BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-----  -----

MAI TRỌNG THỊNH

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN
TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG NGẬP MẶN
TẠI THỊ XÃ QUẢNG YÊN, TỈNH QUẢNG NINH

CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG
MÃ SỐ: 60.62.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHÙNG VĂN KHOA


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, các
số liệu và kết quả nghiên cứu của luận án là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2016
Tác giả

Mai Trọng Thịnh



LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................. viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ ix
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 3
1. Khái niệm ...................................................................................................... 3
1.1. Khái niệm công nghệ địa không gian: ....................................................... 3
1.1.1. Khái niệm về GPS: .................................................................................. 4
1.1.2. Khái niệm về viễn thám .......................................................................... 4
1.1.3. Khái niệm về GIS .................................................................................... 4
1.2.1. Ứng dụng viễn thám và GIS trên thế giới ............................................... 6
1.2.2. Ứng dụng viễn thám và GIS ở Việt Nam trong đánh giá biến động tài
nguyên rừng....................................................................................................... 7
CHƯƠNG II:MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 10
2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................ 10
2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................................... 10
2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 10
2.2. Đối tượng điều tra khảo sát ...................................................................... 10
2.3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 11
2.3.1. Phạm vi không gian ............................................................................... 11
2.3.2. Phạm vi về thời gian.............................................................................. 11
2.3.3. Phạm vi nội dung .................................................................................. 11
2.4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 11
2.4.1. Đánh giá hiện trạng rừng và đất rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu
giai đoạn 1990 – 2015. .................................................................................... 11


3.1.5.2. Tài nguyên rừng ................................................................................. 25
3.1.5.3. Tài nguyên khoáng sản ...................................................................... 25
3.2. Thực tra ̣ng phát triể n kinh tế xã hô ̣i ......................................................... 26


v

3.2.1 Về kinh tế ............................................................................................... 26
3.2.1.1. Ngành nông nghiệp ............................................................................ 27
3.2.1.2. Ngành Công nghiệp............................................................................ 29
3.2.1.3. Xây dựng nông thôn mới ................................................................... 30
3.2.1.4. Công tác lập quy hoạch ...................................................................... 33
3.2.1.5. Công tác quản lý đất đai - Tài nguyên môi trường, đô thị ................. 34
3.2.2. Về Văn hoá - Xã hội.............................................................................. 34
3.2.2.1. Công tác giáo dục ............................................................................... 34
3.2.2.2. Công tác Y tế, Dân số ........................................................................ 35
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................... 36
4.1. Giải đoán ảnh viễn thám .......................................................................... 36
4.1.1. Tư liệu ảnh viễn thám phục vụ nghiên cứu........................................... 36
4.1.2. Tiền xử lý ảnh viễn thám. ..................................................................... 37
4.1.3. Xây dựng khóa giải đoán ảnh................................................................ 38
4.1.3.1. Xác định mẫu khóa giải đoán cho từng đối tượng ............................. 39
4.1.3.2. Đánh giá mẫu khóa giải đoán ............................................................. 43
4.1.4. Thực hiện giải đoán ảnh viễn thám theo mẫu khóa giải đoán .............. 46
4.1.5. Đánh giá độ chính xác kết quả sau phân loại ........................................ 47
4.1.6. Thành lập mẫu khóa giải đoán NDVI ................................................... 50
4.2. Thành lập bản đồ hiện trạng rừng giai đoạn năm 1990 đến năm 2015.... 52
4.3. Biến động diện tích rừng giai đoạn 1990 đến năm 2015 ......................... 61
4.3.1. Cơ sở thành lập bản đồ biến động rừng ................................................ 61
4.3.2. Kết quả thành lập bản đồ biến động diện tích rừng .............................. 66

UTM

Universal trasverse mercator

Hệ toạ độ chuyển đổi của Mỹ

NDVI

Normalized Difference Vegetation Index.

Chỉ số khác biệt thực vật

GIS

Geographical Information System

Hệ thống thông tin Địa lý

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

KNTTS

Aquaculture zones

Khu nuôi trồng thủy sản



ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám và thành lâp bản đồ hiện
trạng rừng bằng ảnh Landsat ........................................................................... 20
Hình 3.1. Bản đồ hiện trạng khu vực nghiên cứu ........................................... 21
Hình 4.1. Công cụ chọn mẫu khóa trong Erdas Image ................................... 40
Hình 4.2. Cửa sổ Signature Separability ......................................................... 44
Hình 4.3. Bảng khác biệt các đối tượng mẫu khóa ......................................... 45
Hình 4.4. Bản đồ giải đoán ảnh Thị Xã Quảng Yên năm 2015 ...................... 47
Hình 4.5. Công cụ tính NDVI trong phần mềm ArcGis. ................................ 51
Hình 4.6. Bản đồ NDVI Quảng Yên năm 2015 .............................................. 51
Hình 4.7. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 1990 .................... 52
Hình 4.8. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 1995 .................... 54
Hình 4.9. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 2000 .................... 55
Hình 4.10. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 2005 .................. 57
Hình 4.11. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 2010 .................. 58
Hình 4.12. Bản đồ hiện trạng rừng Thị xã Quảng Yên năm 2015 .................. 60
Hình 4.13. Công cụ Polygon to Raster............................................................ 63
Hình 4.14. Công cụ Reclassify mã hóa các trạng thái đối tượng.................... 64
Hình 4.15. Bảng tính diện tích các trạng thái thay đổi rừng ........................... 66
Hình 4.16. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 1990 – 1995 ............................. 67
Hình 4.17. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 1995 – 2000 ............................. 68
Hình 4.18. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2000 – 2005 ............................. 69
Hình 4.19. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2005 – 2010 ............................. 70
Hình 4.20. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 2010 – 2015 ............................. 72
Hình 4.21. Bản đồ biến động rừng giai đoạn 1990 – 2015 ............................. 73



2

làm giảm biến đổi khí hậu, cung cấp nguồn lợi thủy sản… Tuy nhiên, thời
gian gần đây do nhiều yếu tố khách quan, chủ quan đã làm diện tích rừng
ngập mặn bị thay đổi đáng kể chủ yếu theo hướng tiêu cực làm cho vai trò của
rừng ngập mặn bị suy giảm đáng kể. Hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý rừng
ngập mặn đang còn nhiều hạn chế, chủ yếu dự vào bản đồ hiệu trạng bằng
giấy và quan sát thực tế, ít có cơ sở dữ liệu lưu trữ, chưa ứng dụng được các
kỹ thuật hiện đại để theo dõi biến động tài nguyên rừng. Trong khi đó, việc
tìm kiếm giải pháp quản lý và sử dụng hiệu quả rừng ngập mặn tại địa phương
đang được các nhà khoa học, nhà quản lý và người dân địa phương quan tâm.
Công nghệ địa không gian góp phần thành lập được các bản đồ hiện
trạng trước đây mà hiện tại chúng ta không có tài liệu lưu trữ hoặc không thể
xác định được bằng phương pháp truyền thống, từ đó xác định được biến
động rừng hàng năm hoặc trong một giai đoạn nhất định trong quá khứ, giúp
cho công tác dự báo xu thế biến động tài nguyên rừng có cơ sở hơn.
Xuất phát từ cơ sở thực tiễn trên, tôi tiến hành chọn đề tài “Ứng dụng
công nghệ địa không gian trong đánh giá biến động và đề xuất giải pháp
quản lý tài nguyên rừng ngập mặn tại thị xã Quảng Yên, tỉnh Quảng
Ninh” nhằm đánh giá về thực trạng diện tích, biến động tài nguyên rừng, đất
bồi đắp trong 20 năm gần đây, thành phần loài, sự phân bố chính sách quản lý
rừng ngập mặn tại địa phương để làm sơ sở đề xuất các giải pháp khai thác, sử
dụng rừng ngập mặn một cách hiệu quả.


3

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1. Khái niệm

Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) là hệ
thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc
phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời
điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được
khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.
1.1.2. Khái niệm về viễn thám
Viễn thám được hiểu là một khoa học và công nghệ để thu nhận thông
tin về đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng nghiên cứu thông qua việc phân
tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện, kỹ thuật không tiếp xúc trực
tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu.
1.1.3. Khái niệm về GIS
Trong những năm gần đây, Hệ thông tin địa lý (Geography information
system-GIS) đã phát triển rất mạnh mẽ về lý thuyết, kỹ nghệ cũng như tổ
chức. Đồng thời GIS được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau
như nghiên cứu địa chất, địa lý, nông nghiệp, đô thị, giao thông, thực vật, địa
chính, kinh tế. Có nhiều khái niệm khác nhau về GIS của nhiều tác giả khác
nhau nhưng về bản chất thì GIS bao gồm các thành phần cấu thành cơ bản sau:
- Phần cứng máy tính bao gồm các thành phần vật lý của máy tính và
các thiết bị ngoại vi khác (máy in, scanner, máy vẽ. . .)
- Phần mềm GIS là các chương trình máy tính thực hiện các công viêc
chuyên môn của GIS, thực hiên các chức năng thu nhận và lưu trữ các dữ liệu
không gian cũng như thuộc tính, các thao tác xử lý số liệu, mô hình số độ
cao.v.v.. Có thể kể ra một số phần mềm chuyên dụng GIS như Arc/Info,
Map/Info, Arcview...


5

- Dữ liệu GIS bao gồm các dữ liệu không gian (ảnh, bản đồ. . .) và dữ
liệu thuộc tính (các đặc điểm, tính chất của các đối tượng không gian, các quá

trữ, quản lý, xử lý, phân tích, hiện thị các thông tin không gian từ thế giới
thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con
người đặt ra.
Ngoài ra còn một số định nghĩa về GIS của một số tác giả như sau:
- Theo Burrough (1986) thì GIS là “Tập hợp các công cụ để thu nhập,
lưu trữ, tra cứu, chuyển đổi và biểu thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực”.
- Parker (1988) định nghĩa GIS như một “kĩ nghệ thông tin nhằm lưu
trữ, phân tích và biểu thị dữ liệu không gian và phi không gian”.
- Aronoff (1989) quan niệm GIS là “bất kỳ một phương thức trên sách
tra khảo hoặc máy tính dùng để lưu trữ, thao tác các dữ liệu tham chiếu địa lý”
1.2.1. Ứng dụng viễn thám và GIS trên thế giới
Các nước tiên tiến ứng dụng viễn thấm đầu tiên là: Mỹ, Nga, Ấn Độ,
Canada, Nhât, và mới đây có thêm Trung Quốc … việc ứng dụng kết hợp
công nghệ viễn thám và GIS đã trở thành công nghệ hoàn chỉnh, được sử
dụng rộng rãi không chỉ để theo dõi, kiểm kê, dự báo, quản lý các tài
nguyên trên đất liền mà còn hướng dần ra biển và đại dương. Ứng dụng sử
dụng tư liệu viễn thám đa phổ, đa thời gian để theo dõi biến động bề mặt
địa lý tự nhiên trên mặt đất đã được hình thành trên thế giới ngay từ khi các
vệ tinh quan sát Trái Đất đầu tiên được đưa lên vũ trụ. Trên thế giới, đã có
rất nhiều các công trình khoa học nghiên cứu về lĩnh vực này và đã rất
thành công.
Khả năng sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS không chỉ áp
dụng nghiên cứu bề mặt địa lý nói chung hay biến động tài nguyên rừng, biển
nói riêng mà nó còn được áp dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực như quản lý tài
nguyên và môi trường, cảnh báo ngập lụt. Từ những năm 70 của thể kỷ XX,
khi ảnh vệ tinh và phương pháp viễn thám được sử dụng ngày càng rộng rãi


7


trường. Các bản đồ quy hoạch, bản đồ xói mòn đất tiềm năng, bản đồ hiện
trang rừng, hiện trạng giao thông.v.v. có thể được thành lập bằng công cụ GIS.
Đối với việc nghiên cứu vùng duyên hải nói chung và nghiên cứu đất
ngập nước nói riêng, công cụ GIS cũng được áp dụng, tuy chưa nhiều nhưng
đã mang lại những hiệu quả đáng kể. Từ năm 1990, GIS đã được một số tác
giả thuộc Viện Địa lý ứng dụng để đánh giá tài nguyên ven đồng bằng sông
Hồng. Năm 1996 tác giả Nguyễn Hoàn, Vũ Văn Phái và những người khác đã
tiến hành nghiên cứu biến đổi địa hình và quá trình hình thành các cồn bãi ở
khu vực cửa sông Hồng, trong đó sử dụng GIS như một trong các phương
pháp nghiên cứu chính để phân tích ảnh vệ tinh, phân tích số liệu địa hình
thuộc nhiều giai đoạn khác nhau để xác định biến động sử dụng đất và tài
nguyên theo không gian và thời gian.
Có thể nói việc kết hợp nghiên cứu tư liêu lịch sử, nghiên cứu, phỏng
vấn thực địa với ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá, phân tích và dự
báo biến động các yếu tố môi trường làm cho kết quả đạt được chính xác hơn,
nhanh hơn và cập nhật hơn.
Nghiên cứu biến động được sử dụng trong các đề tài có thể ở dưới dạng
quan tâm đến các thông tin thu nhận được ở các thời điểm khác nhau, từ đó
chiết xuất các thông tin về lớp phủ rừng ở các thời điểm khác nhau, chồng
chập các lớp thông tin này để tìm ra biến động. Tuy nhiên, việc áp dụng
chúng vào những hoàn cảnh cụ thể cũng rất cần được nghiên cứu để tìm ra
những cách tiếp cận hợp lý, hiệu quả và đánh giá khả năng của chúng một cách
đúng đắn. Trong khuôn khổ luận văn cao học, tác giả đề cập đến việc sử dụng
ảnh viễn thám đa thời gian kết hợp với GIS để nghiên cứu biến động tài nguyên
rừng, đất rừng ngập mặn từ đó đề xuất giải pháp quản lý, sử dụng hợp lý.


9

Ở Nước ta việc xác định biến động tài nguyên rừng nói chung, rừng

thuộc khu vực thị xã Quảng Yên – tỉnh Quảng Ninh bao gồm: Điều tra diện
tích rừng, đất ngập mặn của các năm từ 1990 – 2015 từ đó xác định sự biến
động tài nguyên rừng và đất ngập mặn. Cùng nằm trong tình trạng chung của
các vùng đất ngập nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đây là khu hệ sinh
thái rất nhạy cảm, dễ bị biến đổi bởi các tác động nhân sinh cũng như tự
nhiên, đặc biệt là các tác động nhân sinh. Đất ngập nước ở khu vực này có thể
được sử dụng cho các mục đích khác nhau như rừng ngập mặn (mọc tự nhiên
hoặc trồng), ao đầm nuôi trồng thuỷ sản, hệ thống thuỷ văn, đường giao
thông, các bãi bùn hay các bãi bồi còn để trống.


11

2.3. Phạm vi nghiên cứu
2.3.1. Phạm vi không gian
Do thời gian và kinh phí, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu biến động diện
tích rừng và biến động đất rừng ngập mặn tại các xã, phường thuộc thị xã
Quảng Yên tỉnh Quảng Ninh.
2.3.2. Phạm vi về thời gian
Đề tài thực hiện từ tháng 4 năm 2015 – tháng 11 năm 2015, xác định
hiện trạng tài nguyên rừng và đất ngập mặn tại các năm 2015, 2010, 2005,
2000, 1995 và 1990.
2.3.3. Phạm vi nội dung
Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu biến động về diện tích rừng ngập mặn,
độ tàn che và biến động diện tích đất rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu.
2.4. Nội dung nghiên cứu
2.4.1. Đánh giá hiện trạng rừng và đất rừng ngập mặn tại khu vực nghiên
cứu giai đoạn 1990 – 2015.
Xác định diện tích rừng và đất rừng năm 2015, 2010, 2005, 2000,
1995, 1990.

cụ chính để thực hiện các công việc trong suất quá trình nghiên cứu. Các kiến
thức và kỹ thuật, kinh nghiệm về GPS, giải đoán ảnh viễn thám được sử dụng
trong quá trình liên kết dữ liệu (số hoá các đối tượng từ ảnh vệ tinh vùng
nghiên cứu) đầu vào với Hệ thông tin địa lý. Thực địa là bước quan trọng
nhằm kiểm chứng lại kết quả của công việc giải đoán để có thể đưa ra các bổ
sung, chỉnh sửa cần thiết.
2.5.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
Thu thập và nghiên cứu các tài liệu các liên quan đến vùng nghiên cứu.
Tài liệu được thu thập chủ yếu được lưu trữ tại phòng kinh tế và hạt kiểm lâm
thị xã Quảng Yên. Các tài liệu thu thập chủ yếu liên quan đến biến động, hiện
trạng diện tích rừng, đất ngập mặn trong khu vực nghiên cứu.


