Tiến Sĩ Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh Bắc Kạn

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ . 1
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6
1.1. Sự phát triển công nghệ viễn thám . 6
1.2. Ảnh vệ tinh SPOT-5 . 11
1.3. Phương pháp chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám . 14
1.4. Sử dụng ảnh viễn thám trong điều tra rừng Việt Nam . 24
1.5. Hệ thống phân loại rừng Dự án Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc
giai đoạn 2013-2016 26
1.6. Nhận xét . 31
Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33
2.1. Nội dung nghiên cứu 33
2.1.1. Hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5 . 33
2.1.2. Ước lượng trữ lượng gỗ dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 . 33
2.1.3. Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 33
2.1.4. Đề xuất quy trình giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng bản đồ hiện
trạng rừng 34
2.2. Dữ liệu sử dụng và đặc điểm vùng nghiên cứu 34
2.2.1. Dữ liệu sử dụng . 34 2.2.2. Đặc điểm vùng nghiên cứu . 38
2.3. Phương pháp nghiên cứu 42
2.3.1. Hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5 . 45
2.3.2. Ước lượng trữ lượng gỗ dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 . 49
2.3.3. Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 61
2.3.4. Đề xuất quy trình giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng bản đồ hiện
trạng rừng 71
2.3.5. Thiết bị và phần mềm sử dụng 71
Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . 73
3.1. Hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5 73
3.1.1. Kết quả hiệu chỉnh theo phương pháp thực nghiệm . 73
3.1.2. Kết quả hiệu chỉnh theo phương pháp bán thực nghiệm hệ số c . 78
3.1.3. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh theo hai phương pháp 80
3.1.4. Thảo luận về hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình trên ảnh vệ tinh 83
3.2. Ước lượng trữ lượng gỗ dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 85
3.2.1. Kết quả xử lý số liệu ô tiêu chuẩn . 85
3.2.2. Kết quả xử lý ảnh vệ tinh . 87
3.2.3. Khảo sát mối quan hệ giữa cấp xám độ ảnh và trữ lượng gỗ 92
3.2.4. Kết quả bản đồ trữ lượng gỗ cho từng điểm ảnh 94
3.2.5. Thảo luận ước lượng trữ lượng gỗ từ ảnh vệ tinh . 96
3.3. Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 . 100
3.3.1. Kết quả chuẩn hóa bản đồ kiểm kê rừng . 100
3.3.2. Kết quả khảo sát cấp xám độ ảnh vệ tinh và trạng thái rừng 104
3.3.3. Kết quả phân tách trạng thái rừng từ ảnh vệ tinh 117
3.3.4. Vai trò các đặc trưng ảnh trong phân tách trạng thái rừng . 127
3.3.5. Kết quả phân tách trạng thái rừng có bản đồ trữ lượng gỗ . 132
3.3.6. Bộ quy tắc phân loại trạng thái rừng và đất lâm nghiệp . 134 3.3.7. Thảo luận phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 . 137
3.4. Đề xuất quy trình giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng bản đồ hiện
trạng rừng 139
KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ . 147
1. Kết luận . 147
2. Tồn tại . 148
3. Kiến nghị . 148
DANH MỤC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Sự cần thiết
Giá trị của tài nguyên rừng ngày càng được đánh giá đầy đủ trên mọi
khía cạnh. Ngoài giá trị kinh tế, rừng còn có tác dụng cung cấp các loại dược
liệu cho y học để phục vụ sức khỏe con người. Đặc biệt, rừng còn có vai trò
quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sinh thái, hạn chế lũ lụt, giảm phát
thải khí nhà kính. Rừng đang được xem là một nhân tố quan trọng đóng góp
vào tiến trình giảm phát thải khí nhà kính do mất rừng và suy thoái rừng [61].
Giá trị tài nguyên rừng được nâng lên đòi hỏi nhu cầu cung cấp thông tin về
nguồn tài nguyên ngày càng đa dạng, chính xác và kịp thời phục vụ quản lý
các cấp.
Hiện nay, công nghệ viễn thám đang phát triển mạnh trên phạm vi toàn
cầu cũng như ở Việt Nam. Điều này được thể hiện rõ với sự phát triển không
ngừng của các loại vệ tinh quan sát trái đất. Độ phân giải không gian ảnh vệ
tinh không ngừng cải thiện từ km (ảnh NOAA, 1km) đến đơn vị cm
(WorldView-3,31cm). Nhờ vậy, khả năng sử dụng ảnh viễn thám trong công
tác điều tra rừng ngày càng được nghiên cứu và áp dụng phổ biến hơn. Từ
năm 2005 trở lại đây, ngành Lâm nghiệp Việt Nam sử dụng chủ yếu ảnh vệ
tinh độ phân giải cao SPOT-5 phục vụ điều tra xây dựng bản đồ hiện trạng
rừng, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng, đánh giá cảnh quan phục vụ quản lý,
thiết kế, quy hoạch trên nhiều phạm vi. Tại Việt Nam, trạm thu ảnh vệ tinh
SPOT-5 chính thức vận hành vào tháng 7 năm 2009. Từ năm 2002 đến nay đã
có 5.112 cảnh ảnh SPOT-5 (tỷ lệ mây dưới 20%) [65] chụp lãnh thổ Việt
Nam tương đương gần 24 lần lãnh thổ được lưu trữ tại Công ty SPOT và Cục
Viễn thám Quốc gia. Đây là nguồn ảnh vệ tinh chất lượng tốt nhất phủ kín cả
nước từ năm 2002 đến năm 2015, có khả năng sử dụng để giải đoán xây dựng bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1/10.000 tại nhiều thời điểm trong quá khứ và



