BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

TRẦN THỊ HỒNG THẮM

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
HIỆN TRẠNG RỪNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC KIỂM KÊ
TÀI NGUYÊN RỪNG TẠI HUYỆN CẨM XUYÊN, TỈNH HÀ TĨNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Hà Nội, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

TRẦN THỊ HỒNG THẮM

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
HIỆN TRẠNG RỪNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC KIỂM KÊ
TÀI NGUYÊN RỪNG TẠI HUYỆN CẨM XUYÊN, TỈNH HÀ TĨNH


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên
cứu, tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn,
những điều được trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ
nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và
được trích dẫn hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo
quy định cho lời cam đoan của mình.
Hà Nội, ngày.......tháng…… năm 2012,
Người cam đoan

Trần Thị Hồng Thắm


iii

MỤC LỤC
Trang

Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ......................................................................................................... i
Lời cam đoan ..................................................................................................... ii
Danh mục các từ viết tắt.................................................................................... v
Danh mục các bảng .......................................................................................... vi
Danh mục các hình .......................................................................................... vii
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................... 3
1.1. Khái quát chung ...................................................................................... 3

4.1.2. Rừng trồng ...................................................................................... 50
4.2. Khóa ảnh phục vụ giải đoán các trạng thái rừng tại huyện Cẩm
Xuyên ................................................................................................ 51
4.2.1. Đánh giá chất lượng ảnh SPOT-5 tại huyện Cẩm Xuyên .............. 51
4.2.2. Xây dựng bộ khóa giải đoán ảnh.................................................... 52
4.3. Xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng tại huyện Cẩm Xuyên .. 56
4.4. Đề xuất hướng dẫn kỹ thuật thành lập bản đồ hiện trạng tài nguyên
rừng từ tư liệu viễn thám và hệ thống GIS. ................................................. 65
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 81
1. Kết luận .................................................................................................... 81
2. Tồn tại ...................................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
RS
SPOT

Viết đầy đủ
Remote sensing - Viễn thám
Système Pour l’Observation de la Terre

GIS

Geographic information system - Hệ thống thông tin địa lý


Mật độ (cây/ha)

N%

Tỷ lệ % mật độ

RĐT

Rừng đã trồng trên núi đất

RNK

Rừng nghèo

RN

Rừng nghèo kiệt

RG

Rừng giàu

RTB

Rừng trung bình

RTG

Rừng gỗ trồng trên núi đất


6

1.2

Độ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 đến 5

7

2.1

Bảng phân chia loại đất loại rừng theo thông tư số 34 tại Hà Tĩnh

22

4.1

Chỉ tiêu lâm học của các trạng thái rừng tự nhiên

46

4.2

Tổ thành loài cây của trạng thái rừng tự nhiên

47

4.3

Đánh giá kết quả giải đoán cho từng loại rừng


4.1:

Phân bố các trạng thái rừng tại huyện Cẩm Xuyên

45

4.2:

Một số thông tin cơ bản của ảnh PX271313_100815

52

4.3:

Mẫu ảnh của nhóm đất chưa có rừng bao gồm: IA, IB, IC

53

4.4:

Hệ thống mẫu giải đoán khu vực nghiên cứu

56

4.5:

Bản đồ hiện trạng rừng huyện Cẩm Xuyên

57


70

4.12: Sơ đồ phân loại các đối tượng

73


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Cẩm Xuyên là huyện miền núi có địa hình phức tạp và đa dạng, hội tụ
đầy đủ mọi biểu hiện địa hình: Núi đồi, sông suối, đồng bằng, ao hồ…Trong
đó núi đồi chiếm khoảng 60% diện tích tự nhiên, được phân bố về phía Nam
huyện. Bắt đầu từ xã Cẩm Thạch - Cẩm Mỹ - Cẩm Quan và xã Cẩm ThịnhCẩm Lạc – Cẩm Minh. Cùng với đó là hệ thống các sơn khối lẻ, nằm chen
giữa đồng bằng và ven bờ biển: Núi Thành (xã Cẩm Thạch), núi Nhược
Thạch (xã Cẩm Quang), một số núi thuộc xã Cẩm Lĩnh,... Vấn đề quản lý bảo
vệ tài nguyên rừng nơi đây hết sức khó khăn và phức tạp.
Để quản lý, bảo vệ tài nguyên rừng tốt đòi hỏi phải thống kê, kiểm kê
tài nguyên rừng thường xuyên, nhằm cập nhật thông tin một cách đầy đủ,
nhanh chóng, chính xác nhất, nắm bắt được toàn diện về diện tích rừng; chất
lượng rừng và diện tích đất chưa có rừng gắn với chủ quản lý cụ thể trên địa
bàn huyện, tỉnh.
Khi khoa học máy tính chưa phát triển, trang thiết bị làm việc còn đơn
giản thì việc thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng phương pháp giải đoán
ảnh viễn thám được thực hiện bằng mắt thường hoặc có thêm sự trợ giúp của
kính lúp, kính lập thể,… Kết quả của phương pháp này phụ thuộc nhiều vào
khóa giải đoán và kiến thức chuyên gia trong việc nhận biết các đối tượng
trên ảnh. Phương pháp này lại tốn thời gian, công sức và khó áp dụng đối với
những khu vực khó có thể tiếp cận trực tiếp, thông tin không được cập nhật
kịp thời do hiện trạng rừng và đất lâm nghiệp luôn biến động.

