Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, khoa học viễn thám đã có cuộc phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu giám sát tài nguyên, môi trường trên thế giới. Phát triển kỹ thuật viễn thám trở thành lựa chọn của các quốc gia, trong đó có các nước đang phát triển như Việt Nam. Độ che phủ rừng của một quốc gia, địa phương mang ý nghĩa quan trọng về đời sống kinh tế xã hội ở nơi đó. Rừng cung cấp cho ta nhiều lợi ích về kinh tế, sinh thái, và phát triển bền vững.
Vì vậy, việc quan sát thực trạng độ phủ của rừng là hết sức quan trọng. Bên cạnh những lợi ích thu được từ việc khai thác, sử dụng nguồn lợi từ rừng, các hoạt động của con người đã gây ra rất nhiều tác động đối với tài nguyên và môi trường. Hiện nay, chúng ta đang phải đương đầu với những vấn đề về sự suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trường. Sự phát triển kinh tế gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường phục vụ phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết được 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, nhưng hầu hết các báo cáo này chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ rừng bằng phương 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 tư liệu bản đồ không phải bao giờ cũng có thể khai thác những thông tin hiện 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 phương pháp mới, nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp truyền thống. Về tình hình độ che phủ rừng tỉnh Sơn La. Tỉnh có diện tích đất lâm nghiệp chiếm 73% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh, đất đai phù hợp với nhiều loại cây, có điều kiện xây dựng hệ thống rừng phòng hộ và tạo các vùng rừng kinh tế hàng hoá có giá trị cao.
Rừng Sơn La có nhiều loại động, thực vật quý hiếm và các khu rừng đặc dụng có giá trị nghiên cứu khoa học và phục vụ du lịch sinh thái trong tương lai. Diện tích rừng của tỉnh có 357.000 ha, trong đó rừng trồng là 25. Tỉnh có 4 khu rừng đặc dụng bảo tồn thiên nhiên: Xuân Nha (Mộc Châu) 38.000 ha, Sốp Cộp (Sông Mã) 27.000 ha, Tà Xùa (Bắc Yên) 16. Độ che phủ của rừng đạt khoảng 37%, năm 2003.
Về trữ lượng, toàn tỉnh có 87,053 triệu m3 gỗ và 554,9 triệu cây tre, nứa, phân bố chủ yếu ở rừng tự nhiên; rừng trồng chỉ có 154 nghìn m3 gỗ và 8 221 nghìn cây tre, nứa. Trong những năm gần đây diện tích rừng khu vực tỉnh Sơn La đã có nhiều biến động làm ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sinh thái gây ra những tai biến thiên nhiên đặc biệt nghiêm trọng. Xuất phát từ những luận điểm ở trên chúng em quyết định chọn đề tài:“Nghiên cứu phƣơng pháp phân loại ảnh viễn thám đa thời gian trong giám sát biến động lớp phủ rừng khu vực tỉnh Sơn La” 2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài Viễn thám là một khoa học công nghệ giúp thu thập thông tin về các đối tượng trên bề mặt trái đất mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Nguyên lý cơ bản của viễn thám đó là đặc trưng phản xạ hay bức xạ của các đối tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau. - Về vấn đề sử dụng ảnh vệ tinh đa thời gian. Sử dụng ảnh vệ tinh đa thời gian là thu thập dữ liệu vệ tinh theo thời gian nhằm mục đích quan sát độ che phủ rừng tỉnh Sơn La phục vụ công tác nghiên cứu, đánh giá mức độ biến động trong các giai đoạn khác nhau. Trên thế giới cũng như trong nước cũng đã có các công trình nghiên cứu về vấn đề này.
Nội dung chủ yếu của các công trình nghiên cứu đó là sử dụng viễn thám và GIS để nghiên cứu độ phủ thực vật. Các công trình này hầu hết công trình này sử dụng cả viễn thám lẫn GIS làm độ chính xác tăng nhưng tốn nhiều thời gian trong công tác nghiên cứu. Nhiều đề tài chỉ ở mức thống kê, chưa đánh giá được tác động ảnh hưởng của đề tài hướng tới. Một số đề tài mang tính tham khảo, cụ thể như: Một số đề tài trong nước: Ở Việt Nam,trong nghiên cứu “Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất khu vực Chân Mây, huyện Phú Lộc, tình Thừa Thiên Huế” (Nguyễn Huy Anh,Đinh Thanh Kiên, 2012), Trong đề tài “Sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh MODIS nghiên cứu mùa vụ cây trồng, lập bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ vùng đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2008 – 2010” (Vũ Hữu Long, Phạm Khánh Chi, Trần Hùng, 2011), Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình chuyển dịch đất nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp trên địa bàn thành phố Huế, giai đoan 2006 – 2010” (Nguyễn Thị Phương nh và nnk., 2012 ) Trong đề tài “Sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh MODIS nghiên cứu mùa vụ cây trồng, lập bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ vùng đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2008 – 2010” (Vũ Hữu Long, Phạm Khánh Chi, Trần Hùng, 2011) Một số đề tài trên thế giới: Trong đề tài “Remote sensing-based quantification of land-cover and land-use 9 change for planning” (Bjorn Prenzel, 2003) Trong nghiên cứu “Land Use/ Land Cover Changes Detection And Urban Sprawl Analysis” (M.
Harika, et al., 2012) Trong đề tài “Analyzing Land Use/Land Cover Chang Using Remote Sensing and GIS in Rize, North-East Turkey” (Selcuk Reis, 2008). Mục tiêu nghiên cứu Sử dụng phương pháp phân loại ảnh viễn thám đa thời gian trong giám sát biến động lớp phủ rừng khu vực tỉnh Sơn La giai đoạn 2008 - 2016. Địa điểm, thời gian và đối tƣợng nghiên cứu. - Địa điểm nghiên cứu : khu vực tỉnh Sơn La - Thời gian nghiên cứu: giai đoạn 2008 - 2016 - Đối tượng nghiên cứu: biến động của lớp phủ rừng.
Nội dung nghiên cứu. - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ viễn thám và khả năng ứng dụng trong giám sát biến động lớp phủ rừng. - Nghiên cứu quy trình chiết tách thông tin lớp phủ bề mặt địa hình lãnh thổ rừng từ tư liệu ảnh vệ tinh bằng phương pháp phân loại ảnh viễn thám đa thời gian. - Ứng dụng công nghệ viễn thám thành lập các bản đồ lớp phủ rừng ở hai thời điểm.
- Ứng dụng GIS để thành lập bản đồ và đánh giá biến động lớp phủ rừng. - Xác định các nguyên nhân gây ra biến động lớp phủ rừng và đề xuất các giải pháp bảo vệ lớp phủ rừng. Phƣơng pháp nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thu thập, thống kê và phân tích tư liệu hiện có liên quan đến lớp phủ rừng, các tư liệu bản đồ, ảnh vệ tinh và hệ thống thông tin địa lý (GIS).
Phương pháp kiểm chứng: Thu thập, lấy mẫu, chụp ảnh, giải đoán, mô tả các yếu tố liên quan đến lớp phủ rừng nhằm đánh giá mức độ biến động lớp phủ rừng được chi tiết và có độ tin cậy cao. Phương pháp viễn thám, bản đồ và Hệ thông tin địa lý (GIS) phục vụ cho việc thành lập bản đồ hiện trạng và đánh giá biến động lớp phủ bề mặt rừng tỉnh Sơn La. Dự kiến kết quả nghiên cứu. - Ý nghĩa khoa học: Xây dựng bản đồ lớp phủ rừng trên cơ sở công nghệ viễn thám và GIS.
Xây dựng ma trận biến động lớp phủ rừng, đánh giá biến động lớp phủ rừng khu vực nghiên cứu. - Ý nghĩa thực tiễn: kết quả của đề tài có thể ứng dụng trong đánh giá biến động sự thay đổi của lớp phủ rừng. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về bản đồ lớp phủ 1.
Khái niệm, mục đích, yêu cầu - Khái niệm: Lớp phủ mặt đất là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành nông nghiệp, lâm nghiệp, môi trường,… nên có rất nhiều định nghĩa về lớp phủ mặt đất. Thư viện dữ liệu tài nguyên thiên nhiên Ố-xtrây-li-a (Australia) định nghĩa: Lớp phủ mặt đất là bề mặt vật lý của Trái đất bao gồm các loài thực vật bản địa, đất, đá lộ thiên và nước, cũng như các yếu tố nhân tạo như lâm nghiệp, nông nghiệp và xây dựng. Lớp phủ mặt đất thường được phân biệt bởi các mẫu đặc trưng trong phương pháp viễn thám. Khả năng để đo đạc và báo cáo xu hướng biến động lớp phủ mặt đất qua thời gian là rất quan trọng.
Theo cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA), các khái niệm lớp phủ mặt đất và sử dụng đất thường được sử dụng thay thế cho nhau nhưng thực tế các khái niệm này là rất khác biệt. Theo đó, lớp phủ đất là cảnh quan được ghi lại gồm những thành phần bề mặt bao gồm: rừng, nước, thực vật, các loại đất, đá và cơ sở hạ tầng đô thị (những công trình kiến trúc bao trùm bề mặt đất) hiện diện và quan sát được. Lớp phủ mặt đất có thể được ghi nhận và được nội suy bằng ảnh vệ tinh và ảnh hàng không. Sử dụng đất được định nghĩa là các hoạt động kinh tế xã hội tại một đơn vị lãnh thổ, nhưng các hoạt động này có hoặc không được thể hiện như các đặc tính của lớp phủ mặt đất.
Các định nghĩa trên về lớp phủ mặt đất đều thống nhất với nhau ở một số điểm sau: Là sự biểu thị khách quan các đối tượng trên bề mặt Trái đất; Có thông tin định lượng về kích thước đối tượng; Có thông tin xác định về tính chất đối tượng; Có thông tin về nguồn gốc đối tượng. - Mục đích: Là tài liệu cơ bản phục vụ các yêu cầu của công tác quản lý nhà nước về đất đai; Là tài liệu cơ bản, thống nhất để các ngành khác sử dụng xây dựng các quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất và định hướng phát triển của ngành mình, đặc biệt những ngành có sử dụng nhiều đất như nông nghiệp, lâm nghiệp.