Số hóa bởi trung tâm học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
––––––––––––––––––

PHẠM ĐỨC CHÍNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG
TÀI NGUYÊN RỪNG TẠI HUYỆN NGHĨA HÀNH,
TỈNH QUẢNG NGÃI GIAI ĐOẠN 2006-2012 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

THÁI NGUYÊN - 2013 Số hóa bởi trung tâm học liệu

i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung báo cáo cũng như số liệu trong báo cáo của tôi
chưa công bố trên bất kì tài liệu nào. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm và nhận mọi hình thức kỉ luật theo quy định của Nhà trường.
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2013
Tác giả luận văn
Phạm Đức Chính Số hóa bởi trung tâm học liệu

ii
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
theo chương trình đào tạo Cao học Lâm nghiệp khoá 19, giai đoạn 2011 - 2013.


Số hóa bởi trung tâm học liệu

iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH viii
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Mục tiêu nghiên cứu 2
4. Đối tượng nghiên cứu 2
5. Ý nghĩa của đề tài 2
Chƣơng 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3
1.1. Cơ sở khoa học vấn đề nghiên cứu 3
1.1.1. Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám (RS), hệ thống thông tin
địa lý (GIS) và biến động rừng 3
1.1.1.1. Viễn thám (RS) 3
1.1.1.2. Ảnh số viễn thám 8
1.1.1.3. Hệ thống thông tin địa lí (GIS) 10
1.1.1.4. Bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng 13
1.1.1.5. Biến động rừng 14
1.2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 15
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 15
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 20
1.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu 25

3.2. Hiện trạng tài nguyên rừng năm 2006 của 3 xã Hành Tín Đông, Hành
Tín Tây và Hành Thiện 44
3.3. Đánh giá hiện trạng tài nguyên rừng năm 2012 của 03 xã: Xã Hành
Thiện, Xã Hành Tín Đông, Xã Hành Tín Tây của Huyện Nghĩa Hành, Tỉnh
Quảng Ngãi 45
3.3.1. Xã Hành Tín Đông 45
3.3.2. Xã Hành Tín Tây 49 Số hóa bởi trung tâm học liệu

v
3.3.3. Xã Hành Thiện 52
3.4. Đánh giá biến động tài nguyên rừng năm 2006-2012 cho 03 xã: xã Hành
Thiện, xã Hành Tín Đông, xã Hành Tín Tây của huyện Nghĩa Hành, tỉnh
Quảng Ngãi 55
3.4.1. Biến động tài nguyên rừng giai đoạn 2006 - 2012 55
3.4.1.1. Xã Hành Tín Đông 55
3.4.1.2. Xã Hành Tín Tây 60
3.4.1.3. Xã Hành Thiện 64
3.4.2. Phân tích nguyên nhân gây biến động nguồn tài nguyên rừng, giải
pháp quản lí phát triển nguồn tài nguyên rừng bền vững 68
3.4.2.1. Nguyên nhân gây biến động tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu 68
3.4.2.2. Giải pháp quản lí, phát triển bền vững tài nguyên rừng khu vực
nghiên cứu 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70
1. Kết luận 70
2. Kiến nghị 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
PHỤ LỤC

vn
Chiều cao vút ngọn
CHDC Đức
Cộng hòa dân chủ Đức
FAO
Tổ chức nông nghiệp và lương thực Liên hợp quốc
Viện ĐTQH
Viện Điều tra quy hoạch
ÔTC
Ô tiêu chuẩn
BNN-PTNT
Bộ nông nghiêp- phát triển nông thôn

Số hóa bởi trung tâm học liệu

vii
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Tình hình sử dụng đất ở các xã - thị trấn của huyện Nghĩa Hành tỉnh
Quảng Ngãi năm 2011 27
Bảng 1.2. Diện tích, dân số năm 2011 phân bố ở các xã, thị trấn 29
Bảng 1.3. Thống kê về một số cây trồng chính của huyện Nghĩa Hành tỉnh
Quảng Ngãi 30
Bảng 1.4. Thống kê về một số vật nuôi chính của huyện Nghĩa Hành tỉnh
Quảng Ngãi 31
Bảng 1.5. Thống kê một số sản phẩm công nghiệp chủ yếu ở Nghĩa Hành năm
2011 34

