Ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đánh giá biến động sử dụng đất huyện tam nông, tỉnh phú thọ

Vì vậy, phương pháp viễn thám kết hợp công nghệ GIS Hệ thống thông tin địa lý sẽ góp phần khắc phục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và đặc biệt hiệu quả trong xử lý số liệu nh

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN QUỐC KHÁNH

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT

HUYỆN TAM NÔNG, TỈNH PHÚ THỌ

Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Quốc V inh

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo

vệ để lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám

ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Quốc Khánh

Tôi xin chân thành cám ơn sự góp ý chân thành của các thầy, cô giáo khoa Quản

lý đất đai, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam cho bản luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn Ủy ban nhân dân huyện Tam Nông, tập thể cán bộ Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Nông nghiệp huyện Tam Nông đã giúp đỡ tôi rất nhiệt tình trong thời gian nghiên cứu

Xin bày tỏ lòng biết ơn tới bố mẹ, anh, chị và những người bạn đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn./

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Quốc Khánh

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng vi

Danh mục hình vii

Trích yếu luận văn viii

Thesis abstract x

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

Phần 2 Tổng quan tài liệu 3

2.1 Một số vấn đề lý luận về sử dụng đất 3

2.1.1 Khái niệm và vai trò của đất 3

2.1.2 Sử dụng đất và quản lý đất 4

2.1.3 Nghiên cứu quản lý sử dụng đất đồi núi Việt Nam 5

2.2 Cơ sở khoa học về biến động sử dụng đất và lớp phủ 7

2.2.1 Khái niệm biến động sử dụng đất và lớp phủ 7

2.2.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất và lớp phủ 9

2.3 Công nghệ viễn thám 12

2.3.1 Khái quát chung về công nghệ viễn thám 12

2.3.2 Các loại vệ tinh và ảnh vệ tinh 15

2.3.3 Các phương pháp giải đoán ảnh viễn thám 21

2.4 Hệ thống thông tin địa lý (gis) 24

2.4.1 Khái niệm chung về GIS 24

2.4.2 Các bộ phận cấu thành GIS 26

2.5 Tích hợp viễn thám và gis trong đánh giá biến động đất đai 28

2.5.1 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất 28

2.5.2 Nghiên cứu biến động sử dụng đất, lớp phủ bằng tư liệu viễn thám và GIS 28

2.5.3 Một số phương pháp nghiên cứu biến động sử dụng đất 29

2.6 Tình hình ứng dụng viễn thám và gis trên thế giới và ở Việt Nam 31

2.6.1 Trên Thế giới 31

2.6.2 Tại Việt Nam 33

Phần 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 36

3.1 Địa điểm nghiên cứu 36

3.2 Thời gian nghiên cứu 36

3.3 Đối tượng nghiên cứu 36

3.4 Nội dung nghiên cứu 36

3.4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và tình hình quản lý, sử dụng đất của huyện 36

3.4.2 Xây dựng bản đồ sử dụng đất huyện Tam Nông năm 2005, năm 2010, năm 2015 36

3.4.3 Xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015, đánh giá biến động sử dụng đất huyện Tam Nông , tỉnh Phú Thọ 37

3.5 Phương pháp nghiên cứu 37

3.5.1 Phương pháp điều tra số liệu thứ cấp 37

3.5.2 Phương pháp điều tra số liệu sơ cấp 37

3.5.3 Phương pháp giải đoán ảnh 37

3.5.4 Phương pháp minh hoạ trên bản đồ, biểu đồ 39

3.5.5 Phương pháp so sánh 39

3.5.6 Phương pháp thống kê 39

Phần 4 Kết quả và thảo luận 40

4.1 Điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội và tình hình quản lý, sử dụng đất của huyện 40

4.1.1 Điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, cảnh quan môi trường 40

4.1.2 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội 47

4.1.3 Tình hình sử dụng đất huyện Tam Nông 50

4.2 Xây dựng bản đồ sử dụng đất huyện Tam Nông năm 2005, 2010 và 2015 57

4.2.1 Thu thập tư liệu 57

4.2.2 Giải đoán ảnh vệ tinh và xây dựng bản đồ sử dụng đất 57

4.2.3 So sánh kết quả giải đoán với số liệu thống kê 67

4.3 Xây dựng bản đồ biến động và đánh giá biến động đất đai giai đoạn 2005 - 2015 huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ 71

4.3.1 Xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015, đánh giá

biến động sử dụng đất huyện Tam Nông , tỉnh Phú Thọ 71

Phần 5 Kết luận và kiến nghị 80

5.1 Kết luận 80

5.2 Kiến nghị 81

Tài liệu tham khảo 82

Phụ lục 85

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các hệ thống vệ tinh Landsat 15

Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật của các loại bộ cảm 17

Bảng 2.3 Các thế hệ vệ tinh SPOT 18

Bảng 2.4 Các thông số kỹ thuật của bộ cảm vệ tinh SPOT 19

Bảng 2.5 Đặc điểm ảnh vệ tinh VNREDSat-1 20

Bảng 2.6 Ưu, nhược điểm của hai phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh 24

Bảng 4.1 Giá trị sản xuất và tăng trưởng GTSX trên địa bàn huyện Tam Nông 48

Bảng 4.2 Quy mô và cơ cấu dân số, lao động huyện Tam Nông năm 2015 49

Bảng 4.4 Đặc tính kênh phổ của ảnh vệ tinh SPOT 5, Landsat 5 và Landsat 8 57

Bảng 4.5 Các loại hình sử dụng đất trên địa bàn khu vực nghiên cứu 59

Bảng 4.6 Mẫu giải đoán ảnh vệ tinh 61

Bảng 4.7 Đánh giá kết quả phân loại bản đồ sử dụng đất năm 2015 64

Bảng 4.8 So sánh kết quả giải đoán với số liệu thống kê diện tích năm 2015 69

Bảng 4.9 So sánh kết quả giải đoán với số liệu thống kê diện tích năm 2005 70

Bảng 4.10 So sánh kết quả giải đoán với số liệu thống kê diện tích năm 2010 70

Bảng 4.11 So sánh sự thay đổi diện tích các loại đất giai đoạn 2005 - 2010 71

Bảng 4.12 Biến động các loại đất giai đoạn 2005 - 2010 72

Bảng 4.13 So sánh sự thay đổi diện tích các loại đất giai đoạn 2010 - 2015 76

Bảng 4.14 Biến động các loại đất giai đoạn 2010 - 2015 76

Bảng 4.15 So sánh sự thay đổi diện tích các loại đất giai đoạn 2005 - 2015 78

Bảng 4.16 Biến động các loại đất giai đoạn 2005 – 2015 78

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Công nghệ viễn thám 13

Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám 13

Hình 2.3 Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 14

Hình 2.4 Ảnh chụp từ vệ tinh VNREDSat-1 khu vực sông Hồng 21

Hình 2.5 Các bộ phận cấu thành GIS 26

Hình 4.1 Sơ đồ vị trí huyện Tam Nông 40

Hình 4.2 Cộng gộp kênh ảnh Landsat 5 58

Hình 4.3 Cộng gộp kênh ảnh Landsat 8 58

Hình 4.4 Ảnh sau khi cắt theo địa giới hành chính 59

Hình 4.5 Lấy mẫu các loại hình sử dụng đất cho ảnh 2015 60

Hình 4.6 Ảnh năm 2015 sau khi phân loại 63

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Nguyễn Quốc Khánh

Tên đề tài: Ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đánh giá biến động

sử dụng đất huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ

Chuyên ngành: Quản lý đất đai Mã số: 60 85 01 03

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam

I Mục đích nghiên cứu

Xây dựng bản đồ sử dụng đất tại ba thời điểm năm 2005, năm 2010 và năm

2015 huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ bằng tư liệu viễn thám và GIS

Đánh giá sự biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015 trên địa bàn huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ

Trong bối cảnh ứng dụng công nghệ không gian và tin học đang phát triển bùng

nổ trên thế giới, việc triển khai nghiên cứu sử dụng thông tin viễn thám trong ngành khoa học về Trái đất tại Việt Nam có ý nghĩa khoa học – công nghệ to lớn Nó thực sự rút ngắn khoảng cách chênh lệch về trình độ công nghệ ở nước ta so với các nước trong khu vực và quốc tế

Theo thời gian thì huyện Tam Nông ngày càng phát triển, các hình thức sử dụng đất trên địa bàn huyện cũng sẽ thay đổi theo nhiều chiều hướng khác nhau Việc ứng dụng công nghệ mới trong nghiên cứu sử dụng đất sẽ rất có hiệu quả trong nghiên cứu, rút ngắn được rất nhiều thời gian so với các công tác khảo sát đo đạc ngoại nghiệp truyền thống trước đây

II Phương pháp nghiên cứu

Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và tình hình quản lý, sử dụng đất của huyện Xây dựng bản đồ sử dụng đất huyện Tam Nông năm 2005, năm 2010, năm 2015

Xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015, đánh giá biến động sử dụng đất huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ

Để thực hiện các nội dung của đề tài, các phương pháp được sử dụng gồm: Phương pháp điều tra số liệu thứ cấp; phương pháp điều tra số liệu sơ cấp; Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám; phương pháp minh họa trên bản đồ, biểu đồ; phương pháp so sánh; phương pháp thống kê

III Kết quả chính và kết luận

Từ dữ liệu ảnh viễn thám và các tư liệu thu thập đã xây dựng được tệp dữ liệu mẫu gồm 6 lớp: đất chuyên trồng lúa, đất trồng cây hàng năm khác, đất mặt nước, đất lâm nghiệp, đất sông suối, đất xây dựng với độ chính xác cao Bằng phương pháp số và

kỹ thuật GIS đã giải đoán ảnh viễn thám ba năm 2005, năm 2010 và năm 2015 huyện Tam Nông - tỉnh Phú Thọ, trên cơ sở đó thành lập ba bản đồ sử dụng đất tương ứng, tiến hành chồng xếp xây dựng hai bản đồ biến động sử dụng đất các giai đoạn 2005 - 2010

và 2010 - 2015, qua đó đánh giá biến động đất của địa bàn nghiên cứu

THESIS ABSTRACT

Master candidate: Nguyen Quoc Khanh

Thesis title: Application of remote sensing and geographic information system

and assessing changes in land use in Tam Nong district, Phu Tho province

Major: Land Management Code: 60 85 01 03

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)

In the context of the application of space technology and information technology

is booming in the world, implementing research using remote sensing information in Earth sciences in Vietnam scientific sense - great technology It actually shortens the distance disparity in technology level in our country compared with other countries in the region and internationally

Over time, the Tam Nong district grows, forms of land use in the district will also be changed in many different directions The application of new technologies in the study of land use will be very effective in the study, is a lot shorter time than the survey measuring foreign traditional industrial past

II Materials and Methods

Characteristics of natural conditions, the social-economic situation, the management and use of land in the district

Develop land use map Tam Nong district in 2005, 2010, 2015

Mapping land use change 2005 -2015 period, assessment of land use changes in Tam Nong district, Phu Tho province

To make the contents of the subject, the methods used are: Methods survey of secondary data;survey methods primary data; Data processing methods; the method illustrated on the map, chart; comparative method; Statistical methods

III Main findings and conclusions

Data from Remote Sensing and Data collection was built up sample data file includes 6 layers: land for rice cultivation, other annual crops, land, water or forest land, the land of rivers and streams, building land up with high precision Using methods and techniques of GIS has three remote sensing image interpretation in 2005, 2010 and 2015 Tam Nong district - Phu Tho province, on that basis, established three maps corresponding land use, conduct overlay build two maps of land-use change stages 2005

- 2010 and 2010 - 2015, which assessed volatility of the study area land

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố các khu dân

cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa xã hội, an ninh quốc phòng Đất đai là nền tảng trong mọi hoạt động của con người

Đối với bất kỳ một quốc gia nào, đất đai cũng là nguồn lực quan trọng hàng đầu cho sự phát triển kinh tế, kỹ thuật, cơ sở hạ tầng xã hội nó luôn cố định

về diện tích, vị trí không gian và vô hạn về thời gian sử dụng

Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với gia tăng dân số đã và đang gây sức ép lớn trong việc sử dụng đất nước ta hiện nay, kéo theo hàng loạt các biến động về quỹ đất và tình hình sử dụng đất theo cả chiều hướng tích cực lẫn tiêu cực đến các vấn đề môi trường tự nhiên và môi trường xã hội Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học hiện đại đòi hỏi thông tin phải nhanh chóng, chính xác, kịp thời Đặc biệt, đất đai luôn biến động từng ngày, từng giờ nên việc cập nhật, tra cứu, đánh giá biến động đất đai để hoạch định ra những phương án

sử dụng đất trong tương lai là vô cùng cần thiết

Công nghệ viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên Thế giới trong nhiều lĩnh vực Dữ liệu viễn thám với đặc điểm đa thời gian, xử lý ngắn và phủ trùm khu vực rộng là một công cụ hữu hiệu cho việc theo dõi biến động sử dụng đất Cùng với đó, thiết bị tin học được đồng bộ hóa tăng khả năng xử lý nhanh chóng trong việc xây dựng các loại bản đồ Vì vậy, phương pháp viễn thám kết hợp công nghệ GIS (Hệ thống thông tin địa lý) sẽ góp phần khắc phục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và đặc biệt hiệu quả trong xử lý số liệu nhằm đánh giá biến động trong quá trình sử dụng đất đai

Tam Nông là một huyện trung du miền núi tỉnh Phú Thọ Với lợi thế tiếp giáp thủ đô Hà Nội qua cầu Trung Hà huyện Tam Nông là đầu mối giao thông vận tải quan trọng của tỉnh Phú Thọ, các tuyến đường huyết mạch chạy qua huyện là QL32, QL 32A, QL 32C Tam Nông được xác định là vùng kinh tế trọng điểm về công nghiệp của tỉnh, trên địa bàn huyện hiện đang hình thành 2 khu công nghiệp tập trung là KCN Trung Hà và KCN Tam Nông và cụm công nghiệp Cổ Tiết Cơ cấu kinh tế chuyển dịch mạnh mẽ từ nông nghiệp sang công nghiệp và dịch vụ, du lịch, đất đai của huyện thường xuyên có sự biến động, do

đó việc cập nhật, chỉnh lý những thông tin biến động về đất đai một cách kịp thời, chính xác là rất cần thiết

Nhận thức được vai trò và tầm quan trọng của việc đánh giá biến động đất đai phục vụ công tác quản lý sử dụng đất được hiệu quả và từng bước hiện đại hơn, được sự phân công và hướng dẫn của TS Trần Quốc Vinh, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đánh giá biến động

sử dụng đất huyện Tam Nông – tỉnh Phú Thọ”

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

- Xây dựng bản đồ sử dụng đất tại ba thời điểm năm 2005, năm 2010 và năm 2015 huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ bằng tư liệu viễn thám và GIS

- Đánh giá sự biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015 trên địa bàn huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ

1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

- Những đóng góp mới: Đã xây dựng được bản đồ đất đai giai đoạn

2005-2015 từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat và qua đó đánh giá biến động đất đai trên địa bàn huyện Tam Nông – Phú Thọ

- Ý nghĩa khoa học: Trong bối cảnh ứng dụng công nghệ không gian và tin học đang phát triển bùng nổ trên thế giới, việc triển khai nghiên cứu sử dụng thông tin viễn thám trong ngành khoa học về Trái đất tại Việt Nam có ý nghĩa khoa học – công nghệ to lớn Nó thực sự rút ngắn khoảng cách chênh lệch về trình độ công nghệ ở nước ta so với các nước trong khu vực và quốc tế

- Ý nghĩa thực tiễn: Theo thời gian thì huyện Tam Nông ngày càng phát triển, các hình thức sử dụng đất trên địa bàn huyện cũng sẽ thay đổi theo nhiều chiều hướng khác nhau Việc ứng dụng công nghệ mới trong nghiên cứu sử dụng đất sẽ rất có hiệu quả trong nghiên cứu, rút ngắn được rất nhiều thời gian so với các công tác khảo sát đo đạc ngoại nghiệp truyền thống trước đây

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ LUẬN VỀ SỬ DỤNG ĐẤT

2.1.1 Khái niệm và vai trò của đất

2.1.1.1 Khái niệm

Đất là nguồn tài nguyên thiên nhiên thiết yếu cho sự tồn tại và phát triển của loài người Theo học giả người Nga Docutraiep “Đất là một vật thể thiên nhiên cấu tạo độc lập lâu đời do kết quả quá trình hoạt động tổng hợp của 5 yếu

tố hình thành đó là: Sinh vật, đá mẹ, khí hậu, địa hình và thời gian” Các nhà khoa học thổ nhưỡng khẳng định nguồn gốc ban đầu của đất (soil) là từ các loại đá mẹ trong thiên nhiên lâu đời bị phá hủy dần dần dưới tác động của các yếu tố lý, hóa học, sinh học (dẫn theo Trần Văn Chính và cs., 2006)

Về quan điểm sinh thái và môi trường của Lê Văn Khoa (2000) đất là một vật thể sống, một “vật mang” của các hệ sinh thái tồn tại trên trái đất, con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào các hệ sinh thái mà đất “mang” trên mình nó Đất là tài nguyên không tái tạo, là vật mang của hệ sinh thái Đất là thành phần của môi trường thiên nhiên, của sinh quyển và có mối quan hệ mật thiết với các tài nguyên thiên nhiên khác (như nước, thực vật )

Đất đai được định nghĩa là một khu vực cụ thể của bề mặt trái đất bao gồm tất cả các thuộc tính ngay ở trên và dưới bề mặt bao gồm khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, hệ thống thủy văn bề mặt lớp trầm tích gần bề mặt, nước ngầm, quần thể động thực vật và mọi hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại như ruộng bậc thang, hệ thống thủy lợi, đường giao thông, các tòa nhà (FAO, 1195b)

Trong nghiên cứu về sử dụng đất, đất đai được nhìn nhận là một nhân tố sinh thái bao gồm tất cả các thuộc tính sinh học và tự nhiên của bề mặt trái đất có ảnh hưởng nhất định đến tiềm năng và hiện trạng sử dung đất (Đào Châu Thu và Nguyễn Khang, 1998)

2.1.1.2 Vai trò của đất

Đất đai đóng vai trò quyết định đến sự tồn tại và phát triển của loài người,

là cở sở tự nhiên, là tiền đề cho mọi quá trình sản xuất Vai trò cơ bản của đất đai trong việc hỗ trợ con người và các hệ sinh thái trên cạn khác được FAO (1995a) tổng hợp bao gồm:

- Đất đai là nơi lưu trữ tài sản cho cá nhân, gia đình và xã hội, cung cấp không gian cho con người để ở, để xây dựng khu công nghiệp và vui chơi giải trí

- Đất là nơi sản xuất, cung cấp thức ăn, gỗ, củi và các vật liệu sinh học khác Đất là môi trường sống của mọi sinh vật: con người, động thực vật, vi sinh vật

- Đất là yếu tố quyết định sự cân bằng năng lượng và chu trình thủy văn toàn cầu, vừa là nguồn phát vừa là bể chứa để giảm thiểu khí nhà kính

- Đất là bộ đêm, bộ lọc và biến đổi hóa học các chất ô nhiễm

- Lưu trữ và bảo vệ các bằng chứng, ghi chép lịch sử như hóa thạch, bằng chứng về khí hậu cổ, tàn tích khảo cổ )

- Cho phép hoặc cản trở sự di cư của các loài động vật, thực vật và con người trong một khu vực hoặc giữa khu vực này với những khu vực khác

- Đất đai được coi là một hàng hóa đặc biệt, một tài sản (quyền tài sản) của người chủ sử dụng Vì vậy, người sử dụng đất sẽ có các quyền năng nhất định do pháp luật của mỗi nước trao cho, trong quá trình tập trung, tích tụ và chuyển hướng sử dụng đất Từ đó, họ có thể tận dụng được lợi ích và phát huy hiệu quả cao nhất trong việc sử dụng đất nếu biết cách sử dụng hợp lý, tiết kiệm nguồn tài nguyên này

Như vậy, đất đai là yếu tố hết sức quan trọng và tích cực của quá trình sản xuất nông nghiệp Thực tế cho thấy, thông qua quá trình phát triển của xã hội loài người, sự hình thành và phát triển của mọi nền văn minh vật chất - văn minh tinh thần, các thành tựu vật chất, văn hoá khoa học đều được xây dựng trên nền tảng

cơ bản đó là đất và sử dụng đất, đặc biệt là đất nông lâm nghiệp Vì vậy, sử dụng đất hợp lý, có hiệu quả là một trong những điều kiện quan trọng nhất cho nền kinh tế phát triển nhanh và bền vững

2.1.2 Sử dụng đất và quản lý đất

2.1.2.1 Sử dụng đất

Sử dụng đất là hoạt động của con người tác động vào đất đai nhằm đạt kết quả mong muốn trong quá trình sử dụng Theo FAO (1999), sử dụng đất được thực hiện bởi con người bao gồm các hoạt động cải tiến môi trường tự nhiên hoặc những vùng hoang vu vào sản xuất như đồng ruộng, đồng cỏ hoặc xây dựng các khu dân cư Thực chất sử dụng đất là một hệ thống các biện pháp nhằm điều hòa mối quan hệ giữa con người với đất đai

Theo Đào Châu Thu và Nguyễn Khang (1998), có nhiều kiểu sử dụng đất bao gồm: sử dụng trên cơ sở sản xuất trực tiếp (cây trồng, đồng cỏ, gỗ rừng), sử dụng trên cơ sở sản xuất gián tiếp (chăn nuôi), sử dụng đất vì mục đích bảo vệ và theo các chức năng đặc biệt như đường xá, dân cư, công nghiệp,

Con người sử dụng đất nghĩa là tạo thêm tính năng cho đất đồng thời cũng thay đổi chức năng của đất và môi trường Vì vậy việc sử dụng đất phải được dựa trên những cơ sở khoa học và cân nhắc tới sự bền vững

2.1.2.2 Quản lý sử dụng đất

Quản lý là sự tác động có chủ đích của chủ thể quản lý tới đối tượng quản

lý một cách liên tục, có tổ chức, liên kết các thành viên trong tổ chức hành động nhằm đạt tới mục tiêu với kết quả tốt nhất

Terry (1988) coi quản lý thực chất là một quá trình bao gồm kế hoạch, tổ chức, vận hành, kiểm soát và thực hiện để hoàn thành mục tiêu bằng cách sử dụng nhân lực và nguồn lực

Quản lý sử dụng đất là quá trình quản lý sử dụng và phát triển đất đai trong không gian theo định hướng và sự điều phối của chính sách đất đai hiện tại (Vancutsem, 2008)

2.1.3 Nghiên cứu quản lý sử dụng đất đồi núi Việt Nam

Đất đồi núi chiếm 3/4 diện tích tự nhiên của Việt Nam, là nơi sinh sống của đại đa số các dân tộc, đồng thời cũng là nơi đóng vai trò chính trong việc gìn giữ cân bằng sinh thái Theo Nguyễn Văn Toàn (2010), Việt Nam có khoảng 24,1 triệu ha đất đồi núi, trong đó có 10,37 triệu ha có độ dốc >250 chiếm 43% diện tích đất đồi núi Đất có độ dốc từ 15 - 250 có 5,35 triệu ha thích hợp cho trồng cây lâu năm theo phương pháp nông lâm kết hợp Diện tích đất có độ dốc dưới 15o là 8,2 triệu ha, phần lớn đã được khai thác sử dụng cho sản xuất nông nghiệp

Mặc dù diện tích đất đồi núi chiếm tỷ lệ lớn nhưng lại phải đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình sử dụng Theo Trần Đức Viên và Phạm Chí Thành (1996), khó khăn, hạn chế lớn nhất cho việc phát triển nông nghiệp trên vùng đất dốc là địa hình chia cắt mạnh, có nhiều núi cao, suối sâu, đèo dốc hiểm trở, độ dốc lớn với nhiều tiểu vùng sinh thái khác biệt, gây ra nhiều trở ngại như xói mòn, thoái hóa, hạn hán… Nhóm nghiên cứu của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã xác định được trong 24,8 triệu ha đất dốc thì không có đơn vị đất đai nào rất thích hợp với sản xuất nông nghiệp (độ phì cấp 1), có 13,4% diện tích có độ

phì nhiêu khá (cấp 2) thích hợp với sản xuất nông nghiệp, phân bố chủ yếu ở vùng Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ, Duyên hải Bắc Trung Bộ Đất có độ phì nhiêu trung bình (cấp 3) chiếm 6,5%, đất có độ phì nhiêu kém do tầng đất mỏng (cấp 4) chiếm 3,7%, đất có độ phì nhiêu kém do độ dốc cao, nguy cơ xói mòn lớn (cấp 5) khoảng 8,3% Còn lại là đất có độ phì nhiêu rất kém do độ dốc cao và nguy cơ xói mòn rất lớn, tầng đất rất mỏng và nhiều yếu tố hạn chế chiếm 68,1% diện tích đất dốc của 7 vùng sinh thái (Bùi Huy Hiền và cs., 2001)

Vùng đồi núi Việt Nam có địa hình chia cắt mạnh, mạng lưới sông suối dày đặc, sông ngắn, dốc, lượng mưa lớn tập trung vào mùa hè do đó lượng đất mất do xói mòn rất lớn, ước tính khoảng 2 tỉ tấn/năm Kết quả theo dõi của Hội Khoa học Đất Việt Nam trong 2 năm 2004, 2005 lượng mất đất do xói mòn, rửa trôi ở huyện Quỳnh Nhai là 839,918 nghìn tấn/năm (Lê Thái Bạt và Luyện Hữu

Cử, 2012) Đất đồi núi Việt Nam cũng phải đối mặt với vấn đề suy thoái đất Tập quán canh tác truyền thống du canh du cư, phá rừng đốt rẫy, trồng lúa nương làm cho diện tích đất bị thoái hóa tăng lên nhanh chóng Theo Trần Kông Tấu (2009), đất đồi núi có xu hướng giảm độ phì tự nhiên, giảm diện tích che phủ rừng Nguyễn Thế Đặng và cs (2003) khẳng định đã có lúc diện tích đất trống, đồi núi trọc của Việt Nam lên đến 13 triệu ha

Theo Đào Châu Thu và Lê Quốc Doanh (2012), ở vùng đồi núi chế độ canh tác chủ yếu phụ thuộc vào nước trời, tập tục canh tác, trình độ sản xuất nông nghiệp thấp là một trong những khó khăn trở ngại với sản xuất nông nghiệp vùng đất dốc

Tiềm năng to lớn và những thách thức trong sử dụng đất dốc đã thúc đẩy các nghiên cứu về vấn đề này Để sử dụng đất đồi núi hiệu quả và bền vững, ngay từ những năm 1960 các cơ quan quản lý và nghiên cứu khoa học như Vụ Quản lý ruộng đất, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa và các nhà khoa học như Nguyễn Trọng Hà (1962); Bùi Quang Toản (1965); Bùi Mạnh và Nguyễn Xuân Cát (1970); Chu Đình Hoàng (1976); Thái Phiên (1999) đã tập trung nghiên cứu các biện pháp chống xói mòn và sử dụng đất hợp lý (dẫn theo Lê Thị Giang, 2012) Các công trình nghiên cứu đáng chú ý có thể kể đến nghiên cứu về đất trống đồi núi trọc của tỉnh Tuyên Quang của Nguyễn Đình Bồng (1995); Kết quả nghiên cứu cải tạo, sử dụng và bảo vệ đất dốc trong sản xuất nông lâm nghiệp của Bùi Huy Hiền và cs (2001); Nghiên cứu về các yếu tố hạn chế năng suất cây trồng trên đất dốc và biện pháp khắc phục của Hà Đình Tuấn và cs (2001) hay công

trình “Đất gò đồi Đông Bắc - Hiện trạng và định hướng sử dụng” của Nguyễn Văn Toàn (2007)

Trong những năm gần đây, nhiều cơ quan nghiên cứu trong nước và quốc

tế đã phối hợp thực hiện những chương trình nghiên cứu về canh tác bền vững trên đất dốc, đặc biệt là Dự án nghiên cứu Hệ thống Nông nghiệp vùng núi phía Bắc Việt Nam do Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam (VASI), Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc (NOMAFSI), Trung tâm Hợp tác quốc tế về Nghiên cứu nông nghiệp vì sự phát triển của Cộng hoà Pháp (CIRAD) cùng Viện Nghiên cứu Lúa quốc tế (IRRI) thực hiện Kết quả nghiên cứu sử dụng thảm che phủ tại một số tỉnh miền núi như Bắc Kạn, Yên Bái đã làm tăng năng suất cây trồng, giảm thiểu xói mòn, tăng độ ẩm đất Ở các ô có che phủ, mức độ xói mòn đất giảm từ 73% đến 94% so với các ô không có che phủ, Ngoài ra thảm che phủ còn có tác dụng khống chế cỏ dại, cải thiện độ phì của đất, tăng cường hoạt tính sinh học đất (Hà Đình Tuấn và Lê Quốc Doanh, 2007)

Tóm lại, đất đồi núi Việt Nam có tiềm năng khá lớn để phát triển nông nghiệp Tuy nhiên để đạt được mục tiêu sử dụng đất bền vững thì công tác quản

lý sử dụng đất phải đảm bảo các vấn đề sau:

- Phải bảo vệ được nguồn tài nguyên rừng, đảm bảo độ che phủ thích hợp đối với từng vùng sinh thái để hạn chế suy thoái đất

- Đẩy mạnh các mô hình sản xuất nông nghiệp tiên tiến, sử dụng các kỹ thuật canh tác tiến bộ, phù hợp

- Sử dụng giống cây trồng thích hợp với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng đối với từng vùng Phát triển chăn nuôi đại gia súc tại các vùng trọng điểm

- Mở rộng hệ thống trồng trọt, chăn nuôi phải đi kèm với các cơ sở chế biến sau thu hoạch để giảm thiểu việc vận chuyển nguyên liệu thô, đảm bảo đầu

ra cho sản phẩm nông nghiệp

- Từng bước cải thiện cơ sở hạ tầng vùng núi, hoàn thành công tác giao đất giao rừng, phát triển văn hóa xã hội khu vực đồi núi

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VÀ LỚP PHỦ 2.2.1 Khái niệm biến động sử dụng đất và lớp phủ

Sử dụng đất và lớp phủ là hai thành phần liên kết với nhau, nhưng trong một thời gian dài đã được nghiên cứu một cách tách biệt Lớp phủ là trạng thái tự

nhiên của bề mặt đất, là mối quan tâm chủ yếu của các nhà khoa học tự nhiên, còn sử dụng đất là hoạt động của con người, mối quan tâm chủ yếu của các nhà khoa học xã hội (Meyer and Turner, 1994)

Lớp phủ được định nghĩa là bề mặt tự nhiên trên bề mặt đất bao gồm nước, thực vật, đất trống và các công trình nhân sinh Sử dụng đất là hoạt động

có mục đích của con người thực hiện trên lớp phủ (IGBP, 1997)

Điều đó có nghĩa là lớp phủ bề mặt có thể quan sát được ở những khoảng cách và bằng tư liệu khác nhau như quan sát bằng mắt, từ ảnh hàng không hay bởi bộ cảm biến vệ tinh (Ellis, 2010)

Trái ngược với lớp phủ, sử dụng đất không dễ dàng quan sát được trong nhiều trường hợp, do vậy để xác định được đó là loại hình sử dụng đất nào cần phải bổ sung các thông tin Ví dụ, để xác định đất trồng cỏ quan sát được có phải

sử dụng cho mục đích chăn thả gia súc hay đồng cỏ tự nhiên thì người nông dân

có thể cung cấp thông tin, sự có mặt của họ cùng với đàn gia súc sẽ quyết định đó

là loại đất gì Hay những khu vực mà lớp phủ là cây bụi, thân gỗ có thể là những khu vực cây bụi tự nhiên, có thể là rừng phục hồi, cũng có thể là rừng trồng để lấy gỗ, hay rừng cao su để sản xuất, hay khu vực đất nông nghiệp đang trong thời gian hoang hóa, hay là đồn điền chè, cà phê,

Theo Từ điển Khoa học trái đất "Biến động sử dụng đất và lớp phủ (LUCC), được biết như biến động đất đai, đây là một thuật ngữ chung chỉ những thay đổi bề mặt lãnh thổ trái đất xảy ra do tác động của con người” (dẫn theo Ellis, 2010) Sherbinin (2002) cho rằng, biến động sử dụng đất là nguyên nhân dẫn tới biến động lớp phủ, điều đó có nghĩa là biến động lớp phủ chính là hệ quả của biến động sử dụng đất

Biến động sử dụng đất là sự thay đổi trạng thái tự nhiên của lớp phủ bề mặt đất gây ra bởi hành động của con người, là một hiện tượng phổ biến liên quan đến tăng trưởng dân số, phát triển thị trường, đổi mới công nghệ, kỹ thuật

và sự thay đổi thể chế, chính sách Biến động sử dụng đất có thể gây hậu quả khác nhau đối với tài nguyên thiên nhiên như sự thay đổi thảm thực vật, biến đổi trong đặc tính vật lý của đất, trong quần thể động, thực vật và tác động đến các

yếu tố hình thành khí hậu (Turner et al., 1995; Lambin et al., 1999; Aylward,

2000; dẫn theo Muller, 2004)

Muller (2003) chia biến động sử dụng đất thành 2 nhóm Nhóm thứ nhất

là sự thay đổi từ loại hình sử dụng đất hiện tại sang loại hình sử dụng đất khác

Nhóm thứ hai là sự thay đổi về cường độ sử dụng đất trong cùng một loại hình

sử dụng đất

Biến động sử dụng đất và lớp phủ đã xuất hiện từ lâu trong lịch sử, là hệ quả từ các hoạt động trực tiếp và gián tiếp của con người nhằm đảm bảo nhu cầu thiết yếu Ban đầu có thể chỉ là các hoạt động đốt rừng để khai hoang mở rộng đất nông nghiệp, dẫn đến sự suy giảm rừng và thay đổi bề mặt trên trái đất Gần đây, công nghiệp hóa đã làm gia tăng sự tập trung dân cư trong các đô thị và giảm dân cư nông thôn, kéo theo đó là khai thác quá tải trên khu vực đất màu mỡ

và bỏ hoang các khu vực đất không thích hợp Tất cả những nguyên nhân và hệ quả của các biến động này đều có thể nhìn thấy ở mọi nơi trên thế giới

2.2.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất và lớp phủ

Biến động sử dụng đất và lớp phủ được quyết định bởi sự tương tác theo thời gian giữa yếu tố tự nhiên như địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng và yếu tố con người như dân số, trình độ công nghệ, điều kiện kinh tế, chiến lược sử dụng đất,

xã hội (Veldkamp and Fresco, 1996b) Mức độ, quy mô và các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến động sử dụng đất khác nhau đối với từng khu vực (Kaimowitz and Angelsen, 1998) Briassoulis (2002), chia các yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất thành 2 nhóm: Nhóm các yếu tố tự nhiên và nhóm các yếu tố kinh tế xã hội

2.2.2.1 Nhóm các yếu tố tự nhiên

Các yếu tố tự nhiên như vị trí địa lý, địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng và các quá trình tự nhiên có tác động trực tiếp đến biến động sử dụng đất hoặc tương tác với các quá trình ra quyết định của con người dẫn đến biến động sử dụng đất (Briassoulis, 2002)

a Vị trí địa lý

Vị trí địa lý của một khu vực tạo nên sự khác biệt về điều kiện tự nhiên như địa hình, khí hậu, đất đai sẽ là yếu tố quyết định đến khả năng, hiệu quả của việc sử dụng đất Những khu vực có vị trí thuận lợi cho sản xuất, xây dựng nhà ở

và các công trình thì biến động sử dụng đất diễn ra mạnh hơn

đất Khí hậu có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân bố và phát triển nông lâm nghiệp, thủy sản Việc chuyển đổi từ đất trồng cây hàng năm hoặc đất ven biển sang nuôi trồng thủy sản thì ngoài các lý do về nhu cầu của thị trường và giá cả, nếu điều kiện khí hậu thuận lợi sẽ thúc đẩy người dân chuyển đổi và ngược lại

Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất theo nhiều cách khác nhau Các hiện tượng như nước biển dâng, lũ lụt, hạn hán, sự thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sinh thái và sản xuất nông nghiệp Vì vậy, những thay đổi trong sử dụng đất dường như là một cơ chế phản hồi thích nghi mà người nông dân sử dụng để giảm thiểu tác động của biến đổi

khí hậu (Viglizzo et al., 1995)

c Địa hình và thổ nhưỡng

Địa hình và thổ nhưỡng có ảnh hưởng rất lớn đến việc chuyển đổi sử dụng đất trong nội bộ đất nông nghiệp hoặc từ đất nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp Những khu vực núi cao, độ dốc lớn biến động sử dụng đất, lớp phủ ít xảy

ra Những nơi có địa hình thuận lợi, đất đai màu mỡ thì kinh tế phát triển, nhu cầu đất đai cho các ngành tăng cao do vậy biến động sử dụng đất, lớp phủ xảy ra với tần suất cao hơn

d Thủy văn

Yếu tố thủy văn được đặc trưng bởi sự phân bố của hệ thống sông ngòi,

ao, hồ sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng cung cấp nước cho các yêu cầu sử dụng đất Vì vậy ở những khu vực gần nguồn nước biến động sử dụng đất và lớp phủ diễn ra mạnh hơn

Ngoài ra các tai biến thiên nhiên như cháy rừng, sâu bệnh, trượt lở đất cũng tác động đến biến động sử dụng đất (Houghton and Hackler, 2000)

2.2.2.2 Các yếu tố kinh tế xã hội

Các yếu tố kinh tế xã hội có ảnh hưởng trực tiếp đến biến động sử dụng đất bao gồm dân số, công nghệ, chính sách kinh tế, thể chế và văn hóa Sự ảnh hưởng của mỗi yếu tố thay đổi khác nhau theo từng khu vực và từng quốc gia (Meyer and Turner, 1992)

a Dân số

Biến động dân số không chỉ bao gồm những thay đổi về tỷ lệ tăng dân số, mật độ dân số mà còn là sự thay đổi trong cấu trúc của hộ gia đình, di cư và sự gia tăng số hộ

Dân số tăng dẫn đến việc chuyển đổi đất rừng thành đất sản xuất nông nghiệp, xây dựng các khu dân cư Mặc dù tỷ lệ tăng dân số hiện nay giảm nhưng dân số và nhu cầu về thực phẩm cũng như các dịch vụ khác vẫn đang gia tăng Tại châu Phi, dân số tăng là nguyên nhân của nạn phá rừng nhằm khai thác gỗ củi, than củi và đáp ứng nhu cầu đối với đất trồng trọt Còn ở châu Á, dân số tăng dẫn đến mở rộng đất canh tác và ở châu Mỹ Latinh là do sự gia tăng về số lượng đàn gia súc (dẫn theo IPCC, 2001)

Tuy nhiên những giả thuyết về nguyên nhân của nạn phá rừng không áp dụng trong trường hợp mật độ dân số hoặc tốc độ tăng dân số cao nhưng được đi kèm với các chương trình bảo tồn rừng và tái trồng rừng Ravindranath and Hall (1994) khẳng định do pháp luật về bảo tồn rừng hiệu quả, tỷ lệ phá rừng ở Ấn Độ

đã giảm từ năm 1980, mặc dù vẫn tăng trưởng dân số

Di cư là yếu tố nhân khẩu học quan trọng nhất gây ra những thay đổi sử dụng đất nhanh chóng và tương tác với các chính sách của chính phủ, hội nhập kinh tế và toàn cầu hóa Mở rộng di cư cũng có thể dẫn đến nạn phá rừng và xói mòn đất Vì vậy di cư được coi là nguyên nhân làm thay đổi cảnh quan và sử dụng đất (Houghton and Hackler, 2000)

b Các yếu tố kinh tế và công nghệ

Sự phát triển kinh tế làm cho các đô thị ngày càng được mở rộng, đất đai thay đổi về giá trị, chuyển đổi sử dụng đất ngày càng nhiều Thêm vào đó, yếu tố kinh tế và công nghệ còn ảnh hưởng đến việc ra quyết định sử dụng đất bằng những thay đổi trong chính sách về giá, thuế và trợ cấp đầu vào, thay đổi các chi phí sản xuất, vận chuyển, nguồn vốn, tiếp cận tín dụng, thương mại và công nghệ Nếu người nông dân tiếp cận tốt hơn với tín dụng và thị trường (do xây dựng đường bộ và thay đổi cơ sở hạ tầng khác), kết hợp với cải tiến công nghệ trong nông nghiệp và quyền sử dụng đất có thể khuyến khích chuyển đổi từ đất rừng sang đất canh tác hoặc ngược lại Lambin and Geist (2007) chỉ ra rằng, trong nhiều trường hợp, khí hậu, công nghệ và kinh tế là yếu tố quyết định đến biến động sử dụng đất

c Các yếu tố thể chế và chính sách

Thay đổi sử dụng đất bị ảnh hưởng trực tiếp bởi các tổ chức chính trị, pháp lý, kinh tế hoặc tương tác với các quyết định của người sử dụng đất Tiếp

cận đất đai, lao động, vốn và công nghệ được cấu trúc bởi chính sách, thể chế của nhà nước và các địa phương Chính sách khai hoang của nhà nước có ảnh hưởng rất lớn, làm diện tích đất nông nghiệp tăng lên đáng kể Hay những chính sách khuyến khích trồng rừng, bảo vệ rừng của nhà nước cũng làm cho diện tích rừng được tăng lên (Vu, 2007)

d Các yếu tố văn hóa

Những động cơ, thái độ, niềm tin và nhận thức cá nhân của người quản lý

và sử dụng đất đôi khi ảnh hưởng rất sâu sắc đến quyết định sử dụng đất Tất cả những hậu quả sinh thái không lường trước được phụ thuộc vào kiến thức, thông tin và các kỹ năng quản lý của người sử dụng đất như trường hợp dân tộc thiểu số

ở vùng cao Ngoài ra, các yếu tố văn hóa có thể ảnh hưởng đến hành vi do đó nó trở thành tác nhân quan trọng của việc chuyển đổi sử dụng đất (Bello and Arowosegbe, 2014)

2.3 CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM

2.3.1 Khái quát chung về công nghệ viễn thám

Viễn thám (Remote sensing)là kỹ thuật quan sát và ghi nhận đối tượng mà trên thực tế không cần phải tiếp xúc tới đối tượng Dữ liệu viễn thám là loại dữ liệu có thể thu được về một diện rộng hàng trăm ngàn kilômét vuông trong một khoảng thời gian ngắn bằng các thiết bị kỹ thuật ghi nhận các bức xạ hay phản xạ

ở các cùng phổ khác nhau của đối tượng tạo ra các thông tin mà kết quả là hình ảnh chính đối tượng đó Các tư liệu viễn thám có ưu việt là nhanh, kịp thời, tầm bao quát rộng Cốt lõi của tư liệu viễn thám chính là giá trị phổ phản xạ của các đối tượng trên bề mặt trái đất ở từng khoảng bước sóng

Viễn thám đã được các nhà khoa học định nghĩa như một khoa học và công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng (Nguyễn Khắc Thời, 2011)

Hình 2.1 Công nghệ viễn thám

Nguyên lý cơ bản của viễn thám đó là quá trình thu nhận năng lượng phản

xạ hay bức xạ của các đối tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau Kết quả của việc giải đoán các lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết

về mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ với bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng

tự nhiên sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng nghiên cứu, đồng thời đây cũng là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng, tiến tới phân loại chúng

Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám

Hình 2.3 Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nước trên thế giới Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ngày càng gia tăng nhanh chóng không những trong phạm vi Quốc gia, mà cả phạm vi Quốc tế Những kết quả thu được từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường Vì vậy viễn thám được sử dụng như là một công nghệ

đi đầu rất có ưu thế hiện nay

Hệ thống viễn thám thường bao gồm 7 thành phần có quan hệ chặt chẽ với nhau Theo trình tự hoạt động của hệ thống, gồm có:

+ Nguồn năng lượng: Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là

nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời (viễn thám chủ động),

có loại tự cung cấp năng lượng tới đối tượng (viễn thám bị động)

+ Những tia phát xạ và khí quyển: Vì năng lượng đi từ nguồn năng lượng

tới đối tượng nên sẽ phải tương tác với vùng khí quyển nơi năng lượng đi qua Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm

+ Sự tương tác với đối tượng: Sự tương tác này có thể là truyền qua đối

tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển

+ Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lượng được phát ra

hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng

+ Sự truyền tải, thu nhận và xử lý: Năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm

cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận - xử

lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh Ảnh này chính là dữ liệu thô

+ Giải đoán và phân tích ảnh: Ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng

được Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình

ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào Công đoạn để có thể “nhận biết” này

gọi là giải đoán ảnh Có 2 phương pháp giải đoán ảnh đó là giải đoán ảnh bằng mắt và giải đoán ảnh bằng công nghệ số

2.3.2 Các loại vệ tinh và ảnh vệ tinh

2.3.2.1 Vệ tinh Landsat và ảnh vệ tinh Landsat

Landsat là vệ tinh thí nghiệm của Mỹ do cơ quan hàng không vũ trụ NASA (National Aeronautics and Space Administration) quản lý Là hệ thống vệ tinh quỹ đạo cận cực (góc mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 98,20), lúc đầu

có tên là ERST (Earth Remote Sensing Satellite), sau 2 năm kể từ lúc phóng ERST

- 1 đổi thành Landsat, sau đó là Landsat - TM và Landsat – ETM

Vệ tinh Landsat đầu tiên được phóng vào quỹ đạo ngày 23/07/1972 và ngừng hoạt động vào ngày 06/01/1978 có tên là Landsat 1 Đến nay đã có 8 thế

Landsat 6 05/03/1993 Bị hỏng ngay khi phóng ETM

Landsat 7 15/04/1999 Đang hoạt động ETM +

Landsat 8 11/02/2013 Đang hoạt động OLI – TIRS

Các loại bộ cảm:

- Bộ cảm MSS (Multi Spectral Scanner): Bộ cảm này được đặt trên các

vệ tinh Landsat 1, 2, 3 ở độ cao 919 km và Landsat 4, 5 ở độ cao 705 km, chu

kỳ lặp là 18 ngày Độ phân giải của Landsat MSS là 79 x 79 m gồm 4 kênh 1, 2,

3, 4, trong đó kênh 1, 2 nằm trong vùng nhìn thấy, kênh 3, 4 nằm trong vùng cận hồng ngoại

- Bộ cảm TM/ETM (Thematic Mapper/ Enhanced Thematic Mapper): Từ năm 1982 vệ tinh Landsat 4 được phóng và mang thêm bộ cảm chuyên dùng để thành lập bản đồ chuyên đề là bộ cảm TM Tháng 4/1999 vệ tinh Landsat 7 phóng vào quỹ đạo với bộ cảm TM cải tiến là ETM Landsat TM/ETM có độ phân giải không gian là 30x30 m cho 6 kênh 1, 2, 3, 4, 5, 7 và kênh 6 hồng ngoại nhiệt có độ phân giải không gian là 120x120 m, độ cao bay là 705km, độ phủ là 185x170 km, chu kỳ lặp là 16 ngày Đây là bộ cảm quan trọng nhất trong việc nghiên cứu tài nguyên và môi trường

- ETM + (Enhanced Thematic Mapper +): Landsat ETM + có độ phân giải không gian là 15x15m đối với kênh 8, 30x30m với các kênh 1, 2, 3, 4, 5, 7 và 60x60m với kênh 6, độ cao bay chụp là 900 km, chu kỳ lặp lại là 16 ngày

- Bộ cảm OLI (Operational Land Imager – Bộ cảm thu nhận ảnh mặt đất)

và bộ cảm TIRS - Thermal Infrared Sensor - Bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt): gồm

11 kênh, độ phân giải từ 15 – 100m, chu kỳ lặp lại 16 ngày

Mặc dù có 8 thế hệ vệ tinh Landsat đã bay vào quỹ đạo nhưng hiện tại chỉ còn 2 vệ tinh đang hoạt động đó là Landsat 7 và LDCM (Landsat Data Continuity Mission) hay còn gọi là Landsat 8

So với Landsat 7, Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại (16 ngày) Tuy nhiên, ngoài các dải phổ tương tự Landsat 7,

bộ cảm OLI thu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải phổ mới nhằm phục vụ quan sát mây ti

và quan sát chất lượng nước ở các hồ và đại dương nước nông ven biển cũng như sol khí Bộ cảm TIRS thu nhận dữ liệu ở 2 dải phổ hồng ngoại nhiệt, phục vụ theo dõi tiêu thụ nước, đặc biệt ở những vùng khô cằn thuộc miền tây nước Mỹ Điều đặc biệt là tần số quét của Landsat 8 sẽ tăng lên, nhiều hơn 150 cảnh so với Landsat 7

Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu hiện trạng đến giám sát biến động và được sử dụng phổ biến nhất, với

giá thành thấp

Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật của các loại bộ cảm

OLI – TIRS

(Landsat 8)

Kênh 1 0,433 – 0,453

Các chất khí ở bầu khí quyển cùng với thông tin chất lượng nước nội địa (các hồ) và vùng ven bờ biển (Coastal aerosol)

Kênh 9 1,360 – 1,390 Thu nhận thông tin về mây ở độ

cao trong bầu khí quyển (Cirrus)

30

Kênh 10 10,3 – 11,3 Hồng ngoại nhiệt 1 100 Kênh 11 11,5 – 12,5 Hồng ngoại nhiệt 2 100

2.3.2.2 Vệ tinh SPOT và ảnh vệ tinh SPOT

SPOT là hệ thống vệ tinh thương mại của Pháp, hiện nay đã có 7 thế hệ vệ

tinh bao gồm vệ tinh SPOT 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Vệ tinh SPOT 6 phóng lên quỹ đạo ngày 09/09/2012, vệ tinh SPOT 7 phóng lên quỹ đạo ngày 30/06/2014 đây là hai vệ tinh sinh đôi đầu tiên trong gia đình vệ tinh SPOT với độ phân giải không gian đã được nâng lên 1,5m so với 2,5m của SPOT 5, là thế hệ mới của loạt vệ tinh quang học SPOT với nhiều cải tiến về

kỹ thuật và khả năng thu nhận ảnh cũng như đơn giản hoá việc truy cập thông tin Trên mỗi vệ tinh SPOT được trang bị một hệ thống quét đa phổ HRV( High Resolution Visible) – SPOT 1, 2, 3; HRVIR (High Resolution Visible Infrared) và VMI (Vegetation Monitoring Instrument) – SPOT 4; HRG (High Resolution Geometric) và HRS (High Resolution Stereo) – SPOT 5; Optical Sensor Assembly

- bộ cảm biến quang học hội với SPOT 6 và SPOT 7 Vệ tinh SPOT 1 - 5 bay ở độ cao 832km, nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo 9807’, bay qua xích đạo lúc 10h30’ sáng với chu kỳ lặp lại là 23 ngày SPOT 6, 7 bay ở độ cao 694 km, thời gian hoàn tất một quỹ đạo là 98,79’, độ nghiêng quỹ đạo 98,2° Ảnh SPOT có nhiều ứng dụng không chỉ trong tài nguyên môi trường mà còn sử dụng cho công tác nghiên cứu xây dựng, hiệu chỉnh bản đồ và quy hoạch sử dụng đất

SPOT 5 04/05/2002 Đang hoạt động

SPOT 6 09/09/2012 Đang hoạt động

SPOT 7 30/06/2014 Đang hoạt động

Tư liệu SPOT được sử dụng nhiều không chỉ cho việc nghiên cứu tài nguyên mà còn sử dụng cho công tác xây dựng, hiệu chỉnh bản đồ và quy hoạch

sử dụng đất Bộ cảm HRV là máy quét điện tử CCD - HRV có thể thay đổi góc quan sát nhờ một gương định hướng Gương này cho phép thay đổi hướng quan sát ± 27° so với trục thẳng đứng nên dễ dàng thu được ảnh lập thể Các thông số của ảnh vệ tinh Spot như ở bảng 2.4

Bảng 2.4 Các thông số kỹ thuật của bộ cảm vệ tinh SPOT

Bộ cảm Phổ điện từ Độ phân

giải (m)

Bước sóng (µm)

SPOT 4

Ảnh đa phổ (Monospectral) 10 0,61 – 0,68 Kênh 1: Xanh lục (Green) 20 0,50 – 0,59 Kênh 2: Đỏ (Red) 20 0,61 – 0,68 Kênh 3: Cận hồng ngoại (Near Infrared) 20 0,78 – 0,89 Kênh 4: Giữa hồng ngoại (Mid Infrared) 20 1,58 – 1,75

SPOT 5

Kênh toàn sắc (Panchromatic) 2,5 hoặc 5 0,48 – 0,71 Kênh 1: Xanh lục (Green) 10 0,50 – 0,59 Kênh 2: Đỏ (Red) 10 0,61 – 0,68 Kênh 3: Cận hồng ngoại (Near Infrared) 10 0,78 – 0,89 Kênh 4: Giữa hồng ngoại (Mid Infrared) 20 1,58 – 1,75

SPOT 6

Kênh toàn sắc (Panchromatic) 1,5 0,45 – 0,745 Kênh 1: Xanh lục (Green) 6 0,45 – 0,525 Kênh 2: Đỏ (Red) 6 0,53 – 0,59 Kênh 3: Cận hồng ngoại (Near Infrared) 6 0,625- 0,695 Kênh 4: Giữa hồng ngoại (Mid Infrared) 6 0,76 – 0,89

SPOT 7

Kênh 1: Toàn sắc 1,5 0.45 - 0.745 Kênh 2: Lam 6 0.45 - 0.52 Kênh 3: Xanh lục 6 0.53 - 0.59 Kênh 4: Đỏ 6 0.625- 0.695 Kênh 5: Cận hồng ngoại 6 0.76 - 0.89

2.3.2.3 Vệ tinh VNREDSAT-1 và ảnh vệ tinh VNREDSAT-1

VNREDSAT-1 là vệ tinh quang học quan sát Trái Đất đầu tiên của Việt Nam, do Công ty EADS Astrium (Pháp) thiết kế, chế tạo

Hệ thống VNREDSat-1 là hệ thống viễn thám bao gồm vệ tinh quan sát trái đất VNREDSat-1, trung tâm điều khiển vệ tinh, trạm thu phát tín hiệu vệ tinh băng tần S, trạm lưu trữ dữ liệu dự phòng và trạm thu ảnh vệ tinh

VNREDSat-1 có nhiệm vụ chính là chụp ảnh bề mặt Trái đất, cung cấp một số lượng lớn ảnh quang học có phân giải cao một cách chủ động và kịp thời cho việc giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường, thiên tai, biến đổi khí hậu phục vụ phát triển kinh tế xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng

Thông số kỹ thuật của vệ tinh VNREDSat-1:

- Vệ tinh có kích thước 600 mm x 570 mm x 500 mm, có trọng lượng gần 120kg Tuổi thọ của vệ tinh theo thiết kế là 5 năm

- Vệ tinh có quỹ đạo đồng bộ mặt trời

- Độ cao quỹ đạo trên xích đạo: 680 km

- Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo: 98,13o

- Độ tròn quỹ đạo: 0,001193

- Chu kỳ quỹ đạo: 5909,6 giây

- Bộ cảm đặt trên vệ tinh VNREDSat-1 là cảm biến bổ sung, được gọi là NAOMI (New AstroSat Optical Modular Instrument)

- Thời gian chụp lặp lại (vệ tinh nghiêng ±35o): 3 ngày

- Thời gian chụp lặp lại (vệ tinh nghiêng ±15o): 7 ngày

- Chụp ảnh ở kênh toàn sắc và 4 kênh đa phổ

- Độ phân giải mặt đất 2,5m đối với kênh toàn sắc (Panchromatic) và 10m đối ảnh đa phổ (Monospectral)

Bảng 2.5 Đặc điểm ảnh vệ tinh VNREDSat-1

Kênh Bước sóng Độ phân giải

Hình 2.4 Ảnh chụp từ vệ tinh VNREDSat-1 khu vực sông Hồng

Tiếp nối sự phát triển và thành công của VNREDSat-1, Việt Nam dự tính phóng VNREDSat-1B vào năm 2017 do Bỉ chế tạo

2.3.3 Các phương pháp giải đoán ảnh viễn thám

Nhằm trợ giúp cho công tác đoán đọc điều vẽ người ta thành lập các mẫu đoán đọc điều vẽ cho các đối tượng khác nhau Mẫu đoán đọc điều vẽ là tập hợp các chuẩn dùng để đoán đọc điều vẽ một đối tượng nhất định Kết quả đoán đọc điều vẽ phụ thuộc vào mẫu đoán đọc điều vẽ Mục đích của việc sử dụng mẫu đoán đọc điều vẽ là làm chuẩn hóa kết quả đoán đọc điều vẽ của nhiều người khác nhau Thông thường mẫu đoán đọc điều vẽ do những người có nhiều kinh nghiệm và hiểu biết thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra kỹ lưỡng Tất cả 8 chuẩn đoán đọc điều vẽ cùng với các thông tin

về thời gian chụp, mùa chụp, tỷ lệ ảnh đều phải đưa vào mẫu đoán đọc điều vẽ Một bộ mẫu đoán đọc điều vẽ bao gồm không chỉ phần ảnh mà còn mô tả bằng lời nữa

2.3.3.2 Giải đoán ảnh theo phương pháp số

Thay thế cho việc giải đoán ảnh bằng mắt, hiện nay người ta sử dụng ngày càng nhiều phương pháp xử lý ảnh số Phương pháp xử lý ảnh số được dùng vào các mục đích sau:

+ Hiệu chỉnh ảnh và loại trừ các nhiễu xuất hiện trong quá trình thu nhận + Tăng cường chất lượng nhằm tạo ra sản phẩm có thể giải đoán bằng mắt + Phân tích ảnh (phân loại ảnh) hay nói cách khác là giải đoán bằng

phương pháp số

- Hiệu chỉnh ảnh

+ Hiệu chỉnh bức xạ: Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu một mức độ nhiễu xạ nhất định Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải thực hiện một số phép tiền xử lý Khi thu các bức xạ từ mặt đất trên các vật mang trong vũ trụ, người ta thấy chúng có một số sự khác biệt so với trường hợp quan sát cùng đối tượng đó ở khoảng cách gần Điều này chứng tỏ ở những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất định gây bởi ảnh hưởng của góc nghiêng và độ cao mặt trời, một số điều kiện quang học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, độ mù Chính vì vậy, để bảo đảm được sự tương đồng nhất định về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ

+ Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên đường truyền xuống mặt đất

bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất định trước khi nó tới được mặt đất và bức xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới được bộ cảm Do vậy, bức xạ mà bộ cảm thu được chứa đựng không phải chỉ riêng năng lượng hữu ích mà còn nhiều thành phần nhiễu khác Hiệu chỉnh khí quyển là một công đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ không mang thông tin hữu ích

+ Hiệu chỉnh hình học: Méo hình học được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa tọa độ ảnh thực tế (đo được) và tọa độ ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình học lý tưởng và trong các điều kiện thu nhận lý tưởng Méo hình học được chia thành loại nội sai gây bởi tính chất hình học của bộ cảm và ngoại sai gây bởi vị trí của vật mang và hình dáng của vật thể Nhằm đưa các toạ độ ảnh thực tế về toạ độ ảnh lý tưởng cần thiết phải thực hiện hiệu chỉnh hình học Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng được mối tương quan giữa hệ toạ

độ ảnh đo và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn Hệ toạ độ quy chiếu chuẩn có thể là hệ toạ độ mặt đất (vuông góc hoặc địa lý) hoặc hệ toạ độ ảnh khác

+ Hiệu chỉnh phép chiếu bản đồ: Phép chiếu bản đồ được sử dụng để chiếu bề mặt elipsoid lên một mặt phẳng Đây là một phép ánh xạ không hoàn hảo bởi vì một mặt cầu không bao giờ có thể trải thành một mặt phẳng Vì vậy, luôn tồn tại các sai số khác nhau

- Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách đặc tính

Tăng cường chất lượng có thể được định nghĩa như một thao tác chuyển đổi nhằm tăng tính dễ đọc, dễ hiểu của ảnh cho người giải đoán Trong khi đó chiết tách đặc tính là một thao tác nhằm phân loại, xắp xếp các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉ tiêu đưa ra dưới dạng các hàm số Những phép tăng cường chất lượng cơ bản thường được sử dụng là chuyển đổi cấp độ xám, chuyển đổi histogram, tổ hợp màu, chuyển đổi màu giữa hai hệ RGB và HSI

Sau khi tăng cường chất lượng ảnh, một trong những ưu điểm của phương pháp xử lý ảnh số là có thể chọn các tổ hợp màu tuỳ ý Tổ hợp màu có nghĩa là gán 3 màu cơ bản Red (đỏ), Green (lục), Blue (chàm) cho ba kênh phổ nào đó Nếu ta gán màu Blue cho kênh 1 (kênh Blue), màu Green cho kênh 2 (kênh Green), màu Red cho kênh 3 (kênh Red) thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu thật (True color) Nếu ta gán tổ hợp màu kênh 2 (Green) màu Blue, kênh 3 (Red) màu Green, kênh 4 (Infrared) màu Red thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu giả (False color) Trong tổ hợp màu này, thực vật có màu đỏ, đất trống thường có cường độ rất cao nên có màu trắng, nước có màu xanh là tổ hợp của hai màu Green và Blue Đây là 3 kênh cơ bản nhất của ảnh vệ tinh

- Phân loại ảnh

Phân loại là quá trình máy tính xử lý ảnh theo yêu cầu của người sử dụng Yêu cầu của người dụng được đưa vào máy thông qua giai đoạn chọn tệp mẫu Sau khi người sử dụng chọn tệp mẫu cho các đối tượng cần phân loại, máy tính

sẽ tự động phân loại và cho kết quả dưới dạng ảnh đã được phân loại Có hai phương pháp phân loại cơ bản là phân loại phi kiểm định (Unsupervised) và phân loại có kiểm định (Supervised)

+ Trong phân loại phi kiểm định, máy tính yêu cầu cung cấp thông tin về

số lượng lớp cần phân loại, độ tập trung của các lớp thông qua độ lệch chuẩn, vị trí tương đối của các lớp trong không gian phổ Sau đó máy tính sẽ tự động tìm

và gộp các pixel lại theo yêu cầu của người sử dụng Phân loại phi kiểm định chỉ thường dùng để phân loại sơ bộ trước khi phân loại chính thức

+ Phân loại kiểm định: Được dùng để phân loại các đối tượng theo yêu cầu của người sử dụng Trong quá trình phân loại, máy tính sẽ yêu cầu một số kiến thức của người sử dụng về khu vực cần phân loại Những kiến thức này có được trên cơ sở khảo sát thực địa và các tư liệu bản đồ chuyên đề Có ba nhóm phân loại kiểm định là phân loại hình hộp, phân loại đa tâm và phân loại xác suất cực đại Tất cả các phương pháp phân loại này đều yêu cầu chuẩn bị tệp mẫu Tệp mẫu là một phương pháp thông tin của người phân tích cung cấp cho máy tính về đối tượng mình cần phân loại Vì vậy, vùng mẫu cần được chọn sao cho đảm bảo tính đại diện theo nguyên tắc xác suất thống kê cho đối tượng trên phạm vi toàn ảnh Người sử dụng thông qua chế độ tương tác trực tiếp với máy

sẽ vạch lên ảnh những vùng mẫu đại diện cho các đối tượng cần phân tích Phần mềm máy tính dựa vào tệp mẫu sẽ phân loại cho ảnh Phương pháp phân loại thường dùng và có độ chính xác cao nhất là phương pháp xác suất cực đại (Maximum likelihood)

2.3.3.3 Ưu, nhược điểm của hai phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh

Bảng 2.6 Ưu, nhược điểm của hai phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh

Giải đoán ảnh bằng mắt Giải đoán ảnh bằng xử lý số

- Có thể phân tích được các thông

tin phân bố không gian

- Thời gian xử lý ngắn

- Kết quả xử lý được chuyển hóa

- Chiết xuất được các đặc tính vật lý

- Năng suất cao, có thể đo được các chỉ

- Chiết xuất ít thông tin về bối cảnh

- Kết quả phân tích thông tin kém

2.4 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)

2.4.1 Khái niệm chung về GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information Systems) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý

và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ - 1994)

Một định nghĩa khác có tính chất giải thích, hỗ trợ là: Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống máy tính có chức năng lưu trữ và liên kết các dữ liệu địa lý với các đặc tính của bản đồ dạng đồ họa, từ đó cho một khả năng rộng lớn về việc xử lý thông tin, hiển thị thông tin và cho ra các sản phẩm bản đồ, các kết quả

Theo ESRI, tập đoàn nghiên cứu và phát triển các phần mềm GIS nổi tiếng, GIS là một tập hợp có tổ chức, có phần cứng, có phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển và phân tích, hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị trí địa

lý (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ - Environmental System Research Institute (ESRI), 1994)

GIS là một hệ thống thông tin được sử dụng để nhập, lưu trữ, truy vấn, thao tác và phân tích và xuất ra các dữ liệu có tham chiếu địa lý hoặc dữ liệu đại không gian; hỗ trợ và ra quyết định trong việc quy hoạch và quản lý về sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông, các tiện ích đô thị và nhiều lĩnh vực khác nhau

2.4.2 Các bộ phận cấu thành GIS

Hình 2.5 Các bộ phận cấu thành GIS

2.4.2.1 Phần cứng

Phần cứng của một hệ thống thông tin địa lý bao gồm các hợp phần sau: Bộ

xử lý trung tâm (CPU), thiết bị nhập dữ liệu, lưu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu

- Bộ xử lý trung tâm CPU (central processing unit) gồm các yếu tố quan trọng nhất là: hệ thống điều khiển, bộ nhớ và tốc độ xử lý Máy tính là nơi thể hiện các yếu tố này

- Thiết bị nhập và lưu trữ dữ liệu: gồm các thiết bị như bàn số hóa, máy quét để chuyển các dạng dữ liệu sang dạng số Thiết bị CD ROOM để lấy thông tin có trong băng đĩa: ổ đọc băng, ổ đĩa cứng

- Thiết bị xuất dữ liệu: gồm máy in, máy chiếu, các báo cáo kết quả phân tích

Hiện nay với sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là sự ra đời của thiết bị mạng cho phép trao đổi thông tin giữa những người sử dụng, tạo điều kiện cho HTTT địa lý ngày càng phát triển

2.4.2.2 Phần mềm

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Phần mềm trong HTTT địa lý GIS có các chức năng cơ bản sau:

- Nhập dữ liệu;

- Lưu trữ dữ liệu và quản lý dữ liệu;

- Chuyển đổi dữ liệu;

- Hiển thị dữ liệu và báo cáo kết quả;

- Giao diện với người tiêu dùng

2.4.2.3 Dữ liệu GIS

Đây là thành phần quan trọng nhất của một hệ GIS Gồm các dữ liệu không gian và thuộc tính Hệ GIS kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức và quản lý, lưu trữ dữ liệu

- Dữ liệu không gian: là các dữ liệu thu được từ ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, đường đồng mức, địa bạ về quyền sử dụng đất,

- Dữ liệu thuộc tính: là các thông tin đi kèm với các dữ liệu không gian của các đối tượng trên bản đồ hay trên ảnh Đây là các dữ liệu ở dạng văn bản hoặc các số liệu thống kê thu được trong công tác điều tra dã ngoại, hoặc là các

số liệu phân tích trong phòng thí nghiệm, được lưu trữ dưới dạng các tập tin dạng chữ hoặc dạng số có thể nhập trực tiếp hoặc gián tiếp vào hệ thống GIS

Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính cần đảm bảo tính liên kết, thống nhất, có khả năng trao đổi dữ liệu với các hệ thống thông tin khác và có thể xuất

dữ liệu dưới các dạng khác nhau

2.4.2.4 Người sử dụng

Yếu tố con người trong hệ thống GIS là rất quan trọng Không có yếu tố này, các yếu tố về kỹ thuật (phần cứng, phần mềm, CSDL) sẽ không phát huy được hiệu quả của nó Đặc biệt là hiện nay công nghệ thông tin ngày một phát triển, hệ thống thông tin địa lý ngày càng hiện đại thì con người trong GIS lại càng trở nên quan trọng

Nguồn nhân lực trong hệ thống GIS gồm: cán bộ vận hành, cán bộ kỹ thuật và cán bộ quản lý

2.4.2.5 Các biện pháp tổ chức

GIS phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau nên tùy mỗi chức năng mà thiết kế sao cho phù hợp Đó không chỉ là những thông số kỹ thuật, khả năng sử dụng hiệu quả của con người, mà là sự kết hợp hài hòa các yếu tố trên và có sự phù hợp với các chính sách của nhà nước, khả năng ứng dụng vào thực tế cao

2.5 TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI

2.5.1 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất

Biến động được hiểu là sự biến đổi thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như trong môi trường xã hội

Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời điểm khác nhau

Để nghiên cứu biến động sử dụng đất, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau từ số liệu thống kê, từ các cuộc điều tra nông nghiệp nông thôn Các phương pháp này mặc dù có độ chính xác cao nhưng tốn thời gian và kinh phí, đồng thời không thể hiện được sự thay đổi mục đích sử dụng đất và khu vực diễn ra biến động (Phạm Vọng Thành, 2013)

Phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu viễn thám

đa thời gian sẽ khắc phục được các nhược điểm đó

2.5.2 Nghiên cứu biến động sử dụng đất, lớp phủ bằng tư liệu viễn thám

và GIS

Một trong những ứng dụng đặc biệt quan trọng của dữ liệu viễn thám là nghiên cứu sử dụng đất và lớp phủ Từ những năm 1970, dữ liệu viễn thám đã đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng và tần suất cho nghiên cứu Đến nay viễn thám đã phát triển trở thành một phương pháp luận tiên tiến và công cụ mạnh trong nghiên cứu sử dụng đất và theo dõi biến động đất đai (Hassideh and Bill, 2008)

Cơ sở khoa học của nghiên cứu biến động từ tư liệu viễn thám là dựa vào đặc trưng phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên Trên cơ sở tính chất phản xạ sóng điện từ của đối tượng trên bề mặt trái đất mà kỹ thuật viễn thám có thể phân tích, so sánh và nhận diện chúng từ các thông tin phổ phản xạ (Jensen, 1995)

Với chức năng phân tích không gian, GIS cho phép đánh giá những thay đổi của sử dụng đất và lớp phủ theo những khoảng thời gian khác nhau Đồng thời GIS có thể liên kết những thông tin này với các dữ liệu về kinh tế, xã hội…

từ đó có thể xác định được tác động của các yếu tố đến biến động sử dụng đất và thấy được đâu là nguyên nhân chính thúc đẩy quá trình biến động (Vu, 2007)