TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất
Biến động là quá trình chuyển đổi liên tục giữa các trạng thái khác nhau của sự vật, diễn ra trong cả môi trường tự nhiên và xã hội.
Phát hiện biến động là quá trình nhận diện sự thay đổi trạng thái của sự vật qua quan sát tại các thời điểm khác nhau Nghiên cứu biến động sử dụng đất có thể áp dụng nhiều phương pháp từ các nguồn tài liệu như số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiểm kê hoặc điều tra, tuy nhiên các phương pháp này thường có độ chính xác thấp, tốn thời gian và chi phí, đồng thời không thể hiện rõ sự chuyển đổi giữa các loại đất và vị trí không gian của sự thay đổi Việc lập bản đồ biến động sử dụng đất từ dữ liệu viễn thám đa thời gian giúp khắc phục những hạn chế này Để quản lý sử dụng đất ở cấp xã, cần sử dụng bản đồ tỷ lệ lớn và chi tiết như 1:2.000, 1:5.000, 1:10.000, trong khi cấp huyện sử dụng bản đồ tỷ lệ lớn và trung bình 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000, và các vùng lớn hơn cần bản đồ tỷ lệ trung bình và nhỏ.
Bản đồ biến động sử dụng đất không chỉ bao gồm các yếu tố cơ bản như bản đồ địa hình, địa vật, giao thông và thủy văn, mà còn thể hiện sự biến động theo thời gian Ưu điểm chính của loại bản đồ này là khả năng minh họa rõ ràng sự biến động không gian và thời gian, cho phép xác định diện tích biến động và loại đất chuyển đổi Bản đồ này có thể kết hợp với nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, phục vụ hiệu quả cho các mục đích quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê và kiểm kê đất đai.
Bản đồ biến động sử dụng đất được xây dựng dựa trên hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu khác nhau Độ chính xác của bản đồ biến động này phụ thuộc vào độ chính xác của các bản đồ hiện trạng ở cả hai thời điểm.
Khái quát về bản đồ hiện trạng sử dụng đất
1.2.1 Khái niệm bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là một loại bản đồ chuyên đề được xây dựng theo đơn vị hành chính và các vùng địa lý tự nhiên, kinh tế, xã hội của cả nước Bản đồ này thể hiện đầy đủ và chính xác thông tin về ranh giới, vị trí, số lượng và diện tích của các loại đất cũng như hình thức sử dụng đất tại một thời điểm nhất định, tuân theo quy định của luật đất đai năm 2013 Nội dung của bản đồ chuyên đề bao gồm hai phần chính: cơ sở địa lý và nội dung chuyên đề.
Nội dung chuyên đề liên quan đến "hiện trạng sử dụng đất" thể hiện rõ ràng ranh giới của các đơn vị sử dụng đất, phân loại các loại hình sử dụng đất, cùng với biểu đồ cơ cấu sử dụng đất.
Theo Quyết định số 22/2007/QĐ – BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường, bản đồ hiện trạng sử dụng đất thể hiện sự phân bố các loại đất theo chỉ tiêu kiểm kê mục đích sử dụng đất tại thời điểm kiểm kê Bản đồ này được lập theo đơn vị hành chính các cấp, vùng địa lý tự nhiên - kinh tế và trên toàn quốc.
1.2.2 Cơ sở toán học của bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Bản đồ nền phải được thành lập theo quy định tại quyết định số 83/2000/QĐ – TTg ngày 12/7/2000 của Thủ tướng Chính phủ, liên quan đến việc sử dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia Việt Nam Ngoài ra, cần tuân thủ quyết định số 05/2007/QĐ-BTNMT ngày 27/2/2007, quy định về việc sử dụng hệ thống tham số chuyển đổi giữa hệ tọa độ quốc tế WGS-84 và hệ tọa độ quốc gia Việt Nam.
Lưới chiếu được thiết lập bằng phép chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 30 độ, sử dụng hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài K0 = 0,9999 Phương pháp này cho phép tạo ra các bản đồ nền cho cấp xã với tỷ lệ từ 1/1.000 đến 1/10.000.
- Kinh tuyến trục: Bản đồ nền các xã đƣợc quy định theo từng tỉnh Đối với tỉnh Bắc Kạn là 106 o 30 ’
Tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất được quy định dựa trên diện tích tự nhiên và các quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường cho các đơn vị hành chính và vùng kinh tế Thông tin chi tiết về tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các cấp được trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất các cấp Đơn vị hành chính Diện tích tự nhiên (ha) Tỷ lệ bản đồ
1.2.3 Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất và các tiêu chuẩn thể hiện trên bản đồ cần dựa vào tỷ lệ bản đồ cụ thể và được phân loại theo các cấp hành chính.
Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp xã
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp xã phản ánh toàn bộ quỹ đất đang được sử dụng trong khu vực hành chính, vì vậy cần đảm bảo thể hiện đầy đủ các thông tin cần thiết về tình hình sử dụng đất.
