Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Tổng quan về rừng
Rừng là thành phần 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 kiến thức về chúng chỉ thực sự phát triển từ thế kỷ XIX Theo quan điểm sinh thái học, rừng được coi là hệ sinh thái điển hình, thể hiện sự liên kết chặt chẽ giữa các loài sinh vật, trong đó thực vật, đặc biệt là cây gỗ, đóng 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 cấu trúc và tiềm năng phát triển của thảm thực vật rừng Phân bố thảm thực vật rừng tương đối đồng nhất về địa lý và sinh thái, được xem là đơn vị địa lý thực vật độc lập, kết hợp theo vĩ độ và độ cao thành các vành đai rừng lớn trên Trái Đất Sự phân bố này chủ yếu không bị ảnh hưởng bởi con người, và việc phân chia các kiểu thảm thực vật rừng dựa vào dạng ưu thế sinh thái.
Tài nguyên rừng rất 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 Sự phát triển của nền văn minh nhân loại đã dẫn đến việc gia tăng sử dụng tài nguyên rừng, đặc biệt là gỗ.
Rừng là nguồn tài nguyên quan trọng, cung cấp nguyên vật liệu thô và đóng vai trò kinh tế cơ bản cho nhiều dân tộc và bộ lạc sống tự cung tự cấp Việc khai thác tài nguyên rừng đã góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế xã hội của nhiều quốc gia trên toàn thế giới.
2.1.1.2 Tầm quan trọng của rừng
Rừng là thành phần thiết yếu của sinh quyển, không chỉ cung cấp tài nguyên động thực vật mà còn đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc địa lý tự nhiên Rừng góp phần tạo nên cảnh quan và ảnh hưởng mạnh mẽ đến khí hậu và đất đai Do đó, rừng không chỉ hỗ trợ phát triển kinh tế và xã hội mà còn có ý nghĩa đặc biệt 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 cũng là vật cản tự nhiên, làm giảm tốc độ gió và ảnh hưởng đến sự vận chuyển không khí.
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 như nhà máy lọc bụi khổng lồ, rừng thông có khả năng hút 36,4 tấn bụi và hấp thụ ion phóng xạ, góp phần giảm tiếng ồn Hơn nữa, rừng giúp cân bằng hàm lượng O2 và CO2 trong khí quyển, với khoảng 100 tỷ tấn CO2 được cố định hàng năm qua quá trình quang hợp của cây xanh, tương đương với lượng CO2 trả lại khí quyển 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 có khả năng tiết ra các chất phitonxit, giúp diệt khuẩn hiệu quả.
Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước và đất, ngăn chặn xói mòn Thảm thực vật giúp giữ lại 25% tổng lượng mưa, phân phối lại nước mưa và giảm sức công phá của nó lên đất Rừng cải thiện khả năng thấm và giữ nước của đất, hạn chế dòng chảy bề mặt Tầng thảm mục có thể giữ nước gấp 100-900% trọng lượng của nó, giảm đáng kể xói mòn đất Ở vùng nhiệt đới ẩm như Việt Nam, lượng đất xói mòn hàng năm chỉ khoảng 1-1,5 tấn/ha, trong khi nơi không có rừng có thể lên tới 100-150 tấn/ha, với dòng chảy bề mặt tăng 3-4 lần.
Thảm thực vật rừng là nguồn 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 thành tầng thảm mục và mùn đất, với lượng rơi rụng trung bình hàng năm ở rừng tự nhiên đạt 11-17 tấn/ha và ở rừng trồng là 9-10 tấn/ha Ngoài ra, thảm thực vật cũng là nơi cư trú và cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật, côn trùng và động vật đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của chúng và ảnh hưởng đến các quá trình trong đất.
Trong hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới, quá trình tuần hoàn dinh dưỡng khoáng diễn ra mạnh mẽ, dẫn đến sự phân giải nhanh chóng của các chất hữu cơ Sự rửa trôi và xói mòn diễn ra mạnh mẽ khiến đất trở nên nghèo kiệt Thảm thực vật phong phú đóng vai trò quan trọng trong việc chống lại sự suy giảm chất dinh dưỡng của đất Do đó, việc suy giảm thảm thực vật rừng nhiệt đới có thể gây ra sự phá hủy cân bằng vật chất trong toàn bộ hệ sinh thái rừng.
Mất rừng dẫn đến sự suy giảm nguồn tài nguyên thiên nhiên và nguy cơ tuyệt chủng của nhiều loài sinh vật Phá rừng làm mất nơi cư trú và ảnh hưởng đến tổ sinh thái, gia tăng sự cạnh tranh giữa các cá thể trong loài cũng như giữa các loài khác nhau Rừng là một hệ sinh thái cân bằng, trong đó mỗi loài đóng vai trò quan trọng để duy trì hoạt động chung Do đó, sự suy giảm hoặc biến mất của một loài sẽ tác động tiêu cực đến sự tồn tại của các loài khác và 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 khoảng 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 m/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 tại các vùng nhiệt đới, trong đó rừng mưa nhiệt đới, với các loài cây lá rộng thường xanh, đóng vai trò quan trọng nhất Rừng mưa nhiệt đới lớn nhất thế giới là rừng Amazon.
Rừng mưa nhiệt đới, với diện tích lên tới 330 triệu ha, tạo thành vành đai xanh không liên tục quanh Trái Đất tại vĩ độ từ 23,5° Bắc đến 23,5° Nam, chủ yếu tập trung giữa 10° vĩ độ Bắc và Nam gần đường xích đạo Những khu vực nổi bật với diện tích rừng mưa lớn bao gồm Châu Mỹ La Tinh, Tây Phi và Đông Nam Á.
Khái quát về công nghệ viễn thám
2.2.1 Tổng quan về công nghệ viễn thám
Viễn thám (Remote sensing) 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 của các vùng phổ khác nhau, tạo ra hình ảnh chính xác về đối tượng Tư liệu viễn thám nổi bật với khả năng nhanh chóng, kịp thời và tầm 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 tại từng bước sóng (Nguyễn Khắc Thời, 2011).
Viễn thám là một lĩnh vực khoa học công nghệ cho phép xác định, đo đạc và phân tích các tính chất 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, bên cạnh đó còn sử dụng 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 điển hình Các phương tiện mang theo bộ cảm được gọi là vật mang, trong đó máy bay và vệ tinh là những ví dụ phổ biến.
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 trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời, với bước sóng ưu thế khoảng 500 µm Tư liệu viễn thám 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 các vật thể thông qua 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 đến từ bức xạ nhiệt do vật thể tự sản sinh Mọi vật thể ở nhiệt độ bình thường đều phát ra bức xạ với đỉnh tại bước sóng 10.000 μm.
Trong viễn thám siêu cao tần, có hai kỹ thuật chính là chủ động và 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 nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên trên Trái đất, đặc biệt trong việc ứng dụng vào các lĩnh vực như lập bản đồ sử dụng đất, bản đồ đất và bản đồ hiện trạng rừng.
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 điện từ thông qua các dao động của trường điện từ, diễn ra trong không gian hoặc trong các vật chất Quá trình này tuân theo định luật Maxwell và có tính chất 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 chính trong nghiên cứu thường là năng lượng mặt trời, bao gồm cả hệ viễn thám bị động và máy quét sóng với hệ viễn thám chủ động Để xác định nguồn năng lượng mặt trời chiếu tới đối tượng nghiên cứu, cần phân tích 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 hấp thụ, tán xạ và 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 khi một vật hấp thụ năng lượng từ ánh sáng chiếu tới và sau đó phát ra năng lượng ở một dải phổ khác vào khí quyển Sự phát ra này phụ thuộc vào tính chất và cấu tạo của vật, có thể xảy ra ngay lập tức hoặc sau một thời gian tích tụ năng lượng.
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, nó sẽ thay đổi thành phần phổ Năng lượng chiếu vào ống kính máy thu được đo đạc và chuyển đổi thành tín hiệu điện, được lưu trữ trên băng từ hoặc ghi lại trên phim ảnh.
2.2.3 Những bộ cảm chính trong viễn thám
Nhiều vệ tinh trang bị các bộ cảm khác nhau đang thu thập dữ liệu về Trái đất, trong đó các bộ cảm có độ phân giải cao phổ biến tại Việt Nam bao gồm Landsat TM, Spot HRV và MOSS – 1 MESSR.
Năm 1967, NASA khởi động chương trình nghiên cứu thăm dò tài nguyên trái đất ERTS (Earth Resources Technology Satellite) Vệ tinh Landsat 1, đánh dấu bước tiến quan trọng trong lĩnh vực này, đã được phóng vào ngày 23/6/1972 Đến nay, NASA đã phóng thành công nhiều vệ tinh trong hệ thống Landsat.
Bảng 2.3 Các thế hệ vệ tinh Landsat
- Landsat MSS (Landsat Multispectral Scanner)
Bộ cảm MSS được lắp đặt trên các vệ tinh Landsat 1 đến 3 ở độ cao 919 km và Landsat 4, 5 ở độ cao 705 km, với chu kỳ lặp 18 ngày Hệ thống máy quang học MSS quét các yếu tố tách sóng qua bề mặt Trái đất theo hướng vuông góc với hướng bay MSS có 4 bộ lọc và tách sóng, trong khi TM có 7 bộ Landsat MSS cung cấp độ phân giải 79m x 79m và bao gồm 4 kênh 1, 2, 3 và 4, với kênh 1 và 2 nằm trong vùng nhìn thấy, còn kênh 3 và 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 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 áp dụng để đồng bộ hóa các lớp thông tin không gian (bản đồ) với thông tin thuộc tính, nhằm hỗ trợ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý hoạt động theo lãnh thổ.
Ngày nay, GIS đã trở thành công cụ quan trọng hỗ trợ quyết định trong nhiều lĩnh vực như kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng và ứng phó thảm họa thiên tai Công nghệ này giúp các cơ quan chính phủ, nhà quản lý và doanh nghiệp đánh giá hiện trạng của các quá trình và thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua việc thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp thông tin trên nền bản đồ số nhất quán.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ 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 GIS phục vụ cho các mục đích nghiên cứu và quản lý, giúp tối ưu hóa việc sử dụng dữ liệu không gian.
GIS là 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 các mối quan hệ không gian giữa các đối tượng Các chức năng phân tích không gian chính là yếu tố tạo nên đặc trưng riêng của GIS.
GIS được xem là công nghệ quan trọng trong quản lý nhà nước, giúp xử lý dữ liệu có tọa độ để chuyển đổi thành thông tin hỗ trợ quyết định cho các nhà quản lý.
GIS là một hệ thống bao gồm các thành phần chính như phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và cơ sở tri thức chuyên gia, theo 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 Những thiết bị này được kết nối với nhau qua 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.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) cần có một cơ sở dữ liệu bao gồm thông tin không gian, như tọa độ x,y trong hệ tọa độ phẳng hoặc địa lý, cùng với các thông tin thuộc tính liên kết chặt chẽ Các thông tin này được tổ chức theo một cấu trúc chuyên ngành cụ thể, trong đó thời gian được xem như một thuộc tính đặc biệt 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 là cả dữ liệu không gian (bản đồ) và dữ liệu thuộc tính đều được lưu trữ trong cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên mối quan hệ chặt chẽ giữa chúng.
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 sử dụng một lưới gồm các pixel hay cell, với kích thước pixel càng nhỏ thì độ chính xác mô tả càng cao Các pixel này tạo thành một mặt phẳng gọi là raster, thường được dùng để thể hiện các hiện tượng phân bố liên tục trong không gian và lưu trữ thông tin dạng ảnh như ảnh mặt đất, hàng không và vũ trụ Một số mô hình biểu diễn bề mặt như DEM (Digital Elevation Model) cũng được áp dụng trong lĩnh vực này.
Raster data structures, such as Elevation Models, Digital Terrain Models (DTM), and Triangulated Irregular Networks (TIN), are advantageous for their ease of processing and analysis They enable quick computation and facilitate straightforward map operations.
Dữ liệu viễn thám có thể dễ dàng liên kết với cấu trúc raster; tuy nhiên, cấu trúc này gặp nhược điểm lớn là độ chính xác vị trí không gian của đối tượng kém Khi độ phân giải giảm (kích thước pixel lớn), sai lệch về vị trí càng tăng lên Ngược lại, cấu trúc vector có khả năng khắc phục những vấn đề này.
Cấu trúc vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian thông qua tọa độ và các kết hợp hình học như nút, cạnh, mặt và các mối quan hệ giữa chúng Các đối tượng hình học được phân loại thành ba dạng chính: đối tượng dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng (region hay polygon) Điểm được xác định bởi một cặp tọa độ X,Y, trong khi đường là chuỗi các cặp tọa độ X,Y liên tục Vùng được định nghĩa là khoảng không gian giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ X,Y, trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau, và cấu trúc vector của đối tượng vùng phản ánh đường bao của nó.
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
Công nghệ viễn thám đã từ lâu được ứng dụng để tạo bản đồ lớp phủ và theo dõi sự biến đổi của lớp phủ thực vật, nhờ vào khả năng đo lường phần trăm phản xạ năng lượng sóng điện từ từ các đối tượng trên mặt đất Viễn thám không chỉ giúp phản ánh các loại hình sử dụng đất như đồng cỏ, rừng, mặt nước và ruộng, mà còn cung cấp thông tin quý giá về hoạt động của con người Sự phát triển của viễn thám ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, bao gồm lớp phủ thực vật, tài nguyên đất và nước Nhu cầu thông tin về lớp phủ thực vật ngày càng cao trong quản lý môi trường, quy hoạch sử dụng đất và xây dựng chính sách bảo vệ tài nguyên thiên nhiên Một trong những ưu điểm nổi bật của viễn thám là khả năng cung cấp thông tin ở những khu vực khó tiếp cận bằng phương pháp mặt đất, cùng với chi phí sản xuất thấp, làm cho nó trở thành công cụ hữu ích trong việc lập bản đồ thực vật và các loại bản đồ chuyên đề khác.
Với nhu cầu nghiên cứu khoa học ngày càng cao, đặc biệt là 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 Tuy nhiên, việc ứng dụng viễn thám gặp khó khăn khi cần thông tin chi tiết, do đó, xu hướng kết hợp dữ liệu từ ảnh viễn thám với thông tin thực địa ngày càng trở nên phổ biến.
Khi ứng dụng viễn thám để xây dựng 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 thể hiện các điều kiện tự nhiên như rừng, trảng cỏ và sa mạc, trong khi hiện trạng sử dụng đất phản ánh hoạt động của con người như khu công nghiệp và đất thổ cư Hiện trạng sử dụng đất tập trung vào mục đích sử dụng, còn lớp phủ bề mặt mô tả trạng thái thực vật Dữ liệu viễn thám thường cung cấp thông tin về hiện trạng lớp phủ hơn là sử dụng đất, nhưng giữa hai khái niệm này có sự tương quan chặt chẽ, cho phép 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, trong khi thảm phủ rừng là đất rừng có cây che phủ.
Nghiên cứu và phát triển kỹ thuật phân tích không gian trong GIS có ảnh hưởng lớn đến việc lập bản đồ thảm phủ rừng và giải đoán ảnh Mối quan hệ giữa viễn thám và GIS rất khăng khít, 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 nay có khả năng chụp được nhiều kênh hình ảnh hơn, dẫn đến việc cung cấp một lượng thông tin khổng lồ Nhờ vào ưu thế này, các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu để thu thập tối đa thông tin từ ảnh vệ tinh, bao gồm các lĩnh vực 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 Độ phủ
Dưới 1 m Tùy khả năng nguồn lực Hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng lớp phủ
Khả năng tách đối tượng
Chu kì lặp thông tin
Phương pháp lập bản đồ
Chi phí trên đơn vị diện tích
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 nhất là sử dụng tư liệu ảnh từ cùng một bộ cảm biến, với độ phân giải không gian và độ cao bay chụp giống nhau, cùng các băng phổ, được thu thập trong cùng một giờ và ngày.
Để xử lý ảnh theo 31 điều kiện đã nêu, cần thực hiện các bước như hiệu chỉnh phổ, hiệu chỉnh khí quyển và nắn chỉnh hình học Đặc biệt, trong nghiên cứu biến động, việc nắn chỉnh ảnh phải đạt độ chính xác nhỏ hơn 1/2 pixel, vì nắn chỉnh hình học trên 1 pixel có thể gây ra sai sót lớn khi so sánh các ảnh.
Chồng xếp bản đồ các thời kỳ
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 các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; Giám sát thiên tai…
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
Từ những năm 1990, nhiều Bộ ngành, viện nghiên cứu và trường đại học, bao gồm 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 nghiên cứu và phát triển.
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 cho nhiều nghiên cứu cũng như phục vụ đời sống kinh tế xã hội Đến nay, nhiều công trình khoa học và ứng dụng công nghệ này đã được triển khai, với một số công trình tiêu biểu được biết đến rộng rãi.
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 Dự án này được thực hiện bởi Trung tâm Tư vấn Thông tin Lâm nghiệp (CFIC) thuộc Viện Điều tra Quy Hoạch Rừng.
Trạm thu ảnh vệ tinh viễn thám NOAA được thiết lập nhằm phục vụ phân tích diễn biến rừng và theo dõi cháy rừng, đồng thời xây dựng cơ sở dữ liệu trường nhiệt mặt biển từ năm 1999 Dự án thuộc đề tài nhà nước KHCN01-11, do Trung tâm Tư vấn Thông tin Lâm Nghiệp (CFIC) và Viện Điều Tra Quy Hoạch Rừng thực hiện.