Hình 3.3. Diện tích loại đất, loại rừng xã Hành Tín Tây huyện Nghĩa Hành 50
Hình 3.4. Tỷ lệ loại đất, loại rừng xã Hành Tín Tây huyện Nghĩa Hành 50
Hình 3.5. Diện tích loại đất, loại rừng xã Hành Thiện huyện Nghĩa Hành 53
Hình 3.6. Tỷ lệ loại đất, loại rừng xã Hành Thiện huyện Nghĩa Hành 53
Hình 3.7. Biểu đồ biến động diện tích loại đất loại rừng giai đoạn 2006-
2012 Xã Hành Tín Đông huyện Nghĩa Hành 57
Hình 3.8. Biểu đồ biến động diện tích loại đất loại rừng giai đoạn 2006-
2012 Xã Hành Tín Tây huyện Nghĩa Hành 60
Hình 3.9. Biểu đồ biến động diện tích loại đất loại rừng giai đoạn 2006-
2012 Xã Hành Thiện huyện Nghĩa Hành 64 Số hóa bởi trung tâm học liệu

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Như chúng ta đã biết, rừng là một tài nguyên vô cùng quý giá và quan trọng
đối với xã hội loài người. Trên thế giới đã xuất hiện nhiều khu bảo tồn thiên nhiên,
nhiều vườn quốc gia đã thành lập với mục đích bảo tồn và giữ gìn nhiều nguồn tài
nguyên phong phú đang bị đe doạ. Ở nước ta theo cẩm nang ngành lâm nghiệp và
số liệu diễn biến tài nguyên rừng của bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn năm
2005: Năm 1943, rừng bao phủ 14 triệu héc ta, chiếm tới 43% diện tích Việt Nam.
Năm 1976, diện tích rừng giảm xuống 33.8% và đến đầu những năm 90 thì chỉ còn

cấp hàng loạt các công cụ để người sử dụng đưa dữ liệu của họ lên bản đồ, thể hiện,
trình bày chúng có hiệu quả nhất.
Xuất phát từ thực tiễn đó, tôi thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn
thám và GIS trong nghiên cứu biến động hiện trạng tài nguyên rừng tại huyện
Nghĩa Hành, tỉnh Quảng Ngãi giai đoạn 2006-2012” nhằm góp phần bổ xung
những hiểu biết về công nghệ viễn thám và GIS trong việc thành lập bản đồ và đánh
giá biến động tài nguyên rừng.
2. Mục đích nghiên cứu
Góp phần cung cấp thêm cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ cao
trong công tác điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng được cơ sở dữ liệu về hiện trạng tài nguyên rừng của huyện
Nghĩa Hành, tỉnh Quảng Ngãi giai đoạn 2006 và 2012.
- Phân tích, đánh giá được các nguyên nhân gây biến động và đề xuất các
giải pháp phát triển bền vững tài nguyên rừng tại địa bàn nghiên cứu.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Biến động hiện trạng tài nguyên rừng tại huyện
Nghĩa Hành, tỉnh Quảng Ngãi giai đoạn 2006 - 2012.
- Phạm vi nghiên cứu: Do hạn chế về điều kiện thực hiện, đề tài này được
giới hạn trong phạm vi 03 xã: Xã Hành Thiện, xã Hành Tín Đông, xã Hành Tín Tây
của huyện Nghĩa Hành, tỉnh Quảng Ngãi.
5. Ý nghĩa của đề tài
- Ứng dụng công nghệ trong công tác điều tra, theo dõi diễn biến tài nguyên
rừng nhằm tiết kiệm thời gian, công sức đồng thời đảm bảo được độ chính xác. Số hóa bởi trung tâm học liệu

3
Chƣơng 1


Số hóa bởi trung tâm học liệu

4
5. Ở Việt Nam, Theo Nguyễn Ngọc Thạch và nhóm người khác (1997): Viễn
thám là sự thu thập và phân tích thông tin về đối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp
đến vật thể.
Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ (ánh sáng
nhiệt, sóng cực ngắn) như một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc tính của
đối tượng.
6. Theo Nguyễn Văn Đài (2002): Viễn thám là một khoa học, nghệ thuật sử
dụng phương tiện thông tin bằng máy tính, công nghệ vũ trụ và kinh nghiệm của
các chuyên gia, nhằm thu nhận các thông tin có ích về một vật hoặc một hiện tượng,
xảy ra trên Trái Đất và quyển khí, bằng cách sử dụng các ảnh chụp về vật, hiện
tượng dưới dạng ảnh photo, và ảnh số thu được từ các bộ cảm trên vệ tinh và kỹ
nghệ radar, mà không cần tiếp xúc trực tiếp vào các vật và các hiện tượng đó [8].
Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định
nghĩa đều có nét chung "Viễn thám là khoa học thu nhận thông tin về các thực thể,
hiện tượng trên Trái Đất từ xa".
* Cơ sở vật lý
Bức xạ điện từ là quá trình truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao
động của điện trường và từ trường trong không gian [21].

Hình 1.1. Bức xạ sóng điện từ Số hóa bởi trung tâm học liệu

5
Các bức xạ điện từ này vừa có tính chất sóng lại vừa có tính chất hạt, tính

+ Hồng ngoại phản xạ: 0.7 ÷ 3 µm.
+ Hồng ngoại trung: 3 ÷ 7 µm. Số hóa bởi trung tâm học liệu

6
+ Hồng ngoại nhiệt: 7 ÷ 14 µm.
- Vùng sóng radar hay vi sóng (microwave): là các vùng có bước sóng dài
hơn nhiều so với vùng hồng ngoại, độ dài bước sóng từ 1mm ÷ 1m.
- Sau vùng radar là sóng radio có bước sóng > 30cm.
Còn tính chất hạt được mô tả theo tính chất của photon hay quang lượng tử
được thể hiện bằng biểu thức sau [21]:
vhE
(2.2) (h là hằng số plank)
* Tương tác giữa các đối tượng và đặc trưng phản xạ phổ của một số đối
tượng tự nhiên
- Sự tương tác năng lượng với các đối tượng ở trên mặt đất
Sóng điện từ lan truyền tới bề mặt của vật thể, năng lượng sóng điện từ sẽ
tương tác với vật thể đưới dạng hấp thụ (A), phản xạ (R), truyền qua vật thể (T),
phần trăm năng lượng phản xạ phụ thuộc vào chất liệu và điều kiện tương tác với
vật thể đó [19], [21].
EI(λ) = ER(λ) + EA(λ) + ET(λ) (2.3)
Trong đó:
EI: là năng lượng tới mặt đất.
ER: năng lượng phản xạ.
EA: năng lượng hấp thụ.
ET: năng lượng truyền qua.
Tỷ lệ giữa các hợp phần năng lượng phản xạ, hấp thụ, truyền qua là rất khác
nhau, tuỳ thuộc vào các đặc điểm của đối tượng trên bề mặt, cụ thể là phần vật chất


Hình 1.3. Đặc điểm phổ phản xạ của nhóm các đối tượng tự nhiên chính
Phản xạ phổ ứng với từng loại lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sự
tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể, điều này cho phép viễn thám có thể xác định
hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đo lường phản xạ phổ [21].
Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính
chất của các đối tượng. Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tượng khác nhau,
của một nhóm đối tượng cũng rất khác nhau, song về
. (Nguyễn Xuân Đài, 2002) [8]. Số hóa bởi trung tâm học liệu

8
, ) [8].
Qua hình 1.3 cho thấy:
+ Thực vật phản xạ mạnh ở bước sóng hồng ngoại gần ( >0,72
(0,68 m < <0,72 m).
+ Nước phản xạ mạnh nhất ở khoảng bước sóng green (0,5 m < <0,6 m) và
hấp thụ mạnh ở vùng sóng hồng ngoại gần, hồng ngoại trung và xa.
+ Độ phản xạ của đất phụ thuộc vào độ ẩm đất, cấu trúc của đất, độ nhám bề
mặt, hàm lượng hữu cơ, …. Tuy nhiên, quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đất
tăng dần về phía có bước sóng dài.
1.1.1.2. Ảnh số viễn thám
Ảnh số là một dạng dữ liệu ảnh không lưu trên giấy ảnh hoặc phim mà được
lưu dưới dạng số trên máy tính, ảnh số được chia thành nhiều phần tử nhỏ được gọi
là pixel (phần tử ảnh), ảnh số là một ma trận không gian của tập hợp các pixel, mỗi
một pixel tương ứng với một đơn vị không gian và có giá trị nguyên hữu hạn ứng
với từng cấp độ sáng, các pixel thường có dạng hình vuông, vị trí của mỗi pixel
được xác định theo toạ độ hàng và cột trên ảnh tính từ góc trên cùng bên trái [6].

cùng một góc nhìn, vệ tinh nào có độ cao lớn hơn sẽ có khoảng thu ảnh lớn hơn.
Ý nghĩa quan trọng nhất của độ phân giải không gian là cho ta biết các đối tượng
nhỏ nhất mà có thể phân biệt được trên ảnh. Ví dụ, ảnh có độ phân giải không gian là 30
x 30
m
sẽ cho phép phân biệt được các đối tượng có kích thước lớn hơn 30 x 30
m
.
- Độ phân giải đa phổ
Như đã thấy ở trên, không phải toàn bộ dải sóng điện từ được sử dụng trong
việc thu nhận ảnh viễn thám. Thông thường, tuỳ thuộc vào mục đích thu thập thông Số hóa bởi trung tâm học liệu

10
tin, mỗi loại đầu thu được thiết kế để có thể thu nhận sóng điện từ trong một số
khoảng bước sóng nhất định. Các khoảng bước sóng này được gọi là các kênh ảnh.
Ảnh chụp đối tượng trên các kênh khác nhau sẽ khác nhau. Điều này có nghĩa
là ảnh được thu trên càng nhiều kênh thì càng có nhiều thông tin về đối tượng được
thu thập. Số lượng kênh ảnh được gọi là độ phân giải phổ. Độ phân giải phổ càng cao
(càng nhiều kênh ảnh) thì thông tin thu thập từ đối tượng càng nhiều. Và đương nhiên
giá thành càng lớn. Vì vậy tùy theo mục đích sử dụng nên kết hợp nhiều loại ảnh ở
các độ phân giải khác nhau để nghiên cứu một khu vực.
- Độ phân giải bức xạ
Độ phân giải bức xạ thể hiện độ nhạy tuyến tính của bộ cảm biến trong khả
năng phân biệt sự thay đổi nhỏ nhất của cường độ phản xạ từ các vật thể. Để lưu
trữ, xử lý và hiển thị ảnh vệ tinh trong máy tính kiểu raster, tuỳ thuộc vào số bit
dùng để ghi nhận thông tin, mỗi pixel sẽ có giá trị hữu hạn ứng với từng cấp độ
xám, có thể là 2 bit, 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit.

chụp từ vệ tinh, máy bay. Các dữ liệu như kinh tế - xã hội thu thập từ điều tra phỏng
vấn hay chuyển đổi từ các bài tư liệu viết. Bản đồ vẽ bằng tay trên giấy phải được
số hoá sang dạng raster. Việc sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh chụp từ máy bay được
xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và đo vẽ bản
đồ địa hình.
- Lưu trữ (Store): Lưu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập CSDL không gian (đồ
hoạ, bản đồ). Nội dung của CSDL này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vector hoặc/và
dữ liệu raster, dữ liệu thuộc tính để nhận diện hiện tượng tham chiếu không gian.
Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong bảng,
chúng chứa khoá chính là một chỉ danh duy nhất tương ứng với đối tượng không
gian, kèm theo nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác. Chỉ danh đối tượng không gian
duy nhất được dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian tương
ứng. Trong bảng thuộc tính cũng có thể bao gồm cả giá trị không gian như độ dài
đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học
- Truy vấn (Query): Phương tiện truy nhập trong CSDL GIS bao gồm cả
phương tiện có sẵn của CSDL quan hệ chuẩn và khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn
để tìm thông tin mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định. Đặc tính
đặc biệt theo vị trí đối với hệ toạ độ nào đó và theo các quan hệ không gian. Do nhu
cầu khai thác thông tin trên CSDL không gian thường bao gồm phương pháp chỉ số
không gian đặc biệt. Câu hỏi không gian thường là tìm ra đối tượng nằm trong hay
trên các biên của cửa sổ hình chữ nhật. Khai thác dữ liệu trên cơ sở vị trí hay quan hệ
không gian được xem như là nền tảng của thâm nhập CSDL GIS. Số hóa bởi trung tâm học liệu

12
- Phân tích (Analyze): Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của người
dùng. Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi, có thể
tiến hành chồng xếp dữ liệu theo các công thức toán học (chồng xếp theo dữ liệu

Thu thập
dữ liệu
Dữ liệu thô
Cơ sở dữ liệu
Lưu trữ
Truy
vấn
Hiển thị
Phân
tích
Dữ liệu có
cấu trúc
Xuất dữ
liệu
Thiết bị ra
Ví dụ Số hóa bởi trung tâm học liệu

13
* Sản phẩm của GIS
Sản phẩm của GIS rất đa dạng được chia ra thành các cơ sở thông tin, kiến
thức mà nó có thể được thiết lập trong quá trình quản lí, cập nhật và phân tích
như sau:
- Sản phẩm trực quan: Chủ yếu là các bản đồ chuyên đề thể hiện sự đa dạng
của các mối quan hệ giữa các nhân tố tự nhiên, xã hội và môi trường; cũng có thể là
các sơ đồ, biểu đồ thể hiện sự biến thiên của dữ liệu. Kết quả này cung cấp cái nhìn
trực quan về vấn đề đang giải quyết.
- Dữ liệu gắn với tọa độ địa lý: Đây là phần ẩn sau bản đồ trên giấy, mỗi

- Xây dựng tài liệu cơ bản phục vụ quản lý, phát triển tài nguyên rừng.
- Là tài liệu phục vụ xây dựng phương án quy hoạch Lâm nghiệp, kế hoạch
sử dụng hợp lý tài nguyên rừng, lập phương án bảo vệ, quản lý rừng, đất rừng và
kiểm tra thực hiện quy hoạch lâm nghiệp đã được phê duyệt của các địa phương và
các ngành kinh tế.
Bản đồ hiện trạng rừng được xây dựng cho từng cấp hành chính: xã, huyện,
tỉnh, toàn quốc và là công cụ rất quan trọng trong đánh giá biến động tài nguyên rừng.
1.1.1.5. Biến động rừng
Rừng nước ta thể hiện những đặc trưng cơ bản của rừng mưa nhiệt đới. Theo
thống kê của viện điều tra quy hoạch rừng, rừng tự nhiên nước ta trong thời kỳ 1976 -
1990 giảm 2.7 triệu hecta tức 1.7 %/năm. Trong thời gian qua tài nguyên rừng nước
ta biến đổi rất phức tạp, khó có thể kiểm soát một cách chặt chẽ. Để có cơ sở tin cậy
phục vụ chiến lược bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng một cách hợp lý và bảo vệ
môi trường sinh thái. Nhà nước giao cho ngành Lâm nghiệp điều tra đánh giá và theo
dõi diễn biến tài nguyên rừng trong các chu kỳ : chu kỳ I (1991 - 1995), chu kỳ II
(1996 - 2000), chu kỳ III (năm 2001 - 2005) và chu kỳ IV (năm 2006 - 2010). Trong
đó, điều tra, đánh giá biến động rừng là một nội dung quan trọng của chương trình.
Rừng luôn biến đổi theo thời gian dưới tác động của thiên nhiên và con
người. Nếu được tác động tích cực rừng sẽ phát triển, ngược lại nếu gặp tác động
tiêu cực rừng sẽ bị suy thoái. Vì vậy sự biến động tài nguyên rừng chính là một đặc
trưng hết sức cơ bản xét ở trạng thái động của nó.
Trong Lâm nghiệp khi đánh giá tài nguyên rừng người ta thường sử dụng hai
nhóm chỉ tiêu đó là: biến động về số lượng và biến động về chất lượng, trong đó:
- Biến động về số lượng được phân ra các loại biến động chủ yếu sau như sau:
+ Biến động về tổng diện tích rừng. Số hóa bởi trung tâm học liệu

15