Báo cáo tóm tắt đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viền thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc đánh giá và quản lý hiện trạng tài nguyên rừng thuộc vùng phòng hộ sông Đà

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ

Qua tổng kết công tác ngành lâm nghiệp 20 năm qua đã cho thấy một trong những khó khăn tồn tại trong giai đoạn hiện nay của ngành Lâm nghiệp là chưa qui hoạch được lâm phận Quốc gia ổn định, phân chia 3 loại rừng chưa rõ ràng và qui chế quản lý chưa phù hợp với từng loại (Phạm Văn Mạch, Triệu Văn Hùng, 2005). Bên cạnh đó công tác ứng dụng viễn thám và GIS còn thiếu những nghiên cứu cơ bản, thiếu cơ sở khoa học. Do vậy công tác quản lý tài nguyên rừng theo hướng bền vững, sử dụng các công cụ, phương pháp hiện đại như viễn thám, GIS với độ chính xác cao là điều hết sức cần thiết cho giai đoạn hiện nay và tương lai. Góp phần phục hồi và phát triển vốn rừng, đem lại ổn định và nâng cao mức sống cho đồng bào các dân tộc vùng phòng hộ sông Đà.

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Đề tài đã trình bày tình hình ứng dụng công nghệ GIS trong các lĩnh vực, đặc biệt là việc sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ phân loại hiện trạng và đánh giá biến động lớp phủ thực vật.

2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước: Ứng dụng công nghệ viễn thám trong lâm nghiệp Việt Nam được bắt đầu từ những năm 1970 tại Viện Điều tra Quy hoạch rừng, tuy nhiên việc áp dụng công nghệ viễn thám tiên tiến với ảnh vệ tinh và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc đánh giá hiện trạng tài nguyên rừng và đất lâm nghiệp mới chỉ được áp dụng trong vài năm gần đây (FIPI, 2005). một vài công trình được biết đến như:

Hoàng Sỹ Động và cộng sự (2005) đã ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong phân cấp đầu nguồn hạ lưu sông Mê – Kông

Lại Huy Phương và cộng sự (2005) cũng đã áp dụng GIS trong thiết kế hệ thống cơ sở dữ liệu theo dõi diễn biến tài nguyên rừng và đất lâm nghiệp tại một số tỉnh như Thanh Hóa, Quảng Ninh, Lạng Sơn…

Chu Thị Bình và cộng sự (2005) đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat MSS và Landsat TM cùng với các số liệu thu thập dưới mặt đất để tiến hành đánh giá lớp phủ thực vật tại Lương Sơn – Hòa Bình giai đoạn 1984 – 1992 – 2001

Tổ chức Hỗ trợ kỹ thuật Lâm nghiệp Nhật Bản (JAFTA, 1998), đã thực hiện Dự án phát triển công nghệ thông tin cho quản lý rừng nhiệt đới tại Myanmar và Việt Nam

Có thể nhận thấy nghiên cứu ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong việc đánh giá và quản lý tài nguyên rừng ở Việt Nam mới chỉ ở những bước đi đầu tiên, chưa có những nghiên cứu cơ bản và cơ sở khoa học để triển khai trên diện rộng, phục vụ tích cực hơn nữa công tác quản lý bền vững tài nguyên rừng hiện nay và tương lai ở nước ta

CHƯƠNG III: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Mục tiêu

3.1.1. Mục tiêu lâu dài:

Ứng dụng các tiến bộ của công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý tài nguyên rừng với độ chính xác tin cậy, phạm vi rộng và tiết kiệm nhân lực, chi phí. Đưa những công nghệ tiên tiến này trở thành một phần không thể thiếu trong quản lý tài nguyên rừng cho các cơ quan liên quan ở Việt Nam.

3.1.2. Mục tiêu trước mắt:

1) Tìm được các giải pháp thích hợp nhằm nâng cao độ chính xác cho việc giải đoán ảnh vệ tinh.

2) Xác định được các kiểu hiện trạng lớp phủ thực vật vùng phòng hộ sông Đà bằng ảnh vệ tinh và GIS.

3) Xây dựng mô hình ứng dụng GIS để theo dõi và quản lý tài nguyên rừng từ các số liệu đầu vào thu thập được từ ảnh vệ tinh kết hợp với số liệu điều tra thực địa. Kịp thời phát hiện những biến động trong hiện trạng tài nguyên rừng, làm cơ sở nhằm giúp cho các cấp chính quyền địa phương nắm được số liệu hiện trạng tài nguyên rừng một cách nhanh chóng, chủ động xây dựng phương án quản lý bền vững tài nguyên rừng vùng phòng hộ sông Đà.

3.2. Nội dung, quy mô và đối tượng điều tra

3.2.1. Nội dung nghiên cứu

1) Nghiên cứu tổng quan về các tiến bộ KHKT và các phương pháp liên quan đến sử dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS để đánh giá và quản lý bền vững tài nguyên rừng.

2) Nghiên cứu xây dựng hệ thống khóa giải đoán logic cho một số kiểu hiện trạng rừng điển hình thuộc vùng phòng hộ sông Đà (Rừng tự nhiên lá rộng thường xanh, rừng hỗn giao tre nứa, rừng trên núi đá vôi, rừng trồng, trảng cỏ cây bụi, đất nương rẫy, đất nông nghiệp, đất khác) bằng số liệu thu thập được từ ảnh vệ tinh và các nguồn số liệu khác.

3) Nghiên cứu áp dụng các tiến bộ KHCN và hệ thống khóa giải đoán để phân loại hiện trạng lớp phủ thực vật vùng phòng hộ sông Đà với độ chính xác cao ( dự kiến phân loại cho năm 2002 hoặc 2005, 2007). Các loại hiện trạng sẽ được phân loại bao gồm các loại hình thực vật điển hình trong hệ khoá giải đoán.

4) Nghiên cứu xây dựng mô hình ứng dụng GIS để quản lý tài nguyên rừng từ các số liệu đầu vào thu thập được từ ảnh vệ tinh kết hợp với số liệu điều tra thực địa, làm cơ sở cho quản lý bền vững tài nguyên rừng vùng phòng hộ sông Đà.

3.2.2. Quy mô và đối tượng điều tra

3.2.2.1. Phạm vi điều tra

Phạm vi điều tra khảo sát ban đầu của đề tài thực hiện tại các tỉnh thuộc lưu vực vùng phòng hộ sông Đà gồm 6 tỉnh: Hòa Bình, Sơn La, Điện Biên, Lai Châu, Lào Cai và Yên Bái. Nhưng sau quá trình điều tra khảo sát thực tế phạm vi điều tra được rút gọn lại tại 3 điểm nghiên cứu là: Xã Bình Thanh và Thung Nai, huyện Cao Phong, tỉnh Hòa Bình, xã Chiềng Bôm và Cò Mạ, huyện Thuận Châu, tỉnh Sơn La và Mường Phăng huyện Điện Biên, xã Pú Nhi, huyện Điện Biên Đông, tỉnh Điện Biên.

3.2.2.2. Đối tượng điều tra

Đối tượng điều tra là 8 loại hình lớp phủ theo bảng khóa giải đoán ảnh lôgic gồm:

+ Rừng tự nhiên lá rộng thường xanh (RTN)

+ Rừng hỗn giao tre nứa (HGTN)

+ Rừng trên núi đá (RĐV)

+ Rừng trồng (RT)

+ Trảng cỏ cây bụi (TCCB)

+ Đất nương rẫy (ĐNR)

+ Đất nông nghiệp (ĐNN)

+ Đất khác: Dân cư và mặt nước (DC) & (MN)

3.3. Phương pháp nghiên cứu

3.3.1. Xử lý tự động hoá viễn thám trong phân loại hiện trạng và lập các bản đồ rừng

3.3.2. Các thuật toán và phương pháp ứng dụng trong phân loại tự động

3.3.3. Các phương pháp tự động hóa viễn thám và GIS nghiên cứu biến động rừng

CHƯƠNG IV: VỊ TRÍ ĐỊA LÝ, ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ – XÃ HỘI VÙNG PHÒNG HỘ SÔNG ĐÀ

4.1. Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên vùng phòng hộ sông Đà

4.1.1. Vị trí địa lý

4.1.2. Khí hậu, thuỷ văn

4.1.3. Đất đai thổ nhưỡng

4.1.4. Thảm thực vật

4.2. Các đặc điểm Kinh tế – Xã hội

4.2.1. Dân số, dân tộc

4.2.2. Tình hình Kinh tế – Xã hội

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

5.1. Tổng quan về các tiến bộ KHKT và các phương pháp liên quan đến sử dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS để đánh giá và quản lý bền vững tài nguyên rừng

5.1.1. Giới thiệu chung

5.1.2. Ứng dụng viễn thám và GIS trong ngành lâm nghiệp ở trên thế giới:

Ảnh máy bay đã được sử dụng từ những năm 1950 trong việc nghiên cứu quản lý tài nguyên rừng và theo số liệu thống kê 40% thông tin khai thác được là phục vụ cho ngành lâm nghiệp ở trên toàn thế giới.

Từ năm 1972, khi vệ tinh Landsat được phóng lên quỹ đạo, ảnh số được thu theo quy trình tự động ổn định. Nhiều trạm thu ảnh vệ tinh được xây dựng ở nhiều nơi trên thế giới và ảnh vệ tinh của bất kỳ một nơi nào cũng được thu ở nhiều trạm mặt đất, phân bố đều trên thế giới mở giai đoạn mới được gọi là giai đoạn “bầu trời mở”. Tiếp sau đó là các vệ tinh của SPOT, IRS (ấn Độ), JERS (Nhật) và đến nay là các vệ tinh có độ phân giải siêu cao, đa giải phổ đã mở ra nhiều ứng dụng mới một cách hoàn chỉnh.

5.1.3. Tình hình ứng dụng phương pháp viễn thám trong Lâm nghiệp Việt Nam

– Viễn thám được áp dụng đầu tiên ở Viện Điều tra quy hoạch rừng với tư liệu ảnh máy bay. Hệ thống mẫu giải đoán đơn giản được xây dựng cho từng loại rừng theo kiểu chụp ảnh, kiểu tán lá,… Các bản đồ về tài nguyên rừng, sinh khối rừng đã được thành lập.

– Từ năm 1978, ảnh vệ tinh được đưa vào Việt Nam thì ngành Lâm nghiệp là một trong những cơ sở áp dụng đầu tiên trong chương trình quốc gia về nghiên cứu không gian và đề án tài trợ của Thụy Điển. Hệ thống máy điều vẽ tổng hợp màu và các tư liệu Landsat được phân tích giải đoán, xây dựng bản đồ rừng trong phạm vi toàn quốc và cấp tỉnh.

– Từ năm 2000 đến nay Viện Điều tra Quy họach rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp cũng đã triển khai một số đề tài ứng dụng viễn thám và GIS.

– Việc áp dụng viễn thám – GIS trong quản lý và dự báo cháy rừng cũng được triển khai ở Cục kiểm lâm, Đại học Lâm nghiệp.

– Viễn thám – GIS hiện nay đang được áp dụng ở nhiều quy mô khác nhau, ở mức độ lâm trường, các bản đồ lập địa đã được áp dụng phục vụ cho công tác quản lý tài nguyên rừng đến cấp tiểu khu.

5.2. Xây dựng hệ thống khóa giải đoán lôgic cho một số kiểu hiện trạng lớp phủ thuộc vùng phòng hộ sông Đà

5.2.1. Giới thiệu một số loại ảnh vệ tinh sử dụng trong đề tài: Ảnh vệ tinh LandSat 7 – ETM, Ảnh vệ tinh Spot 5

5.2.2. Dữ liệu và tài liệu sử dụng trong đề tài :

a. Ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu bao gồm: ảnh vệ tinh Landsat 7 – ETM và ảnh vệ tinh Spot5

b. Dữ liệu bản đồ địa hình: Bản đồ 1:50.000 và 1:25.000 của khu vực nghiên cứu

c. Tài liệu, số liệu thực địa: Các tài liệu số liệu về ô tiêu chuẩn định vị, ô tiêu chuẩn bán định vị, ảnh chụp tại điểm nghiên cứu, …

d. Phần mềm: Phần mềm xử lý ảnh ENVI 4.3, Map Infor 9.0, Glober Mapper 9.1

5.2.3. Kết quả điều tra khảo sát theo tuyến đại diện để lựa chọn điểm nghiên cứu và sơ bộ đánh giá hiện trạng các kiểu lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu

Hiện trạng tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu: Năm 2005 đề tài đã tiến hành chọn và lập 11 ô tiêu chuẩn tạm thời (ha/ô)để xác định các chỉ tiêu lâm học. Trên cơ sở đó xác định các loại hiện trạng tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu, làm căn cứ xây dựng khóa giải đoán ảnh vệ tinh cho khu vực.

5.2.4. Khoá giải đoán của các kiểu hiện trạng: Đề tài xây dựng 02 bộ mầu khóa giải đoán ảnh cho 02 loại ảnh khác nhau :

– Khóa giải đoán lôgic dùng cho ảnh vệ tinh Spot 5 vùng phòng hộ sông Đà

– Khóa giải đoán lôgic dùng cho ảnh vệ tinh Landsat 7 – ETM vùng phòng hộ sông Đà

5.3. Phân loại lớp phủ thực vật vùng phòng hộ sông Đà theo phương pháp tự động có sử dụng hệ khoá giải đoán ảnh logic

5.3.1. Hệ thống ô tiêu chuẩn định vị và bán định vị: Đề tài đã chọn ra 3 vùng nghiên cứu tại 3 tỉnh đại diện, trên đó lập 150 ô định vị hệ thống và 90 điểm kiểm tra.

5.3.2. Đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại: Đề tài đã xử dụng hệ số Kappa trong việc đánh giá độ sai lãn trong kết quả phân loại ảnh Landsat-7 ETM và Spot5. Sau khi giải đoán và đánh giá sai lẫn nội nghiệp. Kết quả được đối chiếu với thực địa và đảm bảo độ chính xác cao.

5.4. Xây dựng mô hình quản lý dữ liệu GIS ứng dụng trong lâm nghiệp

5.4.1. Giới thiệu về phần mềm

5.4.2. Phân tích yêu cầu hệ thống

5.4.3. Chi tiết thiết kế các thuộc tính của hệ cơ sở dữ liệu trong phầm mềm

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ

6.1. Kết luận

Qua các kết quả thực hiện của đề tài đã bước đầu đưa ra được một số kết luận như sau:

– Việc nghiên cứu xây dựng hệ khóa giải đoán ảnh lôgic kết hợp với điều tra thực bằng cách thiết lập các ô định vị hệ thống, ô bán định vị, đo phổ phản xạ trực tiếp của các đối tượng và sử dụng các dữ liệu bản đồ có sẵn sẽ cho kết quả phân loại đạt độ chính xác cao. Qua kết quả phân loại cho thấy diện tích rừng trồng tập trung chủ yếu tại khu nghiên cứu tại Hoà Bình (1.550,4 ha); khu vực nghiên cứu tại Sơn La có các kiểu hiện trạng chủ yếu là rừng hỗn giao tre nứa (1.794 ha), và trảng cỏ cây bụi (1.870,6 ha); khu vực nghiên cứu tại Điện Biên có kiểu hiện trạng rừng tự nhiên (1.605,4 ha) và đất trảng cỏ cây bụi (1.281,7 ha).

– Có thể sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 để phân loại và xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng bằng phương pháp giải đoán ảnh tự động với độ chính xác trên 90%.

– Sử dụng mô hình quản lý cơ sở dữ liệu GIS sẽ giúp cho các nhà quản lý lâm nghiệp tiết kiệm thời gian và công sức, đồng thời có ý nghĩa trong các hoạt động sản xuất lâm nghiệp.

