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 là một vật thể thiên nhiên hình thành lâu dài từ sự tác động tổng hợp 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 và ảnh hưởng của các yếu tố khác trong môi trường Vì vậy, 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 có giới hạn, bao gồm khí hậu, lớp đất bề mặt, thảm thực vật, động vật, diện tích mặt nước, nước ngầm và khoáng sản Trên bề mặt đất đai, các yếu tố thổ nhưỡng, địa hình, thủy văn và thảm thực vật kết hợp với nhau, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sản xuất và cuộc sống của con người.
Đất nông nghiệp là loại đất chủ yếu được sử dụng cho sản xuất nông nghiệp, bao gồm các loại như đất trồng cây hàng năm, cây lâu năm, rừng sản xuất, rừng phòng hộ, rừng đặc dụng, đất nuôi trồng thủy sản, đất làm muối, và các khu vực 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 một hệ thống biện pháp điều hòa mối quan hệ giữa con người và đất, kết hợp với các nguồn tài nguyên thiên nhiên khác và môi trường Quy luật phát triển kinh tế - xã hội cùng với yêu cầu bền vững về môi trường và hệ sinh thái xác định phương hướng và mục tiêu sử dụng đất hợp lý Việc phát huy tối đa công dụng của đất nhằm đạt lợi ích sinh thái và kinh tế cần căn cứ vào thuộc tính tự nhiên của đất đai trong từng phương thức sản xuất cụ thể.
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 phát triển hướng xuất khẩu.
Việc sử dụng đất nông nghiệp trong sản xuất cần dựa trên việc cân nhắc các mục tiêu phát triển kinh tế xã hội, đồng thời tận dụng tối đa lợi thế so sánh về điều kiện sinh thái Điều này không chỉ đảm bảo khai thác hiệu quả tài nguyên đất đai mà còn giúp bảo vệ môi trường, đảm bảo sự phát triển bền vững.
- 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
Các hoạt động của con người đã làm biến đổi hệ sinh thái vượt quá khả năng tự điều chỉnh của đất, ảnh hưởng đến khí quyển và nguồn nước để gia tăng sản xuất lương thực Tuy nhiên, việc cải tạo đất chưa được chú trọng, dẫn đến sự suy thoái nghiêm trọng của nhiều vùng đất màu mỡ, kèm theo xói mòn đất và giảm nguồn nước, gây ra hạn hán và lũ lụt Để đảm bảo cuộc sống bền vững cho 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 định cư lâu dài, với việc thiết lập 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, đồng thời bảo vệ đa dạng sinh học và tài nguyên thiên nhiên không tái sinh Thuật ngữ "sử dụng đất bền vững" được xây dựng dựa trên quan điểm này.
- 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
Theo FAO, phát triển nông nghiệp bền vững là quá trình quản lý và bảo tồn các thay đổi tổ chức và kỹ thuật nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con người, cả trong hiện tại và 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 và 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, xem xét điều kiện tự nhiên và phân tích nhu cầu thị trường Việc kết hợp quy hoạch phát triển công nghiệp chế biến, hạ tầng, nguồn nhân lực và thể chế pháp luật về bảo vệ tài nguyên và môi trường sẽ tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển bền vững của nông nghiệp hàng hóa.
Các 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, thiết lập hệ thống tổ chức sản xuất và kinh doanh phù hợp, đồng thời 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 sản xuất hàng hóa của hộ nông dân, vì sự phát triển này không thể tách rời khỏi các tiến bộ kỹ thuật và ứng dụng khoa học công nghệ Để nâng cao chất lượng nông sản và giảm giá thành sản phẩm, ngành nông nghiệp hàng hóa cần liên tục cải tiến và đổi mới (Nguyễn Ích Tân, 2000).
2.1.3.4 Nhóm các yếu tố kinh tế - xã hội
Phát triển nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hóa giống như các ngành sản xuất khác trong xã hội, chịu sự chi phối của quy luật cung cầu và ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố đầu vào Các yếu tố này bao gồm quy mô 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 (Smyth A.J và Dumanski J., 1993).
