TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS
Lịch sử phát triển của viễn thám và gis
1.1.1 Khái quát về viễn thám
Viễn thám, còn gọi là Remote Sensing, là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về các đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng thông qua phân tích dữ liệu thu thập bằng các phương tiện không tiếp xúc trực tiếp Công việc này giúp khảo sát và nghiên cứu các đối tượng hoặc hiện tượng từ xa mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp, nhấn mạnh vai trò của công nghệ thu thập dữ liệu từ xa Mặc dù có nhiều định nghĩa khác nhau, nhưng điểm chung của viễn thám là khoa học thu nhận thông tin từ xa về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất, góp phần nâng cao nhận thức và quản lý tài nguyên tự nhiên một cách hiệu quả.
1.1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
Viễn thám đã trở thành một lĩnh vực phát triển mạnh mẽ trong hơn ba thập kỷ gần đây nhờ công nghệ vũ trụ và hình ảnh số từ các vệ tinh quỹ đạo trái đất bắt đầu từ năm 1960 Tuy nhiên, lịch sử của viễn thám bắt nguồn từ những nghiên cứu về chụp ảnh bằng phim và giấy ảnh từ thế kỷ XIX, bắt đầu từ năm 1839 bởi Louis Daguerre, người đã tiên phong trong ngành chụp ảnh Bức ảnh đầu tiên chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu là vào năm 1858 do nhà nhiếp ảnh Pháp Gaspard Felix Tournachon thực hiện, khi ông sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh vùng Bievre, Pháp từ độ cao 80m Đến năm 1860, James Wallace Black đã chụp thành công ảnh bề mặt trái đất từ khinh khí cầu, góp phần quan trọng vào lịch sử phát triển của viễn thám.
Bảng 1.1 Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các thời kỳ
Thời gian(năm) Sự kiện
Phát hiện tia hồng ngoại đã mở ra nhiều cơ hội trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hình ảnh, giúp khám phá những hiện tượng mà mắt thường không thể nhìn thấy Đồng thời, sự phát minh kỹ thuật chụp ảnh đen trắng đã đóng vai trò quan trọng trong lịch sử ảnh hưởng đến cách chúng ta ghi lại hình ảnh và phát triển các công nghệ nhiếp ảnh sau này Việc phát hiện các dải phổ hồng ngoại và dải phổ nhìn thấy đã mở rộng khả năng phân tích dữ liệu quang phổ, cung cấp thông tin chi tiết về các vật thể và hiện tượng tự nhiên Cuối cùng, chụp ảnh từ khinh khí cầu đã trở thành phương pháp hiệu quả để quan sát và ghi lại cảnh vật từ trên cao, phục vụ cho các nghiên cứu về khí hậu, địa lý và môi trường.
Xây dựng học thuyết về phổ điện tử Chụp ảnh từ máy bay
Ngành đo từ không trung đang ngày càng phát triển mạnh mẽ, góp phần nâng cao hiệu quả trong các lĩnh vực hàng không và quốc phòng Các kỹ thuật chụp và đo ảnh từ máy bay đã được hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi, giúp phân tích dữ liệu chính xác và nhanh chóng hơn Phát triển kỹ thuật radar của Đức, Mỹ, Anh đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao khả năng phát hiện và theo dõi mục tiêu từ xa Nghiên cứu về dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy được khám phá giúp mở rộng phạm vi ứng dụng của ảnh chụp từ máy bay trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là an ninh và quân sự Những tiến bộ này đều hướng tới mục tiêu ứng dụng ảnh chụp trong mục đích quân sự, nhằm nâng cao khả năng phòng thủ và chiến lược quốc phòng của các quốc gia.
Liên xô phóng tàu vũ trụ có người lái và chụp ảnh trái đất từ không gian
Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám
Mỹ phóng vệ tinh landsat-1 Phát triên mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số
Mỹ đang phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat nhằm nâng cao chất lượng dữ liệu và khả năng quan sát Trái Đất Trong khi đó, Pháp đã thành công trong việc phóng vệ tinh SPOT vào quỹ đạo, mở rộng khả năng giám sát từ không gian Các nỗ lực này đều tập trung vào việc phát triển bộ cảm thu đa phổ, tăng dải phổ và kênh phổ để cải thiện độ phân giải bộ cảm, đồng thời áp dụng nhiều kỹ thuật xử lý hình ảnh mới nhằm tăng tính chính xác và hiệu quả của dữ liệu vệ tinh.
1.1.1.3 Nguy n lý cơ bản của viễn thám
Sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám sử dụng năng lượng bức xạ theo từng bước sóng để cung cấp dữ liệu về các vật thể tương ứng Việc đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ qua ảnh viễn thám giúp tách biệt thông tin về các lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa sóng điện từ và vật thể Bộ cảm biến, gồm máy chụp ảnh hoặc máy quét, đóng vai trò quan trọng trong việc cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể, và được gắn trên các phương tiện mang như máy bay, vệ tinh hoặc tàu con thoi Hình 1.1 mô tả nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám, chủ yếu dựa trên nguồn năng lượng từ bức xạ mặt trời hoặc năng lượng sóng điện từ do vật thể phản xạ hoặc bức xạ Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được thu nhận và xử lý tự động hoặc giải đoán dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia, nhằm cung cấp dữ liệu giá trị phục vụ nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, lâm nghiệp, địa chất, khí tượng và môi trường.
Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
Quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám bao gồm năm phần chính: nguồn cung cấp năng lượng, sự tương tác của năng lượng với khí quyển, tương tác với các vật thể trên mặt đất, chuyển đổi năng lượng phản xạ thành dữ liệu ảnh và hiển thị ảnh số để phân tích Năng lượng của sóng điện từ khi truyền qua khí quyển bị hấp thụ, tán xạ và khúc xạ do các phân tử khí như oxy, nitơ, cacbonic, ôzôn và hơi nước gây ra, ảnh hưởng lớn đến chất lượng dữ liệu thu nhận Trong viễn thám quang học, mặt trời là nguồn năng lượng chính, và sự thay đổi các thành phần khí quyển theo không gian và thời gian là nguyên nhân chủ yếu gây biến đổi trong năng lượng phản xạ từ mặt đất đến cảm biến Khoảng 75% năng lượng mặt trời truyền xuống mặt đất sau khi đi qua khí quyển, còn phần còn lại bị hấp thụ và tán xạ, ảnh hưởng đến dữ liệu cảm biến Hiểu rõ cơ chế tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển là yếu tố then chốt trong việc chọn phổ điện từ phù hợp để thu nhận ảnh viễn thám chính xác và hiệu quả.
