CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG QUẢN LÝ CÂY CÔNG NGHIỆP LÂU NĂM Nhu cầu thông tin để phục vụ quản lý cây công nghiệp lâu năm (CCNLN) ngày càng tăng và đòi hỏi các thông tin nhiều chiều cả thông tin theo thời gian và không gian. Vì vậy, trong chương này xác định được vai trò của viễn thám và GIS làm được gì trong quản lý CCNLN là rất cần thiết. Khi quản lý CCNLN, mối quan hệ giữa các hiện tượng mang tính nguyên nhân như sự chuyển đổi đất rừng, sử mở rộng diện tích CCNLN để phát triển kinh tế xã hội cần được chú trọng phân tích chi tiết hơn.
Tổng quan các công trình nghiên cứu về ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong quản lý cây công nghiệp lâu năm 1. Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong phân tích lớp phủ thực vật và cây công nghiệp lâu năm trên thế giới 1. Tổng quan các nghiên cứu về ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong phân tích lớp phủ thực vật trên thế giới Hiện nay, với gần 50 năm phát triển, viễn thám đã trở thành một công cụ hiện đại, vừa mang tính phụ trợ, vừa mang tính cạnh tranh với sự ra đời ngày càng nhiều các vệ tinh quan sát Trái đất và dữ liệu viễn thám thu được có độ phân giải không gian ngày càng cao. Vì thế, dữ liệu viễn thám đang dần có xu hướng trở thành dữ liệu hàng đầu trong các nghiên cứu về quản lý tài nguyên thiên nhiên.
Trên thế giới, có rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến lập bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật đã sử dụng dữ liệu với nhiều loại tư liệu ảnh quang học khác nhau. 1 dưới đây cho thấy khả năng ứng dụng trong lập bản đổ lớp phủ thực vật của một số loại ảnh viễn thám quang học phổ biến trên thế giới hiện nay. 1 Đặc trưng một số nguồn ảnh vệ tinh quang học ứng dụng trong lập bản đồ lớp phủ thực vật [128] Vệ tinh Đặc trưng ảnh Khả năng ứng dụng trong lập bản đồ lớp phủ thực vật Landsat TM Độ phân giải trung bình với dữ Lập bản đồ cấp vùng, thường liệu đa phổ (120m với kênh nhiệt được sử dụng lập bản đồ thực 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com và 30m với kênh đa phổ, độ rộng vật cấp địa phương cảnh 185x185km. Độ phân giải thời gian là 16 ngày Landsat Độ phân giải trung bình với dữ Lập bản đồ cấp vùng, thường ETM+; liệu đa phổ (15m kênh toàn sắc, được sử dụng lập bản đồ thực Landsat 7; 60m với kênh nhiệt và 30m với vật cấp địa phương hoặc có khả Landsat 8 kênh đa phổ, độ rộng cảnh năng phân biệt được một số 185x185km.
Độ phân giải thời loài ưu thế gian là 16 ngày SPOT Độ phân giải không gian từ 20 Lập bản đồ cấp vùng, địa đến 1. SPOT 1, 2, 3, 4, 5, 6 và phương hoặc cấp độ loài hoặc 7 phóng vào các năm 1986, 1990, với cấp độ toàn cầu hay quốc 1993, 1998, 2002, 2012 và 2014 gia khi lập bản đồ các loài lớp theo thứ tự. Hiện nay chỉ còn phủ khác nhau: đô thị, các kiểu SPOT 6, 7 vẫn còn hoạt động thực phủ, mặt nước… MODIS Độ phân giải thấp từ 250 đến Lập bản đồ cấp vùng, quốc gia, 1000m, dữ liệu đa phổ. Độ phân lục địa hay toàn cầu với một số giải thời gian 1-2 ngày, dải quét lớp phủ: đô thị, thực vật, mặt rộng 2330km nước AVHRR Độ phân giải 1km, dữ liệu đa phổ, Lập bản đồ cấp vùng, quốc gia, kích thước trung bình một cảnh lục địa hay toàn cầu với một số ảnh là 2400x6400km lớp phủ: đô thị, thực vật, mặt nước IKONOS Độ phân giải không gian cao 1m Lập bản đồ cấp vùng, địa với kênh toàn sắc và 4m với kênh phương tới loài, có thể sử dụng đa phổ, chụp lặp từ 3-5 ngày tùy để kiểm chứng các kết quả thuộc vào vĩ độ.
