Ứng dụng viễn thám và gis nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện quan hóa thanh hóa giai đoạn 2010 2015

Tài liệu nghiên cứu Ứng dụng viễn thám và gis nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện quan hóa thanh hóa giai, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Lê Anh Tùng
• Người hướng dẫn: PGS. Phùng Văn Khoa
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện Quan Hóa – Thanh Hóa giai đoạn 2010 - 2015
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Những vấn đề chung về viễn thám và GIS
• 1.2. Đặc điểm và thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat
• 1.3. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong và ngoài nước.Trên thế giới
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu chung
• 2.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
• 2.4.2. Phương pháp phân loại ảnh
• 2.4.3. Phương pháp xây dựng bản đồ diện tích rừng
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ, XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Điều kiện tự nhiên
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.2. Tài nguyên thiên nhiên
• 3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 3.2.1. Dân cư lao động
• 3.2.2. Hệ thống tổ chức chính quyền
• 3.2.3. Tình hình kinh tế
• 3.2.4. Chính sách – Văn hoá xã hội
• 3.2.5. Công tác giáo dục đào tạo
• 3.2.6. Xây dựng nếp sống văn hoá
• 3.3. Vai trò của rừng
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Đặc điểm và tình hình quản lý rừng khu vực nghiên cứu
• 4.1.1. Đặc điểm rừng tại huyện Quan Hóa
• 4.1.2. Tình hình quản lý rừng huyện Quan Hóa, Thanh Hóa
• 4.2. Diễn biến diện tích rừng giai đoạn 2010 – 2015
• 4.2.1. Thành lập bản đồ hiện trạng rừng
• 4.3. Biến động rừng khu vực nghiên cứu giai đoạn 2010 – 2015
• 4.3.1. Cơ sở khoa học của đánh giá biến động diện tích rừng
• 4.3.2. Thành lập bản đồ biến động rừng
• 4.4. Nghiên cứu xác định nguyên nhân biến động diện tích rừng tại khu vực nghiên cứu và đề xuất giải pháp
• 4.4.1. Nguyên nhân biến động diện tích rừng tại khu vực nghiên cứu
• 4.4.2. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên rừng
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Cách ứng dụng viễn thám và GIS để giám sát tài nguyên rừng

Việc ứng dụng công nghệ hiện đại vào công tác quản lý tài nguyên là một xu thế tất yếu. Trong đó, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS nổi lên như những công cụ mạnh mẽ, cung cấp giải pháp tối ưu cho việc giám sát tài nguyên rừng. Công nghệ viễn thám, thông qua việc thu thập dữ liệu từ ảnh vệ tinh Landsat, cho phép quan sát Trái Đất từ xa, cung cấp thông tin bao quát và cập nhật liên tục về hiện trạng lớp phủ thực vật. Dữ liệu này, khi được kết hợp với GIS, tạo ra một hệ thống toàn diện để lưu trữ, truy vấn, phân tích và trình bày các dữ liệu không gian. Nghiên cứu tại huyện Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa giai đoạn 2010-2015 là một minh chứng điển hình cho hiệu quả của phương pháp này. Thay vì các phương pháp điều tra truyền thống tốn kém thời gian và nhân lực, việc ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động tài nguyên rừng giúp các nhà quản lý nhanh chóng xác định các khu vực có sự thay đổi, từ đó đưa ra các quyết định kịp thời. Các kỹ thuật như phân loại ảnh viễn thám và giải đoán ảnh viễn thám cho phép bóc tách các lớp thông tin khác nhau, từ đó xây dựng được bản đồ biến động rừng với độ chính xác cao. Sự tích hợp này không chỉ giúp đánh giá định lượng về diện tích rừng tăng hay giảm mà còn hỗ trợ phân tích không gian để tìm ra quy luật và nguyên nhân của những thay đổi đó, đặt nền móng cho việc quản lý tài nguyên thiên nhiên một cách bền vững và hiệu quả.

1.1. Vai trò của công nghệ viễn thám trong quản lý lớp phủ rừng

Công nghệ viễn thám đóng vai trò là "con mắt" quan sát từ trên cao, cung cấp nguồn dữ liệu khách quan và đa thời gian về bề mặt Trái Đất. Thông qua các bộ cảm quang học như Thematic Mapper (TM) và Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) trên vệ tinh Landsat, các nhà khoa học có thể ghi nhận năng lượng phản xạ từ các đối tượng khác nhau. Dữ liệu từ các kênh phổ khác nhau, đặc biệt là kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ, là cơ sở để tính toán các chỉ số quan trọng. Một trong những chỉ số phổ biến nhất là chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), giúp phân biệt rõ ràng giữa các khu vực có thực vật và không có thực vật. Điều này đặc biệt hữu ích trong việc theo dõi biến động lớp phủ rừng, xác định các khu vực rừng bị suy giảm hoặc tái sinh. Khả năng chụp ảnh lặp lại theo chu kỳ của vệ tinh cho phép thực hiện các nghiên cứu so sánh đa thời gian, một yếu tố cốt lõi để đánh giá chính xác sự thay đổi của tài nguyên rừng.

1.2. Sức mạnh của hệ thống thông tin địa lý GIS trong phân tích

Nếu viễn thám cung cấp dữ liệu đầu vào, thì hệ thống thông tin địa lý GIS là công cụ để biến những dữ liệu đó thành thông tin hữu ích. GIS cho phép quản lý, chồng xếp và phân tích nhiều lớp bản đồ khác nhau, ví dụ như bản đồ hiện trạng rừng, bản đồ địa hình, bản đồ giao thông, và bản đồ dân cư. Bằng cách thực hiện các phép toán trên bản đồ, như chồng ghép bản đồ hiện trạng rừng của hai thời điểm khác nhau (năm 2010 và 2015), GIS có thể tự động xác định và tính toán diện tích các khu vực có sự thay đổi: rừng chuyển thành đất khác (mất rừng) và đất khác chuyển thành rừng (tăng trưởng rừng). Chức năng phân tích không gian của GIS còn giúp tìm ra mối tương quan giữa sự mất rừng và các yếu tố như khoảng cách đến đường giao thông, khu dân cư, hoặc các dự án phát triển, từ đó làm rõ nguyên nhân gây ra biến động.

II. Thách thức trong quản lý giám sát biến động rừng Quan Hóa

Huyện Quan Hóa, Thanh Hóa là một trong những địa phương có tỷ lệ che phủ rừng cao, đạt trên 80%, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế xã hội Thanh Hóa. Tuy nhiên, tài nguyên rừng tại đây đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng. Áp lực từ các hoạt động dân sinh, kinh tế như khai thác lâm sản, làm nương rẫy, và đặc biệt là việc triển khai các dự án phát triển lớn như thủy điện đã và đang gây ra những biến động đáng kể về diện tích và chất lượng rừng. Tình trạng suy thoái rừng và mất rừng không chỉ ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, gây xói mòn đất, suy giảm nguồn nước, mà còn đe dọa đến công cuộc bảo tồn đa dạng sinh học Quan Hóa. Trước đây, công tác giám sát chủ yếu dựa vào các phương pháp thủ công, báo cáo thống kê trên giấy tờ. Phương pháp này bộc lộ nhiều hạn chế: tốn kém, mất thời gian, số liệu thiếu tính cập nhật và khó thể hiện trực quan sự thay đổi trên không gian. Việc thiếu một công cụ hiệu quả để theo dõi diễn biến rừng khiến cho công tác quản lý gặp nhiều khó khăn, không thể phát hiện sớm các điểm nóng về phá rừng và không có đủ cơ sở khoa học để xây dựng các chiến lược quản lý tài nguyên thiên nhiên bền vững. Chính vì vậy, việc ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động tài nguyên rừng trở thành một yêu cầu cấp thiết.

2.1. Hiện trạng suy thoái rừng và áp lực từ các hoạt động kinh tế

Tài nguyên rừng Quan Hóa, đặc biệt là các cánh rừng luồng, đang bị khai thác quá mức. Theo khảo sát, trữ lượng luồng chỉ cho phép khai thác khoảng 9,3 triệu cây/năm, nhưng thực tế người dân đã khai thác tới 15-20 triệu cây/năm. Thêm vào đó, việc giải phóng mặt bằng cho các dự án lớn, tiêu biểu là dự án thủy điện Trung Sơn, đã làm mất đi một diện tích rừng đáng kể. Các hoạt động canh tác nương rẫy truyền thống cũng góp phần làm thay đổi hiện trạng sử dụng đất, gây ra tình trạng mất rừng cục bộ. Những áp lực này không chỉ làm giảm diện tích che phủ mà còn làm suy giảm chất lượng rừng, ảnh hưởng đến cấu trúc và sự đa dạng của hệ sinh thái.

2.2. Hạn chế của phương pháp giám sát biến động rừng truyền thống

Trước khi công nghệ số phát triển, việc đánh giá biến động rừng chủ yếu dừng lại ở mức độ thô sơ, dựa vào số liệu thu thập qua sổ sách và so sánh các bản đồ giấy. Phương pháp này có độ trễ lớn, số liệu thường chỉ được tổng hợp theo năm và thiếu độ chính xác về vị trí không gian. Các nhà quản lý khó có thể xác định chính xác khu vực nào đang bị xâm hại, quy mô ra sao và diễn biến theo thời gian như thế nào. Việc xây dựng một bản đồ biến động rừng chi tiết là gần như không thể. Những hạn chế này làm giảm hiệu quả của công tác quản lý, khiến các biện pháp can thiệp thường chậm trễ và không giải quyết được gốc rễ của vấn đề.

III. Phương pháp phân loại ảnh viễn thám từ ảnh vệ tinh Landsat

Để thực hiện nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại Quan Hóa, phương pháp cốt lõi được áp dụng là phân loại ảnh viễn thám từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat. Nghiên cứu đã sử dụng ảnh Landsat 5 TM chụp ngày 10/10/2010 và ảnh Landsat 8 OLI chụp ngày 01/07/2015. Đây là nguồn dữ liệu tin cậy, có độ phân giải không gian 30m, phù hợp cho các nghiên cứu ở quy mô cấp huyện. Quy trình được tiến hành một cách bài bản, bắt đầu từ việc thu thập và tiền xử lý dữ liệu không gian. Các ảnh gốc được nắn chỉnh hình học, hiệu chỉnh khí quyển để loại bỏ sai số và nhiễu ảnh, đảm bảo sự đồng nhất giữa các ảnh đa thời gian. Bước tiếp theo và quan trọng nhất là phân loại lớp phủ. Nghiên cứu đã áp dụng thuật toán tính chỉ số thực vật NDVI, một công cụ hiệu quả để làm nổi bật lớp phủ thực vật. Dựa trên giá trị NDVI, các pixel ảnh được phân thành hai nhóm chính: rừng và các đối tượng khác (đất trống, sông suối, nương rẫy). Để tăng độ chính xác, phương pháp này được kết hợp với giải đoán ảnh viễn thám bằng mắt và đối chiếu với dữ liệu kiểm tra thực địa thu thập bằng GPS. Kết quả phân loại sau đó được đánh giá độ chính xác, với hệ số Kappa đạt trên 85%, cho thấy mức độ tin cậy cao của phương pháp.

3.1. Quy trình xử lý dữ liệu không gian từ ảnh Landsat 5 và 8

Quy trình xử lý ảnh bắt đầu bằng việc cắt ảnh theo ranh giới hành chính của khu vực nghiên cứu (3 xã Trung Sơn, Trung Thành, Thành Sơn). Sau đó, các bước tiền xử lý được thực hiện trên phần mềm chuyên dụng như ERDAS. Các công đoạn này bao gồm nắn chỉnh hình học để ảnh vệ tinh khớp với hệ tọa độ bản đồ quốc gia VN-2000, và hiệu chỉnh bức xạ để giảm thiểu ảnh hưởng của mây, sương mù và các yếu tố khí quyển khác. Việc xử lý dữ liệu không gian một cách cẩn thận là tiền đề quan trọng, đảm bảo rằng sự khác biệt ghi nhận được giữa hai ảnh năm 2010 và 2015 thực sự là do sự thay đổi của lớp phủ mặt đất, chứ không phải do sai số kỹ thuật.

3.2. Kỹ thuật tính chỉ số thực vật NDVI để phân loại lớp phủ rừng

Chỉ số NDVI được tính toán dựa trên công thức NDVI = (NIR - Red) / (NIR + Red), trong đó NIR là giá trị phản xạ ở kênh cận hồng ngoại và Red là giá trị ở kênh đỏ. Thực vật khỏe mạnh hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ và phản xạ mạnh ánh sáng cận hồng ngoại, do đó có giá trị NDVI cao (thường từ 0.3 đến 0.8). Ngược lại, đất trống, mặt nước có giá trị NDVI thấp hoặc âm. Bằng cách xác định một ngưỡng giá trị NDVI thích hợp, nghiên cứu đã tiến hành phân loại tự động, tách lớp rừng ra khỏi các loại hình sử dụng đất khác. Phương pháp này cho phép xử lý nhanh một vùng diện tích lớn và cung cấp kết quả ban đầu cho việc xây dựng bản đồ hiện trạng rừng.

IV. Kết quả nghiên cứu biến động lớp phủ rừng Quan Hóa 2010 2015

Kết quả ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại 3 xã Trung Sơn, Trung Thành, Thành Sơn của huyện Quan Hóa đã cung cấp một bức tranh chi tiết và định lượng về sự thay đổi trong giai đoạn 2010-2015. Phân tích từ ảnh vệ tinh Landsat cho thấy, tổng diện tích rừng vào năm 2010 là 18.273,78 ha. Đến năm 2015, con số này giảm xuống còn 17.676,99 ha. Như vậy, trong vòng 5 năm, khu vực nghiên cứu đã mất đi 596,79 ha rừng. Tuy nhiên, con số mất ròng này che giấu một sự biến động hai chiều phức tạp hơn. Cụ thể, kết quả chồng xếp bản đồ cho thấy có tới 2.590,56 ha rừng đã bị chuyển đổi sang các mục đích sử dụng đất khác. Đồng thời, cũng có 1.993,77 ha đất trống hoặc nương rẫy trước đây đã được phục hồi hoặc trồng mới thành rừng. Điều này cho thấy bên cạnh các hoạt động gây mất rừng, các nỗ lực tái sinh và trồng rừng cũng đã diễn ra. Bản đồ biến động rừng được thành lập đã chỉ ra rõ các khu vực thay đổi, tập trung chủ yếu tại xã Trung Sơn, nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp từ dự án thủy điện. Những kết quả này là bằng chứng khoa học xác thực, giúp cơ quan quản lý định vị các "điểm nóng" về suy thoái rừng và đánh giá hiệu quả của các chính sách bảo vệ và phát triển rừng tại địa phương.

4.1. Phân tích bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Quan Hóa 2010

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 được xây dựng từ kết quả phân loại ảnh Landsat 5. Kết quả cho thấy rừng phân bố dàn trải trên toàn khu vực nghiên cứu nhưng tập trung nhiều nhất ở hai xã Trung Thành và Thành Sơn. Tổng diện tích có rừng chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tổng diện tích tự nhiên của 3 xã. Các khu vực không phải rừng bao gồm mặt nước sông Mã, đất trống đồi núi trọc và các khu vực nương rẫy của người dân. Bản đồ này không chỉ cung cấp số liệu diện tích mà còn là một tài liệu tham chiếu quan trọng, làm cơ sở để so sánh và phát hiện những thay đổi trong 5 năm tiếp theo.

4.2. Xây dựng bản đồ biến động rừng và xác định các điểm nóng

Bằng cách sử dụng công cụ phân tích không gian trong GIS để chồng ghép bản đồ hiện trạng năm 2010 và 2015, một bản đồ biến động rừng chi tiết đã được tạo ra. Bản đồ này phân loại bề mặt thành 4 trạng thái: (1) Rừng không thay đổi, (2) Rừng bị mất đi, (3) Rừng tăng lên (tái sinh hoặc trồng mới), và (4) Đất không có rừng. Các khu vực rừng bị mất đi được xác định là những điểm nóng cần ưu tiên trong công tác quản lý và giám sát. Việc trực quan hóa các khu vực biến động trên bản đồ giúp các nhà hoạch định chính sách dễ dàng nhận diện vấn đề và triển khai các giải pháp một cách có mục tiêu, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên thiên nhiên.

V. Nguyên nhân mất rừng và giải pháp quản lý tài nguyên bền vững

Việc xác định nguyên nhân gây ra biến động tài nguyên rừng là bước quan trọng để đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả. Dựa trên kết quả phân tích không gian và đối chiếu với thông tin thực địa, nghiên cứu đã chỉ ra các yếu tố chính dẫn đến tình trạng mất rừng tại Quan Hóa. Nguyên nhân hàng đầu là việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất để phục vụ các dự án phát triển, nổi bật nhất là dự án thủy điện Trung Sơn đã yêu cầu một diện tích giải phóng mặt bằng lớn. Bên cạnh đó, hoạt động khai thác lâm sản quá mức, đặc biệt là khai thác luồng, tre, nứa và gỗ trái phép, đã làm suy giảm cả về diện tích và chất lượng, dẫn đến suy thoái rừng. Hoạt động canh tác nương rẫy của người dân địa phương cũng là một yếu tố góp phần vào sự biến động này. Để giải quyết những thách thức trên, cần có một hệ thống giải pháp đồng bộ. Các giải pháp này không chỉ tập trung vào việc ngăn chặn phá rừng mà còn phải hướng tới quản lý tài nguyên thiên nhiên bền vững, hài hòa giữa bảo tồn đa dạng sinh học Quan Hóa và phát triển kinh tế xã hội Thanh Hóa. Việc áp dụng công nghệ viễn thám và GIS cần được duy trì để giám sát tài nguyên rừng một cách thường xuyên, cung cấp cảnh báo sớm về các điểm nóng phá rừng.

5.1. Xác định các yếu tố chính gây suy thoái và mất rừng tại địa phương

Nghiên cứu chỉ rõ hai nhóm nguyên nhân chính. Thứ nhất là các hoạt động có chủ đích của con người, bao gồm việc chuyển đổi đất rừng sang xây dựng cơ sở hạ tầng (thủy điện, đường giao thông), canh tác nông nghiệp và khai thác lâm sản. Đây là nguyên nhân trực tiếp làm giảm diện tích rừng. Thứ hai là các yếu tố gián tiếp như sức ép dân số, đời sống kinh tế khó khăn của người dân vùng đệm, và nhận thức về bảo vệ rừng còn hạn chế. Các tác nhân này tạo ra áp lực liên tục lên tài nguyên rừng, khiến cho công tác bảo vệ gặp nhiều khó khăn.

5.2. Đề xuất giải pháp tăng trưởng độ che phủ rừng và bảo tồn đa dạng

Để nâng cao hiệu quả quản lý, một số giải pháp được đề xuất. Về kỹ thuật, cần quy hoạch lại việc sử dụng đất, khoanh vùng bảo vệ nghiêm ngặt các diện tích rừng phòng hộ, rừng đặc dụng. Đối với các diện tích đất trống, cần xúc tiến các biện pháp tái sinh tự nhiên và trồng bổ sung các loài cây bản địa để thúc đẩy tăng trưởng độ che phủ rừng. Về chính sách, cần có cơ chế chia sẻ lợi ích công bằng từ tài nguyên rừng cho cộng đồng địa phương, phát triển các mô hình kinh tế thay thế như du lịch sinh thái để giảm sự phụ thuộc vào khai thác lâm sản. Quan trọng hơn cả là công tác tuyên truyền, nâng cao nhận thức để người dân trở thành chủ thể tích cực trong việc bảo vệ và phát triển rừng, đảm bảo mục tiêu bảo tồn đa dạng sinh học Quan Hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Rừng cung cấp cho chúng ta nhiều sản vật quí hiếm. Nhiều loại cây cỏ của rừng còn là những vị thuốc đem lại sức khỏe và sự sống cho con ngƣời. Rừng còn giữ vai trò điều hòa khí hậu, bảo vệ sự sống. Rừng cây xanh bạt ngàn là lá phổi khổng lồ thanh lọc không khí, cung cấp nguồn dƣỡng khí duy trì sự sống cho con ngƣời.

Có loại rừng chắn gió, chắn cát ven biển. Có loại rừng ngăn nƣớc lũ trên núi. Rừng giúp con ngƣời hạn chế thiên tai. Rừng ngập mặn là bức tƣờng thành ngăn chặn bão gió, sóng thần, lũ lụt.

Đặc biệt, rừng là khu bảo tồn thiên nhiên vô giá với hàng ngàn loài chim, loài thú quý giá, là nguồn đề tài nghiên cứu vô tận cho các nhà sinh vật học. Bên cạnh những lợi ích thu đƣợc từ việc khai thác, sử dụng nguồn lợi từ rừng, các hoạt động của con ngƣời đã gây ra rất nhiều tác động đối với tài nguyên và môi trƣờng. Hiện nay, chúng ta đang phải đƣơng đầu với những vấn đề về sự suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trƣờng. Sự phát triển kinh tế gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng phục vụ phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết đƣợc các nhà quản lý đặt ra.

Để làm tốt công việc này, công tác điều tra, theo dõi và phân tích biến động diện tích rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu. Hàng năm, các nhà quản lý đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động diện tích rừng. Tuy nhiên, trƣớc đây khi công nghệ thông tin chƣa đƣợc phổ cập rộng thì việc đánh giá biến động mới chỉ dừng lại ở mức độ thô sơ dựa vào các số liệu thu thập đƣợc qua sổ sách và bản đồ giấy, so sánh sự thay đổi bằng phƣơng pháp lấy số liệu từ năm trƣớc trừ số liệu của năm sau với các diện tích thay đổi để tìm xem diện tích đó thay đổi theo chiều hƣớng tăng hay theo chiều hƣớng giảm từ đó lập bản đồ chuyển đổi rừng. Đây là phƣơng pháp rất tốn kém, mất thời gian, tốn nhiều công sức, và chƣa thể hiện đƣợc các thông tin cần thiết của dữ liệu.

Phƣơng pháp đánh giá đã lỗi thời không còn phù hợp nữa vì vậy phải thay thế bằng các phƣơng pháp đánh giá mới đáp ứng đƣợc 1 yêu cầu trên và phải đảm bảo kịp thời theo dõi sự thay đổi của đất rừng. Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học hiện đại GIS (Geographic Information Systems) ra đời đánh dấu một bƣớc ngoặt mới trong lịch sử loài ngƣời. Hệ thống này có những chức năng cơ bản đó là thu thập và quản lý thông tin theo ý muốn, đặc biệt là có khả năng chuẩn hoá và biểu thị dữ liệu không gian từ thế giới thực phục vụ cho các mục đích khác nhau trong đời sống. GIS có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, thể hiện dữ liệu địa lý phục vụ các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý của các đối tƣợng trên bề mặt trái đất, là công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng.

Xuất phát từ những lý do trên, đề tài: “Ứng dụng viễn thám và Gis nghiên cứu biến động tài nguyên rừng tại huyện Quan Hóa – Thanh Hóa giai đoạn 2010 – 2015 ” đã đƣợc thực hiện. 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Những vấn đề chung về viễn thám và GIS 1. Viễn thám (Remote sensing): là một ngành khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tƣợng, một khu vực hoặc một hiện tƣợng thông qua việc phân tích tài liệu thu nhận đƣợc bằng các phƣơng tiện.

Những phƣơng tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tƣợng, khu vực hoặc với hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu [1]. Về bản chất viễn thám là công nghệ nhằm xác định và nhận biết các đối tƣợng hoặc các điều kiện môi trƣờng thông qua các đặc trƣng riêng về phản xạ hoặc bức xạ điện từ. Tuy nhiên những năng lƣợng nhƣ từ trƣờng, trọng trƣờng cũng có thể đƣợc sử dụng. Viễn thám nghiên cứu đối tƣợng bằng giải đoán và tách lọc thông tin giải đoán tƣ liệu ảnh hàng không hoặc ảnh vệ tinh dạng số.

Các dữ liệu dƣới dạng ảnh chụp và ảnh số đƣợc thu nhận dựa trên việc ghi nhận năng lƣợng bức xạ và sóng phản hồi phát ra từ vật thể khi khảo sát. Năng lƣợng phổ dƣới dạng sóng điện từ, nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán đối tƣợng một cách chính xác hơn. Giải đoán ảnh viễn thám là quá trình tách chiết thông tin định tính cũng nhƣ định lƣợng từ ảnh nhƣ hình dạng, vị trí, cấu trúc, đặc điểm, chất lƣợng, điều kiện. Mối quan hệ tƣơng hỗ giữa các đối tƣợng dựa trên tri thức chuyên ngành hoặc kinh nghiệm của ngƣời giải đoán ảnh.

Việc tách thông tin trong viễn thám có thể chia thành 5 loại, cụ thể: 3 + Phân loại đa phổ: là quá trình tách, gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian cho bởi ảnh của đối tƣợng 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 lƣợng vật lý: chiết tách các thông tin tự nhiên nhƣ đo nhiệt độ, trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trƣng 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 đối tƣợng đặc biệt: là xác định các đặc tính hoặc các hiện tƣợng đặc biệt nhƣ thiên tai, cháy rừng, các dấu hiệu phục vụ tìm kiếm khảo cổ… GIS (Geographic Information System) hay hệ thống địa lý đƣợc hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống.

+ Khái niệm “địa lý” liên quan đến các đặc trƣng 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 đƣợc quản lý bởi GIS.

Đó là các dữ liệu về thuộc tính và không gian của đối tƣợng. + Khái niệm “hệ thống” là hệ thống GIS đƣợc xây dựng từ các môđun. Việc tạo các môđun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất. Dữ liệu viễn thám là nguồn cung cấp cơ sở dữ liệu cho GIS trên cơ sở các lớp thông tin đề tài 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 viễn thám và GIS sẽ trở 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. Việc kết hợp giữa kỹ thuật viễn thám và GIS trong phân loại lớp phủ và đánh giá biến động sẽ mang lại hiệu quả cao, cụ thể nhƣ sau: + Giảm hoặc loại bỏ các hoạt động thừa từ đó tiết kiệm đƣợc thời gian, công sức và tiền của. 4 + Kết quả chuẩn hóa số liệu tốt hơn, với giá thành thấp hơn, lập kế hoạch hiệu quả hơn. + Nhanh chóng thu thập đƣợc nhiều thông tin và phân tích chúng, lập báo cáo cho mọi nhu cầu của công tác quản lý.

+ Tạo cầu nối giữa các công cụ và công nghệ nhằm cải tiến sản xuất. + Tạo khả năng lƣu trữ và xử lý số liệu, cải tiến, truyền thông tin. + Tạo ra một loại dịch vụ mới là cung cấp thông tin. + Truy xuất những thay đổi về diện tích, trạng thái rừng và cà phê trong những thời điểm cụ thể.

ERDAS là tên của một hãng sản xuất phần mềm của Mỹ, đƣợc sử dụng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là ở những nƣớc có sự đầu tƣ cho khoa học Viễn thám – GIS. ERDAS là phần mềm mạnh cả về chức năng xử lý ảnh và GIS. Với những lợi ích to lớn nhƣ vậy, cũng nhƣ các ngành khác, ngành lâm nghiệp cần phải phát triển hơn nữa trong việc ứng dụng viễn thám và GIS trong công tác điều tra theo dõi, đánh giá diễn biến rừng để quản lý, phát triển rừng bền vững. Đặc điểm và thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat.

Landsat là ảnh vệ tinh tài nguyên của Mỹ do cơ quan hàng không và vũ trụ (National Aeronautics and Space Administration – NASA) quản lý. Phần lớn các vệ tinh trên Trái đất đƣợc sử dụng nhằm mục đích giám sát bề mặt đất, chúng không đƣợc thiết kế tối ƣu cho mục đích lập bản đồ chi tiết bề mặt trái đất. Vệ tinh đầu tiên đƣợc thiết kế để giám sát bề mặt Trái đất, vệ tinh Landsat-1, đƣợc phóng bởi NASA vào năm 1972. Ban đầu đƣợc gọi là ERTS-1 (Earth Resource Technology Satellite – Kỹ thuật viễn thám thăm dò Trái Đất), Landsat đƣợc thiết kế nhƣ một thử nghiệm để kiểm tra tính khả thi của việc thu thập dữ liệu quan trắc Trái đất đa quang phổ.

Kể từ đó, chƣơng trình đã thu thập đƣợc dữ liệu phong phú từ khắp nơi trên thế giới từ một số vệ tinh Landsat. 5 Tiếp theo đó các thế hệ vệ tinh Landsat 2- 1975, 1978 - Landsat 3. Hai loại ảnh Landsat này chỉ đƣợc trang bị MSS (Multispectral Scanner System - Hệ thống bộ cảm đa phổ: là bộ cảm quang học đƣợc thiết kế để thu nhận bức xạ phổ từ ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất theo 4 kênh phổ khác nhau, đƣợc tích hợp bởi hệ thống quang học và bộ cảm). Landsat 4 đƣợc phóng vào quỹ đạo năm 1982 và Landsat 5 vào năm 1984, cả hai vệ tinh này đƣợc trang bị thêm bộ cảm TM (Thematic Mapper), dùng để quan sát Trái đất theo 7 kênh phổ có phạm vi từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại.

Landsat 6 và 7 đƣợc phóng vào năm 1993 và 1999 với bộ cảm cải tiến mới ETM (Enhanced TM). Vệ tinh Landsat 8 đƣợc phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 12/02/2013, với nhiệm vụ theo dõi diễn biến rừng và các hệ sinh thái trên Trái đất. Thiết Bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt trái đất, có độ phân giải là 30m đối với ảnh đa phổ TM và 15m đối với ảnh toàn sắc. Các thông số đặc trƣng của bộ cảm Enhanced TM+ Phổ màu Kênh Bƣớc sóng Độ phân giải (µm) (m) Lam – Blue 1 0.69 30 Cận hồng ngoại - Near IR 4 0.90 30 Hồng ngoại sóng ngắn -SWIR 5 1.