Qua quá trình nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm, tổng hợp đưa ra sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động rừng từ ảnh vệ tinh như sau:
Hình 4.30 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động tài nguyên rừng
Phân loại ảnh Ảnh vệ tinh năm 2004 Ảnh vệ tinh năm 2009 Hiệu chỉnh ảnh Bản đồ hiện trạng
năm 2009 Bản đồ hiện trạng năm 2004
Bản đồ hiện trạng rừng, tài liệu chuyên đề
Khóa giải đoán ảnh Suy giải ảnh bằng mắt khảo sát thực địa Tăng cường chất lượng ảnh Ghép, cắt ảnh - Hiệu chỉnh phổ - Nắn trực ảnh
Biến đổi histogram, giãn ảnh, tổ hợp màu….
Chồng xếp thành lập bản đồ biến động
Quy trình này có ý nghĩa thực tiễn to lớn vì giai đoạn hiện nay chúng ta đang thực hiện chương trình điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng theo chu kỳ IV (giai đoạn 2006 - 2010) trong đó ảnh vệ tinh được sử dụng trong chu kỳ này là ảnh SPOT-5, trong chương trình này bản đồ hiện trạng rừng được thành lập cho năm 2006 và 2010. Vì vậy, nếu áp dụng quy trình này thì sẽ sử dụng quy trình 1 cách đầy đủ vì trong quy trình của đề tài để thành lập bản đồ hiện trạng ở thời điểm 2004 thì vẫn thiếu kết quả điều tra thực địa.
Chương 5
KẾT LUẬN, TỒN TẠI , KHUYẾN NGHỊ 5.1. Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu đề tài đưa ra một số kết luận sau:
- Ảnh SPOT-5 có thể sử dụng để phân loại rừng ở Việt Nam nói riêng và cho rừng ở Nhiệt đới nói chung.
- Đề tài tiến hành nghiên cứu 6 chỉ số thực vật là NDVI, SAVI, RVI, MSAVI, DVI, VIN với ảnh SPOT-5 ở bộ cảm HRG và đã xác định được 4 chỉ số là NDVI, SAVI, MSAVI, RVI có thể dùng để phân loại rừng ở Việt Nam và rộng hơn là cho rừng ở nhiệt đới. Trong đó, NDVI có độ chính xác toàn cục = 91.32 %, kappa = 0.89847; SAVI độ chính xác toàn cục = 90.80 %, kappa = 0.89239; MSAVI & RVI cho kết quả như nhau với độ chính xác toàn cục = 84.94 %, kappa = 0.82376. Như vậy, khi phân loại rừng theo phương pháp chỉ số thực vật ta nên dùng chỉ số NDVI, SAVI.
- Qua nghiên cứu và đánh giá 4 phương pháp phân loại có lựa chọn vùng mẫu là: phương pháp Maximum likehood với độ chính xác toàn cục = 54.08 %, kappa = 0.46269; Mahalanobis distance với độ chính xác toàn cục = 51.33 %, kappa = 0.43051, Minimum distance với độ chính xác toàn cục = 54.87 %, kappa = 0.47198, Parrallelepiped với độ chính xác toàn cục = 35.07 %, kappa = 0.25410 dùng để phân loại rừng đề tài đã xác định được phương pháp Maximum likehood, Minimum distance cho kết quả tốt nhất.
- Với cùng một bộ dữ liệu kiểm tra khi so sánh 2 phương pháp phân loại rừng là phương pháp phân loại theo chỉ số thực vật và phương pháp phân loại có lựa chọn vùng mẫu cho thấy phương pháp phân loại theo chỉ số thực vật cho kết quả chính xác hơn và đề tài đã sử dụng phương pháp phân loại này dùng để phân loại rừng để thành lập bản đồ tài nguyên rừng và bản đồ biến động rừng.
- Đề tài đã đưa ra được các dạng bản đồ tài nguyên rừng như: bản đồ hiện trạng rừng, bản đồ phân bố trữ lượng, bản đồ phân bố khả năng hấp thụ C cho khu vực nghiên cứu.
- Bước đầu đề xuất được quy trình thành lập bản đồ tài nguyên rừng bằng công nghệ xử lý ảnh số tự động từ ảnh SPOT-5.
- Qua nghiên cứu 2 phương pháp đánh giá biến động rừng cho khu bảo tồn Thượng Tiến giai đoạn 2004 - 2009 là phương pháp đánh giá biến động sau phân loại và phương pháp đánh giá biến động có sự kết hợp giữa viễn thám và GIS đề tài đã nêu ra được ưu, nhược điểm của mỗi phương pháp và đã lựa chọn phương pháp đánh giá biến động có sự kết hợp giữa RS & GIS dùng để đánh giá biến động rừng. Trong đó, trong vòng 5 năm tại khu bảo tồn thượng tiến đã có tới 1371.117 ha rừng bị chuyển từ trạng thái IIIA2 về IIIA1 trong khi đó diện tích rừng được trồng mới chỉ là 180.378 ha.
- Bước đầu đã xây dựng được quy trình đánh giá biến động theo phương pháp kết hợp giữa viễn thám và GIS (RS & GIS).
5.2. Tồn tại
Bên cạnh những kết quả đạt được thì đề tài vẫn còn một số tồn tại.
- Đề tài mới chỉ nghiên cứu được ở 6 dạng chỉ số thực vật là NDVI, SAVI, MSAVI, RVI, VIN, DVI trên ảnh SPOT-5 ở bộ cảm HRG còn rất nhiều các chỉ số thực vật khác mà đề tài chưa nghiên cứu được.
- Ảnh vệ tinh sử dụng trong đề tài không có đồng nhất về thời gian chụp (ảnh năm 2004 được chụp tháng 6/2004 còn ảnh năm 2009 được chụp tháng 11/2009).
- Đề tài đã đưa ra được quy trình thành lập bản đồ tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao, quy trình đánh giá biến động rừng nhưng quy trình này cần được thử nghiệm cho nhiều vùng khác nhau với nhiều đối tượng rừng khác nhau.
5.3. Khuyến nghị
Từ tồn tại nêu trên, đề tài có khuyến nghị như sau:
- Cần có các nghiên cứu tiếp về phương pháp phân loại theo chỉ số thực vật để tìm ra thêm các chỉ số thực vật có thể dùng để phân loại rừng.
- Cần có các nghiên cứu tiếp về phương pháp phân loại có lựa chọn vùng mẫu như phương pháp phân loại mờ, phân loại LNN, … từ đó tạo cơ sở cho việc tìm ra phương pháp phân loại tốt nhất dùng để phân loại rừng.
- Cần thử nghiệm quy trình thành lập bản đồ tài nguyên rừng, bản đồ đánh giá biến động rừng cho nhiều đối tượng rừng, nhiều vùng khác nhau để từ đó có thể đưa quy trình này vào thực tiễn sản xuất.
MỤC LỤC
Trang phụ bìa………....I Lời nói đầu………..……II Mục lục………..III Danh mục các chữ viết tắt……….IV Danh mục các bảng……….………V Danh mục các hình………..…..VI
ĐẶT VẤN ĐỀ ... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ... 3
1.1. Trên thế giới ... 3
1.2. Trong nước ... 8
Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỄN THÁM VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI RỪNG ... 16
2.1. Cơ sở khoa học của phương pháp viễn thám ... 16
2.1.1. Cơ sở vật lý ... 16
2.1.2. Tương tác giữa các đối tượng và đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên ... 17
2.1.3. Ảnh số viễn thám ... 22
2.1.4. Phương pháp xử lý ảnh số viễn thám ... 25
2.1.4.1. Giải đoán ảnh bằng mắt ... 25
2.1.4.2. Xử lý ảnh vệ tinh ... 28
2.2. Cơ sở của phân chia rừng ... 35
2.2.1. Khái niệm về rừng ... 35
2.2.2. Cơ sở pháp lý ... 35
2.2.3. Phân chia ranh giới đối tượng điều tra ... 35
2.2.4. Phân chia kiểu trạng thái rừng ... 36
Chương 3: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 40
3.1. Mục tiêu nghiên cứu ... 40
3.3.1. Đối tượng nghiên cứu ... 40
3.3.2. Phạm vi nghiên cứu ... 41
3.4. Phương pháp nghiên cứu ... 41
3.4.1. Phương pháp kế thừa số liệu ... 41
3.4.2. Phương pháp điều tra ngoại nghiệp ... 41
3.4.2.1. Ngoại nghiệp cho việc thành lập bản đồ tài nguyên rừng ... 41
3.4.2.2. Ngoại nghiệp lấy số liệu về sinh khối, trữ lượng rừng ... 42
3.4.3. Phương pháp xử lý số liệu nội nghiệp ... 44
3.4.3.1. Phương pháp thành lập bộ khóa giải đoán ảnh ... 44
3.4.3.2. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm phản xạ phổ của một số đối tượng trên ảnh SPOT-5 ... 44
3.4.3.3. Phương pháp nghiên cứu phân loại rừng ... 44
3.4.3.4. Phương pháp tính toán sinh khối, trữ lượng, lượng carbon hấp thụ ... 45
3.4.3.5. Nghiên cứu, đề xuất quy trình thành lập bản đồ tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh SPOT-5. ... 47
3.4.3.6. Nghiên cứu, đề xuất quy trình đánh giá biến động tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh. ... 49
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ... 51
4.1. Nghiên cứu đặc điểm tư liệu ảnh SPOT-5 cho khu vực nghiên cứu ... 51
4.1.1. Tư liệu ảnh, bản đồ và thông số kỹ thuật của ảnh SPOT-5 ... 51
4.1.2. Xây dựng bộ khóa giải đoán ảnh ... 54
4.1.2.1. Các loại hình sử dụng đất hiện có tại khu vực nghiên cứu ... 54
4.1.2.2. Bộ khóa giải đoán ảnh SPOT-5 khu vực nghiên cứu ... 55
4.2. Đặc điểm phổ phản xạ của một số đối tượng sử dụng đất trên ảnh SPOT- 5 ... 58
4.3. Nghiên cứu phương pháp phân loại rừng ... 63
4.3.1. Nghiên cứu phương pháp phân loại rừng theo chỉ số thực vật ... 63
4.3.1.1. Thống kế một số dạng chỉ số thực vật ... 63
4.3.1.2. Phân loại theo chỉ số thực vật ... 64
4.3.1.4. Đánh giá độ chính xác phân loại ... 76
4.3.2. Nghiên cứu phương pháp phân loại rừng có lựa chọn vùng mẫu ... 78
4.3.2.1. Xác định vùng mẫu ... 79
4.3.2.2. Phân loại ảnh khu vực nghiên cứu ... 79
4.3.2.3. Đánh giá độ chính xác phân loại ... 81
4.4. Nghiên cứu, đề xuất quy trình thành lập bản đồ tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh SPOT-5 ... 84
4.4.1. Trữ lượng, sinh khối, khả năng hấp thụ carbon của rừng trong khu vực nghiên cứu ... 84
4.4.2. Thành Lập bản đồ tài nguyên rừng ... 85
4.4.2.1. Phân loại ảnh tự động ... 85
4.4.2.2. Giải đoán ảnh bằng mắt ... 85
4.4.2.3. Điều tra thực địa... 85
4.4.3. Biên tập bản đồ tài nguyên rừng ... 86
4.4.4. Đề xuất quy trình thành lập bản đồ tài nguyên rừng ... 90
4.5. Đánh giá biến động tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu ... 91
4.5.1. Đánh giá biến động theo phương pháp sau phân loại ... 91
4.5.2. Phương pháp đánh giá biến động có sự kết hợp giữa công nghệ viễn thám và GIS (RS & GIS) ... 96
4.5.3. Đề xuất quy trình thành lập bản đồ biến động ... 100
Chương 5: KẾT LUẬN, TỒN TẠI , KHUYẾN NGHỊ ... 102
5.1. Kết luận ... 102
5.2. Tồn tại ... 103
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1 Một số thông số kỹ thuật của ảnh SPOT ... 52
Bảng 4.2 Bộ khóa giải đoán các đối tượng có trong khu vực nghiên cứu ... 56
Bảng 4.3 Thống kê giá trị NDVI trung bình cho các đối tượng có trong khu vực nghiên cứu trên ảnh SPOT-5 năm 2009. ... 59
Bảng 4.4 Thống kê giá trị NDVI trung bình cho các đối tượng sau khi gộp trên
ảnh SPOT-5 năm 2009. ... 62
Bảng 4.5 Bảng thống kê một số chỉ số thực vật phổ biến ... 63
Bảng 4.6 Thống kê giá trị SAVI trung bình cho các đối tượng có trong khu vực nghiên cứu trên ảnh SPOT-5 năm 2009. ... 66
Bảng 4.7 Thống kê giá trị VIN trung bình cho các đối tượng có trong khu vực nghiên cứu trên ảnh SPOT-5 năm 2009. ... 67
Bảng 4.8 Thống kê giá trị DVI trung bình cho các đối tượng có trong khu vực nghiên cứu trên ảnh SPOT-5 năm 2009. ... 69
Bảng 4.9 Thống kê giá trị MSAVI trung bình cho các đối tượng có trong khu vực nghiên cứu trên ảnh SPOT-5 năm 2009. ... 70
Bảng 4.10 Thống kê giá trị RVI trung bình cho các đối tượng có trong khu vực nghiên cứu trên ảnh SPOT-5 năm 2009. ... 72
Bảng 4.11 Ngưỡng phân loại NDVI ... 73
Bảng 4.12 Ngưỡng phân loại SAVI ... 74
Bảng 4.13 Ngưỡng phân loại SAVI ... 75
Bảng 4.14 Ngưỡng phân loại RVI ... 75
Bảng 4.15 Bảng ma trận sai số phân loại theo NDVI ... 76
Bảng 4.16 Bảng ma trận sai số phân loại theo SAVI ... 77
Bảng 4.17 Bảng ma trận sai số phân loại theo MSAVI ... 77
Bảng 4.18 Bảng ma trận sai số phân loại theo RVI ... 78
Bảng 4.19 Bảng thống kê vùng mẫu khu vực nghiên cứu ... 79
Bảng 4.20 Bảng ma trận sai số phân loại của phương pháp Maximum Likelihood ... 82
Bảng 4.22 Bảng ma trận sai số phân loại của phương pháp... 83 Bảng 4.23 Bảng ma trận sai số phân loại của phương pháp... 83 Bảng 4.24 Bảng tính trữ lượng, sinh khối, khả năng hấp thụ C ... 85 Bảng 4.25 Thống kê giá trị NDVI trung bình cho các đối tượng có trong khu vực nghiên cứu trên ảnh SPOT-5 năm 2004. ... 92 Bảng 4.26 Ngưỡng phân loại NDVI trên ảnh SPOT-5 năm 2004 ... 92 Bảng 4.27 Bảng ma trận sai số phân loại theo NDVI trên ảnh SPOT-5 năm 2004 ... 93 Bảng 4.28 Bảng ma trận biến động giữa các đối tượng ... 93 Bảng 4.29 Bảng ma trận biến động giữa các đối tượng giai đoạn 2004-2009 theo phương pháp RS & GIS ... 99
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Bức xạ sóng điện từ ... 16
Hình 2.2 Sự phân bố các dải sóng trong quang phổ điện từ ... 16
Hình 2.3 Đặc điểm phổ phản xạ của nhóm các đối tượng tự nhiên chính ... 19
Hình 2.4 Cấu trúc của ảnh số ... 22
Hình 2.5 Các khuôn dạng dữ liệu của ảnh số ... 25
Hình 4.1 Ảnh SPOT-5 năm 2009 khu vực nghiên cứu………..51
Hình 4.2 Ảnh SPOT-5 năm 2004 khu vực nghiên cứu. ... 51
Hình 4.3 Ảnh SPOT-5 năm 2009 sau khi cân bằng màu được ghép, cắt theo ranh giới khu vực nghiên cứu………...….54
Hình 4.4 Ảnh SPOT-5 năm 2004 sau khi cân bằng màu được ghép, cắt theo ranh giới khu vực nghiên cứu………..…………..54
Hình 4.5 Ảnh NDVI năm 2009 khu vực nghiên cứu ... 59
Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi NDVI qua các đối tượng ... 60
Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi NDVI qua các đối tượng sau khi gộp ... 62
Hình 4.8 Ảnh SAVI năm 2009 khu vực nghiên cứu ... 66
Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi SAVI qua các đối tượng ... 66
Hình 4.10 Ảnh VIN năm 2009 khu vực nghiên cứu ... 67
Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi VIN qua các đối tượng... 68
Hình 4.12 Ảnh DVI khu vực nghiên cứu ... 69
Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi DVI qua các đối tượng... 69
Hình 4.14 Ảnh MSAVI khu vực nghiên cứu ... 70
Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi MSAVI qua các đối tượng ... 71
Hình 4.16 Ảnh RVI khu vực nghiên cứu ... 71
Hình 4.17 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi RVI qua các đối tượng ... 72
Hình 4.18 Ảnh phân loại NDVI năm 2009... 74
và diện tích các đối tượng ... 74
Hình 4.19 Ảnh phân loại SAVI năm 2009 ... 74
và diện tích các đối tượng ... 74
và diện tích các đối tượng ... 75 Hình 4.21 Ảnh phân loại RVI năm 2009 ... 76 và diện tích các đối tượng ... 76 Hình 4.22 Ảnh phân loại Maximum Likelihood năm 2009 và diện tích các đối tượng ... 80 Hình 4.23 Ảnh phân loại parallelepiped năm 2009 và diện tích các đối tượng 80 Hình 4.24 Ảnh phân loại Minimum Distance năm 2009 và diện tích các đối tượng ... 81 Hình 4.25 Ảnh phân loại Mahalanobis Distance năm 2009 và diện tích các đối tượng ... 81 Hình 4.26 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao ... 90 Hình 4.27 Ảnh phân loại theo NDVI năm 2009 sau khi đã ghép mây... 91 và diện tích của các đối tượng ... 91 Hình 4.28 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi NDVI qua các đối tượng trên ảnh 2004 .... 92 Hình 4.29 Phân loại theo NDVI cho ảnh năm 2004 khu vực nghiên cứu ... 92 Hình 4.30 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao ... 100
I. Tài liệu tiếng Việt
1. Trần Vân Anh, Nguyễn Thị Yên Giang, Hướng dẫn sử dụng ENVI 4.3, Trường Đại ho ̣c Mỏ đi ̣a chất.
2. Trương Thị Hòa Bình, (2002), Nghiên cứu ứng dụng chỉ số thực vật để thành lập bản đồ phân bố một số loại rừng bằng công nghệ viễn thám,
Luận án tiến sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Hà