ĐẶT VẤN ĐỀ Bên cạnh những lợi ích thu đƣợc từ việc khai thác, sử dụng nguồn lợi từ rừng, các hoạt động của con ngƣời đã gây ra rất nhiều tác động đối với tài nguyên và môi trƣờng. Hiện nay, chúng ta đang phải đƣơng đầu với những vấn đề về sự suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trƣờng. Sự phát triển kinh tế gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng phục vụ phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết đƣợc các nhà quản lý đặt ra. Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và đánh giá biến động rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu.
Mặc dù hàng năm đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động rừng, nhƣng hầu hết các báo cáo này chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ rừng bằng phƣơng pháp truyền thống thô sơ, đó là một công việc phức tạp, mất nhiều công sức và đòi hỏi nhiều thời gian. Khi sử dụng các tài liệu thống kê và các tƣ liệu bản đồ không phải bao giờ cũng có thể khai thác những thông tin kịp thời nhất. Thời gian tổng hợp số liệu và thành lập bản đồ cho khu vực nghiên cứu càng kéo dài thì thông tin trên bản đồ càng lạc hậu và không chính xác. Trong khi đó bản đồ đòi hỏi nhanh về thời gian, chính xác về loại hình, cập nhật về thông tin.
Do đó, cần phải có phƣơng pháp mới, nhằm khắc phục những nhƣợc điểm của phƣơng pháp truyền thống. Từ thực ti n công tác quản lý tài nguyên rừng ở nƣớc ta nói chung cho thấy việc xây dựng mô hình giám sát và đánh giá di n biến tài nguyên rừng bằng công nghệ địa không gian là một yêu cầu hiện hữu và cấp bách. Công nghệ này cho phép cập nhật và đánh giá sự thay đổi về diện tích, hiện trạng rừng, những khu vực mất rừng suy thoái rừng một cách nhanh chóng và chính xác, đảm bảo tính khách quan, tính khoa học và tính thƣờng xuyên, liên tục. Từ đó giúp các nhà quản lý có biện pháp, giải pháp thích hợp và kịp thời đối với sự thay đổi diện tích và chất lƣợng rừng trong khu vực mình quan tâm.
Tuy nhiên, những nghiên cứu về lĩnh vực này ở nƣớc ta còn rất mới mẻ và hạn chế. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 Xuất phát từ những lý do nêu trên học viên đã chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát mất rừng và suy thoái rừng ở tỉnh Thanh Hóa bằng công nghệ địa không gian”. Đề tài này đƣợc thực hiện sẽ trực tiếp cung cấp cơ sở khoa học, cơ sở thực ti n và quy trình ứng dụng công nghệ địa không gian trong giám sát mất rừng và suy thoái rừng ở Thanh Hóa, hỗ trợ quá trình ra các quyết định tác động kịp thời nhằm quản lý và bảo vệ rừng bền vững. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Tổng quan về Công nghệ địa không gian Công nghệ địa không gian (Geospatial Technology, GT) có thể đƣợc hiểu là công nghệ thu thập, tổng hợp, phân tích, trình di n, di n giải, chia sẻ và quản lý các dữ liệu không gian và các các dữ liệu thuộc tính có liên quan. Thông thƣờng, công nghệ địa không gian bao gồm 3 hệ thống cơ bản đó là Hệ thống định vị toàn cầu (GPS), Hệ thống vi n thám (RS) và Hệ thống thông tin địa lý (GIS). Mặc dù, khi xét về bản chất ứng dụng trong thực ti n, ba hệ thống cơ bản đó có tính độc lập tƣơng đối nhƣng chúng có mối liên hệ chặt chẽ và bổ sung cho nhau, tuỳ theo từng ứng dụng trong mỗi trƣờng hợp nhất định (Phùng Văn Khoa, 2013). Ngày nay, công nghệ địa không gian đã và đang là một trong những công nghệ thu hút sự quan tâm lớn nhất trên thế giới bên cạnh Công nghệ Sinh học (Biotechnology) và Công nghệ Nano (Nanotechnology) bởi những công dụng và tính năng vƣợt trội của nó phục vụ quá trình phát triển kinh tế-xã hội, nhất là lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên, quản lý lƣu vực và an ninh quốc phòng của mỗi quốc gia.
Trong lĩnh vực lâm nghiệp, công nghệ địa không gian đã và đang ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi cả trên thế giới và trong nƣớc, nhất là trong việc xác định diện tích, phân bố không gian của các loại rừng, dự báo và cảnh báo cháy rừng, giám sát di n biến tài nguyên rừng ở cả hai khía cạnh cần quan tâm đó là: Mất rừng và suy thoái rừng. Ứng dụng công nghệ địa không gian trong giám sát di n bi n tài nguyên rừng trên th giới Trên thế giới, công nghệ không gian địa lý đƣợc sử dụng rất sớm, nhất là từ đầu thế kỷ 20 để giám sát tài nguyên rừng từ việc sử dụng các máy chụp ảnh định kỳ cho đến các tƣ liệu ảnh hàng không, ảnh vệ tinh tầm gần và tầm cao. Mặc dù LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 sử dụng ảnh hàng không có nhiều ƣu điểm nhƣ độ chính xác cao, độ phủ lớn hơn nhiều điều tra mặt đất thông dụng, có các bƣớc sóng trong khoảng nhìn thấy vì vậy d quan sát, đồng thời đảm bảo độ chính xác cao. Tuy nhiên, ảnh hàng không vẫn có những nhƣợc điểm căn bản nhƣ giá thành cao và khó chụp.
Trƣớc những tồn tại đó, trong vòng khoảng 40 năm trở lại đây, ảnh vệ tinh đã đƣợc sử dụng rộng rãi để xây dựng các bản đồ thảm thực vật rừng (Lambin, 2001). Theo mục đích và yêu cầu sử dụng, ảnh vệ tinh có thể cho phép tạo dựng các bản đồ thảm thực vật rừng với quy mô và tỷ lệ khác nhau trong một thời gian ngắn, d dàng và có khả năng đánh giá đƣợc biến động của hiện trạng rừng ở các thời điểm và giai đoạn khác nhau. Vì vậy, ảnh vệ tinh đã đƣợc ứng dụng rất nhiều trong quá trình khoanh vẽ lớp phủ thực vật trên bề mặt trái đất từ quy mô nhỏ đến toàn cầu (Yichun et al. Hiện nay, trên thế giới có nhiều vệ tinh với độ phân giải xạ (radiometric resolution), phân giải không gian (spatial resolution), phân giải phổ (spectral resolution) và chu kỳ xuất hiện trở lại khác nhau, từ các ảnh đa phổ (multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ (hyperspectral).
Theo Navulur (2006) ảnh vệ tinh có thể đƣợc phân loại theo độ phân giải không gian nhƣ sau: (i) ảnh có độ phân giải thấp: trên 30m, (ii) ảnh có độ phân giải trung bình: 10m - 30m; (iii) ảnh có độ phân giải cao: 2 – 10 m; (iv) ảnh có độ phân giải rất cao: nhỏ hơn 2m. Vì vậy, lựa chọn ảnh vệ tinh thích hợp trong xây dựng bản đồ phân loại rừng là cần thiết phụ thuộc vào mục tiêu, chi phí và đặc điểm riêng biệt, đặc trƣng của từng đối tƣợng quan tâm khác nhau. Tƣ liệu ảnh vi n thám đã và đang ngày càng đƣợc áp dụng rộng rãi trong giám sát và theo dõi biến động tài nguyên rừng. Những kết quả nghiên cứu của Cabral (2006) trong việc phân loại lớp phủ ở phía nam châu Phi cũng cho kết luận tƣơng tự.
Các loại ảnh có độ phân giải cao nhƣ IKONOS, QuickBird có thể đƣợc sử dụng cho giám sát những biến động nhỏ về cấu trúc rừng. Wolter (2005) đã sử dụng ảnh QuickBird để phân loại thực vật ngập nƣớc cho 3 khu vực vùng hồ Great Lakes - Hoa Kỳ; Coops (2006) cũng đã sử dụng ảnh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 QuickBird để phát hiện sớm và giám sát rừng bị phá hại do côn trùng. Ngoài ra, hiện nay đã có rất nhiều loại ảnh vệ tinh khác nhau đã và đang đƣợc sử dụng trong giám sát và đánh giá di n biến thảm thực vật rừng nhƣ ảnh Landsat 8, ảnh ASTER, ảnh Sentinel 1, Sentinel 2, ảnh Pleiades, … Về công nghệ giải đoán ảnh vi n thám cũng rất đa dạng và linh hoạt tùy vào mục đích và đối tƣợng quan tâm, từ giải đoán bằng mắt cho tới phƣơng pháp xử lý số và giải đoán tự động. Trong đó, giải đoán bằng mắt mang nặng tính chủ quan, phụ thuộc rất lớn vào trình độ, kinh nghiệm của ngƣời giải đoán, tốn kém và tính đồng bộ không cao.
Trong khi đó, công nghệ xử lý số và giải đoán tự động có ƣu việt là thời gian xử lý rất nhanh, mang tính khách quan cao. Tuy nhiên, phƣơng pháp này cũng chịu ảnh hƣởng không nhỏ của điều kiện lập địa và khí quyển, độ che phủ của mây đặc biệt là bóng mây. Vì vậy, thực ti n luôn đòi hỏi phải có sự kết hợp hài hòa giữa các phƣơng pháp sao cho đạt độ chính xác cao nhất theo mục đích sử dụng. Ứng dụng công nghệ địa không gian trong giám sát di n bi n tài nguyên rừng ở Việt Nam Ở Việt Nam, công nghệ địa không gian bắt đầu đƣợc áp dụng từ những năm 1950 của thế kỷ trƣớc.
Theo Chu Thị Bình (2001), vào năm 1958, trong khuôn khổ chƣơng trình sự hợp tác với CHDC Đức, chúng ta đã sử dụng ảnh máy bay đen trắng tỷ lệ 1/30.000 để điều tra rừng ở vùng Đông Bắc. Cho đến cuối năm 1960, tổng diện tích rừng ở miền Bắc đã đƣợc điều tra bằng sự kết hợp công nghệ này với các phƣơng pháp truyền thống đạt khoảng 1,5 triệu ha. Trong khi đó, ở Miền Nam, vào năm 1959, ảnh máy bay cũng đã đƣợc sử dụng để xác định tổng diện tích rừng miền Nam với diện tích đƣợc xác định vào khoảng 8 triệu ha. Tiếp theo đó, ảnh máy bay đã đƣợc tiếp tục áp dụng trong điều tra rừng vào những năm 1968 (ở lâm trƣờng Hữu Lũng, Lạng Sơn), giai đoạn 1970 - 1975 cho nhiều vùng thuộc miền núi phía Bắc (Vũ Tiến Hinh, Phạm Ngọc Giao, 1997).
Đặc biệt , từ năm 1981 - 1983, lần đầu tiên ngành Lâm nghiệp tiến hành LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 điều tra, đánh giá tài nguyên rừng trên phạm vi toàn quốc áp dụng ảnh vệ tinh Landsat MSS do tổ chức FAO hỗ trợ. Trong giai đoạn 1991 – 1995, ảnh vệ tinh Landsat MSS và ảnh vệ tinh Landsat TM với độ phân giải không gian 30m x 30m đã đã đƣợc áp dụng để phục vụ xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng và theo dõi di n biến tài nguyên rừng toàn quốc. Giai đoạn 1996 - 2000, chủ yếu sử dụng ảnh vệ tinh SPOT3, có độ phân giải 15m x 15m.