Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn ven biển, khu vực thực nghiệm ở cửa ba lạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Trần Thị Trang ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN, KHU VỰC THỰC NGHIỆM

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

-

Trần Thị Trang

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN,

KHU VỰC THỰC NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT

Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

Mã số : 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHẠM MINH HẢI

Hà Nội – 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan

(i) Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi

(ii) Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác

(iii) Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Học viên

Trần Thị Trang

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình thực hiện cũng không tránh khỏi được những sai sót, hạn chế, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

HỌC VIÊN

Trần Thị Trang

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ĐNN : Đất ngập nước

GIS : Hệ thông tin địa lý

MLC : Phương pháp xác xuất cực đại, Maximum Likelihood NTTS : Nuôi trồng thủy sản

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Các đặc trưng khí hậu trung bình tháng và năm tại trạm Văn Lý, tỉnh

Nam Định từ năm 2009 – 2012 42

Bảng 3.2 Lịch thuỷ triều được tính theo lịch trăng (âm lịch) Chu kỳ con nước tính như sau: 43

Bảng 3.3: Đặc điểm rừng trang trồng khu vực nghiên cứu (tháng 10/2013) 46

Bảng 3.4 Diện tích, dân số và mật độ dân số các xã vùng đệm VQG Xuân Thủy 48

Bảng 3.5: Cơ cấu kinh tế trên địa bàn huyện Giao Thuỷ (Đơn vị: %) 48

Bảng 3.6: Tư liệu ảnh được sử dụng trong đề tài 50

Bảng 3.7: Thư viện mẫu dùng để chọn vùng mẫu phân loại ảnh 54

Bảng 3.8: Bảng ma trận sai số hiện trạng lớp phủ đất năm 1984 61

Bảng3.9: Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 1984 62 Bảng 3.10: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2001 63

Bảng3.11:Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 2001 63 Bảng 3.12: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2006 64

Bảng 3.13:Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 2006 64 Bảng 3.14: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2013 65

Bảng 3.15: Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 201365 Bảng 3.16: Hiện trạng sử dụng đất vùng cửa Ba Lạt năm 2003, 2007 (đơn vị: ha) 69

Bảng 3.17 Hiện trạng sử dụng đất năm 2010 vùng Cửa Ba Lạt, huyện Giao Thủy 70 Bảng 3.18 : Thống kê diện tích các kiểu hệ sinh thái ĐNN ở Ba Lạt theo các thời kỳ (ha) 72

Bảng 3.19: Biến động diện tích các Hệ sinh thái ĐNN khu vực Ba Lạt theo các thời kì 72

Bảng 3.20 Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 1984 – 2001 73

Bảng 3.21 Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 2001- 2006 77

Bảng 3.22 Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 2006-2013 80

Bảng 3.23 Bảng thống kê diện tích rừng ngập mặn mất đi và thêm mới qua các thời kì 83

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Biểu đồ phân bố rừng ngập mặn trên thế giới tính đến năm 2010 6

Hình 1.2 Ví dụ về một kết quả lập bản đồ RNM dựa trên phân loại ảnh SPOT 5 và TerraSAR-X cho tỉnh Cà Mau ở đồng bằng sông Cửu Long, năm 2010 10

Hình 2.1 Nguyên lý viễn thám vệ tinh 19

Hình 2.2 Đặc điểm phổ phản xạ của các nhóm đối tượng tự nhiên chính 22

Hình 2.3 Đặc trưng quang phổ và các yếu tố gây ảnh hưởng của loài Mắm và Đước khi đo bằng máy quang phổ thực địa ở tỉnh Cà Mau, Việt Nam (1/2010) 24 Hình 2.4: Mô hình tổ chức của GIS (Theo ESRI- 1984) 25

Hình 2.5 Đồ thị đặc trưng của thuật toán MLC 34

Hình 3.1 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 39

Hình 3.2.Thu hoạch ngao trong vùng đệm tại cửa Ba Lạt ở xã Giao Xuân 50

Hình 3.3: Ảnh tổ hợp màu khu vực nghiên cứu qua các thời kỳ 51

Hình 3.4: Công cụ phân loại Maximum Likelihood trên phần mềm Envi 53

Hình 3.5 Vùng mẫu phân loại 54

Hình 3.6: Giải thích nhiễu điểm ảnh ở kết quả phân loại 55

Hình 3.7: Chiết tách thủy văn trên ảnh vệ tinh Landsat 2013 56

Hình 3.8: Sơ đồ bố trí các điểm quan sát và lấy mẫu thực địa 57

Hình 3.9: Một số hình ảnh thực địa tại khu vực của Ba Lạt 58

Hình 3.10: Mẫu đánh giá độ chính xác 60

Hình 3.11: Công cụ chuyển đổi dữ liệu sang dạng Grid trên GIS 66

Hình 3.12: Hiện trạng lớp phủ rừng ngập mặn Ba Lạt qua các thời kì 67

Hình 3.13: Kiểm tra kết quả biến động rừng ngập mặn trên ENVI 68

Hình 3.14:.Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 1984 – 2001 73

Hình 3.15.Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng thêm mới thời kì 1984 – 2001( Đơn vị: ha) 74

Hình 3.16: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 2001 - 2006 76

Hình 3.17.Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng thêm mới thời kì 2001 – 2006( Đơn vị: ha) 77

Hình 3.18: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 2006 - 2013 79

Hình 3.19 Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng thêm mới thời kì 2006 – 2013( Đơn vị: ha) 80

Hình 3.20 Biểu đồ thể hiện sự biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực cửa Ba Lạt thời kì 1984-2013 83

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

7 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI 5

1.1 Khái niệm, vai trò của rừng ngập mặn 5

1.1.1 Khái niệm về rừng ngập mặn 5

1.1.2 Vai trò của hệ sinh thái rừng ngập mặn 5

1.2 Tình hình phân bố rừng ngập mặn trên thế giới và Việt Nam 6

1.2.1 Phân bố rừng ngập mặn trên thế giới 6

1.2.2 Phân bố rừng ngập mặn tại Việt Nam 7

1.3 Tổng quan về nghiên cứu hệ sinh thái RNM bằng viễn thám 8

1.3.1.Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình 8

1.3.2 Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao 11

1.3.3 Tổng quan về thành lập bản đồ rừng ngập mặn dựa trên dữ liệu ảnh Radar 13

1.4 Nhận xét chung 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN TRONG NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN 18

2.1 Những vấn đề chung về viễn thám 18

2.1.1 Định nghĩa viễn thám 18

2.1.2 Nguyên lý chung của viễn thám 19

2.1.3 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 20

2.1.4 Những đặc trưng để xác định RNM từ tư liệu viễn thám quang học 23

2.2 Những vấn đề chung về hệ thông tin địa lý (GIS) 25

2.2.1 Khái quát chung 25

2.2.2 Các chức năng của phần mềm GIS 27

2.2.3 GIS trong nghiên cứu biến động RNM 29

2.2.4 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nghiên cứu sự biến động diện tích rừng ngập mặn 30

2.3 Cơ sở khoa học của quy trình đánh giá biến động 33

2.4 Mô hình toán học của thuật toán phân loại xác suất cực đại (MLC) 34

2.5 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn 35

2.5.1 Sơ đồ quy trình chung thành lập bản đồ biến động của 3 thời kì 35

2.5.2 Sơ đồ cụ thể thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn trong từng thời kì 36

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN BA LẠT THỜI KÌ 1984 - 2013 38

3.1 Khái quát khu vực nghiên cứu 38

3.1.1.Điều kiện tự nhiên 38

3.1.1.1 Vị trí địa lý 38

3.1.1.2 Địa hình, địa mạo 40

3.1.1.3 Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn 41

3.1.1.4 Thổ nhưỡng 44

3.1.1.5 Hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng Ba Lạt 44

3.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 47

3.2 Tư liệu sử dụng cho đề tài 50

3.3 Các bước tiến hành 52

3.3.1 Cắt ảnh theo phạm vi nghiên cứu 52

3.3.2 Nắn chỉnh ảnh 52

3.3.3 Phân loại ảnh theo phương pháp xác suất cực đại Maximum Likelihood 53

3.3.4 Lọc nhiễu ảnh 55

3.3.5 Khảo sát thực địa 57

3.3.6 Đánh giá độ chính xác kết quả sau phân loại của các thời kỳ 58

3.3.7 Đánh giá biến động trên GIS 65

3.4 Phân tích biến động diện tích rừng ngập mặn qua các thời kì 68

3.4.1 Thời kì 1984 – 2001 72

3.4.2 Thời kì 2001 – 2006 76

3.4.3 Thời kì 2006 – 2013 79

3.4.4.Nhận xét chung 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có đường bờ biển dài trên 3.260 km và hầu hết có rừng ngập mặn(RNM) phát triển ở các mức độ khác nhau Rừng ngập mặn được đánh giá như bức tường xanh vững chắc bảo vệ bờ biển, đê biển, hạn chế xói lở và các tác hại của bão lụt Do vậy, rừng ngập mặn đóng một vai trò quan trọng đối với cuộc sống của hàng triệu người dân ven biển Việt Nam Trong trận sóng thần ở Nam Á (tháng 12 năm 2004) cho thấy, những nơi nào có RNM hay rừng ven biển tươi tốt thì những nơi đó tổn thất giảm bớt khá nhiều (nguồn: Sở tài nguyên tỉnh Khánh Hòa)

Do hiện trạng diện tích RNM hiện nay biến động khá nhanh và với quy mô ngày càng lớn, do vậy phát triển phương pháp đánh giá sự biến động và theo dõi tài nguyên RNM bằng sử dụng ảnh vệ tinh là nhiệm vụ có ý nghĩa khoa học và cấp thiết

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Tư liệu ảnh vệ tinh có khả năng thu nhận hình ảnh mặt đất một cách tức thời, liên tục trên phạm vi rộng, mang tính khách quan, được lặp lại theo chu kì, có độ chính xác cao

và đồng nhất ở mọi thời điểm Viễn thám được ứng dụng hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thành lập các bản đồ hiện trạng tài nguyên môi trường, phân tích

sự biến động đường bờ biển, theo dõi, giám sát hiện tượng ngập úng do bão lụt, cháy rừng, giám sát độ nhiễm mặn vùng đất ven biển, biến động đất rừng vv Do

đó, viễn thám đóng vai trò quan trọng đối với công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường, quy hoạch, bảo vệ môi trường phát triển bền vững

Sử dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS cho phép tạo nên một giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích biến động hiệu quả, đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ ra quyết định nhanh trên phạm vi rộng với giá thành thấp so với phương pháp truyền thống

Nằm trên vùng đất ngập nước cửa sông Hồng thuộc huyện Giao Thuỷ, tỉnh Nam Định và huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình, Cửa Ba Lạt là một trong những hệ

và phương Tây, cùng với tập quán nuôi trồng và khai thác nguồn lợi thủy sản từ hệ thống đầm tôm và vây rộng hàng nghìn hecta đã làm cho diện tích RNM bị suy thoái nghiêm trọng

Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: “Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn ven biển, khu vực thực nghiệm ở cửa Ba Lạt ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình

2 Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn, trên cơ sở đó phân tích sự biến động diện tích RNM và mối liên hệ biến

động diện tích với hoạt động sản xuất tại địa phương

Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- RNM ven biển

- Phản xạ phổ của RNM

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Phạm vi không gian: Ven cửa sông Ba Lạt

Phạm vi thời gian: Nghiên cứu biến động rừng ngập mặn trong thời kì từ năm 1984 đến năm 2013

Phạm vi khoa học: Luận văn đi sâu nghiên cứu đặc điểm quy trình công nghệ

xử lý ảnh viễn thám trong thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn trên cơ sở đó phân tích hiện trạng biến động đất rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu

3

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đánh giá biến động diện tích RNM bằng công nghệ viễn thám

- Khảo sát thực địa, đánh giá độ chính xác sau phân loại ảnh

- Thành lập các bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn của từng thời điểm, tổng hợp phân tích kết quả về phân bố cũng như xu thế biến động của chúng

- Nghiên cứu xây dựng quy trình thành lập bản đồ biến động diện tích RNM

- Phân tích xu thế biến động của RNM trong mối liên hệ với các hoạt động kinh tế xã hội tại địa phương

5 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng kết hợp phương pháp viễn thám với GIS và các tài liệu có liên quan Phương pháp viễn thám được sử dụng để xử lý các ảnh vệ tinh Landsat, Aster chụp vào các thời điểm khác nhau năm 1984, 2001, 2006 và 2013 Việc đánh giá biến động sau phân loại được tiến hành bằng cách sử dụng các điểm kiểm tra mặt đất và bản đồ địa hình của vùng nghiên cứu

Phương pháp khảo sát thực địa: Sử dụng máy ảnh có gắn GPS để chụp ảnh mẫu trong khi khảo sát thực địa Dữ liệu thực địa bao gồm các số liệu, ghi chép và ảnh chụp thực địa được nhập vào cơ sở dữ liệu trên nền bản đồ để đối sánh trong quá trình phân loại ảnh vệ tinh

Các dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn thông qua các cuộc tiếp xúc, trao đổi tham gia hội nghị, hội thảo khoa học, tìm kiếm trên mạng internet, trên thư viện

và các chuyến khảo sát thực địa

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Kết quả của đề tài góp phần bổ sung phương pháp luận

4

nghiên cứu nhằm hoàn thiện khả năng sử dụng ảnh viễn thám để đánh giá biến động diện tích RNM phục vụ việc quy hoạch, phát triển tài nguyên RNM của đất nước

Ý nghĩa thực tiễn: Quy trình công nghệ của đề tài được áp dụng để đánh giá

sự biến động diện tích RNM của nước ta nói chung và của khu vực cửa sông Ba Lạt nói riêng

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu Rừng ngập mặn trong nước và thế giới

Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp luận trong nghiên cứu rừng ngập mặn Chương 3: Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn, đánh giá kết quả biến động diện tích rừng ngập mặn tại cửa Ba Lạt thời

kì 1984 – 2013

Tài liệu tham khảo

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN

TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI 1.1 Khái niệm, vai trò của rừng ngập mặn

1.1.1 Khái niệm về rừng ngập mặn

Rừng ngập mặn là một loại rừng đặc biệt ở vùng cửa sông, ven biển của các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới Trong rừng ngập mặn chỉ có một số loài cây sống được đó là các cây thân gỗ, thân bụi được gọi là cây ngập mặn Cây ngập mặn sinh trưởng và phát triển tốt trên các bãi bùn lầy ngập nước biển, nước lợ có thủy triều lên xuống hàng ngày, khác với cây rừng trong đất liền và cây nông nghiệp chỉ sống

ở nơi có nước ngọt (Theo: Cục Bảo vệ môi trường, 2007)

1.1.2 Vai trò của hệ sinh thái rừng ngập mặn

Rừng ngập mặn có vai trò rất quan trọng bởi các lợi ích kinh tế cũng như môi trường Vai trò kinh tế :

Cung cấp các sản phẩm lâm nghiệp, các loài hải sản có giá trị kinh tế, lưu trữ nguồn gen

Vai trò điều hòa:

- Làm chậm dòng chảy và phát tán rộng

- Làm giảm mạnh độ cao của sóng khi triều cường

- Làm giảm thiệt hại do bão, sóng thần gây ra

- Hạn chế xâm nhập mặn và bảo vệ nước ngầm

- Hấp thụ CO2, giúp điều hòa khí hậu

- Lọc sinh học, làm giảm thiểu ô nhiễm

- Bảo vệ san hô, cỏ biển

1.2 Tình hình phân bố rừng ngập mặn trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Phân bố rừng ngập mặn trên thế giới

Ước tính Rừng ngập mặn trên thế giới còn tồn tại chiếm 12,3% diện tích bề mặt Trái Đất (tương đương khoảng 137.760 km2 ) vào năm 2010 và phân bố ở 118 quốc gia và vùng lãnh thổ

Trong đó: Châu Á chiếm 41%, tiếp theo là Châu Phi (21%), Bắc và Trung

Mỹ (15%), Châu Đại Dương (12%) và ở Nam Mỹ (11%) Tổng diện tích khoảng 11-18 triệu ha, khoảng 70 loài cây rừng ngập mặn trên thế giới có kích thước khác nhau, chiều cao từ 1,5 đến 50 m (năm 2010)(Theo: Trung tâm nghiên cứu quản lý và phát triển vùng duyên hải)

Hình 1.1 Biểu đồ phân bố rừng ngập mặn trên thế giới tính đến năm 2010

(Theo:Trung tâm nghiên cứu quản lý và phát triển vùng duyên hải)

7

1.2.2 Phân bố rừng ngập mặn tại Việt Nam

Việt Nam có 29 tỉnh thành phố có rừng và đất ngập mặn ven biển chạy suốt

từ Móng Cái đến Hà Tiên, chia thành 4 khu vực chính từ Bắc vào Nam:

Tính đến năm 2001, cả nước có khoảng trên 155.290 ha rừng ngập mặn, năm

2008 có khoảng 209.740 ha, trong đó Đồng bằng sông Cửu Long có 75.952 ha (chiếm 48,91%) (Nguồn: Chương 16- Rừng ngập mặn ở Việt Nam TS Viên Ngọc Nam – ĐHNL TPHCM)

Thái Bình, Nam Định thuộc phạm vi tam giác châu thổ sông Hồng, RNM rất hiếm, nguyên nhân chủ yếu do: lượng nước sông Hồng rất lớn, nên phạm vi diện tích nước hơi lợ rất rộng (0,5-5‰), không thích hợp với nhiều loài sinh vật cần độ mặn cao hơn Mặt khác, vùng này còn bị tác động của sóng, gió, bão rất mạnh, cây khó phát triển, nhưng nguyên nhân chính là quai đê lấn biển và phá rừng

Cây tiên phong ở đây là cỏ ngạn hoặc xen với cỏ gấu, cỏ gà, sau đến sú, vẹt,

ô rô và bần chua Hiện nay, nhân dân đang trồng thêm trang làm dải rừng chắn sóng bảo vệ đê biển

Ngày 20/9/1988, vùng đất ngập mặn Xuân Thủy là vùng đất ngập mặn đầu tiên của Việt Nam được ghi vào Công ước quốc tế bảo vệ đất ngập nước (Ramsar)

8

1.3 Tổng quan về nghiên cứu hệ sinh thái RNM bằng viễn thám

Trong suốt hơn hai thập kỷ, những thông tin viễn thám đã được sử dụng để giám sát về điều kiện và xu thế của RNM Tuy nhiên vì RNM rất khó phân định nên

ta có thể nhận biết được sự thay đổi qua nghiên cứu tư liệu ảnh

Để nghiên cứu sâu hơn đòi hỏi phải có những hoạt động đo đạc thực địa theo mẫu ngẫu nhiên để kiểm định và xác định kết quả phân loại ảnh Tuy nhiên, công tác thực địa thường gặp phải khó khăn khi không thể tiếp cận được những khu vực nằm giữa những khu RNM

1.3.1.Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình

Ảnh vệ tinh đóng một vai trò quan trọng trong việc lập bản đồ RNM trên các vùng địa lý rộng lớn Đã có trên 40 công trình nghiên cứu tại 16 quốc gia sử dụng

độ phân giải của ảnh để thành lập bản đồ RNM Sử dụng các bộ cảm khác nhau, với

số lượng và phương pháp khác nhau được áp dụng tại các vị trí của các điểm nghiên cứu Dữ liệu thường được sử dụng là các ảnh Landsat-5 TM và SPOT Ngoài ra, dữ liệu từ Landsat MSS, Landsat-7 ETM +, các vệ tinh cảm biến từ xa của Ấn Độ (IRS) 1C/1D Liss III, và vệ tinh ASTER đã được các nhà khoa học sử dụng

Ảnh có độ phân giải trung bình từ 15 đến 30m cung cấp thông tin trên bề mặt trái đất với quy mô trong khu vực và phục vụ cho nhiều ứng dụng Khoảng ba thập

kỷ qua, các nhà khoa học đã phát hiện và ứng dụng dữ liệu vệ tinh rất hiệu quả cho việc phát hiện biến động Phát hiện biến động là một công cụ, một biện pháp mạnh

mẽ để giám sát các xu hướng trong các hệ sinh thái RNM Nó cho phép đánh giá những xu hướng thay đổi trong một thời gian dài cũng như xác định các thay đổi đột ngột do thiên nhiên hoặc con người gây ra (ví dụ, sóng thần phá hủy hoặc chuyển đổi cơ cấu sản xuất nông nghiệp sang nuôi tôm) Sự phân bố, điều kiện, và

sự tăng/giảm áp dụng trong sự phát hiện biến động của RNM Nghiên cứu của Aschbacher và cộng sự (1927) đã đánh giá tình trạng sinh thái của RNM theo độ tuổi, mật độ, và các loài trong vịnh Phangnga, Thái Lan Trong một môi trường

9

tương tự, Thu và Populus (1991) đã đánh giá tình trạng và sự thay đổi của RNM ở tỉnh Trà Vinh và đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam từ năm 1965 đến năm 2001 Rasolofoharinoro và cộng sự (1977) là người đầu tiên đã làm các bản đồ đánh giá

hệ sinh thái ngập mặn ở Vịnh Mahajamba, Madagascar dựa trên ảnh vệ tinh SPOT Gang và Agatsiva (1942) sử dụng thành công giải thích trực quan cho ảnh SPOT

XS ở Mida Creek, Kenya để lập bản đồ mức độ và trạng thái RNM, trong khi Wang

và cộng sự (1998) đã sử dụng ảnh Landsat TM 1990 và 2000 Landsat-7 ETM+ xác định được những thay đổi trong khu vực phân bố và tổng diện tích RNM dọc theo

bờ biển Tanzania Conchedda và cộng sự (1934) đã lập được bản đồ hiện trạng sử dụng đất trong hệ sinh thái ngập mặn nằm ở Casamance, Senegal bằng cách áp dụng các ảnh SPOT XS từ năm 1986 và 2006

Mật độ RNM bị ảnh hưởng bởi yếu tố tự nhiên, cũng như con người, như nuôi trồng thủy sản và mật độ xuất hiện Tong và cộng sự (1992) đã đánh giá tác động của nuôi tôm, nuôi trồng thủy sản trên các hệ sinh thái ngập mặn ở đồng bằng sông Cửu Long bằng cách sử dụng những ảnh SPOT từ năm 1995 và 2001 Họ đã xác định năm lớp cảnh quan sinh thái khác nhau nhưng gặp khó khăn trong việc áp dụng cùng một phương pháp trong một khu vực nghiên cứu khác cách đó vài trăm cây số

Nghiên cứu của Sirikulchayanon và cộng sự (1987) đã đánh giá tác động của sóng thần năm 2004 về thảm thực vật RNM tại vịnh Phangnga, Thái Lan liên quan đến chức năng của RNM như là rào cản sóng Một số dữ liệu từ Landsat-7 ETM+ cung cấp dữ liệu trước khi tác động, trong khi Landsat TM cung cấp dữ liệu tương

tự sau khi sóng thần (ngày 30/12/2004) Họ đã đề xuất cách tiếp cận "cung cấp một phương tiện đáng tin cậy hơn và chính xác hơn phương pháp thông thường để đánh giá các mô hình không gian của các khu vực bị tàn phá thông qua đặc điểm đất khác nhau dọc theo bờ biển" Có thiệt hại lớn (là thay đổi 26,87%) tới lớp phủ đất trong khu vực nghiên cứu của họ, trong tất cả bốn tiểu vùng, trong những điểm địa lý với

độ phủ của RNM thấp sát với bờ biển, trong khi ít thiệt hại (chỉ thay đổi 2,77%) đã được thể hiện rõ ràng trong các vùng với độ phủ của RNM cao Theo các nhà điều

10

tra, một vành đai RNM với 1.000 -1.500 m, song song với bờ biển, sẽ là tối ưu để làm suy yếu tác động tàn phá của sóng thần trong khu vực nội địa

Hình 1.2 Ví dụ về một kết quả lập bản đồ RNM dựa trên phân loại ảnh SPOT 5 và

TerraSAR-X cho tỉnh Cà Mau ở đồng bằng sông Cửu Long, năm 2010

(Nguồn: Phạm Việt Hòa, Luận án tiến sĩ khoa học năm 2012, trường ĐH Mỏ địa chất)

Ngược lại, một kết quả thành công của việc phục hồi và tình trạng tái trồng rừng trên các khu vực bị suy thoái đã được giám sát bởi Selvam và cộng sự (1981)

Họ đã sử dụng ảnh Landsat TM và vệ tinh viễn thám IRS 1D Liss III của Ấn Độ trong năm 1986 và năm 2002, khảo sát các vùng đất ngập mặn Pichavaram ở Ấn

Độ Phát hiện của họ chỉ ra rằng diện tích RNM tăng lên khoảng 90% so với khoảng thời gian 15 năm, mà chủ yếu là do sự kết hợp trên cơ sở khoa học, dựa vào cộng đồng dân cư địa phương và được hỗ trợ của Chính phủ Tamil Nadu, cũng như các cộng đồng người sử dụng RNM

Công nghệ viễn thám đã hỗ trợ địa phương bảo tồn và tìm thấy mối quan hệ tăng trưởng, từ đó lập kế hoạch và nhiệm vụ khôi phục RNM Seto và Fragkias (1982) trình bày một phương pháp để theo dõi có hệ thống trong bối cảnh của Công ước Ramsar về Đất ngập nước Họ đã phân tích một loạt ảnh đa thời gian Landsat MSS và TM của đồng bằng sông Hồng, Việt Nam từ năm 1975 - 2002, tính toán mức độ ngập mặn, mật độ, mức độ nuôi trồng thủy sản, và phân mảng cảnh quan để đánh giá điều kiện đất như là một hàm của thời gian

Dựa trên kết quả của đặc tính phân loại mạng lưới thần kinh nhân tạo của số

11

lượng phân mảnh cảnh quan - mẫu số liệu, người ta đã tính toán kích thước của từng thửa, mật độ thửa, phân mảnh, và mô hình cách ly, đã được tính toán Phát hiện của họ chỉ ra rằng Công ước Ramsar không thể giảm phát triển nuôi trồng thuỷ sản, nhưng tổng số diện tích RNM vẫn không thay đổi, điều đó là kết quả của những

nỗ lực tái trồng rừng rộng lớn

Năm 2007-2008, Viện Địa lý - Viện Khoa học Việt Nam đã chủ trì đề tài

“Đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn ven bờ biển bằng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý” do TS Trương Thị Hòa Bình làm chủ nhiệm Nhóm nghiên cứu đã sử dụng ảnh SPOT đa thời gian để đánh giá biến động RNM ở Cần Giờ, sử dụng chỉ số Đất - Thực vật - Nước để tiến hành phân loại và đánh giá biến động diện tích qua các thời kỳ

Phan Phú Bồng (1989) và Phan Nguyên Hồng (1993) cũng đã sử dụng tư liệu viễn thám để nghiên cứu về RNM nhưng mới dừng lại ở mức độ tính diện tích và vị trí phân bố RNM bằng phương pháp giải đoán bằng mắt

1.3.2 Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao

Năm 1999 vệ tinh IKONOS-2 ra đời và năm 2001 vệ tinh QuickBird đã cho

ra một thế hệ mới của bộ cảm biến độ phân giải cao để quan sát trái đất Điều này

mở ra cơ hội mới cho việc lập bản đồ RNM, tăng sự khác biệt giữa các kiểu dáng của RNM và tập hợp các loài khác Một số ít nghiên cứu sử dụng ảnh độ phân giải cao để điều tra hệ sinh thái RNM:

 Không gian phân phối và chính sách của nhà nước hiện nay;

 Lựa chọn loài;

 Đánh giá sinh khối;

 Đánh giá các chỉ số thực vật;

 Phát hiện biến động;

 Đánh giá vai trò RNM trong bảo vệ bờ biển

Những điều tra về RNM được công bố trên các trang web ở Ấn Độ, Đài Loan, Sri Lanka, Malaysia, Kenya, Ai Cập, Guiana thuộc Pháp, Panama, Belize,

12

Mexico, và Texas

Một số phương pháp giải đoán và kỹ thuật xử lý đã được sử dụng, bao gồm: dựa trên các điểm ảnh, dựa trên đối tượng, dựa trên phân lớp tuyến tính, và phân tích mạng lưới thần kinh Olwig và cộng sự (1967) đã đánh giá vai trò quan trọng của việc bảo vệ thảm thực vật thân gỗ ven biển chống lại sóng thần ngày 24/12/2004 dựa trên giải đoán bằng mắt ảnh IKONOS và QuickBird chụp tại vùng Tamil Nadu, Ấn Độ Họ kết luận, RNM là hàng rào chắn gió chắc chắn ven biển để bảo vệ chống lại sóng thần

Mục đích của việc sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao là để xác định mức

độ loài liên quan đến điều kiện khác nhau đối với vị trí của chúng Nó vô cùng quan trọng trong việc đánh giá sự đa dạng của chức năng hệ sinh thái, các quy trình, và các mối quan hệ liên quan đến loài hoặc tập hợp loài để hiểu rõ hơn lịch sử của sự phát triển RNM, sự đa dạng và dự đoán phát triển trong tương lai

Để kiểm chứng các ứng dụng của ảnh IKONOS cho bản đồ RNM trên các tập hợp và mức độ loài, Dahdouh-Guebas và cộng sự (1936) đã tính toán các loại tổ hợp hình ảnh khác nhau (tổ hợp màu giả và thật có độ phân giải 4m, tổ hợp màu giả 1m) và biến đổi (chuyển đổi Tasselled Cap, PCA), sau đó đã sử dụng các thuật toán phân loại không kiểm định (thuật toán ISODATA) cũng như có kiểm định (hình khối lục diện phân loại, khoảng cách tối thiểu, phân loại Bayesian) Kết quả được so sánh với kết quả số hóa đã đạt được bằng cách giải đoán bằng mắt So với các cách tiếp cận khác (1937), cách tăng thêm màu giả kết hợp chặt chẽ chất lượng thông tin lớn nhất, phương pháp này tạo ra một mức độ cao của chi tiết không gian, kết cấu

và cấu trúc Kết hợp với giải đoán ảnh bằng mắt và thông tin ngoài thực địa, phương pháp này cho phép phân loại tốt nhất tập hợp các loài ngập mặn và thậm chí phân biệt giữa hai loài ngập mặn thuộc cùng một chi (Rhizophora apiculata và R mucronata) trong Pambala, Sri Lanka

Lợi ích của việc sử dụng ảnh độ phân giải không gian cao là sự đa dạng ngày càng tăng và độ mịn của các cấu trúc kết cấu Kết quả phân loại MLC từ ảnh IKONOS chứng minh khả năng phân loại quang phổ tốt hơn của các loài ngập mặn

13

so với các phân tích dựa trên dữ liệu QuickBird

Như đã đề cập ở trên, so với việc sử dụng ảnh có độ phân giải cao thì việc giải đoán ảnh bằng mắt để lập bản đồ RNM chi tiết ở cấp độ loài sẽ tốt hơn Để cho phép phân biệt ở cấp độ loài, thì lĩnh vực thông tin chi tiết về điều kiện môi trường sống và đặc điểm thực vật của RNM hiện có lại là một điều kiện tiên quyết cơ bản

1.3.3 Tổng quan về thành lập bản đồ rừng ngập mặn dựa trên dữ liệu ảnh Radar

Dùng ảnh radar để nghiên cứu biến động RNM rất có ưu thế bởi vì ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có mây bao phủ liên tục nên ảnh radar là một lựa chọn thích hợp hơn so với dữ liệu viễn thám quang học Radar cung cấp dữ liệu thông tin hữu ích cho việc mô tả mức độ che phủ bề mặt ngập mặn, cấu trúc, thông

số, ranh giới lũ lụt, tình trạng phát triển Các nghiên cứu được thực hiện tại địa điểm khác nhau ở các nước khác nhau dựa trên dữ liệu radar khác nhau (Mexico: RADARSAT-1 SAR; Mexico:ENVISAT ASAR; Thái Lan: JERS-1…)

Một số điều tra đã được tiến hành để kiểm tra và mô tả các hiệu ứng và các mối quan hệ giữa các tán RNM, kiểu rừng, và các phản ứng tán xạ ngược của hệ thống SAR, minh họa bằng các NASA/JPL không khí hệ thống (AIRSAR) SAR ở tần số khác nhau (kênh C, L, P) và chế độ phân cực (HH, VV, HV)

Để nâng cao sự hiểu biết về các cơ chế chi phối giữa các chùm tia tỷ lệ và cơ cấu tán RNM, công tác nghiên cứu lý thuyết cơ bản và thực nghiệm tập trung vào RNM ở Guiana thuộc Pháp và bao gồm cả các phép đo trong phòng thí nghiệm và

mô hình mô phỏng, được Mougin (1963), Proisy (1972,1973) và cộng sự thực hiện Vùng nghiên cứu đã lựa chọn đòi hỏi một ô tối ưu của RNM kín, so sánh ba loài chính ở ba vùng phát triển khác nhau: giai đoạn khai phá dày đặc đồng nhất của RNM xám, vị trí trưởng thành bị ảnh hưởng bởi mắm trắng, và vị trí dễ bị tổn thương, hỗn tạp giữa mắm đỏ và trắng

Lucas và cộng sự (1958) đã tìm thấy mối tương quan lớn nhất cho các thông

số cấu trúc rừng bằng cách áp dụng dữ liệu C-VV và C-HH trên một trang web của

Úc, trong trang Guiana của Pháp, tương quan lớn nhất được tìm thấy với sự phân cực chéo bằng cách sử dụng dữ liệu C-VV

14

Quan hệ giữa cấu trúc đứng và phản ứng tán xạ được Proisy (1972, 1973), Lucas (1958) và cộng sự mô tả, bao gồm sự hoàn thiện không đồng nhất, trống, tàn, hoặc sự tái sinh Những giá trị này cho thấy một tín hiệu tán xạ tăng vì mức độ biến đổi cấu trúc Chi phối nhất là khối lượng phân tán trong kênh C và sự phục hồi tác động tới kênh L Những thay đổi cấu trúc rừng, chẳng hạn như sự chuyển đổi đồng nhất từ một giai đoạn đầu đến một giai đoạn trưởng thành hơn không đồng nhất với sinh khối lớn hơn, được đi kèm với sự gia tăng khối lượng tán xạ trong băng tần L

và C do sự thay đổi cấu trúc trong lá và kích thước nhánh (1971,1972) Đồng nhất

về chiều cao gần giống và mật độ RNM khác nhau không thể phân biệt được ở cấp

độ loài (1946)

Kết quả thu được với dữ liệu ALOS PALSAR (ra mắt vào 1/2006) để lập bản

đồ rừng ngập mặn đã được sử dụng lặp đi lặp lại, thêm vào đó là một ứng dụng JERS-SAR và AIRSAR kênh L ở phía Tây sông Alligator (1960) Kết quả có thể so sánh với những người trước đây của Lucas và cộng sự (1958), Proisy và cộng sự (1971) đã chỉ ra rằng thành lập bản đồ hiệu quả nhất với RNM nơi mà biên giới không có rừng và những nơi có sự khác biệt về cấu trúc, như chức năng của các loài, giai đoạn tăng trưởng, sự phân bố sinh khối, xảy ra giữa các vùng Họ thấy rằng bằng cách sử dụng SAR kênh L, sinh khối có thể được lấy lên đến 100-140 Mg/ha, mặc dù sự phục hồi rất phức tạp do giảm đáng kể hệ số tán xạ ở kênh L trong phạm vi sinh khối cao hơn (> 200 Mg/ha), đặc biệt những loài có hệ thống rễ chùm lớn chống đỡ

Cấu trúc mái vòm và cấu trúc đứng cùng với bề mặt cơ bản của nước hoặc đất và rễ, là yếu tố quyết định tính chất của phản ứng tán xạ Bề mặt rất thô trong mùa khô hoặc thủy triều thấp với mặt đất không bị ngập lụt, khi các tầng đất dưới chỉ chứa một lượng tối thiểu của nước và hệ thống rễ tiếp xúc phức tạp

Vì vậy, khối lượng phân tán chiếm ưu thế trong kênh L (HH) Trong mùa mưa hoặc ở giai đoạn ngập lụt, nước xâm nhập tạo ra một bề mặt mịn, và phản chiếu các dữ liệu phân tán chiếm ưu thế Khi sự cố sóng radar xuyên qua tán và tương tác với bề mặt nước và các thành phần cơ bản của rừng, độ lớn của tín hiệu

15

thu được có thể được khuếch đại bởi một nhân tố của 30-10 dB Sự tương tác rõ nét hơn ở góc tới nhỏ hơn và hơi lớn hơn khối lượng tán xạ tán Khối lượng tán xạ chiếm ưu thế ở góc tới lớn hơn

Các loại điều tra đã được tiến hành với việc tích hợp dữ liệu radar và ảnh viễn thám quang học Hỗ trợ thông tin về cấu trúc và thành phần có nguồn gốc từ các tín hiệu tán xạ radar và thông tin các phản xạ từ ảnh quang học có triển vọng nhất cho các ứng dụng lập bản đồ thảm thực vật Aschbacher và cộng sự (1927)đã

sử dụng dữ liệu ERS-1 SAR bổ sung cho việc phân loại trước đây được thực hiện cho dữ liệu SPOT

1.4 Nhận xét chung

Rất nhiều nghiên cứu về thành lập bản đồ dựa trên ảnh viễn thám đã được công bố trong hai thập kỷ qua Họ đã chia thành 5 loại tư liệu viễn thám: ảnh hàng không, ảnh quang học có độ phân giải trung bình, ảnh quang học có độ phân giải cao, siêu phổ, và ảnh radar Việc lựa chọn các bộ cảm thích hợp phụ thuộc chủ yếu vào mục đích của điều tra, vào tỷ lệ bản đồ, vào mức độ phân loại đạt yêu cầu, mức

độ đảm bảo về khung thời gian, đặc điểm đặc biệt của các vùng địa lý Mặc dù ảnh hàng không và ảnh đa phổ độ phân giải cao, ảnh siêu phổ, và các dữ liệu radar một phần cung cấp thông tin với các chi tiết không gian cao, phù hợp cho việc phát hiện những thay đổi nhỏ trong thành phần loài và phân phối, mức độ ngập lụt dưới tán, tình trạng phát triển, mô hình tăng trưởng… là điều quan trọng nhất cho các cơ quan địa phương hoặc khu vực chịu trách nhiệm về bảo vệ và quản lý RNM

Nhưng một số cơ quan quốc gia lại quan tâm hơn đến các thông tin tổng quan cập nhật trên quy mô khu vực toàn quốc hoặc thậm chí đối với quy hoạch không gian của họ và lập kế hoạch nhiệm vụ bảo tồn, và những báo cáo về tình trạng và xu hướng phát triển

Những lợi thế của việc sử dụng ảnh có độ phân giải trung bình là: cung cấp

độ phủ thích hợp, thông tin chi tiết và giá thành hợp lý Ngược lại với dữ liệu độ phân giải trung bình, ảnh độ phân giải cao có giá thành đắt Điều này đòi hỏi phải xem xét cẩn thận lý do để áp dụng bộ dữ liệu đó

16

Một điểm nữa liên quan đến khả năng của dữ liệu, vì những dữ liệu này được thu thập theo các khu vực được xác định rõ đặc điểm theo mối quan tâm của khách hàng Mumby và cộng sự (1964) chỉ ra rằng, ví dụ, các nghiên cứu bằng dữ liệu IKONOS sẽ đảm bảo được hiệu quả về chi phí: lĩnh vực dữ liệu rộng lớn và chi tiết

có sẵn, các khu vực quan tâm phải nhỏ hơn 500 km2 (chỉ có 22 × 22 km), và giám sát môi trường sống của các động lực được yêu cầu ở một quy mô nhỏ hơn 10m Các lựa chọn ứng dụng, bộ cảm sẵn có, và phương pháp xử lý được sử dụng/thực hiện trên toàn cầu với các hệ sinh thái khác nhau là rất lớn Các số lượng lớn các thông số liên quan dẫn đến những khó khăn lớn trong so sánh dữ liệu, các phương pháp, và kết quả Một số tiêu chuẩn được chấp nhận hoặc các định nghĩa có thể là hữu ích để đơn giản hóa các phương pháp áp dụng để lập bản đồ RNM và để cho phép so sánh tốt hơn Tiêu chuẩn như vậy có thể sẽ tạo điều kiện cho sự hiểu biết tốt hơn về quy trình hệ sinh thái và đánh giá các kỹ thuật điều tra trong một bối cảnh toàn cầu

Chương này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về các nghiên cứu thành lập bản đồ RNM bằng công nghệ viễn thám thực hiện trong hai thập kỷ qua

và bao gồm cả các nghiên cứu ở những vùng khác nhau trên thế giới sử dụng dữ liệu bộ cảm khác nhau, với nghiên cứu trọng điểm khác nhau, và sử dụng ảnh khác nhau Hơn 100 nghiên cứu được công bố trong hai thập kỷ qua đều tập trung vào việc lập bản đồ RNM dựa trên viễn thám; số lượng nghiên cứu đã phản ánh sự quan tâm đến chủ đề phát triển khoa học Phần lớn các nghiên cứu được tiến hành ở châu

Á (Bangladesh, Ấn Độ, Thái Lan, Việt Nam, Sri Lanka, Đài Loan và Malaysia), theo sau là Úc (bao gồm cả New Zealand); Bắc, Trung và Nam Mỹ (Florida, Texas, Mexico, Brazil, Panama, Guiana thuộc Pháp, British West Indies, và Belize); và châu Phi (Gabon, Kenya, Tanzania, Senegal và Madagascar)

Qua đó giúp chúng ta thấy được vai trò rất quan trọng của tư liệu viễn thám trong nghiên cứu RNM Tuy nhiên, mỗi loại ảnh viễn thám có nhưng ưu và nhược điểm khác nhau trong nghiên cứu RNM Dữ liệu TM và vệ tinh SPOT đã được sử dụng rộng rãi, dữ liệu Landsat MSS, ETM +, IRS, và ASTER cũng đã được phân tích

17

Ảnh có độ phân giải trung bình là phù hợp nhất cho các ứng dụng thành lập bản đồ RNM Giải đoán bằng mắt dựa trên số hóa trên màn hình, cũng như các phương pháp phân loại dựa trên điểm ảnh là những phương pháp áp dụng thường xuyên nhất Các thuật toán phân loại xác suất cực đại đã được chứng tỏ là một phân loại đặc biệt hữu ích và mạnh mẽ Một số các nhà điều tra đã sử dụng các kỹ thuật phân loại kết hợp với cách tiếp cận dựa trên điểm ảnh và đối tượng Điều này cho thấy, lập bản đồ hệ sinh thái ngập mặn là một nhiệm vụ thiên về phân tích tương tác cao

Kỹ thuật phân loại ảnh độ phân giải thấp là khả quan cho việc lập bản đồ các

hệ sinh thái (tuy nhiên, thường không ở cấp độ loài), giám sát sự thay đổi ở quy mô lớn, phân tích các mối quan hệ môi trường khu vực, và đánh giá các điều kiện của RNM (sức sống, tuổi tác, mật độ, vv) Số lượng RNM trên toàn cầu bị mất được biết đến từ việc phân tích các dữ liệu có độ phân giải trung bình

Ở Việt Nam, những công trình nghiên cứu về RNM chưa đi sâu vào nghiên cứu nguyên nhân làm biến động diện tích RNM cũng như ảnh hưởng của sự biến động này đối với môi trường xung quanh và khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong việc đánh giá hiện trạng hay sự biến động theo thời gian của diện tích RNM

Xuất phát từ tình hình chung về nghiên cứu RNM trên thế giới và ở Việt Nam, tác giả đã tiến hành nghiên cứu biến động diện tích RNM bằng việc tích hợp các tư liệu viễn thám và GIS phân loại trên tư liệu ảnh viễn thám bằng thuật toán MLC

18

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN TRONG NGHIÊN

CỨU RỪNG NGẬP MẶN 2.1 Những vấn đề chung về viễn thám

2.1.1 Định nghĩa viễn thám

Viễn thám được hiểu là một khoa học và công nghệ để thu nhận thông tin 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 tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu (Nguồn:Cơ sở viễn thám, Nguyễn Ngọc Thạch, NXB Nông nghiệp năm 2005)

Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định

nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh “viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các

thông tin về đối tượng, hiện tượng trên trái đất” Dưới đây là định nghĩa của

D.A.Land Grete, 1978 về viễn thám:

“Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ một khoảng cách xa vật không cần tiếp xúc với nó Năng lượng được đo trong các

hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm”

Hầu hết các đối tượng tự nhiên đều hấp thụ, phản xạ hay bức xạ sóng điện từ với cường độ và theo những cách khác nhau Các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ Thông tin thu được trong viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng, nên việc nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc khai thác, ứng dụng có hiệu quả các thông tin thu được 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

Viễn thám được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau như quân

sự, địa chất, địa lý, khí tượng, thủy văn, môi trường, nông nghiệp…

19

2.1.2 Nguyên lý chung của viễn thám

Cơ sở tư liệu của viễn thám là sóng điện từ được phát xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, các đối tượng trên bề mặt trái đất Sóng điện từ có 4 tính chất cơ bản: bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phân cực Mỗi một thuộc tính cơ bản này sẽ phản ánh nội dung thông tin khác nhau của vật thể, phụ thuộc vào thành phần vật chất và cấu trúc của chúng, làm cho mỗi đối tượng được xác định và nhận biết một cách duy nhất Sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể trên bề mặt trái đất sẽ được thu nhận bằng các hệ thống thu ảnh gọi là bộ cảm (sensor) Các bộ cảm được lắp đặt trên các phương tiện (platform) kinh khí cầu, máy bay hoặc vệ tinh Xử lý, phân tích, giải đoán (interpretation) các tấm ảnh viễn thám sẽ cho ra các thông tin

về đối tượng cần nghiên cứu

Hệ thống viễn thám thường bao gồm 7 phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau

Hình 2.1 Nguyên lý viễn thám vệ tinh

(Nguồn: Nguyễn Ngọc Thạch , 1997, Viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.)

Theo trình tự hoạt động của hệ thống, chúng ta có:

- Nguồn năng lượng (A): Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp năng lượng tới đối tượng

- Những tia phát xạ và khí quyển (B) : Vì năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng nên sẽ phải tương tác với vùng khí quyển nơi năng lượng đi qua Sự

- Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm (D): Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng

- Sự truyền tải, thu nhận và xử lý (E): Năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận – xử lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh, ảnh này chính là dữ liệu thô

- Giải đoán và phân tích ảnh (F): ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng được Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào Công đoạn để có thể nhận biết này gọi là giải đoán ảnh

- Ứng dụng (G): Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, được thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ hơn

về đối tượng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã có… nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể

2.1.3 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Các đối tượng tự nhiên bao gồm tất cả các đối tượng thuộc lớp phủ bề mặt Trái Đất, các đối tượng tự nhiên trên mặt đất rất đa dạng và phức tạp Đặc tính phản

xạ phổ của các nhóm đối tượng phụ thuộc vào các bước sóng và thường chia ra làm

3 nhóm đối tượng chính:

- Nhóm lớp phủ thực vật

- Nhóm đối tượng đất

- Nhóm đối tượng nước

Trong các nhóm chính lại có thể chia ra thành các nhóm nhỏ hơn, tùy theo

21

mức độ yêu cầu nghiên cứu Ví dụ: trong nhóm đối tượng thực vật có thể chia ra nhóm thực vật tự nhiên và nhân tác; trong nhóm thực vật tự nhiên lại có thể chia ra thành rừng lá rộng, rừng lá kim hay rừng hỗn giao tre nứa và cây lá rộng, rừng ngập mặn Còn trong nhóm thực vật nhân tác lại chia ra làm nhóm cây nông nghiệp (lúa, ngô, khoai…), nhóm cây công nghiệp (chè, cao su, cà phê…)

Trong nhóm đất có thể chia ra theo mục đích sử dụng: đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất ở (thành phố, làng mạc), đất trống (bãi cát, núi đá),… và có thể chia

ra theo nguồn gốc phát sinh: đất feralit, đất bazan, đất bồi aluvi…vv

Nhóm nước chia ra nhóm nước lục địa (sông suối, ao hồ) và nước biển (ven

bờ và xa bờ) Ngoài ra trong các nhóm thuần túy còn có các nhóm hỗn hợp Ví dụ, nhóm đất hỗn hợp của các đối tượng như trong khu dân cư ngoài đất xây dựng còn

có đất trồng cây xanh, công viên…vv

Chính vì vậy, phổ phản xạ của các đối tượng thu nhận được trên các tư liệu viễn thám thường có sự thay đổi nhất định so với phổ phản xạ của chúng trong điều kiện lý tưởng (thuần nhất chỉ có một đối tượng) Hơn nữa, do các bộ cảm vệ tinh được chế tạo để thu nhận thông tin bằng phản xạ ở các dải tần số khác nhau, nên thông tin nhận được của cùng một đối tượng trên các tư liệu viễn thám cũng sẽ khác nhau

Chính vì thế, khi nghiên cứu phổ phản xạ của các đối tượng cần lưu ý và làm

rõ hai vấn đề:

- Cơ chế phản xạ phổ của các nhóm đối tượng

- Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng thu nhận được trên một loại tư liệu viễn thám cụ thể (LANDSAT, SPOT hoặc MODIS, …)

Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt trái đất là thông tin quan trọng nhất trong viễn thám 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 đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng hiệu quả phương pháp viễn thám

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả giải đoán các thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết mối tương quan giữa các đặc trưng phản xạ phổ với bản chất và

Khả năng phản xạ phổ của đối tượng phụ thuộc vào bản chất của đối tượng, phụ thuộc vào trạng thái và độ nhẵn bề mặt của đối tượng, phụ thuộc vào màu sắc của đối tượng, phụ thuộc vào độ cao mặt trời trên đường chân trời và hướng chiếu sáng Khả năng phản xạ phổ của đối tượng được chụp ảnh còn phụ thuộc vào trạng thái khí quyển và các mùa trong năm

Đồ thị phản xạ phổ được xây dựng với chức năng là một hàm số của giá trị phổ phản xạ và bước sóng, gọi là đường cong phổ phản xạ Hình dáng của đường cong phổ phản xạ cho biết một cách tương đối rõ ràng tính chất phổ của một đối tượng và hình dạng đường cong phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn các dải sóng

mà ở đó thiết bị viễn thám có thể ghi nhận được các tín hiệu phổ

Hình 2.2 Đặc điểm phổ phản xạ của các nhóm đối tượng tự nhiên chính

(Nguồn: Cơ sở viễn thám, Nguyễn Ngọc Thạch, NXB Nông nghiệp năm 2005)

Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của các đối tượng Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tượng khác nhau, của một nhóm đối tượng cũng rất khác nhau, song về cơ bản chúng dao động quanh giá trị trung bình.Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng lớp phủ mặt đất trên ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ

23

2.1.4 Những đặc trưng để xác định RNM từ tư liệu viễn thám quang học

RNM mọc ở những khu vực tiếp giáp giữa đất liền và biển Do đó, ba đối tượng chính thể hiện trên ảnh viễn thám là thảm thực vật, đất và nước

Mọi sự xen kẽ của các quần thể trên bề mặt cũng bị ảnh hưởng bởi các đợt thủy triều trong ngày và mùa Những yếu tố này tác động lớn tới đặc trưng quang hóa của các thành tố của ảnh Blasco và cộng sự đã mô tả chúng như là những vật cản chính để đặc trưng hóa xạ nhiệt kế chi tiết

Hơn nữa, sự thay đổi chủng loại RNM ở châu Á cao hơn ở các vùng nhiệt đới và ôn đới Điều này rất quan trọng cho việc ứng dụng viễn thám vì những hoàn cảnh như vậy làm gia tăng khó khăn do kết quả về các loài đặc chủng cao

Loài quan trọng nhất và cũng là loài chủ yếu ở khu vực Tây Thái Bình Dương và Indonesia thuộc họ Đước, Mắm, Bần, và Laguncularia Các loài riêng lẻ chủ yếu có ở RNM Châu Phi và Châu Mỹ là mắm đỏ, mắm đen và mắm trắng

Cấu tạo và đặc trưng phổ của tán và lá là đặc điểm chủ yếu được dùng để phân biệt các khu vực có RNM Dáng vẻ cấu trúc bên ngoài, đồng loại hay khác loại

ít nhiều đều phụ thuộc vào một số yếu tố như sự phân bố loài, phân bố mẫu, hình thái sinh trưởng, mật độ sinh trưởng và kiểu rừng

Những sự thay đổi về giai đoạn sinh trưởng như quá trình hoạt động ra lá và già đi của lá cũng có tác động đến sự phản xạ phổ Wang và cộng sự (1991) đã quan sát sự phát triển mạnh mẽ của lá cây mắm đỏ sau những trận mưa trong suốt mùa mưa ở Panama Ông đã đưa ra kết luận rằng hình ảnh đầu mùa mưa rất hữu ích vì sự triệt tiêu quang phổ trong các loài

Số liệu đo quang phổ của hai loài RNM trong suốt quá trình khảo sát ở RNM Việt Nam năm 2010 cho ta thấy rằng các loài khác biệt nhau vì những đặc tính hóa học, sinh học và các thành phần cấu tạo của chúng

24

Hình 2.3 Đặc trưng quang phổ và các yếu tố gây ảnh hưởng của loài Mắm và

Đước khi đo bằng máy quang phổ thực địa ở tỉnh Cà Mau, Việt Nam (1/2010)

(Nguồn: Phạm Việt Hòa, Luận án tiến sĩ khoa học 2012, trường Đại học Mỏ địa chất)

Sự khác biệt trong bước sóng từ 380nm đến 750nm dựa vào phản xạ phổ của màu lá là tương đối yếu về số lượng tương tự của diệp lục qua hầu hết các loài Tín hiệu phản xạ trong vùng cận hồng ngoại biểu thị sự phản ánh khác nhau trong mối quan hệ với cấu trúc lá vĩnh cửu và tạo điều kiện tốt để phân biệt RNM (1949) Hơn nữa Vaiphasa và cộng sự (1993) nêu giả thiết rằng, sự khác biệt quang phổ gây ra do các thành tố lá tương tác với phản xạ điện từ tại những bước sóng dài hơn trong các vùng có tia hồng ngoại ngắn và trung bình có thể hoạt động tốt hơn Những thành tố lá này bao gồm muối, đường, nước, protein, dầu, lignin, starch, xenlulo và cả cấu trúc lá

Tuy nhiên, tác động giữa các đợt thủy triều và loại đất có ảnh hưởng đến phản xạ phổ của các loài cây RNM có đặc trưng khác biệt là kiểu rừng thấp, thường

bị tác động lớn bởi ảnh hưởng của thủy triều Các tán lá của thực vật càng thưa thì ảnh hưởng của mặt đất càng lớn Ví dụ, trong ảnh có độ phân giải trung bình, phản

xạ của lớp bùn ở nền có thể nhẫm lẫn với khu vực dân cư đang đô thị hóa

25

2.2 Những vấn đề chung về hệ thông tin địa lý (GIS)

2.2.1 Khái quát chung

Hiện nay có khá nhiều định nghĩa về GIS, song có thể thống nhất chung về định nghĩa GIS như sau:

GIS là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp 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 (Theo: Viện nghiên cứu môi trường Mỹ, 1994 – ESSRI)

Cấu trúc của GIS

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

Hình 2.4: Mô hình tổ chức của GIS (Theo ESRI- 1984)

Tư liệu không gian: có thể đến từ nhiều nguồn như số liệu tính toán thống kê,

các quan trắc thực địa, ảnh viễn thám, bản đồ giấy Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và GIS có khả năng cung cấp thông tin không gian bao gồm các thuộc tính địa lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản đồ và các số liệu đo đạc Việc tích hợp các dữ liệu địa lý

Thông thường, tư liệu không gian được trình bày dưới dạng các bản đồ với các thông tin chi tiết được tổ chức ở một file riêng Các tư liệu đó không đáp ứng được các nhu cầu hiện nay về tư liệu không gian là vì những lý do sau:

- Đòi hỏi không gian lưu trữ rất lớn, tra cứu khó khăn

- Các khuôn dạng lưu trữ truyền thống thường không tương thích với các tiêu chuẩn dữ liệu hiện nay

26

- Để nhập và khai thác dữ liệu, nhất thiết phải liên kết được với các thông tin địa lý trên bản đồ và các dữ liệu thuộc tính khác được lưu trữ riêng biệt và điều này trở lên rất khó khăn với hình thức lưu trữ dạng kho hoặc thư viện

Thay thế cho các dữ liệu dạng truyền thống, hiện nay tư liệu dạng số với một khối lượng rất lớn có thể được lưu trữ trong các đĩa CD, tương ứng với những khối lượng rất lớn của tư liệu analoge Tư liệu số cũng cho khả năng xử lý tự động trên máy tính

Như vậy, GIS là sự phát triển đặc biệt để sử dụng công nghệ và nghệ thuật máy tính để xử lý tư liệu không gian dạng số

Người điều hành: vì GIS là một hệ thống tổng hợp của nhiều công việc kỹ

thuật, do đó đòi hỏi người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực Người điều hành là một phần không thể thiếu được của GIS Hơn nữa, sự phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn được đào tạo

Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi):

Phần cứng của một GIS bao gồm các hợp phần sau: Bộ xử lý trung tấm (CPU), thiết bị nhập dữ liệu, lưu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu

Bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit): Hệ thống điều khiển, bộ nhớ, tốc độ xử lý là những yếu tố quan trọng nhất của CPU

Nhập, lưu trữ và xuất dữ liệu: các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập dữ liệu là: bàn số hóa, máy quét để chuyển đổi dữ liệu analoge thành dạng số, hoặc đọc băng từ và đĩa CD-ROM Các phương tiện thông dụng là ổ đĩa cứng, ổ đọc băng, ổ đĩa quang có thể ghi hoặc xoá dữ liệu Thiết bị xuất dữ liệu bao gồm máy in, báo cáo, kết quả phân tích Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ tin học và điện tử, đặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép chia sẻ các chức năng và trao đổi giữa những người sử dụng, càng tạo điều kiện cho GIS phát triển

Phần mềm

Một hệ thống phần mềm xử lý GIS yêu cầu phải có hai chức năng sau: tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu

27

Tự động hóa bản đồ: bản đồ học là môn khoa học, nghệ thuật và kỹ thuật thành lập bản đồ Do đó, tự động hóa bản đồ là thành lập bản đồ với sự trợ giúp của máy tính Một bản đồ là sự thể hiện bằng đồ họa của mối quan hệ không gian và là

sự mô hình hóa thực tế theo những tỷ lệ nhất định Mô hình đó yêu cầu biến đổi các

sơ liệu ghi bản đồ thành bản đồ và gồm các công đoạn sau: lựa chọn, phân loại, làm đơn giản hóa và tạo mẫu ký tự

Máy tính trợ giúp cho bản đồ ở nhiều phương diện như sau:

Trước hết, bản đồ trong máy tính là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa làm cho bản đồ được hoàn thiện và lượng thông tin sẽ được nâng lên Đặc biệt, việc bổ sung thông tin cho bản đồ cũng dễ dàng thực hiện được

Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn lên bản đồ được thao tác với tốc độ nhanh nên giá thành thấp Việc lựa chọn, phân loại và làm đơn giản hóa các đặc điểm bản đồ cũng được thực hiện một cách khoa học Quá trình thiết kế và khái quát hóa bản đồ cũng được lập trình và tạo nên các chức năng cụ thể của phần mềm Kết quả như mong muốn có thể đạt được bởi nhiều cán bộ bản đồ hoặc do chính một cán bộ bản đồ làm trong nhiều thời gian khác nhau

Thứ ba, thiết kế bản đồ có thể được hoàn thiện hơn qua việc thử và chỉnh sửa lỗi Kích thước, hình dạng hoặc vị trí của chữ hoặc ký hiệu trên bản đồ có thể dễ dàng được thay đổi và đưa về vị trí chính xác như mong muốn

Quản lý dữ liệu: chức năng thứ hai của phần mềm GIS là hệ thống quản lý

dữ liệu (data base management system DBMS) GIS phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu địa lý, đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật tự rõ ràng Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm GIS là cho khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ

sở dữ liệu Các tài liệu mô tả một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với

vị trí không gian của chúng Sự liên kết đó là một ưu thế nổi bật của việc vận hành GIS

2.2.2 Các chức năng của phần mềm GIS

Một phần mềm GIS có các chức năng cơ bản như sau:

Nhập và bổ sung dữ liệu: Một trong những chức năng quan trọng của GIS là

28

nhập và bổ sung dữ liệu mà công việc đó không tiến hành riêng rẽ Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ liệu, nếu không có chức năng đó thì không được xem là một GIS Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng dữ liệu dưới dạng số hoặc dạng analoge Dạng tư liệu không gian như bản đồ giấy hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải được chuyển thành dạng số và các nguồn

tư liệu số khác cũng phải được chuyển đổi về tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống dạng sử dụng

Chuyển đổi dữ liệu: chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc

nhập và bổ sung dữ liệu Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau Như vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau

Lưu trữ dữ liệu: Một chức năng quan trọng của GIS là lưu trữ và tổ chức cơ

sở dữ liệu do sự đa dạng và một khối lượng lớn của dữ liệu không gian: đa dạng về thuộc tính, về khuôn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là: phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và không mất thông tin; các dữ liệu cho cùng một khu vực, song lại khác nhau về tỷ lệ,

về đơn vị đo thì phải được định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để

có thể xử lý hiệu quả

Điều khiển dữ liệu: Do nhiều GIS hoạt động đòi hỏi tư liệu không gian phải

được lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định do đó GIS phải đảm nhiệm được chức năng điều khiển thông tin không gian Khả năng điều khiển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý được nhập vào hệ thống Các thuộc tính khác nhau có thể được tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được xác định, được tính toán và được can thiệp, biến đổi

Trình bày và hiển thị: Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của GIS

Không gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản

đồ Các tính toán chung và kết quả phân tích được lưu trữ ở dạng chữ và số để dễ

29

dàng in ra hoặc trao đổi giữa các phần mềm khác nhau Các dữ liệu thuộc tính có thể được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác Bản đồ được thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in Như vậy, hiển thị

và in ra là một trong những chức năng cần thiết của một GIS

Phân tích không gian: Chức năng này được phát triển dựa vào sự tiến bộ của

công nghệ và nó trở lên thực sự hữu ích cho người sử dụng

2.2.3 GIS trong nghiên cứu biến động RNM

Ảnh viễn thám sau khi phân loại sẽ thể hiện sự phân bố các đối tượng theo không gian và thời gian Do đó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ ra hiện trạng lớp phủ tại thời điểm chụp ảnh Với ảnh đa thời gian cho phép thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ trên khu vực nghiên cứu ở các thời điểm khác nhau Bằng chức năng chồng xếp và phân tích, GIS cho phép tích hợp từ các kết quả phân loại của nhiều thời điểm chụp để thành lập nhanh và chính xác bản đồ biến động RNM của khu vực

Với chức năng tự động cung cấp thông tin về sự thay đổi giữa các loại hình lớp phủ theo từng thời điểm yêu cầu hoặc theo đơn vị hành chính, GIS cho phép người sử dụng giám sát quá trình biến động RNM theo từng loại hình và các khoảng thời gian khác nhau

Giải pháp truyền thống là so sánh bản đồ hiện trạng lớp phủ đã thành lập tại hai thời điểm yêu cầu, những khu vực thay đổi sẽ được thể hiện trên tờ bản đồ thứ

ba gọi là bản đồ biến động cho ta thấy những thay đổi của các loại hình lớp phủ

Tuy nhiên, ở khu vực mà loại hình lớp phủ thay đổi nhanh thì giải pháp này không đáp ứng được yêu cầu Độ chính xác và tính hiện thời của bản đồ bị giảm vì phải mất nhiều thời gian để xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ bằng phương pháp truyền thống Ngoài ra, bản đồ biến động loại này thường chứa nhiều sai sót vì hai bản đồ hiện trạng lớp phủ đã thành lập tại hai thời điểm không cùng thống nhất về chi tiết nội dung và độ chính xác yêu cầu

Nếu sử dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý thì sẽ đảm bảo được tính hiện thời của thông tin, dễ dàng kiểm tra mức độ chi tiết và tính thống nhất của

30

dữ liệu, cũng như không bị ảnh hưởng do tỷ lệ thấp và phép chiếu của bản đồ gây ra

2.2.4 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nghiên cứu sự biến động diện tích rừng ngập mặn

Tư liệu viễn thám và GIS có những ưu việt nhất định trong việc thành lập bản đồ, cung cấp, quản lý thông tin, nhưng chúng cũng có những hạn chế nhất định khi chúng ta sử dụng riêng biệt cho một nhu cầu nào đó Chính vì vậy, người ta phải tích hợp tư liệu viễn thám và GIS

- Viễn thám là một trong những công nghệ thu nhập dữ liệu quan trọng và hiệu quả nhất cho việc cập nhật và xây dựng cơ sở dữ liệu GIS Các thông tin là số liệu trắc địa – bản đồ, ảnh hàng không, ảnh viễn thám, số liệu điều tra, thống kê, hữu hiệu cho việc thu nhập dữ liệu để cập nhật cho GIS

- Những dữ liệu sẵn có được lưu trữ trong GIS là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc phân loại và xử lý ảnh viễn thám Giải pháp xử lý tích hợp viễn thám và GIS là phối hợp ưu thế của hai công nghệ trong việc thu thập, lưu trữ, phân tích và

xử lý để nâng cao, năng suất trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian

- Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nhằm tạo ra công nghệ cung cấp dữ liệu địa lý cần thiết cho GIS đáp ứng nhu cầu đa dạng trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường …

Để theo dõi, phân tích biến động RNM phải nắm được các nguyên nhân cơ bản dẫn đến biến động Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự khác biệt về trạng thái của một đối tượng hay hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại những thời điểm khác nhau Trong các tư liệu trắc địa, bản đồ dùng để phát hiện biến động

thì tư liệu viễn thám được sử dụng chủ yếu

Tiền đề cơ bản để sử dụng dữ liệu viễn thám cho việc phát hiện biến động là những sự thay đổi về lớp phủ phía trên bề mặt đất phải đưa đến sự thay đổi về giá trị bức xạ và những sự thay đổi về bức xạ gây ra bởi các yếu tố khác như: điều kiện khí quyển, góc mặt trời, độ ẩm của đất mỗi một phương pháp sẽ có những ưu nhược điểm khác nhau

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng để xác định sự biến động RNM là