1.1.1.4 Cơ sở khoa học của kỹ thuật viễn thám
Bức xạ điện từ là quá trình truyền năng lƣợng điện từ trên cơ sở các dao động của điện trường và từ trường trong không gian
Hình 1.2 Cấu trúc bức xạ sóng điện từ( J.C.Maxwell)
Bức xạ điện từ có đặc điểm cả sóng và hạt, thể hiện sự kép tính của nó Tính chất sóng của bức xạ được xác định bởi bước sóng λ, tần số v và tốc độ lan truyền C Mối liên hệ giữa các thông số này được mô tả bằng công thức λ = C / v, trong đó tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không là 299.793 km/s.
Viễn thám sử dụng bốn tính chất cơ bản của bức xạ điện từ là tần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phẳng phân cực để thu nhận thông tin về các đối tượng Trong đó, tần số hoặc bước sóng liên quan đến màu sắc của vật thể trong vùng ánh sáng nhìn thấy, giúp phân tích và nhận diện chính xác các đối tượng trên mặt đất Các tính chất này đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và xử lý dữ liệu từ các vật thể quan sát được qua công nghệ viễn thám.
Trong vựng hồng ngoại (infrared-IR) cú bước súng cú từ (0.7ữ10, 0àm), kỹ thuật viễn thỏm thường sử dụng súng hồng ngoại phản xạ (0, 7ữ3, 0àm)
Hình 1.3 Dải tần số đƣợc sử dụng trong viễn thám
1.1.1.5 Ứng dụng của viễn thám trong quản lý tài nguy n
Trong lĩnh vực điều tra đất:
- Để thống kê và thành lập bản đồ sử dụng đất, điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật
- Xác định và phân loại các vùng thổ nhƣỡng
- Đánh giá mức độ thoái hóa đất, tác hại của xói mòn, quá trình muối hóa
Nghiên cứu thạch quyển dựa trên dữ liệu viễn thám tập trung vào phân tích lớp vỏ trên cùng của trái đất, giúp cung cấp cái nhìn toàn diện về cấu trúc địa chất và địa mạo Phương pháp này tận dụng các hình ảnh và thông tin liên quan đến thủy văn cùng các đặc điểm địa lý để đưa ra những giả đoán chính xác về trạng thái và thành phần của thạch quyển Việc xử lý dữ liệu viễn thám không ngừng mở rộng kiến thức về địa chất, từ đó hỗ trợ dự đoán và hiểu rõ hơn các hiện tượng tự nhiên trong khu vực nghiên cứu.
- Áp dụng kỹ thuật viễn thám trong phát hiện, xác định và lập bản đồ các yếu tố trên bề mặt và gần bề mặt trái đất
- Phương pháp giải đoán định tính cung cấp thông tin và mô tả các đặc tính của địa hình
- Phương pháp giải đoán định lượng bao gồm các phương pháp trắc địa cơ bản trên ảnh áp dụng các yếu tố đường nét, đo diện tích…
- Thành lập bản đồ địa chất; bản đồ phân bố khoáng sản; bản đồ phân bố nước ngầm; bản đồ địa mạo
Lĩnh vực nông-lâm nghiệp
- Phân loại cây trồng, quản lý đánh giá năng suất thu hoạch
- Thành lập bản đồ thích nghi đất cho từng loại cây trồng
- Thành lập bản đồ sử dụng đất
Sử dụng phối hợp ảnh vệ tinh quang học và ảnh radar giúp xây dựng bản đồ phân loại các loại cây trồng chính xác hơn Phương pháp này còn hỗ trợ xác định vị trí chính xác và diện tích của khu vực trồng trọt, nâng cao hiệu quả quản lý và ra quyết định trong nông nghiệp Việc tích hợp dữ liệu ảnh vệ tinh quang học và radar mang lại cái nhìn toàn diện, giúp phân biệt các loại cây trồng đa dạng và phát hiện thay đổi theo thời gian một cách chính xác.
- Xác định vùng thiệt hại do sâu bệnh và thiên tai
- Sử dụng chỉ số NDVI trong việc giám sát lớp phủ thực vật
Lĩnh vực quản lý đất đai
- Xác định vùng quy họach và việc phân bố sử dụng đất
- Thành lập bản đồ địa chính phục vụ trong công tác quản lý
- Bản đồ hiện trạng đất giúp phân loại các loại đất và cải tạo đất phục vụ cho nhu cầu sử dụng
- Xác định biến động sử dụng đất
Theo ESRI, tập đoàn hàng đầu về nghiên cứu và phát triển phần mềm GIS, Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) là một tập hợp có tổ chức gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý và con người nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và hiển thị mọi thông tin liên quan đến vị trí địa lý.
- hần cứng: bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi
Phần mềm GIS đóng vai trò như bộ não của hệ thống, có tính đa dạng và phân chia thành ba nhóm chính Nhóm phần mềm quản đồ họa chuyên về xử lý và hiển thị dữ liệu bản đồ, giúp trực quan hóa thông tin một cách dễ dàng Nhóm phần mềm quản trị bản đồ tập trung vào việc lưu trữ, quản lý dữ liệu địa lý một cách hiệu quả Cuối cùng, nhóm phần mềm quản trị và phân tích không gian hỗ trợ phân tích dữ liệu không gian, giúp đưa ra các quyết định dựa trên phân tích địa lý chính xác Các phần mềm GIS này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và chính xác của các dự án liên quan đến quản lý không gian.
Dữ liệu gồm có dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính; trong đó, dữ liệu không gian mô tả vị trí địa lý của đối tượng trên bề mặt Trái đất, còn dữ liệu thuộc tính cung cấp các thông tin liên quan đến đối tượng, có thể là định lượng hoặc định tính.
Phương pháp là yếu tố quan trọng giúp đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả của hệ thống, từ đó nâng cao trải nghiệm và đáp ứng tốt mục tiêu của người sử dụng Việc áp dụng các phương pháp phù hợp không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mà còn đảm bảo tính ổn định và bền vững của hệ thống trong mọi tình huống.
Tổng quan về ứng dụng viễn thám trong quản lý tài nguyên
Sự phát triển của viễn thám có mối liên hệ chặt chẽ với tiến bộ trong công nghệ chụp ảnh và thu thập thông tin về các đối tượng trên mặt đất Ngày từ năm 1858, khinh khí cầu đã được sử dụng để chụp ảnh nhằm mục đích lập bản đồ địa hình, mở ra bước đầu tiên cho ứng dụng viễn thám Những bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bay do Wilbur Wright thực hiện vào năm 1909 tại vùng Centocelli, Italia, đã góp phần thúc đẩy quá trình phát triển công nghệ thu thập dữ liệu từ không gian.
Cuộc chiến tranh thế giới thứ I đã thúc đẩy sự phát triển trong chế tạo thiết bị và đào tạo nguồn nhân lực cho công tác thu thập, xử lý và giải đoán ảnh hàng không, mở ra giai đoạn mới trong ứng dụng ảnh vào mục đích dân sự Đến giữa những năm 1930, kỹ thuật chụp ảnh màu và nghiên cứu tạo ra các lớp cảm quang gần với bức xạ hồng ngoại đã được thực hiện, góp phần quan trọng vào việc ứng dụng ảnh hàng không trong quy hoạch môi trường và giám sát phát triển kinh tế nông thôn.
Trong Chiến tranh Thế giới thứ II (1939-1945), việc mở rộng ứng dụng của phổ điện từ đã trở thành một bước ngoặt quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực quân sự và phi quân sự Sau chiến tranh, kỹ thuật hàng không và viễn thám bắt đầu được áp dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội và nâng cao năng lực quốc phòng Công nghệ phổ điện từ đã đóng vai trò then chốt trong việc phát triển ảnh hàng không và các hệ thống viễn thám, góp phần cải thiện an ninh quốc gia.
Bức ảnh đầu tiên chụp về Trái đất được cung cấp từ tàu Explorer 6 vào năm 1959 đã mở ra kỷ nguyên mới trong lĩnh vực chụp ảnh từ không gian Sau đó, chương trình vụ trụ Mercury (1960) đã thực hiện thành công việc chụp ảnh từ quỹ đạo Trái đất với chất lượng cao, bao gồm các ảnh màu có kích thước 70mm được chụp tự động Những hình ảnh này ghi lại những khoảnh khắc đầu tiên về hành trình khám phá không gian và góp phần quan trọng vào nghiên cứu và phát triển công nghệ vũ trụ.
Nghiên cứu ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và ảnh đa phổ do NASA tiến hành từ đầu những năm 1960 đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực quan sát trái đất Các thành tựu trong việc phát triển cảm biến độ phân giải cao lắp trên vệ tinh nhân tạo giúp thu thập dữ liệu chính xác về lớp phủ thực vật, cấu trúc địa mạo, nhiệt độ và gió trên bề mặt đại dương Nhờ đó, việc nghiên cứu về môi trường và khí hậu trở nên thuận lợi và hiệu quả hơn rất nhiều.
Tháng 4 năm 1960, vệ tinh quan sát khí tƣợng đầu tiên (TIROS - 1) đƣợc phóng vào quỹ đạo Những thành tựu và kinh nghiệm đạt đƣợc đã góp phần cung cấp cơ sở cho việc phát triển vệ tỉnh quan sát tài nguyên sau này Từ năm
Kể từ năm 1972, NASA đã phóng thành công 7 vệ tinh quan sát tài nguyên Landsat, trong đó ba vệ tinh đầu tiên (Landsat 1 vào năm 1972, Landsat 2 vào năm 1975, và Landsat 3 vào năm 1978) đều được trang bị bộ cảm đa phổ MSS (Multispectral Scanner System) với độ phân giải 80m.
Dưới đây là bản tóm tắt các điểm chính của nội dung trong bài viết, đáp ứng yêu cầu tối ưu hóa SEO:Vệ tinh Landsat bắt đầu từ năm 1982 với Landsat 4, tiếp theo là Landsat 5 được phóng vào năm 1984, cả hai đều trang bị bộ cảm biến TM (Thematic Mapper) với 7 kênh quang phổ và độ phân giải không gian 30m cho vùng nhìn thấy và 120m cho hồng ngoại nhiệt Các vệ tinh Landsat 6 và 7 lần lượt được phóng vào năm 1993 và 1999, trang bị cảm biến ETM (Enhanced TM) cải tiến Năm 2013, Mỹ đã phóng thành công vệ tinh Landsat 8 lên quỹ đạo ngày 11-2-2013 để phục vụ các nghiên cứu về môi trường và khí hậu Ngoài ra, hệ thống vệ tinh khí tượng NOAA của Hoa Kỳ đã phát triển từ các thế hệ đầu tiên như TIROS (1960-1965, 1970-1976) đến các vệ tinh NOAA như NOAA 6, NOAA 7, và NOAA 12 trong giai đoạn từ 1979 đến 1992, góp phần quan trọng trong dự báo thời tiết và giám sát khí tượng toàn cầu.
I và năm 1993 NOAA – J đã cũng cấp ảnh theo chế độ cập nhật với độ phân giải 1, 1km
Ảnh vệ tinh có độ phân giải cao (1-4m) đang được các chuyên gia tích hợp với GPS và GIS để khai thác dữ liệu không gian hiệu quả phục vụ việc lập bản đồ thành phố, quy hoạch giao thông và giám sát biến động sử dụng đất Ảnh đa phổ với độ phân giải cao đóng vai trò quan trọng trong phát triển các ứng dụng viễn thám, giúp đáp ứng yêu cầu cung cấp thông tin chi tiết và chính xác trong nhiều lĩnh vực.
Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu Trái đất bằng viễn thám đã được đẩy mạnh nhờ ứng dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật mới, đặc biệt là sử dụng ảnh radar Viễn thám radar tích cực, sử dụng sóng dài và tia phản hồi để chụp ảnh băng, cho phép thực hiện các nghiên cứu độc lập mà không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết như mây Sóng radar xuyên qua mây, đất mỏng và thực vật, hoạt động cả ngày lẫn đêm do nguồn sóng nhân tạo, không phụ thuộc vào năng lượng mặt trời Các ảnh radar kiểu SLAR được ghi nhận lần đầu trên vệ tinh Seasat, nhờ đặc tính nhạy cảm với độ ghồ ghề của bề mặt vật thể và khả năng phát tia ở góc xiên đa dạng, giúp nghiên cứu cấu trúc của các khu vực đất đai Công nghệ máy tính và phần mềm chuyên dụng ngày càng phát triển mạnh mẽ, tạo điều kiện cho việc phân tích ảnh vệ tinh dạng số hoặc ảnh radar một cách chính xác và hiệu quả hơn.
Trong lâm nghiệp thì Spurr S đã chia lịch sử viễn thám trong lâm nghiệp thế giới thành ba giai đoạn chính nhƣ sau:
Giai đoạn đầu tiên, từ cuối thế kỷ 19 đến trước chiến tranh thế giới thứ nhất, đánh dấu sự ra đời của ảnh hàng không, kính lập thể và các thử nghiệm ban đầu về ứng dụng của chúng trong lâm nghiệp Các nhà nghiên cứu như Rodolf Kobsa và Ferdinand Wang (Áo - 1982), Hugershoff R (Đức - 1911), Hand Dock (Áo - 1913) đã tiến hành các thí nghiệm nhằm khám phá tiềm năng của công nghệ này trong việc khảo sát và quản lý rừng.
Giai đoạn thứ hai diễn ra từ sau Chiến tranh thế giới thứ nhất đến cuối Chiến tranh thế giới thứ hai, ghi nhận thành tựu của nhiều tác giả trong các lĩnh vực liên quan đến ảnh hàng không Trong giai đoạn này, đã xây dựng thành công bản đồ rừng từ ảnh hàng không ở vùng Maurice, Canada, bản đồ thực vật rừng ở Anh (1924), và thực hiện điều tra trữ lượng rừng bằng ảnh hàng không tại Mỹ (1940) Các nhà nghiên cứu như Seely và Hugershoff đã thí nghiệm các phương pháp đo chiều cao và phân tích ảnh hàng không, góp phần tiến bộ trong lĩnh vực này Tuy nhiên, giai đoạn này vẫn chưa xây dựng hoàn chỉnh hệ thống lý luận cũng như phương pháp nhận diện và phân tích ảnh hàng không một cách toàn diện.
Kể từ sau Chiến tranh Thế giới thứ hai, lĩnh vực viễn thám đã phát triển mạnh mẽ nhờ vào tiến bộ khoa học kỹ thuật Viễn thám đã trở thành công cụ quan trọng trong nhiều quốc gia để nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực như quản lý tự nhiên, đô thị, nông nghiệp và phòng chống thiên tai Các kỹ thuật viễn thám ngày càng đa dạng, chính xác và được cập nhật liên tục, góp phần nâng cao hiệu quả công tác phân tích và dự báo.
Hệ thống vệ tinh như Interkosmos và vệ tỉnh Landsat đã góp phần quan trọng trong việc thu thập và xử lý dữ liệu từ không gian Song song với các hệ thống này, nhiều trạm thu và xử lý thông tin đã được thiết lập tại các quốc gia như Canada, Brazil, Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc, góp phần mở rộng khả năng thu thập dữ liệu viễn thám toàn cầu Gần đây, các vệ tinh mới như SPOT, ADEOS, TERRA ra đời, đồng thời sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin đã thúc đẩy nghiên cứu các phương pháp xử lý ảnh viễn thám bằng phần mềm ở các nước tiên tiến như Mỹ, Nhật, Pháp, Nga Nhờ đó, ảnh viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quan trọng như nông nghiệp, lâm nghiệp, môi trường và địa chất, nâng cao hiệu quả công tác phân tích và quản lý tài nguyên.
Trong giai đoạn 2001-2010, Việt Nam đã xây dựng và triển khai kế hoạch tổng thể về ứng dụng và phát triển công nghệ viễn thám nhằm nâng cao khả năng quản lý tài nguyên đất đai, môi trường và phòng chống thiên tai Các hoạt động này giúp thúc đẩy nghiên cứu, đổi mới công nghệ và ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực quan trọng của quốc gia Phát triển công nghệ viễn thám tại Việt Nam đã góp phần tăng cường năng lực phân tích, dự báo và ra quyết định chính xác hơn, phù hợp với các mục tiêu phát triển bền vững của đất nước.
Khái quát về lớp phủ và đối tƣợng lớp phủ
Lớp phủ mặt đất là lớp vật chất bao phủ bề mặt đất, có thể quan sát được từ mặt đất hoặc qua vệ tinh viễn thám Nó gồm cả thực vật tự nhiên hoặc trồng cấy, cùng các công trình xây dựng như nhà cửa và đường xá Ngoài ra, nước, băng, đá lộ và các dải cát cũng được xem là lớp phủ mặt đất theo tiêu chuẩn của FAO AFRICOVER Programme (1998).
1.3.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trường khí quyển và bề mặt đối tƣợng cũng nhƣ bản thân các đối tƣợng Sóng điện từ chiếu tới mặt đất, năng lƣợng của nó sẽ tác động lên bề mặt trái đất và sẽ xảy ra các hiện tƣợng sau:
Khi đoán đọc các ảnh vũ trụ và ảnh máy bay, cần lưu ý các dạng phản xạ từ các bề mặt, đặc biệt trong trường hợp hình ảnh thiếu thông tin về các khu vực khảo sát Việc hiểu rõ các thông số kỹ thuật của thiết bị chụp, các phản chụp và điều kiện chụp ảnh đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân tích và đoán đọc ảnh Những yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của việc điều vẽ và phân tích bức ảnh.
Phương pháp phân loại ảnh
Phân loại không kiểm định là phương pháp phân loại dựa trên tính chất phổ của lớp phủ mà không cần biết rõ tên hay đặc tính chính xác của lớp đó Phương pháp này sử dụng việc đặt tên mang tính tương đối, khác với phân loại có kiểm định vì không tạo ra các vùng mẫu riêng biệt Thay vào đó, phân loại không kiểm định chỉ xác định các lớp phân lớp phổ, đồng thời quá trình phân lớp này cũng chính là quá trình phân loại Số lượng tên lớp và các lớp phân chia được xác định một cách tương đối so sánh với dữ liệu mặt đất.
Phân loại có kiểm định là phân chia một cách có kiểm định các giá trị xám
DN (Digital Number) của các pixel ảnh được xác định theo từng nhóm đơn vị lớp phủ mặt đất thông qua việc sử dụng máy tính và các thuật toán chuyên dụng Để thực hiện phương pháp này, cần xây dựng các tập hợp mẫu (Training samples) dựa trên đặc tính phản xạ phổ của từng đối tượng, giúp phân loại chính xác hơn Việc lựa chọn các vùng mẫu phù hợp là yếu tố quyết định đến độ chính xác của kết quả phân loại ảnh.
Trong phân loại có kiểm định dành cho ảnh viễn thám, các phương pháp phổ biến bao gồm Phân loại hình hộp (Parallelpiped Classification), Phân loại theo khoảng cách nhỏ nhất (Minimum Distance Classification) và Phân loại hàm xác suất cực đại (Maximum Likelihood Classification) Các phương pháp này giúp xác định chính xác các đối tượng trong ảnh dựa trên đặc điểm đặc trưng của dữ liệu, đảm bảo phân loại hiệu quả và tin cậy cao trong các ứng dụng phân tích ảnh viễn thám.
Phương pháp Phân loại hàm xác suất cực đại (Maximum Likelihood Classification) được xem là phù hợp nhất với điều kiện khu vực nghiên cứu, mang lại độ chính xác cao trong quá trình phân loại Đây là phương pháp phổ biến trong lĩnh vực phân tích dữ liệu hiện nay, giúp nâng cao độ chính xác của kết quả phân loại Nguyên tắc chính của phương pháp này là tận dụng xác suất để xác định lớp phù hợp nhất cho từng điểm dữ liệu, đảm bảo tính nhất quán và đáng tin cậy trong phân tích Do đó, Maximum Likelihood Classification được đánh giá là lựa chọn tối ưu cho các nghiên cứu yêu cầu độ chính xác cao và phù hợp với đặc điểm khu vực nghiên cứu.
MỤC TIÊU - NỘI DUNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Bài viết đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng nền tảng khoa học vững chắc cho việc đề xuất phương pháp tạo lập bản đồ lớp phủ mặt đất Các nghiên cứu này góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 trong quản lý và giám sát tài nguyên thiên nhiên Việc phát triển các phương pháp mới giúp cải thiện độ chính xác của bản đồ lớp phủ mặt đất, từ đó hỗ trợ quá trình ra quyết định trong lĩnh vực quản lý đất đai, rừng và tài nguyên tự nhiên Nhờ đó, các cơ sở khoa học được củng cố, góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ viễn thám và hình ảnh vệ tinh trong các chiến lược bền vững của quốc gia.
- Đánh giá được hiện trạng sử dụng đất tại xã Mường Khương, huyện Mường Khương tỉnh Lào Cai
- Xây dựng thành công bản đồ lớp phủ mặt đất từ ảnh vệ tinh Landsat 8.
Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- Hiện trạng khu vực xã Mường Khương, huyện Mường Khương tỉnh Lào Cai
+ Về thời gian: Sử dụng ảnh Landsat 8 năm 2019 và thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất
+ Về địa điểm: Đề tài được tiến hành trên qui mô toàn địa phận xã Mường Khương, huyện Mường Khương tỉnh Lào Cai.
Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá hiện trạng sử dụng đất của khu vực
- Thành lập khóa giải đoán
- Xây dựng quy trình tạo lập bản đồ
Phương pháp nghiên cứu
Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan phương pháp pháp nghiên cứu
2.4.1 hương pháp kế thừa số liệu, tư liệu ảnh Đề tài đƣợc kế thừa số liệu, tƣ liệu ảnh từ các nguồn có sẵn, số liệu diện tích chung của khu vực nghiên cứu
* Tư liệu ảnh viễn thám
Dowload ảnh vệ tinh từ website: https://earthexplorer.usgs.gov/ có chứa khu vực xã Mường Khương, huyện Mường Khương tỉnh Lào Cai
Hình 2.2 Website dowload ảnh vệ tinh
Hình 2.3 Ảnh Landsat 8 đƣợc sử dụng
Thông số kỹ thuật của ảnh:
- Ngày chụp: 29-03-2019 và đƣợc xử lý cấp 1 vào ngày 04-04-2019
- Sử dụng phép chiếu UTM múi chiếu 48
- Định hướng theo hướng Bắc của bản đồ
2.4.2 hương pháp điều tra thực địa
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát 30 điểm thực tế trong khu vực nghiên cứu để đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại ảnh, sử dụng GPS để lấy tọa độ của từng điểm điều tra Các điểm điều tra được chọn theo phương pháp ngẫu nhiên để đảm bảo tính khách quan và đại diện cho toàn khu vực Việc khảo sát được thực hiện tại nhiều vị trí và tọa độ khác nhau nhằm nâng cao độ chính xác của kết quả kiểm tra phương pháp phân loại ảnh.
Dựa trên vị trí các điểm tọa độ đã được chọn lựa và độ chính xác của phương pháp cùng tư liệu ảnh viễn thám, chúng tôi tiến hành xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất xã Mường Khương, huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai Quá trình này sử dụng phần mềm ArcGIS 10.5 để đảm bảo độ chính xác cao và hỗ trợ phân tích hiệu quả các lớp dữ liệu không gian Bản đồ lớp phủ mặt đất này cung cấp cái nhìn toàn diện về hiện trạng sử dụng đất của địa phương, phục vụ cho công tác quản lý và phát triển bền vững.
2.4.3 hương pháp xây dựng bản đồ lớp phủ
Phân tích và xử lý ảnh viễn thám
Hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí quyển là cần thiết vì tất cả dữ liệu số đều chịu mức độ nhiễm xạ nhất định do điều kiện khí quyển Khi quan sát phản xạ bức xạ năng lượng Mặt Trời từ các đối tượng trên mặt đất lên các cảm biến trên vật mang vũ trụ, có thể xuất hiện sự khác biệt so với quan sát gần đó do nhiễu gây ra bởi góc nghiêng, độ cao của Mặt Trời và các điều kiện khí quyển như hấp thụ, tán xạ và mù khí quyển Do đó, để đảm bảo độ chính xác và tính đồng nhất của dữ liệu bức xạ, cần thực hiện hiệu chỉnh phản xạ để loại bỏ ảnh hưởng của khí quyển.
ArcToolbox => Spatial Analyst Tools => Map Algebra => Raster Calculator
Gộp các band ảnh đơn lẻ là bước quan trọng trong xử lý ảnh viễn thám, nhằm kết hợp các ảnh từ các kênh phổ khác nhau, bao gồm cả ảnh màu đen trắng Việc tổ hợp các band ảnh giúp nâng cao khả năng phân loại và giải đoán ảnh, đồng thời ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình ảnh và thông tin của chủ thể được thể hiện Đây là bước đầu tiên và then chốt, quyết định hiệu quả của quá trình phân tích dữ liệu vệ tinh.
ArcToolBox/Data Management Tools/Raster/Raster
Cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu là bước quan trọng để giảm thiểu thời gian xử lý ảnh Landsat có phạm vi lớn, nhờ đó giúp tiết kiệm tài nguyên phần mềm và tăng hiệu quả trong quá trình phân tích Việc này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải đoán ảnh nhanh chóng và chính xác hơn, phù hợp với phạm vi nghiên cứu cụ thể.
ArcTool Box/Data Management Tools/Raster/Raster Processing/Clip
Xây dựng khóa giải đoán ảnh
Bảng mẫu chuẩn giải đoán là công cụ hỗ trợ xác định các đặc điểm và dấu hiệu quan trọng liên quan đến từng đối tượng cụ thể Nó giúp nhà giải đoán dễ dàng nhận diện các yếu tố ảnh hưởng và đưa ra phương hướng chẩn đoán chính xác hơn Các yếu tố và dấu hiệu được xác định rõ ràng trong bảng nhằm nâng cao độ chính xác của quá trình phân tích, góp phần vào việc đưa ra các quyết định đúng đắn về tình trạng hoặc vấn đề cần giải quyết.
Kết quả giải đoán phụ thuộc chủ yếu vào khóa giải đoán, được xây dựng dựa trên các vùng nghiên cứu kỹ lưỡng Nhờ khóa giải đoán, việc mở rộng và phân tích cho nhiều vùng có điều kiện tương tự trở nên dễ dàng hơn, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình nghiên cứu.
Trong đề tài sử dụng 2 phương pháp để giải đoán:
+ Phân loại ảnh có kiểm định (Supervised Classification)
Phân loại có kiểm định là quá trình chia các giá trị xám của ảnh một cách chính xác bằng cách sử dụng các thuật toán máy tính Quá trình này dựa trên việc tạo các tập hợp mẫu (Training samples) cho từng loại đối tượng, dựa trên đặc tính phản xạ phổ của chúng Việc chọn lựa các vùng mẫu phù hợp đóng vai trò quan trọng quyết định hiệu quả và độ chính xác của kết quả phân loại.
Các mẫu phân loại được nhận biết qua vùng mẫu để xây dựng các chìa khóa giúp giải đoán ảnh chính xác Phần mềm sử dụng các khu vực mẫu đã chọn lọc và áp dụng chúng cho toàn bộ khu vực nghiên cứu, nâng cao hiệu quả phân tích Quá trình lựa chọn và khoanh vùng mẫu được thực hiện bằng lệnh chuyên dụng, đảm bảo quá trình phân loại diễn ra thuận tiện và chính xác.
Image Classification => Training Sample Manager
Chúng tôi đã sử dụng phương pháp phân loại hàm xác suất cực đại (Maximum Likelihood Classification) dựa trên các tập hợp mẫu có sẵn để tạo bản đồ lớp phủ đất trên toàn bộ khu vực nghiên cứu Phương pháp này giúp xác định chính xác các lớp đất dựa trên xác suất phân bổ của các mẫu dữ liệu Kết quả là bản đồ lớp phủ đất phản ánh đúng đặc điểm vùng nghiên cứu, hỗ trợ cho các phân tích không gian và quy hoạch phù hợp.
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - DÂN CƢ - KINH TẾ -XÃ HỘI
Điều kiện tự nhiên
Hình 3.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu
Xã Mường Khương thuộc huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai, có vị trí địa lý đa dạng với phía Đông giáp xã Tung Chung Phố và Nấm Lư, phía Nam giáp xã Nậm Chảy, còn phía Tây và Bắc tiếp giáp tỉnh Vân Nam, Trung Quốc Địa hình của xã gồm nhiều vực sâu, chia cắt tạo thành các thung lũng hẹp, với độ cao trung bình khoảng 900 m so với mực nước biển, đỉnh cao nhất đạt trên 1.600 m tại La Pán Tẩn Hệ thống sông suối phân bổ rải rác, chiếm 1,46% tổng diện tích tự nhiên của xã, phần lớn diện tích nằm ở độ cao từ 300 m đến 1.000 m do đặc điểm địa hình chia cắt rõ ràng.
Khí hậu của Mường Khương là nhiệt đới gió mùa, nhưng do vị trí sâu trong lục địa và địa hình phức tạp, thời tiết tại đây thường biến đổi không đều theo thời gian và không gian Nhiệt độ ở Mường Khương dễ xảy ra đột biến, với những ngày nhiệt độ chênh lệch trong ngày cao hoặc thấp bất thường.
Khí hậu Mường Khương chia thành hai mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, mang lượng mưa trung bình từ 1.800mm trở lên, còn mùa khô diễn ra từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau Nhiệt độ trung bình tại vùng cao từ 15°C đến 20°C, riêng Sa Pa có nhiệt độ từ 14°C đến 16°C và không tháng nào nhiệt độ vượt quá 20°C, tạo điều kiện thuận lợi cho du lịch và sinh hoạt hàng ngày.
>2.000mm Nhiệt độ trung bình nằm ở vùng thấp từ 23 độ C – 29 độ C, lƣợng mƣa trung bình từ 1.400mm - 1.700mm
Sương mù thường xuất hiện phổ biến trên toàn tỉnh, đặc biệt là ở các vùng núi cao và thung lũng kín gió, nơi có mức độ rất dày Trong các đợt rét đậm, sương muối xuất hiện nhiều hơn tại các khu vực này, kéo dài từ 2 đến 3 ngày, gây ảnh hưởng đến đời sống và sản xuất địa phương.
Khí hậu Mường Khương phù hợp với các loại cây ôn đới, tạo điều kiện thuận lợi để phát triển các đặc sản xứ lạnh như hoa, quả, thảo dược và cá nước lạnh Nhờ đó, vùng đất này có lợi thế riêng biệt so với các khu vực khác trong việc khai thác và mở rộng các sản phẩm đặc trưng của miền lạnh Điều kiện khí hậu lý tưởng giúp nông dân và nhà sản xuất tận dụng tối đa tiềm năng của các loại cây trồng và thủy sản đặc trưng của Mường Khương.
Thổ nhƣỡng: Đất có độ phì cao, màu mỡ, đa dạng bao gồm 10 nhóm, 30 loại đất, phù hợp với
Tài nguyên đất của Mường Khương phong phú, chủ yếu là đất Feralít đồi núi phát triển trên nền đá biến chất, với độ dày tầng đất lớn phù hợp trồng nhiều loại cây Nhìn chung, điều kiện đất đai và khí hậu tại đây tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển đa dạng các loại cây trồng, giúp hình thành một nền sản xuất nông lâm nghiệp phong phú và đa dạng sản phẩm.
Thị trấn có tổng diện tích tự nhiên là 2.805 ha, trong đó đất lâm nghiệp chiếm 1.086,5 ha, đất nông nghiệp là 593,26 ha, đất thổ cư đạt 291,16 ha, và diện tích đất chưa sử dụng là 284,08 ha.
Đặc điểm dân cƣ xã hội
Mường Khương sở hữu hệ thống giao thông đa dạng với Quốc lộ 4D chạy qua, tạo điều kiện thuận lợi cho kết nối khu vực Các tuyến đường liên xã, liên thôn ngày càng được đầu tư xây dựng và nâng cao chất lượng, góp phần thúc đẩy giao lưu kinh tế, văn hóa và xã hội với các xã, huyện lân cận.
Hệ thống cơ sở hạ tầng của xã đã được đầu tư xây dựng mới, bao gồm trụ sở UBND xã, các cơ quan đóng trên địa bàn thị trấn, trường học và trạm xá, đều được nâng cấp bằng cách xây mới, lợp mái ngói và bê tông hoá Những cải thiện này đã phần nào đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh của nhân dân và nhu cầu học tập của con em các dân tộc trong xã, góp phần thúc đẩy sự phát triển cộng đồng địa phương.
Là trung tâm hành chính của huyện Mường Khương, thị trấn có đa dạng dân tộc sinh sống với 14 nhóm, trong đó dân tộc Nùng chiếm tỷ lệ lớn nhất (31%) Theo số liệu năm 2004, toàn xã có 699 hộ, 3.145 nhân khẩu và 1.366 lao động, chiếm 44% tổng dân số, phản ánh nguồn nhân lực dồi dào và trình độ dân trí cao Với vị trí trung tâm và nguồn nhân lực chất lượng, thị trấn có tiềm năng lớn trong việc chuyển đổi cơ cấu kinh tế xã hội theo hướng phát triển bền vững.
Mường Khương là thị trấn có tốc độ tăng trưởng cao, với sự phát triển vượt bậc không chỉ trong lĩnh vực nông nghiệp mà còn trong các ngành nghề khác như thương mại và dịch vụ Tổng sản lượng lương thực đạt 1.176 tấn, góp phần nâng cao đời sống người dân địa phương Bình quân lương thực đầu người tại Mường Khương cũng đạt mức đáng kể, thúc đẩy sự ổn định kinh tế và phát triển bền vững của khu vực.
Tốc độ tăng trưởng kinh tế hàng năm đạt khoảng trên 8, 5%
Mường Khương đối mặt với nhiều khó khăn trong phát triển kinh tế, bao gồm địa hình không bằng phẳng, đất bị rửa trôi, bạc màu, đất chua và nghèo dưỡng chất, gây khó khăn trong công tác tưới tiêu để thúc đẩy sản xuất nông nghiệp luân canh và tăng vụ Dù tốc độ chuyển dịch cơ cấu kinh tế cao hơn các xã khác, nhưng vẫn còn chậm so với tiềm năng và yêu cầu phát triển của vùng.
Trong những năm tới, cần chuyển dịch mạnh mẽ cơ cấu ngành theo hướng phù hợp với thị trường, ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ để phát triển ngành chăn nuôi gia súc nhằm tạo ra hàng hóa chất lượng cao Tăng tỷ trọng của các ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và thương mại dịch vụ là yếu tố then chốt để thúc đẩy sự phát triển bền vững và khai thác tối đa thế mạnh của Mường Khưong Áp dụng mô hình nông lâm kết hợp và đẩy mạnh phát triển thương mại – dịch vụ giúp khai thác hiệu quả tiềm năng của vùng bán sơn địa này, góp phần thúc đẩy tăng trưởng kinh tế địa phương.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Đánh giá hiện trạng sử dụng đất tại xã Mường Khương, huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai
Dựa trên số liệu thu thập và quá trình điều tra thực địa, nghiên cứu đã xác định được 4 loại hình sử dụng đất chính tại khu vực nghiên cứu, bao gồm đất thổ cư, đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp và đất chưa sử dụng, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và phát triển bền vững đất đai địa phương.
Hiện trạng sử dụng đất của xã nhƣ sau:
Hình 4.1 Hiện trạng sử dụng đất xã Mường Khương
(Nguồn: http:muongkhuong.laocai.gov.vn)
Xã có tổng diện tích tự nhiên là 2.805 ha, trong đó đất lâm nghiệp chiếm tỷ trọng lớn nhất với 38,73% (1.086,5 ha), bao gồm rừng tự nhiên và rừng sản xuất Diện tích đất nông nghiệp hiện có là 593,26 ha, chiếm 21,15%, chủ yếu để trồng hoa màu, lúa, ngô và một số vùng trồng chè Ngoài ra, diện tích đất thổ cư là 291,16 ha, còn lại là đất chưa sử dụng với diện tích 284,08 ha.
Mường Khương là xã miền núi thuộc khu vực biên giới với vị trí đặc thù, mang lại lợi ích thúc đẩy giao thương và phát triển kinh tế Nhờ đó, khu vực này có tốc độ phát triển nhanh, dẫn đến việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất diễn ra mạnh mẽ Việc quy hoạch và sử dụng đất cần được quan tâm và giải quyết thấu đáo để đảm bảo sự phát triển kinh tế bền vững đi đôi với việc bảo vệ môi trường.
Hiện trạng sử dụng đất xã Mường Khương Đất Lâm nghiệp Đất nông nghiệp Đất thổ cư Đất Chưa sử dụng
Thành lập khóa giải đoán ảnh vệ tinh
4.2.1 Tư liệu phục vụ giải đoán
Trong quá trình giải đoán và phân loại các đối tượng ngoài ảnh Landsat, việc sử dụng Google Earth giúp lấy được hình ảnh chất lượng cao nhất có thể, từ đó giảm thiểu tối đa sai số trong quá trình phân tích ảnh Việc này góp phần nâng cao độ chính xác của kết quả và đảm bảo độ tin cậy cho các công tác đánh giá và ra quyết định dựa trên dữ liệu ảnh satellite.
Việc kết hợp ảnh landsat và google earh trong quá trình giải đoán mang lại những một số ƣu điểm nhƣ:
- Giảm tỉ lệ che phủ xuống tối thiểu, nhỏ hơn 10%
- Chất lƣợng ảnh cao, các đối tƣợng đƣợc thể hiện rõ nét
4.2.2 Xây dựng khóa giải đoán ảnh
Kết quả khảo sát thực địa và phân tích bản đồ cho thấy xã Mường Khương, huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai, có 4 nhóm đối tượng sử dụng đất chính là đất thổ cư, đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp và rừng, và đất chưa sử dụng Để hỗ trợ công tác giải đoán ảnh, đề tài đã xây dựng bộ khóa giải đoán ảnh gồm các vùng mẫu khoanh trên ảnh Landsat cùng với ảnh thực địa có cùng tọa độ, giúp so sánh và kiểm tra độ chính xác của phương pháp giải đoán.
Giải đoán ảnh
Bảng 4.1 Bộ khóa giải đoán ảnh các đối tƣợng lớp phủ
Tọa độ Ảnh landsat8 Ảnh thực địa Mô tả x y Đất thổ cƣ 22.759051° 104.110928°
Khu nhà nối tiếp, bệnh viện, trường học, khu nhà hành chính… thường là các khối trắng, đỏ phân bố thành cụm dọc theo các trục đường chính Đất
22.761104° 104.111052° Đất trồng hoa màu lúa, ngô, thường có màu xám, nâu, hoặc xanh nhạt Đất lâm nghiệp
Rừng trồng, rừng tự nhiên, đất lâm nghiệp Thường có màu xanh đậm Đất chƣa sử dụng
Khu vực đất trống, mặt bằng chƣa sử dụng nương rẫy bỏ hoang… Thường có màu hồng nhạt hoặc
Sơ đồ phân bố các vùng mẫu được chọn
Sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 kết hợp với công cụ Training Sample Manager trong thanh công cụ Classification để xác định các vùng mẫu Quá trình này giúp khoanh vùng các khu vực có đặc điểm phản xạ phổ giống nhau, từ đó phân loại thành 4 loại đối tượng chính Các vùng mẫu và đối tượng đã được thống kê chi tiết dựa trên đặc điểm phản xạ phổ, đảm bảo độ chính xác trong quá trình phân tích và phân loại ảnh vệ tinh.
Bảng 4.2 Thống kê các đối tƣợng và vùng mẫu
Các vùng mẫu được lấy một cách ngẫu nhiên và phân bố đều trên toàn bộ khu vực nghiên cứu, đảm bảo tính đại diện cho toàn vùng Số lượng pixel mẫu trên mỗi đối tượng dao động từ 64 đến 180 pixel, phản ánh diện tích nhỏ của khu vực nghiên cứu và chất lượng ảnh còn hạn chế Phương pháp lấy mẫu này nhằm tối ưu hóa độ chính xác trong phân tích dữ liệu, phù hợp với đặc điểm địa bàn nghiên cứu và hạn chế về chất lượng hình ảnh.
Hình 4.2 Sơ đồ phân bố các vùng mẫu
Kết quả của phương pháp phân loại Maximum Likelihood cho thấy đây là phương pháp tự động phù hợp nhất với đặc điểm của đối tượng nghiên cứu Phương pháp này mang lại hiệu quả cao trong việc phân loại dữ liệu chính xác và tin cậy, góp phần nâng cao chất lượng nghiên cứu Đề tài đã xác định rằng sử dụng phương pháp Maximum Likelihood là lựa chọn tối ưu để đạt được kết quả phân loại chính xác nhất trong quá trình phân tích.
Từ vùng mẫu xác định đƣợc ở bảng 4.2, tiến hành phân loại ảnh khu vực nghiên cứu Kết quả sau khi tiến hành phân lọai tự động nhƣ sau:
Hình 4.3 Ảnh phân loại theo phương pháp Maximum Likelihood
Hình 4.4 Bản đồ lớp phủ mặt đất xã Mường Khương, huyện Mường
Qua quá trình điều tra và phân loại, đã xác định rõ 4 nhóm đối tượng đất chính trong khu vực nghiên cứu, bao gồm đất thổ cư, đất nông nghiệp, đất chưa sử dụng và đất lâm nghiệp, với diện tích từng loại được trình bày rõ ràng tại phụ biểu số 02.
Khu vực có tổng diện tích là 2.811,69ha, trong đó diện tích đất lâm nghiệp chiếm tỷ lệ lớn nhất với 37,56%, phản ánh vai trò chính của rừng trong vùng Đất thổ cư chiếm tỷ lệ nhỏ nhất là 10,14%, phù hợp với đặc điểm địa hình núi đồi của tỉnh Mường Khương Do nằm trong khu vực miền núi phía Bắc, địa hình chủ yếu là đồi núi, ảnh hưởng lớn đến phân bổ và sử dụng đất đai tại địa phương.
Tỷ lệ các đối tƣợng đƣợc thể hiện qua biểu đồ:
Hình 4.5 Biểu đồ tỉ lệ diện tích các đối tƣợng
4.3.2 Kiểm tra độ chính xác của phương pháp phân loại
Bảng 4.3 trình bày kết quả đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại đối tượng đất đai Trong đó, đối tượng đất thổ cư có tỷ lệ chính xác 88,89%, với 8 mẫu đúng trong tổng số 9 mẫu Đất nông nghiệp đạt tỷ lệ chính xác 71,43%, với 5 mẫu đúng và 2 mẫu sai trong số 7 mẫu khảo sát Đất lâm nghiệp có độ chính xác cao nhất, đạt 100%, tất cả 7 mẫu đều đúng Cuối cùng, đất chưa sử dụng có tỷ lệ chính xác 85,71%, với 6 mẫu đúng trong số 7 mẫu.
Biểu đồ tỉ lệ diện tích các đối tượng Đất thổ cư Đất nông nghiệp Đất Lâm nghiệp Đất Chưa sử dụng
Kết quả kiểm tra các điểm điều tra cho thấy phương pháp đạt độ chính xác cao lên đến 86,67% Sai số chỉ khoảng 14% có thể xuất phát từ các yếu tố như sai lệch trong khoanh vùng mẫu phân loại hoặc các nguyên nhân khách quan như góc chiếu, bóng đổ, nhiễu loạn quang phổ Đánh giá này chứng tỏ phương pháp có độ tin cậy cao trong các ứng dụng khảo sát và phân tích hình ảnh.
Đề xuất quy trình xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất
Trong quá trình nghiên cứu, đề tài đã tổng hợp các bước xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất dựa trên ảnh Landsat 8, từ việc nghiên cứu quy trình nhỏ để phát triển quy trình hoàn chỉnh ứng dụng trong thực tế Để thực hiện, cần kế thừa các tài liệu liên quan nhằm hướng dẫn khảo sát và điều tra ngoài thực địa, dữ liệu điều tra ngoại nghiệp sẽ được kết hợp với tài liệu dự án để xây dựng khóa giải đoán ảnh Quá trình giải đoán ảnh sau đó tiến hành phân loại lớp phủ mặt đất, từ đó hình thành bản đồ lớp phủ mặt đất chính xác và khả thi cho các ứng dụng thực tế.
Kết quả đề xuất quy trình đƣợc trình bày nhƣ sau:
Hình 4.7 Quy trình xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất