Luận văn Thạc sĩ Kiểm soát và Bảo vệ môi trường: Đánh giá biến động sử dụng đất bằng công nghệ ảnh viễn thám tại huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng được bản đồ sử dụng đất tại ba thời điểm năm 2005, năm 2010 và năm 2016 huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình bằng tư liệu viễn thám ảnh Landsat. Đánh giá được biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2016 trên địa bàn huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kiểm soát và Bảo vệ môi trường: Đánh giá biến động sử dụng đất bằng công nghệ ảnh viễn thám tại huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ĐINH VŨ LONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ ẢNH VIỄN THÁM TẠI HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KIỂM SOÁT VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI HUẾ - 2017 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ĐINH VŨ LONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ ẢNH VIỄN THÁM TẠI HUYỆN BỐ TRẠCH, TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KIỂM SOÁT VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Mã số: 60850103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN HOÀNG KHÁNH LINH HUẾ – 2017 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu, tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Huế, ngày tháng năm 2017 Người cam đoan Đinh Vũ Long PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự nổ lực của bản thân, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trường Đại học Nông Lâm Huế và Khoa Tài nguyên đất & Môi trường nông nghiệp; Phòng Đào tạo Sau đại học đã tận tình truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và viết Luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn cô giáo TS. Nguyễn Hoàng Khánh Linh, người hướng dẫn khoa học, đã rất chu đáo và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm Luận văn này. Xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Sở Tài nguyên và Môi trường Quảng Bình, Phòng Tài nguyên huyện Bố Trạch và Văn Phòng Đăng ký Quyền sử dụng đất huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bìnhđã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong việc thu thập số liệu ngoại nghiệp cũng như số liệu để phục vụ cho Luận văn này. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn cơ quan, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi cả về vật chất lẫn tinh thần để tôi hoàn thành Luận văn này. Huế, ngày tháng năm 2017 Học viên Đinh Vũ Long PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iii TÓM TẮT Đề tài luận văn “Đánh giá biến động sử dụng đất bằng công nghệ ảnh viễn thám tại huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình” đã được thực hiện từ tháng 01 năm 2017 đến tháng 6 năm 2017. Phương pháp nghiên cứu đề tài là sử dụng công nghệ viễn thám kết hợp với GIS. Nội dung đề tài cần nghiên cứu các vấn đềsau: - Nghiên cứu lý thuyết về tình hình sử dụng đất, viễn thám vàGIS. - Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh, các số liệu thống kê, kiểm kê. Từ đó tiến hành giải đoán ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005, 2010, 2016 và bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2010, 2010 - 2016. - Rút ra các kết luận về kết quả đạt được và đánh giá phương pháp thựchiện. Sau quá trình thực hiện, luận vănđã thu được một số kết quảsau: - Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Bố Trạch năm 2005, 2010, 2016 (tỷ lệ 1:25000) với 5 loại hình sử dụng đất bao gồm: đất rừng, đất nông nghiệp, đất xây dựng, mặt nước, đất cát. Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 – 2010, 2010 – 2016 ( tỷ lệ 1:25000). Với các kết quả đạt được, có thể nhận thấy việc sử dụng công nghệ viễn thám là phương pháp có hiệu quả với độ chính xác khá cao, tiết kiệm chi phí trong việc phân loại vàđánh giábiến động sử dụng đất tại huyện Bố Trạch. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii TÓM TẮT...................................................................................................................... iii MỤC LỤC ......................................................................................................................iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii DANH MUC CÁC HÌNH ........................................................................................... viii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề ....................................................................................................................1 2. Mục đích, mục tiêu của đề tài ......................................................................................2 2.1. Mục đích ...................................................................................................................2 2.2. Mục tiêu ....................................................................................................................2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .....................................................................................2 3.1. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................................2 3.2 Ý nghĩa thực tiễn .......................................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................4 1.1. Cơ sở lý luận vấn đề nghiên cứu ..............................................................................4 1.1.1. Đất đai và loại hình sử dụng đất ............................................................................4 1.1.2. Hệ thống viễn thám và ảnh viễn thám ...................................................................6 1.2. Cơ sởthực tiễn của vấn đề nghiên cứu ....................................................................11 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ......................................................................12 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................................13 1.3 Một số đề tài nghiên cứu có liên quan .....................................................................15 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................................................................... 17 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..........................................................................17 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................................17 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 17 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
v 2.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 17 2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................17 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu ..............................................................................17 2.3.2. Phương pháp xử lý dữ liệu ảnh viễn thám bằng các phần mềm chuyên dụng ....19 2.3.3. Phương pháp điều tra mẫu ...................................................................................20 2.3.4. Phương pháp đánh giá độ chính xác sau phân loại ảnh. ......................................20 2.3.5. Phương pháp phân tích trong GIS .......................................................................21 2.3.6. Phương pháp so sánh ...........................................................................................21 2.3.7. Phương pháp chuyên gia .....................................................................................21 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................22 3.1. Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và tình hình quản lý, sử dụng đất của huyện Bố Trạch .............................................................................................................22 3.1.1. Điều kiện tự nhiên .............................................................................................. 22 3.1.2. Tình hình kinh tế, xã hội huyện Bố Trạch ...........................................................31 3.1.3. Tình hình quản lý đất của huyện Bố Trạch .........................................................33 3.2. Phân loại ảnh vệ tinh và thành lập bản đồ sử dụng đất huyện Bố Trạch ...............40 3.2.1. Tiền xử lý ảnh ......................................................................................................40 3.2.2. Nắn ảnh ................................................................................................................43 3.2.3. Giải đoán ảnh vệ tinh, xây dựng bản đồ sử dụng đất tại ba thời điểm ................45 3.3. Đánh giá biến động sử dụng đất huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình giai đoạn 2005 – 2016 ............................................................................................................................ 47 3.3.1. Chồng xếp bản đồ sử dụng đất của huyện Bố Trạch giai đoạn 2005 – 2010, 2010 – 2016 ............................................................................................................................ 47 3.3.2. Biến động sử dụng đất huyện Bố Trạch giai đoạn 2005 – 2010, 2010 – 2016 ..49 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 56 4.1. Kết luận...................................................................................................................56 4.2. Kiến nghị ................................................................................................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 57 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Diễn giải GIS Geographic Information System- Hệ thống thông tin địa lý GPS Global Positioning System - Hệ thống Định vị Toàn cầu NDVI Nomarlized Difference Vegetation Index- Chỉ số khác biệt thực vật UBND Uỷ Ban Nhân dân United Nations Educational Scientific and Cultural Organization - UNESCO Tổchức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp quốc Food and Agriculture Organization of the United Nations - Tổ chức Lương thực FAO và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật ảnh Landsat .....................................................................18 Bảng 2.2. Số mẫu từng loại hình sử dụng đất ............................................................... 20 Bảng 3.1. Phân loại đất huyện Bố Trạch .......................................................................26 Bảng 3.2. Các thông số cơ bản của ảnh Landsat sử dụng trong đề tài .........................40 Bảng 3.3. Ma trận sai số phân loại ảnh..........................................................................46 Bảng 3.4. Ma trận biến động diện tích các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2005-2010 sau khi chồng lớp (Đơn vị tính: ha). ..............................................................................48 Bảng 3.5. Ma trậnbiến động diện tích các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2010-2016 sau khi chồng lớp (Đơn vị tính: ha). ..............................................................................49 Bảng 3.6. Thông kê tổng diện tích các loại hình biến động sử dụng đất giai đoạn 2005- 2010 ............................................................................................................................... 49 Bảng 3.7. Thông kê tổng diện tích các loại hình biến động sử dụng đất giai đoạn 2010- 2016 ............................................................................................................................... 50 Bảng 3.8. Bảng số liệu thống kê thu thập năm 2016 và số liệu thống kê giải đoán ảnh năm 2016 .......................................................................................................................53 Bảng 3.9. Bảng so sánh số liệu thống kê thu thập năm 2010 và số liệu thống kê giải đoán ảnh năm 2010. .......................................................................................................54 Bảng 3.10. Bảng so sánh số liệu thống kê thu thập năm 2005 và số liệu thống kê giải đoán ảnh năm 2005. .......................................................................................................54 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
viii DANH MUC CÁC HÌNH Hình 1.1. Phổ phản xạ của thực vật, đất và nước ............................................................7 Hình 1.2. Sự tương tác sóng điện từ với vật thể .............................................................. 8 Hình 1.3. Ảnh vệ tinh với độ phân giải không gian khác nhau .......................................9 Hình 1.4. Ảnh SPOT 5 chụp ba kênh green, red và hồng ngoại .....................................9 Hình 1.5. Ảnh có 20 pixels ghi nhận thông tin theo 8 bits ............................................10 Hình 2.1. Khung logic của quy trình giải đoán ảnh viễn thám......................................19 Hình 3.1. Sơ đồ vị trí địa lý huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình....................................22 Hình 3.2. Ảnh Landsat 8 trước và sau khi hiệu chỉnh bức xạ của Kênh 4 và Kênh 5 ..41 Hình 3.3. Hộp thoại thể hiện các kênh ảnh được ghép ..................................................42 Hình 3.4. Ảnh huyện Bố Trạch chụp ngày 7 tháng 4 năm 2016 trước và sau khi cắt ranh giới .........................................................................................................................42 Hình 3.5. Ảnh trước khi tăng cường chất lượngảnh ......................................................43 Hình 3.6. Ảnh sau khi tăng cường chất lượngảnh .........................................................43 Hình 3.7. Sự phân bố các điểm khống chế ....................................................................44 Hình 3.8. Danh sách các điểm khống chế chọn nắn ảnh và sai số nắn ảnh ...................44 Hình 3.9. Các điểm GPS từ thực địa và kết quả chọn vùng mẫu ..................................45 Hình 3.10. kết quả sau khi phân loại ảnh ......................................................................45 Hình 3.11. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Bố Trạch năm 2005 .........................46 Hình 3.12. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Bố Trạch năm 2010 .........................47 Hình 3.13. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Bố Trạch năm 2016 .........................47 Hình 3.14. Ảnh chồng xếp bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 – 2010 và giai đoạn 2010 – 2016 ...................................................................................................48 Hình 3.15. Biểu đồ thống kê tổng diện tích các loại hình biến động giai đoạn 2005- 2010 (Đơn vị: ha)...........................................................................................................51 Hình 3.16. Biểu đồ thống kê tổng diện tích các loại hình biến động giai đoạn 2010- 2016 (Đơn vị: ha)...........................................................................................................52 Hình 3.17. Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2010 ...................................52 Hình 3.18. Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2010-2016 ...................................53 Hình 3.16: Phỏng vấn cán bộ Phòng tài nguyên và Văn phòng Đăng ký quyền sử dụng đất ..................................................................................................................................68 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Đối với bất kỳ một quốc gia nào, đất đai cũng là nguồn lực quan trọng hàng đầu cho sự phát triển kinh tế, kỹ thuật, cơ sở hạ tầng xã hội nó luôn cố định về diện tích, vị trí không gian và vô hạn về thời gian sử dụng. Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với gia tăng dân số đã và đang gây sức ép lớn trong việc sử dụng đất nước ta hiện nay, kéo theo hàng loạt các biến động về quỹ đất và tình hình sử dụng đất theo cả chiều hướng tích cực lẫn tiêu cực đến các vấn đề môi trường tự nhiên và môi trường xã hội. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học hiện đại đòi hỏi thông tin phải nhanh chóng, chính xác, kịp thời. Đặc biệt, đất đai luôn biến động từng ngày, từng giờ nên việc cập nhật, tra cứu, đánh giá biến động đất đai để hoạch định ra những phương án sử dụng đất trong tương lai là vô cùng cần thiết. Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tính toán và công nghệ thông tin cùng với sự không ngừng hoàn thiện của lý thuyết đo ảnh trong những thập kỷ gần đây đã cho ra đời công nghệ viễn thám, với tư liệu ảnh vệ tinh có độ phân giải cao phản ánh trung thực về bề mặt trái đất tại thời điểm chụp, hàm lượng thông tin lớn, được thu nhận trên nhiều dải sóng, đang là nguồn dữ liệu phong phú và trực quan giúp cho các nhà nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt đất một cách hiệu quả. Kết hợp với khả năng xử lý số liệu của hệ thống thông tin địa lý (GIS), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và phần mềm giải đoán ảnh viễn thám, công nghệ viễn thám đã tạo ra một công cụ mạnh trong nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên nói chung và tài nguyên rừng nói riêng. Công nghệ viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên Thế giới trong nhiều lĩnh vực. Dữ liệu viễn thám với đặc điểm đa thời gian, xử lý ngắn và phủ trùm khu vực rộng là một công cụ hữu hiệu cho việc theo dõi biến động sử dụng đất. Cùng với đó, thiết bị tin học được đồng bộ hóa tăng khả năng xử lý nhanh chóng trong việc xây dựng các loại bản đồ. Vì vậy, phương pháp viễn thám kết hợp công nghệ GIS (Hệ thống thông tin địa lý) sẽ góp phần khắc phục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và đặc biệt hiệu quả trong xử lý số liệu nhằm đánh giá biến động trong quá trình sử dụng đất đai. Huyện Bố Trạch nằm ngay cửa ngõ phía Bắc thành phố Đồng Hới – thủ phủ của tỉnh Quảng Bình, huyện lỵ là thị trấn Hoàn Lão, thị trấn Nông trường Việt trung. Huyện Bố Trạch có 30 xã, thị trấn. Huyện có nhiều điều kiện thuận lợi về vị trí địa lý, thế mạnh về thương mại và dịch vụ du lịch: có các tuyến đường giao thông huyết mạch chạy qua là đường Hồ Chí Minh, quốc lộ 1A, đường sắt Bắc Nam Trạch và các tỉnh lộ 2, 2B, 3, 11 nối hệ thống quốc lộ 1A; đường Hồ Chí Minh và đường 20 tạo thành PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
2 mạng lưới giao thông ngang – dọc tương đối hoàn chỉnh; Bố Trạch có cửa khẩu Cà Roòng – Noọng Ma (Việt Nam – Lào), các danh thắng nổi tiếng như vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng được UNESCO công nhận di sản thiên nhiên thế giới,khu du lịch nghỉ mát Đá Nhảy, động Thiên Đường,Hang Sơn Đoòng. Vì vậy, huyện Bố Trạch có một vị trí quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Bình. Trong thời gian qua cơ cấu kinh tế của huyện chuyển dịch mạnh mẽ từ nông nghiệp sang công nghiệp và dịch vụ, du lịch, đất đai của huyện thường xuyên có sự biến động, do đó việc cập nhật, chỉnh lý những thông tin biến động về đất đai một cách kịp thời, chính xác là rất cần thiết. Nhận thức được vai trò và tầm quan trọng của việc đánh giá biến động đất đai phục vụ công tác quản lý sử dụng đất được hiệu quả, từng bước hiện đại hơn tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Đánh giá biến động sử dụng đất bằng công nghệ ảnh viễn thám tại huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình”. 2. Mục đích, mục tiêu của đề tài 2.1. Mục đích - Đánh giá được biến động sử dụng đất trên địa bàn huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bìnhbằng công nghệ viễn thám và GIS làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng đất hiệu quả. 2.2. Mục tiêu - Xây dựng được bản đồ sử dụng đất tại ba thời điểm năm 2005, năm 2010 và năm 2016 huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình bằng tư liệu viễn thám ảnh Landsat. - Đánh giá được biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2016 trên địa bàn huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học Trong bối cảnh ứng dụng công nghệ không gian và tin học đang phát triển bùng nổ trên thế giới, việc triển khai nghiên cứu sử dụng thông tin viễn thám trong ngành khoa học về Trái đất tại Việt Nam có ý nghĩa khoa học – công nghệ to lớn, nhằm rút ngắn khoảng cách chênh lệch về trình độ công nghệ ở nước ta so với các nước trong khu vực và quốc tế. Những kết quả đề tài sẽ góp phần vào nguồn tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý xây dựng chính sách, nâng cao năng lực kỹ thuật, quản lý tài nguyên đất và xây dựng mô hình dự đoán quá trình sử dụng đất. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
3 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Theo thời gian thì huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình ngày càng phát triển, các hình thức sử dụng đất trên địa bàn huyện cũng sẽ thay đổi theo nhiều chiều hướng khác nhau. Việc ứng dụng công nghệ mới trong nghiên cứu sử dụng đất sẽ rất có hiệu quả trong nghiên cứu, rút ngắn được rất nhiều thời gian so với các công tác khảo sát đo đạc ngoại nghiệp truyền thống trước đây. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Cơ sở lý luận vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Đất đai và loại hình sử dụng đất 1.1.1.1. Đất đai Theo Dale và Mc. Laughin (1988). Đất là “Bề mặt của trái đất, vật chất phía dưới, không khí phía trên và tất cả những thứ gắn với nền đất”. Còn theo Stephen Hauking (nhà vật lý người Anh), lớp mặt của trái đất gọi là thổ nhưỡng, được hình thành là do tác động lẫn nhau của khí quyển, nước, sinh vật, đá mẹ qua thời gian lâu dài. Theo Lucreotit (Triết gia La Mã): “Đất là mẹ của muôn loài, không có cái gì không từ lòng mẹ Đất mà ra”. Nhà kinh tế học người Italia Williams Petty có quan điểm: “Lao động là cha, đất là mẹ sản sinh ra mọi của cải vật chất của thế giới này”(Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). Theo quan điểm của C. Mác: Đất là tài sản mãi mãi với loài người, là điều kiện cần để sinh tồn, là điều kiện không thể thiếu được để sản xuất, là tư liệu sản xuất cơ bản trong nông lâm nghiệp. Theo quan điểm của FAO thì đất được xem như là tổng thể của nhiều yếu tố gồm: Khí hậu, địa hình, đất, thổ nhưỡng, thủy văn, thực vật, động vật, những biến đổi của đất do hoạt động của con người. Theo Từ điển bách khoa Việt Nam thì đất là lớp mỏng trên cùng của vỏ Trái đất tương đối tơi xốp do các loại đá phong hoá ra, có độ phì, trên đó cây cỏ có thể mọc được. Đất hình thành do tác động tổng hợp của nước, không khí và sinh vật lên đá mẹ. Nếu nhìn nhận đất đai trên phương diện từ vạt đất thì đất đai là một phần diện tích cụ thể của bề mặt trái đất, bao gồm cả các yếu tố cấu thành môi trường sinh thái ngay trên và dưới bề mặt đất. Như vậy, tùy theo quan điểm trong từng lĩnh vực về chuyên môn mà đất đai được các tác giả nhìn nhận trên các phương diện khác nhau và có nhiều ý nghĩa khác nhau. Tuy nhiên, hiện nay khi nói đến đất người ta thường dùng hai khái niệm là đất (soil) và đất đai (land). Đất (soil) là lớp đất mặt của vỏ trái đất gọi là thổ nhưỡng. Thổ nhưỡng phát sinh là do tác động lẫn nhau của khí trời (khí quyển), nước (thủy quyển), sinh vật (sinh quyển) và đá mẹ (thạch quyển) qua thời gian lâu dài. Khái niệm đất theo nghĩa đất đai (land) có thể được hiểu theo nhiều cách khác nhau, đất như là không gian, cộng đồng lãnh thổ, vị trí địa lý, nguồn vốn, môi trường, tài sản. Trong quản lý Nhà nước về đất đai người ta thường đề cập đến đất đai theo khái niệm đất (land). PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
5 Về phân loại đất (land/soil classification), hiện nay trên thế giới tùy theo mục đích phân loại mà có nhiều cách phân loại đất khác nhau. Hiện nay, ở nước ta đất thường được phân loại theo hai cách: Phân loại đất theo thổ nhưỡng và phân loại đất theo mục đích sử dụng. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng ta chỉ quan tâm đến cách phân loại đất theo mục đích sử dụng (land classification). Ở Việt Nam, Luật đất đai đầu tiên năm 1987 quy định đất đai được phân làm 5 loại theo mục đích sử dụng, gồm đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất khu dân cư, đất chuyên dùng và đất chưa sử dụng. Luật đất đai 1993 quy định đất đai được phân thành 6 loại theo mục đích sử dụng, gồm đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất khu dân cư nông thôn, đất đô thị, đất chuyên dùng và đất chưa sử dụng. Cách phân loại đất theo Luật đất đai 1987 và Luật đất đai 1993 vừa được phân theo mục đích sử dụng, lại vừa theo địa bàn gây nên sự chồng chéo. Để khắc phục tình trạng này, Luật Đất đai 2003 và mới nhất Luật Đất đai 2013 có hiệu lực từ ngày 01 tháng 7 năm 2014 quy định căn cứ theo mục đích sử dụng, đất đai được phân thành 3 nhóm: Nhóm đất nông nghiệp, nhóm đất phi nông nghiệp, nhóm đất chưa sử dụng. - Nhóm đất nông nghiệp: Đất nông nghiệp là đất sử dụng vào mục đích sản xuất, nghiên cứu, thí nghiệm về nông nghiệp, lâm nghiệm, nuôi trồng thuỷ sản, làm muối và mục đích bảo vệ, phát triển rừng. Nhóm đất nông nghiệp được phân thành các phân nhóm gồm đất sản xuất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất nuôi trồng thủy sản, đất làm muối và đất nông nghiệp khác. - Nhóm đất phi nông nghiệp: Đất phi nông nghiệp là đất đang được sử dụng không thuộc nhóm đất nông nghiệp. Nhóm đất phi nông nghiệp bao gồm đất ở, đất chuyên dùng, đất tôn giáo tín ngưỡng, đất nghĩa trang, nghĩa địa, đất sông ngòi, kênh, rạch, suối và mặt nước chuyên dùng và đất phi nông nghiệp khác. Trong các phân nhóm của nhóm đất nông nghiệp, phi nông nghiệp lại được chia thành nhiều loại đất khác nhau. - Nhóm đất chưa sử dụng: Đất chưa sử dụng là đất chưa xác định mục đích sử dụng. Đất chưa sử dụng bao gồm đất bằng chưa sử dụng, đất đồi núi chưa sử dụng, núi đá không có rừng cây. Tóm lại, theo mục đích sử dụng đất, ở nước ta đất được chia làm 3 loại: Đất nông nghiệp, đất phi nông nghiệp và đất chưa sử dụng. Với tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng cao như hiện nay, đất nông nghiệp luôn có xu hướng chuyển sang đất phi nông nghiệp với diện tích lớn (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). 1.1.1.2. Loại hình sử dụng đất Là bức tranh mô tả thực trạng sử dụng đất của một vùng đất với những phương thức quản lý sản xuất trong các điều kiện môi trường tự nhiên, kinh tế - xã hội và PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
6 kỹthuật được xác định. Các thuộc tính của loại hình sử dụng đất bao gồm sản phẩm, lợi ích, định hướng thị trường, trình độ người sử dụng đất... Những loại hình sử dụng đất có thể hiểu theo nghĩa rộng là các loại hình sử dụng đất chính hoặc có thể được mô tả chi tiết hơn với khái niệm các kiểu sử dụng đất. Kiểu sử dụng đất là một loại sử dụng đất đai, được mô tả chi tiết theo các thuộc tính nhất định để đánh giá các nhu cầu sử dụng đất đai của nó và để lập kế hoạch đầu tư cần thiết. Nhiều khi người ta không tách bạch các loại hình sử dụng đất chính và các kiểu sử dụng đất một cách riêng biệt mà gọi chung là các loại hình sử dụng đất với mức độ chi tiết thay đổi theo trình độ, phạm vi và các mục đích nghiên cứu (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2007). 1.1.2. Hệ thống viễn thám và ảnh viễn thám 1.1.2.1. Các khái niệm cơ bản a. Khái niệm viễn thám Viễn thám là khoa học thu thập, xử lý, thể hiện hình ảnh và dữ liệu liên quan có được từ các thiết bị trên mặt đất, không trung và không gian bằng cách ghi lại sự tương tác giữa vật chất (mục tiêu) và bức xạ điện từ. Viễn thám sử dụng phổ điện từđể ghi nhận hình ảnh mặt đất, đại dương và khí quyển (Trần Quốc Vinh, 2003). b. Bức xạ điện từ Bức xạ điện từ là quá trình truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao động của điện trường và từ trường trong không gian. Quá trình lan truyền của sóng điện từ qua môi trường vật chất sẽ tạo ra phản xạ, hấp thụ, tán xạ và bức xạ sóng điện từ dưới các hình thức khác nhau tùy thuộc vào bước sóng. Viễn thám thường sử dụng 4 tính chất cơ bản của bức xạ điện từ đó là tần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phẳng phân cực để thu nhận thông tin từ các đối tượng. Ví dụ, tần số hay bước sóng liên quan đến màu sắc của vật thể trong vùng ánh sáng khả kiến. Tùy thuộc vào bước sóng điện từ, phản xạ hay bức xạ từ các vật thể được thu nhận bởi bộ cảm biến sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu sắc khác nhau. Thể hiện màu dữ liệu ảnh vệ tinh giữ vai trò rất quan trọng trong việc giải đoán ảnh bằng mắt, nếu ảnh đa phổ gồm 3 kênh được ghi nhận tương ứng cùng vùng phổ của đỏ, lục và xanh lơ sẽ cho phép tái tạo màu tự nhiên trên màn hình hiển thị ảnh. Ví dụ, lá cây sẽ có màu xanh trên ảnh như sự cảm nhận của con người ngoài thực tế, vì chất diệp lục hấp thụ ánh sáng có bước sóng xanh lơ và đỏ đồng thời phản xạ ánh sáng có bước sóng xanh PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
7 lục. Ngược lại, nếu thông tin ghi nhận trên vùng phổ không nhìn thấy (sóng hồng ngoại) sự tổ hợp màu với kênh phổ hồng ngoại sẽ không cho màu tự nhiên, trường hợp này được gọi là tổ hợp màu hồng ngoại. Trên tổ hợp màu này, các đối tượng được thể hiện giống như thể hiện trên film hồng ngoại. Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ đã xác định. Các đại lượng này của vật thể thường được gọi là đặc trưng phổ. Phản xạ phổ ứng với từng lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể, điều này cho phép viễn thám có thể xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đo lường phản xạ phổ. Hình 1.1 cho thấy phản xạ phổ ứng với một số lớp phủ đặc trưng của mặt đất (trục ngang thể hiện bước sóng, trục đứng thể hiện phần trăm năng lượng điện từ phản xạ), trong đó thực vật có phản xạ rất cao trong vùng gần hồng ngoại, đất cho sự phản xạ khá cao đối với hầu hết các vùng phổ nhưng nước hầu như không phản xạ trong vùng hồng ngoại (hấp thụ hoàn toàn năng lượng sóng hồng ngoại). Hình 1.1. Phổ phản xạ của thực vật, đất và nước Năng lượng sóng điện từ hấp thụ nhiều hay ít tùy thuộc vào bước sóng và loại vật thể. Năng lượng của bức xạ điện từ (E) khi tương tác với vật thể một phần sẽ bị hấp thụ (EA), một phần phản xạ (ER) và một phần truyền qua vật thể (ET). PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
8 Hình 1.2. Sự tương tác sóng điện từ với vật thể Theo định luật bảo toàn năng lượng thì E = EA + ER + ET. Đặt trưng của bề mặt đất có thể phân biệt bằng cách so sánh năng lượng phản xạ ER của từng vật thể khác nhau ứng với từng bước sóng và phản xạ phổ được xác định bởi ER/E. Năng lượng sóng điện từ do nguồn cung cấp là mặt trời, khi truyền tới mặt đất sẽ bị hấp thụ hoặc tán xạ bởi các phân tử nước và khí có trong lớp khí quyển. Tùy thuộc vào bước sóng, ảnh hưởng của khí quyển đến phản xạ phổ ứng với từng loại lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau theo vị trí cũng như thời gian trong năm. Do các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua năng lượng bức xạ từ vật thể hay phản xạ của vật thể đối với năng lượng bức xạ do mặt trời cung cấp, nếu năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu nhận bởi bộ cảm biến (sensor) đặt trên vật mang (platform của vệ tinh), ta có thể nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường khí quyển xung quanh trái đất thông qua những đặt trưng riêng về sự phản xạ sóng điện từ (Trần Quốc Vinh, 2003). c. Ảnh viễn thám Ảnh viễn thám (còn gọi là ảnh vệ tinh) là ảnh số thể hiện các vật thể trên bề mặt trái đất được thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh. Tùy thuộc vào vùng bước sóng được sử dụng để thu nhận, ảnh viễn thám được phân thành ba loại cơ bản: Ảnh quang học: Nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời; Ảnh nhiệt: Nguồn năng lượng chính là bức xạ nhiệt của vật thể; Ảnh rada: Nguồn năng lượng chính là sóng rada phản xạ từ các vật thể do vệ tinh phát xuống theo những bước sóng đã được xác định. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
9 Vùng phủ mặt đất rộng hay hẹp (diện tích nhất định trên bề mặt trái đất) tương ứng với phần tử ảnh gọi là độ phân giải không gian hay độ phân giải mặt đất của ảnh viễn thám, tùy vào loại vệ tinh và kích thước của pixel đã được xác định trước khi thiết kế bộ cảm biến mà ảnh viễn thám có độ phân giải không gian khác nhau. Ngoài ra, cùng một lớp phủ mặt đất tương ứng với phần tử ảnh sẽ có giá trị độ sáng của pixel khác nhau theo từng loại bước sóng (ảnh chụp đa phổ). Do đó ứng với vùng phủ nhất định, thông tin cơ bản được cung cấp bởi ảnh vệ tinh sẽ khác nhau phụ thuộc vào kích thước của pixel và phạm vi bước sóng được sử dụng bởi từng loại vệ tinh. Hình 1.3 thể hiện các ảnh vệ tinh chụp trên cùng một diện tích nhất định trên bề mặt trái đất nhưng có độ phân giải không gian khác nhau (20m, 10m và 5m) và hình 1.4 thể hiện các ảnh vệ tinh chụp trên các kênh phổ khác nhau. 20m pixel 10m pixel 5m pixel Hình 1.3. Ảnh vệ tinh với độ phân giải không gian khác nhau Kênh phổ “lục” Kênh phổ “đỏ” Kênh phổ “hồng ngoại” Hình 1.4. Ảnh SPOT 5 chụp ba kênh green, red và hồng ngoại Để lưu trữ, xử lý và hiển thị ảnh vệ tinh trong máy tính kiểu Raster, tùy thuộc vào số bit dùng để ghi nhận thông tin, mỗi pixel sẽ có một giá trị hữu hạn ứng với từng cấp độ xám (giái trị độ sáng của pixel: BV – Brightness Value). Ví dụ 7 bits cho 128 cấp độ xám (0-127) và 8 bits cho 256 cấp (0-255) 0 tương ứng đen và 255 là trắng. Hình 1.5 thể hiện ảnh số có các phần tử ảnh (pixel) được xác định bởi hàng và cột ghi nhận thông tin theo giá trị từ 0 đến 255. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
10 1 2 3 4 5 1 11 18 27 26 26 BV14 = 26 2 BV24 3 120 130 145 225 252 4 Hình 1.5. Ảnh có 20 pixels ghi nhận thông tin theo 8 bits Số bit dùng để ghi nhận thông tin (thang cấp độ xám) được gọi là độ phân giải bức xạ của ảnh vệ tinh, độ phân giải bức xạ thể hiện sự thay đổi nhỏ nhất của cường độ phản xạ sóng từ các vật thể được xác định bởi bộ cảm biến. Ảnh toàn sắc chỉ bao gồm một kênh phổ nên thường được giải đoán như ảnh đen trắng, ảnh đa phổ gồm nhiều kênh phổ. Để hiển thị, từng kênh của ảnh đa phổ được thể hiện lần lượt dưới dạng ảnh gray scale (cấp độ xám) mà mỗi pixel có giá trị hữu hạn ứng với từng cường độ phản xạ năng lượng của vật thể trên mặt đất, hoặc phối hợp ba kênh ảnh thể hiện cùng lúc dưới dạng ảnh tổ hợp màu. Việc giải đoán ảnh tổ hợp màu đòi hỏi phải có kiến thức về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng trong ảnh (Phạm Vọng Thành, 2013). d. Ảnh landsat Ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lượng kênh phổ và độ phân giải khác nhau. Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM được thu từ vệ tinh Landsat 4 và 5, ảnh Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat 7, ảnh Landsat 8 được thu về từ Vệ tinh thế hệ thứ 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM) được sử dụng phổ biến nhất. Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ. Nhiệm vụ của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp được sử dụng phổ biến nhất. Ảnh Landsat TM gồm 6 kênh phổ nằm trên dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại với độ phân giải không gian 30mx30m và một giải phổ hồng ngoại nhiệt ở kênh 6, độ phân giải 120mx120m để đo nhiệt độ bề mặt. Ảnh Landsat ETM+ ghi phổ trên 8 kênh ở các bước sóng giống như của ảnh Landsat TM, điều khác biệt là ở Landsat ETM+, kênh hồng ngoại nhiệt (Thermal) có độ phân giải cao hơn (60mx60m) và có thêm kênh toàn sắc (Pan) với độ phân giải không gian là 15mx15m[39],[40]. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma