Giám sát quy hoạch sử dụng đất bằng tư liệu ảnh vệ tinh vnredsat 1 khu vực thành phố phủ lý, tỉnh hà nam

Từ trước đến nay ở nước ta, ứng dụng của viễn thám trong giám sát sử dụng đất là hết sức cần thiết nhưng chưa có một quy trình rõ ràng; và kể cả chính phủ cũng đang rất cần các thông ti

BÙI THỊ THANH NGA

GIÁM SÁT QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG

TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH VNREDSAT – 1 KHU VỰC

THÀNH PHỐ PHỦ LÝ, TỈNH HÀ NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

- -

BÙI THỊ THANH NGA

GIÁM SÁT QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG

TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH VNREDSAT – 1 KHU VỰC

THÀNH PHỐ PHỦ LÝ, TỈNH HÀ NAM

Chuyên ngành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỠI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Lê Quốc Hưng

HÀ NỘI - 2014

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 10

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ LUẬN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG GIÁM SÁT QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT 15

1.1 Cơ sở phương pháp luận giám sát quy hoạch sử dụng đất bằng công nghệ viễn thám. 15

1.2 Khái niệm và hệ phân loại sử dụng đất 16

1.2.1 Khái niệm về sử dụng đất 16

1.2.2 Hệ phân loại sử dụng đất 16

1.3 Tổng quan về quy hoạch sử dụng đất 17

1.3.1 Khái niệm về quy hoạch sử dụng đất 17

1.3.2 Thực trạng sử dụng đất 19

1.4 Tổng quan các công trình ứng dụng viễn thám trong giám sát quy hoạch sử dụng đất 22

1.4.1 Sử dụng tư liệu viễn thám thành lập bản đồ HTSDĐ, biến động sử dụng đất và theo dõi thực hiện QHSDĐ trên thế giới 22

1.4.2 Sử dụng tư liệu viễn thám trong giám sát lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất ở Việt Nam 29

1.5 Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám nói chung và ảnh VNREDSat-1 nói riêng trong công tác giám sát thực hiện quy hoạch sử dụng đất. 34

CHƯƠNG 2 - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG GIÁM SÁT QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT 38

2.1 Cơ sở viễn thám và ảnh viễn thám độ phân giải cao VNREDSat-1 38

2.1.1 Cơ sở viễn thám 38

2.1.1.1 Cơ sở vật lý và nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám 38

2.1.1.2 Tư liệu viễn thám 42

2.1.1.3 Ảnh vệ tinh độ phân giải cao 45

2.1.1.4 Chiết tách thông tin đối tượng 46

2.1.2 Đặc điểm và hệ thống vệ tinh độ phân giải cao VNREDSat-1 49

2.1.2.1 Hệ thống VNREDSat-1 49

2.1.2.2 Đặc điểm của đầu thu ảnh viễn thám VNREDSat-1 51

2.1.2.3 Đối tượng sử dụng đất trong giám sát quy hoạch và các sản phẩm giá trị gia tăng của ảnh viễn thám VNREDSat-1 53

2.1.2.4 Khả năng cung cấp thông tin của ảnh viễn thám VNREDSat-1 trong giám sát QHSDĐ 57

2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 64

2.2.1 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 65

2.2.2 Đặc tính phản xạ phổ của nước 66

2.2.3 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 67

2.3 Ứng dụng công nghệ viễn thám vào giám sát quy hoạch sử dụng đất 69

2.3.1 Cơ sở giám sát QHSDĐ 69

2.3.2 Quy trình công nghệ giám sát QHSDĐ sử dụng tư liệu VNREDSat-1 70

2.3.3 Giải thích quy trình công nghệ 71

2.3.3.1 Thu nhận và xử lý tín hiệu ảnh viễn thám 71

2.3.3.2 Thành lập bình đồ ảnh viễn thám 71

2.3.3.3 Điều vẽ nội nghiệp 74

2.3.3.4 Điều vẽ bổ sung ngoại nghiệp 75

2.3.3.5 So sánh các chỉ tiêu giám sát với bản đồ quy hoạch sử dụng đất 76

2.3.3.6 Thành lập bản đồ kết quả và lập báo cáo giám sát 76

CHƯƠNG 3 - THỰC NGHIỆM-GIÁM SÁT QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH VNREDSat-1 KHU VỰC THÀNH PHỐ PHỦ LÝ TỈNH HÀ NAM 77

3.1 Khái quát về khu vực nghiên cứu 77

3.1.1 Điều kiện tự nhiên 77

3.1.1.1 Vị trí địa lý 77

3.1.1.2 Tài nguyên thiên nhiên 78

3.1.2 Điều kiện xã hội 78

3.1.2.1 Kinh tế 78

3.1.2.2 Định hướng phát triển 79

3.2 Ứng dụng công nghệ viễn thám vào giám sát quy hoạch sử dụng đất khu vực thành phố Phủ Lý tỉnh Hà Nam 80

3.2.1 Tư liệu sử dụng 80

3.2.2 Phương pháp nắn 82

3.2.3 Thành lập bình đồ ảnh 87

3.2.4 Điều vẽ nội nghiệp và điều vẽ ngoại nghiệp. 89

3.2.5 So sánh bản đồ các chỉ tiêu giám sát với bản đồ quy hoạch SDĐ. 91

3.3 Đánh giá khả năng ứng dụng của quy trình công nghệ trong công tác giám sát thực hiện quy hoạch sử dụng đất 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

đặt trên vệ tinh VNREDSat-1) DIMAP Digital IMAge Processing (Xử lý ảnh số)

IPS Image Processing System (Hệ thống xử lý ảnh)

GIS Geographic Information System ( Hệ thống thông tin địa lý)

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các phương thức thu thập thông tin và khả năng cung cấp thông tin của

hệ thống GEO. 23

Hình 1.2 Lớp sử dụng đất trong tích hợp trong dự án NLCD của Hoa Kỳ 24

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám 38

Hình 2.2 Cửa sổ khí quyển 39

Hình 2.3 Dải sóng dùng trong viễn thám 40

Hình 2.4 Các trường hợp tương tác của Mặt trời với vật chất 41

Hình 2.5 Các khuôn dạng dữ liệu trong viễn thám 42

Hình 2.6 So sánh sự khác nhau giữa các độ phân giải không gian 43

Hình 2.7 So sánh sự khác nhau giữa các độ phân giải bức xạ (2bit và 8bit) 44

Hình 2.8 Mô hình trộn màu cơ bản 44

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý vận hành hệ thống VNREDSat-1 49

Hình 2.10 Hình ảnh tương ứng trên mặt đất của tổ hợp 5 hàng cảm biến CCD 51

Hình 2.11 Thiết bị chụp ảnh quang học NAOMI 52

Hình 2.12 Khối điện tử NIEU 53

Hình 2.13 Tổ hợp mầu tự nhiên 57

Hình 2.14 Tổ hợp mầu giả NIR-R-G 57

Hình 2.15 Lúa, bèo, cây trồng xen kẽ dân cư trên tổ hợp mầu tự nhiên 58

Hình 2.16 Lúa, bèo, cây trồng xen kẽ dân cư trên tổ hợp mầu giả NIR-R-G 58

Hình 2.17 Rừng và các đối tượng khác trong tổ hợp mầu tự nhiên 59

Hình 2.18 Rừng và các đối tượng khác trên tổ hợp mầu giả 59

Hình 2.19 Các đối tượng mặt nước có mầu đen hoặc lơ trên ảnh tổ hợp mầu giả 60

Hình 2.20 Tổng thể khu công nghiệp với đường xá rất thuận tiện- tổ hợp mầu giả 61

Hình 2.21 Phóng to nhà xưởng khu công nghiệp- tổ hợp mầu giả 61

Hình 2.22 Tổng thể khu công nghiệp với đường xá rất thuận tiện- tổ hợp mầu tự nhiên. 61

Hình 2.23 Phóng to nhà xưởng khu công nghiệp- tổ hợp mầu tự nhiên 61

Hình 2.24 Hệ thống mỏ khai thác khoáng sản 62

Hình 2.25 Thành phố Đà Nẵng khi trộn ảnh toàn sắc với ảnh đa phổ 63

Hình 2.26 Đồ thị phản xạ phổ của nhóm các đối tượng tự nhiên chính 64

Hình 2.27 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 65

Hình 2.28 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật khi độ ẩm thay đổi 66

Hình 2.29 Đặc tính phản xạ và hấp thụ của nước 66

Hình 2.30 Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm 67

Hình 2.31 Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập nội dung giám sát thực hiện

quy hoạch sử dụng đất 70

Hình 2.32 Sơ đồ công nghệ thành lập bình đồ ảnh viễn thám 72

Hình 3.1 Bản đồ hiện trạng tỉnh Hà Nam năm 2010 tỉ lệ 1:25.000 80

Hình 3.2 Bản đồ quy hoạch sử dụng đất năm 2020 của tỉnh Hà Nam 80

Hình 3.3 Ảnh vệ tinh VNREDSat-1 chụp năm 2013- Ảnh toàn sắc 81

Hình 3.4 Ảnh vệ tinh VNREDSat-1 chụp năm 2013- Ảnh đa phổ tổ hợp mầu tự nhiên 81

Hình 3.5 Hộp thoại tạo Block 82

Hình 3.6 Hộp thoại lựa chọn mô hình 83

Hình 3.7 Thiết lập thông số hệ quy chiếu 83

Hình 3.8 Hộp thoại lựa chọn hệ tọa độ 84

Hình 3.9 Ảnh được nhập thành công trong project 84

Hình 3.10 Điểm khống chế đo trên ảnh 85

Hình 3.11 Hộp thoại nắn ảnh 86

Hình 3.12 Ảnh vệ tinh VNREDSat-1chụp năm 2013- Ảnh toàn sắc sau khi đã hiệu chỉnh hình học 87

Hình 3.13 Ảnh vệ tinh VNREDSat-1chụp năm 2013- Ảnh đa phổ tổ hợp mầu tự nhiên sau khi 87

đã hiệu chỉnh hình học 87

Hình 3.14 Kết quả xử lý phổ ảnh VNREDSat-1 chụp thành phố Phủ Lý 88

Hình 3.15 Kết quả bình đồ ảnh vệ tinh VNREDSat-1 thành phố Phủ Lý 89

Hình 3.16 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Phủ Lý năm 2013 thành lập từ bình đồ ảnh VNREDSat-1 90

Hình 3.17 Bản đồ giám sát thực hiện quy hoạch sử dụng đất thành phố Phủ Lý tới thời điểm năm 2013. 92

Hình 3.18 Đất trồng lúa chuyển sang đất các khu đô thị nhưng chưa xây dựng hoàn thiện 92

Hình 3.19 Thực hiện sai quy hoạch và ngoài quy hoạch 93

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng hệ thống phân loại: Anderson’s Classification System 26

Bảng 2.1 Độ phủ trùm của một số loại vệ tinh viễn thám quang học 69

Bảng 3.1 Bảng kết quả tính toán diện tích các loại đất giám sát 91

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình đô thị hóa mạnh mẽ cùng với sự gia tăng dân số đã dẫn tới sự thay đổi lớn trong hiện trạng sử dụng đất ở hầu hết các tỉnh thành ở Việt Nam, đặc biệt là các tỉnh lân cận Hà Nội như Hà Nam Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa trên cả nước diễn ra rất nhanh Đất nông nghiệp nhanh chóng bị thu hẹp để nhường chỗ cho các loại hình khác như các khu dân cư, các khu công nghiệp, các công trình công cộng khác Hơn nữa, việc sử dụng sai quy hoạch dẫn đến mất cân bằng trong

sử dụng đất Việc giám sát trên diện rộng và thời gian dài là vấn đề cần thiết cho các

cơ quan quản lý của tỉnh Hà Nam, vì địa bàn tỉnh sẽ là cầu nối giữa các vùng nông thôn với thủ đô Hà Nội Ví dụ: ở nơi tiếp giáp nông thôn và đô thị, trong một khoảng thời gian ngắn, việc sử dụng đất sai quy hoạch như một vùng đất nông nghiệp bị biến thành đất cây xanh trong khu đô thị Sự thay đổi này gây khó khăn cho các nhà hoạch định chính sách trong việc thay đổi các chính sách trong vùng đó bởi vì việc điều tra tiến hành 5 năm một lần ở nước ta

Hà Nam là địa bàn lân cận Hà Nội, nơi có quá trình đô thị hóa nhanh Để quản

lý, phát triển bền vững, một trong những nhiệm vụ đặt ra là cần giám sát sử dụng đất có định hướng

Trong ba thập kỷ gần đây, công nghệ và phương pháp viễn thám phát triển hết sức nhanh chóng với sự xuất hiện của các đầu thu phát đời mới, nhờ đó ảnh thu được có độ phủ rộng ở các tỷ lệ và độ phân giải ngày càng lớn, góp phần hữu ích phục vụ cho quản lý và giám sát trong công tác quản lý và dự báo lớp phủ mặt đất

Từ trước đến nay ở nước ta, ứng dụng của viễn thám trong giám sát sử dụng đất là hết sức cần thiết nhưng chưa có một quy trình rõ ràng; và kể cả chính phủ cũng đang rất cần các thông tin chiết tách từ ảnh viễn thám để hoạch định điều chỉnh chính sách của địa phương, vùng hay cả nước dựa vào thực tiễn thực hiện quy hoạch ban đầu

Đặc biệt, với việc sử dụng ảnh VNREDSat-1 trong Đề tài, chúng tôi hy vọng

sẽ tạo được cơ sở dữ liệu thực nghiệm có độ chính xác cao hơn sử dụng tư liệu vệ tinh trước đây, khi mà các ứng dụng theo hướng này còn sơ sài và chỉ sử dụng các ảnh viễn thám độ phân giải thấp và trung bình, trong thời kỳ đô thị hoá chưa nhanh như hiện nay tại vùng nghiên cứu thử nghiệm

Chính vì các lý do trên, tôi chọn đề tài: “Giám sát quy hoạch sử dụng đất bằng

tư liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1, khu vực thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam”

Đề tài sẽ đi sâu vào các nội dung chính sau: (1) Nghiên cứu tổng quan về khả năng sử dụng tư liệu viễn thám độ phân giải cao trong giám sát quy hoạch sử dụng đất, (2) chứng minh tính đúng đắn và đưa ra quy trình tiêu chuẩn có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn, và (3) đánh giá việc sử dụng ảnh vệ tinh viễn thám mới của Việt Nam trong thực tiễn

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Tư liệu sử dụng: Sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh đầu tiên của Việt Nam VNREDSat-1 để nghiên cứu giám sát quy hoạch sử dụng đất

- Phạm vi khu vực nghiên cứu: khu vực thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam

- Đối tượng nghiên cứu: Tập trung chủ yếu vào các đối tượng như: đất nông nghiệp, đất ở và xây dựng, mặt nước, đất bằng chưa sử dụng,

3 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu tình hình ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát quy hoạch sử dụng đất

- Xây dựng quy trình giám sát quy hoạch sử dụng đất bằng công nghệ viễn thám

- Thực nghiệm: Giám sát quy hoạch sử dụng đất khu vực Hà Nam bằng ảnh

vệ tinh VNREDSat-1

- Đề xuất định hướng quản lý sử dụng đất hợp lý cho khu vực nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện, đề tài sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp viễn thám: bao gồm xử lý, phân loại, chiết tách các thông tin

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Với kết quả đạt được, đề tài giúp xác định khả năng đáp ứng của tư liệu viễn thám độ phân giải cao của Việt Nam về thông tin sử dụng đất đai Qua đó, thể hiện vai trò cũng như lợi thế khi chúng ta có được hệ thống viễn thám khép kín, bao gồm: Vê tinh mang theo các đầu thu chụp, trạm thu - xử lý - lưu trữ - truyền dẫn dữ liệu mặt đất - ứng dụng đa mục tiêu

Việc xây dựng, đề xuất ra quy trình giám sát quy hoạch sử dụng đất một cách nhanh chóng, và trên diện rộng góp phần làm tăng năng suất lao động, giảm chi phí thực địa

Ngoài ra, kết quả của đề tài cũng giúp cho việc cập nhật thông tin sử dụng đất khu vực Hà Nam, nó thật sự có ích đối với những khu vực có nhiều biến động như vùng này Từ đó các nhà quản lý sẽ có những biện pháp, hoạch định phù hợp với điều kiện mới

Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu góp phần khẳng định vị thế của công nghệ viễn thám trong công tác quản lý đất đai

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm phần mở đầu, 3 chương và phần kết luận được trình bày trong 98 trang A4 với 3 bảng và 53 hình

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ quý báu của nhiều

cá nhân và tập thể

Trước hết tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới TS Lê Quốc Hưng – Cục Viễn Thám Quốc Gia, người đã định hướng cho tôi trong lựa chọn đề tài, đưa ra những nhận xét quý giá và trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị và các bạn học viên trong lớp Bản đồ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý khoá 26, bạn bè và người thân đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ để tôi có được kết quả này

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ công nhân viên chức Đài viễn thám trung ương – Cục Viễn thám quốc gia đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ LUẬN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM

TRONG GIÁM SÁT QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT

1.1 Cơ sở phương pháp luận giám sát quy hoạch sử dụng đất bằng công nghệ viễn thám

Thực tế cho thấy, sự biến đổi sử dụng đất tại các vùng đồng bằng diễn ra khá phức tạp và không đồng nhất với định hướng phát triển kinh tế- xã hội tại Việt Nam bởi ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, tính tự phát trong khai thác sử dụng và quản

lý của con người Chính vì vậy, phương thức hoạch định sử dụng và quản lý sử dụng đất cần phải có kế hoạch dựa trên đánh giá việc sử dụng đất sai quy hoạch đế đảm bảo phát triển bền vững theo định hướng của cả nước, từng vùng, từng tỉnh – thành phố… Việc ứng dụng công nghệ viễn thám nói chung và sử dụng tư liệu vệ tinh độ phân giải cao như VNREDSat-1 nói riêng là một hướng nghiên cứu hết sức hợp lý, từ đó, có thể giám sát, đánh giá một cách nhanh chóng và khách quan về việc thực hiện quy hoạch

Cơ sở tư liệu viễn thám là phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên, có thể phân tích và thể hiện, đặc biệt có thể chia tách các vùng của các đối tượng trên bề mặt đất với các diện tích vùng riêng biệt Dựa trên đặc trưng phản xạ phổ của các lớp đối tượng, bằng các mô hình, phần mềm chuyên dụng, tư liệu viễn thám được xử lý để xác định và chia tách với từng đối tượng cụ thể Tư liệu viễn thám đa thời gian cho phép xác định nhanh các biến đổi trên bề mặt trái đất trong các khoảng thời gian giữa các thời điểm thu ảnh Các thông tin về các đối tượng sử dụng đất sau khi chiết tách, có thể đưa ra các thông tin về các đối tượng cần giám sát theo yêu cầu QHSDĐ và tính toán cụ thể diện tích tại từng thời điểm cũng như tổng hợp phân tích kết quả về phân bố và diện tích thay đổi

Trong khuôn khổ nghiên cứu này, dựa vào cơ sở phương pháp luận nêu trên, quy trình giám sát quy hoạch các đối tượng sử dụng đất đã được xây dựng Dựa vào

nghiên cứu, các nhà quản lý có thể đưa ra các đề xuất giải pháp quản lý, quy hoạch bảo vệ phục vụ tốt hơn phát triển bền vững đất nước

1.2 Khái niệm và hệ phân loại sử dụng đất

1.2.1 Khái niệm về sử dụng đất

Luật đất đai 1993 của nước cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam có ghi: "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 đại 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 một vùng lãnh thổ có ranh giới, vị trí cụ thể, có các thuộc tính tổng hợp của các yếu tố tự nhiên - kinh tế - xã hội Bao gồm cả điều kiện thổ nhưỡng, địa hình, khí hậu, thuỷ văn, địa chất, thực vật và động vật sống ở trên đó

Tài nguyên đất được đánh giá vừa theo số lượng, vừa theo chất lượng Về số lượng đó là diện tích mặt bằng có được của một quốc gia hay một vùng lãnh thổ và

có thể thống kê theo nguồn gốc phát sinh học (tức là theo từng loại đất) hoặc thống

kê theo mục đích sử dụng Về chất lượng thì thường đánh giá theo độ phì nhiêu của đất Ở những hệ thống đánh giá khái quát người ta dùng khái niệm loại sử dụng đất Thực tế cho thấy trong quá trình phát triển loài người, sự hình thành và phát triển của mọi nền văn minh vật chất- văn minh tinh thần, các thành tựu kỹ thuật vật chất- văn hóa khoa học đều được xây dựng trên nền tảng cơ bản sử dụng đất Sử dụng đất mô tả cách thức con người sử dụng đất và các hoạt động kinh tế-xã hội xảy

ra trên mặt đất, những hoạt động này là sự tác động trực tiếp lên bề mặt đất

1.2.2 Hệ phân loại sử dụng đất

Theo luật số 13/2003/QH11 của quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam về đất đai; Căn cứ vào mục đích sử dụng, đất đai được phân loại như sau:

1 Nhóm đất nông nghiệp bao gồm các loại đất:

a) Đất trồng cây hàng năm gồm đất trồng lúa, đất đồng cỏ dùng vào chăn nuôi, đất trồng cây hàng năm khác;

b) Đất trồng cây lâu năm;

h) Đất nông nghiệp khác theo quy định của Chính phủ;

2 Nhóm đất phi nông nghiệp bao gồm các loại đất:

a) Đất ở gồm đất ở tại nông thôn, đất ở tại đô thị;

b) Đất xây dựng trụ sở cơ quan, xây dựng công trình sự nghiệp;

c) Đất sử dụng vào mục đích quốc phòng, an ninh;

d) Đất sản xuất, kinh doanh phi nông nghiệp gồm đất xây dựng khu công nghiệp; đất làm mặt bằng xây dựng cơ sở sản xuất, kinh doanh; đất sử dụng cho hoạt động khoáng sản; đất sản xuất vật liệu xây dựng, làm đồ gốm;

đ) Đất sử dụng vào mục đích công cộng gồm đất giao thông, thuỷ lợi; đất xây dựng các công trình văn hoá, y tế, giáo dục và đào tạo, thể dục thể thao phục vụ lợi ích công cộng; đất có di tích lịch sử - văn hoá, danh lam thắng cảnh; đất xây dựng các công trình công cộng khác theo quy định của Chính phủ;

e) Đất do các cơ sở tôn giáo sử dụng;

g) Đất có công trình là đình, đền, miếu, am, từ đường, nhà thờ họ;

h) Đất làm nghĩa trang, nghĩa địa;

i) Đất sông, ngòi, kênh, rạch, suối và mặt nước chuyên dùng;

k) Đất phi nông nghiệp khác theo quy định của Chính phủ;

3 Nhóm đất chưa sử dụng bao gồm các loại đất chưa xác định mục đích sử dụng

1.3 Tổng quan về quy hoạch sử dụng đất

1.3.1 Khái niệm về quy hoạch sử dụng đất

Hiện nay có rất nhiều tài liệu nghiên cứu định nghĩa về quy hoạch sử dụng đất (QHSDĐ) khác nhau, từ đó đưa đến những việc phát triển quan điểm và phương pháp được sử dụng trong QHSDĐ cũng khác nhau Cụ thể:

Theo Dent (1988; 1993) QHSDĐ là phương tiện giúp định hướng sử dụng đất thông qua việc đánh giá có hệ thống cho việc chọn mẫu trong sử dụng đất, việc này sẽ đáp ứng với những mục tiêu riêng biệt, từ đó hình thành nên chính sách và kế hoạch cho sử dụng đất

Bên cạnh đó, Fresco và cộng sự (1992) cho rằng, QHSDĐ nên sử dụng mô hình quy hoạch vùng, việc sử dụng tốt nhất cần chấp nhận những mục tiêu ban đầu, những cơ hội về môi trường, xã hội và những vấn đề liên quan khác

Mohammed (1999) chú trọng và giải đoán những đối tượng HTSDĐ nhằm cho ra các sản phẩm thứ cấp giá trị gia tăng Do đó QHSDĐ, cho kết quả là các định hướng từ quy hoạch đến người dân phải

Phương pháp tổng hợp với đối tượng sử dụng theo tiêu chuẩn UNCED (1992) và FAO (1993) định nghĩa QHSDĐ là một tiến trình xây dựng những quyết định để đưa đến những hành động trong việc phân chia đất đai phù hợp mục đích sử dụng nhằm phục vụ mục tiêu phát triển bền vững (FAO, 1995) Với quan điểm bền vững thì chức năng của QHSDĐ là hướng dẫn ra quyết định trong sử dụng đất để phục vụ tốt nhất xã hội hiện tại, đồng thời cũng được bảo vệ cho thế hệ tương lai Cung cấp những thông tin quý giá liên quan đến nhu cầu và mục đích sử dụng đất liên quan tiềm năng của tài nguyên và những tác động đến môi trường có thể có là yêu cầu đầu tiên cho tiến trình quy hoạch sử dụng đất thành công Quan điểm này cho rằng, đất đai giữ vai trò quan trọng như một công cụ để đánh giá hiện trạng SDĐ khi sử dụng theo mục đích riêng biệt (FAO, 1976), hay là một phương pháp để

dự đoán tiềm năng sử dụng của đất đai (Van Diepen và cộng sự, 1988) Vì thế có thể định nghĩa:

“Quy hoạch sử dụng đất là đánh giá tiềm năng có hệ thống những thay đổi trong sử dụng đất, những điều kiện kinh tế xã hội để chọn lọc và thực hiện sử dụng đất tốt nhất Đồng thời, quy hoạch sử dụng đất cũng là chọn lọc và đưa vào thực tiễn những hoạch định phù hợp với yêu cầu cần thiết của con người về bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên trong tương lai”

Do đó, trong quy hoạch cần chú trọng:

- Yêu cầu thay đổi mục đích sử dụng,

- Yêu cầu cải thiện các giải pháp quản lý;

- Yêu cầu khác nhau với các khu vực, trường hợp khác nhau

Các loại sử dụng đất bao gồm: đất ở, nông nghiệp (thủy sản, chăn nuôi,…) đồng cỏ, rừng, bảo vệ thiên nhiên và du lịch đều phải được phân chia một cách cụ thể theo thời gian được quy định Do đó trong quy hoạch sử dụng đất phải cung cấp những hướng dẫn cụ thể để có thể giúp cho các nhà quản lý có thể chọn lựa trong các trường hợp có sự mâu thuẫn giữa đất nông nghiệp và phát triển đô thị hay công nghiệp hóa bằng cách là chỉ ra các vùng có giá trị nhất cho đất nông nghiệp và phát triển nông thôn mà không phù hợp sử dụng cho các mục đích khác

1.3.2 Thực trạng sử dụng đất

Sự gia tăng dân số trong các nước đang phát triển đang là áp lực đè nặng lên nguồn tài nguyên đất đai có giới hạn và cũng là nguyên nhân gây ra sự suy thoái đất Những phương pháp chuyên ngành cho việc quy hoạch để giảm bớt tình trạng này hiện nay vẫn chưa cho được hiệu quả, phương pháp tổng hợp đòi hỏi phải bao gồm tất cả các chủ thể tham gia từ bắt đầu, điều tiết chất lượng và giới hạn của mỗi thành phần đơn vị đất đai, tính thực tiễn các khả năng chọn lựa sử dụng đất Những quan điểm và định nghĩa liên hệ đến phương pháp cụ thể nhằm hổ trợ cho việc đưa ra quyết định định hướng ở các mức độ quy hoạch khác nhau

Những vấn đề sử dụng đất hiện tại đòi hỏi những giải pháp được tạo ra với

sự hỗ trợ của phương pháp tổng hợp trong vùng nông thôn và bán thành thị, thường xuất phát từ những mâu thuẫn đối kháng giữa môi trường và phát triển Tất cả các khía cạnh này được đưa ra bao gồm xây dựng quyết định để định hướng sử dụng nguồn tài nguyên khan hiếm, tái lập lại vùng đất suy thoái hay cải thiện đất nông nghiệp chính, định cư những nông hộ nhỏ hay những nông trang cơ giới nhằm hỗ trợ tốt hơn trong việc mở rộng dân số, hạn chế phát triển vùng đô thị vào trong các vùng nông nghiệp có chất lượng cao và những yêu cầu chuyên biệt cho phương pháp tổng hợp gắn liền với quy hoạch chuyên ngành của từng vùng

Thực hiện phương pháp tổng hợp, tùy thuộc vào chính sách hỗ trợ quy hoạch cho sử dụng và quản lý bền vững nguồn tài nguyên đất, tăng cường những thể chế thực thi và hành động của các chủ thể trong tiến trình xây dựng quy hoạch Những hoạt động này sẽ được hỗ trợ bằng sự thay đổi các số liệu cơ bản về nguồn tài nguyên tự nhiên và mục đích sử dụng Những công cụ đánh giá ảnh hưởng đến phát triển kinh tế và xã hội cũng được mô tả và được sử dụng để đảm bảo mối liên hệ của các chủ thể trong sử dụng đất

Phương pháp tổng hợp sử dụng trong quy hoạch sử dụng và quản lý nguồn tài nguyên đất buộc phải bao gồm tất cả các chủ thể trong tiến trình xây dựng quyết định đi đôi việc đánh giá những đặc trưng các loại thực phủ tại từng đơn vị đất đai Điều này đòi hỏi xác định hiện trạng sử dụng hay không sử dụng của mỗi đơn vị đất đai về các mặt kỹ thuật thích hợp, khả năng kinh tế, xã hội và tính môi trường

Dự đoán mức độ tăng dân số của thế giới có thể gấp đôi với khoảng 10 tỉ người vào năm 2050 (UNFPA, 1992; trong FAO, 1993) Do đó, hầu hết các nhà khoa học và chuyên gia trên thế giới đồng ý rằng, cần thiết phải áp dụng những công nghệ nông nghiệp tiên tiến cho việc sử dụng nguồn tài nguyên đất để cung cấp lương thực đầy đủ, chất sợi, thức ăn gia súc Trong thực tế, có những vùng thiếu hụt đất trầm trọng, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển

Trong một nghiên cứu gần đây của FAO (Alexandratos, 1995; FAO, 1993) ước lượng khoảng 92% của 1800 triệu ha đất của các quốc gia đang phát triển bao gồm cả Trung Quốc có tiềm năng cho cây trồng sử dụng nước tự nhiên, nhưng hiện nay vẫn chưa sử dụng hết và đúng mục đích, ví như việc sử dụng đúng mục tiêu vùng bán sa mạc Sahara ở Châu phi 44%; Châu Mỹ la tinh và vùng Caribê 48% Hai phần ba của 1800 triệu ha này tập trung chủ yếu một lượng nhỏ quốc gia như: 27% Brasil, 9% ở Zaire, và 30% ở 12 nước khác Một phần còn rừng hay vùng bảo

vệ khoảng 45% Một phần khác thì lại gặp khó khăn về đất và đặc trưng địa hình như khoảng 72% vùng Châu phi bán sa mạc và vùng Châu mỹ la tinh

Trên 50% của 1800 triệu ha được phân loại với đặc tính "ẩm" cao, ví dụ một

số vùng quá ẩm thì gọi là "vùng thích nghi kém cho cây trồng" Do đó, khả năng để

mở rộng diện tích đất cho canh tác cây trồng thường tại những vùng có đặc trưng như trên bị giới hạn Kết quả là tất cả những cố gắng để gia tăng sản lượng theo nhu cầu lương thực thường dựa chủ yếu vào sự thâm canh hóa cho sản xuất với những giống cây trồng có năng suất cao trong các vùng có tiềm năng cao Đó là những vùng đất có đất tốt, địa hình thích hợp, điều kiện mưa và nhiệt độ thích hợp hay có khả năng cung cấp nước cho tưới, và dễ dàng tiếp cận với phân bón vô cơ và hữu cơ

FAO ước lượng rằng (Yudelman, 1994; FAO, 1993) đất nông nghiệp có thể

mở rộng được khoảng 90 triệu ha vào năm 2010, diện tích thu hoạch có tăng lên đến

124 triệu ha do việc thâm canh tăng vụ cây trồng Các vùng đất có khả năng tưới trong các quốc gia đang phát triển đang được mở rộng tăng thêm khoảng 23,5 triệu

ha so với hiện tại là 186 triệu ha

Bên cạnh FAO (1993) những nghiên cứu chi tiết hơn đang được thực hiện về tiềm năng cung cấp nước cho cây trồng ở các quốc gia đang phát triển, đặc biệt là ở Châu phi Những nghiên cứu này chủ yếu tập trung trên các diện tích đất thích nghi kết hợp với các điều kiện địa hình, nguồn tài nguyên nước mặt và nước ngầm với chi phí thấp và không làm hủy hoại giá trị môi trường

Kết quả của thâm canh hóa có thể xảy ra được trong các vùng đất thiên nhiên

ưu đãi hay trên các vùng đất mà con người phải can thiệp vào bằng đầu tư kinh tế như phát triển hệ thống tưới tiêu Như vậy thấy rằng, trong một tương lai gần, diện đích đất cho sinh sống tại nông thôn cũng sẽ giảm đi một cách khá nhanh trên đà tăng dân số nhanh chóng tại những nước phát triển Khả năng diện tích đất nông nghiệp trên nông hộ trong các quốc gia đang phát triển được dự phóng bởi FAO cho năm 2010 chỉ còn gần phân nửa là 0,4 ha so với cuối thập niên 80 là 0,65 ha, hình ảnh này cũng cho thấy diện tích này sẽ nhỏ hơn vào những năm 2050 Ngược lại với các quốc gia đang phát triển, các quốc gia phát triển sẽ có sự gia tăng diện tích đất nông nghiệp trên đầu người hiện trạng giảm/không tăng dân số Điều này sẽ dẫn đến một số vùng đất nông nghiệp sẽ được chuyển thành các vùng đất bảo vệ thiên nhiên, hay vùng đất bảo vệ sinh cảnh văn hóa hoặc phục vụ cho các mục đích nghỉ ngơi của con người (Van de Klundert và cộng sự., 1994; FAO, 1993) Tình trạng của các

quốc gia nằm trong giai đoạn chuyển tiếp rất khó dự đoán bởi hiện tượng chuyển đổi từ đất đai nông nghiệp thuộc nhà nước sang quyền sử dụng đất tư nhân

Hơn nữa, hệ quả của các mô hình về sự biến đổi khí hậu, ở các quốc gia đang phát triển sẽ bị ảnh hưởng nhiều về mặt an toàn lương thực (Norse và Sombroek, 1995; trong FAO, 1993)

Như vậy, ta có thể thấy rằng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ quy hoạch có phương thức và mục đích khác nhau Tuy nhiên, bản đồ hiện trạng sử dụng đất chính là công cụ hữu hiệu để giám sát công tác sử dụng đất hợp lý Thực tế của biến đổi sử dụng đất hiện nay là vấn đề rất đáng lưu tâm bởi nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Biến đổi sử dụng theo quy hoạch và không theo quy hoạch phải cần được giám sát và đánh giá cụ thể Bởi đây là kết quả của quá trình tương hỗ giữa thực tiễn và lý thuyết mà ở đó hiện trạng sử dụng đất là thực tiễn và quy hoạch

là lý thuyết cần kiểm chứng Qua quá trình giám sát, ta sẽ xác định mâu thuẫn của quy hoạch và những nguyên nhân phá vỡ quy hoạch để có định hướng khắc phục

1.4 Tổng quan các công trình ứng dụng viễn thám trong giám sát quy hoạch

sử dụng đất

Ngày nay với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, tư liệu viễn thám đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường đặc biệt là trong việc theo dõi diễn biến lớp phủ và đối tượng sử dụng đất

1.4.1 Sử dụng tư liệu viễn thám thành lập bản đồ HTSDĐ, biến động sử dụng

đất và theo dõi thực hiện QHSDĐ trên thế giới

Sử dụng tư liệu viễn thám trong quản lý đất đai được các nhà khoa học phát triển từ khi những vệ tinh Landsat-1 đầu tiên được phóng lên trên quỹ đạo năm

1972 Các nhà khoa học trên thế giới từ đó đến nay đã phát triển những phương pháp khá toàn diện để ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý đất đai

Trong thế kỷ 20, các chương trình giám sát lớn trên phạm vi toàn cầu có thể

kể đến như Chương trình sinh quyển trái đất - International Geosphere Biosphere

Program (IGBP), Chương trình Khoa học biến đổi khí hậu của Hoa Kỳ - U.S Climate Change Science Program, Chương trình biến đổi lớp phủ đất và sử dụng đất - Land Cover and Land Use Change (LCLUC) của Cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA), Dự án Đất đai toàn cầu, Chương trình quan trắc toàn cầu về biến đổi rừng và lớp phủ - Global Observation of Forest and Land Cover Dynamics (GOFC-GOLD), và Chương trình Quan trắc trái đất – Group on Earth Observation(GEO) Ví dụ như chương trình GEO, lớp phủ được giám sát bằng nhiều phương tiện và có thể đưa ra được nhiều thông tin như trong hình 1.1 Trong

đó, thông tin có thể được thu thập bằng các công nghệ viễn thám khác như viễn thám vệ tinh, viễn thám hàng không, viễn thám thám không (khinh khí cầu), trạm quan trắc mặt đất và biển Trong đó, viễn thám vệ tinh cung cấp lượng thông tin chủ lực và đáng kể để giám sát bề mặt đất trên phạm vi toàn cầu

Với những tiến bộ của công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý cùng với công nghệ máy tính, các nhà khoa học có thể theo dõi sự biến động của sử dụng đất với các dữ liệu đa thời gian và ở nhiều tỉ lệ khác nhau Ví dụ với chương trình

Cơ sở dữ liệu lớp phủ quốc gia Hoa Kỳ - National Land Cover Database (NLCD)

2011 đã tích hợp dữ liệu biến động lớp phủ và lớp sử dụng đất với rất nhiều dạng bản đồ chuyên đề, độ phân giải không gian và thời gian khác nhau (xem hình 1.2)

Hình 1.1 Các phương thức thu thập thông tin và khả năng cung cấp thông tin

của hệ thống GEO

Hình 1.2 Lớp sử dụng đất trong tích hợp trong dự án NLCD của Hoa Kỳ

Công nghệ viễn thám có rất nhiều lợi thế với khả năng cập nhật liên tục, với

độ trùm phủ rộng, khả năng chiết tách thông tin nhanh chóng Dữ liệu viễn thám được thu thập và lưu trữ dưới dạng số dễ dàng để xử lý và phân tích; dải sóng viễn thám rất rộng kéo dài từ sóng nhìn thấy đến sóng radar nên rất hữu dụng khi cung cấp lượng thông tin về sử dụng đất

Tuy nhiên, đối với các lớp sử dụng đất, rất khó để có thể chiết tách được thông tin do đặc tính của từng loại ảnh, theo các mục đích sử dụng riêng biệt Ví dụ như lớp phủ rừng có thể được sử dụng vào mục đích phòng hộ, sản xuất hay bảo tồn, việc phân loại trên dữ liệu viễn thám là rất phức tạp Trong một chừng mực nào đó, việc phân tách này vẫn có thể thực hiện được thông qua tài liệu tham khảo hoặc điều tra thực địa

Trong những năm 60 của thế kỷ trước, Steiner (1965) đã dự báo về khả năng thành lập bản đồ lớp phủ và bản đồ sử dụng đất nhanh chóng bằng công nghệ viễn thám Steiner đã đề cập đến việc kết hợp ảnh hàng không để có thể cung cấp chi tiết hơn về thông tin lớp sử dụng đất, đồng thời kiến nghị dùng ảnh mầu và hồng ngoại cùng các ứng dụng với ảnh đa phổ trong tương lai

Trong những năm 70, công nghệ viễn thám xuất phát từ ý tưởng của William Pecora – giám đốc của Cục khảo sát điều tra địa chất Hoa Kỳ - United State Geological Survey (USGS) về chương trình viễn thám vệ tinh để khảo sát tài nguyên trái đất NASA đã thiết lập một loạt các nghiên cứu về viễn thám bằng việc đặt đầu thu trên máy bay USGS and NASA đã phát triển ý tưởng trên để cho ra kết quả cuối cùng là việc NASA phóng vệ tinh Earth Resources Technology (sau đó đổi tên thành Landsat), tháng 7 năm 1972 Chuỗi vệ tinh Landsat đã được đưa lên quỹ đạo từ năm 1972 đến nay, trải qua 8 thế hệ vệ tinh Landsat 1-5 và 7-8 đã cung cấp hàng triệu tấm ảnh của bề mặt đất, được sử dụng vào rất nhiều mục đích khác nhau trong đó đặc biệt là thành lập bản đồ lớp phủ và bản đồ sử dụng đất Landsat có khả năng cung cấp dữ liệu toàn cầu, nhất quán, dữ liệu đa phổ và lặp theo chu kỳ Những biến động do tự nhiên và con người gây ra có thể được phát hiện, phân biệt

và giám sát theo thời gian

Một trong những nghiên cứu sớm nhất về sử dụng viễn thám để thành lập bản đồ lớp phủ và lớp sử dụng đất là của Tiến sỹ James Anderson Năm 1972, ông cùng các đồng nghiệp tại USGS đã giới thiệu phiên bản đầu tiên và sau này trở thành chuẩn cho bản đồ lớp phủ và sử dụng đất được công bố năm 1976: Hệ thống phân loại lớp phủ và sử dụng đất đối với ứng dụng dữ liệu viễn thám (A Land Use and Land Cover Classification System for Use with Remote Sensing Data) Hệ thống này định nghĩa các lớp và danh sách các lớp có thể chiết tách từ ảnh viễn thám Theo Anderson, trước hết cần phân loại ra thành 2 lớp: lớp phủ thực vật và các loại lớp khác, sau đó tiếp tục cụ thể hóa các đối tượng để phân cấp nhỏ hơn Theo ông, các phân cấp mức I, II được thành lập với tỉ lệ nhỏ và trên phạm vi toàn cầu Đối với cá mức phân cấp mức IV, V nên để tự phân nhỏ và đặt tên với sự hiểu biết tường tận tại khu vực mình đang sinh sống

Bảng 1.1 Bảng hệ thống phân loại: Anderson’s Classification System

1:80.000

11—Khu vực dân cư 12—Thương mại dịch vụ 13— Công nghiệp

14—Giao thông vận tải, thông tin liên lạc và các tiện ích khác

15—Khu công nghiệp và thương mại phức hợp 16—Khu vực đô thị hỗn hợp, khu vực đang xây dựng

17—Khu vực đô thị khác và đang xây dựng III Ảnh hàng không

với độ cao trung bình từ 3100 đến 12400 mét với tỉ lệ từ 1:20000 tới

TBD— Các lớp có thể phân chi tiết hơn trong mức độ phân loại III

Trong những năm 70 của thế kỷ 20, vệ tinh viễn thám Landsat 1, 2 và 3 được dùng để thành lập bản đồ lớp phủ và sử dụng đất Tuy nhiên trong giai đoạn này, các phương pháp xử lý vẫn còn mang tính thủ công nhiều hơn là sử dụng máy tính

Trong những năm 1980, việc nâng cao chất lượng của đầu thu đa phổ của vệ tinh Landsat đã ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của việc sử dụng viễn thám trong thành lập bản đồ lớp phủ và sử dụng đất Những nghiên cứu đầu tiên về ưu thế cũng như nhược điểm của phương pháp xử lý trên máy tính được Phòng thí nghiệm ứng dụng viễn thám của đại học Purdue (LARS) thực hiện và công bố Nghiên cứu này cùng với những nghiên cứu khác đã khiến Anderson nhận ra rằng cần phải cải tiến mức độ chi tiết về không gian của ảnh viễn thám đồng thời nâng cao hiệu quả của việc phân tích số Tuy nhiên, những nghiên cứu ban đầu cho thấy những trở ngại của phương pháp phân loại tự động từ dữ liệu vệ tinh do sự phức tạp của cảnh quan

ở cả thành thị và nông thôn Những nghiên cứu về phương pháp và kỹ thuật xử lý ảnh sau đó cùng với sự phát triển của công nghệ tin học đã nâng cao khả năng xử lý

tự động một cách đáng kể

Robinove (1981) đã đưa ra mối quan hệ vật lý giữa tính chất bề mặt đất và sóng điện từ cùng với những tiến bộ trong phương pháp phân loại đa phổ như Bryant (1989) và Landgrebe (1980) và phương pháp phân loại dựa trên cấu trúc như của Swain (1981) đã đưa phân loại ảnh lên một bước mới Hơn thế, những kiến thức sâu về phân loại có giám sát và không giám sát của các nhà phân tích đã cho phép người dùng có thể có lựa chọn phương pháp phân loại cho phù hợp (Fleming et al., 1975; Justice & Townshend, 1981) cũng như bắt đầu hướng tới việc sử dụng những

dữ liệu bổ trợ để cải thiện độ chính xác thành lập bản đồ lớp phủ(Hutchinson, 1982; Strahler et al., 1978) Hàng loạt các phần mềm được xây dựng như LARSYS (1973) của đại học Purdue, ELAS (1989) của NASA, Land Analysis System (1988) của NASA Goddard and USGS, VICAR-IBIS (1982) của NASA Jet Prosulsion Lab cho phép xử lý ảnh Landsat Những thời gian sau đó, phần mềm thương mại hóa đã ra đời như IDIMS (1981) hay ERDAS (1994)

Sự phát triển của công nghệ viễn thám trong những năm 1980 đã tạo ra nguồn dữ liệu địa lý ngày càng lớn và do đó, việc kết hợp công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập lớp phủ sử dụng đất đã được nghiên cứu ứng dụng Hầu hết kết quả phân tích trong giai đoạn này là sự kết hợp của công nghệ viễn thám và GIS

Đồng thời, vệ tinh Landsat 4 và 5 phóng năm 1982 với việc nâng cấp đầu thu đa phổ có độ phân giải không gian từ 70 mét thành 30 mét và nâng cấp thêm khả năng

đo hồng ngoại bước sóng ngắn đã tạo nên bước tiến lớn trong công tác thành lập bản đồ giám sát lớp phủ và sử dụng đất, nâng cao khả năng nhận biết những cấu trúc phức tạp và chi tiết hơn Cùng với Landsat, vệ tinh SPOT đầu tiên cũng được đưa lên quỹ đạo với độ phân giải 10m với ảnh Panchromatic và 20 với ảnh đa phổ

đã đưa nghiên cứu lớp phủ bằng viễn thám sang trang mới

Trong những năm 90 của thế kỷ trước, các tổ chức chính phủ Mỹ đã đi tới thỏa thuận chung về quy chuẩn dữ liệu đa phân giải, điều này đã thúc đẩy mạnh mẽ việc sử dụng sản phẩm lớp phủ trong các cơ quan của chính phủ Mỹ (Loveland and Shaw, 1996) Tuy nhiên, do Landsat vẫn là dữ liệu thương mại nên các tổ chức đã lập ra nguồn dữ liệu dùng chung với các nguồn từ USGS, Gap Analysis Project natural vegetation map, NOAA, Coastal Change Analysis Project Mặc dù các dự án

có đầu ra, nguồn gốc dữ liệu, cách thức xử lý nhưng với chuẩn dữ liệu chung đã cung cấp và thúc đẩy việc sử dụng dữ liệu thứ cấp từ vệ tinh

Landsat không chỉ được dùng để thành lập bản đồ lớp phủ và bản đồ sử dụng đất ở Mỹ mà còn được sử dụng trên toàn cầu Chương trình lớp phủ European Union CORINE đã xây dựng bản đồ lớp phủ toàn châu Âu (Bossard, 2000) sử dụng tổng hợp dữ liệu Landsat và SPOT với rất nhiều lớp thông tin chi tiết CORINE đã cập nhật theo chu kỳ tại 38 nước thuộc châu Âu

Tổ chức Nông lương thế giới (FAO) cũng đã xây dựng dự án lớp phủ và sử dụng đất châu Phi (Africover, 2002) Điểm đáng chú ý của dự án này là cung cấp lớp phủ mặt đất với mức độ chi tiết cao tại tất cả các khu vực của châu Phi Hoạt động này dựa trên việc giải đoán ảnh Landsat hoặc những nguồn dữ liệu viễn thám tương tự và bản đồ của các quốc gia trong khu vực Africover nhấn mạnh việc xây dựng và nâng cao năng lực quốc gia và tiểu khu vực để thiết lập, cập nhật và sử dụng bản đồ lớp phủ và cơ sở dữ liệu Africover đã phát triển hệ thống phân loại lớp phủ măt đất (LCCS) được phát triển bởi Di Gregorio và Jansen (2000) LCCS chính

là đại diện tiêu biểu cho bước tiến từ hệ thống phân loại của Anderson những năm

70 LCCS cung cấp hệ thống phân loại linh hoạt đáp ứng các yêu cầu của người dùng trong khi vẫn duy trì tính nhất quán trong ngôn ngữ và định nghĩa Hệ thống

sử dụng một bộ tiêu chí độc lập nhưng vẫn quan hệ chặt chẽ với các lớp phân loại hiện có Với LCCS, lớp phủ mặt đất được định nghĩa với tiêu chuẩn xác định Hệ thống LCCS đã phát triển thành một tiêu chuẩn quốc tế và được sử dụng tại nhiều nước trên thế giới với các công cụ mạnh và linh hoạt đi kèm

Trong những năm đầu thế kỷ 20, với sự phát triển mạnh của công nghệ chế tạo đầu thu ảnh, các ảnh có độ phân giải cao như IKONOS, QUICKBIRD, GEOEYES, WORLD-VIEW đã đưa việc ứng dụng viễn thám sang một nấc mới Mặc dù bị giới hạn bởi giá thành tương đối cao và độ phủ thấp nhưng mức độ chi tiết của các loại ảnh viễn thám này đã cung cấp một nguồn thông tin dồi dào cho công tác thành lập, theo dõi sử dụng đất Những phương pháp phân loại mới cũng được hình thành như phương pháp phân loại hướng đối tượng trong các phần mềm miễn phí như MADCAT của FAO hay phần mềm thương mại như ECOGINITION

Nhìn chung, ứng dụng viễn thám trong thành lập bản đồ lớp phủ/sử dụng đất trên thế giới đã được phát triển ứng dụng trong thời gian dài và không ngừng có những bước đột phá Các ảnh có độ phân giải ngày càng cao, phương pháp xử lý ảnh ngày càng tân tiến Dữ liệu xử lý ảnh và kết quả bản đồ phân loại đã sớm được chuẩn hóa dưới các chuẩn chung mà đi đầu là các tổ chức thuộc Mỹ Đây là điều mà chúng ta hết sức lưu tâm và nên học hỏi trong thời gian tới

1.4.2 Sử dụng tư liệu viễn thám trong giám sát lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất

ở Việt Nam

Công tác ứng dụng công nghệ viễn thám trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở nước ta đã được thực hiện từ lâu bắt đầu từ những công trình ứng dụng

để xây dựng bản đồ lớp phủ tới những dữ án xây dựng bản đồ HTSDĐ lớn sau này

Có thể kể đến một số công trình dưới đây:

- Ứng dụng công nghệ viễn thám để đánh giá biến động lớp phủ thực vật đất liền ở Kiên Giang từ năm 1979 đến 1992;

- Sử dụng tư liệu viễn thám để theo dõi diễn biến chế độ che phủ rừng Việt Nam, thành lập bản đồ rừng ở nhiều tỷ lệ khác nhau;

- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các vùng như Tây Nguyên, Đồng bằng sông Cửu Long, Đồng bằng sông Hồng,… được thành lập trong khuôn khổ các chương trình điều tra tổng hợp, đều đã sử dụng ảnh viễn thám như một nguồn tài liệu chính Những bản đồ này được thành lập trong những năm 1989, 1990 và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và điều tra cơ bản thực hiện Bản đồ được thành lập chủ yếu ở tỉ lệ 1: 250 000

- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1990 tỉ lệ 1: 1 000 000 được thành lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong đó ảnh viễn thám Landsat - TM Bản đồ này do Tổng cục Quản lý Ruộng đất (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), cùng một số các cơ quan khác thực hiện Bên cạnh đó, năm 1993 Tổng cục Quản lý Ruộng đất, Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Điều tra Quy hoạch rừng, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) đã thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc tỉ lệ 1: 250

000 bằng ảnh Landsat - TM

- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn của một số địa phương cũng được thành lập bằng ảnh viễn thám Những bản đồ này thường được thành lập ở các tỉ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) đến 1: 25 000 (khu vực cụ thể) và do các Viện thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp, Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường và một số Trường Đại học thực hiện trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu

và các dự án

Trong đợt tổng kiểm kê đất năm 2000, một số Sở Tài nguyên và Môi trường

đã tiến hành thử nghiệm thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng ảnh viễn thám Trung tâm Viễn thám, Bộ Tài nguyên Môi trường đã thành lập bình đồ ảnh vũ trụ tỷ lệ 1: 10.000 phục vụ kiểm kê đất đai của 13 tỉnh trong đợt kiểm kê đất năm

2005

- Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã giao cho Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp chủ trì dự án “ Điều tra hiện trạng sản xuất một số cây công nghiệp lâu năm toàn quốc (chè, cà phê, cao su, hồ tiêu và điều) ” Ảnh viễn thám SPOT5 với độ phân giải 10m đa phổ và 2,5m toàn sắc được sử dụng trong điều tra diện tích các loại cây công nghiệp lâu năm trọng điểm Dự án được thực hiện trong

- Xây dựng cơ sở dữ liệu Hệ thống thông tin địa hình - thuỷ văn cơ bản phục

vụ phòng chống lũ lụt và phát triển kinh tế xã hội vùng đồng bằng sông Cửu Long (lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:5.000 cho 13 tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long phục

vụ xây dựng cơ sở dữ liệu)

- Tư vấn thiết kế lập các dự án ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường của các tỉnh Long An, Lâm Đồng, Bình Dương

- Kiểm kê hiện trạng sử dụng đất năm 2005 cho 13 tỉnh

- Thành lập bình đồ ảnh tỷ lệ 1:10.000 bằng ảnh viễn thám SPOT 5 phục vụ kiểm kê đất (2002-2003) cho 13 tỉnh

- Thành lập bản đồ địa chính 1:2.000 bằng công nghệ ảnh số kết hợp đo đạc thực địa bằng công nghệ GPS động, toàn đạc điện tử

Nhìn chung công tác ứng dụng viễn thám ban đầu, với các tư liệu có độ phân giải trung bình như Landsat, Aster, các nhà nghiên cứu đã dùng để giám sát biến động lớp phủ rừng như “Đánh giá biến động lớp phủ rừng tại Lương Sơn, Hòa Bình bằng phương pháp xử lý số tư ảnh viễn thám” của tác giả Chu Thị Bình, Chu Ngọc Thuấn (2005) Nghiên cứu này đã dùng tư liệu Landsat để phân tích ảnh theo phương pháp phân loại có giám sát để thành lập bản đồ biến động Kết quả đã giám

sát các lớp cây bụi, cây bụi rộng, lá kim, lá rộng và lá kim hỗn giao với lá rộng trong 3 giai đoạn 1984-1992-2001 Kết quả biến động đã giúp việc xây dựng các biện pháp thích hợp để bảo vệ, phát triển rừng Tiếp tục ứng dụng trong giám sát lớp phủ rừng, Võ Văn Hồng và cộng sự (2006) đã ứng dụng ảnh viễn thám trong xây dựng bản đồ hiện trạng rừng với các tỉ lệ khác nhau Trong đó, ảnh Landsat7 ETM+ và ASTER được dùng để thành lập bản đồ tỉ lệ 1:100.000, ảnh SPOT 10 mét được sử dụng để thành lập bản đồ tỉ lệ 1/50.000, ảnh SPOT 2.5m được dùng để thành lập bản đồ tỉ lệ 1:25.000 và IKONOS, QUICKBIRD được dùng để thành lập bản đồ tỉ lệ 1:10.000 Kết quả đã khẳng định tư liệu viễn thám đảm bảo cung cấp bản đồ hiện trạng rừng từ mức chi tiết đến mức khái quát cao phục vụ công tác kiểm

kê tài nguyên, qui hoạch-điều chế rừng, giao đất giao rừng Tư liệu ảnh viễn thám

có độ chính xác đạt tới 82-95% so với thực địa nên cần phải kết hợp với các bước kiểm tra điều vẽ ngoài thực địa Những ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát rừng vẫn được ứng dụng liên tục như Nguyễn Văn Lợi (2012), Hoàng Văn Hùng

và cộng sự (2012)

Trong nghiên cứu ứng dụng quản lý đất đai, công nghệ viễn thám cũng được ứng dụng mạnh mẽ Năm 2001-2003, nghiên cứu “Ứng dụng ảnh viễn thám để xác định hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp tỉnh Tiền Giang” của Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Thanh Hùng đã phân tích ra 16 loại đất khác nhau trên nền ảnh Landsat có

sử dụng công nghệ GIS Nghiên cứu đã cho thấy tính ưu việt của công nghệ viễn thám như tiết kiệm chi phí, thời gian so với các phương pháp truyền thống Kết quả

đề tài đã được ứng dụng rộng rãi trong các đơn vị của tỉnh Tiền Giang Nghiên cứu

“ Phân tích biến động sử dụng đất bằng ảnh Landsat -trường hợp tỉnh Đắk Lawsk giai đoạn 2000-2010” của Trần Hà Phương, Nguyễn Thanh Hùng sử dụng ảnh Landsat để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất rồi tiến hành phân tích biến động [1] Kết quả đã chiết tách được hơn 10 lớp thông tin về nông nghiệp, lâm nghiệp, đất ở, thủy văn trong 2 thời điểm Những kết quả cho thấy mức độ chuyển dịch đất đai mạnh mẽ, đất hoang hóa phần lớn chuyển sang đất sản suất Các loại cây trồng cũng có sự thay đổi Công tác giám sát ở mức độ khái quát có tính hiệu

quả cao Tác giả Phạm Quang Sơn (2008) trong “Sử dụng thông tin viễn thám phân giải cao, đa thời gian trong nghiên cứu biến động các vùng cửa sông ven biển Việt Nam” cho thấy tính hữu dụng của dữ liệu viễn thám trong giám sát vùng cửa sông ven biển nước ta

Trong lĩnh vực nghiên cứu công nghệ giải đoán, có rất nhiều dự án công trình nghiên cứu sâu như “Kết hợp giữa các phương pháp giải đoán bằng mắt, phân loại không gian không giám sát, có giám sát nâng cao độ tin cậy của kết quả phân tích ảnh viễn thám” của Lại Anh Khôi (2006)[3] Tác giả đã đưa ra những kiến thức rất tổng hợp và chi tiết về các phương pháp phân loại cũng như kỹ thuật giải đoán để nâng cao chất lượng phân tích ảnh viễn thám Không những sử dụng riêng kỹ thuật phân tích ảnh quang học, kỹ thuật kết hợp ảnh viễn thám quang học và ảnh radar đã cũng được nghiên cứu trong đề tài “Nghiên cứu khả năng ứng dụng kết hợp ảnh viễn thám radar

và quang học để thành lập một số lớp thông tin về lớp phủ mặt đất” của tác giả Chu Hải Tùng Với việc sử dụng kết hợp ảnh quang học và ảnh radar để tổ hợp ra các ảnh chứa nhiều thông tin hơn nhằm nâng cao độ chính xác phân loại cũng như giải đoán ảnh Tác giả Nguyễn Quang Minh và Đỗ Văn Dương (2011) cũng đưa ra phương pháp “Ứng dụng mạng Neuron Hopfield trong siêu phân giải bản đồ sửu dụng đất” để tăng độ chính xác của các lớp phủ mặt đất đạt được bằng phân loại ảnh viễn thám Kết quả cho thấy đây là phương pháp hữu ích đặc biệt hiệu quả trong việc xây dựng bản đồ lớp phủ có chứa đối tượng nhỏ hoặc đối tượng hình tuyến

Tóm lại, nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ lớp phủ được nghiên cứu và phát triển trên thế giới đặc biệt là tại Mỹ trong suốt hơn 40 năm và đã đạt được những thành tựu hết sức to lớn Những đóng góp của công nghệ viễn thám đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của hệ thống thông tin địa lý mà ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong mọi mặt của đời sống

Những nghiên cứu về ứng dụng viễn thám trong thành lập bản đồ hiện trạng

sử dụng đất cũng như cập nhật bản đồ không ngừng được phát triển và mở rộng Do

sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, công nghệ vũ trụ những đầu thu

mới có nhiều đặc tính mới xuất hiện đòi hỏi những người làm công tác viễn thám không ngừng phải nghiên cứu và cập nhật Bên cạnh đó, khoa học tính toán phát triển dẫn tới việc phân tích ảnh có những bước phát triển khá mạnh mẽ Nếu không cải tiến phương pháp phân tích ảnh viễn thám, thì với số liệu có dung lượng ngày càng lớn, mức độ phức tạp ngày càng cao thì không thể nào xử lý ảnh nhanh chóng đảm bảo tính hiệu quả của công nghệ viễn thám

Công nghệ viễn thám tại Việt Nam cũng đã được ứng dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực thành lập bản đồ lớp phủ, hiện trạng sử dụng từ lâm nghiệp, nông nghiệp đến các ngành thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường Nhiều nghiên cứu về kỹ thuật xử lý cũng đã được thực hiện Hiện nay, với việc Việt Nam có vệ tinh đầu tiên của mình (vệ tinh VNREDSAT-1) với nhiều đặc điểm đặc tính mới đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm hiểu để ứng dụng có hiệu quả nhất, tận dụng tối đa nguồn tư liệu tránh lãng phí đầu tư của Nhà nước phục vụ các mục đích kinh tế, an ninh, quốc phòng mà trong đó giám sát thực hiện quy hoạch sử dụng đất là nhiệm vụ hết sức quan trọng

1.5 Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám nói chung và ảnh VNREDSat-1 nói riêng trong công tác giám sát thực hiện quy hoạch sử dụng đất

Phương pháp Viễn thám cho phép thu thập thông tin về đối tượng trên mặt đất thông qua hình ảnh của đối tượng mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp ngoài thực địa Các loại tư liệu ảnh viễn thám có thể được chụp từ máy bay (ảnh hàng không) nhưng thông dụng nhất là được chụp từ ảnh viễn thám

Tư liệu viễn thám có hai loại chính là ảnh quang học và ảnh radar Ảnh quang học chụp bề mặt trái đất nhờ năng lượng mặt trời và các thiết bị chụp ảnh sử dụng thấu kính quang học, hệ thống chụp ảnh này được gọi là hệ thống thụ động Loại thứ hai là ảnh radar được chụp nhờ các thiết bị thu, phát sóng radar đặt trên vệ tinh

Hệ thống này được gọi là hệ thống chụp ảnh chủ động hay tích cực

Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng lớp phủ mặt đất trên ảnh viễn thám là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ Những ưu thế cơ bản của ảnh viễn thám có thể kể ra là:

- Cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất trên khu vực trùm phủ lớn (Landsat-TM, SPOT, ASTER 60km x 60 km, VNREDSat-1 17.5 km x 17.5 km) cho phép tiến hành theo dõi giám sát trên những khu vực rộng lớn cùng một lúc

- Cung cấp thông tin đa dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau cho phép nghiên cứu các đặc điểm của đối tượng từ nhiều góc độ phản xạ phổ khác nhau

- Cung cấp các loại ảnh có độ phân giải khác nhau đo đó cho phép nghiên cứu bề mặt ở những mức độ chi tiết hoặc khái quát khác nhau Ví dụ như các loại ảnh độ phân giải siêu cao như SPOT 5, IKONOS, QuickBird để nghiên cứu chi tiết, hoặc các loại ảnh có độ phân giải thấp nhưng tần suất chụp lặp cao, diện tích phủ trùm lớn như MODIS, MERIS cho phép cung cấp các thông tin khái quát ở mức vùng hay khu vực

- Khả năng chụp lặp lại hay còn gọi là độ phân giải thời gian Do đặc điểm quĩ đạo của vệ tinh nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định lại có thể chụp lặp lại được vị trí trên mặt đất Sử dụng các ảnh viễn thám chụp tại các thời điểm khác nhau sẽ cho phép theo dõi diễn biến của các sự vật hiện tượng diễn ra trên mặt đất, ví dụ như quá trình sinh trưởng của cây trồng, lúa, màu

- Các dữ liệu được thu nhận ở dạng số nên tận dụng được sức mạnh xử lý của máy tính và có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống thông tin như hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Do những đặc tính hết sức ưu việt kể trên ảnh viễn thám đã trở thành một công

cụ không thể thiếu được trong công tác theo dõi giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường nói chung và việc chiết tách các thông tin lớp phủ nói riêng, nhất là ở những vùng khó tiếp cận như các vùng núi cao, biên giới, hải đảo

Phương pháp viễn thám cho phép thu thập phần lớn các thông tin ở trong phòng nhưng kết quả giải đoán cần được kiểm chứng ở ngoài thực địa do đó công tác thực địa là một phần không thể thiếu trong công nghệ Viễn thám

Ảnh vệ tinh quang học với nhiều ưu điểm như hình ảnh quen thuộc với con người, dễ giải đoán, kỹ thuật tương đối dễ phát triển trên nền các công nghệ chụp

ảnh hiện hành nên đã nhanh chóng được chấp nhận và ứng dụng rộng rãi Các loại ảnh quang học như Landsat, SPOT, Aster, IKONOS, QuickBird đã trở nên quen thuộc và phổ biến trên toàn thế giới Trong công tác thành lập các loại bản đồ lớp phủ bằng công nghệ Viễn thám sử dụng ảnh quang học đã được đưa vào các qui trình qui phạm tương đối hoàn chỉnh

Nhược điểm chính của ảnh quang học là chỉ có thể chụp vào ban ngày khi được mặt trời chiếu sáng và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết Trong trường hợp thời tiết xấu như mưa bão, mây, mù, sẽ rất khó chụp được ảnh Trên ảnh quang học cũng thường có nhiều mây, nhất là ở khu vực nhiệt đới trong đó có Việt Nam Những nhược điểm này đã làm hạn chế rất nhiều khả năng ứng dụng của ảnh quang học Đặc biệt là đối với những ứng dụng cần sử dụng ảnh chụp ở nhiều thời điểm

Tuy ảnh viễn thám có nhiều tính năng ưu việt, nhưng khả năng ứng dụng vào thực tiễn để thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như độ chính xác hình học, khả năng thông tin về các đối tượng mà ảnh viễn thám

có thể đem lại Trong số các loại ảnh viễn thám, do đặc thù của ảnh, các ảnh radar ít được sử dụng như tài liệu chính để thành lập bản dồ lớp phủ Nhưng trong một số trường hợp ảnh radar cho phép nhận dạng được nhiều loại đối tượng khi xử lý ảnh ở các thời điểm khác nhau

Về độ chính xác hình học, đối với nhiều loại ảnh viễn thám hiện nay (như SPOT, IKONOS, QuickBird, VNREDSat-1) đã có thể thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất đến tỷ lệ 1:10.000

Bên cạnh khả năng đảm bảo độ chính xác về hình học, khả năng thông tin về các đối tượng lớp phủ của ảnh viễn thám có ý nghĩa quyết định đến khả năng và phương pháp sử dụng ảnh viễn thám thành lập bản đồ lớp phủ và đánh giá biến động lớp phủ

Trên thế giới việc ứng dụng công nghệ viễn thám, tại những nước phát triển,

đã được thực hiện ngay từ khi có những tấm ảnh đầu tiên của vệ tinh quan sát trái đất Cho đến nay ảnh viễn thám đã được ứng dụng ở hầu khắp các nước, kể cả những nước đang phát triển Ở Việt nam, mặc dù việc ứng dụng công nghệ viễn

thám có chậm hơn những nước tiên tiến trong khu vực nhưng ảnh viễn thám cũng

đã được sử dụng ở rất nhiều các cơ quan, ngành và địa phương khác nhau như nông nghiệp, lâm nghiệp, đo đạc và bản đồ, qui hoạch đất đai, địa chất-khoáng sản… Những ứng dụng tiêu biểu của ảnh viễn thám liên quan đến việc chiết tách các thông tin về lớp phủ mặt đất là:

- Thành lập bản đồ lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất

- Điều tra thành lập bản đồ hiện trạng và theo dõi biến động rừng

- Theo dõi giám sát mùa màng

- Thành lập bản đồ và theo dõi biến động các vùng đất ngập nước

- Thành lập bản đồ và theo dõi biến động rừng ngập mặn

- Kiểm kê tài nguyên nước mặt

- Qui hoạch đô thị và theo dõi quá trình đô thị hóa

Một vài nhận xét chung về khả năng sử dụng công nghệ viễn thám trong giám sát quy hoạch sử dụng đất:

Hiện nay, để giám sát thực hiện QHSDĐ thì biện pháp thường được thực hiện là thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất (HTSDĐ)

Với những ưu điểm và ưu thế (như khả năng cập nhập thông tin nhanh chóng, tính chất đa thời kỳ của tư liệu, tính chất phong phú của thông tin đa phổ, tính đa dạng của tư liệu: băng từ, phim, ảnh, đĩa từ…), sự kết hợp của thông tin viễn thám với hệ thống thông tin địa lý (GIS) áp dụng được đối với nhiều khu vực mà phương pháp truyền thống không thể thực hiện được Tư liệu viễn thám có độ phân giải cao nên có thể sử dụng để thành lập bản đồ từ tỷ lệ lớn (1/5.000 – 1/25.000) đến tỷ

lệ trung bình (1/50.000 – 1/100.000) và tỷ lệ nhỏ (1/250.000 – 1/1.000.000)

Một trong những ưu điểm hết sức quan trọng của công nghệ viễn thám đó là cho phép cập nhật dữ liệu nhanh chóng Như chúng ta đã biết, HTSDĐ gắn chặt với thời điểm mà trong điều kiện phát triển kinh tế, xã hội như ở nước ta, HTSDĐ liên tục thay đổi, chính do đó, cập nhật nhanh chóng, liên tục và thường xuyên là yêu cầu cấp bách, có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao giá trị của bản đồ HTSDĐ

CHƯƠNG 2 - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG GIÁM SÁT

QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT

2.1 Cơ sở viễn thám và ảnh viễn thám độ phân giải cao VNREDSat-1

2.1.1 Cơ sở viễn thám

2.1.1.1 Cơ sở vật lý và nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám

Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lý trong tự nhiên là các vật thể (đối tượng) trong những điều kiện khác nhau thì khả năng phản

xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng Từ đó, nguồn tư liệu viễn thám được hình thành như là kết quả thu nhận năng lượng phản xạ hoặc bức xạ các sóng điện từ của các đối tượng bằng các thiết bị gọi là bộ viễn cảm hay bộ cảm (remote sensor) hoặc bằng các máy chụp ảnh

Sóng điện từ được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tư liệu chủ yếu trong viễn thám Các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua các năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể Viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ

Bức xạ điện từ có 4 thông số cơ bản đó là tần số, hướng lan truyền, biên độ

và mặt phẳng phân cực Các thông số này có thể sử dụng trong việc khai thác thông tin ảnh Ví dụ: tần số có thể được dùng để xác định vận tốc chuyển động của vật thể dựa trên hiệu ứng Doppler, hướng lan truyền được sử dụng để phát hiện các cấu trúc của đối tượng Biên độ thể hiện mức độ sáng tối của vật thể và được sử dụng như những phần tử giải đoán ảnh cơ bản, mặt phân cực được sử dụng để xác định hình dạng của vật thể - ánh sáng phản xạ trên các bề mặt tương tự nhau sẽ cho các chùm tia có mặt phẳng phân cực giống nhau

Do ảnh hưởng của các vật chất có trong khí quyển như hơi nước, khí CO2

mà độ truyền dẫn của khí quyển bị giảm thiểu ở nhiều bước sóng Tại những vùng

đó bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được bức xạ từ bề mặt Trái Đất - đồng nghĩa với việc bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được thông tin Ở những vùng còn lại trong dải sóng điện từ được sử dụng trong viễn thám bức xạ sẽ đạt tới bộ cảm Những vùng bước sóng đó được gọi là cửa sổ khí quyển, chỉ trong các vùng bước sóng này mà người ta mới thiết kế các băng phổ cho bộ cảm

Hình 2.2 Cửa sổ khí quyển Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ Đặc trưng phổ sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra

đối tượng trên bề mặt đất, nó sẽ cho phép giải thích được mối quan hệ giữa đặc

trưng phổ và sắc, tông mầu trên ảnh tổ hợp mầu để giải đoán đối tượng

Hình 2.3 Dải sóng dùng trong viễn thám

Về nguyên tắc, vệ tinh “nhìn” được tất cả các đối tượng trên bề mặt Trái Đất

bao gồm: đất, nước và thực vật Thông qua đặc điểm về đường cong phản xạ phổ

của các đối tượng người ta thiết kế các thiết bị thu nhận sao cho tại khoảng bước

sóng đó các đối tượng có độ phản xạ phổ là dễ phân biệt nhất và ở những khoảng

nằm trong bước sóng này sự hấp thụ của khí quyển là nhỏ nhất Mỗi loại vệ tinh

được thiết kế để thu nhận ở một số dải phổ nhất định hay còn gọi là các kênh phổ

Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0.3-0.4 m), vùng

ánh sáng nhìn thấy (0.4-0.7 m), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt

Trong tất cả tài liệu cơ sở về viễn thám, theo buớc sóng sử dụng, công nghệ viễn

thám có thể chia làm ba nhóm chính:

1 Viễn thám trong giải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

2 Viễn thám hồng ngoại nhiệt

3 Viễn thám siêu cao tần

Các loại sóng điện từ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Ví dụ

như : Tia Gamma - Y tế và hạt nhân; Vùng nhìn thấy - Cho các phân tích bằng mắt;

Hồng ngoại - Phân biệt thảm thực vật ; Nhiệt - Lửa cháy, nhiệt độ mặt nước; Sóng

ngắn - Mặt đất, mặt nước

Figure Source: http://observe.ivv.nasa.gov/nasa/educat ion/reference/reflect /ir.html