MỞ ĐẦU Rừng là tài nguyên quý giá của quốc gia, là bộ phận quan trọng của môi trƣờng sinh thái, có giá trị lớn về kinh tế - xã hội và môi trƣờng. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, ngƣời ta càng thấy rõ giá trị của tài nguyên rừng. Tài nguyên rừng ở Việt Nam đang ngày càng đƣợc chú trọng về quản lý, bảo vệ và phát triển bền vững và đây cũng là xu thế phát triển lâm nghiệp của thế giới. Trong chiếm lƣợc phát triển lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2006 - 2020 đã xác định: “Quản lý, sử dụng và phát triển bền vững là nền tảng cho phát triển lâm nghiệp.
Mục tiêu đến năm 2020 đƣợc xác định: Thiết lập, quản lý, bảo vệ, phát triển và sử dụng bền vững 16,24 triệu ha đất quy hoạch cho lâm nghiệp; nâng tỷ lệ đất có rừng lên 42 - 43% vào năm 2010 và 47% đến năm 2020”. 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 cần thiết đƣợc các nhà lâm nghiệp đề ra. Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và phân tích biến động diện tích rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng của ngành lâm nghiệp. Những năm trƣớc đây, ở nƣớc ta việc điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng chủ yếu vẫn dựa trên việc điều tra, đo vẽ, thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng các phƣơng pháp thủ công, công việc này đòi hỏi tốn rất nhiều thời gian, công sức, tiền bạc, độ chính xác chƣa cao và việc cập nhật diễn biến rừng theo thời gian gặp nhiều khó khăn do tình hình quản lý bảo vệ rừng có nhiều biến động lớn và diễn biến phức tạp.
Trong những năm gần đây, khi khoa học công nghệ viễn thám và GIS trên thế giới phát triển mạnh, Việt Nam cũng là một trong những quốc gia có sự quan tâm lớn và tiếp cận ứng dụng ngay công nghệ này vào trong lĩnh vực lâm nghiệp. Kỹ thuật viễn thám với khả năng quan sát các đối tƣợng ở các độ phân giải phổ và không c 2 gian khác nhau, chu kỳ chụp lặp từ một tháng đến một ngày cho phép quan sát và xác định nhanh chóng hiện trạng lớp phủ rừng, và với sự hỗ trợ của các phần mềm GIS có thể dễ dàng xác định đƣợc biến động rừng và đặc biệt là xu hƣớng biến động tài nguyên rừng theo thời gian. Đồng Nai là tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ Việt Nam. Tỉnh Đồng Nai nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, với diện tích tự nhiên là 5.907,2 km và có trên 197.000 ha rừng và đất lâm nghiệp.
Rừng của tỉnh Đồng Nai đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế nông nghiệp và là lá phổi xanh của vùng Đông Nam Bộ. Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà nằm trên địa phận tỉnh Đồng Nai, hiện đang quản lý sử dụng 24.640,6 ha rừng và đất lâm nghiệp, chiếm 12% diện tích rừng của tỉnh Đồng Nai. Diện tích rừng và đất lâm nghiệp của Công ty thuộc vùng có địa hình và độ dốc thấp, thuận lợi cho phát triển lâm nghiệp cũng nhƣ các hoạt động sản xuất khác. Tuy nhiên, giai đoạn 1990 - 2016, đây là khu vực có nhiều diễn biến phức tạp về việc quản lý, bảo vệ, sử dụng tài nguyên rừng và đất lâm nghiệp ở tỉnh Đồng Nai.
Các số liệu về hiện trạng rừng cũng nhƣ số liệu về biến động tài nguyên rừng của Công ty còn chƣa thống nhất, chƣa có độ tin cậy cao. Nhận thấy tầm quan trọng của việc theo dõi, đánh giá và dự báo xu thế tài nguyên rừng phục vụ lập kế hoạch phát triển rừng bền vững của Công ty trong những giai đoạn tiếp theo là hết sức quan trọng, tác giả tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao phục vụ công tác kiểm kê rừng tại Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp La Ngà, tỉnh Đồng Nai”. c 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh trong phân loại và thành lập bản đồ hiện trạng rừng Phân loại và thành lập bản đồ các trạng thái rừng là các nội dung cơ bản trong địa lý lâm nghiệp nói chung.
Hệ thống phân loại rừng trên thế giới có những điểm khác so với Việt Nam và ngay ở Việt Nam nó cũng có những thay đổi theo từng giai đoạn do đó công nghệ để giám sát và thành lập bản đồ tài nguyên rừng ở mỗi quốc gia, mỗi giai đoạn có những sự thay đổi phù hợp với tình hình của thực tiễn. Cho đến nay, trên thế giới cũng nhƣ Việt Nam, công nghệ Viễn thám đã đang và sẽ đƣợc nghiên cứu ứng dụng phổ biến và ngày càng đƣợc sử dụng có hiệu quả trong lĩnh vực lâm nghiệp. Ở phần này, tác giả trình bày tổng quan một số kết quả nghiên cứu về phân loại và thành lập bản đồ hiện trạng rừng trên thế giới và Việt Nam. Các nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới, công nghệ không gian địa lý đƣợc sử dụng rất sớm để giám sát tài nguyên rừng.
Từ đầu thế kỷ 20 ảnh hàng không bắt đầu đƣợc áp dụng để khoanh vẽ các trạng thái rừng. Ảnh hàng không thƣờng đƣợc lƣu trên giấy ảnh hoặc ảnh số. Từ những thử nghiệm lẻ tẻ về ứng dụng ảnh hàng không trong lâm nghiệp vào thời gian đầu, đã có nhiều tác giả sử dụng thành công ảnh hàng không để xây dựng bản đồ tài nguyên rừng ở các nƣớc nhƣ Canada, Mỹ và Anh (Bickford, 1952). Ảnh hàng không thƣờng đƣợc giải đoán bằng mắt với sự hỗ trợ của các thiết bị quang học nhƣ kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu v.
để xác định đối tƣợng. Các trạng thái rừng khác nhau trên ảnh đƣợc khoanh vẽ dựa trên một số tiêu chí sau (Lillesand and Kiefer, 2000): cấp độ sáng (tone); kích thƣớc (size) và hình dáng (shape) của tán cây; biến đổi trong cấu trúc tán cây (texture); phân bố không gian của tán c 4 cây (pattern); bóng cây (shadow). Ƣu điểm của việc sử dụng ảnh hàng không so với điều tra mặt đất là: cung cấp một bức tranh toàn cảnh về phân bố của rừng trên một diện tích rộng; lƣu giữ đƣợc những biến đổi về động thái của rừng theo thời gian; ảnh hàng không có thể chụp với bƣớc sóng từ tia cực tím đến hồng ngoại gần (0.9m), vì vậy có thể phản ánh những thông tin mà mắt thƣờng không thấy đƣợc. Nhƣợc điểm của ảnh hàng không là rất khó chụp, lƣu giữ, hiệu chỉnh và giải đoán.
Ngoài ra việc giải đoán bằng mắt là rất chủ quan phụ thuộc vào trình độ, kinh nghiệm ngƣời giải đoán, kết quả không đồng nhất, thời gian thực hiện lâu và tốn kém nhiều nhân lực. Ở Việt Nam, công nghệ giải đoán bằng mắt cũng đã và đang đƣợc áp dụng đối với ảnh vệ tinh trong phân loại rừng và đã bộc lộ nhiều tồn tại. Trong vòng khoảng 35 năm trở lại đây, ảnh vệ tinh với phƣơng pháp xử lý số đã đƣợc sử dụng rộng rãi và dần thay thế ảnh hàng không trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng phục vụ công tác điều tra và kiểm kê rừng (Lambin, 2001). Phƣơng pháp xử lý số có ƣu điểm nổi bật là thời gian xử lý ngắn, việc phân loại các đối tƣợng đƣợc tiến hành nhanh chóng trên phạm vi rộng mà không tốn công đi thực địa, công việc đƣợc thực hiện dựa vào cấp độ xám của các pixel, nên kết quả thu đƣợc khách quan không phụ thuộc vào chủ quan của nguời giải đoán.
Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng, ảnh vệ tinh sẽ cho phép xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng với quy mô và tỷ lệ khác nhau một cách nhanh chóng, hoặc đánh giá đƣợc biến động của hiện trạng rừng ở hiện tại so sánh với các thời điểm trong quá khứ. Với những ƣu điểm nhƣ vậy, đã có nhiều chuyên gia và các nhà nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh để 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 cung cấp ảnh có độ phân giải không gian, phân giải phổ, số lƣợng kênh phổ và chu kỳ bay chụp khác nhau, từ các ảnh đa phổ (multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ c 5 (hyperspectral), bƣớc sóng biến động từ nhìn thấy tới sóng siêu cao tần, độ phân giải không gian từ dƣới 1m tới vài km, chu kỳ bay chụp có thể từ hàng ngày tới hàng tuần hoặc hàng tháng. Navulur (2006) đã phân nhóm các loại ảnh vệ tinh theo độ phân giải không gian nhƣ sau: (i) ảnh có độ phân giải thấp: lớn hơn 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.
Mỗi loại ảnh vệ tinh khác nhau lại có đặc điểm về độ phân giải không gian, bƣớc sóng, chu kỳ bay chụp, giá thành khác nhau. Vì vậy, lựa chọn ảnh vệ tinh thích hợp trong xây dựng bản đồ phân loại rừng là cần thiết. ngƣời ta thƣờng dựa vào những căn cứ sau: (i) mục tiêu của bản đồ, (ii) giá thành của ảnh, (iii) điều kiện khí quyển, (iv) những yêu cầu kỹ thuật trong việc giải đoán ảnh. Trong xây dựng các bản đồ phân loại rừng, nhƣng loại ảnh viễn thám đƣợc sử dụng phổ biến gồm Landsat TM và ETM+, SPOT, MODIS, NOAA-AVHRR, IKONOS và QuickBird.
Dƣới đây là một số công trình trên thế giới đã ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh trong việc xác định trữ lƣợng, độ che phủ rừng. phục vụ xây dựng bản đồ hiện trạng rừng: Trotter và cộng sự (1997) sử dụng ảnh Landsat TM để tìm mối quan hệ giữa trữ lƣợng lâm phần rừng ôn đới với 7 kênh của ảnh. Nghiên cứu sử dụng ba phƣơng pháp: phân tích hồi quy tuyến tính, phi tham số và ngƣời láng giềng gần nhất kNN. Tuy nhiên mô hình hồi quy tìm đƣợc có kết quả rất thấp (R2 = 0.
Donoghue và cộng sự (2002) đã tiến hành nghiên cứu để thiết lập mối quan hệ hồi quy giữa ảnh vệ tinh Landsat và SPOT với chiều cao cây và tiết diện ngang. Kết quả đạt đƣợc R2=0. Fransson và cộng sự (2004) đã nghiên cứu mô hình hồi quy giữa ảnh SPOT5 và trữ lƣợng rừng phƣơng bắc tại Thụy Điển. Kết quả cho thấy sai số c 6 trung phƣơng RMSE từ các mô hình đã đƣợc báo cáo là 30,8% [22].