ĐẶT VẤN ĐỀ Rừng có vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống của con ngƣời cũng nhƣ môi trƣờng. Không chỉ là nơi cung cấp nguồn gỗ, củi, điều hòa, tạo ra oxy, điều hòa nƣớc… mà rừng còn là nơi cƣ trú của các loài động thực vật và tàng trữ các nguồn gen quý hiếm, bảo vệ và ngăn chặn gió bão, chống xói mòn đất, đảm bảo cho sự sống, bảo vệ sức khỏe của con ngƣời. Ngày nay khoa học công nghệ và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật giúp con ngƣời quản lý tốt hơn các nguồn tài nguyên, trong đó có khoa học kỹ thuật viễn thám. Kỹ thuật viễn thám đƣợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực nghiên cứu của Việt Nam đã mang lại nhiều ứng dụng to lớn trong quản lý tài nguyên.
Trong lĩnh vực lâm nghiệp, kỹ thuật viễn thám đã đƣợc sử dụng để thành lập các loại bản đồ hiện trạng rừng, phân loại trạng thái rừng, phân vùng trọng điểm cháy rừng, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng. Những năm trƣớc đây để điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng chủ yếu vẫn dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng phƣơng pháp thủ công vì vậy công việc này đòi hỏi tốn rất nhiều thời gian, công sức, tiền bạc, độ ch nh xác không cao và thông tin thƣờng không đƣợc cập nhật vì tình hình rừng và đất rừng luôn biến động. Trong những năm gần đây, khi khoa học công nghệ viễn thám phát triển mạnh thì việc áp dụng công nghệ viễn thám vào lâm nghiệp là rất cần thiết vì kỹ thuật viễn thám với khả năng quan sát các đối tƣợng ở các độ phân giải phổ và không gian khác nhau, chu kỳ chụp lặp từ một tháng đến một ngày cho phép ta quan sát và xác định nhanh chóng hiện trạng lớp phủ rừng, từ đó có thể dễ dàng xác định đƣợc biến động rừng và đặc biệt là xu hƣớng của biến động. Đắk Lua là một xã vùng sâu, vùng xa của huyện Tân Phú có tài nguyên rừng của xã rất lớn (39.004,69 ha), chiếm 93,17% tổng diện t ch tự nhiên của xã.
Chủ yếu là rừng đặc dụng (38.794,74 ha), có tác dụng chống xói mòn, rửa trôi, bảo vệ đất đai và môi trƣờng. Ngoài ra, nơi đây còn tập hợp nhiều động thực vật quý hiếm, nằm trong Vƣờn Quốc gia Cát Tiên. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 Để đƣa ra các chiến lƣợc hay kế hoạch phát triển rừng bền vững, cần đặc biệt chú trọng công tác theo dõi, đánh giá và dự báo xu thế diễn biến rừng. Nhận thấy tầm quan trọng của chúng, tôi tiến hành nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ GIS và Viễn thám trong đánh giá diễn biến tài nguyên rừng ở xã Đắc Lua, huyện Tân Phú, tỉnh Đồng Nai” LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Trên thế giới 1. Các nghiên cứu về điều tra thành lập bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh viễn thám Điều tra rừng là một hệ thống các phƣơng pháp thu thập dữ liệu về đặc điểm tài nguyên rừng trên một diện t ch xác định, các chỉ tiêu điều tra ch nh bao gồm: tổ thành loài, đƣờng k nh ngang ngực, chiều cao, tuổi, t nh 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 đ ch kiểm kê, đánh giá và phân t ch 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 t nh 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 ph 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 t ch 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 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 thiết bị quang học nhƣ k nh lúp, k nh 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 ch sau: cấp độ sáng (tone); k ch 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 t ch 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 t m 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) [17]. 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 phủ thực vật trên bề mặt trái đất từ quy mô nhỏ đến toàn cầu (Yichun Xie, Zongyao Sha and Mei Yu, 2008) [24]. 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 th ch 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 kh 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 Loại ảnh Thông số kỹ thuật Ứng dụng trong phân loại 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 1-2 ngày; Ảnh có từ 2000 (vệ tinh Terra) gia hoặc 2002 (vệ tinh Aqua) đến nay. - Phân loại lớp phủ (vd: AVHRR Độ phân giải thấp 1km từ các vệ tinh rừng, độ thị, mặt nƣớc.) NOAA; Trƣờng phủ 2400km x 6400km; Ảnh có từ 1980 đến nay. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 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 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.