6.2. Tồn tại

Do hạn chế bởi nguồn tư liệu đầu vào (ảnh vệ tinh) và kinh phí nên đề tài còn một số hạn chế như sau:

– Chưa đánh giá được biến động của các kiểu hiện trạng tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu.

– Chưa có điều kiện nghiên cứu chi tiết hơn để xây dựng hệ khoá giải đoán ảnh logic cho tất cả các kiểu hiện trạng tài nguyên rừng theo hệ thống phân loại hiện nay.

– Phần mềm mới chỉ dừng lại ở mức độ ban đầu theo đề cương đặt ra, chưa tự động phân tích được thay đổi của các nguồn số liệu đầu vào để đưa ra kết quả sự thay đổi của bản đồ hiện trạng.

6.3. Kiến nghị

– Tiếp tục đầu tư nghiên cứu để xây dựng và hoàn thiện qui trình thiết lập khoá giải đoán ảnh logic và giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 tự động.

– Cần có các nghiên cứu tiếp theo để giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 từ nguồn tư liệu ảnh gốc phục vụ cho mục đích lâm nghiệp, các phương pháp làm giảm các sai số hình học, vật lý trong quá trình giải đoán ảnh vệ tinh.

– Tiếp tục đầu tư nghiên cứu cho việc sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao trong việc đánh giá biến động hiện trạng tài nguyên rừng, cấu trúc, tổ thành rừng, trữ lượng rừng trong tương lai.

-Cần có nhiều đầu tư cho việc nâng cấp phần mềm quản lý và phân tích cơ sở dữ liệu GIS mà đề tài đã bước đầu xây dựng, phục vụ tốt cho công tác xử lý các nguồn số liệu là thành quả của chương trình theo dõi diễn biến tài nguyên rừng và các chương trình kiểm kê rừng của ngành lâm nghiệp.

Tài liệu tham khảo

A longley, Michael, F. Goodchild, David. J. maguire, david W. Rhind /Geographical information system. Volum 1, Volum 2. Paul., 1999.
Advances in Remote Sensing and GIS analysis. At KinSon. Peter M. 2000.
Buiten, Henkj. Land observation by remote sensing- theory and application.1995.
Cowell, Robert Manual of Remote Sensing .1983.
Froh, Robert. C .Remote Sensing for landscqse ecology. New metric indicatons. 1998.
Ghokz, Henry. L .The use of Remote Sensing in the modeling of forest Product.
Good child, Michael. Environmental modelling with GIS. 1993.
Hayne, G. S., Hancock, D. W., Purdy, C. L., and Callahan, P. S. (1994). The corrections for significant wave height and altitude effects in the TOPEX RADAR altimeter. J. Geophys. Res. 99, 24,941-24,955.
Ian Heywood, Sarah corneline, Steve Carver. Introduction to Geographic information
Jeffrey.L. Star; John E. Ester, Kenneth C..Integration of Geograpphic Inpormatoin Systems and Remotesensing Cambridge 1997.
Mussio, Luigi. Data acquisition and analysis for multimedia GIS. 1996.
Nguyen Ngoc Thach va NNK.Viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên môi trường. Hà nội. 1997
Nguyễn Đình Dương, Eddy Nierynck và nnk. ứng dụng viễn thám và HTTĐL trong quy hoạch môi trường. Hà nội.1999.
Remote Sensing and Image Interpretarion / Thomas M. Lilleasnd, Ralph W. Kiefer – John Wiley & Sons 1991.
Richard..Remote sensing digital image analysis and introduction. 1993
Robert.Techniques for mage processing and clafsification in Remote Sensing Schonvengerdit, A 1983.
Spatial analysis and GIS. Ftheringham, A. Stewat 1994.
Viện ĐTQH rừng. Nghiên cứu đánh giá độ đồng nhất của các đối tượng rừng và sử dụng đất trên ảnh Ladsat – TM./PTS Nguyễn Mạnh Cường – Báo cáo đề tài – 1993.
Viện ĐTQH Rừng. Tập văn bản quy định về bản đồ thành quả trong công tác điều tra – quy hoạch – thiết kế rừng 1996