Ứng dụng viễn thám và gis nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với điều kiện tự nhiên vùng ven biển đồng bằng sông hồng

Dữ li u sử dụng trong nghiên cứu mối quan h giữa biến động sử dụng đất với các yếu tố tự nhiên khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng... Bên cạnh đó, GIS với khả năn p ân íc ốn kê k n n và

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

_

Phạm Thị Làn

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU MỐI QUAN

HỆ GIỮA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VỚI ĐIỀU KIỆN

TỰ NHIÊN VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

Hà Nội – 2017

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Phạm Thị Làn

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU MỐI QUAN

HỆ GIỮA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VỚI ĐIỀU KIỆN

TỰ NHIÊN VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và H n n đ

Mã số: 62 44 02 14

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS Phạm Văn Cự

2 GS.TS Võ Chí Mỹ

Hà Nội - 2017

LỜI CAM ĐOAN

T x n c m đo n đây à c n rìn n ên cứu của riêng tôi Các số li u, kết quả trong luận án là trung thực và c ư ừn được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Phạm Th Làn

LỜI CẢM ƠN

Luận án này là sự bày tỏ lòng cảm ơn c ân àn của nghiên cứu s n đến PGS.TS Phạm Văn Cự và GS.TS Võ Chí Mỹ, nhữn n ười thầy đã ận ìn ướng dẫn về mặt khoa học và ơn ế nữa, không ngừn động viên khuyến kích giúp tôi có lòng

n để hoàn thành luận án

X n c ân àn cám ơn B n ám u, p òn S u đại học rườn Đại học Khoa học

Tự n ên đã qu n âm ạo đ ều ki n học tập, nân c o rìn độ cho nghiên cứu sinh

X n c ân àn cám ơn bộ môn Bản đồ, viễn thám và GIS, K o Đ , rườn Đại học Khoa học Tự nhiên

C ân àn cám ơn ãn đạo rườn Đại học Mỏ - Đ a chất, ban chủ nhi m khoa Trắc đ a bản đồ và quản đấ đ , b n c ủ nhi m bộ môn Trắc đ a mỏ đã ết sức tạo đ ều ki n về thờ n cũn n ư cơ sở vật chấ cũn n ư p òn àm v c để nghiên cứu sinh yên tâm hoàn thành luận án

Xin chân thành cảm ơn dự án D n d đã ạo đ ều ki n cung cấp số li u và kinh phí

đ k ảo sát thực đ để nghiên cứu sinh hoàn thành tốt luận án

Luận án này sẽ không thể được hoàn thành nếu thiếu sự úp đỡ động viên hàng ngày của các anh ch đồng nghi p bộ môn Trắc đ a mỏ trong suốt quá trình làm luận

án X n c ân àn cám ơn các đồng nghi p đã n ưởn , úp đỡ nghiên cứu sinh Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn các ập thể, cá n ân đã ết lòng quan tâm giúp

đỡ và tạo đ ều ki n thuận lợ để tác giả có thể oàn àn được luận án này Rất mon được sự góp ý củ đồng nghi p và bạn đọc để luận án được tố ơn

Và cuối cùn , n ưn k n kém qu n rọn , x n được bày tỏ lòng biế ơn đến đìn , n ữn n ườ đã ực sự là hậu p ươn mà nếu thiếu, tác giả luận án sẽ không thể oàn àn được bất kỳ công trình nào

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết củ đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Đố ượng và phạm vi nghiên cứu 3

5 P ươn pháp nghiên cứu 3

6 Nhữn đ ểm mới của luận án 4

7 Luận đ ểm bảo v 5

8 Ý n ĩ k o ọc và thực tiễn 5

9 Cơ sở tài li u thực hi n luận án 5

10 Cấu trúc luận án 6

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VỚI ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 7

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu mối quan h giữa sử dụn đất vớ đ ều ki n tự nhiên trên Thế Giới và Vi t Nam 7

1.1 .Tổn qu n các thống phân loại lớp phủ và sử dụn đất 7

1.1.2 Tình hình ứng dụng phân loại ảnh số chiết xuất thông tin lớp phủ và sử dụn đất từ ư u viễn thám 11

1.1.3 Tình hình ứng dụng viễn thám và GIS trong phân tích biến động lớp phủ, sử dụn đất từ ảnh v tinh 15

Các c n rìn n ên cứu n uyên n ân b ến độn sử dụn dấ 18

1 Các c n rìn n ên cứu mố quan h giữa biến động sử dụn đất với yếu tố kinh tế - xã hội 20

1.1.6 Các c n rìn nghiên cứu mối quan h giữa biến động sử dụn đất với

đ ều ki n tự nhiên 20

1.1.7 Tình hình ứng dụn các p ươn p áp n ên cứu mối quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n tự nhiên 23

1.1.8 Tình hình nghiên cứu đ ều ki n tự nhiên và biến động sử dụn đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng 31

1.2 Lý luận về các vấn đề cơ bản nghiên cứu mối quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n tự nhiên trong luận án 34

1.2.1 Khái ni m lớp phủ và sử dụn đất 34

1.2.2 Lựa chọn h thống phân loại sử dụn đất 35

N ên cứu xác đ n n uyên n ân b ến độn sử dụn đấ 37

1.2.4 Nghiên cứu ự c ọn đ ều ki n tự nhiên trong mối quan h với biến động sử dụn đất 38

1.3 Qu n đ ểm và p ươn p áp n ên cứu 38

1.3.1 Qu n đ ểm nghiên cứu 38

P ươn p áp n ên cứu 39

1.4 Quy trình nghiên cứu 55

1.5 Kết luận c ươn 56

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 57

Điều đ ều ki n tự nhiên và các hoạ động sử dụn đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng 57

2.1.1 Khái quát chung vùng ven biển đồng bằng sông Hồng 57

2.1.2 V rí đ a lý khu vực nghiên cứu 62

2.1.3 Đặc đ ểm khí hậu 63

2.1.4 Biến đổi khí hậu, mực nước biển dâng và tình hình xâm nhập mặn 64

2.1.5 Đặc đ ểm đ ìn , đ a mạo 64

2.1.6 Đặc đ ểm thổ n ưỡng 68

2.2 Lựa chọn ư u sử dụng trong nghiên cứu 70

2.3 H thống phân loại sử dụn đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng 71

2.4 Chiết xuất thông tin sử dụn đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng 73

2.4.1 Chiết xuất thông tin sử dụn đất bằn p ươn p áp p ân oạ đ n ướng đố ượng 73

2.4.2 Chiết xuất thông tin sử dụn đất bằn p ươn p áp p ân vùn mẫu 83

Đối chiếu di n tích sử dụn đất chiết xuất từ phân loại ảnh với số li u thống kê được tổng hợp từ niên giám thống kê huy n 84

2.5.1 Tổng hợp số li u di n tích sử dụn đất từ niên giám thống kê 85

2.5.2 So sánh di n tích sử dụn đất chiết xuất từ phân loại ảnh với niên giám thống kê huy n Giao Thủy, N m Đ nh 86

2.5.3 So sánh di n tích sử dụn đất chiết xuất từ phân loại ảnh với niên giám thống kê huy n Thái Thụy, Thái Bình 88

2.6 Nghiên cứu biến độn sử dụn đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng đoạn -2013 89

B ến độn sử dụn đấ o ờ n 89

B ến độn sử dụn đấ o k n n 96

2.7 Kết luận c ươn 103

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VỚI ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 105

3.1 Đán á ác động củ đ ều ki n tự n ên đến biến động sử dụn đất khu vực ven biển đồng sông Hồng 105

3.1.1 Dữ li u sử dụng trong nghiên cứu mối quan h giữa biến động sử dụng đất với các yếu tố tự nhiên khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng 105

3.1.2 Phân tích mối quan h giữ đ ều ki n tự nhiên với biến động sử dụn đất

đoạn -2013 109

3.2 Đán á ác động biến đổi sử dụn đấ đến đ ều ki n tự nhiên 124

3.2.1 Hoạ độn qu đê ấn biển 124

3.2.2 Hoạ độn đắp đập, n ăn s n xây dựng hồ chứ nước 125

3.2.3 Hoạ động phá rừng ngập mặn và nuôi trồng thủy sản 126

Đán á v rò củ đ ều ki n tự nhiên trong dự báo sử dụn đất vùng ven biển đồng bằng sông Hồng 127

3.3.1 Dữ li u các biến dùng trong mô hình dự báo sử dụn đất 127

3.3.2 Kết hợp mô hình Neuron network và CA_Marko dự báo sử dụn đất 127

3.3.3 Đán á k ả năn chuyển đổi sử dụn đất trong mối quan h với đ ều ki n tự nhiên khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng 129

3.3.4 Kiểm chứn độ chính xác của mô hình 138

3.3.5 Dự báo xu ướng biến động sử dụn đấ năm 0 138

3.4 Đ n ướng quy hoạch sử dụn đấ rên cơ sở đán á và dự báo biến động sử dụn đất 145

3.5 Kêt luận c ươn 147

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 149

CÁC TỪ VIẾT TẮT

PLĐHĐT Phân loạ đ n ướn đố ượng

LCM Mô hình chuyển đổi lớp phủ (Land cover modeler)

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hìn P ươn p áp n ên cứu 4

Hình 1 1 Tổng quan về chìa khóa giả đoán sử dụn đất thông qua lớp phủ [92] 9 Hình 1 2 Quy trình nội suy dữ li u sử dụn đất từ dữ li u lớp phủ 10

Hình 1 3 Khung yếu tố ản ưởn đến biến động sử dụn đất [95] 19

Hình 1 4 Sơ đồ phân loạ các p uơn p áp n ên cứu biến động lớp phủ/sử dụng đất theo cấu trúc dữ li u và mục đíc n ên cứu[107] 24

Hình 1 5 Sơ đồ phân tích biến động sử dụn đất [87] 28

Hình 1 6 Sơ đồ các nhân tố ản ưởn đến biến động sử dụn đất [87] 29

Hình 1 7 Sơ đồ ếp cận sử dụn đất [58] 36

Hình 1 8 Sơ đồ xây dựng h thống sử dụn đất từ ảnh viễn thám 37

Hình 1 9 Sơ đồ tiếp cận h thống trong nghiên cứu quan h giữ đ ều ki n tự nhiên với biến động sử dụn đất 39

Hình 1 10 Quy trình chiết xuất thông tin hi n trạng sử dụn đất 41

Hình 1 11 (a) tập cứng, mức độ thành viên của nhóm a1 hoặc a2 chi là 0 hoặc 1 42 Hình 1 12 Hàm liên thuộc 42

Hình 1 13 H thống phân loại theo quy tắc mờ [65] 44

Hình 1 14 Mạng phân cấp đố ượng và các mức liên kết (Denfinies 2007) 45

Hình 1 15 Tích hợp ranh giớ đố ượng với ảnh v tinh từng thờ đ ểm 47

Hình 1 16 (p ươn p áp )- Phân tích sau phân loạ , (p ươn p áp )- Phân loại ảnh đ ờ n, (p ươn p áp )- Nhận biế y đổi phổ, (p ươn pháp 4)- Kết hợp 48

Hình 1 17 Sơ đồ mạng nơ ron nhân tạo trong vi c xác đ nh khả năn b ến động 51

Hìn Sơ đồ chuyển đổi sử dụn đất huy n Thái Thụy và Giao Thủy (α j à xác suất chuyển đổi của các loại hình sử dụn đất) 54

Hình 1 19 Quy trình nghiên cứu 55

Hình 2 1 Đồn bằn c âu ổ Bắc bộ [10] 58

Hình 2 2 Đ a chấ đ tứ và đ a hình khu vực đồng bằng sông Hồng 60

Hình 2 3 Sơ đồ mạn ướ các ướng vận chuyển trầm tích [72] 61

Hình 2 4 V rí đ a lý khu vực nghiên cứu 62

Hình 2 5 Chức năn sử dụn đấ được xác đ nh theo các loại lớp phủ 72Hình 2 6 Quy trình chiết xuất thông tin sử dụn đất 73Hình 2 7 Sơ đồ phân bậc ảnh v tinh Landsat 75Hình 2 8 Sơ đồ bộ quy tắc phân loại ảnh Landsat 2013 khu vực huy n Giao Thủy –

N m Đ nh Đ à đố ượng thỏ mãn đún đ ều ki u, S là không thỏ mãn đ ều ki n Hình bầu dục là kết quả phân loại cuối cùng 77Hình 2 9 Sơ đồ bộ quy tắc phân loại ảnh Landsat 2013 khu vực huy n Thái Thụy –Thái Bình Đ à đố ượng thỏ mãn đún đ ều ki u, S là không thỏ mãn đ ều

ki n Hình bầu dục là kết quả phân loại cuối cùng 78Hình 2 10 Quy trình chiết tách thông tin hi n trạng sử dụn đất bằn p ươn p áp

p ân vùn mẫu 84Hình 2 11 Biểu đồ ươn qu n d n tích (ha) các loại hình sử dụn đấ được chiết xuất từ ảnh v tinh và tổng hợp từ niên giám thống kê huy n Giao Thủy, N m Đ nh 87Hình 2 12 Biểu đồ ươn qu n d n tích (ha) các loại hình sử dụn đấ được chiết xuất từ ảnh v tinh và tổng hợp từ niên giám thống kê huy n Thái Thụy, Thái Bình 88Hình 2 13 Biểu đồ thống kê di n tích (ha) sử dụn đất 90

Hình 2 14 Biểu đồ thống kê di n tích sử dụn đất 93

Hìn Sơ đồ mối quan h giữa biến độn đất lúa và hoa màu với đ ều ki n tự nhiên (- chỉ quan h ngh ch, + chỉ quan h thuận) 111Hình 3 2 Sơ đồ mối quan h giữa biến động đất trống vớ đ ều ki n tự nhiên (- chỉ quan h ngh ch, + chỉ quan h thuận) 113Hình 3 3 Sơ đồ mối quan h giữa rừng ngập mặn vớ đ ều ki n tự nhiên 115Hình 3 4 Sơ đồ mối quan h giữ đất nuôi trồng thủy sản vớ đ ều ki n tự nhiên (- chỉ quan h ngh ch, + chỉ quan h thuận) 117Hình 3 5 Sơ đồ quan h biến độn đất lúa và hoa màu với đ ều ki n tự nhiên 119Hình 3 6 Sơ đồ quan h giữa biến độn đất trống vớ các đ ều ki n tự nhiên 121Hình 3 7 Sơ đồ quan h giữa biến động rừng ngập mặn vớ đ ều ki n tự nhiên 122

Hình 3 8 Sơ đồ quan h giữa biến độn đất nuôi trồng thủy sản 124Hình 3 9 Quy trình mô hình hóa sử dụn đất (sdđ-sử dụn đấ ) 128Hình 3 10 Mối quan h chuyển đổ đấ ù và o màu àn đấ dân cư với các yếu tố tự nhiên khu vực G o T ủy, N m Đ n (a khả năn c uyển đổ , b ươn quan giữa khả năn c uyển đổi với thổ n ưỡn , c ươn qu n ữa khả năn c uyển đổi vớ đ a mạo) 130Hình 3 11 Mối quan h chuyển đổ đấ ú và o màu àn đất nuôi trồng thủy sản với các yếu tố tự nhiên khu vực G o T ủy, N m Đ n đoạn - 2001 131Hình 3 12 Khả năn c uyển đổi rừng ngập mặn trong mối quan h vớ đ ều ki n tự nhiên huy n Giao Thủy – N m Đ nh 132Hình 3 13 Khả năn c uyển đổi mặ nước và s n n ò àn đất nuôi trồng thủy sản 133Hình 3 14 Sơ đồ quan h giữa khả năn chuyển đổ đấ ú và o màu àn đấ dân cư với yếu tố đ a mạo và thổ n ưỡng (a khả năn c uyển đổ , b ươn qu n giữa khả năn c uyển đổi với thổ n ưỡng,

c ươn qu n ữa khả năn c uyển đổi vớ đ a mạo) 135Hình 3 15 Sơ đồ quan h giữa khả năn chuyển đổ đấ ú và o màu àn đấ dân cư với yếu tố đ a mạo và thổ n ưỡng (a khả năn c uyển đổ , b ươn qu n ữa khả năn c uyển đổi với thổ n ưỡng,

c ươn qu n ữa khả năn c uyển đổi vớ đ a mạo) 136Hình 3 16 Sơ đồ quan h giữa khả năn chuyển đổ đất trồn có àn đất lúa và hoa màu thành với yếu tố tự nhiên (a khả năn c uyển đổ , b ươn qu n ữa khả năn c uyển đổi với thổ n ưỡn , c ươn qu n ữa khả năn c uyển đổi vớ đ a mạo) 136Hình 3 17 Dự báo sử dụn đất huy n Giao Thủy, N m Đ n năm 0 139Hình 3 18 Dự báo sử dụn đất huy n Thái Thụy, T á Bìn năm 0 140Hình 3 19 Biến động sử dụn đấ đoạn 0 0 uy n Giao Thủy, Nam

Đ nh 142Hình 3 20 Biến động sử dụn đấ đoạn 0 0 uy n Thái Thụy, Thái Bình 144

Hìn Bản đồ đ mạo uy n T á T ụy, T á Bìn ……… Sau trang 67 Hìn .2 Bản đồ đ mạo uy n G o T ủy, N m Đ n ……… Sau trang 67 Hìn .3 Bản đồ ổ n ưỡn uy n T á T ụy, T á Bìn ……… … Sau trang 69 Hìn .4 Bản đồ ổ n ưỡn uy n G o T ủy, N m Đ n ………Sau trang 69 Hìn .5 Bản đồ sử dụn đấ năm T á T ụy, T á Bìn ……… Sau trang 84 Hìn .6 Bản đồ sử dụn đấ năm 00 T á T ụy, T á Bìn ……… Sau trang 84 Hìn .7 Bản đồ sử dụn đấ năm 00 T á T ụy, T á Bìn ……… Sau trang 84 Hìn .8 Bản đồ sử dụn đấ năm 0 T á T ụy, T á Bìn ……… Sau trang 84 Hìn .9 Bản đồ sử dụn đấ năm 1989 uy n G o T ủy, N m Đ n Sau trang 84 Hìn 4.10 Bản đồ sử dụn đấ năm 00 uy n G o T ủy, N m Đ n ………

……… Sau trang 84 Hìn 4.11 Bản đồ sử dụn đấ năm 00 uy n G o T ủy, N m Đ n ………

……… Sau trang 84 Hìn 4.12 Bản đồ sử dụn đấ năm 0 uy n G o T ủy, N m Đ n ………

……… Sau trang 84

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bản Ảnh v tinh sử dụng trong luận án 5

Bản Các bản đồ c uyên đề được sử dụng trong luận án 6

Bảng 1 1 Bảng phân loại h thống lớp phủ, sử dụn đất từ ư u viễn thám [47] 8 Bảng 2 1 K ch bản mực nước biển dâng ở Vi t Nam [27] 64

Bảng 2 2 Xói lở/ bồi tụ huy n Thái Thụy và Giao Thủy đoạn 1989 – 2008 [120] 67

Bảng 2 3 D n íc b ến độn sử dụn đấ ron p ạm v b ến độn đườn bờ [109] 68

Bảng 2 4 Bảng giá tr p ân n ưỡng ảnh Landsat 2013 74

Bảng 2 5 Bảng mô tả các quy tắc phân loạ các đố ượng ảnh 79

Bảng 2 6 Bảng mô tả các quy tắc phân loạ các đố ượng ảnh 80

Bảng 2 7 Bảng tổng hợp di n tích các loại hình sử dụn đất từ niên giám thống kê huy n Giao Thủy, Nam Đ n qu các năm , 00 , 00 và 0 85

Bảng 2 8 Bảng tổng hợp di n tích các loại hình sử dụn đất từ niên giám thống kê huy n Thái Thụy, Thái Bình qu các năm , 00 , 00 và 0 85

Bảng 2 9 Bảng ma trận biến động sử dụn đấ uyên T á T ụy, T á Bìn giai đoạn 1989 – 2001 (%) 91

Bảng 2 10 Bảng ma trận biến động sử dụn đất huy n T á T ụy, T á Bìn giai đoạn 2001-2005 (%) 92

Bảng 2 11 Bảng ma trận biến động sử dụn đất huy n T á T ụy, T á Bìn giai đoạn 2005-2013 (%) 92

Bảng 2 12 Bảng ma trận % biến động sử dụn đất huy n Giao Thủy, N m Đ nh đoạn 1989 – 2001 (%) 94

Bảng 2 13 Bảng ma trận % biến động sử dụn đất huy n Giao Thủy, N m Đ nh đoạn 2001 – 2005 (%) 95

Bản Bản mã các oạ ìn sử dụn đấ vùn v n b ển đồn bằn s n Hồn 96

Bảng 3 1 Các biến phụ thuộc ở từn đoạn nghiên cứu 106

Bảng 3 2 Dữ li u các biến độc lập 107Bảng 3 3 Bảng h số hồi quy giữa biến độn đất lúa và hoa màu với đ ều ki n tự nhiên 110Bảng 3 4 Bảng h số hồi quy giữa biến độn đất trống với đ ều ki n tự nhiên 112Bảng 3 5 Bảng h số hồi quy giữa biến độn đất rừng ngập mặn với đ ều ki n tự nhiên… 114Bảng 3 6 Bảng h số hồi quy giữa biến động đất nuôi trồng thủy sản 115Bảng 3 7 h số hồi quy giữa biến độn đất lúa và hoa màu với đ ều ki n tự nhiên… 118Bảng 3 8 H số hồi quy giữa biến độn đất trống với các đ ều ki n tự nhiên 120Bảng 3 9 Bảng h số hồi quy giữa biến động rừng ngập mặn vớ các đ ều ki n tự nhiên… 122Bảng 3 10 Bảng h số hồi quy giữa biến độn đất nuôi trồng thủy sản với 123Bảng 3 11 Bản đ nh dạng dữ li u 127Bảng 3 12 Bảng tổng hợp các yếu tố tự nhiên trong mối quan h với khả năn 134Bảng 3 13 Bảng tổng hợp mối quan h giữa khả năn biến động sử dụn đất 137Bảng 3 14 Bảng thống kê di n íc y đổi sử dụn đấ năm 0 so với 2021 143Bảng 3 15 Bảng thống kê di n íc y đổi sử dụn đấ năm 0 so với 2021 145

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Biến động sử dụn đất ở Vi t Nam nói chung và khu vực ven biển đồng bằng sông Hồn nó r ên có xu ướng gi ăn mạnh mẽ và liên tục Biến động sử dụng

đấ đón v rò c ủ yếu đến biến độn m rường và góp phần gây nên biến đổi toàn cầu [76, 108, 113, 123] Để ướng tới mục tiêu phát triển bền vững, yêu cầu

đấ đ p ả được sử dụng hợp lý nhằm phát triển kinh tế - xã hộ , đảm bảo an ninh ươn ực và bảo v m rường Muốn đáp ứng nhu cầu nói trên, khi đư quyết

đ nh sử dụn đất cần phải hiểu được sự ươn ác ữ các yếu ố ự n ên và xã ộ làm ản ưởn đến v c r quyế đ n đó [104]

B ến độn sử dụn đất là kết quả của quan h tổng hợp các nhân tố bao gồm

cả yếu tố s n , đ a lý và yếu tố kinh tế - xã hộ cũn n ư sự ươn ác ữa chúng [145], [59, 86, 98, 159] Bên cạnh những nghiên cứu biến động sử dụn đất với tổng hợp đ ều ki n tự nhiên, kinh tế - xã hội, có nhiều nghiên cứu về mối quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n tự nhiên Các nghiên cứu này chỉ ra rằng: sử dụn đất có mối quan h rất chặt chẽ vớ đ ều ki n tự nhiên [86, 108, 125]

Khu vực ven biển đồng bằng sông Hồn à nơ có b ến động sử dụn đất ươn đối mạnh mẽ Đặc bi t trên khu vực này, sử dụn đất b ản ưởng lớn bởi

c ín sác đổi mới và chuyển d c cơ cấu kinh tế s u năm [118] Xu ướng chung về biến động sử dụn đất trong nhữn năm qu à đất nông nghi p giảm để chuyển s n đất phi nông nghi p phục vụ vi c xây dựng các công trình dân sinh, kinh tế ở Sử dụn đất biến đổi theo lộ rìn “ ú ấn cói, cói lấn vẹt, vẹt lấn biển”

Sự chuyển đổi sử dụn đất mạnh mẽ trong suốt gần 30 năm qu à kết quả của sự những lần y đổi chính sách phát triển kinh tế - xã hội, mốc chuyển đổi chính sách đặc bi t quan trọn và àm y đổi lớn các loại hình sử dụn đấ à c ín sác Đổi Mới và các dự án về trồng rừng ngập mặn Tuy nhiên, Đổi Mớ cũn k n ể đư thực vật ngập mặn vào đất phù sa để trồn Đổi Mới hay bất kỳ chính sách phát triển kinh tế - xã hội nào muốn chuyển đổi sử dụn đấ đều phải tuân thủ quy luật tự nhiên nhằm ướng tới mục tiêu phát triển bền vững cho khu vực nghiên cứu cũn

n ư ải quyết vấn đề toàn cầu Vì vậy, nghiên cứu quan h giữa biến động sử dụng đất vớ đ ều ki n tự nhiên là cần thiết

Luận án chọn huy n Thái Thụy (Thái Bình) và Giao Thủy (N m Đ nh) là hai huy n đ ển hình cho khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng với đặc rưn về đ ều

k n ự n ên b o ồm nguồn gốc thành tạo các thùy châu thổ, hình thái, chế độ

2

thủy văn và rầm tích Huy n Thái Thụy (Thái Bình) với thùy châu thổ D êm Đ ền

đã và đ n đ vào đoạn lụi tàn Trong khi ở huy n Giao Thủy (N m Đ nh) là thành tạo của thùy châu thổ Ba Lạt thể hi n sự phát triển, bồi tụ Hình thái các cồn cát cổ và các bãi bồi ven biển lần ượt phân bố trên huy n Thái Thụy và Giao Thủy Bên cạn đó, c ế độ thủy văn của huy n Thái Thụy là h thống sông Thái Bình và quyế đ n đến ượn và ướng vận chuyển trầm tích vớ ướng c ủ đạo à ướn

Đ n Trong khi huy n Giao Thủy được đặc rưn bởi thủy văn à thống sông Hồn , nơ có ượng trầm tích lớn và vận chuyển o ướng c ủ đạo à ướn Đ n Bắc Để nghiên cứu mối quan h giữa biến động sử dụn đất với đ ều ki n tự nhiên,

đề tài luận án cần rất nhiều nguồn số li u, dữ li u, đặc bi t các nguồn dữ li u có tính

đ ờ n, ron đó có ư u viễn thám

Viễn thám vớ đặc đ ểm đ p ổ, đ độ phân giả k n n, đ ời gian và khả năn p ủ trùm trên di n tích rộng, cùng với p ươn p áp chiết tách thông tin đ thời gian về lớp phủ Từ đó có ể theo dõi biến động sử dụn đất [47] Bên cạnh

đó, GIS với khả năn p ân íc ốn kê k n n và m ìn ó cũn đã được ứng dụng trong nghiên cứu mối quan h giữa biến động sử dụn đất với các tác nhân của chúng Do vậy, vi c kết hợp viễn thám và GIS trong nghiên cứu quan h biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n tự n ên đã được rất nhiều tác giả đề cập Tuy nhiên, vi c áp dụng chúng vào nhữn đ ều ki n cụ thể của từng khu vực cần được nghiên cứu để tìm ra và lựa chọn p ươn p áp ếp cận phù hợp

Với những lý do trên, vi c nghiên cứu thực hi n đề tài “Ứng dụng viễn thám

và GIS nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với điều kiện tự nhiên vùng ven biển đồng bằng sông Hồng” là cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài luận án đặt ra mục êu s u đây

Đán á được mối quan h giữa đ ều ki n tự nhiên với biến động sử dụng đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng thông qua hai khu vực đ ển hình huy n Thái Thụy (Thái Bình) và Giao Thủy (N m Đ n ) rên cơ sở ứng dụng viễn thám và

h n n đ a lý

3 Nội dung nghiên cứu

1) Tổng quan tài li u và xây dựn cơ sở uận, p ươn p áp n ên cứu mối quan h giữa biến động sử dụn đất với đ ều ki n tự nhiên trên thế giới, Vi t Nam và khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng

) Đán á đ ều ki n tự nhiên và sử dụn đất hai huy n đ ển hình là Thái

3

Thụy (Thái Bình) và Giao Thủy (N m Đ nh)

3) Nghiên cứu chiết xuất thông tin sử dụn đất từ dữ li u ản đ ời gian khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng rên cơ sở ứng dụng p ươn pháp phân loạ đ nh ướn đố ượng kết hợp p ươn p áp p ân vùn mẫu

4) Nghiên cứu, đán á mối quan h giữa đ ều ki n tự nhiên với biến động sử dụn đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồn ron đoạn 1989 – 2013 bằn

p ươn p áp ống kê và mô hình hóa không gian

5) Nghiên cứu dự báo xu ướng biến động sử dụn đất 2021 trong mối quan

h với yếu tố tự nhiên bằn v c tích hợp mô hình mạn nơ ron n ân ạo với Markov

CA-4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu:

Xuất phát từ yêu cầu củ đề à , đố ượng nghiên cứu của luận án giới hạn trong các vấn đề về ứng dụng viễn thám và GIS nghiên mối quan h giữa sử dụng đất vớ đ ều ki n tự nhiên

b) Giới hạn đề tài:

Luận án được giới hạn trong phạm vi s u đây

 Phạm vi không gian: Luận án lựa chọn thực nghiêm trên hai huy n là Thái Thụy –Thái Bình và Giao Thủy – N m Đ nh1

để đặc rưn c o vùn v n b ển biển đồng bằng sông Hồng theo l ch sử hình thành thùy châu thổ, đặc đ ểm hình thái, thủy văn và ượn cũn n ư ướng vận chuyển trầm tích

 Phạm vi thời gian: Trong khoảng thời gian từ năm 1989 đến năm 021

 Phạm vi khoa học: Luận án nghiên cứu mối quan h giữa biến động các đơn v sử dụn đất2 (được chiết xuất từ ảnh v tinh Landsat TM, ETM và OLI) và điều ki n

tự nhiên (đ a mạo, thổ n ưỡng, biến độn đường bờ và khoảng cách tớ đường bờ) Mối quan h này chỉ giới hạn về đ ều ki n tự nhiên ác động đến biến động

sử dụn đất

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài luận án sử dụng p ươn p áp tích hợp viễn thám và GIS P ươn pháp viễn thám được ứng dụng nhằm chiết xuất thông tin sử dụn đất các thờ đ ểm

1 Lựa chọn huy n Thái Thụy và Giao Thủy được luận giải cụ thể trong mục 2.1.1

2 Sử dụn đất phân loại tiếp cận thông qua lớp phủ chiết xuất từ ảnh v tinh Sử dụn đất phân loại theo Bộ Tài nguyên và Môi rườn k n được đề cập trong nghiên cứu này

4

nghiên cứu Bên cạn đó, GIS được ứng dụng trong phân tích thống kê không gian

và m ìn ó để phân tích mối quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n

tự n ên Các p ươn p áp đó được cụ thể hóa trong hình 1 sau:

nh 1 Phương pháp nghiên cứu

Thông tin sử dụn đấ được chiết xuất từ ảnh viễn thám thông qua lớp phủ P ươn pháp chiết xuất thông tin sử dụng trong luận án à p ươn p áp p ân oạ đ nh ướng đố ượng và p ân vùn mẫu Thông tin sử dụn đất các thờ đ ểm, dữ li u được chồng xếp nhằm đư r b ến động về di n tích và không gian của các loại hình

sử dụn đất Hồi quy logistic và mô hình hóa (mô hình sử dụn đất LCM-Land Cover Modeler) là công cụ GIS trợ giúp vi c đán á quan h giữa biến động sử dụn đất với đ ều ki n tự nhiên Bên cạn đó, m ìn LCM còn dự báo sử dụng

đấ năm 0 n ằm đán á v rò của đ ều ki n tự nhiên trong quy hoạch phát triển bền vững

6 Những điểm mới của luận án

1) Đán á được b ến độn sử dụn đấ dự rên p ươn p áp p ân oạ íc

ợp ướn đố ượn và p ân vùn mẫu (p r- d c ss c on) đố vớ ản đ ờ gian ở 2 huy n Thái Thụy (Thái Bình) và Giao Thủy (N m Đ nh)

) Đ n ượn ó được mối quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều

ki n tự nhiên thông qua phân tích hồi quy logistic và dự báo được biến động sử dụn đấ đến năm 0 ở 2 huy n Thái Thụy (Thái Bình) và Giao Thủy (Nam

Đ nh) phục vụ quy hoạch phát triển bền vững

Ảnh viễn

thám

Biến động lớp phủ

Biến động sử dụn đất

Thống kê không gian

Mô hình sử dụn đất

5

7 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Tích hợp p ươn p áp phân loại đ n ướn đố ượng và

p ươn p áp p ân vùn mẫu (p r-field classification) ừ ảnh v n đ ời gian cho phép chiết xuất thông tin sử dụn đất ven biển đồng bằng sông Hồng vớ độ chính xác cao

Luận điểm 2: Biến động sử dụn đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng

có mối quan h chặt chẽ vớ đ ều ki n tự nhiên đặc bi t à đ a mạo và thổ n ưỡng, là

cơ sở hi u quả cho dự báo xu ướng biến động sử dụn đất phục vụ quy hoạch sử dụn đất

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học:

 Kết quả nghiên cứu củ đề tài luận án đã c ứng minh tính hi u quả và tin cậy

củ p ươn p áp p ân oạ đ n ướn đố ượng chiết xuất thông tin sử dụn đất

 Phân tích thống kê không gian và mô hình hóa là công cụ GIS hữu ích trong

nghiên cứu mối quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n tự nhiên

Ý nghĩa thực tiễn:

 Thông tin hi n trạng sử dụn đất các thờ đ ểm 1989, 2001, 2005, 2013 và biến động sử dụn đấ qu các đoạn trên góp phần chỉ r xu ướng biến sử

dụn đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng

 Số li u hồi quy về quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n tự nhiên, cùng với khả năn b ến động sử dụn đất trên từn đơn v tự nhiên sẽ góp phần hỗ trợ giúp cho các nhà quản đư r các p ươn án quy oạch nhằm sử

dụng tố ưu các đ ều ki n tự nhiên khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng

9 Cơ sở tài liệu thực hiện luận án

Để thực hi n đề tài này, các tài li u s u đây đã được sử dụng

6

Bản đồ địa hình

Bản đồ đ a hình tỷ l 000 năm 000 do Cục đo đạc bản đồ quân đội xuất bản, h quy chiếu VN 2000 Bản đồ này được sử dụn để nắn chỉnh ảnh v tinh các thờ đ ểm về h tọ độ với h quy chiếu VN2000

Bản đồ chuyên đề

Bản đồ chuyên đề được sử dụng trong luận án bao gồm các bản đồ nêu trong bảng 2

s u đây

ảng 2 Các bản đồ chuyên đề được sử dụng trong luận án

Bản đồ hi n trạng sử

dụn đất

T á Bìn và N m Đ nh

Thắng, L ên đoàn bản đồ đ a chất, Bộ công nghi p – cục đ a chất [45]

Bản đồ hi n trạng sử dụn đấ được sử dụn n ư à li u tham khảo và kiểm chứng kết quả phân loại ảnh chiết xuất thông tin sử dụn đất khu vực nghiên cứu

Bản đồ thổ n ưỡn và đ a mạo cung cấp thông tin về đ ều ki n tự nhiên phục

vụ cho quá trình thống kê không gian và mô hình hóa nhằm lý giải mối quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n tự nhiên khu vực nghiên cứu

Thông tin thực địa và các tài liệu khác

Thông tin thực đ a cùng các tài li u k ác n ư báo cáo, số li u thốn kê… được sử dụng trong vi c phân tích ảnh v tinh trợ giúp công vi c chiết xuất thông tin sử dụn đất do nghiên cứu sinh thực hi n Đồng thời, những thông tin và tài li u này giúp nghiên cứu sinh kiểm chứng kết quả phân loại ảnh tại khu vực nghiên cứu

Chương 3 Phân tích mối quan h giữa biến động sử dụn đất với đ ều ki n tự

nhiên khu vực ven biển bằng sông Hồng

H thống phân loại lớp phủ, sử dụn đất được thiết kế cho yêu cầu sử dụng

cụ thể, và phục vụ vi c xây dựng chú giải bản đồ, nó phụ thuộc vào tỷ l và nội dung bản đồ cần thành lập và nguồn dữ li u

Sử dụn đất được đặc rưn bởi sự sắp xếp các hoạ độngcủ con n ười trênlớp phủ đất nhằm sản xuất, y đổi hoặc duy trì nó [78] N ư vậy, sử dụn đất

và lớp phủ có mối quan h rất chặt chẽ vớ n u Để xác đ nh các loại hình sử dụng đất từ các khoanh vi lớp phủ cần tuân theo các bước sau [92]:

1 Xác đ nh các loại hình sử dụn đất chủ yếu trong khu vực nghiên cứu

2 Xây dựng các thông số đặc rưn c o các oại hình sử dụn đất chủ yếu trên

3 Thống kê các hoạ động sử dụn đất ở đ p ươn được sử dụng xây dựng đặc rưn ở mức độ khái quát hay chi tiết

4 Đư r thốn các êu c í được sử dụng cho vi c xác đ nh các quy tắc

Bên cạn đó, n ều k á n m c o rằn ớp p ủ và oạ độn sử dụn đấ có

mố qu n ần ũ và ron n ều rườn ợp có ể sử dụn y ế c o n u And rson và cộn sự ( 7 ) c o rằn ản v ễn ám k n ể rực ếp n ận r các oạ độn sử dụn đấ Tron k đó, n n về bề mặ ớp p ủ đấ b o ồm

cả ớp p ủ ự n ên và n ân ạo được n ận r ừ ản v ễn ám Do vậy, c ún

có ể nộ suy dự vào cấu rúc, ìn dạn và qu n k n n để xác đ n n

n về các oạ độn sử dụn đấ n qu n n ớp p ủ [47] Bản s u đây

à ốn p ân oạ ớp p ủ, sử dụn đấ được c ế xuấ ừ ư u v ễn ám

Đấ x n dân cư và k u xây dựng

Đất trồn cây ăn quả Đất c ăn ả

Đất nông nghi p khác

Đất rừn ường xanh Đất rừng khác

H thống phân loại lớp phủ, sử dụn đất trên bảng 1.1 ứng dụng chiết xuất

từ ảnh Landsat sẽ hạn chế một số đố ượn n ư K n ể tách bi đấ dân cư và

đấ c uyên dùn ; n óm các đối ượn đất nông nghi p không thể chiết xuấ được riêng bi t nếu chỉ dùng riêng rẽ ản L nds ; đất rừng rụng lá không xuất hi n trên khu vực ven biển đồng bằng sông Hồn Để khắc phục được các hạn chế đó, v c chiết xuất thông tin sử dụn đất cần kết hợp vớ n n GIS n ư các bản đồ

c uyên đề (đ a mạo, thổ n ưỡn …), các c ỉ số quan h không gian (Relations to neighbor objects,…)

Tuy rằng lớp phủ và sử dụn đất có khái ni m riêng, n ưn ớp phủ và các hoạ động sử dụn đấ đều nằm trên mộ đ a bàn và diễn ra cùng một thờ đ ểm Lớp phủ có thể độc lập phản ánh tính chất khách quan, còn sử dụn đất thì không thể và

sử dụn đất phả được suy ra từ lớp phủ và các quy tắc hình thái, nhân tố kinh tế, hành chính, pháp luật [92]

Lou s J.M J ns n và cộn sự (2003) c ỉ r rằn c ì k ó nộ suy để xác

đ n c ức năn sử dụn đấ ừ các đố ượn ớp p ủ được xác đ n o bước ) n ận r các oạ độn c ín củ con n ườ ên qu n đến sử dụn oạ ớp p ủ

9

đố vớ các c ức năn cụ ể; ) c n ỏ các n óm c ức năn c ín o êu c uẩn các oạ độn k n ế oặc văn ó – xã ộ Hìn s u đây ể n ổn qu n các nộ suy các oạ ìn sử dụn đấ n qu ốn ớp p ủ N óm ớp p ủ

b o ồm đấ , nước và ực vậ T ực vậ được c àn b n óm ) T ực vậ rồn rọ rên cạn T n qu oạ độn k n ế rên k u vực đồn bằn s n Hồn

nó c un và uy n T á T ụy và G o T ủy nó r ên , ì sử dụn đấ rồn cây ăn quả ươn ứn vớ ớp p ủ cây rồn ; ớp p ủ cây bụ có ể ươn ứn vớ

oạ ìn sử dụn đấ à cây c n n p; ớp p ủ cây ân ảo ươn ứn vớ các

oạ ìn sử dụn đấ ú và o màu ) T ực vậ rên cạn ự n ên sẽ được p ân

c àn các oạ ìn sử dụn đấ k ác n u ùy o c ức năn k n ế n ư rừn đặc dụn , rừn sản xuấ …Tuy n ên, rên k u vực n ên cứu củ uận án k n có các oạ ìn sử dụn đấ này ) T ực vậ bán ủy n uyên Trên k u vực n ên cứu à n ữn ực vậ n ập mặn n ư sú, vẹ , r n , có … N óm đấ , cụ ể à bề

mặ n ân ạo và các k u vực đấ rốn k ác Trên k u vực uy n T á T ụy và G o

T ủy, n óm ớp p ủ này ươn ứn vớ oạ ìn sử dụn đấ à đấ dân cư, đấ k u

c n n p N óm ớp mặ nước rên k u vực n ên cứu sẽ ươn ứn vớ o ồ, đầm nu m

Hình 1 1 Tổng quan về chìa khóa giải đoán sử dụng đất thông qua lớp phủ [92]

10

K ác vớ ốn p ân oạ sử dụn đấ củ J ns n và cộn sự ( 00 ), uậ

Đấ đ củ Bộ Tà n uyên và M rườn V N m năm p ân c đấ đ

àn n óm, b o ồm Đấ n n n p, âm n p, đấ dân cư n n n, dân cư

đ , đấ c uyên dùn , đấ c ư sử dụn Luậ Đấ đ năm 00 phân chia thành 3

n óm c ín và mỗ n óm ồm n ều oạ đấ và đồn ờ có sự k ác n u ữ

ốn p ân oạ đấ o quy đ n củ p áp uậ về đấ đ rước năm 00 , ốn được sử dụn để xây dựn quy oạc sử dụn đấ đến năm 0 0 và ốn o

p áp uậ n àn

H thống phân loại sử dụn đấ củ Bộ Tà n uyên và M rườn quá c

ế mà ư u ản L nds k n ể đáp ứn đầy đủ n n ươn ứn Trên ảnh Landsat không chiế ác được các loại hình sử dụn đấ n ư đất chuyên dụn , đất

an ninh quốc p òn …

Ảnh v tinh chỉ cung cấp thông tin về lớp phủ Trong khi, dữ li u bổ trợ bao gồm bản đồ đ a hình, bản đồ đ a mạo, thổ n ưỡng, dữ li u thực đ a là tài li u cung cấp n n để giả đoán sử dụn đấ Hìn s u đây m ả sự kết hợp giữa dữ

li u lớp phủ được chiết xuất từ ảnh v tinh với các dữ li u bổ trợ để n oạ suy kết quả là dữ li u sử dụn đất

Hình 1 2 Quy trình ngoại suy dữ liệu sử dụng đất từ dữ liệu lớp phủ

chiết xuất từ ảnh vệ tinh [92]

11

N ư vậy, ùy uộc vào mục đíc cụ ể, yêu cầu về nộ dun và n uồn ư

u mà ự c ọn ốn p ân oạ sử dụn đấ k ác n u

1.1.2 ình hình ứn dụn phân loại ảnh số chiết xuất thôn tin lớp phủ

và sử dụn đất từ tư liệu viễn th m

Một trong số các cách chiết xuất thông tin lớp phủ, sử dụn đất từ ư u viễn thám là giả đoán ảnh bằng mắt Vi c phân tích ảnh bằng mắt có thể được trợ giúp bằng một số thiết b quang học từ đơn ản đến phức tạp n ư kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, máy tổng hợp màu, nhằm nâng cao khả năn p ân íc của mắt người [30] Tuy nhiên, vi c giả đoán ảnh bằng mắt b hạn chế bởi số kênh phổ Số kênh phổ sử dụng trong vi c giả đoán ảnh bằng mắt là mộ kên đơn ẻ hoặc tổ hợp màu 3 kênh RGB [29, 128] Do đó, p ươn p áp sẽ không khai thác được ưu ế về đặc rưn p ản xạ phổ của từn đố ượn , độ chính xác tách chiết

n n à k n đồng nhất do phụ thuộc oàn oàn vào n ười thực hi n Hơn ế nữa, vi c số hóa thủ công là một công vi c mất nhiều thời gian công sức và đơn

đ u [57] Phân loại ảnh số à p ươn p áp tận dụng tố đ đặc rưn đ p ổ của ảnh và khả năn ác b t phổ của công ngh phần mềm đã c o kết quả chính xác, phù hợp ơn ron v c chiết xuất thông tin lớp phủ, sử dụn đất từ ư u viễn thám Có rất nhiều p ươn p áp p ân oại ảnh số, ìm r ướng sử dụn p ươn pháp phân loại phù hợp vớ độ c ín xác đạt yêu cầu cho luận án là mộ bước có ý

1 Nhóm phươn ph p dựa vào việc lấy mẫu phân loại

- P ươn p áp p ân oại có kiểm đ nh

12

Là p ươn p áp p ân oại có chọn mẫu Vi c chọn mẫu là thu thập các tiêu chuẩn về phổ nhằm xác đ nh ranh giớ ron k n n đặc rưn củ đố ượng Các tham số vùng mẫu là giá tr đồng nhất của các pixel có mặt trong mẫu đó V c xác đ n kíc ước vùng mẫu và sự phân bố của các mẫu đó có ản ưởng quyết

đ n đến kết quả phân loại ảnh Một thông số thốn kê đán ưu âm ron quá rìn chọn mẫu là mức độ tách bi t giữa các vùng mẫu (separability) có đảm bảo hay không Một số thuật toán sử dụng trong phân loại có kiểm đ nh là xác suất cực đại, phân loại hình hộp, phân loại khoảng cách lớn nhất [102, 141]

- P ươn p áp p ân oại không kiểm đ nh

P ươn p áp phân loại không kiểm đ n à quá rìn xác đ nh không gian

củ các đố ượng theo sự phân chia phổ tự động với các thuật toán phổ biến là Isod và Km n P ươn p áp này k n sử dụng tập mẫu mà phân chia ảnh

àn các n óm ươn đố đồng nhất về ươn quan phổ theo số ượng các lớp cho rước Các đố ượn được tạo r s u k được phân loại nhờ hai thuật toán trên chỉ

có n ĩ k được n ười sử dụng gán thông tin thuộc tính

2 Nhóm c c phươn ph p phân chi theo thôn số giả định của dữ liệu

- Phân loại thống kê (parametric classifier)

Các thông số n ư v c or run bìn và m rận hi p p ươn s ín oán thống kê từ các tập mẫu được sử dụng là tham số đầu vào c o p ươn p áp này Thuật toán phổ biến sử dụng là xác suất lớn nhất và khả năn ác b t tuyến tính [95]

- Phân loại phi thống kê (Non Parametric classifier)

P ươn p áp p ân oại này không sử dụng các thông số thốn kê để tính oán độ tách bi t các lớp đố ượng mà sử dụn các n ưỡng phân loại phổ xác đ nh theo kiến thức c uyên Các p ươn p áp sử dụng bao gồm: mạng thần kinh nhân tạo (Artificial neural network), support vector machine, phân loại cây quyết

đ nh (decision tree classifier), h thống chuyên gia (expert system)

3 Nhóm c c phươn ph p phân loại dựa vào thông tin của pixel

- Phân loại theo pixel

13

P ươn p áp p ân oại này dựa vào thông tin phổ của các pixel và sự chuyển đổi giá tr phổ đó n ư c ỉ số thực vật, phân tích thành phần chính Mỗi một pixel được gán nhán thông tin của mộ đố ượn c uyên đề n ư ớp phủ hay hay sử dụng đất N ìn c un , p ươn p áp p ân oại theo pixel được chia thành hai nhóm: phân loại có kiểm đ nh và phân loại không kiểm đ nh Các thuậ oán ường dùng là: xác suất lớn nhất, khoảng cách nhỏ nhất, K mean, ISodata, khoảng cách Mahalanobis

- Phân loạ dưới pixel

Giá tr phổ của mỗ p x được giả đ nh là một sự kết hợp tuyến tính hoặc không tuyến tính của các pixel tinh khiết (pure) gọi là end_member [96] Dựa vào

vi c xác đ n các đố ượn , được gọi là các end – member với các phản xạ phổ chuẩn của chúng (ở các p x mà các đố ượng này chiếm 100%) các pixel trên ảnh

sẽ được xác đ nh xem có bao nhiêu phần răm p ản xạ của từng end-member [38] Phân loạ dưới pixel có khả năn ải quyết vấn đề các pixel lẫn, p ươn p áp này phù hợp với ản có độ phân giả run bìn và đ độ phân giải không gian

- Phân loại bằng p ân vùn mẫu

P ươn p áp p ân loại hiển chỉnh bản đồ được thực hi n bởi vi c tích hợp

dữ li u ảnh với dữ li u bản đồ số dạng vector [48, 94, 122] P ương pháp này cần

c ú đến lỗi về đường bao của bản đồ dạn v c or đó k n k ớp với ranh giới tự nhiên trên ảnh Do vậy, kết quả p ươn p áp p ân oại bằng p ân vùn mẫu phụ thuộc vào độ chính xác của dữ li u bản đồ số [49] Phân loạ này được đư r n ằm giải quyết vẫn đề k n đồng nhất về m rườn và cũn n ằm cải thi n độ chính xác của kết quả phân loại [96] N ìn c un , p ươn p áp sử dụng kết hợp thông tin GIS

- Phân loạ đ n ướn đố ượng

P ươn p áp p ân oạ đ n ướn đố ượn được đư r ừ nhữn năm

1970 với nhiều ưu đ ểm nổi bật Nếu cụ thể ó được, có thể chiết xuấ được những

đố ượng trên ảnh có liên quan mật thiết với nhữn đố ượng ở ngoài thực đ a Khi

mà nhữn đố ượn này được chiết tách, thì mối quan h không gian vớ các đối ượng khác (ví dụ n ư ền kề, chứ đựn , được chứa bở …), bản thống kê tổng hợp về giá tr phổ, cấu rúc, và đặc đ ểm hình dạn đều có thể được sử dụng trong các bước phân loại [53] Mặc dù có nhiều tiến bộ, son p ươn p áp đ n ướng

14

đố ượng vẫn còn thiên về tính toán và sự cải tiến về phân loại không phải lúc nào cũn rõ ràn C o đến nay, khi mà khả năn ưu rữ của phần cứn cũn n ư độ phân giải không gian của dữ li u ảnh viễn ám ăn ên ì p ươn p áp này được ứng dụng rộng rãi vớ độ c ín xác c o ơn ẳn so vớ p ươn p áp p ân oại dựa rên điểm ảnh [84], P ươn p áp p ân oạ đ n ướn đố ượng không chỉ phân

bi t các loại lớp phủ và hi n trạng sử dụn đất theo giá tr phổ củ các đ ểm ảnh mà còn x m xé đến hình dạng củ đố ượng (shape), kiến trúc củ đố ượng (texture)

và mối quan h giữ các đố ượng sử dụng trong phân loại [154], [135] Thêm vào

đó, p ươn p áp này còn có k ả năn íc ợp với các dữ li u k ác n ư bản đồ

c uyên đề, mô hình số độ c o,… và k ến thức c uyên để cho ra kết quả phân loại tin cậy ơn [70, 154] Quá trình phân loạ đ n ướn đố ượng bắ đầu bằng

vi c phân mản các đố ượng ảnh riêng rẽ thông qua vi c gộp các pixel lân cận có mức độ đồng nhất về đặc đ ểm phổ, cấu trúc không gian và quan h không gian mà

mắ n ười có thể nhận biế được S u đó, các đố ượn được phân bi t dựa trên phân loại mờ theo quy tắc phân cấp

4 Nhóm c c phươn ph p phân loại theo dữ liệu đầu ra của mỗi yếu tố không gian

- Phân loại mềm

Phân loại mềm cung cấp cho mỗi pixel một giá tr về mức độ ươn đồng của mỗi lớp c uyên đề Phân loại mềm bao gồm: mạng thần kinh nhân tạo, logic mờ, cây quyế đ nh và thuật toán di truyền [61]

Để lựa chọn p ươn p áp p ân oại tố ưu c o n ên cứu, các p ươn p áp cần được đán á, so sán cụ thể dựa trên các tiêu chí về độ chính xác, khả năn áp dụn , ư u sẵn có…với từng khu vực nghiên cứu cụ thể

15

Các p ươn p áp p ân oạ k ác n u n ư phân loại thống kê- parametric classifiers (maximum likelihood ) và phi thống kê-non-parametric classifiers (n ur n work, d c s on r …) đều có đ ểm mạnh và yếu riêng [80] Chẳng hạn

n ư, k ống kê mẫu các yếu tố lớp phủ có phân bố chuẩn, thì phân loại xác suất lớn nhất ảnh có phân bố không chuẩn, ì p ươn p áp mạn nơ ron nhân tạo (neural network) và cây quyế đ nh (decision tree) sẽ cho kết quả phân loại tố ơn [124] Một số nghiên cứu đã c ỉ ra rằng vi c tích hợp hai hay nhiều p ươn p ân loại sẽ cải thi n độ chính xác của kết quả phân loại ảnh so với vi c sử dụng các

P ươn p áp s u p ân oạ được áp dụng phổ biến do sử dụng kết quả phân loại ảnh ở từng thờ đ ểm cụ thể để so sánh và đán á b ến độn P ươn p áp

ăn cường ảnh bao gồm vi c tính toán các công thức toán học từ các kênh phổ qua các thờ đ ểm nghiên cứu n ư rừ kênh ảnh, chia kênh (kênh tỷ số) hoặc phân tích thành phần chính (PCA) Bản chất củ p ươn p áp à ồi quy các ản đ ời gian

về một hoặc nhiều chỉ số Kết quả của biến độn được phân tích dựa trên giá tr các chỉ số sau hồ quy P ươn p áp p ân oại dữ li u đ ời gian sử dụng ản đ ời

n à đầu vào cho các thuật toán phân loạ để trực tiếp xác đ nh các khoanh vi có biến độn cũn n ư k n b ến độn P ươn p áp này yêu cầu kỹ thuậ c o cũn

16

n ư k ến thức chuyên gia về biến độn do n ười thực hi n phải xử đồng thời trong cả k n n đ p ổ và đ ời gian

Tác giả Nguyễn Th Thanh (2009) cũn n hiên cứu vi c ứng dụng viễn thám

n ư ảnh máy bay, ảnh v tinh và những số li u về l ch sử để nghiên cứu, đán á biến động lớp phủ ở xã Chiềng Khôi – Bắc Vi t Nam Mục đíc của nghiên cứu này

là phân loại biến động lớp phủ dựa vào ảnh v n có độ phân giải trung bình và hiểu biết về đ p ươn m n ín ch sử n ư sự hiểu biết về các mô hình tiềm năn sử dụn đất [119] Nguyễn Th Thu Hiền và cộng sự (2014) đán á b ến động sử dụn đất, lớp phủ huy n Tiên Yên, tỉnh Quản N n đoạn 2000 – 2010 nhờ p ươn p áp p ân íc s u p ân oại [15] Cũn rên k u vực nghiên cứu đó, Nguyễn Hải Hòa (2016) ứng dụn p ươn p áp p ân íc s u p ân oại với ảnhviễn ám L nds đ ờ n đán á b ến động di n tích rừng ngập mặn ven biển huy n Tiên Yên, tỉnh Quản N n đoạn 1994 – 2015 [16] Bên cạnh

p ươn p áp p ân íc s u p ân oại tổng quan trên, để xác đ nh biến động lớp phủ

và biến động sử dụn đất, kết quả thực tại củ các p ươn p áp rên k n đáp ứng

đủ nhu cầu phát triển công nghi p ó , đ hóa ngày mộ ăn N ười sử dụng

là những nhà quản lý không nhữn đò ỏ đơn ản ở số li u thống kê các loại hình biến độn đơn uần mà các nhà quản lý cần có câu trả lời cho bốn câu hỏi:1) Loại hình và sự phân bố đ a lý của biến động là gì? 2) Tốc độ biến đổ được đán á n ư thế nào? 3) Tốc độ biến đổ y đổi thế nào ở cấp vùng, cấp đ p ươn oặc ở các thờ đ ểm k ác n u n ư ế nào? 4) Tác nhân gây biến động và hậu quả? [135]

Để đạ được yêu cầu đó, Tốn Sĩ Sơn (2009) sử dụng p ươn p áp p ân íc vector biến động với 2 thành phần là chỉ số NDVI và SAVI P ươn p áp c o p ép nghiên cứu sự phát triển của một loài thực vật cụ thể hay mộ đố ượng cụ thể qua các đoạn theo chu kỳ s n rưởng, phát triển nếu ăn dày số ượng ảnh với các thờ đ ểm chụp khác nhau Từ đó có ể ước ín được sản ượng mùa vụ giúp nhà quản ìm được ướn đ c o sản phẩm nông nghi p Đó à đ ều mà các nhà nghiên cứu mong muốn thực hi n và đặc bi t cần thiết với mộ nước nông nghi p

n ư V t Nam [135] Tươn ự n ư mục đíc của Tốn Sĩ Sơn, ác ả Tr nh Hoài

T u, Vũ T Hằn đã n ên cứu, ứng dụn p ươn p áp ín s b t chỉ số SAVI giám sát sự y đổi lớp phủ khu vực huy n Từ Liêm – Hà Nội Sau khi tính toán

n ưỡng biến động chỉ số SAVI đối với cặp ảnh SPOT5 cho huy n Từ Liêm với ba

17

mức độ biến động mạnh, không biến động và biến động ít Sử dụng chỉ số SAVI có

hi u chỉnh ảnh hưởng của thực vật cho kết quả khả quan trong vi c nghiên cứu cườn độ biến động cho khu vực đ ó , nơ có sự y đổi mạnh về mảng xanh

và di n íc đất nông nghi p [37], uy n ên độ chính xác của vi c xác đ nh mức độ biến động từ vi c p ân n ưỡng phụ thuộc vào kinh nghi m củ n ười thực hi n

Vi c nghiên cứu lớp phủ và sử dụn đấ à đầu vào cho một số nghiên cứu chuyên

đề cụ thể như n ên cứu xó mòn đất, sự mở rộn k n n đ …P ạm Bách

Vi t, Hồ Đìn Duẩn và các cộng sự (2006) đã sử dụng ảnh v n để nghiên cứu sự

mở rộn k n n đ thành phố Hà Nội – Nơ có ốc độ đ hóa rất nhanh Tác giả này đã sử dụng chỉ số NDVI và chỉ số nước (water index = middle infrared

b nd/ r n b nd) đối với các ản L nds , As r, Ikonos, Qu kb rd ron đoạn

1975 – 2005 Kết quả của nghiên cứu này chỉ ra rằng sự phát triển k n n đ

Hà Nộ được giới hạn bởi ranh giới tự n ên n ư s n suố …[148] Sự mở rộng

k n n đ từ trung tâm thành phố theo một huớn xác đ n và quá rìn đ

th hoá diễn ra theo các trục đường giao thông kết nối giữa nội thành và các khu vực lân cận Nghiên cứu này tác giả trên cho thấy rằng: kết hợp ảnh chỉ số rất hữu ích cho vi c xác đ nh biến động, khu vực ngoạ , đặc bi à để xác đ nh ranh giớ đ

th ; vi c kết hợp các chỉ số trong nghiên cứu này giả íc được sự khác bi t lớn giữa khu vực trun âm đ và khu vực ngoạ T o ướng nghiên cứu biến đổi lớp phủ rừng tớ m rường có công trình củ Vũ An Tuân (2004) vớ đề tài:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của biến động lớp phủ thực vật tới quá trình xói mòn bằng phương pháp viễn thám ở lưu vực sông Trà Khúc” Luận án dựa trên sự biến động

lớp phủ thực vật từ kết quả giả đoán ảnh v n L nds TM năm 0 và 7 để đán á sự y đổi h số C ron p ươn rìn mấ đất tổn quá , qu đó đán á

sự y đổi của quá trình xói mòn

N ư vậy, chúng ta có thể thấy rằn p ươn p áp c ín được sử dụn để đán á b ến động lớp phủ, sử dụn đấ à p ươn p áp p ân íc rước phân loại (phân tích dựa vào sự khác bi t phổ) và p ươn p áp p ân íc s u p ân oại Cả

p ươn p áp đều có ưu và n ược đ ểm r ên P ươn p áp p ân íc s u p ân loạ có ưu đ ểm nổi bật là có thể sử dụng kết hợp các nguồn ư u k ác n u Tư

li u ản được sử dụng không b ràng buộc đồng nhất về thờ đ ểm chụp ản cũn

n ư đ êu k n thời tiết khi chụp ảnh

18

P ươn p áp đánh giá biến độn đã được phát triển thành nhiều kỹ thuật

k ác n u và được sử dụng ngày một rộng rãi Phần dướ đây đ ểm qua một số

p ươn p áp dựa vào sự y đổi phổ được sử dụng phổ biến:

- Phương pháp trừ kênh ảnh

- Phương pháp trừ chỉ số thực vật

- Phương pháp phân tích thành phần chính đa thời gian

- Kỹ thuật phân tích nội ảnh (Inner analysis)

