Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Tổng quan về rừng
Rừng là bộ phận quan trọng nhất của sinh quyển, đóng vai trò thiết yếu trong phát triển kinh tế xã hội, sinh thái và môi trường Mặc dù rừng đã có lịch sử phát triển lâu dài, nhưng hiểu biết về rừng chỉ thực sự bắt đầu từ thế kỷ XIX Theo quan điểm sinh thái học, rừng được xem là hệ sinh thái điển hình, thể hiện sự thống nhất trong mối quan hệ biện chứng giữa các sinh vật, trong đó thực vật, đặc biệt là các loài cây gỗ, giữ vai trò chủ đạo cùng với đất và môi trường.
Sự hình thành các kiểu rừng gắn liền với thảm thực vật tự nhiên, vùng địa lý và điều kiện khí hậu Khí hậu, đất đai và độ ẩm quyết định thành phần cấu trúc và tiềm năng phát triển của thảm thực vật rừng Sự phân bố của thảm thực vật rừng được coi là một đơn vị địa lý thực vật độc lập, đồng nhất về địa lý và sinh thái, tạo thành các vành đai rừng lớn trên Trái Đất theo vĩ độ và độ cao Các đai rừng chủ yếu không bị ảnh hưởng bởi tác động của con người, và sự phân chia các kiểu thảm thực vật rừng dựa vào dạng ưu thế sinh thái.
Tài nguyên rừng phong phú và đa dạng, bao gồm sinh vật, đất đai, khí hậu và cảnh quan Việc khai thác và sử dụng tài nguyên rừng khác nhau tùy thuộc vào công nghệ, truyền thông và tập quán xã hội của từng khu vực hoặc quốc gia Sự phát triển của nền văn minh nhân loại đã dẫn đến việc gia tăng sử dụng các loại tài nguyên rừng, đặc biệt là gỗ.
Rừng là nguồn tài nguyên quan trọng, cung cấp nguyên vật liệu thô cho con người và đóng vai trò kinh tế cơ bản cho nhiều dân tộc và bộ lạc sống tự cung tự cấp Khai thác tài nguyên rừng đã góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế xã hội của nhiều quốc gia trên thế giới.
2.1.1.2 Tầm quan trọng của rừng
Rừng là thành phần thiết yếu của sinh quyển, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp tài nguyên động thực vật và ảnh hưởng đến cảnh quan tự nhiên Không chỉ tác động mạnh mẽ đến khí hậu và đất đai, rừng còn góp phần vào sự phát triển kinh tế và xã hội, đồng thời giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.
Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu bằng cách ảnh hưởng đến nhiệt độ, độ ẩm không khí và thành phần khí quyển Ngoài ra, rừng còn là một vật cản tự nhiên, làm giảm tốc độ gió và tạo ra môi trường sống thuận lợi cho nhiều loài sinh vật.
Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh vận tốc và hướng gió, cũng như các yếu tố khác của hệ sinh thái, đồng thời giúp làm sạch không khí Được coi là nhà máy lọc bụi khổng lồ, một hectare rừng thông có khả năng hút tới 36,4 tấn bụi trong không khí, hấp thụ ion phóng xạ và giảm tiếng ồn Ngoài ra, rừng còn góp phần quan trọng vào việc cân bằng hàm lượng O2 và CO2 trong khí quyển, với khoảng 100 tỷ tấn CO2 được cố định hàng năm thông qua quá trình quang hợp của cây xanh, tương đương với lượng CO2 được thải ra từ các quá trình tự nhiên khác.
Rừng tạo ra một tiểu khí hậu thuận lợi cho sức khỏe con người bằng cách giảm nhiệt độ và tăng độ ẩm không khí Nhiều loài cây như thông, bạch đàn và quế còn tiết ra các chất phitonxit, có tác dụng diệt khuẩn hiệu quả.
Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước và đất chống xói mòn, với thảm thực vật giúp ngăn cản một phần nước mưa rơi xuống đất và phân phối lại lượng nước này Nghiên cứu cho thấy thực vật rừng giữ lại khoảng 25% tổng lượng mưa Tán rừng giảm sức công phá của nước mưa lên lớp đất mặt, đồng thời tăng khả năng thấm và giữ nước của đất, hạn chế dòng chảy bề mặt Tầng thảm mục rừng có khả năng giữ nước gấp 100-900% trọng lượng của nó, từ đó giảm đáng kể lượng đất bị xói mòn Tại các vùng nhiệt đới ẩm như Việt Nam, lượng đất xói mòn hàng năm ở khu vực có rừng chỉ khoảng 1-1,5 tấn/ha, trong khi ở nơi không có rừng có thể lên tới 100-150 tấn/ha, và dòng chảy mặt tăng 3-4 lần.
Thảm thực vật rừng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp chất dinh dưỡng khoáng và mùn, ảnh hưởng lớn đến độ phì nhiêu của đất Sản phẩm rơi rụng từ thực vật tạo ra tầng thảm mục và mùn đất, với lượng rơi rụng trung bình hàng năm ở rừng tự nhiên là 11-17 tấn/ha và ở rừng trồng là 9-10 tấn/ha Đây cũng là môi trường sống và cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật, côn trùng và động vật đất, góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các sinh vật này và ảnh hưởng đến các quá trình trong đất.
Trong hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới, vòng tuần hoàn dinh dưỡng khoáng diễn ra mạnh mẽ, dẫn đến sự phân giải nhanh chóng các chất hữu cơ Quá trình rửa trôi và xói mòn làm cho đất trở nên nghèo kiệt Sự phong phú của thảm thực vật là yếu tố quyết định giúp chống lại tình trạng này Do đó, sự suy giảm thảm thực vật rừng nhiệt đới sẽ gây ra sự phá hủy toàn bộ cân bằng vật chất trong hệ sinh thái rừng.
Mất rừng dẫn đến sự suy giảm nguồn tài nguyên thiên nhiên và đe dọa sự sống còn của nhiều loài sinh vật Việc phá rừng làm mất nơi cư trú, ảnh hưởng đến tổ sinh thái và gia tăng sự cạnh tranh giữa các cá thể trong cùng loài cũng như giữa các loài khác nhau Rừng là một hệ sinh thái cân bằng, trong đó mỗi loài đóng vai trò thiết yếu để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ sinh thái Do đó, khi một loài bị suy giảm hoặc biến mất, điều này sẽ tác động đến sự tồn tại của các loài khác, cuối cùng ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái rừng.
2.1.2 Hiện trạng rừng trên thế giới
Rừng từng có diện tích khoảng 60 triệu km², nhưng đã giảm xuống còn 44,05 triệu km² vào năm 1958, tương đương 33% diện tích đất liền Đến năm 1973, diện tích rừng tiếp tục thu hẹp còn 37,37 triệu km², và hiện nay chỉ còn khoảng 24,9 triệu ha.
Trên toàn cầu, tổng diện tích rừng có trữ lượng gỗ trên 50 m³/ha chỉ đạt 2,8 tỷ ha, trong khi 1,2 tỷ ha còn lại là rừng thưa với trữ lượng gỗ thấp Khoảng 60% diện tích rừng kín tập trung ở vùng nhiệt đới, trong đó rừng mưa nhiệt đới với cây lá rộng thường xanh đóng vai trò quan trọng nhất Rừng mưa nhiệt đới lớn nhất thế giới là rừng Amazon, có diện tích lên tới 330 triệu ha Các khu rừng mưa nhiệt đới phân bố thành vành đai xanh không liên tục quanh Trái Đất, chủ yếu nằm trong khoảng vĩ độ 23,5° Bắc và 23,5° Nam, tập trung nhiều nhất giữa 10° vĩ độ Bắc và Nam gần đường xích đạo Những khu vực có diện tích rừng mưa lớn nhất bao gồm Châu Mỹ La Tinh, Tây Phi và Đông Nam Á.
Rừng cây lá kim phân bố chủ yếu ở các vĩ độ lớn, đặc biệt là phía Bắc của rừng rụng lá ôn đới Diện tích rừng lá kim chủ yếu tập trung ở hai vành đai lớn: Bắc Mỹ và vành đai Âu-Á, kéo dài từ Scandinavia đến Đông Xibêria Khu rừng taiga ở Nga, với diện tích lên tới 1,1 tỷ ha, chiếm khoảng 25% tổng diện tích rừng trên thế giới, được xem là khu rừng lớn nhất toàn cầu, trong đó loài thông rụng chiếm 38% diện tích.
