3.3.1.Quy trình chung
Cỏc bước tiến hành xõy dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh vệ tinh SPOT-5 được thể hiện ở sơ đồ dưới đõy.
Hình 3.8.Mụ tả quy trình sử dụng ảnh SPOT-5thành lọ̃p bản đụ̀ rừng 3.3.2. Cụng tỏc chuẩn bị
Thu thập cỏc tài liệu liờn quan
Toàn bộ cỏc tài liệu liờn qua cho cụng tỏc xõy dựng bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất cần được thu thập bao gồm:
Bản đồ nền địa hỡnh VN2000
Bản đồ, số liệu hiện trạng rừng và sử dụng đất trước đõy – Kết quả chương trỡnh rà soỏt ba loại rừng năm 2007
Bản đồ, số liệu kết quả liểm kờ đất đai của Bộ TNMT năm 2010
Bản đồ, số liệu cập nhật diễn biến rừng hàng năm của Chi cục kiểm lõm Cỏc loại bản đồ, số liệu khỏc liờn quan đến hiện trạng sử dụng đất trờn địa bàn
Tiền xử lý ảnh
Toàn bộ cỏc ảnh vệ tinh gốc mua về được kiểm tra, xử lý nhằm đưa ra kết quả tốt nhất cho quỏ trỡnh giải đoỏn xõy dựng bản đồ. Tuỳ trường hợp cụ thể cú thể bao gồm:
- Tổng hợp màu tự nhiờn (khi ảnh chỉ mới được tổng hợp màu giả)
- Nắn chỉnh hỡnh học và cỏc loại nhiễu khỏc nếu cú (trong trường hợp ảnh cũn cú sự sai lệch về mặt khụng gian với bản đồ địa hỡnh hoặc chưa được nắn chỉnh hỡnh học theo bản đồ nền địa hỡnh VN2000)
- Tăng cường độ tương phản ảnh giỳp tăng khả năng phõn tỏch giữa cỏc lớp trờn ảnh.
3.3.3. Xõy dựng hệ thống phõn loại hiện trạng rừng trong phũng
Viợ̀c Xõy dựng hệ thống phõn loại hiện trạng rừng và sử dụng đất phải căn cứ vào tỉ lờ ̣ bản đụ̀ và chi tiờ́t của hờ ̣ thụ́ng phõn loa ̣i tương ứng.Cu ̣ thờ̉ hờ ̣ thụ́ng phõn loa ̣i cho bản đụ̀ rừng tỉ lờ ̣ 1: 50.000 bao gụ̀m các loa ̣i rừng như sau[5]
Nhó m đất cú rừng:
+ Nhúm rừng loại IV: bao gồm IVA, IVB
+ Nhúm rừng loại III: bao gồm: III A1, III A2, III A3 + Nhúm rừng loại II: bao gồm IIA, IIB (rừng phục hồi) + Rừng tre nứa
+ Rừng hỗ giao bao gồm hỗn giao Gỗ - Tre nứa, Hỗn giao Lỏ rộng – lỏ Kim
Nhúm đất chưa cú rừng: Bao gồm: IA, IB, IC
Nhúm đất nụng nghiệp: Bao gồm ruộng nước, ruộng màu, cõy cụng nghiệp, cõy ăn quả...
Đất vườn rừng hoặc vườn rừng xen đất thổ cư
Nhúm đất mặt nước: bao gồm sụng suối, hồ ao, hồ thủy lợi, thủy điện, đập dõng. Nhúm đất ở: Làng bản, đất đụ thị
3.3.4. Xõy dựng mẫu khoỏ ảnh giải đoỏn. [5]
Theo phương phỏp giải đoỏn ảnh, tất cả cỏc trạng thỏi được phõn tỏch trờn ảnh đều dựa vào cơ sở biểu thị đặc trưng của cỏc đối tượng điển hỡnh (Mẫu khoỏ ảnh) cho trạng thỏi đú. Do vậy, mẫu khoỏ giải đoán ảnh phải được xõy dựng theo nguyờn tắc phải đại diện cho đối tượng cần giải đoỏn. Căn cứ vào hệ thống phõn loại hiện trạng rừng và sử dụng đất và đặc tớnh của ảnh tổng hợp màu tự nhiờn đó được tăng cường ở trờn, tiến hành xõy dựng mẫu khoỏ ảnh trong phũng cho từng trạng thỏi cần phõn biệt.
Việc xõy dựng mẫu khoỏ ảnh được thực hiện theo 3 bước: Bước 1: Xõy dựng mẫu khoa ảnh trong phũng.
Bước này được xõy dựng chủ yếu dựa vào hệ thống phõn loại cỏc trạng thỏi rừng và sử dụng đất và đặc trưng của ảnh Vệ tinh SPOT-5. Tuy nhiờn, mỗi trạng thỏi sẽ cú những biểu thị khụng hoàn toàn giống nhau trờn ảnh do ảnh hưởng của chất lượng phản xạ trở lại của ỏnh sỏng theo điều kiện địa hỡnh khỏc nhau, biểu hiện rừ nhất đú là ảnh hưởng của hướng phơi. Trong thực tế, mỗi trạng thỏi sẽ cú 1 “khoảng” hiển thị màu trờn ảnh, vỡ vậy, mỗi trạng thỏi phải xõy dựng nhiều mẫu phõn bố theo cỏc hướng phơi khỏc nhau, kiểu địa hỡnh khỏc nhau, cỏc khu vực khỏc nhau... Cỏc mẫu khoỏ ảnh phải được ghi lại toạ độ, đỏnh dấu trờn bản đồ ảnh và mụ tả chi tiết về cỏc đặc trưng trờn ảnh như màu sắc, cấu trỳc, hỡnh dạng... cũng như cỏc đặc trưng khụng ảnh khỏc như: đặc trưng sinh thỏi, phõn bố và mối quan hệ với cỏc yếu tố tự nhiờn, xó hội khỏc,...
Hệ thống mẫu biểu ghi lại kết quả quan sỏt ngoài thực địa của từng mẫu khoỏ ảnh.
Bước 2: Xác đi ̣nh mõ̀u bằng các kờ́t quả khảo sỏt ngoại nghiệp
Bước này được thực hiện nhằm kiểm chứng và bổ sung cỏc mụ tả thực địa đờ̉ xác đi ̣nh mẫu khoỏ ảnh đó xõy dựng trong phũng để đưa ra 1 hệ thống mẫu khoỏ ảnh đặc trưng nhất cho cỏc trạng thỏi cần phõn tỏch.
Đối với cỏc trạng thỏi rừng tự nhiờn, các sụ́ liờ ̣u đo đếm ụ tiờu chuẩn diện tớch 500m2 được sử du ̣ng đờ̉ để tớnh toỏn cỏc nhõn tố định lượng rừng như: Trữ
lượng bỡnh quõn, tiết diờn bỡnh quõn, đường kớnh bỡnh quõn, chiều cao trung bỡnh, độ tàn che trung bỡnh nhằm xỏc định chớnh xỏc tờn của trạng thỏi rừng đú.Đối với rừng trồng, cần xỏc định rừ loài cõy.
Bờn cạnh đú, các tài liờ ̣u khảo sỏt ngoại nghiệp cũng sẽ giỳp cho cỏc đoỏn đọc viờn cú nhận biết chung về đặc điểm, phõn bố của cỏc trạng thỏi rừng và sử dụng đất trong khu vực nghiờn cứu. Đõy và yếu tố rất quan trọng trong quỏ trỡnh giải đoỏn ảnh sau này.
Bước 3: hoàn chỉnh mẫu khoỏ ảnh
Kết hợp kết quả xõy dựng, mụ tả mẫu khoỏ ảnh trong phũng và kết quả kiểm chứng, bổ sung ngoài thực địa để xõy dựng bộ mẫu khúa ảnh hoàn chỉnh.
Số lượng mẫu khúa ảnh cần được xõy dựng phải đảm bảo mỗi trạng thỏi cú ớt nhất 3 mẫu đại diện cho điều kiện sinh thỏi, địa hỡnh, khu vực khỏc nhau.
3.3.5. Giải đoỏn ảnh trong phũng
Trờn cơ sở mẫu khoỏ ảnh đó được hoàn chỉnh, ảnh SPOT-5 sau khi xử lý, tăng cường sẽ được giải đoỏn để thành lập bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất. Phương phỏp giải đoỏn ảnh được ỏp dụng cho loại ảnh SPOT-5 là giải đoỏn bằng mắt, khoanh vẽ trực tiếp trờn màn hỡnh mỏy tớnh dưới sự trợ giỳp của phần mềm Mepinfo. Khi ỏp dụng phương phỏp giải đoỏn bằng mắt, kinh nghiệm của đoỏn đọc viờn về ảnh cũng như về thực địa của khu vực nghiờn cứu và hệ thống mẫu khúa ảnh đó được xõy dựng ở trờn sẽ giảm thiểu tối đa những hạn chế của phương phỏp giải đoỏn ảnh số.
Việc giải đoỏn sẽ được tiến hành từ cỏc nhúm đối tượng chớnh như đất cú rừng, đất khụng rừng, đất nụng nghiệp và đất khỏc sau đú sẽ tiến hành chi tiết hoỏ cho từng đối tượng cụ thể theo hệ thống phõn loại. Trong quỏ trỡnh giải đoỏn, cỏc lụ trạng thỏi sẽ được định tờn. Tuy nhiờn, một số lụ khú nhận biết hay cũn nghi ngờ do cú sự khỏc biệt khụng rừ ràng với cỏc trạng thỏi khỏc sẽ được đỏnh dấu để kiểm tra trong quỏ trỡnh ngoại nghiệp. Diện tớch tối thiểu cho một trạng thỏi cần được phõn tỏch là 0.5 ha ngoài thực địa đối với bản đồ cú tỷ 1: 50.000
3.3.6.Ngoại nghiệp
Mục đớch của cụng tỏc ngoại nghiệp [4],[5]
- Kiểm tra xỏc minh những đối tương cũn nghi nghờ chưa xỏc định được tờn trong quỏ trỡnh giải đoỏn trong phũng.
- Bổ sung, chỉnh sửa những đối tượng cú sự sai khỏc giữa quỏ trỡnh giải đoỏn và thực tế
- Thu thập điểm thực địa phục vụ cụng tỏc đỏnh giỏ độ chớnh xỏc của bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất
Chuẩn bị ngoại nghiệp
Cụng việc chuẩn bị bao gồm: (i) in bản đồ ngoại nghiệp, tức là bản đồ giải đoỏn ảnh vệ tinh được in trờn nền địa hỡnh cú cựng tỷ lệ với bản đồ thành quả. (ii) Thiết kế cỏc tuyến điều tra sao cho đi qua hết cỏc trạng thỏi rừng và sử dụng đất trong khu vực nghiờn cứu và tập trung vào những đối tượng khú nhận biết hoặc chưa xỏc định được tờn trong quỏ trỡnh giải đoỏn ảnh trong phũng. Bờn cạnh đú, hệ thống mẫu biểu ngoại nghiệp được thiết kế để ghi lại kết quả kiểm tra ngoại nghiệp.
Kiểm tra ngoại nghiệp
Cụng việc kiểm tra ngoại nghiệp sẽ được tiến hành trờn cỏc tuyến điều tra đó xỏc định từ trước. Quỏ trỡnh ngoại nghiệp được tiến hành dưới sự hợp tỏc của cỏn bộ lõm nghiệp địa phương nhằm tận dụng những hiểu biết tường tận về thực địa của những cỏn bộ này, giỳp quỏ trỡnh kiểm tra diễn ra nhanh chúng, thuận tiện đảm bảo độ chớnh xỏc cao. Trờn cỏc tuyến điều tra sẽ tiến hành so sỏnh đối chiếu tất cả cỏc trạng thỏi rừng và sử dụng đất giữa bản đồ giải đoỏn và thực địa. Tuy nhiờn, việc kiểm tra sẽ tập trung chỳ trọng vào một số đối tượng chớnh như sau:
- Cỏc đối tượng cũn nghi ngờ trong quỏ trỡnh giải đoỏn ảnh trong phũng. Những đối tượng cú sự sai khỏc trong khi giải đoỏn so với thực địa
Trờn cỏc tuyến điều tra, cỏc điểm kiểm tra sẽ được thực hiện như sau - Xỏc định vị trớ chớnh xỏc bằng GPS.
- Xỏc định nhanh một số nhõn tố định lượng cho đối tương quan sỏt như: độ tàn che, chiều cao, loài cõy ưu thế...
- Chụp ảnh đối tượng quan sỏt. Ghi lại thụng tin về ảnh chụp thực địa như: tờn trạng thỏi được chụp, hướng chụp, khoảng cỏch chụp, thời gian chụp...
- Ghi lại kết quả quan sỏt, xỏc minh ngoài thực địa theo hệ thống mẫu biểu - So sỏnh đối chiếu bản đồ giải đoỏn trong phũng và ngoại thực đia để điều chỉnh kết quả giải đoỏn trực tiếp lờn bản đồ ngoại nghiệp bao gồm:
i. Dựng phương phỏp khoanh lụ theo dốc đối diện để điều chỉnh lại ranh giới cỏc lụ trạng thỏi cú sự sai khỏc giữa bản đồ giải đoỏn trong phũng và ngoài thực đia
ii. Chỉnh sửa lại tờn trạng thỏi nếu cú sự sai khỏc giữa bản đồ giải đoỏn trong phũng và thực đia.
iii. Định tờn chớnh xỏc cho cỏc lụ khoanh vẽ nhưng chưa xỏc định được tờn trong quỏ trỡnh giải đoỏn ảnh trong phũng.
Sau quỏ trỡnh kiểm tra ngoại nghiệp, toàn bộ cỏc lụ trạng thỏi đó được khoanh vẽ trong phũng đều được định tờn chớnh xỏc.
Để đảm bảo tớnh chớnh xỏc về mặt vị trớ cho việc xỏc minh cỏc đối tượng cần được kiểm tra bổ sung trong quỏ trỡnh kiểm tra ngoại nghiệp, cụng nghệ mới đó được ỏp dụng như mỏy định vị toàn cầu GPS, mỏy ảnh số… nhằm đối chứng và lưu giữ toàn bộ kết quả kiểm tra ngay ngoài hiện trường phục vụ cụng tỏc chỉnh sủa, bổ sung và hoàn thiện bản đồ sau khi đi ngoại nghiệp.
Hoàn thiện tập mẫu: Toàn bộ nội dung trong biểu mụ tả, mẫu ảnh ngoại nghiệp,
phiếu miờu tả ngoại nghiệp và cỏc ảnh mẫu được tập hợp trỡnh bày trong một tập Album theo trỡnh tự cỏc nhúm đối tượng như trong hệ thống nội dung bản đồ
Bảng 3.5. Phiếu mụ tả ngoại nghiệp
3.3.7. Kiểm tra độ chớnh xỏc của cụng tỏc giải đoỏn
Xác đi ̣nh các ụ kiờ̉m tra
Để cú những kết luận về độ tin cậy của bản đồ rừng được thực hiện từ trong phũng, bờn cạnh việc kiểm tra ngoại nghiệp sau mỗi khõu như xõy dựng mẫu, giải đoỏn, chuyển họa
Đõy là một vấn đề khỏ phức tạp song cũng rất lý thỳ và đang được nhiều chuyờn gia về điều tra rừng quan tõm.
Nội dung cõ̀n kiờ̉m tra:
Xỏc định hệ số đồng nhất cho mỗi loại rừng và đất rừng.
Xỏc định tỷ lệ pha tạp của mỗi đối tượng phõn bố trong đối tượng chớnh.
PHIẾU Mễ TẢ THỰC ĐỊA
(Điểm lấy mẫu khúa ảnh vệ tinh Spot 5)
I. Mụ tả chung
Tỉnh: Huyện: Xó: Tiểu khu:
Số hiệu mảnh bản đồ: - Toạ độ điểm mẫu: X: Y: Độ cao tuyệt đối: - Độ cao tương đối:
Độ dốc: - Hướng phơi: II. Mụ tả về thực vật - Thảm tươi: - Cõy bụi: - Cõy gỗ: - M3/ha: - Độ tàn che:
- Số cõy/ha (tre nứa) - Đường kớnh bỡnh quõn: - Tỡnh hỡnh sử dụng hiện tại:
- Xỏc định thuộc trạng thỏi rừng: IIIa3 Khoảng cỏch chụp ảnh:
III. Ảnh chụp
Xõy dựng hệ số đồng nhất và pha tạp bỡnh quõn cho toàn khu vực nghiờn cứu.
Phương phỏp thu thập dữ liệu:
- Sử dụng cỏc toạ độ tõm ụ sơ cấp (của cỏc tỉnh nờu trờn) trong hệ thống ụ sơ cấp của chương trỡnh làm tõm ụ nghiờn cứu.
- Trờn bản đồ địa hỡnh UTM tỷ lệ 1: 250.000 (đó đựơc chuyển hoạ kết quả giải đoỏn ảnh), tại mỗi tõm ụ, thiết kế 1 ụ cú kớch thước 10 x 10 cm (2,5 x 2,5 km trờn thực địa). Như vậy diện tớch ụ nghiờn cứu rộng hơn 6,25 lần so với ụ sơ cấp và cự ly cỏc cạnh liền kề giữa cỏc ụ rỳt đi cũn 5,5 km. Điều này làm tăng diện quan sỏt trong nghiờn cứu lờn nhiều lần và giỳp cho kết quả trong phõn tớch thống kờ cao hơn hay núi khỏc đi, kết quả sẽ cú tớnh đại diện cao hơn.
Phõn tớch dữ liệu xác đi ̣nh đụ ̣ chính xác [3]
Cỏc kết quả thống kờ từ cỏc biểu tớnh diện tớch của mỗi ụ (bảng 3.5) được tập hợp theo đai cao (được chia theo từng cấp 50m), theo vựng và đỏnh giỏ tỷ lệ đồng nhất (hay pha tạp) cho cỏc nhúm đối tượng sử dụng đất chớnh cũng như từng loại riờng biệt.
Độ đồng nhất ở đõy được hiểu là: tỷ lệ phần trăm của một đối tượng nào đú trờn ảnh mỏy bay và cũng là loại đối tượng được giải đoỏn trờn ảnh vệ tinh, cũn tỷ lệ pha tạp được hiểu là tỷ lệ của đối tượng khụng cựng loại phõn bố trong đối tượng được giải đoỏn trờn ảnh vệ tinh.
Các đụ́i tượng cõ̀n kiờ̉m tra
Để đỏnh giỏ theo nhúm đối tượng sử dụng đất cơ bản, cỏc đối tượng được đưa vào một trong 4 nhúm sau đõy:
- Nhúm A: Đất cú rừng.
- Nhúm B: Đất khụng cú rừng.
- Nhúm C: Đất đang canh tỏc Nụng nghiệp.
- Nhúm D: Cỏc loại đất khỏc (nước, dõn cư, xõy dựng, đường xỏ,...) Đánh giá chung bằng chỉ sụ́ Kappa
A = số pixel phõn loại đỳng - số pixel phõn loại sai. B = tổng số pixel được phõn loại.
Khi Kappa = 1: độ chớnh xỏc phõn loại là tuyệt đối.
Bả ng sử dụng hờ ̣ sụ́ Kappa đờ̉ đánh giá đụ̣ chính xác của bản đụ̀
Bả ng 3.6. Đánh giá đụ ̣ chính xác theo hệ sụ́ Kappa
Agreement Kappa Rất tốt 0,81 Tốt 0,80 - 0,61 Trung bỡnh 0,60 - 0,41 Thấp 0,40 - 0,21 Tồi 0,20 - 0,0 Rất tồi < 0,0
Ngoài hệ số Kappa, độ chớnh xỏc trong phõn loại số cũn được đỏnh giỏ dựa vào ma trận sai số, hay ma trận nhầm lẫn. Ma trận này so sỏnh trờn cơ sở từng loại rừ ng một
Việc đo vẽ được coi là hoàn chỉnh một khi sự đỏnh giỏ về độ chớnh xỏc là đạt yờu cầu. Nguyờn tắc đỏnh giỏ là so sỏnh giữa tài liệu thực tế (Ground truth) và kết quả giải đoán. Phương phỏp phổ biến trong đỏnh giỏ là thành lập ma trận đỏnh giỏ theo phương phỏp so sánh giữa kết quả giải đoán và thực tế
Hệ số Kappa cũng được tớnh toỏn khi so sỏnh kết quả đo vẽ với cỏc kết quả kiểm chứng ngoài thực tế:
Hệ số Kappa = ( tổng số đối tượng được xỏc định đỳng –tổng số đối tượng xỏc định sai ) / tổng số đối tượng trong thực tế
Việc đỏnh giỏ kết quả giải đoán phải đảm bảo tớnh trung thực và việc phõn loại được kết thỳc chỉ đến khi đạt được việc đỏnh giỏ độ chớnh xỏc.
3.3.8. Chỉnh lý bổ sung bản đồ thành quả
Việc chỉnh lý bổ sung bản đồ thành quả sẽ dựa trờn kết quả kiểm tra ngoại nghiệp. Những đối tượng được chỉnh lý chớnh là những đối tượng cũn nghi ngờ trong quỏ trỡnh giải đoỏn và những đối tượng phỏt hiện cú sự sai khỏc so với thực
tế. Nếu khu vực nào cú nhiều sự sai khỏc thỡ phải tiến hành giải đoỏn bổ sung nhằm tăng độ chớnh xỏc cho kết quả giải đoỏn.