- Kỹ thuật phân tích vector biến động (CVA: Change Vector Analysis)

1.1.4 c côn trình n hiên cứu n uyên nhân biến độn sử dụn dất

V c xác đ n các n uyên n ân dẫn đến b ến đổ sử dụn đấ đò ỏ ểu cả các mà con n ườ đư r quyế đ n sử dụn đấ và sự ươn ác ữ các yếu ố ự

n ên và xã ộ ản ưởn đến v c r quyế đ n đó [104] Đ ều đó c o ấy rằn các quyế đ n sử dụn đấ được đư r và c u ản ưởn bở các yếu ố ự n ên

và xã ộ V c sử dụn đấ ạ các k u vực và ở ừn quốc p ụ uộc vào đ ều

k n ự n ên, rìn độ k o ọc kỹ uậ và ìn ìn p á r ển k n ế [1] N ư vậy, i n trạng sử dụn đất là kết quả của quan h tổng hợp các nhân tố bao gồm cả yếu tố s n , đ a lý và yếu tố kinh tế - xã hộ cũn n ư sự ương tác giữa chúng [87] , [59, 86, 98, 159] Sử dụn đấ được mô tả trong nhiều n àn n ư đ a lý, kinh tế, kiến trúc, quy hoạc đ , khoa học đất, quản lý rừng và nhiều ngành khác Tuy nhiên, vi c nghiên cứu sử dụn đấ ường b hạn chế với các ngành riêng rẽ mà không có sự liên kết Chỉ có một số tác giả nghiên cứu đ n àn với vi c đán á đồng thời ản ưởng của các yếu tố kinh tế - xã hội và tự n ên đến biến động sử dụn đất

Eric Lambin (2007) và Helmut J Geist (2001) cho rằng các nguyên nhân làm biến đổi sử dụn đấ được phân chia thành hai nhóm: trực tiếp (proximate) và gián tiếp (underlying ) [55, 83, 104] Các nguyên nhân trực tiếp xảy ra ở cấp đ p ươn (các nông trại, hộ đìn oặc các cộn đồng) và là yếu tố nội sinh với hai nhóm yếu tố cơ bản là các yếu tố tự n ên (độ c o, độ dốc, chấ ượn đất, khí hậu ) và yếu tố kinh tế - xã hội (mậ độ dân số, cơ cấu kinh tế, sự mở rộng không gian ) Các nguyên nhân gián tiếp ường bắt nguồn từ cấp vùng (các huy n, tỉnh hoặc

19

nước) hoặc thậm chí là cả ở mức độ toàn cầu và là yếu tố ngoạ s n n ư k n ế,

công ngh , chính sách, tổ chức, văn ó ở mức độ bao quát [121]

Biến động sử dụn đất luôn luôn xảy ra bởi sự ươn ác của nhiều yếu tố

Vớ xu ướng kết hợp n ư vậy, nguyên nhân biến đổi sử dụn đất có thể được

nhóm thành hai nhóm yếu tố là các yếu tố tự n ên (đấ , đ a mạo ) và nhóm các

yếu tố kinh tế - xã hội (kinh tế, c ín sác , văn ó ) [95] Sự ươn ác của nhóm

hai yếu tố rên đối với biến động sử dụn đấ được cụ thể hóa theo hình 1 3

Hình 1 3 Khung yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất [95]

Lớp phủ đất

Biến đổi toàn cầu

Biến đổi về công ngh

Biến đổi cấp vùng và toàn cầu

Nhân tố nền tảng và ảnh ưởng gián tiếp

Trình tự các quá trình sử dụn đất

Phản hồi Phản hồi

Tác nhân Kinh tế

xã hội

Tác nhân Lý Sinh

20

Tóm lại, có nhiều cách phân chia các yếu tố ản ưởn đến biến động sử dụn đất và các nhà nghiên cứu đều thống nhất rằng: biến động sử dụn đất là kết quả của sự ươn ác n óm yếu tố tự nhiên và kinh tế - xã hội

1.1.5 c côn trình n hiên cứu mối u n hệ iữ biến độn sử dụn đất với yếu tố kinh tế - xã hội

Các yếu tố kinh tế - xã hội và các chính sách ản ưởn đến vi c ra quyết

đ nh sử dụn đất [104, 105, 111, 126, 157] Tốc độ phát triển kinh tế mạnh mẽ thúc đẩy sự biến đổi sử dụn đất ở Trung Quốc từ nhữn năm đầu của thời kỳ đổi mới kinh tế năm 7 [151] Bên cạn đó, cả vi c dân số ăn y ảm, sự y đổi nhân khẩu học, sự khác nhau về văn ó cũn có ác động lớn đến sử dụn đất [67] Tron đó, v c d cư à một nhân tố nhân khẩu ản ưởng quan trọng nhấ đến tốc

độ biến động sử dụn đất [104] Theo một nghiên cứu của A Khatoon-Abali và các cộng sự (2011) đã c ỉ ra rằng những nhân tố ản ưởng lớn nhấ đến biến động sử dụn đất ở khu vực Kalardasht – IRAN trong suốt gần 0 năm ( – 2011) là sự can thi p không hợp lý của chính phủ đối với các dự án phát triển; n ười nghèo có thu nhập thấp từ các hoạ động nông nghi p và vi c không hiểu biết của họ về các

ác động của vấn đề suy oá m rường, các hoạ động của các tổ chức môi giới

bấ động sản phi pháp và sự phát triển công nghi p du l ch [99] Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụn các p ươn p áp đ n ín n ư đ ều tra và khảo sát (dữ li u thực tế, khảo sát thực đ , đ ều r n ười dân), nghiên cứu nguồn dữ li u cũn được

sử dụn để chỉ ra các nhân tố àm suy oá đất và biến động sử dụn đất Bên cạnh

đó, p ươn p áp m ìn k á n m còn được thiết lập nhằm kiểm tra sự ươn ác của các nhân tố trên Kết quả và p ươn p áp của nghiên cứu này cho thấy chỉ dừn ron p ân íc đ n ín và đó cũn à yếu tố hạn chế đối với các nghiên cứu

sử dụn đất m n đặc rưn ín k n n và đ n ượng

1.1.6 c côn trình n hiên cứu mối u n hệ iữ biến độn sử dụn đất với điều kiện tự nhiên

 Mối quan hệ giữa điều kiện tự nhiên với sử dụng đất

Các loại hình sử dụn đất có mối quan h chặt chẽ vớ đ ều ki n tự nhiên

n qu bà oán đán á đấ đ , đán á íc n cảnh quan Do vậy, mối quan h giữa biến động sử dụn đất vớ đ ều ki n tự n ên cũn được xuất hi n trong bài toán này Theo Nguyễn Cao Huần (2005) và Phạm Hoàng Hải (1997), cảnh quan là một tổng thể tự nhiên phức tạp với các cấp phân v khác nhau [17]

21

N ư vậy, thực chấ đán á cản qu n à đán á ổng hợp các tổng thể tự nhiên cho mục đíc cụ thể nào đó (n n n p, thủy sản, du l c , á đ n cư…) [18] Xu ướng nghiên cứu cảnh quan với các công trình nghiên cứu của Nguyễn Cao Huần

và cộng sự ( 00 ) n ư à M ìn íc hợp ALES-GIS ron đán á cảnh quan phục vụ phát triển nông – lâm nghi p huy n Sapa, tỉnh Lào Cai [13] Hẹp ơn về khía cạnh tự nhiên trong quan h với sử dụn đất là các nghiên cứu về đán á

íc n đấ đ Đán á íc n đấ đ dự vào các đơn v đấ Đơn v đất

đ à đơn v sinh thái cản được x m n ư đ a tổng thể tự n ên k n đầy đủ [18] Các nghiên cứu íc n đấ đ đã được nhiều nhà khoa hoc nghiên cứu cho từng loại cây nông nghi p khác nhau n ư Huỳn Văn C ươn và cộng sự (2012) ứng dụn GIS ron đán á đấ đ p ục vụ quy hoạch phát triển cây Cao Su tiểu đ ền tại huy n Hả Lăn , ỉnh Quảng Tr [3], Lê Tấn Lợi (2011) ứng dụng công ngh

n n đán á íc n đấ đ cấp huy n [23] Nhìn chung, các nghiên cứu rên đều thống nhất rằn đ ều ki n tự nhiên là nền tản cơ bản cho quyế đ nh sử dụn đất Tuy nhiên các nghiên cứu chỉ dừng ở p ươn p áp c ồng xếp các bản đồ thành phần tự nhiên kết hợp với kiến thức c uyên để nhận đ nh các loại hình sử dụng đấ o đ n ín , mà c ư đ n ượn ó được mối quan h giữ đ ều ki n

tự n ên đối với khả năn sử dụn đất

 Mối quan hệ giữa điều kiện tự nhiên với biến động sử dụng đất

Biến động sử dụn đất là sự y đổi các loại hình sử dụn đất theo không gian và thời gian N ư ổng quan phần trên, với hai nhóm yếu tố kinh tế - xã hội và

tự nhiên thì hầu hết các nghiên cứu tập trung nghiên cứu biến động sử dụng theo hai ướng: quan h với kinh tế - xã hội và quan h tổng hợp với tự nhiên, kinh tế - xã hội Các nghiên cứu độc lập về mối quan h giữa biến động sử dụn đất với các yếu

tố tự n ên cũn được đán á bởi một số tác giả Các kết luận của các tác giả đó

k n xác đ n được và k ó để tổng quát hóa bởi hạn chế về khu vực nghiên cứu [159] Tuy nhiên các nghiên cứu đều xác đ nh các yếu tố tự n ên à đ ều ki n tất yếu ản ưởn đến biến động sử dụn đất [103, 137, 144] Cùng vớ qu n đ ểm đó, quan h giữa biến động sử dụn đất với các yếu tố tự n ên được chứng minh theo ướng là lỏng lẻo hay chặt chẽ Ví dụ n ư, ron k các n ên cứu của Schneider và Pontius (2001); Hietel (2004) cho rằng biến động sử dụn đất chỉ có quan h rất lỏng lẻo vớ các đ ều ki n tự nhiên [86, 129] N ược lại, các nghiên cứu của Pan và các cộng sự (1999); Chen (2001); Fu (2006) đã c ứng minh mối quan h rất chặt chẽ giữa các yếu tố tự nhiên với biến động sử dụn đất [71, 81, 108, 125]

22

Cụ thể n ư, ron n ên cứu Jan Kabrda (2004) đư r một vài giả thuyết sau: (1)

có tồn tại mối quan h giữa cấu trúc sử dụn đất vớ các đ ều ki n tự nhiên, (2) ảnh ưởn các đ ều ki n tự nhiên dần dần càng mạnh mẽ, (3) ản ưởng củ đ ều ki n

tự nhiên lên sử dụn đất có thể được dự báo rước, cùng với sự quan tâm về nhu cầu

hi u quả kinh tế và bảo v m rường [100] Cùng với các giả thuyế đó, một nghiên cứu khác của Jan Kabrda (2007) ở Czechia đã c ỉ ra sự ản ưởng của các

đ ều ki n tự n ên đến biến động sử dụn đất Ở đây, J n K brd đã ổng quan rằng

có một số tác giả đán á sự ản ưởng của một số yếu tố tự nhiên n ư ạch quyển, khí hậu và độ cao lên hình thái sử dụn đất, yếu tố ản ưởng rõ r t nhất là

độ cao [55]

Ngày nay, mối quan h giữ các đ ều ki n tự nhiên với biến động sử dụng đất ở Czech Republic là trọng tâm củ n óm các n à đ a lý ở khoa Khoa học Trái

đấ , rườn đại học Charles, Prague[55] Sử dụn đất phản án đặc đ ểm gần ũ của

m rường tự nhiên [138] Nghiên cứu của P H Temple (1965) ở khu vực ven biển Sukum nd đã p ân íc mối quan h của sử dụn đất với các yếu tố tự nhiên bao gồm: thực vật, thổ n ưỡn , ướ êu và đ a mạo[138] Một nghiên cứu khác ở khu vực Bắc Iran của tác giả Ataollah Kelarestaghi và cộng sự (2011) chỉ ra rằn độ

c o, độ dốc và ướng dốc là nhân tố tự n ên ác độn đến biến động sử dụn đất [98]

Nhiều n à đ a lý học chỉ ra rằng sử dụn đất nông nghi p được xác đ nh chủ yếu bở các đ ều ki n tự nhiên [60, 88] Cụ thể ơn, các n à n ên cứu khác cho rằng: với khu vực n n n, đ ều ki n tự nhiên là nhân tố đ ều ki n của biến đổi sử dụn đất [86, 106, 125] Nguyễn Trọng Hiếu (2011) cho rằng, nông nghi p à ĩn vực mà Đ a mạo học có nhiều đón óp n ất, thí dụ trong công tác phân vùng trồng trọt và tổ chức lãnh thổ, ướ êu đấ đ , cơ k í ó , c ốn xó mòn đấ đ rồng trọ và đất rừng [12] Trong nghiên cứu ứng dụng tại khu vực Kakioka Basin, Ibarake Pref, Japan của T Horose (1980) đã c ỉ rõ mối quan h của sử dụn đất với

đ ều ki n tự nhiên thông qua vi c trả lời các câu hỏi sau: 1) Những yếu tố tự nhiên nào ác độn đến sử dụn đất? 2) Mối quan h của hình thái sử dụn đất vớ đ ều

ki n tự n ên có y đổi theo thời gian không? 3) Nếu có, ì nơ nào y đổi lớn nhấ và ướn y đổi sử dụn đất là gì? [88].Theo tác giả Shu-Wei Huang and Hsiu-I Hsiech (2012) nghiên cứu ở khu ven biển Đà Lo n c o rằng có hai nhân tố

ản ưởng xấu đến biến động sử dụn đất bao gồm các yếu tố đặc đ ểm củ đất và các yếu tố thảm họ m rường [132] Các yếu tố đặc đ ểm củ đất bao gồm độ

Xói lở đấ đã được coi là nguyên nhân chính của sự suy oá đất Sử dụng

đấ , cá mà ên qu n đến lớp phủ đất là một trong những yếu tố ản ưởn đến xói

lở đất ở công viên Krachan, Thái Lan [156] Sử dụn đất khu vực ven biển có sự biến động rất mạnh mẽ do ác động của rất nhiều yếu tố tự nhiên Tác giả Visalatchi Aand Raj Chandar P (2012) đã n ên cứu thực nghi m tại khu vực Tamilnadu, Ấn

độ nhằm đán á sự biến độn đới bờ do ản ưởng củ y đổi bờ biển n ư xó

lở và bồi tụ [147]

Tóm tạ , các đ ều ki n tự nhiên có mối quan h với biến động sử dụn đất ường bao gồm các yếu tố khí hậu, đ a mạo, thổ n ưỡng Tuy nhiên, do phạm vi và đặc rưn của từng khu vực mà các yếu tố sẽ khác nhau Với những khu vực có phân d rõ dàng về đ a hình thì các yếu tố n ư độ c o, độ dốc, ướng dốc, ượng

mư , nhi độ có mối quan h chặt chẽ với biến động sử dụn đấ Tron k đó, ở khu vực đồng bằng ven biển thì các yếu tố tự nhiên có mối quan h chặt chẽ với biến động sử dụn đất bao gồm đ a mạo, thổ n ưỡng, xói lở, bồi tụ

1.1.7 ình hình ứn dụn c c phươn ph p n hiên cứu mối u n hệ iữ biến độn sử dụn đất với điều kiện tự nhiên

Trong nghiên cứu mối quan h giữa biến động sử dụn đất với các yếu tố ự nhiên có sử dụng kỹ thuật phân tích dữ li u không gian khác nhau Các kỹ thuật được thực n nhằm giả thuyết hóa các nhân tố ác động (đ ều k n ự n ên) và

đ n ượng hóa các mối quan h của các nhân tố đó với biến động sử dụn đất Trên thực tế, các ngành khác nhau sẽ sử dụng các kỹ thuật khác nhau Các nhà xã hội học trọng tâm vào giải thích sự biến động sử dụng đấ qu n sá được Tron k đó, các nhà sinh thái học lạ qu n âm đến vấn đề dự báo Sử dụng chức năn p ân íc

k n n để nâng cao hiểu biết của chúng ta về quy trình biến động lớp phủ, sử dụn đất với các yếu tố nền tảng (gián tiếp) [117], dự báo theo thời gian giúp khám phá ra tầm quan trọng của các yếu tố ác động trong quá khứ và ươn nhằm mô

ìn ó động lực sử dụn đấ ron ươn [85] Nhờ dự báo biến động theo

24

không gian và thời gian mà chúng ta có thể can thi p và đán á sự phát triển củ

đố ượn Do vậy, p ân íc k n n n ày càn được sử dụng rộng rãi trong dự báo biến động cảnh quan nói chung và biến động sử dụn đất nói riêng

Biến động theo không gian và thời gian của các tác nhân gây biến động sử dụn đấ cũn dẫn tới vi c y đổi vi c ra đ n ướn quy oạc sử dụn đấ Do vậy, các p ươn p áp p ân íc ống kê có đón óp rất quan trọng trong nghiên cứu biến động sử dụn đất

Có nhiều p ươn p áp k ác n u đán á n uyên n ân và ậu quả biến đổi

sử dụn đấ Các p ươn p áp được lựa chọn sử dụng phụ thuộc vào cấu trúc dữ

li u và mục đíc cụ thể của nghiên cứu Sơ đồ hình 1.4 s u đây ể hi n các p ươn pháp trong phân tích biến động lớp phủ, sử dụn đất

Hình 1 4 Sơ đồ phân loại các phuơng pháp nghiên cứu biến động lớp phủ/sử dụng

đất theo cấu trúc dữ liệu và mục đích nghiên cứu [107]

Kiểu cấu trúc dữ li u

thác dữ li u

Phân tích chính tắc Phân tích nhân tố PCA

Phân tích cụm Hồi quy tuyến tính

Hồ quy đồng thời Phân tích Tobit Hồi quy Logictic

25

1 Các kỹ thuật phân tích kh i th c dữ liệu

Các p ươn p áp này sử dụng với 3 mục đíc ) ảm số biến, 2) mô tả cấu rúc cơ bản giữa các biến trong dữ li u, 3) phân nhóm các biến

a Phân tích nhân tố

Phân tích nhân tố là một nhóm các p ươn p áp ống kê rút gọn dữ li u từ một tập biến gồm nhiều biến khảo sát thành một tập biến với ít biến số ơn mà vẫn chứ đựn đầy đủ thông tin của tập biến b n đầu Phân tích nhân tố tìm ra được các biến cơ bản nhằm xác đ n mối qu n của các biến liên tục dựa trên giá tr ươn quan của chúng Phân tích nhân tố được sử dụn để nhận di n các khía cạnh hay nhân tố giả íc được các liên h ươn qu n ron một tập biến Ví dụ, chúng ta

có thể sử dụng một tập hợp các phiếu khảo sát về n uyên n ân y đổi sử dụn đất

củ n ườ dân đ p ươn S u đó các p ếu này được đư vào p ân íc n ân ố để tìm ra yếu tố cơ bản làm biến động sử dụn đất

Veldkamp và Fresco (1997) đã sử dụn p ươn p áp p ân íc n ân ố trong nghiên cứu biến động lớp phủ/sử dụn đất ở Costa Rica với sáu quy mô khác nhau Nghiên cứu chỉ ra rằng sự phân bố không gian của các yếu tố s n đ a lý và các tác nhân làm biến động lớp phủ/sử dụn đất có quan h với sự phân tố củ các đối ượng sử dụn đấ n ư đồng cỏ, đất trồng trọt, thực vật tự nhiên và nhân tạo[146] Phân tích nhân tố trong bài toán này với các biến gồm độ cao, khả năn ưới tiêu

củ đất, dân số nông thôn, dân số đ , số o động nông nghi p, thực vật tự

n ên, đấ đồng cỏ, đất trồng trọt

b Phân tích thành phần chính (PCA)

Mục đíc của phân tích thành phần chính là rút ra thông tin chủ yếu chứa trong bảng số li u bằng cách xây dựng một biểu diễn đơn ản ơn s o c o đám mây số li u được thể hi n rõ nhất Cụ thể ơn, p ân íc àn p ần chính tức à đ ìm n ững trục hay mặt phẳn “p ản án ” ốt nhất, trung thực nhấ đám mây đ ểm -biến, đ ểm - cá thể [8] Vi c tìm các thành phần chính (trục c ín ) được thực hi n n ư s u

Tìm trục chính thứ nhất là trục mà quán tính nhỏ nhất, tức à đường thẳng qua tâm gần đám mây đ ểm nhất Trục chính thứ hai là trục qua tâm trực giao với trục chính thứ nhất và quán tính củ đám mây o nó à n ỏ nhất Trục chính thứ