Khái quát về công nghệ viễn thám
2.2.1 Tổng quan về công nghệ viễn thám
Viễn thám là kỹ thuật quan sát và ghi nhận đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp, cho phép thu thập dữ liệu trên diện rộng hàng trăm ngàn km² trong thời gian ngắn Dữ liệu viễn thám được thu thập thông qua các thiết bị ghi nhận bức xạ và phản xạ từ các vùng phổ khác nhau, tạo ra hình ảnh chính xác về đối tượng Ưu điểm của tư liệu viễn thám bao gồm tính nhanh chóng, kịp thời và khả năng bao quát rộng Giá trị cốt lõi của tư liệu viễn thám nằm ở phổ phản xạ của các đối tượng trên bề mặt trái đất ở từng bước sóng.
Viễn thám là một lĩnh vực khoa học và công nghệ cho phép xác định, đo đạc và phân tích các đặc tính của vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp.
Thuật ngữ viễn thám lần đầu tiên được sử dụng tại Mỹ vào những năm 1960, bao gồm các lĩnh vực như đo ảnh, giải đoán ảnh và địa chất ảnh Viễn thám chủ yếu dựa vào sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể, cùng với các dạng năng lượng khác như từ trường và trọng trường Thiết bị cảm nhận sóng điện từ được gọi là bộ viễn cảm, thường được gọi tắt là bộ cảm, với các buồng chụp ảnh hoặc máy quét là ví dụ tiêu biểu Các phương tiện mang theo bộ cảm được gọi là vật mang, trong đó máy bay và vệ tinh là những ví dụ điển hình.
Theo bước sóng sử dụng, viễn thám được phân ra làm 3 loại cơ bản: Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
Viễn thám hồng ngoại nhiệt
Viễn thám siêu cao tần
Nguồn năng lượng chính của nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời, với mức bức xạ ưu thế đạt 500 nm Tài liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy chủ yếu phụ thuộc vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất, cho phép xác định thông tin về vật thể thông qua các phổ phản xạ Tuy nhiên, radar sử dụng tia laser là một trường hợp ngoại lệ không dựa vào năng lượng mặt trời.
Nguồn năng lượng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt do các vật thể tự sản sinh Mỗi vật thể ở nhiệt độ bình thường phát ra bức xạ tối đa tại bước sóng 10.000 nm.
Trong viễn thám siêu cao tần, có hai kỹ thuật chính được sử dụng: kỹ thuật chủ động và kỹ thuật bị động Kỹ thuật bị động ghi lại bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra, trong khi kỹ thuật chủ động thu thập bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.
Viễn thám đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên trên Trái đất Nó đặc biệt hữu ích trong các lĩnh vực như lập bản đồ sử dụng đất, bản đồ đất và bản đồ hiện trạng rừng, góp phần nâng cao hiệu quả trong việc bảo vệ và phát triển bền vững tài nguyên môi trường.
2.2.2 Nguyên lý thu nhận thông tin của viễn thám
2.2.2.1 Cơ sở vật lý của viễn thám
Các tính chất của vật thể được xác định qua các năng lượng phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể
Năng lượng sóng điện từ được xác định:
Trong đó: E : Năng lượng điện từ h : Hằng số Plank c : Vận tốc ánh sáng, c ≈ 3,10 8 m/s l : Bước sóng
Bức xạ điện từ là quá trình truyền năng lượng thông qua các dao động của trường điện từ trong không gian hoặc trong vật chất, tuân theo định luật Maxwell Nó có đặc tính vừa như sóng vừa như hạt.
2.2.2.2 Hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám
Hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám bao gồm:
Nguồn năng lượng chủ yếu được sử dụng trong các hệ viễn thám là năng lượng mặt trời, bao gồm cả hệ viễn thám bị động và máy quét sóng với hệ viễn thám chủ động Đối tượng nghiên cứu nhận năng lượng mặt trời được xác định thông qua thành phần phổ và phân bố năng lượng trong dải phổ đó.
Môi trường truyền năng lượng chủ yếu là khí quyển, nơi năng lượng được truyền qua và bị hấp thụ, tán xạ cũng như phân bố lại trong dải phổ chiếu tới các đối tượng.
- Đối tượng tự nhiên: (Bề mặt trái đất) Năng lượng phát ra từ nguồn đi qua tầng khí quyển chiếu tới vật sẽ xảy ra hiện tượng:
+ Phản xạ một phần năng lượng chiếu tới (hiện tượng tán xạ phổ)
+ Hấp thụ một phần năng lượng chiếu tới
Bức xạ là hiện tượng xảy ra khi vật hấp thụ năng lượng từ ánh sáng chiếu tới Tùy thuộc vào tính chất và cấu tạo của vật, nó có thể tích tụ năng lượng trong một khoảng thời gian hoặc phát ra năng lượng ngay lập tức Năng lượng này được phát ra ở một dải phổ khác vào khí quyển, được gọi là bức xạ phổ.
Máy ghi nhận thông tin, bao gồm máy chụp ảnh, máy quét ảnh và máy thu vô tuyến, hoạt động bằng cách thu nhận năng lượng phản xạ từ vật thể Khi năng lượng này trở lại khí quyển, thành phần phổ của nó sẽ thay đổi Sau đó, năng lượng chiếu vào ống kính máy thu sẽ được đo đạc và chuyển đổi thành tín hiệu điện, được ghi lại trên băng từ hoặc chụp lên phim ảnh.
2.2.3 Những bộ cảm chính trong viễn thám
Nhiều vệ tinh trang bị cảm biến khác nhau đang thu thập dữ liệu về Trái đất, trong đó các cảm biến có độ phân giải cao như Landsat TM, Spot HRV và MOSS – 1 MESSR rất phổ biến tại Việt Nam.
Vào năm 1967, NASA đã khởi động chương trình nghiên cứu thăm dò tài nguyên trái đất ERTS, dẫn đến việc phóng vệ tinh Landsat 1 vào ngày 23/6/1972 Đến nay, NASA đã phóng thành công nhiều vệ tinh trong hệ thống Landsat, góp phần quan trọng trong việc theo dõi và quản lý tài nguyên thiên nhiên trên trái đất.
Bảng 2.3 Các thế hệ vệ tinh Landsat
Vệ tinh Ngày phóng Ngày ngừng hoạt động Bộ cảm
Landsat 5 1/3/1984 Đang hoạt động TM, MSS
Landsat 6 5/3/1993 Bị hỏng ngay khi phóng ETM
Landsat 7 15/4/1999 Đang hoạt động ETM+
Landsat 8 11/2/2013 Đang hoạt động OLI và TIRs
- Landsat MSS (Landsat Multispectral Scanner)
Các vệ tinh Landsat từ 1 đến 3 được trang bị bộ cảm MSS ở độ cao 919 km, trong khi Landsat 4 và 5 ở độ cao 705 km, với chu kỳ lặp 18 ngày Bộ cảm MSS là hệ thống máy quang học quét bề mặt Trái đất theo hướng vuông góc với hướng bay, gồm 4 bộ lọc và tách sóng, trong khi hệ thống TM có 7 bộ Landsat MSS có độ phân giải 79m x 79m và bao gồm 4 kênh: kênh 1 và kênh 2 nằm trong vùng nhìn thấy, trong khi kênh 3 và kênh 4 nằm trong vùng cận hồng ngoại.
Khái quát về GIS
2.3.1 Định nghĩa về hệ GIS
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một lĩnh vực của công nghệ thông tin, ra đời từ những năm 1960 và đã có sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây.
GIS được sử dụng để đồng bộ hóa các lớp thông tin không gian và thông tin thuộc tính, hỗ trợ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý hoạt động theo lãnh thổ.
Ngày nay, GIS đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc hỗ trợ ra quyết định cho các hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng và ứng phó với thảm họa thiên tai trên toàn thế giới Công nghệ này giúp các cơ quan chính phủ, nhà quản lý, doanh nghiệp và cá nhân đánh giá hiện trạng của các quá trình và thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp thông tin gắn liền với bản đồ số dựa trên tọa độ của dữ liệu bản đồ đầu vào.
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) được định nghĩa là sự kết hợp giữa con người và máy tính cùng các thiết bị ngoại vi, nhằm lưu trữ, xử lý, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Mục đích của GIS là phục vụ cho nghiên cứu và quản lý trong các lĩnh vực khác nhau.
GIS là một công cụ quan trọng giúp thu thập, lưu trữ, biến đổi và hiển thị thông tin không gian để phục vụ các mục đích cụ thể.
Xét về mặt phần mềm, GIS xử lý thông tin không gian và phi không gian, đồng thời thiết lập mối quan hệ không gian giữa các đối tượng Chức năng phân tích không gian chính là yếu tố tạo nên sự đặc trưng cho GIS.
