ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Trang ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN, KHU VỰC THỰC NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Trang ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN, KHU VỰC THỰC NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý Mã số : 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM MINH HẢI Hà Nội – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan (i) Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. (ii) Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. (iii) Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Học viên Trần Thị Trang LỜI CẢM ƠN Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Phạm Minh Hải - Trưởng phòng nghiên cứu đo vẽ ảnh và viễn thám – Viện khoa học đo đạc và bản đồ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Học viên xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường đại học Khoa học tự nhiên, các thầy cô giáo trong khoa Địa lý, các thầy cô và các anh, chị trong bộ môn Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Nhân dịp này cho tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình thực hiện cũng không tránh khỏi được những sai sót, hạn chế, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn. HỌC VIÊN Trần Thị Trang DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐNN : Đất ngập nước GIS : Hệ thông tin địa lý MLC : Phương pháp xác xuất cực đại, Maximum Likelihood NTTS : Nuôi trồng thủy sản RNM : Rừng ngập mặn R11T : Rừng 11 tuổi R12T : Rừng 12 tuổi R13T : Rừng 13 tuổi VQG : Vườn Quốc Gia DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Các đặc trưng khí hậu trung bình tháng và năm tại trạm Văn Lý, tỉnh Nam Định từ năm 2009 – 2012 42 Bảng 3.2. Lịch thuỷ triều được tính theo lịch trăng (âm lịch). Chu kỳ con nước tính như sau: 43 Bảng 3.3: Đặc điểm rừng trang trồng khu vực nghiên cứu (tháng 10/2013) 46 Bảng 3.4. Diện tích, dân số và mật độ dân số các xã vùng đệm VQG Xuân Thủy 48 Bảng 3.5: Cơ cấu kinh tế trên địa bàn huyện Giao Thuỷ (Đơn vị: %) 48 Bảng 3.6: Tư liệu ảnh được sử dụng trong đề tài 50 Bảng 3.7: Thư viện mẫu dùng để chọn vùng mẫu phân loại ảnh 54 Bảng 3.8: Bảng ma trận sai số hiện trạng lớp phủ đất năm 1984 61 Bảng3.9: Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 1984 . 62 Bảng 3.10: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2001 63 Bảng3.11:Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 2001 63 Bảng 3.12: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2006 64 Bảng 3.13:Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 2006 64 Bảng 3.14: Bảng ma trận sai số của hiện trạng lớp phủ đất năm 2013 65 Bảng 3.15: Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại hiện trạng lớp phủ năm 201365 Bảng 3.16: Hiện trạng sử dụng đất vùng cửa Ba Lạt năm 2003, 2007 (đơn vị: ha) 69 Bảng 3.17. Hiện trạng sử dụng đất năm 2010 vùng Cửa Ba Lạt, huyện Giao Thủy . 70 Bảng 3.18 : Thống kê diện tích các kiểu hệ sinh thái ĐNN ở Ba Lạt theo các thời kỳ (ha) 72 Bảng 3.19: Biến động diện tích các Hệ sinh thái ĐNN khu vực Ba Lạt theo các thời kì 72 Bảng 3.20. Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 1984 – 2001 73 Bảng 3.21 .Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 2001- 2006 77 Bảng 3.22. Bảng thống kê diện tích biến động rừng ngập mặn thời kì 2006-2013 80 Bảng 3.23. Bảng thống kê diện tích rừng ngập mặn mất đi và thêm mới qua các thời kì 83 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Biểu đồ phân bố rừng ngập mặn trên thế giới tính đến năm 2010 6 Hình 1.2. Ví dụ về một kết quả lập bản đồ RNM dựa trên phân loại ảnh SPOT 5 và TerraSAR-X cho tỉnh Cà Mau ở đồng bằng sông Cửu Long, năm 2010 10 Hình 2.1. Nguyên lý viễn thám vệ tinh 19 Hình 2.2. Đặc điểm phổ phản xạ của các nhóm đối tượng tự nhiên chính 22 Hình 2.3. Đặc trưng quang phổ và các yếu tố gây ảnh hưởng của loài Mắm và Đước khi đo bằng máy quang phổ thực địa ở tỉnh Cà Mau, Việt Nam (1/2010) . 24 Hình 2.4: Mô hình tổ chức của GIS (Theo ESRI- 1984) 25 Hình 2.5. Đồ thị đặc trưng của thuật toán MLC 34 Hình 3.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 39 Hình 3.2.Thu hoạch ngao trong vùng đệm tại cửa Ba Lạt ở xã Giao Xuân 50 Hình 3.3: Ảnh tổ hợp màu khu vực nghiên cứu qua các thời kỳ 51 Hình 3.4: Công cụ phân loại Maximum Likelihood trên phần mềm Envi 53 Hình 3.5. Vùng mẫu phân loại 54 Hình 3.6: Giải thích nhiễu điểm ảnh ở kết quả phân loại 55 Hình 3.7: Chiết tách thủy văn trên ảnh vệ tinh Landsat 2013 56 Hình 3.8: Sơ đồ bố trí các điểm quan sát và lấy mẫu thực địa 57 Hình 3.9: Một số hình ảnh thực địa tại khu vực của Ba Lạt 58 Hình 3.10: Mẫu đánh giá độ chính xác 60 Hình 3.11: Công cụ chuyển đổi dữ liệu sang dạng Grid trên GIS 66 Hình 3.12: Hiện trạng lớp phủ rừng ngập mặn Ba Lạt qua các thời kì 67 Hình 3.13: Kiểm tra kết quả biến động rừng ngập mặn trên ENVI 68 Hình 3.14:.Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 1984 – 2001 73 Hình 3.15.Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng thêm mới thời kì 1984 – 2001( Đơn vị: ha) 74 Hình 3.16: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 2001 - 2006 76 Hình 3.17.Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng thêm mới thời kì 2001 – 2006( Đơn vị: ha) 77 Hình 3.18: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Ba Lạt thời kì 2006 - 2013 79 Hình 3.19. Biểu đồ thể hiện biến động diện tích rừng mất đi và diện tích rừng thêm mới thời kì 2006 – 2013( Đơn vị: ha) 80 Hình 3.20. Biểu đồ thể hiện sự biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực cửa Ba Lạt thời kì 1984-2013 83 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài 2 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2 4. Nội dung nghiên cứu 3 5. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 7. Cấu trúc luận văn 4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN TRONG NƢỚC VÀ THẾ GIỚI 5 1.1. Khái niệm, vai trò của rừng ngập mặn 5 1.1.1. Khái niệm về rừng ngập mặn 5 1.1.2. Vai trò của hệ sinh thái rừng ngập mặn 5 1.2. Tình hình phân bố rừng ngập mặn trên thế giới và Việt Nam 6 1.2.1. Phân bố rừng ngập mặn trên thế giới 6 1.2.2. Phân bố rừng ngập mặn tại Việt Nam 7 1.3. Tổng quan về nghiên cứu hệ sinh thái RNM bằng viễn thám 8 1.3.1.Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình 8 1.3.2. Tổng quan về thành lập bản đồ RNM dựa trên ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao 11 1.3.3. Tổng quan về thành lập bản đồ rừng ngập mặn dựa trên dữ liệu ảnh Radar 13 1.4. Nhận xét chung 15 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP LUẬN TRONG NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN 18 2.1. Những vấn đề chung về viễn thám 18 2.1.1. Định nghĩa viễn thám 18 2.1.2. Nguyên lý chung của viễn thám 19 2.1.3. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 20 2.1.4. Những đặc trưng để xác định RNM từ tư liệu viễn thám quang học 23 2.2. Những vấn đề chung về hệ thông tin địa lý (GIS) 25 2.2.1. Khái quát chung 25 2.2.2. Các chức năng của phần mềm GIS 27 2.2.3. GIS trong nghiên cứu biến động RNM 29 2.2.4. Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nghiên cứu sự biến động diện tích rừng ngập mặn. 30 2.3. Cơ sở khoa học của quy trình đánh giá biến động 33 2.4. Mô hình toán học của thuật toán phân loại xác suất cực đại (MLC) 34 2.5. Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn 35 2.5.1. Sơ đồ quy trình chung thành lập bản đồ biến động của 3 thời kì 35 2.5.2. Sơ đồ cụ thể thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn trong từng thời kì 36 CHƢƠNG 3. ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN BA LẠT THỜI KÌ 1984 - 2013 38 3.1. Khái quát khu vực nghiên cứu 38 3.1.1.Điều kiện tự nhiên 38 3.1.1.1. Vị trí địa lý 38 3.1.1.2. Địa hình, địa mạo 40 3.1.1.3. Điều kiện khí tượng, thủy văn, hải văn 41 3.1.1.4. Thổ nhưỡng 44 3.1.1.5. Hệ sinh thái rừng ngập mặn vùng Ba Lạt 44 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội 47 3.2. Tƣ liệu sử dụng cho đề tài 50 3.3. Các bƣớc tiến hành 52 3.3.1. Cắt ảnh theo phạm vi nghiên cứu 52 3.3.2. Nắn chỉnh ảnh 52 3.3.3. Phân loại ảnh theo phương pháp xác suất cực đại Maximum Likelihood . 53 3.3.4. Lọc nhiễu ảnh 55 3.3.5. Khảo sát thực địa 57 3.3.6. Đánh giá độ chính xác kết quả sau phân loại của các thời kỳ 58 3.3.7. Đánh giá biến động trên GIS 65 3.4. Phân tích biến động diện tích rừng ngập mặn qua các thời kì 68 3.4.1. Thời kì 1984 – 2001 72 3.4.2. Thời kì 2001 – 2006 76 3.4.3. Thời kì 2006 – 2013 79 3.4.4.Nhận xét chung 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 [...]... và của khu vực cửa sông Ba Lạt nói riêng 7 Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm có 3 chương: Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu Rừng ngập mặn trong nước và thế giới Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp luận trong nghiên cứu rừng ngập mặn Chương 3: Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn, đánh giá kết quả biến động diện tích rừng ngập mặn. .. vi nghiên cứu của đề tài Phạm vi không gian: Ven cửa sông Ba Lạt Phạm vi thời gian: Nghiên cứu biến động rừng ngập mặn trong thời kì từ năm 1984 đến năm 2013 Phạm vi khoa học: Luận văn đi sâu nghiên cứu đặc điểm quy trình công nghệ xử lý ảnh viễn thám trong thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn trên cơ sở đó phân tích hiện trạng biến động đất rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu 2 4 Nội dung nghiên cứu. .. khu vực thực nghiệm ở cửa Ba Lạt ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình 2 Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn, trên cơ sở đó phân tích sự biến động diện tích RNM và mối liên hệ biến động diện tích với hoạt động sản xuất tại địa phương Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - RNM ven biển... đã tiến hành nghiên cứu biến động diện tích RNM bằng việc tích hợp các tư liệu viễn thám và GIS phân loại trên tư liệu ảnh viễn thám bằng thuật toán MLC 17 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP LUẬN TRONG NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN 2.1 Những vấn đề chung về viễn thám 2.1.1 Định nghĩa viễn thám Viễn thám được hiểu là một khoa học và công nghệ để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một... biến động diện tích rừng ngập mặn tại cửa Ba Lạt thời kì 1984 – 2013 Tài liệu tham khảo 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU RỪNG NGẬP MẶN TRONG NƢỚC VÀ THẾ GIỚI 1.1 Khái niệm, vai trò của rừng ngập mặn 1.1.1 Khái niệm về rừng ngập mặn Rừng ngập mặn là một loại rừng đặc biệt ở vùng cửa sông, ven biển của các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới Trong rừng ngập mặn chỉ có một số loài cây sống được... thống và kiến trúc hiện đại, sự giao thoa phong cách kiến trúc phương Đông và phương Tây, cùng với tập quán nuôi trồng và khai thác nguồn lợi thủy sản từ hệ thống đầm tôm và vây rộng hàng nghìn hecta đã làm cho diện tích RNM bị suy thoái nghiêm trọng Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn ven biển, khu vực. .. giải trung bình Ở Việt Nam, những công trình nghiên cứu về RNM chưa đi sâu vào nghiên cứu nguyên nhân làm biến động diện tích RNM cũng như ảnh hưởng của sự biến động này đối với môi trường xung quanh và khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong việc đánh giá hiện trạng hay sự biến động theo thời gian của diện tích RNM Xuất phát từ tình hình chung về nghiên cứu RNM trên thế giới và ở Việt Nam, tác... thái và đánh giá các kỹ thuật điều tra trong một bối cảnh toàn cầu Chương này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về các nghiên cứu thành lập bản đồ RNM bằng công nghệ viễn thám thực hiện trong hai thập kỷ qua và bao gồm cả các nghiên cứu ở những vùng khác nhau trên thế giới sử dụng dữ liệu bộ cảm khác nhau, với nghiên cứu trọng điểm khác nhau, và sử dụng ảnh khác nhau Hơn 100 nghiên cứu được công. .. trường, phân tích sự biến động đường bờ biển, theo dõi, giám sát hiện tượng ngập úng do bão lụt, cháy rừng, giám sát độ nhiễm mặn vùng đất ven biển, biến động đất rừng vv Do đó, viễn thám đóng vai trò quan trọng đối với công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường, quy hoạch, bảo vệ môi trường phát triển bền vững Sử dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS cho phép tạo nên... nguồn gen, tạo nên đa dạng sinh học về giống loài động thực vật Vai trò văn hóa Rừng ngập mặn không chỉ hấp dẫn các nhà nghiên cứu thực vật, mà còn cả những nhà nghiên cứu động vật, thổ nhưỡng, sinh thái, môi trường, du lịch vv 1.2 Tình hình phân bố rừng ngập mặn trên thế giới và Việt Nam 1.2.1 Phân bố rừng ngập mặn trên thế giới Ước tính Rừng ngập mặn trên thế giới còn tồn tại chiếm 12,3% diện tích . Thị Trang ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN, KHU VỰC THỰC NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa. Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn ven biển, khu vực thực nghiệm ở cửa Ba Lạt ” làm đề. NHIÊN Trần Thị Trang ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN, KHU VỰC THỰC NGHIỆM Ở CỬA BA LẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC