PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ cũng như khoa học kỹ thuật, trong đó không thể không kể đến sự ra đời của ảnh vệ tinh và công nghệ vi n thám GIS đã hỗ trợ con người rất lớn trong việc nghiên cứu những biến động về môi trường tự nhiên, đồng thời tìm hiểu và đề xuất các biện pháp quản lý về môi trường và tài nguyên thiên nhiên mà không cần trực tiếp tiếp cận với chúng. Trong Lâm nghiệp, người ta sử dụng kỹ thuật vi n thám để nghiên cứu di n biến của rừng, điều tra phân loại rừng, nghiên cứu phân vùng cháy rừng và để quản lý rừng. Tuy nhiên, khi sử dụng những bức ảnh vi n thám có độ phân giải thấp, cùng với sự thiếu chuyên nghiệp trong giải đoán ảnh sẽ gây nên những giải đoán với kết quả sai lệch cho khu vực nghiên cứu. B i vậy, việc nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao như ảnh vệ tinh Landsat và Sentiel có ý nghĩa thiết thực trong nghiên cứu và đánh giá chất lượng tài nguyên thiên nhiên nói chung và tài nguyên rừng nói riêng.
Hiện nay, nguồn tư liệu vi n thám được sử dụng rộng rãi nước ta trong các nghiên cứu về Tài nguyên và Môi trường. Cùng với đó, thiết bị tin học được đồng bộ hóa tăng khả năng xử lý nhanh chóng trong việc xây dựng các loại bản đồ. Vì vậy, phương pháp vi n thám kết hợp công nghệ GIS (Cơ s dữ liệu thông tin địa lý) sẽ góp phần khắc phục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và đặc biệt hiệu quả trong xử lý số liệu nhằm đánh giá biến động trong quá trình sử dụng đất đai, theo dõi di n biến tài nguyên rừng. Điều tra trên thực địa được xem xét như là một phương pháp chính xác, nhưng mất rất nhiều thời gian và tốn kém, đặc biệt là khó áp dụng những nơi xa xôi và có điều kiện địa hình phức tạp.
Với đặc tính ưu việt của công nghệ Vi n thám và kỹ thuật GIS. Trong trường hợp sử dụng vi n thám và GIS 2 kết hợp với điều tra tra thực địa để đánh giá sự biến động về đất lâm nghiệp và theo dõi di n biến đất lâm nghiệp và rừng trồng qua các năm là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Việt Nam, việc quản lý, bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng được coi là một trong những nhiệm vụ trọng tâm trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là thảm thực vật rừng các vườn quốc gia. Một trong số các vườn quốc gia lớn của Việt Nam là Vườn quốc gia Phong Nha K Bàng.
Vườn quốc gia Phong Nha – K Bàng thuộc địa phận huyện Bố Trạch và Minh Hóa, tỉnh Quảng Bình, cách thành phố Đồng Hới khoảng 50km về phía Tây Bắc. Vườn Quốc gia Phong Nha – K Bàng là Di sản thiên nhiên thế giới được Tổ chức Khoa học, Giáo dục và Văn hóa của Liên hiệp quốc Unesco công nhận năm 2003 và có diện tích là 123.326 ha, có 03 phân khu: phân khu bảo vệ nghiêm ngặt (100.296 ha), phân khu phục hồi sinh thái (19.619 ha) và phân khu hành chính dịch vụ (3. Vùng đệm có diện tích 219.855,34 ha thuộc 13 xã huyện Minh Hóa, Bố Trạch và Quảng Ninh. Là khu rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đá vôi với độ che phủ khoảng 92%.
Diện tích rừng nguyên sinh chưa hoặc ít bị tác động là 88,3%.[16] Trong thời gian vừa qua Ban quản lý Vườn Quốc gia Phong Nha K Bàng đã đạt được một số thành tựu quan trọng trong lĩnh vực ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh trong giám sát tài nguyên rừng nhưng bên cạnh đó vẫn còn nhiều tồn tại và hạn chế. Các hoạt động nghiên cứu khoa học về công tác sử dụng ảnh vệ tinh Vườn Quốc gia vẫn còn rất thụ động, chưa có tính chuyên sâu và chưa có tính hệ thống. Nhiều khu vực trong VQG PN-KB chưa được điều tra nghiên cứu nên không có thông tin, dẫn liệu khoa học phục vụ công tác giám sát và quản lý bảo vệ. Hiện tại VQG PN-KB vẫn chưa có được đầy đủ cơ s dữ liệu đầu vào cho các hoạt động theo dõi di n biến tài nguyên 3 rừng.Cơ s dữ liệu khoa học về VQG PN-KB chưa được quản lý, sử dụng một cách thống nhất, số liệu còn manh mún, thiếu, không đồng bộ và chưa hoàn chỉnh bộ cơ s dữ liệu GIS về tài nguyên động, thực vật, đất, nước, hang động, thảm thực vật, kiểm soát cháy rừng và quản lý lưu vực.
Bên cạnh đó, các mối đe dọa phải đối mặt trực tiếp trong quản lý, bảo tồn các giá trị di sản Vườn Quốc gia như: Săn bẫy động vật hoang dã, khai thác gỗ trái phép, khai thác các loại lâm sản ngoài gỗ,. Xuất phát từnhu cầu thực ti n trên và những quan điểm, tôi đã thực hiện : “ n n n n v v nt m n n n t mt v tr n n qu on - n ”. 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN C U 1. Những vấn đề chung về viễn thám và GIS 1.
C k n m Hệ thống thông tin địa lý - GIS (Geographical Information System) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượngtrên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ s dữ liệu thông thường như cấu trúc hỏi đáp, các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý. Trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược.
GIS (Geographic Information System) hay hệ thống địa lý được hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống. + Khái niệm “địa lý liên quan đến các đặc trưng về không gian. Chúng có thể là vật lý, văn hóa, kinh tế,…trong tự nhiên. + Khái niệm “thông tin đề cập đến dữ liệu được quản lý b i GIS.
Đó là các dữ liệu về thuộc tính và không gian của đối tượng. + Khái niệm “hệ thống là hệ thống GIS được xây dựng từ các môđun. Việc tạo các môđun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất. Vi n thám (Remote sensing): là một ngành khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện.
Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu.[11] Vi n thám dùng để thu nhận thông tin khách quan về bề mặt Trái đất và các hiện tượng trong khí quyển nhờ các bộ phận cảm biến (sensors) được lắp 5 đặt trên máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo. Công nghệ vi n thám cho phép ghi lại được các biến đổi của tài nguyên và môi trường, đã giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường hiệu quả hơn. Vi n thám cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao, làm dữ liệu cơ bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ và cơ s dữ liệu địa lý Quốc gia. Tách thông tin trong vi n thám có thể phân thành 5 loại: +Phân loại: là quá trình tách, gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian cho b i ảnh của đối tượng cần nghiên cứu.
+Phát hiện biến động: là sự phát hiện và tách các sự biến động (thay đổi) dựa trên dữ liệu ảnh đa thời gian. +Tách các đại lượng vật lý: chiết tách các thông tin tự nhiên như đo nhiệt độ, trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trưng phổ hoặc thị sai của ảnh lập thể. +Tách các chỉ số: tính toán xác định các chỉ số mới (chỉ số thực vật NDVI…) +Xác định các đặc điểm: xác định thiên tai, các dấu hiệu phục vụ tìm kiếm khảo cổ… Cơ s của vi n thám: Bức xạ điện từ: Thành phần đầu tiên của một hệ thống vi n thám là nguồn năng lượng để chiếu vào đối tượng, năng lượng này dạng bức xạ điện từ. Tất cả bức xạ điện từ đều có một thuộc tính cơ bản và phù hợp với lý thuyết sóng cơ bản.
Bức xạ điện từ bao gồm điện trường (E) có hướng vuông góc với hướng của bức xạ điện từ di chuyển và từ trường (M) hướng về phía bên phải của điện trường. Cả hai cùng di chuyển với tốc độ của ánh sáng (c). Có 2 đặc điểm của bức xạ điện từ đặc biệt quan trọng mà chúng ta cần hiểu nó là bước sóng và tần số. Đôi khi sử dụng các đơn vị khác của mét như micromet… Tần số (f): Tần số là số chu kỳ sóng đi qua một điểm cố định trong một đơn vị thời gian.
Thông thường tần số được tính bằng herzt (Hz) tương đương với 1 chu kỳ trên một giây. Ngoài ra tần số còn được tính bằng một số đơn vị khác của Hz như MHz, KHz… Trong vi n thám, các sóng điện từ được sử dụng với các dải bước sóng của quang phổ điện từ. Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các bước sóng khác nhau, sự phân chia thành các dải phổ có liên quan đến tính chất bức xạ khác nhau.[10] Dữ liệu vi n thám là nguồn cung cấp cơ s dữ liệu cho GIS trên cơ s các lớp thông tin chuyên đề khác nhau; sử dụng chức năng chồng lớp hay phân tích của GIS để tạo ra một kết quả phong phú hơn. Do đó, việc phối hợp vi n thám và GIS sẽ tr thành công nghệ tích hợp rất hiệu quả để xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau.1 C s vật lý Bức xạ điện từ là quá trình truyền năng lượng điện từ trên cơ s các dao động của điện trường và từ trường trong không gian.
Sóng điện từ 7 Các bức xạ điện từ này vừa có tính chất sóng lại vừa có tính chất hạt, tính chất sóng của bức xạ điện từ này được thể hiện bằng biểu thức sau: (C=299,793 km/s trong môi trường chân không). Trong vi n thám, các sóng điện từ được sử dụng với các dải bước sóng của quang phổ điện từ.