3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các lớp hiện trạng rừng theo các thời kỳ tại KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi về không gian: Đề tài tập trung nghiên cứu hiện trạng rừng và sự biến động hiện trạng rừng giai đoạn 1989 - 2014 tại KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định.
- Phạm vi về thời gian: Tư liệu ảnh Landsat sử dụng tại 6 thời điểm 1989, 1995, 2001, 2005, 2010 và 2014.
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Đặc điểm chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và hiện trạng rừng tại KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định.
- Nghiên cứu ứng dụng tư liệu ảnh LANDSAT và GIS để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng tại KBTTN An Toàn năm 1989, 1995, 2001, 2005, 2010 và 2014.
- Đánh giá biến động hiện trạng rừng tại KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định giai đoạn 1989 - 2014.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố tác động vào KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định giai đoạn 1989 - 2014.
- Xác định tác động vào KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định giai đoạn 1989 - 2014.
- Xây dựng quy trình tích hợp tư liệu Viễn thám và GIS để giám sát biến động hiện trạng rừng.
- Đề xuất giải pháp phát triển bền vững KBTTN An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định.
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp, kế thừa tài liệu
- Báo cáo Quy hoạch bảo tồn và phát triển bền vững KBTTN An Toàn đến năm 2020;
- Dư địa chí tỉnh Bình Định;
- Báo cáo tình hình kinh tế, xã hội và an ninh quốc phòng xã An Toàn, huyện An Lão, tỉnh Bình Định.
- Các văn bản pháp luật, chính sách liên quan đến công tác quản lý bảo vệ rừng từ năm 1989 đến năm 2014.
- Báo cáo công tác bảo vệ rừng, phát triển rừng và phòng cháy, chữa cháy rừng của Ban Quản lý KBTTN An Toàn các năm.
- Báo cáo công tác theo dõi diễn biến rừng huyện An Lão và Báo cáo công tác theo dõi diễn biến rừng tỉnh Bình Định các năm.
- Tư liệu ảnh Viễn thám: Để thực hiện đề tài này sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT 4-5 TM cho các năm 1989, 1995, 2005, 2010; LANDSAT 7 ETM+ cho năm 2001; LANDSAT 8 cho năm 2014, nằm trên cảnh ảnh có số hiệu là: 124 - 050. Ảnh vệ tinh LANDSAT được tải về từ địa chỉ cung cấp ảnh viễn thám miễn phí USGS Global Visualization Viewer.
- Các công trình nghiên cứu và tài liệu khác có liên quan.
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu công nghệ tích hợp tư liệu ảnh viễn thám và GIS và GIS
2.3.2.1. Vật liệu, cơ sở dữ liệu và phần mềm
a) Vật liệu
Một số vật liệu, dụng cụ cần thiết trong quá trình điều tra bao gồm: Máy định vị toàn cầu, địa bàn cầm tay, bảng biểu điều tra, bút, thước kẻ,...
b) Cơ sở dữ liệu
- Ảnh vệ tinh LANDSAT được sử dụng để nghiên cứu; - Bản đồ quy hoạch 3 loại rừng tỉnh Bình Định;
- Bản đồ Quy hoạch bảo tồn và phát triển bền vững KBTTN An Toàn đến năm 2020;
- Bản đồ thành quả theo dõi diễn biến rừng tỉnh Bình Định. c) Phần mềm
- Phần mềm Envi được sử dụng để giải đoán ảnh.
với các phần mềm khác như Envi và phục vụ biên tập bản đồ hiện trạng rừng và bản đồ biến động rừng giai đoạn 1989-2014.
- Phần mềm Microsoft Excel cũng được sử dụng để nhập số liệu thực địa và xử lý số liệu thống kê.
- Ngoài ra, có thể sử dụng một số phần mềm cần thiết khác.
2.3.2.2. Phương pháp xây dựng bản đồ hiện trạng rừng
Các bản đồ chủ yếu được sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng rừng cho KBTTN An Toàn gồm bản đồ địa hình, bản đồ ranh giới hành chính, bản đồ quy hoạch 3 loại rừng, bản đồ thành quả theo dõi diễn biến rừng. Ảnh vệ tinh được sử dụng để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng là ảnh LANDSAT 4-5 TM cho các năm 1989, 1995, 2005, 2010, LANDSAT 7 ETM+ cho năm 2001, LANDSAT 8 cho năm 2014, nằm trên cảnh ảnh có số hiệu là: 124 - 050.
Để tiết kiệm thời gian và các nguồn lực trong quá trình thực hiện, phương pháp xây dựng bản đồ hiện trạng rừng chủ yếu sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT và ứng dụng công nghệ thông tin để thực hiện. Phương pháp giải đoán ảnh được áp dụng là phương pháp giải đoán ảnh bán tự động và kết hợp với phương pháp giải đoán ảnh thủ công (bằng mắt) để nâng cao chất lượng của bản đồ hiện trạng rừng.
Trình tự phương pháp xây dựng bản đồ hiện trạng rừng được tiến hành theo các bước sau:
* Bước 1: Hiệu chỉnh và quy chuẩn ảnh LANDSAT.
Các bước hiệu chỉnh ảnh bao gồm: hiệu chỉnh vết sọc do lỗi đầu thu trên ảnh, chuyển các giá trị số trên ảnh về giá trị của bức xạ vật lý tại sensor và giá trị phản xạ ở vùng trên khí quyển của đối tượng, nắn ảnh theo bản đồ và nắn ảnh theo ảnh, cụ thể:
- Do một số cảnh ảnh lấy từ thời điểm sau 2003 trên ảnh LANDSAT 7 bị lỗi sọc ảnh do đầu thu, cùng một cảnh ảnh nhưng chụp vào các thời điểm khác nhau thì vị trí vệt sọc trên ảnh do lỗi của đầu thu khác nhau, có thể xử lý lỗi sọc ảnh này bằng phương pháp “Mosaiking method” là lấy dữ liệu của một ảnh khác gần nhất (nếu có) để điền vào vệt đứt trên ảnh hiện tại nhằm loại bỏ vết sọc trên ảnh cần giải đoán. Nếu không có ảnh gần nhất, có thể sử dụng phần mềm Gapfilling được phát triển bởi NASA để loại bỏ các sọc ảnh. Tuy nhiên, ảnh sau khi xử lý vẫn có những hạn chế nhất định, do vậy chỉ sử dụng các ảnh bị lỗi sọc khi không tìm thấy cảnh ảnh không bị lỗi.
- Sau khi các ảnh đã được loại bỏ các vết sọc (nếu có) tiến hành quy chuẩn ảnh tại các thời kỳ để từ đó có thể sử dụng ảnh so sánh sự biến động hiện trạng rừng. Quá trình này được thực hiện thông qua 2 bước sau đây:
+ Chuyển giá trị số trên ảnh về giá trị của bức xạ vật lý tại sensor bằng công thức:
Lλ = Grescale x QCal + Brescale (1) Trong đó:
Lλ = Giá trị bức xạ phổ tại ống kính của sensor, có giá trị đơn vị đo là Wm-2 ster-1μm-1
QCal = Giá trị số trên ảnh (DN)
Grescale = Giá trị gain của band (Wm-2 ster-1μm-1/DN) Brescale = Độ lệch của band (Wm-2 ster-1μm-1)
+ Chuyển ảnh có giá trị bức xạ vật lý tại sensor về ảnh có giá trị phản xạ của vật thể ở phía trên khí quyển theo công thức của Chander và cộng sự (2009):
2 s . . ESUN . os L d p c = (2) Trong đó:
ρλ = Phản xạ ở tầng trên của khí quyển (Planetary ToA reflectancre) (thứ nguyên, không có đơn vị).
π = 3.1416
Lλ = Phổ bức xạ tại sensor (W/(m2.sr.μm)) d = Khoảng cách mặt trời (đơn vị thiên văn).
ESUNλ = Bức xạ trung bình của mặt trời ngoài khí quyển (W/(m2.μm)) θ = Góc thiên đỉnh (góc cao) của mặt trời (độ)
Quá trình này được thực hiện thông qua chương trình Radiomectric cabilition của phần mềm Envi.
* Bước 2: Nắn ảnh/điều chỉnh tọa độ ảnh
- Chuyển hệ tọa độ của cảnh ảnh 124-050 từ hệ tọa độ UTM (WGS84) sang hệ VN2000 bằng các thông số của VN2000 thông qua phần mềm ENVI.
- Cắt theo ranh giới khu vực nghiên cứu của từng ảnh, những ảnh này được sử dụng cho quá trình giải đoán xây dựng bản đồ hiện trạng.
Hệ toạ độ chuẩn được sử dụng là hệ VN2000. Kết quả của việc thu thập, kiểm tra và quy chuẩn các bản đồ trong phần này nhằm có được bản đồ quy hoạch ba loại rừng, bản đồ ranh giới hành chính, bản đồ địa hình phù hợp với nhau trên cùng hệ tọa
độ VN2000 cùng với ảnh vệ tinh làm đầu vào cho công tác giải đoán ảnh xây dựng bản đồ hiện trạng.
Thực chất của việc nắn ảnh là đưa ảnh về hệ tọa độ quy chiếu cần thành lập bản đồ đồng thời loại bỏ các sai số hình học, sai số do chênh cao địa hình,… Các điểm khống chế nắn ảnh phải được phân bố đều trên ảnh và để kết quả nắn chỉnh của các ảnh có độ chính xác tương đương nhau thì các điểm nắn chỉnh của hai ảnh với dữ liệu nền phải ở vị trí gần tương đồng. Sau khi chọn xong điểm khống chế, tiến hành lựa chọn phương pháp nắn với kết quả nắn được thể hiện ở bảng thống kê các điểm nắn chỉnh, các vị trí điểm khống chế trên ảnh.
* Bước 3: Chọn vùng mẫu và xây dựng khoá giải đoán
Việc chọn vùng mẫu có tính chất quyết định tới kết quả phân loại. Để đảm bảo độ chính xác khi lựa chọn vùng mẫu phải chú ý các yêu cầu sau:
- Số lượng các vùng lấy mẫu của mỗi loại đối tượng cần phải phù hợp. Số lượng vùng mẫu quá ít sẽ không đảm bảo độ chính xác, ngược lại nếu quá nhiều làm tăng khối lượng tính toán lên rất nhiều đôi khi làm nhiễu kết quả tính toán.
- Diện tích các vùng mẫu đủ lớn, đồng thời các vùng mẫu không được nằm gần ranh giới giữa các lớp đối tượng với nhau.
- Vùng mẫu được chọn phải đặc trưng cho đối tượng phân loại và phân bố đều trên khu vực nghiên cứu.
Từ số liệu thực địa và bản đồ hiện trạng rừng tiến hành chọn mẫu phân loại bằng cách khoanh vẽ trực tiếp lên trên ảnh cần phân loại. Tiếp đó cần tính toán chỉ số thông kê vùng mẫu: Mỗi mẫu phân loại sẽ được tính toán để so sánh sự khác biệt với các mẫu còn lại. Nếu cặp giá trị nằm trong khoảng 1,9 đến 2,0 chứng tỏ có sự khác biệt tốt, nếu từ 1,0 đến 1,9 thì nên chọn lại để có sự khác biệt tốt hơn, nếu nhỏ hơn 1 thì gộp hai lớp để tránh nhầm lẫn.
Trong quá trình khảo sát dữ liệu ảnh, sự phản xạ của các đối tượng, để có kết quả cao trong giải đoán ảnh ta tiến hành lấy mẫu thực địa và đây là một giai đoạn quan trọng trong quá trình giải đoán ảnh. Việc lấy mẫu được thực hiện với 2 mục đích chính như sau:
- Mục đích thứ nhất là lấy những mẫu trên thực tế mà trên ảnh có nhận diện được. Những mẫu này sẽ là cơ sở cho việc giải đoán ảnh sau này.
- Mục đích thứ hai có vai trò quan trọng hơn, đó là những đối tượng trên ảnh ta không xác định nhận diện được trên ảnh. Vì vậy ta lấy mẫu để xác định những đối tượng đó ngoài thực địa. Đây sẽ là cơ sở để ta lập khóa giải đoán cho các đối tượng.
Ngoài ra, đề tài còn áp dụng phương pháp tính chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index - NDVI) để góp phần làm cơ sở xây dựng khoá giải đoán và giải đoán ảnh thành lập bản đồ hiện trạng rừng. Chỉ số thực vật NDVI cho từng lô rừng của từng thời kỳ được tính bằng công thức:
NDVI = (NIR – Red)/(NIR + Red)
NIR: là giá trị phản xạ phổ của kênh cận hồng ngoại; Red: là giá trị phản xạ phổ của kênh đỏ.
NDVI có giá trị trong khoảng -1 ≤ I ≤+1
Để tính toán NDVI qua phần mềm Envi mở trình tính NDVI trên Menu chính Envi: chọn Basic Tools/ Band Maths và nhập biểu thức:
(float(b5)-float(b4))/(float(b5)+float(b4))
Chọn B5 = Band 5; B4 = Band 4 đối với LANDSAT 8 cho năm 2014.
Chọn B5 = Band 4; B4= Band 3 đối với LANDSAT 4-5 TM cho các năm 1989, 1995, 2005, 2010 và LANDSAT 7 ETM+ cho năm 2001.
Từ kết quả tính NDVI kết hợp với số liệu thực địa và bản đồ hiện trạng rừng tiến hành phân loại trạng thái rừng cho ảnh cần phân loại ở từng giai đoạn nghiên cứu.
* Bước 4. Kiểm tra độ chính xác giải đoán ảnh
Đánh giá độ chính xác phân loại ảnh (Accuracy assessment of image classification): Hệ số Kappa thường được sử dụng để đánh giá độ chính xác phân loại ảnh. Hệ số Kappa nằm trong phạm vi từ 0 đến 1 và biểu thị sự giảm theo tỷ lệ về sai số được thực hiện bằng một yếu tố phân loại hoàn toàn ngẫu nhiên. Mức độ chấp thuận của phân loại được đánh giá thông qua giá trị Kappa, được tính theo công thức:
Kết quả được chia thành 3 mức sau:
- < 0,4 hay < 40%: mức độ chấp thuận thấp;
- 0,4 < < 0,8 hay 40% < < 80%: mức độ chấp thuận vừa phải; - > 0,8 hay > 80%: mức độ chấp thuận cao.
2.3.3. Điều tra thực địa và phân tích, xử lý số liệu
Điều tra thực địa là công việc khá nặng nhọc và tốn nhiều thời gian do vậy điều tra trên thực địa được thực hiện cùng với nhóm làm đề tài để hỗ trợ trong quá trình thu thập dữ liệu.
Kết hợp kết quả phân loại có kiểm định và quan sát hiện trường để thực hiện giải đoán nhanh.
- Phương pháp xử lý số liệu
Đối với các thông tin, số liệu sơ cấp, sau khi thu thập được, toàn bộ những thông tin, số liệu này được kiểm tra ở 3 khía cạnh: đầy đủ, chính xác và khẳng định độ tin cậy. Sau đó, thông qua kết quả tính toán, xử lý để so sánh, đánh giá và rút ra kết luận cần thiết; đối với tư liệu dạng ảnh và bản đồ cần được nắn chỉnh hình học để đưa tư liệu thu thập được cùng về một hệ tọa độ thống nhất.
- Phương pháp phân tích số liệu
Phân tích thống kê theo kết quả nghiên cứu như nguyên nhân tác động vào rừng, yếu tố đóng vai trò chính, vai trò của các bên trong bảo vệ rừng,… nhằm phản ánh đúng thực trạng và đề xuất giải pháp khả thi hoàn thiện từng bước quá trình quản lý, bảo vệ và sử dụng rừng bền vững trong giai đoạn hiện nay.
- Phương pháp so sánh
Sau khi phân tích đặc điểm các LĐLR ở hai thời kỳ, các nguyên nhân biến động hiện trạng rừng, tiến hành so sánh các đặc điểm đó giữa thời điểm các năm 1989, 1995, 2001, 2005, 2010, 2014 để đưa ra kết quả biến động các loại hình sử dụng đất và đưa ra các giải pháp quản lý, bảo vệ, khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên rừng.
- Phương pháp tổng hợp: trên cơ sở dữ liệu, số liệu thu thập được tổng hợp một cách hệ thống, lôgic để phản ánh được bản chất vấn đề và từ đó có giải pháp cho từng vấn đề cụ thể.
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố tác động vào KBTTN An Toàn và xác định tác động vào KBTTN An Toàn KBTTN An Toàn và xác định tác động vào KBTTN An Toàn
Để thu thập được các thông tin, số liệu, đề tài sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp đánh giá nhanh nông thôn: phỏng vấn không chính chức các cán bộ và người dân nhằm thu thập những thông tin, số liệu liên quan đến tình hình đời sống và sản xuất lâm nghiệp đặc biệt là công tác quản lý, bảo vệ rừng.
- Phương pháp đánh giá nhanh nông thôn có sự tham gia của người dân: phỏng vấn người dân, tạo cơ hội để trao đổi, chia sẻ thông tin liên quan đến công tác quản lý,
bảo vệ rừng; những khó khăn, nguyện vọng, những kinh nghiệm sản xuất,… và đề xuất kế hoạch, giải pháp để nâng cao hiệu quả công tác quản lý, bảo vệ rừng và đưa ra những định hướng sử dụng đất lâm nghiệp thích hợp.
Đề tài tiến hành phỏng vấn 02 nhóm đối tượng với số lượng cụ thể:
- Cán bộ, công chức công tác trong lĩnh vực lâm nghiệp: Số lượng 28 người.