ĐẶT VẤN ĐỀ Trƣớc đây phần lớn đất nƣớc Việt Nam có rừng che phủ, nhƣng chỉ khoảng một thế kỷ qua, rừng bị suy thoái nặng nề. Tỷ lệ che phủ của rừng giảm từ 43% vào năm 1943 xuống còn 27,1% vào năm 1980 và 26,2% vào năm 1985 (Bộ Lâm nghiệp, 1991). Nhờ các chƣơng trình trồng rừng (chƣơng trình 327 giai đoạn 1992-1998 và dự án trồng mới 5 triệu ha rừng giai đoạn 1998-2010), tính đến năm 2005, cả nƣớc có trên 12,6 triệu ha rừng (trong đó: rừng tự nhiên có gần 10,3 triệu ha, rừng trồng hơn 2,3 triệu ha), nâng độ che phủ rừng đạt 37% (nguồn - Cục Kiểm lâm); năm 2009 độ che phủ của rừng của nƣớc ta là 39,1% [1]. Nguyên nhân mất rừng là do công tác quản lý rừng nƣớc ta chƣa bền vững vẫn còn bộc lộ nhiều yếu kém, cụ thể: công tác kiểm kê rừng hàng năm chƣa cập nhật kịp thời về diện tích, trữ lƣợng của các trạng thái rừng.
Nhiều diện tích rừng bị mất do đốt nƣơng làm rẫy,chuyển đất có rừng sang đất sản xuất, khai thác quá mức vƣợt khả năng phục hồi tự nhiên của rừng… cũng nhƣ những diện tích rừng đƣợc tăng lên nhờ công tác trồng mới hoặc khoanh nuôi bảo vệ đã không đƣợc thống kê, cập nhật kịp thời vào bản đồ hiện trạng. Việc điều tra, đánh giá tài nguyên rừng là một công việc tốn rất nhiều nhân lực, vật lực. Thời gian một chu kỳ điều tra kéo dài trong 5 năm, trong khi đó tài nguyên rừng biến động nhanh hơn dẫn tới kết quả điều tra thiếu chính xác. Mặt khác, hiện trạng và biến động thảm thực vật rừng là căn cứ hết sức quan trọng phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ, phát triển và khai thác sử dụng tài nguyên rừng một cách bền vững.
Chính vì vậy, nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ quan chức năng và các nhà quản lý lâm nghiệp là cần phải áp dụng các phƣơng pháp cập nhật nhanh, kịp thời, chính xác trong xây dựng bản đồ hiện trạng rừng. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vũ trụ, công nghệ xử lý ảnh viễn thám cũng đã xuất hiện và ngày càng tỏ r tính ƣu việt trong 2 công tác điều tra, quản lý tài nguyên. Dữ liệu viễn thám với tính chất đa thời gian, đa phổ, phủ trùm diện tích rộng cho phép chúng ta cập nhật thông tin, tiến hành nghiên cứu một cách nhanh chóng, hiệu quả, tiết kiệm đƣợc thời gian và công sức. Trong nghiên cứu hiện trạng tài nguyên rừng, nghiên cứu ảnh viễn thám ngày càng tỏ ra ƣu thế bởi khả năng cập nhật thông tin và phân tích biến động một cách nhanh chóng.
Nghiên cứu ảnh viễn thám đã ứng dụng vào thực tiễn từ rất lâu trên thế giới; những năm 1960 đã thành lập các bản đồ rừng và bản đồ lớp phủ bề mặt. Tuy nhiên, đến nay tại Việt Nam vẫn chƣa đƣợc áp dụng rộng rãi, và việc tiến hành quy hoạch, lập bản đồ hiện trạng rừng ở các cấp chủ yếu vẫn theo phƣơng pháp thủ công, tức thống kê là dựa vào các số liệu kiểm kê ở từng địa phƣơng. Ảnh vệ tinh Radar với những ƣu thế cơ bản nhƣ khả năng chụp ảnh không phụ thuộc vào thời tiết, có thể chụp ảnh cả ban ngày lẫn ban đêm là một công cụ hết sức hữu hiệu để theo dõi, giám sát Tài nguyên và Môi trƣờng, nhất là ở những nƣớc thƣờng xuyên bị ảnh hƣởng của mây nhƣ Việt nam. Không những thế do đƣợc thu nhận ở vùng sóng dài hơn rất nhiều so với các sóng nhìn thấy thông thƣờng ảnh vệ tinh radar rất nhạy cảm với các đặc tính về cấu trúc, độ gồ ghề, tính đồng nhất và độ ẩm của bề mặt đất, những thông tin này hầu nhƣ không có đƣợc trên ảnh quang học truyền thống.
Tuy nhiên, ảnh radar cũng có nhiều mặt hạn chế rất đáng kể nhƣ biến dạng lớn về hình học,nhiều nhiễu và hình ảnh các đối tƣợng có nhiều khác biệt so với cảm nhận của con ngƣời, do đó làm ảnh hƣởng rất nhiều đến việc triển khai các ứng dụng của ảnh radar. Nhƣ vậy có thể thấy rằng cả hai loại ảnh radar và ảnh quang học truyền thống đều có những thế mạnh và điểm yếu riêng [2]. Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn trên tôi tiến hành thực hiện luận văn “Nghiên cứu kết hợp ảnh vệ tinh quang học sentinel-2 và dữ liệu radar Sentinel-1 xác định trữ lượng rừng tại Vườn Quốc gia Yok Đôn, tỉnh Đắk Lắk”. 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Nghi n cứu v ảnh vệ tinh trong th o i iễn i n t i ngu n rừng Phƣơng pháp viễn thám cho phép thu thập thông tin về đối tƣợng trên mặt đất thông qua hình ảnh của đối tƣợng mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp ngoài thực địa. Các loại tƣ liệu ảnh viễn thám có thể đƣợc chụp từ máy bay (ảnh hàng không) nhƣng thông dụng nhất là đƣợc chụp từ ảnh vệ tinh. Tƣ liệu viễn thám có hai loại chính là ảnh quang học và ảnh Radar. Ảnh quang học chụp bề mặt trái đất nhờ năng lƣợng mặt trời và các thiết bị chụp ảnh sử dụng thấu kính quang học, hệ thống chụp ảnh này đƣợc gọi là hệ thống thụ động.
Loại thứ hai là ảnh radar đƣợc chụp nhờ các thiết bị thu, phát sóng radar đặt trên vệ tinh. Hệ thống này đƣợc gọi là hệ thống chụp ảnh chủ động hay tích cực. Ngày nay với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, tƣ liệu vệ tinh đã và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trƣờng đặc biệt là trong việc theo dõi diễn biến tài nguyên rừng. Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tƣợng trên ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ vật trên ảnh vệ tinh.
Những ƣu th cơ ản của ảnh vệ tinh có thể kể ra là: - Cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất trên khu vực trùm phủ lớn (Landsat 180km x180km, SPOT, ASTER 60km x 60 km) cho phép tiến hành theo dõi giám sát trên những khu vực rộng lớn cùng một lúc. - Cung cấp thông tin đa dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau cho phép nghiêncứu các đặc điểm của đối tƣợng từ nhiều góc độ phản xạ phổ khác nhau. 4 - Cung cấp các loại ảnh có độ phân giải khác nhau đo đó cho phép nghiên cứubề mặt ở những mức độ chi tiết hoặc khái quát khác nhau. Ví dụ nhƣ các loại ảnh độ phân giải siêu cao nhƣ SPOT 5, IKONOS, QuickBird để nghiên cứu chi tiết, hoặc các loại ảnh có độ phân giải thấp nhƣng tần suất chụp lặp cao, diện tích phủ trùm lớn nhƣ MODIS, MERIS cho phép cung cấp các thông tin khái quát ở mức vùng hay khu vực.
- Khả năng chụp lặp lại hay còn gọi là độ phân giải thời gian. Do đặc điểm quĩđạo của vệ tinh nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định lại có thể chụp lặp lại đƣợc vị trí trên mặt đất. Sử dụng các ảnh vệ tinh chụp tại các thời điểm khác nhau sẽ cho phép theo dõi diễn biến của các sự vật hiện tƣợng diễn ra trên mặt đất, ví dụ nhƣ quá trình sinh trƣởng của cây trồng, lúa, màu. - Các dữ liệu đƣợc thu nhận ở dạng số nên tận dụng đƣợc sức mạnh xử lý củamáy tính và có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống thông tin nhƣ hệ thống thông tin địa lý (GIS).
