Nghiên cứu phương pháp xác định trữ lượng rừng bằng dữ liệu sentinel tại huyện phú giáo, tỉnh bình dương​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP BÙI ĐÌNH ĐẠI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỮ LƢỢNG RỪNG BẰNG DỮ LIỆU SENTINEL TẠI HUYỆN PHÚ GIÁO, TỈNH BÌNH DƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP BÙI ĐÌNH ĐẠI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỮ LƢỢNG RỪNG BẰNG DỮ LIỆU SENTINEL TẠI HUYỆN PHÚ GIÁO, TỈNH BÌNH DƢƠNG CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ: 60.44.03.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS VƢƠNG VĂN QUỲNH Hà Nội, 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình tơi thực hiện, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa có cơng bố cơng trình khác Tác giả Bùi Đình Đại ii LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu phương pháp xác định trữ lượng rừng liệu Sentinel huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương” hồn thành theo chương trình đào tạo Thạc sỹ, khóa 2015 - 2017 trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam Trong trình học tập thực luận văn, tác giả nhận quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp; Khoa đào tạo sau đại học; Các thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp; Các anh, chị, em, bạn bè đồng nghiệp Viện Sinh thái rừng Môi trường Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước quan tâm giúp đỡ q báu Xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Vương Văn Quỳnh tận tình hướng dẫn bảo suốt trình thực luận văn Mặc dù cố gắng nỗ lực, kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều, đặc biệt hạn chế mặt thời gian trình nghiên cứu nên luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót định Tác giả mong nhận góp ý thầy cô giáo bạn bè đồng nghiệp luận văn hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2017 Học viên Bùi Đình Đại iii MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii ĐẶT VẤN ĐỀ Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Một số khái niệm ảnh Sentinel 1.2 Nghiên cứu ảnh vệ tinh theo d i di n biến tài nguyên rừng 1.3 Tình hình nghiên cứu việc xác định trữ lượng rừng liệu ảnh Quang học ảnh Radar 10 1.3.1 Trên giới 10 1.3.2 Ở Việt Nam 13 Chƣơng 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Mục tiêu 20 2.1.1 Mục tiêu chung 20 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 20 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 20 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 20 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 20 2.3 Nội dung nghiên cứu 21 2.4 Phương pháp nghiên cứu 21 iv 2.4.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể 22 Chƣơng 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI 29 3.1 Điều kiện tự nhiên 29 3.1.1 Vị trí địa lý 29 3.1.2 Hành 29 3.1.3 Địa hình 31 3.1.4 Khí hậu 31 3.2 Điều kiện dân sinh, kinh tế, xã hội 31 3.2.1 Kinh tế - Xã hội 31 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 4.1 Đặc điểm trạng rừng xã huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương 34 4.2 Nghiên cứu xây dựng mơ hình xác định trữ lượng rừng tư liệu Sentinel-1 Sentinel-2 huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương 39 4.2.1 Kết xử lý tư liệu Sentinel-1 39 4.2.2 Kết xử lý tư liệu Sentinel-2 41 4.2.3 X ng m hình xác định tr lư ng r ng 4.2.4 Đánh giá độ xác c a m hình ng tư liệu Sentinel 43 ng số RMSE 58 4.3 Thử nghiệm xác định trữ lượng rừng tư liệu Sentinel-1 Sentinel-2 huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương 60 4.4 Đề xuất quy trình xác định trữ lượng rừng tư liệu Sentinel-1 Sentinel-2 62 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KHUYẾN NGHỊ 67 Kết luận 67 Tồn 67 Khuyến nghị 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ BIỂU v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT 10 11 12 13 14 vi DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng 1.1 Đặc điểm khả ứng dụng sô loạ 2.1 Phân loại NDVI theo chất lượng thực vật 4.1 4.2 Diện tích loại rừng đất lâm nghiệp phân dụng Huyện Phú Giáo - tỉnh Bình Dương Mối quan hệ NDVI với phân cực tổ hợp VV 4.3 Mối quan hệ giá trị điểm ảnh với trữ lượng 4.4 Mối quan hệ tổ hợp giá trị điểm ảnh với trữ 4.5 Kết đánh giá độ xác mơ hình 4.6 Thống kê diện tích, trữ lượng rừng huyện Ph Dương vii DANH MỤC HÌNH TT Tên hình 2.1 Sơ đồ trình nghiên cứu 3.1 Bản đồ hành huyện Phú Giáo 4.1 Phân cực VV tư liệu Sentinel-1 trước k 4.2 Phân cực VV tư liệu Sentinel-1 sau 4.3 Phân cực VH tư liệu Sentinel-1 trước k 4.4 Phân cực VH tư liệu Sentinel-1 sau 4.5 Tư liệu Sentinel-2 trước xử lý 4.6 Tư liệu Sentinel-2 Sau xử lý 4.7 Hệ thống điểm điều tra huyện Phú Giáo 4.8 Mối quan hệ NDVI với Sig_VH 4.9 Mối quan hệ NDVI với Sig_VV 4.10 Mối quan hệ NDVI với tổ hợp (Sig_V 4.11 Mối quan hệ NDVI với tổ hợp Sig_VH 4.12 Mối quan hệ NDVI với tổ hợp Sig_VH 4.13 Mối quan hệ NDVI với tổ hợp Sig_VH 4.14 Mối quan hệ NDVI với tổ hợp Sig_VH 4.15 Mối quan hệ NDVI với tổ hợp Sig_VV 4.16 Mối quan hệ NDVI với tổ hợp Sig_VV 4.17 Mối quan hệ NDVI với MGO 4.18 Mối quan hệ phân cực VH với MGO 4.19 Mối quan hệ phân cực VV với MGO 4.20 Mối quan hệ tổ hợp Sig_VH+Sig_VV 4.21 Mối quan hệ tổ hợp Sig_VH-Sig_VV 4.22 Mối quan hệ tổ hợp Sig_VH*Sig_VV viii 4.23 Mối quan hệ tổ hợp Sig_VH/Sig_VV 4.24 Mối quan hệ tổ hợp Sig_VV/Sig_VHv 4.25 Mối quan hệ tổ hợp (Sig_VV+Sig_VH 4.26 Mối quan hệ tổ hợp Sig_VV-Sig_VH 4.27 Mối quan hệ tổ hợp NDVI+(Sig_VV/S 4.28 Mối quan hệ tổ hợp NDVI-(Sig_VV/S 4.29 Mối quan hệ tổ hợp NDVI*(Sig_VV/S 4.30 Mối quan hệ tổ hợp NDVI/(Sig_VV/S 4.31 Bản đồ phân bố trữ lượng gỗ huyện Phú giá 68 - Để xử lý tư liệu Sentinel-1 Sentinel-2 cần phần mềm chuyên dụng SNAP, vận hành yêu cầu thiết bị có cấu hình cao Phân bố tiêu chuẩn chưa vùng nghiên cứu, số lượng ô chưa tỷ lệ với diện tích trạng thái rừng diện tích đo đếm dẫn đến sai số đồ trữ lượng - Khuyến nghị Tư liệu ảnh Sentinel có nhiều mạnh việc nghiên cứu ứng dụng loại tư liệu Việt nam hạn chế Do cần tăng cường công tác nghiên cứu ứng dụng ảnh Sentinel phục vụ theo d i giám sát tài nguyên thiên nhiên bảo vệ môi trường Việt Nam - Mặc dù nghiên cứu ban đầu, nghiên cứu luận văn cho thấy phương pháp kết hợp tư liệu Sentinel-1 Sentinel-2 hiệu mơ hình đơn lẻ thể mối quan hệ chặt chẽ trữ lượng gỗ với thành tố mơ hình - Trong phạm vi nghiên cứu luận văn chưa tiến hành nghiên cứu khu vực có địa hình phức tạp nên kết kết luận đưa hạn chế Đề xuất nên thử nghiệm với loại khu vực khác có địa hình khác để xây dựng quy trình xác định trữ lượng rừng tư liệu Sentinel TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2010), Quyết định số 2410/QĐ-BNN-TCLN ngày 09/8/2010 việc công bố số liệu trạng rừng năm 2009 Chu Hải Tùng (2008), Nghiên cứu khả ứng dụng ảnh vệ tinh radar quang học để thành lập số thông tin lớp phủ mặt đất Chu Thị Bình (2001), Ứng dụng cơng nghệ tin học để khai thác thông tin tư liệu vi n thám, nhằm phục vụ việc nghiên cứu số đặc điểm rừng Việt Nam Luận án tiến sĩ, Trường ĐH Mỏ Điạ chất, Hà Nội Nguy n Mạnh Cường (1996), Nghiên cứu đánh giá khả ứng dụng phương pháp xử lý ảnh số từ thông tin vi n thám cho lập đồ rừng Nguy n Ngọc Bình (2006), Cẩm nang ngành lâm nghiệp – Công tác điều tra rừng Việt Nam Bộ NN&PTNT, Chương trình hỗ trợ ngành lâm nghiệp đối tác Nguy n Văn Thị, Trần Quang Bảo, Vũ Tiến Thịnh Nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh - đa ALOS PALSAR để xác định trữ lượng gỗ rừng khộp xã Krông Na – huyện Bn Đơn – tỉnh Đắk Lắk Tạp chí Nơng nghiệp & Phát triển nông thôn số 20/2015, trang 122-128 Trần Văn Thuỵ (1996) , Ứng dụng phương pháp vi n thám để thành lập đồ thảm thực vật tỉnh Thanh Hoá, tỷ lệ 1/200.000 Trương Thị Hịa Bình (2002), Nghiên cứu ứng dụng số thực vật để thành lập đồ phân bố số loại rừng công nghệ vi n thám, Luận án tiến sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Hà Nội Vũ Tiến Hinh, Phạm Ngọc Giao, 1997 Điều tra r ng Nhà xuất Nông nghiệp, 1997 10 Vũ Tiến Điển (2013), Nghiên cứu nâng cao khả tự động giải đoán ảnh vệ tinh độ phân giải cao để xây dựng đồ trạng rừng phục vụ công tác điều tra kiểm kê rừng Tiếng anh 11 B.N Haack (1984) Multisensor Data Analysis of Urban Environment Tạp chí Trắc địa ảnh Vi n thám, tập 50, số 10, trang 1471 -1477 F.M., Henderson nnk (1999) Contribution of SAR data and 12 image concatenation in reducing optical sensor derived urban land cover category confusion http://www.conferences.esa.int/98c07/papers/p060.pdf 13 .H Kim K.H Lee, Integrated of Landsat ETM+ and Radarsat SAR data for landcover classification Key Engineering Materials vols 277279(2005), trang 838 - 844 14 L Demargne nnk (2001) Use of SPOT and Radar data for forest inventory in Sarawak, Malaysia; Hội nghị Vi n thám châu á, 11/2001 15 L.L Bourgeau – Chavez, R Riordan, M Nowels N Miller, 2004 Final report to the Great Lake Comission : Remote Monitoring Great Lake Coastal Wetland using a hybrid Radar and Multispectral Sensor Approach; Project no Wetland – EPA - 06.82 pp 16 P Walfir; M Souza Filho Renato Paradela, Use of RADARSAT-1 fine mode and Landsat-5 TM selective principal component analysis for geomophologic mapping in macrotidal mangrove coast in the Amazon Region Tạp chí Vi n thám Canada, tập 31, số 3, 2005, trang 214 - 224 17 Z A Hasan, K M N Ku Ramil, I Selamat and K F Loh (1997) Complementary Nature of SAR and Optical Data for Land Cover/Use Mapping in the State of Johore, Malaysia, Hội nghị Vi n thám châu á, 1997 18 Weydahl, D J., Becquey, X., and Tollefsen, T., 1995 Combining ERS-1 SAR with Optical Satellite Data over Urban Areas Proceedings of International Geoscience and Remote Sensing, Vol 4, pp 2161- 2163 PHỤ BIỂU Phụ biểu 01 Xây dựng mối quan hệ giá trị NDVI với phân cực VH, VV NDVI Sig_VH Sig_VV 0,6601 0,4710 0,6453 0,6618 0,6330 0,6916 0,6511 0,6818 0,6521 0,6418 0,6616 0,6351 0,6856 0,6542 0,6638 0,6627 0,5869 0,5465 0,5365 0,6677 0,6590 0,5548 0,5895 0,6734 0,6223 0,5810 -13,2517 -13,8724 -13,2398 -14,1901 -13,9174 -14,1526 -14,2625 -13,2959 -13,8516 -13,7948 -14,7438 -13,1484 -13,0332 -14,4958 -14,0214 -14,2865 -13,7463 -13,6879 -15,6374 -13,9945 -13,0592 -13,1119 -18,4165 -14,7047 -13,5204 -11,4965 -5,8820 -6,8978 -5,2287 -6,0902 -6,3951 -4,3846 -6,9276 -5,4850 -6,4542 -5,6484 -6,2346 -5,3644 -6,7207 -7,6790 -7,0936 -7,2500 -8,3192 -7,3365 -9,6911 -6,2269 -6,5717 -8,7440 -10,5275 -7,1862 -7,5970 -5,6119 NDVI Sig_VH Sig_VV 0,5971 0,6191 0,5830 0,5700 0,6437 0,5360 0,6401 0,6553 0,5395 0,6778 0,5314 0,6611 0,6577 0,6097 0,6225 0,6689 0,5080 0,6600 0,6501 0,6832 0,5318 0,6793 0,6736 0,6376 0,6781 0,6209 0,5611 0,6899 -14,2259 -14,8161 -13,7921 -13,7130 -15,3647 -12,9506 -15,1597 -14,7566 -11,6249 -13,2054 -14,4649 -13,6466 -13,5976 -14,3123 -13,8217 -14,4466 -14,4732 -13,6089 -13,6599 -13,2738 -13,3882 -13,9684 -11,9766 -13,5028 -15,5573 -15,3165 -12,5885 -14,0380 -7,0517 -7,1605 -7,6791 -7,4037 -7,0218 -9,5519 -9,0668 -7,5222 -7,4140 -8,1645 -8,9411 -7,6758 -6,7914 -8,3078 -7,2299 -7,1313 -8,4481 -7,4317 -7,2920 -8,2742 -7,5528 -7,3267 -7,0563 -7,8507 -8,2224 -8,4783 -7,7192 -8,5916 NDVI Sig_VH Sig_VV 0,6519 0,6544 0,5951 0,6259 0,6981 0,5687 0,6532 0,6556 0,6160 0,5960 0,6570 0,6057 0,6550 0,5557 0,6677 0,6084 0,6257 0,6512 0,6448 -14,3869 -14,8362 -13,8771 -14,0121 -14,0886 -12,5527 -13,7121 -14,1728 -14,6807 -11,4989 -12,6634 -14,2876 -14,3602 -14,5999 -15,0051 -13,4321 -13,5001 -12,9573 -13,9908 -6,6472 -9,4605 -7,7212 -7,2417 -7,7522 -7,3182 -8,3762 -7,6066 -7,6958 -6,6063 -8,4768 -8,9569 -8,1295 -9,4406 -8,9276 -8,6324 -7,7945 -8,4935 -10,5736 Phụ biểu 02 Xây dựng mối quan hệ giá trị điểm ảnh với trữ lƣợng mgo_OTC NDVI Sig_VH 28,72 0,6601 -13,2517 30,27 0,4710 -13,8724 32,71 0,6453 -13,2398 35,45 0,6618 -14,1901 38,4 0,6330 -13,9174 39,28 0,6916 -14,1526 40,11 0,6511 -14,2625 40,13 0,6818 -13,2959 41,01 0,6521 -13,8516 43,25 0,6418 -13,7948 44,08 0,6616 -14,7438 44,71 0,6351 -13,1484 47,16 0,6856 -13,0332 48,34 0,6542 -14,4958 48,85 0,6638 -14,0214 49,96 0,6627 -14,2865 50,18 0,5869 -13,7463 51,05 0,5465 -13,6879 51,29 0,5365 -15,6374 51,97 0,6677 -13,9945 52,47 0,6590 -13,0592 53,65 0,5548 -13,1119 53,78 0,5895 -18,4165 55,08 0,6734 -14,7047 57 0,6223 -13,5204 57,57 0,5810 -11,4965 mgo_OTC NDVI Sig_VH 58,11 0,5971 -14,2259 58,71 0,6191 -14,8161 58,78 0,5830 -13,7921 58,89 0,5700 -13,7130 60,13 0,6437 -15,3647 61,56 0,5360 -12,9506 62,01 0,6401 -15,1597 63,87 0,6553 -14,7566 64,4 0,5395 -11,6249 65,63 0,6778 -13,2054 66,42 0,5314 -14,4649 66,42 0,6611 -13,6466 67,58 0,6577 -13,5976 67,93 0,6097 -14,3123 67,95 0,6225 -13,8217 68,72 0,6689 -14,4466 69,33 0,5080 -14,4732 70,21 0,6600 -13,6089 70,23 0,6501 -13,6599 71,06 0,6832 -13,2738 72,05 0,5318 -13,3882 72,2 0,6793 -13,9684 72,54 0,6736 -11,9766 72,92 0,6376 -13,5028 73,72 0,6781 -15,5573 75,45 0,6209 -15,3165 75,73 0,5611 -12,5885 mgo_OTC NDVI Sig_VH 76,99 0,6899 -14,0380 77,56 0,6519 -14,3869 78,88 0,6544 -14,8362 79,68 0,5951 -13,8771 80,81 0,6259 -14,0121 80,94 0,6981 -14,0886 82,54 0,5687 -12,5527 87,4 0,6532 -13,7121 87,57 0,6556 -14,1728 91,67 0,6160 -14,6807 93,2 0,5960 -11,4989 93,99 0,6570 -12,6634 95,88 0,6057 -14,2876 96,7 0,6550 -14,3602 101,95 0,5557 -14,5999 117,23 0,6677 -15,0051 125,79 0,6084 -13,4321 129,34 0,6257 -13,5001 159,63 0,6512 -12,9573 165,98 0,6448 -13,9908 Phụ biểu 03 Xây dựng mối quan hệ trữ lƣợng với tổ hợp giá trị điểm ảnh mgo_OTC 28,72 30,27 32,71 35,45 38,4 39,28 40,11 40,13 41,01 43,25 44,08 44,71 47,16 48,34 48,85 49,96 50,18 51,05 51,29 51,97 52,47 53,65 53,78 55,08 57 57,57 mgo_OTC 58,11 58,71 58,78 58,89 60,13 61,56 62,01 63,87 64,4 65,63 66,42 66,42 67,58 67,93 67,95 68,72 69,33 70,21 70,23 71,06 72,05 72,2 72,54 72,92 73,72 75,45 75,73 76,99 mgo_OTC 77,56 78,88 79,68 80,81 80,94 82,54 87,4 87,57 91,67 93,2 93,99 95,88 96,7 101,95 117,23 125,79 129,34 159,63 165,98 ... cứu xây dựng mơ hình xác định trữ lượng rừng tư liệu Sentinel- 1 Sentinel- 2 huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương - Thử nghiệm xác định trữ lượng rừng tư liệu Sentinel- 1 Sentinel- 2 huyện Phú Giáo, tỉnh. .. NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34 4.1 Đặc điểm trạng rừng xã huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương 34 4.2 Nghiên cứu xây dựng mơ hình xác định trữ lượng rừng tư liệu Sentinel- 1 Sentinel- 2 huyện Phú Giáo,. .. xác định trữ lượng rừng tư liệu Sentinel1 - Sentinel- 2 huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương Xây dựng đồ trữ lượng rừng dựa vào tư liệu Sentinel- 1 Sentinel- 2 cho huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương - Đề xuất