1.2. Ở Việt Nam
1.2.1. Các nghiên cứu về điều tra xây dựng bản đồ hiện trạng rừng
Trong suốt thời gian dài trƣớc 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 đƣợc công bố trong công trình "Lâm nghiệp Đông Dương" của P. Maurand và số liệu đó thƣờng đƣợc 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 t ch 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 CHDC 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 bƣớc tiến bộ kỹ thuật rất cơ bản, tạo điều kiện xây dựng các công cụ cần thiết để nâng cao chất lƣợng công tác điều tra rừng ở nƣớc ta. Từ cuối năm 1958, bình quân mỗi năm đã điều tra đƣợc khoảng 200.000 ha rừng, đã sơ thám đƣợc tình hình rừng và đất đồi núi, lập đƣợc thống kê tài nguyên rừng đơn giản và vẽ đƣợc phân bố tài nguyên rừng ở miền Bắc. Đến cuối năm 1960, tổng diện t ch rừng ở miền Bắc đã điều tra đƣợc vào khoảng 1,5 triệu ha. Ở Miền Nam ảnh máy bay đƣợc sử dụng từ năm 1959, đã xác định tổng diện t ch rừng miền Nam là 8 triệu ha.
Năm 1968 đã sử dụng ảnh máy bay trong công tác điều tra rừng cho lâm trƣờng 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 đƣợc sử dụng rộng rãi để xây dựng các bản đồ hiện trạng, bản đồ mạng lƣới vận xuất, vận chuyển cho nhiều vùng thuộc miền Bắc (Vũ Tiến Hinh, Phạm Ngọc Giao, 1997) [7]
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 chƣa có đủ cho toàn quốc. Ảnh vệ tinh đƣợc 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 trƣớc năm 1990, 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, đƣợc giải đoán khoanh vẽ trực tiếp trên ảnh bằng mắt thƣờng. Kết quả giải đoán đƣợc chuyển hoạ lên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 và đƣợc kiểm tra tại hiện trƣờng. Thành quả đã thành lập đƣợc: 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 đƣợc xây dựng bằng phƣơng 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 tƣợng trên ảnh cũng đƣợc thể hiện chi tiết hơn. Ảnh SPOT3 vẫn đƣợc giải đoán bằng mắt thƣờng nên kết quả giải đoán vẫn còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của chuyên gia giải đoán và chất lƣợng ảnh. Kết quả về mặt thành lập bản đồ đã xây dựng đƣợc: 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, phƣơng pháp xây dựng bản đồ trong lâm nghiệp đã đƣợc phát triển lên một bƣớc. Bản đồ hiện trạng rừng đƣợc xây dựng từ ảnh số vệ tinh Landsat ETM+. Độ phân giải ảnh là 30m x 30m. Việc giải đoán ảnh đƣợc thực hiện trong phòng dựa trên những mẫu khóa ảnh đã đƣợc kiểm tra ngoài hiện trƣờng. Ƣu điểm của phƣơng pháp giải đoán ảnh số là tiết kiệm đƣợc thời gian và có thể
giải đoán thử nhiều lần trƣớc khi lấy kết quả ch nh thức (Nguyễn Ngọc Bình, 2006) [2].
Nhƣ vậy, tuy khoa học điều tra rừng ở Việt Nam ra đời muộn hơn so với nhiều môn khoa học khác nhƣng đã đạt đƣợc những thành quả nhất định. Song song với điều tra mặt đất, đã có nhiều nghiên cứu thử nghiệm và từng bƣớc ứng dụng có hiệu quả phƣơng pháp viễn thám trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng. Tuy nhiên, hệ thống các bản đồ tài nguyển rừng Việt nam hiện nay, do đƣợc xây dựng tại các thời điểm khác nhau và đã sử dụng nhiều nguồn thông tin tƣ 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 ngƣời sử dụng, đặc biệt trong việc theo dõi biến động về diện t ch của 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 nhƣ:
- Công trình nghiên cứu của Nguyễn Mạnh Cƣờng, Quách Quỳnh Nga (1996) [4], đã sử dụng ảnh Landsat TM và phƣơng pháp phân loại phổ có kiểm định nhằm khoanh vẽ các trạng thái rừng. Kết quả giải đoán đƣợc so sánh với bản đồ đối chứng đƣợc giải đoán bằng mắt từ ảnh tổ hợp màu Landsat TM ở tỷ lệ 1/250.000.
- Trần Văn Thuỵ (1996) [11] đã sử dụng phƣơng pháp giải đoán ảnh bằng mắt trên ảnh tổ hợp màu của tƣ 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.
- 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 lƣợng phản xạ TRRI với tƣ 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. Phƣơng pháp xử lý số đƣợc sử dụng trong đề tài là phƣơng pháp phân loại đa phổ có kiểm định.
- Đề tài cấp nhà nƣớc KC.08.24 “Nghiên cứu giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả cháy rừng cho vùng U minh và Tây Nguyên” do Vƣơng Văn Quỳnh – Trƣờng Đại học Lâm nghiệp làm chủ nhiệm, thực hiện trong 2 năm 2004-2006 [8]. Đề tài đã xây dựng phần mềm tự động phát hiện cháy rừng từ ảnh vệ tinh Landsat ETM+ và MODIS. Phần mềm đƣợc 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 Dƣơng và cộng sự (2004) [5] “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 đƣợc trình bày trong Hội thảo lần thứ 14 của các nƣớc Đông Nam á về nông nghiệp. Tác giả đã sử dụng phƣơng pháp phân loại có kiểm định với ảnh vệ tinh MODIS đa thời gian có độ phân giải thấp để đánh giá đƣợc 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 Trƣờng Sơn – Trung tâm Viễn Thám Quốc Gia làm chủ trì, thực hiện trong năm 2007 [10]. 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 t ch rừng tại khu vực Yên Thế, tỉnh Bắc Giang. Phƣơng pháp xử lý số đƣợc sử dụng là phƣơng pháp phân loại có kiểm định với thuận toán Maximum Likelihood.
Nhìn chung, những nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh trong phân loại rừng ở Việt Nam từ trƣớc đến nay vẫn chủ yếu áp dụng các phƣơng pháp phân loại truyền thống là giải đoán bằng mắt, hoặc giải đoán bán tự động, những phƣơng pháp này vẫn chƣa thể đƣợc gọi là phân loại tự động, bởi vì vẫn cần có ngƣời để chọn vùng mẫu trong phân loại có giám sát hoặc tái phân loại trong trƣờng 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 Dƣơng, 2004) [5]. Những phƣơng pháp giải đoán truyền thống thƣờng phụ thuộc rất lớn vào kinh nghiệm của con
ngƣời, vì vậy các bản đồ chuyên đề không có t nh đồng nhất cao, năng suất giải đoán thấp. Ngoài ra những tƣ liệu ảnh đƣợc sử dụng để phân loại rừng từ trƣớc tới nay thƣờng có độ phân giải thấp và trung bình, nên không đáp ứng đuợc yêu cầu về độ ch nh xác và t nh cập nhật của bản đồ tài nguyên rừng.
1.2.2. Các nghiên cứu về điều tra, xây dựng bản đồ biến động tài nguyên
Ở nƣớc ta, các chƣơng trình theo dõi diễn biến tài nguyên rừng đã đƣợc tiến hành từ những năm 1976 với chƣơng trình đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 1976 - 1990 - 1995, chƣơng 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 chƣơng trình điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 2010 - 2015. Những năm trƣớc 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 phƣơng 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 thƣờng không đƣợc 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 tƣợng 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 đƣợc biến động rừng và đặc biệt là xu hƣớng 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 thƣơng mại có giá thành cao từ vài chục đến hàng trăm nghìn đô la 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 [6] 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 tƣợng khác trong thời kỳ 1993 – 2003. Trong đó, tác giả đã thành lập bản đồ khu vực rừng ngập mặn Cần Giờ bằng phƣơng pháp phân loại gần đúng nhất với 14 loại thực phủ, và thành lập bản đồ biến động với bốn nhóm đối tƣợng 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 Dƣơng…) [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 TP. HCM”(Urban land cover change through development of imperviousness in Ho Chi Minh city, Vietnam), của hai tác giả Trần Thị Vân và Hà Dƣơng Xuân Bảo (2006) [12] đã sử dụng các loại ảnh: Hai ảnh Landsat TM có độ phân giải không gian 30m x 30 m thu nhận 16-1- 1989 và ảnh Landsat ETM + thu ngày 5-1-2002, ảnh Aster độ phân giải không gian 15 x 15 m đƣợc thu nhận 25-12-2006. 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 đƣờng 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 tƣơng ứng biến mất của đất nông nghiệp, điều này có nghĩa là bề mặt không thấm nƣớc đƣợc 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 TP.HCM” của tác giả Phan Nguyên Việt (2001) [13]. Tác giả sử dụng hai ảnh LandSat TM thu chụp ngày 16/01/1989 với 7 kênh phổ và ETM+ thu chụp ngày 11/12/2001 với 9 kênh ảnh. Đề tài sử dụng phƣơng pháp phân loại Maximum Likelihood. Kết quả đề tài, đã cho thấy sự biến đổi diện t ch các đối tƣợng thực phủ ở hai thời điểm, Thành lập đƣợc bản đồ ngập mặn khu vực cần giờ với độ chính xác
cực đại của kết quả biến động đạt đến giá trị min 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 đa thời gian và ảnh hưởng của nó tới sự đa dạng sinh học ở các khu bảo tồn thiên nhiên Nam Bộ” của tác giả Nguyễn Văn Sinh (2009) [9] 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 hƣởng của nó tới đa dạng sinh học là nắm vững diện t ch và độ phủ các loại rừng, đất rừng đƣợc phân theo chức năng sử dụng và chủ quản lý, lập bản đồ thể hiện sƣ 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. Phƣơng 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 TTVTQG đã có trạm thu ảnh vệ tinh độ phân giải cao, hoàn toàn đáp ứng nhiệm vụ này.
Qua công tác thực tế tại các Vƣờn Quốc gia trong khu vực nghiên cứu, các ban quản lý các Vƣờn Quốc gia hay các rừng đặc dụng đều có tiến hành theo dõi diễn biến rừng theo định kỳ của ngành, trên cơ sở sử dụng bản đồ giấy ( đa số các