Kích thước cảnh phân loại khác 11x11km QuickBird Độ phân giải không gian cao 2.4- Lập bản đồ cấp vùng, địa 0.6m với kênh toàn sắc và kênh đa phương tới loài, có thể sử dụng phổ, chụp lặp từ 1-3.5 ngày tùy để kiểm chứng các kết quả thuộc vào vĩ độ. Kích thước cảnh phân loại khác 16.5km ASTER Độ phân giải trung bình 15-90m Lập bản đồ cấp vùng tới quốc với 14 kênh phổ. gia hoặc địa phương ở cấp độ loài, quần thể Hyperion Ảnh siêu phổ với 220 kênh từ Lập bản đồ cấp vùng hoặc địa khoảng nhìn thấy đến hồng ngoại phương ở cấp độ loài hoặc sóng ngắn. Độ phân giải là 30m.
quần thể Dữ liệu có từ 2003 Sentinel-2 Độ phân giải 4 kênh 10m, 6 kênh Lập bản đồ cấp vùng tới quốc 20m còn lại là 3 kênh 60m, dải gia hoặc châu lục hay toàn cầu quét rộng tới 290km, vệ tinh được ở mức có thể tới loài phóng năm 2015 Nhu cầu nghiên cứu những thông tin chi tiết về lớp phủ thực vật ngày càng tăng trong các hướng nghiên cứu như quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Một trong những ưu thế rõ rệt nhất của các nghiên cứu sử dụng dữ liệu viễn thám trong thành lập bản đồ lớp phủ nói riêng và các loại bản đồ chuyên đề khác nói chung là khả năng cung cấp các thông tin thực phủ cần thiết ở những khu vực khó có thể tiếp cận được bằng phương pháp mặt đất [123, 126]. Ngoài khả năng cung cấp thông tin, phương pháp viễn thám còn đem lại ưu thế về giá thành của việc thành lập bản đồ [123]. 2 cho thấy các ưu và nhược điểm của các kỹ thuật lập bản đồ lớp phủ sử dụng các nguồn ảnh viễn thám khác nhau.
2 Điểm mạnh, yếu của các kỹ thuật thành lập bản đồ thực vật từ các nguồn dữ liệu khác nhau [126] Quan sát Ảnh hàng Viễn thám số Viễn thám số thực địa không máy bay vệ tinh Giới hạn phân <1m <1m-10m <1m-20m <1m-1km giải Độ rộng có thể Phụ thuộc km x 102 km x 102 Toàn cầu của vùng vẽ vào khả năng bản đồ nguồn lực Kiểu bản đồ Hiện trạng Hiện trạng lớp Hiện trạng lớp Hiện trạng lớp thành lập lớp phủ phủ, giải đoán phủ phủ Hiện trạng hiện trạng sử sử dụng đất dụng đất Khả năng tách Từng cá thể Kiểu cấu trúc Kiểu cấu trúc Các lớp hiện biệt Từng loài thực vật thực vật trạng lớp phủ Tần suất lặp lại Phụ thuộc Phụ thuộc vào Phụ thuộc vào Hàng ngày tới thông tin vào khả năng nguồn lực và nguồn lực và 20 ngày, phụ nguồn lực thời tiết thời tiết thuộc thời tiết Phương pháp Quan sát Giải đoán mắt Xử lý ảnh tự Xử lý ảnh tự giải đoán thường động hoặc giải động hoặc giải đoán ảnh đoán ảnh Đầu tư (ban Thấp Trung bình Cao Cao đầu) Giá trên đơn vị Cao Trung bình Trung bình Thấp diện tích Một trong những khó khăn đầu tiên trong quá trình xử lý ảnh viễn thám phải kể đến là sự ảnh hưởng của bóng địa hình. Việc loại bỏ các ảnh hưởng này đòi hỏi phải có các mô hình về sự chiếu sáng của mặt trời lên địa hình đó trong quá trình thu ảnh [101]. Hạn chế tiếp theo của dữ liệu viễn thám quang học là sự ảnh hưởng của mây và sương mù. Mây và sương mù làm ảnh hưởng đến việc thu nhận thông tin liên quan đến lớp phủ bề mặt đất, đôi khi làm mất hẳn thông tin về lớp phủ phía dưới những đám mây dày.
Do đó, việc kết hợp ảnh đa thời gian trong thời điểm thu 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhận ảnh gần nhau nhất có thể giúp chúng ta bổ sung ảnh vào các vùng bị mây che phủ. Hiện nay, các nghiên cứu ứng dụng viễn thám ngày càng đòi hỏi các thông tin ở mức độ chi tiết cao hơn nhiều so với các thông tin mà viễn thám có thể cung cấp. Vì thế, việc kết hợp giữa thông tin phổ từ ảnh viễn thám với thông tin mặt đất và các dữ liệu tham khảo khác (ancillary data) đang trở thành một xu hướng lớn [126]. Nghiên cứu biến động lớp phủ sử dụng ảnh vệ tinh: Biến động lớp phủ trong các nghiên cứu ứng dụng viễn thám thường đề cập đến hai loại biến động (i) biến động từ lớp này sang lớp khác và (ii) biến động nội tại của từng lớp (ví dụ như suy giảm chất lượng rừng) [80, 88], và các nghiên cứu thường tập trung phân tích sự biến động từ lớp này sang lớp khác [81, 96, 109].
Sự biến động nội tại của từng lớp thì viễn thám quang học cũng có thể nhận biết được [51]. Trong các phương pháp đánh giá biến động lớp phủ thực vật đều có những nguồn sai số nhất định. Để phân tích kỹ hơn về nguồn gốc các sai số có thể trong quá trình sử dụng ảnh vệ tinh để đánh giá biến động lớp phủ thực vật, nhóm nghiên cứu của Biging nhận thấy các quá trình, từ thu ảnh tới xử lý, phân tích và chuyển đổi dữ liệu. đều có những nguồn sai số khác nhau [51].
Đánh giá biến động sau phân loại là phép chồng ghép so sánh kết quả phân loại độc lập các ảnh. Phương pháp này có ưu thế là có thể sử dụng các loại ảnh vệ tinh khác nhau (khác đầu thu), chụp vào các mùa khác nhau trong năm. Nhược điểm chính của phương pháp này là sự phụ thuộc vào độ chính xác của từng phép phân loại đơn lẻ [66]. Việc so sánh này có thể được tiến hành theo từng pixel hoặc trên toàn bộ một cảnh ảnh.
Các công cụ để tính toán sự khác biệt phổ bao gồm phép trừ ảnh và tạo ảnh tỷ số (phép chia). Trong trường hợp tính toán sự biến đổi, các phương pháp đồng nhất hoá (equalization), phân tích thành phần chính thường được áp dụng [66]. Quá trình xác định mức độ khác biệt như thế nào được coi là biến động là rất quan trọng. Sự phân ngưỡng thay đổi này có thể được dựa vào hàm phân bố, với ngưỡng thay đổi được chọn là lớn hơn hay nhỏ hơn một khoảng độ lệch chuẩn [66].
Phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) là một trong những công cụ hữu hiệu để đánh giá biến động lớp phủ thực vật và đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Phương 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.