Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng phân loại rừng bằng ảnh viễn thám ở khu rừng thực nghiệm núi luốt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN LOẠI RỪNG BẰNG ẢNH VIỄN THÁM Ở KHU RỪNG THỰC NGHIỆM NÚI LUỐT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP HÀ NỘI, 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN LOẠI RỪNG BẰNG ẢNH VIỄN THÁM Ở KHU RỪNG THỰC NGHIỆM NÚI LUỐT Chuyên ngành: Lâm học Mã số: 60620201 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS VƢƠNG VĂN QUỲNH HÀ NỘI, 2016 i LỜI CẢM ƠN Đƣợc trí Ban Giám hiệu, Khoa Đào tạo Sau Đại học Trƣờng Đại học Lâm nghiệp, đề tài “Nghiên cứu khả phân loại rừng ảnh viễn thám khu rừng thực nghiệm núi Luốt” đƣợc thực hồn thành vào tháng 9/2016 Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, tập thể cán khoa Công nghệ Nông lâm thực phẩm Trƣờng Đại học Thành Tây, nơi công tác học tập tạo điều kiện giúp đỡ thời gian, chuyên môn khoa học trình thực luận văn Nhân dịp xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Đào tạo Sau Đại học, Viện sinh thái rừng, Thƣ viện trƣờng Đại học Lâm nghiệp, đặc biệt xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Vƣơng Văn Quỳnh ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn khoa học giúp đỡ nhiều mặt để luận văn tơi hồn thành Cuối xin gửi lời cảm ơn động viên, giúp đỡ quý báu gia đình, bạn bè giúp tơi tự tin q trình thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v ĐẶT VẤN ĐỀ Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở khoa học phƣơng pháp viễn thám 1.1.1 Cơ sở vật lý 1.1.2 Tƣơng tác đối tƣợng đặc trƣng phản xạ phổ số đối tƣợng tự nhiên 1.1.3 Ảnh số viễn thám .9 1.1.4 Một số phần mềm thông dụng đƣợc sử dụng viễn thám 13 1.2 Khai thác ảnh vệ tinh công nghệ xử lý ảnh 18 1.2.1 Trên giới 18 1.2.2 Ở Việt Nam 23 Chƣơng MỤC TIÊU - ĐỐI TƢỢNG - NỘI DUNG 30 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Mục đích nghiên cứu 30 2.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 30 2.3 Nội dung nghiên cứu 30 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 31 2.4.1 Phƣơng pháp luận 31 2.4.2 Phƣơng pháp thu thập xử lý thông tin nghiên cứu 32 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 39 3.1 Rừng thực nghiệm Trƣờng Đại học Lâm nghiệp 39 iii 3.2 Lựa chọn tƣ liệu ảnh có khu vực nghiên cứu để phân loại trạng thái rừng cho khu vực Núi Luốt 46 3.2.1 Đặc điểm tƣ liệu ảnh dễ tiếp cận sử dụng để phân loại rừng khu vực nghiên cứu 46 3.2.2 Bộ tiêu chí đánh giá lựa chọn tƣ liệu ảnh dễ tiếp cận cho phân loại rừng địa điểm nghiên cứu 52 3.2.3 Lựa chọn tƣ liệu ảnh vệ tinh cho phân loại rừng 56 3.3 Xây dựng số phản xạ phổ để phân loại rừng ảnh vệ tinh 58 3.3.1 Đặc điểm phản xạ phổ trạng thái rừng đất Núi Luốt ảnh Google Earth 58 3.3.2 Xây dựng tiêu phản xạ phổ khóa để phân loại rừng khu vực nghiên cứu69 3.4 Đánh giá tính xác phân loại trạng thái rừng từ ảnh vệ tinh 71 3.4.1 Phân bố điểm kiểm tra 71 3.4.2 Độ xác phân loại rừng từ ảnh 73 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên 1.1 Cấp độ phân giải xạ ảnh 1.2 Đặc điểm khả ứng dụ 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Tọa độ đặc điểm rừng nghiệm Trƣờng Đại học Lâm Giá trị trung bình kênh ph liệu ảnh vệ tinh Hệ số biến động trung bình cá điểm điều tra (Kcti) Giá trị tiêu chí đánh giá c cận Xếp hạng ba tƣ liệu ảnh vệ ti đánh giá Chỉ số hiệu fij tƣ Đặc điểm phản xạ phổ cá điều tra Trạng thái rừng xác định thực tế điểm kiểm tra So sánh kết phân loại trạn v DANH MỤC CÁC HÌNH STT 1.1 Bức xạ sóng đ 1.2 Sự phân bố cá 1.3 Đặc điểm phổ 1.4 Cấu trúc ả 1.5 Các khuôn dạn 2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Lớp khoanh v Núi Luốt Lớp khoanh v MAPINF Phân bố đ Đại học Lâm n Rừng trồng ke thực nghiệm T Rừng trồng th nghiệm Trƣờn Rừng trồng bạ Lâm nghiệp (đ Rừng trồng ke Trƣờng Đại h Rừng trồng th nghiệm Trƣờn Trữ lƣợng rừn Trƣờng Đại h 3.8 Ảnh Landsat8 nghiệp vi 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 Ảnh Sentinel2 nghiệp Ảnh Google E Lâm nghiệp Giá trị kênh lụ điều tra Giá trị kênh đ điều tra Giá trị kênh x điểm điều Biến động Hệ số biến độ điểm đ Sai tiêu chuẩn điểm điều tra Hệ số biến độ điểm điề Giá trị trung b điểm đ NDVI trung b điểm điều tra Chỉ số khô ẩm điểm điều tra 3.21 Khoanh vi 3.22 Phân bố đ 3.23 Phân bố số điểm xác định k 12 Nguyễn Đình Dƣơng, (2006), Phân loại lớp phủ Việt Nam tư liệu MOD S đa thời gian thuật tốn phân tích đồ thị đường cong phổ phản xạ Tuyển tập cơng trình khoa học, Hội nghị khoa học Địa Lý - Địa Chính Hà Nội 9/2006 13 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 ph c v công tác điều tra kiểm kê rừng, Viện Điều tra Quy hoạch rừng 14 Vũ Tiến Hinh, Phạm Ngọc Giao (1997), Giáo trình điều tra rừng, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 15 Vũ Tiến Hinh, (2007), Bài giảng điều tra, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng, Tài liệu dùng cho cao học chuyên ngành Quản lý bảo vệ tài nguyên rừng, Trƣờng ĐH Lâm Nghiệp 16 Nguyễn Huy Hoàng, (2008), Ứng d ng phần mềm ENV để x lý, phân tích giải đoán ảnh viễn thám để thành lập đồ loại hình đất ngập nước khu vực c a Ba Lạt, Luận văn tốt nghiệp, ĐH Lâm nghiệp, Hà nội 17 Phạm Quốc Hùng, Jeffrey, Greg Lindsey (2006), Ứng d ng G S công nghệ viễn thám phân tích độ che phủ thảm thực vật cho đường xanh đô thị 18 Trần Hùng (2005), S d ng tư liệu MOD S theo dõi độ ẩm đất/thực vật bề mặt; th nghiệm với số mức độ khô hạn nhiệt độ - thực vật (TVD – Temperature Vegetation Dryness Index 19 Lê Thị Thu Hƣơng (2007), Monitoring biến động môi trường rừng ngập mặn khu vực tỉnh Cà Mau tư liệu viễn thám, góp phần quy hoạch phát triển bền vững vùng Đồng sông C u Long, Luận án thạc sỹ, Trƣờng ĐH Mỏ Địa Chất, Hà Nội 20 Bảo Huy (2009), G S Viễn thám quản lý tài nguyên rừng môi trường NXB tổng hợp thành phố Hồ Chí Minh 21 Bảo Huy, Phương pháp nghiên cứu trữ lượng carbon rừng tự nhiên làm sở tính tốn lượng CO2 phát thải từ suy thối rừng Việt Nam 22 Lƣơng Chính Kế, Tiềm đồ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao 23 Lƣơng Chính Kế, Nguyễn Ngọc Sinh, Tăng Quốc Cƣơng, Bước đột phá lĩnh vực Viễn Thám 24 Dƣơng Văn Khảm, Chu Minh Thu, ứng d ng ảnh vệ tinh Terra – aquar (MODIS) việc tính tốn độ ẩm khơng khí độ phân giải cao 25 Nguyễn Quốc khánh, Nguyễn Thanh Nga (2007), Ứng d ng công nghệ viễn thám G S 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 trƣờng 26 Trƣơng Anh Kiệt, Lê Văn Hƣờng, Trần Minh Ý (2005), Trắc địa ảnh, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 27 Bùi Hữu Mạnh (2006), ướng d n s d ng Mapinfo professional verion 7.0, NXB Khoa học kỹ thuật 28 Nguyễn Thanh Minh, Nghiên cứu ứng d ng ảnh viễn thám có độ phân giải siêu cao (Quickbrid) việc xác định đối tượng đường giao thông đô thị 29 Lâm Đạo Nguyên – Phòng Địa tin học Vật lý, PV Vật lý Tp Hồ Chí Minh, Ứng d ng tư liệu viễn thám vệ tinh để giám sát sinh trưởng lúa 30 Đinh Hồng Phong (2009), Ứng d ng công nghệ viễn thám G S xác định trạng s d ng đất ph c v kiểm kê đất đai Báo cáo khoa học, Trung tâm Viễn thám Quốc Gia 31 Quốc hội nƣớc Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam (2004), Luật bảo vệ phát triển rừng 32 Quốc hội nƣớc Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam, (2003), Luật đất đai 33 Vƣơng Văn Quỳnh (2005), Nghiên cứu giải pháp phòng chống khắc ph c hậu cháy rừng cho vùng U minh Tây Nguyên, Đề tài cấp nhà nƣớc KC08.24 thuộc Chƣơng trình bảo vệ mơi trƣờng phòng tránh thiên tai, Bộ KH&CN 34 Nguyễn Trƣờng Sơn (2008), Nghiên cứu s d ng ảnh vệ tinh công nghệ G S việc giám sát trạng tài nguyên rừng, Báo cáo khoa học, Trung tâm viễn thám quốc gia 35 Lê Minh Sơn, Lƣơng Chính Kế, Doãn Hà Phong (2008), "Thành lập đồ nhiệt độ bề mặt nƣớc biển hàm lƣợng Chlorophyll- A khu vực biển đơng từ ảnh MODIS", Tạp chí Viễn thám Địa tin học, (số 5), 8/2008 Trung tâm Viễn thám quốc gia, Bộ Tài nguyên Môi trƣờng 36 Phạm Quang Sơn (2008), Ứng d ng thông tin viễn thám G S nghiên cứu, quản lý tổng hợp tài nguyên môi trường vùng ven bờ hải đảo 37 Nguyễn Ngọc Thạch (2005), Cơ sở viễn thám, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 38 Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Tuấn Dũng, Nguyễn Mạnh Cƣờng (2003), Viễn thám hệ thống thông tin địa lý ứng d ng, Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội 39 Thủ tƣớng phủ, (2006), 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 40 Trần Văn Thụy (1996), Thành lập đồ thảm thực vật tỉnh Thanh oá phương pháp viễn thám, Luận án tiến sĩ, Trƣờng ĐH Tổng hợp Hà Nội 41 Tổng cục địa chính, (2001), Thơng tư hướng d n áp d ng hệ quy chiếu hệ tọa độ quốc gia VN-2000 42 Nguyễn Đắc Triển, (2009), Nghiên cứu s d ng tư liệu viễn thám để theo dõi rừng làm nương r y huyện im Bôi, tỉnh òa Bình, Luận văn thạc sỹ, ĐH Lâm nghiệp 43 Lê Văn Trung, (2005), Viễn Thám, NXB Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh 44 Lê Văn Trung, Lâm Đạo Nguyên, Phạm Bách Việt, (2006), Thực hành Viễn Thám, NXB Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh 45 Trần Anh Tú, Hà Quang Hải (2007), Ứng d ng G S viễn thám nghiên cứu địa mạo vùng Trị An -Tánh Linh, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 9, Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh tháng 10/2005 46 Nguyễn Hải Tuất, Vũ Tiến Hinh, Ngơ Kim Khơi (2006), Phân tích thống kê lâm nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 47 Chu Hải Tùng, Đặng Trƣờng Giang, Phạm Văn Mạnh, Nguyễn Minh Ngọc (2008), "Ứng dụng kết hợp ảnh vệ tinh radar quang học để thành lập số lớp thơng tin lớp phủ mặt đất", Tạp chí Viễn thám Địa tin học, (số 5), 8/2008 Trung tâm Viễn thám quốc gia, Bộ Tài nguyên Môi trƣờng 48 Trần Thanh Tùng (2006), Phân tích diễn biến hình thái sơng Trà húc, tỉnh Quảng Ngãi – Tạp chí khoa học Kỹ thuật Thủy lợi môi trƣờng số 14, tháng 8/2006 49 Phạm Hữu Tỵ, Hồ Kiệt (2008), "Xác định rủi ro xói mịn vùng cảnh quan đồi núi sở sử dụng số liệu viễn thám mơ hình đất phổ qt hiệu chỉnh", Tạp chí khoa học Đại học uế, (số 48) 50 Viện Điều tra Quy hoạch rừng (1995), Báo cáo phân tích đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 1976 – 1990 – 1995 51 Viện Điều tra Quy hoạch rừng, (2006), Tổng hợp kết chương trình điều tra, đánh giá theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc thời kỳ 2001 - 2005 52 Viện Vật lý Điện tử – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam (2007), Báo cáo s d ng ảnh viễn thám MOD S quan trắc cố tràn dầu Quảng Nam 53 Lê Sỹ Việt, Trần Hữu Viên, (1999), Quy hoạch lâm nghiệp, NXB Nông nghiệp Hà Nội AI Tiếng Anh a a a a a 54 A Huete , K Didan , T Miura , E.P Rodriguez , X Gao , L.G Ferreira b (2002), Overview of the radiometric and biophysical performance of the MODIS vegetation indices Remote Sensing of Enviroment, 83:195 - 213 55 Bunkei Matsuhita, Wei Yang, Jin Chen, Yuyiki Onda and Guoyu Qiu (2007), Sensitivity of the Enhanced Vegetation Index (EVI) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) to topographic Sensors, 7:2636 - 2651 56 Driss Haboudane, John R.Miller, Nicolas Tremblay, Pablo J.Zarco-Tejada, Louise Dextraze (2002), Integrated narrow-band vegetation indices for prediction of crop chlorophyll content for application to precision agriculture Remote Sensing of Enviroment 81: 416 - 426 57 ESRI, ArcGis Spatial Analyst Tutorial 58 ESRI, Using ArcMap 59 F Baret and G Guyot (1991), Potentials and Limits of Vegetation LAI and APAR Assessment Remote Sensing of Enviroment, 35:161 - 173 60 Geerken R, Zaitchik B, Evans JP (2005) Classifying rangeland vegetation type and coverage from NDVI time series using Fourier Filtered Cycle Similarity International Journal Remote Sensing 26:5535–54 61 Huete, A R (1988) A Soil-adjusted vegetation index (SAVI) Remote Sensing of Enviroment, 25:295 - 309 62 J Qi, A Chehbouni, A R Huete, Y H Kerr, and S Sorooshian (1994), A Modified Soil Adjusted Vegetation Index Remote Sensing of Enviroment, 48:119 - 126 63 Leica Geosystems, Image spectral analysis 64 Leica Geosystems, Erdas imagine tuor guides 65 Lenney MP, Woodcock CE, Collins JB, et al (1996) The status of agricultural lands in Egypt: the use of multitemporal NDVI features derived from LandsatTM Remote Sensing Environment 56:8–20 66 Research systens, (2000) ENVI Tutorials 67 Sohn Y, Rebello NS (2002) Supervised and unsupervised spectral angle classifiers Photogramm Engineering Remote Sensing 68:1271–80 68 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 69 Thomas M Lillesand, Ralph W.Kiefer (2000), Remote sensing and image interpretation 70 Wang Q, Tenhunen J (2004) Vegetation mapping with multitemporal NDVI in North Eastern China Transect (NECT) International Journal Application Earth Observation Geoinfomation 6:17–31 PHỤ LỤC Phụ lục Chiều cao tổng tiết diện ngang rừng điểm điều tra mẫu TT KD 559618 558821 558855 559120 559208 559222 559640 559660 559736 10 559515 11 559472 12 559017 13 558956 14 558892 15 559083 16 559184 17 559327 18 558736 19 558746 20 558776 21 558743 22 558604 23 558629 24 558495 25 558599 26 558746 27 558714 28 558727 29 559333 30 558968 31 559025 32 559102 33 559120 34 559274 35 559335 36 559314 37 559294 38 559347 39 559517 40 559595 41 559312 42 558756 43 558757 44 558777 45 559274 46 559558 47 559644 48 559503 49 559141 50 559114 51 558902 52 558783 53 559092 54 559003 55 558977 56 558951 57 558603 58 558663 59 559514 60 559549 61 559543 62 559038 63 559075 64 559100 65 558607 66 558675 67 558901 68 558837 69 558991 70 559487 71 558506 72 559042 73 558549 74 558610 75 558661 76 558597 77 558528 78 558573 79 558638 80 558617 81 558683 82 558572 83 558679 84 558686 85 558645 86 558676 87 558804 88 558907 89 558825 90 559066 91 558986 Phụ lục Chiều cao tổng tiết diện ngang rừng điểm kiểm tra TT KD 559475 559288 559318 559372 559387 559376 559571 559407 559529 10 559070 11 558484 12 558982 13 558924 14 558906 15 558837 16 558800 17 558826 18 558804 19 558855 20 558694 21 558736 22 558696 23 558703 24 558708 25 558644 26 558594 27 558585 28 558566 29 558538 30 559726 31 559675 32 559751 33 559714 34 559688 35 559639 36 559562 37 559491 38 559479 39 559559 40 559439 41 559292 42 559252 43 559267 44 559210 45 559188 46 559132 47 559072 48 559018 49 558904 50 559001 51 558953 52 558836 53 558847 54 558870 55 558658 56 558543 57 558957 58 558901 ... HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÂN LOẠI RỪNG BẰNG ẢNH VIỄN THÁM Ở KHU RỪNG THỰC NGHIỆM NÚI LUỐT Chuyên ngành: Lâm học Mã số: 60620201 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƢỜI... tài nguyên rừng đánh giá biến động rừng cho độ xác khơng cao Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn tiến hành thực đề tài: ? ?Nghiên cứu khả phân loại rừng ảnh viễn thám khu rừng thực nghiệm núi Luốt? ?? Chƣơng... cận có khu vực nghiên cứu để phân loại trạng thái rừng, (2) Nghiên cứu xây dựng số phản xạ phổ để phân loại rừng ảnh vệ tinh, (3) Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy phân loại trạng thái rừng từ ảnh