Thu thập các tài liệu liên quan
Toàn bộ các tài liệu liên qua cho công tác xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất cần được thu thập bao gồm:
Bản đồ nền địa hình VN2000
Bản đồ, số liệu hiện trạng rừng và sử dụng đất trước đây – Kết quả chương trình rà soát ba loại rừng năm 2007
Bản đồ, số liệu kết quả liểm kê đất đai của Bộ TNMT năm 2010
Bản đồ, số liệu cập nhật diễn biến rừng hàng năm của Chi cục kiểm lâm Các loại bản đồ, số liệu khác liên quan đến hiện trạng sử dụng đất trên địa bàn
Tiền xử lý ảnh
Toàn bộ các ảnh vệ tinh gốc mua về được kiểm tra, xử lý nhằm đưa ra kết quả tốt nhất cho quá trình giải đoán xây dựng bản đồ. Tuỳ trường hợp cụ thể có thể bao gồm:
- Tổng hợp màu tự nhiên (khi ảnh chỉ mới được tổng hợp màu giả)
- Nắn chỉnh hình học và các loại nhiễu khác nếu có (trong trường hợp ảnh còn có sự sai lệch về mặt không gian với bản đồ địa hình hoặc chưa được nắn chỉnh hình học theo bản đồ nền địa hình VN2000)
- Tăng cường độ tương phản ảnh giúp tăng khả năng phân tách giữa các lớp trên ảnh.
3.3.3. Xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng rừng trong phòng
Việc Xây dựng hệ thống phân loại hiện trạng rừng và sử dụng đất phải căn cứ vào tỉ lê ̣ bản đồ và chi tiết của hê ̣ thống phân loa ̣i tương ứng.Cu ̣ thể hê ̣ thống phân loa ̣i cho bản đồ rừng tỉ lê ̣ 1: 50.000 bao gồm các loa ̣i rừng như sau[5]
Nhó m đất có rừng:
+ Nhóm rừng loại IV: bao gồm IVA, IVB
+ Nhóm rừng loại III: bao gồm: III A1, III A2, III A3 + Nhóm 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 Lá rộng – lá Kim Nhóm đất chưa có rừng: Bao gồm: IA, IB, IC
Nhóm đất nông nghiệp: Bao gồm ruộng nước, ruộng màu, cây công nghiệp, cây ăn quả...
Đất vườn rừng hoặc vườn rừng xen đất thổ cư
Nhóm đất mặt nước: bao gồm sông suối, hồ ao, hồ thủy lợi, thủy điện, đập dâng.
Nhóm đất ở: Làng bản, đất đô thị Nhóm đất chuyên dùng khác.
3.3.4. Xây dựng mẫu khoá ảnh giải đoán. [5]
Theo phương pháp giải đoán ảnh, tất cả các trạng thái được phân tách trên ảnh đều dựa vào cơ sở biểu thị đặc trưng của các đối tượng điển hình (Mẫu khoá ảnh) cho trạng thái đó. Do vậy, mẫu khoá giải đoán ảnh phải được xây dựng theo nguyên tắc phải đại diện cho đối tượng cần giải đoán. Căn cứ vào hệ thống phân loại hiện trạng rừng và sử dụng đất và đặc tính của ảnh tổng hợp màu tự nhiên đã được tăng cường ở trên, tiến hành xây dựng mẫu khoá ảnh trong phòng cho từng trạng thái cần phân biệt.
Việc xây dựng mẫu khoá ảnh được thực hiện theo 3 bước:
Bước 1: Xây dựng mẫu khoa ảnh trong phòng.
Bước này được xây dựng chủ yếu dựa vào hệ thống phân loại các trạng thái rừng và sử dụng đất và đặc trưng của ảnh Vệ tinh SPOT-5. Tuy nhiên, mỗi trạng thái sẽ có những biểu thị không hoàn toàn giống nhau trên ảnh do ảnh hưởng của chất lượng phản xạ trở lại của ánh sáng theo điều kiện địa hình khác nhau, biểu hiện rõ nhất đó là ảnh hưởng của hướng phơi. Trong thực tế, mỗi trạng thái sẽ có 1
“khoảng” hiển thị màu trên ảnh, vì vậy, mỗi trạng thái phải xây dựng nhiều mẫu phân bố theo các hướng phơi khác nhau, kiểu địa hình khác nhau, các khu vực khác nhau... Các mẫu khoá ảnh phải được ghi lại toạ độ, đánh dấu trên bản đồ ảnh và mô tả chi tiết về các đặc trưng trên ảnh như màu sắc, cấu trúc, hình dạng... cũng như các đặc trưng không ảnh khác như: đặc trưng sinh thái, phân bố và mối quan hệ với các yếu tố tự nhiên, xã hội khác,...
Hệ thống mẫu biểu ghi lại kết quả quan sát ngoài thực địa của từng mẫu khoá ảnh.
Bước 2: Xác đi ̣nh mầu bằng các kết quả khảo sát ngoại nghiệp
Bước này được thực hiện nhằm kiểm chứng và bổ sung các mô tả thực địa để
xác đi ̣nh mẫu khoá ảnh đã xây dựng trong phòng để đưa ra 1 hệ thống mẫu khoá ảnh đặc trưng nhất cho các trạng thái cần phân tách.
Đối với các trạng thái rừng tự nhiên, các số liê ̣u đo đếm ô tiêu chuẩn diện tích 500m2 được sử du ̣ng để để tính toán các nhân tố định lượng rừng như: Trữ
lượng bình quân, tiết diên bình quân, đường kính bình quân, chiều cao trung bình, độ tàn che trung bình nhằm xác định chính xác tên của trạng thái rừng đó.Đối với rừng trồng, cần xác định rõ loài cây.
Bên cạnh đó, các tài liê ̣u khảo sát ngoại nghiệp cũng sẽ giúp cho các đoán đọc viên có nhận biết chung về đặc điểm, phân bố của các trạng thái rừng và sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu. Đây và yếu tố rất quan trọng trong quá trình giải đoán ảnh sau này.
Bước 3: hoàn chỉnh mẫu khoá ảnh
Kết hợp kết quả xây dựng, mô tả mẫu khoá ảnh trong phòng và kết quả kiểm chứng, bổ sung ngoài thực địa để xây dựng bộ mẫu khóa ảnh hoàn chỉnh.
Số lượng mẫu khóa ảnh cần được xây dựng phải đảm bảo mỗi trạng thái có ít nhất 3 mẫu đại diện cho điều kiện sinh thái, địa hình, khu vực khác nhau.
3.3.5. Giải đoán ảnh trong phòng
Trên cơ sở mẫu khoá ảnh đã được hoàn chỉnh, ảnh SPOT-5 sau khi xử lý, tăng cường sẽ được giải đoán để thành lập bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất.
Phương pháp giải đoán ảnh được áp dụng cho loại ảnh SPOT-5 là giải đoán bằng mắt, khoanh vẽ trực tiếp trên màn hình máy tính dưới sự trợ giúp của phần mềm Mepinfo. Khi áp dụng phương pháp giải đoán bằng mắt, kinh nghiệm của đoán đọc viên về ảnh cũng như về thực địa của khu vực nghiên cứu và hệ thống mẫu khóa ảnh đã được xây dựng ở trên sẽ giảm thiểu tối đa những hạn chế của phương pháp giải đoán ảnh số.
Việc giải đoán sẽ được tiến hành từ các nhóm đối tượng chính như đất có rừng, đất không rừng, đất nông nghiệp và đất khác sau đó sẽ tiến hành chi tiết hoá cho từng đối tượng cụ thể theo hệ thống phân loại. Trong quá trình giải đoán, các lô trạng thái sẽ được định tên. Tuy nhiên, một số lô khó nhận biết hay còn nghi ngờ do có sự khác biệt không rõ ràng với các trạng thái khác sẽ được đánh dấu để kiểm tra trong quá trình ngoại nghiệp. Diện tích tối thiểu cho một trạng thái cần được phân tách là 0.5 ha ngoài thực địa đối với bản đồ có tỷ 1: 50.000
3.3.6.Ngoại nghiệp
Mục đích của công tác ngoại nghiệp [4],[5]
- Kiểm tra xác minh những đối tương còn nghi nghờ chưa xác định được tên trong quá trình giải đoán trong phòng.
- Bổ sung, chỉnh sửa những đối tượng có sự sai khác giữa quá trình giải đoán và thực tế
- Thu thập điểm thực địa phục vụ công tác đánh giá độ chính xác của bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất
Chuẩn bị ngoại nghiệp
Công việc chuẩn bị bao gồm: (i) in bản đồ ngoại nghiệp, tức là bản đồ giải đoán ảnh vệ tinh được in trên nền địa hình có cùng tỷ lệ với bản đồ thành quả. (ii) Thiết kế các tuyến điều tra sao cho đi qua hết các trạng thái rừng và sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu và tập trung vào những đối tượng khó nhận biết hoặc chưa xác định được tên trong quá trình giải đoán ảnh trong phòng. Bên cạnh đó, hệ thống mẫu biểu ngoại nghiệp được thiết kế để ghi lại kết quả kiểm tra ngoại nghiệp.
Kiểm tra ngoại nghiệp
Công việc kiểm tra ngoại nghiệp sẽ được tiến hành trên các tuyến điều tra đã xác định từ trước. Quá trình ngoại nghiệp được tiến hành dưới sự hợp tác của cán bộ lâm nghiệp địa phương nhằm tận dụng những hiểu biết tường tận về thực địa của những cán bộ này, giúp quá trình kiểm tra diễn ra nhanh chóng, thuận tiện đảm bảo độ chính xác cao. Trên các tuyến điều tra sẽ tiến hành so sánh đối chiếu tất cả các trạng thái rừng và sử dụng đất giữa bản đồ giải đoán và thực địa. Tuy nhiên, việc kiểm tra sẽ tập trung chú trọng vào một số đối tượng chính như sau:
- Các đối tượng còn nghi ngờ trong quá trình giải đoán ảnh trong phòng.
Những đối tượng có sự sai khác trong khi giải đoán so với thực địa Trên các tuyến điều tra, các điểm kiểm tra sẽ được thực hiện như sau
- Xác định vị trí chính xác bằng GPS.
- Quan sát và nhận định chính xác tên của đối tượng quan sát.
- Xác định nhanh một số nhân tố định lượng cho đối tương quan sát như: độ tàn che, chiều cao, loài cây ưu thế...
- Chụp ảnh đối tượng quan sát. Ghi lại thông tin về ảnh chụp thực địa như: tên trạng thái được chụp, hướng chụp, khoảng cách chụp, thời gian chụp...
- Ghi lại kết quả quan sát, xác minh ngoài thực địa theo hệ thống mẫu biểu - So sánh đối chiếu bản đồ giải đoán trong phòng và ngoại thực đia để điều chỉnh kết quả giải đoán trực tiếp lên bản đồ ngoại nghiệp bao gồm:
i. Dùng phương pháp khoanh lô theo dốc đối diện để điều chỉnh lại ranh giới các lô trạng thái có sự sai khác giữa bản đồ giải đoán trong phòng và ngoài thực đia
ii. Chỉnh sửa lại tên trạng thái nếu có sự sai khác giữa bản đồ giải đoán trong phòng và thực đia.
iii. Định tên chính xác cho các lô khoanh vẽ nhưng chưa xác định được tên trong quá trình giải đoán ảnh trong phòng.
Sau quá trình kiểm tra ngoại nghiệp, toàn bộ các lô trạng thái đã được khoanh vẽ trong phòng đều được định tên chính xác.
Để đảm bảo tính chính xác về mặt vị trí cho việc xác minh các đối tượng cần được kiểm tra bổ sung trong quá trình kiểm tra ngoại nghiệp, công nghệ mới đã được áp dụng như máy định vị toàn cầu GPS, máy ảnh số… nhằm đối chứng và lưu giữ toàn bộ kết quả kiểm tra ngay ngoài hiện trường phục vụ công tác chỉnh sủa, bổ sung và hoàn thiện bản đồ sau khi đi ngoại nghiệp.
Hoàn thiện tập mẫu: Toàn bộ nội dung trong biểu mô tả, mẫu ảnh ngoại nghiệp, phiếu miêu tả ngoại nghiệp và các ảnh mẫu được tập hợp trình bày trong một tập Album theo trình tự các nhóm đối tượng như trong hệ thống nội dung bản đồ
Bảng 3.5. Phiếu mô tả ngoại nghiệp
3.3.7. Kiểm tra độ chính xác của công tác giải đoán
Xác đi ̣nh các ô kiểm tra
Để có những kết luận về độ tin cậy của bản đồ rừng được thực hiện từ trong phòng, bên cạnh việc kiểm tra ngoại nghiệp sau mỗi khâu như xây dựng mẫu, giải đoán, chuyển họa
Đây là một vấn đề khá phức tạp song cũng rất lý thú và đang được nhiều chuyên gia về điều tra rừng quan tâm.
Nội dung cần kiểm tra:
Xác định hệ số đồng nhất cho mỗi loại rừng và đất rừng.
Xác định tỷ lệ pha tạp của mỗi đối tượng phân bố trong đối tượng chính.
PHIẾU MÔ TẢ THỰC ĐỊA (Điểm lấy mẫu khóa ảnh vệ tinh Spot 5) I. Mô tả chung
Tỉnh: Huyện: Xã: 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. Mô tả về thực vật - Thảm tươi:
- Cây bụi:
- Cây gỗ:
- M3/ha: - Độ tàn che:
- Số cây/ha (tre nứa) - Đường kính bình quân:
- Tình hình sử dụng hiện tại:
- Xác định thuộc trạng thái rừng: IIIa3 Khoảng cách chụp ảnh:
III. Ảnh chụp
Ảnh vệ tinh Spot 5 Ảnh chụp thực địa
Xây dựng hệ số đồng nhất và pha tạp bình quân cho toàn khu vực nghiên cứu.
Phương pháp thu thập dữ liệu:
- Sử dụng các toạ độ tâm ô sơ cấp (của các tỉnh nêu trên) trong hệ thống ô sơ cấp của chương trình làm tâm ô nghiên cứu.
- Trên bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1: 250.000 (đã đựơc chuyển hoạ kết quả giải đoán ảnh), tại mỗi tâm ô, thiết kế 1 ô có kích thước 10 x 10 cm (2,5 x 2,5 km trên thực địa). Như vậy diện tích ô nghiên cứu rộng hơn 6,25 lần so với ô sơ cấp và cự ly các cạnh liền kề giữa các ô rút đi còn 5,5 km. Điều này làm tăng diện quan sát trong nghiên cứu lên nhiều lần và giúp cho kết quả trong phân tích thống kê cao hơn hay nói khác đi, kết quả sẽ có tính đại diện cao hơn.
Phân tích dữ liệu xác đi ̣nh đô ̣ chính xác [3]
Các kết quả thống kê từ các biểu tính diện tích của mỗi ô (bảng 3.5) được tập hợp theo đai cao (được chia theo từng cấp 50m), theo vùng và đánh giá tỷ lệ đồng nhất (hay pha tạp) cho các nhóm đối tượng sử dụng đất chính cũng như từng loại riêng biệt.
Độ đồng nhất ở đây được hiểu là: tỷ lệ phần trăm của một đối tượng nào đó trên ảnh máy bay và cũng là loại đối tượng được giải đoán trên ảnh vệ tinh, còn tỷ lệ pha tạp được hiểu là tỷ lệ của đối tượng không cùng loại phân bố trong đối tượng được giải đoán trên ảnh vệ tinh.
Các đối tượng cần kiểm tra
Để đánh giá theo nhóm đối tượng sử dụng đất cơ bản, các đối tượng được đưa vào một trong 4 nhóm sau đây:
- Nhóm A: Đất có rừng.
- Nhóm B: Đất không có rừng.
- Nhóm C: Đất đang canh tác Nông nghiệp.
- Nhóm D: Các loại đất khác (nước, dân cư, xây dựng, đường xá,...)
Đánh giá chung bằng chỉ số Kappa Hệ số Kappa = A/B, trong đó:
A = số pixel phân loại đúng - số pixel phân loại sai.
B = tổng số pixel được phân loại.
Khi Kappa = 1: độ chính xác phân loại là tuyệt đối.
