Luận văn Đánh giá khả năng ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao (Spot-5) trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng tỉ lệ 1: 50.000 huyện Mường La, tỉnh Sơn La

Nội dung tài liệu: Luận văn Đánh giá khả năng ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao (Spot-5) trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng tỉ lệ 1: 50.000 huyện Mường La, tỉnh Sơn La

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------- NGUYỄN NGỌC DIỆN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (SPOT-5) TRONG VIỆC XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN RỪNG TỈ LỆ 1: 50.000 HUYỆN MƯỜNG LA, TỈNH SƠN LA LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Hà Nội – 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------- NGUYỄN NGỌC DIỆN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (SPOT-5) TRONG VIỆC XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN RỪNG TỈ LỆ 1: 50.000 HUYỆN MƯỜNG LA, TỈNH SƠN LA Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng Mã số: 60.62.68 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN PHÚ HÙNG Hà Nội – 2011
3. i LỜI CẢM ƠN Luận văn là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu ở nhà trường, kết hợp với kinh nghiệm trong quá trình công tác thực tiễn, với sự nỗ lực cố gắng của bản thân. Đạt được kết quả này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ hỗ chợ cho tôi. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Tiến sỹ Nguyễn Phú Hùng công tác tại Viện điều tra quy hoạch rừng, đã trực tiếp hướng dẫn khoa học và đã dày công giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin trân thành cám ơn đến Ban lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết, vì vậy tôi rất mong nhận được sự góp ý chân thành của quý thầy, cô giáo, đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Tôi xin cam đoan số liệu thu thập, kết quả tính toán là trung thực và được trích dẫn rõ ràng. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội , tháng 9 năm 2011 Tác giả Nguyễn Ngọc Diện
4. ii ii MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cảm ơn ................................................................................................................... i Mục lục ....................................................................................................................... ii Danh mục các chữ viết tắt ......................................................................................... iii Danh mục các bảng .................................................................................................... iv Danh mục các hình ...................................................................................................... v ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................. 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤ N ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................... 3 1.1. Tình hình nghiên cứu và thực hiện trên thế giới ............................................... 3 1.1.1. Tình hình chung .......................................................................................... 3 1.1.2.Thống kê những hướng ứng dụng phổ biến của viễn thám – GIS trong ngành lâm nghiệp ................................................................................................. 7 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................... 11 1.2.1. Tình hình chung của viêc̣ ứng dụng phương pháp viễn thám trong lâm nghiệp Việt Nam ................................................................................................ 11 1.2.2. Thống kê một số hoạt động cụ thể của việc ứng dụng viễn thám trong lâm nghiệp [4]............................................................................................................ 12 1.2.3. Nhâṇ xét chung ......................................................................................... 22 Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................................................................... 25 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 25 2.2. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................... 25 2.3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 25 2.4. Phương pháp sử lý ảnh thành lập bản đồ rừng ................................................... 25 Chương 3: TƯ LIÊỤ Ả NH SPOT VÀ QUY TRÌNH GIẢ I ĐOÁ N Ả NH SPOT THÀ NH LÂP̣ BẢ N ĐỒ TÀ I NGUYÊN RỪ NG ..................................................... 29 3.1. Tư liệu ảnh SPOT [2]...................................................................................... 29 3.2. Áp dụng ảnh Spot thành lập bản đồ rừng tỉ lệ 1: 50.000 ............................... 35 3.2.1. Yêu cầu của bản đồ rừ ng tỉ lê ̣1: 50.000 ................................................... 35 3.2.2. Khả năng đáp ứ ng của ảnh SPOT-5 thành lâp̣ bản đồ hiện trạng rừ ng .... 37
5. iiiii 3.3. Quy trình xử lý thông tin ảnh SPOT thành lâp̣ bản đồ hiện trạng rừ ng ......... 38 3.3.1. Quy trình chung ........................................................................................ 38 3.3.2. Công tác chuẩn bị ..................................................................................... 39 3.3.3.Xây dựng bản đồ hiện trạng rừng trong phòng . 40 3.3.4. Xây dựng mẫu khoá ảnh giải đoán.. ......................................................... 41 3.3.5. Giải đoán ảnh trong phòng ....................................................................... 35 3.3.6. Ngoại nghiệp ............................................................................................ 43 3.3.7. Kiểm tra độ chính xác của công tác giải đoán.......................................... 45 3.3.8. Chỉnh lý bổ sung bản đồ thành quả .......................................................... 47 3.3.9. Xử lý tính toán, phân tích đánh giá số liệu ............................................... 48 3.3.10. Biên tập bản đồ thành quả. ..................................................................... 48 Chương 4: GIẢ I ĐOÁ N Ả NH SPOT THÀ NH LÂP̣ BẢ N ĐỒ TÀ I NGUYÊN RỪ NG HUYÊṆ MƯỜ NG LA NĂM 2011 .............................................................. 52 4.1. Khái quát chung về huyện Nường La ............................................................. 52 4.2. Nguồn tư liệu ảnh sử dụng ............................................................................. 55 4.3. Xây dưng̣ hê ̣thống mẫu giải đoán cho các loaị rừ ng ở bản đồ tỉ lê ̣1: 50.000 cho huyêṇ Mườ ng La ............................................................................................. 60 4.3.1. Điều tra trữ lượng rừng trên ô tiêu chuẩn thành lập mẫu giải đoán ảnh ...... 61 4.3.2. Nội dung trình tự thực hiện.......................................................................... 62 4.4. Xây dưng̣ bản đồ rừ ng huyêṇ Mườ ng La ....................................................... 68 4.4.1.Nguyên tắc khoanh ve ̃ các khoanh vi ........................................................ 68 4.4.2. Các yếu tố cơ sở toán học ......................................................................... 69 4.5. Kết quả giải đoán và điều ve ̃........................................................................... 70 4.5.1. Đánh giá đô ̣chính xác .............................................................................. 70 4.5.2. Thống kê diêṇ tích các loaị rừ ng trong toàn huyêṇ .................................. 75 4.6. Nhận xét đánh giá ........................................................................................... 81 KẾ T LUÂṆ - TỒN TẠI - KIẾ N NGHI ................................̣ .................................... 82 1. Kết Luận ............................................................................................................ 82 2. Tồn tại ................................................................................................................ 83 3. Kiến nghị............................................................................................................ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................
6. iv iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT (Système Probatoire d'Observation de la Terre) (lit. "Probationary SPOT System of Earth Observation") SPOT – hệ thống ảnh vệ tinh quan trắc trái đất của Pháp Centre National d’Etudes Spatiales. Trung tâm quốc gia nghiên CNES cứu không gian của Pháp HRG (High Resolution Geometric) đầu thu có độ phân giải hình học cao GIS Geographic Information System -Hệ thông tin Địa lý NDVI Chỉ số thực vật chuẩn hóa (Normalized Difference Vegetation Index AVI Chỉ số dị thường thực vật (Anomaly Vegetation Index) MKF 6 ảnh chụp đa phổ bằng máy ảnh 6 ống kính và 6 loại phim KATE 140 Ảnh đa phổ của Nga chụp từ tàu vũ trụ có người lái WWF Tổ chức bảo tồn đa dạng sinh học thuộc Liên hợp quốc FAO Tổ chức nông lương thế giới thuộc Liên hợp quốc LANDSAT Vệ tinh quan trắc trái đất của Mỹ NDVI Chỉ số khác biệt thực vật chuẩn hóa ETM Enhanced Thematic Mapper –lập bản đồ chuyên đề nâng cao (Hue -Intensity - Satuation Color Space Transformation) tổ hợp HIS không gian màu theo sắc , mật độ, cường độ của màu BGR ( Blue-Green –Red ) tổ hợp màu trong không gian màu cơ bản
7. iv v DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 1.1 Các chỉ tiêu đánh giá trạng thái lớp phủ bề mặt 9 1.2 Nội dung bản đồ rừng 19 1.2 Các công thức chỉ số thực vật thường sử dụng 20 3.1 Các thông số của bộ cảm vệ tính SPOT-5 loại HRG 30 3.2 Các thông số của bộ cảm vệ tính SPOT-5 loại HRG 31 3.3 Một số thông số kỹ thuật của thiết bị đo thực vật trên SPOT-5 33 3.4 Hê ̣thống phân loaị rừ ng trên cơ sở sử dung̣ ảnh SPOT 5 35 3.5 Phiếu mô tả ngoại nghiệp 45 3.6 Đánh giá đô ̣chính xác theo hệ số Kappa 47 4.1 Phiếu kiểm tra các điểm ngoài thực địa 72 4.2 Đánh giá kết quả giải đoán cho từng loại rừng 73
8. v vi DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Mô phỏng vệ tinh (nguồn Việt Báo.vn) 6 1.2 Ả nh NDVI tách từ ảnh NOAA-AVHRR sử dung̣ để phân loaị lớ p phủ 10 1.3 Sử dung̣ chỉ số NDVI của ảnh MODIS để phân loaị sử dung̣ đât (Lâm 10 Đạo Nguyên) 1.4 Sử dung̣ ảnh vê ̣tinh Landsat theo dõi biến đông̣ rừ ng toàn quốc, tỉ lê ̣ 15 1: 1000000. 1.5 Bảng chắp ảnh Landsat khu vưc̣ tây bắc 16 1.6 Phân bố cac ảnh Landsat ở Viêṭ Nam theo hàng và dải bay của vê ̣tinh 16 (Nguồn Nguyễn Ngọc Thạch) 1.7 Bản đồ lớ p phủ thành lâp̣ bằng phân loaị tư ̣ đông̣ ảnh Landsat –tỉnh 17 Sơn la (Nguồn Viện ĐTQH rừng) 2.1 Tổ hợp màu giả với thực vật có màu đỏ, nước có màu xanh lơ 26 2.2 Tổ hợp màu BGR thực vât màu xanh lục và nước có màu hồng 26 2.3 Quy trình giải đoán ảnh thành lâp̣ bản đồ chuyên đề 27 3.1 Ả nh SPOT-2 khu vực Hà Nội với độ phân giải không gian 20 mét 29 3.2 Ảnh SPOT-5 khu vực hồ Ba Bể -2010, đô ̣phân giải 10 mét 32 3.3 Ả nh SPOT-5 màu thật với độ phân giải không gian 10 mét khu vực 32 huyện Mường La (11/2010) 3.4 Các trạm thu ảnh vệ tinh SPOT trên thế giới 33 3.5 Ả nh chỉ số thực vật của SPOT (độ phân giải không gian 1 Km) 33 3.6 Sơ đồ ghép ảnh vê ̣tinh phaṃ vi lãnh thổ viêṭ Nam 34 3.7. So sánh đô ̣phân giải không gian của ảnh Landsat (ảnh nhỏ) và SPOT 38 5(ảnh to) (ảnh khu vưc̣ tỉnh Sơn La) 3.8 Mô tả quy trình sử dung̣ ảnh SPOT-5 thành lâp̣ bản đồ rừ ng 39
9. vii v 3.9 Bản đồ HTR cấp xã thành lập từ ảnh vệ tinh SPOT-5 (nguồn Viện 50 ĐTQHR) 4.1 Vi ̣trí điạ lý của huyêṇ Mường La 52 4.2 Bản đồ hành chính huyêṇ Mường La 53 4.3 Bản đồ giao thông huyêṇ Mường La 54 4.4. Mô hình DEM của huyêṇ Mường La 55 4.5. Các ảnh SPOT 5 (Chụp tháng 11-2010 huyêṇ Mường La đươc̣ ghép 57 và nắn theo các mảnh bản đồ 1: 50.000. 4.6 Ả nh SPOT và các ô mẫu lưạ choṇ 58 4.7 Ả nh ghép theo mảnh bản đồ nên có sư ̣ khác biêṭ về tone và màu sắcdo 58 ghép từ 2 ảnh gốc. 4.8 Các tổ hơp̣ màu khác nhau taọ khó khăn cho người giải đoán không 59 chuyên nghiêp̣ (Cùng môṭ đối tương̣ nhưng có màu khác nhau tù y theo tổ hơp̣ màu) 4.9 Tổ hơp̣ màu tưụ nhiên và đô ̣ phân giải cao của ảnh SPOT 5 rát thuâṇ 59 lơị cho viêc̣ giải đoán ( ví du ̣phát hiêṇ chi tiết điểm dân cư ven sông ) 4.10 Mẫu ảnh của nhóm đất chưa có rừng bao gồm: IA, IB, IC (2 ảnh trên), 60 mẫu ảnh của nhóm đất có rừng hỗn giao bao gồm hỗn giao gỗ - tre nứa, hỗn giao Lá rộng – lá Kim. (2 ảnh dưới) 4.11 Nhóm rừng loại II: Bao gồm IIA, IIB (ảnh trên), IIIB (ảnh dưới) 61 4.12 Ô tiêu chuẩn hình tròn 1000m2 và các ô tiêu chuẩn phụ 63 4.13 Mẫu ảnh loại đấ,t loại rừng taị huyêṇ Mường La 68 4.14 Khoanh ve ̃ các đơn vi ̣và hê ̣thống các điểm lấy mẫu taị xa ̃ Chiềng Lao 70 huyện Mường La tỉnh Sơn La 4.15 Hê ̣thống các điểm kiểm tra 71 4.16 Thống kê loại đất, loại rừng huyện Mường la 76 4.17 Cơ cấu loại đất loại rừng huyện Mường la 76
10. 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Quản lý tài nguyên rừng là một trong những nội dung quan trọng của công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên. Công tác kiểm kê, đánh giá và phân tích biến động tài nguyên rừng được tiến hành thường xuyên ở mọi quốc gia trên thế giới nhằm thu thập thông tin chính xác về số lượng và chất lượng nguồn tài nguyên quý báu này, góp phần hỗ trợ tốt hơn trong công tác bảo tồn, phát triển và hoạch định chiến lược sản xuất lâm nghiệp. Xây dưng̣ bản đồ hiêṇ trang̣ rừ ng các tỉ lê ̣là nhiêṃ vu ̣ thường xuyên, có tính chu kỳ lăp̣ laị của ngành lâm nghiêp.̣ Công viêc̣ này đòi hỏi nhiều công sứ c, chi phí và thời gian thưc̣ hiên.̣ Để xây dưng̣ bản đồ hiêṇ trang̣ rừ ng, phương pháp truyền thống đươc̣ thưc̣ hiêṇ là điều tra, khảo sát và khoanh ve ̃ thưc̣ đia.̣ Công viêc̣ này đòi hỏi nhiều công sức và thời gian thưc̣ hiêṇ là khá dài. Trong điều kiêṇ điạ hình vùng núi bi ̣chia cắt phứ c tap̣ thì công viêc̣ điều tra khảo sát là rất khó khăn, vì vâỵ thờ i gian thực hiêṇ và đô ̣ chính xác của bản đồ là bi ̣haṇ chế. Đăc̣ biêṭ khi mà thời gian thưc̣ hiện không cho phép kéo dài quá với môṭ lưc̣ lương̣ ngườ i khảo sát haṇ chế thì công việc thâṃ chí không hoàn thành nổi. Trong thưc̣ tế, bản đồ thành lâp̣ bằng phương pháp truyền thống chỉ chính xác ở những nơi có điều kiện thuận lợi như độ dốc không lớn, đi lại dễ dàng. Ngược lại, ở những nơi có điều kiện khó khăn như độ dốc cao, đi lại khó khăn như các vi ̣trí dốc đối diện với sườ n núi cao và dốc, khó đi kiểm tra khảo sát thì đô ̣chính xác là không cao. Mường La là huyện miền núi tỉnh Sơn La thuộc khu vực Tây Bắc, nằm cách trung tâm thị xã Sơn La khoảng 41 km về phía đông bắc, phía bắc và phía đông bắc giáp tỉnh Lào Cai và Yên Bái, phía đông nam giáp huyện Bắc Yên, phía tây bắc giáp huyện Thuận Châu, Quỳnh Nhai, phía tây nam giáp huyện Mai Sơn và thị xã Sơn La. Huyện Mường La nằm ở độ cao trung bình từ 500- 700m so với mặt nước biển, phía Đông và phía Đông Bắc của huyện là những dãy núi cao, địa hình thấp dần về phía Nam và dọc theo 2 bờ sông Đà. Trên địa bàn có sông Đà và 5 con suối lớn là suối Nậm Mu, Nậm Chiến, Nậm Trai, Nậm Pàn, Nậm Pia chảy qua. Địa hình chia