13

2.5.2. Phương pháp viễn thám
“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”. Mỗi đối tượng trên bề mặt trái đất sẽ có một đặc
trưng riêng về bức xạ, phản xạ hay hấp thu các tia sóng điện từ. Các đặc trưng
này được ghi chụp và được thể hiện dưới dạng ảnh (ảnh vệ tinh, ảnh máy bay;
ảnh số, ảnh giấy...). Từ nguồn dữ liệu ảnh này các chuyên gia có thể phân
loại, chỉ ra các đối tượng khác nhau dựa vào các đặc trưng nêu trên kết hợp
với quan hệ không gian gữa các đối tượng với nhau. Đây chính là quá trình
giải đoán ảnh viễn thám bằng mắt của các chuyên gia. Có một cách thứ hai để
thực hiện công việc giải đoán này là giải đoán tự động bằng các phần mềm
máy tính chuyên dụng.
Điều kiện cơ bản để một người có thể giải đoán được một đối tượng
bằng mắt từ ảnh là họ cần phải nắm vững các đặc điểm về bức xạ của đối
tượng thể hiện trên các loại tư liệu ảnh khác nhau. Có thể sử dụng các dấu

Tư liệu ảnh dùng để giải đoán tốt nhất là ảnh tổng hợp màu. Đặc điểm cơ
bản của ảnh tổng hợp màu là sự mã hóa bằng màu sắc các khác biệt về phổ
của các đối tượng. Ở đây chuẩn giải đoán chính là sự tương phản màu được
nhấn mạnh nhờ sự lựa chọn một cách có ý thức phương án tổng hợp màu.
Trong trường hợp tư liệu gốc thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật nếu sử dụng
phương án tổng hợp màu chuẩn và điều kiện xử lý hóa ảnh chặt chẽ thì màu là
một chuẩn giải đoán tương đối ổn định.
Nhờ khả năng phân biệt cao của màu sắc mà nó có thể truyền đạt các
khác biệt về phổ của đối tượng, ảnh tổng hợp màu có tính trực quan sinh động
hơn ảnh phổ đen trắng. Đối với ảnh phổ chụp ở vùng hồng ngoại, ảnh tổng
hợp màu cho ta bức tranh màu giả không có thực trong tự nhiên.


15

Về màu sắc, ảnh tổng hợp màu so với ảnh màu vệ tinh chụp trên phim màu 3
lớp có nhiều màu sắc hơn với độ tương phản màu cao hơn. So với ảnh đa phổ
thì ảnh tổng hợp màu cũng có nhiều màu sắc hơn và độ tương phản cao hơn,
nhưng lực phân giải lại kém hơn ảnh phổ màu. Khả năng giải đoán các đối
tượng trên ảnh tổng hợp màu phụ thuộc vào nhiệm vụ giải đoán, khả năng
ứng dụng của ảnh tổng hợp màu để giải đoán các đối tượng cụ thể.
2.5.2.2. Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám
Thực hiện giải đoán ảnh viễn thám bằng phần mềm Erdas Image, với
phương pháp phân loại có kiểm định. Thực hiện phân loại ảnh viễn thám cho
năm 2015 với mẫu khóa xác định. Từ kết quả đánh giá độ chính xác của việc
giải đoán thông qua ma trận sai số (Confussion matrix) để xác định chỉ số
Kappa (K).
Tính toán chỉ số NDVI cho năm giải đoán 2015, xác định mẫu khóa
cho các năm tiếp theo không có số liệu GPS thực địa. Chỉ số NDVI được thực
hiện với công thức sau: