Luận án Tiến sĩ: Phát hiện mất/suy thoái rừng Tây Nguyên bằng công nghệ địa không gian

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------------- NGUYỄN QUỐC HIỆU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN ĐỂ PHÁT HIỆN SỚM MẤT RỪNG, SUY THOÁI RỪNG Ở VÙNG TÂY NGUYÊN, VIỆT NAM NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG MÃ SỐ: 9620211 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. ĐOÀN HOÀI NAM Hà Nội, 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng tại vùng Tây Nguyên, Việt Nam”, chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng, mã ngành: 9620211 là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các tài liệu, số liệu mà luận án tham khảo đã được trích dẫn đầy đủ theo quy định.

Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2020 Tác giả Nguyễn Quốc Hiệu ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành theo Chương trình đào tạo Tiến sĩ của Trường Đại học Lâm nghiệp, Xuân Mai, Hà Nội. Nhân dịp hoàn thành Luận án, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Phùng Văn Khoa, TS. Đoàn Hoài Nam là những người thầy hướng dẫn khoa học đã nhiệt tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả trong quá trình tổ chức thực hiện và hoàn thành luận án.

Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án, tác giả đã được Ban Giám hiệu, Khoa Quản lý Tài nguyên rừng và Môi trường, tập thể và lãnh đạo Phòng Đào tạo sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo Cục Kiểm lâm quan tâm giúp đỡ, chỉ đạo và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận án. Nhân dịp này tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó. Cũng nhân dịp này, xin được cảm ơn các lãnh đạo, cán bộ thuộc Chi cục Kiểm lâm các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Lâm Đồng, Đắk Lắk, Đắk Nông đã giúp đỡ, tạo điều kiện hỗ trợ tôi trong quá trình thu thập dữ liệu. Cuối cùng và rất quan trọng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả những người thân trong gia đình và các bạn hữu gần xa đã tận tình giúp đỡ tác giả cả tinh thần và vật chất để vượt qua những khó khăn trong cuộc sống và công việc trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do điều kiện nghiên cứu và năng lực chủ quan có hạn nên luận án không tránh khỏi những khiếm khuyết nhất định, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp các nhà khoa học để hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2020 Tác giả Nguyễn Quốc Hiệu iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………….ii MỤC LỤC…………………………………………………………….iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.vi DANH MỤC CÁC BẢNG.vii DANH MỤC CÁC HÌNH. xi DANH MỤC PHỤ LỤC…………………………………………………….xv MỞ ĐẦU. 1 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

Định nghĩa về rừng, mất rừng và suy thoái rừng. Suy thoái rừng. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian để xác định thay đổi rừng trên thế giới và Việt Nam. Xác định thay đổi rừng sử dụng kỹ thuật so sánh sau phân loại.

Xác định thay đổi rừng sử dụng thuật toán phát hiện thay đổi. Đánh giá và định hướng nghiên cứu. So sánh 2 hướng tiếp cận xác định thay đổi rừng. So sánh các thuật toán phát hiện thay đổi.

Định hướng nghiên cứu. 33 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp luận. Phương pháp nghiên cứu cụ thể. 48 iv Chương 3 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội.

Vị trí địa lý. Địa chất và thổ nhưỡng. Dân số, dân tộc. Cơ cấu các ngành kinh tế.

Đặc điểm rừng ở vùng Tây Nguyên. Diện tích và phân bố các loại rừng. Biến động rừng ở vùng Tây Nguyên. Đặc điểm ảnh vệ tinh vùng Tây Nguyên.

Ảnh vệ tinh Landsat 8. Ảnh vệ tinh Sentinel 2.75 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Cơ sở khoa học ứng dụng chỉ số viễn thám trong phát hiện mất rừng, suy thoái rừng. Mối quan hệ giữa chỉ số viễn thám và trữ lượng rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8 và Sentinel 2.

Kiểm định sự khác biệt về chỉ số viễn thám giữa các trạng thái rừng trên ảnh Landsat 8 và Sentinel 2. Xác định ngưỡng chỉ số viễn thám đối với rừng không thay đổi trên ảnh Landsat 8. Xác định ngưỡng chỉ số viễn thám đối với rừng không thay đổi trên ảnh Sentinel 2. Xác định ngưỡng chỉ số tương đối phát hiện mất rừng, suy thoái v rừng ở vùng Tây Nguyên.

Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8. Sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel 2. Đề xuất hướng ứng dụng công nghệ địa không gian để phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng ở vùng Tây Nguyên.134 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ. 145 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.

148 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 130 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa BNN&PTNTB ộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc GEE Google Earth Engine GIS Hệ thống thông tin địa lý G-TN Gỗ - tre nứa GT Công nghệ địa không gian GPS Hệ thống định vị toàn cầu HG Hỗn giao KB Tên chỉ số tương đối KB(dNDVI) Giá trị KB tính theo chỉ số NDVI KB(dNBR) Giá trị KB tính theo chỉ số NBR IPCC Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu LS8 Ảnh Landsat 8 LRTX Lá rộng thường xanh LRNRL Lá rộng nửa rụng lá LRRL Lá rộng rụng lá LK Lá kim M Trữ lượng rừng (m3/ha) NDVI Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa NBR Chỉ số cháy chuẩn hóa NA Không phát hiện OTC Ô tiêu chuẩn RS Viễn thám S2 Ảnh Sentinel 2 SR Phản xạ phổ bề mặt TN-G Tre nứa – gỗ V Thể tích thân cây (m3) FCCC Công ước khung về Biến đổi Khí hậu vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. Phân bố các mẫu điều tra rừng theo tỉnh và trạng thái rừng. Ảnh Landsat 8 được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa chỉ số viễn thám với trữ lượng rừng và kiểm định sự khác biệt về chỉ số viễn thám giữa các kiểu rừng.

Ảnh Sentinel 2 được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa chỉ số viễn thám với trữ lượng rừng và kiểm định sự khác biệt về chỉ số viễn thám giữa các kiểu rừng. Số lượng và phân bố mẫu rừng không đổi theo các kiểu rừng tại 5 tỉnh vùng Tây Nguyên. Ảnh Landsat 8 được sử dụng để xác định ngưỡng mất rừng, suy thoái rừng và đánh giá độ chính xác. Ảnh Sentinel 2 được sử dụng để xác định ngưỡng mất rừng, suy thoái rừng và đánh giá độ chính xác.

Dân số khu vực Tây Nguyên các năm 1999, 2009 và 2019. Cơ cấu các ngành kinh tế các tỉnh vùng Tây Nguyên năm 2018. Diện tích rừng và đất lâm nghiệp vùng Tây Nguyên năm 2015. Biến động diện tích rừng tự nhiên và rừng trồng các tỉnh vùng Tây Nguyên giai đoạn 2015-2018.

Tổng hợp số vụ phá rừng trái phép theo các tháng trong 4 năm (2015- 2018) ở vùng Tây Nguyên. Ước lượng tham số các mô hình tương quan giữa trữ lượng rừng và chỉ số NDVI trên ảnh Landsat 8. Ước lượng tham số các mô hình tương quan giữa trữ lượng rừng và chỉ số NBR trên ảnh Landsat 8. Ước lượng tham số các mô hình tương quan giữa trữ lượng rừng và chỉ số NDVI trên ảnh Sentinel 2.

Ước lượng tham số các mô hình tương quan giữa trữ lượng rừng và chỉ số NBR trên ảnh Sentinel 2. Một số chỉ tiêu thống kê giá trị NDVI của các trạng thái rừng trên ảnh Landsat 8. Kết quả kiểm định bằng tiêu chuẩn Mann-Whitney cho từng cặp trạng thái rừng với chỉ số NDVI trên ảnh Landsat 8. Kết quả tính toán một số đặc trưng thống kê giá trị NDVI trên ảnh Landsat 8 với các nhóm kiểu rừng.

Kết quả kiểm định sự khác biệt chỉ số NDVI trên ảnh Landsat 8 với các nhóm kiểu rừng. Kết quả ước lượng ngưỡng giá trị NDVI trên ảnh Landsat 8 cho các nhóm kiểu rừng. Một số chỉ tiêu thống kê giá trị NBR của các trạng thái rừng trên ảnh Landsat 8. Kết quả kiểm định bằng tiêu chuẩn Mann-Whitney cho từng cặp trạng thái rừng với chỉ số NBR trên ảnh Landsat 8.

Kết quả tính toán một số đặc trưng thống kê giá trị NBR trên ảnh Landsat 8 với các nhóm kiểu rừng. Kết quả kiểm định sự khác biệt chỉ số NBR trên ảnh Landsat 8 với các nhóm kiểu rừng. Kết quả ước lượng ngưỡng giá trị NBR trên ảnh Landsat 8 cho các nhóm kiểu rừng. Một số chỉ tiêu thống kê giá trị NDVI của các trạng thái rừng.

Kết quả kiểm định bằng tiêu chuẩn Mann-Whitney cho từng cặp trạng thái rừng với chỉ số NDVI trên ảnh Sentinel 2. Kết quả tính toán một số đặc trưng thống kê giá trị NDVI trên ảnh Sentinel 2 với các nhóm kiểu rừng. Kết quả kiểm định sự khác biệt chỉ số NDVI trên ảnh Sentinel 2 với các nhóm kiểu rừng. Kết quả ước lượng ngưỡng giá trị NDVI trên ảnh Sentinel 2 cho các nhóm kiểu rừng.

Một số chỉ tiêu thống kê giá trị NBR của các trạng thái rừng trên ảnh Sentinel 2. Kết quả kiểm định bằng tiêu chuẩn Mann-Whitney cho từng cặp trạng thái rừng với chỉ số NBR trên ảnh Sentinel 2. Kết quả tính toán một số đặc trưng thống kê giá trị NBR trên ảnh Sentinel 2 cho các nhóm kiểu rừng. Kết quả kiểm định sự khác biệt giá trị NBR trên ảnh Sentinel 2 với các trạng thái rừng sau khi gộp nhóm.

Kết quả ước lượng ngưỡng giá trị NBR trên ảnh Sentinel 2 cho các nhóm kiểu rừng khác nhau. Kết quả xác định ngưỡng KB(dNDVI) phát hiện rừng không đổi trên ảnh Landsat 8. Kết quả xác định ngưỡng KB(dNBR) phát hiện rừng không đổi trên ảnh Landsat 8. Kết quả xác định ngưỡng KB(dNDVI) phát hiện rừng không đổi trên ảnh Sentinel 2.

Kết quả xác định ngưỡng KB(dNBR) phát hiện rừng không đổi trên ảnh Sentinel 2. Đánh giá mối quan hệ giữa trữ lượng rừng và chỉ số viễn thám theo các hàm tương quan. Xác định ngưỡng phát hiện mất rừng trên ảnh Landsat 8. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện mất rừng trên ảnh vệ tinh Landsat 8.

Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện suy thoái rừng trên ảnh Landsat 8. Xác định ngưỡng phát hiện mất rừng trên ảnh Sentinel 2. Kết quả đánh giá độ chính xác phát hiện mất rừng trên ảnh vệ tinh Sentinel 2.