HỆ THỐNG THÔNG TIN, VIỄN THÁM VÀ TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ 263| ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG PHÂN TÍCH BIẾN ĐỘNG ĐẤT SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP TRÊN ĐỊA BÀN HU ỆN PHONG ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Nguyễn Đình Tiến,[.]
Trang 1ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG PHÂN TÍCH BIẾN ĐỘNG ĐẤT
SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP TRÊN ĐỊA BÀN HU ỆN PHONG ĐIỀN,
TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
Nguyễn Đình Tiến, Nguyễn Văn Bình, Hồ Nhật inh, Nguyễn Thành Nam
Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế Liên hệ email: nguyendinhtien@huaf.edu.vn
TÓM TẮT
Nhằm phân tích biến động đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn huyện Phong Điền, thông qua thu
thập ảnh viễn thám, văn bản, tài liệu, các điểm điều tra thực địa đã tiến hành phân loại được ảnh viễn
t hám của các năm 2010, 2015, 2019 của huyện Phong Điền Qua đó, đã xây dựng được bản đồ hiện trạng
đất sử dụng đất của huyện Phong Điền với 12 loại hình sử dụng đất, bao gồm: Rừng giàu; rừng trung
bình; r ừng nghèo; đất trồng cây cao su; đất trồng cây hàng năm; đất mặt nước; đất cát; đất nuôi trồng thủy
sản; đất trống; đất công trình xây dựng và đất rừng sản xuất Độ chính xác phân loại ảnh năm 2010 là
92%, năm 2015 là 94% và năm 2019 với 87% cho thấy kết quả phân loại có được kết quả rất cao Qua
bản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp cho thấy sự tăng giảm diện tích đất sản xuất nông nghiệp trên
địa bàn huyện Phong Điền chủ yếu là do quá trình đô thị hóa và chuyển dịch cơ cấu cây trồng cụ thể từ
đất sản xuất nông nghiệp chuyển sang đất công trình, đất trồng cây hàng năm khác Từ các kết quả trên,
nghiên cứu đã đưa ra một số đề xuất, giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh
giá tài nguyên tại huyện Phong Điền
Từ khóa: B ến động, đất nông ng ệp, G s, P ong Đ ền, v ễn t ám
1 MỞ ĐẦU
Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là tài sản to lớn của đất
nước Nếu khai thác, sử dụng hợp lý, tiết kiệm và hiệu quả sẽ là động lực lớn để phát triển kinh
tế và xã hội Trong giai đoạn này, tình hình kinh tế, xã hội của đất nước đang có nhiều sự thay
đổi Sự thay đổi đó đã phần nào tác động trực tiếp hoặc gián tiếp sự biến động về diện tích đất
sản xuất nông nghiệp theo cả hai chiều hướng tích cực và tiêu cực
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và trình độ của con người ngày
càng phát triển một cách nhanh chóng Công nghệ viễn thám được ứng dụng trong nhiều ngành,
nhiều lĩnh vực như: quản lý tài nguyên và môi trường, nông nghiệp, lâm nghiệp, nghiên cứu địa
chất, quản lý tai biến, quản lý đô thị,… và với việc kết hợp hệ thống thông tin địa lý và công
nghệ viễn thám tạo nên một công cụ mạnh nhằm nghiên cứu biến động tài nguyên đất
Huyện Phong Điền là một huyện phía Bắc của tỉnh Thừa Thiên Huế, với tổng diện tích
rừng lớn 66.235 ha chiếm gần 70% diện tích toàn huyện Qua quá trình đô thị hóa, phát triển
mạnh mẽ của huyện đã phần nào ảnh hưởng nhất định đến diện tích đất sản xuất nông nghiệp
trên địa bàn huyện
Vì những lý do đó, đề tài: “Ứng dụng GIS và v ễn t ám trong p ân t b ến động đất sản
uất nông ng ệp trên đị bàn uyện P ong Đ ền, tỉn T ừ T ên Huế” được tiến hành nghiên
