(i) (ii)
Hỡnh 30: (i) Ảnh tổ hợp màu tự nhiờn của Landsat; (ii) Đặc tớnh phổ của vựng mẫu
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 47
Hỡnh 31: Cấu trỳc cõy quyết định dựng để xỏc định khu vực rừng ngập mặn bằng dữ liệu Landsat
[Plant?] Nếu (band 2 lớn hơn band 3) và (band 3 nhỏ hơn band 4) thỡthực vật nếu khụng thỡkhụng phải thực vật
[B5 LT B4?] Nếu (Band 5 nhỏ hơn Band 4) thỡ (khụng phải bói cỏ) nếu khụng thỡ
(bói cỏ hoặc đất trống)
[Evel-Slopẻ] Nếu (Cao độ nhỏ hơn ngưỡng T1) và (Độ dốc nhỏ hơn ngưỡng T2)
thỡThực vật mọc trờn vựng đất thấpnếu khụng thỡ Thực vật mọc trờn vựng đất cao
[Mangrovẻ] Nếu (Kết quả phõn loại theo xỏc xuất cực đại từ cỏc band là rừng ngập mặn) thỡRừng ngập mặnnếu khụng thỡKhụng phải rừng ngập mặn
[Cloud?] Nếu (Tổng năng lượng phản xạ lớn hơn ngưỡng T3) và (band hồng ngoại nhiệt nhỏ hơn ngưỡng T4) thỡMõynếu khụng thỡMặt nước hoặc đất
[Non-Soil?] Nếu (band 5 nhỏ hơn ngưỡng T6) hoặc (band 7 nhỏ hơn ngưỡng T7) và (band 5 nhỏ hơn hoặc bằng band 1) thỡ khụng phải đất nếu khụng thỡ Đất (khụng bị che phủ bởi thực vật)
*Một sốảnh vệ tinh dựng cõu lệnh thay thế: ([Non-Soil?] Nếu (tổng Band 4+Band 5+Band 7) nhỏ hơn ngưỡng T5 thỡ khụng phải đất nếu khụng thỡ Đất (khụng bị
che phủ bởi thực vật)
[Non-datả] Nếu (Band 1 bằng 0) thỡ Vựng khụng chứa dữ liệu trờn ảnh nếu khụng thỡ Mặt nước
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 48
[Sea and shadow?] Nếu (Band 3 nhỏ hơn ngưỡng T8) thỡ Hoặc biển hoặc búng mõynếu khụng thỡSụng
Ghi chỳ: Phõn loại theo phương phỏp xỏc suất cực đại sử dụng tất cả cỏc kờnh phổ.
Bảng 11: Ngưỡng cho phõn loại ảnh Landsat chỉ thu nhận được trong một mựa
Path/Row Ngày thu
nhận T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 Note P123r51 04.04.2002 NA 5 500 134 NA 62 34 50 Khụng rừng ngập mặn P123r52 14.01.2002 NA 7 300 125 NA 62 34 50 Khụng rừng ngập mặn P124r49 23.03.2001 NA 7 500 129 NA 71 47 50 Khụng rừng ngập mặn P124r50 17.10.2001 NA 5 500 130 NA 62 34 50 Khụng rừng ngập mặn P124r52 03.02.2001 NA 5 500 134 90 NA NA 50 Khụng rừng ngập mặn P124r53 05.01.2002 5 5 330 130 90 NA NA 50 Đụng Nam P125r48 06.11.2000 NA 5 NA 62 34 32 Khụng rừng ngập mặn P125r53 11.12.2001 NA NA 550 134 90 NA NA 50 Miền Nam P125r54 17.03.2002 NA NA 500 130 90 NA NA 50 Miền Nam P126r45 02.12.2004 5 5 500 130 90 NA NA 32 Miền Bắc P126r47 06.06.2000 5 5 458 131 NA 66 40 70 Bắc Trung bộ P126r48 29.09.2001 NA 5 458 127 NA 66 40 70 Khụng rừng ngập mặn p126r53 16.01.2001 5 5 458 124 90 NA NA 50 Miền Nam p126r54 16.01.2001 5 5 458 124 90 NA NA 50 Miền Nam
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 49
4.1.4. Phương phỏp phõn loại lớp phủ thực vật khi dữ liệu ảnh Landsat thu nhận được trong hai mựa (mựa thu hoạch và mựa cõy cối phỏt triển tự nhiờn)
(i) (ii)
Hỡnh 32: Ảnh Landsat (i) Thỏng 9.2001; (ii) Mựa thu hoạch thỏng 11.2001
Hỡnh 33: Cấu trỳc cõy quyết định dựng để xỏc định lớp phủ thực vật từ 2 ảnh Landsat khỏc biệt mựa vụ
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 50
Hỡnh 34: Đặc tớnh phổ của vựng mẫu
[Insidẻ] Nếu (Band 1 khỏc 0) và (Band 8 khỏc 0) thỡVựng ảnh chứa dữ liệu nếu khụng thỡVựng ảnh khụng chứa dữ liệu
[Vegetation?] Nếu (NDVI 2001.09 lớn hơn 0) hoặc (NDVI 2001.11 lớn hơn 0) thỡ
Thực vật nếu khụng thỡKhụng phải thực vật
[Vegetation?] =yes
[Tree all season?] Nếu (NDVI 2001.09 lớn hơn 0) và (NDVI 2001.11 lớn hơn 0) thỡKhụng phải cõy mựa vụnếu khụng thỡ (Cõy mựa vụ)
[Non-grass?] Nếu (Band 5 nhỏ hơn Band 4) thỡKhụng phải bói cỏnếu khụng thỡ(Bói cỏ hoặc đất trống)
[Low elevation?] Nếu (Cao độ nhỏ hơn ngưỡng T1) và (Độ dốc nhỏ hơn ngưỡng T2) thỡ Thực vật mọc trờn vựng đất thấp nếu khụng thỡ Thực vật mọc trờn vựng đất cao
[Mangrovẻ] Nếu (Kết quả phõn loại theo xỏc xuất cực đại từ cỏc band là rừng ngập mặn) thỡRừng ngập mặnnếu khụng thỡKhụng phải rừng ngập mặn
[Vegetation?] =No
[Soil?] Nếu (Band 5 lớn hơn Band 4) và (Band 5 lớn hơn ngưỡng T3) thỡĐất
nếu khụng thỡ Mặt nước
[Seả] Nếu (Cao độ bằng 0) và (Band 3 nhỏ hơn ngưỡng T4) thỡ Biển nếu khụng thỡ Sụng
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 51
Bảng 12: Ngưỡng cho phõn loại ảnh Landsat thu nhận được trong hai mựa
Path/Row Ngày thu
nhận Ngưỡng T1 Ngưỡng T2 Ngưỡng T3 Ngưỡn g T4 Note P126r46 (Miền Bắc) 29.09.2001 5 5 40 80 16.11.2001 Mựa thu hoạch 4.1.5. Chuẩn húa kết quả phõn loại rừng ngập mặn bằng bản đồđất Hỡnh 35: Sơđồ chuẩn húa kết quả phõn loại rừng ngập mặn bằng bản đồđất
Trước hết, bản đồ đất dưới dạng ảnh scan sẽ được nắn chỉnh và gỏn tọa độ địa lý. Tiếp theo, bản đồ đất sẽ được phõn loại thành vựng đất nhiễm mặn và vựng đất khụng nhiễm mặn. Cuối cựng, kết quả phõn loại rừng ngập mặn được coi là đỳng nếu chỳng xuất hiện trờn vựng đất nhiễm mặn. Bản đồđất Nắn chỉnh, gỏn tọa độđịa lý Phõn loại Đất nhiễm mặn Kết quả phõn loại ảnh Landsat Rừng ngập mặn Corrected Mangrove
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 52
4.2. Kết quả phõn loại lớp phủ thực vật dựng ảnh vệ tinh Landsat
Hỡnh 36: (i) Vị trớ ảnh Landsat ETM+ (ii) Bản đồ lớp phủ thực vật duyờn hải Việt Nam
Hỡnh 37: (i) Ảnh Landsat vào mựa thu hoạch 11.2001; (ii) Ảnh Landsat 9.2001; (iii) Kết quả phõn loại lớp phủ thực vật
Mangrov e Ma ng ro ve
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 53
4.2.1. Kết quả chuẩn húa rừng ngập mặn bằng bản đồđất
(i) (ii)
Hỡnh 38: (i) Bản đồđất vựng sụng Hậu Giang năm 1988 (Tỷ lệ 1:250.000); (ii) Bản đồđất nhiễm mặn và khụng nhiễm mặn
(i) (ii)
Hỡnh 39: (i) Bản đồđất miền Bắc 1979 (Tỷ lệ 1:500.000); (ii) Bản đồđất nhiễm mặn và khụng nhiễm mặn
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 54
Hỡnh 40:Chuẩn hoỏ kết quả phõn loại rừng ngập mặn trờn ảnh Landsat bằng bản đồđất miền Bắc 1979
Non-Mangrove
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 55
Hỡnh 41: Kết quả phõn loại rừng ngập mặn của Việt Nam Mangrove Ma ng ro ve
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 56
Bảng 13: Phõn bố diện tớch rừng ngập mặn ở Việt Nam (Đó chuẩn húa)
Khu vực Chuẩn húa bằng bản đồ đất (m²) Rừng ngập
mặn chưa chuẩn húăm²) Note Rừng ngập mặn đó chuẩn húa Khụng phải rừng ngập mặn Miền Bắc và Bắc Trung Bộ 118.212 37.872 Soil map 1979 (scale 1:500.000)
Miền Nam 1,028.227 326.709 Soil map 1988
(scale 1:250.000) Miền Đụng Nam 1,596.138 Khụng cú bản đồđất Hỡnh 42: Phõn bố diện tớch rừng ngập mặn ở Việt Nam 4.2.2. Đỏnh giỏ độ chớnh xỏc - Độ chớnh xỏc tổng cộng = (98956/98966) 99.9899% - Hệ số Kappa = 0.9992
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 57
Bảng 14: Ma trận sai số
Thực địa Kết quả
River Grass Soil High tree
Sea Mangrove Non-
mangrove Rice field Total River 941 0 0 0 0 0 0 0 941 Grass 0 552 1 4 0 0 0 0 557 Soil 0 0 812 0 0 0 0 0 812 High tree 0 0 0 1674 0 0 0 0 1674 Sea 0 0 0 0 92610 0 0 0 92610 Mangrove 0 0 0 0 0 700 0 0 700 Non- mangrove 0 0 0 0 0 1 827 0 828 Rice field 0 0 4 0 0 0 0 840 844 Total 941 552 817 1678 92610 701 827 840 98966 4.2.3. Nhận xột kết quả - Dựa trờn sự khỏc nhau về đặc tớnh phổ của cỏc vật chất khỏc nhau cú thể phõn loại được cỏc loại lớp phủ khỏc nhaụ
- Cỏc thụng tin vềđịa hỡnh (cao độ, độ dốc) liờn quan tới điều kiện mụi trường sống của thực vật. Đõy cũng là thụng tin hữu ớch trong việc phõn loại rừng ngập mặn và cỏnh đồng canh tỏc. Bờn cạnh đú, bản đồ đất cũng cung cấp thụng tin hữu ớch cho việc chuẩn húa kết quả phõn loại rừng ngập mặn.
- Cỏc đặc tớnh mựa vụ cú thể giỳp cải thiện độ chớnh xỏc của kết quả phõn loạị Dựa trờn những thụng tin này cú thể dễ dàng tỡm ra cỏc loại thực vật mang tớnh mựa vụ, từ đú cú thể phõn biệt loại thực vật này với cỏc loại thực vật khỏc cú đặc tớnh phổ gần giống nhaụ
- Tuy nhiờn, vựng đồng bằng sụng Cửu Long, địa hỡnh gần như bằng phẳng với cao độ mặt đất thấp. Do đú, cỏc thụng tin về địa hỡnh ở khu vực này khụng giỳp cải thiện kết quả phõn loạị Khoảng 95% diện tớch kết quả phõn loại rừng ngập mặn khụng sử dụng thụng tin địa hỡnh để cải thiện độ chớnh xỏc.
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 58 - Cú khoảng 58% diện tớch kết quả phõn loại rừng ngập mặn chưa cú bản đồ
đất để chuẩn húa kết quả phõn loạị
- Chưa cú cụng đoạn khảo sỏt thực địa cho khu vực đồng bằng sụng Cửu Long.
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 59
4.3. Xỏc định sự biến đổi diện tớch rừng ngập mặn
Hỡnh 43: Phương phỏp xỏc định sự biến đổi diện tớch rừng ngập mặn
Trước hết, rừng ngập mặn được trớch xuất từ dữ liệu ảnh Landsat cho nhiều thời kỳ
khỏc nhau nhưng cựng một vị trớ. Sau bước phõn loại này, chỳng sẽ được so sỏnh với nhau để xỏc định sự biến đổi về diện tớch và khu vực tăng trưởng.
4.3.1. Khu vực nghiờn cứu
Phần nghiờn cứu này sẽ xỏc định sự thay đổi diện tớch rừng ngập mặn tại bờn trong khu vực bảo vệ cụng viờn quốc gia Xuõn Thủy10 và khu bảo tồn thiờn nhiờn đất ngập nước Tiền Hải11. Cụng viờn
quốc gia Xuõn Thủy chớnh là vựng
đất ngập nước đầu tiờn trở thành khu vực thuộc cụng ước Ramsar của khu vực Đụng Nam Á và cũng là một trong những điểm bảo tồn cỏc loài chim di cư trờn thế giới12.
Hỡnh 44: Khu vực nghiờn cứu (Xuõn Thủy - Tiền Hải) hiển thị trờn GoogleEarth
Dữ liệu GIS về đường biờn của khu vực bảo tồn được tải về từ website của Protected Planet13. 10http://en.wikipediạorg/wiki/Xuan_Thuy_National_Park 11http://vịwikipediạorg/wiki/Khu_b%E1%BA%A3o_t%E1%BB%93n_thi%C3%AAn_nh i%C3%AAn_Ti%E1%BB%81n_H%E1%BA%A3i 12http://ramsar.wetlands.org/ 13 http://protectedplanet.net/sites/Xuan_Thuy_Nature_Reserve - - http://protectedplanet.net/sites/Tien_Hai_Nature_Reserve Rừng ngập mặn thời kỳ 1 Rừng ngập mặn thời kỳ 2 Rừng ngập mặn thời kỳ 3 Biến đổi diện tớch rừng ngập mặn
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 60
4.3.2. Kết quả phõn loại rừng ngập mặn qua cỏc thời kỳ
(i) (ii)
Hỡnh 45: (i) Ảnh màu tự nhiờn của Landsat
khu vực Xuõn Thủy - Tiền Hải 1989; (ii) Kết quả phõn loại rừng ngập mặn
(i) (ii)
Hỡnh 46: (i) Ảnh màu tự nhiờn của Landsat
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 61
(i) (ii)
Hỡnh 47: (i) Ảnh màu tự nhiờn của Landsat
khu vực Xuõn Thủy - Tiền Hải 2010; (ii) Kết quả phõn loại rừng ngập mặn
Hỡnh 48: Diện tớch rừng ngập mặn ở khu vực nghiờn cứu (Xuõn Thủy - Tiền Hải) từ 1989 tới 2010
Bảng 15: Diện tớch rừng ngập mặn ở khu vực nghiờn cứu (Xuõn Thủy - Tiền Hải) từ 1989 tới 2010
Year Area (Meters²)
1 1989 12.019.675
2 2001 10.817.545
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 62
4.3.3. Kết quả xỏc định sự thay đổi rừng ngập mặn
Bảng 16: Thay đổi diện tớch rừng ngập mặn ở khu vực nghiờn cứu (từ 1989 tới 2010)
No Class Area (m2)
1 Mất hẳn rừng giai đoạn 1989 - 2001
Cut from 1989-2001 but not grow again 10,138,504.50
2 Mất hẳn rừng già giai đoạn 2001 - 2010
Cut old mangrove from 2001-2010 858,548.25
3 Rừng mọc mới giai đoạn 1989-2001 nhưng bị chặt 2001-2010 Grow 1989-2001 cut 2001-2010 2,005,445.25 Tổng diện tớch rừng bị chặt 13,002,498.00 4 Rừng mọc mới 1989-2001 Grow 1898-2001 7,238,772.00 5 Rừng mọc mới 2001-2010 New grow 2001-2010 6,102,434.25 Tổng diện tớch rừng mọc mới 13,341,206.25 6 Rừng bị cắt 1989-2001 nhưng tỏi sinh 2001-2010
Cut 1989-2001 but grow again 2001-2010 307,842.75
7 Phần diện tớch rừng già khụng bị thay đổi
No change 714,780.00
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 63
Hỡnh 49: Kết quả thay đổi diện tớch rừng ngập mặn ở khu vực nghiờn cứu từ 1989 tới 2010
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 64
4.3.4. Nhận xột kết quả
- Diện tớch rừng ngập mặn năm 2010 lớn hơn năm 1989 và 2001. Diện tớch rừng ngập mặn cú xu hướng giảm trong giai đoạn 1989 đến 2001 nhưng lại tăng lờn ở giai đoạn 2001 đến 2010.
- Tổng diện tớch rừng mọc mới lớn hơn tổng diện tớch rừng bị chặt. Cú thể
thấy phần lớn diện tớch rừng bị chặt diễn ra trong giai đoạn 1989 đến 2001. Khu vực rừng mọc mới đa số xuất hiện trờn cỏc bói bồi mới hỡnh thành. - Phần lớn rừng ngập mặn đều là rừng cú tuổi nhỏ hơn 20 năm và mọc trờn cỏc
bói bồi mớị Phần diện tớch rừng già khụng bị thay đổi là 714,780 m2 (khoảng 5%).
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 65
CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ TỪ DỮ LIỆU LANDSAT 5.1. Phương phỏp tớnh toỏn nhiệt độ từ dữ liệu Landsat
Hỡnh 50: Phương phỏp tớnh toỏn nhiệt độ từ dữ liệu Landsat
5.1.1. Chuyển đổi từ thang đo độ sỏng trờn ảnh vệ tinh thành đơn vị năng lượng bức xạ thu nhận được lượng bức xạ thu nhận được
Cụng thức sau đõy được sử dụng để chuyển đơn vị độ sỏng (DN) trờn dữ liệu Landsat do Global Land Cover Facility (GLCF) cung cấp thành đơn vị bức xạ14:
Lλ = ((LMAXλ - LMINλ)/(QCALMAX-QCALMIN)) * (QCAL- QCALMIN) + LMINλ
Trong đú:
- Lλ = Năng lượng bức xạ tại cửa thu của cảm biến W/(m2*ster*àm)
- QCAL = Giỏ trịđộ sỏng của pixel đó được lượng tử húa và hiệu chỉnh (DN) - LMINλ = Năng lượng bức xạ mà được định tỷ lệ thành QCALMIN
W/(m2*ster*àm)
- LMAXλ= Năng lượng bức xạ mà được định tỷ lệ thành QCALMAX
W/(m2*ster*àm) 14 http://landsathandbook.gsfc.nasạgov/handbook/handbook_htmls/chapter11/chapter11.ht ml Phổ hồng ngoại nhiệt (Dạng số nguyờn) Bảng hệ số phỏt xạ Chuyển húa thành bức xạ W/(m2*ster*àm) Chuyển thành nhiệt độ (K) Dữ liệu ảnh Landsat Kết quả phõn loại lớp phủ
Chuẩn hoỏ nhiệt độ(K)
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 66 - QCALMIN = Giỏ trị độ sỏng nhỏ nhất của pixel được lượng tử húa và hiệu chỉnh (tương ứng với LMINλ) (QCALMIN = 1 ỏp dụng cho sản phẩm LPGS và NLAPS xử lý sau ngày 4/4/2004; QCALMIN = 0 ỏp dụng cho sản phẩm NLAPS xử lý trước ngày4/5/2004)
- QCALMAX = Giỏ trị độ sỏng lớn nhất của pixel được lượng tử húa và hiệu chỉnh (tương ứng vớiLMAXλ) (QCALMAX= 255)
Bảng 17: Khoảng phổ bức xạ của dữ liệu Landsat ETM+ (Watts/(meter squared * ster * àm))
Band Number
Processed Before July 1, 2000 Processed After July 1, 2000
Low Gain High Gain Low Gain High Gain
LMIN LMAX LMIN LMAX LMIN LMAX LMIN LMAX
1 -6.2 297.5 -6.2 194.3 -6.2 293.7 -6.2 191.6 2 -6.0 303.4 -6.0 202.4 -6.4 300.9 -6.4 196.5 3 -4.5 235.5 -4.5 158.6 -5.0 234.4 -5.0 152.9 4 -4.5 235.0 -4.5 157.5 -5.1 241.1 -5.1 157.4 5 -1.0 47.70 -1.0 31.76 -1.0 47.57 -1.0 31.06 6 0.0 17.04 3.2 12.65 0.0 17.04 3.2 12.65 7 -0.35 16.60 -0.35 10.932 -0.35 16.54 -0.35 10.80 8 -5.0 244.00 -5.0 158.40 -4.7 243.1 -4.7 158.3
5.1.2. Chuyển từ năng lượng bức xạ thành nhiệt độ Kelvin
Theo định luật bức xạ Planck ỏp dụng cho vật đen tuyệt đối:
Hay viết theo cỏch khỏc: ! T = hc "Kln(2hc 2 "5I +1)
Nghiờn cứu mụi trường ven biển Việt Nam sử dụng cụng nghệ viễn thỏm và GIS
Nguyễn Hoàng Sõm – Luận văn tốt nghiệp cao học 67 Trong đú:
T = Nhiệt độ hiệu quả tại đầu thu vệ tinh tớnh theo Kelvin K2 = Hệ số hiệu chỉnh 2 lấy từ bảng 6
K1 = Hệ số hiệu chỉnh 1 lấy từ bảng 6
L = Năng lượng phản xạ watts/(meter squared * ster * àm)
Bảng 18: Hệ số hiệu chỉnh cho band hồng ngoại nhiệt