Do những đặc tính hết sức ƣu việt kể trên ảnh vệ tinh đã trở thành một công cụ không thể thiếu đƣợc trong công tác theo dõi giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng, nhất là ở những vùng khó tiếp cận nhƣ các vùng núi cao, biên giới, hải đảo… Phƣơng pháp Viễn thám cho phép thu thập phần lớn các thông tin ở trong phòng nhƣng kết quả giải đoán cần đƣợc kiểm chứng ở ngoài thực địa do đó công tác thực địa là một phần không thể thiếu trong công nghệ Viễn thám. Trên thế giới việc ứng dụng công nghệ viễn thám, tại những nƣớc phát triển đã đƣợc thực hiện ngay từ khi có những tấm ảnh đầu tiên của vệ tinh quan sát trái đất. Cho đến nay ảnh vệ tinh đã đƣợc ứng dụng ở hầu khắp các nƣớc, kể cả những nƣớc đang phát triển. Ở Việt nam, mặc dù việc ứng dụng công nghệ Viễn thám có chậm hơn những nƣớc tiên tiến trong khu vực nhƣng 5 ảnh vệ tinh cũng đã đƣợc sử dụng ở rất nhiều các cơ quan, ngành và địa phƣơng khác nhau nhƣ nông nghiệp, lâm nghiệp, đo đạc và bản đồ, qui hoạch đất đai, địa chất – khoáng sản… Những ứng dụng tiêu biểu của ảnh vệ tinh liên quan đến việc chiết tách các lớp thông tin là: - Điều tra thành lập bản đồ hiện trạng và theo dõi biến động rừng - Thành lập bản đồ lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất - Theo dõi giám sát mùa màng.
- Thành lập bản đồ và theo dõi biến động các vùng đất ngập nƣớc - Thành lập bản đồ và theo dõi biến động rừng ngập mặn - Kiểm kê tài nguyên nƣớc mặt - Qui hoạch đô thị và theo d i quá trình đô thị hóa Ảnh vệ tinh quang học với nhiều ƣu điểm nhƣ hình ảnh quen thuộc với con ngƣời, dễ giải đoán, kỹ thuật tƣơng đối dễ phát triển trên nền các công nghệ chụp ảnh hiện hành nên đã nhanh chóng đƣợc chấp nhận và ứng dụng rộng rãi. Các loại ảnh quang học nhƣ Landsat, SPOT, Aster, IKONOS, QuickBird đã trở nên quen thuộc và phổ biến trên toàn thế giới. Trong xây dựng các bản đồ phân loại rừng bằng công nghệ Viễn thám sử dụng ảnh quang học đã đƣợc đƣa vào các qui trình qui phạm tƣơng đối hoàn chỉnh. Thông số kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh quang học chính đƣợc tổng hợp ở Bảng 1.
Đặc điểm và khả năng ứng dụng của một sô loại ảnh vệ tinh. Loại ảnh Thông số kỹ thuật Ứng dụng trong phân loại rừng 1. Ảnh đa phổ có độ phân giải thấp (Multispectral Low Resolution Sensors Độ phân giải thấp (250m – 1000m); - Quy mô bản đồ: toàn cầu, lục MODI Trƣờng phủ 330km; Chu kỳ bay địa hoặc quốc gia chụp 1-2 ngày; Ảnh có từ 2000 (vệ - Phân loại lớp phủ (vd: rừng, 6 Loại ảnh Thông số kỹ thuật Ứng dụng trong phân loại rừng tinh Terra) hoặc 2002 (vệ tinh độ thị, mặt nƣớc.) Aqua) đến nay Độ phân giải thấp 1km từ các vệ AVHRR tinh NOAA; Trƣờng phủ 2400km x 6400km; Ảnh có từ 1980 đến nay.