cũng của Viện Vật lý viết theo đơn đặt hàng của Trung tâm viễn thám Malaysia, chạy trong môi trường Windows

Về các kết quả nghiên cứu khoa học ứng dụng đầu tiên ở Việt Nam phải kể đến là chương trình nghiên cứu 3 tầng (tầng cao: Vệ tinh, tầng giữa: máy bay, tầng dưới: mặt đất) do Ủy ban nghiên cứu vũ trụ chủ trì vào năm 1980 với mục đích điều tra, khảo sát tổng hợp một số vùng “chìa khóa” thực hiện đo phổ, chụp ảnh từ máy bay và vệ tinh bằng máy ảnh đa phổ MKF-6 lắp đặt trên máy bay, nhằm đối chứng xây dựng các mẫu giải đoán ảnh Chương trình này có ý nghĩa rất lớn và quan trọng Nó đã thu hút được nhiều cán bộ khoa học từ các Bộ, các Ngành trong

cả nước tham gia và đã tuyên truyền quảng bá thúc đẩy sự phát triển của khoa học ứng dụng viễn thám ở Việt Nam

Tiếp theo phải kể đến công trình ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám vệ tinh LANDSAT MSS để thành lập bản đồ rừng toàn quốc đầu tiên của Viện Điều tra Quy hoạch rừng thuộc Bộ Lâm nghiệp dưới sự hỗ trợ của Dự án UNDP/FAO tài trợ

Sau đó vào những năm 1980-1990, nhiều chương trình cấp Nhà nước như nghiên cứu Biển, do Viện Khoa học Việt Nam chủ trì, chương trình Trắc địa – Bản

đồ - Viễn thám do Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam chủ trì, cũng đã nhận được sự quan tâm và ưu ái cho nghiên cứu và phát triển công nghệ viễn thám

Vào năm 1993, Ủy ban nghiên cứu Vũ trụ Việt Nam ngừng hoạt động, các chương trình nghiên cứu viễn thám không còn quy mô lớn Quốc gia, nhưng các tổ chức nghiên cứu ứng dụng viễn thám vẫn tiếp tục hoạt động, duy trì phát triển theo các chuyên ngành chuyên sâu dưới góc độ các đề tài cấp Nhà nước, cấp Bộ và Cơ

sở hay nghiên cứu cơ bản về công nghệ Viễn Thám Tư liệu ảnh viễn thám của các

vệ tinh LANDSAT và SPOT vẫn được dùng để hiệu chỉnh,cập nhật thông tin các bản đồ địa hình ở Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường), bản

đồ rừng, bản đồ tài nguyên nước mặt, phân bố phù sa ở cửa sông

Ngoài ra ở các trường Đại học như Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội, Đại học Mỏ địa chất… cũng đã mở rộng chương trình đào tạo về ngành Viễn Thám và hệ thông tin địa lý (GIS)

Như vậy tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS ở Việt Nam đã có những bước đáng trân trọng Tuy vậy, nếu so với trình độ phát triển công nghệ viễn thám và GIS trên thế giới thì hiện nay Việt Nam đang bị tụt hậu khá xa:

- Khả năng tiếp cận các công nghệ mới về tư liệu viễn thám và GIS còn hạn chế Các ảnh vệ tinh phóng lên quỹ đạo ngày càng phong phú và đa dạng Trên các

vệ tinh mới có độ phân giải cao, đã thời gian ngày càng phong phú và đa dạng Trên các vệ tinh mới có độ phân giải cao, đa thời gian có gắn nhiều thiết bị bộ cảm biến thu nhận ảnh hiện đại, cả tạo ảnh và không tạo ảnh, thì phần lớn những ứng dụng viễn thám ở Việt Nam hiện nay vẫn chủ yếu xử lý ảnh số trên ảnh vệ tinh truyền thống

- Các tư liệu ảnh viễn thám SPOT, RADAR quen thuộc với độ phân giải cao, vẫn chưa có nghiên cứu đầy đủ cho các chức năng hiện có của chúng như khả năng lập thể của ảnh SPOT Đối với các loại ảnh mới MODIS, ở Việt Nam, việc ứng dụng trong nghiên cứu còn hạn chế, chưa nắm bắt hết được các kỹ thuật xử lý,

trong khi đó ảnh MODIS ở Hoa Kỳ đã sử dụng hiệu quả trong các nghiên cứu ứng dụng cả về môi trường khí quyển, hải dương và đất liền

Nguồn tư liệu viễn thám phong phú, đa dạng với độ phân giải cao đã đưa công nghệ viễn thám lên tầm cao mới trong nghiên cứu ứng dụng có hiệu quả và phát triển mạnh mẽ Công nghệ viễn thám và GIS đã đang và sẽ đóng góp có hiệu quả trong việc hiệu chỉnh và điều chế thông tin ảnh, xây dựng các bản đồ lớp phủ

bề mặt Trái đất bằng kỹ thuật công nghệ viễn thám nhanh chóng và độ tin cậy cao

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS

2.1 Các phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ rừng sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS

Điều tra biến động liên quan đến việc sử dụng một tập hợp dữ liệu đa thời gian để phân biệt các vùng có sự thay đổi lớp phủ rừng giữa các thời điểm thu nhận ảnh Trong điều kiện lý tưởng, các điều tra biến động nên dùng các tư liệu ảnh được thu cùng một bộ cảm, có cùng độ phân giải không gian, độ cao bay chụp, các băng phổ và cùng thời gian thu nhận trong ngày

Độ tin cậy của quá trình điều tra nghiên cứu biến động cũng bị ảnh hưởng nhiều bởi các nhân tố môi trường có thể thay đổi giữa các thời điểm thu nhận ảnh Cùng với hiệu ứng của khí quyển, những nhân tố như mực nước sông hồ, sóng triều, gió, hay độ ẩm của đất cũng rất quan trọng

2.1.1 Phương pháp so sánh sau phân loại (Post – Classification comparison methods)

Đây là phương pháp khá phổ biến để điều tra biến động với các ảnh thu nhận

ở các thời điểm khác nhau được phân loại độc lập (hình 2.1) Sau đó sử dụng một thuật toán để xác định các pixel thay đổi trong mỗi lớp Ngoài ra, có thể lập các số liệu thống kê và bản đồ biến động để nhấn mạnh bản chất của sự thay đổi giữa các thời điểm thu nhận ảnh Độ chính xác của những thuật toán này phụ thuộc vào độ chính xác của từng phân loại độc lập sử dụng trong phân tích Các sai số xuất hiện

ở mỗi lần phân loại ảnh sẽ bị lẫn trong quá trình điều tra biến động

PHÂN LOẠI LỚP PHỦ RỪNG

Hình 2.1: Sơ đồ so sánh sau phân loại

2.1.2 Phương pháp nhận biết các mẫu phổ (spectral pattern recognition)

Đây chính là phương pháp phân loại ảnh tổ hợp hai kênh của hai thời gian khác nhau

Hình 2.2: Phân loại ảnh tổ hợp của các kênh thời gian

Trong hình 2.2, một bước phân loại đã được thực hiện với ảnh có các kênh tương ứng của hai thời điểm thu nhận Theo cách này có thể tiến hành phân loại lớp phủ rừng trong ảnh tổ hợp Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào sự

khác biệt phổ giữa các lớp có thay đổi và không đổi Phạm vi và độ phức tạp của phân loại có thể khá lớn và nếu ta tận dụng mọi kênh phổ trong các ảnh thì có thể đảm bảo thông tin phân loại sẽ đầy đủ và chính xác hơn

2.1.3 Phương pháp phân tích thành phần chính (principal component analysis)

Đây là phương pháp phân loại được sử dụng để phân tích các tổ hợp ảnh đa thời gian với mục đích phân tích biến động Trong ảnh của các thời kỳ được tổ hợp trong một ảnh đa kênh chứa tất cả kênh ảnh ở các thời điểm thu nhận Một số thành phần chính không tương quan được tính ra từ tổ hợp ảnh đa thời gian này có thể liên quan tới các vùng biến động Nhược điểm của phương pháp này là khó giải đoán và khó xác định bản chất của sự thay đổi

2.1.4 Phương pháp tạo ảnh sai biệt đa thời gian

Đây là phương pháp khá phổ biến trong điều tra biến động Trong phương pháp này, chỉ đơn giản trừ các giá trị độ xám (digital number - DN) trong ảnh ở thời điểm này cho DN ở thời điểm khác Sai biệt trong vùng không thay đổi sẽ là rất nhỏ (≈ 0) và sai biệt trong vùng thay đổi sẽ là các giá trị khác 0 một số khá lớn (theo chiều dương hoặc âm) Nếu sử dụng ảnh 8 bit, thì khoảng giá trị có thể của ảnh sai biệt sẽ là -255 đến +255, nên khi tiến hành trừ các các giá trị độ xám người

ta thường cộng thêm một hằng số (thường là 255) để cho kết quả trình bày được đẹp hơn

từ mặt trời hay bóng

Khi thực hiện phép tính tỷ số ảnh hay sai biệt ảnh, người phân tích phải tìm

ra ngưỡng giữa biến động và không biến động trong tư liệu ảnh Điều này có thể được thực hiện khi ta lập một biểu đồ phân khối độ xám cho tư liệu ảnh tỷ số hay ảnh sai biệt và quan tâm đến các vùng thay đổi sẽ nằm ở phần cuối của sự phân bố Cần tính phương sai và kiểm tra thử nghiệm xem liệu cái ngưỡng đó có hợp lý hay chưa Nếu có sự lựa chọn ngưỡng hợp lý, có thể thấy ngay được các kết quả

Thay cho việc sử dụng các giá trị độ xám thô để làm các ảnh sai biệt hay ảnh

tỷ số, người ta thường phải hiệu chỉnh các ảnh hưởng của khí quyển và điều kiện chiếu sáng để chuyển các giá trị độ xám của ảnh sang các đại lượng vật lý như bức

xạ hay phản xạ Các ảnh có thể được chuẩn bị qua việc thực hiện các phép lọc không gian và các chuyển đổi như phân tích thành phần chính hoặc thành phần thực vật Cũng như vậy, có thể sử dụng các bước hồi quy tuyến tính để so sánh ảnh chụp ở hai thời điểm khác nhau Trong cách tiếp cận này, một mô hình hồi quy tuyến tính được sử dụng để dự đoán các giá trị ở thời điểm 2 dựa trên các giá trị ở thời điểm 1 Và người phân tích cũng phải tìm ra ngưỡng cho dự đoán các giá trị biến động có ích

2.1.6 Phương pháp phân tích vector thay đổi

Đây là một phương pháp điều tra biến động được mở rộng từ khái niệm ảnh sai biệt Hình 2.3 dưới đây thể hiện cơ sở của cách tiếp tận này theo hai chiều

Hình 2.3: Phân tích vector thay đổi

Pixel tương ứng trong hai kênh ảnh ở các thời gian khác nhau được chấm điểm như là năm 1 và năm 2… Vector nối các điểm này thể hiện cả cường độ và chiều hướng biến đổi phổ giữa các thời kỳ Một ngưỡng về cường độ có thể được thiết lập trên cơ sở các vùng được xác định là biến đổi, và chiều hướng của vector chính là thể hiện loại hình biến đổi

2.1.7 Phương pháp tính sai biệt chỉ số thực vật

Trong hai vùng sóng đỏ và cận hồng ngoại, thực vật màu xanh hấp thụ và phản xạ rất khác nhau Thực vật hấp thụ mạnh tia sáng màu đỏ và phản xạ lại các tia hồng ngoại Trên thế giới đã có rất nhiều công thức tính chỉ số thực vật khác nhau được phát triển dựa trên sự khác biệt này Trong nghiên cứu biến động, chỉ số thực vật của hai thời điểm được trừ cho nhau để tạo ra một kênh ảnh có chỉ số thực vật sai biệt Sau khi tính toán ảnh sai biệt, tiếp tục xác định vùng biến động bằng cách phân ngưỡng biến động Việc phân ngưỡng dựa theo giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của pixel trong ảnh sai biệt Ảnh sau khi phân ngưỡng là ảnh nhị phân,

A Vectơ biến đổi phổ

B Thay đổi ít

C Thay đổi (vd: phá rừng hay chia nhỏ thửa đất)

D Thay đổi (vd: Trồng rừng)

Ngưỡng quyết định Ngưỡng quyết định

Ngưỡng quyết định

Năm 1 Năm 1

Năm 1

Năm 2 Năm 2

Năm 2

tức là chỉ có giá trị 0 và 1 Gán giá trị 0 cho các vùng không biến động và giá trị 1 cho vùng biến động.

Hình 2.4: Đường cong thể hiện giá trị trung bình và ngưỡng xác định

biến động bằng 1 lần độ lệch chuẩn

2.2 Quy trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng, bản đồ biến động lớp phủ rừng bằng công nghệ viễn thám và GIS

2.2.1 Mục tiêu thực hiện

Để đạt được mục tiêu đề ra đề tài tập trung vào một số nội dung sau:

- Xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng trên cơ sở giải đoán ảnh vệ tinh

- Sử dụng công nghệ GIS và công nghệ viễn thám để xử lý bản đồ, kiểm tra, chỉnh lý bản đồ lớp phủ rừng, bản đồ biến động rừng

- Ứng dụng công nghệ GIS thành lập cơ sở dữ liệu theo dõi biến động diện tích lớp phủ rừng và đất rừng

- Đánh giá diễn biến diện tích rừng thông qua việc chồng xếp bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng

- Phân tích, đánh giá những biến động diện tích lớp phủ rừng

- Xây dựng được hệ thống cơ sở dữ liệu được tổ chức trong hệ thống, theo không gian và thời gian, đây là hệ thống mở có khả năng thường xuyên cập nhật đáp ứng được những nhu cầu cần thiết cho công tác quản lý tài nguyên rừng

- Kết quả theo dõi diễn biến rừng gồm:

 Bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng, bản đồ biến động rừng;

 Bảng tổng hợp diện tích các loại đất, loại rừng;

Giá trị trung bình 1

1

Không biến động

Không biến động

Biến động

Biến động

N

D

 Cơ sở dữ liệu diễn biến rừng được lưu trữ trên hệ thống máy tính

2.2.2 Qui trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng bằng ảnh viễn thám

Qui trình được thực hiện gồm 4 bước như sau:

Bước 1: Công tác chuẩn bị, thu thập tài liệu gồm:

- Tài liệu ảnh vệ tinh: là dữ liệu chính được sử dụng để giải đoán các nội dung chuyên môn của bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng;

- Tài liệu bản đồ: bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ hiện trạng rừng Các tư liệu bản đồ này được sử dụng để thành lập bản đồ nền và lấy thông tin bổ trợ cho quá trình chiết tách thông tin từ ảnh sau này;

- Xây dựng hệ thống chú giải phủ hợp với mục tiêu và tỷ lệ bản đồ;

- Số liệu thực địa: mẫu ảnh vệ tinh phục vụ công tác xử lý ảnh, các số liệu đo GPS phục vụ công tác nắn ảnh

Bước 2: Chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám

- Xây dựng ảnh tổ hợp màu và tăng cường chất lượng ảnh Mục đích của công việc này là nhằm tạo ra ảnh tổ hợp màu có chất lượng tốt nhất để phục vụ cho việc chọn mẫu và giải đoán ảnh được chính xác

- Chiết tách các thông tin lớp phủ rừng từ ảnh viễn thám được thực hiện bằng phương pháp xử lý số, bao gồm các bước như: Xây dựng bảng chú giải; Chọn mẫu giám định và tính toán các chỉ số thống kê vùng mẫu; Phân loại có giám định các đối tượng; Kiểm tra kết quả phân loại

Bước 3: Biên tập lớp thông tin hiện trạng lớp phủ rừng

Kết quả sau khi phân loại ảnh viễn thám vẫn ở dạng raster, do đó cần phải biên tập và chuyển đổi sang dạng vector theo các quy định của bản đồ Sau khi biên tập, dữ liệu bản đồ có thể được chuyển thành cơ sở dữ liệu để tiện cho công tác quản lý và phân tích dữ liệu sau này

Bước 4: Trình bày kết quả

Kết quả cuối cùng bao gồm cơ sở dữ liệu lớp phủ rừng, bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng

Thành lập BĐ nền

Khảo sát thực địa

Bình đồ ảnh vệ tinh

Lập mẫu khóa ảnhChọn vùng mẫu

Kiểm tra thực địaPhân loại tự động

Chuyển dạng Vector

Biên tập thành lập bản đồhiện trạng lớp phủ rừng

Lưu trữ và in kết quả

Xây dựng đề cương, lập thiết kế

kỹ thuật

Hình 2.5: Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng

bằng tư liệu viễn thám

2.2.3 Qui trình công nghệ thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng

Trong nghiên cứu biến động, việc lựa chọn phương pháp là rất quan trọng Trước tiên, chúng ta phải xác định được phương pháp phân loại ảnh mà ta sử dụng Sau đó cần xác định rõ yêu cầu nghiên cứu có cần biết chính xác thông tin về nguồn gốc của sự biến động hay không Từ đó có sự lựa chọn phương pháp thích hợp Tuy nhiên tất cả các nghiên cứu đều cho thấy rằng, các kết quả về biến động