Ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý để đánh giá biến động đất nông nghiệp giai đoạn 2009 2015 huyện đông anh, thành phố hà nội

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Một số vấn đề lý luận về sử dụng đất nông nghiệp

2.1.1 Khái niệm về đất nông nghiệp và Nguyên tắc sử dụng đất nông nghiệp

2.1.1.1 Khái niệm về đất nông nghiệp

- Khái niệm về đất và đất đai:

+ Đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến những khái niệm, định nghĩa về đất Định nghĩa đầu tiên của học giả người Nga Đocutraiep năm

Theo Đỗ Nguyên Hải (2001), đất được định nghĩa là một vật thể thiên nhiên độc lập, hình thành từ sự tương tác của năm yếu tố: sinh vật, đá mẹ, khí hậu, địa hình và thời gian Tuy nhiên, định nghĩa này chưa đề cập đến khả năng sử dụng của đất và các yếu tố môi trường khác Do đó, nhiều học giả sau này đã bổ sung thêm các yếu tố như nước của đất, nước ngầm và đặc biệt là vai trò của con người để hoàn thiện khái niệm về đất.

Đất đai là không gian hạn chế bao gồm khí hậu, lớp đất bề mặt, thảm thực vật, động vật, diện tích mặt nước, nước ngầm và khoáng sản trong lòng đất Sự kết hợp giữa các yếu tố thổ nhưỡng, địa hình, thủy văn và thảm thực vật trên bề mặt đất có vai trò quan trọng và ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất và đời sống của con người.

Đất nông nghiệp là loại đất chủ yếu được sử dụng cho sản xuất nông nghiệp, bao gồm đất trồng cây hàng năm, cây lâu năm, rừng sản xuất, rừng phòng hộ, rừng đặc dụng, đất nuôi trồng thuỷ sản, đất làm muối, và cả cho nghiên cứu thí nghiệm về nông nghiệp (Quốc Hội, 2003).

2.1.1.2 Nguyên tắc sử dụng đất nông nghiệp

Sử dụng đất là hệ thống biện pháp điều hòa mối quan hệ giữa con người và đất, kết hợp với các nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường Quy luật phát triển kinh tế - xã hội và yêu cầu bền vững về môi trường quyết định phương hướng và mục tiêu sử dụng đất hợp lý, nhằm tối đa hóa công dụng của đất để đạt lợi ích sinh thái và kinh tế Trong từng phương thức sản xuất, việc sử dụng đất cần dựa vào thuộc tính tự nhiên của đất đai để đáp ứng yêu cầu sản xuất và đời sống.

Sử dụng đất nông nghiệp nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế xã hội cần đảm bảo an ninh lương thực và thực phẩm, đồng thời tăng cường nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp và hướng tới xuất khẩu.

Sử dụng đất nông nghiệp trong sản xuất cần cân nhắc các mục tiêu phát triển kinh tế xã hội, tối ưu hóa lợi thế sinh thái và bảo vệ môi trường Đây là những nguyên tắc thiết yếu để đảm bảo khai thác và sử dụng bền vững tài nguyên đất đai.

- Sử dụng đất nông nghiệp theo nguyên tắc “Đầy đủ, hợp lý và hiệu quả”

2.1.2 Quan điểm sử dụng đất nông nghiệp

Hoạt động của con người đã làm biến đổi hệ sinh thái, vượt qua khả năng tự điều chỉnh của đất Không chỉ tác động vào đất đai, con người còn ảnh hưởng đến khí quyển và nguồn nước để gia tăng sản lượng thực phẩm, nhưng việc cải tạo đất chưa được chú trọng đúng mức Hậu quả là đất đai và các yếu tố khác ngày càng xấu đi, với nhiều vùng đất màu mỡ bị thoái hóa nghiêm trọng, dẫn đến xói mòn đất và suy giảm nguồn nước, cùng với tình trạng hạn hán và lũ lụt Để đảm bảo cuộc sống bền vững cho con người hiện tại và tương lai, cần có chiến lược sử dụng đất nhằm duy trì và khôi phục khả năng của đất, từ đó khái niệm "sử dụng đất bền vững" ra đời.

Nông nghiệp bền vững là nền tảng cho sự định cư lâu dài, với việc thiết lập các hệ thống sử dụng đất hợp lý là một trong những yếu tố quan trọng nhất Mục tiêu của phát triển nông nghiệp bền vững là khắc phục ô nhiễm đất, nước và không khí do hoạt động nông nghiệp và công nghiệp gây ra, đồng thời bảo vệ đa dạng sinh học và các tài nguyên thiên nhiên không tái sinh Khái niệm sử dụng đất bền vững dựa trên quan điểm này, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý tài nguyên một cách hiệu quả để đảm bảo sự phát triển bền vững cho tương lai.

- Duy trì và nâng cao các hoạt động sản xuất (thể hiện bằng năng suất)

- Giảm thiểu mức rủi ro trong sản xuất (mức độ an toàn)

- Bảo vệ tài nguyên thiên nhiên, ngăn chặn sự thoái hoá đất và nước (bảo vệ)

- Có hiệu quả lâu bền

- Được xã hội chấp nhận

Phát triển nông nghiệp bền vững, theo FAO, là quá trình quản lý và bảo tồn sự thay đổi về tổ chức và kỹ thuật nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con người, không chỉ cho hiện tại mà còn cho tương lai.

2.1.3 Các yếu tố tác động đến sử dụng đất nông nghiệp

2.1.3.1 Nhóm yếu tố về điều kiện tự nhiên Điều kiện về đất đai, khí hậu thời tiết có ý nghĩa quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp Nếu điều kiện tự nhiên thuận lợi, các hộ nông dân có thể lợi dụng những yếu tố đầu vào không kinh tế thuận lợi để tạo ra nông sản hàng hoá với giá rẻ

2.1.3.2 Nhóm các yếu tố kỹ thuật canh tác

Các biện pháp kỹ thuật đặc biệt đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác đất theo chiều sâu, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp (Nguyễn Ích Tân, 2000).

2.1.3.3 Nhóm các yếu tố kinh tế tổ chức

Công tác quy hoạch và bố trí sản xuất nông nghiệp cần dựa vào phân vùng sinh thái, kết hợp với phân tích và dự báo nhu cầu thị trường Việc này phải gắn liền với quy hoạch phát triển công nghiệp chế biến, hạ tầng, nguồn nhân lực và các quy định pháp luật về bảo vệ tài nguyên và môi trường, nhằm tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển của nông nghiệp hàng hóa.

Hình thức tổ chức sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác và nâng cao hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp Do đó, cần đa dạng hóa các hình thức hợp tác trong nông nghiệp và thiết lập một hệ thống tổ chức sản xuất, kinh doanh phù hợp Điều này cũng giúp cải thiện mối quan hệ giữa sản xuất, dịch vụ và tiêu thụ nông sản hàng hóa.

Dịch vụ kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất hàng hóa của hộ nông dân, gắn liền với việc ứng dụng các tiến bộ khoa học công nghệ Để phát triển sản xuất nông nghiệp hàng hóa, cần nâng cao chất lượng nông sản và giảm giá thành sản phẩm.

2.1.3.4 Nhóm các yếu tố kinh tế - xã hội

Phát triển nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hóa chịu sự chi phối của quy luật cung cầu và bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố đầu vào Các yếu tố này bao gồm quy mô các nguồn lực như đất đai, lao động, vốn sản xuất, thị trường, cũng như kiến thức và kinh nghiệm trong sản xuất và tiêu thụ nông sản.

Tổng quan về kỹ thuật viễn thám

2.2.1 Khái quát về viễn thám

2.2.1.1 Định nghĩa về viễn thám

Viễn thám là một lĩnh vực khoa học và công nghệ cho phép xác định và phân tích các tính chất của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

Sóng điện từ, được phản xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, là nguồn tài nguyên chính trong viễn thám Ngoài ra, năng lượng từ trường và trọng trường cũng có thể được khai thác trong lĩnh vực này.

Hình 2.1 Khối lập phương thể hiện mức độ quan trắc của viễn thám

Bộ cảm là thiết bị dùng để phát hiện sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, trong khi vật mang là phương tiện vận chuyển các bộ cảm, có thể là khí cầu, máy bay, vệ tinh hoặc tàu vũ trụ (Nguyễn Khắc Thời, 2011) Theo Toth và Jozkow (2016), nhờ vào những tiến bộ trong hạ tầng công nghệ thông tin và phát triển công nghệ bộ cảm, viễn thám đã có những biến đổi đáng kể Hình 2.1 minh họa khoảng cách quan trắc dưới dạng khối lập phương với ba thông số chính: (a) độ phân giải không gian (GSD), (b) chu kỳ hoặc tần suất thu nhận hình ảnh, và (c) khoảng cách quan sát từ mặt đất đến vệ tinh hoặc vật mang.

Khái niệm vật mang bao gồm vệ tinh, máy bay truyền thống, UAS (Hệ thống bay không người lái) và các hệ thống di động/tĩnh Trong những năm gần đây, UAS, hay còn gọi là drone, đang thu hút sự quan tâm lớn về nghiên cứu và ứng dụng Hệ thống lập bản đồ di động đã được phát triển từ khi công nghệ GPS được phép sử dụng cho dân sự, với các bộ cảm biến lắp đặt trên phương tiện giao thông như ô tô, tàu hỏa, nhằm thu thập dữ liệu không gian dọc theo các tuyến giao thông.

2.2.1.2 Nguyên lý chung của viễn thám

Sóng điện từ, khi được phản xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, là nguồn thông tin chính trong viễn thám Ngoài ra, các dạng năng lượng khác như từ trường và trọng trường cũng có thể được khai thác để thu thập thông tin Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ này được gọi là bộ viễn cảm (Remote Sensor), thường được gọi tắt là bộ cảm, với các máy chụp ảnh và máy quét là những ví dụ điển hình.

Phương tiện được sử dụng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang.Máy bay hoặc vệ tinh là những ví dụ về vật mang

Viễn thám là công nghệ sử dụng năng lượng bức xạ và phản xạ từ các vật thể để xác định và nhận diện đối tượng cũng như các điều kiện môi trường, dựa trên những đặc trưng riêng biệt của chúng.

Tín hiệu điện từ từ đối tượng nghiên cứu chứa thông tin quan trọng về chúng Viễn thám thu thập và xử lý các thông tin này, từ đó nhận diện và xác định các đối tượng dựa trên phổ thông tin đã nhận.

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám

2.2.2 Vệ tinh viễn thám và tư liệu sử dụng trong viễn thám

Vệ tinh viễn thám, hay còn gọi là vệ tinh quan sát mặt đất, được trang bị bộ cảm viễn thám và đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu từ không gian Kể từ khi Liên Xô phóng vệ tinh Sputnik, đánh dấu sự khởi đầu của kỷ nguyên vũ trụ, Hoa Kỳ đã bắt đầu sử dụng vệ tinh quan sát mặt đất từ năm 1972 Đến năm 2013, số lượng quốc gia sở hữu vệ tinh đã tăng lên 23, trong đó có Việt Nam.

Hình 2.3 Thời gian các quốc gia phóng vệ tinh Tên viết tắt theo chuẩn quốc tế IOS 3166

R N C Mặt Công trình xây dựng, nhà

Bảng 2.1 trình bày đặc điểm của một số bộ cảm chính hiện nay chia theo độ phân giải từ thấp đến cao

Loại bộ cảm Kờnh phổ Bước súng (àm) Chu kỳ

0,50-0,59 (green) 0,61-0,68 (red) 0,79-0,89 (near IR) 1,58-1,75 (sh.w IR) Landsat Kênh 1 0,5-0,6 (green)

Kênh 2 0,6-0,7 (red) Kênh 3 0,7-0,8 (near IR) Kênh 4 0,8 – 1,1 (near IR)

Kênh 2 0,52 – 0,60 (green) Kênh 3 0,63 – 0,69 (red) Kênh 4 0,76 – 0,9 (near IR) Kênh 5 1,55 – 1,75 (sh.w.IR)

Kênh 2 0,61 – 0,68 (red) Kênh 3 0,79 -0,89 (near IR)

Kênh 1 0,45 -0,52 (blue) Kênh 2 0,50 – 0,60 (green) Kênh 3 0,63 – 0,69 (red) Kênh 4 0,76 – 0,90 (near IR)

Nguồn: FAO (2014) Chi tiết một số hệ thống dược trình bày chi tiết trong phần sau

2.2.2.1 Các loại vệ tinh viễn thám

Vệ tinh Landsat, ra mắt vào năm 1972, là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu tiên, và đến nay đã có bảy thế hệ vệ tinh Landsat được phóng lên quỹ đạo Dữ liệu từ các vệ tinh này đã được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu.

Vệ tinh Landsat có bề rộng tuyến chụp 185km và bay qua xích đạo vào lúc 9h 39’ sáng Dữ liệu được thu nhận bởi hai bộ cảm biến TM và MSS, tạo ra các cảnh phủ một vùng mặt đất 185×170km, được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu Các giá trị pixel được mã hóa 8 bit, với cấp độ xám trong khoảng từ 0 đến 255 (Nguyễn Khắc Thời, 2011; Phạm Vọng Thành, 2013).

Bảng 2.2 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh LANDSAT Độ cao bay 915 km ( Landsat -1-3)

Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời

Chu kỳ lặp 18 ngày ( Landsat -1-3)

16 ngày ( Landsat -4,5,7) Thời gian hoàn tất

Khoảng 103 phút ( Landsat -1-3) Khoảng 99 phút ( Landsat -4,5,7)

Năm phóng vào quỹ đạo

Vệ tinh SPOT-1 được cơ quan hàng không Pháp (Système Pour L`Observation de la Terre) phóng lên quỹ đạo vào năm 1986, các năm 1990, 1993,

Năm 1998 và 2002, các vệ tinh SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5 lần lượt được đưa vào hoạt động Đây là những vệ tinh đầu tiên áp dụng kỹ thuật quét dọc tuyến chụp, sử dụng hệ thống quét điện tử để tạo ra ảnh lập thể dựa trên nguyên lý quan sát nghiêng.

Bảng 2.3 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh SPOT Độ cao bay 822 km

Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời

Thời gian hoàn tất quỹ đạo Khoảng 101 phút

Năm phóng vào quỹ đạo

IKONOS là vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao 1m, được phóng vào không gian vào tháng 9/1999 bởi Công ty Space Imaging (Hoa Kỳ) và bắt đầu cung cấp ảnh độ phân giải cao từ tháng 3/2000 Vệ tinh này trang bị bộ cảm biến OSA (Optical sensor assembly) với công nghệ quét điện tử, cho phép thu thập đồng thời ảnh toàn sắc và đa phổ Không chỉ nổi bật với độ phân giải cao nhất vào năm 2000, ảnh IKONOS còn có độ phân giải bức xạ rất cao nhờ vào việc sử dụng 11 bít để ghi nhận năng lượng phản xạ.

Vệ tinh World View-2 được phóng lên quỹ đạo ngày 8 tháng 10 năm 2009 tại Vandenberg, California, Hoa Kỳ

1 Thu nhận ảnh có độ phân giải: 0,46 m (toàn sắc); 1,8 m (đa phổ); 0,52m (toàn sắc) ; 2,4 m (đa phổ) (tại góc chụp 20°);

2 Diện tích thu nhận/1 ảnh: 16,4 km x 16,4 km;

3 Chu kỳ: 1,1 ngày (ở 1m GSD) hoặc ít hơn và 3,7 ngày ở 200 (0,52m GSD)

Vệ tinh Sentinel-2, được phóng lên quỹ đạo vào ngày 23/6/2015 bởi ESA, hoạt động với sự hỗ trợ của hai vệ tinh song song (Sentinel-2 A và Sentinel-2 B) để đảm bảo độ chính xác cao trong việc thu thập dữ liệu Sentinel-2 bay ở độ cao 786 km (488 mi), gần với quỹ đạo của Landsat và trùng khớp với quỹ đạo của vệ tinh SPOT.

1 Thu nhận ảnh cú độ phõn giải: 0.4-2.4 àm (VNIR + SWIR);

2 Số kênh phổ: 13 4 kênh có độ phân giải 10m, 6 kênh có độ phân giải 20m, 3 kênh có độ phân giải 60m;

3 Trọng tải: MSI (Multi Spectral Instrument);

4 Kích thước pixel: < 1 ha MMU (Minimum Mapping Unit);

5 Chu kỳ: Ở xích đạo là 5 ngày, ở vĩ độ là 3 ngày

2.2.2.2 Tư liệu sử dụng trong viễn thám

Kết quả thu nhận ảnh từ vệ tinh hoặc máy bay sẽ cho ra những bức ảnh ở dạng tương tự hoặc dạng số, được lưu trữ trên phim hoặc băng từ.

Ảnh tương tự là hình ảnh được chụp từ lớp cảm quang halogen bạc, sử dụng phim thay vì hệ thống quang điện tử Mặc dù loại ảnh này có độ phân giải không gian cao, nhưng lại kém về độ phân giải phổ Thêm vào đó, ảnh tương tự thường gặp phải vấn đề méo hình do ảnh hưởng của độ cong bề mặt trái đất Vệ tinh Cosmos của Nga là một trong những thiết bị sử dụng bộ cảm này.

Tổng quan về GIS

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là công cụ quan trọng giúp thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực, phục vụ cho các mục đích cụ thể GIS cho phép thể hiện các đối tượng từ thế giới thực một cách trực quan và hiệu quả.

- Vị trí địa lý của đối tượng thông qua một hệ toạ độ

- Các thuộc tính của chúng mà không phụ thuộc vào vị trí

- Các quan hệ không gian giữa các đối tượng (quan hệ topo)

Một số định nghĩa về GIS:

Hệ thống thông tin Địa lý (GIS) là một tổ hợp bao gồm phần mềm, phần cứng máy tính và cơ sở dữ liệu lớn, có khả năng thu thập, cập nhật, quản lý và phân tích dữ liệu địa lý GIS phục vụ cho việc giải quyết nhiều vấn đề phức tạp trong các lĩnh vực khác nhau.

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một tập hợp các nguyên lý, phương pháp, công cụ và dữ liệu không gian, giúp quản lý, duy trì và phân tích các hiện tượng cũng như quá trình phân bố trong không gian địa lý GIS cho phép mô hình hóa, mô phỏng và làm bản đồ các thông tin địa lý một cách hiệu quả.

Hình 2.5 Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau

GIS có những khả năng đặc biệt giúp phân biệt nó với các hệ thống thông tin khác, từ đó mở rộng phạm vi ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như phân tích sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược.

GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý

2.3.2 Các thành phần chính của GIS

Một hệ thống thông tin địa lý được kết hợp bới 5 thành phần chính là:

Phần cứng của hệ thống GIS bao gồm máy vi tính, cấu hình mạng và các thiết bị ngoại vi để nhập, xuất và lưu trữ dữ liệu Hiện nay, phần mềm GIS có thể hoạt động trên nhiều loại phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm độc lập hoặc kết nối mạng.

Phần mềm GIS cung cấp các công cụ cần thiết để lưu trữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Các thành phần chính của phần mềm này bao gồm: công cụ nhập và thao tác thông tin địa lý, hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS), công cụ hỗ trợ hỏi đáp và phân tích địa lý, cùng với giao diện đồ họa người-máy giúp truy cập dễ dàng.

Hình 2.6 Các thành phần chính của GIS

Thành phần quan trọng nhất trong hệ thống GIS là dữ liệu, bao gồm dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính Người dùng có thể tự tập hợp hoặc mua dữ liệu từ các nhà cung cấp thương mại Hệ GIS kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác và có thể sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) để tổ chức, lưu trữ và quản lý dữ liệu hiệu quả.

Công nghệ GIS cần sự tham gia của con người để quản lý và phát triển các ứng dụng thực tiễn Người sử dụng GIS có thể là chuyên gia kỹ thuật, nhà thiết kế hệ thống hoặc những người dùng khác nhằm giải quyết các vấn đề trong công việc.

Sự thành công của mỗi dự án GIS phụ thuộc vào việc quản lý hiệu quả và kỹ năng của người sử dụng hệ thống Điều này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa quản lý và công nghệ GIS.

2.3.3 Ứng dụng của GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Ngày nay, hệ thống thông tin địa lý (GIS) đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định thành công của nhiều hoạt động kinh tế-xã hội và quốc phòng trên toàn thế giới GIS có khả năng đánh giá hiện trạng của các quá trình và thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua việc thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp thông tin liên quan đến bản đồ dựa trên tọa độ dữ liệu Do đó, việc ứng dụng GIS là cần thiết và phù hợp với xu hướng tin học hóa xã hội cũng như yêu cầu phát triển kinh tế-xã hội của các quốc gia.

Kỹ thuật GIS hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ khả năng phân tích và xử lý dữ liệu đa dạng Nó đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ quyết định, đặc biệt là trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường GIS được sử dụng để quản lý các loại tài nguyên như đất, nước, rừng, sinh vật và khoáng sản.

Khái quát về tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám để lập bản đồ biến động sử dụng đất

2.4.1 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất và các phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất

2.4.1.1 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất

Biến động là sự thay đổi liên tục của trạng thái sự vật, hiện tượng trong môi trường tự nhiên và xã hội Phát hiện biến động liên quan đến việc nhận diện sự khác biệt về trạng thái qua quan sát tại các thời điểm khác nhau Để nghiên cứu biến động đất, nhiều phương pháp như thống kê và điều tra được áp dụng, tuy nhiên, chúng tốn thời gian và chi phí, đồng thời không thể hiện rõ sự chuyển đổi loại đất và vị trí cụ thể của sự thay đổi Bản đồ biến động sử dụng đất được sử dụng để thể hiện những biến đổi này, phản ánh tình hình sử dụng đất qua các nội dung và tỷ lệ khác nhau.

2.4.1.2 Các phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất và biến động lớp phủ bề mặt

Để nghiên cứu biến động bằng dữ liệu viễn thám, cần lưu ý rằng sự thay đổi lớp phủ đất phải dẫn đến thay đổi giá trị bức xạ, và sự thay đổi này phải lớn hơn các yếu tố khác như điều kiện khí quyển, góc chiếu tia mặt trời và độ ẩm của đất Việc chọn dữ liệu phù hợp có thể giúp giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố này.

Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động là rất quan trọng, bắt đầu bằng việc xác định phương pháp phân loại ảnh phù hợp Cần làm rõ yêu cầu nghiên cứu về thông tin nguồn gốc của sự biến động để chọn phương pháp thích hợp Tất cả các nghiên cứu đều chỉ ra rằng kết quả biến động phải được thể hiện trên bản đồ biến động và bảng tổng hợp Các phương pháp nghiên cứu khác nhau sẽ dẫn đến những bản đồ biến động khác nhau Một số phương pháp phổ biến trong nghiên cứu biến động và lập bản đồ bao gồm: phương pháp so sánh sau phân loại, phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian, phương pháp phân tích véc tơ thay đổi phổ, phương pháp số học, phương pháp sử dụng mạng nhị phân, phương pháp chồng xếp ảnh phân loại lên bản đồ đã có, phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh, và phương pháp kết hợp.

1 Phương pháp so sánh sau phân loại

Phương pháp này cho phép xây dựng bản đồ biến động đất sử dụng thông qua việc phân loại ảnh ở hai thời điểm khác nhau, từ đó tạo ra bản đồ hiện trạng sử dụng đất cho cả hai thời điểm Sau khi có hai bản đồ hiện trạng, chúng được chồng ghép để phân tích sự biến động.

2 Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian

Phương pháp này bao gồm việc chồng xếp hai bức ảnh từ hai thời kỳ khác nhau để tạo ra một bức ảnh biến động Dựa trên bức ảnh biến động này, chúng ta tiến hành phân loại và xây dựng bản đồ biến động.

3 Phương pháp phân tích vectơ thay đổi phổ

Khi có biến động trong khu vực nghiên cứu, sự xuất hiện của biến động được xác định bởi việc vec tơ thay đổi phổ có vượt qua ngưỡng quy định hay không Ngưỡng này được xác định từ kết quả thực nghiệm dựa trên các mẫu biến động và không biến động Thông tin về sự thay đổi sẽ được đặt lên tấm ảnh để tạo thành bản đồ biến động.

4 Phương pháp số học Đây là phương pháp đơn giản để xác định mức độ biến động giữa hai thời điểm bằng cách sử dụng tỉ số giữa các ảnh trên cùng một kênh hoặc sự khác nhau trên cùng một kênh của các thời điểm chụp ảnh

Trước tiên các ảnh được nắn về cùng một hệ tọa độ.Sau đó dùng các biến đổi số học để tạo ra các ảnh thay đổi

5 Phương pháp sử dụng mạng nhị phân

Lựa chọn ảnh để phân tích tại thời điểm n, trong đó ảnh thứ hai có thể được lấy sớm hơn với thời điểm n-1 hoặc muộn hơn với thời điểm n+1 Các ảnh này sẽ được điều chỉnh về cùng một hệ tọa độ để đảm bảo tính nhất quán trong quá trình phân tích.

Phân loại ảnh đầu tiên được thực hiện qua phương pháp phân loại thông thường, trong đó lựa chọn một kênh từ hai ảnh để tạo ra các tệp dữ liệu mới Các tệp này sẽ được phân tích bằng các phép biến đổi số học để tính toán chỉ số và tạo ra một ảnh mới Kỹ thuật phân ngưỡng được áp dụng để xác định các vùng thay đổi và không thay đổi, với ảnh thay đổi được ghi lại trong một tệp "mạng nhị phân" chỉ chứa hai giá trị "thay đổi" và "không thay đổi" Mạng nhị phân này sau đó được chồng lên ảnh thứ hai để phân tích các pixel thay đổi, chỉ các pixel được xác định là có sự thay đổi sẽ được phân loại trên ảnh thứ hai Cuối cùng, phương pháp so sánh sau phân loại truyền thống được sử dụng để tìm ra thông tin biến động.

6 Phương pháp chồng xếp ảnh phân loại lên bản đồ đã có

Trong một số trường hợp, khi khu vực nghiên cứu đã có bản đồ hiện trạng hoặc bản đồ số hóa, chúng ta có thể sử dụng dữ liệu sẵn có thay vì ảnh viễn thám tại thời điểm đầu Sau đó, tiến hành phân loại ảnh tại thời điểm thứ hai và so sánh các pixel để xác định biến động và thông tin liên quan.

7 Phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh

Trong phương pháp này, chúng ta lựa chọn một kênh ảnh cụ thể và ghi lại từng màu sắc của dữ liệu ảnh chồng xếp Điều này sẽ cho thấy sự biến động hoặc không biến động dựa trên nguyên lý tổ hợp màu.

Thực chất của phương pháp này là vectơ hóa những vùng biến động từ tư liệu ảnh có độ phân giải cao như ảnh SPOT hoặc ảnh hàng không

Tiến hành phân loại ảnh với độ phân giải thấp bằng phương pháp không kiểm định để xây dựng bản đồ hiện trạng Sau đó, chồng bản đồ lên ảnh có độ phân giải cao nhằm phát hiện biến động và tiến hành vec tơ hóa các vùng biến động.

2.4.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất trên thế giới

Việc kết hợp viễn thám và GIS đang trở thành xu hướng phổ biến toàn cầu trong quản lý và quy hoạch đất đai Nhiều quốc gia, như Nhật Bản, đã áp dụng công nghệ này để đánh giá năng suất nông nghiệp tại Châu Á bằng cách kết hợp dữ liệu thống kê với viễn thám và GIS Tại Trung Quốc, ảnh SAR được sử dụng cùng với bản đồ địa hình và bản đồ sử dụng đất để nhanh chóng cập nhật thông tin về đất trồng lúa Ngoài ra, viễn thám cũng giúp phân loại các loại đất nông nghiệp, trong khi dữ liệu GIS cung cấp các bản đồ về thổ nhưỡng, địa hình và chế độ tưới tiêu, hỗ trợ đánh giá mức độ thích hợp của đất cho cây trồng.

Trong bối cảnh môi trường hiện nay, thiên nhiên đang trải qua nhiều biến động bất thường, dẫn đến những thảm họa như sóng thần, lũ lụt và hiệu ứng nhà kính, gây thiệt hại lớn về người và tài sản Do đó, việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu môi trường toàn cầu trở nên cần thiết và có ý nghĩa quan trọng Các ứng dụng này bao gồm việc thành lập bản đồ độ sâu ngập lụt và dự báo nguy cơ trượt lở đất, giúp nâng cao khả năng ứng phó với các thảm họa tự nhiên.

Biến động sử dụng đất và sự thay đổi lớp phủ thực vật đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu biến đổi môi trường toàn cầu, ảnh hưởng đến an ninh lương thực và khả năng chống chịu cũng như tái sản xuất của hệ thống nông nghiệp và rừng.

Tóm tắt tổng quan

Viễn thám là khoa học công nghệ cho phép xác định và phân tích các tính chất của vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp Sóng điện từ, được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể, là nguồn tư liệu chính trong viễn thám Bộ cảm (Remote Sensor) là thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ này, ví dụ như máy chụp ảnh hoặc máy quét Vệ tinh mang bộ cảm viễn thám, như Landsat, Spot, Ikonos và World View, đang phát triển mạnh mẽ, cung cấp khối lượng tư liệu viễn thám khổng lồ và ngày càng dễ tiếp cận.

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống phức hợp bao gồm phần mềm, phần cứng máy tính và cơ sở dữ liệu lớn, có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích dữ liệu địa lý để giải quyết các vấn đề liên quan đến vị trí trên bề mặt trái đất GIS được cấu thành từ 5 thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp Để tạo ra bản đồ biến động sử dụng đất, người ta so sánh hai ảnh viễn thám đã được phân loại và áp dụng phương pháp chồng xếp hai ảnh để lập bản đồ.

Việc kết hợp viễn thám và GIS ngày càng trở nên phổ biến toàn cầu nhờ vào hiệu quả và tính kinh tế của nó Tại Việt Nam, công nghệ này đã được áp dụng từ năm 2009 với sự ra mắt của Trạm thu ảnh vệ tinh và Trung tâm dữ liệu viễn thám Quốc gia Trạm thu nhận được nhiều loại ảnh vệ tinh với độ phân giải khác nhau, phục vụ cho các ứng dụng trong nghiên cứu lâm nghiệp và quản lý bờ biển Tuy nhiên, hạn chế về trình độ nhân lực đã ảnh hưởng đến hiệu quả ứng dụng Bài viết này sẽ trình bày các bước giải đoán ảnh và lập bản đồ, đồng thời so sánh giữa phương pháp tích hợp viễn thám và GIS với phương pháp truyền thống, nhằm chỉ ra ưu nhược điểm và tối ưu hóa việc sử dụng công nghệ này trong việc lập bản đồ biến động đất nông nghiệp.

Vật liệu và phương pháp nghiên cứu