Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh điện biên với sự hỗ trợ của phương pháp phân loại hướng đối tượng và GIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - VŨ THỊ KIM DUNG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐÔNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG VÀ GIS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ KIM DUNG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐÔNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG VÀ GIS Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trƣờng Mã số: 60850101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM QUANG VINH Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy, cô giáo khoa Địa lý - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình dạy giúp đỡ em suốt thời gian học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Quang Vinh - Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hƣớng dẫn tận tình tạo điều kiện, giúp đỡ em suốt thời gian thực hoàn thành luận văn Cuối cùng, em xin gửi tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp lịng biết ơn chân thành, sâu sắc tạo điều kiện, giúp đỡ em q trình học tập hồn thành luận văn Tuy có cố gắng định nhƣng thời gian trình độ có hạn nên chắn luận văn cịn nhiều thiếu sót hạn chế định Kính mong nhận đƣợc góp ý thầy cô bạn Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2015 Học viên MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC LUẬN VĂN CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1 Một số khái niệm rừng 1.1.2 Phân loại rừng 1.1.3 Biến động lớp phủ rừng 1.2 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG .13 1.2.1 Trên giới 13 1.2.2 Ở Việt Nam 18 1.3 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG 21 1.3.1 Trên giới 21 1.3.2 Ở Việt Nam 22 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 1.4.1 Cách tiếp cận 24 1.4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 25 1.5 CƠ SỞ TÀI LIỆU 31 CHƢƠNG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI 33 TỈNH ĐIỆN BIÊN 33 2.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 33 2.1.1 Vị trí địa lý 33 2.1.3 Đặc điểm địa hình, địa mạo 34 2.1.4 Đặc điểm khí hậu 35 2.1.5 Đặc điểm thuỷ văn 36 2.1.6 Đặc điểm thổ nhƣỡng 37 2.1.7 Đặc điểm thảm thực vật tỉnh Điện Biên 40 2.1.8 Tài nguyên rừng 42 2.1.9 Hiện trạng sử dụng đất 43 2.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI 43 2.2.1 Dân số dân tộc 43 2.2.2 Hiện trạng ngành kinh tế 45 CHƢƠNG ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG 51 3.1 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN 51 3.1.1 Đặc trƣng phản xạ phổ thực vật số NDVI .51 3.1.2 Hệ thống phân loại lớp phủ rừng 54 3.1.3 Hệ tọa độ 55 3.1.4 Các bƣớc thành lập đồ trạng lớp phủ rừng 56 3.1.5 Kết thành lập đồ trạng lớp phủ rừng 58 3.2 BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN 64 3.2.1 Thành lập đồ biến động rừng 64 3.2.2 Kết thành lập đồ biến động 65 3.3 NGUYÊN NHÂN BIẾN ĐỘNG VÀ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, BẢO VỆ VÀ PHÁT TRIỂN RỪNG 69 3.3.1 Nguyên nhân biến động diện tích rừng 69 3.3.2 Giải pháp quản lý, bảo vệ phát triển rừng 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Phƣơng pháp so sánh sau phân loại Hình 1.2 Phƣơng pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian 10 Hình 1.3 Phƣơng pháp cộng màu kênh ảnh 12 Hình 1.4 Cấu trúc hệ thông tin địa lý GIS 29 Hình 3.1 Đồ thị phản xạ phổ thực vật phụ thuộc bƣớc sóng .52 Hình 3.2 Đồ thị phản xạ phổ thực vật phụ thuộc hàm lƣợng nƣớc 52 Hình 3.5 Biểu đồ diện tích lớp phủ rừng năm 2002 năm 2014 63 Hình 3.6: Bản đồ biến động lớp phủ rừng giai đoạn 2002 -2014 66 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Ảnh vệ tinh Landsat Landsat 32 Bảng 2.1 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Điện Biên năm 2013 .43 Bảng 2.2: Hiện trạng dân số tỉnh Điện Biên qua số năm 44 Bảng 2.3 Diện tích rừng tỉnh Điện Biên 48 Bảng 3.1 Phân loại NDVI theo chất lƣợng thực vật lớp phủ bề mặt đất 53 Bảng 3.2 Khoá phân loại rừng theo giá trị NDVI ảnh Landsat 54 Bảng 3.3 Bảng mô tả đơn vị phân loại lớp phủ rừng 55 Bảng 3.4 Ma trận sai số kết phân loại ảnh vệ tinh Landsat .59 Điện Biên năm 2014 59 Bảng 3.5 Ma trận sai số kết phân loại ảnh vệ tinh Landsat 60 Điện Biên năm 2002 60 Bảng 3.6: Thống kê diện tích rừng năm 2002 năm 2014 63 Bảng 3.7 Thay đổi diện tích rừng giai đoạn 2002 - 2014 65 Bảng 3.8 Ma trận biến động diện tích lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên 67 giai đoạn 2002 – 2014 67 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên thiên Công nghệ Viễn thám GIS hỗ trợ đắc lực cho quản lý sở liệu, lƣu trữ, mơ hình hóa, đặc biệt khả phân tích liên kết liệu thuộc tính với liệu không gian để lựa chọn giải pháp quản lý, sử dụng bền vững có hiệu tài nguyên Đối với quản lý tài nguyên rừng công nghệ công cụ quan trắc hữu ích nhằm theo dõi biến động, thay đổi trạng thái lớp phủ rừng theo thời gian Trong thành lập đồ trạng lớp phủ rừng, công nghệ viễn thám cung cấp thông tin bao quát diện rộng, chi phí thấp, thời gian ngắn, cập nhật thơng tin cách nhanh nhạy, giảm bớt đƣợc khối lƣợng lớn công việc mà trƣớc xây dựng đồ trạng rừng phải đo đạc, quan trắc khảo sát thực địa nhƣng kết lại không cao Vì việc sử dụng thơng tin viễn thám tích hợp với hệ thống thơng tin địa lý (GIS) hệ thống định vị toàn cầu (GPS) với quan trắc thu đƣợc từ mặt đất đáp ứng khách quan đa dạng thông tin cần thiết phục vụ công tác lập đồ chuyên đề nghiên cứu giám sát quản lý tài nguyên rừng Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp phân loại thích hợp để chiết tách thông tin lớp phủ bề mặt từ liệu ảnh viễn thám Phƣơng pháp phân loại truyền thống bao gồm phƣơng pháp phân loại có kiểm định phân loại khơng có kiểm định dựa vào đặc trƣng phổ điểm ảnh (pixel), phƣơng pháp truyền thống dễ thực cho kết nhanh chóng nhƣng lại phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm ngƣời giải đoán Phƣơng pháp phân loại dựa điểm ảnh sử dụng thông tin phổ để chiết tách thông tin lớp phủ kết phân loại dễ bị lẫn Một phƣơng pháp phân loại mới, phân loại hƣớng đối tƣợng Phƣơng pháp đƣợc phát triển ứng dụng năm gần đây, dựa vào tiếp cận phân tích ảnh tổng hợp thông tin phổ, thông tin khơng gian phƣơng pháp khơng sử dụng thông tin phổ phân loại ảnh mà cịn sử dụng cấu trúc thơng tin bối cảnh Hơn nữa, để chiết tách thông tin ảnh, phƣơng pháp phân loại định hƣớng đối tƣợng không xét đến pixel đơn lẻ, mà sử dụng đối tƣợng ảnh thông qua việc phân mảnh cấu trúc hình thái đối tƣợng, kết có độ xác tốt kết phân loại dựa điểm ảnh Điện Biên tỉnh miền núi phía Tây Bắc có tiềm rừng đất rừng lớn Với đặc thù địa hình hiểm trở, vùng núi đá tai mèo, chia cắt sâu, nhiều thung lũng, khe, độ dốc lớn, kinh tế cịn nhiều khó khăn, diện tích đất lâm nghiệp cịn nhiều nhƣng rừng có trữ lƣợng giá trị kinh tế không cao, nên việc ứng dụng công nghệ viễn thám vào quản lý tài nguyên rừng cần thiết hiệu Góp phần phục hồi phát triển vốn rừng, đem lại ổn định nâng cao mức sống cho đồng bào dân tộc tỉnh Chính vậy, việc lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên với hỗ trợ phương pháp phân loại hướng đối tượng GIS” đƣợc đặt MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Đánh giá mức độ nguyên nhân biến động lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên giai đoạn 2002 – 2014 để từ đề xuất giải pháp khai thác, sử dụng cải tạo lớp phủ rừng hợp lý NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Ứng dụng phƣơng pháp phân loại đinh hƣớng đối tƣợng phân loại ảnh vệ tinh thành lập đồ lớp phủ rừng - Ứng dụng GIS để thành lập đồ đánh giá biến động lớp phủ rừng - Xác định nguyên nhân gây biến động lớp phủ rừng đề xuất giải pháp quản lý, bảo vệ phát triển rừng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên giai đoạn 2002-2014 CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm đƣợc cấu trúc thành chƣơng khơng kể phần mở đầu kết luận Cấu trúc luận văn gồm: Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu biến động rừng phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 2: Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Điện Biên Chƣơng 3: Ứng dụng phƣơng pháp phân loại định hƣớng đối tƣợng GIS đánh giá biến động lớp phủ rừng PHỤ LỤC Toạ độ TT X 22042 22150 22750 22183 22978 23905 21322 23314 10 22183 23494 11 12 23011 24964 13 14 23131 23743 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 21400 23443 23668 21970 21922 21358 23644 22966 22450 31014 30612 30880 31047 28 29 30 31 32 33 21919 22978 26479 24118 31010 30708 34 35 36 37 38 30779 30997 31023 30906 30799 39 40 44 42 43 44 45 30650 31032 30827 30661 30550 30550 30560 30751 46 47 48 49 50 30918 30550 31030 30650 51 52 53 54 55 56 57 58 59 61 62 63 64 30750 30663 30949 31015 31007 30862 30750 30750 30570 30850 30850 30850 30850 65 66 67 68 30950 30950 30950 30915 69 70 71 72 73 30829 30902 30611 30593 30679 74 75 30793 30868 76 30880 77 30716 78 30560 79 31014 80 30805 81 30612 82 31043 83 84 85 86 30880 30702 30855 30699 87 88 89 90 91 91 93 94 95 96 30888 30779 30997 30902 30906 30624 30799 31044 30746 30825 97 98 30668 30958 30557 99 100 101 102 103 31009 31045 30576 31026 104 105 106 30614 30930 30958 ... bào dân tộc tỉnh Chính vậy, việc lựa chọn nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh Điện Biên với hỗ trợ phương pháp phân loại hướng đối tượng GIS? ?? đƣợc đặt MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI... KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ KIM DUNG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐÔNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG VÀ GIS Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trƣờng... nghiên cứu biến động, nhƣng hầu hết kết nghiên cứu biến động đƣợc thể đồ biến động bảng tổng hợp kết Các phƣơng pháp nghiên cứu khác cho đồ khác Phƣơng pháp nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trƣớc