ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam có tổng diện tích đất tự nhiên là 33.200 ha (Tổng cục Thống kê, 2007), trong đó có tới 3/4 diện tích là rừng và đất rừng, hơn nữa nƣớc ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, hàng năm nhận đƣợc lƣợng nhiệt và lƣợng mƣa lớn, địa hình bị chia cắt mạnh, đất nƣớc trải dài theo nhiều vĩ độ và kinh độ, … chính điều đó đã tạo cho nƣớc ta có nguồn tài nguyên thực vật và động vật rừng vô cùng phong phú và đa dạng. Tuy nhiên, trong những thập kỷ gần đây, do công tác quản lý rừng chƣa bền vững mà rừng ở nƣớc ta đang bị suy giảm một cách nghiêm trọng cả về số lƣợng lẫn chất lƣợng: Năm 1943, Việt Nam có 14.3 triệu ha rừng, độ che phủ là 43% nhƣng đến năm 1990 chỉ còn 9.18 triệu ha, độ che phủ rừng là 27,2%. Theo công bố tại quyết định số 1970/QĐ/BNN-KL-LN ngày 06 tháng 7 năm 2006, tính đến 31/12/2005, diện tích rừng toàn quốc là 12,61 triệu ha, độ che phủ rừng là 37%, trong đó mất rừng là nguyên nhân gây ra một loạt các hiện tƣợng nhƣ: lũ lụt, hạn hán, mất mùa, … kéo theo đó là các tai biến về môi trƣờng đã làm ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình sản xuất và sinh hoạt của ngƣời dân. Chính vì vậy, nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ quan chức năng, những nhà quản lý lâm nghiệp là cần phát triển bền vững nguồn tài nguyên này.
Để quản lý bền vững nguồn tài nguyên rừng thì một trong những tài liệu không thể thiếu đó là bản đồ tài nguyên rừng nhƣ: Bản đồ hiện trạng rừng, bản đồ trữ lƣợng, bản đồ sinh khối, … bởi từ bản đồ tài nguyên rừng các nhà quản lý lâm nghiệp, các nhà khoa học mới có cơ sở để đƣa ra các phƣơng án quy hoạch, đề xuất các giải pháp kỹ thuật, kinh tế - xã hội và định hƣớng cho việc sử dụng và quản lý bền vững tài nguyên rừng. Hơn nữa, bản đồ tài nguyên rừng còn là cơ sở để thực hiện việc đánh giá biến động tài nguyên rừng qua các thời kỳ mà hiện nay ở nƣớc ta thực hiện theo chu kỳ 5 năm. Bản đồ tài nguyên rừng cũng là cơ sở để các nhà quản lý thực hiện giao đất giao rừng cho các hộ gia đình, … 2 Ở nƣớc ta, các chƣơng trình theo dõi diễn biến tài nguyên rừng đã đƣợc tiến hành từ những năm 1976 với chƣơng trình đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 1976 - 1990 - 1995, chƣơng trình điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc 5 năm các giai đoạn 1996 - 2000 và 2000 - 2005 và hiện nay đang thực hiện chƣơng trình điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 2006 - 2010. Những năm trƣớc đây để điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng chủ yếu vẫn dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng phƣơng pháp thủ công vì vậy công việc này đòi hỏi tốn rất nhiều thời gian, công sức, tiền bạc, độ chính xác không cao và thông tin thƣờng không đƣợc cập nhật vì tình hình rừng và đất rừng luôn biến động.
Trong những năm gần đây, khi khoa học công nghệ viễn thám phát triển mạnh thì việc áp dụng công nghệ viễn thám vào lâm nghiệp là rất cần thiết vì kỹ thuật viễn thám với khả năng quan sát các đối tƣợng ở các độ phân giải phổ và không gian khác nhau, từ trung bình đến siêu cao và chu kỳ chụp lặp từ một tháng đến một ngày cho phép ta quan sát và xác định nhanh chóng hiện trạng lớp phủ rừng, từ đó có thể dễ dàng xác định đƣợc biến động rừng và đặc biệt là xu hƣớng của biến động, hơn nữa kỹ thuật viễn thám dễ dàng tích hợp với các phần mềm GIS để quản lý và cập nhật thƣờng xuyên, giúp cho việc quản lý đƣợc dễ dàng, thuận lợi với độ tin cậy cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu về ứng dụng công nghệ viễn thám trong lâm nghiệp còn rất thiếu đặc biệt là công nghệ xử lý ảnh số viễn thám tự động và bán tự động, các ảnh vệ tinh đƣợc sử dụng vẫn là các ảnh độ phân giải thấp dẫn đến các kết quả thành lập bản đồ tài nguyên rừng và đánh giá biến động rừng cho độ chính xác không cao. Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn trên tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng phân loại rừng bằng ảnh viễn thám ở khu rừng thực nghiệm núi Luốt” 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở khoa học của phƣơng pháp viễn thám 1.
Cơ sở vật lý Bức xạ điện từ là quá trình truyền năng lƣợng điện từ trên cơ sở các dao động của điện trƣờng và từ trƣờng trong không gian.1: Bức xạ sóng điện từ Các bức xạ điện từ này vừa có tính chất sóng lại vừa có tính chất hạt, tính chất sóng của bức xạ điện từ này đƣợc thể hiện bằng biểu thức sau: C (1. v Trong viễn thám, các sóng điện từ đƣợc sử dụng với các dải bƣớc sóng của quang phổ điện từ. Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các bƣớc sóng khác nhau, sự phân chia thành các dải phổ có liên quan đến tính chất bức xạ khác nhau.2: Sự phân bố các dải sóng trong quang phổ điện từ 4 Quang phổ điện từ có các dải sóng chính nhƣ sau: - Các tia vũ trụ: là các tia từ vũ trụ có bƣớc sóng vô cùng ngắn với λ<10- 6 µm. - Các tia gamma (γ) có λ từ 10-6 ÷ 10-4µm.
- Dải các tia x (X) có λ từ 10-4÷10-1 µm. - Dải tia nhìn thấy có bƣớc sóng λ từ 0.7 µm đây dải phổ của ánh sáng trắng. Trong dải nhìn thấy còn có thể chia nhỏ ra thành các dải ánh sáng đơn sắc: + Blue (xanh lơ - lam): 0. - Sau vùng đỏ là dải hồng ngoại trong đó lại chia thành các vùng: + Hồng ngoại phản xạ: 0.
+ Hồng ngoại trung: 3 ÷ 7 µm. + Hồng ngoại nhiệt: 7 ÷ 14 µm. - Vùng sóng radar hay vi sóng (microwave): là các vùng có bƣớc sóng dài hơn nhiều so với vùng hồng ngoại độ dài bƣớc sóng từ 1mm ÷ 1m. - Sau vùng radar là sóng radio có bƣớc sóng > 30cm.
Còn tính chất hạt đƣợc mô tả theo tính chất của photon hay quang lƣợng tử đƣợc thể hiện bằng biểu thức sau: E hv (1. Tương tác giữa các đối tượng và đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên Sự tương tác năng lượng với các đối tượng ở trên mặt đất. Sóng điện từ lan truyền tới bề mặt của vật thể, năng lƣợng sóng điện từ sẽ tƣơng tác với vật thể đƣới dạng hấp thụ (A), phản xạ (R), truyền qua vật thể (T), phần trăm năng lƣợng phản xạ phụ thuộc vào chất liệu và điều kiện tƣơng tác với vật thể đó.3) Trong đó: EI: là năng lƣợng tới mặt đất. ER: năng lƣợng phản xạ.
EA: năng lƣợng hấp thụ. ET: năng lƣợng truyền qua. Tỷ lệ giữa các hợp phần năng lƣợng phản xạ, hấp thụ, truyền qua là rất khác nhau, tuỳ thuộc vào các đặc điểm của đối tƣợng trên bề mặt, cụ thể là phần vật chất và tình trạng của đối tƣợng. Ngoài ra, tỷ lệ giữa các hợp phần đó còn phụ thuộc vào bƣớc sóng của ánh sáng chiếu tới.
Trong viễn thám, thành phần năng lƣợng phổ phản xạ rất quan trọng và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối tƣợng. Vì vậy, năng lƣợng phản xạ phổ thƣờng đƣợc sử dụng để tính sự cân bằng năng lƣợng.4) nói nên rằng năng lƣợng phản xạ bằng năng lƣợng rơi xuống một đối tƣợng sau khi đã bị suy giảm bởi việc truyền qua hoặc hấp thụ bởi đối tƣợng. Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tƣợng trên bề mặt Trái đất là thông số quan trọng nhất trong viễn thám. Độ phản xạ phổ đƣợc đo theo công thức: ER( ) 100 (1.5) Trong đó: là độ phản xạ phổ (tính bằng %).
EI ( ) Nhƣ vậy, phổ phản xạ là tỷ lệ phần trăm của năng lƣợng rơi xuống đối tƣợng và đƣợc phản xạ trở lại. Với cùng một đối tƣợng độ phản xạ phổ khác nhau ở các bƣớc sóng khác nhau. Phổ phản xạ của một số đối tượng tự nhiên chính Đồ thị phổ phản xạ đƣợc xây dựng với chức năng là một hàm số của giá trị phổ phản xạ và bƣớc sóng, đƣợc gọi là đƣờng cong phổ phản xạ. Hình dáng của đƣờng cong phổ phản xạ cho biết một cách tƣơng đối rõ ràng tính chất phổ 6 của một đối tƣợng và hình dạng đƣờng cong phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn các dải sóng mà ở đó thiết bị viễn thám có thể ghi nhận đƣợc các tín hiệu phổ.3 : Đặc điểm phổ phản xạ của nhóm các đối tƣợng tự nhiên chính Phản xạ phổ ứng với từng loại lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sự tƣơng tác giữa bức xạ điện từ và vật thể, điều này cho phép viễn thám có thể xác định hoặc phân tích đƣợc đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đo lƣờng phản xạ phổ.
Hình dạng của đƣờng cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của các đối tƣợng. Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tƣợng khác nhau, của một nhóm đối tƣợng cũng rất khác nhau, song về cơ bản chúng dao động xung quanh giá trị trung bình. Thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lƣợng phản xạ của các đối tƣợng, nên việc nghiên cứu đặc trƣng phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác, ứng dụng có hiệu quả các thông tin thu đƣợc từ các phƣơng tiện bay. Kết quả của việc giải đoán các lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối tƣơng quan giữa đặc trƣng phản xạ phổ và bản chất, trạng thái của các đối tƣợng tự nhiên.
Những thông tin về đặc trƣng phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên cho phép các nhà khoa học chọn lọc các kênh ảnh tối ƣu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tƣợng nghiên cứu 7 và là cơ sở để nghiên cứu tính chất của đối tƣợng, tiến tới phân loại chúng. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ điều kiện ánh sáng, môi trƣờng khí quyển và bề mặt đối tƣợng cũng nhƣ bản thân các đối tƣợng đó (độ ẩm, lớp nền, thực vật, chất mùn, cấu trúc bề mặt, .