Nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám MODIS TERRA AQUA để theo dõi và quản lý mùa vụ trồng lúa tại tỉnh thừa thiên huế

Sử dụng các dải phổ đặc biệt khác nhau để quan trắc các đối tượng ghi nhậnđối tượng, nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục đích, trong đó có nghiên cứu về khí

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa học và đề tài nghiên cứu tôi đã nhận được sự quan tâm,giúp đỡ nhiệt tình, quý báu của quý Thầy, Cô trong Ban Giám hiệu Nhà trường, Khoa Tài nguyên đất và Môi trường Nông nghiệp, Phòng Đào tạo Sau đại học –Trường Đại học Nông lâm Huế Xin gửi tới quý Thầy, Cô lòng biết ơn chân thành

và tình cảm quý mến nhất

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Huỳnh Văn Chương, ngườihướng dẫn khoa học, Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thựchiện và hoàn thiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo: Sở Tài nguyên và Môi trườngtỉnh Thừa Thiên Huế, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Thừa ThiênHuế, Trung tâm kỹ thuật địa chính tỉnh Thừa Thiên Huế, đã giúp đỡ tận tình, tạođiều kiện để tôi hoàn thiện đề tài này

Tôi xin cảm ơn tới gia đình, những người thân, bạn bè và đồng nghiệp đãgóp ý, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Thừa Thiên Huế, ngày 25 tháng 6 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Thanh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các số liệutrong vùng nghiên cứu của luận văn là trung thực, đầy đủ và chưa được sử dụng để bảo

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đề tài 1

II Mục tiêu chung của đề tài 1

III Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1

IV Những điểm mới của đề tài 2

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu 3

1.1.1 Tổng quan về viễn thám 3

1.1.1.1 Định nghĩa về viễn thám 3

1.1.1.2 Ưu điểm của công nghệ viễn thám 3

1.1.1.3 Giới thiệu khái quát về ảnh vệ tinh MODIS 4

1.1.1.4 Giới thiệu về phần mềm xử lý ảnh ENVI 9

1.1.1.5 Tổng quan về phần mềm ENVI 10

1.1.1.6 Các chức năng cơ bản của phần mềm ENVI 10

1.1.2 Khái niệm và phân loại đất trồng lúa 17

1.1.2.1 Khái niệm đất trồng lúa 17

1.1.2.2 Phân loại đất trồng lúa 17

1.1.2.3 Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa 18

1.2 Cơ sở thực tiễn của các vấn đề nghiên cứu 23

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài 23

1.2.2 Các nghiên cứu trong nước 26

1.3 Các công trình liên quan đến đề tài 27

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Mục tiêu cụ thể 30

2.2 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu 30

2.3 Nội dung nghiên cứu và các kết quả đạt được 30

2.4 Phương pháp nghiên cứu 30

2.4.1 Phương pháp thống kê 30

2.4.2 Phương pháp chuyên gia, chuyên khảo 31

2.4.3 Phương pháp thu thập thông tin, số liệu 31

2.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 31

2.4.5 Phương pháp xử lý ảnh bằng công nghệ số 31

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội tỉnh Thừa Thiên Huế 34

3.1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 34

3.1.2 Đặc điểm kinh tế, xã hội 40

3.1.3 Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội 41

3.2 Tình hình sử dụng đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế 42

3.2.1 Tình hình chung 42

3.2.2 Kết quả sản xuất lúa năm 2013 43

3.2.3 Công tác chỉ đạo 43

3.2.4 Lịch thời vụ gieo cấy các giống lúa trong vụ Hè thu 2014 và Đông Xuân 2014 - 2015 trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế 47

3.3 Kết quả thực hiện quy trình phân tích ảnh viễn thám MODIS TERRA/AQUA 48

3.3.1 Mở ảnh trên phần mềm ENVI 48

3.3.2 Cắt ảnh 51

3.3.3 Nắn chỉnh ảnh 51

3.3.4 Che ảnh 51

3.3.5 Chuyển ảnh về hệ tọa độ UTM WGS 84 52

3.3.6 Phân loại chỉ số NDVI trên phần mềm ENVI 4.7 53

3.3.7 Chuyển dữ liệu từ định dạng raster sang vector 56

3.3.8 Biên tập bản đồ ảnh vệ tinh trên ENVI – Quick Map 58

3.3.9 Mở ảnh viễn thám trên phần mềm Arc Map 58

3.4 Xác định mối quan hệ giữa NDVI với sự phát triển của cây lúa 60

3.4.1 Tạo chuỗi NDVI đa thời gian 60

3.4.2 Kết quả tính toán chỉ số NDVI tương ứng với sự phát triển của cây lúa 63

3.5 Kết quả theo dõi diễn biến công tác xuống giống và thu hoạch cây lúa 68

3.5.1 Kết quả theo dõi tiến độ xuống giống cây lúa vụ Hè Thu 2014 và vụ Đông xuân 2015 68 3.5.2 Kết quả theo dõi tiến độ thu hoạch cây lúa vụ Hè Thu 2014 và vụ Đông xuân 2015 71 3.6 Những ưu điểm và tồn tại của ứng dụng 73

2.6.1 Ưu điểm 73

3.6.2 Nhược điểm 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

Kết luận 75

Kiến nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU – CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BDKH Biến đổi khí hậuCHDCND Cộng hòa dân chủ nhân dânDVI Difference Vegetation Index

SAVI Soil Adjusted Vegetation IndexTSAVI Transformed Soil Adjusted Vegetation IndexVCI Vegetation condition index

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS 5

Bảng 1.2 Các ứng dụng của các band phổ của ảnh MODIS 5

Bảng 1.3 Các phương pháp tính toán chỉ số thực vật [11] 8

Bảng 2.1 Công thức tính chỉ số khác biệt thực vật [11] 33

Bảng 3.1 Hiện trạng sử dụng một số loại đất nông nghiệp năm 2010 38

Bảng 3.2 Hiện trạng sử dụng một số loại đất phi nông nghiệp năm 2010 [6] 39

Bảng 3.3 Kết quả sản xuất lúa năm 2013 trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế 43

Bảng 3.4 Thời vụ gieo cấy các giống lúa vụ Hè thu 2014 [13] 47

Bảng 3.5 Thời vụ gieo cấy các giống lúa vụ Đông xuân 2014 – 2015 [14] 47

Bảng 3.6 Các kênh phổ của đầu đo MODIS được sử dụng trong việc tính toán chỉ số NDVI 48 Bảng 3.7 Chỉ số NDVI của các ảnh trong hai vụ hè thu 2014 và đông xuân 2015 tỉnh Thừa Thiên Huế 62

Bảng 3.8 Kết quả khảo sát thực địa và giám sát chỉ số thực vật NDVI vụ Hè thu 2014 63 Bảng 3.9 Kết quả khảo sát thực địa và giám sát chỉ số thực vật NDVI vụ Đông xuân 2015 64 Bảng 3.10 Tiêu chuẩn để phân loại sử dụng đất 66

Bảng 3.11 Chỉ số thực vật NDVI tương ứng với sự phát triển của cây lúa 67

Bảng 3.12 Kết quả giải đoán diện tích xuống giống lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế ngày 17/05/2014 70

Bảng 3.13 Kết quả giải đoán diện tích xuống giống lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế ngày 09/01/2015 70

Bảng 3.14 Kết quả giải đoán diện tích thu hoạch lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế ngày 21/08/2014 73

Bảng 3.15 Kết quả giải đoán diện tích thu hoạch lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế ngày 17/05/2015 73

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô phỏng chỉ số NDVI

Hình 1.3 Các kiểu sinh trưởng khác nhau của cây lúa

Hình 1.4 Sự tích lũy carbohydrate trong các bộ phận khác nhau qua các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa

Hình 1.5 Sự phát triển của hạt lúa qua các giai đoạn sau khi trổ

Hình 1.6 So sánh 3 giai đoạn sinh trưởng của cây lúa có thời gian sinh trưởng khác nhau 22

Hình 1.7 Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng sông Hồng

Hình 1.8 Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng Sông Cửu Long

Hình 3.1 Sơ đồ vị trí địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế

Hình 3.2 Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất tỉnh thừa thiên Huế năm 2010

Hình 3.3 Cách hiển thị ảnh MODIS bằng phần mềm ENVI và các thông tin ảnh

Hình 3.4 Ảnh EVI trên phần mềm ENVI 4.7

Hình 3.5 Ảnh NDVI mở trên phần mềm ENVI 4.7

Hình 3.6 Ảnh tổ hợp màu theo thứ tự các band NIR-Blue-Red mở trên phần mềm ENVI 4.7

Hình 3.7 Ảnh MODIS khu vực Thừa Thiên Huế trước và sau khi cắt

Hình 3.8 Khu vực tỉnh Thừa Thiên Huế sau khi cắt ảnh

Hình 3.9 Hộp thoại Convert Map Projection Parameter

Hình 3.10 Ảnh Modis tỉnh Thừa Thiên Huế trước và sau khi chuyển đổi hệ tọa độ

Hình 3.11 Phân loại chỉ số NDVI thành các lớp

Hình 3.12 Bản đồ thể hiện chỉ số thực vật ngày 17/05/2014

Hình 3.13 Bản đồ thể hiện chỉ số thực vật ngày ngày 21/8/2014

Hình 3.14 Bản đồ thể hiện chỉ số thực vật ngày ngày 09/01/2015

Hình 3.15 Bản đồ thể hiện chỉ số thực vật ngày ngày 17/05/2015

Hình 3.16 Chuyển đổi dữ liệu từ định dạng raster sang vector

Hình 3.17 Các hộp thoại trong bước chuyển đổi định dạng dữ liệu

Hình 3.18 Các lựa chọn trình bày bản đồ

Hình 3.19 Hộp thoại cài đặt hệ tọa độ

Hình 3.20 Cách tạo chuỗi ảnh NDVI đa thời gian

Hình 3.21 Kết quả tạo chuỗi ảnh NDVI 61

Hình 3.22 Ảnh tổ hợp tháng 5 được cắt theo vùng đất trồng lúa và load theo thứ tự band

1, 2, 3 trong ENVI 61Hình 3.23 Bản đồ các điểm khảo sát thực địa 65

Hình 3.24 Chỉ số biến động NDIV qua từng ảnh của điểm khảo sát 66

Hình 3.25 Sự phát của cây lúa qua các tháng trong vụ Hè Thu năm 2014 và vụ Đông

Xuân 2014 - 2015 67Hình 3.26 Bản đồ thể hiện diện tích xuống giống tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Hè Thu

2014 ngày 17/05/2015 68Hình 3.27 Bản đồ thể hiện diện tích xuống giống tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Đông Xuân

2014 – 2015 ngày 09/01/2015 69Hình 3.28 Bản đồ thể hiện diện tích thu hoạch tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Hè Thu 2014

ngày 21/08/2014 71Hình 3.29 Bản đồ thể hiện diện tích thu hoạch tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Đông Xuân

2014 – 2015 ngày 17/05/2015 72

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam từ trước đến nay vẫn là một nước nông nghiệp Nông nghiệp, nôngthôn, nông dân Việt Nam đã, đang có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế của đất

nước Từ một nền kinh tế nông nghiệp tập trung mang nặng tính bao cấp chuyển sang

nền kinh tế thị trường, nước ta đang phải đối mặt với hàng loạt các vấn đề kinh tế, xã

hội, cũng như môi trường Để đạt được mục tiêu phát triển bền vững, Việt Nam cần

phải nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp, trong đó có sản xuất lúa, từ cơ sở đó

nâng cao thu nhập cho người dân [16]

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật thế giới nóichung và công nghệ viễn thám nói riêng đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều

ngành và nhiều lĩnh vực khác nhau Đặc biệt, ảnh viễn thám MODIS là ảnh được cung cấp

từ cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ (NASA) Ảnh có độ phủ rộng và độ phân

giải thời gian cao đã và đang được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới

Thừa Thiên Huế với tổng diện tích canh tác hơn 27000 ha [20], là một trongnhững tỉnh có vựa lúa lớn của miền Trung Việt Nam Do đó việc sản xuất lúa của tỉnh

có ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất hàng hóa cũng như xuất khẩu của địa phương nói

riêng và cả nước nói chung Cho đến nay, công tác điều tra thống kê và thành lập bản

đồ hiện trạng cũng như theo dõi tiến độ xuống giống và thu hoạch chủ yếu vẫn dựa

trên công tác điều tra, khảo sát thực địa, báo cáo Điều này không đảm bảo độ chính

xác và đòi hỏi tốn nhiều thời gian, kinh phí, cũng như không đáp ứng kịp thời nhu cầu

để đưa ra quyết định, hoạch định chính sách không đánh giá được hiện trạng thay đổi,

cơ cấu mùa vụ và sản lượng lương thực được sản xuất

Xuất phát từ vấn đề trên, được sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS.TS Huỳnh Văn

Chương, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám MODIS

TERRA/AQUA để theo dõi và quản lý mùa vụ trồng lúa tại tỉnh Thừa Thiên

Huế.” II Mục tiêu chung của đề tài

Nghiên cứu sử ảnh Viễn thám MODIS TERRA/AQUA để theo dõi tiến độxuống giống và thu hoạch lúa phục vụ cho quản lý điều hành mùa vụ của ngành nông

nghiệp tỉnh Thừa Thiên Huế

BI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1) Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cung cấp cơ sở khoahọc và lý luận về việc quản lý, sử dụng ảnh viễn thám trong quản lý theo dõi xuống giống

và thu hoạch lúa Từ đó là tài liệu tham khảo để đề ra các chủ trương, chính sách và các

giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả việc khai thác các công nghệ vệ tinh

2) Ý nghĩa thực tiễn: Tạo ra công cụ theo dõi, giám sát giúp cho các nhà quản lý

có thể đưa ra các quyết định, kế hoạch tại tỉnh Thừa Thiên Huế

IV Những điểm mới của đề tài

Đề tài là nghiên cứu đầu tiên về ứng dụng viễn thám và GIS vào việc quản lý xuống giống, thu hoạch lúa trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Tổng quan về viễn thám

Kỹ thuật viễn thám, một trong những thành tựu kỹ thuật vũ trụ đã đạt đến trình độ cao

và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế - xã

hội, đặc biệt có hiệu quả cao trong ứng dụng đối với lĩnh vực nông lâm nghiệp ở nhiều nước

trên thế giới, không những đối với các nước phát triển có trình độ khoa học kỹ thuật tiên tiến

mà còn đối với các nước đang phát triển nền kinh tế hay còn lạc hậu Bộ Tài nguyên và Môi

trường đã lắp đặt trạm thu vệ tinh Quốc gia, áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong thành

lập bản đồ hiện trạng và theo dõi mùa vụ ở Việt Nam là công việc rất cần thiết

1.1.1.1 Định nghĩa về viễn thám

Theo Võ Quang Minh (2010), viễn thám (Remote Sensing) được định nghĩa là sựthu thập và phân tích thông tin về các đối tượng, sự thu thập và phân tích này được thực

hiện từ một khoảng cách không gian không có sự tiếp xúc trực tiếp đến các vật thể

Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ như mộtphương tiện để điều tra và đo đạc đặc tính của đối tượng

Máy bay và vệ tinh là những vật mang chủ yếu cho quan trắc trong viễn thám

[11] 1.1.1.2 Ưu điểm của công nghệ viễn thám

Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triểnnhưng đã nhanh chóng áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi ở các

nước phát triển Công nghệ phát triển đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác

giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước, từng khu vực và

trong phạm vi toàn cầu Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám ngày càng được

nâng cao, và đây là lý do dẫn đến tính phổ cập của công nghệ này Công nghệ viễn

thám có những ưu việt cơ bản sau:

Độ phủ trùm không gian của tư liệu bao gồm các thông tin tài nguyên, môitrường trên diện tích lớn của trái đất gồm cả những khu vực rất khó đến được như rừng

nguyên sinh, đầm lầy và hải đảo

Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất do chu kỳquan trắc lặp và liên tục trên cùng một đối tượng trái đất của các máy thu viễn thám

Khả năng này cho phép công nghệ viễn thám ghi lại được các biến đổi của tài nguyên,

môi trường giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Sử dụng các dải phổ đặc biệt khác nhau để quan trắc các đối tượng (ghi nhậnđối tượng), nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục

đích, trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ của Trái đất

Cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao và siêu cao, là dữ liệu cơbản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và hệ thống cơ sở dữ

liệu địa lý quốc gia

Với những ưu điểm trên, công nghệ viễn thám đã đang trở thành công nghệ chủđạo cho quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường nước ta hiện nay [11]

1.1.1.3 Giới thiệu khái quát về ảnh vệ tinh MODIS

Bộ cảm MODIS (Moderate Resolution Spectroradiometer) đặt trên vệ tinh Terra

và Aqua (gọi tắt là vệ tinh MODIS) Vệ tinh Terra được phóng vào quỹ đạo tháng 12

năm 1999 và vệ tinh Aqua được phóng vào tháng 5 năm 2002 với mục đích quan trắc,

theo dõi các thông tin về mặt đất, đại dương và khí quyển trên phạm vi toàn cầu Các

ứng dụng tiêu biểu có thể kể đến là nghiên cứu khí quyển, mây, thời tiết, lớp phủ thực

vật, biến động về nông nghiệp và lâm nghiệp…Trong khoảng thời gian một ngày đêm,

các đầu đo của các vệ tinh này sẽ quét gần hết Trái đất trừ một số giải hẹp ở vùng xích

đạo Trong mỗi phiên thu ta sẽ thu được dữ liệu tại 36 băng phổ (nếu phiên thu được

thực hiện vào ban ngày) hoặc tại các băng từ 20 đến 36 là các băng hồng ngoại nhiệt

(nếu phiên thu được thực hiện vào ban đêm) Theo thiết kế, các dữ liệu MODIS được

sử dụng để nghiên cứu các biến động toàn cầu cũng như các hiện tượng xảy ra trên mặt

đất, trong lòng đại dương và ở tầng thấp của khí quyển Các dữ liệu MODIS cũng

đóng một vai trò rất quan trọng trong việc xây dựng các mô hình tương tác đúng đắn

cho các hiện tượng xảy ra trên toàn bộ Trái đất Các mô hình này có thể được sử dụng

để dự báo trước những biến động môi trường [24]

Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS:

MODIS là một đầu đo bức xạ có độ bay cao (12 bit) tại 36 kênh phổ, việc sử dụng

dữ liệu sóng nằm trong khoảng từ 0,4 µm đến 14,4 µm là tùy thuộc vào yêu cầu của người

sử dụng Các kênh phổ này có độ phân giải không gian khác nhau: 2 kênh có độ phân giải

250 m, 5 kênh có độ phân giải 500 m, 29 kênh còn lại có độ phân giải 1000

m. Với góc chụp là 550 và độ cao quỹ đạo của Vệ tinh Terra là 705 km, độ rộng của dải

quét là 2330 km Chính điều này cho phép dữ liệu MODIS phủ kín toàn bộ Trái đất chỉ

trong thời gian một đến hai ngày

Đầu đo MODIS giúp các nhà khoa học quan trắc Trái đất như một thể thống nhất

Các dữ liệu quan trắc này cho phép chúng ta dự báo những biến động trong tương lai và

phân biệt các ảnh hưởng của các tác nhân tự nhiên và các tác nhân của các hoạt động của

con người tới môi trường Từ đó, chúng ta có thể xây dựng nên mô hình động lực học toàn

cầu của Trái đất bao gồm các mô hình của khí quyển, đại dương, lục địa, đồng thời tiên

đoán trước những sự thay đổi của các đối tượng này trước khi những thay đổi này xảy ra

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS

Độ cao vĩ đạo

Vĩ đạo Thời gian qua xích đạo Tốc độ quét

Độ phủ Kích thước Trọng lượng

điểm khác biệt với các đối tượng khác là có sự phản xạ mạnh ở dải Green (0,5 – 0,6

µm) Do đó, có sự khác biệt lớn về độ sáng giữa các band gần hồng ngoại và band

Green Đặc điểm đó được gọi là tính chất xanh lá cây (Greeness) của đối tượng Như

vật giữa độ sáng (Brightness) và độ xanh (Greeness) có sự khác biệt lớn nhất về giá trị

DN Thông thường tổng độ sáng của các band cao hay thấp liên quan đến các loại đất

khác nhau Để hình dung rõ được ý nghĩa sự khác biệt đó, người ta tạo ra chỉ số thực

vật (Normal Different Vegetation Index) [15]

Bất kỳ vật thể nào trên bề mặt đất và khí quyển đều có tác dụng điện từ Đồngthời bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không tuyệt đối (k = -274,160) đều

liên tục phát ra sóng điện từ (nhiệt bức xạ) Do thành phần cấu tạo của các vật thể trên

bề mặt trái đất và các thành phần vật chất trong bầu khí quyển là khác nhau nên sự hấp

thu hoặc phát xạ các sóng điện từ cũng khác nhau Dựa trên tính chất vật lý này ta có

thể xác định được các đặc trưng quang phổ khác nhau của bề mặt trái đất và khí quyển

bằng các dữ liệu viễn thám Một trong những đặc trưng quang phổ quan trọng nhất của

viễn thám là quang phổ thực vật, quang phổ phát xạ và phản xạ Albedo Từ những đặc

trưng này ta có thể tính toán được các chỉ số thực vật, làm cơ sở cho việc phân loại,

đánh giá trạng thái và biến động của lớp phủ về mặt

Theo Dương Văn Khảm (2007), các chỉ số thực vật được phân tách từ các băngnhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại và dải đỏ là các tham số trung gian mà từ đó có

thể thấy được các đặc tính khác nhau của thảm thực vật như: Sinh khối, chỉ số diệntích lá, khả năng quang hợp các sản phẩm sinh khối theo mùa Những đặc tính đó cóliên quan và phụ thuộc rất nhiều vào thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tính sinh lý, sinhhóa và sâu bệnh… [8]

TSAVI (Transformed Soil

Adjusted Vegetation Index

– Chỉ số chuyển đổi có điều

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm

đổi trạng thái lớp phủ thực vật, trên cơ sở đó biết được tác động của thời tiết, khí hậu đến

sinh quyển Trong đó IR, R là phổ phản xạ của kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ Từ các

giá trị định lượng của NDVI ta có thể xác định được trạng thái sinh trưởng và phát triển

của thực vật nói chung và cây trồng nói riêng Ví dụ: Ở hình 1.1 là mô phổ chỉ số thực vật

