Đ Ạ Ĩ H Ọ C Q U Ó C G IA H À N Ộ I
T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N

Đề tài

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
ĐẺ NÂNG CAO Đ ộ CHÍNH XÁC KÉT QUẢ PHÂN
LOẠI LỚP PHỦ T H ựC VẬT KHU

vực TÂY BẲC

MÃ s ỏ QT-08-35

CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI:

PGS.TS. NGUYẺN NGỌC THẠCH

CÁC CÁN BỌ THAM GIA :

THS. PHẠM NGỌC HÀI
THS. LƯƠNG CHI LAN

D ĩ/

m

H à N ội - 2009


BÁO CÁO TÓM TẤT
a. Tên đ tài: ứ n g dụng viển thám và hệ thông tin địa lý đế nâng cao độ

G ọ phần nâng cao chất lượng của công tác đào tạo chuyên ngành bản đồ
vin thám tại Khoa Địa lý - trường Đại học Khoa học Tự nhiên

• Ni dung nghiên cứu:
-

x.y dựng quy trình xừ lý ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình phục vụ xây
dụg bản đồ lớp phủ mặt đất

-

Ht thống hoá đặc điểm nguồn tư liệu viễn thám sử dụng trong nghiên cứu
là-.nh Landsat và ảnh Spot

-

H thống hoá đặc điểm tự nhiên và lớp phù thực vật khu vực Tây Bắc

-

Đnh giá hiện trạng và biến động lớp phú mặt đất khu vực nghiên cứu giai
đon 1995 -2003


e. Các kết quả đạt được
1. Quy trình nghiên cứu thích hợp vả tôi ưu trong phân loại ỉớp phú tại dịa
hình vùng núi Việt Nam
2. Báo cáo khoa học tông hợp các kêt quả nghiên cứu
3. Báo cáo khoa học trình bày tại hội nghị Quốc tế về trượt lở đất tại Nhật
Bàn tháng 11/2008

d. Research objectives and Contents
•

Research Actions:

-

To establish the scientific model for image classification tor land cover
mapping in the Northern West region

-

Supplying the research result for the project o f forestry management in the
Black river catchments region

-

Contribution for improving quality o f education in the field o f Remote
Sensing and Cartography at the Faculty of Geography - Hanoi University
of Science

•

Research contents:

-

To systematic characteristic of Remote Sensing data which were used for
the study, it was Landsat and Spot images.


Certification of faculty

Principle investigation

Prof.Dr. Nguyen Ngoc Thach
CERTIFICATION OF HUS


M ỤC LỤC
'rang
Khái quít chung về đề tài.........................................................................

Chương 1. Đặc điểm khu vực nghiên cứu..........................................
1

. Vị trí địa lý....................................................................

....... 1

....4
....4

12. Đặc điểm địa hình, địa mạo, thổ nhưỡng......................... .

......4

13. Đặc điểm khí h ậ u ...................................................................

.....6


....31

Vệ tinh SPOT............................................................

....32

1122.

[12.2.1 SPOT-1, 2, và 3...............................................................

,.3 3

112.2.2 SPO T-4............................................................................

...35

112.2.3. SPOT-5............................................................................

....36

Chươn£ II. Xử lý ảnh vệ tinh Thành lập bản đồ lóp phù thực vật.

....40

ID. .Quv trình phân loại..................................................................

....40

in.:. Đánh giá độ chính xác của kêt quả phân loại.......................



MẢ SỐ QT-08-35

KHÁI QUÁT CHUNG VÈ ĐẺ TÀI

Hin nay kỹ thuật viễn thám đặc biệt là phân loại trong xử lý số đã đang được
ứng dụn rộng rãi trong nhiều lĩnh vực thành lập bản đồ chuyên đề, đặc biệt là thành
lập bản ổ lớp phủ bề mặt. Phân loại ảnh số đang trở thành một công việc phổ biển với
quy trìnlthao tác đã được định hình rõ nét thành quy trình, bao gồm các bước cơ bản:
+^an chinh hình học
+ Iịêu chinh phô
+ ,ựa chọn hệ thống phân loại
+ 'họn mẫu và xây dựng tập mẫu
+ ’hân loại ảnh theo các thuật toán khác nhau
+ ,oại bò nhiễu
+ loàn chinh bản đồ sản phâm
Cỏ ri nhiều phần mềm chuyên dụng với các chức năng phân loại đa phổ. Tuy
nhiên, k- quả phân loại trong xử lý phổ có được chính xác hay không còn phụ thuộc
vào nhiẽ kỹ thuật trong qúa trinh thao tác cuà người điều hành . Đáng tiếc là trong
thực tế ,ỉộ chính xác cùa kết quả phân loại thường không được phân tích đánh giá một
cách chỉđáo .Vì vậy, mục đích cùa đề tài là xây dựng quy trình công nghệ phù hợp
trong q t trinh phán loại đê đảm bảo kết quà có độ chính xác cao, đáp ứng yêu càu cùa
công táchành lập bán đồ chuyên đe về lớp phủ mặt đất.
Khu ực nghiên cứu là 3 tinh Điện Biên, Sơn La, Hoà Bình thuộc diện tích phòng
hộ của .ing Đà. v ề mặt tự nhiên dây là 3 tinh tạo thành một khu vực có tinh đa dạng
cao về nt dịa hình, tài nguyên cũng như về đặc điểm lớp phù mặt đất. Vi vậy kết quả

I



)ẻ nghiên cứu tài nguyên rừng, với tư liệu viễn thám quang học với độ phân
giải khng gian và tính chất phổ của tư liệu, cho phép đưa ra kết quá phân loại về các


loại hình rừng với độ chính xác phù hợp. Trong phân loại phồ, sự sai sót về kết quà
vẫn tồn tại do đặc điểm phân loại ánh chi dựa vào phổ phẩn xạ . Neu sử dụng phưcmg
pháp phân loại theo cấu trúc thì kết quà sẽ cỏ độ chính xác cao hơn. Tuy nhiên, trong
giai doạn nghiên cứu này, đê tài mới áp dụng kỹ thuật phân loại phô. Đôi với nehiên
cứu tì lệ nhò và trung bình thì độ chính xác của phân loại phố vẫn là trong giới hạn cho
phép.
Phần mềm sử dụng là ENVI 4.3 với các thuật toán khác nhau n h ư : ghép ảnh,
hiệu chinh phổ, lọc, nội suy, phân loại...
Đề tài được triển khai nhằm thừ nghiệm phương pháp phân loại và xây dựng
quy trình xử lý tối ưu nhằm có kết quả phân loại với độ chính xác cao, phục vụ cho ứng
dụng trong thưc tiền đồng thời phục vụ cho nội dung đào tạo tại khoa Địa lý .


C H Ư Ơ N G I:

ĐẶC ĐIÉM K HU V ự c N G H I Ê N c ứ u
1.1. Vị trí đ ịa lý

Khu vực nghiên cứu là trung và hạ lưu Sông Đà bao gồm 3 tinh: Điện Biên, Sơn
La và Hòa Bình. Đây là khu vực chịu ánh hường nhiều cùa công trình thuỳ điện Sơn La
trong tương lai .Sự biến động cũa lớp phù rừng sẽ ảnh hưởng tới khả năng lưu giữ nước
trong lưu vực, từ đó ảnh hưóng tới lưu lượng và sự điều tiết nước hồ trong tương lai .

Hình ỉ. I. Địa hình 3D khu vực nghiên cứu ( thêm cả tinh Lai Cháu)
Tọa độ địa lý: nằm trong khoảng 23 °-20,5° vĩ độ bắc và 102 °-105 0 kinh đông.


vực ông Đà 59.900 km2, trong đó phần ờ Việt Nam 26.800 km2 (chiếm trên 50% diện
tích oàn vùng lưu vực).
Tong vùng lãnh thồ Việt Nam, sông Đà vạch một dòng chày hùng vĩ chia Tây Bẳc
ra th.nh hai vùng lãnh thổ gần như bang nhau, tạo thành con đường thũy tự nhiên từ
đồngbàng sông Hồng di ngược lên phía tây và nay đã trở thành hồ chứa Hoà Bình rộng
lớn pữa lòng Tây Bấc. Điều kiện địa hình, chế độ khí hậu và thuý văn cùng tập quán
cư &n đã hình thành các loại hình thuỳ vực phong phú và đặc trưng ở đây: sông, suôi,
ao, h> tự nhiên có nguồn gốc caxtơ, hồ chứa nước cỡ nhỏ, trung bình và lớn, ruộng bậc
thanj- Trong đó đáng lưu ý hồ Hoà Bình là hồ chứa lớn nhất nước ta hiện nay. Trong
tươn; lai sẽ hình thành hồ chứa Sơn La còn lớn hơn nừa ở bậc thang trên hồ Hoà Binh.
Nin thố nhưỡng ở vùng Tây Bắc khá phong phú và đa dạng. Có thể ghi nhận các
nhón đất và các loại đât chính như sau:
a. Shỏtn dắt phù sa sông suối. chiếm diện tích nhò, khoảng 1,6% diện tích Tây Bắc,
5


phân bô chù yêu trong các thung lũng dọc sông suối, gồm hai loại chính là đất phù sa
không được bồi và dât phù sa bị giày hoá.
b.

A/iớ/m đất doc tụ. hình thành ờ vùng trũng giữa các núi, chân núi, do quá trình rữa

trôi, tích tụ sản phâm từ sườn núi xuống, chiếm khoảng 5,4% tông diện tích toàn vùng.
c A'hóm đất Feralit điên hình, được hình thành bởi quá trình phong hóa trên các
loại đá mẹ khác nhau vùng đồi núi và cao nguyên. Đây là nhóm đất lớn nhất, phong
phú nhất và có tiềm năng tự nhiên lớn nhất trong khu vực chiếm tới 53% diện tích tự
nhiên cùa Tây Bắc. Trong nhóm này có thể phân chia các loại chính như sau:
Loại đất Feralit đỏ vàng trên các trầm tích lục nguyên, đá macma axit.
-



-

Đất mùn Alit núi cao vàng xám, dạng than bùn mùn thô hoặc bị Potzon hoá

Ỉ.3. Đặc điềm khí hậu
Vao mùa đông, khí hậu vùng Tây Bắc nói chung ẩm hơn so với vùng Đông Bấc nhờ
có dỗy Hoàng Liên Sơn ngăn các luồng gió lạnh từ Bấc á thổi tới, nhưng không phải vì
thế nà mùa đông ở dây kém khẳc nghiệt hơn do ảnh hường của dộ cao và địa hinh.
Trong mùa đông, trên các đinh núi cao, nhiệt độ có khi xuống tới dưới 0°c, thường có
nước đỏng băng và có khi có tuyết rơi. Đó cũng là thời kỳ hanh khô và độ chiếu sáng
của nặ: trời giàm đi rất nhiều từ trên sườn núi đến các thung lũng sâu. Mùa hè với cái
nóng ban ngày hầm hập trong các vùng thấp và thường có gió Lào làm nhiệt độ tối cao
có kh lên tới trên 40' c , nhưng khi đêm đến lại cảm thấy lạnh thực sự, vi nhiệt độ tụt
xuốrụ có khi tới I5-20°C. Mùa hè trùng với mùa mưa, với những cơn mưa lớn, lượng

6


mưa cò khi đạt tới hàng trăm mm nước trong 24 giờ. Nhưng những kiểu thời tiết cực
đoan như thế thường chi xảy ra trong khoảng thời gian ngấn, trừ những vùng núi cao.
Nói chung, các trị sô khí hậu trung bình cũng không khác nhiều so với những vùng lân
cận và đồng bang, nhưng biên độ nhiệt độ thường lớn hơn, ít có mưa phùn và hầu như
không có bão và độ ẩm không khí thấp hơn. Với địa hình phức tạp, càng lên cao nhiệt
độ càng giảm, độ ẩm giao động từ 80 - 100%, cường độ mưa trên lưu vực sông Đà rất
lớn nên thường xảy ra lũ quét.
Do kiếu kiến trúc địa hình, dãy Hoàng Liên Sơn đồ sộ và kéo dài với độ cao liên tục
trên 2(00 m đã ngăn chặn về cơ bản sự xâm nhập của hoàn lưu đới cực tràn vào vùng
khuất aúi này. Hoàn lưu Đông Bấc thâm nhập vào lãnh thổ từ phía nam lên theo các
thung ung Sông Đà và bị suy giảm nhiêu. Đó là nguyên nhân đê có mùa đông ấm hơn

che phù của thảm thực vật rừng lớn nhất (vào khoảng 24%). Diện tích rừng trồng rất
nhỏ bé, vào khoảng 10.000 ha, chù yêu là rừng trồng thuần loại bang một số loài cây
nhập nội (Acacia spp., Eucalyptus spp.) và một sổ loài cây bản địa như mỡ (Manglietia
conifera), bồ đề (Styrax tonkinensis), lát hoa (Chukrasia tabularis), tre luồng
(Bambusa vulgaris, B. bambos, Dendrocalamus membranaceus, D. sericeus),... Nhìn
chung, tỳ lệ về diện tích và giá trị của rừng trồng còn thấp so với yêu cầu phục hồi rừng
và trồng rừng trong khu vực.
Hầu như toàn bộ các kiêu thảm thực vật tự nhiên vùng Tây Băc đều thuộc lớp
quần hệ rừng rậm tạo thành bởi các thảm cây gỗ và có tán khép kín. Chưa ghi nhận
được các lớp quần hệ rừng thưa, lớp quần hệ trảng cây bụi, trảng cỏ nguyên sinh khi
hậu hay khí hậu thổ nhưỡng. Một vài ý kiến trước đây cho ràng, có khả năng tồn tại các
kiều trảng cỏ, tràng cây bụi nguyên sinh ở vùng Cò Nòi, Sơn La, song chưa được thực
tể chứng minh. Do sự phân hóa cùa sinh khí hậu, lóp quần hệ rừng rậm được chia
thành hai dưới lớp quần hệ: Rừng rậm thường xanh và rừng rậm nửa rụng lá. Các quần
xã thực vật trong kiểu rừng rậm thường xanh không bao giờ rụng hết lá xanh, số các
các thề rụng lá về mùa khô, nếu có, thi không nhiều, dưới 25% tổng số các cá thể trong
quần xã. Kiểu rừng nửa rụng lá chưa có nhiều dẫn liệu ve cấu trúc, về tô hợp thành
phần loài của dạng nguyên sinh. Tuy nhiên, sự hiện diện của các quần xã cây bụi thứ
sinh trên nền sinh khí hậu, cho phép nhận định rằng: Kiểu thảm thực vật này phát sinh
chủ yếu do sự biến đổi cùa các điều kiện sinh thải (mà chù yểu là sự suy kiệt và thoái
hóa cùa các điều kiện thổ nhưỡng). Ket quả là đã tạo nên các quần xã thực vật gồm các
loài cây ưa sáng có khả năng chịu hạn cao, thích nghi với điều kiện môi trường khắc
nghiệt bằng khá năng giảm bớt quá trình bốc, thoát hơi nước thông qua hiện tượng
rụng lá.
Các lớp quần hệ trên tiếp tục phân hóa thành các đơn vị bậc nhò hơn. Sau đây là
một số dẫn liệu về các bậc phân loại nhó hơn đó:

A. Nhóm quần hệ rừng rậm thường xanh nhiệt đới mua mùa
Trong nhóm này các loài cây gồ thường đều có chồi bảo vệ chống lại những bất lợi
cia mùa lạnh, khô hoặc một trong hai tác nhân đó.

nứa nhỏ, ít nhiều mang dấu tích tàn phá của lửa rừng. Những đại diện thường
gặp là Bambusa spp., Dendrocalamus spp.,
cochinchinensis, Morinda spp., Melastoma spp.

Rubus spp.,

Maỉlotus

I>. Dưói quần hệ rừng rậm thường xanh nhiệt đới mưa niùa trên đất thấp do
đá ôi phong hóa (
nhò ven sông, suối, thường có cẩu trúc 1-2 tầng. Ngoài tre, nứa còn gặp một sổ
loài cây gỗ rải rác, như Castanopsis spp., Lỉthocarpus spp., Gironniera
subaequalis, Maỉỉotus spp., Litsea spp,....
Ilb. Dưói quần hệ rừ n g rậm thưừng xanh nhiệt đói mưa m ùa ở núi thấp (5001500m) trẽn đất đo đả vôi phong hóa, thoát nước và các kiêu thứ sinh thay thế. Loại
này thường tồn tại trên đinh và đường dòng của các dãy núi đá vôi, trên tâng đât
thường mòng, giàu mùn, thoát nước nhanh. Các kiêu thảm thực vật loại này thường
gặp chủ yếu tại các vùng chung quanh Thị xã Sơn La, Mộc Châu, Mai Sơn, Sông Mã,
Nà Sản, Phiêng Ban... Trong loại này thường gặp các quần xã thực vật sau:
-

Rừng rậm thường xanh cây lá rộng ưu thế ô rô (Taxotrophis illicifolia), nghiến
(£. tonkinense), dẻ tằm (Qnercus acutissima) hoặc hỗn giao với cây lá kim, như
du sam (Keteleria davidiana), thông nàng (Dacrycarpus imbricatus). Các loài đi
theo và dưới tán thường gặp Prunus arborea, Gironniera subaequalis, Chukrasia
takuỉaris, Castanopsis spp., Mallotus phiỉlỉpinensis.

III. Quần hệ rừng rậm thường xanh nhiệt đới m ưa m ùa trên núi trung bình
(1600-2630m) và các kiểu thứ sinh thay thể. Trong khu vực này, một trong hai điều
kiện hạn chế sự phát triển của thực vật lả sự khô hạn thường xuyên và kéo dài của các
điều kiện khí hậu không còn nữa, lượng mưa trung bình thường dao động trong khoảng
2500-30(0mm/năm. Phần lớn diện tích đai này nằm trong tầng mây mù che phủ
thường xiyên, sự hạ thấp nhiệt độ là biều hiện cho những khác biệt cùa chế độ khí hậu.
Trong loã này thường gặp một loại quần xã thực vật sau:
-

Rùng rậm thường xanh cây lá rộng với ưu thế cùa một số loài dẻ núi cao

(Lthocarpus, Quercus), đỗ quyên (Rhododendron spp.), hồi núi (Illicium spp.),
chỉ ( Eurya, Camelia, Hartià),... hoặc hồn giao với cây lá kim như pơ mu
(Ftkienia hodginsii), Tsugaynnnanensis, Abies delavayi,...

loài đại diện như bằng lăng (Lagestroemia spp.), chò xanh (Terminalia myriocarpa),
thành ngạnh (Cratoxylon spp.), hoăc quang (Wendlandia paniculata, w. tinctoria),
chẹo (Engelhardtia spp.), me rừng (Phylanthus emlica)..., hoặc là các trảng có với ưu
thế là các ioại cỏ tranh Ụmpera cylindrica), lau lách (Saccharum spp.), chè vè
(Miscanthus J,ĩoridus), cỏ lào (Eupartorium odoratum),...

c. Thảm cây trồng
Xuất hiện dưới dạng những mảnh nhò. Các cây công nghiệp như chè (Camellia
sinersis), trẩu ( Vernicia montanà) được trồng trên nhùng cao nguyên đá vôi và một số
diện tích trên đất feralit sâu, dầy. Hiện nay diện tích này đang có nguy cơ bị thu hẹp lại
do cmh tác chưa có hiệu quà kinh tế cao. Quẩn xă cây trổng nông nghiệp ngan ngày
phân bố trên đất canh tác bao gồm các quần xã lúa nước trên các loại hình ruộng nước,
quần xã cây trồng cạn ngẳn ngày như lúa nương, ngô, sắn và một số cây lương thực và
thực phẩm khác. Quần xã cây trồng quanh các khu dân cư chù yếu là cây trồng lâu năm
như nít, xoan và một số loại cây ãn quả khác. Rừng trông có diện tích rất nhò bé, phân
bố rũ rác bao gồm một sô loài cây bản địa như lát, mỡ, bô đè, một sô loài thông, một
sổ lon tre trúc... và cây nhập nội như bạch đàn, các loài keo...

12


Bảng 1.1. Hiện trạng diện tích và trữ lượng các loại hình rừng vùng Táv Bác và ba
tinh Lai Châu (cũ), Sơn La, Hoà Bình qua số liệu thống kê năm 1999.
STT

Loại
rừng

hình


310.135

167.320

41.753.976

20.529.120

16.475.367

4.749.489

884409

473.845

287.161

123.403

40.147.025

20.279.456

16.321.289

3.546.280

717.954


0
3

42.503

29.325

10.227

*GỔ/ tre nứa

1.048.981m3/
100.798.000
cây

728.916/
27.330.000
cây

253.489/

66.976/

27.393.000
cây

46.075.000
cây

*


12.141

22.974

1.606.951

249.664

154.078

1.203.209

* Rừng gỗ

70.364

12.141

20.988

37.235

1.606.820

249.664

154.078

1.203.078



Chúthích:
Tứ sô:

Diện tích

Mầu số: + Đối với rừng gỗ: m3
+ Đối với tre nứa : cây

Bản; 1.2. Diện tích hiện trạng rừng phòng hộ, đặc dụng và sản xuất vùng Táv Bắc và
ba tinh qua hai kỳ kiểm kê 1990 - 1999.
Tông sô diện tích Loai rừng
rừng (ha)
R. phòng hộ(
ha, %)
480.984 - 100%
325.400 -68%
Toài
vùn;
963.441 -100%
713.563 - 74%
129.334 - 56%
Lai Châu 229.004 - 100%
350.189 - 72%
(cũ)
485.586 - 100%
113.067 - 82%
137.386 -100%
SơnLa

Chi thích: Từ số: s ố liệu năm 1990 - giá trị tuyệt đối (ha) giá trị tương đối (%)
Mầu số: Số liệu năm 1990 - giá trị tuyệt đối (ha) và giá trị tương đối (%)
Nhậi xét:
- Dim tích rừng phòng hộ và rừng đặc dụng ờ các tinh Tây Bắc chiếm hầu như toàn bộ
vốn ừng và xu thế này có chiều hướng tâng lên từ năm 1990 - 1999.
- Gi. trị tuyệt đối cùa tổng vốn rừng và rừng phòng hộ liên tục tăng trong 10 năm.(
Nguin tài liệu đề tài Mã số: 31/HĐ-KHCN-2003 ) Các số liệu trên là một trong
nhữig số

liệu thống kê giúp cho công việc đánh giá

14

kết quả phân




I

I