BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
DIỆN TÍCH RỪNG NGẬP MẶN TẠI TỈNH KIÊN GIANG
TRONG GIAI ĐOẠN 2010 – 2016

Họ và tên sinh viên: TRƢƠNG THANH LONG
Ngành: Hệ thống Thông tin Địa lý
Niên khóa: 2013 – 2017


Tháng 7/2017


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
DIỆN TÍCH RỪNG NGẬP MẶN TẠI TỈNH KIÊN GIANG
TRONG GIAI ĐOẠN 2010 – 2016

Tác giả
TRƢƠNG THANH LONG

Tiểu luận đƣợc đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kĩ sƣ ngành Hệ thống Thông tin Địa lý

Giáo viên hƣớng dẫn:
KS. NGUYỄN DUY LIÊM

Tháng 7 năm 2017


ảnh Landsat, xây dựng hệ thống phân loại thực phủ, xây dựng khóa giải đoán, chọn
mẫu huấn luyện, thực hiện phân loại, đánh giá độ chính xác, chồng lớp dữ liệu, phân
tích biến động diện tích rừng ngập mặn trong giai đoạn 2010- 2016.
Đề tài đã đạt đƣợc những kết quả sau: giải đoán ảnh, phân loại ảnh vệ tinh
Landsat 7 và Landsat 8 đƣợc năm loại thực phủ gồm rừng ngập mặn, cây khác, đất
trống, khu dân cƣ và mặt nƣớc. Kết quả năm 2010 cho thấy diện tích rừng ngập mặn là
4.062,69 ha chiếm 11% diện tích tự nhiên, với độ chính xác toàn cục là 99,48% và chỉ
số Kappa là 0,99. Kết quả năm 2016 cho thấy diện tích rừng ngập mặn là 4.315,23 ha
chiếm 11% diện tích tự nhiên, với độ chính xác toàn cục là 97,48% và chỉ số Kappa là
0,97. Bản đồ biến động diện tích rừng ngập mặn tại tỉnh Kiên Giang giai đoạn 2010 –
2016 đƣợc thành lập với 36 trạng thái, sau khi xử lý lại, đƣợc 9 trạng thái liên quan
đến rừng ngập mặn gồm có rừng ngập mặn giữ nguyên; rừng ngập mặn chuyển sang
cây khác, đất trống, khu dân cƣ và mặt nƣớc; cây khác, đất trống, khu dân cƣ và mặt
nƣớc chuyển sang rừng ngập mặn. Diện tích rừng ngập mặn chỉ giữ lại 2.824,38 ha,
trong khi đã chuyển qua thành các loại thực phủ khác nhƣ khu dân cƣ, đất trống, mặt
nƣớc và cây khác với tổng diện tích là 1.334,09 ha. Tổng diện tích các loại thực phủ
khác chuyển sang rừng ngập mặn là 1.586,16 ha.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC VIẾT TẮT ............................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ vii
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ..............................................................................................1
1.1.

Rừng ngập mặn tại Kiên Giang .........................................................................5

2.3.

Đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên ..............................................7

2.4.

Nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ........................................................................8

2.4.1.

Những nghiên cứu tại Việt Nam .................................................................8

2.4.2.

Những cứu trên thế giới ..............................................................................9

CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................10
3.1.

Phƣơng pháp ...................................................................................................10

3.2.

Dữ liệu..............................................................................................................12

3.2.1.

Dữ liệu thứ cấp ..........................................................................................12


3.6.

Chọn mẫu huấn luyện ......................................................................................18

3.7.

Thực hiện phân loại..........................................................................................19

3.8.

Đánh giá độ chính xác ......................................................................................19

CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ, THẢO LUẬN ..................................................................20
4.1.

Bản đồ phân loại thực phủ ...............................................................................20

4.1.1.

Bản đồ phân loại thực phủ năm 2010 ........................................................20

4.1.2.

Bản đồ phân loại thực phủ năm 2016 ........................................................21

4.2.

Đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2010 – 2016 .............23


Phát triển nông thôn

SVM

Support Vector Machine

UBND

Ủy ban nhân dân

UNESCO

United Nations Educational Scientific and Cultural Organization

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Ảnh viễn thám khu vực Kiên Giang .............................................................12
Bảng 3.2: Thống kê các loại thực phủ ...........................................................................13
Bảng 3.3: Hệ thống phân loại thực phủ khu vực nghiên cứu ........................................16
Bảng 3.4: Khóa giải đoán khu vực nghiên cứu .............................................................17
Bảng 4.1: Diện tích các loại thực phủ năm 2010 ..........................................................21
Bảng 4.2: Ma trận sai số phân loại năm 2010 (%) ........................................................21
Bảng 4.3: Diện tích các loại thực phủ năm 2016 ..........................................................22
Bảng 4.4: Ma trận sai số phân loại năm 2016 (%) ........................................................22
Bảng 4.5: Ma trận diện tích rừng ngập mặn trong giai đoạn 2010 – 2016 (ha) ............30
Bảng 4.6: Diện tích rừng ngập mặn biến động trong giai đoạn 2010 – 2016 ...............30

vi


CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài
Kiên Giang là một tỉnh ven biển có đƣờng bờ biển dài nhất ở ĐBSCL với hơn

208 km. Kiên Giang có 2.894 ha rừng ngập mặn (Sở Nông nghiệp và PTNT Kiên
Giang, 2014), hình thành hành lang xanh mỏng phân bố dọc theo dải bờ biển. Đây là
nơi mà rừng ngập mặn có vai trò cực kỳ quan trọng, giúp giảm thiểu và thích ứng với
tác động của biến đổi khí hậu bằng việc giảm nhẹ các mối đe dọa trực tiếp do việc gia
tăng hoạt động của bão và mực nƣớc biển dâng. Rừng ngập mặn cũng góp phần phát
triển kinh tế nhƣ du lịch sinh thái, bảo vệ bờ biển và nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên,
trong nhiều năm gần đây, rừng ngập mặn ven biển thuộc tỉnh Kiên Giang đang bị suy
giảm nghiêm trọng: năm 2006 diện tích rừng ngập là 5.430,7 ha (UBND tỉnh Kiên
Giang, 2006), đến năm 2010 giảm còn 4.781,8 ha (Phạm Trọng Thịnh và cộng sự,
2010) và năm 2014 tiếp tục giảm còn 2.894 ha (Sở Nông nghiệp và PTNT Kiên Giang,
2014). Diện tích rừng ngập mặn giảm mạnh là do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu (gió
bão, sóng biển, thủy triều gây xói lở nghiêm trọng) và sự khai phá của con ngƣời nhằm
phục vụ cho đời sống và sản xuất nông nghiệp. Để khắc phục tình trạng này, tỉnh Kiên
Giang đã có các dự án khôi phục, bảo vệ đai rừng, trồng mới rừng ngập mặn góp phần
khôi phục diện tích rừng ngập mặn bị mất và phát triển, bảo vệ diện tích rừng ngập
mặn hiện có.
Công nghệ viễn thám ngày càng phát triển, mang lại hiệu quả với độ chính xác
cao trong phân loại ảnh và đánh giá biến động. Liên quan đến rừng ngập mặn, đã có
nhiều nghiên cứu ứng dụng viễn thám đƣợc thực hiện nhƣ nghiên cứu sử dụng ảnh
SPOT đánh giá hiện trạng quản lý rừng ngập mặn vùng ven biển Kiên Giang và đề
xuất các giải pháp phục hồi (Phạm Trọng Thịnh và cộng sự, 2010), nghiên cứu ứng
dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn tại khu
vực mũi Cà Mau (Nguyễn Văn Sáng, 2016).

Tỉnh Kiên Giang là tỉnh thuộc vùng ĐBSCL, nằm ở phía Tây Nam của nƣớc ta.
Phần đất liền của tỉnh Kiên Giang có tọa độ địa lí nhƣ sau: điểm cực Bắc ở vĩ độ
10o32’B tại xã Tân Khánh Hòa, huyện Kiên Lƣơng; điểm cực Nam ở vĩ độ 9o23’B tại
xã Vĩnh Phong, huyện Vĩnh Thuận; điểm cực Tây ở kinh độ 104o27’Đ tại xã Mỹ Đức,
thị xã Hà Tiên; điểm cực Đông ở kinh độ 105o33’Đ tại xã Hòa Lợi, huyện Giồng
Riềng.
Tỉnh Kiên Giang có diện tích tự nhiên 6.348,53 km2. Diện tích của tỉnh chiếm
16,1% diện tích vùng ĐBSCL và chiếm 1,92% diện tích cả nƣớc. Phía Bắc giáp tỉnh
Cam-pốt của Cam-pu-chia với đƣờng biên giới chung dài 56,8 km; phía Đông giáp với
tỉnh An Giang và thành phố Cần Thơ; phía Đông Nam giáp với tỉnh Hậu Giang và tỉnh
Bạc Liêu; phía Nam giáp với tỉnh Cà Mau; phía Tây giáp với vịnh Thái Lan (Lữ Văn
Nhựt và cộng sự, 2015).

Hình 2.1: Bản đồ hành chính tỉnh Kiên Giang
3


2.1.2. Điều kiện tự nhiên
2.1.2.1.

Địa hình

Địa hình Kiên Giang khá đa dạng, nơi đây vừa có đồng bằng, vừa có đồi núi, biển
và bờ biển. Địa hình đất liền tƣơng đối bằng phẳng, có hƣớng thấp dần từ Đông Bắc
xuống Tây Nam. Phần hải đảo chủ yếu là địa hình đồi núi, xen kẽ với đồng bằng nhỏ
hẹp.
Địa hình đồng bằng chiếm phần lớn diện tích của tỉnh. Nhìn chung, đây là dạng
đồng bằng thấp và bằng phẳng. Do nằm khá xa sông Hậu nên khả năng bồi đắp phù sa
có nhiều hạn chế. Vì vậy, ở đây có các vùng trũng khá lớn.
Địa hình đồi núi ở ven biển Hòn Đất, Kiên Lƣơng và Hà Tiên với diện tích 4.708

Thủy văn

Hệ thống sông ngòi, kênh rạch dày đặc, phân bố khắp địa bàn tỉnh, với tổng chiều
dài 2.054,93 km. Toàn tỉnh có 3 con sông lớn chảy qua: sông Cái Lớn, sông Cái Bé và
sông Giang Thành. Hệ thống kênh đào gồm kênh tiêu lũ và kênh cung cấp nƣớc ngọt.
Trong đó kênh tiêu lũ gồm: kênh Vĩnh Tế, kênh T3, kênh Tri Tôn, kênh Ba Thê; kênh
cung cấp nƣớc ngọt gồm: kênh Cái Sắn, kênh Thốt Nốt, kênh Thị Đội.
2.2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội
2.2.3.1.

Dân cƣ và lao động

Dân số Kiên Giang năm 2015 là 1.761.100 ngƣời, mật độ dân số 277 ngƣời/km2
(Tổng cục Thống kê, 2016). Trong đó dân số thành thị đạt 485.200 ngƣời, dân số nông
thôn đạt 1.275.900 ngƣời. Dân số của tỉnh phân bố không đều, thƣờng tập trung ở ven
trục lộ giao thông, kênh rạch, sông ngòi và một số đảo lớn.
2.2.3.2.

Kinh tế

Tỉnh Kiên Giang có nhiều thế mạnh để phát triển một nền kinh tế đa dạng bao
gồm cả về nông nghiệp, ngƣ nghiệp, công nghiệp chế biến nông sản, sản xuất vật liệu
xây dựng và công nghiệp phục vụ nghề cá. Ngoài ra, tỉnh còn có tiềm năng to lớn về
du lịch với nhiều thắng cảnh, bãi biển đẹp và các đảo và quần đảo.
Tốc độ tăng trƣởng kinh tế bình quân đạt 10,35%/năm. Về cơ cấu kinh tế, chuyển
dịch theo hƣớng: tỷ trọng nông- lâm- thủy sản giảm từ 42,57% năm 2010 còn 35,14%
năm 2015, dịch vụ tăng từ 33,04% lên 40,44%, công nghiệp-xây dựng giữ ở mức
24,42%. Thu nhập bình quân đầu ngƣời đạt 2.490 USD, gấp 1,75 lần so năm 2010; tỷ
lệ hộ nghèo giảm từ 8,84% năm 2010 xuống còn 2,73% vào năm 2015 (Cục thống kê
Kiên Giang, 2016).

trồng này đƣợc trồng trên các khu vực đất trống, trong các vùng đất giao khoán cho hộ
sản xuất lâm – ngƣ kết hợp, trên các bãi bồi ven biển đất còn ở dạng bùn lỏng, bùn
loãng (Phạm Trọng Thịnh và cộng sự, 2010).

Hình 2.2: Khu dự trữ sinh quyển Kiên Giang (Chu Văn Cường và Peter Dart, 2011)

6


Diện tích rừng ngập mặn thuộc tỉnh Kiên Giang đang suy giảm nhanh với tốc độ
phá hủy bình quân khoảng 3%/năm. Các nguyên nhân là do quá trình đô thị hóa, gió
bão tàn phá, xói lở bờ biển,... Ngoài ra, còn do con ngƣời phá rừng ngập mặn để nuôi
tôm công nghiệp, khai thác gỗ, củi quá mức. Tình trạng xói lở bờ biển là vấn đề
nghiêm trọng nhất làm ảnh hƣởng tới rừng ngập mặn tỉnh Kiên Giang (Nguyễn Xuân
Niệm và cộng sự, 2015).
2.3.

Đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên
Đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố. Các

đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trƣờng khí quyển và bề mặt đối
tƣợng cũng nhƣ bản thân các đối tƣợng (Nguyễn Khắc Thời và cộng sự, 2011):
 Nhóm đối tƣợng thực vật: Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi
theo độ dài bƣớc sóng. Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lƣợng bị hấp
thụ bởi clorophin có trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ.
Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hƣởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là
hàm lƣợng nƣớc, ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lƣợng hấp thụ là cực
đại. Ảnh hƣởng của các cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đối với khả năng
phản xạ phổ là không lớn bằng hàm lƣợng nƣớc trong lá.
 Nhóm đối tƣợng đất: khả băng phản xạ phổ tăng theo độ dài bƣớc sóng đặc

trên ảnh Landsat thu nhận trong các năm 2002 và 2016 giải đoán, phân loại, thành lập
bản đồ hiện trạng và biến động rừng ngập mặn giai đoạn 2002 – 2016. Sử dụng
phƣơng pháp phân loại gần đúng nhất và phân tích đa số để gộp các pixel lẻ tẻ nhằm
8


làm mƣợt kết quả phân loại. Kết quả năm 2002 có độ chính xác toàn cục là 95,74% và
Kappa ~ 0.94, kết quả năm 2016 có độ chính xác 89,37% và Kappa ~ 0,87. Tác giả đã
đƣa ra kết luận là trong giai đoạn 2002 – 2016 diện tích rừng ngập mặn có xu hƣớng
tăng, tổng diện tích rừng ngập mặn mất đi là 1.295,10 ha, tổng diện tích rừng ngập
mặn thêm mới toàn khu vực vƣờn Quốc gia Đất Mũi là 2.432,70 ha (gấp 1,8 lần tổng
diện tích rừng mất đi).
2.4.2. Những cứu trên thế giới
Trên phạm vi thế giới, các đề tài nghiên cứu về viễn thám rừng ngập mặn nhằm
đánh giá, phân tích, dự báo phát triển đã đƣợc ứng dụng khá rộng rãi và ngày càng tiến
bộ hơn. Nghiên cứu của Kasturi Devi Kanniah và cộng sự (2015) đã sử dụng các ảnh
vệ tinh Landsat để phân tích những biến đổi từ năm 1989 đến năm 2014 các khu vực
rừng ngập mặn ở Iskandar Malaysia. Tác giả đã sử dụng kỹ thuật phân loại gần đúng
nhất và thuật toán SVM để phân loại ảnh trong quá trình nghiên cứu. Kết quả giá trị
Kappa dao động từ 0,74 đến 0,84 đối với kỹ thuật SVM và từ 0,85 đến 0,93 đối với kỹ
thuật phân loại gần đúng nhất. Diện tích rừng ngập mặn ở Iskandar Malaysia đã giảm
xuống báo động (33%) từ năm 1989 đến năm 2014.
Nghiên cứu của Aurélie C.Shapiro và cộng sự (2015) đã đánh giá tốc độ thay đổi
của rừng ngặp mặn trong vùng đồng bằng sông Zambezi ở Mozambique và xác định
tác động của thay đổi rừng ngập mặn đối với trữ lƣợng các-bon bằng cách sử dụng dữ
liệu ảnh Landsat 5, 7 và 8 từ năm 1994 đến năm 2013. Tác giả đã sử dụng phƣơng
pháp phân tích thành phần chính và phƣơng pháp phân loại không giám sát trong quá
trình nghiên cứu. Kết quả đề tài đã đƣa ra sự thay đổi diện tích rừng ngập mặn tăng từ
3.723 ha lên 37.034 ha trong giai đoạn 1994 – 2013, với độ chính xác toàn cục là 85%.
Ngoài ra, tác giả còn thành lập bản đồ rừng mặn độ phân giải cao và đƣa ra những thay

10


Hình 3.1: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu
11


3.2.

Dữ liệu

3.2.1. Dữ liệu thứ cấp
Đề tài sử dụng dữ liệu ảnh Landsat ETM+, độ phân giải 30 m đƣợc lấy từ trang
web chụp năm 2010 và năm 2016 khu vực tỉnh Kiên
Giang.
Bảng 3.1: Ảnh viễn thám khu vực Kiên Giang
Năm

2010

Mã ảnh

Độ che

LE07_L1TP_126053_20100125_2016

Độ phân giải Ngày chụp

phủ mây


Số điểm mẫu

STT Loại thực phủ
1

Khu dân cƣ

11

2

Rừng ngập mặn

15

3

Mặt nƣớc

20

4

Đất trống

7

5

Cây khác (cây lâu năm, cây hàng năm, rừng khác)

xử lý sọc bằng công cụ Landsat Gapfill trong Envi. Sau khi xử lý, lỗi sọc gần nhƣ
đƣợc khắc phục hoàn toàn, hiện tƣợng các sọc đen xuất hiện trên ảnh gốc đã đƣợc che
lấp sau khi xử lý. Kết quả sau xử lý đƣợc thể hiện qua Hình 3.3.

Hình 3.1: Ảnh Landsat 7 trước và sau khi xử lý sọc ảnh
13


3.3.2. Gom kênh ảnh
Dữ liệu bao gồm các kênh phổ riêng lẻ, không thể sử dụng để tổ hợp màu phục
vụ cho gải đoán. Do đó tiến hành gom kênh ảnh. Ảnh Landsat sau khi gộp kênh ảnh
đƣợc thể hiện qua Hình 3.4 và Hình 3.5.

Hình 3.2: Ảnh Landsat 7

Hình 3.3: Ảnh Landsat 8

3.3.3. Cắt ảnh
Do ảnh bao gồm nhiều khu vực nên ta tiến hành cắt khu vực ven biển tỉnh Kiên
Giang để tiến hành nghiên cứu. Ảnh Landsat sau khi cắt đƣợc thể hiện qua Hình 3.6 và
Hình 3.7.

Hình 3.4: Ảnh Landsat 7 sau khi cắt
14


Hình 3.5: Ảnh Landsat 8 sau khi cắt
3.4.

Xây dựng hệ thống phân loại