NDVI, rõ ràng nếu cây xanh tốt (NDVI = 0,72) lớn hơn rất nhiều so với cây bị úa vàng

(NDVI = 0,14) Như vậy từ giá trị định lượng của NDVI có thể xác định trạng thái sinh

trưởng và phát triển của thực vật nói chung và cây trồng nói riêng [8]

0,5 − 0,80,5 + 0,8 = 0,72

0,4 − 0,30,4 + 0,3 = 0,14

Hình 1.1 Mô phỏng chỉ số NDVI [8] 1.1.1.4 Giới thiệu về phần mềm xử lý ảnh ENVI

ENVI “The Environment for Visualizing Imaged” là một phần mềm chuyên nghiệp

và có rất nhiều chức năng xử lý ảnh viễn thám, được viết bằng ngôn ngữ IDL (Interactive

Data Language) IDL là ngôn ngữ lập trình cấu trúc mạnh được dùng cho việc xử lý ảnh

tổng hợp để đáp ứng nhu cầu xử lý ảnh máy bay, ảnh vệ tinh và đáp ứng đầy đủ nhu cầu

cho việc ứng dụng viễn thám trong môi trường thân thiện và sáng tạo Hiện nay, ENVI

được sử dụng phổ biến trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi

trường vì ENVI là một phần mềm được thiết kế tốt để đáp ứng cho các nhu cầu xử lý ảnh

và cung cấp các công cụ cho việc hiển thị dữ liệu và phân tích ảnh ở các kích thước và các

loại ảnh khác nhau trong một môi trường thân thiện với người sử dụng

Các ưu điểm của ENVI được thể hiện ở cách tiếp cận trong công tác xử lý ảnh, đó làviệc kết hợp các kỹ thuật dựa trên kênh phổ và kỹ thuật dựa trên tập tin Khi dữ liệu được mở,

các kênh phổ được lưu vào danh sách chờ xử lý của chương trình, hoặc khi các tập tin được

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm

mở, các kênh phổ của các tập tin được xử lý như một nhóm ENVI có tất cả các chức năng

xử lý ảnh cơ bản, trong chế độ tương tác với người sử dụng về đồ họa Đặc biệt trong khi

xử lý, ENVI không có giới hạn về kênh phổ được xử lý đồng thời do vậy các dữ liệu ảnh

siêu phổ cũng có thể được xử lý và phân tích bằng ENVI Hiện nay, ENVI phiên bản mới

có nhiều cải tiến hơn so với những phiên bản trước, có thêm nhiều chức năng và đặc biệt

là tốc độ đọc và xử lý dữ liệu nhanh hơn nhiều so với phiên bản trước [15]

1.1.1.5 Tổng quan về phần mềm ENVI

Phần mềm ENVI là một phần mềm xử lý giải đoán ảnh viễn thám rất mạnh, vớicác đặc điểm chính như sau:

Hiển thị, phân tích ảnh với nhiều kiểu dữ liệu và kích cỡ ảnh khác nhau

Môi trường giao diện thân thiện

Cho phép làm việc với từng kênh phổ riêng lẻ hoặc toàn bộ ảnh Khi một fileảnh được mở, mỗi kênh phổ của ảnh đó có thể được thao tác với tất cả các chức năng

hiện có của hệ thống Với nhiều file ảnh được mở, ta có thể dễ dàng lựa chọn các kênh

khả năng hiển thị với giao diện đồ họa dễ sử dụng

ENVI có nhiều phiên bản như 3.2, 3.5, 3.6, 4.0, 4.2, 4.3, 4.5, 4.7 Mỗi phiên bảnđược cải tiến và nâng cấp cho một hoặc một số modul

Dễ dàng mở rộng và tùy biến các ứng dụng Ngoài ra, người dùng có thể sử dụng ENVI trên các môi trường khác nhau như Windows, Macintosh, Linux hay Unix

Sản phẩm ảnh sau khi xử lý có thể xuất ra nhiều phần mềm biên tập bản đồ khác nhau như Mapinfo, Autocad, Microstation, Acrview…

1.1.1.6 Các chức năng cơ bản của phần mềm ENVI

ENVI được phát triển bởi các chuyên gia hàng đầu về hiển thị và xử lý ảnh

Đồng thời, ENVI cũng được xây dựng trên nền tảng mở nên cho phép người dùng trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác

ENVI 4.5 có 12 modul với các chức năng cơ bản của từng modul như sau:

a Modul File

Mở ảnh

Thông tin về ảnhTạo ảnh kiểm tra, xem cấu trúc dữ liệuLưu ảnh ở nhiều định dạng

Làm việc với ngôn ngữ IDL

Kiểm tra, xác lập thư mục chứa dữ liệu ENVI

Chọn lựa các thay đổi và thoát khỏi chương trình

b Modul Basic tool

Thay đổi kích thước pixelCắt ảnh

Xoay ảnhChép các kênh ảnh

Chuyển đổi cách lưu trữ

Các chức năng tự tạo vùng mẫuKhảm

Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu

c Modul Classification

Phân loại có chọn mẫuPhân loại không chọn mẫuPhân loại theo cây quyết định

Xử lý sau phân loại

e Modul Fillet

Các lựa chọn cho lọc ảnh

f Modul Spectral

Thư viện phổPhổ cho vùng lấy mẫu

Xoay MNFChỉ số pixel gốcHiển thị n - chiềuCác phương pháp thành lập bản đồ

Phân tích phổ

Tính toán phổ

Tăng độ sắc nét ảnh

g Modul Map

Đăng ký tọa độ ảnhHiệu chỉnh trực giaoKhảm

Hiệu chỉnh trực giao theo hệ tọa

độ địa lý

Hiệu chỉnh lưới chiếuChuyển đổi lưới chiếuTạo dữ liệu đa kênh từ các kênh ảnhTính toán phổ

Chuyển đổi hệ tọa độKết nối GPS

h Modul Vector

Mở file vectorTạo lớp vector mớiTạo lớp biên

Chuyển Raster sang VectorChuyển kết quả phân loại sangVectorRaster hóa dữ liệu điểm

Tạo DEM từ đường đồng mứcChuyển ROI, ANN, EVF sang DXF

i Modul Topographic

Mở dữ liệu địa hình

Mô hình hóa địa hình

Tạo ảnh Hill ShadeThay các giá trị lỗiRaster hóa dữ liệu điểmTạo DEM từ đường đồng mứcHiển thị 3D

k Modul Radar

Mở dữ liệu ảnh RadarXác định khẩu độ

Hiệu chỉnh antenaGóc tới

LọcẢnh màu tổng hợpCác công cụ xử lý ảnh Radar

l Modul Help

Phần trợ giúpLựa chọn mô tả chuộtThông tin về ENVI

1.1.2 Khái niệm và phân loại đất trồng lúa

1.1.2.1 Khái niệm đất trồng lúa

Đất trồng lúa (kí hiệu là LUA): Là ruộng, nương rẫy trồng lúa từ một vụ trở lênhoặc trồng lúa kết hợp với sử dụng vào các mục đích khác được pháp luật cho phép

nhưng trồng lúa là chính Đất trồng lúa bao gồm đất chuyên trồng lúa nước, đất trồng

lúa nước còn lại, đất trồng lúa nương [1]

1.1.2.2 Phân loại đất trồng lúa

a. Đất chuyên trồng lúa nước (LUC): Là ruộng lúa nước (gồm cả ruộng bậc

thang) hàng năm cấy trồng từ hai vụ lúa trở lên, kể cả trường hợp có luân canh, xen

canh với cây hàng năm khác hoặc có khó khăn đột xuất mà chỉ trồng cấy được một vụ

hoặc không sử dụng trong thời gian không quá một năm [1]

b.Đất trồng lúa nước còn lại (LUK): Là ruộng lúa nước (gồm cả ruộng bậc thang) hàng năm chỉ trồng một vụ lúa, kể cả trường hợp trong năm có thuận lợi mà

trồng thêm một vụ lúa hoặc cây hàng năm khác, hoặc có khó khăn đột xuất mà không

sử dụng trong thời gian không quá một năm [1]

c. Đất trồng lúa nương (LUN): Là đất nương, rẫy (đất dốc trên đồi, núi) để trồng lúa từ một vụ trở lên, kể cả trường hợp trồng lúa không thường xuyên theo chu

kỳ và trường hợp có luân canh, xen canh với cây hàng năm khác [1]

1.1.2.3 Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa

Đời sống cây lúa bắt đầu từ khi hạt nãy mầm cho đến khi lúa chín Có thể chialàm 3 giai đoạn chính: giai đoạn tăng trưởng (sinh trưởng dinh dưỡng), giai đoạn sinh

sản (sinh dục) và giai đoạn chín (Hình 1.2)

Hình 1.2 Biểu đồ sinh trưởng của một giống lúa 120 ngày không cảm quang [4]

a. Giai đoạn tăng trưởngGiai đoạn tăng trưởng bắt đầu từ khi hạt nảy mầm đến khi cây lúa bắt đầu phân hóađòng Giai đoạn này, cây phát triển về thân lá, chiều cao tăng dần và ra nhiều chồi mới (nở

bụi) Cây ra lá càng nhiều và kích thước lá ngày càng lớn giúp cây lúa nhận nhiều ánh

sáng mặt trời để quang hợp, hấp thụ chất dinh dưỡng, gia tăng chiều cao, nở bụi và chuẩn

bị cho các giai đoạn sau Trong điều kiện đầy đủ dinh dưỡng, ánh sáng, và thời tiết thuận

lợi, cây lúa có thể bắt đầu nở bụi khi có lá thứ 5 – 6 Chồi ra sớm trong nương mạ gọi là

chồi ngạnh trê Sau khi cấy, cây mạ mất một thời gian để hồi phục, bén rễ rồi nở bụi rất

nhanh, cùng với sự gia tăng chiều cao, kích thước là đến khi đạt số chồi tối đa thì không

tăng nữa mà các chồi yếu bắt đầu rụi dần (chồi vô hiệu hay còn gọi là chồi vô ích) số chồi

giảm xuống Thời điểm có chồi tối đa có thể đạt được trước, cùng lúc hay sau thời kỳ bắt

đầu phân hóa đòng tùy theo giống lúa (Hình 1.3) [4]

Hình 1.3 Các kiểu sinh trưởng khác nhau của cây lúa [4]

A : Lúa cực sớm (75 - 85 ngày); B: Lúa ngắn ngày (90 - 110 ngày) ;

C : Lúa trung mùa (120 -150 ngày)

PI = Tương khối sơ khởi, F = Trổ bông, H = Thu hoạch

Thời gian sinh trưởng của các giống lúa kéo dài hay ngắn khác nhau chủ yếu là do giaiđoạn tăng trưởng này dài hay ngắn Thường các giống lúa rất ngắn ngày và ngắn ngày có giai

đoạn tăng trưởng ngắn và thời điểm phân hóa đòng có thể xảy ra trước (A) hoặc ngay khi cây

lúa đạt được chồi tối đa (B) Ngược lại, các giống lúa dài ngày (trên 4 tháng) thường đạt được

chồi tối đa trước khi phân hóa đòng (C) Đặc biệt, các giống lúa mùa quang cảm mạnh, nếu

gieo cấy sớm, thì sau khi đạt chồi tối đa, cây lúa tăng trưởng chậm lại và chờ đến khi có

quang kỳ thích hợp mới bắt đầu phân hóa đòng để trổ bông Thời gian này cây lúa sống chậm,

không sản sinh gì thêm gọi là thời kỳ ngưng tăng trưởng, có khi rất dài (Hình 1.6) Do đó, đối

với các giống lúa quang cảm mạnh, cần bố trí thời vụ gieo cấy căn cứ vào ngày trổ hàng năm

của giống, làm thế nào để thời kỳ ngưng tăng trưởng này càng ngắn càng tốt, nhưng phải đảm

bảo thời gian từ cấy đến phân hóa đòng ít nhất là 2 tháng, để cây lúa có đủ thời gian nở bụi,

đảm bảo đủ số bông trên đơn vị diện tích sau này

Thông thường, số chồi hình thành bông (chồi hữu hiệu hay còn gọi là chồi cóích) thấp hơn so với số chồi tối đa và ổn định khoảng 10 ngày trước khi đạt được chồi

tối đa Các chồi ra sau đó, thường sẽ tự rụi đi không cho bông được do chồi nhỏ, yếu

không đủ khả năng cạnh tranh dinh dưỡng, ánh sáng với các chồi khác, gọi là chồi vô

hiệu Trong canh tác, người ta hạn chế đến mức thấp nhất việc sinh ra số chồi vô hiệu

này bằng cách tạo điều kiện cho lúa nở bụi càng sớm càng tốt và khống chế sự mọc

thêm chồi từ khoảng 7 ngày trước khi phân hóa đòng trở đi, để tập trung dinh dưỡng

cho những chồi hữu hiệu [4]

b. Giai đoạn sinh sảnGiai đoạn sinh sản bắt đầu từ lúc phân hóa đòng đến khi lúa trổ bông Giai đoạnnày kéo dài khoảng 25 - 35 ngày, trung bình 30 ngày và giống lúa dài ngày hay ngắn

ngày thường không khác nhau nhiều Lúc này, số chồi vô hiệu giảm nhanh, chiều cao

tăng lên rõ rệt do sự vươn dài của 5 lóng trên cùng Đòng lúa hình thành và phát triển

qua nhiều giai đoạn, cuối cùng thoát ra khỏi bẹ của lá cờ: lúa trổ bông Trong suốt thời

gian này, nếu đầy đủ dinh dưỡng, mực nước thích hợp, ánh sáng nhiều, không sâu bệnh

và thời tiết thuận lợi thì bông lúa sẽ hình thành nhiều hơn và vỏ trấu sẽ đạt được kích

thước lớn nhất của giống, tạo điều kiện gia tăng trọng lượng hạt sau này [4]

c Giai đoạn chínGiai đoạn chín bắt đầu từ lúc lúa trổ bông đến lúc thu hoạch Giai đoạn này trungbình khoảng 30 ngày đối với hầu hết các giống lúa ở vùng nhiệt đới Tuy nhiên, nếu đất

ruộng có nhiều nước, thiếu lân, thừa đạm, trời mưa ẩm, ít nắng trong thời gian này thì giai

đoạn chín sẽ kéo dài hơn và ngược lại Giai đoạn này cây lúa trải qua các thời kỳ sau:

Thời kỳ chín sữa (ngậm sữa): Các chất dự trữ trong thân lá và sản phẩm quanghợp được chuyển vào trong hạt Hơn 80% chất khô tích lũy trong hạt là do quang hợp