Xét từ góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS là công nghệ xử lý dữ liệu có tọa độ, giúp chuyển đổi thành thông tin hỗ trợ quyết định cho các nhà quản lý.
GIS được hiểu là một hệ thống bao gồm nhiều thành phần cơ bản, bao gồm phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và cơ sở tri thức chuyên gia (Trần Thị Băng Tâm, 2006).
2.3.2 Các thành phần của GIS
Hệ thống máy tính bao gồm máy chủ, máy khách, máy quét và máy in, có khả năng thực hiện các chức năng nhập, xuất và xử lý thông tin Các thiết bị này được kết nối trong mạng LAN hoặc Internet, tạo thành một hệ thống đồng bộ và hiệu quả trong việc quản lý thông tin.
2.3.2.2 Phần mềm Đi kèm với hệ thống thiết bị trong GIS ở trên là một hệ phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng sau đây:
- Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồn khác nhau
- Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và thông tin thuộc tính
- Phân tích biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian- thời gian
- Hiển thị và trình bày thông tin dưới các dạng khác nhau, với các biện pháp khác nhau
Phần mềm được phân thành ba lớp: hệ điều hành, các chương trình tiện ích đặc biệt và các chương trình ứng dụng
GIS cần có một cơ sở dữ liệu chứa thông tin không gian, bao gồm tọa độ x, y trong hệ tọa độ phẳng hoặc địa lý, cùng với các thuộc tính liên kết chặt chẽ và được tổ chức theo một cấu trúc chuyên ngành nhất định Thời gian được xem như một thuộc tính đặc biệt, và mối quan hệ giữa các thông tin được thể hiện thông qua dữ liệu không gian và/hoặc thuộc tính.
2.3.3 Cấu trúc dữ liệu trong GIS
Trong GIS, có hai loại cấu trúc dữ liệu chính: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Một đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS là sự kết hợp chặt chẽ giữa dữ liệu không gian (bản đồ) và dữ liệu thuộc tính, cả hai đều được lưu trữ trong cùng một cơ sở dữ liệu.
2.3.3.1 Các kiểu dữ liệu không gian:
Dữ liệu không gian có hai dạng cấu trúc Đó là dạng raster và dạng vector a Cấu trúc raster:
Mô phỏng bề mặt trái đất và các đối tượng trên đó được thực hiện thông qua một lưới pixel, có thể là đều hoặc không đều, với các hàng và cột Các pixel này, hay còn gọi là cell, mang giá trị thuộc tính của đối tượng mà chúng đại diện Kích thước của pixel càng nhỏ, độ chính xác trong mô tả đối tượng càng cao Một mặt phẳng được lấp đầy bởi các pixel tạo thành cấu trúc raster, thường được sử dụng để mô tả các đối tượng và hiện tượng phân bố liên tục trong không gian, đồng thời lưu trữ thông tin dạng ảnh như ảnh mặt đất, hàng không và vũ trụ Một số mô hình biểu diễn bề mặt tiêu biểu bao gồm DEM (Digital Elevation Model), DTM (Digital Terrain Model) và TIN (Triangulated Irregular Network).
Cấu trúc dữ liệu dạng raster trong CSDL, như mạng lưới không đều, mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng thực hiện các chức năng xử lý và phân tích một cách dễ dàng Với tốc độ tính toán nhanh, việc thực hiện các phép toán bản đồ trở nên thuận tiện và hiệu quả hơn.
Việc liên kết với dữ liệu viễn thám trở nên dễ dàng hơn, tuy nhiên, cấu trúc raster có nhược điểm về độ chính xác vị trí không gian của đối tượng Đặc biệt, khi độ phân giải giảm (kích thước pixel lớn), sai lệch này càng gia tăng Ngược lại, cấu trúc vector có thể khắc phục những hạn chế này.
Cấu trúc vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian thông qua tọa độ và các yếu tố hình học như nút, cạnh, mặt và mối quan hệ giữa chúng Về mặt hình học, các đối tượng được phân chia thành ba dạng chính: đối tượng dạng điểm.
Thành lập bản đồ và nghiên cứu biến động rừng bằng phương pháp viễn thám kết hợp GIS và một số ứng dụng
2.4.1 Thành lập bản đồ và nghiên cứu biến động rừng bằng phương pháp Viễn thám kết hợp với GIS
Từ những ngày đầu phát triển công nghệ viễn thám, việc ứng dụng để lập bản đồ lớp phủ và theo dõi diễn biến của lớp phủ đã được chú trọng Viễn thám, với khả năng "chụp" ảnh và đo giá trị phản xạ năng lượng sóng điện từ từ các đối tượng trên mặt đất, có ưu thế nổi bật trong việc theo dõi lớp phủ thực vật Các lớp phủ thực vật phản ánh các loại hình sử dụng đất như đồng cỏ, rừng, mặt nước và ruộng, đồng thời phản ánh hoạt động của con người Do đó, viễn thám ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, bao gồm lớp phủ thực vật, tài nguyên đất và tài nguyên nước Nhu cầu thông tin về lớp phủ thực vật tăng cao trong quản lý môi trường, quy hoạch sử dụng đất và bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên Một trong những ưu điểm lớn nhất của phương pháp viễn thám là khả năng cung cấp thông tin ở những vùng khó tiếp cận bằng phương pháp mặt đất, cùng với chi phí sản phẩm thấp, tạo ra lợi thế vượt trội cho ứng dụng này.
Với nhu cầu nghiên cứu khoa học ngày càng cao, đặc biệt là việc yêu cầu thông tin chi tiết và thường xuyên ở những vùng khó tiếp cận, viễn thám đã trở thành công cụ thiết yếu cho các nhà quản lý và nghiên cứu tài nguyên, sinh thái Tuy nhiên, việc cung cấp thông tin chi tiết từ viễn thám vẫn gặp nhiều thách thức Do đó, xu hướng hiện nay là kết hợp thông tin từ ảnh viễn thám với dữ liệu thực địa để nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong nghiên cứu.
Khi ứng dụng viễn thám để thành lập bản đồ lớp phủ thảm trong quản lý tài nguyên đất đai, cần phân biệt giữa lớp phủ bề mặt và hiện trạng sử dụng đất Lớp phủ bề mặt phản ánh các điều kiện tự nhiên như rừng, trảng cỏ và sa mạc, trong khi hiện trạng sử dụng đất thể hiện các hoạt động của con người như khu công nghiệp, sân gôn và đất thổ cư Hiện trạng sử dụng đất tập trung vào mục đích sử dụng của thửa đất, trong khi lớp phủ bề mặt mô tả trạng thái thực vật của thửa đất đó Mặc dù có sự khác biệt, giữa hiện trạng sử dụng đất và lớp phủ bề mặt tồn tại mối tương quan chặt chẽ, cho phép chúng ta xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ bản đồ lớp phủ Đối với thảm phủ rừng và đất rừng, cần phân biệt rằng đất rừng là đất có rừng, còn thảm phủ rừng là đất rừng có cây che phủ.
Nghiên cứu và phát triển kỹ thuật phân tích không gian trong GIS có vai trò quan trọng trong việc lập bản đồ thảm phủ rừng và giải đoán ảnh Mối quan hệ giữa viễn thám và GIS rất chặt chẽ, và ứng dụng bản đồ thảm phủ rừng không thể hoàn thành nếu thiếu các kỹ thuật phân tích không gian của GIS.
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, vệ tinh hiện có khả năng chụp được nhiều kênh hình ảnh hơn, dẫn đến việc cung cấp một lượng thông tin khổng lồ Nhiều nhà khoa học đang tận dụng lợi thế này để thu thập thông tin từ ảnh vệ tinh, phục vụ cho các nghiên cứu như cấu trúc tán lá và thổ nhưỡng, giúp tiết kiệm thời gian và nhân lực so với các phương pháp điều tra truyền thống.
Bảng 2.5 So sánh một số phương pháp thành lập bản đồ Đo vẽ Ảnh hàng không Ảnh vệ tinh
Giới hạn phân giải Dưới 1 m 1-20 m 0,5m tới 1 km Độ phủ Tùy khả năng nguồn lực km x 102 Toàn cầu
Kiểu bản đồ Hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng lớp phủ
Hiện trạng lớp phủ Hiện trạng lớp phủ
Khả năng tách đối tượng Từng đối tượng Cấu trúc thực vật Lớp hiện trạng lớp phủ
Chu kì lặp thông tin Tùy nguồn lực Tùy nguồn lực và thời tiết
Hàng ngày tới 20 ngày, phụ thuộc thời tiết
Để nghiên cứu biến động thảm phủ, cần ít nhất hai ảnh viễn thám chụp cùng một khu vực tại hai thời điểm khác nhau, lý tưởng là sử dụng tư liệu từ cùng một bộ cảm, có độ phân giải không gian và độ cao bay chụp giống nhau, thu thập trong cùng một giờ và ngày Tuy nhiên, thực tế cho thấy các tư liệu ảnh thường không đáp ứng đủ các điều kiện này, gây khó khăn cho việc nghiên cứu Nếu không đạt yêu cầu, cần thực hiện các bước xử lý ảnh như hiệu chỉnh phổ, hiệu chỉnh khí quyển và nắn chỉnh hình học Đặc biệt, trong nghiên cứu biến động, việc nắn chỉnh ảnh cần có độ chính xác nhỏ hơn 1/2 pixel, vì nắn chỉnh trên 1 pixel có thể dẫn đến sai lệch khi so sánh các ảnh.
Hình 2.1 Quy trình thành lập bản đồ biến động đất bằng phương pháp viễn thám kết hợp với GIS
2.4.2 Ứng dụng công nghệ Viễn Thám và GIS trên thế giới và tại Việt Nam
2.4.2.1 Một số ứng dụng của công nghệ viễn thám và GIS trên thế giới
Ngày nay công nghệ viễn thám có khả năng áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
1 Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra về sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ; Vẽ bản đồ thực vật; Nghiên cứu Ảnh thời kỳ 2 Tư liệu bản đồ Ảnh thời kỳ 1
Chồng xếp bản đồ các thời kỳ
2 Viễn thám ứng dụng trong điều tra đất bao gồm: Xác định và phân loại các vùng thổ nhưỡng; Đánh giá mức độ thoái hoá đất, tác hại của xói mòn, quá trình muối hoá
3 Viễn thám trong lâm nghiệp, diễn biến của rừng bao gồm: Điều tra phân loại rừng, diễn biến của rừng, biến động đất rừng trong từng giai đoạn; Nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng, cháy rừng
4 Viễn thám trong quản lý sử dụng đất bao gồm: Thống kê và thành lập bản đồ sử dụng đất; Điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật
2.4.2.2 Một số ứng dụng của viễn thám và GIS ở Việt Nam
Kể từ những năm 1990, nhiều Bộ ngành, viện nghiên cứu và trường đại học như Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Bộ Tài nguyên và Môi trường, cùng Tổng cục Khí tượng Thủy văn đã nhận thức rõ vai trò quan trọng của ảnh vệ tinh trong việc hỗ trợ các hoạt động nghiên cứu và quản lý tài nguyên.
Việt Nam đã đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ GIS và Viễn thám, bao gồm cả trang thiết bị, đào tạo nhân lực và ứng dụng công nghệ trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu cũng như phục vụ đời sống xã hội Đến nay, nhiều công trình khoa học và ứng dụng công nghệ này đã được triển khai, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế và xã hội của đất nước.
Bản đồ diễn biến rừng tỷ lệ 1/100.000 đã được xây dựng tại các tỉnh Lâm Đồng, Nghệ An và Lai Châu vào năm 1998, do Trung tâm Tư vấn Thông tin Lâm nghiệp (CFIC) thuộc Viện Điều tra Quy hoạch Rừng thực hiện.
Trạm thu ảnh vệ tinh viễn thám NOAA đã được thiết lập và vận hành từ năm 1999 nhằm phục vụ việc phân tích diễn biến rừng, theo dõi cháy rừng và xây dựng cơ sở dữ liệu trường nhiệt mặt biển Đây là một đề tài thuộc chương trình nhà nước KHCN01-11, do Trung tâm tư vấn Thông tin Lâm Nghiệp (CFIC) và Viện Điều Tra Quy Hoạch rừng thực hiện.
Ứng dụng tư liệu viễn thám độ phân giải trung bình đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và quản lý tài nguyên thiên nhiên cũng như môi trường tại khu vực Tây Nguyên và Đông Nam Công nghệ này giúp theo dõi sự biến đổi của tài nguyên, đánh giá tình trạng môi trường và hỗ trợ ra quyết định trong quản lý bền vững Việc áp dụng viễn thám không chỉ nâng cao hiệu quả giám sát mà còn góp phần bảo vệ và phát triển bền vững tài nguyên thiên nhiên trong khu vực.
Bộ (2002) của Nguyễn Đình Dương, Viện Địa Lý - Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia (sử dụng ảnh vệ tinh MODIS)
