BMT, 2009
*** LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP ***
Tác giả: PHẠM NGỌC TÙNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN
---------------------------------

PHẠM NGỌC TÙNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU
CHẾ RỪNG TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP
NAM TÂY NGUYÊN, TỈNH ĐĂK NÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Buôn Ma Thuột, tháng 10 / 2009


1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN

PHẠM NGỌC TÙNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ
RỪNG TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP NAM TÂY
NGUYÊN, TỈNH ĐĂK NÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP

phép sử dụng và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ một công trình nào
khác.
Họ tên tác giả

Phạm Ngọc Tùng


iii

LỜI CẢM ƠN
Đề tài này ñược hoàn thành tại Trường Đại học Tây Nguyên năm 2009, theo
chương trình ñào tạo cao học khóa I.
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn, tác giả ñược sự quan tâm,
giúp ñỡ của Khoa sau ñại học - Đại học Tây Nguyên; Công ty Lâm nghiệp Nam Tây
Nguyên.
Đạt ñược kết quả này tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến PGS.
TS Bảo Huy, người thầy ñã truyền ñạt những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt
thời gian học tập, và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong thời gian thực hiện ñề
tài.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Quản lý tài nguyên rừng, Trường
Đại học Tây nguyên; cán bộ Xí nghiệp Khảo sát thiết kế - Công ty lâm ngiệp Nam
tây Nguyên ñã tạo ñiều kiện, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thu thập và xử lý liệu
số liệu phục vụ ñề tài nghiên cứu.


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... iii


4.1.2. Chuyển ñổi ảnh ............................................................................................ 37
4.1.3. Phân loại trạng thái rừng trên ảnh ................................................................ 40
4.1.4. Xử lý sau phân loại trạng thái trên ảnh ......................................................... 44
4.2. Xây dựng mô hình cấu trúc, tăng trưởng và hồi quy ña biến quan hệ của các
nhân tố ñiều tra lâm phần....................................................................................... 47
4.2.1. Mô hình cấu trúc ñịnh hướng và các chỉ tiêu kỹ thuật trong khai thác và chặt
nuôi dưỡng rừng .................................................................................................... 47
4.2.2. Mô hình xác ñịnh lượng tăng trưởng ........................................................... 56
4.2.3. Mô hình xác ñịnh giải pháp lâm sinh (GPLS) ............................................. 62
4.3. Thiết lập bộ công cụ trong GIS ñể quản lý và tổ chức ñiều chế rừng .............. 64
4.3.1. Tạo lập cơ sở dữ liệu trong GIS ................................................................... 64
4.3.2. Kết quả ñiều chế rừng ñược quản lý trong GIS ............................................ 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO

................................................................................. 89


vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Band: Kênh ảnh (Band).
CSDL: Cơ sở dữ liệu
FAO: Tổ chức Nông lương thế giới (Food and Agriculture Organization)
GCP: Điểm khống chế mặt ñất (Ground Control Point)
GIS: Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System)
GPS: Hệ thống ñịnh vị toàn cầu (Global Positioning System)
NDVI: Chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index)
PCA: Phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis)


trữ lượng lâm phần

R, R2

Hệ số tương quan, Hệ số xác ñịnh

Pm:

Suất tăng trưởng

χ2

Tiêu chuẩn khi bình phương của Pearson

V (m3)

Thể tích cây

Zd, Zd 5 năm (mm/5năm)

Tăng trưởng ñường kính trong 5 năm

Zm

Lượng tăng trưởng thường xuyên hàng năm


vii



viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Bản ñồ khu vực nghiên cứu.................................................................... 16
Hình 2.2: Bản ñồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu ........................................... 19
Hình 3.1: Sơ ñồ tiếp cận nghiên cứu ...................................................................... 24
Hình 3.2: Sơ ñồ phương pháp phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh viễn thám ..... 27
Hình 4.1: Ảnh SPOT 5 trước và sau ñăng ký tọa ñộ UTM WGS – 84 (tổ hợp màu
3:4:2) ..................................................................................................................... 33
Hình 4.2: Ảnh Landsat tổ hợp màu 3:2:1 khu vực nghiên cứu ............................... 34
Hình 4.3: Ảnh Landsat ñược tăng cường ñộ phân giải không gian bằng kênh toàn
sắc khu vực nghiên cứu – Tổ hợp màu 3:2:1 .......................................................... 35
Hình 4.4: Ảnh SPOT 5 thể hiện khu vực nghiên cứu – Tổ hợp màu 3:4:2 .............. 36
Hình 4.5: Ảnh NDVI SPOT 5 ................................................................................ 38
Hình 4.6: Ảnh NDVI Landsat ñộ phân giải 14.5m ................................................ 39
Hình 4.7: Ảnh SPOT 5 tổ hợp màu kênh PCA 1-NDVI – Band 1(gốc) .................. 41
Hình 4.8: Kết quả phân loại trạng thái trên ảnh SPOT 5 ........................................ 42
Hình 4.9: Gộp nhóm, phân tích ña số, thiểu số ảnh SPOT 5 ñã phân loại ............... 45
Hình 4.10: Bản ñồ hiện trạng rừng trên cơ sở giải ñoán ảnh SPOT 5 ..................... 46
Hình 4.11: Mô hình N/D ñịnh hướng theo hàm Mayer........................................... 49
Hình 4.12: So sánh cấu trúc trạng thái rừng giàu với cấu trúc ñịnh hướng ............. 51
Hình 4.13: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa2 với cấu trúc ñịnh hướng.............. 52
Hình 4.14: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa1 với cấu trúc ñịnh hướng.............. 53
Hình 4.15: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIb với cấu trúc ñịnh hướng ................ 54
Hình 4.16:. So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa2+L với cấu trúc ñịnh hướng ........ 55
Hình 4.17: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa1+L với cấu trúc ñịnh hướng ......... 56
Hình 4.18: Mô hình quan hệ Zd/D theo D1.3 .......................................................... 57
Hình 4.19: Mô hình quan hệ Pm theo M ................................................................ 61

ñó nhu cầu phát triển kinh tế và sự gia tăng dân số có ý nghĩa hàng ñầu.
Việt Nam là một trong những quốc gia không tránh khỏi thực trạng trên,
diện tích rừng bị giảm liên tục từ 1943 ñến 2000, nhất là rừng tự nhiên trong
giai ñoạn 1980 - 1990, diện tích rừng trồng tuy có tăng nhưng không ñủ bù
ñắp lại rừng tự nhiên bị mất. Ngoài diện tích rừng bị mất, chất lượng rừng
cũng bị suy thoái. Theo thống kê năm 1943, diện tích rừng tự nhiên của Việt
Nam là 14,3 triệu ha ñến năm 2000 diện tích rừng giảm xuống còn 9,444 triệu
ha [7], khu vực Tây nguyên giảm 440 nghìn ha từ năm 1975 ñến năm 20031.
Một trong những nguyên nhân chính dẫn ñến suy thoái tài nguyên rừng ở
Việt Nam là quản lý và sử dụng rừng không hợp lý, các chính sách và ñộng
lực chưa phù hợp với nhu cầu phát triển của xã hội.
Ngày nay, chúng ta quan tâm nhiều việc tổ chức quản lý rừng bền vững
nhằm không ngừng phát huy với hiệu quả cao, ổn ñịnh liên tục những tác
dụng và lợi ích của rừng trên các lĩnh vực về môi trường, kinh tế, văn hoá, xã
hội trong hiện tại và tương lai. Một trong những cơ sở ñóng góp vào tiến trình
này là xây dựng phương án ñiều chế rừng khoa học, phù hợp với thực tiễn sản
xuất của từng ñơn vị. Từ những năm 80 của thế kỷ XX chúng ta bắt ñầu chú
trọng vào khoa học ñiều chế rừng, tức là cố gắng tổ chức rừng khoa học hơn
về không gian và thời gian, tránh kinh doanh rừng ñể làm mất rừng. Hầu hết
1

Theo công bố của Bộ Nông nghiệp và PTNT năm 2003


2

các lâm trường ñều phải xây dựng phương án ñiều chế rừng và hàng năm ñều
có các thiết kế sản xuất, hoạt ñộng này ñã ñóng góp tích cực vào việc quản lý
kinh doanh rừng ổn ñịnh hơn.
Tuy nhiên với phương pháp xây dựng ñiều chế rừng truyền thống việc thu

tìm kiếm và có khả năng phân tích chuyên ñề, phân tích không gian; dễ chia
sẻ và trao ñổi, . . .
Xuất phát từ thực tế trên, với mục tiêu ứng dụng các công nghệ vào quá
trình phân loại trạng thái rừng, quản lý ñiều chế rừng, chúng tôi thực hiện ñề
tài “Ứng dụng công nghệ GIS trong ñiều chế rừng tại Công ty Lâm nghiệp
Nam Tây Nguyên, tỉnh Đăk Nông” nhằm góp phần xây dựng một bộ công cụ
quản lý dữ liệu và ñưa ra các giải pháp phục vụ cho công tác ñiều chế rừng
phù hợp với khu vực nghiên cứu.


4

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bộ công cụ ñiều chế rừng
là xem xét một cách có hệ thống các vấn ñề: Quan ñiểm, khái niệm về hệ
thống thông tin ñịa lý (GIS); các ứng dụng của GIS trong lĩnh vực quản lý tài
nguyên môi trường; khả năng ứng dụng ảnh viễn thám ñể xây dựng dữ liệu
cho GIS; các nghiên cứu về ñiều chế rừng, khả năng áp dụng công nghệ ñể
quản lý ñiều chế. Trên cơ sở này luận văn tổng quan các kết quả nghiên cứu
trong và ngoài nước theo từng chủ ñề liên quan ñến các vấn ñề nói trên, từ
ñây phản ảnh ñược một cách chung nhất tình hình ứng dụng công nghệ GIS
và khả năng ứng dụng nó vào công tác ñiều chế rừng.
1.1. Ngoài nước
1.1.1. H th ng thông tin ñ a lý

Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñược hình thành từ các ngành khoa học
Địa lý, Bản ñồ, Tin học và Toán học, GIS bắt ñầu ñược xây dựng ở Canada từ
những năm sáu mươi của thế kỷ XX, từ ñây có nhiều khái niệm về GIS như
sau:
Theo Ducker (1979) ñịnh nghĩa: “GIS là trường hợp ñặc biệt của hệ

này và tốc ñộ thu hẹp ở các vùng khác nhau, từ ñó dự báo tốc ñộ mất rừng của
những nơi mà biên giới rừng vẫn còn tồn tại. Với phần mềm GIS, các dự báo
có thể ñược phân tích dưới dạng bản ñồ hoặc biểu ñồ.
Sử dụng phương trình mất ñất và GIS ñể ước lượng phân bố không gian
của xói mòn ñất ở vùng lưu vực sông Gichobo, Kenya; Quản lý xói mòn ñất
tại lưu vực sông Masinga – Kenya; Ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên
cứu xói mòn ñất lưu vực sông Romero – Philippin; Ứng dụng Viễn thám và
GIS ñể ñánh giá xói mòn ñất tại lưu vực sông Bata - Ấn Độ; Ứng dụng Viễn
thám và GIS trong thành lập bản ñồ phân cấp xói mòn tại lưu vực Phewa –
Nepan… Phương pháp ñược sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu này ñó là
lồng ghép phương trình mất ñất phổ dụng hoặc phương trình mất ñất sửa ñổi
vào trong công nghệ GIS ñể tính toán xói mòn ñất. Phương pháp này chủ yếu


6

tập trung nghiên cứu một số nhân tố thổ nhưỡng, thủy sa và ñịa hình, do ñó
ưu ñiểm của nó là ước lượng ñược một cách tương ñối chính xác lượng ñất bị
xói mòn của lưu vực [36].
Tại Malaysia, công nghệ GIS ñã ñược coi như là một nhiệm vụ quan
trọng cho các ngành công nghiệp liên quan ñến dầu khí, quản lý thiên tai, ...
GIS cũng rất hữu ích cho Chính phủ và các ñồn ñiền lớn nhằm nỗ lực hơn
trong việc hướng tới mục tiêu thân thiện môi trường. Nhiều công ty ở
Malaysia ñang tạo ra lợi nhuận từ các giải pháp công nghệ lập bản ñồ trên
máy tính sử dụng hệ thống ñịnh vị toàn cầu (GPS) và hệ thống thông tin ñịa lý
GIS trong hoạt ñộng như: Xác ñịnh các cây trồng phù hợp theo từng ñịa
phương và theo mùa, tối ưu hóa phân bón và số lượng thuốc trừ sâu, tính toán
chính xác năng suất cho từng loại cây trồng.
Dự báo ảnh hưởng ô nhiễm không khí ñối với sự phát triển của thực vật:
Với GIS, các nhà khoa học có thể phủ dữ liệu cho các vùng (các dữ liệu về sự

lượng những chất gây ô nhiễm nước khác nhau ở một khu vực. Bộ môn Kỹ
thuật Nông nghiệp của Trường Đại học Natal dùng các chỉ số xói lở ñất, mức
ñộ Photpho, chỉ số sử dụng ñất và lượng vi khuẩn E.coli, làm các thông số
thành phần của mô hình chất lượng nước cho vùng châu thổ Mgeni.
Bang Massachusetts – Mỹ ñang sử dụng GIS trong giám sát chất lượng
nước toàn bộ vùng lưu vực sông Merrimack. Vị trí của mỗi trạm thu mẫu, bãi
bồi, lò ñốt rác, ao, phụ lưu ñều ñược lưu trong GIS. GIS có thể biểu diễn các
ñối tượng, ñồng thời tìm kiếm mối quan hệ không gian giữa chất lượng nước
và các nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng.
Tràn dầu: Những tác ñộng bất lợi của ô nhiễm, chẳng hạn tràn dầu, có
thể ñược ước ñịnh bằng GIS. Với những thông tin này, GIS có thể mô phỏng
tiềm năng ô nhiễm của những ñịa ñiểm khác nhau và phát triển chiến lược
ước ñịnh rủi ro.
Công nghệ GIS ñược Hội ñồng Sự cố tràn dầu Exxon Valdez sử dụng ñể
xác ñịnh vùng ưu tiên cần bảo vệ và khôi phục những loài chịu thiệt hại.


8

Với những ứng dụng rộng rãi, GIS ñã trở thành công nghệ quan trọng.
Nó tham gia vào hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống con người và ngày càng
ñược quảng bá rộng rãi. Hơn nữa với xu thế phát triển hiện nay, GIS không
chỉ dừng lại ở một quốc gia ñơn lẻ mà ngày càng mang tính toàn cầu hóa.
1.1.2. Đi u ch r ng

Khoa học về ñiều chế rừng ñã xuất hiện từ lâu và hình thành vào cuối thế
kỷ 18 ở các nước phương tây. Ở mỗi nước, tùy theo quan ñiểm, góc ñộ kinh
doanh lợi dụng rừng và trình ñộ kỹ thuật nên ñịnh nghĩa ñiều chế rừng có
khác nhau.
Định nghĩa tổng quát theo GS. Rucareanu: “Điều chế rừng là khoa học

bảo ñảm lập kế hoạch quản lý rừng chặt chẽ, khai thác rừng ñúng lượng tăng
trưởng và ổn ñịnh ñược sản lượng. Để giải quyết ñược yêu cầu này ñòi hỏi
nghiên cứu về cấu trúc và tăng trưởng của từng kiểu rừng ở từng khu vực, mà
cụ thể ñược phản ảnh trong các tiêu chí chứng chỉ rừng của FSC. Tuy nhiên
các tổ chức chứng chỉ rừng chỉ nêu lên các tiêu chí rừng bền vững và yêu cầu
thể hiện trong lập kế hoạch sử dụng, nhưng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng,
giám sát ñộng thái và sự ổn ñịnh của rừng phải do các quốc gia, tổ chức, công
ty lập ra và ñược kiểm ñịnh bởi các tổ chức này.
1.2. Trong nước
1.2.1. H th ng thông tin ñ a lý:

Tại Việt Nam, mặc dù ñược biết ñến từ khá sớm, nhưng mãi phải ñến
sau năm 2000, tức sau khi có ñược những kết quả ñầu tiên về việc tổng kết
chương trình GIS quốc gia ở Việt Nam, GIS mới thực sự ñược chú ý ñến và
bước ñầu phát triển. Từ ñó có những quan ñiểm về GIS như sau:
Bảo Huy (2009) Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information
System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin và ngày càng ñược phát
triển rộng rải. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết ñịnh trong nhiều hoạt
ñộng kinh tế - xã hội, quản lý môi trường của nhiều quốc gia trên thế giới.


10

GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, nhà nghiên
cứu, các doanh nghiệp, các cá nhân, ... ñánh giá ñược hiện trạng của các quá
trình, các hiện tượng tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu
thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin ñược gắn với một
nền ñịa lý nhất quán và của các cơ sở dữ liệu ñầu vào [12]
GIS là một hệ thống quản lý thông tin dữ liệu không gian ña dạng, ñược
phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy tính, phần mềm, ảnh viễn thám với

các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong vài
năm. Vào những năm 90, Việt Nam ñã thu hút một số lớn các dự án quốc tế
trong lĩnh vực nâng cao năng lực quản lý môi trường và tài nguyên trong ñó
GIS luôn là hợp phần quan trọng.
Các dự án GIS ñã và ñang phát triển mạnh ở các tỉnh trong nhiều lĩnh
vực khác nhau như: Dự án quản lý nước sạch ở Hà Nam, Dự án quản lý nước
ở Hoà Bình, Dự án thử nghiệm trong quản lý khách du lịch ở Động Phong
Nha, Dự án tổng thể xây dựng hệ thống thông tin ñịa lý tỉnh Bà Rịa – Vũng
Tàu, Dự án quản lý ñất ñai ở quận Hai Bà Trưng – Hà Nội, Dự án ứng dụng
công nghệ GIS trong quản lý ñất ñai ở Lâm Đồng, . . .
Ngoài các dự án ñược ñầu tư theo các chương trình dự án, trong những
năm gần ñây các nhà khoa học Việt Nam cũng ñã có những ñề tài nghiên cứu
ứng dụng GIS:
Bùi Quang Trung (2007) nghiên cứu tích hợp công nghệ GIS và công
nghệ GPS ñể thành lập bản ñồ ñịa chính cơ sở tỷ lệ 1/10.000 và 1/5.000;
Phạm Hà Anh (2007) nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS ñể
khảo sát quá trình hoang mạc hóa do cát lấn [36].
Ngoài ra ở ở một số ñịa phương như Lào Cai, Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bình
Định, Đồng Nai, Vĩnh Phúc cũng ñã áp dụng công nghệ Viễn thám và GIS ñể cập
nhật bản ñồ hiện trạng rừng cấp xã tỷ lệ 1/25.000 theo chỉ thị số 32/2000/CTBNN-KL về việc tổ chức theo dõi diễn biến rừng và ñất lâm nghiệp trên cả nước.


12

Đã có rất nhiều cuộc hội thảo về ứng dụng công nghệ GIS ñược tổ chức tại
nhiều tỉnh thành trong cả nước, với mục tiêu hoàn thiện ứng dụng công nghệ này
vào quản lý và phát triển trên nhiều lĩnh vực, nhiều ngành khác nhau.
1.2.2. Đi u ch r ng

Ở Việt Nam ñiều chế rừng ñược người Pháp thử nghiệm áp dụng thông

An. Bảo Huy (1993), ñã xây dựng mô hình cấu trúc N/D chuẩn cho các ñơn vị
phân loại rừng Bằng lăng (ưu hợp, cấp năng suất, trạng thái) [10].
Nhìn chung hầu hết các nhà khoa học lâm nghiệp Việt Nam ñã ñi vào
hướng nghiên cứu cấu trúc “tối ưu”, tuy nhiên trong thực tế việc ứng dụng
chúng còn hạn chế vì trình ñộ kinh doanh, hiện trạng các khu rừng ñã bị tác
ñộng, …, khó có thể ñưa về dạng “chuẩn sinh học” như mong ñợi. Do vậy
cần thiết phải có những mô hình cấu trúc gần với thực tế hơn, có thời gian
ñiều tiết ngắn hơn ñể ñáp ứng ñược nhu cầu kinh doanh rừng của sản xuất
trong phương án ñiều chế rừng.
1.3. Thảo luận về vấn ñề nghiên cứu
Điểm qua tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý
tài nguyên, ñiều chế rừng chúng tôi thấy rằng:
Công nghệ GIS và viễn thám trên thế giới ñã và ñang ñược phát
triển ngày càng nhanh chóng và tiện dụng hơn. Chức năng của GIS
và viễn thám rất rộng và mở, có thể khai thác ở nhiều ngành, nhiều
chuyên môn và khía cạnh khác nhau.
Về khoa học ñiều chế rừng, những nguyên lý, nguyên tắc trong
quản lý rừng, sử dụng rừng bền vững cũng ñược phát triển, làm cơ
sở cho việc nghiên cứu vào các ñối tượng cụ thể và ứng dụng.
Tuy nhiên về lĩnh vực này, vẫn còn một số vấn ñề tồn tại cần nghiên cứu,
ñặc biệt là trong nước:


14

Về ứng dụng viễn thám và GIS ñối với ngành lâm nghiệp ở trong
nước hiện chủ yếu dừng lại ở giải ñoán ảnh vệ tinh, máy bay ñể
lập các bản ñồ trạng thái. Mặc dù ñã có các nghiên cứu ứng dụng
GIS ở nước ta, nhưng chủ yếu vẫn ở các trung tâm lớn với các
công cụ tiên tiến (Tp Hồ chí Minh, Huế, Nghệ An, Hà Nội, ...) ở