Tổng quan nghiên cứu

Theo Quyết định số 3076/QĐ-UBND ngày 09/12/2016, huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận có tổng diện tích rừng và đất lâm nghiệp lên đến 46.362,92 ha, trong đó Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp Ninh Sơn quản lý khoảng 28.001,97 ha, chiếm hơn 60% diện tích tự nhiên của huyện. Tuy nhiên, tình trạng phá rừng trái pháp luật và khai thác lâm sản trái phép vẫn diễn ra, gây thiệt hại nghiêm trọng đến tài nguyên rừng. Việc phát hiện và theo dõi biến động rừng còn nhiều hạn chế do địa hình phức tạp, dân cư sống gần rừng và các hoạt động kinh tế phụ thuộc vào rừng.

Nghiên cứu “Phân tích dữ liệu ảnh viễn thám trong theo dõi diễn biến tài nguyên rừng trên địa bàn huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận” được thực hiện từ tháng 8/2022 đến tháng 4/2023 nhằm phân tích sự thay đổi diện tích rừng giai đoạn 2017-2021 bằng các loại ảnh vệ tinh Sentinel-2A, Landsat 8 và Planet. Mục tiêu là đề xuất quy trình ứng dụng dữ liệu ảnh vệ tinh phục vụ công tác giám sát và quản lý tài nguyên rừng hiệu quả, góp phần nâng cao năng lực phát hiện sớm biến động rừng, giảm thiểu thiệt hại và hỗ trợ lập kế hoạch phát triển bền vững.

Phạm vi nghiên cứu tập trung trên diện tích 28.001,97 ha rừng và đất lâm nghiệp do Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp Ninh Sơn quản lý, với dữ liệu ảnh vệ tinh thu thập trong khoảng thời gian từ năm 2017 đến năm 2021. Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để nâng cao hiệu quả quản lý, bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết viễn thám và GIS: Viễn thám cung cấp dữ liệu ảnh vệ tinh đa phổ, cho phép phân tích chỉ số thực vật NDVI để đánh giá sức khỏe và mật độ che phủ rừng. GIS hỗ trợ quản lý, lưu trữ và phân tích dữ liệu không gian, giúp xây dựng bản đồ hiện trạng và biến động tài nguyên rừng.
  • Chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Được tính toán dựa trên sự phản xạ khác nhau của thực vật giữa kênh phổ khả kiến và cận hồng ngoại, chỉ số NDVI dao động từ -1 đến +1, giá trị càng cao thể hiện mật độ thực vật càng tốt.
  • Mô hình phân tích biến động tài nguyên rừng: Sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh đa thời gian để xác định vị trí và diện tích biến động rừng, kết hợp kiểm chứng thực địa nhằm đánh giá độ chính xác và hiệu quả của phương pháp.

Các khái niệm chính bao gồm: ảnh vệ tinh Sentinel-2A, Landsat 8, Planet; chỉ số NDVI; GIS; kiểm chứng thực địa; biến động tài nguyên rừng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Ảnh vệ tinh Sentinel-2A (độ phân giải 10 m), Landsat 8 (30 m), Planet (3-7 m) được tải miễn phí từ các trang web chuyên ngành, cùng ảnh Google Earth để đối chiếu và kiểm chứng.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn 100 điểm biến động rừng ngẫu nhiên theo hướng dẫn điều tra kiểm kê rừng toàn quốc, sử dụng phần mềm Global Mapper để chọn điểm và thiết bị di động cài đặt Vtools survey để thu thập dữ liệu thực địa.
  • Phân tích dữ liệu: Sử dụng phần mềm Global Mapper, ArcGIS Pro, Mapinfo để xử lý ảnh, tính toán chỉ số NDVI, phân loại ảnh và chuyển đổi dữ liệu raster sang vector. Phần mềm Excel được dùng để tổng hợp và phân tích số liệu biến động diện tích rừng.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập dữ liệu từ tháng 8/2022, xử lý và phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh giai đoạn 2017-2021, kiểm chứng thực địa trong quý đầu năm 2023, hoàn thiện báo cáo vào tháng 4/2023.

Phương pháp kết hợp phân tích đa nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh và kiểm chứng thực địa nhằm đảm bảo độ chính xác trên 75% theo tiêu chuẩn kiểm kê rừng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xác định biến động rừng qua chỉ số NDVI:

    • Ảnh Sentinel-2A cho thấy giá trị NDVI năm 2017 dao động từ -0,01 đến 0,8520, năm 2021 từ -0,2014 đến 0,7052, phản ánh sự suy giảm mật độ thực vật tại một số khu vực.
    • Ảnh Landsat 8 và Planet cũng ghi nhận sự thay đổi tương tự, với diện tích rừng giảm khoảng 5-7% trong giai đoạn 2017-2021.

  2. Độ chính xác kiểm chứng thực địa:

    • Kiểm chứng 100 điểm biến động ngoài thực địa cho kết quả chính xác trên 75%, đáp ứng yêu cầu theo Hướng dẫn điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc.
    • Các điểm biến động giảm chiếm khoảng 60%, điểm biến động tăng chiếm 40%, phản ánh sự mất rừng và phục hồi rừng đồng thời tại địa bàn nghiên cứu.

  3. So sánh ưu nhược điểm các loại ảnh vệ tinh:

    • Ảnh Planet có độ phân giải cao nhất (3-7 m) cho phép phát hiện biến động nhỏ, nhưng chi phí và xử lý phức tạp hơn.
    • Sentinel-2A có độ phân giải 10 m, cung cấp dữ liệu đa phổ phù hợp cho phân tích NDVI với chi phí thấp và thời gian cập nhật nhanh.
    • Landsat 8 có độ phân giải 30 m, phù hợp cho phân tích tổng quan nhưng hạn chế trong phát hiện biến động nhỏ.

  4. Phạm vi và thời điểm biến động rừng:

    • Biến động rừng tập trung chủ yếu tại các khu vực giáp ranh với tỉnh Lâm Đồng và Bình Thuận, nơi có địa hình đồi núi phức tạp và dân cư sinh sống gần rừng.
    • Thời điểm biến động rừng chủ yếu vào mùa khô (tháng 12 đến tháng 5), phù hợp với các hoạt động đốt nương rẫy và cháy rừng.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích chỉ số NDVI và kiểm chứng thực địa cho thấy việc ứng dụng dữ liệu ảnh vệ tinh đa nguồn là phù hợp và cần thiết trong giám sát biến động tài nguyên rừng tại huyện Ninh Sơn. Sự khác biệt về độ phân giải và thời gian cập nhật của các loại ảnh vệ tinh tạo điều kiện cho việc phát hiện biến động rừng ở nhiều quy mô khác nhau, từ đó hỗ trợ quản lý hiệu quả hơn.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này tương đồng với các báo cáo về ứng dụng viễn thám trong quản lý rừng, khẳng định vai trò quan trọng của công nghệ viễn thám và GIS trong việc nâng cao năng lực giám sát tài nguyên thiên nhiên. Việc kết hợp kiểm chứng thực địa giúp tăng độ tin cậy của dữ liệu, đồng thời giảm thiểu sai số do ảnh hưởng của điều kiện thời tiết và địa hình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh giá trị NDVI theo từng năm, bản đồ phân bố biến động rừng và bảng tổng hợp số liệu kiểm chứng ngoài thực địa để minh họa rõ ràng sự thay đổi và độ chính xác của phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng quy trình vận hành ứng dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2A làm nền tảng chính để theo dõi biến động rừng hàng năm, đảm bảo cập nhật dữ liệu nhanh và chi phí hợp lý. Thời gian thực hiện: 6 tháng; chủ thể: Chi cục Kiểm lâm tỉnh Ninh Thuận.

  2. Kết hợp sử dụng ảnh Planet cho các khu vực trọng điểm có biến động nhỏ và phức tạp nhằm nâng cao độ chính xác phát hiện biến động. Thời gian: triển khai thí điểm trong 1 năm; chủ thể: Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp Ninh Sơn.

  3. Đào tạo cán bộ kỹ thuật về xử lý và phân tích dữ liệu viễn thám và GIS để nâng cao năng lực ứng dụng công nghệ mới trong quản lý rừng. Thời gian: 3 tháng; chủ thể: Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh phối hợp với Chi cục Kiểm lâm.

  4. Thiết lập hệ thống kiểm chứng thực địa định kỳ với mẫu ngẫu nhiên nhằm đảm bảo độ chính xác và cập nhật dữ liệu biến động rừng liên tục. Thời gian: hàng năm; chủ thể: Hạt Kiểm lâm huyện Ninh Sơn.

  5. Phát triển phần mềm quản lý dữ liệu rừng tích hợp GIS và viễn thám để lưu trữ, phân tích và chia sẻ thông tin giữa các đơn vị quản lý. Thời gian: 1 năm; chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Ninh Thuận.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ quản lý rừng và kiểm lâm: Nghiên cứu cung cấp phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS giúp nâng cao hiệu quả giám sát, phát hiện sớm biến động rừng, giảm thiểu thiệt hại tài nguyên.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Lâm nghiệp, Môi trường: Tài liệu tham khảo về kỹ thuật phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh, chỉ số NDVI và phương pháp kiểm chứng thực địa trong nghiên cứu tài nguyên rừng.

  3. Các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy trình quản lý rừng bền vững dựa trên công nghệ hiện đại.

  4. Doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực lâm nghiệp và bảo vệ môi trường: Hướng dẫn ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý rừng, hỗ trợ lập kế hoạch phát triển và bảo vệ tài nguyên rừng hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

  1. Ảnh vệ tinh nào phù hợp nhất để theo dõi biến động rừng tại Ninh Sơn?
    Ảnh Sentinel-2A được đánh giá phù hợp nhất do độ phân giải 10 m, cập nhật thường xuyên và chi phí thấp, giúp phát hiện biến động rừng hiệu quả trên diện rộng.

  2. Chỉ số NDVI có ý nghĩa gì trong đánh giá tài nguyên rừng?
    NDVI phản ánh mật độ và sức khỏe thực vật, giá trị cao cho thấy rừng phát triển tốt, giá trị thấp hoặc âm biểu thị khu vực mất rừng hoặc suy thoái thảm thực vật.

  3. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu ảnh vệ tinh?
    Kết hợp kiểm chứng thực địa với mẫu ngẫu nhiên và sử dụng phần mềm GIS để chỉnh sửa, đối chiếu dữ liệu giúp nâng cao độ chính xác trên 75%.

  4. Việc sử dụng nhiều loại ảnh vệ tinh có lợi ích gì?
    Giúp cung cấp thông tin đa dạng, theo dõi liên tục trong điều kiện thời tiết khác nhau, đáp ứng nhu cầu phân tích chi tiết và tổng quan về biến động rừng.

  5. Phương pháp phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Có thể áp dụng rộng rãi cho các khu vực có điều kiện tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh theo đặc điểm địa hình, khí hậu và nguồn dữ liệu sẵn có của từng vùng.

Kết luận

  • Ứng dụng phân tích dữ liệu ảnh viễn thám Sentinel-2A, Landsat 8 và Planet hiệu quả trong theo dõi biến động tài nguyên rừng tại huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận giai đoạn 2017-2021.
  • Chỉ số NDVI là công cụ quan trọng giúp đánh giá sức khỏe và mật độ che phủ rừng, phản ánh rõ sự thay đổi diện tích rừng.
  • Kiểm chứng thực địa với 100 điểm ngẫu nhiên đạt độ chính xác trên 75%, đảm bảo độ tin cậy của kết quả phân tích.
  • Đề xuất quy trình vận hành ứng dụng ảnh vệ tinh phù hợp, kết hợp đào tạo và phát triển phần mềm quản lý dữ liệu rừng.
  • Khuyến khích các cơ quan quản lý và doanh nghiệp lâm nghiệp áp dụng công nghệ viễn thám để nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ tài nguyên rừng bền vững.

Hành động tiếp theo: Triển khai thí điểm quy trình ứng dụng ảnh Sentinel-2A, đào tạo cán bộ kỹ thuật và xây dựng hệ thống kiểm chứng thực địa định kỳ nhằm nâng cao năng lực quản lý rừng tại địa phương.