ĐẶT VẤN ĐỀ Rừng là tài nguyên quý giá của mỗi quốc gia, rừng có chức năng sinh thái cực kỳ quan trọng, rừng tham gia quá trình điều hòa khí hậu, đảm bảo chu chuyển Oxi và các nguyên tố cơ bản khác trên hành tinh, rừng duy trì tính ổn định và độ màu mỡ của đất, hạn chế lũ lụt, hạn hán, ngăn chặn sói mòn đất, giảm nhẹ tác động từ thiên tai, bảo tồn nguồn nƣớc và làm giảm ô nhiễm không khí. Rừng là lá phổi xanh của trái đất, là yếu tố quyết định sự sống còn của hơn bảy tỷ dân trên hành tinh. Tài nguyên rừng tại Việt Nam nói chung, huyện Tuy Đức tỉnh Đăk Nông nói riêng đang gặp phải nhiều vấn đề nhƣ nạn phá rừng trái phép dƣới nhiều hình thức và nhiều mục đích khác nhau đang diễn ra rất phức tạp gây nhiều khó khăn cho các cấp chính quyền cũng nhƣ các cơ quan chức năng trong việc quản lý. 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 rõ tính ƣu việt trong 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 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 và vào thực tiễn 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 chƣa đƣợc áp dụng rộng rãi.
Nhận thức đƣợc tầm qua trọng của rừng đối với đời sống con ngƣời Việt Nam nói chung và đặc biệt là rừng của huyện Tuy Đức tỉnh Đăk Nông nói riêng tôi đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xác định khu vực mất rừng từ ảnh vệ tinh Landsat 8 tại huyện Tuy Đức tỉnh Đăk Nông phục vụ cập nhật diễn biến tài nguyên rừng”. 1 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Những nghiên cứu trên thế giới Điều tra rừng là một hệ thống các phƣơng pháp thu thập dữ liệu về đặc điểm tài nguyên rừng trên một diện tích xác định, các chỉ tiêu điều tra chính bao gồm: tổ thành loài, đƣờng kính ngang ngực, chiều cao, tuổi, tính toán trữ lƣợng, tăng trƣởng của lâm phần và xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng. Điều tra rừng đƣợc thực hiện nhằm mục đích kiểm kê, đánh giá và phân tích biến động của tài nguyên rừng.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, phƣơng pháp và sản phẩm của điều tra rừng cũng thay đổi theo thời gian. Những nghiên cứu về điều tra rừng bắt đầu đƣợc thực hiện từ thế kỷ 19 ở Châu Âu và Bắc Mỹ, phƣơng pháp điều tra rừng đƣợc sử dụng là đo đếm hoặc liệt kê toàn bộ cây trên những ô tiêu chuẩn điển hình. Phƣơng pháp ƣớc lƣợng bằng mắt thƣờng đƣợc áp dụng, phƣơng pháp này sử dụng “cây trung bình” để ƣớc tính trữ lƣợng cho một ô tiêu chuẩn, từ đó quy đổi cho toàn khu vực. Trong giai đoạn này, các phƣơng pháp thống kê toán học (chọn mẫu) cũng bắt đầu đƣợc đƣa vào áp dụng để xây dựng bản đồ tài nguyên rừng từ các kết quả điều tra trên các ô tiêu chuẩn.
Tuy nhiên, phƣơng pháp điều tra khoanh vẽ trên thực địa khi đƣợc áp dụng thƣờng không hiệu quả do chi phí rất tốn kém, mất nhiều thời gian và không kịp thời khi đánh giá biến động tài nguyên rừng, đặc biệt là khi điều tra trên một diện tích rộng lớn. Ảnh hàng không bắt đầu đƣợc áp dụng từ đầu thế kỷ 20 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.
Ảnh hàng không thƣờng đƣợc giải đoán bằng mắt thƣờng với sự hỗ trợ của các 2 thiết bị quang học nhƣ kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu để các định đối tƣợng. Các trạng thái rừng khác nhau trên ảnh đƣợc khoanh vẽ dựa trên một số tiêu chí sau: 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 cây (pattern); bóng cây (shadow) (Thomas M. 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, khó triển khai trên diện rộng, 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 rất 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 EF, Turner BL, Helmut J, et al, 2001) [13]. 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 cần công đi thực địa, công việc đƣợc thực hiền hoàn toàn 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 rất nhiều chuyên gia và các nhà nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh để khoanh vẽ lớp phủ thực vật 3 trên bề mặt trái đất từ quy mô nhỏ đến toàn cầu (Yichun Xie, Zongyao Sha and Mei Yu, 2008) [21]. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều vệ tinh cung cấp ảnh có độ phân giải không gian, bƣớc sóng, số lƣợng kênh phổ và chu kỳ bay chụp khác nhau, từ các ảnh đa phổ (multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ (hyperspectral), bƣớc sóng biến động từ nhìn thấy tới sóng siêu cao tần, độ phân giải không gian từ <1m tới vài km, chu kỳ bay chụp có thể từ 30 phút tới tuần hoặc 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 > 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 < 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 cần phải cân nhắc kỹ, 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 biên bao gồm Landsat TM và ETM+, SPOT, MODIS, NOAA-AVHRR, IKONOS và QuickBird. Đặc điểm và khả năng ứng dụng của mỗi loại ảnh vệ tinh trên đƣợc tổng hợp ở bảng sau: Bảng 1.
Thông số kỹ thuật của một số loại ảnh viễn thám đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay Ứng dụng trong phân loại Loại ảnh Thông số kỹ thuật rừng 1. Ảnh đa phổ có độ phân giải thấp (Multispectral Low Resolution Sensors MODIS Độ phân giải thấp (250m – 1000m); - Quy mô bản đồ: toàn Trƣờng phủ 2330km; Chu kỳ bay chụp cầu, lục địa hoặc quốc gia 1-2 ngày; Ảnh có từ 2000 (vệ tinh Terra) - Phân loại lớp phủ (vd: hoặc 2002 (vệ tinh Aqua) đến nay. rừng, độ thị, mặt nƣớc.) AVHRR Độ phân giải thấp 1km từ các vệ tinh NOAA; Trƣờng phủ 2400km x 6400km; Ảnh có từ 1980 đến nay. Ảnh đa phổ có độ phân giải trung bình (Multispectral Moderate Resolution Sensors) Landsat TM Độ phân giải thấp đến trung bình (30m - - Quy mô bản đồ: khu 4 120m); Trƣờng phủ 185km x 185km; vực Chu kỳ bay chụp 16 ngày; Ảnh từ năm - Phân loại rừng ở cấp độ 1982 đến nay; quần xã Landsat Độ phân giải thấp đến trung bình (15m - - Quy mô bản đồ: khu ETM+ 120m); Trƣờng phủ 185km x 185km.
vực (Landsat 7) Chu kỳ bay chụp 16 ngày; Ảnh có từ - Phân loại rừng ở cấp độ 1999 đến nay; quần xã hoặc một số loài ASTER Độ phân giải trung bình (15-90m) với 14 ƣu thế có nhận biệt rõ kênh phổ từ bƣớc sóng nhìn thấy tới hồng ngoại gần; Ảnh có từ năm 2000 đến nay. Ảnh đa phổ có độ phân giải cao (Multispectral High-spatial Resolution Sensors – Hyperspatial ) SPOT Độ phân giải cao đến trung bình, từ 2.5m - Quy mô bản đồ: địa đến 20m (với SPOT VGT là 1km); phƣơng, khu vực (hoặc Trƣờng phủ 60km x 60km (với SPOT lớn hơn đối với SPOT VGT là 1000km x 1000 km); SPOT 1, 2, VGT) 3, 4 và 5 có ảnh tƣơng ứng từ 1986, - Phân loại rừng ở cấp độ 1990, 1993, 1998 và 2002. Hiện nay quần xã hoặc các loài cụ SPOT 1 và 3 đã ngừng cung cấp ảnh. thể IKONOS Độ phân giải rất cao (1m – 4m); Trƣờng - Quy mô bản đồ: khu phủ 11km x 11km; Chu kỳ bay chụp 3- vực, địa phƣơng hoặc 5ngày nhỏ hơn QuickBird Độ phân giải rất cao (0.4m); - Phân loại rừng chi tiết ở Trƣờng phủ 16.
Chu kỳ cấp độ quần xã hoặc các bay chụp 1-3.5 ngày tuỳ thuộc vào vĩ độ.