Luận văn Ứng dụng công nghệ Gis trong điều chế rưng-Thử nghiệm tại khu rừng tự nhiên huyện tuy đức, tỉnh Dăk Nông

i TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA NÔNG LÂM NGHỆP LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên Đề Tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ RỪNG Thử nghiệm tại khu rừng tự nhiên huyện Tuy Đức, tỉnh Dăk Nông Họ và tên tác giả: Hoàng Trọng Khánh Ngành học: Quản lý tài nguyên rừng và Môi trường Khoá học: 2003 - 2007 Dăk Lăk, tháng 9 năm 2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA NÔNG LÂM NGHIỆP ii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ RỪNG Thử nghiệm tại khu rừng tự nhiên huyện Tuy Đức, tỉnh Dăk Nông Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Bảo Huy Họ và tên tác giả: Hoàng Trọng Khánh Ngành học: Quản lý tài nguyên rừng và Môi trường Khóa học: 2003 - 2007 Đăk Lăk, tháng 09 năm 2007 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cảm ơn tới: Tập thể các thầy cô giáo trong Khoa Nông Lâm Nghiệp đã tận tình truyền đạt kiến thức cũng như hướng dẫn những knh nghiệm thực tế giúp cho tôi có được những kiến thức quý báu về nghành nghề của mình cũng như giúp tôi có thêm những những kỹ năng, những bài học kinh nghiệm từ thực tế. Tôi xin chân thành cám ơn đến PGS.TS Bảo Huy, người đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi hoàn thành đề tài này. iii Tập thể lớp Quản lý tài nguyên rừng và môi trường K2003 đã gắn bó và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học cũng như trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Ban lãnh đạo, cán bộ công nhân viên Lâm trường Quảng Tân đã giúp tôi trong qúa trình thu thập số liệu ở cơ sở, và hướng dẫn tôi những kinh nghiêm thực tế. Cộng đồng người dân trong buôn Bon Bu Nơ,xã Quảng Tân đã giúp tôi trong quá trình trong điều tra rừng. Gia đình và những người thân của tôi đã giúp đỡ tôi về mọi mặt để tôi có thể hoàn thành được luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Buôn Ma Thuột, tháng 9 năm 2007 Sinh viên Hoàng Trọng Khánh MỤC LỤC 1  Đặt vấn đề ..................................................................................................... 7  2  Tổng quan vấn đề nghiên cứu ..................................................................... 9  2.1  Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS) ................................................. 9  2.2  Định nghĩa về điều chế rừng .......................................................................... 10  2.3  Tình hình nghiên cứu và ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên - môi trường trên thế giới .................................................................................................. 10  2.4  Thảo luận về vấn đề nghiên cứu .................................................................... 15  3  Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 17  3.1  Đối tượng nghiên cứu cụ thể .......................................................................... 17  3.2  Tổng quan về khu vực nghiên cứu ................................................................. 17  3.2.1  Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu ..................................................... 17  3.2.2  Điều kiện kính tế - xã hội khu vực nghiên cứu........................................... 21  4  Mục tiêu - nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................... 24  4.1  Mục tiêu nghiên cứu và giói hạn của đề tài .................................................. 24  4.1.1  Về mặt lý luận ............................................................................................ 24  4.1.2  Về mặt thực tiễn ......................................................................................... 24  4.2  Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 24  4.3  Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 25  4.3.1  Phương pháp luận tổng quát ..................................................................... 25  iv 4.3.2  Phương pháp nghiên cứu cụ thể: ............................................................... 25  4.3.3  Phân tích xử lý số liệu - Hình thành bộ công cụ phục vụ công tác điều chế rừng: Error! Bookmark not defined.  5  Kết quả và thảo luận .................................................................................. 34  5.1  Đánh giá khả năng ứng dụng các loại ảnh và bản độ hiện trạng hiện hành 34  5.1.1  Phân tích - xử lý bản đồ hiện trạng ........................................................... 34  5.1.2  Đánh giá độ chính xác của ảnh viễn thám trong công tác điều chế: ....... 36  5.2  Kết quả phân tích - xử lý số liệu ........................ Error! Bookmark not defined.  5.2.1  Quan hệ tăng trưởng ZD/ 5 năm theo D1.3: Error! Bookmark not defined.  5.2.2  Kết quả mô hình N/ D và N- 5 năm / D của rừng thường xanh ......... Error! Bookmark not defined.  5.2.3  Kết quả xây dựng mô hình ZM/D và ZM - 5 năm/ DError! Bookmark not defined.  5.2.4  Kết quả phân cấp- mã hoá các nhóm nhân tố địa hình, đất đai, khí hậu, nhân tác ................................................................... Error! Bookmark not defined.  5.3  Xây dựng bản đô chuyên đề khu vực phục vụ công tác điều chế rừng Error! Bookmark not defined.  5.3.1  Xây dựng bản đồ trạng thái khu vực nghiên cứu::Error! Bookmark not defined.  5.3.2  Xây dựng bản đồ chuyên đề phục vụ công tác điều chế rừng ............ Error! Bookmark not defined.  5.4  Giới thiệu cách hình thành các bản đồ chuyên đề bằng phần mềm Map Info Error! Bookmark not defined.  5.4.1  Cách hình thành lớp bản đồ chuyên đề kỹ thuật lâm sinh : ............... Error! Bookmark not defined.  5.4.2  Cách hình thành lớp bản đồ chuyên đề về luân kỳ khai thác : .......... Error! Bookmark not defined.  6  Kết luận và đề nghị .................................................................................... 54  6.1  Kết luận ............................................................................................................ 54  6.2  Kiến nghị: ......................................................................................................... 55  Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 56  Phụ lục ................................................................................................................. 56  Phụ lục1: Mẫu biểu điều tra ngoài thực địa .......................................................... 56  Phụ lục 2: Kết quả xư lý số liệu bằng phần mềm Stẩtgphacs Plus ..................... 58  Phụ lục 3: Bảng số liệu ............................................................................................ 61  v vi Danh mục từ viết tắt: FAO ( Food and Agriculture Organizatin): Tổ chức Nông lương thế giới GIS (Geographic Information System): Hệ thống thông tin địa lý. QLBVR: Quản lý bảo vệ rừng. QL: Quốc lộ. UNDP (United National Development Programme): Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc VSV: vi sinh vật. WRI ( World Resouce International): Viện Tài nguyên Thế giới vii Danh sách các bảng biểu: Bảng 3.1: Diện tích đất xã Đăk R’Til ............................................................................ 20  Bảng 3.2: Hiện trạng rừng và đất rừng phân chia theo trạng thái và chức năng (đây là hiện trạng và diện tích tính ở thời điểm 2005) ....................................................... 20  Bảng 4.1: Mô tả và mã hoá các nhân tố sinh thái, nhân tác ........................................... 30  Bảng 5.1: Phân loại trạng thái hiện trường .................................................................... 36  Bảng 5.2: Trạng thái rừng theo các lớp phân loại ảnh SPOT ........................................ 39  Bảng 5.3: Tinh toán cỡ kính và tổng số cây/ha .............. Error! Bookmark not defined.  Bảng 5.4: Tinh toán lượng tăng trưởng hàng năm về trữ lượng ... Error! Bookmark not defined.  Bảng 5.5: Giá trị số liệu hàm hồi qui quan hệ G và các nhân tố sinh thái ............ Error! Bookmark not defined.  Bảng 5.6: Giá trị số liệu hàm hồi qui quan hệ Zm và các nhân tố sinh thái: ........ Error! Bookmark not defined.  Bảng 5.7: Giá trị số liệu hàm hồi qui quan hệ M và các nhân tố sinh thái ................... 41  Danh sách các hình: Hình 4.1: Phân loại tự động ảnh vệ tinh SPOT trong ENVI .......................................... 27  Hình 4.2: Phân tích gộp các điểm ảnh trong ENVI ....................................................... 28  Hình 5.1: Phân loại ảnh SPOT tự động trong ENVI ...................................................... 35  Hình 5.2: Chồng ghép điểm điều tra trạng thái với bản đồ phân loại rừng tự động từ ảnh vệ tinh trong Mpinfo ........................................................................................ 38  Hình 5.3: Bản đồ trạng thái rừng trên cơ sở giải đoán ảnh vệ tinh SPOT ..................... 40  Hình 5.4: Tương quan Zd/5 năm -D .............................. Error! Bookmark not defined.  Hình 5.5: Tương quan N-D ............................................ Error! Bookmark not defined.  Hinh 5.6: Bản đồ kết hợp giải đoán ảnh vệ tinh và dữ liệu điều tra hiện trường ... Error! Bookmark not defined.  Hình 5.7: Bản đồ chỉ tiêu kỹ thuật lâm sinh tại khu vực nghiên cứu: Error! Bookmark not defined.  Hình 5.8: Bản đồ luân kỳ khai thác khu vực nghiên cứu: ............. Error! Bookmark not defined.  1 Đặt vấn đề Trong giai đoạn hiện nay trong trong thời gian đến, tài nguyên rừng cần được quản lý dựa vào các tiến bộ kỹ thuật để nâng cao chất lượng và hiệu quả của điều chế rừng. Trong đó việc vận dụng ảnh viễn thám và công nghệ GIS là một nhu cầu khách quan. Vì điều chế rừng là tổ chức không gian và thời gian rừng, nó liên quan đến yếu tố địa lý và đặc điểm cấu trúc động thái rừng, do đó nếu vận dụng được nó sẽ là một giải pháp hữu hiệu không chỉ cho quản lý vĩ mô mà cả quản lý vi mô ở cơ sở trong quản lý, phát triển rừng có khoa học, có cơ sở thông tin được cập nhật giúp cho việc xác định các giải pháp kỹ thuật cũng như ra các quyết định nhanh chóng, có độ tin cậy. Tỉnh Đăk Nông đang hướng đến việc phát triển rừng bền vững, xuất phát từ thực tế hoạt động hiện nay với diện tích rừng ngày càng bị xâm chiếm, những sự thay đổi và suy thoái của rừng cùng với việc chuyển đổi giữa các các trạng thái tự nhiên không ngừng thay đổi (rừng chưa bị tác động, rừng ít bị tác động, rừng tự nhiên nghèo kiệt, đất không có rừng...) do tác động của con người (chủ yếu là các hoạt động khai thác và kinh tế) hay các tác động khác của thiên nhiên. Trong các nguyên nhân làm cho rừng ngày càng bị suy thoái, quan trọng nhất là việc quản lý và sử dụng không hợp lý. Do đó, đòi hỏi có nhưng phương pháp nghiên cứu hỗ trợ trong việc phân loại các trạng thái rừng để đưa ra những biện pháp quản lý, sử dụng và bảo vệ rừng hợp lý hơn từ đó hướng tới sử dụng một cách tiết kiệm nhất mà vẫn đem lại hiệu quả cao, và một hướng mới đã và đang được áp dụng đó là ứng dụng công nghệ thông tin phục vụ công tác phân loại trạng thái rừng và quản lý rừng. Theo phương pháp truyền thống, việc cập nhập và điều chế rừng dựa chủ yếu vào các quá trình điều tra, quan sát, trắc địa, tổng hợp phân tích thông tin thu thập được ngoài thực địa thành bảng tổng hợp, hay chỉ ở dạng các bản đồ mô tả địa hình, ranh giới hiện trạng rừng, hay chỉ là các văn bản lưu trữ, các số liệu thống kê, hay là sự kết hợp giữa chúng. Do đó, phương pháp này tiêu tốn nhiều thời gian và kinh phí, đồng thời độ tin cậy không cao, hơn nữa, việc cập nhập quản lý những biến đổi là khó khăn và không mang được những thông tin về sự thay đổi trên một phạm vi rộng như rừng. 9 Đồng thời các hệ thống phân loại trạng thái trên thế giới cũng như các hệ thống phân loại trạng thái rừng Việt Nam đã xây dựng hiện nay không còn thích hợp với tình trạng các khu rừng đang cang ngày càng bị thu hẹp. Rừng của chúng ta hiện nay đang suy giảm nhiều cả về số lượng và chất lượng. Do đó, hệ thống phân loại sử dụng rừng đang dần không còn phù hợp với quá trình phát triển, đòi hỏi có những hỗ trợ trong việc phân loại, quản lý, bảo vệ và sử dụng rừng hợp lý hơn, và các công cụ hỗ trợ cho quá trình điều chế rừng được áp dụng vào quá trình quản lý mang lại hiệu quả cao về các mặt: kinh tế, xã hội và môi trường. Ngày nay, việc nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám và các kỹ thuật GIS đối với việc thu thập và quản lý các đối tượng đang được quan tâm và xu hướng hiện nay trong quản lý môi trường- tài nguyên thiên nhiên, sử dụng tối đa khả năng cho phép của GIS đang được phát triển mạnh mẽ. Đó cũng là tiền đề để áp dụng công nghệ GIS cùng với công nghệ phân loại sử dụng và quản lý trước đây sẽ khắc phục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và hiệu quả trong xử lý số liệu nhằm hình thành bản đồ phân bố, phân loại trạng thái rừng đồng thời có khả năng cung cấp cho các nhà quản lý thông tin nhanh hơn, hiệu quả hơn về các biến động và các diễn biến đang diễn ra tại khu vực rừng đang quản lý bảo vệ, từ đó hinh thành nên cơ sở dữ liệu phục vụ cho công tác quản lý và điều chế rừng tốt hơn trong quá trình sử dụng. Đó chính là việc kết hợp quản lý dựa trên cả 2 phương diện: truyền thống, kết hợp công nghệ vào quá trình phân loại sử dụng đất lâm nghiệp làm tiền đề cho quá trình quản lý, làm cho GIS trở nên gần gũi với những ngưòi làm công tác quản lý, giúp hình thành các bản đồ số giúp đạt được các mục tiêu đề ra, đồng thời mang lại nhiều ứng dụng mới và đa dạng hơn. Đối với Dak Nông, là nơi có diện tích rừng lớn đồng thời cũng là nơi có những biến động về các trạng thái rừng lớn nhất gần đay tuy đọ che phủ của rừng đã tăng lên nhưng chất lương rừng ở tỉnh Dăk Nông nói chung và lâm trường Quảng Tân nói riêng đều giảm sút. Nhưng quá trình phân loại trạng thái rừng phục vụ cho công tác quản lý ở đây vẫn còn có những hạn chế đồng thời quá trình quy hoạch và điều chế rừng được áp dụng vẫn còn nhiều hạn chế, do đó; quy trình khai thác rừng lâu dài , liên tục và đảm 10 bảo chất lượng vẫn chưa được thực hiện đầy đủ, việc áp dụng các công nghệ tiên tiến vào quá trình phân loại sử dụng - quản lý còn hạn chế. Vì vậy, cần nhanh chóng áp dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật như công nghệ GIS này vào trong quá trình điều chế rừng là một yêu cầu cấp thiết đối với khu vực này. Trước thực tiễn này, chúng tôi thực hiện đề tài “ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ RỪNG Ở TỈNH DĂK NÔNG” nhằm tìm ra một bộ công cụ quản lý dữ liệu và đưa ra các chỉ báo phục vụ cho công tác điều chế rừng phù hợp với khu vực nghiên cứu. 2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 2.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS) Có rất nhiều định nghĩa về “Hệ thống thông tin địa lý” mà chúng ta có thể tham khảo như sau: Theo Ducker định nghĩa, GIS là trường hợp đặc biệt cảu hệ thống thông tin ở đớ cơ sở dữ liệu bao gồm sự quan sát các đặc trưng phân bố không gian, các hoạt động sự kiện có thể được xác định trong khoảng không như đường, điểm, vùng. [3],[5] Theo Goodchild : GIS là một hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu để trả lời các câu hỏi về bản chất địa lý của các thực thể địa lý. Theo Aronoff định nghĩa, GIS là một hệ thống gồm các chức năng: Nhập dữ liệu , quản lý và lưu trữ dữ liệu, phân tích dữ liệu, xuất dữ liệu. Hệ thống thông tin địa lý - GIS là một hệ thống quản lý thông tin không gian được phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy tính với mục đích lưu trữ, cập nhập, quản lý, hợp nhất, mô hình hoá, phân tích và miêu tả được nhiều loại dữ liệu. Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System, GIS) được định nghĩa như là một hệ thống thông tin mà nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác 11 phân tích, cơ sở dữ liệ đầu ra liên quan về mặt địa lý không gian, nhằm hỗ trợ việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con người đặt ra, chẳng hạn như: Để hỗ trợ việc ra các quyết đinh cho vệic quy hoạch và quản lý sử dụng đat, tài nguyên thiên nhiên, nôi trường, giao thông, dễ dàng trong việc quy hoạch phát triển đo thị và những việc lưu trữ dữ liệu hành chính. [5] 2.2 Định nghĩa về điều chế rừng Định nghĩa tổng quát theo GS. Rucareanu: “Điều chế rừng là khoa học và thực tiễn về tổ chức rừng phù hợp với nhiệm vụ quản lý kinh doanh rừng”. Điều chế rừng là một môn khoa học mang tính ứng dụng của tổ chức rừng. Nó dựa trên cơ sở quy luật phát triển sinh học của quần thể rừng để khai thác, nuôi dưỡng, bảo vệ, phục hồi tái sinh rừng ... tác động đúng hướng vào rừng để rừng luôn phát triển đi lên, dẫn dăt rừng đến trạng thái cân bằng và do đó bảo đảm vốn rừng ổn đinh đạt năng suất cao, đất rừng ngày càng phì nhiêu, tác dụng nhiều mặt của rừng ngày càng được phát huy. [2] 2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên - môi trường trên thế giới Việc sử dụng công nghệ GIS cho nhiều mục đích khác nhau đã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới trong khoảng 30 năm trở lại đây. GIS bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ 20 và đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế . Ngày nay, Trái đất được nghiên cứu thông qua sự liên lạc thông tin giữa các nước, các tổ chức với nhau nhằm hướng đến chủ đề phát triển chính của công nghệ GIS và viễn thám trong một thời gian dài chính là môi trường và tầm quan trọng của nó trong lĩnh vực này đã tăng lên nhanh chóng trong một vài năm gần đây. Trong khi đó mục tiêu chính của việc sử dụng GIS là tạo ra những giá trị mới cho các thông tin hiện có thông qua phân tích không gian - thời gian và/ hoặc mô hình hoá các dữ liệu có toạ độ. Nhờ khả năng phân tích không gian - thời gian và mô hình hoá, 12 GIS cho phép tạo ra những thông tin có giá trị gia tăng cho các thông tin được triết xuất từ dữ liệu vệ tinh. Hiện nay, trên thế giới công nghệ GIS đang được phát triển mạnh trên các lĩnh vực của quản lý tài nguyên môi trường như : Sự cố địa chấn: Bằng quá trình định danh địa hình, vị trí địa lý, kỹ thuật xây dựng, GIS có thể giúp dự báo thời gian và địa điểm có thể xảy ra các sự cố như động đất, núi lửa, cũng như hậu quả có thể có. Cơ quan kiểm soát sự cố địa chấn của Portland, bang Oregon, Hoa Kỳ đã sử dụng các phần mềm ARC/INFO, AIC View GIS và Map Objects để trợ giúp dự báo và chuNn bị đối phó với các sự cố. Tại đảo Jekyll: vì là đảo chắn bão nên đảo Jekyll luôn phải chịu các cơn bão nhiệt đới. Các bản đồ của đảo, đường xá, thảm thực vật đã được số hoá bằng phần mềm ARC/IN FO. Thiết bị hệ thống định vị toàn cầu (GIS) được sử dụng để định vị chính xác các thảm thực vật. Các bản đồ bão và vùng ngập lụt cũng được số hoá cùng các dữ liệu về bão trong quá khứ và thêm cả điều kiện chính trị của địa phương. Kết hợp các loại bản đồ này sẽ là phương tiện đánh giá các cấp độ bão, cũng như các tổn thất và các dự đoán trước. Ô nhiễm không khí: ô nhiễm không khí có thể phát tán rất xa từ nguồn thải, gây tác hại đối với sức khoẻ và môi trường trong phạm vi toàn cầu. Công nghệ GIS đã hỗ trợ rất nhiều trong việc kiểm soát ô nhiễm không khí. Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã sử dụng phần mềm ARC/IN FO để nghiên cứu những ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đối với sự phát triển của cây con và hậu quả lâu dài của khói đối với rừng. Kiểm soát ô nhiễm không khí từ khói: đầu tiên, miền Đông nước Mỹ được phân thành các vùng khác nhau và ARC/IN FO được dùng để tạo thành một lưới ô nhiễm bao phủ toàn bộ vùng này, mỗi ô có diện tích 20 km2. Các dữ liệu về chất lượng không khí được thu thập từ các trạm quan trắc vùng và được lưu vào cơ sở dữ liệu. Dựa vào các cơ sở dữ liệu này, với công cụ GIS, các nhà khoa học có thể tạo ra các bản đồ về phát tán N Ox, mây, nhiệt độ hàng ngày, hướng gió, độ cao và khoảng cách khói từ 13 nguồn phát thải. N goài ra, sử dụng GIS, các dữ liệu này còn được phân tích k