dụng tư liệu viễn thám thành lập bản đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác
kiểm kê tài nguyên rừng tại huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh” làm luận văn
thạc sĩ.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát chung
* Hệ thống thông tin địa lý (geography information system)

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ra đời dựa trên cơ sở công nghệ thông
tin gắn liền với việc phát triển các phần mềm lớn, tích hợp được những yêu
cầu cùng nhiệm vụ cần phải giải quyết trong đời sống xã hội. GIS là công cụ,
công nghệ được dùng để tập hợp, lưu trữ, xử lý và phân tích thông tin (thông
tin không gian và phi không gian) thông qua các hệ thống công cụ tin học và
máy tính. Phương pháp này cho phép đánh giá tổng thể với tương quan của
nhiều yếu tố theo không gian và thời gian. GIS là một công nghệ mới đang trở
thành một công cụ thiết yếu để xử lý, phân tích các dữ liệu thông tin đáp ứng
ngày càng cao và đa dạng, đa mục đích trên thế giới. Burrough (1986) đã định
nghĩa GIS là: “Một bộ phận mạnh mẽ của các công cụ để tập hợp, lưu trữ, sửa
chữa lại theo ý muốn, chuyển đổi và thể hiện các dữ liệu không gian từ thế
giới thực với những bộ phận riêng biệt của những mục đích”. [1]
* Viễn thám (Remote sensing):
Viễn thám là một ngành khoa học quan sát, theo dõi, thu thập và phân
tích các vật thể trên bề mặt trái đất mà không cần phải tiếp cận trực tiếp với
các vật thể đó thông qua thông tin ảnh. [3]
Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ như
một phương tiện để điều tra, đo đạc những đặc tính của các đối tượng trên bề

kênh hồng ngoại (1,58-1,75µm) có độ phân giải 20m. Khả năng chụp nghiêng
của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từ hai ảnh chụp vào hai thời điểm với
các góc chụp nghiêng khác nhau. [13]


5

Vệ Tinh SPOT-4,1998 CNES

Vệ Tinh SPOT-5, 2002 CNES

Vệ tinh SPOT-5 phóng lên quỹ đạo ngày 03/05/2002, được trang bị một
cặp Sensor HRG (High Resolution Geometric) là loại Sensor ưu việt hơn các
loại trước đó. Mỗi một Sensor HRG có thể thu được ảnh đối với độ phân giải
5m đen-trắng và 10m với ảnh màu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt
được ảnh độ phân giải 2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn
đạt 60km đến 80km. Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT, điều mà các loại
ảnh vệ tinh cùng thời khác ở độ phân giải này đều không đạt.
Kỹ thuật thu ảnh HRG cho phép định vị ảnh với độ chính xác nhỏ hơn
50m nhờ hệ thống định vị vệ tinh DOGIS và Star Tracker lắp đặt trên vệ tinh.
Trên vệ tinh SPOT-5 còn lắp thêm 2 máy chụp ảnh nữa. Máy thứ nhất HSR
(High Resolution Stereoscopic) – Máy chụp ảnh lập thể lực phân giải cao.
Máy này chụp ảnh lập thể dọc theo đường bay với độ phủ 120 x 600km. Nhờ
ảnh lập thể đọ phủ rộng này tạo lập mô hình số độ cao (DEM) với độ chính
xác 10m mà không cần tới điểm khống chế mặt đất. Máy chụp ảnh thứ 2
mang tên VEGETATION giống như VEGETATION lắp trên vệ tinh SPOT-4
hàng ngày chụp ảnh mặt đất trên một dải rộng 22,5km với kích thước pixel
1x1km trong 4 kênh phổ. Ảnh VEGETATION được sử dụng rất hữu hiệu cho
mục đích theo dõi biến động địa cầu và đo vẽ bản đồ hiện trạng đất.
Hai vệ tinh SPOT-4 và SPOT-5 có thêm kênh phổ chụp SWIR nằm

20 x 20

Lục, đỏ, gần hồng
ngoại

HRV

1

10 x 10

Toàn sắc

HRV

3

10 x 10

Lục, đỏ, gần hồng
ngoại

20 x 20

Lục, đỏ, gần hồng
ngoại, hồng ngoại
trung

10 x 10



HRVIR

M + XI hoặc P + XI
(Panchromatic and Multispictral
merging)

SPOT-4

HRVIR

HX (Multispictral High
Resolution)
HMA hoặc HMB(Panchromatic
High Resolution)

SPOT-5

HRG

SPOT-5

HRG

SPOT-5

Các kênh đa phổ

HRV


5x5

Lục, đỏ, gần hồng
ngoại

THR (Very High Resolution)

SPOT-5

HRG

1

2,5 x
2,5**

Toàn sắc

SPOT-5

HRG

2,5 x
2,5**

Lục, đỏ, gần hồng
ngoại

SPOT-5




7

* Chỉ riêng kênh B2 (=M) có độ phân giải 10m. Các kênh còn lại được
lấy mẫu lại từ 20 đến 10m.
** Điểm mặt đất – kích thước của THR được lấy mẫu lại. Độ phân giải
nhỏ hơn 3m
Bảng 1.2. Độ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 đến 5.
Vệ tinh SPOT

Độ phân

Kênh Phổ

Bước sóng

Phổ điện từ

SPOT-1, 2, 3

Kênh 1

0,5 - 0,59 µm

Xanh lục

20m

SPOT-1, 2, 3


Kênh 1

0,5 - 0,59 µm

Xanh lục

10m

SPOT-5

Kênh 2

0,61 - 0,68 µm

Đỏ

10m

SPOT-5

Kênh 3

0,79 - 0,89 µm

Gần hồng ngoại

10m

SPOT-1, 2, 3


Kênh Toàn sắc

0,49 - 0,73 µm

Toàn sắc

2,5m

SPOT-5

Kênh Toàn sắc

0,49 - 0,73 µm

Toàn sắc

5 x 10m

giải

Ảnh SPOT có thể ghi phản xạ phổ của toàn mặt đất với sự khác biệt về
dữ liệu, độ phân giải cao (đặc biệt ảnh độ phân giải 2,5m) và có khả năng
nhìn nổi, nhạy cảm về phổ hồng ngoại cho thực vật, mở ra triển vọng của
nhiều ứng dụng mà trước đây chỉ có thể thực hiện với ảnh hàng không như :
Đo vẽ mới và hiệu chỉnh bản đồ địa hình; nghiên cứu, thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất, khai khoáng trong địa chất, thành lập bản đồ tỷ lệ 1:30.000
đến 1:100.000, nghiên cứu về thực vật ở cấp độ đô thị... khu vực, theo dõi
biến động môi trường như mất rừng, xói mòn, phát triển [13]


mục đích quân sự và quản lý tài nguyên thiên nhiên nói chung trên phạm vi
rộng lớn, trong đó có tài nguyên rừng nói riêng. [2]
Đầu thập kỷ 70 của thế kỷ XX, kỹ thuật viễn thám đã có những bước
tiến bộ về mọi mặt như vệ tinh thế hệ mới, hệ thống máy ảnh đa năng và hệ
thống thu nhận tín hiệu, tư liệu ảnh từ các vệ tinh tốt hơn. Việc sử dụng các
công nghệ mới với những cải tiến rõ rệt (bước sóng cực ngắn v.v.) có thể
chụp được trên mọi điều kiện thời tiết và hệ thống thu ảnh chủ động tích cực
nên đã thu được ảnh có chất lượng tốt hơn với độ phân giải ảnh rất cao đến
mét (ảnh LANDSAT, ảnh SPOT ,...). Vì vậy, viễn thám đã phục vụ tốt những
mục tiêu cụ thể như: Phát triển lâm nghiệp, nông nghiệp, quản lý thiên tai,
phát triển đô thị và phục vụ quốc phòng. [2]
Đối với ngành lâm nghiệp, vấn đề sử dụng ảnh vệ tinh để xây dựng bản
đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác quản lý, theo dõi rừng đã được nhiều
nước tiên tiến trên thế giới áp dụng như Mỹ, Canađa, Pháp, Nga, Nhật Bản và
các nước châu Á như Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Indônêsia,... Tư liệu
viễn thám được sử dụng trong công tác này bao gồm nhiều loại ảnh vệ tinh
của các nước khác nhau như: Landsat, Ikonos, Quickbird,... của Mỹ, SPOT


10

của Pháp, Aster, JRS của Nhật bản, Radasat của Canađa,... Việc sử dụng công
nghệ viễn thám và GIS trong quản lý, theo dõi biến động rừng và sử dụng đất
cũng đã được thực hiện theo nhiều mức độ khác nhau như cho toàn cầu, vùng
lãnh thổ, quốc gia, khu vực. [18]
Bắ t đầ u từ năm 1986, Pháp phóng thành công vệ tinh SPOT lên quỹ đa ̣o
và chu ̣p ảnh quang ho ̣c đa phổ có đô ̣ phân giải không gian cao hơn hẳn ảnh vê ̣
tinh Landsat của My,̃ đô ̣ phân giải thời gian là 26 ngày. Kể từ đó việc sử dụng
ảnh SPOT, đă ̣c biê ̣t là SPOT-4 và SPOT-5 để thành lập bản đồ hiện trạng rừng
đã được áp du ̣ng có hiệu quả ta ̣i nhiề u nước trên thế giới như: Pháp, Brazin,

mùa màng,..
Một số công trình đã ứng dụng công nghệ RS và GIS [2]:
- Đánh giá chức năng thảm thực vật rừng từ ảnh vệ tinh trong môi

trường nhiệt đới của Kazue-Fujiwara - Trường Tổng hợp Quốc gia Yokohama
- Nhật bản và E.O.BOX -Trường tong Hợp Georgia - Mỹ.
- Ứng dụng Viễn Thám và GIS nghiên cứu hệ địa lý thảo nguyên khô

và thảo nguyên rừng của M.Gan-zorig, H.Tulgaa và D.Amarsaikhan Trung
tâm Tin học và Viễn thám, Mông cổ.
- Phân tích sự biến động che phủ rừng quá khứ và tương lai của

Chandra P.Giri và Surendra Shrestha-UNEP - Thái Lan.
- Ứng dụng ảnh Vệ tinh và GIS vào sự phục hồi sinh thái của Sirin

Kawala-Ierd,

K.Fujiwara-Trường

tổng

hợp

Tokyo

nhật

bản;

Kitti

̣ khá chi tiế t theo nô ̣i dung của phân loại tài nguyên rừng [17]
Được sự giúp đỡ về mặt kỹ thuật cũng như tài chính của các tổ chức
quốc tế, đặc biệt là của FAO thì viễn thám và GIS được ứng dụng vào Việt
Nam mạnh hơn vào những năm 1980. Mốc quan trọng đánh dấu sự phát triển
viễn thám là sự hợp tác nhiều bên trong chương trình vũ trụ Quốc tế (Inter
Kosmos) năm 1981-1986. Kết quả nghiên cứu của chương trình khoa học này
là đã biết sử dụng ảnh đa phổ MKF-6 vào thành lập các bản đồ chuyên đề
như: sử dụng đất, địa chất, tài nguyên nước, thuỷ văn, rừng,... Sau đó các dự
án viện trợ Quốc tế của UNDP và FAO như VIE76/011 và VIE 83/004 đã
trang bị một số thiết bị kỹ thuật Viễn thám cho Viện khoa học Việt Nam nay
là Viện khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia. Dự án VIE-76-014 lần đầu
tiên đã xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất và các trạng thái rừng trên cơ


13

sở sử dụng ảnh viễn thám LANDSAT và bước đầu tiếp cận công nghệ GIS.
Từ đó đến nay, công nghệ viễn thám và GIS đã được ứng dụng một cách rộng
rãi hơn và trở thành công cụ không thể thay thế trong lĩnh vực đánh giá theo
dõi tài nguyên thiên nhiên, trong đó có tài nguyên rừng. Đặc biệt từ những
năm đầu 1990 trở lại đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ
cùng với sự hợp tác và giúp đỡ của các tổ chức quốc tế, việc ứng dụng công
nghệ GIS và viễn thám đã thu được những tiến bộ ở Trung tâm Khoa học Tư
nhiên và Công nghệ Quốc gia, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Nông
nghiệp và Phát triển Nông thôn,... Hàng loạt phần mềm mới đã được ứng
dụng như ARC/VIEW, ILWIS, PCI, ERDAS image, ARC/INFO dựa trên cơ
sở của công nghệ máy tính hiện đại.
Cụ thể đối với ngành lâm nghiệp, các chương trình ứng dụng GIS và
RS như sau: Chương trình điều tra nguyên liệu giấy (1972 - 1985), chương
trình hợp tác lâm nghiệp Việt Nam - Thụy Điển, Dự án ứng dụng viễn thám

TM có độ phân giải là 30 x 30m để cập nhật những khu vực thay đổi sử dụng
đất, những nơi mất rừng hoặc những nơi có rừng trồng mới hay mới tái sinh
phục hồi.
+ Giai đoạn 1991-1995, Viện ĐTQH Rừng sử dụng hệ thống ảnh vệ
tinh Landsat TM+ đề xây dựng bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1/250.000 cho
vùng và 1/1.000.000 cho toàn quốc.
+ Chương trình điều tra đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng
toàn quốc 5 năm giai đoạn 1996 – 2000. Trong chương trình này ảnh vệ tinh
đã sử dụng là SPOT-3, có độ phân giải là 15m x 15m.
+ Giai đoạn 1996-2000, Viện sử dụng hệ thống ảnh vệ tinh SPOT-1 để
giải đoán xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng tỷ lệ 1/100.000 cho 40


15

tỉnh có diện tích rừng lớn, bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1/250.000 cho 6 vùng
và bản đồ 1/1.000.000 cho toàn quốc.
+ Chương trình điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng
toàn quốc 5 năm giai đoạn 2000 - 2005, trong chương trình này thì phương pháp
xây dựng bản đồ trong chu kỳ III đã được phát triển lên một bước. Lần này, bản
đồ hiện trạng rừng được xây dựng từ ảnh số vệ tinh Landsat ETM+. Viện ĐTQH
rừng đã ứng dụng công nghệ giải đoán ảnh số với sự trợ giúp của phần mềm
chuyên dụng Erdas imagine 8.5. Việc giải đoán ảnh được thực hiện trong phòng
dựa trên những mẫu khóa ảnh đã được kiểm tra ngoài hiện trường.
+ Gần đây, chúng ta đã thực hiện chương trình điều tra, đánh giá và
theo dõi diễn biến tài nguyên rừng giai đoạn 2006 - 2010 (chu kỳ IV). Trong
chương trình này thì việc xây dựng hệ thống bản đồ và số liệu hiện trạng tài
nguyên rừng sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 độ phân giải 2.5m với ảnh Pan và
10m với ảnh toàn sắc (MS) trên phạm vi toàn quốc do Bộ Tài nguyên và Môi
trường cung cấp làm cơ sở để biên tập và nắn chỉnh xây dựng các loại bản đồ:

Nguyễn Quốc Khánh, Nguyễn Thanh Nga thuộc Trung tâm giám sát tài
nguyên và môi trường - Trung tâm Viễn Thám Quốc Gia thực hiện năm 2007.
- Lâm Đạo Nguyên - Phòng Điạ tin học Vâ ̣t lý, phân viện Vâ ̣t lý tại Tp
Hồ Chí Minh “Ứng dụng tư liệu viễn thám vê ̣ tinh để giám sát sự sinh trưởng
của cây lúa”.
- Chuyên san Viễn thám và điạ tin ho ̣c số 5 - 2008 của Trung tâm Viễn
thám quố c gia đã đề câ ̣p đến một số công trình nghiên cứu: Sử du ̣ng ảnh vê ̣
tinh radar để thành lập một số lớp thông tin về lớp phủ thực vâ ̣t, thành lâ ̣p bản
đồ nhiê ̣t đô ̣ mă ̣t nước biể n và hàm lượng chlorophyll-A khu vực biể n đông từ
ảnh MODIS .
Thời gian vừa qua nhà nước đã đầu tư cho Bộ Tài nguyên và Môi
trường Dự án “Xây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên ở Việt
Nam” đây là dự án thu ảnh vệ tinh mang tầm cỡ quốc gia và khu vực, đến nay