MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam được công nhận là một trong những điểm nóng về đa dạng sinh học. Nhiều hệ sinh thái và môi trường sống bị thu hẹp diện tích và nhiều taxon bậc loài và dưới loài đang đứng trước nguy cơ bị tuyệt chủng trong tương lai gần. Nhận thấy tầm quan trọng phải bảo vệ và phát triển rừng, Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn đã thành lập các vườn quốc gia, khu bảo tồn thiên nhiên mục tiêu là đảm bảo các giá trị cảnh quan được gìn giữ, đa dạng sinh học sẽ được bảo tồn.
Tuy nhiên, những năm gần đây, do sự bùng nổ dân số làm cho các nhu cầu của con người ngày càng lớn nên ngoài việc lấy đi các nguồn lợi từ rừng, con người còn gây ra rất nhiều các hoạt động có tác động rất xấu đến tài nguyên, môi trường đặc biệt là làm suy giảm diện tích rừng trầm trọng. Vì vậy, công tác điều tra, theo dõi và đánh giá biến động diện tích rừng là một trong những nhiệm vụ cấp thiết giúp cho các nhà quản lý đưa ra các chính sách phát triển kinh tế - xã hội một cách hợp lý mà vẫn có thể quản lý, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên một cách bền vững. Để nghiên cứu đánh giá biến động rừng có nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp truyền thống dựa trên các số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiểm kê, số liệu từ các cuộc điều tra.
thường tốn nhiều thời gian và kinh phí cũng như không thể thể hiện được sự thay đổi của các đối tượng mặt đất từ trạng thái này sang trạng thái khác và vị trí không gian của các thay đổi đó. Công nghệ viễn thám với những ưu điểm nổi bật như diện tích phủ trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn, tư liệu phong phú. có thể khắc phục được những hạn chế trên. Không những thế, tư liệu viễn thám kết hợp với hệ thống tin địa lý (GIS) rất hữu hiệu trong việc xác định diện tích biến động của các đối tượng lớp phủ, hình thái biến động, mức độ biến động của từng đối tượng.
m 2 Việc áp dụng công nghệ viễn thám trong theo dõi biến động rừng đã được chứng minh là công cụ hiệu quả và phù hợp với yêu cầu thực tế hiện nay. Khu bảo tồn thiên nhiên Thần Sa - Phượng Hoàng thuộc địa giới hành chính huyện Võ Nhai, diện tích rừng đặc dụng 19.913,54 ha; phạm vi quy trên địa bàn 7 xã và 01 thị trấn của huyện; là khu vực rừng có hệ sinh thái rừng núi đá độc đáo, có tính đa dạng sinh học phong phú với nhiều nguồn gen, là nơi cư trú của nhiều loài động vật, thực vật quý hiếm và nhiều hệ sinh thái chuẩn của vùng núi đá. Tuy nhiên, do địa bàn rộng và địa hình núi đá quá phức tạp, cuộc sống của một bộ phận người dân vẫn quen dựa vào rừng là chính nên tình trạng phá rừng chuyển đổi thành đất nông nghiệp, khai thác, vận chuyển lâm sản trái phép vẫn xảy ra. Có thể nhận thấy sức ép đối với rừng Thần Sa - Phượng Hoàng hiện tại vẫn không ngừng gia tăng, đe doạ sự an toàn của khu rừng.
Cho đến nay, việc phân tích và phát hiện những biến động trong sử dụng đất bằng công nghệ viễn thám và GIS đãđược áp dụng thành công tại nhiều quốc gia với các hệ sinh thái khác nhau. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về biến động sử dụng đất bằng tư liệu viễn thám và GIS đã được tiến hành ở nhiều địa phương. Hiện tại chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám cho việc quản lý diện tích rừng trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, đặc biệt khu bảo tồn Thần Sa – Phượng Hoàng. Vì vậy, tôi thực hiện đề tài “Ứng dụng GIS và Viễn thám trong đánh giá biến động rừng tại khu vực vùng lõi khu bảo tồn Thần Sa Phượng Hoàng, huyện Võ Nhai, Thái Nguyên giai đoạn 2017 - 2020".
Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần cung cấp thêm cơ sở khoa học cho việc ứng dụng viễn thám và GIS để theo dõi và giám sát biến động diện tích rừng và đất lâm nghiệp tại tỉnh Thái Nguyên. Từ đó, góp phần làm cơ sở khoa học đưa ra giải pháp nhằm quản lý rừng bền vững cho Khu bảo tồn và tỉnh Thái Nguyên. Mục tiêu nghiên cứu 1. Mục tiêu chung Đề tài góp phần cung cấp thêm cơ sở khoa học trong việc ứng dụng GIS và viễn thám để theo dõi và giám sát biến động diện tích rừng và đất lâm nghiệp tại Khu bảo tồn Thần Sa – Phượng Hoàng tỉnh Thái Nguyên.
Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần bổ sung thêm căn cứ cho việc lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất và rừng tỉnh Thái Nguyên nói chung. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá hiện trạng diện tích rừng tại vùng lõi Khu bảo tồn Thần Sa – Phượng Hoàng tỉnh Thái Nguyên; - Xác định các nguyên nhân chính gây biến động diện tích rừng giai đoạn 2017-2020; - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý rừng tại khu vực nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học của đề tài. - Về mặt khoa học: Bổ sung các thông tin khoa học về ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá biến động rừng.
- Về mặt thực tiễn: cơ sở để giúp khu bảo tồn và tỉnh Thái Nguyên trong định hướng sử dụng đất rừng. m 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan chung về GIS 2.1 Khái niệm GIS Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống phần mềm máy tính được sử dụng trong việc vẽ bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng tồn tại trên trái đất. Công nghệ GIS tổng hợp các chức năng chung về quản lý dữ liệu như truy vấn (query) và phân tích thống kê (Statistical analysis) với sự thể hiện trực quan (visialization) và sự phân tích các vật thể hiện tượng không gian (geographic analysis) trong bản đồ. Sự khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng của nó rất rộng trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và quy hoạch chiến lược.2 Chức năng cơ bản của GIS Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu và quản lý nhất định.
Một hệ thống GIS có những nhóm chức năng cơ bản sau: Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý Đây là quá trình chuyển đổi dạng dữ liệu từ dạng bản đồ giấy, từ tài liệu, văn bản khác nhau thành dạng số để có thể sử dụng được trong GIS. Sau khi nhập số liệu và bản đồ vào máy tính, khâu tiền xử lý cho phép hoàn thiện dữ liệu bản đồ trên máy với các nội dung như: - Gắn thuộc tính cho các đối tượng bản đồ: Liên kết các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. - Xây dựng cấu trúc topo (quan hệ không gian) - Biên tập các lớp thông tin và trình bày bản đồ - Chuyển đổi hệ chiếu (hệ tọa độ) m 5 - Chuyển đổi khuôn dạng, cấu trúc dữ liệu bản đồ. Quản lý dữ liệu Trong GIS, dữ liệu được sắp xếp theo các lớp (layer), theo chủ đề, theo không gian (khu vực), theo thời gian (năm tháng) và theo tầng cao và được lưu trữ ở các thư mục một cách hệ thống.
Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được thể hiện qua các nội dung sau: - Lưu trữ dữ liệu trong CSDL GIS - Khôi phục dữ liệu từ CSDL - Tổ chức dữ liệu theo những dạng cấu trúc dữ liệu thích hợp Thực hiện các chức năng lưu trữ và khôi phục trong các thiết bị lưu trữ. Truy nhập và cập nhật dữ liệu. - GIS có thể tìm kiếm đối tượng thỏa mãn những điều kiện cho trước một cách dễ dàng và chính xác. Xử lý và phân tích dữ liệu GIS cho phép xử lý trên máy tính hàng loạt các phép phân tích bản đồ và số liệu một cách nhanh chóng chính xác, phục vụ các yêu cầu xây dựng bản đồ và phân tích quy hoạch lãnh thổ.
GIS có thể thực hiện các phép biến đổi bản đồ cơ bản, chồng xếp bản đồ, xử lý dữ liệu không gian theo các mô hình. Kết xuất dữ liệu Chức năng xuất dữ liệu hay còn gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian. Các dữ liệu này có thể ở dạng bản đồ, bảng thuộc tính, báo cáo, biểu đồ.trên màn hình máy tính hoặc trên các vật liệu truyền thống khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy theo yêu cầu của người dùng. Các dạng dữ liệu này phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống GIS, các kỹ thuật, quy trình xây dựng và các chuyên gia GIS.2 Tổng quan chung về Viễn thám 2.1 Khái niệm viễn thám Viễn thám (Remote sensing) là khoa học về thu thập được các thông tin và dữ liệu về đối tượng quan tâm mà không cần tiếp xúc trực tiếp với đối tượng.
Một hệ thống viễn thám bao gồm ít nhất một vệ tinh mang theo bộ phận cảm biến (sensor) để ghi lại các hình ảnh về mặt đất mà nó chụp được theo một quy trình đã thiết kế trước, một bộ phận thu nhận các dữ liệu, một hệ thống truyền dữ liệu từ vệ tinh về mặt trái đất và một trung tâm quản lý dữ liệu thu nhận được. Hệ thống thu nhận và truyền dữ liệu viễn thám từ vệ tinh về mặt đất Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, dưới đây là định nghĩa về viễn thám theo quan niệm của các tác giả khác nhau: + Ficher, 1976 thì viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó. + Barret và Curtis, 1976 viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật trên một khoảng cách nhất định. Land Grete, 1978, viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ một khoảng cách cách xa vật không cần tiếp xúc với nó.
Năng lượng được đo trong các hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm. Capbell, 1996 định nghĩaviễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của trái đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức xạ phổ điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất.