Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu và thực hiện trên thế giới 1. Tình hình chung Trong vài thập kỷ gần đây,tư liệu viễn thám trở thành nguồn dữ liệu quan trọng cho công tác lập bản đồ và theo dõi hoạt độngtài nguyên rừng. Đáp ứng nhu cầu đòi hỏi về việc tăng cường chất lượng thông tin thì công nghệ viễn thám cũng đạt được những bước tiến dài và công nghệ này được nhìn nhận như thành phần thông tin tối quan trọng trong hiện tại và tương lai của ngành lâm nghiệp.
Sự tiến bộ của viễn thám và công nghệ thông tin đã mang lại nguồn tư liệu sẵn có, các công cụ phân tích thông tin thân thiện với người sử dụng và nhiều thuật toán phân tích thông tin tối ưu, trợ giúp đắc lực công tác kiểm kê, lập kế hoạch và quản lý sản xuất lâm nghiệp[9]. Con người đã cảm thấy một cách tự nhiên khi nhìn vào những bức ảnh vệ tinh hay ảnh chụp từ máy bay thông qua suy luận và giải đoán bằng mắt thường. Tuy nhiên, thời đại của việc chỉ sản xuất những bức ảnh đẹp mang tính minh họa của viễn thám đã lùi vào quá khứ. Chất lượng thông tin và độ phân giải của ảnh viễn thám đã được nâng cao với sự ra đời của các vệ tinh như Landsat ETM, IRS, SPOT, sau này là IKONOS, QUICKBIRD,EARTHVIEW,GEOEYE, ALOS, PALSA… Một hoạt động mới được đã hướng vào các mục tiêu nghiên cứu khoa học cụ thể căn cứ vào đặc điểm của từng loại dữ liệu.
Những hệ thống GIS đồ sộ thường thấy ở các cơ quan trong lĩnh vực quân sự hoặc cơ quan chính phủ đã dần được thay thế bằng nhiều hệ thống nhỏ gọn, hiệu quả, mang tính thương mại cao. Nguồn dữ liệu viễn thám được cung cấp bởi các vệ tinh quan trắc và máy chụp ảnh (quang học, radar và laser) trở nên dồi dào và đầy đủ cho các hoạt động nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Tới thời điểm hiện tại, dữ liệu viễn thám và các phương pháp nghiên cứu đã trở nên đa dạng, phức tạp và cũng đạt độ tin cậy cao hơn trong việc trợ giúp giải quyết các vấn đề của nghiên cứu trước kia. Trong bối cảnh này, một câu hỏi đặt ra cho ngành lâm nghiệp là; “với trình độ phát triển của viễn thám như hiện nay thì công nghệ này có thể giải quyết được 4 những vấn đề gì ? ”dưới đây là liệt kê những hướng ứng dụng phổ biến trên thế giới bao gồm [14].
- Xác định, phân loại lớp phủ rừng, lập bản đồ phân loại lớp phủ rừng, theo dõi biến động lớp phủ theo thời gian. - Xác định trạng thái sinh trưởng của rừng gỗ, đánh giá tổng quan về khối lượng, sản lượng khai thác. - Mô tả đặc điểm khu vực, nghiên cứu loài cây trong cấu trúc rừng và sự đa dạng của rừng - Theo dõi, dự báo cháy rừng và sâu bệnh - Mô hình hóa sự phát triển trong tương lai của tài nguyên rừng - Quy hoạch bảo vệ và phát triển rừng Một số các ứng dụng khác nằm giữa ranh giới của quản lý, mô hình hóa cấu trúc sinh cảnh, theo dõi trạng thái, và kiểm kê sinh hóa rừng. Hy vọng trong tương lai gần, vai trò của viễn thám trong các ứng dụng thực tế điều hành việc sản xuất và quản lý rừng sẽ trở nên rõ nét hơn nhiều.
Lĩnh vực viễn thám khởi đầu bằng phương pháp phân tích hoàn toàn thủ công trên ảnh chụp từ máy bay, nhưng cũng nhanh chóng thay đổi cùng với các nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu mới [4],[12]. Những nguồn dữ liệu và phương pháp mới ra đời mang đến nhiều tiềm năng cho công nghệ viễn thám trong việc cung cấp thông tin và giải quyết các vấn đề liên quan đến quản lý lâm nghiệp. Phương pháp viễn thám với thế mạnh của công nghệ mới có thể phân tích các biến động về lớp phủ rừng một cách chính xác và đưa ra những lý giải về hệ quả của những thay đổi này dưới tác động của con người. Nhiều mô hình phân tích không gian, mô hình mô phỏng đã ra đời cùng khả năng cung cấp ảnh đa thời gian với tần suất lặp lớn của các vệ tinh và máy bay bay chụp đã giúp giải quyết được nhiều vấn đề nan giải trước kia của ngành quản lý tài nguyên rừng[12].
Việc lựa chọn từng nhóm ứng dụng được tiến hành dựa trên kiến thức về vai trò của các nhóm phân loại lớp phủ, kiểm kê, phân tích biến động hay mô hình lâm nghiệp trong việc đáp ứng yêu cầu thông tin phục vụ quản lý bền vững tài nguyên rừng. 5 Công tác nghiên cứu, hiểu rõ vai trò và khả năng của viễn thám, mức độ chính xác và tính hiệu quả của ứng dụng công nghệ nhằm giải quyết các vấn đề của quản lý tài nguyên rừng là chìa khóa của việc ứng dụng thành công viễn thám trong lĩnh vực này. Trên thế giới, việc sử dụng kết hợp Viễn thám và GIS cho nhiều mục đích khác nhau của ngành lâm nghiê ̣p đã trở nên rất phổ biến trong khoảng 30 năm trở lại đây. GIS bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ 20 và đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới.
Đặc biệt, công nghệ này được sử dụng khá phổ biến để xây dựng mô hình sử dụng đất và quan trắc, dự báo các thay đổi các thảm che phủ và địa hình (Elena và cộng sự, 2001; Kok và cộng sự, 2001; McDonalda và cộng sự 2002; Stephenne và Lambin,2001), so sánh các hệ sinh thái nông nghiệp (Stein và Ettema, 2003), quan sát các sự thay đổi về hệ thống canh tác theo địa hình (Nelson, 2001; Schoorl và Veldkamp, 2001)[16]. Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong nghiên cứu chiến lược của người nông dân trong sự thay đổi đa dạng của hệ canh tác nương rẫy dưới các tác động của điều kiện dân số, đất đai, chính sách và các nhu cầu về kinh tế xã hội của người dân (Rambo, 2002; Jean-Christophe Castella, 2002; Brabant P, Darracq S. 1999, Leisz và các cộng tác viên, 2003). Hiện nay, ảnh viễn thámbao gồm ảnh hàng không và ảnh vệ tinh đã trở thành những tư liệu quý để phân tích, đánh giá sự thay đổi sử dụng đất, độ che phủ đất về số lượng, vị trí phân bố trên một khu vực trong những thời điểm khác nhau, hay so sánh giữa 2 khu vực.
Đối với ngành lâm nghiệp, vấn đề sử dụng ảnh vệ tinh để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác quản lý, theo dõi rừng đã được nhiều nước tiên tiến trên thế giới áp dụng như Mỹ, Canađa, Pháp, Nga, Nhật Bản, và các nước châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Indônêsia,. Tư liệu viễn thám được sử dụng trong công tác này bao gồm nhiều loại ảnh vệ tinh của các nước khác nhau như: Landsat, Ikonos, Quickbird,. của Mỹ, Spot của Pháp, Aster, JRS của Nhật bản, Radasat của Canađa,. Việc sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý, theo dõi biến động rừng và 6 sử dụng đất cũng đã được thực hiện theo nhiều mức độ khác nhau như cho toàn cầu, vùng lãnh thổ, quốc gia, khu vực[17],[19].
Trong quá phát triể n cả về lý thuyế t, phương pháp nghiên cứu và khả năng ứng du ̣ng, viễn thám rừng ( Forestry Remote Sensing) đã trở thành mô ̣t liñ h vực công nghê ̣ đươ ̣c quan tâm phát triể n mô ̣t cách ma ̣nh me,̃ là mô ̣t công nghê ̣ không thể thiế u đươ ̣c và mang tiń h pháp lý trong quy trình thành lâ ̣p bản đồ rừng của rấ t nhiề u nước trên thế giới. Hô ̣i quố c tế về viễn thám rừng(Forestry Remote Sensing) là một trong những tổ chức viế n thám quố c tế , hoa ̣t đô ̣ng từ rấ t sớm và có sự tham gia rô ̣ng raĩ của nhiề u nước trên pha ̣m vi toàn thế giới. Bắ t đầ u từ năm 1986,Pháp phóng thành công vê ̣ tinh SPOT lên quỹ đa ̣o và chu ̣p ảnh quang ho ̣c đa phổ có đô ̣ phân giải không gian cao hơn hẳ n ảnh vê ̣ tinh Landsat của My,̃ đô ̣ phân giải thời gian là 26 ngày[20],[2].Kể từ đó việc sử dụng ảnh SPOT, đă ̣c biê ̣t là SPOT-4 và SPOT-5 để thành lập bản đồ hiện trạng rừng đã đươ ̣c áp du ̣ng có hiê ̣u quả ta ̣i nhiề u nước trên thế giới như: Pháp, Brazin, Bolivia, Anh, Iran, Ấn Đô ̣, Trung Quố c, Đài Loan,. đă ̣c biê ̣t là từ khi có các tra ̣m thu ảnh phân bố rô ̣ng ở nhiề u nước và khả năng trao đổ i trên Internet băng thông rô ̣ng thì quy mô ứng du ̣ng là càng đươ ̣c mở rô ̣ng trên pha ̣m vi toàn cầ u.
Mô phỏng vệ tinh (nguồn Việt Báo.vn) Ở khu vực châu Á-Thái Bình Dương, ta ̣i nhiều hội nghị viễn thám được tổ chức 2 năm mô ̣t lầ n, các nước đã tổng kết những ứng dụng của Kỹ thuật viễn thám trong 7 Lâm nghiệp với những báo cáo nghiên cứu quản lý, theo dõi phát hiện biến động rừng và sử dụng đất tại các nước như: Trung Quố c, Nhật Bản, Hàn Quố c, Đài loan, Malaysia, Indonesia, Thái Lan, Philipin,.Rấ t nhiề u loa ̣i tư liê ̣u viễn thám khác nhau đã được áp du ̣ng trong nhiề u quy mô và hướng nghiên cứu khác nhau của ngành lâm nghiê ̣p, trong đó, ảnh SPOT là mô ̣t loa ̣i tư liê ̣u được ứng du ̣ng khá phổ biế n[3],[17].Thống kê những hướng ứng dụng phổ biến của viễn thám – GIS trong ngành lâm nghiệp 1.Quản lý tài nguyên rừng - Xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng ở các quy mô khác nhau với các nguồn tư liệu khác nhau. Công việc này được thực hiện ở rất nhiều nước trên thế giới: + Phạm vi toàn cầu: ảnh NOAA ( Mỹ, Nhật, EU hay quan tâm trong những nghiên cứu ở quy mô toàn cầu ) + Phạm vi khu vực: ảnh MODIS, Landsat MSS + Phạm vi lãnh thổ và vùng: ảnh MODIS, Landsat TM, SPOT, Aster + Phạm vi địa phương: ảnh Aster, SPOT 5, Landsat ETM + Phạm vi chi tiết: ảnh SPOT, Quickbird, IKONOS,GEOEYE. - Theo dõi biến động tài nguyên rừng và lớp phủ thực vật với dữ liệu đa thời gian của các loại tư liệu trên. - Quản lý trữ lượng rừng các loại: với kỹ thuật phân tích đa phổ, tạo các ảnh chỉ số và phối hợp với GIS để phân tích đánh giá sinh khối, trữ lượng rừng: các ảnh chỉ số LAI (Leaf Area Index), CI (Canopy Index).