3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
1.2.2. Các nghiên cứu về ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GI Sở Việt
1.2.2.1. Các nghiên cứu về điều tra xây dựng bản đồ hiện trạng rừng
Trong suốt thời gian dài trước năm 1945, Việt Nam không có khả năng thực hiện việc điều tra xây dựng bản đồ tài nguyên rừng. Thời kỳ này chỉ có số liệu về tài nguyên rừng được công bố trong công trình “Lâm nghiệp Đông Dương” của
P.Maurand và số liệu đó thường được xem là tài liệu gốc để so sánh diễn biến rừng ở Việt Nam từ năm 1945 trở về sau. Theo tài liệu và bản đồ của Maurand thì đến năm 1943, rừng Việt Nam vẫn còn khoảng 14.352.000 ha, độ che phủ 43,7%. Trong giai đoạn 1945-1954 không có tài liệu nào đề cập đến việc xây dựng bản đồ tài nguyên rừng mà chỉ đi sâu phân tích các hoạt động bảo vệ rừng, khai thác tài nguyên rừng, trồng cây gây rừng và đào tạo cán bộ lâm nghiệp (Nguyễn Ngọc Bình, 2006) [2].
Năm 1958, với sự hợp tác của Cộng hòa Dân chủ Đức đã sử dụng ảnh máy bay đen trắng toàn sắc tỷ lệ 1/30.000 để điều tra rừng ở vùng Đông Bắc (Chu Thị Bình, 2001) [3]. Đó là một bước tiến bộ kỹ thuật rất cơ bản, tạo điều kiện xây dựng các công cụ cần thiết để nâng cao chất lượng công tác điều tra rừng ở nước ta. Từ cuối năm 1958, bình quân mỗi năm đã điều tra được khoảng 200.000 ha rừng, đã sơ thám được tình hình rừng và đất đồi núi, lập được thống kê tài nguyên rừng đơn giản và vẽ được phân bố tài nguyên rừng ở miền Bắc. Đến cuối năm 1960, tổng diện tích rừng ở miền Bắc đã điều tra được vào khoảng 1,5 triệu ha. Ở miền Nam ảnh máy bay được sử dụng từ năm 1959, đã xác định tổng diện tích rừng miền Nam là 8 triệu ha.
Năm 1968, đã sử dụng ảnh máy bay trong công tác điều tra rừng cho lâm trường Hữu Lũng, Lạng Sơn. Dựa vào ảnh máy bay, khoanh ra các loại rừng, sau đó ra thực địa kiểm tra và đo đếm cho từng loại rừng, xây dựng bản đồ hiện trạng rừng thành quả.
Giai đoạn 1970 – 1975, ảnh máy bay đã được sử dụng rộng rãi để xây dựng các bản đồ hiện trạng, bản đồ mạng lưới vận xuất, vận chuyển cho nhiều vùng thuộc miền Bắc (Vũ Tiến Hinh, Phạm Ngọc Giao, 1997) [16].
Từ năm 1981 đến năm 1983, lần đầu tiên ngành Lâm nghiệp tiến hành điều tra, đánh giá tài nguyên rừng trên phạm vi toàn quốc. Trong đó đã kết hợp giữa điều tra mặt đất và giải đoán ảnh vệ tinh do FAO hỗ trợ. Do vào đầu những năm 1980, ảnh vệ tinh và ảnh hàng không còn rất hạn chế, chỉ đáp ứng yêu cầu điều tra rừng ở một số vùng nhất định, mà chưa có đủ cho toàn quốc. Ảnh vệ tinh được sử dụng thời kỳ đó là LANDSAT MSS.
Từ năm 1991 – 1995, đã tiến hành theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc và xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng trên cơ sở kế thừa những bản đồ hiện trạng rừng hiện có thời kỳ trước năm 1989, sau đó dùng ảnh vệ tinh LANDSAT MSS và LANDSAT TM có độ phân giải 30x30m để cập nhật những khu vực thay đổi sử dụng đất, những nơi mất rừng hoặc những nơi có rừng trồng mới hay mới tái sinh phục hồi. Ảnh vệ tinh LANDSAT MSS và LANDSAT TM tỷ lệ 1:250.000, được giải đoán khoanh vẽ trực tiếp trên ảnh bằng mắt thường. Kết quả giải đoán được chuyển hoạ lên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 và được kiểm tra tại hiện trường. Thành quả đã thành lập được: bản đồ sinh thái thảm thực vật rừng các vùng tỷ lệ 1:250.000; bản đồ dạng đất đai các tỉnh tỷ lệ 1:100.000 và các vùng tỷ lệ 1:250.000.
Từ năm 1996 – 2000, bản đồ hiện trạng rừng được xây dựng bằng phương pháp viễn thám. Ảnh vệ tinh đã sử dụng là SPOT3, có độ phân giải 15m x 15m, phù hợp với việc xây dựng bản đồ tỷ lệ 1:100.000. So với ảnh LANDSAT MSS và LANDSAT TM, ảnh SPOT3 có độ phân giải cao hơn, các đối tượng trên ảnh cũng được thể hiện chi tiết hơn. Ảnh SPOT3 vẫn được giải đoán bằng mắt thường nên kết quả giải đoán vẫn còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của chuyên gia giải đoán và chất lượng ảnh. Kết quả về mặt thành lập bản đồ đã xây dựng được: bản đồ phân vùng sinh thái thảm thực vật cấp vùng và toàn quốc; bản đồ phân loại đất cấp tỉnh, vùng và toàn quốc; bản đồ hiện trạng rừng cấp tỉnh, vùng và toàn quốc và bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1:100.000; 1:250.000; 1:1000.000.
Từ năm 2000 – 2005, phương pháp xây dựng bản đồ trong lâm nghiệp đã được phát triển lên một bước. Bản đồ hiện trạng rừng được xây dựng từ ảnh số vệ tinh LANDSAT ETM+. Độ phân giải ảnh là 30m x 30m. Việc giải đoán ảnh được thực hiện trong phòng dựa trên những mẫu khóa ảnh đã được kiểm tra ngoài hiện trường. Ưu điểm của phương pháp giải đoán ảnh số là tiết kiệm được thời gian và có thể giải đoán thử nhiều lần trước khi lấy kết quả chính thức (Nguyễn Ngọc Bình, 2006) [2].
Như vậy, tuy khoa học điều tra rừng ở Việt Nam ra đời muộn hơn so với nhiều môn khoa học khác nhưng đã đạt được những thành quả nhất định. Song song với điều
tra mặt đất, đã có nhiều nghiên cứu thử nghiệm và từng bước ứng dụng có hiệu quả phương pháp viễn thám trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng. Tuy nhiên, hệ thống các bản đồ tài nguyên rừng Việt Nam hiện nay, do được xây dựng tại các thời điểm khác nhau và đã sử dụng nhiều nguồn thông tin tư liệu, nhiều nguồn ảnh, từ ảnh vệ tinh LANDSAT MSS, TM, SPOT, Aster, Radar, ảnh máy bay và hệ thống phân loại rừng rất khác nhau qua các thời kỳ, nên đã tạo ra nhiều loại số liệu không đồng bộ, gây khó khăn cho người sử dụng, đặc biệt trong việc theo dõi biến động về diện tích rừng qua các thời kỳ. Có thể điểm qua một số công trình nghiên cứu liên quan đến ứng dụng ảnh vệ tinh trong phân loại các trạng thái rừng gần đây như:
- Công trình nghiên cứu của Nguyễn Mạnh Cường, Quách Quỳnh Nga (1996) [8], đã sử dụng ảnh LANDSAT TM và phương pháp phân loại phổ có kiểm định nhằm khoanh vẽ các trạng thái rừng. Kết quả giải đoán được so sánh với bản đồ đối chứng được giải đoán bằng mắt từ ảnh tổ hợp màu LANDSAT TM ở tỷ lệ 1/250.000.
- Trần Văn Thuỵ (1996) [37] đã sử dụng phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt trên ảnh tổ hợp màu của tư liệu vệ tinh LANDSAT TM, KFA-1000, LANDSAT MSS, KT-200 và ảnh máy bay đen trắng để thành lập bản đồ thảm thực vật tỉnh Thanh Hoá.
- Nguyễn Đình Dương (2006) [13] đã áp dụng phương pháp phân loại đa phổ bán tự động với tư liệu ảnh MODIS để xây dựng các bản đồ lớp phủ thực vật.
- Chu Thị Bình (2001) [3] với đề tài “Ứng dụng công nghệ tin học để khai thác
thông tin cơ bản trên tư liệu viễn thám, nhằm phục vụ việc nghiên cứu một số đặc trưng rừng Việt Nam”. Đề tài đã sử dụng chỉ số thực vật NDVI và tổng năng lượng
phản xạ TRRI với tư liệu viễn thám ADEOS và LANDSAT TM để phân loại các trạng thái rừng và giám sát sự biến động của rừng giai đoạn 1989 - 1998 cho hai khu vực rừng ở Quảng Nam và Đồng Nai. Phương pháp xử lý số được sử dụng trong đề tài là phương pháp phân loại đa phổ có kiểm định.
- Đề tài cấp nhà nước KC.08.24 “Nghiên cứu giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả cháy rừng cho vùng U Minh và Tây Nguyên” do Vương Văn Quỳnh –
Trường Đại học Lâm nghiệp làm chủ nhiệm, thực hiện trong 2 năm 2004-2006 [31]. Đề tài đã xây dựng phần mềm tự động phát hiện cháy rừng từ ảnh vệ tinh LANDSAT ETM+ và MODIS. Phần mềm được xây dựng trên cơ sở tổ hợp các kênh đa phổ kết hợp với dữ liệu GIS để phát hiện các điểm cháy rừng trên toàn lãnh thổ Việt Nam.
- Công trình nghiên cứu của Nguyễn Đình Dương và cs (2004) [12]“Sử dụng
ảnh đa phổ MODIS để đánh giá sự thay đổi về lớp phủ thực vật của Việt Nam trong giai đoạn 2001-2003”, kết quả được trình bày trong Hội thảo lần thứ 14 của các nước
Đông Nam Á về nông nghiệp. Tác giả đã sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định với ảnh vệ tinh MODIS đa thời gian có độ phân giải thấp để đánh giá được sự biến động của lớp phủ trên toàn lãnh thổ Việt Nam trong giai đoạn từ 2001 đến 2003.
- Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS trong
việc giám sát hiện trạng tài nguyên rừng, thử nghiệm tại 1 khu vực cụ thể” do Nguyễn
Trường Sơn – Trung tâm Viễn Thám Quốc Gia làm chủ trì, thực hiện trong năm 2007 [33]. Đề tài đã sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT ETM (1999), SPOT5 (2003) và GIS để xây dựng quy trình báo cáo nhanh về biến động diện tích rừng tại khu vực Yên Thế, tỉnh Bắc Giang. Phương pháp xử lý số được sử dụng là phương pháp phân loại có kiểm định với thuật toán Maximum Likelihood.
Nhìn chung, những nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh trong phân loại rừng ở Việt Nam từ trước đến nay vẫn chủ yếu áp dụng các phương pháp phân loại truyền thống là giải đoán bằng mắt, hoặc giải đoán bán tự động, những phương pháp này vẫn chưa thể được gọi là phân loại tự động, bởi vì vẫn cần có người để chọn vùng mẫu trong phân loại có giám sát hoặc tái phân loại trong trường hợp phân loại không giám sát. Việc phân loại tự động chỉ có thể thực hiện đòi hỏi phải có những nghiên cứu cơ bản và những bộ dữ liệu chuẩn, đặc biệt là khi áp dụng đối với rừng nhiệt đới có cấu trúc phức tạp (Nguyễn Đình Dương, 2004) [12]. Những phương pháp giải đoán truyền thống thường phụ thuộc rất lớn vào kinh nghiệm của con người, vì vậy các bản đồ chuyên đề không có tính đồng nhất cao, năng suất giải đoán thấp. Ngoài ra những tư liệu ảnh được sử dụng để phân loại rừng từ trước tới nay thường có độ phân giải thấp và trung bình, nên không đáp ứng đuợc yêu cầu về độ chính xác và tính cập nhật của bản đồ tài nguyên rừng.
1.2.2.2. Các nghiên cứu về điều tra, xây dựng bản đồ biến động tài nguyên
Ở nước ta, các chương trình theo dõi diễn biến tài nguyên rừng đã được tiến hành từ những năm 1976 với chương trình đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 1976- 1990- 1995, chương trình điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc 5 năm các giai đoạn 1996–2000, 2000–2005, 2005 - 2010 và hiện nay đang thực hiện chương trình điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 2010- 2015. Những năm trước đây để điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng chủ yếu vẫn dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng phương pháp thủ công vì vậy công việc này đòi hỏi tốn rất nhiều thời gian, công sức, tiền bạc, độ chính xác không cao và thông tin thường không được cập nhật vì tình hình rừng và đất rừng luôn biến động. Trong những năm gần đây, khi khoa học công nghệ viễn thám phát triển mạnh thì việc áp dụng công nghệ viễn thám vào lâm nghiệp là rất cần thiết vì kỹ thuật viễn thám với khả năng quan sát các đối tượng ở các độ phân giải phổ và không gian khác nhau, từ trung bình đến siêu cao và chu kỳ chụp lặp từ một tháng đến một ngày cho phép ta quan sát và xác định nhanh chóng hiện trạng lớp phủ rừng, từ đó có thể dễ dàng xác định được biến động rừng và đặc biệt là xu hướng của biến động. Tuy nhiên, các nghiên cứu về ứng dụng công nghệ viễn thám trong lâm nghiệp còn rất thiếu đặc biệt là công nghệ xử lý ảnh số viễn thám
tự động và bán tự động và hầu hết đều sử dụng các sản phẩm phần mềm xử lý ảnh thương mại có giá thành cao từ vài chục đến hàng trăm nghìn đôla Mỹ.
Đề tài “Giám sát biến động rừng ngập mặn Cần Giờ sử dụng kỹ thuật Viễn
thám và GIS” của tác giả Trần Trọng Đức và Phạm Bách Việt [14] đã sử dụng hai loại
ảnh là LANDSAT ETM+ và Aster nghiên cứu biến động rừng ngập mặn. Đề tài cho thấy sự thay đổi tăng giảm diện tích rừng và các đối tượng khác trong thời kỳ 1993 – 2003. Trong đó, tác giả đã thành lập bản đồ khu vực rừng ngập mặn Cần Giờ bằng phương pháp phân loại gần đúng nhất với 14 loại thực phủ, và thành lập bản đồ biến động với bốn nhóm đối tượng chính.
Đề tài: “Tìm hiểu sự thay đổi lớp thảm thực vật và các vấn đề quản lý tại xã
Mậu Đức huyện Con Cuông tỉnh Nghệ An” của nhóm tác giả Trần Nguyên Bằng, Võ
Hữu Công, Nông Hữu Dương [1]. Đề tài sử dụng ảnh LANDSAT TM thu chụp ở các thời điểm 1989 – 1993 – 1998 – 2003. Kết quả cho thấy diện tích của từng loại rừng ở mỗi thời điểm và sự thay đổi của từng loại rừng qua các thời kỳ.
Trong nghiên cứu “Sự thay đổi lớp thực phủ khu vực đô thị thông qua sự phát
triển của các lớp phủ không thấm nước tại thành phố Hồ Chí Minh” (Urban land cover change through development of imperviousness in Ho Chi Minh city, Vietnam),
của hai tác giả Trần Thị Vân và Hà Dương Xuân Bảo (2006) [43] đã sử dụng các loại ảnh: Hai ảnh LANDSAT TM có độ phân giải không gian 30mx30m thu chụp ngày 16 tháng 01 năm 1989 và ảnh LANDSAT ETM + thu chụp ngày 05 tháng 01 năm 2002, ảnh Aster độ phân giải không gian 15mx15m được thu chụp ngày 25 tháng 12 năm 2006. Nghiên cứu đã khẳng định sự phát triển nhanh chóng của đô thị từ 1989 đến 2006. Đặc biệt là sự phát triển đô thị dọc theo các đường giao thông chính ở vùng ngoại ô là vùng sản xuất nông nghiệp. Trong vòng 17 năm, đất xây dựng đã tăng lên 2 lần, và đồng nghĩa với sự tăng lên của đất đô thị là một diện tích tương ứng biến mất của đất nông nghiệp, điều này có nghĩa là bề mặt không thấm nước được mở rộng nhanh chóng thay thế cho các lớp phủ thực vật,…
Đề tài “Ứng dụng Viễn thám giám sát biến động rừng khu vực Cần Giờ, thành
phố Hồ Chí Minh” của tác giả Phan Nguyên Việt (2001) [44]. Tác giả sử dụng hai ảnh
LANDSAT TM thu chụp ngày 16 tháng 01 năm 1989 với 7 kênh phổ và ETM+ thu chụp ngày 11 tháng 12 năm 2001 với 9 kênh ảnh. Đề tài sử dụng phương pháp phân loại Maximum Likelihood. Kết quả đề tài, đã cho thấy sự biến đổi diện tích các đối tượng thực phủ ở hai thời điểm, thành lập được bản đồ ngập mặn khu vực Cần Giờ với độ chính xác cực đại của kết quả biến động đạt đến giá trị nhỏ nhất của độ chính xác toàn cục 2 năm 1989 và 2001 là 80-90%.
Kết quả của đề tài “Nghiên cứu sự biến động lớp phủ thực vật bằng ảnh vệ tinh
nhiên Nam Bộ” của tác giả Nguyễn Văn Sinh (2009) [32] cho thấy: công tác theo dõi
giám sát biến động lớp phủ thực vật tại các khu bảo tồn thiên nhiên là rất cần thiết. Mục tiêu theo dõi biến động lớp phủ thực vật rừng và ảnh hưởng của nó tới đa dạng sinh học là nắm vững diện tích và độ phủ các loại rừng, đất rừng được phân theo chức năng sử dụng và chủ quản lý, lập bản đồ thể hiện sư biến động thảm thực vật rừng trong không gian địa lý, giúp xem xét tác động của biến động thực phủ đến các thành phần khác của rừng xác thực hơn. Phương pháp viễn thám và ảnh vệ tinh đa thời gian là công cụ hữu hiệu phù hợp nhất hiện nay để theo dõi giám sát biến động lớp phủ thực vật. Ngày nay Trung tâm Viễn thám Quốc gia đã có trạm thu ảnh vệ tinh độ phân giải cao, hoàn toàn đáp ứng nhiệm vụ này.