BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN

PHẠM NGỌC TÙNG
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU
CHẾ RỪNG TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP
NAM TÂY NGUYÊN, TỈNH ĐĂK NÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Bu
ôn Ma Thu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN

PHẠM NGỌC TÙNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ
RỪNG TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP NAM TÂY
NGUYÊN, TỈNH ĐĂK NÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP

Buôn Ma Thuột, năm 2009
PHẠM NGỌC TÙNG
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ RỪNG
TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP NAM TÂY NGUYÊN, TỈNH
ĐĂK NÔNG CHUYÊN NGÀNH: LÂM HỌC

Mã số: 60.62.60
LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bảo Huy
Buôn Ma Thuột, năm 2009

ii
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn, tác giả ñược sự quan tâm,
giúp ñỡ của Khoa sau ñại học - Đại học Tây Nguyên; Công ty Lâm nghiệp Nam Tây
Nguyên.
Đạt ñược kết quả này tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến PGS.
TS Bảo Huy, người thầy ñã truyền ñạt những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt
thời gian học tập, và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong thời gian thực hiện ñề
tài.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Quản lý tài nguyên rừng, Trường
Đại học Tây nguyên; cán bộ Xí nghiệp Khảo sát thiết kế - Công ty lâm ngiệp Nam
tây Nguyên ñã tạo ñiều kiện, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thu thập và xử lý liệu
số liệu phục vụ ñề tài nghiên cứu.

iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ii
LỜI CẢM ƠN iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH viii
ĐẶT VẤN ĐỀ 1

4.2.1. Mô hình cấu trúc ñịnh hướng và các chỉ tiêu kỹ thuật trong khai thác và chặt
nuôi dưỡng rừng 47
4.2.2. Mô hình xác ñịnh lượng tăng trưởng 56
4.2.3. Mô hình xác ñịnh giải pháp lâm sinh (GPLS) 62
4.3. Thiết lập bộ công cụ trong GIS ñể quản lý và tổ chức ñiều chế rừng 64
4.3.1. Tạo lập cơ sở dữ liệu trong GIS 64
4.3.2. Kết quả ñiều chế rừng ñược quản lý trong GIS 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Band: Kênh ảnh (Band).
CSDL: Cơ sở dữ liệu
FAO: Tổ chức Nông lương thế giới (Food and Agriculture Organization)
GCP: Điểm khống chế mặt ñất (Ground Control Point)
GIS: Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System)

trữ lượng lâm phần
R, R
2
Hệ số tương quan, Hệ số xác ñịnh
Pm:
Suất tăng trưởng
χ
2

Tiêu chuẩn khi bình phương của Pearson
V (m
3
)
Thể tích cây
Zd, Zd 5 năm (mm/5
năm)

Tăng trưởng ñường kính trong 5 năm
ZmLượng tăng trưởng thường xuyên hàng năm
vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Thống kê diện tích theo trạng thái rừng Công ty LN Nam Tây Nguyên. 20
Bảng 3.1. Thông tin dữ liệu ảnh vệ tinh 25
Bảng 4.1. Tổng hợp diện tích theo trạng thái kết quả giải ñoán ảnh SPOT 5 44
Bảng 4.2. Kết quả kiểm tra sự thuần nhất 8 ô tiêu chuẩn ñưa vào xây dựng mô hình

phần 63
Bảng 4.13. Công thức nhập các trường dữ liệu dự báo. 68
Bảng 4.14. Kế hoạch giải pháp lâm sinh theo không gian và thời gian. 74
Bảng 4.15. Cơ sở dữ liệu giải pháp khai thác theo thời gian. 77
Bảng 4.16. Cơ sở dữ liệu giải pháp lâm sinh theo thời gian từ năm 2015 83

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Bản ñồ khu vực nghiên cứu 16
Hình 2.2: Bản ñồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu 19
Hình 3.1: Sơ ñồ tiếp cận nghiên cứu 24
Hình 3.2: Sơ ñồ phương pháp phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh viễn thám 27
Hình 4.1: Ảnh SPOT 5 trước và sau ñăng ký tọa ñộ UTM WGS – 84 (tổ hợp màu
3:4:2) 33
Hình 4.2: Ảnh Landsat tổ hợp màu 3:2:1 khu vực nghiên cứu 34
Hình 4.3: Ảnh Landsat ñược tăng cường ñộ phân giải không gian bằng kênh toàn
sắc khu vực nghiên cứu – Tổ hợp màu 3:2:1 35
Hình 4.4: Ảnh SPOT 5 thể hiện khu vực nghiên cứu – Tổ hợp màu 3:4:2 36
Hình 4.5: Ảnh NDVI SPOT 5 38
Hình 4.6: Ảnh NDVI Landsat ñộ phân giải 14.5m 39
Hình 4.7: Ảnh SPOT 5 tổ hợp màu kênh PCA 1-NDVI – Band 1(gốc) 41
Hình 4.8: Kết quả phân loại trạng thái trên ảnh SPOT 5 42
Hình 4.9: Gộp nhóm, phân tích ña số, thiểu số ảnh SPOT 5 ñã phân loại 45
Hình 4.10: Bản ñồ hiện trạng rừng trên cơ sở giải ñoán ảnh SPOT 5 46
Hình 4.11: Mô hình N/D ñịnh hướng theo hàm Mayer 49
Hình 4.12: So sánh cấu trúc trạng thái rừng giàu với cấu trúc ñịnh hướng 51
Hình 4.13: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa
2

Hình 4.32: Sơ ñồ kỹ thuật phối hợp mô hình hồi quy với GIS phục vụ ñiều chế rừng
84 1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Tài nguyên rừng trên toàn thế giới bị suy thoái nghiêm trọng trong
thập niên 90 của thế kỷ XX, theo thống kê của FAO (2003), mỗi năm có
0,38% diện tích rừng bị chuyển sang các mục ñích sử dụng khác, có nhiều
nguyên nhân khác nhau làm rừng bị suy thoái như xử lý lâm sinh không hiệu
quả làm giảm sức sản xuất của rừng, quản lý khai thác không tốt làm giảm giá
trị ña dạng sinh học, nhất là khai thác gỗ, củi, thực phẩm và chăn nuôi; trong
ñó nhu cầu phát triển kinh tế và sự gia tăng dân số có ý nghĩa hàng ñầu.
Việt Nam là một trong những quốc gia không tránh khỏi thực trạng trên,
diện tích rừng bị giảm liên tục từ 1943 ñến 2000, nhất là rừng tự nhiên trong
giai ñoạn 1980 - 1990, diện tích rừng trồng tuy có tăng nhưng không ñủ bù
ñắp lại rừng tự nhiên bị mất. Ngoài diện tích rừng bị mất, chất lượng rừng

không cao.
Hơn nữa việc lưu giữ, phục hồi, chia sẻ thông tin cũng như cập nhật dữ
liệu không gian ñịa lýnhững biến ñộng về tài nguyên ñể quản lý và ñề ra các
giải pháp là rất khó, nhất là trong giai ñoạn hiện nay do nhu cầu của xã hội về
áp lực dân số, ñô thị hóa, nhu cầu ñất sản xuất, . . ., làm cho diện tích rừng
ngày càng thu hẹp nhanh chóng, do ñó cần có những phương pháp, công nghệ
có ñộ tin cậy ñể quản lý, cập nhật, xử lý, hỗ trợ các quyết ñịnh về quản lý tài
nguyên một cách khoa học, nhanh chóng, hiệu quả và chính xác.
Với sự phát triển vượt bậc của hệ thống máy tính, cùng với công nghệ
thông tin ñã và ñang ñược nhiều nước trên thế giới áp dụng. Một trong những
công nghệ ñáng quan tâm trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên là hệ
thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System - GIS). Trong ñó sử
dụng ảnh viễn thám (Remote Sensing) và công nghệ GIS kết hợp hệ thống
ñịnh vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là một nhu cầu khách
quan, vì ñiều chế rừng là tổ chức không gian và thời gian, nó liên quan ñến
yếu tố ñịa lý và ñặc ñiểm cấu trúc ñộng thái rừng, vận dụng ñược vấn ñề này
là một giải pháp hữu hiệu không chỉ cho quản lý vĩ mô mà cả quản lý vi mô ở
cơ sở trong quản lý, phát triển rừng có khoa học, có cơ sở dữ liệu thông tin
ñược cập nhật giúp cho việc xác ñịnh các giải pháp kỹ thuật cũng như hỗ trợ
3

các quyết ñịnh nhanh chóng, có ñộ tin cậy. Những thuận lợi ñáng kể khi sử
dụng GIS như: Dễ dàng lưu giữ, bảo quản cơ sở dữ liệu; chỉnh sửa; cập nhật;
tìm kiếm và có khả năng phân tích chuyên ñề, phân tích không gian; dễ chia
sẻ và trao ñổi, . . .
Xuất phát từ thực tế trên, với mục tiêu ứng dụng các công nghệ vào quá
trình phân loại trạng thái rừng, quản lý ñiều chế rừng, chúng tôi thực hiện ñề
tài “Ứng dụng công nghệ GIS trong ñiều chế rừng tại Công ty Lâm nghiệp
Nam Tây Nguyên, tỉnh Đăk Nông” nhằm góp phần xây dựng một bộ công cụ
quản lý dữ liệu và ñưa ra các giải pháp phục vụ cho công tác ñiều chế rừng

