TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Khái niệm Viễn thám và GIS
Viễn thám (Remote sensing) là khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng thông qua phân tích dữ liệu thu được bằng các phương tiện không tiếp xúc trực tiếp Đây là phương pháp thăm dò từ xa, giúp nghiên cứu các đối tượng hoặc hiện tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp, góp phần cung cấp dữ liệu chính xác và toàn diện cho các lĩnh vực như quản lý tài nguyên, môi trường và quan sát trái đất.
Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, Dưới đây là định nghĩa về viễn thám theo quan niệm của các tác giả khác nhau:
+ Ficher và nnk (1976) thì viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó
+ Barret và Curtis (1976) viễn thám là quan sát về một đối tƣợng bằng một phương tiện cách xa vật trên một khoảng cách nhất định
Viễn thám là một khoa học chuyên lấy thông tin từ các đối tượng từ khoảng cách xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp Năng lượng đo được trong các hệ thống viễn thám hiện nay chủ yếu là năng lượng điện tử từ các nguồn phát ra, giúp theo dõi và phân tích các vật thể từ xa một cách chính xác.
Viễn thám được định nghĩa là quá trình thu thập thông tin về mặt đất và mặt nước của trái đất thông qua việc sử dụng các ảnh chụp từ một đầu thu phát sử dụng bức xạ phổ điện từ, có thể là ảnh đơn kênh hoặc đa phổ, dựa trên phản xạ hoặc bức xạ từ bề mặt trái đất Theo Janes B Campbell (1996), công nghệ này giúp cung cấp dữ liệu chính xác và chi tiết cho nhiều lĩnh vực như môi trường, nông nghiệp, và quản lý tài nguyên Viễn thám đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát tài nguyên thiên nhiên và phân tích thay đổi khí hậu toàn cầu.
Viễn thám là ngành khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về các vật thể, vùng hoặc hiện tượng từ xa thông qua phân tích dữ liệu thu được bởi các phương tiện không tiếp xúc trực tiếp Theo Lillesand và Kiefer (1986), viễn thám cho phép khảo sát và nghiên cứu các đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp, giúp cung cấp dữ liệu chính xác và toàn diện để phục vụ các mục đích nghiên cứu, quản lý đất đai, môi trường, và các lĩnh vực liên quan Đây là công cụ quan trọng trong phân tích không gian và giám sát các thay đổi về mặt tự nhiên cũng như nhân tạo trên bề mặt trái đất.
Phương pháp viễn thám là kỹ thuật sử dụng năng lượng điện từ như ánh sáng, nhiệt và sóng cực ngắn để điều tra và đo đạc các đặc tính của đối tượng Theo Floy Sabin (1987), phương pháp này giúp thu thập dữ liệu từ xa một cách chính xác và hiệu quả, hỗ trợ nghiên cứu về các đặc điểm của bề mặt và môi trường tự nhiên Viễn thám đã trở thành công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, môi trường, quản lý đất đai và dự báo thời tiết Với khả năng theo dõi diện rộng và thu thập dữ liệu nhanh chóng, phương pháp này đóng vai trò thiết yếu trong phân tích và giám sát các hiện tượng tự nhiên.
Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) đƣợc hình thành từ ba khái niệm: địa lý, thông tin, hệ thống
+ Địa lý ( geographic) liên quan đến các đối tƣợng về không gian: vật lý văn hóa xã hội
Thông tin trong GIS đề cập đến khối lượng dữ liệu quản lý, bao gồm dữ liệu về thuộc tính và đặc điểm không gian của đối tượng Dữ liệu này giúp phân tích và xử lý thông tin địa lý chính xác, hỗ trợ quyết định trong các lĩnh vực như quy hoạch đô thị, quản lý tài nguyên và môi trường Việc nắm bắt và quản lý dữ liệu thông tin hiệu quả là yếu tố then chốt để tối ưu hóa các ứng dụng GIS và nâng cao chất lượng công tác phân tích không gian.
Hệ thống GIS là phương thức tiếp cận tích hợp các module thành một hệ thống thống nhất và toàn diện, giúp nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý và vận hành.
Chuyển đổi dữ liệu địa lý thành thông tin hữu ích là mục tiêu chính của GIS, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học khác nhau Dựa vào các lĩnh vực cụ thể, các nhà khoa học đã định nghĩa khái niệm GIS như một hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian, giúp đưa ra các quyết định chính xác và hiệu quả hơn trong nghiên cứu và thực tiễn.
Theo Calkins và Tomlinson (1977), GIS là một gói phần mềm tích hợp được thiết kế đặc biệt để xử lý dữ liệu địa lý một cách hiệu quả và toàn diện GIS giúp quản lý, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian, hỗ trợ đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu địa lý chính xác Đây là công cụ quan trọng trong các lĩnh vực như quản lý đất đai, quy hoạch đô thị, và môi trường.
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS), theo Pavlidis (1982), là một hệ thống có nhiệm vụ xử lý các thông tin địa lý nhằm hỗ trợ quy hoạch và ra quyết định trong các lĩnh vực chuyên môn khác nhau GIS đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và quản lý dữ liệu không gian, giúp nâng cao hiệu quả trong các hoạt động liên quan đến địa lý và quy hoạch phát triển bền vững.
Theo ESRI, tập đoàn hàng đầu về nghiên cứu và phát triển phần mềm GIS, Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) là một hệ thống tích hợp gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con người, được thiết kế để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu liên quan đến vị trí địa lý, hỗ trợ các ngành công nghiệp trong việc quản lý và ra quyết định dựa trên thông tin không gian.
Theo Brrough (1986), GIS được xem là một công cụ quan trọng để lưu trữ, truy vấn tùy ý, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực Công nghệ này hỗ trợ phân tích dữ liệu địa lý cho các mục đích đặc thù, giúp hiểu rõ hơn về môi trường và không gian xung quanh.
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) là một phần của công nghệ thông tin được hình thành từ những năm 1960 và đã phát triển rộng rãi trong thập kỷ gần đây Hiện nay, GIS là công cụ quyết định thành công trong nhiều hoạt động kinh tế, xã hội và quốc phòng của các quốc gia trên thế giới GIS có khả năng đánh giá hiện trạng của các quá trình và thực thể tự nhiên, kinh tế, góp phần nâng cao hiệu quả trong quản lý và ra quyết định.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin liên quan đến nền hình học (bản đồ) dựa trên hệ tọa độ của dữ liệu đầu vào Việc ứng dụng GIS giúp hỗ trợ quản lý dữ liệu một cách hiệu quả, đồng thời phù hợp với xu hướng phát triển kinh tế - xã hội hiện đại Sử dụng hệ thống này là cần thiết để nâng cao hiệu quả công tác quản lý và ra quyết định, góp phần thúc đẩy quá trình phát triển bền vững của xã hội.
Lịch sử hình thành và phát triển của Viễn thám và GIS
Viễn thám là một ngành khoa học đã phát triển mạnh mẽ trong hơn ba thập kỷ gần đây nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ vũ trụ, bắt đầu từ năm 1960 khi các vệ tinh đầu tiên bắt đầu thu nhận ảnh số từ quỹ đạo trái đất Tuy nhiên, lịch sử phát triển của viễn thám bắt nguồn từ việc chụp ảnh sử dụng phim và giấy ảnh, phản ánh mối liên hệ chặt chẽ giữa sự tiến bộ kỹ thuật và công nghệ viễn thám Sự phát triển của công nghệ viễn thám đã mở ra nhiều khả năng mới trong nghiên cứu và ứng dụng lĩnh vực này, từ đó góp phần quan trọng vào các lĩnh vực như quản lý tài nguyên, môi trường và quốc phòng.
Bảng 1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển của viễn thám
STT Thời gian Sự kiện
1 1800 Phát hiện tia hồng ngoại
2 1839 Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp đen trắng
3 1847 Phát hiện cả dải phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy
4 1850-1860 Chụp ảnh từ khinh khí cầu
5 1873 Xây dựng học thuyết về phổ điện từ
6 1909 Chụp ảnh từ máy bay
7 1910-1920 Giải đoán từ không trung
8 1920-1930 Phát triển ngành chụp và đo ảnh hàng không
9 1930-1940 Phát triển kỹ thuật radar (Đức, Mỹ, Anh)
10 1940 Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay
11 1950 Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy
12 1950-1960 Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự
13 12/4/1961 Liên xô phóng tàu vũ trụ có người lái và chụp ảnh trái đất từ ngoài vũ trụ
14 1960-1970 Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám
15 1972 Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1
16 1970-1980 Phát triển mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số
17 1980-1990 Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat
18 1986 Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo
Từ năm 1990 đến nay, lĩnh vực phát triển bộ cảm thu đa phổ đã đạt nhiều thành tựu đáng kể, bao gồm việc mở rộng dải phổ và kênh phổ để nâng cao khả năng phân tích dữ liệu Các kỹ thuật xử lý mới liên tục được phát triển nhằm tăng độ phân giải của bộ cảm thu, giúp cải thiện độ chính xác và chất lượng của các phép đo Những tiến bộ này góp phần nâng cao hiệu suất và ứng dụng của các hệ thống cảm thu đa phổ trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Nguồn: Nguyễn Khắc Thời và cộng sự (2007)
Vào năm 1839, Louis Daguerre (1789-1881) đã công bố báo cáo nghiên cứu về hóa ảnh, mở đầu cho ngành chụp ảnh hiện đại Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt Trái Đất từ khinh khí cầu, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong lịch sử nhiếp ảnh.
Gaspard Felix Tournachon, nhà nhiếp ảnh người Pháp, đã sử dụng khinh khí cầu để đạt độ cao 80m và chụp ảnh khu vực Bievre, Pháp vào năm 1858 Một trong những bức ảnh nổi bật chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu là của James Wallace Black, ghi lại vùng Boston vào năm 1860 Đến năm 1894, Aine Laussedat đã khởi đầu chương trình sử dụng ảnh chụp cho mục đích lập bản đồ địa hình, mở ra nhiều ứng dụng mới trong lĩnh vực địa lý và khoa học đất đai.
Ngành hàng không đã thúc đẩy sự phát triển của ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học, phim và giấy ảnh nhạy sáng Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất qua các ảnh chồng phủ liên tiếp và khả năng xem ảnh nổi (stereo), giúp chỉnh lý, đo đạc và tách lọc thông tin hiệu quả cao Ngành chụp ảnh hàng không sử dụng các phương tiện như máy bay, khinh khí cầu và tàu lượn để chụp ảnh từ trên không, gọi là ảnh hàng không hay không ảnh Bức ảnh đầu tiên từ máy bay được chụp vào năm 1910 bởi Wilbur Wright, người Mỹ, thực hiện gần Centoceli, Ý, mở đầu cho sự phát triển của ngành chụp ảnh hàng không.
Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) đã mở đầu kỷ nguyên mới của công nghệ chụp ảnh từ máy bay dùng cho mục đích quân sự, thúc đẩy sự phát triển của các loại máy ảnh và các kỹ thuật đo đạc ảnh Những năm sau đó, các thiết kế máy chụp ảnh đa dạng đã được nghiên cứu và hoàn thiện, cùng với sự tiến bộ trong nghệ thuật giải đoán và đo đạc ảnh từ hàng không Nhờ đó, ngành đo đạc ảnh (photogrammetry) hình thành và phát triển mạnh mẽ, góp phần vào sự tiến bộ của khoa học hình ảnh và kỹ thuật quân sự.
Trong Chiến tranh Thế giới thứ hai (1939-1945), ảnh đã chủ yếu được sử dụng cho mục đích quân sự, đặc biệt là phát triển công nghệ radar và ảnh chụp bằng phổ hồng ngoại để nâng cao khả năng thu thập thông tin Các ảnh chụp từ nguồn năng lượng nhân tạo như radar đã trở thành công cụ quan trọng trong lĩnh vực quân sự, giúp lọc thông tin chính xác hơn nhờ các kênh phổ hồng ngoại Ngoài ra, ảnh màu chụp bằng máy ảnh đã được sử dụng rộng rãi trong chiến tranh, góp phần nâng cao hiệu quả tác chiến Cuộc chạy đua vào vũ trụ giữa Liên Xô cũ và Hoa Kỳ đã thúc đẩy nghiên cứu địa cầu bằng công nghệ viễn thám hiện đại, dẫn đến sự ra đời của các trung tâm nghiên cứu mặt đất như ESA (European Space Agency) và các chương trình vũ trụ như NASA, góp phần phát triển kỹ thuật viễn thám và quan sát trái đất từ không gian.
(Nationmal Aeromautics and Space Administration) Mỹ
Ngoài các số liệu thống kê đã đề cập, các quốc gia như Canada, Nhật Bản, Pháp, Ấn Độ và Trung Quốc đang tích cực triển khai các chương trình nghiên cứu liên quan đến trái đất sử dụng công nghệ viễn thám Những hoạt động này giúp nâng cao khả năng giám sát, phân tích và dự báo các biến đổi môi trường toàn cầu Các nghiên cứu bằng viễn thám tại các nước này đóng góp quan trọng vào việc hiểu rõ hơn về tác động của biến đổi khí hậu và quản lý tài nguyên thiên nhiên hiệu quả hơn.
Phát triển của viễn thám gắn liền với sự tiến bộ của công nghệ nghiên cứu vũ trụ, nhằm phục vụ nghiên cứu Trái đất, các hành tinh và quyển khí quyển Các ảnh chụp nổi stereo, chụp theo phương đứng và xiên từ vệ tinh Gemini (1965) đã thể hiện ưu thế trong nghiên cứu Trái đất Tiếp theo, tàu Apollo đã cung cấp các ảnh chụp nổi và đa phổ kích thước 70mm về Trái đất, mang lại những thông tin vô cùng hữu ích cho việc nghiên cứu mặt đất Ngành hàng không vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu Trái đất từ vũ trụ, góp phần nâng cao hiểu biết về hành tinh của chúng ta.
Nghiên cứu trái đất được thực hiện qua các chuyến bay trên tàu vũ trụ có người như Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos kể từ năm 1961, cùng với các trạm chào mừng Salyut Các hình ảnh thu được từ các thiết bị quét đa phổ phân giải cao như MSU-E trên Meteor-Priroda giúp phân tích bề mặt trái đất một cách chính xác Vệ tinh Cosmos cung cấp các bức ảnh thuộc nhiều dải phổ khác nhau trên 5 kênh, với kích thước 18x18cm, giúp quan sát đa dạng các đặc điểm địa lý Ngoài ra, ảnh chụp từ thiết bị KATE-140, MKF-6M trên trạm Salyut cung cấp các bức ảnh đa phổ từ 0.40 đến 0.89μm, với độ phân giải mặt đất trung bình đạt 20 x 20m, hỗ trợ nghiên cứu chi tiết về môi trường và khí hậu trái đất.
Sau vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS (nay là Landsat-1), các vệ tinh thế hệ mới như Landsat-2, Landsat-3, Landsat-4 và Landsat-5 được phát triển để nâng cao khả năng quan sát và phân tích môi trường Ngay từ những ngày đầu, ERTS-1 được trang bị bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau giúp thu thập dữ liệu đa dạng về bề mặt trái đất, bên cạnh đó là bộ cảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ, góp phần cải thiện độ phân giải và chất lượng hình ảnh Các công nghệ này đã mở ra nhiều triển vọng trong lĩnh vực khảo sát, giám sát và quản lý tài nguyên thiên nhiên.
Ngoài các vệ tinh Landsat-2, Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là SKYLAB
Kể từ năm 1982, các ảnh chuyên đề khám phá trái đất được thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM-4 và Landsat TM-5, với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt, mang lại lợi thế mới cho nghiên cứu môi trường qua nhiều dải phổ khác nhau Hiện nay, ảnh vệ tinh từ Landsat-7 đã phổ biến với giá thành rẻ hơn so với Landsat TM-5, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận các phương pháp nghiên cứu môi trường bằng dữ liệu vệ tinh linh hoạt hơn.
Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp bắt đầu từ năm 1986 và đã trải qua nhiều thế hệ từ SPOT-1 đến SPOT-5, góp phần tạo ra các sản phẩm ảnh số đa dạng về kiểu phổ Các ảnh vệ tinh này chủ yếu được cung cấp dưới dạng đơn kênh (panchromatic), với độ phân dải không gian cao, phù hợp cho các ứng dụng quan trắc và phân tích đất đai, môi trường Với khả năng cung cấp dữ liệu có độ phân giải cao, ảnh vệ tinh SPOT đã trở thành nguồn dữ liệu quan trọng trong lĩnh vực GIS và các nghiên cứu liên quan đến quản lý tài nguyên thiên nhiên.
Ảnh vệ tinh SPOT có độ phân giải không gian từ 10 x 10m đến 2,5 x 2,5m, với đa kênh SPOT-XS gồm hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy và một kênh thuộc dải phổ hồng ngoại Tính năng nổi bật của ảnh vệ tinh SPOT là khả năng tạo ra các cặp ảnh chồng lấn, cho phép quan sát đối tượng nổi (stereo) trong không gian 3 chiều, hỗ trợ phân tích địa hình chính xác Các dữ liệu này giúp nâng cao hiệu quả nghiên cứu bề mặt trái đất, đặc biệt trong việc phân tích các yếu tố địa hình Ngoài ra, các ảnh vệ tinh của Nhật Bản, như MOS-1, được sử dụng rộng rãi trong quan sát và nghiên cứu biển.
Công nghệ thu ảnh vệ tinh đã được triển khai trên các vệ tinh của Ấn Độ, điển hình là IRS-1A, giúp tạo ra các ảnh vệ tinh đa dạng như LISS thuộc nhiều hệ khác nhau.
Ứng dụng tƣ liệu viễn thám trong quản lý sử dụng đất
Trên thế giới có rất nhiều đề tài nghiên cứu khoa học ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý sử dụng đất :
Nghiên cứu dự đoán thay đổi diện tích đất và lớp phủ mặt đất tại huyện Patna, Bihar, Ấn Độ, do tác giả Varun Narayan Mishara và Praveen Kumar Rai thực hiện, sử dụng ảnh Landsat để phân tích sự biến đổi đất đai qua các thời kỳ Phương pháp phân loại ảnh có kiểm định đã được áp dụng nhằm xác định chính xác các đối tượng đất đai và lớp phủ mặt đất, hỗ trợ quản lý tài nguyên thiên nhiên và quy hoạch đô thị hiệu quả hơn Kết quả nghiên cứu giúp dự báo các xu hướng chuyển đổi đất đai, từ đó đưa ra các giải pháp bền vững trong phát triển vùng.
Báo cáo nghiên cứu tập trung vào việc lập bản đồ và phân tích biến động sử dụng đất tại lưu vực sông Simly, Islamabad, Pakistan, bằng các phương pháp Viễn thám và GIS Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn toàn diện về sự thay đổi sử dụng đất qua các giai đoạn khác nhau, giúp đánh giá tác động môi trường và hỗ trợ quản lý bền vững tài nguyên đất đai Phương pháp Viễn thám và GIS đã chứng minh hiệu quả trong việc theo dõi chính xác và nhanh chóng các biến động địa lý, góp phần nâng cao năng lực phân tích dữ liệu không gian Báo cáo do các tác giả Amna Butt, Rabia Shabbir và Sheikh Saeed thực hiện nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho các chiến lược phát triển bền vững tại khu vực lưu vực sông Simly, Islamabad.
Nghiên cứu của Ahmad và Neelam Aziz sử dụng thuật toán phân loại có giám sát cao nhất trong phần mềm ERDAS để phát hiện sự thay đổi về độ che phủ và sử dụng đất tại lưu vực sông Simly, Pakistan, dựa trên dữ liệu vệ tinh Landsat 5 và SPOT 5 từ năm 1992 đến 2012 Lưu vực sông được phân thành năm lớp chính gồm Nông nghiệp, Đất trống/đá, Khu định cư, Thực vật và Nước, giúp phân tích chính xác sự biến đổi của các lớp phủ đất qua thời gian Các bản đồ độ che phủ và sử dụng đất được tạo ra bằng phần mềm ArcGIS 10, sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định nhằm đảm bảo tính chính xác của kết quả.
Nghiên cứu của Mahrooz Rezaei cùng các cộng sự, đăng trên tạp chí PeerJ năm 2016, tập trung vào việc đánh giá thay đổi sử dụng đất và bao phủ đất tại miền nam Iran thông qua phân tích dữ liệu viễn thám Bằng cách sử dụng ảnh Landsat ETM và Landsat 8, nghiên cứu đã xác định mức độ biến đổi diện tích đất và tác động của nó đối với khả năng xói mòn gió trong khu vực Kết quả cho thấy rằng sự thay đổi trong sử dụng đất có ảnh hưởng rõ rệt đến mức độ xói mòn gió, từ đó đề xuất các biện pháp quản lý đất đai bền vững nhằm giảm thiểu thiệt hại do xói mòn Nghiên cứu này góp phần nâng cao hiểu biết về tác động của biến đổi đất đai đối với môi trường ở miền nam Iran dựa trên dữ liệu viễn thám chính xác.
1.3.2 Ở Việt Nam Ở nước ta cũng đã có nhiều đề tài nghiên cứu khoa học ứng dụng GIS và Viễn thám trong quản lý sử dụng đất có thể kể tới:
+ Ứng dụng viễn thám Lansat đa thời gian và GIS đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn ven biển huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh giai đoạn
1994 - 2015 của TS Nguyễn Hải Hòa Dữ liệu ảnh viễn thám Landsat với phương pháp phân loại ảnh bằng phương pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised
+ Ứng dụng GIS và Viễn thám để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Triệu Sơn tỉnh Thanh Hóa
Dưới đây là bài viết về đồ án “Ứng dụng viễn thám và GIS để phân tích, đánh giá hiện trạng sử dụng đất đô thị quận 2, thành phố Hồ Chí Minh” của sinh viên Trần Thị Hải Hà Trong nghiên cứu này, tác giả đã áp dụng công nghệ viễn thám và hệ thống GIS để phân tích và đánh giá hiện trạng sử dụng đất đô thị quận 2, nhằm cung cấp các dữ liệu chính xác phục vụ quy hoạch phát triển bền vững Bằng việc sử dụng các hình ảnh vệ tinh và phần mềm GIS, nghiên cứu đã xác định các loại hình sử dụng đất và xu hướng biến đổi trong khu vực, góp phần hỗ trợ công tác quản lý đất đai hiệu quả hơn Đề tài cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc ứng dụng công nghệ mới trong việc tối ưu hóa quản lý đô thị tại thành phố Hồ Chí Minh.
Dữ liệu ảnh vệ tinh Sport có độ phân giải rất cao, lên đến 5 x 5 mét, gấp 6 lần ảnh Landsat và gấp đôi ảnh Sentinel, giúp phân tích chính xác hơn Tuy nhiên, ảnh vệ tinh Sport yêu cầu trả phí, khiến chi phí nghiên cứu tăng cao Trong quá trình phân loại dữ liệu, đề tài sử dụng nhiều phần mềm chuyên dụng như Envi, MapInfo 7.5, ArcView GIS 3.5 để đảm bảo kết quả chính xác và hiệu quả.
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh” của TS Nguyễn Quốc Khánh sử dụng ảnh vệ tinh SPOT làm tư liệu chính để xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên Phương pháp nghiên cứu áp dụng chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) nhằm đánh giá mức độ phủ xanh của đất đai và phân loại có kiểm định để đảm bảo độ chính xác của kết quả Công nghệ viễn thám cùng GIS đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp dữ liệu chính xác, hỗ trợ các hệ thống quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh hiệu quả.
Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu
Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá mà thiên nhiên ban tặng cho con người, là tư liệu sản xuất đặc biệt và môi trường quan trọng để sản xuất lương thực, thực phẩm phù hợp nhu cầu của xã hội Nó đóng vai trò nền tảng trong việc định cư, tổ chức các hoạt động kinh tế xã hội, và là đối tượng lao động không thể thay thế, đặc biệt trong ngành nông nghiệp Việc sử dụng đất hiệu quả và bền vững đang ngày càng trở nên cấp thiết để duy trì năng lực sản xuất của đất đai cho hiện tại và tương lai.
Hoành Bồ là huyện nằm ở phía tây tỉnh Quảng Ninh, giáp các địa phương lân cận như Yên Hưng, thị xã Uông Bí về phía tây; huyện Sơn Động tỉnh Bắc Giang và huyện Ba Chẽ về phía bắ c; thị xã Cẩm Phả về phía đông; và thành phố Cẩm Phả ở phía đông nam.
Hoành Bồ là huyện giáp biển, nằm gần vịnh Hạ Long, được kết nối bằng quốc lộ 279 đã nâng cấp và đường dẫn Cầu Bang đang hoàn thiện, tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy giao thương và du lịch Huyện tiếp giáp các trung tâm khai thác than lớn như Hòn Gai, Uông Bí và Cẩm Phả, nên được xem là vùng ngoại ô và vệ tinh của thành phố Hạ Long, góp phần phát triển kinh tế địa phương Vị trí địa lý thuận lợi giúp Hoành Bồ phát huy lợi thế cung cấp thực phẩm, rau quả cho các khu công nghiệp và đô thị lân cận, đồng thời mở rộng các tuyến điểm du lịch bên cạnh di sản thế giới Vịnh Hạ Long Tuy nhiên, hoạt động khai thác mỏ, xây dựng các công trình và quản lý chưa hợp lý của cơ quan chức năng đã gây ra biến động về diện tích đất, ảnh hưởng đến phát triển bền vững của huyện.
Với thực trạng nhƣ thế cũng có một số đề tài nghiên cứu đƣợc thực hiện ở khu vực:
+ Nguyễn Quốc Việt, Đại học Quốc Gia Hà Nội, “ Quy hoạch sử dụng đất phục vụ phát triển nông lâm nghiệp bền vững tỉnh Quảng Ninh”
Vũ Xuân Vương từ Đại học Thái Nguyên nghiên cứu về thực trạng và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất tại thị trấn Trới, huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh Báo cáo làm rõ những thách thức trong quản lý và sử dụng đất đai hiện nay, đồng thời đề xuất các giải pháp nhằm tối ưu hóa công tác quy hoạch và phát triển bền vững khu vực này Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nâng cao năng lực quản lý đất đai để thúc đẩy phát triển kinh tế – xã hội, giảm thiểu tình trạng lãng phí đất đai và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của cộng đồng.
+ Nguyễn Hồng Ninh, Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội,
“Đánh giá hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp tại thị trấn Trới, huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh”
Các đề tài nghiên cứu chưa tập trung vào vấn đề trọng tâm, thiếu thông tin đầy đủ về hiện trạng sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh Đồng thời, chưa cung cấp dữ liệu chính xác về biến động đất trong khu vực này, khiến cho việc đánh giá và đề xuất giải pháp gặp nhiều hạn chế Chính vì vậy, cần tiến hành nghiên cứu mới để đảm bảo đầy đủ dữ liệu về hiện trạng đất đai và biến động đất, từ đó hỗ trợ công tác quản lý và phòng chống thiên tai hiệu quả hơn.
Sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian để đánh giá sự thay đổi hoạt động sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh từ năm 2000 đến 2016 Nghiên cứu này nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu về hiện trạng sử dụng đất, góp phần cung cấp các cơ sở khoa học quan trọng cho công tác quản lý và sử dụng đất bền vững tại địa phương Kết quả phân tích giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ và phát triển tài nguyên đất đai Việc phân tích quá trình biến đổi sử dụng đất góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế – xã hội bền vững cho huyện Hoành Bồ trong giai đoạn dài hạn.
TIÊU - NỘI DUNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1 Mục tiêu chung Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng cơ sở dữ liệu về hiện trạng hoạt động sử dụng đất qua đó góp phần làm cơ sở khoa học phục vụ công tác quản lý sử dụng đất bền vững tại huyện Hoành Bồ, Tỉnh Quảng Ninh
2.1.2 Mục tiêu cụ thể Để đạt đƣợc mục tiêu chung đề ra đề tài tập chung vào những mục tiêu cụ thể nhƣ sau:
+ Đánh giá hiện trạng và tình hình quản lý hoạt động sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh
+ Đánh giá thay đổi hoạt động sử dụng đất trong các năm của hai xã Vũ Oai và Hòa Bình của huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh
+ Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả quản lý hoạt động sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là hoạt động sử dụng đất tại xã Vũ Oai và Hòa Bình huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh
Phạm vi thời gian: Sử dụng tƣ liệu ảnh viễn thám tập trung đánh giá thay đổi hoạt động sử dụng đất khu vực nghiên cứu giai đoạn 2000-2016
Phạm vi không gian: Nghiên cứu ở hai xã Vũ Oai và xã Hòa Bình của huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh.
Nội dung nghiên cứu
Để đạt đƣợc những mục tiêu của nghiên đã đề ra, đề tài tiến hành thực hiện một số nội dung nghiên cứu nhƣ sau:
2.3.1 Nghiên cứu hiện trạng và tình hình công tác quản lý hoạt động sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh
+ Đánh giá hiện trạng hoạt động sử dụng đất của địa phương
+ Đánh giá công tác quản lý hoạt động sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu
2.3.2 Nghiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng hoạt động sử dụng đất qua các thời kỳ
+ Xây dựng bản đồ chuyên đề các năm tại khu vực nghiên cứu
+ Đánh giá độ chính xác của bản đồ
2.3.3 Đánh giá thay đổi hoạt động sử dụng đất và các nhân tố ảnh hưởng đến quản lý sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh
Để hiểu rõ sự thay đổi về diện tích sử dụng đất qua các giai đoạn, cần xây dựng bản đồ biến động diện tích đất đai theo thời gian, phản ánh chính xác các biến động diễn ra Đồng thời, việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu giúp phân tích rõ nguyên nhân và xu hướng biến đổi, từ đó hỗ trợ đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả và phát triển bền vững.
2.3.4 Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý hoạt động sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh
+ Đƣa ra một số giải pháp về mặt công nghệ và kỹ thuật
+ Đề xuất một số giải pháp về mặt kinh tế và xã hội.
Phương pháp nghiên cứu
2.4.1 Phương pháp luận Ảnh viễn thám (còn gọi là ảnh vệ tinh) là ảnh số thể hiện các vật thể trên bề mặt trái đất đƣợc thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh Nó đƣợc biết đến như cách thể hiện bề mặt trái đất dựa trên phương pháp tổ hợp màu giữa các kênh phổ Phương pháp tổ hợp màu là phương pháp được sử dụng rộng rãi dựa trên chuẩn nền màu của viễn thám để hỗ trợ cho công tác giải đoán ảnh Lợi thế của ảnh chụp đa phổ là có thể sử dụng tích hợp các kênh phổ khác nhau để phân tích giải đoán các đối tƣợng theo các đặc trƣng bức xạ phổ Ƣu điểm của phương pháp tổ hợp màu là sử dụng các kênh ảnh đa phổ hiển thị cùng một lúc trên 3 kênh ảnh được gắn tương ứng với 3 loại màu cơ bản là đỏ, xanh lá cây và xanh lam hay còn gọi là RGB Phương pháp này có thể tổ hợp hiển thị 3 kênh ảnh của cùng một loại ảnh vệ tinh, của các ảnh vệ tinh khác nhau cùng độ phân giải, hoặc của ảnh vệ tinh và ảnh máy bay cùng độ phân giải, của ảnh radar với các thời gian chụp khác nhau
Biến động của đối tượng là sự thay đổi về một đặc điểm nào đó theo thời gian Ảnh vệ tinh cung cấp các giá trị phản ánh đặc điểm của đối tượng ở các thời điểm khác nhau, giúp chúng ta nhận biết sự biến đổi rõ rệt Sự khác biệt giữa các hình ảnh vệ tinh là cơ sở để đánh giá biến động của các đối tượng, từ đó đưa ra các phương án quản lý phù hợp và hiệu quả hơn.
2.4.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể
2.4.2.1 Đánh giá hiện trạng và thực trạng quản lý hoạt động sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu
Phương pháp kế thừa số liệu từ các nghiên cứu điều tra trước, còn gọi là nghiên cứu tài liệu thứ cấp, giúp đánh giá chính xác hiện trạng sử dụng đất khu vực Để đảm bảo độ tin cậy, chúng tôi sử dụng dữ liệu từ các báo cáo, tài liệu báo chí, đài phát thanh, các đề tài nghiên cứu khoa học và các dự án của địa phương Phương pháp này tối ưu hóa việc phân tích dữ liệu, cung cấp b Insights về xu hướng sử dụng đất và hỗ trợ đề xuất giải pháp phù hợp Sử dụng số liệu thứ cấp là chìa khóa để đánh giá hiệu quả và lên kế hoạch phát triển bền vững của khu vực.
Để đánh giá hoạt động quản lý sử dụng đất, đề tài sử dụng phương pháp điều tra thực địa và phỏng vấn trực tiếp người dân cùng cán bộ địa chính cấp huyện và cấp xã Phương pháp này giúp thu thập thông tin chính xác về các loại hình sử dụng đất và các biến động đất đai qua các thời kỳ nghiên cứu Việc khảo sát kỹ lưỡng mang lại cái nhìn toàn diện về quá trình quản lý đất đai và những thay đổi diễn ra trong khu vực nghiên cứu, hỗ trợ cho công tác lập kế hoạch và quản lý đất đai hiệu quả.
2.4.2.2 Xây dựng bản đồ hiện trạng hoạt động sử dụng đất trong giai đoạn nghiên cứu
Phương pháp thu thập số liệu của đề tài dựa trên việc sử dụng chuỗi ảnh viễn thám Landsat đa thời gian từ năm 2000 đến 2014 và ảnh Sentinel năm 2016 để xây dựng bản đồ hiện trạng hoạt động sử dụng đất Để đánh giá biến động diện tích sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu, đề tài đã tải xuống ảnh vệ tinh từ các năm trong khoảng thời gian nghiên cứu nhằm phân tích sự thay đổi trong khu vực.
Bảng 2.1 Dữ liệu ảnh viễn thám đƣợc sử dụng trong đề tài
STT Mã ảnh Ngày chụp Độ phân giải(m) Path/Row Cloud
Nguồn: https://earthexplorer.usgs.gov/order
- Phương pháp điều tra ngoại nghiệp:
Nghiên cứu đã tiến hành điều tra sơ bộ và lựa chọn các điểm kiểm tra ngoài thực địa để đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại ảnh Phương pháp chọn ngẫu nhiên được sử dụng để xác định các điểm đối tượng trong toàn bộ khu vực nghiên cứu, đảm bảo tính khách quan và đại diện Các vị trí khảo sát được xác định chính xác bằng thiết bị GPSmap 78s, nâng cao độ chính xác của dữ liệu thu thập Kết quả điều tra cho thấy, 70% số điểm nghiên cứu ngoài thực địa được sử dụng để phân loại, trong khi 30% còn lại dùng để đánh giá độ chính xác của phương pháp Tổng cộng, đã tiến hành xác định 300 điểm khảo sát trên địa bàn huyện, phục vụ cho công tác phân tích và đánh giá.
Dựa trên vị trí các điểm tọa độ đã chọn, phương pháp thực hiện và dữ liệu ảnh viễn thám, bài viết xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh bằng phần mềm ArcGIS 10.1, đảm bảo độ chính xác cao trong phản ánh thực tế hiện trạng sử dụng đất.
Các bước tiến hành xây dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu:
- Bước 1: Xử lý ảnh viễn thám
Hiệu chỉnh ảnh vệ tinh là bước quan trọng trong xử lý ảnh viễn thám, nhằm đảm bảo các bức ảnh chụp qua các năm ở các góc phương vị khác nhau đều được chuẩn hóa Đầu tiên, cần điều chỉnh các thông số hình ảnh để tất cả đều về cùng một hệ tọa độ và góc phương, từ đó cải thiện độ chính xác và khả năng phân tích của dữ liệu vệ tinh.
Cách tiến hành: ArcToolbox => Spatial Analyst Tools => Map Algebra
DN values to TOA reflectance = Band-specific reflectance_Mult_Band * DN values + Reflectance_Add_Band (Với các thông số đi kèm với file ảnh viễn thám đã tải.)
Gộp các band ảnh (kênh ảnh) là bước cần thiết trong xử lý ảnh viễn thám từ vệ tinh, giúp tích hợp các dữ liệu từ các kênh phổ khác nhau, thường là màu đen trắng Việc tổ hợp các band ảnh không chỉ làm rõ các đặc điểm của hình ảnh mà còn hỗ trợ quá trình phân loại và giải đoán ảnh dễ dàng hơn Chế độ hợp nhất này giúp tối ưu hóa khả năng phân tích dữ liệu và nâng cao chất lượng kết quả trong các công tác ứng dụng viễn thám.
Cách tiến hành: Arctoolbox => Data Management tools => Raster
+ Tăng cường chất lượng ảnh: Ảnh viễn thám sau khi tổ hợp sẽ đƣợc tăng cường cho việc giải đoán ảnh được tốt hơn
Hiệu chỉnh hình học là bước quan trọng trước khi phân tích hay giải đoán ảnh vệ tinh, giúp kiểm tra và xác định chính xác hệ quy chiếu cũng như các tham số địa lý của ảnh Việc chỉnh sửa ảnh vệ tinh đảm bảo giảm thiểu sai số hình học, từ đó nâng cao độ chính xác của dữ liệu không gian và các phân tích liên quan.
Việc cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu (clip) giúp giảm thiểu dung lượng dữ liệu lớn của ảnh Landsat, tăng tốc quá trình xử lý và phân tích ảnh Thông thường, một ảnh Landsat bao phủ diện tích rộng trên thực địa, khiến việc xử lý dữ liệu trở nên chậm chạp và tốn thời gian Do đó, cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu không chỉ tối ưu hóa thời gian làm việc mà còn nâng cao hiệu quả trong quá trình phân tích ảnh.
Cách làm: Arctoolbox => Data Management tools => Raster => Raster processing => Clip
- Bước 2: Phân tích và xử lý ảnh
Phương pháp phân loại không kiểm định được sử dụng để phân loại ảnh vệ tinh dựa trên thuộc tính quang phổ của các đối tượng Kết quả của quá trình này là hình ảnh vệ tinh được chia thành nhiều nhóm đối tượng có đặc điểm quang phổ tương đồng, giúp dễ dàng phân loại ban đầu bằng mắt trước khi kiểm tra độ chính xác Thuật toán Isodata thường được áp dụng để tạo ra nhiều nhóm đối tượng có phổ giống nhau, từ đó lọc các lớp thông tin phù hợp với mức độ chi tiết của bản đồ Quá trình phân loại dựa trên so sánh lớp/phổ ứng với mẫu lấy từ thực địa, nhóm nào trùng khớp với mẫu thì được quy về cùng đối tượng, nhằm đảm bảo phân loại chính xác và rõ ràng hơn.
- Bước 3: Giải đoán ảnh Đánh giá tương quan giữa các mẫu nhằm đưa ra tiêu chí phân loại ảnh: + Tách lớp các đối tƣợng
+ Tính toán về thông tin của các đối tƣợng
- Bước 4: Đánh giá độ chính xác và xử lý ảnh sau phân loại
Đánh giá độ chính xác sau phân loại là bước quan trọng để xác định chất lượng ảnh vệ tinh được giải đoán Phương pháp này giúp so sánh độ tin cậy của kết quả phân loại với các phương pháp khác nhau trong phân tích ảnh viễn thám Việc đánh giá chính xác đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu và nâng cao hiệu quả trong các ứng dụng quản lý tài nguyên và môi trường.
Sau khi phân loại, việc xử lý sau phân loại là bước quan trọng để tạo ra các lớp có khả năng xuất bản đồ chính xác Quá trình này nhằm khái quát hóa thông tin và nâng cao độ tin cậy của dữ liệu phân loại Việc xử lý sau phân loại đảm bảo các lớp được tối ưu hóa, phản ánh chính xác đặc điểm thực tế và hỗ trợ hiệu quả cho các ứng dụng bản đồ.
2.4.2.3 Đánh giá thay đổi hoạt động sử dụng đất qua các thời kỳ Để đánh giá thay đổi hoạt động sử dụng đất qua các thời kỳ trước hết ta phải có các tƣ liệu viễn thám của khu vực nghiên cứu:
- Phương pháp phân tích xử lý số liệu bằng phần mềm ArcGIS:
Xây dựng bản đồ hiện trạng của các năm dùng phương pháp xây dựng bản đồ hiện trạng
Bản đồ hiện trạng năm thứ nhất có 4 lớp thông tin ứng với 4 thông số:
3: Đối tƣợng khác (gồm đất nông nghiệp, dân cƣ, đất trống ) 4: Khai thác khoáng sản
Bản đồ hiện trạng năm thứ 2 có 4 lớp thông tin ứng với 4 thông số:
KIỆN TỰ NHIÊN - DÂN CƢ - KINH TẾ - XÃ HỘI
Điều kiện tự nhiên
Huyện Hoành Bồ là huyện miền núi nằm ở phía bắc tỉnh Quảng Ninh, cách trung tâm thành phố Hạ Long khoảng 10 km về phía nam Với vị trí địa lý độc đáo, huyện tiếp giáp với 3 thị xã và thành phố của tỉnh, góp phần vào phát triển kinh tế và du lịch của khu vực Nằm trong khu vực có cảnh quan đa dạng, huyện Hoành Bồ là điểm đến tiềm năng cho du khách muốn khám phá vẻ đẹp thiên nhiên của Quảng Ninh.
Vị trí địa lý của khu vực nằm trong khoảng từ 20°54’47” đến 21°0’15” vĩ độ Bắc và từ 106°50’ đến 107°15’ kinh độ Đông Phía Đông Bắc giáp huyện Ba Chẽ của tỉnh Quảng Ninh và huyện Sơn Động của tỉnh Bắc Giang, trong khi phía Nam tiếp giáp vịnh Cửa Lục – thành phố Hạ Long Khu vực phía Đông giáp thành phố Cẩm Phả, phía Tây giáp thành phố Uông Bí và thị xã Quảng Yên, tạo thành vị trí chiến lược quan trọng trong khu vực.
Hình 3.1 Sơ đồ vị trí nghiên cứu: Xã Vũ Oai và Hòa Bình
Nguồn: Khóa luận tốt nghiệp, (2017)
Diện tích tự nhiên của huyện Hoành Bồ đạt 84.463,22 ha, chiếm 13,8% diện tích toàn tỉnh Khoảng 75% diện tích của huyện là đất rừng, chủ yếu là rừng tự nhiên phong phú với nhiều loại gỗ quý như lim, sến, táu Ngoài ra, vùng rừng còn có đa dạng mây tre, cây dược liệu, hương liệu, trong đó nổi bật là trầm hương và ba kích, góp phần quan trọng vào danh mục tài nguyên thiên nhiên của địa phương.
Huyện gồm 12 xã và 1 thị trấn, trong đó có 5 xã thuộc vùng cao, với tổng diện tích tự nhiên đạt 49.611,39 ha, chiếm 58,8% diện tích tự nhiên của toàn huyện.
Vị trí địa lý giáp Vịnh Cửa Lục giúp khu vực trở thành vùng ngoại ô quan trọng, đóng vai trò như vệ tinh của thành phố Hạ Long Điều này mang lại nhiều điều kiện thuận lợi để thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội và khai thác các lợi thế của huyện như phát triển công nghiệp xi măng, gạch ngói và dịch vụ cảng biển.
Hoành Bồ có địa hình đa dạng gồm miền núi, trung du và đồng bằng ven biển, tạo điều kiện phát triển kinh tế đa dạng và bền vững Sự kết hợp giữa các vùng địa lý này thúc đẩy phát triển kinh tế miền núi, trung du và ven biển, đem lại tiềm năng lớn cho sự phát triển toàn diện của khu vực.
Hoành Bồ nằm trong vùng núi thuộc cánh cung Đông Triều, chạy dài từ Tây sang Đông, với hệ thống núi Thiên Sơn ở phía đông đỉnh Amvát cao nhất 1.091m, kết nối với núi Mãi Gia và núi rừng Khe Cát hình thành hệ thống núi mái nhà, chia cắt địa hình thành hai phía Bắc và Nam Sông suối chia thành hai hệ thống: phía Bắc chảy về huyện Ba Chẽ rồi đổ ra sông Ba Chẽ, trong khi phía Nam các sông suối chảy về vịnh Cửa Lục và hồ Yên Lập qua suối Míp để đổ ra vịnh.
+ Hoành Bồ có địa hình chính sau:
- Địa hình núi thấp: có độ cao từ 500m đến 1.090m ở các xã Đồng Sơn,
Kỳ Thƣợng chiếm khoảng 12% diện tích tự nhiên Vùng núi có độ dốc >350, độ chia cắt từ 3,5-4,5km/km2 nên quá trình xói mòn diễn ra mạnh
Địa hình đồi chiếm khoảng 70% diện tích tự nhiên, có độ cao từ 20m đến 500m, với dạng sắp xếp theo hình bát úp và cấu tạo chủ yếu từ đá lục nguyên Các đồi phân bố theo hướng Đông Tây, có độ dốc từ 12-35 độ, trong đó một số khối đá vôi có cấu tạo dốc đứng nằm rải rác trong khu vực Địa hình đồi có độ chia cắt trung bình khoảng 3,2-4,5 km/km², trải qua quá trình phong hóa và xói mòn mạnh mẽ, khiến lớp phủ thổ nhưỡng thường có tầng dày trung bình hoặc mỏng.
- Địa hình thung lũng: chiếm 8% diện tích, thường hẹp, dốc với cấu tạo chữ V, ít có hìnhU Do đó khả năng tận dụng để canh tác hạn chế
- Địa hình đồng bằng: chiếm 10% diện tích, đây là diện tích đất nông nghiệp trồng lúa chủ yếu của huyện
Các đồi sót cấu tạo chủ yếu bằng đá vôi tập trung tại xã Sơn Dương, Thống Nhất và Vũ Oai Những đồi này có giá trị khai thác cao, phù hợp để làm đá xây dựng hoặc nguyên liệu để sản xuất xi măng.
Hoành Bồ có khí hậu nhiệt đới gió mùa đặc trưng của tỉnh, phù hợp với các khu vực lân cận Với địa hình miền núi phức tạp và nằm gần biển, huyện chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ vùng khí hậu Đông Bắc, tạo nên kiểu khí hậu độc đáo và đa dạng so với các khu vực xung quanh.
Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm dao động từ 22-29°C, với mức cao nhất lên đến 38°C và thấp nhất khoảng 5°C Nhiệt độ phân bố khá đều giữa các tháng trong năm, trong đó mùa hè nhiệt độ thường từ 26-28°C, còn mùa đông từ 15-21°C Lượng nhiệt này đủ để cung cấp điều kiện sinh trưởng thuận lợi cho các loại cây trồng lương thực, màu và cây công nghiệp.
Trong năm, lượng mưa trung bình đạt khoảng 2.016mm, với đỉnh điểm cao nhất là 2.818mm và thấp nhất là 870mm Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm tới 89% tổng lượng mưa trong năm, trong khi mùa khô diễn ra từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, tháng ít mưa nhất là tháng 12 Độ ẩm không khí trung bình năm duy trì ở mức 82%, nhưng thấp nhất chỉ còn 18%, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp nhưng cũng gây khó khăn trong chế biến và bảo quản thức ăn, gia súc cũng như giống cây trồng.
Trong mùa đông, hướng gió thịnh hành là Bắc hoặc Đông Bắc với tốc độ trung bình từ 2,9 đến 3,6 m/s, mang lại đặc điểm khí hậu rõ rệt cho khu vực này Ngược lại, vào mùa hè, gió chủ đạo phổ biến từ hướng Nam và Đông Nam với tốc độ trung bình từ 3,4 đến 3,7 m/s, góp phần hình thành đặc trưng khí hậu nóng ẩm của mùa hè.
Sông suối Hoành Bồ chịu ảnh hưởng lớn của địa hình, phần lớn bắt nguồn từ các dãy núi cao phía bắc và chảy theo hướng bắc nam ra biển Dãy núi cánh cung Đông Triều - Móng Cái chạy theo hướng tây đông, chia huyện thành hai vùng tạo ra dòng chảy theo hai sườn bắc và nam, khiến sông suối có dòng chảy dốc và ngắn Nguồn nước mặt tại Hoành Bồ phân bố khá đều, đáp ứng nhu cầu tưới tiêu và sinh hoạt của người dân Các nguồn nước chủ yếu tập trung ở các sông suối như Sông Diễn Vọng, Sông Măn, Sông Ba Chẽ, Sông Đồn và Suối Đồng Vải.
Hệ thống sông suối phân bố đều trong huyện tạo ra nhiều vùng đồng bằng nhỏ hẹp, cung cấp nước tưới cho sản xuất và sinh hoạt của người dân Ngoài hệ thống sông suối Hoành Bồ, huyện còn có 12 hồ, đập, gồm 2 hồ lớn (Hồ Yên Lập và Hồ Cao Vân) và các hồ đập nhỏ, tổng dung tích chứa khoảng 138 triệu m³ nước, đủ tưới cho khoảng 10.000 ha đất canh tác và cung cấp hàng chục triệu m³ nước cho sinh hoạt cũng như các ngành kinh tế.
Dân cƣ
Dân số huyện Hoành Bồ năm 2010 đạt 47.612 người, trong đó dân tộc thiểu số chiếm tỷ lệ 34,35% Dân số thành thị là 10.653 người, chiếm 22,37%, trong khi dân số khu vực nông thôn là 36.959 người, chiếm 77,63% tổng dân số toàn huyện Tỷ lệ giới tính trong huyện gần như cân bằng với nam giới chiếm 50,70% (24.139 người) và nữ giới chiếm 49,30% (23.473 người) Số hộ dân trong huyện là 10.948, trung bình mỗi hộ có khoảng 4,3 người, phản ánh đặc điểm dân cư và cơ cấu xã hội của huyện Hoành Bồ.
Mật độ dân số trung bình năm 2010 là 55 người/km 2 tăng 16 người/km 2 so với năm 2000 (39 người/km 2 )
Dân cư trong huyện phân bố không đều theo đơn vị hành chính, với mật độ dân số cao tại thị trấn Trới đạt 825 người/km² Các xã khác như Lê Lợi có mật độ 161 người/km², Thống Nhất 113 người/km², Quảng La 86 người/km², và Sơn Dương 65 người/km², trong khi xã Kỳ Thượng có mật độ dân số thấp nhất chỉ 6 người/km².
Tỷ lệ phát triển dân số năm 2010 đạt 1,27%, thể hiện mức tăng trưởng trung bình trong giai đoạn này Tuy nhiên, sự khác biệt rõ ràng tồn tại giữa hai khu vực nông thôn và thành phố, khi tỷ lệ tăng dân số ở thành thị chỉ đạt 0,77%, thấp hơn nhiều so với mức 1,55% của khu vực nông thôn Điều này cho thấy tốc độ tăng dân số ở nông thôn vẫn cao hơn đáng kể so với thành phố, phản ánh những khác biệt trong quá trình phát triển dân cư giữa các khu vực.
Kinh tế - Xã hội
3.3.1 Thực trạng phát triển đô thị và các khu dân cư nông thôn
- Thực trạng phát triển các khu đô thị:
Hoành Bồ có thị trấn Trới, là đô thị loại V với tổng diện tích tự nhiên 1.218,40 ha cùng với dân số năm 2010 đạt 10.653 người, trung bình 4,3 người trên mỗi hộ gia đình Mật độ dân số tại đây đạt khoảng 825 người trên km2, góp phần phát triển kinh tế và hạ tầng địa phương.
Cơ sở hạ tầng đã được xây dựng và đầu tư đầy đủ để đáp ứng nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, như đường giao thông, trường học, trạm y tế, hệ thống điện, nước và các công trình công cộng phục vụ phúc lợi xã hội Tuy nhiên, trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của các dự án đô thị và xây dựng hạ tầng đã gây tác động tiêu cực đến môi trường, đặc biệt là ô nhiễm không khí và nguồn nước do hoạt động vận chuyển đất đá, nguyên vật liệu xây dựng Các công trình cầu cống, đường xá cũng chịu ảnh hưởng từ quá trình tăng trưởng này, ảnh hưởng đến hệ sinh thái và đời sống cộng đồng.
- Thực trạng phát triển các khu dân cư nông thôn:
Hiện nay, huyện đã hoàn thành việc xoá nhà tạm và nâng cấp hệ thống giao thông như đường xã, thôn xóm Tuy nhiên, vẫn còn 80% tuyến đường chưa được bê tông hoá, chủ yếu là đường cấp phối hoặc đường đất, gây khó khăn trong việc đi lại của người dân, đặc biệt vào mùa mưa.
Việc cấp nước sinh hoạt chủ yếu do người dân tự xây bể chứa và đào giếng lấy nước, trong khi một số hộ dân ở xã Lê Lợi đã sử dụng nước máy để phục vụ sinh hoạt hàng ngày Tỷ lệ số hộ sử dụng nước hợp vệ sinh hiện chiếm khoảng 82%, giúp nâng cao sức khỏe cộng đồng và đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
Hệ thống thoát nước mặt và nước thải sinh hoạt tại các khu dân cư mới chủ yếu tập trung ở các tuyến đường chính, trong khi các tuyến đường khác vẫn thải trực tiếp ra đồng ruộng Việc kết hợp thoát nước mặt và nước thải qua hệ thống kênh mương dẫn ra sông, suối gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường chung.
Vệ sinh môi trường vẫn còn hạn chế tại huyện, hiện chỉ có một số xã có tổ vệ sinh môi trường để thu gom rác thải, nhưng chủ yếu tập trung ở khu trung tâm xã, chưa được mở rộng ra các khu vực khác.
Các công trình công cộng phục vụ nhu cầu đời sống văn hóa, xã hội như trường học, cơ sở y tế, sân vui chơi thiếu nhi đã và đang được xây dựng khang trang trên địa bàn các xã Các công trình văn hóa và phúc lợi xã hội được bố trí hợp lý tại các xã để phục vụ cộng đồng Các khu dân cư trong xã được phân bố tập trung, gắn liền với các trục đường chính và công trình phúc lợi xã hội, tạo điều kiện thuận lợi cho sinh hoạt cộng đồng Việc xây dựng kiến trúc không gian khu dân cư mới theo quy hoạch đã đảm bảo tiêu chí khang trang, sạch đẹp, trong khi các khu dân cư truyền thống còn mang tính tự phát, chưa hợp lý về kiến trúc và cảnh quan, ảnh hưởng đến mỹ quan chung của địa phương.
Trong tương lai, dân số tăng sẽ thúc đẩy quá trình mở rộng đất để phục vụ nhu cầu nhà ở và sinh hoạt của cộng đồng, đòi hỏi điều chỉnh các điểm dân cư hiện tại và quy hoạch phát triển khu dân cư mới theo hướng đô thị hoá tại chỗ Việc sử dụng đất tiết kiệm và hiệu quả là yếu tố trọng tâm trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của huyện Hoành Bồ, nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững trong giai đoạn mới.
3.3.2 Thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng
Trong 5 năm qua, lĩnh vực xây dựng kết cấu hạ tầng được tăng cường đầu tƣ, phục vụ ngày càng tốt hơn về sản xuất, đời sống của nhân dân Tổng mức đầu tƣ vốn giai đoạn 2006- 2010 ƣớc đạt 449,6 tỷ đồng, tăng gấp 1,79 lần tổng vốn đầu tƣ giai đoạn 2001- 2005 Đã cơ bản hoàn thành kế hoạch nhựa hoá, bê tông hoá đường giao thông, thuỷ lợi
Hệ thống đường giao thông tại huyện Hoành Bồ chủ yếu là đường đất hoặc cấp phối, đặc biệt là các tuyến đường xã và thôn xóm Điều này gây ra nhiều khó khăn cho việc đi lại và sinh hoạt hàng ngày của người dân địa phương.
Huyện đã hình thành nhiều công trình thủy lợi như hồ, đập lớn nhỏ nhằm cung cấp nước tưới và sinh hoạt cho cộng đồng và vùng lân cận, với tổng cộng 40 hồ, đập trên diện tích 70,85 ha Tuy nhiên, đặc điểm huyện miền núi với ruộng đất phân tán và các công trình thủy lợi quy mô nhỏ khiến hệ thống chưa đáp ứng được yêu cầu tăng vụ, nâng cao năng suất cây trồng và phát triển canh tác tưới chủ động, dẫn đến tình trạng hạn chế trong sản xuất nông nghiệp.
Hệ thống giáo dục và đào tạo đang có những chuyển biến tích cực, chất lượng giáo dục ngày càng được nâng cao Quy mô trường, lớp học mở rộng, đội ngũ giáo viên tăng cường và từng bước được chuẩn hóa để đáp ứng yêu cầu đề ra Toàn huyện hiện có 39 trường từ mầm non đến trung học phổ thông với đội ngũ hơn 1.000 giáo viên, và đã cơ bản hoàn thành chương trình phổ cập giáo dục THCS Cơ sở vật chất trường học được nâng cấp, với 7/13 xã, thị trấn có trường học cao tầng, 135 phòng học kiên cố chiếm 41,2% tổng số phòng học, cùng với đó, có 2 trường tiểu học đạt chuẩn quốc gia Trong năm học 2009-2010, tỷ lệ học sinh tốt nghiệp tiểu học đạt 100%, trung học cơ sở 99,8%, trung học phổ thông 67,4%, và trung học bổ túc 36,9% Công tác xã hội hoá giáo dục cũng tiếp tục được đẩy mạnh, với các dự án đầu tư và đưa vào sử dụng các công trình phục vụ dạy và học như trường tiểu học Sơn Dương, Thống Nhất.
Nhiều trường học vẫn đang thiếu cơ sở vật chất đầy đủ để đáp ứng nhu cầu giảng dạy, với hầu hết các trường xây dựng bán kiên cố (12 trường) và thiếu các sân chơi, nhà công vụ cần thiết Điều này ảnh hưởng đến chất lượng giáo dục và hoạt động học tập của học sinh, đòi hỏi cần có sự đầu tư và cải thiện cơ sở hạ tầng giáo dục để đảm bảo môi trường học tập an toàn và thuận lợi.
Huyện có hệ thống y tế đa dạng gồm 1 bệnh viện tuyến huyện, 1 phòng khám đa khoa khu vực và 14 trạm y tế xã, thị trấn Tổng số giường bệnh trong toàn huyện là 146, trong đó bệnh viện có 80 giường, đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe của cộng đồng địa phương Hiện nay, ngành y tế huyện có đội ngũ cán bộ, công nhân viên đông đảo, đảm bảo công tác khám chữa bệnh và phòng dịch hiệu quả.
144 người, trong đó có 35 bác sỹ, 92 y sỹ, dược sỹ cao cấp 1, hộ lý 5
Hệ thống truyền thanh, truyền hình đã phát triển mạnh mẽ, phản ánh kịp thời các hoạt động chính trị, văn hóa, xã hội và kinh tế địa phương Đến nay, hệ thống đài phát thanh đã phủ sóng đạt 65%, nâng số thôn có trạm phát thanh lên 66/82 trong huyện, góp phần nâng cao nhận thức cộng đồng Phong trào "Toàn dân đoàn kết xây dựng đời sống văn hóa ở khu dân cư" ngày càng mở rộng, trong đó 100% thôn, khu xây dựng quy ước văn hóa, tỷ lệ hộ gia đình văn hóa đạt 80,5% vào năm 2010 Ngoài ra, có 60% thôn, xóm, khu đạt danh hiệu khu dân cư tiên tiến, với 44/82 thôn, khu có nhà văn hóa, 13/13 xã có điểm bưu điện - văn hóa, và 80/82 thôn, khu có nhà văn hóa, góp phần nâng cao đời sống tinh thần cho cộng đồng dân cư.