Luận án tiến sĩ lâm nghiệp nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh spot 5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh bắc kạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
NGÔ VĂN TÚ
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH SPOT-5
TRONG PHÂN LOẠI CÁC TRẠNG THÁI RỪNG
TỈNH BẮC KẠN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP
HÀ NỘI - 2015
NGÔVĂNTÚLUẬNÁNTIẾNSĨLÂMNGHIỆPHàNội,2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
NGÔ VĂN TÚ
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH SPOT-5
TRONG PHÂN LOẠI CÁC TRẠNG THÁI RỪNG
TỈNH BẮC KẠN
Chuyên ngành: Điều tra và Quy hoạch rừng
Mã số: 62.62.02.08
LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TSKH. NGUYỄN DUY CHUYÊN
HÀ NỘI - 2015

i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình
Nghiên cứu sử dụng số liệu từ Dự án thí điểm điều tra, kiểm kê rừng
tỉnh Bắc Kạn thực hiện trong giai đoạn 2011-2012 và Dự án Hỗ trợ theo dõi
và đánh giá lâu dài tài nguyên rừng và cây phân tán toàn quốc tại Việt Nam.
Bản thân tác giả luận án là ngƣời tham gia thực hiện hai Dự án về nội dung:
- Đặt mua ảnh, tiếp nhận và đánh giá chất lƣợng ảnh vệ tinh SPOT-5;
- Hƣớng dẫn kỹ thuật xử lý, phân loại ảnh vệ tinh xây dựng bản đồ hiện
trạng rừng và đất lâm nghiệp;
- Thiết kế bố trí ô tiêu chuẩn các trạng thái rừng;
- Giám sát quá trình thu thập số liệu ngoài hiện trƣờng;
- Trực tiếp tham gia đo đếm ô tiêu chuẩn.
Toàn bộ dữ liệu đã đƣợc Viện Điều tra, Quy hoạch rừng (cơ quan thực
hiện hai Dự án) đồng ý cho phép sử dụng trong luận án. Nếu có gì sai tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả luận án
Ngô Văn Tú

ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án này đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Lâm nghiệp Việt
Nam theo chƣơng trình đào tạo nghiên cứu sinh hệ tập trung, khóa 2011 -
2014, chuyên ngành Điều tra và Quy hoạch rừng, mã số 62.62.02.08.
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, tác giả đã nhận đƣợc
sự quan tâm, giúp đỡ của Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa
Lâm học, Viện Điều tra, Quy hoạch rừng, Dự án Hỗ trợ theo dõi và đánh giá
lâu dài tài nguyên rừng và cây phân tán toàn quốc tại Việt Nam,… Qua đây
cho phép tác giả gửi lời cảm ơn về sự giúp đỡ quý báu và hiệu quả đó.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới
PGS.TSKH. Nguyễn Duy Chuyên với tƣ cách là ngƣời hƣớng dẫn khoa học
đã định hƣớng quan điểm khoa học, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tác giả hoàn
thành luận án.
Tác giả xin cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Điều tra, Quy hoạch rừng, Lãnh
đạo Phòng Khoa học, Công nghệ và Môi trƣờng, đặc biệt là TS. Nguyễn
Nghĩa Biên - Viện trƣởng, TS. Đinh Văn Đề - Trƣởng phòng đã tạo mọi điều
kiện cho tác giả học tập và hoàn thành luận án.
Tác giả xin cảm ơn sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến quý báu của các nhà
khoa học: GS.TS. Vũ Tiến Hinh, GS.TS. Vƣơng Văn Quỳnh, PGS.TS. Trần
Quang Bảo, TS. Nguyễn Trọng Bình, TS. Vũ Thế Hồng, TS. Đỗ Xuân Lân,
TS. Phạm Mạnh Cƣờng,…
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn ngƣời thân trong gia đình,
bạn bè và các đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt
thời gian học tập và hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận án
Ngô Văn Tú

iii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan..................................................................................................... 1
Lời cảm ơn ........................................................................................................ii
Mục lục.............................................................................................................iii
Danh mục các ký hiệu, từ viết tắt và thuật ngữ................................................ vi
Danh mục các bảng .........................................................................................vii
Danh mục các hình...........................................................................................ix
ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................... 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................ 6
1.1. Sự phát triển công nghệ viễn thám............................................................. 6
1.2. Ảnh vệ tinh SPOT-5.................................................................................11
1.3. Phƣơng pháp chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám ...............................14
1.4. Sử dụng ảnh viễn thám trong điều tra rừng Việt Nam.............................24
1.5. Hệ thống phân loại rừng Dự án Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc
giai đoạn 2013-2016........................................................................................26
1.6. Nhận xét ...................................................................................................31
Chƣơng 2 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................33
2.1. Nội dung nghiên cứu................................................................................33
2.1.1. Hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5.....................33
2.1.2. Ƣớc lƣợng trữ lƣợng gỗ dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 .........................33
2.1.3. Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5........................33
2.1.4. Đề xuất quy trình giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng bản đồ hiện
trạng rừng ........................................................................................................34
2.2. Dữ liệu sử dụng và đặc điểm vùng nghiên cứu........................................34
2.2.1. Dữ liệu sử dụng.....................................................................................34

iv
2.2.2. Đặc điểm vùng nghiên cứu ...................................................................38
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu..........................................................................42
2.3.1. Hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5.....................45
2.3.2. Ƣớc lƣợng trữ lƣợng gỗ dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 .........................49
2.3.3. Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5........................61
2.3.4. Đề xuất quy trình giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng bản đồ hiện
trạng rừng ........................................................................................................71
2.3.5. Thiết bị và phần mềm sử dụng..............................................................71
Chƣơng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................73
3.1. Hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5........................73
3.1.1. Kết quả hiệu chỉnh theo phƣơng pháp thực nghiệm .............................73
3.1.2. Kết quả hiệu chỉnh theo phƣơng pháp bán thực nghiệm hệ số c .........78
3.1.3. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh theo hai phƣơng pháp..............................80
3.1.4. Thảo luận về hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh..............83
3.2. Ƣớc lƣợng trữ lƣợng gỗ dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 ............................85
3.2.1. Kết quả xử lý số liệu ô tiêu chuẩn.........................................................85
3.2.2. Kết quả xử lý ảnh vệ tinh .....................................................................87
3.2.3. Khảo sát mối quan hệ giữa cấp xám độ ảnh và trữ lƣợng gỗ ..............92
3.2.4. Kết quả bản đồ trữ lƣợng gỗ cho từng điểm ảnh ..................................94
3.2.5. Thảo luận ƣớc lƣợng trữ lƣợng gỗ từ ảnh vệ tinh.................................96
3.3. Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 .........................100
3.3.1. Kết quả chuẩn hóa bản đồ kiểm kê rừng.............................................100
3.3.2. Kết quả khảo sát cấp xám độ ảnh vệ tinh và trạng thái rừng..............104
3.3.3. Kết quả phân tách trạng thái rừng từ ảnh vệ tinh................................117
3.3.4. Vai trò các đặc trƣng ảnh trong phân tách trạng thái rừng .................127
3.3.5. Kết quả phân tách trạng thái rừng có bản đồ trữ lƣợng gỗ .................132
3.3.6. Bộ quy tắc phân loại trạng thái rừng và đất lâm nghiệp .....................134

v
3.3.7. Thảo luận phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 .....137
3.4. Đề xuất quy trình giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng bản đồ hiện
trạng rừng ......................................................................................................139
KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................147
1. Kết luận .....................................................................................................147
2. Tồn tại .......................................................................................................148
3. Kiến nghị...................................................................................................148
DANH MỤC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ
STT Nghĩa đầy đủ
Cấp xám độ
Để lƣu trữ, xử lý và hiển thị ảnh vệ tinh trong máy tính
dạng Raster, tùy thuộc vào số bit dùng để lƣu thông tin,
mỗi điểm ảnh sẽ có giá trị hữu hạn ứng với từng cấp độ
xám (giá trị độ sáng của điểm ảnh). Ví dụ, 8 bits thể hiện
256 cấp (0 – 255), 0 tƣơng ứng đen và 255 là trắng.
D1.3 Đƣờng kính cây tại vị trí cách mặt đất 1,3m
Dissimilarity Chỉ tiêu mức độ khác biệt cấp xám độ trong lô đối tƣợng
DVI Tỷ số khác biệt thực vật trên ảnh vệ tinh
Entropy
Chỉ tiêu mức độ phân bố ngẫu nhiên cấp xám độ trong lô
đối tƣợng
Homogeneity
Chỉ tiêu mức độ đồng nhất cấp xám độ trong lô đối
tƣợng
Hvn Chiều cao vút ngọn cây
k-nn
Thuật toán ƣớc lƣợng giá trị dựa vào số điểm quan sát
gần giá trị nhất
LRTX Lá rộng thƣờng xanh
M Trữ lƣợng gỗ của lô, lâm phần hoặc thể tích cây cá lẻ
N Mật độ cây
NDVI Chỉ số thực vật trên ảnh vệ tinh
RMSE Sai trung phƣơng
RVI Tỷ số thực vật trên ảnh vệ tinh
TRRI Cấp xám độ trung bình trên ảnh vệ tinh

vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Tên bảng Trang
1.1 Tóm tắt sự phát triển viễn thám qua các sự kiện 8
1.2 Vệ tinh chụp ảnh độ phân giải cao đang hoạt động 9
1.3 Đặc trƣng ảnh SPOT-5 12
1.4 Số lƣợng ảnh vệ tinh SPOT-5 chụp lãnh thổ Việt Nam 14
1.5
Hệ thống phân loại đất, loại rừng áp dụng cho điều tra kiểm kê
rừng
27
2.1 Thông tin ảnh SPOT-5 vùng nghiên cứu 35
2.2 Phân cấp độ dốc 46
2.3 Phân cấp hƣớng dốc 47
2.4 Số ô tiêu chuẩn phân theo đối tƣợng 52
2.5 Hệ thống phân loại cơ sở 64
2.6 Ví dụ chia tổ và tổ hợp các đặc trƣng ảnh 69
2.7 Quyết định trạng thái rừng dựa vào trữ lƣợng gỗ 71
3.1 Hệ số hiệu chỉnh theo phƣơng pháp thống kê thực nghiệm 74
3.2 Hệ số c cho các kênh ảnh 79
3.3 Đánh giá theo hệ số tƣơng quan với hƣớng dốc 81
3.4 Đánh giá độ lệch chuẩn cấp xám độ theo hƣớng dốc 82
3.5 Tổng hợp số liệu ô tiêu chuẩn 87
3.6 Hệ số c hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh 90
3.7
Hệ số cần bằng cấp xám độ giữa các cảnh đã hiệu chỉnh ảnh
hƣởng địa hình
91
3.8
Khảo sát tƣơng quan (r) giữa trữ lƣợng gỗ và cấp xám độ ảnh
SPOT-5
93
3.9 Sai trung phƣơng bản đồ trữ lƣợng gỗ theo các phƣơng án 94

viii
3.10 Chuẩn hóa trạng thái rừng về thời điểm chụp ảnh vệ tinh 101
3.11 Diện tích rừng và đất lâm nghiệp vùng nghiên cứu 102
3.12 Số lô rừng và đất lâm nghiệp vùng nghiên cứu 103
3.13 Khả năng tách biệt trạng thái theo các phƣơng pháp chia tổ 118
3.14 Tỷ lệ tách biệt trạng thái theo các phƣơng pháp chia tổ 119
3.15 Khoảng giá trị phân tổ đặc trƣng ảnh 124
3.16 Phân biệt các đối tƣợng rừng tự nhiên hỗn giao 126
3.17 Phân biệt loài cây rừng trồng 126
3.18 Vai trò của đặc trƣng ảnh 127
3.19 Tỷ lệ diện tích đƣợc phân biệt khi loại bỏ đặc trƣng ảnh 128
3.20 Khả năng tách biệt có sự tham gia của bản đồ trữ lƣợng gỗ 133
3.21
Số lƣợng tổ hợp đặc trƣng ảnh để nhận biết từng đối tƣợng, độ
chính xác
136

ix
DANH MỤC CÁC HÌNH
STT Tên hình Trang
1.1 Sơ đồ bảng chắp cảnh ảnh SPOT-5 lãnh thổ Việt Nam 13
1.2 Ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5 15
1.3 Tính góc mặt trời đến tại điểm chụp 16
2.1 Ảnh đa phổ SPOT-5 tỉnh Bắc Kạn 36
2.2 Phân bố rừng tỉnh Bắc Kạn năm 2012 37
2.3 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 44
2.4 Hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh 45
2.5 Ƣớc lƣợng trữ lƣợng gỗ từ ảnh vệ tinh 50
2.6 Phân bố 649 ô tiêu chuẩn 52
2.7 Hình dạng và kích thƣớc ô tiêu chuẩn 53
2.8 Phân bố ô tiêu chuẩn xây dựng bản đồ và kiểm chứng kết quả 56
2.9
Sơ đồ nghiên cứu khả năng phân biệt trạng thái rừng và đất
lâm nghiệp dựa vào ảnh SPOT-5
62
3.1 Hệ số hiệu chỉnh kênh 1 75
3.5 Ảnh vệ tinh SPOT 5 đã hiệu chỉnh theo phƣơng pháp thực nghiệm 77
3.6
Ảnh vệ tinh SPOT 5 đã hiệu chỉnh theo phƣơng pháp thực
nghiệm (phóng to)
78
3.7
Ảnh vệ tinh SPOT 5 đã hiệu chỉnh theo phƣơng pháp bán thực
nghiệm hệ số c
79
3.8
Ảnh vệ tinh SPOT 5 đã hiệu chỉnh theo phƣơng pháp bán thực
nghiệm hệ số c (phóng to)
80
3.9 Hệ số tƣơng quan cấp xám độ ảnh và hƣớng dốc 81
3.10 Đánh giá độ lệch chuẩn cấp xám độ theo hƣớng dốc 83
3.11 Logarit đƣờng kính và chiều cao cây gỗ rừng tự nhiên núi đất 85
3.12 Logarit đƣờng kính và chiều cao cây gỗ rừng tự nhiên núi đá 86
3.13 Cose của góc mặt trời so với mặt phẳng lý thuyết (Cose z) 88

x
3.14 Cose của góc mặt trời so với mặt phẳng thực tế (Cose i) 89
3.15
Ghép bốn cảnh vệ tinh đã đƣợc hiệu chỉnh địa hình và cân
bằng cấp xám độ
91
3.16 Hệ số tƣơng quan (r) giữa trữ lƣợng gỗ và cấp xám độ ảnh vệ tinh 93
3.17 Độ chính xác bản đồ trữ lƣợng gỗ theo các phƣơng án 95
3.18 Trữ lƣợng gỗ cho từng điểm 10m * 10m 96
3.19 Hiện trạng rừng và đất lâm nghiệp vùng nghiên cứu 104
3.20 Cấp xám độ trung bình lô và trạng thái rừng, đất lâm nghiệp 106
3.21 Giá trị độ lệch chuẩn cấp xámđộ lô và trạng thái rừng, đất lâmnghiệp 108
3.22 Chỉ số Homogeneity của lô và trạng thái rừng, đất lâm nghiệp 109
3.23 Chỉ số Dissimilarity của lô và trạng thái rừng, đất lâm nghiệp 110
3.24 Chỉ số Entropy của lô và trạng thái rừng, đất lâm nghiệp 111
3.25
Chỉ số thực vật, cấp xám độ trung bình, tỷ số các kênh và trạng
thái rừng, đất lâm nghiệp
113
3.26 Giá trị trung vị cấp xám độ của các trạng thái 114
3.27 Giá trị trung vị độ lệch chuẩn cấp xám độ của các trạng thái 115
3.28 Giá trị trung vị chỉ số Homogeneity của các trạng thái 116
3.29 Giá trị trung vị chỉ số Dissimilarity của các trạng thái 116
3.30 Giá trị trung vị chỉ số Entropy của các trạng thái 117
3.31 Khả năng nhận biết đối tƣợng theo phƣơng án chia tổ khác nhau 119
3.32 Nhận biết đối tƣợng khi sử dụng 20 đặc trƣng, chia 2 tổ 120
3.36 Vai trò đặc trƣng ảnh 128
3.37 Nhận biết đối tƣợng không có chỉ số Homogeneity 129
3.38 Nhận biết đối tƣợng không có chỉ số Dissimilarity 130
3.39 Nhận biết đối tƣợng không có giá trị độ lệch chuẩn 131
3.40 Nhận biết đối tƣợng không có chỉ số Entropy 132
3.41 Nhận biết đối tƣợng có sự tham gia bản đồ trữ lƣợng gỗ 134
3.42
Sơ đồ giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng bản đồ hiện
trạng rừng
140

1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Sự cần thiết
Giá trị của tài nguyên rừng ngày càng đƣợc đánh giá đầy đủ trên mọi
khía cạnh. Ngoài giá trị kinh tế, rừng còn có tác dụng cung cấp các loại dƣợc
liệu cho y học để phục vụ sức khỏe con ngƣời. Đặc biệt, rừng còn có vai trò
quan trọng trong việc bảo vệ môi trƣờng sinh thái, hạn chế lũ lụt, giảm phát
thải khí nhà kính. Rừng đang đƣợc xem là một nhân tố quan trọng đóng góp
vào tiến trình giảm phát thải khí nhà kính do mất rừng và suy thoái rừng [61].
Giá trị tài nguyên rừng đƣợc nâng lên đòi hỏi nhu cầu cung cấp thông tin về
nguồn tài nguyên ngày càng đa dạng, chính xác và kịp thời phục vụ quản lý
các cấp.
Hiện nay, công nghệ viễn thám đang phát triển mạnh trên phạm vi toàn
cầu cũng nhƣ ở Việt Nam. Điều này đƣợc thể hiện rõ với sự phát triển không
ngừng của các loại vệ tinh quan sát trái đất. Độ phân giải không gian ảnh vệ
tinh không ngừng cải thiện từ km (ảnh NOAA, 1km) đến đơn vị cm
(WorldView-3,31cm). Nhờ vậy, khả năng sử dụng ảnh viễn thám trong công
tác điều tra rừng ngày càng đƣợc nghiên cứu và áp dụng phổ biến hơn. Từ
năm 2005 trở lại đây, ngành Lâm nghiệp Việt Nam sử dụng chủ yếu ảnh vệ
tinh độ phân giải cao SPOT-5 phục vụ điều tra xây dựng bản đồ hiện trạng
rừng, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng, đánh giá cảnh quan phục vụ quản lý,
thiết kế, quy hoạch trên nhiều phạm vi. Tại Việt Nam, trạm thu ảnh vệ tinh
SPOT-5 chính thức vận hành vào tháng 7 năm 2009. Từ năm 2002 đến nay đã
có 5.112 cảnh ảnh SPOT-5 (tỷ lệ mây dƣới 20%) [65] chụp lãnh thổ Việt
Nam tƣơng đƣơng gần 24 lần lãnh thổ đƣợc lƣu trữ tại Công ty SPOT và Cục
Viễn thám Quốc gia. Đây là nguồn ảnh vệ tinh chất lƣợng tốt nhất phủ kín cả
nƣớc từ năm 2002 đến năm 2015, có khả năng sử dụng để giải đoán xây dựng

2
bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1/10.000 tại nhiều thời điểm trong quá khứ và
hiện tại.
Tuy nhiên, kỹ thuật và khả năng sử dụng ảnh SPOT-5 để xây dựng bản
đồ hiện trạng rừng tại Việt Nam còn hạn chế. Cho đến nay mới có ba nghiên
cứu điển hình ứng dụng ảnh SPOT-5 trong xây dựng bản đồ rừng tại Việt
Nam gồm:
- Lê Anh Hùng và cộng sự [9] nghiên cứu tại huyện Đình Lập và Lộc
Bình, tỉnh Lạng Sơn;
- Nguyễn Thanh Hƣơng [51] nghiên cứu tại huyện Đăk RLấp, tỉnh Đăk
Nông;
- Vũ Tiến Điển và cộng sự [5] nghiên cứu tại huyện Cƣ Jút, tỉnh Đăk
Nông, huyện Con Cuông tỉnh Nghệ An và huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La.
Trong đó, hai nghiên cứu đầu sử dụng phƣơng pháp phân loại ảnh
truyền thống theo điểm ảnh (pixel based). Nhiều nghiên cứu cho thấy phƣơng
pháp phân loại điểm ảnh đối với ảnh phân giải cao đƣa ra độ chính xác thấp
hơn phƣơng pháp hƣớng đối tƣợng (object based) [5, 44, 63]. Nghiên cứu thứ
ba có ƣu điểm đã sử dụng phƣơng pháp phân loại hƣớng đối tƣợng và thực
hiện trên những vùng sinh thái khác nhau nhƣng bị hạn chế vì phân loại trên
ảnh đã tổ hợp màu tự nhiên (chỉ có 3 kênh đƣợc trộn từ 4 kênh ảnh đa phổ) do
không có dữ liệu ảnh đa phổ SPOT-5.
Hiện nay, Dự án Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2013-
2016 đang sử dụng ảnh SPOT-5 làm tƣ liệu ảnh vệ tinh chính để xây dựng
bản đồ hiện trạng rừng với hệ thống phân loại hiện trạng rừng và đất lâm
nghiệp phức tạp lên tới 93 loại khác nhau [16]. Hơn nữa, hầu hết các chƣơng
trình, dự án trong thời gian gần đây luôn chọn ảnh vệ tinh SPOT-5 để xây
dựng bản đồ hiện trạng rừng.

3
Trƣớc thực trạng nêu trên, luận án “Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh
SPOT-5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh Bắc Kạn” đƣợc tiến hành
với mục tiêu cơ bản là: góp phần hoàn thiện cơ sở lý luận, thực tiễn xây dựng
bản đồ hiện trạng rừng, đất lâm nghiệp dựa trên ảnh vệ tinh phân giải cao
trong điều kiện địa hình đồi núi và khí hậu nhiệt đới ẩm vùng miền núi phía
bắc Việt Nam.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Phƣơng pháp phân loại hƣớng đối tƣợng (object-based) đã đƣợc Luận
án nghiên cứu đối với ảnh vệ tinh độ phân giải không gian cao. Ngoài cấp
xám độ ảnh mà phƣơng pháp điểm ảnh (pixel-based) sử dụng, nhiều chỉ tiêu
thống kê về cấu trúc không gian cấp xám độ ảnh trong lô rừng và đất rừng
đƣợc nghiên cứu nhằm nâng cao khả năng phân loại các trạng thái nhƣ độ
lệch chuẩn, mức độ đồng nhất (Homogeneity), mức độ khác biệt
(Dissimilarity), mức độ ngẫu nhiên (Entropy) phân bố cấp xám độ ảnh.
Kết quả nghiên cứu đóng góp cho thực tiễn giải đoán ảnh vệ tinh về hệ
thống trạng thái rừng và đất lâm nghiệp có thể phân biệt đƣợc trên ảnh SPOT-
5, mức độ tách biệt các trạng thái để từ đó định hƣớng kiểm tra, chỉnh lý bản đồ
kết quả giải đoán ở ngoài thực địa giúp giảm chi phí, nhân công hiện trƣờng.
Kết quả nghiên cứu sẽ đóng góp hoàn thiện biện pháp kỹ thuật, định
mức kinh tế kỹ thuật giải đoán ảnh vệ tinh xây dựng bản đồ hiện trạng rừng.
Hơn nữa, nghiên cứu đã chỉ ra có thể dùng những ngƣỡng cấp xám độ, đặc
trƣng cấp xám độ ảnh vệ tinh để giải đoán trên nhiều cảnh ảnh thay vì giải
đoán từng cảnh ảnh độc lập trƣớc đây.
Các đặc trƣng ảnh vệ tinh tính theo phƣơng pháp hƣớng đối tƣợng
trong luận án là tiền đề nghiên cứu phân loại hiện trạng rừng đối với những
ảnh vệ tinh độ phân giải cao đang và sẽ đƣợc ứng dụng tại Việt Nam nhƣ ảnh
SPOT-6, SPOT-7, VNREDSat-1,...

4
3. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung: Đánh giá đƣợc khả năng phân loại các trạng thái rừng
và đất lâm nghiệp tỉnh Bắc Kạn dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 góp phần xây
dựng cơ sở lý luận và thực tiễn ứng dụng ảnh viễn thám độ phân giải cao
trong điều tra tài nguyên rừng Việt Nam.
Mục tiêu cụ thể:
- Đề xuất đƣợc phƣơng pháp phù hợp hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình
trên ảnh vệ tinh SPOT-5 tỉnh Bắc Kạn.
- Xây dựng đƣợc bản đồ trữ lƣợng gỗ dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5 theo
phƣơng pháp nhóm điểm quan sát gần cấp xám độ nhất (k-nn).
- Phân loại đƣợc các trạng thái rừng và đất rừng tỉnh Bắc Kạn dựa vào
ảnh vệ tinh SPOT-5.
- Xây dựng đƣợc quy trình giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 thiết lập bản
đồ hiện trạng rừng và đất lâm nghiệp.
4. Những đóng góp mới
Hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5 theo phƣơng
pháp thống kê bán thực nghiệm hệ số c cho kết quả phù hợp hơn thống kê
thực nghiệm trong điều kiện tỉnh Bắc Kạn.
Trong trƣờng hợp quan hệ giữa cấp xám độ ảnh vệ tinh SPOT-5 và trữ
lƣợng gỗ yếu hoặc không có tƣơng quan, bản đồ trữ lƣợng gỗ cho từng điểm
ảnh xây dựng theo phƣơng pháp nhóm điểm quan sát gần cấp xám độ nhất (k-
nn) có độ chính xác không cao.
Theo phƣơng pháp phân loại ảnh vệ tinh SPOT-5 hƣớng đối tƣợng,
ngoài cấp xám độ, chỉ số cấu trúc không gian cấp xám độ cho đối tƣợng nhƣ
Homogeneity, Dissimilarity và Entropy đóng góp quan trọng để phân loại
trạng thái rừng và đất lâm nghiệp.

5
Xây dựng đƣợc 60.827 tổ hợp cáp xám độ và chỉ số cấu trúc không
gian cấp xám độ ảnh SPOT-5 làm khóa để giải đoán ảnh vệ tinh xây dựng bản
đồ hiện trạng rừng và đất lâm nghiệp.
5. Đối tƣợng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu: các nội dung nghiên cứu đƣợc thực hiện trên địa
bàn tỉnh Bắc Kạn. Đây là tỉnh điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội, đặc điểm lâm
nghiệp tƣơng đối đại diện cho các tỉnh miền núi vùng Đông bắc của Việt Nam.
Hơn nữa, tỉnh Bắc Kạn là một trong hai tỉnh thực hiện thí điểm điều tra, kiểm
kê rừng toàn quốc giai đoạn 2011-2016 vì vậy Luận án có thể kế thừa khối
lƣợng lớn các dữ liệu điều tra hiện trƣờng cũng nhƣ thành quả của Dự án.
Đối tƣợng nghiên cứu là tất cả các trạng thái rừng và đất lâm nghiệp.
Giới hạn nghiên cứu:
- Phạm vi: nghiên cứu thực hiện trên 278.941 ha rừng và đất lâm
nghiệp trong vùng ảnh vệ tinh không bị ảnh hƣởng mây, bóng mây, bóng núi,
trên tổng diện tích tự nhiên 485.944 ha tỉnh Bắc Kạn.
- Hệ thống phân loại rừng: nghiên cứu áp dụng hệ thống phân loại rừng
và đất lâm nghiệp của Dự án Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn
2013-2016 nhƣng loại bỏ tiêu chí lập địa (rừng núi đất, núi đá), nguồn gốc
hình thành (rừng nguyên sinh, thứ sinh) vì ảnh vệ tinh quang học khó có thể
nhận biết.
6. Cấu trúc luận án
Ngoài phần tài liệu tham khảo và các phụ lục luận án gồm các phần sau đây:
Phần mở đầu
Chƣơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chƣơng 2: Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết luận, tồn tại và kiến nghị.

6
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Sự phát triển công nghệ viễn thám
Viễn thám là một ngành khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn
năm thập kỷ gần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số, bắt đầu
đƣợc thu nhận từ các vệ tinh trên quĩ đạo của trái đất vào năm 1960.
Bức ảnh đầu tiên, chụp trái đất từ vũ trụ, đƣợc cung cấp từ tàu
Explorer-6 vào năm 1959. Tiếp theo là chƣơng trình vũ trụ Mercury năm
1960, cho ra các sản phẩm ảnh chụp từ quỹ đạo trái đất có chất lƣợng cao, ảnh
màu có kích thƣớc 70mm, đƣợc chụp từ một máy tự động. Vệ tinh khí tƣợng
đầu tiên (TIR0S-1), đƣợc phóng lên quĩ đạo trái đất vào tháng 4 năm 1960,
mở đầu cho việc quan sát và dự báo khí tƣợng. Vệ tinh khí tƣợng NOAA, đã
hoạt động từ sau năm 1972, cho ra dữ liệu ảnh có độ phân giải thời gian cao
nhất, đánh dấu cho việc nghiên cứu khí tƣợng trái đất từ vũ trụ một cách tổng
thể và cập nhật từng ngày.
Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ
nghiên cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu trái đất và các hành tinh và khí
quyển. Các ảnh chụp nổi, thực hiện theo phƣơng đứng và xiên, cung cấp từ vệ
tinh Gemini năm 1965, đã thể hiện ƣu thế của công việc nghiên cứu trái đất.
Tiếp theo, tầu Apolo cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thƣớc
ảnh 70mm, chụp về trái đất, đã cho ra các thông tin vô cùng hữu ích trong
nghiên cứu mặt đất. Ngành hàng không vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong
trong nghiên cứu trái đất từ vũ trụ.
Việc nghiên cứu trái đất đã đƣợc thực hiện trên các con tàu vũ trụ có
ngƣời nhƣ Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos (từ năm 1961), hoặc trên các
trạm chào mừng Salyut. Sản phẩm thu đƣợc là các ảnh chụp trên các thiết bị

7
quét đa phổ phân giải cao, nhƣ MSU-E (trên Meteor - priroda). Các bức ảnh
chụp từ vệ tinh Cosmos có dải phổ nằm trên 5 kênh khác nhau, với kích thƣớc
ảnh 18cm x 18cm. Ngoài ra, các ảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140, MKF-
6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6 kênh ảnh thuộc dải phổ 0,40 đến
0,89µm. Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20m x 20m.
Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS (sau đổi tên là Landsat-1),
là các vệ tinh thế hệ mới hơn nhƣ Landsat-2, Landsat-3, Landsat-4 và
Landsat-5. Ngay từ đầu, ERTS-1 mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn
kênh phổ khác nhau, và bộ cảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ
khác nhau. Ngoài các vệ tinh Landsat-2, Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là
SKYLAB năm 1973 và HCMM năm 1978. Từ 1982, các ảnh chuyên đề đƣợc
thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM-4 và Landsat TM-5 với 7 kênh phổ từ
dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt. Điều này tạo nên một ƣu thế mới
trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau. Ngày nay, ảnh vệ tinh
chuyên đề từ Landsat-7, Landsat-8 đã đƣợc phổ biến, cho phép ngƣời sử dụng
ngày càng có điều kiện để tiếp cận với phƣơng pháp nghiên cứu môi trƣờng
qua các dữ liệu vệ tinh.
Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các
thế hệ SPOT-1, SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4, SPOT-5, SPOT-6 và SPOT-7 đã
đƣa ra sản phẩm ảnh số thuộc hai kiểu phổ, kênh toàn sắc (panchoromatic) với
độ phân dải không gian từ 10m x 10m đến 1,5m x 1,5m, và đa kênh SPOT-XS
(hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênh thuộc dải phổ hồng ngoại) với độ
phân giải không gian 20m x 20m, 10m x 10m đến 6m x 6m. Đặc tính của ảnh
vệ tinh SPOT là cho ra các cặp ảnh phủ chồng cho phép nhìn đối tƣợng nổi
trong không gian ba chiều. Điều này giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất
đạt kết quả cao, nhất là trong việc phân tích các yếu tố địa hình.

8
Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất bằng viễn thám đƣợc
đẩy mạnh do áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới với việc sử dụng các ảnh
radar. Viễn thám radar tích cực, thu nhận ảnh bằng việc phát sóng dài siêu tần
và thu tia phản hồi, cho phép thực hiện các nghiên cứu độc lập, không phụ
thuộc vào mây. Sóng radar có đặc tính xuyên qua mây, lớp đất mỏng và thực
vật và là nguồn sóng nhân tạo, nên nó có khả năng hoạt động cả ngày và đêm,
không phụ thuộc vào nguồn năng lƣợng mặt trời. Các bức ảnh tạo nên bởi hệ
radar đƣợc ghi nhận đầu tiên trên bộ cảm Seasat. Đặc tính của sóng radar là
thu tia phản hồi từ nguồn phát với góc xiên rất đa dạng. Sóng này hết sức
nhạy cảm với độ ghồ ghề của bề mặt vật, đƣợc chùm tia radar phát tới, vì vậy
nó đƣợc ứng dụng cho nghiên cứu cấu trúc một khu vực nào đó.
Bảng 1.1: Tóm tắt sự phát triển viễn thám qua các sự kiện
Năm Sự kiện
1800 Phát hiện ra tia hồng ngoại
1839 Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp ảnh đen trắng
1847 Phát hiện cả dải phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy
1850-1860 Chụp ảnh từ kinh khí cầu
1873 Xây dựng học thuyết về phổ điện từ
1909 Chụp ảnh từ máy bay
1910-1920 Giải đoán từ không trung
1920-1930 Phát triển ngành chụp và đo ảnh hàng không
1930-1940 Phát triển kỹ thuật radar (Đức, Mỹ, Anh)
1940 Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay
1950 Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy
1950-1960 Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự
1961 Liên xô phóng thành công tàu vũ trụ có ngƣời lái và chụp ảnh trái đất
từ ngoài vũ trụ
1960-1970 Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám
1972 Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1
1970-1980 Phát triển mạnh mẽ phƣơng pháp xử lý ảnh số
1980-1990 Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat
1986 Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo
1990 đến
nay
Phát triển bộ cảm thu đo phổ, tăng dải phổ và số lƣợng kênh phổ, tăng
độ phân giải của bộ cảm. Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý mới.
(Nguồn: [3])

9
Sự phát triển của ảnh vệ tinh độ phân giải không gian cao đang là xu
hƣớng chính mà công nghệ viễn thám hƣớng tới. Từ năm 1999 đến nay đã có
tới 18 vệ tinh chụp ảnh độ phân giải cao từ 0,31m đến 5m với kênh ảnh toàn
sắc và 2m đến 20m với các kênh đa phổ. Mức độ chi tiết của các ảnh vệ tinh
đã mở ra nhiều hƣớng ứng dụng và nâng cao hiệu quả trong quản lý tài
nguyên thiên nhiên trên thế giới.
Bảng 1.2: Vệ tinh chụp ảnh độ phân giải cao đang hoạt động
TT
Ngày phóng
vệ tinh
Tên ảnh
Độ phân giải
không gian
(m)
Số kênh phổ
1 24/9/1999 IKONOS 0,82-3,2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
2 18/10/2001 QuickBird 0,65-2,62 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
3 4/5/2002 SPOT-5 2,5-20 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
4 21/5/2004 FORMOSAT-2 2-8 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
5 5/5/2005 CARTOSAT-1 2,5 1 kênh toàn sắc
6 24/1/2006 ALOS 2,5-10 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
7 18/9/2007 WorldView-1 0,46 1 kênh toàn sắc
8 29/8/2008 RapidEye 5 5 kênh phổ
9 6/9/2008 GeoEye-1 0,46-1,84 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
10 8/10/2009 WorldView-2 0,46-1,84 1 kênh toàn sắc, 8 kênh phổ
11 16/12/2011 Pleiades-1A 0,5-2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
13 2/12/2012 Pleiades-1B 0,5-2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
14 7/5/2013 VNREDSat-1 2,5-10 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
15 21/11/2013 SkySat-1 0,9-2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
17 8/7/2014 SkySat-2 0,9-2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ
18 13/8/2014 WorldView-3 0,31-3,7 1 kênh toàn sắc, 28 kênh phổ
(Nguồn: [19])

10
Nhờ sự tiến bộ và sự phát triển vƣợt bậc của viễn thám đã cho phép
mở ra những hƣớng ứng dụng mới của khoa học công nghệ này, đăc biệt
trong hƣớng địa lý ứng dụng và ngày càng thể hiện tính hiệu quả khi vận dụng
trong thực tiễn của nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ: nghiên cứu đánh giá các
loại tài nguyên, nghiên cứu môi trƣờng và biến động môi trƣờng, nghiên cứu
hệ sinh thái, tổ chức lãnh thổ và quản lý môi trƣờng. Các ứng dụng chính của
viễn thám có thể kể đến nhƣ sau:
- Quản lý và giám sát hiện trạng sử dụng đất;
- Quản lý và giám sát tài nguyên rừng, đa dạng sinh học: phân loại lớp
phủ, xây dựng bản đồ hiện trạng kiểm kê tài nguyên rừng, giám sát diễn biến
tài nguyên rừng, giám sát sinh khối, trữ lƣợng các bon của rừng, phát hiện và
cảnh báo cháy rừng, giám sát côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng...
- Quản lý và giám sát môi trƣờng nông nghiệp: trƣợt lở đất, sụt lún đất,
các thiên tai khác nhƣ: sa mạc hóa, ngập lụt, xói lở, phòng chống thảm hoạ
thiên tai...
- Quản lý và giám sát hệ thống thủy lợi: đánh giá tổng hợp lƣu vực
sông, dòng chảy sông, cân bằng nƣớc của lƣu vực, lƣợng dòng chảy rắn, hệ
thống tƣới tiêu, hệ thống hồ đập chứa nƣớc...
- Quản lý và giám sát trong nông nghiệp, đảm bảo an ninh lƣơng thực:
xác định thành phần, cơ cấu cây trồng; quản lý, lập bản đồ diện tích canh tác;
dự báo năng suất cây trồng; giám sát mùa màng; quản lý tình hình dịch bệnh
và đánh giá thiệt hại...
- Quản lý và giám sát thủy sản: dự báo ngƣ trƣờng khai thác hải sản xa
bờ và qui hoạch vùng nuôi trồng thủy sản...
- Quản lý và giám sát chăn nuôi: theo dõi, giám sát, xây dựng quy
hoạch cơ sở chăn nuôi, vùng phát triển cây trồng làm thức ăn chăn nuôi...

11
Nhƣ vậy từ năm 1959 khi có bức ảnh chụp trái đất từ vũ trụ, công nghệ
vũ trụ nói chung và công nghệ ảnh viễn thám nói riêng đã có những bƣớc tiến
vƣợt bậc. Sự tiến bộ về công nghệ đƣợc thể hiện trên ba khía cạnh đó là độ
phân giải không gian đã tăng từ 1km lên đến 31cm cho mỗi điểm ảnh, số kênh
phổ đã tăng từ 1 kênh đến 28 kênh và số lƣợng các loại vệ tinh chụp ảnh trái
đất có độ phân giải không gian cao đã lên đến 18 vệ tinh. Chính vì vậy, ngoài
nghiên cứu kỹ thuật phân loại hiện trạng thảm thực vật trên ảnh vệ tinh có độ
phân giải trung bình còn cần bổ sung những nghiên cứu về kỹ thuật phân loại
ảnh vệ tinh có độ phân giải cao nhằm khai thác tối đa thông tin trên ảnh vệ
tinh [30].
1.2. Ảnh vệ tinh SPOT-5
Vệ tinh SPOT-5 (Systeme Pour L’observation de La Terre) đƣợc Trung
tâm nghiên cứu không gian Pháp phóng lên vũ trụ ngày 4 tháng 5 năm 2002.
Giai đoạn vận hành thử nghiệm và định chuẩn thông số xử lý ảnh đƣợc thực
hiện từ tháng 5 năm 2002 đến tháng 3 năm 2003 [31-33]. Giai đoạn chụp
chính thức và cung cấp ảnh diễn ra liên tục từ tháng 3 năm 2003 đến nay.
Vệ tinh SPOT-5 bay trên quỹ đạo đồng bộ mặt trời ở độ cao 822 km so
với bề mặt trái đất. Vệ tinh đƣợc thiết kế hai bộ cảm: HRG (High Resolution
Geometric) và HRS (High Resolution Stereoscopic) để thu ảnh lập thể trên
cùng quỹ đạo bay. Thời gian chụp lại có điều khiển của con ngƣời từ 1-4
ngày, thời gian chụp lại không điều khiển là 26 ngày. Mỗi cảnh ảnh phủ rộng
diện tích bề mặt 3.600 km2
(60km x 60km). Ảnh chụp đƣợc thiết kế với năm
dải phổ khác nhau gồm: bƣớc sóng 480-710 µm cho kênh toàn sắc, bƣớc sóng
500-590 µm (xanh lá cây) cho kênh 1, bƣớc sóng 610-680 µm (đỏ) cho kênh
2, bƣớc sóng 780-890 µm (cận hồng ngoại) cho kênh 3, bƣớc sóng 1.580-
1.750 µm (hồng ngoại nhiệt) cho kênh 4. Miền giá trị ảnh đƣợc thiết kế từ 0
đến 255 giá trị (ảnh 8 bít). Độ phân giải không gian của ảnh đƣợc thiết kế với

12
ba loại gồm: 5m với kênh toàn sắc; 10m với kênh xanh, đỏ và cận hồng ngoại;
20m với kênh hồng ngoại nhiệt. Do có bộ cảm chụp ảnh lập thể HRS (2 ảnh
tại một vùng) nên có thể cung cấp ảnh vệ tinh SPOT-5 với độ phân giải 2,5m
cho kênh toàn sắc.
Bảng 1.3: Đặc trƣng ảnh SPOT-5
TT Đặc điểm Thông số
1 Độ rộng cảnh chụp 60 km x 60 km
2
Thời gian chụp lại có điều khiển của
con ngƣời
1-4 ngày
3 Thời gian chụp lại không điều khiển 26 ngày
4 Độ phân giải không gian
2,5 m; 5 m đối với kênh toàn sắc
10 m đối với ảnh đa phổ
20 m đối với kênh nhiệt
5 Số kênh
1 kênh toàn sắc: 480-710 µm
4 kênh đa phổ:
Xanh lá cây: 500-590 µm
Đỏ: 610-680 µm
Cận hồng ngoại: 780-890 µm
Kênh hồng ngoại nhiệt: 1.580-1.750 µm
6 Khoảng giá trị 8 bít (0-255)
Vệ tinh SPOT-5 đƣợc thiết kế cho những mục đích nhƣ quy hoạch sử
dụng đất, quy hoạch cơ sở hạ tầng, đánh giá môi trƣờng, nghiên cứu biển,
theo dõi tài nguyên thiên thiên, nông nghiệp.

13
(Nguồn: [4])
Hình 1.1: Sơ đồ bảng chắp cảnh ảnh SPOT-5 lãnh thổ Việt Nam
Từ năm 2002 đến nay, vệ tinh SPOT-5 đã chụp hàng trục ngìn cảnh ảnh
thuộc lãnh thổ Việt Nam, trong số đó có 5.112 (tính đến 18/4/2015) cảnh ảnh
có tỷ lệ mây từ 20% trở xuống. Để phủ kín toàn bộ lãnh thổ Việt Nam bằng ảnh
SPOT-5 cần 261 cảnh ảnh. Nhƣ vậy theo lý thuyết thì số lƣợng ảnh tốt này phủ
gần 24 lần lãnh thổ Việt Nam trong vòng 14 năm . Ảnh vệ tinh hiện nay phần
lớn đƣợc lƣu trữ tại hãng SPOT và một phần lƣu tại Cục Viễn thám Quốc gia.

14
Nguồn ảnh chất lƣợng cao này đƣợc là tài liệu quý phục vụ nghiên cứu diễn
biến tài nguyên rừng trong quá khứ tại Việt Nam từ năm 2002 trở lại đây.
Bảng 1.4: Số lƣợng ảnh vệ tinh SPOT-5 chụp lãnh thổ Việt Nam
TT Năm chụp Số cảnh TT Năm chụp Số cảnh
1 2002 134 8 2009 278
2 2003 794 9 2010 377
3 2004 752 10 2011 367
4 2005 478 11 2012 283
5 2006 394 12 2013 324
6 2007 292 13 2014 381
7 2008 132 14 2015 126
Tổng cộng 5.112
(Nguồn: [65])
1.3. Phƣơng pháp chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám
Bƣớc xử lý ảnh đóng vai trò quan trọng trƣớc khi tiến hành chiết xuất
thông tin từ ảnh viễn thám. Nội dung này đƣợc các trạm thu ảnh, đại lý cung
cấp ảnh xử lý trƣớc khi cung cấp tới ngƣời sử dụng nhƣ hiệu chỉnh cấp xám
độ, nắn chỉnh hình học (bao gồm cả nắn chỉnh trực giao ảnh), tăng cƣờng độ
phân giải không gian. Tuy nhiên, việc hiệu chỉnh ảnh hƣởng của địa hình do
năng lƣợng bức xạ không đồng đều trên những hƣớng dốc khác nhau chƣa
đƣợc các nhà cung cấp ảnh xử lý. Ngƣời sử dụng thƣờng không có thói quen
cũng nhƣ không đủ kiến thức để xử lý nội dung này.
Nội dung chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám số đƣợc phân ra thành
hai cách tiếp cận gồm chiết xuất thông tin đối với các dữ liệu dạng liên tục
(dữ liệu dạng mật độ, cƣờng độ) nhƣ các bài toán về trữ lƣợng gỗ, sinh khối
trong lâm nghiệp và chiết xuất thông tin đối với các dữ liệu dạng rời rạc (đối
tƣợng, nhóm đối tƣợng có ranh giới trên mặt đất) nhƣ hiện trạng rừng trong
lâm nghiệp.

15
1.3.1. Khắc phục ảnh hưởng của yếu tố địa hình đến chất lượng ảnh chụp
Ngoài ảnh hƣởng của thiết bị thu và khí quyển, địa hình đồi núi ảnh
hƣởng mạnh đến chất lƣợng cấp xám độ ảnh vệ tinh. Cùng một đối tƣợng
nhƣng cấp xám độ ảnh khác nhau giữa sƣờn đón ánh sáng và sƣờn khuất ánh
sáng. Điều này dẫn đến nhầm lẫn trong quá trình phân loại, tính toán sau này
đoán [34]. Đã có những nghiên cứu chỉ ra rằng độ chính xác của kết quả giải
đoán ảnh đƣợc cải thiện đáng kể nếu nhƣ tiến hành hiệu chỉnh ảnh hƣởng của
địa hình trƣớc khi giải đoán [13, 37, 49].
Hình 1.2: Ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5
Hiệu chỉnh ảnh hƣởng của địa hình là quá trình mô hình hóa để đƣa cấp
xám độ ảnh ở sƣờn ngƣợc ánh sáng mặt trời cân bằng với sƣờn đón ánh sáng
mặt trời dựa vào bản đồ mô hình số độ cao và góc mặt trời tại thời điểm chụp
ảnh. Góc tới của mặt trời tại điểm chụp ảnh (i) đƣợc tính dựa vào vị trí mặt
trời (độ cao, góc theo phƣơng nằm ngang) và địa hình (độ dốc và hƣớng dốc).

16
Hình 1.3: Tính góc mặt trời đến tại điểm chụp
Góc tới của mặt trời tại điểm chụp ảnh (i) đƣợc tính theo công thức 1.1.
(1.1)
Trong đó: i: góc tới của mặt trời tại điểm chụp ảnh
e: độ dốc
z: góc mặt trời theo phƣơng thẳng đứng
a: góc mặt trời theo phƣơng nằm ngang
a’: hƣớng dốc
Cos i có giá trị từ -1 đến 1. Cos i nhỏ hơn không có nghĩa là hƣớng dốc
ngƣợc với hƣớng mặt trời [38].
Hiện nay có bốn phƣơng pháp hiệu chỉnh đƣợc áp dụng gồm: hiệu
chỉnh Cosine, hiệu chỉnh Minnaert, hiệu chỉnh hệ số c và hiệu chỉnh thông
qua thống kê thực nghiệm.

17
Hiệu chỉnh Cosine
Hiệu chỉnh Cosine coi bức xạ tại một điểm đều nhau theo các hƣớng do
vậy chỉ cần quan tâm đến góc mặt trời theo phƣơng thẳng đứng và góc tới của
mặt trời tại điểm chụp ảnh.
LH = LT * (cos z / cos i) (1.2)
Trong đó: LH: cấp xám độ ảnh đã đƣợc hiệu chỉnh
LT: cấp xám độ ảnh chƣa hiệu chỉnh
i: góc tới của mặt trời tại điểm chụp ảnh
Phƣơng pháp hiệu chỉnh này hay đƣợc áp dụng vì hầu hết các phần
mềm đều có sẵn modul tính toán ví dụ nhƣ Erdas, ENVI. Phƣơng pháp có hạn
chế là cấp xám độ sau hiệu chỉnh ở những sƣờn đón ánh sáng có giá trị cao
hơn mức bình thƣờng [34, 58, 60].
Hiệu chỉnh Minnaert
Phƣơng pháp đƣợc dựa trên ý tƣởng của Minnaert [50] với cách
tiếp cận bán thực nghiệm.
LH = LT * (cos z / cos i)k
(1.3)
Trong đó: LH: cấp xám độ ảnh đã đƣợc hiệu chỉnh
LT: cấp xám độ ảnh chƣa hiệu chỉnh
i: góc tới của mặt trời tại điểm chụp ảnh
k: hệ số Minnaert
Giá trị k chạy từ 0 đến 1. k=1 trong trƣờng hợp bức xạ đều các hƣớng.
Hệ số k đƣợc tính theo công thức 1.4.
log (LT * cos z) = log LH + k x log (cos i * cos z) (1.4)
Đây là dạng của phƣơng trình tuyến tính bậc nhất y = ax + b với:
x = log (cos i x cos z)

18
b = log LH
y = log (LT x cos z)
Đã biết y, x nên xây dựng tƣơng quan để tìm hệ số a - chính là k.
Phƣơng pháp có điểm hạn chế là cấp xám độ ảnh sau hiệu chỉnh thƣờng
quá mức xám độ tiêu chuẩn [57].
Hiệu chỉnh hệ số c
Giống nhƣ hiệu chỉnh Minnaert, hiệu chỉnh c là cách tiếp cận bán thực
nghiệm do Teiller và cộng sự [58] xây dựng. Hệ số c có nhiệm vụ hạn chế giá
trị quá cao ở sƣờn đón nắng của phƣơng pháp hiệu chỉnh cosine [59].
Hiệu chỉnh thông qua thống kê thực nghiệm
Phƣơng pháp hiệu chỉnh thông qua thống kê thực nghiệm dựa
vào nguyên lý lấy cấp xám độ ảnh theo một hƣớng nào đó làm cơ sở, từ đó
điều chỉnh cấp xám độ các hƣớng, độ dốc khác nhau theo dạng hệ số hoặc bù
trừ mức giá trị.
Phƣơng pháp hiệu chỉnh theo thống kê thực nghiệm thực hiện
đơn giản. Có thể dùng thêm thông tin vị trí mặt trời tại thời điểm chụp ảnh để
xác định hƣớng cơ sở hoặc xác định một cách tƣơng đối.
Đánh giá các mô hình hiệu chỉnh ảnh hưởng của địa hình đến chất
lượng ảnh vệ tinh
Qua kết quả những nghiên cứu trƣớc đây, việc hiệu chỉnh ảnh vệ
tinh do ảnh hƣởng của yếu tố địa hình cho thấy:
- Mô hình hiệu chỉnh Cosine và Minnaert cho kết quả không tốt bằng
các mô bán thực nghiệm (mô hình c) và mô hình thực nghiệm [34, 40, 51, 58,
60].
- Áp dụng mô hình hiệu chỉnh bán thực nghiệm cần có 2 dữ liệu đó là
vị trí của mặt trời so với vùng chụp ảnh và bản đồ mô hình số độ cao. Chất
lƣợng bản đồ mô hình số độ cao ảnh hƣởng lớn tới kết quả hiệu chỉnh.

19
- Áp dụng mô hình thống kê thực nghiệm không đòi hỏi dữ liệu vị trí
mặt trời so với vùng chụp ảnh nhƣng vai trò bản đồ mô hình số độ cao cũng
vẫn đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý. Điểm hạn chế lớn nhất của
mô hình này là các đối tƣợng khác nhau trong cùng điều kiện về độ đốc, hƣớng
phơi đƣợc lấy giá trị trung bình làm cơ sở để tính các giá trị hiệu chỉnh.
- Tại Việt Nam, nơi có địa hình chia cắt mạnh, độ dốc trung bình từ 20
đến 30o
đã có hai nghiên cứu về hiệu quả của mô hình hiệu chỉnh ảnh hƣởng
của địa hình đối với ảnh SPOT-5. Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thị Thanh
Hƣơng [51] tại huyện Đăk RLấp, tỉnh Đăk Nông tập trung so sánh hiệu quả
của các mô hình hiệu chỉnh hình học và bán thực nghiệm Cosine, Minnaert và
C trong quá trình hiệu chỉnh ảnh phục vụ ƣớc tính trữ lƣợng gỗ và xây dựng
bản đồ trạng thái rừng. Kết quả cho thấy mô hình bán thực nghiệm C hiệu quả
nhất. Trong khi nghiên cứu của tác giả Vƣơng Văn Quỳnh [13] tại huyện
Hƣơng Sơn, tỉnh Hà Tĩnh xem xét đến việc áp dụng mô hình thực nghiệm để
ƣớc tính trữ lƣợng gỗ. Kết quả đã khẳng định hiệu chỉnh đã nâng cao kết quả
ƣớc lƣợng.
- Vấn đề tồn tại giữa hai phƣơng pháp hiệu chỉnh bán thực nghiệm C và
hiệu chỉnh thống kê thực nghiệm là phƣơng pháp nào hiệu chỉnh tốt hơn trong
điều kiện địa hình của Việt Nam?
1.3.2. Sử dụng ảnh quang học dự đoán trữ lượng rừng
Ảnh viễn thám với đầu thu chủ động (active sensor) nhƣ các loại ảnh
Radar thƣờng đƣợc ứng dụng nhiều trong điều tra trữ lƣợng, sinh khối rừng
[18]. Trong khi ảnh viễn thám với đầu thu bị động (passive sensor) nhƣ ảnh
NOAA, MODIS, Landsat, ALOS, SPOT, Ikonos, QuickBird, ... đƣợc thiết kế
để quan sát bề mặt đất phục vụ chủ yếu cho việc xây dựng bản đồ hiện trạng.
Tuy nhiên, để tận dụng tối đa thông tin từ ảnh, đã có nhiều nghiên cứu mối
quan hệ giữa ảnh viễn thám đầu thu bị động và trữ lƣợng rừng.

20
Xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh viễn thám nhằm xác định các
vùng có cùng trạng thái. Hay nói theo toán học, các biến (trạng thái) rời rạc
nhƣ: rừng phục hồi, rừng hỗn giao, rừng trồng, đất trống, ...Trong khi biến trữ
lƣợng gỗ trong rừng là biến liên tục. Do vậy, phƣơng pháp chính xây dựng
bản đồ trữ lƣợng rừng là xây dựng mối tƣơng quan giữu cấp xám độ trên ảnh
vệ tinh và trữ lƣợng gỗ tƣơng ứng với pixel trên ảnh.
Rokhmatuloh [56] đã sử dụng ảnh MODIS để ƣớc lƣợng trữ lƣợng gỗ
cây đứng cho toàn lãnh thổ Indonesia. Mối quan hệ tuyến tính giữa phần trăm
che phủ và trữ lƣợng gỗ cây đứng đƣợc tính theo phƣơng trình 1.5.
M = CP * 1,454 (1.5)
Trong đó: M: trữ lƣơng gỗ
CP: tỷ lệ che phủ thực vật
Nghiên cứu này cho phép ƣớc lƣợng trữ lƣợng gỗ trên phạm vi vĩ mô
(khu vực hoặc quốc gia) nhanh, nhƣng độ chính xác không cao. Điểm hạn chế
của nghiên cứu là tác giả đã giả thiết mối quan hệ giữu tỷ lệ che phủ và trữ
lƣợng gỗ có mối quan hệ tuyến tính. Trong khi với rừng nhiệt đới ẩm, nhất là
rừng bị tác động mạnh bởi con ngƣời thì mối quan hệ này không hoàn toàn
tuyến tính. Trữ lƣợng gỗ có thể giao động từ 150 đến 1.000 m3
/ha với độ che
phủ 100% nhƣ rừng tự nhiên Việt Nam.
Arief Wijaya và cộng sự [29] dùng ảnh Landsat ETM để dự đoán trữ
lƣợng gỗ cho 83.000 ha vùng phía Đông Kalimantan của Indonesia.
M = 9,703*b4+11,91*b5+8,51*b7+0,001*ge-
22,444*al+4214,699*pc1-254,412*tc3-15,595*gl+1192,511 (1.6)
Trong đó:
b4, b5, b7: cấp xám độ tƣơng ứng trên kênh 4, 5, 7
ge: chỉ số theo dõi thực vật vĩ mô [52]
al: tổng cấp xám độ kênh 1, 2, 3, 4, 5, 7

21
pc1: kênh 1 trong phân tích thành phần chính
tc3: chỉ số về độ ẩm
gl: chỉ số kết cấu cấp xám độ
Nghiên cứu cho thấy, ngoài cấp xám độ trên từng kênh ảnh, một số chỉ
số dẫn xuất từ các kênh ảnh đa phổ đóng vai trò quan trọng khi xác định trữ
lƣợng gỗ.
Nguyễn Thị Thanh Hƣơng [51] nghiên cứu sử dụng ảnh SPOT-5 dự
đoán trữ lƣợng gỗ cho rừng lá rộng thƣờng xanh huyện tỉnh Đăk RLấp, Đăk
Nông với ba phƣơng pháp là hồi quy tuyến tính, địa thống kê và nhóm điểm
quan sát gần cấp xám độ nhất (k-nn). Nghiên cứu chỉ ra trữ lƣợng gỗ và xám
độ ảnh vệ tinh SPOT-5 có mối quan hệ không chặt.
Vƣơng Văn Quỳnh [13] đã nghiên cứu mối quan hệ giữa ảnh vệ tinh
SPOT5 và trữ lƣợng gỗ rừng huyện Hƣơng Sơn, tỉnh Hà Tĩnh. Hệ số tƣơng
quan đạt 0,72.
M = -1258.86+11.27*k1+50.95*k2-49.4*k3-6.02*Std1+12989.11*
NDVI-3580.87*WI (1.7)
Trong đó: k1, k2, k3: là cấp xám độ đã hiệu chỉnh ảnh hƣởng của địa
hình kênh 1, 2, 3
Std1: độ lệch chuẩn kênh 1 theo cửa sổ trƣợt vuông 5 x 5 điểm ảnh
NDVI: chỉ số thực vật
WI: chỉ số nƣớc
Nghiên cứu của Võ Văn Hồng [8] cho thấy ảnh vệ tinh SPOT5 và trữ
lƣợng gỗ cũng có mối quan hệ với nhau. Vùng nghiên cứu thứ nhất ở huyện
Na Rì, tỉnh Bắc Kạn với ảnh chụp năm 2008 cho thấy hệ số tƣơng quan đạt
0,73 và phƣơng trình nhƣ sau:
M=345,038298+678,752913*NDVI -134,138755*RVI -
4,35553795*k1 + 5,14310178*k2 + 0,72577293*k3 + 1,04084326*Std1
+0,21152724*Std2 -2,91887692*Std3 (1.8)

22
Vùng nghiên cứu thứ hai ở tỉnh Kon Tum với ảnh chụp năm 2009 đạt
hệ số tƣơng quan là 0,57.
M=354,0383+678,75291*NDVI-134,13875*RVI-4,355538*k1
+5,1431018*k2+0,7257729*k3+1,0408433*Std1+0,2115272*Std2 -
2,9188769*Std3 (1.9)
Trong đó:
k1, k2, k3: cấp xám độ kênh 1, 2, 3
Std1, Std2, Std3: độ lệch chuẩn cấp xám độ kênh 1, 2, 3
NDVI: chỉ số thực vật
RVI: tỷ số thực vật
Nhìn chung việc sử dụng ảnh quang học ƣớc lƣợng trữ lƣợng rừng chƣa
có nhiều nghiên cứu, nhất là đối với rừng nhiệt đới ẩm nhƣ Việt Nam. Các
nghiên cứu cho thấy chƣa rõ ràng về mối quan hệ cấp xám độ ảnh quang học
SPOT-5 và trữ lƣợng gỗ. Hơn nữa, số điểm nghiên cứu, diện tích nghiên cứu
chỉ ở phạm vi huyện, các thông số tham gia vào quá trình xây dựng bản đồ trữ
lƣợng và số lƣợng ô tiêu chuẩn còn ít.
Vấn đề nghiên cứu trong lĩnh vực này đƣợc đạt ra là: cần có thêm
những đánh giá về quan hệ giữa ảnh vệ tinh quang học và trữ lƣợng gỗ. Cần
có những thuật toán phi tuyến tính để ƣớc lƣợng trữ lƣợng gỗ từ ảnh vệ tinh
trong những trƣờng hợp mối quan hệ trên không tuyến tính.
1.3.3. Giải đoán ảnh SPOT-5 theo phương pháp hướng đối tượng xây dựng
bản đồ hiện trạng rừng
Cách tiếp cận theo phƣơng pháp hƣớng đối tƣợng trong phân loại ảnh
số không mới [42]. Tuy nhiên, phải sau đó 8 năm, khi phần mềm eCognition
xuất hiện, phƣơng pháp này mới thực sự đƣợc nghiên cứu nhiều. Cho đến
nay, các nghiên cứu vẫn đang tập trung vào tối ƣu hóa thuật toán cho bƣớc

23
phân loại đối tƣợng trên ảnh (segmentation) và gán thuộc tính cho các đối
tƣợng (classification).
Hiện nay phƣơng pháp giải đoán ảnh xây dựng bản đồ hiện trạng rừng
theo phƣơng pháp hƣớng đối tƣợng đang bƣớc đầu đƣợc ứng dụng trên những
quy mô khác nhau với các loại ảnh khác nhau. Các kết quả đều cho độ chính
xác cao hơn so với phƣơng pháp phân loại dựa vào điểm ảnh riêng lẻ trƣớc
đây. Tuy vậy, các nghiên cứu liên quan đến sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 để
so sánh giữa phân loại dựa trên điểm ảnh riêng lẻ và hƣớng đối tƣợng chƣa có
nhiều [6, 18, 19, 20]. Ngoài lý do khách quan do chi phí mua ảnh cao còn lý
do chủ quan về mặt kỹ thuật xử lý về cấu trúc không gian của đối tƣợng trên
ảnh.
Lewinski và cộng sự [47] tiến hành thử nghiệm phân loại hƣớng đối
tƣợng trên toàn cảnh (60 km x 60 km) cho ảnh SPOT-4 ở Ba Lan. Nghiên cứu
đƣa ra đƣợc hệ thống phân loại hiện trạng phong phú lên đến 13 trạng thái.
Trong số này có bảy trạng thái liên quan đến lâm nghiệp gồm: cây vùng đô
thị, đất trồng màu, đất trống cỏ, vƣờn cây ăn quả, rừng lá kim, rừng rụng lá,
rừng hỗn giao. Độ chính xác của kết quả phân loại đạt 89,1%.
Wei Su và cộng sự [62] đã sử dụng ảnh SPOT-5 để giải đoán lớp phủ
thực vật theo phƣơng pháp hƣớng đối tƣợng cho vùng Fu Xin của Trung
Quốc. Diện tích vùng nghiên cứu là 26,8 km2
với năm đối tƣợng đƣợc phân
loại gồm rừng dày, rừng trung bình, rừng thƣa, đất trống và đƣờng giao thông.
Địa hình khu nghiên cứu phức tạp với mƣời cấp khác nhau. Độ chính xác của
bản đồ hiện trạng rừng giải đoán theo phƣơng pháp phân loại hƣớng đối
tƣợng đạt 86,53% trong khi áp dụng phƣơng pháp pixel riêng lẻ chỉ đạt
74,53%. Nghiên cứu cũng cho thấy hiện tƣợng xuất hiện nhiều lô có diện tích
chỉ bằng diện tích một hoặc một vài điểm ảnh thƣờng có trong phân loại pixel
riêng lẻ đƣợc giải quyết khá triệt để trong cách tiếp cận hƣớng đối tƣợng. Các

24
chỉ tiêu về phân bố cấp xám độ theo phƣơng thẳng đứng (xuyên nhiều kênh
ảnh), theo phƣơng ngang (các pixel liền kề trên một kênh ảnh), chỉ số thực vật
đƣợc áp dụng đầy đủ trong nghiên cứu này. Tuy nhiên, số đối tƣợng đƣợc
phân loại chỉ có năm đối tƣợng. Thêm nữa, với điều kiện địa hình phức tạp
thì việc hiệu chỉnh giá trị ảnh theo địa hình cũng cần đƣợc xử lý để tăng độ
chính xác của kết quả giải đoán [51].
Vũ Tiến Điển và cộng sự [5] nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp phân
loại hƣớng đối tƣợng đã đƣợc thực hiện tại huyện Cƣ Jut tỉnh Đăk Nông,
huyện Con Cuông tỉnh Nghệ An, huyện Mai Sơn tỉnh Sơn La. Điểm hạn chế
của nghiên cứu này là không có đƣợc ảnh đa phổ để phân tích mà chỉ dựa vào
ảnh SPOT-5 đã đƣợc tổ hợp màu tự nhiên giả. Do đó quá trình thực hiện sẽ
khó phân tích chính xác một số thông tin nhƣ chỉ số thực vật, tổng cấp xám
độ, tỷ lệ phản xạ mà chỉ dùng thông tin màu sắc để làm căn cứ.
Nhƣ vậy, cho đến nay các nghiên cứu giải đoán ảnh số theo phƣơng
pháp phân loại hƣớng đối tƣợng vẫn đang đƣợc tiếp tục nghiên cứu. Đặc biệt
với những điều kiện rừng tự nhiên và rừng trồng phức tạp nhƣ ở Việt Nam thì
việc tìm ra vài trò của các đặc trƣng ảnh, khoảng giá trị các đặc trƣng gắn với
phân loại các trạng thái có ý nghĩ cả vệ mặt khoa học và thực tiễn trong điều
tra rừng
1.4. Sử dụng ảnh viễn thám trong điều tra rừng Việt Nam
Ứng dụng viễn thám trong điều tra rừng Việt Nam đƣợc bắt đầu với
ảnh hàng không. Năm 1958, ảnh máy bay đen trắng toàn sắc tỷ lệ 1/30.000
đƣợc sử dụng để phục vụ điều tra rừng gỗ trụ mỏ vùng Đông Bắc. Từ năm
1970 đến năm 1975, ảnh máy bay đƣợc dùng rộng rãi để xây dựng các bản đồ
hiện trạng, bản đồ mạng lƣới vận xuất, vận chuyển cho nhiều tỉnh miền Bắc.
Các chuyên gia viễn thám dựa vào kinh nghiệm để khoanh vẽ các lô rừng
hoặc đám rừng lớn trên ảnh máy bay từ đó xây dựng bản đồ hiện trạng rừng.