hiện tại.
Tuy nhiên, kỹ thuật và khả năng sử dụng ảnh SPOT-5 để xây dựng bản
đồ hiện trạng rừng tại Việt Nam còn hạn chế. Cho đến nay mới có ba nghiên
cứu điển hình ứng dụng ảnh SPOT-5 trong xây dựng bản đồ rừng tại Việt
Nam gồm:
- Lê Anh Hùng và cộng sự [9] nghiên cứu tại huyện Đình Lập và Lộc
Bình, tỉnh Lạng Sơn;
- Nguyễn Thanh Hương [51] nghiên cứu tại huyện Đăk RLấp, tỉnh Đăk
Nông;
- Vũ Tiến Điển và cộng sự [5] nghiên cứu tại huyện Cư Jút, tỉnh Đăk
Nông, huyện Con Cuông tỉnh Nghệ An và huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La.
Trong đó, hai nghiên cứu đầu sử dụng phương pháp phân loại ảnh
truyền thống theo điểm ảnh (pixel based). Nhiều nghiên cứu cho thấy phương
pháp phân loại điểm ảnh đối với ảnh phân giải cao đưa ra độ chính xác thấp
hơn phương pháp hướng đối tượng (object based) [5, 44, 63]. Nghiên cứu thứ
ba có ưu điểm đã sử dụng phương pháp phân loại hướng đối tượng và thực
hiện trên những vùng sinh thái khác nhau nhưng bị hạn chế vì phân loại trên
ảnh đã tổ hợp màu tự nhiên (chỉ có 3 kênh được trộn từ 4 kênh ảnh đa phổ) do
không có dữ liệu ảnh đa phổ SPOT-5.
Hiện nay, Dự án Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 20132016
Trước thực trạng nêu trên, luận án “Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh
SPOT-5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh Bắc Kạn” được tiến hành
với mục tiêu cơ bản là: góp phần hoàn thiện cơ sở lý luận, thực tiễn xây dựng
bản đồ hiện trạng rừng, đất lâm nghiệp dựa trên ảnh vệ tinh phân giải cao
rong điều kiện địa hình đồi núi và khí hậu nhiệt đới ẩm vùng miền núi phía
bắc Việt Nam.


đang sử dụng ảnh SPOT-5 làm tư liệu ảnh vệ tinh chính để xây dựng
bản đồ hiện trạng rừng với hệ thống phân loại hiện trạng rừng và đất lâm
nghiệp phức tạp lên tới 93 loại khác nhau [16]. Hơn nữa, hầu hết các chương
trình, dự án trong thời gian gần đây luôn chọn ảnh vệ tinh SPOT-5 để xây
dựng bản đồ hiện trạng rừng.