5

Như vậy GIS là một công cụ phân tích, cải tạo thế giới thực, cho phép
xác ñịnh các mối quan hệ không gian giữa các hình ảnh và ñối tượng bản ñồ
quản lý trong hệ thống. GIS không lưu giữ các bản ñồ theo các kịch bản cổ
truyền và cũng không lưu giữ các hình ảnh cụ thể theo một tầm nhìn cho một
lãnh thỗ ñịa lý, GIS lưu giữ các dữ liệu mà từ các dữ liệu ñó chúng ta có thể
tạo ra các bản ñồ theo nhu cầu ñặt ra cho các mục tiêu cụ thể. Trong GIS
không quản lý các hình ảnh cụ thể mà nó quản lý một cơ sở dữ liệu, thường
cơ sở dữ liệu của GIS là cơ sở dữ liệu quan hệ tập trung ñược tạo lập bởi các
dữ liệu không gian ñi kèm theo thông tin thuộc tính của chúng.
Hiện nay, trên thế giới công nghệ GIS ñang ñược phát triển mạnh trên
các lĩnh vực quản lý tài nguyên như:
Viện Tài nguyên Thế giới (World Resouce Institute –WRI) ñã sử dụng
GIS ñể ñánh giá ảnh hưởng của phá rừng với các quốc gia và người dân trên
toàn Thế giới. Ứng dụng GIS ñể kiểm soát diện tích rừng trên toàn cầu. Ngoài
ra GIS còn hỗ trợ phân tích so sánh diện tích rừng hiện nay với diện tích rừng
trong quá khứ, cho thấy xu hướng thu hẹp ngày càng nhanh của các diện tích
này và tốc ñộ thu hẹp ở các vùng khác nhau, từ ñó dự báo tốc ñộ mất rừng của
những nơi mà biên giới rừng vẫn còn tồn tại. Với phần mềm GIS, các dự báo
có thể ñược phân tích dưới dạng bản ñồ hoặc biểu ñồ.
Sử dụng phương trình mất ñất và GIS ñể ước lượng phân bố không gian
của xói mòn ñất ở vùng lưu vực sông Gichobo, Kenya; Quản lý xói mòn ñất
tại lưu vực sông Masinga – Kenya; Ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên
cứu xói mòn ñất lưu vực sông Romero – Philippin; Ứng dụng Viễn thám và
GIS ñể ñánh giá xói mòn ñất tại lưu vực sông Bata - Ấn Độ; Ứng dụng Viễn
thám và GIS trong thành lập bản ñồ phân cấp xói mòn tại lưu vực Phewa –
Nepan… Phương pháp ñược sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu này ñó là
lồng ghép phương trình mất ñất phổ dụng hoặc phương trình mất ñất sửa ñổi
vào trong công nghệ GIS ñể tính toán xói mòn ñất. Phương pháp này chủ yếu

7

nghiên cứu những ảnh hưởng của ô nhiễm không khí ñối với sự phát triển của
cây con và hậu quả lâu dài của khói ñối với rừng.
Kiểm soát ô nhiễm không khí từ khói: Đầu tiên, miền Đông nước Mỹ
ñược phân thành các vùng khác nhau và ARC/INFO ñược dùng ñể tạo thành
một lưới ô nhiễm bao phủ toàn bộ vùng này, mỗi ô có diện tích 20 km
2
. Các
dữ liệu về chất lượng không khí ñược thu thập từ các trạm quan trắc vùng và
ñược lưu vào cơ sở dữ liệu. Dựa vào các cơ sở dữ liệu này, với công cụ GIS,
các nhà khoa học có thể tạo ra các bản ñồ về phát tán NOx, mây, nhiệt ñộ
hàng ngày, hướng gió, ñộ cao và khoảng cách khói từ nguồn phát thải. Ngoài
ra, sử dụng GIS, các dữ liệu này còn ñược phân tích kết hợp với ñiều kiện ñịa
hình và khí hậu của từng vùng.
Ô nhiễm nước: GIS có thể ñược dùng ñể giám sát sự phân bố và ñịnh
lượng những chất gây ô nhiễm nước khác nhau ở một khu vực. Bộ môn Kỹ
thuật Nông nghiệp của Trường Đại học Natal dùng các chỉ số xói lở ñất, mức
ñộ Photpho, chỉ số sử dụng ñất và lượng vi khuẩn E.coli, làm các thông số
thành phần của mô hình chất lượng nước cho vùng châu thổ Mgeni.
Bang Massachusetts – Mỹ ñang sử dụng GIS trong giám sát chất lượng
nước toàn bộ vùng lưu vực sông Merrimack. Vị trí của mỗi trạm thu mẫu, bãi
bồi, lò ñốt rác, ao, phụ lưu ñều ñược lưu trong GIS. GIS có thể biểu diễn các
ñối tượng, ñồng thời tìm kiếm mối quan hệ không gian giữa chất lượng nước
và các nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng.
Tràn dầu: Những tác ñộng bất lợi của ô nhiễm, chẳng hạn tràn dầu, có
thể ñược ước ñịnh bằng GIS. Với những thông tin này, GIS có thể mô phỏng
tiềm năng ô nhiễm của những ñịa ñiểm khác nhau và phát triển chiến lược
ước ñịnh rủi ro.
Công nghệ GIS ñược Hội ñồng Sự cố tràn dầu Exxon Valdez sử dụng ñể

9

mưa. ITTO chủ yếu ñưa ra các giải pháp quản lý công nghệ khai thác rừng
mưa, ñược gọi là “giảm thiểu tác ñộng khai thác – Reduce Impact Logging
(RIL)”
Về nghiên cứu quản lý rừng bền vững (Sustainable Forest Management):
Nghiên cứu quản lý rừng bền vững ñã ñược ñề cập trong thế kỷ qua, ñặt biệt
là vào giai ñoạn cuối của thế kỷ, khi mà các khu rừng tự nhiên ở vùng nhiệt
ñới bị giảm sút nghiêm trọng. Nội dung quản lý rừng bền vững bao gồm
nhiều khía cạnh liên quan ñến kinh tế, xã hội, kỹ thuật, môi trường, chính
sách luật pháp. Trong ñó khía cạnh kỹ thuật ñã ñược xem xét chi tiết hơn ñể
bảo ñảm lập kế hoạch quản lý rừng chặt chẽ, khai thác rừng ñúng lượng tăng
trưởng và ổn ñịnh ñược sản lượng. Để giải quyết ñược yêu cầu này ñòi hỏi
nghiên cứu về cấu trúc và tăng trưởng của từng kiểu rừng ở từng khu vực, mà
cụ thể ñược phản ảnh trong các tiêu chí chứng chỉ rừng của FSC. Tuy nhiên
các tổ chức chứng chỉ rừng chỉ nêu lên các tiêu chí rừng bền vững và yêu cầu
thể hiện trong lập kế hoạch sử dụng, nhưng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng,
giám sát ñộng thái và sự ổn ñịnh của rừng phải do các quốc gia, tổ chức, công
ty lập ra và ñược kiểm ñịnh bởi các tổ chức này.
1.2. Trong nước
1.2.1. H thng thông tin ña lý:
Tại Việt Nam, mặc dù ñược biết ñến từ khá sớm, nhưng mãi phải ñến
sau năm 2000, tức sau khi có ñược những kết quả ñầu tiên về việc tổng kết
chương trình GIS quốc gia ở Việt Nam, GIS mới thực sự ñược chú ý ñến và
bước ñầu phát triển. Từ ñó có những quan ñiểm về GIS như sau:
Bảo Huy (2009) Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information
System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin và ngày càng ñược phát
triển rộng rải. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết ñịnh trong nhiều hoạt
ñộng kinh tế - xã hội, quản lý môi trường của nhiều quốc gia trên thế giới.
10

các trường ñại học, các viện nghiên cứu, các chuyên gia trong và ngoài nước
ñã ñược triển khai có thể kể ñến như:
Dự án của Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc (United Nation
Development Programme – UNDP) ứng dụng viễn thám ở Việt Nam là nâng
cao năng lực về thống kê rừng ở viện Điều tra Quy hoạch rừng vào những
năm 80. Sau ñó, UNDP tiếp tục tài trợ dự án thứ hai mà ñối tượng chính là
các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong vài
năm. Vào những năm 90, Việt Nam ñã thu hút một số lớn các dự án quốc tế
trong lĩnh vực nâng cao năng lực quản lý môi trường và tài nguyên trong ñó
GIS luôn là hợp phần quan trọng.
Các dự án GIS ñã và ñang phát triển mạnh ở các tỉnh trong nhiều lĩnh
vực khác nhau như: Dự án quản lý nước sạch ở Hà Nam, Dự án quản lý nước
ở Hoà Bình, Dự án thử nghiệm trong quản lý khách du lịch ở Động Phong
Nha, Dự án tổng thể xây dựng hệ thống thông tin ñịa lý tỉnh Bà Rịa – Vũng
Tàu, Dự án quản lý ñất ñai ở quận Hai Bà Trưng – Hà Nội, Dự án ứng dụng
công nghệ GIS trong quản lý ñất ñai ở Lâm Đồng, . . .
Ngoài các dự án ñược ñầu tư theo các chương trình dự án, trong những
năm gần ñây các nhà khoa học Việt Nam cũng ñã có những ñề tài nghiên cứu
ứng dụng GIS:
Bùi Quang Trung (2007) nghiên cứu tích hợp công nghệ GIS và công
nghệ GPS ñể thành lập bản ñồ ñịa chính cơ sở tỷ lệ 1/10.000 và 1/5.000;
Phạm Hà Anh (2007) nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS ñể
khảo sát quá trình hoang mạc hóa do cát lấn [36].
Ngoài ra ở ở một số ñịa phương như Lào Cai, Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bình
Định, Đồng Nai, Vĩnh Phúc cũng ñã áp dụng công nghệ Viễn thám và GIS ñể cập
nhật bản ñồ hiện trạng rừng cấp xã tỷ lệ 1/25.000 theo chỉ thị số 32/2000/CT-
BNN-KL về việc tổ chức theo dõi diễn biến rừng và ñất lâm nghiệp trên cả nước.
12

Đã có rất nhiều cuộc hội thảo về ứng dụng công nghệ GIS ñược tổ chức tại

tự nhiên hỗn loài ở cao nguyên Đăk Nông. Đào Công Khanh (1996) xây dựng
mô hình cấu trúc N/D theo hàm Weibull cho rừng tự nhiên lá rộng ở Nghệ
An. Bảo Huy (1993), ñã xây dựng mô hình cấu trúc N/D chuẩn cho các ñơn vị
phân loại rừng Bằng lăng (ưu hợp, cấp năng suất, trạng thái) [10].
Nhìn chung hầu hết các nhà khoa học lâm nghiệp Việt Nam ñã ñi vào
hướng nghiên cứu cấu trúc “tối ưu”, tuy nhiên trong thực tế việc ứng dụng
chúng còn hạn chế vì trình ñộ kinh doanh, hiện trạng các khu rừng ñã bị tác
ñộng, …, khó có thể ñưa về dạng “chuẩn sinh học” như mong ñợi. Do vậy
cần thiết phải có những mô hình cấu trúc gần với thực tế hơn, có thời gian
ñiều tiết ngắn hơn ñể ñáp ứng ñược nhu cầu kinh doanh rừng của sản xuất
trong phương án ñiều chế rừng.
1.3. Thảo luận về vấn ñề nghiên cứu
Điểm qua tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý
tài nguyên, ñiều chế rừng chúng tôi thấy rằng:
 Công nghệ GIS và viễn thám trên thế giới ñã và ñang ñược phát
triển ngày càng nhanh chóng và tiện dụng hơn. Chức năng của GIS
và viễn thám rất rộng và mở, có thể khai thác ở nhiều ngành, nhiều
chuyên môn và khía cạnh khác nhau.
 Về khoa học ñiều chế rừng, những nguyên lý, nguyên tắc trong
quản lý rừng, sử dụng rừng bền vững cũng ñược phát triển, làm cơ
sở cho việc nghiên cứu vào các ñối tượng cụ thể và ứng dụng.
Tuy nhiên về lĩnh vực này, vẫn còn một số vấn ñề tồn tại cần nghiên cứu,
ñặc biệt là trong nước:
14

 Về ứng dụng viễn thám và GIS ñối với ngành lâm nghiệp ở trong
nước hiện chủ yếu dừng lại ở giải ñoán ảnh vệ tinh, máy bay ñể
lập các bản ñồ trạng thái. Mặc dù ñã có các nghiên cứu ứng dụng
GIS ở nước ta, nhưng chủ yếu vẫn ở các trung tâm lớn với các
công cụ tiên tiến (Tp Hồ chí Minh, Huế, Nghệ An, Hà Nội, ) ở