ở giai đoạn sau khi trổ Do đó, các điều kiện dinh dưỡng, tình trạng sinh trưởng, phát

triển của cây lúa và thời tiết từ giai đoạn lúa trổ trở đi hết sức quan trọng đối với quá

trình hình thành năng suất lúa (Hình 1.4) Kích thước và trọng lượng hạt gạo tăng dần

làm đầy vỏ trấu Bông lúa nặng cong xuống nên gọi là lúa “cong trái me” Hạt gạo

chứa một dịch lỏng màu trắng đục như sữa, nên gọi là thời kỳ lúa ngậm sữa

Thời kỳ chín sáp: Hạt mất nước, từ từ cô đặc lại, lúc bấy giờ vỏ trâu vẫn còn xanh

Thời kỳ chín vàng: Hạt tiếp tục mất nước, gạo cứng dần, trấu chuyển sang màuvàng đặc thù của giống lúa, bắt đầu từ những hạt cuối cùng ở chót bông lan dần xuống

các hạt ở phần cổ bông nên gọi là “lúa đỏ đuôi”, lá già rụi dần

Thời kỳ chín hoàn toàn: Hạt gạo khô cứng lại, ẩm độ hạt khoảng 20% hoặc thấphơn, tùy ẩm độ môi trường, lá xanh chuyển sang vàng và rụi dần Thời điểm thu hoạch

tốt nhất là khi 80% hạt lúa ngã sang màu trấu đặc trưng của giống (Hình 1.5) [4]

Hình 1.4 Sự tích lũy carbohydrate trong các bộ phận khác nhau qua các giai đoạn

sinh trưởng của cây lúa [4]

Hình 1.5 Sự phát triển của hạt lúa qua các giai đoạn sau khi trổ [4]

CÂY LÚA 90 NGÀY (không quang cảm)

CÂY LÚA 100 NGÀY (không quang cảm)

CÂY LÚA 120 NGÀY (không quang cảm)

CÂY LÚA MÙA (5 – 6 tháng) (quang cảm)

Hình 1.6 So sánh 3 giai đoạn sinh trưởng của cây lúa có thời gian sinh trưởng khác nhau [4]

1.2 Cơ sở thực tiễn của các vấn đề nghiên cứu

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Việc sử dụng kết hợp viễn thám cho nhiều mục đích khác nhau đã trở nên rấtphổ biến trên toàn thế giới trong thời đại ngày nay

Viễn thám bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm 60 của thế kỷ XX và

đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới Sau khi vệ tinh

quan sát Trái đất Landsat đầu tiên được phóng vào năm 1972, các dữ liệu viễn thám

được xem là nguồn thông tin đầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ

thuật của nó Ngày nay, Trái đất được nghiên cứu thông qua một dải quang phổ rộng

với nhiều bước sóng khác nhau từ dải sóng nhìn thấy được đến dải sóng hồng ngoại

nhiệt Các thế hệ vệ tinh mới được bổ sung thêm các tính năng quan sát trái đất tốt hơn

với những quy mô không gian khác nhau Vệ tinh cung cấp một lượng thông tin khổng

lồ và phong phú về các phản ứng quang phổ của các hợp phần của trái đất như đất,

nước, thực vật Chính các phản ứng này sau đó sẽ phản ánh bản chất sinh lý của trái

đất và các hiện tượng diễn ra trong tự nhiên bao gồm cả các hoạt động của con người

Nhờ khả năng phân tích không gian, thời gian và mô hình hoá

Có thể nói lâm nghiệp là một trong những lĩnh vực đầu tiên áp dụng thành tựucủa công nghệ viễn thám Hiện nay, việc sử dụng tư liệu viễn thám trong thành lập bản

đồ rừng, theo dõi biến động, chặt phá rừng đã trở thành công nghệ phổ biến trên thế

giới Tích hợp dữ liệu viễn thám với hệ thống thông tin địa lý (GIS) có thể dự báo

những khu vực có nguy cơ cháy rừng; dự báo sự suy giảm diện tích rừng trên quy mô

toàn cầu do biến đổi khí hậu và sự gia tăng dân số Xét một ví dụ về kết hợp giữa viễn

thám và GIS trong nghiên cứu cháy rừng: nhờ có công nghệ viễn thám con người đã sử

dụng những tấm ảnh viễn thám chụp được để phân loại rừng Còn dữ liệu GIS sẽ cung

cấp các thông tin về địa hình, khí hậu, mạng lưới thuỷ văn, những thông tin về khu vực

nghiên cứu Trên cơ sở đó các thông tin tích hợp sẽ chỉ ra các khu vực có nguy cơ cháy

rừng ở mức độ khác nhau

Trong nghiên cứu địa chất: Người ta sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với GIS

để thành lập các bản đồ kiến tạo, các cấu trúc địa chất

Trong lĩnh vực nông nghiệp và sử dụng đất: Đối với nhiều quốc gia trên thế giới đểquản lý và quy hoạch sử dụng đất một cách hợp lý, có hiệu quả họ đã sử dụng công nghệ

viễn thám kết hợp với dữ liệu GIS Như ở Nhật Bản để đưa ra những đánh giá về năng

suất thực ban đầu cho các nước Châu Á người ta sử dụng viễn thám và GIS kết hợp với dữ

liệu thống kê về các sản phẩm nông nghiệp [26] Hay ở Trung Quốc đã sử dụng ảnh SAR

ở các thời điểm khác nhau trên cơ sở kết hợp với bản đồ địa hình, bản đồ sử dụng đất để

cập nhật nhanh bản đồ đất trồng lúa cho các tỉnh [27] Ngoài ra để đánh giá mức độ thích

hợp của đất đối với các loại cây trồng nông nghiệp thì tư liệu viễn thám

được sử dụng để phân loại các đối tượng sử dụng đất còn dữ liệu GIS là các bản đồ

nông hoá thổ nhưỡng, bản đồ địa hình, bản đồ chế độ tưới tiêu [28]

Trong nghiên cứu môi trường, tài nguyên thiên nhiên: Trong vài năm trở lại đây thiênnhiên có nhiều biến động bất thường xảy ra và đã gây hậu quả thiệt hại về người và của vô

cùng to lớn đối với con người Những thảm họa xảy ra như sóng thần, lũ lụt, hiện tượng hiệu

ứng nhà kính,… xuất phát từ thực tế đó việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong

nghiên cứu môi trường toàn cầu là vô cùng cần thiết, có ý nghĩa quan trọng Những ứng dụng

quan trọng được kể đến là thành lập bản đồ độ sâu ngập lụt, dự báo nguy cơ trượt lở đất,…

Việc nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám đã được thực hiện ở nhiều quốc gia

Trong đó phương pháp được sử dụng hiệu quả nhất là kết hợp tư liệu ảnh viễn thám và

GIS Dưới đây là một số ứng dụng của ảnh viễn thám tại một số nước trên thế giới

Ở Hy Lạp, việc thành lập bản đồ biến động lớp phủ và bản đồ biến động sửdụng đất tỷ lệ lớn từ tư liệu ảnh viễn thám đã được nghiên cứu thực nghiệm trên khu

vực đảo Lesvos thuộc vùng biển Địa Trung Hải Khu vực nghiên cứu rộng 163.000ha,

tư liệu ảnh thu thập được gồm 6 thời điểm kéo dài trong 27 năm Gồm ảnh Landsat

MSS 1975, TM 1987, TM 1995, TM 1999, ETM 2000, ETM 2001

Các ảnh vệ tinh được phân loại độc lập theo phương pháp xác suất cực đại dựatrên các vùng mẫu được lựa chọn từ số liệu mặt đất, từ ảnh hàng không và ảnh vệ tinh