Ranh giới các khoảnh đất là yếu tố quan trọng trong bản đồ hiện trạng sử dụng đất, được thể hiện bằng các đường viền khép kín Nhiều thửa đất cùng loại nằm cạnh nhau tạo thành khoảnh đất, được thể hiện đúng vị trí, hình dạng và kích thước theo tỷ lệ trên bản đồ Khoảnh đất có diện tích cụ thể, giúp quản lý và quy hoạch đất đai hiệu quả.
≥10mm 2 theo tỷ lệ bản đồ phải thể hiện chính xác trên bản đồ, nếu khoảnh đất
Các khoảnh đất dưới 10mm nhưng có giá trị kinh tế cao và đặc tính riêng có thể được phóng đại tối đa 1,5 lần Mỗi khoảnh đất cần thể hiện rõ các yếu tố như diện tích (làm tròn đến 0,01 ha) và loại đất (thể hiện bằng màu sắc và ký hiệu).
Tất cả ranh giới hành chính ở các cấp phải được thể hiện một cách chính xác trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất Trong trường hợp ranh giới hành chính các cấp trùng nhau, cần ưu tiên thể hiện ranh giới của cấp cao nhất.
- Ranh giới lãnh thổ sử dụng đất nằm trên địa bàn xã, phường, thị trấn (nông trường, lâm trường, nhà máy, xí nghiệp, doanh trại quân đội,…)
- Đường bờ biển (nếu có)
- Mạng lưới thủy văn, thủy lợi (thể hiện hướng nước chảy và tên)
Mạng lưới giao thông vận tải bao gồm các loại đường sắt, quốc lộ, tỉnh lộ, huyện lộ và các tên gọi tương ứng Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cũng thể hiện các đường liên thông, liên xã, đường trong khu dân cư, đường ngoài đồng cùng với các công trình hạ tầng như cầu cống và bến phà.
Dáng đất trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp xã được thể hiện qua các điểm độ cao cho vùng đồng bằng và đường đồng mức cho vùng đồi núi.
Trên bản đồ, hiên trạng sử dụng đất cấp xã cần thể hiện đầy đủ thông tin như tên xã, tên huyện, tên thôn, ấp, bản, cùng với tên các hồ lớn và các dãy núi.
Trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất, cần thể hiện rõ vị trí phân bố của trung tâm xã, phường, thị trấn cùng với các công trình kinh tế, văn hóa và xã hội.
- Các địa vật độc lập đặc trưng như đình, chùa, nhà thờ, bia tưởng niệm, đài phát thanh
Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp huyện
Khái quát về viễn thám
1.3.1 Khái niệm về viễn thám a Khái niệm viễn thám:
Viễn thám (Remote Sensing) là công nghệ xác định thông tin về hình dáng và tính chất của vật thể từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp Nguyên tắc hoạt động của viễn thám dựa trên sự tương tác giữa sóng điện từ và đối tượng cần nghiên cứu Sự nhận biết các đối tượng trên ảnh viễn thám phụ thuộc vào cách mà sóng điện từ tương tác với vật chất.
Hình 1.1: Hệ thống ghi nhận thông tin b Khái niệm bộ cảm:
Bộ viễn cảm, hay còn gọi tắt là bộ cảm, là thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể Ví dụ điển hình của bộ viễn cảm bao gồm máy chụp ảnh và máy quét.
Bộ cảm nhận có chức năng thu nhận năng lượng bức xạ từ các nguồn tự nhiên như mặt trời hoặc từ nguồn nhân tạo như vệ tinh Năng lượng này được chuyển đổi thành tín hiệu số, đại diện cho giá trị pixel tương ứng với từng bước sóng mà bộ cảm nhận ghi nhận.
Phương tiện dùng để mang các bộ cảm gọi là vật mang Vệ tinh, máy bay là những vật mang cơ bản
1.3.2 Phân loại viễn thám a Phân loại theo nguồn tín hiệu:
- Viễn thám chủ động: Nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay
- Viễn thám bị động: Nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên b Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo:
Vệ tinh địa tĩnh là loại vệ tinh có tốc độ quay tương đương với tốc độ quay của Trái Đất, cho phép vệ tinh giữ vị trí cố định so với bề mặt Trái Đất.
Vệ tinh quỹ đạo cực, hay còn gọi là vệ tinh gần cực, có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc hoặc gần vuông góc với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất Tốc độ quay của vệ tinh này khác với tốc độ quay của Trái Đất và được thiết kế để đảm bảo thời gian thu ảnh trên mỗi khu vực đất liền trùng khớp với giờ địa phương, đồng thời thời gian thu lặp lại là cố định cho mỗi vệ tinh, chẳng hạn như vệ tinh Landsat 7.
16 ngày, Spot là 26 ngày…) c Phân loại theo bước sóng:
Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại chủ yếu dựa vào năng lượng từ mặt trời, đóng vai trò là nguồn năng lượng chính Tuy nhiên, công nghệ LiDAR, với việc sử dụng tia laser, là một trường hợp ngoại lệ vì nó áp dụng năng lượng chủ động để thu thập dữ liệu.
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Nguồn năng lƣợng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể phát ra
Viễn thám siêu cao tần sử dụng bức xạ với bước sóng từ một đến vài chục centimet Kỹ thuật Radar là một phần quan trọng của viễn thám siêu cao tần, hoạt động theo cơ chế chủ động Nguồn năng lượng trong phương pháp này được phát ra một cách bị động từ chính các vật thể.
1.3.3 Nguyên lý thu nhận thông tin Viễn Thám
Nguyên lý cơ bản của viễn thám là sự phản xạ và bức xạ của các đối tượng tự nhiên, tương ứng với các giải phổ khác nhau Việc giải đoán các lớp thông tin phụ thuộc vào sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ và bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên.
Hình 1.2: Bức xạ điên từ
Thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên giúp các chuyên gia lựa chọn kênh ảnh tối ưu, cung cấp nhiều thông tin nhất cho nghiên cứu Điều này cũng là nền tảng để phân tích và phân loại các tính chất của đối tượng nghiên cứu.
1.3.4 Đặc tính phản xạ phổ của đối tượng tự nhiên Đặc trƣng phản xạ phổ hay đặc tính phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trường khí quyển, bề mặt đối tƣợng cũng nhƣ bản thân đối tƣợng
Hình 1.3: Đặc trƣng phản xạ phổ của một số đối tượng theo bước sóng a Đặc tính phản xạ phổ thực vật:
Thực vật khỏe mạnh chứa nhiều diệp lục tố, phản xạ ánh sáng với bước sóng từ 0,45-0,67μm, khiến chúng có màu xanh lục Khi diệp lục tố giảm, thực vật chuyển sang phản xạ ánh sáng màu đỏ nhiều hơn, dẫn đến lá cây có màu vàng đỏ hoặc màu đỏ Ở vùng hồng ngoại, thực vật phản xạ mạnh, nhưng khi chuyển sang vùng hồng ngoại nhiệt và vi sóng, khả năng hấp thụ ánh sáng của nước trong lá tăng lên, trong khi khả năng phản xạ giảm rõ rệt.
Hình 1.4: Đặc trƣng phản xạ phổ của thực vật
Khả năng phản xạ phổ của thực vật khác nhau giữa các loại, với đặc điểm chung là sự khác biệt rõ rệt trong vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, diệp lục tố hấp thụ phần lớn năng lượng, trong khi một phần nhỏ thấu qua và còn lại được phản xạ Ở vùng cận hồng ngoại, cấu trúc lá ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng phản xạ, dẫn đến sự gia tăng đáng kể Trong vùng hồng ngoại, hàm lượng nước trong lá là yếu tố quyết định chính, với độ ẩm cao làm tăng tối đa năng lượng hấp thụ, trong khi ảnh hưởng của cấu trúc tế bào lá là không lớn bằng.
Hình 1.5: Đặc trƣng phản xạ phổ của thực vật theo độ ẩm
Khả năng phản xạ của thực vật phụ thuộc vào giống loại, giai đoạn sinh trưởng và trạng thái phát triển của cây Đặc điểm chung của nước là khả năng phản xạ phổ giảm dần theo chiều dài bước sóng.
Hình dưới đây dẫn ra hai đường cong thể hiện khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều dài bước sóng
Hình 1.6: Khả năng hấp thụ và phản xạ của nước
Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi tùy thuộc vào bước sóng bức xạ và thành phần vật chất có trong nước Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào bề mặt và trạng thái của nước Trong dải hồng ngoại và cận hồng ngoại, đường bờ nước dễ dàng nhận diện, trong khi một số đặc tính của nước cần sử dụng dải sóng nhìn thấy để phát hiện.
Mặt nước hấp thụ mạnh năng lượng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại, dẫn đến năng lượng phản xạ rất ít Do khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng dài nhỏ, việc sử dụng các kênh sóng dài giúp đoán đọc thủy văn tại ao hồ Trong khi đó, khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng nhìn thấy lại tương đối phức tạp.
Tổng quan về vệ tinh Landsat
Landsat satellites refer to a system of satellites specifically designed for Earth resource exploration Initially named ERTS (Earth Resource Technology Satellite), these satellites play a crucial role in monitoring and managing natural resources on our planet.
Hệ thống vệ tinh Landsat, với 8 thế hệ từ lần phóng đầu tiên vào ngày 23/07/1972 đến khi ngừng hoạt động vào năm 1978, được coi là hệ thống vệ tinh mang tính chất quốc tế Bài viết này sử dụng các ảnh vệ tinh Landsat 8 để phân tích và nghiên cứu.
2014 để làm tƣ liệu phục vụ nghiên cứu và giải đoán
Vệ tinh Landsat 8, được phóng vào ngày 11/02/2013, là một phần của dự án Landsat Data Continuity Mission (LDCM) do NASA và Cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ hợp tác thực hiện Với khả năng cung cấp ảnh có độ phân giải từ 15 đến 100 mét, Landsat 8 phủ kín các vùng cực và nhiều địa hình khác nhau trên trái đất Nhiệm vụ của vệ tinh này là cung cấp thông tin quan trọng cho các lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên và môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và nông nghiệp.
Hình 1.9: Vệ tinh LDCM (Landsat 8)
Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: Bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI – Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal Infrared Sensor) Những bộ cảm này đƣợc thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài xem chi tiết ở bảng 1.2 Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái đất theo mùa ở độ phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc Dải quét của LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới Kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ và kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tƣợng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề mặt Bộ cảm OLI và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lƣợng tử hóa dữ liệu là 12 bít nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước Ảnh Landsat đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu hiện trạng đến giám sát biến động và đƣợc dùng phổ biến nhất, với giá thành thấp
Bảng 1.2: Đặc trƣng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 (LDCM)
Bước sóng (micrometers) Độ phân giải (meters)
Band 10 – Thermal Infared (TIR) 1 10.3 -11.3 100 Band 11 – Thermal Infared (TIR) 2 11.5 – 12.5 100
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá hiện trạng sử dụng đất qua các năm
- Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất xã Yên Hân, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn năm 2013 và năm 2016
- Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất xã Yên Hân, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn.
Vật liệu nghiên cứu
2.2.1 Ảnh viễn thám Ảnh vệ tinh Landsat 8
Bảng 2.1: Dữ liệu Landsat sử dụng trong đề tài
TT Mã ảnh Ngày chụp Phân giải (m)
Nghiên cứu này sử dụng dữ liệu chính từ ảnh vệ tinh Landsat 8 cùng với các dữ liệu bổ trợ như bản đồ địa chính và tài liệu từ sách, báo cáo, và Internet.
Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu
- Phạm vi về thời gian: Thời gian nghiên cứu bắt đầu từ 13/02/2017 – 13/05/2017
- Phạm vi về không gian: Đề tài đƣợc thực hiện nghiên cứu đối với toàn bộ diện tích đất của xã Yên Hân
- Nghiên cứu toàn bộ hiện trạng sử dụng đất trên địa bàn xã Yên Hân
Nội dung nghiên cứu
1 Tình hình quản lý đất đai và hiện trạng sử dụng đất của xã từ năm
2 Xây dựng khóa giải đoán ảnh để đánh giá hiện trạng sử dụng đất và biến động sử dụng đất của xã giai đoạn 2013 - 2016
3 Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2013 và bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2016
4 Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013-2016.
Phương pháp nghiên cứu
2.5.1 Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu, số liệu
Để tiến hành nghiên cứu, việc thu thập thông tin và số liệu hiện có là rất quan trọng Cần điều tra tình hình cơ bản về các yếu tố tự nhiên và kinh tế - xã hội, cũng như theo dõi những diễn biến thay đổi bề mặt qua các thời điểm khác nhau trong quá trình nghiên cứu.
Thu thập các loại bản đồ: Bản đồ địa chính
- Điều tra thu thập số liệu mới:
Cần thu thập số liệu mới nhất về quản lý đất đai tại xã, cùng với các văn bản liên quan đến tình hình sử dụng đất và phương hướng nhiệm vụ sử dụng đất trong những năm tới.
Khảo sát lấy mẫu ngoài thực địa là quá trình quan trọng để thu thập thông tin về các loại hình đất trong khu vực nghiên cứu Việc này bao gồm việc xác định các khu vực trên ảnh và so sánh chúng với thực địa để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu.
2.5.2 Phương pháp xử lý tư liệu viễn thám
Phần mềm ArcGIS được sử dụng để nắn ảnh và phân loại ảnh vệ tinh Landsat, với các bức ảnh được hiệu chỉnh phổ và nắn chỉnh hình học theo hệ tọa độ VN2000, dựa trên các điểm khống chế đo bằng GPS.
Trong nghiên cứu này, phần mềm ArcGIS đã được sử dụng để xử lý và phân loại ảnh, áp dụng phương pháp phân loại có kiểm định dựa trên thuật toán xác suất cực đại (Maximum Likelihood).
- Giải đoán ảnh vệ tinh:
Dựa trên dữ liệu thu thập và quá trình khảo sát thực địa, chúng tôi đã tiến hành giải đoán ảnh vệ tinh trong phòng để xác định và lựa chọn các mẫu, từ đó xây dựng tệp dữ liệu mẫu phục vụ cho quá trình phân loại ảnh hiệu quả.
- Đánh giá độ chính xác bản đồ sau giải đoán:
Phương pháp đánh giá độ chính xác của bản đồ sản phẩm sau khi giải đoán ảnh vệ tinh đa thời gian là kiểm tra đối soát ngoài thực địa với các loại hình sử dụng đất Bản đồ thu được phản ánh trung thực bề mặt trái đất tại thời điểm chụp Quá trình này thường được thực hiện với sự hỗ trợ của cán bộ địa phương và GPS cầm tay, nhằm đánh giá độ chính xác của các điểm đại diện cho bản đồ, từ đó xác định độ chính xác toàn bộ bản đồ.
- Xử lý ảnh sau giải đoán: Ảnh sau xử lý đƣợc biên tập lại trên phần mềm của Arcgis thu đƣợc bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Sử dụng chức năng phân tích không gian của ArcGIS để chồng ghép bản đồ hiện trạng sử dụng đất nhằm tạo ra bản đồ biến động sử dụng đất, kết hợp với khả năng xử lý dữ liệu của Excel để xác định sự thay đổi trong quá trình sử dụng đất.
2.5.3 Phương pháp xử lý và phân tích số liệu
- Hiệu chỉnh sai số do khí quyển gây ra
+ Cắt ảnh theo vùng nghiên cứu
+ Giải đoán ảnh vệ tinh
+ Xây dựng tệp dữ liệu mẫu
+ Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại
Phương pháp này tổng hợp và thống kê dữ liệu từ kết quả điều tra và nghiên cứu bằng phần mềm Excel Dựa trên các số liệu tính toán từ ArcGis, dữ liệu được chuyển sang Excel để thống kê diện tích các loại đất dưới dạng bảng và biểu đồ.
Để xây dựng bảng phân loại lớp phủ thực vật và giải đoán ảnh vệ tinh, cần tham khảo ý kiến từ các chuyên gia đầu ngành và các cơ quan nghiên cứu Đồng thời, việc xin ý kiến từ các thầy cô giáo hướng dẫn và những người đã thực hiện các đề tài tương tự sẽ giúp xác định hướng thực hiện cho đề tài nghiên cứu.
2.5.6 Phương pháp minh họa trên bản đồ, biểu đồ Đây là phương pháp nhằm thể hiện các thông tin, số liệu điều tra được trong quá trình nghiên cứu trên những biểu đồ, bản đồ thích hợp
Phương pháp sử dụng phần mềm ArcGis để phân tích và xử lý số liệu dựa trên giải đoán ảnh cho phép hoàn thiện bản đồ hiện trạng ở hai thời kỳ Bằng cách chồng ghép bản đồ và xác định các biến động đất đai, phần mềm ArcGis 10.1 hỗ trợ hiệu quả trong việc quản lý và phân tích dữ liệu GIS sẵn có.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của xã Yên Hân
Xã Yên Hân nằm ở phía Đông của huyện Chợ Mới, theo số liệu kiểm kê 2016 thì diện tích tự nhiên của xã là 2.658,56 ha
- Phía Bắc giáp xã Nông Hạ và xã Yên Cƣ
- Phía Nam giáp tỉnh Thái Nguyên
- Phía Đông giáp xã Yên Cƣ và tỉnh Thái Nguyên
- Phía Tây giáp xã Nông Hạ và xã Bình Văn
3.1.2 Điều kiện tự nhiên a Địa hình, địa mạo
Xã Yên Hân là một xã có vùng đồi núi cao và độ dốc lớn, độ cao trung bình từ 400 – 700 m
Hệ thống giao thông liên xã, liên huyện gặp nhiều khó khăn do địa hình không bằng phẳng, chủ yếu là núi cao Trung tâm xã có những thung lũng rộng với diện tích đất sản xuất nông nghiệp lên đến hàng trăm ha Khu vực này có độ cao từ 700 đến 950 m, chủ yếu là đất rừng phòng hộ, xen kẽ với một số ít đất nông nghiệp và đất ở nông thôn.
Theo trung tâm dự báo khí tượng thủy văn tỉnh Bắc Kạn, xã Yên Hân có khí hậu đặc trưng của vùng núi phía Bắc, với những đặc điểm khí hậu miền núi cao.
Việt Nam có hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 với thời tiết nắng nóng và mưa nhiều, trong khi mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, mang đến thời tiết hanh khô, lạnh và ít mưa Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 1.369 mm, nhiệt độ trung bình là 22,8 độ C, và độ ẩm trung bình dao động từ 82% đến 84%.
Hệ thống mương thủy lợi và đập của xã đã được xây dựng và nâng cấp kịp thời, giúp đáp ứng nhu cầu cấp thoát nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt Tuy nhiên, tình trạng thiếu nước vẫn diễn ra trong mùa khô.
3.1.3 Điều kiện kinh tế - xã hội a Thực trạng phát triển kinh tế xã hội
Theo thống kê gần đây, quá trình phát triển sản xuất nông nghiệp đã có sự chuyển biến rõ rệt về năng suất, diện tích và sản lượng Các sản phẩm hàng hóa chính bao gồm lúa, ngô, đỗ tương, lạc, thuốc lá và chè đều cho thấy sự tăng trưởng đáng kể.
Tốc độ tăng trưởng kinh tế tại xã Yên Hân chưa bền vững và ổn định, với sản xuất nông nghiệp bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tự nhiên như thời tiết khắc nghiệt và dịch bệnh Đầu tư của Nhà nước thông qua các chương trình và dự án vẫn chưa đồng bộ và còn hạn chế Dù vậy, Đảng bộ và chính quyền nhân dân xã Yên Hân đã vượt qua nhiều khó khăn, thử thách, không ngừng phấn đấu và đạt được nhiều thành tựu quan trọng trong phát triển kinh tế và xã hội.
Trong những năm gần đây, nhờ sự quan tâm của nhà nước, người dân trong xã đã có điều kiện ổn định sản xuất Chương trình kế hoạch hóa gia đình được tuyên truyền hiệu quả, góp phần làm giảm tỷ lệ tăng dân số trong xã.
- Trong xã hiện có 433 hộ với 1533 nhân khẩu, lao động chủ yếu là nông nghiệp, nguồn thu nhập chính của người dân là làm ruộng
Thành phần dân tộc tại khu vực này chủ yếu bao gồm các nhóm như Tày, Kinh, và Dao, trong đó dân tộc Tày chiếm ưu thế Nền kinh tế chủ yếu dựa vào sản xuất nông nghiệp, với tập quán độc canh cây lúa và ngô là phổ biến.
Trình độ dân trí trong xã hiện nay còn thấp, nhưng người dân đã có ý thức về pháp luật và áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất và đời sống Gần đây, xuất hiện những nhân tố mới dám đầu tư vào thâm canh sản xuất và chuyển hướng sang sản xuất hàng hóa, tuy nhiên, những nỗ lực này vẫn còn ở mức độ nhỏ và chưa hình thành hệ thống phong trào rộng rãi.
Xã Yên Hân, thuộc huyện Chợ Mới, là một vùng sâu xa đang được Nhà nước và UBND huyện Chợ Mới chú trọng đầu tư vào cơ sở hạ tầng Sự quan tâm này đã góp phần nâng cao đời sống văn hóa tinh thần của người dân trong xã.
Hệ thống điện lưới quốc gia đã được triển khai đến 9/10 thôn trong xã, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của các hộ gia đình và cá nhân.
Hệ thống giao thông trong xã và các thôn xóm đã được đầu tư mở rộng, nhưng vẫn còn một số con đường nhỏ hẹp và chất lượng thấp cần được nâng cấp Việc cải tạo những tuyến đường này là cần thiết để hỗ trợ quá trình phát triển kinh tế - xã hội của địa phương trong thời gian tới.
Trên địa bàn xã, có Trường Mầm Non, Trường Tiểu Học và Trường THPT, đáp ứng nhu cầu học tập cho con em trong xã cũng như các xã lân cận.
- Về Trạm y tế: Xã đã có trạm Y tế phục vụ cho nhu cầu khám chữa bệnh cho bà con nhân dân trong xã
Hệ thống thuỷ lợi tại xã đảm bảo cung cấp nước cho các ruộng lúa, tuy nhiên chất lượng các công trình còn thấp và dễ bị hư hại do lũ lụt vào mùa mưa.
Xã Bưu điện và nhà văn hóa 10 thôn có nhiều công trình văn hóa, nhưng chất lượng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu hoạt động văn hóa xã hội của cán bộ và nhân dân.
Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh viễn thám
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ ảnh vệ tinh landsat 8
Kết quả xử lý ảnh
3.3.1 Nguồn dữ liệu thu thập
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng dữ liệu ảnh từ Landsat 8 với độ phân giải 30x30 mét, thu thập từ trang web Earth Explorer Dữ liệu bao gồm các bức ảnh được ghi lại vào năm 2013 và 2016.
Ngoài các dữ liệu chính, bài viết còn đề cập đến bản đồ địa chính và các số liệu từ bảng biểu thu thập tại văn phòng đăng ký quyền sử dụng đất huyện Chợ Mới, cùng với hình ảnh vệ tinh để hỗ trợ thông tin.
Xây dựng khóa giải đoán ảnh
Giải đoán ảnh vệ tinh Đánh giá độ chính xác bản đồ
Bản đồ hiện trạng đất 2 thời kỳ
Bản đồ biến động sử dụng đất
Số liệu thực địa Dữ liệu mặt đất, bản đồ
Kiểm tra, đối soát ngoài thực địa So sánh với số liệu thống kê
Hoàn thiện khóa giải đoán
Hình 3.1: Ảnh chụp tại thời điểm
Hình 3.2: Ảnh chụp tại thời điểm
Khu vực nghiên cứu nằm ở vị trí mây mù che phủ không đáng kể cho nên ta vẫn có thể sử dụng ảnh này để giải đoán
3.3.2 Hiệu chỉnh sai số do khí quyển gây ra
Chất lượng ảnh thu được từ vệ tinh có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như bộ cảm biến, địa hình, góc chiếu của mặt trời và khí quyển Để đảm bảo độ chính xác của các giá trị năng lượng bức xạ và phản xạ của vật thể, việc hiệu chỉnh bức xạ là cần thiết nhằm loại bỏ các nhiễu trước khi sử dụng ảnh vệ tinh.
Hình 3.3: Ảnh khu vực xã Yên Hân năm 2013 trước và sau hiệu chỉnh bức xạ
Hình 3.4: Ảnh khu vực xã Yên Hân năm 2016 trước và sau hiệu chỉnh bức xạ
3.3.3 Xử lý dữ liệu ảnh Đề tài tiến hành thu thập và lựa chọn ảnh viễn thám Landsat cho khu vực nghiên cứu
Gom nhóm kênh ảnh là cần thiết để giải đoán ảnh, vì dữ liệu thu nhận được bao gồm các kênh phổ riêng lẻ Để thực hiện việc này, tôi đã áp dụng phương pháp tổ hợp màu nông nghiệp (652) để kết hợp các kênh ảnh.
Hình 3.5: Ảnh tổ hợp màu 6-5-2 năm 2013 và năm 2016
Sử dụng phần mềm ArcGis, chúng tôi cắt ảnh và tạo ra ranh giới xã Yên Hân dựa trên bản đồ thu thập được Kết hợp ranh giới xã vừa tạo với ảnh phân loại của năm 2013 và 2016, chúng tôi đã lọc loại nhiễu bằng phần mềm ArcGis 10.1 và tiến hành cắt chọn xã Yên Hân theo ranh giới trong hai năm này.
Hình 3.6: Cắt ảnh khu vực nghiên cứu năm 2013 và năm 2016
3.3.4 Giải đoán ảnh vệ tinh Để dữ liệu mang tính chủ quan và chính xác hơn, đề tài dùng phương pháp phân loại có kiểm định các đối tượng Phương pháp được tiến hành theo các bước:
Việc lựa chọn vùng mẫu đóng vai trò quan trọng trong kết quả phân loại Để đảm bảo độ chính xác, cần chú ý đến các yêu cầu nhất định khi chọn vùng mẫu.
- Số lƣợng các vùng lấy mẫu của mỗi loại đối tƣợng cần phải phù hợp
Số lượng vùng mẫu quá ít sẽ không đảm bảo độ chính xác của kết quả, trong khi nếu số lượng quá nhiều có thể làm tăng khối lượng tính toán và gây nhiễu cho kết quả.
- Diện tích các vùng lấy mẫu đủ lớn, đồng thời các vùng mẫu không đƣợc nằm gần ranh giới giữa các lớp đối tƣợng với nhau
- Vùng mẫu đƣợc chọn phải đặc trƣng cho đối tƣợng phân loại và phân bố đều trên khu vực nghiên cứu
Dựa vào số liệu điều tra thực địa và bản đồ hiện trạng sử dụng đất, chúng tôi tiến hành chọn mẫu phân loại bằng cách khoanh vẽ trực tiếp trên ảnh cần phân loại.
Dựa trên điều tra thực địa và phân tích tài liệu ảnh vệ tinh cùng bản đồ hiện trạng sử dụng đất, chúng tôi đã xây dựng khóa giải đoán ảnh vệ tinh cho ba loại hình sử dụng đất cơ bản.
Bảng 3.1: Mẫu giải đoán ảnh vệ tinh
Loại đất Ảnh năm 2016 Ảnh năm 2013 Đất nông nghiệp Đất phi nông nghiệp Đất chƣa sử dụng
Bước 2: Phân loại các đối tượng theo phương pháp xác suất cực đại
Định nghĩa các lớp phân loại từ tài liệu ảnh bao gồm ba loại chính: đất nông nghiệp, đất phi nông nghiệp và đất chưa sử dụng.
Việc lựa chọn các đặc tính về phổ và cấu trúc là rất quan trọng trong việc phân loại các đối tượng, giúp tách biệt các lớp đối tượng với nhau Để đảm bảo tính chính xác và chủ quan trong phân loại, nghiên cứu áp dụng thuật toán xác suất cực đại (Maximum Likelihood), một phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác, thường được sử dụng trong xử lý ảnh viễn thám cho các khu vực có thảm thực vật không đồng nhất Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là tính xác suất mỗi pixel thuộc về một lớp nhất định và gán nó vào lớp có xác suất cao nhất Kết quả phân loại ảnh được thể hiện qua các hình ảnh minh họa.
Hình 3.7: Kết quả phân loại ảnh năm 2013
Hình 3.8: Kết quả phân loại ảnh năm 2016
Bước 3: Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại
Độ chính xác phân loại là tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng ảnh vệ tinh đã được giải đoán, đồng thời giúp so sánh độ tin cậy của các kết quả đạt được từ các phương pháp phân loại ảnh viễn thám khác nhau.
Chỉ số Kappa (K) là một công cụ quan trọng để thống kê, kiểm tra và đánh giá sự phù hợp giữa các nguồn dữ liệu khác nhau hoặc khi áp dụng các thuật toán khác nhau Cách xác định chỉ số Kappa được thể hiện qua một công thức cụ thể.
T – Độ chính xác toàn cục cho bởi ma trận sai số
E là đại lượng thể hiện mong muốn phân loại chính xác, cho phép dự đoán khả năng phân loại trong quá trình thực tế.
Khi K = 1, độ chính xác phân loại là tuyệt đối
Ma trận sai số thể hiện trong bảng 3.2:
Bảng 3.2: Đánh giá độ chính xác theo ma trận năm 2016 Đánh giá Đất NN Đất PNN Đất CSD Tổng Tỷ lệ Đất NN 11 1 0 12 0.4 Đất PNN 1 12 0 13 0.43 Đất CSD 0 1 4 5 0.17
(Nguồn: Kết quả đánh giá bằng phần mềm Arcgis)
Như vậy độ chính xác chúng ta đạt đươc là 84% Độ chính xác này đƣợc đánh giá ở mức độ tốt
Thành lập bản đồ biến động đất giai đoạn 2013 – 2016
Sau khi biên tập đƣợc 2 bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2013 và năm
2016, bằng phần mềm của hệ thống thông tin địa lý ArcGis 10.1 để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất
Quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 - 2016 được thực hiện thông qua việc sử dụng công cụ Overlay trong Analysis Tools để tính toán các số liệu thống kê liên quan đến biến động đất sử dụng đất.
Biên tập bản đồ biến động sử dụng đất:
Sử dụng các công cụ biên tập trên ArcGIS 10.1, chúng tôi đã tạo ra bản đồ biến động sử dụng đất tại hai thời điểm là năm 2013 và 2016 Qua quá trình trải màu và biên tập thông tin bổ trợ, bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 – 2016 đã được hoàn thiện.
Kết quả thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 -
2016 tại xã Yên Hân – huyện Chợ Mới – tỉnh Bắc Kạn
Bản đồ hiện trạng năm 2013
Bản đồ hiện trạng năm 2016
Bản đồ biến động năm 2013-2016 Ảnh phân loại 2013 Ảnh phân loại 2016
Hình 3.11: Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 – 2016
Dựa vào số liệu thống kê, tính toán đƣợc trên phần mềm ArcGis 10.1 và phần mềm Excel, sự biến động sử dụng đất đƣợc nêu trong Bảng 3.5
Biểu đồ 3.3: Diện tích các loại đất xã Yên Hân giai đoạn 2013 - 2016
Bảng 3.5: Sự biến động sử dụng đất
Mã Biến động Diện tích
11 Đất nông nghiệp – Đất nông nghiệp 2317.5 85.31
12 Đất nông nghiệp – Đất phi nông nghiệp 88.56 3.26
13 Đất nông nghiệp – Đất chƣa sử dụng 33.66 1.24
21 Đất phi nông nghiệp – Đất nông nghiệp 61.11 2.25
22 Đất phi nông nghiệp – Đất phi nông nghiệp 80.1 2.95
23 Đất phi nông nghiệp – Đất chƣa sử dụng 5.67 0.21
31 Đất chƣa sử dụng - Đất nông nghiệp 110.07 4.05
32 Đất chƣa sử dụng - Đất phi nông nghiệp 6.57 0.24
33 Đất chƣa sử dụng - Đất chƣa sử dụng 13.23 0.49
Từ kết quả tính toán diện tích biến động sử dụng đất, thành lập đƣợc ma trận biến động sử dụng đất Kết quả ma trận đƣợc nêu ở Bảng 3.6
2013 2016 Đất nông nghiệp Đất phi nông nghiệp Đất chưa sử dụng
Bảng 3.6: Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 – 2016
2013 Đất nông nghiệp Đất phi nông nghiệp Đất chƣa sử dụng Đất nông nghiệp 2317.5 88.56 33.66 Đất phi nông nghiệp 61.11 80.1 5.67 Đất chƣa sử dụng 110.07 6.57 13.23
Từ bảng 3.6, lập đƣợc biểu đồ thể hiện sự biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 – 2016 tại xã Yên Hân, Chợ Mới, Bắc Kạn (biểu đồ 3.4)
Biểu đồ 3.4: Sự biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 – 2016
Giai đoạn từ năm 2013 đến năm 2016, diện tích đất đã có sự thay đổi rõ rệt, như thể hiện qua bảng đánh giá biến động và biểu đồ đánh giá biến động sử dụng đất.
Sau 3 năm, tổng diện tích đất nông nghiệp đã tăng từ 2439,72 ha lên 2488,68 ha, trong khi đất phi nông nghiệp cũng tăng từ 146,88 ha lên 175,23 ha Đồng thời, diện tích đất chưa sử dụng giảm đáng kể từ 129,87 ha xuống còn 52,56 ha.
Diện tích đất nông nghiệp đã có sự biến động lớn, chủ yếu chuyển từ đất chưa sử dụng với tổng diện tích biến động lên tới 110.07 ha, chiếm 4.05% tổng tỷ lệ biến động.
Diện tích đất chưa sử dụng chuyển đổi sang đất phi nông nghiệp có tỷ lệ biến động nhỏ, chỉ 0.24% Trong bối cảnh đất nông nghiệp và đất phi nông nghiệp, sự biến động này cho thấy sự phát triển hạn chế trong việc sử dụng hiệu quả các loại đất.
- Biến động từ đất nông nghiệp thành đất phi nông nghiệp và đất nông nghiệp thành đất chƣa sử dụng có diện tích lần lƣợt là 88.56 ha (3.26%) và 33.66 ha (1.24%)
Diện tích chuyển đổi từ đất phi nông nghiệp sang đất nông nghiệp và từ đất phi nông nghiệp sang đất chưa sử dụng lần lượt đạt 61.11 ha (2.25%) và 5.67 ha (0.21%).
Xã Yên Hân đã nỗ lực đáng kể trong việc chuyển đổi đất chưa sử dụng thành đất nông nghiệp, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên đất và tránh lãng phí những khu vực chưa xác định mục đích sử dụng.
Trong vòng 3 năm qua, xã Yên Hân đã chứng kiến một số biến động trong việc sử dụng đất, mặc dù không đáng kể Sự gia tăng diện tích một số loại đất đi kèm với sự giảm diện tích của những loại đất khác, phản ánh sự thay đổi trong mục đích sử dụng của con người Những chuyển đổi này nhằm đáp ứng sự phát triển tích cực, tạo ra sự hài hòa và hợp lý trong việc quản lý và sử dụng đất.