cứu nhằm phân tích biến động đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn huyện Phong Điền Từ đó,
Trang 2đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá tài nguyên tại huyện Phong Điền
2 NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nội ung nghiên cứu
- Xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất các năm 2010, 2015, 2019
- Đánh giá biến động đất sản xuất nông nghiệp của vùng nghiên cứu qua các giai đoạn
- Phân tích nguyên nhân biến động đất sản xuất nông nghiệp của huyện Phong Điền
2.2 Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu
P ương p áp t u t ập số l ệu t ứ ấp
Thu thập các tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, số liệu thống kê, kiểm kê đất đai
từ năm 2010 đến năm 2018 của huyện Phong Điền Thu thập bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 2015 và 2018 Ngoài ra, ảnh vệ tinh Landsat các năm nghiên cứu được tải miễn phí từ trang web: https://earthexplorer.usgs.gov
b P ương p áp t u t ập số l ệu sơ ấp
Sử dụng máy định vị cầm tay để thu thập các điểm thực tế tại thời điểm nghiên cứu Các điểm này có thông tin tọa độ gắn với hiện trạng sử dụng đất tại điểm đó nhằm phục vụ công tác đánh giá thực tế kết quả giải đoán ảnh trong thời điểm nghiên cứu
2.2.2 Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh
Tổ ợp màu o ản
B ảng 1 Tổ hợp màu ảnh Landsat 5 và Landsat 8
Tổ hợp màu giả band 5, 4, 3 / band 2, 4, 1 6, 5, 4
b Cắt ản , nắn ỉn ản về ệ t độ VN2000
Sử dụng phần mềm Arcgis 10.2 để gộp và cắt ảnh viễn thám đã được tổ hợp màu ở bước trên theo ranh giới của huyện Phong Điền
P ân loạ ản
Bước 1: Rà soát các loại hình sử dụng đất có thể phân loại được trong ảnh bằng mắt từ đó đưa ra số lượng các loại hiện trạng sử dụng đất để phân loại
Trang 3Bước 2: Sử dụng phần mềm Envi 4.0 để phân loại ảnh dựa trên các loại hiện trạng sử dụng đất đã được xác định ở bước 1 bằng phương pháp Maximum Likehood
d Đán g á độ n á s u k p ân loạ
Để thực hiện chức năng này, nhóm đã sử dụng chức năng Classification/ Post Classification/ Confusion Matrix và chọn phương pháp:
- Using Ground Truth Image: sử dụng ảnh, kết quả phân loại từ thực địa
- Using Ground Truth ROIs: sử dụng file chọn vùng mẫu từ ảnh
Hộp thoại Classification Input File xuất hiện cho phép chọn ảnh cần đánh giá độ chính xác tương ứng Tiếp theo đến hộp thoại Match Classes Parameters xuất hiện, chọn các lớp tương ứng giữa kết quả phân loại và thực địa Nhấn OK, hộp thoại Confusion Matrix Parameters xuất hiện cho chọn các giá trị cần thiết và chọn đường lưu kết quả
2.2.3 Phương pháp ch ng ghép bản đ
Hình 1 Quy trình chồng ghép ản đồ tạo ra ữ liệu iến động
2.2.4 Phương pháp phân tích bi n động sau phân loại
Sử dụng phần mềm Excel để xử lý, phân tích số liệu sau khi có dữ liệu từ bản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp huyện Phong Điền tại bước chồng ghép bản đồ ở trên
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO UẬN
3.1 Xây ựng ản đồ hiện trạng sử ụng đất tại huyện Phong Điền
3.1.1 Dữ liệu ảnh viễn thám
B ảng 2 Cơ sở dữ liệu ảnh viễn thám qua các năm
LT05_L1TP_125048_20100211_20161016
2010 30 m × 30 m < 10% Ảnh ghép LT05_L1TP_125049_20100211_20161016
LC08_L1TP_125049_20160415_20170326 2016 30 m × 30 m < 10% Ảnh gốc LC08_L1TP_125049_20190425_20190508 2020 30 m × 30 m < 10% Ảnh gốc
Trang 4Qua bảng trên, nhận thấy: Các cảnh ảnh viễn thám được sử dụng đều có tỷ lệ che phủ mây của khu vục nghiên cứu đều nhỏ hơn 10% đáp ứng được nhu cầu giải đoán ảnh trong các bước tiếp theo Tuy nhiên, năm 2010 phải cần hai cảnh ảnh mới đáp ứng được ranh giới toàn khu vực cần nghiên cứu nên phải thực hiện ghép ảnh
3.1.2 Cắt ảnh và nắn ảnh
Sau khi cắt ảnh khu vực cần chọn phù hợp để nghiên cứu thì được ảnh cắt theo ranh giới huyện Phong Điền đã được mở rộng 200 m
Hình 2 Ảnh cắt ranh giới huyện Phong Điền các năm 2 1 , 2 15, 2 19
3.1.3 Phân loại ảnh
Tiến hành lấy mẫu từ 10 đến 30 mẫu khóa giải đoán ảnh cho mỗi loại hiện trạng sử dụng đất Cụ thể đã xác định được 12 loại trạng thái để phân loại: Đất trồng lúa, đất câu hằng năm, đất trồng cây lâu năm, đất mặt nước, đất rừng giàu, đất rừng trung bình, đất rừng nghèo, đất rừng trồng, đất nuôi trồng thủy sản, đất cát, đất trống, đất công trình xây dựng.Sau khi sử dụng các mẫu phân loại trên, tiến hành khoanh mẫu và thực hiện phân loại theo phương pháp Maximum Likehood trên Envi, kết quả phân loại được thể hiện qua các hình dưới đây:
Hình 3 Kết quả giải đoán ảnh vệ tinh năm 2 1 , 2 15, 2 19
3.1.3 Đánh giá độ chính xác sau phân loại
Ảnh sau khi phân loại bị lẫn các trạng thái với nhau mà nguyên nhân do mẫu phân loại được chọn không có sự khác biệt nên chức năng lập ma trận sai số của Envi cho phép so sánh ảnh đã được phân loại với kết quả thực địa hoặc các vùng mẫu với mục đích đánh giá độ chính
Trang 5Bảng 3 Chỉ số Kappa ết quả phân loại ảnh các năm
3.1.4 Thành lập bản đ hiện trạng sử dụng đất sản xuất nông nghiệp hu ện Phong điền dựa trên k t quả giải đoán
Sau khi phân loại ảnh với độ chính xác đƣợc chấp nhận ở trên thì toàn bộ kết quả sẽ đƣợc đƣa vào xử lý để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất các năm nghiên cứu của huyện Phong Điền trong phần mềm Arcgis 10.2 với định dạng Shapefile (*.shp)
Hình 4 B ản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 2 1
Hình 5 B ản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 2 15
Trang 6Hình 6 B ản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 2 19
B ảng 4 Thống kê diện tích sử dụng đất qua từng năm
4 Đất trồng cây lâu năm (cao su, keo ) 1.388,80 1.377,54 4.383, 04
5 Đất trồng cây hằng năm 2.492,15 2.679,16 3.719,52
Từ bảng thống kê kết quả giải đoán, cho thấy: diện tích đất sản xuất nông nghiệp bao gồm đất trồng lúa, đất trồng cây hằng năm và đất trồng cây lâu năm (cao su) có xu hướng giảm dần qua các năm Diện tích đất trồng lúa giảm 73,66 ha từ năm 2010 - 2015, từ năm 2015 - 2019 diện
Trang 7từng giai đoạn, từ năm 2010 - 2015 diện tích đất trồng cây hằng năm giảm xuống 165,61 ha, từ năm 2015 - 2019 giảm thêm 185,45 ha Đối với đất trồng cây lâu năm giai đoạn 2010 - 2015 giảm nhẹ với diện tích đất giảm xuống 14,02 ha, từ năm 2015 - 2019 tiếp tục giảm nhẹ với diện tích giảm xuống 22,02 ha
3 3 Đánh giá iến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2 1 - 2 19 tại huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế
3.3.1 Thành lập bản đ bi n động đất sản xuất nông nghiệp
Sau khi phân loại ảnh với độ chính xác tương đối cao thì toàn bộ kết quả sẽ được vào xử lý trong phần mềm Arcgis 10.2
Hình 7 B ản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2010-2015
Hình 8 B ản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2015-2019