Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh spot 5 trong thành lập bản đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác điều tra kiểm kê rừng tại xã dương sơn huyện na rì tỉnh bắc cạn

Bộ giáo dục đào tạo nông nghiệp ptnt Tr-ờng đại học lâm nghiệp Trần viết tuân Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh spot-5 thành lập đồ trạng rừng phục vụ công tác điều tra, kiểm kê rừng xà d-ơng sơn - huyện na rì - tỉnh bắc kạn Chuyên ngành: Lâm học Mà số : 60.62.02.01 Luận văn thạc sỹ khoa học lâm nghiệp Ng-ời h-ớng dẫn khoa học : TS Trần quang bảo Hà Nội - 2012 T VN Hiện trạng lớp phủ thực vật ngày nhà khoa học quản lý quan tâm nhiều hơn, chứa đựng thơng tin quan trọng phục vụ cho lĩnh vực quản lý đất đai, điều tra trạng tài nguyên rừng, môi trường, đa dạng sinh học, bảo tồn thiên nhiên Một thành tựu quan trọng khoa học đại ứng dụng công nghệ viễn thám quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường quy hoạch sử dụng đất Công nghệ viễn thám nói chung hình thành phát triển ngày hoàn thiện phát triển khơng ngừng lĩnh vực kỹ thuật có liên quan (các thiết bị bay, chụp, truyền thông tin, hệ thống in ấn, chụp, xử lý ảnh .) Việc ứng dụng viễn thám Lâm nghiệp Việt Nam nói năm 1958 sử dụng ảnh máy bay toàn sắc tỷ lệ 1:30.000 để phục vụ điều tra rừng gỗ trụ mỏ khu Đông Bắc Từ năm 1970 đến năm 1975 ảnh máy bay dùng rộng rãi để xây dựng đồ trạng, đồ mạng lưới vận xuất, vận chuyển cho nhiều vùng thuộc miền Bắc Sau năm 1975 kỹ thuật dùng phổ biến điều tra rừng nước Năm 1979 thức sử dụng ảnh vệ tinh để xây dựng đồ thảm rừng tỷ lệ 1:1.000.000 Ngày nay, sử dụng công nghệ giải đốn ảnh Viễn thám trở thành cơng cụ đắc lực cho cơng tác điều tra tài ngun nói chung điều tra trạng lớp phủ thực vật nói riêng nhờ ưu trội tính cập nhật giá Cơng tác điều tra truyền thống địi hỏi hầu hết cơng việc làm tay thực địa, nên việc điều tra tài nguyên rừng phạm vi toàn quốc thường hai năm Do đó, địi hỏi lực lượng lớn cán trường dẫn đến chi phí lớn, độ xác khơng cao thơng tin thường khơng cập nhật rừng đất rừng ln biến động Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao điều tra trạng lớp phủ thực vật, để có kết điều tra nhanh vùng lãnh thổ lớn với chi phí thấp cần thiết Chương trình điều tra, đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc Viện Điều tra Quy hoạch Rừng triển khai chu kỳ Một thành chương trình đồ số liệu diễn biến rừng theo chu kỳ Tuy nhiên, chương trình xây dựng đồ có tỷ lệ 1:100.000 nhỏ Để đáp ứng yêu cầu ngày cao chất lượng công tác quản lý theo dõi diễn biến rừng cần phải xây dựng đồ có tỷ lệ lớn 1: 25.000 Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn để phục vụ cho công tác điều tra, đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng giai đoạn mới, tiến hành thực hện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh spot5 thành lập đồ trạng rừng phục vụ công tác điều tra, kiểm kê rừng xã Dương Sơn - huyện Na Rì - tỉnh Bắc Kạn” Để góp phần nâng cao trình độ ứng dụng cơng nghệ giải đốn ảnh vệ tinh có độ phân giải cao xây dựng đồ trạng tài nguyên rừng cho lực lượng chuyên môn, nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất tương lai Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Trên giới, việc ứng dụng viễn thám thăm dò quản lý tài nguyên, đặc biệt tài nguyên rừng tiến hành nhiều nước với mức độ kết khác Tại Hoa Kỳ, từ năm 1940 tiến hành điều tra trữ lượng rừng từ ảnh hàng không Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, đặc biệt tin học, ứng dụng công nghệ viễn thám ngày phát triển rộng rãi nhiều nước với hai hệ thống LANDSAT INTERKOSMOS Các hệ thống trạm thu xử lý thơng tin có nhiều nước giới Kết hợp với hệ thông tin địa lý (GIS), công nghệ viễn thám ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: lâm nghiệp, nơng nghiệp, địa chất khống sản, quy hoạch đô thị nước tiên tiến giới như: Hoa Kỳ, Canađa, Pháp, Nhật Bản, Bỉ nước khu vực châu Á như: Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia [19] Các ứng dụng tổng kết hội nghị khoa học Quốc tế bàn vấn đề theo dõi lớp phủ thực vật Nhật Bản năm 1995 với báo cáo vấn đề sử dụng tư liệu viễn thám phát nạn phá rừng Philippin, nghiên cứu phục hồi rừng chống xói mịn đất sở sử dụng số thực vật tư liệu vệ tinh kết hợp với hệ thông tin địa lý, sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian để nghiên cứu biến động thực vật, đồng cỏ, xây dựng đồ sản lượng đồ trồng nông nghiệp[19] Tại hội nghị viễn thám châu Á lần thứ 18 tổ chức Kualalampua Malaysia (tháng 10 năm 1997) tổng kết ứng dụng kỹ thuật viễn thám lâm nghiệp với báo cáo nghiên cứu phát biến động rừng kỹ thuật viễn thám Thái Lan Ứng dụng số thực vật số khác tư liệu ảnh viễn thám LANDSAT để xây dựng mơ hình theo dõi, kiểm tra, đánh giá xây dựng đồ mật độ thảm thực vật[19] Đối với loại ảnh có độ phân giải không gian thấp từ 10 m đến km Aster, Landsat, Noaa, Modis phương pháp phân loại chủ yếu phân loại có kiểm định (Supervised classification), phân loại không kiểm định (Unsupervised classification) áp dụng Tuy nhiên, kết đưa đồ tỷ lệ nhỏ (dưới 1:50.000) với chủ yếu đối tượng có rừng, đất không rừng số loại đất khác Điển Apan cộng (1980) dùng ảnh Landsat, kết hợp phương pháp giải đoán mắt số Modul Grid phần mềm Arc/Info MicroBrian để chiết suất tối đa thông tin ảnh Nhưng việc phân loại chi tiết đến loại trạng thái lồi trồng rừng không thực Cũng lĩnh vực này,Wakeel cộng (2005) sử dụng ảnh vệ tinh Landsat TM để đánh giá biến động lớp phủ thực vật vùng phòng hộ Kuchgad thuộc dãy núi Himalaya, Ấn Độ thời kỳ 1967 – 1997 Kết phân loại diện tích biến động trạng thái rừng, đất trống đồi trọc đất khác[7] Hiện nay, giới, phương pháp giải đoán tự động ảnh vệ tinh (Object based classification) phần mềm chuyên dùng Ecognition áp dụng cho nhiều quy mô, loại ảnh có độ phân giải cao khác đưa kết nhanh với độ xác cao[7] Minjie Chen cộng (2009) thực nghiên cứu so sánh đánh giá phương pháp phân loại ảnh số Pixel Based Object Based cho thấy việc sử dụng ảnh Spot5, độ xác việc phân loại lớp phủ thực vật cải thiện sử dụng hiểu biết, kinh nghiệm giải đốn mơ hình số độ cao Kết đánh giá độ xác phương pháp object based classification tốt đặc biệt trạng thái mosaic đất trống, dân cư, đường giao thơng mà phương pháp Pixel Based khó xác định Ngồi ra, phương pháp object based classification cịn thích hợp việc phân loại lớp phủ thực vật nhờ đặc điểm sinh thái học phân bố chúng[7] Shattri Mansor cộng (2002) sử dụng phương pháp phân loại tự động Object based classification để xây dựng đồ trạng rừng thông qua việc sử dụng nhiều thông tin đặc trưng khác đối tượng hình dạng, cấu trúc, phân bố đặc tính sinh thái để phân loại nhằm cải thiện chất lượng kết phân loại Độ xác thể sau[7]: Trạng thái Pixel based (%) Object based (%) Rừng 81.507 94.972 Đất trống 72.727 83.333 Vườn ăn 75.000 84.000 Cao su bụi 84.906 82.353 Overall Accuracy (Độ 81.667 90.667 xác tổng thể) Ngồi ra, Ziyu Wang cộng (2003) nghiên cứu sử dụng phương pháp phân loại tự động ảnh Spot5 để xây dựng đồ trạng sử dụng đất phần mềm Ecognition đưa kết với độ xác tổng thể (Overall accuracy) lên đến 87% Baudouin Desclée cộng (2006) sử dụng phương pháp object based classification để theo dõi, phân tích biến động rừng ảnh vệ tinh Spot5 vịng 10 năm Kết đạt độ xác theo dõi biến động lên đến 90% hệ số Kappa 0,8[7] Vấn đề sử dụng ảnh vệ tinh xây dựng đồ lâm nghiệp, đánh giá biến động rừng quản lý theo dõi rừng nước Nhật Bản, Malaysia, Philippin, Thái Lan đề cập báo cáo hội nghị viễn thám châu Á lần thứ 19 Manila - Philippin (tháng 11 năm 1998) lần thứ 20 Hồng Kông (tháng 11 năm 1999) Cùng với kết hợp hệ thông tin địa lý tạo đồ biến động làm tăng thêm tính thuyết phục kết nghiên cứu[10] 1.2 Tình hình nghiên cứu nước Tại Việt Nam, cơng nghệ GIS viễn thám ứng dụng công tác điều tra, quy hoạch rừng từ năm đầu thập kỷ 70 kỷ XX với nhiều loại ảnh viễn thám ảnh máy bay, loại ảnh vệ tinh: Radasat, Landsat Việc sử dụng công nghệ mang lại nhiều lợi ích với ưu trội chi phí, thời gian độ xác thơng tin Đến năm đầu thập kỷ 90, công nghệ GIS kỹ thuật giải đoán ảnh số nghiên cứu ứng dụng Những năm gần đây, công nghệ ngày phát triển nhiều quan, đơn vị Những quan, đơn vị ứng dụng thành công công nghệ như: - Trung tâm Tư vấn thông tin Lâm nghiệp - Viện ĐTQH rừng - Bộ NN&PTNT - Trung tâm Tài nguyên môi trường Lâm nghiệp - Viện ĐTQH rừng Bộ NN&PTNT - Trung tâm Viễn thám Geomatic - Viện Địa chất - TT KHTN&CN Quốc gia - Trung tâm Công nghệ viễn thám hệ thông tin địa lý - Viện Địa lý - Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên Môi trường - Công ty đo đạc ảnh - địa hình - Bộ Tài ngun Mơi trường Tại Viện Điều tra Quy hoạch rừng, công nghệ GIS giải đoán ảnh viễn thám xây dựng đồ trạng tài nguyên rừng áp dụng nhiều cơng trình Từ đầu năm 1970 đến năm 1984, khuôn khổ dự án FAO/UNDP-VIE 79/014, ảnh máy bay ảnh vệ tinh Landsat MSS sử dụng công tác điều tra quy hoạch rừng; Từ năm 1985 đến năm 1990, ảnh vệ tinh Landsat TM sử dụng để xây dựng đồ trạng rừng vùng Tây Nguyên; Năm 1990-1991, ảnh máy bay sử dụng để thành lập đồ trạng rừng vùng Trung tâm, phục vụ công tác quy hoạch vùng nguyên liệu giấy cho nhà máy giấy Bãi Bằng; Từ năm 1991 đến năm 1995, Chương trình theo dõi, đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc chu kỳ I, ảnh vệ tinh Landsat TM sử dụng để xây dựng đồ trạng rừng cấp tỉnh tỷ lệ 1:100.000, cấp vùng tỷ lệ 1:250.000; Trong chu kỳ II Chương trình (giai đoạn 1996-2000), đồ trạng rừng toàn quốc xây dựng sở ảnh vệ tinh Spot4 Landsat TM Tuy nhiên, giai đoạn có nhiều hạn chế trang thiết bị máy tính phần mềm chuyên dùng nên đồ xây dựng chủ yếu sử dụng phương pháp giải đoán mắt ảnh tương tự (khoanh vẽ ảnh in giấy), nhiều thời gian, cơng lao động kết phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm chuyên gia đoán đọc ảnh Các đồ kết hai chu kỳ đầu chủ yếu xây dựng , biên tập tay lưu đồ giấy việc khai thác, sử dụng thơng tin gặp nhiều khó khăn[2] Trong Chương trình theo dõi, đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc chu kỳ III (giai đoạn 2001-2005), ảnh vệ tinh Landsat7-ETM+ sử dụng để xây dựng đồ trạng rừng Phương pháp xây dựng đồ trạng rừng từ ảnh vệ tinh phương pháp giải đoán ảnh số Đây bước tiến việc ứng dụng công nghệ viễn thám GIS để xây dựng đồ thành Chương trình Bản đồ kết xây dựng, biên tập, lưu trữ dạng số, thuận tiện cho việc sử dụng, khai thác, xử lý cập nhật thông tin tài nguyên rừng Trong giai đoạn này, ứng dụng công nghệ GIS với phương pháp chồng xếp lớp thông tin sử dụng việc đánh giá biến động rừng thời gian đầu cuối Chương trình Tuy nhiên, ảnh Landsat7-ETM+ có độ phân giải khơng gian thấp (15m), nên phù hợp với việc xây dựng đồ trạng rừng cho tỉnh tỷ lệ 1:100.000[2] Chương trình điều tra, đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng giai đoạn 2006 – 2010 (chu kỳ IV) Trong chương trình việc xây dựng hệ thống đồ số liệu trạng tài nguyên rừng sử dụng ảnh vệ tinh Spot5 độ phân giải 2.5m phạm vi toàn quốc Bộ Tài nguyên Môi trường cung cấp làm sở để biên tập nắn chỉnh xây dựng loại đồ: trạng tài nguyên rừng, tỷ lệ 1:25.000 cho xã; trạng rừng, tỷ lệ 1:50.000 cho huyện; trạng rừng, tỷ lệ 1:100.000; 1:250.000 1:1.000.000 cho cấp tỉnh, vùng tồn quốc Xây dựng mẫu khóa ảnh phục vụ cho cơng tác đốn đọc ảnh vệ tinh Xây dựng hệ thống số liệu cập nhật, công bố năm/lần, kiểm tra, giám sát đánh giá thời điểm cuối chu kỳ theo dõi (2010) Xây dựng báo cáo phân tích, đánh giá biến động diện tích rừng chu kỳ nghiên cứu nhằm đề xuất giải pháp cho cơng tác quản lý rừng[17] Ngồi chương trình điều tra, đánh giá theo dõi diễn biễn tài ngun rừng tồn quốc cịn nhiều chương trình, đề tài khác ứng dụng viễn thám như: Luận án tiến sĩ chuyên ngành ảnh hàng không Chu Thị Bình (2001) với đề tài “Ứng dụng công nghệ tin học để khai thác thông tin tư liệu viễn thám, nhằm phục vụ việc nghiên cứu số đặc trưng rừng Việt Nam Đề tài sử dụng số thực vật NDVI tổng lượng phản xạ TRRI với tư liệu viễn thám ADEOS Landsat TM để phân loại trạng thái rừng giám sát biến động rừng giai đoạn 1989 - 1998 cho hai khu vực rừng Quảng Nam Đồng Nai Phương pháp xử lý số sử dụng đề tài phương pháp phân loại đa phổ có kiểm định[4] Đề tài cấp nhà nước KC.08.24 “Nghiên cứu giải pháp phòng chống khắc phục hậu cháy rừng cho vùng U Minh Tây Nguyên” Vương Văn Quỳnh - Trường Đại học Lâm nghiệp làm chủ nhiệm, thực năm 2004 - 2006 Đề tài xây dựng phần mềm tự động phát cháy rừng từ ảnh vệ tinh Landsat ETM+ MODIS Phần mềm xây dựng sở tổ hợp kênh đa phổ kết hợp với liệu GIS để phát điểm cháy rừng toàn lãnh thổ Việt Nam[14] Đề tài “Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh công nghệ GIS việc giám sát trạng tài nguyên rừng, thử nghiệm khu vực cụ thể” Nguyễn Trường Sơn - Trung tâm Viễn Thám Quốc Gia làm chủ trì, thực năm 2007 Đề tài sử dụng ảnh vệ tinh Landsat ETM (1999), Spot5 (2003) GIS để xây dựng quy trình báo cáo nhanh biến động diện tích rừng khu vực Yên Thế, tỉnh Bắc Giang Phương pháp xử lý số sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định với thuận toán Maximum Likelihood[15] Luận văn thạc sỹ tác giả Nguyễn Huy Hoàng (2010): “Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao để xây dựng đồ tài nguyên rừng phục vụ công tác điều tra, kiểm kê rừng” Đề tài sử dụng phương pháp phân loại số thực vật NDVI phương pháp phân loại có lựa chọn vùng mẫu tư liệu ảnh vệ tinh SPOT-5 để phân loại trạng thái rừng đánh giá biến động rừng Khu bảo tồn thiên nhiên Thượng Tiến – Kim Bôi – Hịa Bình giai đoạn 2004 - 2009[9] Đề tài nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ năm 2010 – 2012 Vũ Tiến Điển – Trung tâm Tài nguyên Môi trường Lâm nghiệp - Viện Điều tra Quy hoạch Rừng: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ giải đốn ảnh tự động ảnh vệ tinh có độ phân giải cao để xây dựng đồ tài nguyên rừng 82 4.4.2 Đề xuất quy trình thành lập đồ biến động rừng Qua trình nghiên cứu tiến hành thực nghiệm, tổng hợp đưa sơ đồ quy trình cơng nghệ thành lập đồ biến động rừng từ ảnh vệ tinh sau: Tài liệu tham khảo Ảnh vệ tinh spot5 Khảo sát thực địa xây dựng mẫu ảnh Hiệu chỉnh ảnh Giải đoán ảnh mắt Tăng cường chất lượng ảnh Ngoại nghiệp kiểm tra đồ giải đốn Phân loại ảnh Chỉnh sửa hồn thiện đồ Biên tập đồ trạng rừng 2011 Biên tập đồ trạng rừng 2006 Chồng xếp đồ trạng rừng Bản đồ biến động Hình 4.10: Sơ đồ quy trình cơng nghệ thành lập đồ biến động tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao 83 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình nghiên cứu đề tài đưa số kết luận sau: - Luận văn chia đối tượng thành kiểu rừng đặc trưng gồm: Kiểu rừng nghèo, nghèo núi đá; Kiểu rừng phục hồi sau nương rẫy; kiểu rừng hỗn giao (gỗ vầu); Kiểu rừng trồng Nhìn chung số loài ưu tổ thành theo tỷ lệ lồi có IV%>5 khơng nhiều, từ – 11 lồi trạng thái, điều cho thấy cấu trúc trạng thái chưa ổn định Mặt khác bên cạnh lồi ưu có giá trị kinh tế phòng hộ tham gia vào cơng thức tổ thành, cịn có số lồi cong queo, sâu bệnh giá trị sử dụng lồi: Chẹo tía, Sau sau… xuất - Các trạng thái rừng khu vực nghiên cứu nằm độ cao từ 300 – 1000m, phân bố hầu hết chân, sườn núi hay khu vực đồi núi thấp, nơi có địa hình phẳng (trạng thái IIA, IIB) Rừng trồng chủ yếu gồm kiểu rừng trồng phân tán trồng khu đồi núi thấp gần khu dân cư… - Qua nghiên cứu đánh giá phương pháp phân loại rừng: phương pháp phân loại có kiểm định Maximum likehood với K= 0.72, độ xác tồn cục 76.2%; phương pháp phân loại định hướng đối tượng Object based classification với K = 0.79, độ xác tồn cục 81.7% Đề tài chọn phương pháp phân loại định hướng đối tượng Object based classification với nhiều ưu điểm độ xác Đồng thời kết hợp với giải đốn mắt điều tra thực địa, để thành lập đồ tài nguyên rừng - Theo tiêu chí phân loại rừng thơng tư 34/2009, kết giải đốn đồ trạng tài nguyên rừng khu vực có trạng thái rừng sau: trạng thái rừng nghèo, nghèo núi đá; trạng thái rừng phục hồi (IIA, IIB); trạng thái rừng hỗn giao (gỗ, vầu); trạng thái rừng tre nứa khác (nứa, vầu); trạng 84 thái đất trống có gỗ tái sinh (IC); trạng thái đất trống bụi, trảng cỏ (IA, IB); trạng thái rừng trồng - Trên sở kết nghiên cứu giải đoán ảnh khu vực nghiên cứu, bước đầu đề xuất “các bước giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng đồ trạng rừng tỷ lệ 1:10.000 cho xã Dương Sơn, huyện na Rì, tỉnh Bắc Kạn” Do đó, sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 để thành lập đồ trạng rừng phục vụ công tác điều tra, kiểm kê rừng - Bước đầu xây dựng quy trình đánh giá biến động rừng giai đoạn 2006 – 2011, theo phương pháp kết hợp viễn thám GIS khu vực nghiên cứu Đồng thời đánh giá biến động rừng giai đoạn này, vòng năm (2006-2011) khu vực nghiên cứu diện tích rừng trồng 336.93 ha; có 81.04 rừng tự nhiên chuyến sang trạng thái đất trống, trảng cỏ Tồn Bên cạnh kết đạt đề tài cịn số tồn sau: - Việc phân loại, giải đoán ảnh để xây dựng đồ trạng rừng áp dụng với ảnh SPOT-5 mà chưa có điều kiện để thử nghiệm với loại ảnh vệ tinh có độ phân giải cao khác như: Quickbird, Ikonos, ảnh máy bay… - Phương pháp phân loại định hướng đối tượng đề tài chưa có điều kiện mở rộng nghiên cứu nhiều vùng sinh thái, nhiều kiểu rừng khác để có sở lựa chọn xây dựng phương pháp phân loại tốt để thành lập đồ tài nguyên rừng - Trong phương pháp phân loại định hướng đối tượng đề tài chưa sử dụng hết thông tin phi ảnh, yếu tố hỗ trợ, kiến thức chuyên gia để đánh giá toàn diện phương pháp phân loại 85 Kiến nghị Từ tồn trên, đề tài có kiến nghị sau: - Cần có nghiên cứu phương pháp phân loại định hướng đối tượng nhiều kiểu rừng, nhiều vùng sinh thái sử dụng loại thông tin hỗ trợ, kiến thức chun gia… để đánh giá tính ưu việt phương pháp phân loại - Nghiên cứu mở rộng nguồn tư liệu viễn thám có chất lượng cao như: ảnh đa thời gian, ảnh Quickbird, ảnh Ikonos… để nâng cao độ xác khả ứng dụng thực tế 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trầ n Vân Anh, Nguyễn Thi ̣ Yên Giang (2008), Bài giảng hướng dẫn sử dụng ENVI 4.3, Trường Đại ho ̣c Mỏ điạ chấ t, Hà Nội Nguyễn Ngọc Bình (2006), Cẩm nang ngành lâm nghiệp, Bộ NN&PTNT, Chương trình hỗ trợ ngành lâm nghiệp đối tác, Hà Nội Trần Quốc Bình (2006), Bài giảng Argis 9.2, ĐH khoa học tự nhiên, ĐH Quốc gia, Hà Nội Chu Thị Bình (2001), Ứng dụng cơng nghệ tin học để khai thác thông tin tư liệu viễn thám, nhằm phục vụ việc nghiên cứu số đặc điểm rừng Việt Nam, Luận án tiến sĩ, Trường ĐH Mỏ Địa chất, Hà Nội Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2009), Thông tư 34/2009/TTBNNPTNT ngày 10/6/2009, quy định tiêu chí xác định phân loại rừng, Hà Nội Nguyễn Xuân Đài (2002), Giáo trình sở viễn thám, Đa ̣i ho ̣c Khoa ho ̣c Tự nhiên, ĐHQG, Hà Nội Vũ Tiến Điển (2009), Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ giải đốn tự động ảnh vệ tinh có độ phân giải cao để xây dựng đồ trạng tài nguyên rừng phục vụ công tác điều tra, kiển kê rừng Việt Nam, Đề tài phát triển khoa học công nghệ cấp Bộ Hà Văn Hải (2002), Giáo trình phương pháp viễn thám, Đa ̣i ho ̣c Mỏ điạ chấ t, Hà Nội Nguyễn Huy Hoàng (2010), Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao để xây dựng đồ tài nguyên rừng phục vụ công tác điều tra, kiểm kê rừng, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội 87 10 Nguyễn Quốc khánh, Nguyễn Thanh Nga (2007), Ứng dụng công nghệ viễn thám GIS thành lập đồ biến động lớp phủ thực vật rừng đảo Phú Quốc, thời kỳ 1996 - 2001 - 2006, Báo cáo hội thảo quốc tế sử dụng công nghệ vũ trụ cho quản lý rừng bảo vệ môi trường, Hà Nội 11 Bùi Hữu Mạnh (2006), Hướng dẫn sử dụng Mapinfo professional verion 7.0, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 12 Quốc hội nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam (2004), Luật bảo vệ phát triển rừng, Hà Nội 13 Quốc hội nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam, (2003), Luật đất đai, Hà Nội 14 Vương Văn Quỳnh (2005), Nghiên cứu giải pháp phòng chống khắc phục hậu cháy rừng cho vùng U minh Tây Nguyên, Đề tài cấp nhà nước KC08.24 thuộc Chương trình bảo vệ mơi trường phòng tránh thiên tai, Bộ KH&CN, Hà Nội 15 Nguyễn Trường Sơn (2008), Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh công nghệ GIS việc giám sát trạng tài nguyên rừng, Báo cáo khoa học, Trung tâm viễn thám quốc gia, Hà Nội 16 Nguyễn Ngo ̣c Tha ̣ch (2005), Cơ sở viễn thám, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 17 Thủ tướng phủ, (2009), Quyết định thủ tướng phủ số việc phê duyệt chương trình điều tra đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc thời kỳ 2006 – 2010, Hà Nội 18 Tổng cục địa chính, (2001), Thơng tư hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu hệ tọa độ quốc gia VN-2000, Hà Nội 19 Lê Văn Trung, (2005), Viễn Thám, NXB Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh 20 Nguyễn Hải Tuất, Vũ Tiến Hinh, Ngơ Kim Khơi (2006), Phân tích thống kê lâm nghiệp, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 88 21 Viê ̣n Điề u tra Quy hoa ̣ch rừng (1995), Báo cáo phân tích đánh giá diễn biế n tài nguyên rừng toàn quố c giai đoạn 1976, 1990, 1995, Hà Nội 22 Viện Điều tra Quy hoạch rừng, (2010), Tổng hợp kết chương trình điều tra, đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc thời kỳ 2007 – 2009, Hà Nội Tiếng Anh 23 Baatz and colleagues (2000), Software manuals Ecognition 24 Shattri Mansor and colleagues (2005) Application Object based classification method mapping vegetation in Selangor Malaysia 25 Sohn Y, Rebello NS (2002) Supervised and unsupervised spectral angle classifiers Photogramm Engineering Remote Sensing 68:1271–80 26 Tamara Bellone, Piero Boccardo and Francesca Perez (2009), Investigation of vegetation dynamics using long – term Normalized Difference Vegetation Index time – series American Jounral of Enviroment Sciences 5: 460-466 27 Xiaoting Sun and collegue (2003), Comparison of Pixel based and Object Approaches to Land cover classification using high resolution IKONOS satellite data in city Eagan 28 Ziyu Wang and collegue (2008), Object based classification method and application in image classification the construction SPOT5 satellite mapping plant in Beijing-China 89 PHỤ LỤC i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, nỗ lực thân, nhận nhiều hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo, cô giáo, tổ chức, cá nhân bạn đồng nghiệp Tôi hạnh phúc làm việc biết ơn sâu sắc TS Trần Quang Bảo, người thầy bồi dưỡng, khuyến khích, hướng dẫn tơi q trình hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Sau đại học, Trường Đại học Lâm Nghiệp quan tâm giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu trường Tôi xin chân thành cảm ơn tới Ban Giám Đốc Trung Tâm Tư Vấn Thông Tin Lâm Nghiệp - Viện Điều tra Quy hoạch rừng tập thể nhân viên Phịng Kỹ thuật ln động viên, giúp đỡ nhiệt tình dẫn nhiều ý kiến chuyên môn quan trọng, giúp nâng cao chất lượng luận văn Cảm ơn đến toàn thể cán nhân dân xã Dương Sơn, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn - nơi triển khai đề tài, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt thời gian thu thập, điều tra số liệu trường Một lần xin chân thành cảm ơn mong nhận ý kiến, dẫn nhà khoa học đồng nghiệp! Tác giả xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, tháng10 năm 2012 Tác giả Trần Viết Tuân ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn…………………………………………………………………….i Mục lục……………………………………………………………………….ii Danh mục từ viết tắt……………………………… v Danh mục bảng………………………………………………………… vi Danh mục hình ………………………………………………………….vii ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………… Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Tình hình nghiên cứu nước Chương 2: ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11 2.1 Điều kiện tự nhiên 11 2.1.1 Vị trí địa lý 11 2.1.2 Địa hình 12 2.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng 12 2.1.4 Khí hậu - thủy văn 12 2.1.5 Thảm thực vật rừng 13 2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 14 2.2.1 Thành phần dân tộc, dân số lao động 14 2.2.2 Tập quán canh tác 14 2.2.3 Y tế, văn hóa, giáo dục 15 2.2.4 Giao thông vận tải 15 2.3 Cơ sở khoa học vấn đề nghiên cứu 16 2.3.1 Cơ sở vật lý ảnh viễn thám 16 2.3.1.1 Bản chất vật lý sóng điện từ 17 2.3.1.2 Tương tác sóng điện từ đối tượng mặt đất 17 iii 2.3.1.3 Quá trình lan truyền sóng điện từ khí 19 2.3.1.4 Q trình thu nhận sóng điện từ chuyển đổi thành thông tin ảnh 20 2.3.1.5 Chiết suất thông tin từ ảnh viễn thám 21 2.3.2 Cơ sở phân chia rừng 24 2.3.2.1 Khái niệm rừng 24 2.3.2.2 Phân chia kiểu trạng thái rừng 25 Chương 3: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 30 3.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 30 3.3 Nội dung nghiên cứu 30 3.4 Phương pháp nghiên cứu 31 3.4.1 Phương pháp kế thừa số liệu 31 3.4.2 Phương pháp điều tra ngoại nghiệp 31 3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu nội nghiệp 33 3.4.3.1 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc rừng phân bố rừng 33 3.4.3.2 Phương pháp nghiên cứu đặc điểm phản xạ phổ số đối tượng sử dụng đất ảnh SPOT-5 34 3.4.3.3 Phương pháp nghiên cứu phân loại rừng ảnh vệ tinh SPOT-5 35 3.4.3.4 Nghiên cứu, đề xuất quy trình thành lập đồ trạng rừng đồ biến động rừng từ ảnh vệ tinh SPOT-5 38 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39 4.1 Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc phân bố rừng khu vực 39 4.1.1 Phân loại trạng thái rừng 39 4.1.2 Đặc điểm cấu trúc 41 4.1.3 Đặc điểm phân bố trạng thái rừng 46 4.2 Đặc điểm tư liệu ảnh, phản xạ phổ số đối tượng sử dụng đất ảnh vệ tinh SPOT-5 49 iv 4.2.1 Tư liệu ảnh, đồ thông số kỹ thuật ảnh SPOT-5 49 4.2.2 Xây dựng khóa giải đốn ảnh 52 4.2.3 Đặc điểm phản xạ phổ số đối tượng ảnh vệ tinh SPOT-5 57 4.3 Nghiên cứu phân loại trạng thái rừng ảnh vệ tinh SPOT-5 thành lập đồ, đánh giá biến động rừng 61 4.3.1 Phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp ngưỡng phân loại (khóa ảnh) phần mềm Envi 61 4.3.2 Phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp định hướng đối tượng (Object based classification) phần mềm Ecognition 62 4.3.3 Thành lập đồ rừng từ ảnh vệ tinh SPOT-5 65 4.3.4 Đánh giá biến động tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu 74 4.4 Đề xuất quy trình thành lập đồ trạng tài nguyên rừng đồ biến động rừng từ ảnh vệ tinh SPOT-5 78 4.4.1 Đề xuất quy trình thành lập đồ trạng tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh SPOT-5 78 4.4.2 Đề xuất quy trình thành lập đồ biến động rừng 82 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ 83 KẾT LUẬN 83 Tồn 84 Kiến nghị 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết đầy đủ Viết tắt BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp Phát triển Nơng thơn DEM Mơ hình số độ cao FOV Field of view - Trường nhìn GIS Geographic information system - Hệ thống thông tin địa lý GPS Globe Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu IFOV Instantaneous field of view - Trường nhìn khơng đổi OTC Ô tiêu chuẩn QXTVR Quần xã thực vật rừng NDVI Normalized difference vegetation index - Chỉ số phân loại thực vật SPOT-5 Systeme PourL Observation de La Terre RS Remote sensing - Viễn thám TT Trung tâm khoa học thực nghiệm công nghệ Quốc gia KHTN&CN QG IIIA1 Rừng nghèo rộng thường xanh IIA, IIB Rừng phục hồi rộng thường xanh HG Rừng hỗn giao TNKH Rừng tre nứa khác ĐT1 Đất trổng trảng cỏ, bụi ĐT2 Đất trống có gỗ tái sinh RT Rừng trồng MN Mặt nước NN Đất nông nghiệp DC Dân cư DK Đất khác vi DANG MỤC CÁC BẢNG TT Tên Bảng Trang 4.1 Phân loại trạng thái rừng khu vực nghiên cứu 40-41 4.2 Công thức tổ thành trạng thái rừng 43 4.3 Một số thông số kỹ thuật ảnh SPOT 52 4.4 Bộ khóa giải đốn đối tượng có khu vực nghiên cứu 4.5 Bảng thống kê giá trị NDVI qua đối tượng khu vực nghiên cứu 59 4.6 Bảng thống kê vùng mẫu khu vực nghiên cứu 62 4.7 Bảng ma trận sai số phân loại theo phương pháp phân loại có 66 54-57 kiểm định Maximum likehood Envi 4.8 Bảng ma trận sai số phân loại theo phương pháp phân loại định 67 hướng đối tượng (Object based Classification) Ecognition 4.9 Bảng ma trận biến động đối tượng giai đoạn 2006-2011 78 theo phương pháp kết hợp viễn thám GIS 4.10 Cấu trúc liệu lớp đồ trạng rừng 82 vii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1 Sơ đồ vị trí xã Dương Sơn - huyện Na Rì - tỉnh Bắc Kạn 11 2.2 Phản xạ phổ đất, nước thực vật 19 4.1 Một số hình ảnh trạng thái rừng khu vực nghiên cứu 4.2 Ảnh spot5 năm 2010 cắt theo ranh giới khu vực 51 4.3 Model tính tốn NDVI khu vực nghiên cứu 58 4.4 Kết tính tốn NDVI khu vực nghiên cứu 59 4.5 Đồ thị biểu diễn biến đổi giá trị NDVI qua đối tượng 60 4.6 Kết phân loại ảnh khu vực nghiên cứu Envi 63 4.7 Kết tìm ngưỡng thích hợp cho trạng thái rừng khu vực 64 48-50 nghiên cứu 4.8 Kết phân loại định hướng đối tượng Ecognition 65 4.9 Sơ đồ quy trình cơng nghệ thành lập đồ trạng tài 79 nguyên rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao 4.10 Sơ đồ quy trình cơng nghệ thành lập đồ biến động tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao 83 ... tượng phạm vi nghiên cứu - Ảnh vệ tinh spot5 năm 2010 xã Dương Sơn, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn - Các trạng thái rừng xã Dương Sơn, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn 3.3 Nội dung nghiên cứu Để thực mục... giáp tỉnh Lạng Sơn - Phía Tây Bắc giáp xã Quang Phong, huyện Na Rì - Phía Nam Tây Nam giáp xã Xuân Dương, xã Đổng Xá, huyện Na Rì Hình 2.1: Sơ đồ vị trí xã Dương Sơn - huyện Na Rì - tỉnh Bắc Kạn... để phục vụ cho công tác điều tra, đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng giai đoạn mới, tiến hành thực hện đề tài: ? ?Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh spot5 thành lập đồ trạng rừng phục vụ công