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 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, khi bị phản xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, là nguồn tài nguyên chính trong viễn thám Bên cạnh đó, 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 cảm nhận sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể, trong khi vật mang là phương tiện chứa 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), sự phát triển vượt bậc trong hạ tầng công nghệ thông tin và công nghệ bộ cảm đã làm thay đổi đáng kể các khái niệm trong viễn thám Hình 2.1 minh họa khoảng cách quan trắc dưới dạng khối lập phương với ba thông số chính của bộ cảm: (a) độ phân giải không gian được thể hiện bằng GSD, (b) chu kỳ hoặc tần suất thu nhận hình ảnh, và (c) khoảng cách quan sát, tức khoảng cách trung bình 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 Mobile/Static Trong những năm gần đây, UAS hay drone đã thu hút nhiều sự quan tâm trong nghiên cứu và ứng dụng Hệ thống lập bản đồ Mobile đã ra đời khi công nghệ GPS được phép sử dụng trong lĩnh vực dân dụng, với các bộ cảm biến lắp đặt trên phương tiện giao thông như ô tô và tàu hỏa để 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, được phản xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, là nguồn thông tin chủ yếu trong viễn thám Ngoài ra, các dạng năng lượng khác như từ trường và trọng trường cũng có thể cung cấp thông tin hữu ích Thiết bị 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 tiêu biểu.
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 cho phép xác định và nhận biết các đối tượng cũng như điều kiện môi trường thông qua các đặc trưng phản xạ và bức xạ của vật thể Các tính chất của vật thể được xác định dựa trên năng lượng bức xạ hoặc phản xạ mà chúng phát ra.
Tín hiệu điện từ từ đối tượng nghiên cứu chứa đựng thông tin quan trọng về đối tượng đó Viễn thám có khả năng thu nhận và xử lý các tín hiệu này, giúp nhận diện và xác định các đối tượng thông qua các thông tin phổ nhận được.
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, là loại vệ tinh mang bộ cảm viễn thám Kể từ khi Liên Xô phóng Sputnik, mở đầu 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 đạt con số 23, trong đó có cả 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, được phóng lên quỹ đạo vào năm 1972, là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu tiên và đã trải qua bảy thế hệ Dữ liệu từ các vệ tinh Landsat đã được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, đóng góp quan trọng cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu và quản lý tài nguyên.
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 khu vực mặt đất 185×170km, được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu Giá trị pixel được mã hóa 8 bit, với cấp độ xám trong khoảng 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,
Vào năm 1998 và 2002, các vệ tinh SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5 đã được đưa vào hoạt động, đánh dấu sự ra đời của loại vệ tinh đầu tiên sử dụng kỹ thuật quét dọc tuyến chụp Hệ thống quét điện tử của các vệ tinh này cho phép 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 từ tháng 3/2000 Vệ tinh này sử dụng bộ cảm biến OSA (Optical sensor assembly) với nguyên lý quét điện tử, cho phép thu đồng thời ảnh toàn sắc và đa phổ Đặc biệt, ảnh IKONOS không chỉ có độ phân giải cao nhất vào thời điểm đó mà 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 bởi ESA vào ngày 23/6/2015, hoạt động với độ chính xác cao nhờ vào sự kết hợp của hai vệ tinh Sentinel-2 A và Sentinel-2 B Với quỹ đạo ở độ cao 786 km (488 mi), Sentinel-2 gần gũi 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 số, được lưu trữ trên phim hoặc băng từ.
Ảnh tương tự được chụp dựa trên lớp cảm quang halogen bạc, sử dụng phim thay vì hệ thống quang điện tử Loại ảnh này có độ phân giải không gian cao nhưng lại kém về độ phân giải phổ Tuy nhiên, ảnh tương tự thường gặp phải tình trạng méo hình do ảnh hưởng của độ cong bề mặt trái đất Vệ tinh Cosmos của Nga thường sử dụng bộ cảm này để thu thập dữ liệu.
Tổng quan về GIS
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ mạnh mẽ cho phép 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 giúp thể hiện các đối tượng trong 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 hệ thống tích hợp bao gồm phần mềm, phần cứng máy tính và cơ sở dữ liệu lớn Nó có khả năng thu thập, cập nhật, quản lý và phân tích dữ liệu địa lý, 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 tập hợp các nguyên lý, phương pháp, công cụ và dữ liệu không gian, phục vụ cho việc quản lý, duy trì, chuyển đổi 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 tạo bản đồ, giúp hiểu rõ hơn về các sự kiện và xu hướng trong môi trường địa lý.
Hình 2.5 Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau
Các khả năng độc đáo của GIS phân biệt nó với các hệ thống thông tin khác, đồng thời 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 khác nhau, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm độc lập hoặc kết nối mạng.
Phần mềm GIS cung cấp các công cụ và chức năng thiết yếu 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 truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu địa lý, cùng với giao diện đồ họa người-máy giúp người dùng dễ dàng truy cập các công cụ.
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 thu thập hoặc mua dữ liệu từ nhà cung cấp thương mại Hệ GIS tích 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 các chuyên gia kỹ thuật, những người thiết kế và bảo trì hệ thống, hoặc những cá nhân áp dụng GIS để giải quyết vấn đề trong công việc.
Để một dự án GIS đạt được thành công, việc quản lý hiệu quả và kỹ năng sử dụng hệ thống của người dùng là rất quan trọng Sự phối hợp chặt chẽ giữa công tác quản lý và công nghệ GIS sẽ đảm bảo sự hiệu quả trong quá trình triển khai.
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 sự 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 đầu vào Vì vậy, việc ứng dụng GIS là cần thiết và phù hợp với xu thế tin học hóa xã hội cũng như yêu cầu phát triển kinh tế-xã hội của các quốc gia.
Kỹ thuật GIS, với khả năng phân tích và xử lý dữ liệu đa dạng, đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường Nó đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý các loại tài nguyên như đất, nước, rừng, sinh vật và khoáng sản, góp phần hỗ trợ quyết định hiệu quả (Trần Thị Băng Tâm, 2006).
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 giữa các trạng thái của sự vật và 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 thông qua quan sát tại các thời điểm khác nhau Để nghiên cứu biến động đất, có thể áp dụng nhiều phương pháp như thống kê và điều tra, tuy nhiên, chúng thường tốn thời gian và chi phí, đồng thời không thể hiện rõ sự chuyển đổi giữa các loại đất và vị trí không gian của sự thay đổi Để khắc phục điều này, bản đồ biến động sử dụng đất được sử dụng để thể hiện và tổng quát các biến đổi trạng thái sử dụng đất, phản ánh tình hình biến động theo 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
Tiền đề cơ bản trong việc sử dụng dữ liệu viễn thám để nghiên cứu biến động là sự thay đổi lớp phủ bề mặt đất phải dẫn đến sự thay đổi đáng kể về giá trị bức xạ Để có kết quả chính xác, sự thay đổi bức xạ do lớp phủ gây ra cần phải lớn hơn so với các yếu tố khác như điều kiện khí quyển, góc chiếu tia mặt trời và độ ẩm của đất Để giảm thiểu ảnh hưởng của những yếu tố này, việc lựa chọn dữ liệu phù hợp là rất quan trọng.
Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động là rất quan trọng, bắt đầu từ việc xác định phương pháp phân loại ảnh phù hợp Cần làm rõ yêu cầu nghiên cứu có cần thông tin chính xác về nguồn gốc của sự biến động hay không, từ đó lựa chọn phương pháp thích hợp Tất cả các nghiên cứu đều cho thấy kết quả về biến động cần được thể hiện trên bản đồ biến động và bảng tổng hợp Các phương pháp nghiên cứu biến động khác nhau sẽ cho ra những bản đồ biến động khác nhau Trong số nhiều phương pháp, một số phương pháp phổ biến 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 dựa trên việc phân loại ảnh tại hai thời điểm khác nhau để tạo ra bản đồ hiện trạng sử dụng đất cho mỗi thời điểm Sau đó, hai bản đồ này được chồng ghép để xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất.
2 Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian
Phương pháp này kết hợp hai bức ảnh từ các thời kỳ khác nhau để tạo ra hình ảnh biến động Dựa trên hình 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, việc xác định sự thay đổi được quyết định bởi việc vector thay đổi phổ có vượt qua ngưỡng quy định hay không Giá trị ngưỡng này được xác định từ kết quả thực nghiệm dựa trên các mẫu biến động và không biến động Sau đó, thông tin về sự thay đổi sẽ được chồng 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
Để phân tích ảnh, chúng ta lựa chọn ảnh thứ nhất tại thời điểm n, trong khi ảnh thứ hai có thể được chọn sớm hơn tại thời điểm n-1 hoặc muộn hơn tại n+1 Tất cả các ảnh sẽ được điều chỉnh về cùng một hệ tọa độ.
Phân loại ảnh thứ nhất được thực hiện theo phương pháp phân loại thông thường, trong đó lựa chọn từng kênh từ hai ảnh để tạo ra các tệp dữ liệu mới Các tệp này sau đó được phân tích thông qua các phép biến đổi số học nhằm tính toán các 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 trên một tệp mạng nhị phân chỉ có hai giá trị "thay đổi" và "không thay đổi" Tệp mạng nhị phân này sẽ được chồng phủ lên ảnh thứ hai để phân tích và chỉ ra các pixel thay đổi, từ đó 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 nguồn 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 đến sự thay đổi.
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 màu sắc của dữ liệu ảnh chồng xếp Điều này sẽ giúp hiển thị 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 xếp bản đồ lên ảnh có độ phân giải cao nhằm phát hiện biến động Cuối cùng, thực hiện vec tơ hóa các vùng có 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 trong quản lý và quy hoạch sử dụng đất đang trở nên phổ biến trên toàn cầu Nhiều quốc gia, như Nhật Bản, đã áp dụng công nghệ này để đánh giá năng suất nông nghiệp tại các nước Châu Á, sử dụng dữ liệu thống kê và viễn thám Tại Trung Quốc, ảnh SAR được sử dụng cùng với bản đồ địa hình và bản đồ sử dụng đất để cập nhật nhanh chóng bản đồ đất trồng lúa Ngoài ra, viễn thám còn hỗ trợ phân loại đất nông nghiệp, trong khi dữ liệu GIS cung cấp các bản đồ về thổ nhưỡng, địa hình và chế độ tưới tiêu, giúp đánh giá mức độ thích hợp của đất cho các loại cây trồng.
Trong bối cảnh môi trường hiện nay, thiên nhiên đang trải qua nhiều biến động bất thường, dẫn đến những thảm hoạ như sóng thần và lũ lụt, 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 vô cùng cần thiết và 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, góp phần nâng cao khả năng ứng phó với các thảm hoạ tự nhiên.
Biến động trong sử dụng đất và sự thay đổi lớp phủ thực vật là vấn đề quan trọng trong nghiên cứu biến đổi môi trường toàn cầu Những thay đổi này có thể dẫn đến nguy cơ mất an ninh lương thực và làm suy giảm khả năng chống đỡ cũng như tái sản xuất của hệ thống nông nghiệp và rừng.
Tóm tắt tổng quan
Viễn thám là một khoa học công nghệ cho phép xác định và phân tích các tính chất của vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp Nguồn tư liệu chủ yếu trong viễn thám là sóng điện từ, có thể được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể Bộ cảm (Remote Sensor) là thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ này, bao gồm các máy chụp ảnh và máy quét Vệ tinh mang bộ cảm viễn thám, như Landsat, Spot, Ikonos và World View, đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu Công nghệ viễn thám hiện đang phát triển mạnh mẽ, cả về bộ cảm và phương tiện mang, dẫn đến khối lượng tư liệu viễn thám khổng lồ và ngày càng dễ tiếp cận.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ quan trọng bao gồm phần mềm, phần cứng và cơ sở dữ liệu lớn, cho phép 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 năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp Để tạo lập bản đồ biến động sử dụng đất, người ta thường so sánh hai ảnh viễn thám đã được phân loại và áp dụng phương pháp chồng xếp để xác định sự thay đổi trong việc sử dụng đất.
Việc kết hợp viễn thám và GIS ngày càng trở nên phổ biến trên toàn cầu nhờ vào hiệu quả và tính kinh tế của nó Tại Việt Nam, công nghệ này đã được triển khai từ năm 2009 với sự ra mắt của Trạm thu ảnh vệ tinh và Trung tâm dữ liệu viễn thám Quốc gia, cho phép thu thập nhiều loại ảnh vệ tinh với độ phân giải khác nhau Sự kết hợp này đã mang lại nhiều ứng dụng quan trọng trong nghiên cứu lâm nghiệp và quản lý bờ biển Tuy nhiên, do hạn chế về trình độ nhân lực, các ứng dụng hiện tại chỉ đạt được kết quả nhất định Tác giả sẽ trình bày quy trình giải đoán ảnh và xây dựng bản đồ, đồng thời so sánh phương pháp tích hợp viễn thám và GIS với phương pháp truyền thống, từ đó chỉ ra những ưu điểm và nhược điểm, giúp các chuyên gia khai thác tối ưu lợi thế của công nghệ này trong việc lập bản đồ biến động đất nông nghiệp.
![Hình 1: Các sản phẩm có giá trị từ vi tảo [6] - (LUẬN văn THẠC sĩ) 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](https://media.store123doc.com/figures/001/736/hinh-san-pham-gia-tri-vi-tao-1736522.png)
