Nghiên cứu tài nguyên rừng bằng ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 tại xã Xuân Sơn, Tân Sơn, Phú Thọ

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1. Lịch sử phát triển của Viễn thám

2.2. Khái niệm cơ bản của Viễn thám

2.3. Nguyên lý cơ bản của viễn thám

2.4. Ảnh Viễn thám, ảnh Spot và ảnh VNRedSat-1

2.5. Tình hình nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong lâm nghiệp ở một số nước trên thế giới và ở Việt Nam

2.5.1. Trên thế giới

2.5.2. Tại Việt Nam

3. CHƯƠNG 3: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Mục tiêu nghiên cứu

3.1.1. Mục tiêu tổng quát

3.1.2. Mục tiêu cụ thể

3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.2.1. Đối tượng nghiên cứu

3.2.2. Phạm vi nghiên cứu

3.3. Nội dung nghiên cứu

3.4. Phương pháp nghiên cứu

3.4.1. Phương pháp kế thừa số liệu

3.4.2. Phỏng vấn chuyên gia địa phương

3.4.3. Xây dựng mẫu phân loại

3.4.4. Xác định số lượng và vị trí mẫu ảnh trong phòng

3.4.5. Khảo sát mẫu ảnh ngoại nghiệp

3.4.6. Giải đoán ảnh bằng phần mềm Ecogniton Developer

3.4.7. Thiết lập thêm các chỉ số trong quá trình phân loại ảnh vệ tinh Spot5

3.4.8. Phương pháp không kiểm định

3.4.9. Phương pháp có kiểm định

3.4.10. Bóc tách sau chạy phân loại có kiểm định

3.4.11. Xây dựng bản đồ giải đoán

3.4.12. Kiểm tra ngoại nghiệp

3.4.13. Phương pháp khoanh lô theo dốc đối diện

3.4.14. Phương pháp khoanh lô bằng máy GPS

3.4.15. Hoàn thiện bản đồ trạng thái

3.4.16. Điều tra trữ lượng các trạng thái rừng

3.4.17. Xác định số lượng Ô đo đếm cho từng trạng thái rừng

3.4.18. Thiết lập và thu thập số liệu trong ô đo đếm rừng gỗ và rừng hỗn giao gỗ tre nứa tự nhiên

3.4.19. Thiết lập và thu thập số liệu trong ô đo đếm rừng tre nứa (rừng tự nhiên và rừng trồng)

3.4.20. Thiết lập và thu thập số liệu trong ô đo đếm rừng trồng gỗ

3.4.21. Thống kê tài nguyên rừng

4. CHƯƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA BÀN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

4.1. Điều kiện tự nhiên

4.1.1. Vị trí địa lý

4.1.2. Địa hình, địa mạo

4.1.3. Khí hậu, thời tiết

4.1.4. Tài nguyên thiên nhiên

4.2. Điều kiện kinh tế, xã hội

4.2.1. Dân số, dân tộc và lao động

4.2.2. Sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy sản

4.2.3. Tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ

5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

5.1. Bộ mẫu khóa ảnh phục vụ giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu

5.1.1. Xác định mẫu khóa ảnh trong phòng

5.1.2. Ngoại nghiệp điều tra mẫu khóa ảnh

5.2. Kết quả phân loại ảnh vệ tinh trong thành lập bản đồ hiện trạng rừng

5.2.1. Phân loại ảnh vệ tinh

5.2.1.1. Phân loại không kiểm định

5.2.1.2. Phân loại có kiểm định

5.2.2. Bóc tách sau chạy phân loại có kiểm định

5.2.3. Đánh giá độ chính xác của bản đồ giải đoán

5.2.4. Ngoại nghiệp khoanh vẽ bổ sung, hoàn thiện bản đồ hiện trạng rừng

5.2.5. Điều tra trữ lượng các trạng thái rừng

5.2.5.1. Xác định số lượng Ô đo đếm cho từng trạng thái rừng

5.3. Kết quả điều tra

5.3.1. Thống kê tài nguyên rừng tại khu vực nghiên cứu

5.3.2. Diện tích các trạng thái rừng sau giải đoán

5.3.3. Trữ lượng các trạng thái rừng sau giải đoán

5.3.4. Đánh giá biến động tài nguyên rừng tại xã Xuân Sơn năm 2015 – 2017

5.4. Lập quy trình thành lập bản đồ hiện trạng và thống kê tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh VNRedSat-1

5.4.1. Nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh

5.4.2. Phương pháp xây dựng bản đồ từ ảnh vệ tinh và chồng xếp dữ liệu trên phần mềm ArcGIS

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan Nghiên cứu Tài nguyên Rừng bằng Ảnh VNREDSAT 1

Nghiên cứu tài nguyên rừng và lớp phủ thực vật ngày càng được quan tâm. Các nhà khoa học và nhà quản lý nhận thấy tầm quan trọng của nó trong quản lý đất đai, điều tra tài nguyên rừng, môi trường, đa dạng sinh học và bảo tồn thiên nhiên. Ứng dụng công nghệ viễn thám là một thành tựu quan trọng trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường và quy hoạch sử dụng đất. Công nghệ viễn thám đã phát triển không ngừng nhờ sự tiến bộ của các lĩnh vực kỹ thuật liên quan. Ứng dụng viễn thám trong lâm nghiệp ở Việt Nam bắt đầu từ năm 1958. Ngày nay, giải đoán ảnh viễn thám là công cụ đắc lực cho điều tra tài nguyên, đặc biệt là hiện trạng lớp phủ thực vật. Ưu điểm của nó là tính cập nhật và giá cả hợp lý. Điều tra truyền thống tốn nhiều thời gian, công sức và chi phí. Do đó, nghiên cứu áp dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao là rất cần thiết để có kết quả nhanh chóng và chi phí thấp.

1.1. Lịch sử Phát triển và Ứng dụng của Viễn thám

Viễn thám phát triển mạnh mẽ trong ba thập kỷ gần đây nhờ công nghệ vũ trụ. Tuy nhiên, lịch sử của nó bắt đầu từ việc chụp ảnh bằng phim và giấy ảnh. Năm 1839, Louis Daguerre công bố nghiên cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh. Bức ảnh đầu tiên chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu được thực hiện năm 1858. Việc ra đời của ngành hàng không thúc đẩy sự phát triển của ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học. Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất bằng các ảnh chụp chồng phủ. Chiến tranh thế giới thứ nhất đánh dấu giai đoạn khởi đầu của công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự. Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của công nghệ nghiên cứu vũ trụ.

1.2. Khái niệm Cơ bản và Nguyên lý của Viễn thám

Viễn thám là khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một đối tượng hoặc khu vực từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Nguyên lý cơ bản của viễn thám dựa trên việc thu nhận và phân tích năng lượng điện từ phản xạ hoặc phát ra từ các đối tượng trên bề mặt Trái Đất. Các cảm biến trên vệ tinh hoặc máy bay thu nhận năng lượng này và chuyển đổi thành dữ liệu số. Dữ liệu này sau đó được xử lý và phân tích để trích xuất thông tin về các đặc tính của đối tượng, chẳng hạn như loại đất, loại cây trồng, hoặc tình trạng tài nguyên rừng. Ảnh vệ tinh là một trong những sản phẩm quan trọng nhất của viễn thám, cung cấp cái nhìn tổng quan và chi tiết về bề mặt Trái Đất.

II. Thách thức Quản lý Tài nguyên Rừng tại Xuân Sơn Phú Thọ

Chương trình Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc đã triển khai được 4 chu kỳ. Tuy nhiên, chương trình mới chỉ xây dựng được các bản đồ tỷ lệ 1/100. Dự án Tổng điều tra Kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2013-2016 cho phép sử dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao. Sử dụng ảnh vệ tinh trong điều tra rừng giảm chi phí, thời gian và công sức, đồng thời mang lại kết quả chính xác về thực trạng lớp phủ. Tuy nhiên, quá trình thực hiện chủ yếu áp dụng bước đầu để phân vùng ảnh. Cán bộ giải đoán chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế về phân chia trạng thái rừng và các đặc tính phân bố. Do đó, chưa sử dụng hết giá trị các thông tin trên ảnh vệ tinh và thế mạnh của phương pháp Object based classification. Điều này tốn thời gian, công sức và kết quả mang tính chủ quan. Vì vậy, cần đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm của công tác điều tra, thống kê tài nguyên rừng.

2.1. Biến động Rừng và Yêu cầu Cập nhật Dữ liệu Thường xuyên

Rừng và đất rừng luôn biến động do nhiều yếu tố như khai thác, cháy rừng, và chuyển đổi mục đích sử dụng đất. Do đó, việc cập nhật dữ liệu tài nguyên rừng thường xuyên là rất quan trọng để đảm bảo quản lý hiệu quả. Các phương pháp điều tra truyền thống thường tốn kém và mất nhiều thời gian, dẫn đến thông tin không được cập nhật kịp thời. Ảnh vệ tinh cung cấp một giải pháp hiệu quả để theo dõi biến động rừng trên diện rộng và cập nhật dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác. Việc sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với GIS cho phép phân tích và đánh giá biến động rừng một cách toàn diện.

2.2. Hạn chế về Kinh nghiệm Giải đoán Ảnh Vệ tinh trong Lâm nghiệp

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc ứng dụng ảnh vệ tinh trong lâm nghiệp là thiếu kinh nghiệm giải đoán ảnh của cán bộ. Việc phân chia trạng thái rừng và hiểu rõ các đặc tính phân bố, sinh thái của từng trạng thái đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu rộng. Nếu cán bộ giải đoán không có đủ kinh nghiệm, kết quả giải đoán có thể không chính xác và mang tính chủ quan. Do đó, cần tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ giải đoán ảnh vệ tinh để đảm bảo chất lượng của công tác điều tra và thống kê tài nguyên rừng.

III. Phương pháp Điều tra Tài nguyên Rừng bằng Ảnh VNREDSAT 1

Đề tài nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 để điều tra thống kê tài nguyên rừng tại xã Xuân Sơn, huyện Tân Sơn, tỉnh Phú Thọ. Phương pháp nghiên cứu bao gồm kế thừa số liệu, phỏng vấn chuyên gia địa phương, xây dựng mẫu phân loại, giải đoán ảnh bằng phần mềm Ecogniton Developer, và kiểm tra ngoại nghiệp. Mẫu khóa ảnh được xác định trong phòng và điều tra ngoại nghiệp. Ảnh vệ tinh được phân loại có kiểm định và không kiểm định. Sau đó, bản đồ giải đoán được đánh giá độ chính xác và hoàn thiện bằng ngoại nghiệp. Trữ lượng các trạng thái rừng được điều tra và thống kê. Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng và thống kê tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 được lập.

3.1. Xây dựng Mẫu Phân loại Ảnh và Giải đoán bằng Ecognition

Việc xây dựng mẫu phân loại ảnh là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả giải đoán. Mẫu phân loại ảnh bao gồm các khu vực đại diện cho các trạng thái rừng khác nhau, được xác định dựa trên kiến thức chuyên môn và thông tin từ thực địa. Phần mềm Ecognition Developer được sử dụng để giải đoán ảnh dựa trên phương pháp phân loại theo đối tượng (Object-based image analysis). Phương pháp này cho phép phân tích ảnh dựa trên các đặc tính hình học, kết cấu, và phổ của các đối tượng, giúp cải thiện độ chính xác của kết quả giải đoán.

3.2. Kiểm tra Ngoại nghiệp và Đánh giá Độ chính xác Bản đồ Rừng

Kiểm tra ngoại nghiệp là bước không thể thiếu để đảm bảo độ tin cậy của bản đồ hiện trạng rừng. Quá trình kiểm tra ngoại nghiệp bao gồm việc đi thực địa để so sánh kết quả giải đoán ảnh với tình trạng thực tế của rừng. Các sai sót được phát hiện trong quá trình kiểm tra ngoại nghiệp sẽ được điều chỉnh để hoàn thiện bản đồ. Độ chính xác của bản đồ được đánh giá bằng cách so sánh kết quả giải đoán với dữ liệu kiểm tra ngoại nghiệp. Các chỉ số đánh giá độ chính xác bao gồm độ chính xác tổng thể, độ chính xác của từng loại rừng, và hệ số Kappa.

IV. Kết quả Nghiên cứu Thống kê Tài nguyên Rừng Xuân Sơn

Nghiên cứu đã xác định bộ mẫu khóa ảnh phục vụ giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu. Kết quả phân loại ảnh vệ tinh cho thấy diện tích các trạng thái rừng sau giải đoán và trữ lượng các trạng thái rừng sau giải đoán. Đánh giá biến động tài nguyên rừng tại xã Xuân Sơn năm 2015 – 2017. Đề xuất ứng dụng ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 trong quản lý, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng. Nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh và phương pháp xây dựng bản đồ từ ảnh vệ tinh và chồng xếp dữ liệu trên phần mềm ArcGIS được sử dụng.

4.1. Diện tích và Trữ lượng Rừng sau Giải đoán Ảnh VNREDSAT 1

Kết quả giải đoán ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 cho phép thống kê diện tích và trữ lượng của các trạng thái rừng khác nhau tại xã Xuân Sơn. Thông tin này cung cấp cơ sở quan trọng cho việc quản lý và quy hoạch sử dụng đất rừng. Diện tích và trữ lượng của từng loại rừng (rừng tự nhiên, rừng trồng, rừng gỗ, rừng tre nứa) được xác định một cách chi tiết. So sánh với dữ liệu kiểm kê rừng năm 2015 cho thấy sự biến động của tài nguyên rừng trong giai đoạn 2015-2017.

4.2. Đánh giá Biến động Tài nguyên Rừng giai đoạn 2015 2017

Việc so sánh dữ liệu tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 với dữ liệu kiểm kê rừng năm 2015 cho phép đánh giá biến động tài nguyên rừng tại xã Xuân Sơn trong giai đoạn 2015-2017. Biến động này có thể do nhiều yếu tố như khai thác rừng, tái trồng rừng, chuyển đổi mục đích sử dụng đất, và các tác động của biến đổi khí hậu. Đánh giá biến động tài nguyên rừng là cơ sở để đưa ra các giải pháp quản lý và bảo tồn rừng hiệu quả.

V. Ứng dụng VNREDSAT 1 trong Quản lý và Theo dõi Tài nguyên Rừng

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 trong quản lý và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng. Ảnh vệ tinh cung cấp nguồn dữ liệu quan trọng để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và theo dõi biến động rừng theo thời gian. Phương pháp xây dựng bản đồ từ ảnh vệ tinh và chồng xếp dữ liệu trên phần mềm ArcGIS được sử dụng để phân tích và đánh giá tài nguyên rừng. Ứng dụng ảnh vệ tinh giúp cải thiện hiệu quả quản lý và bảo tồn rừng, đồng thời hỗ trợ việc ra quyết định trong lĩnh vực lâm nghiệp.

5.1. Xây dựng Bản đồ Hiện trạng Rừng từ Ảnh Vệ tinh VNREDSAT 1

Ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 cung cấp dữ liệu quan trọng để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng một cách nhanh chóng và chính xác. Bản đồ hiện trạng rừng là công cụ quan trọng để quản lý và quy hoạch sử dụng đất rừng. Quá trình xây dựng bản đồ hiện trạng rừng bao gồm các bước như thu thập và xử lý ảnh vệ tinh, phân loại ảnh, kiểm tra ngoại nghiệp, và hoàn thiện bản đồ. Bản đồ hiện trạng rừng cung cấp thông tin chi tiết về diện tích, trữ lượng, và trạng thái của các loại rừng khác nhau.

5.2. Theo dõi Diễn biến Rừng và Phát hiện Thay đổi Sử dụng Đất

Ảnh vệ tinh cung cấp một phương tiện hiệu quả để theo dõi diễn biến rừng và phát hiện các thay đổi trong sử dụng đất. Bằng cách so sánh ảnh vệ tinh từ các thời điểm khác nhau, có thể xác định được các khu vực rừng bị mất do khai thác, cháy rừng, hoặc chuyển đổi mục đích sử dụng đất. Thông tin này giúp các nhà quản lý đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời để ngăn chặn mất rừng và bảo vệ tài nguyên rừng.

VI. Kết luận và Khuyến nghị về Nghiên cứu Tài nguyên Rừng

Nghiên cứu đã thành công trong việc ứng dụng ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 để điều tra thống kê tài nguyên rừng tại xã Xuân Sơn, huyện Tân Sơn, tỉnh Phú Thọ. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý và bảo tồn rừng. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ chính xác của kết quả giải đoán và mở rộng phạm vi ứng dụng của ảnh vệ tinh trong lĩnh vực lâm nghiệp. Cần tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ giải đoán ảnh vệ tinh để đảm bảo chất lượng của công tác điều tra và thống kê tài nguyên rừng.

6.1. Tồn tại và Hạn chế của Nghiên cứu Sử dụng Ảnh VNREDSAT 1

Mặc dù nghiên cứu đã đạt được những kết quả đáng khích lệ, vẫn còn một số tồn tại và hạn chế cần được khắc phục. Độ chính xác của kết quả giải đoán có thể bị ảnh hưởng bởi chất lượng ảnh vệ tinh, điều kiện thời tiết, và kinh nghiệm của cán bộ giải đoán. Việc xây dựng mẫu phân loại ảnh đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu rộng và thông tin từ thực địa. Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện phương pháp giải đoán ảnh và giảm thiểu các sai sót.

6.2. Khuyến nghị cho Nghiên cứu và Ứng dụng trong Tương lai

Để nâng cao hiệu quả ứng dụng ảnh vệ tinh trong quản lý tài nguyên rừng, cần có các nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp giải đoán ảnh tiên tiến, sử dụng các loại ảnh vệ tinh có độ phân giải cao hơn, và tích hợp dữ liệu viễn thám với các nguồn dữ liệu khác như dữ liệu GIS và dữ liệu điều tra thực địa. Cần tăng cường hợp tác giữa các nhà khoa học, các nhà quản lý, và cộng đồng địa phương để đảm bảo rằng các kết quả nghiên cứu được ứng dụng một cách hiệu quả trong thực tế.

Nghiên cứu điều tra thống kê tài nguyên rừng bằng ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 tại xã Xuân Sơn, huyện Tân Sơn, tỉnh Phú Thọ