Bả ng sử dụng hê ̣ số Kappa để đánh giá độ chính xác của bản đồ
Bả ng 3.6. Đánh giá đô ̣ chính xác theo hệ số Kappa
Agreement Kappa
Rất tốt 0,81
Tốt 0,80 - 0,61
Trung bình 0,60 - 0,41
Thấp 0,40 - 0,21
Tồi 0,20 - 0,0
Rất tồi < 0,0
Ngoài hệ số Kappa, độ chính xác trong phân loại số còn được đánh giá dựa vào ma trận sai số, hay ma trận nhầm lẫn. Ma trận này so sánh trên cơ sở từng loại rừ ng một
Việc đo vẽ được coi là hoàn chỉnh một khi sự đánh giá về độ chính xác là đạt yêu cầu. Nguyên tắc đánh giá là so sánh giữa tài liệu thực tế (Ground truth) và kết quả giải đoán. Phương pháp phổ biến trong đánh giá là thành lập ma trận đánh giá theo phương pháp so sánh giữa kết quả giải đoán và thực tế
Hệ số Kappa cũng được tính toán khi so sánh kết quả đo vẽ với các kết quả kiểm chứng ngoài thực tế:
Hệ số Kappa = ( tổng số đối tượng được xác định đúng –tổng số đối tượng xác định sai ) / tổng số đối tượng trong thực tế
Việc đánh giá kết quả giải đoán phải đảm bảo tính trung thực và việc phân loại được kết thúc chỉ đến khi đạt được việc đánh giá độ chính xác.
3.3.8. Chỉnh lý bổ sung bản đồ thành quả
Việc chỉnh lý bổ sung bản đồ thành quả sẽ dựa trên kết quả kiểm tra ngoại nghiệp. Những đối tượng được chỉnh lý chính là những đối tượng còn nghi ngờ trong quá trình giải đoán và những đối tượng phát hiện có sự sai khác so với thực
tế. Nếu khu vực nào có nhiều sự sai khác thì phải tiến hành giải đoán bổ sung nhằm tăng độ chính xác cho kết quả giải đoán.
Sau khi bản đồ thành quả đã được chỉnh lý, bổ sung, việc kiểm tra, tạo vùng cho các lô trạng thái trên bản đồ được tiến hành. Việc này được thực hiện nhằm phục vụ công tác tính diện tích cho từng trạng thái và biên tập bản đồ thành quả theo quy định. Bên cạnh đó, việc gán những giá trị thuộc tính cho từng lô trạng thái cũng được tiến hành. Các giá trị thuộc tính này sẽ được quả lý dưới dạng dữ liệu phi không gian - hệ thống biểu, bao gồm nhiều “Trường” khác nhau, mỗi trường sẽ nghi lại một thông tin mô tả cho lô trạng thái đó. Hệ thống biểu này sẽ được thiết kế theo yêu cầu cụ thể của dự án như: tên tỉnh, huyện, xã, tiểu khu, khoảnh, trạng thái, diện tích
3.3.9. Xử lý tính toán, phân tích đánh giá số liệu
Việc xử lý tính toán, đánh giá, phân tích số liệu diện tích các trạng thái rừng và sử dụng đất được thực hiện bằng phương pháp chồng xếp bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất thành quả với bản đồ ranh giới hành chính xã, tiểu khu, khoảnh... đã thu thập được bằng phần mềm ARC\VIEW, sau đó được chuyển sang phần mềm Microsoft Excel xử lý, thống kê diện tích các loại rừng và sử dụng đất theo hệ thống mẫu biểu của từng tiểu khu rồi tập hợp lên theo xã, huyện và toàn tỉnh
3.3.10. Biên tập bản đồ thành quả.
Hệ thống to ̣a đô ̣ của bản đồ phải được chuyển đổi về hê ̣ quy chiếu quốc gia VN2000, các thông số chuyển đổi cu ̣ thể như sau
Khai báo các thông số sau cho VN2000 (Projection: Transverse_Mercator ) False_Easting: 500000.00000000
False_Northing: 0.00000000 Central_Meridian: 105.00000000 Scale_Factor: 0.99990000
Latitude_Of_Origin: 0.00000000
Geographic Coordinate System: GCS_WGS_1984 Datum: D_WGS_1984