độ phân giải cao như Ikonos, Quickbird

Dữ liệu ảnh sau phân loại được xử lý dựa trên mạng xác suất điều kiện gồm cácnút thể hiện sự thay đổi ngẫu nhiên và các cạnh thể hiện sự phụ thuộc vào các điều

kiện giả định Sau đó sử dụng phương pháp so sánh để thành lập bản đồ biến động sử

dụng đất ở các thời điểm từ mạng đó Khi đó độ chính xác của bản đồ biến động sử

dụng đất phụ thuộc vào độ chính xác của ảnh sau nắn chỉnh, độ chính xác phân loại và

độ chính xác của bản đồ biến động sử dụng đất

Ở Malaysia, để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất của huyện Rawang tỉnhSelangor, Trung tâm viễn thám Kalaysian đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat TM

chụp năm 1988 và năm 1995 trên khu vực nghiên cứu rộng 441km2

Ảnh chụp năm 1988 được nắn chỉnh hình học theo bản đồ địa hình, sau đó ảnhchụp năm 1995 được nắn theo ảnh năm 1988 theo phương pháp nắn ảnh về ảnh với sai

số trung phương nhỏ hơn 0,5 pixel [22]

Sử dụng tất cả các kênh để tổ hợp màu giả Dùng phương pháp phân loại trựctiếp ảnh đa thời gian và thành lập bản đồ lớp phủ Để tìm ra thông tin về sử dụng đất từ

các lớp phủ, tác giả đã kết hợp với dữ liệu bản đồ và các tri thức cơ sở sau đó biểu diễn

chúng theo đúng quy phạm Cuối cùng kết hợp bản đồ hiện trạng sử dụng đất, các hiểu

biết về lớp phủ thực vật để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất

Để nghiên cứu ảnh hưởng của các hoạt động con người đến sự thay đổi sử dụngđất và lớp phủ thực vật, các nhà nghiên cứu đã chọn thực nghiệm 5 vùng nghiên cứu

trên toàn bộ lãnh thổ phía Bắc (huyện Mae Chaem thành phố Chiang Mai), phía Tây

(Kanchanaburi), phía Nam (The Ao Sawi Area), phía Đông (The Eastern Sea Board)

phía Đông Bắc (Phusithan, Sakol Nakorn-Nakorn Phanom) [21]

Tư liệu nghiên cứu là ảnh vệ tinh Landsat năm 1990, 1999 Phương phápnghiên cứu là phương pháp được sử dụng rộng rãi Đầu tiên tiến hành phân loại độc

lập hai ảnh vệ tinh sau đó sử dụng chức năng phân tích không gian của GIS để tính

toán biến động và thành lập bản đồ biến động

Quá trình đô thị hóa dẫn đến sự thay đổi nhanh chóng của lớp phủ thực vật và

sử dụng đất Để xác định thay đổi sử dụng đất đô thị và vùng ngoại ô của hai thành

phố Polost và Novopolost, người ta đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh SPOT

Tư liệu viễn thám của khu vực nghiên cứu là ảnh SPOT 3 chụp ngày 24/6/1994

độ phân giải 20m (kênh toàn sắc 10m) và ảnh SPOT 5 chụp ngày 19/6/2002 độ phân

giải 10m Các ảnh được nắn chỉnh hình học về lưới chiếu UTM-84 Các kết quả phân

tích thực hiện bằng phần mềm PCI Geomatic Nghiên cứu được thực hiện theo hai

phương pháp đó là phương pháp phân loại ảnh đa thời gian và phương pháp so sánh

sau phân loại

Ảnh đa thời gian năm 1999 - 2002 được tạo ra trên 3 kênh ảnh XS1, XS2, XS3

Ảnh năm 2002 được tái chia mẫu theo phương pháp người láng giếng gần nhất để có

cùng độ phân giải với ảnh năm 1994, và dùng phép biến đổi Histogram để chuyển từ

hệ RGB sang hệ HIS Phương pháp này không cần hiệu chỉnh khí quyển nhưng cần

thận trọng trong quá trình lựa chọn vùng biến động và không biến động

Đối với phương pháp so sánh sau phân loại tác giả đã phân loại bằng nhiềuphương pháp khác nhau để chọn ra phương pháp có độ chính xác cao nhất như phân

loại không kiểm định, phân loại có kiểm định theo xác suất cực đại, phương pháp sử

dụng trí tuệ nhân tạo

Kết quả thực nghiệm đạt được như sau:

Phương pháp thứ nhất: Có ba ảnh khác nhau được tạo ra từ ba kênh ảnh, tuynhiên bản đồ biến động cuối cùng được tạo ra từ hai kênh XS1 và XS2 Ảnh của kênh

XS3 tương tự như kênh XS2 Giá trị của các pixel biến động được thể hiện ở biên của

biểu đồ phân bố, giá trị pixel không thay đổi dao động xung quanh giá trị trung bình

Độ chính xác của lớp thay đổi tương đối thấp chỉ đạt 64,3%, độ chính xác vùng không

thay đổi đạt 94,8%, độ chính xác toàn bộ 85,8%, hệ số Kappa 0,63

Phương pháp thứ hai: Ba phương pháp phân loại được thực hiện trên ảnh 1994 và

2002, độ chính xác toàn bộ từ 75% đến 86,3% Phương pháp phân loại có kiểm định

theo xác suất cực đại và phương pháp trí tuệ nhân tạo đạt độ chính xác từ 83,1% đến

86,3% Tuy nhiên, ma trận sai số được tạo ra cho thấy kết quả độ chính xác toàn bộ

của bản đồ biến động tương ứng là 71% và 69%, thấp hơn so với phương pháp phân

loại trực tiếp từ ảnh đa thời gian [23]

Sự nhầm lẫn giữa các lớp phân loại như đất nông nghiệp và đất trồng cỏ, đấtxây dựng và đất giao thông là nguyên nhân dẫn đến sai sót trong kết quả phân loại, do

đó ảnh hưởng đến kết quả biến động

Như vậy, việc vận dụng GIS và viễn thám sẽ hỗ trợ rất lớn cho nhiều đối tượngtrong đó có nhà quản lý, nhà khoa học và người sử dụng Đối với nhà quản lý sẽ hỗ trợ

công tác quy hoạch và ra các chính sách; đối với nhà khoa học, nghiên cứu hỗ trợ phân

tích các vấn đề có tính hệ thống cao; đối với người sử dụng sẽ được cung cấp thông tin

cụ thể, chính xác, đầy đủ và cập nhật thường xuyên, được cung cấp các giải pháp để

lựa chọn trong quản lý và sử dụng tài nguyên

1.2.2 Các nghiên cứu trong nước

Theo Võ Quang Minh và ctv, nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám để quản lý tàinguyên thiên nhiên trước hết là tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản,

tài nguyên rừng, và giám sát môi trường ngày càng cao và trở thành một trong các

nhiệm vụ chủ đạo của ứng dụng và phát triển công nghệ của Bộ Tài nguyên và Môi

trường Các ứng dụng công nghệ viễn thám của nước ta chủ yếu mới tập trung vào lĩnh

vực hiệu chỉnh bản đồ địa hình, thành lập một số bản đồ chuyên đề, bước đầu đề cập đến

ứng dụng công nghệ viễn thám phục vụ quản lý đất đai và một số khía cạnh của môi

trường Thực tế đó đòi hỏi phải đẩy mạnh ứng dụng rộng rãi công nghệ viễn thám phục vụ

quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường Để đạt được nhiệm vụ trên việc

đầu tư công nghệ mới nhằm xây dựng đồng bộ hệ thống thu nhận, xử lý dữ liệu và áp

dụng tư liệu ảnh vũ trụ là yêu cầu cần thiết và bức xúc với nước ta hiện nay

Ở nước ta các cơ quan ứng dụng viễn thám sử dụng nhiều loại tư liệu ảnh vệ tinh

Các tư liệu này mới được ứng dụng cho điều tra nghiên cứu các đối tượng trên đất liền

như để hiệu chỉnh bản đồ tại Trung tâm Viễn thám, lập bản đồ địa chất tại Cục Địa chất

Việt Nam và Viện nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản, sử dụng trong quản lý tổng hợp

vùng bờ ở Cục Bảo vệ Môi trường Tại các cơ quan ngoài Bộ, các tư liệu viễn thám được

sử dụng tại các Viện nghiên cứu và một số trường Đại học Tuy nhiên, việc ứng dụng các

tư liệu này chủ yếu cho việc quan sát sử dụng đất, môi trường, đô thị Cũng có một số thí

nghiệm ảnh viễn thám nghiên cứu về biển nhưng còn lẻ tẻ, chủ yếu tập trung ở một số địa

điểm ven bờ như Hải Phòng, Quảng Ninh, Nha Trang, Vũng Tàu Có một số đề tài nghiên

cứu ứng dụng ảnh MODIS nghiên cứu các thông số trường nhiệt độ, sóng nhưng mới chỉ

làm ví dụ chưa được kiểm chứng nghiêm túc [12]

Các ứng dụng công nghệ viễn thám trên đất liền hiện nay đã khẳng định khả năngcủa công nghệ viễn thám Các nghiên cứu ban đầu ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên

cứu biển trong thời gian qua ở Việt Nam cùng với kinh nghiệm sử dụng công nghệ này

ở nước ngoài là cơ sở để lựa chọn công nghệ viễn thám như một trong những giải pháp

ưu tiên quan trọng trong việc xây dựng hệ thống trạm quan trắc tài nguyên môi trường

và khí tượng thủy văn biển Việt Nam [12]

Ngành viễn thám đóng vai trò hết sức quan trọng là công cụ phục vụ và hỗ trợđắc lực cho các ngành khác nhau như: Quân sự, quốc phòng an ninh, địa chất, mỏ, môi

trường, bản đồ, sản xuất nông nghiệp và các ngành khoa học kỹ thuật khác

Ngoài ra, ở Việt Nam hiện nay viễn thám đã được ứng dụng trong các lĩnh vựckhác như:

Đánh giá sự thay đổi sử dụng đất và nhiệt độ bề mặt đô thị bằng ảnh viễn thámtrên địa bàn thành phố Huế - tỉnh Thừa Thiên Huế [9]

Phân tích mối quan hệ giữa chỉ số khác biệt thực vật và nhiệt độ bề mặt bằngảnh viễn thám trên địa bản thành phố Huế - tỉnh Thừa Thiên Huế [10]

Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám xây dựng bản đồ biến động đất lúa do tácđộng của BĐKH giai đoạn 2000 – 2010 tại huyện Phú Vang; tỉnh Thừa Thiên Huế [18]

Sử dụng tư liệu MODIS theo dõi độ ẩm đất / thực vật bề mặt: Thử nghiệm vớichỉ số mức độ khô hạn nhiệt độ - Thực vật (TVDI) [7]

Sử dụng ảnh MODIS nghiên cứu mùa vụ cây trồng và lập bản đồ hiện trạng lớp

phủ và biến động Đồng bằng Sông Hồng giai đoạn 2008 – 2010 [19]

Ứng dụng tư liệu viễn thám độ phân giải trung bình phục vụ giám sát quản lýmôi trường và tài nguyên [2]

1.3 Các công trình liên quan đến đề tài

* Đề tài: Sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian đánh giá biến động chỉ số thựcvật lớp phủ và một số phân tích về thời vụ và trạng thái sinh trưởng của cây lúa ở đồng

bằng Sông Hồng và Đồng Bằng Sông Cửu Long [8]

Bài viết bước đầu ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám MODIS tổ hợp 32 ngày đểtính toán đánh giá sự biến động chỉ số thực vật NDVI, VCI và một số phân tích về thời

vụ và trạng thái sinh trưởng của cây lúa ở đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông

Cửu Long Kết quả nghiên cứu cho thấy:

- Biến động chỉ số thực vật ở đồng bằng Sông Hồng:

Biến động chỉ số NDVI ở đồng bằng Sông Hồng được thể hiện ở hình 1.6 Theohình 1.6 nhận thấy chỉ số NDVI của toàn bộ các năm nghiên cứu đều biến động theo

một đồ thị hình Sin, xuất hiện cực đại ở hai thời điểm trong năm đó là khoảng tháng 4– 5 và tháng 8 - 9 rõ ràng đây là hai thời kỳ lúa phát triển tốt nhất trong năm tương ứng

là vụ lúa Đông Xuân và vụ lúa Mùa Giá trị NDVI cực tiểu cũng xuất hiện vào thờiđiểm trong khoảng cuối năm trước đầu năm sau và trong khoảng tháng 6 – 7 đây là haithời kỳ lúa đang thu hoạch hoặc đã thu hoạch xong

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

I II

Hình 1.7 Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng sông

Hồng - Biến động chỉ số thực vật ở đồng bằng Sông Cửu Long:

Biến động chỉ số NDVI ở đồng bằng Sông Cửu Long được thể hiện ở hình 1.7 Sựbiến động của chỉ số NDVI ở đây rất khác so với sự biến đọng chỉ số NDVI ở đồng bằngsông Hồng, nguyên nhân chủ yếu là thời vụ gieo trồng ở hai vùng rất khác nhau Trongkhoảng từ tháng 8 năm trước đến tháng 3 năm sau chỉ số NDVI của các năm nghiên cứuđều có chung một xu thế rất ổn định, giá trị NDVI đạt cực đại vào khoảng tháng 1 – 2hàng năm đây là thời kỳ cây trồng phát triển tốt nhất, tương ứng với vụ Đông Xuân lúa đãkết thúc thời đẻ nhánh Từ tháng 4 đến tháng 8 chỉ số NDVI của các năm diễn biến phứctạp, mỗi năm giá trị NDVI xuất hiện cực đại ở các tháng khác nhau, nguyên nhân chủ yếu

có thể ở mỗi địa phương trong giai đoạn này ngoài vụ lúa Hè Thu còn có thêm vụ lúa Mùaxen kẽ và thời vụ mỗi năm có sự thay đổi nhất định Ở giai đoạn này, mỗi năm chỉ sốNDVI biến động là khác nhau nhưng mỗi năm vẫn chỉ có một giá trị cực đại và hai giá trịcực tiểu hoàn toàn phù hợp với quy luật sinh trưởng và phát triển của cây lúa và chứng tỏgiai đoạn này vẫn chỉ có một vụ sản xuất chính

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

IX X

Hình 1.8 Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng Sông Cửu Long

* Đề tài: Ứng dụng tư liệu viễn thám vệ tinh để giám sát sự tăng trưởng của câylúa [3]

Bài báo đề cập đến việc sử dụng tư liệu viễn thám vệ tinh đã chứng tỏ khả năngứng dụng để theo dõi sự phát triển mùa vụ lúa, đặc biệt sử dụng tư liệu viễn thám redarERS2-SAR của cơ quan Không gian châu Âu (ESA) cho vùng lúa đồng bằng SôngCửu Long, nơi có hệ thống cơ cấu mùa vụ rất phức tạp