ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những thập kỷ vừa qua, do công tác quản lý chƣa bền vững làm cho tài nguyên rừng bị suy giảm một cách nghiêm trọng về số lƣợng và chất lƣợng. Năm 1943, nƣớc ta có 14,3 triệu ha rừng với độ che phủ 43% đến năm 1990 chỉ còn 9,18 triệu ha rừng, độ che phủ 27,2%. Tính đến 2013 có 13,86 triệu ha rừng (Bộ NN&PTNT,2013), trong đó nguyên nhân mất rừng chủ yếu do khai thác trái phép, lũ lụt, hạn hán, cháy rừng,… Chính vì thế nhiệm vụ của các cơ quan chức năng, nhà nƣớc làm sao phải quản lý bền vững có hiệu quả nguồn tài nguyên rừng hiện có. Những năm trƣớc đây việc theo dõi diễn biến tài nguyên rừng chủ yếu dựa vào bản đồ giấy thông qua điều tra khảo sát, khoanh vẽ thủ công nên công việc cần rất nhiều thời gian, công sức và chi phí khá cao.
Việc sử dụng bản đồ giấy còn gây ra nhiều sai số do độ chính xác không cao, thông tin không đƣợc cập nhật. Trong nghành Lâm nghiệp Việt Nam, công tác điều tra diễn biến tài nguyên rừng bằng kỹ thuật hiện đại đã đƣợc thực hiện từ năm 1958 bằng ảnh đen trắng chụp từ máy bay và đƣợc tiến hành thƣờng xuyên tới ngày nay nhờ các ứng dụng công nghệ xử lý ảnh vệ tinh. Việc sử dụng ảnh vệ tinh trong xác định ranh giới kiểu trạng thái rừng, kiểm kê, quy hoạch rừng đã đạt đƣợc hiệu quả rõ rệt. Khu vực huyện Cƣ Jut tỉnh Đắk Nông có đặc tính khí hậu phân mùa với mùa mƣa và mùa khô, làm cho hệ thực vật nơi đây cũng có những biến đổi lớn.
Điểm đặc biệt là các kiểu rừng Khộp có chu kì rụng lá theo mùa, bởi thế việc sử dụng ảnh vệ tinh tại một thời điểm rất khó thể hiện chính xác các trạng thái rừng và độ chính xác cũng không cao, chƣa thể hiện rõ sự thay đổi của thực vật qua thời gian. Từ những hạn chế khó khăn đó, tôi lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu xác định ranh giới các kiểu trạng thái rừng bằng ảnh vệ tinh Landsat 8 tại huyện Cư Jút tỉnh Đắk Nông” Đề tài nhằm thể hiện ranh giới các kiểu rừng thông qua giải đoán, xử lý ảnh chụp vệ tinh tại những thời điểm khác nhau, làm cơ sở đƣa ra biện pháp quản lý và phát triển tài nguyên rừng, đẩy mạnh phủ xanh đất trống đồi núi trọc. Việc ứng dụng đề tài góp phần hữu ích cho địa phƣơng trong công tác kiểm kê, quản lý tài nguyên rừng. 1 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Viễn thám - Remote sensing (RS) đƣợc định nghĩa [13]: “Viễn thám là khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng".
Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển từ lâu, có mục đích nghiên cứu thông tin về một vật và một hiện tƣợng thông qua việc phân tích dữ liệu ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, ảnh hồng ngoại nhiệt và ảnh radar. Sự phát triển của khoa học viễn thám đƣợc bắt đầu từ mục đích quân sự với việc nghiên cứu phim và ảnh, đƣợc chụp lúc đầu từ khinh khí cầu và sau đó là trên máy bay ở các độ cao khác nhau. Ngày nay, viễn thám ngoài việc tách lọc thông tin từ ảnh máy bay, còn áp dụng các công nghệ hiện đại trong thu nhận và xử lý thông tin ảnh số thu đƣợc từ các bộ cảm có độ phân giải khác nhau, các dữ liệu viễn thám ngày càng đa dạng nhƣ: ảnh vệ tinh đa phổ, siêu phổ và ảnh nhiệt, ảnh quang học, ảnh rada từ đó viễn thám đã đáp ứng đƣợc nhu cầu nghiên cứu trong nhiều ngành khoa học khác nhau nhƣ: Địa chất, địa lý, môi trƣờng, khí tƣợng, thủy văn, thủy lợi, nông nghiệp, lâm nghiệp. Với nhiều ngành khoa học khác nhau trong đó lĩnh vực quản lý tài nguyên rừng nói chung và trong lâm nghiệp nói riêng đã và đang có rất nhiều các ứng dụng từ viễn thám đƣợc tập trung nghiên cứu, phát triển [13].
Tình hình nghiên cứu trên thế giới Sự phát triển cửa kỹ thuật viễn thám gắn liền với sự phát triển của chụp ảnh. Bức ảnh đầu tiên đƣợc chụp vào năm 1839, năm 1849 Aime Laussedat đã khởi đầu một chƣơng trình sử dụng ảnh cho mục đích thành lập bản đồ địa hình. Năm 1858 ngƣời ta bắt đầu sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh từ trên không. Sự phát triển của ngành hàng không đã cung cấp cho việc chụp ảnh từ trên không những công cụ tuyệt vời trong chụp ảnh.
Nhƣng bức ảnh đầu tiên đƣợc chụp bằng máy bay đã đƣợc Wilbur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia [12]. 2 Vào những năm 1930 ngƣời ta có thể chụp ảnh màu và đồng thời bắt đầu thực hiện nhiều cuộc nghiên cứu nhằm tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức xạ hồng ngoại. Trong chiến tranh thế giới thứ hai, những cuộc thử nghiệm nghiên cứu các tính chất phản xạ phổ của bề mặt địa hình và chế thử các lớp cảm quang cho việc chụp ảnh màu hồng ngoại đã đƣợc tiến hành. Dựa trên thành tựu này một số kỹ thuật mới, kỹ thuật do thám hàng không đã đƣợc xây dựng [12].
Trên thế giới, việc ứng dụng viễn thám trong thăm dò và quản lý tài nguyên, đặc biệt là tài nguyên rừng đã đƣợc tiến hành ở nhiều nƣớc với mức độ và kết quả khác nhau. Tại Hoa Kỳ, từ những năm 1940 đã tiến hành điều tra trữ lƣợng rừng từ ảnh hàng không. Cùng với sự phát triển về khoa học kỹ thuật, đặc biệt là tin học, các ứng dụng công nghệ viễn thám ngày càng đƣợc phát triền rộng rãi ở nhiều nƣớc với hai hệ thống chính là LANDSAT và INTERKOSMOS. Các hệ thông trạm thu và xử lý thông tin có ở nhiều nƣớc trên thê giới.
Kết hợp với bộ thông tin địa lý (GIS), công nghệ viền thám đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: lâm nghiệp, nông nghiệp, địa chất - khoáng sản, quy hoạch đô thị. ở các nƣớc trên thế giới nhƣ: Hoa Kỳ, Canada, Pháp, Nhật Bản, Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia. Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu Trái đất, các hành tinh và khí quyển. Năm 1965, các ảnh chụp nổi (stereo) từ vệ tinh Gemini, thực hiện theo phƣơng đứng và xiên, đã thể hiện ƣu thế của công việc nghiên cứu Trái đất.
Tiếp theo, tàu Apolo cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thƣớc ảnh 70 mm chụp về Trái đất, đã cung cấp các thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất. Ngành hàng không vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu Trái Đất từ vũ trụ. Từ năm 1961, quá trình nghiên cứu đƣợc thực hiện trên các con tàu vũ trụ có ngƣời nhƣ Soyuz, tàu Meteor và Cosmos hoặc trạm quỹ đạo Salyut. Sản phẩm thu đƣợc là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa 3 phổ phân giải cao nhƣ MSU-E (trên Meteor - priroda).
Các bức ảnh chụp từ vệ tinh Cosmos có dải phổ năm trên 5 kênh khác nhau, với kích thƣớc ảnh 18 x 18 cm. Ngoài ra, các ảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140, MKF-6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6 kênh ảnh thuộc dải phố 0. Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20 x 20m [10]. Những năm 1960, NASA đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và ảnh đa phổ.
Sau đó, những thành công trong việc tạo ra các bộ cảm biến có độ phân giải cao đặt trên vệ tinh nhân tạo đã cung cấp thông tin hữu ích cho việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, cấu trúc địa mạo, nhiệt độ và gió trên bề mặt đại dƣơng,. khiến cho việc nghiên cứu trở nên vô cùng thuận lợi và hiệu quả. Tháng 4 năm 1960, vệ tinh quan sát khí tƣợng đầu tiên (TIROS - 1) đƣợc phóng vào quỷ đạo. Những thành tựu và kinh nghiệm đạt đƣợc góp phần cung cấp cơ sở cho việc phát triển vệ tinh quan sát tài nguyên sau này.
Từ năm 1972 đến nay, NASA đã phóng 7 vệ tinh quan sát tài nguyên (Landsat); 3 vệ tinh đầu tiên (1972 - Landsat 1; 1975 - Landsat 2; 1978 - Landsat 3) chỉ trang bị bộ cảm đa phổ MSS (Multispectral Scanner System) với độ phân giải 80 m. Năm 1982 phóng Landsat 4, vào năm 1984 Landsat 5 đƣợc đƣa vào quỹ đạo cả 2 đƣợc trang bị thêm bộ cảm mới là TM (Thematic Mapper) tạo ảnh với 7 kênh phổ, có độ phân giải không gian là 30 m đối với giải sóng nhìn thấy là 120 m cho giải sóng hồng ngoại nhiệt. Năm 1993 và 1999 vệ tinh Landsat 6 và 7 đƣợc phóng lên quỹ đạo với bộ cảm mới ETM (Enhanced TM)[13]. Ngày 11/2/2013 vệ tinh Landsat thế hệ thứ 8 (LDCM - Landsat Data Continuity Mission) mang theo 2 công cụ mới: Bộ thu ảnh mặt đất và bộ cảm biến hồng ngoại [15].
Ngoài ra, Mỹ cũng đã phóng vệ tinh khí tƣợng NOAA (National Oceanic & Atmospheric Administration) là thế hệ thứ 3 sau TIROS (I960 - 1965) và TIROS (1970 - 1976) [13]. Từ năm 1979 đến năm 1991, các vệ tinh NOAA 6, NOAA 7. Năm 1992 NOAA - I và năm 1993 NCAA - J đã cung cấp ảnh theo chế độ cập nhật với độ phân giải không gian 1,1km [13]. 4 Pháp đã phóng vệ tinh SPOT I (22/02/1986), SPOT 2 (22/01/1990) và SPOT 3 (26/09/1993) với bộ cảm HVR (High Resolution Visible) với 3 kênh phổ có độ phân giải 20m và một kênh toàn sắc có độ phân giải 10m.
Đến 24/03/1998 SPOT 4 đã đƣợc phóng vào quỹ đạo với bộ cảm mới HRVIR (High Resolution Visible and Infrared) và SPOT 5 (2002) với bộ cảm HRVIR đã đƣợc nâng cấp, cho ảnh có độ phân giải đến 5m. Ấn Độ cũng đã phóng thành công vệ tinh giám sát tài nguyên IRS-lA vào năm 1998, vệ tinh IRS-1B năm 1991, IRS - 1C năm 1995 và IRS-1D năm 1997 với bộ cảm LISS (Linear Imaging Scanner System) có các tính năng kỹ thuật tƣơng đƣơng MSS [13]. Nhật Bản cũng đã phóng vệ tinh tài nguyên JERS-1 vào năm 1992 với bộ cảm SAR (Synthetic Aperture Rada), VNIR (Visible and Near Infrared Radiometer) và SWIR (Short Wavelength Infrared Radiometer). Vệ tinh ADEOS (Advanced Earth Observation Satellite) của Nhật đã đƣợc đƣa vào quỹ đạo với bộ cảm OCTS ( Ocean Colour & Temperature Scanner) độ phân giải 700m, AVNIR (Advanced Visible and Near Infrared Radiometer) độ phân giải 16m và các bộ cảm biến có độ phân giải không gian thấp.