25
Giai đoạn 1975 đến 1990, Việt Nam tích cực ứng dụng những công
nghệ viễn thám tiến tiến trên thế giới phục vụ điều tra rừng. Song song với sử
dụng ảnh hàng không, ảnh vệ tinh Landsat MSS in màu trên giấy ảnh đã đƣợc
sử dụng trong các chƣơng trình, dự án nhƣ điều tra rừng Việt Nam giai đoạn
1979-1982 do FAO tài trợ, chƣơng trình quy hoạch Tây Nguyên giai đoạn
1982-1983, điều tra vùng nguyên liệu giấy giai đoạn 1983-1985. Bản đồ hiện
trạng rừng giải đoán từ ảnh vệ tinh Landsat MSS thƣờng có tỷ lệ nhỏ từ
1/100.000 đến 1/250.000.
Từ năm 1991, Việt Nam bắt đầu ứng dụng công nghệ viễn thám điều
tra rừng trên diện tích cả nƣớc. Viện Điều tra Quy hoạch rừng đã thực hiện
bốn chu kỳ điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc
từ năm 1991 đến năm 2010. Ảnh viễn thám đã đƣợc ứng dụng trong xây dựng
bản đồ hiện trạng rừng toàn quốc cả bốn chu kỳ với nhiều loại ảnh viễn thám
khác nhau. Chu kỳ I (1991-1995), ảnh Landsat MSS đƣợc in màu trên giấy
ảnh phục vụ khoanh vẽ xây dựng bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1/100.000 [22].
Chu kỳ II (1996-2000), Việt Nam sử dụng ảnh SPOT-3 với công nghệ in trên
giấy và khoanh vẽ nhƣ chu kỳ đầu tiên [24]. Chu kỳ III (2001-2005) thể hiện
sự tiến bộ vƣợt bậc về mặt giải đoán ảnh [25]. Ảnh Landsat ETM+ trên cả
nƣớc sử dụng là ảnh số trên máy tính và đƣợc các chuyên gia của Việt Nam
chủ động hiệu chỉnh hình học, lấy mẫu khóa giải đoán ảnh và chạy phân loại
xây dựng bản đồ dựa vào phần mềm ERDAS. Lần đầu tiên Việt Nam áp dụng
thành công kỹ thuật giải đoán ảnh số cho toàn bộ diện tích rừng và đất lâm
nghiệp trên cả nƣớc. Mặc dù vậy, chu kỳ IV (2006-2010) đã không áp dụng
công nghệ giải đoán ảnh số xây dựng bản đồ hiện trạng rừng toàn quốc. Chu
kỳ IV sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 với độ phân giải không gian cao lên đến
2,5 x 2,5 m [26]. Kỹ thuật phân loại số của chu kỳ III không đƣa ra kết quả
phân loại tốt, các lô quá bé và rời rạc. Vì vậy chu kỳ IV này đã áp dụng lại

26
phƣơng pháp giải đoán bằng mắt nhƣng đƣợc các chuyên gia khoanh vẽ và
giải đoán trên màn hình máy tính. Bản đồ hiện trạng rừng chu kỳ IV đƣợc xây
dựng với tỷ lệ cao 1/25.000 đối với xã có nhiều rừng và 1/50.000 với xã ít
rừng.
Dự án Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2013-2016 sử
dụng ảnh vệ tinh phân giải cao nhƣ SPOT-5, SPOT-6, VNREDSat-1 và ảnh
có chất lƣợng tƣơng đƣơng cùng với phƣơng pháp phân loại tự động hƣớng
đối tƣợng xây dựng bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1/10.000. Đến hết năm 2014,
bản đồ hiện trạng rừng của 15 tỉnh đã hoàn thành. Trong chƣơng trình này, hệ
thống phân loại với 93 trạng thái rừng và đất đòi hỏi khối lƣợng khổng lồ
nhân lực khoanh vẽ bổ sung ngoài thực địa vì kết quả giải đoán ảnh rất hạn
chế.
Việt Nam đã có trên 50 năm nghiên cứu và ứng dụng viễn thám trong
điều tra rừng. Những nghiên cứu, tiến bộ của công nghệ viễn thám đã đƣợc áp
dụng vào sản xuất để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng không chỉ cho những
vùng nhỏ lẻ mà trên phạm vi cả nƣớc với nhiều thời kỳ khác nhau. Kỹ thuật
phân loại ảnh vệ tinh xây dựng bản đồ hiện trạng rừng cũng thay đổi dựa vào
độ phân giải không gian cũng nhƣ tiến bộ khoa học kỹ thuật tại thời điểm đó.
Cùng với sự phát triển của ảnh vệ tinh độ phân giải cao, kỹ thuật phân loại số
đã chuyển sang cách tiếp cận theo nhóm các điểm ảnh để tránh sự rời rạc của
đối tƣợng rừng. Từ năm 2010 trở lại đây, kỹ thuật phân loại này đang đƣợc
vừa nghiên cứu vừa ứng dụng trong điều tra rừng tại Việt Nam.
1.5. Hệ thống phân loại rừng Dự án Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn
quốc giai đoạn 2013-2016
Hệ thống phân loại trạng thái rừng và đất lâm nghiệp [16] thuộc Dự án
Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2013-2016 gồm 93 loại khác
nhau gồm 71 trạng thái rừng và 22 đối tƣợng không phải rừng.

27
Bảng 1.5: Hệ thống phân loại đất, loại rừng áp dụng cho điều tra
kiểm kê rừng
TT Tên trạng thái rừng và đất không có rừng
Trữ lƣợng
(M-m3
, N-số cây tre nứa)
1. CÓ RỪNG
1.1. Rừng tự nhiên
1.1.1. Rừng nguyên sinh
1.1.1.1. Núi đất nguyên sinh
1.1.1.1.1. Lá rộng thƣờng xanh
1 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX giàu nguyên sinh M > 200
2 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX TB nguyên sinh 100 < M ≤ 200
1.1.1.1.2. Lá rộng rung lá
3 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRRL giàu nguyên sinh M > 200
4 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRRL TB nguyên sinh 100 < M ≤ 200
1.1.1.1.3. Lá kim
5 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LK giàu nguyên sinh M > 200
6 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LK TB nguyên sinh 100 < M ≤ 200
1.1.1.1.1. Lá rộng lá kim
7 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRLK giàu nguyên sinh M > 200
8 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRLK TB nguyên sinh 100 < M ≤ 200
1.1.1.2. Núi đá
9 Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX giàu nguyên sinh M > 200
10 Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX TB nguyên sinh 100 < M ≤ 200
1.1.1.1.1. Rừng ngập nƣớc
11 Rừng gỗ tự nhiên ngập mặn nguyên sinh M ≥ 10
12 Rừng gỗ tự nhiên ngập phèn nguyên sinh M ≥ 10
13 Rừng gỗ tự nhiên ngập ngọt nguyên sinh M ≥ 10
1.1.2. Rừng thứ sinh
1.1.2.1. Gỗ
1.1.2.1.1. Núi đất

28
Trữ lƣợng
(M-m3
1.1.2.1.1.1. Lá rộng thƣờng xanh
14 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX giàu M > 200
15 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX TB 100 < M ≤ 200
16 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX nghèo 50 < M ≤ 100
17 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX nghèo kiệt 10 < M ≤ 50
18 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX phục hồi 10 ≤ M ≤ 100
1.1.2.1.1.2. Lá rộng rụng lá
19 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRRL giàu M > 200
20 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRRL TB 100 < M ≤ 200
21 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRRL nghèo 50 < M ≤ 100
22 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRRL nghèo kiệt 10 < M ≤ 50
23 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRRL phục hồi 10 ≤ M ≤ 100
1.1.2.1.1.3. Lá kim
24 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LK giàu M > 200
25 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LK TB 100 < M ≤ 200
26 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LK nghèo 50 < M ≤ 100
27 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LK nghèo kiệt 10 < M ≤ 50
28 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LK phục hồi 10 ≤ M ≤ 100
1.1.2.1.1.4. Lá rộng lá kim
29 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRLK giàu M > 200
30 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRLK TB 100 < M ≤ 200
31 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRLK nghèo 50 < M ≤ 100
32 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRLK nghèo kiệt 10 < M ≤ 50
33 Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRLK phục hồi 10 ≤ M ≤ 100
1.1.2.1.2. Núi đá
34 Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX giàu M > 200
35 Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX TB 100 < M ≤ 200
36 Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX nghèo 50 < M ≤ 100
37 Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX nghèo kiệt 10 < M ≤ 50

29
Trữ lƣợng
(M-m3
38 Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX phục hồi 10 ≤ M ≤ 100
1.1.2.1.3. Ngập nƣớc
39 Rừng gỗ tự nhiên ngập mặn giàu M > 200
40 Rừng gỗ tự nhiên ngập mặn trung bình 100 < M ≤ 200
41 Rừng gỗ tự nhiên ngập mặn nghèo 50 < M ≤ 100
42 Rừng gỗ tự nhiên ngập mặn phục hồi 10 < M ≤ 100
43 Rừng gỗ tự nhiên ngập phèn giàu M > 200
44 Rừng gỗ tự nhiên ngập phèn trung bình 100 < M ≤ 200
45 Rừng gỗ tự nhiên ngập phèn nghèo 50 < M ≤ 100
46 Rừng gỗ tự nhiên ngập phèn phục hồi 10 ≤ M ≤ 100
47 Rừng gỗ tự nhiên ngập ngọt
1.1.2.2. Tre nứa
48 Rừng tre/luồng tự nhiên núi đất N ≥ 500
49 Rừng nứa tự nhiên núi đất N ≥ 500
50 Rừng vầu tự nhiên núi đất N ≥ 500
51 Rừng lồ ô tự nhiên núi đất N ≥ 500
52 Rừng tre nứa khác tự nhiên núi đất N ≥ 500
53 Rừng tre nứa tự nhiên núi đá N ≥ 500
1.1.2.3. Hỗn giao gỗ và tre nứa
54 Rừng hỗn giao G-TN tự nhiên núi đất M ≥ 10
55 Rừng hỗn giao TN-G tự nhiên núi đất M ≥ 10
56 Rừng hỗn giao tự nhiên núi đá M ≥ 10
1.1.2.4. Cau dừa
57 Rừng cau dừa tự nhiên núi đất N ≥ 100
58 Rừng cau dừa tự nhiên núi đá N ≥ 100
59 Rừng cau dừa tự nhiên ngập nƣớc ngọt N ≥ 100
1.2. Rừng trồng
1.2.1. Gỗ(loài cây,cấp tuổi,nguồn gốc)
60 Rừng gỗ trồng núi đất M ≥ 10

30
Trữ lƣợng
(M-m3
61 Rừng gỗ trồng núi đá M ≥ 10
62 Rừng gỗ trồng ngập mặn M ≥ 10
63 Rừng gỗ trồng ngập phèn M ≥ 10
64 Rừng gỗ trồng đất cát M ≥ 10
1.2.2. Tre nứa (loài cây)
65 Rừng tre nứa trồng núi đất N ≥ 500
66 Rừng tre nứa trồng núi đá N ≥ 500
1.2.3. Cau dừa
67 Rừng cau dừa trồng cạn N ≥ 100
68 Rừng cau dừa trồng ngập nƣớc N ≥ 100
69 Rừng cau dừa trồng đất cát N ≥ 100
1.2.3. Nhóm loài khác
70 Rừng trồng khác núi đất M ≥ 10
71 Rừng trồng khác núi đá M ≥ 10
2. KHÔNG CÓ RỪNG TRONG LÂM NGHIỆP
2.1. Đã trồng nhƣng chƣa thành rừng
72 Đất đã trồng trên núi đất M < 10
73 Đất đã trồng trên núi đá M < 10
74 Đất đã trồng trên đất ngập mặn M < 10
75 Đất đã trồng trên đất ngập phèn M < 10
76 Đất đã trồng trên đất ngập ngọt M < 10
77 Đất đã trồng trên bãi cát M < 10
2.2. Có cây gỗ tái sinh
78 Đất có cây gỗ tái sinh núi đất M < 10
79 Đất có cây gỗ tái sinh núi đá M < 10
80 Đất có cây gỗ tái sinh ngập mặn M < 10
81 Đất có cây tái sinh ngập nƣớc phèn M < 10
2.3. Đất trống cây bụi
82 Đất trống núi đất 0

31
Trữ lƣợng
(M-m3
83 Đất trống núi đá 0
84 Đất trống ngập mặn 0
85 Đất trống ngập nƣớc phèn 0
86 Bãi cát 0
87 Bãi cát có cây rải rác 0
2.4. Có cây nông nghiệp
88 Đất nông nghiệp núi đất 0
89 Đất nông nghiệp núi đá 0
90 Đất nông nghiệp ngập mặn 0
91 Đất nông nghiệp ngập nƣớc ngọt 0
2.5. Đất khác
92 Mặt nƣớc 0
93 Đất khác 0
Đây là hệ thống phân loại đáp ứng đầy đủ bộ tiêu chí theo Thông tƣ số
34 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Về tổng quát, ảnh vệ tinh
không thể nhận biết đƣợc nhiều đối tƣợng trong hệ thống phân loại này nhƣ:
rừng núi đất hay núi đá, rừng nguyên sinh hay thứ sinh. Để xác định những
nhóm yếu tố lập địa nên dựa vào bản đồ địa hình. Nguồn gốc hình thành rừng
nên sử dụng những bản đồ đã có trƣớc đây kết hợp đi thực địa để xác minh.
1.6. Nhận xét
Qua đánh giá các nội dung trong chƣơng tổng quan vấn đề nghiên cứu
cho thấy Việt Nam đã luôn đi song song về ứng dụng công nghệ viễn thám
với những tiến bộ trên thế giới. Nƣớc ta đã mạnh dạn áp dụng công nghệ này
trên diện rộng ngay từ năm 1991 khi chất lƣợng ảnh vệ tinh còn chƣa tốt cả về
số lƣợng kênh phổ và độ phân giải không gian. Cách thức tiếp cận vừa học,
nghiên cứu vừa ứng dụng trong sản xuất đã đẩy nhanh tốc độ ứng dụng, nâng
cao năng lực cán bộ và gắn lý thuyết với thực hành. Bên cạnh những mặt

32
mạnh của cách tiếp cận trên cũng bộc lộ hạn chế về chuyên môn nhƣ chƣa có
đầy đủ nghiên cứu trƣớc khi áp dụng đại trà, cụ thể nhƣ:
- Nghiên cứu tiền xử lý ảnh, xử lý ảnh trƣớc khi sử dụng ảnh để phân
loại xây dựng bản đồ hiện trạng rừng chƣa quan tâm tới điều kiện địa hình.
Diện tích đất lâm nghiệp chủ yếu phân bố ở những vùng miền núi với địa hình
đồi núi liên tục và độ dốc lớn. Tuy nhiên số lƣợng nghiên cứu nhằm hiệu
chỉnh ảnh hƣởng của địa hình đến chất lƣợng ảnh vệ tinh còn quá ít. Chính vì
vậy quá trình phân loại ảnh vệ tinh trong phòng có độ chính xác chƣa cao
hoặc nói cách khác là chƣa tận dụng đƣợc tối đa thông tin từ ảnh vệ tinh. Điều
này dẫn đến cần một khối lƣợng lớn nhân công đi thực địa hiệu chỉnh bản đồ
giải đoán.
- Liên quan đến hệ thống phân loại đang đƣợc Việt Nam sử dụng còn
có tiêu chí trữ lƣợng gỗ. Khi dùng các phƣơng pháp phân loại trạng thái thông
thƣờng chủ yếu phát hiện hiện trạng bề mặt lớp phủ mà khó có thể nhận biết
đƣợc thông tin về trữ lƣợng gỗ. Chính vì vậy, phƣơng pháp tính trữ lƣợng gỗ
từ ảnh viễn thám nên đƣợc tách riêng rồi sau đó với kết hợp lại cùng với
phƣơng pháp phân loại trạng thái để đƣa ra hệ thống phân loại theo đúng yêu
cầu của các nhà quản lý.
- Nghiên cứu sâu về ảnh vệ tinh SPOT-5 trong phân loại trạng thái rừng
và đất lâm nghiệp là cơ sở để nghiên cứu và ứng dụng ba loại ảnh vừa đƣợc
phổ biến ở Việt Nam từ năm 2014 nhƣ VNREDSat-1, SPOT-6, SPOT-7. Các
loại ảnh này có đến 3 trong tổng số 4 kênh tƣơng đồng dải phổ với nhau.

33
Chƣơng 2
NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
Nhằm đạt đƣợc mục tiêu đề ra, luận án thực hiện bốn nội dung nghiên
cứu cơ bản sau đây:
2.1.1. Hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5
- Hiệu chỉnh cấp xám độ do ảnh hƣởng của địa hình theo phƣơng pháp
thống kê thực nghiệm.
- Hiệu chỉnh cấp xám độ do ảnh hƣởng của địa hình theo phƣơng pháp
bán thực nghiệm - hệ số c.
- Đánh giá kết quả hiệu chỉnh cấp xám độ từ hai phƣơng pháp.
2.1.2. Ước lượng trữ lượng gỗ dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5
Nội dung nghiên cứu nhằm tạo ra bản đồ trữ lƣợng gỗ làm thông tin
đầu vào cho nội dung tiếp theo trong quá trình phân loại trạng thái rừng.
- Hiệu chỉnh ảnh hƣởng của địa hình trên ảnh vệ tinh cho tất cả các
cảnh ảnh.
- Ghép các ảnh trong vùng nghiên cứu.
- Xử lý số liệu các ô tiêu chuẩn.
- Xây dựng bản đồ trữ lƣợng gỗ cho vùng nghiên cứu theo những
phƣơng án khác nhau.
- Đánh giá độ chính xác và quyết định chọn bản đồ trữ lƣợng gỗ thành
quả.
2.1.3. Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh vệ tinh SPOT-5
- Chuẩn hóa bản đồ kết quả kiểm kê rừng tỉnh Bắc Kạn theo thời gian
chụp ảnh vệ tinh, loại vùng bị mây, bóng núi, ranh giới không liên quan đến
trạng thái (ranh giới hành chính, tiểu khu, khoảnh, chủ quản lý).
- Khảo sát cấp xám độ ảnh vệ tinh và trạng thái rừng, đất lâm nghiệp.

34
- Đánh giá khả năng nhận biết trạng thái rừng và đất lâm nghiệp dựa
trên ảnh vệ tinh SPOT-5.
- Đánh giá khả năng nhận biết trạng thái rừng và đất lâm nghiệp dựa
trên ảnh vệ tinh SPOT-5 và bản đồ trữ lƣợng gỗ.
- Xây dựng bộ quy tắc phân loại trạng thái rừng và đất dựa vào ảnh vệ
tinh SPOT-5.
2.1.4. Đề xuất quy trình giải đoán ảnh vệ tinh SPOT-5 xây dựng bản đồ
hiện trạng rừng
- Phân tích các bƣớc thực hiện trong từng công đoạn.
- Đề xuất quy trình giải đoán ảnh xây dựng bản đồ hiện trạng rừng.
2.2. Dữ liệu sử dụng và đặc điểm vùng nghiên cứu
2.2.1. Dữ liệu sử dụng
Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu gồm:
Ảnh vệ tinh SPOT-5
Nghiên cứu sử dụng bốn cảnh ảnh SPOT-5 phủ kín toàn tỉnh Bắc Kạn.
Hai cảnh chụp ngày 2 tháng 11 năm 2010 phủ phần lớn diện tích tỉnh, một
cảnh chụp ngày 15 tháng 1 năm 2009 và một cảnh chụp ngày 20 tháng 11
năm 2008 phủ vùng còn lại. Mỗi cảnh ảnh có bốn kênh đa phổ với độ phân
giải không gian 10m và 3 kênh tổ hợp màu tự nhiên độ phân giải không gian
2,5 m. Ảnh đã đƣợc nắn chỉnh hình học trực giao theo hệ tọa độ VN2000
(Level 3), múi 3o
, kinh tuyến trục địa phƣơng 106,5o
. Đi kèm với ảnh gồm các
thông tin góc mặt trời tại thời điểm chụp. Ảnh đƣợc cung cấp bởi Cục Viễn
thám Quốc gia thông qua Viện Điều tra, Quy hoạch rừng.

35
Bảng 2.1: Thông tin ảnh SPOT-5 vùng nghiên cứu
Thông tin ảnh Vùng chùm phủ
Cảnh thứ nhất:
Chụp lúc 10:30 ngày 2/11/2010
Góc mặt trời phƣơng thẳng đứng: 153,49
độ
Góc mặt trời phƣơng ngang: 49,14 độ
Cảnh thứ hai:
Chụp lúc 10:30 ngày 2/11/2010
độ
Cảnh thứ ba:
Chụp lúc 10:35 ngày 15/1/2009
độ
Cảnh thứ tƣ:
Chụp lúc 10:11 ngày 20/11/2008
độ

36
Hình 2.1: Ảnh đa phổ SPOT-5 tỉnh Bắc Kạn
Bản đồ kết quả kiểm kê rừng tỉnh Bắc Kạn
Bản đồ kết quả kiểm kê rừng tỉnh Bắc Kạn tỷ lệ 1/10.000 đƣợc hoàn
thành tháng 3 năm 2012 do Viện Điều tra, Quy hoạch rừng, Chi cục Kiểm
lâm và các cơ quan, chủ rừng (hộ gia đình, tổ chức) tỉnh Bắc Kạn thực hiện
trong khuôn khổ Dự án Tổng điều tra, kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn
2013-2016.

37
Thông tin chính tại mỗi lô trên bản đồ gồm: địa chỉ huyện, xã, tiểu khu,
khoảnh, tên chủ quản lý, diện tích, tên trạng thái rừng (theo hệ thống 93 loại).
Nếu là lô rừng trồng thì có thêm thông tin loài cây, năm trồng. Bản đồ hiện
trạng rừng có độ chính xác đạt 90% khi thực hiện điều tra rừng và đƣợc các
cán bộ kiểm lâm địa bàn, chủ rừng rà soát để chỉnh sửa 10% chƣa đúng tên
trạng thái trên toàn bộ diện tích tự nhiên của tỉnh khi thực hiện kiểm kê rừng
[28].
(Nguồn: [28])
Hình 2.2: Phân bố rừng tỉnh Bắc Kạn năm 2012

38
Bộ số liệu đo đếm ô tiêu chuẩn rừng thuần gỗ tỉnh Bắc Kạn
Số liệu đo đếm ô tiêu chuẩn đƣợc kế thừa từ Dự án Tổng điều tra, kiểm
kê rừng tỉnh Bắc Kạn và Dự án Hỗ trợ chƣơng trình theo dõi và đánh giá lâu
dài tài nguyên rừng và cây phân tán toàn quốc tại Việt Nam thực hiện đo đếm
từ tháng 11/2011 đến tháng 4/2012.
Quá trình sử dụng đã loại bỏ 7 ô sai tọa độ, 7 ô nằm trong vùng ảnh vệ
tinh bị mây và bóng núi, 182 ô rừng hỗn giao gỗ tre nứa. Số ô sử dụng trong
nghiên cứu là 649 ô tiêu chuẩn gồm: 300 ô rừng gỗ tự nhiên núi đất, 47 ô
rừng gỗ tự nhiên núi đá, 221 ô rừng trồng gỗ và 81 ô đất trống.
Bản đồ đường đồng mức và điểm độ cao tỷ lệ 1/10.000:
Nghiên cứu sử dụng bản đồ đƣờng đồng mức và điểm độ cao tỷ lệ
1/10.000 trên toàn bộ diện tích tự nhiên tỉnh Bắc Kạn. Độ chênh cao giữa hai
đƣờng đồng mức liền nhau là 10m.
2.2.2. Đặc điểm vùng nghiên cứu
Địa hình địa thế
Bắc Kạn là tỉnh có kiểu địa hình đồi núi thấp và núi trung bình, bị chi
phối bởi các dãy núi cánh cung kéo dài và nghiêng dần từ Bắc xuống Nam,
đặc biệt là vùng cung Ngân Sơn, xen lẫn là những khối núi đá vôi hiểm trở. Ở
phía đông và phía tây tỉnh, địa hình bị bào mòn, chia cắt mạnh.
Nhìn tổng quát có thể phân thành các kiểu địa hình chính sau:
- Kiểu địa hình núi trung bình: có độ cao tuyệt đối từ 700 - 1700m,
chiếm 12,43% diện tích tự nhiên toàn tỉnh. Phân bố tập trung ở các huyện:
Ngân Sơn, Pắc Nậm, Ba Bể, phía Tây Bắc huyện Chợ Đồn và các xã Kim Lƣ,
Cƣ Lễ (Na Rì). Độ dốc bình quân 30 - 380
, tầng đất trung bình là chủ yếu,
nhiều nơi còn giữ nguyên đƣợc tính chất của đất lâm nghiệp.
- Kiểu địa hình núi thấp: có độ cao tuyệt đối từ 300 đến dƣới 700m,
chiếm 64,31% diện tích tự nhiên toàn tỉnh. Phân bố tập trung ở các huyện: Na

39
Rì, Chợ Mới và phía Nam huyện Bạch Thông. Độ dốc bình quân từ 28 - 350
.
Nơi độ dốc <300
có tầng đất khá dày, thích hợp cho sản xuất lâm nghiệp. Xen
kẽ với kiểu địa hình này là những khu ruộng bậc thang nằm trong các thung
lũng hẹp.
- Kiểu địa hình đồi: có độ cao tuyệt đối dƣới 300m, chiếm 8,26% diện
tích tự nhiên toàn tỉnh. Kiểu địa hình này phân bố xen kẽ với địa hình núi thấp
ở các huyện Bạch Thông, Chợ Mới, Chợ Đồn, độ dốc trung bình 20- 2500
, đất
thƣờng có tầng dầy, rất thích hợp cho sản xuất lâm nghiệp.
- Kiểu địa hình Cacxtơ: chủ yếu là Cacxtơ đai thấp dƣới 700m, chiếm
7,29% diện tích tự nhiên toàn tỉnh. Phân bố nhiều ở các xã Kim Hỷ, Côn
Minh (Na Rì), Vũ Muộn (Bạch Thông) và xung quanh Hồ Ba Bể. Trên kiểu
địa hình này có nhiều hang động và hệ động, thực vật núi đá với nhiều loài
quí hiếm.
- Kiểu địa hình thung lũng và bồn địa: chiếm 6,41% diện tích tự nhiên
toàn tỉnh, (phân bố rải rác ở các huyện, thị) xen kẽ với các kiểu địa hình núi
thấp và đồi bát úp. Đất đai đƣợc hình thành từ sản phẩm rửa trôi của vùng núi,
tƣơng đối màu mỡ, thuận tiện cho phát triển nông nghiệp.
Đặc điểm rừng tự nhiên
Rừng tự nhiên 292.264 ha, chiếm 60,1% diện tích tự nhiên. Sau đây là
đặc điểm của các trạng thái rừng chính.
Rừng gỗ núi đất
- Rừng giàu núi đất có diện tích 991 ha. Đặc điểm chung là rừng đã bị
khai thác chọn. Độ tàn che từ 0,6 ÷ 0,7. Tuy bị tác động nhƣng kết cầu tầng
tán của rừng chƣa bị phá vỡ. Tổ thành loài chủ yếu: Dẻ, Trƣờng, Kháo, Trám,
Trâm, Chò, Bời lời, Nhọc, Thừng mực, Lòng mang, Thẩu tấu, Sau sau. Các
nhân tố bình quân của rừng: D1.3 từ 18 ÷ 22 cm, Hvn từ 15 ÷ 17 m, N/ha từ 800
÷ 900 cây/ha, G/ha từ 25 ÷ 27 m2
; M/ha từ 240 ÷ 280 m3
/ha. Hiện tại, rừng

40
giàu núi đất chỉ còn ở vùng núi cao dốc, xa dân cƣ và giao thông đi lại khó
khăn.
- Rừng trung bình núi đất có diện tích 11.403 ha. Kiểu trạng thái này có
khả năng đƣa vào khai thác gỗ và lâm sản. Độ tàn che của rừng từ 0,4 ÷ 0,6,
kết cầu tầng tán của rừng đã bị phá vỡ, nhƣng vẫn còn hoàn cảnh rừng. Tổ
thành loài cây chủ yếu: Dẻ, Trâm, Kháo, Thẩu tấu, Trƣờng, Thừng mực, Sau
sau, Trám. Các nhân tố bình quân của rừng: D1.3 từ 15 ÷ 20 cm, Hvn từ 13 ÷
16 m, N/ha từ 900 ÷ 1.000 cây/ha, G/ha từ 18 ÷ 22 m2
; M/ha từ 150 ÷ 170
m3
/ha. Hầu hết các huyện đều còn trạng thái rừng trung bình, nhƣng tập trung
nhiều ở các huyện Ba Bể, Chợ Mới và Na Rì.
- Rừng nghèo và rừng nghèo kiệt núi đất có diện tích gần 11.253 ha.
Trƣớc mắt, rừng nghèo không có khả năng đƣa vào diện khai thác gỗ và lâm
sản. Độ tàn che của rừng từ 0,3 ÷ 0,4, kết cấu tầng tán đã bị phá vỡ hoàn toàn.
Tổ thành thực vật chủ yếu các loài cây thuộc nhóm hồng sắc và tạp mộc, nhƣ
Dẻ, Trám, Lọng bàng, Thành ngạnh, Côm tầng, Chẹo, Xoan nhừ, Gội tía,
Máu chó, Mít nài. Các nhân tố bình quân của rừng: D1.3 từ 16 ÷ 18 cm, Hvn từ
12 ÷ 14 m, N/ha từ 300 ÷ 400 cây/ha, M/ha từ 25 ÷ 100 m3
/ha. Phân bố hầu
khắp các huyện trong tỉnh, trong đó tập trung nhiều ở các huyện Ngân Sơn và
Na Rì.
- Rừng phục hồi núi đất có diện tích 119.541 ha gồm rừng phục hồi sau
khai thác kiệt và phục hồi sau nƣơng rẫy, phần lớn là những loài tiên phong -
ƣa sáng, mọc nhanh: Sau sau, Thẩu tấu, Hoắc quang, Thành ngạnh, Dẻ, Kháo,
Trâm, Sòi tía, Ràng ràng. Độ tàn che từ 0,4 ÷ 0,6, với các nhân tố bình quân:
D1.3 từ 12 ÷ 16 cm, Hvn từ 10 ÷ 12 m, N/ha từ 1.000 ÷ 1.100 cây/ha, G/ha từ
12 ÷ 15 m2
, M/ha từ 80 ÷ 100 m3
/ha. Loại rừng này phân bố hầu khắp các
huyện trong tỉnh, trong đó tập trung nhiều ở các huyện Ngân Sơn, Chợ Đồn,
Na Rì, Thị xã và Chợ Mới.

41
Rừng tre nứa
Diện tích 3.945 ha, phân bố ở hầu hết các huyện trong tỉnh, nhƣng tập
trung nhiều ở các huyện Chợ Mới, Chợ Đồn, Bạch Thông. Những loài tre nứa
chính ở Bắc Kạn, gồm:
Rừng Nứa. Nứa có đƣờng kính bình quân từ 3 ÷ 5 cm, mật độ N/ha từ
3.500 ÷ 12.000 cây/ha.
Rừng Tre, Vầu có đƣờng kính bình quân từ 8 ÷ 12 cm, N/ha từ 4.000 ÷
6.000 cây/ha. Vầu có đƣờng kính bình quân từ 10 ÷ 20 cm, N/ha từ 4.000 ÷
8.000 cây/ha.
Rừng hỗn giao
- Rừng hỗn giao gỗ-tre nứa với loài cây gỗ chiếm ƣu thế. Diện tích
70.074 ha. Đối với tầng cây gỗ có tổ thành loài cây chủ yếu Dẻ, Lá nến,
Trƣờng, Kháo, Thẩu tấu, Chò xót, Trâm, Thành ngạnh, Gội, Ràng ràng. Các
nhân tố bình quân của rừng: D1.3 từ 12 ÷ 14 cm, Hvn từ 11 ÷ 13 m, N/ha từ 850
÷ 950 cây/ha, G/ha từ 9,0 ÷ 11,0 m2
và M/ha từ 60 ÷ 80 m3
/ha. Đối với tầng
tre nứa chủ yếu Vầu. Đƣờng kính trung bình từ 4 ÷ 6 cm, H từ 7 ÷ 10 m, N/ha
từ 4.000 ÷ 6.000 cây/ha.
Loại rừng này phân bố ở tất cả các huyện trong tỉnh, trong đó tập trung
nhiều ở các huyện Chợ Đồn, Chợ Mới, Na Rì, Bạch Thông và Pác Nậm.
- Rừng hỗn giao tre nứa-gỗ có loài tre nứa chiếm ƣu thế, cây gỗ mọc rải
rác. Diện tích 21.936 ha, tầng tre nứa chủ yếu thuộc loài Vầu, có đƣờng kính
trung bình từ 3 ÷ 5 cm, Hvn từ 7 ÷ 10 m, N/ha từ 5.000 ÷ 7000 cây/ha. Tầng
cây gỗ có mật độ thƣa thớt , thành phần loài chủ yếu Dẻ, Trâm, Thừng mực,
Ngát, Kháo, Chẩn, Bứa. Các nhân tố bình quân của rừng: D1.3 từ 14 ÷ 16 cm,
Hvn từ 11 ÷ 13 m, N/ha từ 450 ÷ 500 cây/ha, G/ha từ 6,0 ÷ 7,0 m2
và M/ha từ
20 ÷ 40 m3
/ha.

42
Rừng gỗ núi đá
Diện tích 52.378 ha, chiếm gần 17,9% diện tích rừng tự nhiên. Gồm
các loại rừng giàu (10.024 ha), rừng trung bình (11.225 ha), rừng nghèo
(22.191 ha) và rừng phục hồi (8.938 ha). Tổ thành loài cây phần lớn là những
loài cây gỗ cứng và quý nhƣ Nghiến, Ô rô, Săng quýt, Trai, Táu đá, Dẻ,
Trƣờng, Chè đắng, Sến, Chò, Lát hoa, Chua khét, Trƣờng sâng, Trƣờng vải
Re xanh, Sồi. Cây gỗ trong lâm phần núi đá có đƣờng kính bình quân lớn hơn
đƣờng kính bình quân của các lâm phần núi đất có cùng cấp trạng thái, nhƣng
chiều cao thì ngƣợc lại. Mật độ cây gỗ bình quân từ 600 ÷ 900cây/ha.
Đặc điểm rừng trồng
Diện tích rừng trồng là 42.907 ha, chiếm 8,8% diện tích tự nhiên. Các
loài cây trồng chính trên địa gồm: Mỡ, Keo, Thông, Hồi, Bạch đàn, Sa mộc,
Quế, Lát xoan...đƣợc trồng thuần loài hoặc hỗn giao. Diện tích rừng trồng tập
trung nhiều ở các huyện Chợ Mới, Chợ Đồn. Phần lớn diện tích rừng trồng
đều thuộc các dự án trồng rừng quốc gia nhƣ 327, PAM, 661, Dự án trồng
rừng Việt - Đức và một số ít do các hộ gia đình trồng tự phát. Diện tích các
loài rừng trồng thuần loài chính gồm Mỡ có diện tích 13.282 ha, Keo 5.004
ha, Hồi 4.677 ha và Thông 3.099 ha.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Quá trình nghiên cứu đƣợc thực hiện tuần tự theo bốn nội dung của
luận án. Nội dung thứ nhất nghiên cứu để chọn ra phƣơng pháp phù hợp hiệu
chỉnh ảnh hƣởng của địa hình trên ảnh vệ tinh. Dữ liệu đầu vào thực hiện cho
bƣớc này gồm ảnh vệ tinh đã đƣợc hiệu chỉnh hình học trực ảnh và bản đồ
nền địa hình khu vực nghiên cứu. Ảnh vệ tinh đƣợc hiệu chỉnh cấp xám độ
dựa vào thông tin độ dốc, hƣớng dốc tính từ bản đồ nền địa hình và góc mặt
trời tại thời điểm chụp ảnh. Nghiên cứu áp dụng hai phƣơng pháp hiệu chỉnh
khác nhau là thống kê thực nghiệm và bán thực nghiệm để đánh giá và rút ra

43
phƣơng pháp hiệu chỉnh phù hợp cho vùng nghiên cứu nói riêng và điều kiện
địa hình phức tạp của Việt Nam nói chung.
Phƣơng pháp hiệu chỉnh phù hợp rút ra từ nội dung thứ nhất đƣợc áp
dụng hiệu chỉnh trên các cảnh ảnh vùng nghiên cứu để làm dữ liệu đầu vào
xây dựng bản đồ trữ lƣợng gỗ trong nội dung thứ hai. Các cảnh ảnh ghép lại
thành một cảnh thống nhất kết hợp với giá trị trữ lƣợng gỗ tại các ô tiêu chuẩn
để xây dựng bản đồ trữ lƣợng gỗ cho từng điểm ảnh trên toàn vùng nghiên
cứu.
Bƣớc thứ ba sử dụng dữ liệu từ bƣớc thứ hai gồm ảnh vệ tinh đã ghép,
bản đồ trữ lƣợng gỗ và bản đồ kết quả kiểm kê rừng tỉnh Bắc Kạn để phân
tích khoảng cấp xám độ ảnh cho từng trạng thái rừng và đất lâm nghiệp. Kết
quả phân tích đánh giá mức độ tách biệt về xám độ ảnh đối với các trạng thái.
Nếu hai trạng thái có khoảng cấp xám độ khác nhau có nghĩa là ảnh vệ tinh
nhận biết hai đối tƣợng tốt và ngƣợc lại.
Quá trình xử lý từ bƣớc thứ nhất, thứ hai và thứ ba đƣợc tổng hợp để
xây dựng quy trình xử lý ảnh, giải đoán bản đồ hiện trạng rừng của nội dung
nghiên cứu thứ tƣ.

44
Hình 2.3: Sơ đồ nghiên cứu tổng quát
Ảnh vệ tinh đƣợc
hiệu chỉnh ảnh
hƣởng địa hình
Ô tiêu chuẩn
Ghép các ảnh vệ
tinh
Xử lý số liệu ô
tiêu chuẩn
Bản đồ trữ lƣợng
gỗ
Bản đồ kiểm kê
rừng Bắc Kạn
Phân tích quan
hệ xám độ ảnh
và trạng thái
rừng
Bộ quy tắc phân
loại các đối
tƣợng
Ảnh vệ tinh đã
hiệu chỉnh hình
học
Bản đồ địa hình
Hiệu chỉnh địa
hình theo thực
nghiệm
Hiệu chỉnh địa
hình theo bán
thực nghiệm
Phƣơng pháp
hiệu chỉnh phù
hợp
1
2
3

45
2.3.1. Hiệu chỉnh ảnh hưởng địa hình trên ảnh vệ tinh SPOT-5
Nghiên cứu thử nghiệm hai phƣơng pháp hiệu chỉnh ảnh hƣởng của địa
hình trên ảnh vệ tinh để tìm ra phƣơng pháp hiệu chỉnh phù hợp. Sau khi xem
xét trong phần tổng quan nghiên cứu, phƣơng pháp hiệu chỉnh bán thực
nghiệm và hiệu chỉnh thực nghiệm đƣợc chọn ra để thực hiện.
Hình 2.4: Hiệu chỉnh ảnh hƣởng địa hình trên ảnh vệ tinh
Ảnh SPOT-5 đã
hiệu chỉnh hình
học trực ảnh
Bản đồ địa hình tỷ lệ
1/10.000
Kiểm tra, chỉnh sửa giá
trị độ cao
Bản đồ mô hình số độ
cao
Bản đồ độ dốc, hƣớng
dốc
Thông số vị trí mặt trời
thời điểm chụp ảnh
Bản đồ phân cấp độ dốc,
hƣớng dốc
Bản đồ cose góc tới mặt
trời so với mặt phẳng lý
thuyết (z), bề mặt thực
tế (i)
Hệ số c
Hiệu chỉnh địa hình
theo bán thực nghiệm
Hệ số hiệu chỉnh
Hiệu chỉnh địa hình
thống kê thực nghiệm
Phƣơng pháp hiệu chỉnh
phù hợp
Đánh giá kết quả

Luận án tiến sĩ lâm nghiệp nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh spot 5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh bắc kạn

Luận án tiến sĩ lâm nghiệp nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh spot 5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh bắc kạn

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (8)

Similar to Luận án tiến sĩ lâm nghiệp nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh spot 5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh bắc kạn

Similar to Luận án tiến sĩ lâm nghiệp nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh spot 5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh bắc kạn (20)

More from https://www.facebook.com/garmentspace

More from https://www.facebook.com/garmentspace (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Luận án tiến sĩ lâm nghiệp nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh spot 5 trong phân loại các trạng thái rừng tỉnh bắc kạn