Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định được những thay đổi rừng trong khoảng thời gian (2017-2018) tại tỉnh Bắc Giang. Đầu tiên, bản đồ thay đổi rừng được thành lập với việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8. Sau đó, sử dụng dữ liệu về những thay đổi rừng đã thu thập tại địa phương để đánh giá độ chính xác của kết quả nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo!
Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT ĐỂ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG RỪNG Ở TỈNH BẮC GIANG Nguyễn Quang Huy1, Kiều Thị Dương1, Triệu Anh Tuấn2, Nguyễn Văn Thị1 Trường Đại học Lâm nghiệp Trung tâm Phát triển Nơng - Lâm nghiệp Vĩnh Phúc TĨM TẮT Bản đồ biến động rừng có vai trị quan trọng việc đánh giá thực trạng rừng hiệu công tác quản lý rừng địa phương Trong báo này, sử dụng ảnh vệ tinh Landsat số thực vật khác biệt chuẩn (NDVI) để xây dựng đồ thay đổi rừng tỉnh Bắc Giang khoảng thời gian 2017-2018 Kết nghiên cứu xác định được: diện tích rừng tăng cường chất lượng 11.338 ha, diện tích rừng ổn định 161.335 ha, diện tích suy thối rừng 496 diện tích rừng 574 Chỉ số Kappa đánh giá độ xác sử dụng ảnh Landsat để lập đồ thay đổi rừng 0,85 Ở tỉnh Bắc Giang, diện tích rừng trồng (chiếm 61%) cao diện tích rừng tự nhiên (chiếm 31%) Do đó, việc sử dụng ảnh vệ tinh để xây dựng đồ thay đổi rừng không hỗ trợ lực lượng kiểm lâm việc giám sát cập nhật diễn biến rừng mà cịn góp phần nâng cao hiệu công tác quản lý tài nguyên rừng theo hướng bền vững địa bàn tỉnh Bắc Giang Từ khóa: giám sát rừng, Landsat 8, NDVI, rừng, suy thối rừng ĐẶT VẤN ĐỀ Trong cơng tác quản lý bảo vệ phát triển rừng có nhu cầu thực tế thành lập đồ thay đổi rừng với việc sử dụng ảnh vệ tinh Nhiều nghiên cứu khứ cho thấy, ảnh vệ tinh kết hợp với hệ thống thông tin địa lý áp dụng có hiệu việc xây dựng đồ thay đổi rừng như: Amani, M cộng (2019), Dangia, N M cộng (2020), Nguyễn Hữu Hải cộng (2019), Trần Thu Hà cộng (2016) Nhiều nghiên cứu sử dụng số viễn thám để xây dựng đồ thay đổi rừng, kể đến như: Liu, L cộng (2013), Shen, W cộng (2019) Trong năm gần đây, có số kết nghiên cứu Việt Nam sử dụng số viễn thám để phát thay đổi rừng làm sở cho việc lập đồ thay đổi rừng từ ảnh vệ tinh như: Nguyễn Thanh Hoàn cộng (2017), Lê Tuấn Anh cộng (2018), Nguyễn Hải Hòa cộng (2018), Phùng Văn Khoa cộng (2019, 2020), Nguyễn Văn Thị cộng (2020) Theo Quyết định số 2372/QĐ-UBND ngày 31 tháng 12 năm 2015 Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Giang phê duyệt kết kiểm kê rừng, tổng diện tích rừng đất lâm nghiệp tỉnh 173.636,61 ha, đó: tổng diện tích đất có rừng 141.959,56 ha, (60.244,46 rừng tự nhiên 81.715,10 rừng trồng); diện tích đất chưa có rừng: 31.677,05 (14.477,50 đất trồng chưa thành rừng; 429,23 đất trống có gỗ tái sinh; 10.431,64 đất trống khơng có gỗ tái sinh; 4.334,33 đất nơng nghiệp 2.004,35 đất khác) Diện tích rừng phân bố huyện (Lục Nam, Lục Ngạn, Sơn Động, Yên Dũng Yên Thế) với tổng diện tích đất có rừng 137.449,98 chiếm 79,16% tổng diện tích đất có rừng tồn tỉnh Độ che phủ rừng tỉnh Bắc Giang năm 2015 36,44% (chưa tính diện tích đất trồng chưa thành rừng) Trước đây, đồ thay đổi rừng thường xây dựng nhằm mục tiêu đánh giá thực trạng rừng hiệu công tác quản lý rừng khoảng thời gian dài khứ: thường giai đoạn từ năm, 10 năm chí lâu Với phát triển mạnh mẽ công nghệ viễn thám đồ thay đổi rừng thành lập khoảng thời gian ngắn để góp phần nâng cao hiệu quản lý rừng Mục tiêu nghiên cứu xác định thay đổi rừng khoảng thời gian (2017-2018) tỉnh Bắc Giang Đầu tiên, đồ thay đổi rừng thành lập với việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat Sau đó, sử dụng liệu thay đổi rừng thu thập địa phương để đánh giá độ xác kết nghiên cứu Kết nghiên cứu có ý nghĩa ứng dụng thực tiễn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 77 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường công tác cập nhật diễn biến rừng lực lượng kiểm lâm tỉnh Bắc Giang PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu bao gồm kiểu rừng: rừng tự nhiên rộng thường xanh, rừng tự nhiên hỗn giao gỗ-tre nứa, rừng tre nứa rừng trồng tỉnh Bắc Giang Hình Sơ đồ đối tượng khu vực nghiên cứu 2.2 Ảnh vệ tinh sử dụng nghiên cứu Trong nghiên cứu này, ảnh vệ tinh Landsat 8/SR sử dụng Ảnh xử lý phản xạ phổ bề mặt (Surface Reflectance-SR) Google Earth Engine (GEE) Ảnh vệ tinh lựa chọn theo giai đoạn: giai đoạn đầu bao gồm cảnh ảnh có thời gian chụp ảnh từ 04/01/2017 đến 10/04/2017 giai đoạn sau có thời gian chụp ảnh từ 06/10/2018 đến 23/11/2018 Các cảnh ảnh sử dụng nghiên cứu chi tiết Bảng Bảng Dữ liệu ảnh Landsat sử dụng nghiên cứu TT Loại ảnh Landsat 8/SR Landsat 8/SR Landsat 8/SR Landsat 8/SR Mã ảnh LC08_126045_20170104 LC08_126045_20170410 LC08_126045_20181006 LC08_126045_20181123 Thời gian 04/01/2017 10/04/2017 06/10/2018 23/11/2018 Tỷ lệ mây (%) 18,65 15,77 1,05 31,21 Nguồn: Google Earth Engine 2.3 Phương pháp lập đồ thay đổi rừng Phương pháp xây dựng đồ biến động rừng nghiên cứu mơ tả sơ 78 đồ quy trình lập đồ thay đổi rừng từ ảnh vệ tinh (Hình 2) với bước cụ thể sau: - Lựa chọn tải ảnh vệ tinh Landsat 8/SR: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường chúng tơi sử dụng chương trình Google Earth Engine thuật tốn tính số ảnh số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI) để xây dựng ảnh số thực vật NDVI Lựa chọn ảnh số thực vật có tỷ lệ mây thấp (dưới 31,21%) khoảng thời gian nghiên cứu để tải ảnh máy tính, phục vụ cho bước tính tốn Việc lựa chọn GEE để tải ảnh vệ tinh thay sử dụng phương pháp khác sử phần mềm QGIS từ website https://earthexplorer.usgs.gov ảnh vệ tinh từ nguồn GEE xử lý phản xạ bề mặt nên giảm bước xử lý ảnh ban đầu - Tính tốn ảnh số KB: sử dụng phần mềm ArcGIS 10.5 áp dụng số KB (Phùng Văn Khoa cộng sự, 2019 2020) để tính số KB theo số NDVI sau: KB = 100 * (T1-T2)/T1 (1) Trong đó: T1 giá trị NDVI thời điểm trước; T2 giá trị NDVI thời điểm sau Chỉ số NDVI xác định theo công thức: NDVI = (2) Đối với ảnh Landsat 8, BandNIR (kênh cận hồng ngoại) Band BandRED (kênh đỏ) Band - Phân loại số KB phục vụ xây dựng đồ thay đổi rừng: Sử dụng phần mềm ArcGIS 10.5 để phân loại lớp đồ ảnh giá trị KB để xác định thay đổi rừng theo ngưỡng giá trị KB sau: Bảng Phân loại ngưỡng số KB theo loại thay đổi rừng TT Loại thay đổi rừng Ngưỡng KB Rừng tăng cường chất lượng -40 đến -10 Rừng không đổi -10 đến 10 Suy thoái rừng 10 đến 40 Mất rừng 40 đến 100 Hình Sơ đồ quy trình lập đồ thay đổi rừng từ ảnh vệ tinh 2.4 Đánh giá độ xác đồ thay đổi rừng Để đánh giá độ xác đồ thay đổi rừng lập từ ảnh vệ tinh Landsat 8, nghiên cứu lựa chọn ngẫu nhiên 20 mẫu cho loại thay đổi rừng: rừng tăng cường chất lượng, rừng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 79 Quản lý Tài nguyên rừng & Mơi trường ổn định, suy thối rừng rừng từ nguồn sở theo dõi diễn biến rừng Chi cục Kiểm lâm tỉnh Bắc Giang khoảng thời gian từ 2017-2018 để kiểm chứng kết xác định thay đổi rừng từ ảnh vệ tinh (Hình 3) Sử dụng ma trận thay đổi số Kappa để đánh giá độ xác đồ thay đổi rừng Hình Sơ đồ vị trí điểm lấy mẫu kiểm chứng Chỉ số Kappa (K) tính theo công thức sau: = ∑ − ∑ − ∑ Trong đó: r số lượng cột bảng ma trận, Xii tổng số mẫu quan sát hàng i cột i (trên đường chéo chính), Xi+ tổng số mẫu quan sát hàng thứ i, X+i tổng số mẫu quan sát cột thứ i, N tổng số mẫu kiểm chứng ma trận Hệ số Kappa nằm khoảng từ đến 1, đó: K>0,8 (độ xác cao), 0,4