GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Công nghệ viễn thám và GIS đóng vai trò quan trọng trong quản lý đất đai, hỗ trợ hiệu quả cho các cán bộ địa chính trong việc theo dõi và nắm bắt tình hình sử dụng đất tại khu vực của họ.
Trong bối cảnh hiện nay, việc sử dụng đất đang diễn ra với nhiều biến động phức tạp và khó kiểm soát, gây ra những khó khăn trong công tác thống kê và kiểm kê hiện trạng sử dụng đất Đặc biệt, đất trồng lúa là loại đất có sự biến động lớn nhất về tình hình sử dụng, theo kết quả thực hiện kế hoạch sử dụng đất 5 năm đầu tiên giai đoạn 2011.
Tính đến năm 2015, diện tích đất trồng lúa của Đồng Bằng Sông Cửu Long đã có sự thay đổi đáng kể qua các năm Cụ thể, vào năm 2010, tổng diện tích đất trồng lúa đạt 4.120,18 nghìn ha.
Từ năm 2014 đến đầu năm 2015, diện tích đất trồng lúa giảm xuống còn 3.951,00 nghìn ha, và năm 2015 đạt 4.030,75 nghìn ha, chủ yếu do chuyển mục đích sử dụng đất, đặc biệt tại khu vực ĐBSCL Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển, việc áp dụng các tiến bộ công nghệ trong giám sát biến động sử dụng đất mang lại hiệu quả cao Công nghệ viễn thám và GIS giúp cán bộ chuyên môn dễ dàng theo dõi tình hình sử dụng đất, cung cấp kết quả chính xác và tiết kiệm thời gian, chi phí.
Hiện nay, việc sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ đã giúp giảm thiểu đáng kể khó khăn về kinh phí và thời gian Ngoài ra, nhờ tính chất đa thời gian của viễn thám, thông tin được tách chiết từ tư liệu này có khả năng phản ánh khách quan và đảm bảo tính thời sự, tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu biến động.
Nghiên cứu ứng dụng GIS và viễn thám để đánh giá biến động đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015 là cần thiết, xuất phát từ thực tế biến đổi đất đai trong khu vực.
Mục tiêu của đề tài
Đề tài nghiên cứu nhằm theo dõi và đánh giá hiện trạng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015 Bằng cách thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất qua các năm, nghiên cứu so sánh với số liệu kiểm kê năm 2010 và 2015 để xác định độ chính xác Kết quả cho thấy khả năng áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc theo dõi sự thay đổi hiện trạng đất trồng lúa trong giai đoạn này.
Các mục tiêu cụ thể gồm:
- Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang;
- Đánh giá sự biến động về diện tích trồng lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015;
Bài viết đánh giá khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS trong việc theo dõi biến động diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015 Nghiên cứu này chỉ ra rằng việc sử dụng ảnh viễn thám MODIS kết hợp với GIS mang lại hiệu quả cao trong việc giám sát và phân tích sự thay đổi diện tích đất canh tác Kết quả cho thấy sự biến động diện tích đất trồng lúa có liên quan mật thiết đến các yếu tố môi trường và chính sách quản lý đất đai Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác trong theo dõi mà còn hỗ trợ ra quyết định trong quản lý nông nghiệp bền vững.
Nội dung của đề tài
Quy trình xử lý ảnh viễn thám MODIS từ phần mềm ENVI 4.8 kết hợp với MapInfo nhằm lập bảng đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015 Nghiên cứu này đánh giá biến động diện tích đất trồng lúa của tỉnh Hậu Giang trong khoảng thời gian trên.
Từ năm 2010 đến 2015, nghiên cứu dựa trên dữ liệu ảnh giải đoán và diện tích từ bản đồ hiện trạng cho thấy sự thay đổi trong việc sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang Dữ liệu này giúp phân tích và đánh giá sự phát triển của diện tích đất trồng lúa trong giai đoạn này.
Bài viết so sánh kết quả diện tích từ việc phân tích ảnh viễn thám với số liệu kiểm kê đất đai từ Sở Tài nguyên và Môi trường, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS trong thực tiễn Việc này không chỉ giúp xác định độ chính xác của các phương pháp mà còn khẳng định tiềm năng của công nghệ trong quản lý tài nguyên đất.
Ý nghĩa của đề tài
Đề tài “Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất trồng lúa giai đoạn
Giai đoạn 2010 – 2015, tỉnh Hậu Giang đã trải qua những biến động đáng kể về diện tích đất trồng lúa Nghiên cứu này không chỉ đánh giá tình hình sử dụng đất mà còn thể hiện khả năng ứng dụng của viễn thám và công nghệ GIS trong việc phân tích hiện trạng đất thông qua ảnh MODIS và bản đồ sử dụng đất.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Cơ sở khoa học về sử dụng đất
2.1.1 Khái niệm và vai trò của đất đai
Đất đai được hiểu là một diện tích cụ thể trên bề mặt trái đất, bao gồm các yếu tố của môi trường sinh thái như khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, và mặt nước Nó không chỉ bao gồm lớp trầm tích và nước ngầm mà còn chứa khoáng sản trong lòng đất, hệ thực vật và động vật, cũng như sự hiện diện của con người và các công trình do con người tạo ra như san nền, hồ chứa nước, hệ thống tiêu thoát nước, đường xá và nhà cửa.
Theo Lê Văn Khoa (2000), đất được xem như một vật thể sống, là nền tảng của các hệ sinh thái trên trái đất Việc con người tác động vào đất đồng nghĩa với việc tác động vào hệ sinh thái mà đất chứa đựng Đất đai là tài nguyên không tái tạo, có vai trò quan trọng trong môi trường tự nhiên và có mối liên hệ chặt chẽ với các tài nguyên thiên nhiên khác như nước và thực vật Đất được định nghĩa là một khu vực cụ thể trên bề mặt trái đất, bao gồm tất cả các yếu tố trên và dưới bề mặt như khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, hệ thống thủy văn, lớp trầm tích, nước ngầm, quần thể động thực vật, cũng như các hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại, bao gồm hệ thống thủy lợi, đường giao thông và các công trình xây dựng (FAO 1995b).
Đất đai là yếu tố quyết định cho sự tồn tại và phát triển của loài người, đóng vai trò là cơ sở tự nhiên và tiền đề cho mọi quá trình sản xuất Theo FAO (1995a), đất đai hỗ trợ con người và các hệ sinh thái trên cạn thông qua nhiều chức năng cơ bản, từ việc cung cấp nguồn thực phẩm đến bảo vệ môi trường.
Đất không chỉ là nơi lưu trữ tài sản cho cá nhân và gia đình, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp không gian sống, xây dựng và giải trí cho cộng đồng.
- Đất là nơi sản xuất, cung cấp thức ăn, gỗ, củi và các vật liệu sinh học khác;
- Đất là môi trường sống của mọi sinh vật: Con người, động thực vật và vi sinh vật;
Đất đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng năng lượng và chu trình thủy văn toàn cầu, đồng thời là nguồn phát thải và bể chứa giúp giảm thiểu khí nhà kính.
- Đất là nơi lưu giữ và vận chuyển nguồn tài nguyên nước mặt, nước ngầm, lưu trữ các nguồn tài nguyên và khoáng sản cho con người;
- Đất là bộ đệm, bộ lọc và bến đổi hóa học các chất ô nhiễm
Đất đai đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, vừa là đối tượng lao động vừa là tư liệu lao động Nó là nơi con người thực hiện các hoạt động canh tác, tác động đến cây trồng và vật nuôi để tạo ra sản phẩm Đồng thời, đất đai cũng là tư liệu lao động khi con người khai thác các đặc tính tự nhiên của nó, như lý học, hóa học và sinh vật học, nhằm tối ưu hóa quá trình sản xuất và nâng cao năng suất cây trồng.
2.1.2 Khái niệm và phân loại đất nông nghiệp
* Khái niệm nhóm đất nông nghiệp
Nhóm đất nông nghiệp (ký hiệu NNP) là loại đất được sử dụng cho các mục đích sản xuất, nghiên cứu và thí nghiệm liên quan đến nông nghiệp, lâm nghiệp, nuôi trồng thủy sản, làm muối, cũng như bảo vệ và phát triển rừng Các loại đất trong nhóm nông nghiệp bao gồm đất sản xuất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất nuôi trồng thủy sản, đất làm muối và các loại đất nông nghiệp khác.
* Phân loại đất nông nghiệp a) Đất sản xuất nông nghiệp (SXN) bao gồm đất trồng cây hằng năm và đất trồng cây lâu năm
Đất trồng cây hằng năm (CHN) là loại đất được sử dụng để trồng các loại cây có thời gian sinh trưởng không quá một năm, bao gồm cả đất canh tác theo chu kỳ không thường xuyên Loại đất này bao gồm cả đất trồng lúa và các loại cây hằng năm khác.
Đất trồng lúa (LUA) là loại đất được sử dụng chủ yếu để trồng lúa, bao gồm ruộng và nương rẫy có từ một vụ lúa trở lên Loại đất này có thể kết hợp với các mục đích sử dụng khác theo quy định của pháp luật, nhưng trồng lúa vẫn là hoạt động chính Đất trồng lúa được phân loại thành đất chuyên trồng lúa nước, đất trồng lúa nước còn lại và đất trồng lúa nương.
Đất chuyên trồng lúa nước (LUC) là loại ruộng được sử dụng để trồng lúa nước, bao gồm cả ruộng bậc thang Hàng năm, đất này được cấy trồng từ hai vụ trở lên, có thể kết hợp với luân canh hoặc xen canh với các loại cây hàng năm khác Trong trường hợp có khó khăn đột xuất, đất vẫn có thể chỉ trồng một vụ hoặc không sử dụng trong thời gian không quá một năm.
Đất trồng lúa nước còn lại (LUK) là diện tích ruộng được sử dụng để trồng lúa nước, bao gồm cả ruộng bậc thang Diện tích này hàng năm thường xuyên được cấy trồng ít nhất một vụ lúa, có thể thêm một vụ lúa hoặc cây hàng năm khác trong năm thuận lợi, hoặc có thể không sử dụng trong thời gian không quá một năm do khó khăn đột xuất.
Đất trồng lúa nương (LUN) là loại đất chuyên dùng để trồng lúa trên các sườn đồi và núi dốc, có thể được canh tác từ một vụ trở lên Loại đất này cũng bao gồm cả trường hợp trồng lúa không thường xuyên theo chu kỳ và các hình thức luân canh, xen canh với các loại cây hàng năm khác.
Đất trồng cây hàng năm khác (HNK) là loại đất chuyên dụng để trồng các loại cây hàng năm, không bao gồm đất trồng lúa Loại đất này chủ yếu được sử dụng để trồng rau, màu, cây thuốc, mía, đai, gai, cói, sả và dâu tằm.
Trồng cỏ tự nhiên có cải tạo là một phương pháp hiệu quả cho chăn nuôi gia súc Đất trồng cỏ có thể bao gồm đất bằng và đất nương rẫy, giúp tăng cường sản lượng thức ăn cho gia súc Việc cải tạo cỏ tự nhiên không chỉ nâng cao chất lượng đất mà còn cải thiện sức khỏe cho đàn gia súc, mang lại lợi ích kinh tế cho người chăn nuôi.
Đất bằng trồng cây hàng năm khác (BHK): Là đất bằng phẳng ở đồng bằng, thung lũng, cao nguyênđể trồng cây hàng năm khác
Đất nương rẫy trồng cây hàng năm khác (NHK) là loại đất được sử dụng để trồng các loại cây hàng năm trên những sườn đồi và núi dốc Loại đất này cũng có thể được sử dụng cho việc trồng cây hàng năm khác không thường xuyên, nhưng theo chu kỳ nhất định.
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
3.1 Phương pháp nghiên cứu Điều tra thu thập số liệu: Thu thập các số liệu liên quan đến hiện trạng sử dụng đất của tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 - 2015, nghiên cứu các tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm, ứng dụng tình huống vào thực tế
Phỏng vấn người dân là một phần quan trọng trong nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất trồng lúa năm 2015 Để đảm bảo độ chính xác của kết quả, chúng tôi đã sử dụng GPS cầm tay trong quá trình điều tra thực địa.
Phương pháp xử lý số liệu (xử lí ảnh modis)
Quá trình xử lý ảnh Modis được thực hiện theo sơ đồ sau:
- Bước 1: Thu thập ảnh MODIS từ năm 2010 đến măm 2015, ảnh MODIS do cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ (NASA) cung cấp;
Bước 2: Tiến hành hiệu chỉnh hình học cho ảnh Modis đã thu thập Trong quá trình chụp ảnh vệ tinh, sự thay đổi tốc độ quay của gương có thể gây ra méo mó hình học và lệch tọa độ Việc nắn chỉnh hình ảnh giúp đưa ảnh về hình dạng thực, đảm bảo độ chính xác trong phân tích dữ liệu.
- Bước 3: Sau khi hiệu chỉnh hình học, tiến hành tăng cường chất lượng ảnh để tăng độ chính xác cho việc giải đoán ảnh;
Tăng cường chất lượng ảnh Điều tra thực địa
Bản đồ hiện trạng đất trồng lúa
Phân loại có kiểm soát Phân loại không kiểm soát
Hình 3.1: Sơ đồ quá trình xử lý ảnh Modis
Bước 4 là tiến hành phân loại không kiểm soát để xác định các loại có sự đồng nhất về phổ từ ảnh vệ tinh Quá trình này bao gồm việc gộp các pixel có các đặc tính tương đồng thành một nhóm đối tượng.
- Bước 5: Khảo sát thực địa nhằm kiểm tra độ chính xác của kết quả phân loại không kiểm soát và làm cơ sở cho phân loại có kiểm soát;
Bước 6 trong quy trình phân loại có kiểm soát bắt đầu với việc kiểm tra đại diện tại các vị trí khảo sát thực địa, được gọi là ROI (Region Of Interest) Trong giai đoạn này, cần kiểm tra khả năng phân tách của các ROI, đảm bảo rằng chúng tập hợp chặt chẽ và không bị chồng lấn lên nhau.
- Bước 7: Biên tập cho ra bản đồ hiện trạng sử dụng đất qua các năm từ 2010 đến
2015, tiến hành tính diện tích đất trồng lúa thông qua bản đồ hiện trạng của năm 2010 và năm 2015
- Ảnh viễn thám MODIS của các năm 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của tỉnh Hậu Giang năm 2010, 2015
- Các văn bản pháp luật để làm căn cứ, cơ sở pháp lý
- Phần mềm Envi dùng để giải đoán ảnh MODIS
- Phần mềm Mapinfo dùng để biên tập bản đồ
- Phần mềm excel dùng để lưu trữ số liệu thu thập được
- Máy tính, máy in, máy GPS cầm tay, điện thoại di động
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 và năm 2015
So sánh việc theo dõi biến động thông qua phương pháp viễn thám và GIS với phương pháp truyền thống cho thấy sự khác biệt rõ rệt Phương pháp viễn thám và GIS cho phép thu thập và phân tích dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác hơn, trong khi phương pháp truyền thống dựa vào số liệu thống kê hàng năm hoặc các cuộc điều tra có thể mất nhiều thời gian và nguồn lực Việc sử dụng công nghệ hiện đại không chỉ nâng cao hiệu quả trong việc theo dõi biến động mà còn cung cấp cái nhìn tổng quan hơn về tình hình thực tế.
Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 –
So sánh, đối chiếu diện tích bảng đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa năm 2010 và năm 2015 đã thành lập để thấy được sự biến động Ứng dụng
Tham khảo ý kiến người dân
Khả năng ứng dụng của công nghệ viễn thám và GIS trong thực tiễn
Xử lý ảnh Modis (sơ đồ Hình 3.1) Đánh giá
Hình 3.2: Sơ đồ các bước thực hiện đề tài
- Bước 1: Thu thập phần mềm và các số liệu:
+ Về phần mềm bao gồm: Phần mềm Envi phiên bản 4.8, và phần mềm MapInfo phiên bản 10.5 từ internet;
+ Về số liệu bao gồm: Ảnh MODIS của các năm 2010, 2011, 2012, 2013, 2014,
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa của tỉnh Hậu Giang trong các năm 2010 và 2015, cùng với số liệu kiểm kê đất đai từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hậu Giang, cung cấp cái nhìn tổng quan về sự thay đổi và phát triển trong lĩnh vực nông nghiệp của khu vực này.
+ Bản đồ ranh giới tỉnh và ranh giới huyện của tỉnh Hậu Giang
- Bước 2: Tiến hành xử lý ảnh MODIS (sơ đồ Hình 3.1) để thành lập được bản đổ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 của tỉnh Hậu Giang
Bước 3: Tiến hành so sánh bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 với số liệu thống kê hàng năm và thông tin từ các cuộc điều tra để kiểm tra tính chính xác của bản đồ.
- Bước 4: So sánh giữa hai diện tích đất trồng lúa giải đoán được của năm 2010 và năm 2015 để thấy được sự biến động
- Bước 5: Tiến hành so sánh, đối chiếu sự theo dõi biến động bằng phương pháp viễn thám và GIS so với phương pháp truyền thống
Bước 6: Đánh giá độ chính xác của ảnh viễn thám MODIS kết hợp với công nghệ GIS trong việc theo dõi hiện trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015 Việc này giúp xác định tính hiệu quả và độ tin cậy của các phương pháp quan sát từ xa trong quản lý tài nguyên đất đai.
Bước 7: Tiến hành tham khảo ý kiến và phỏng vấn người dân để đánh giá hiện trạng sử dụng đất trồng lúa năm 2015, nhằm kiểm tra tính chính xác của kết quả giải đoán ảnh từ việc sử dụng ảnh viễn thám MODIS kết hợp với công nghệ GIS.
Bước 8: Đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS trong việc phân tích biến động diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Kết quả thu thập ảnh viễn thám và số liệu
Quá trình thu thập dữ liêu ảnh vệ tinh MODIS từ trung tâm hàng không vũ trụ NASA và các số liệu từ cơ quan nhà nước bao gồm:
Bộ dữ liệu ảnh MODIS09Q1 từ năm 2010 đến 2016 được sử dụng cho nghiên cứu nhờ vào việc tổng hợp dữ liệu 8 ngày một lần Ảnh MODIS09Q1 bao gồm 2 kênh: kênh 1 (đỏ) và kênh 2 (cận hồng ngoại), với độ phân giải 250m (Hình 4.1).
Hình 4.1: Ảnh MODIS09Q1 thu thập được
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Hậu Giang năm 2010 và năm 2015 (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hậu Giang)
- Số liêu thống kê, kiểm kê đất đai năm 2010 và năm 2015 của tỉnh Hậu Giang (Văn Phòng Đăng Ký Đất Đai tỉnh Hậu Giang)
- Bản đồ ranh giới hành chính ĐBSCL
- Bản đồ ranh giới Tỉnh, Huyện của tỉnh Hậu Giang
4.2 Kết quả xử lý ảnh
* Cắt sơ bộ vùng chứa khu vực nghiên cứu
Mỗi ảnh MOD09Q1 cung cấp thông tin toàn diện về tỉnh Hậu Giang, nhưng cũng bao gồm diện tích phía dưới của Đồng Bằng Sông Cửu Long và một phần đại dương Để giảm dung lượng, cần cắt bỏ phần không thuộc khu vực nghiên cứu Sử dụng công cụ Basic Tools/ Resize Data để thực hiện việc cắt sơ bộ khu vực nghiên cứu.
Hình 4.2: Các bước trong quá trình cắt sơ bộ vùng nghiên cứu Đầu tiên cần mở file ảnh Modis đã tải về để tiến hành việc cắt ảnh
- Bước 1: Sau khi mở ảnh, chọn Basic tools/ Resize Data (Spactial/ Spectral), khi đó hộp thoại Resize Data Input File;
- Bước 2: Trong hộp thoại Resize Data Input File chọn file ảnh cần cắt, sau đó chọn Spatial Subset;
- Bước 3: Hộp thoại Select Spatial Subset xuất hiện, chọn Image;
Sau khi chọn lệnh Image, hộp thoại Subset by Image sẽ xuất hiện Tại đây, trong mục Samples, bạn cần chọn tỷ lệ ảnh cắt là 1600, và ở mục Lines, chọn tỷ lệ 1200 để tiến hành cắt ảnh Cuối cùng, nhấn OK để hoàn tất.
Bước 5: Tiếp tục nhấn "Ok" cho đến khi hiển thị hộp thoại "Resize Data Parameters" Tại đây, bạn hãy click vào "File", sau đó chọn "Choose" và xác định đường dẫn để lưu file ảnh đã được cắt sơ bộ.
Hình 4.3: Ảnh trước khi cắt sơ bộ (a) và ảnh sau khi cắt sơ bộ (b)
Để đảm bảo độ chính xác cao trong việc giải đoán ảnh, cần tiến hành cắt ảnh theo địa giới hành chính của khu vực nghiên cứu Mặc dù ảnh đã được cắt sơ bộ và chứa vùng nghiên cứu, nhưng vẫn còn các đối tượng nằm ngoài khu vực này Việc cắt ảnh theo đúng địa giới sẽ giúp giảm dung lượng ảnh và nâng cao hiệu quả phân tích.
Để cắt ảnh theo địa giới hành chính, đầu tiên, bạn cần mở file ảnh đã được cắt sơ bộ Sau đó, tiến hành thực hiện các bước cần thiết để hoàn thiện quá trình cắt ảnh.
- Bước 1: Mở file Vector ranh giới tỉnh Hậu Giang bằng cách chọn lệnh File/ Open
- Bước 2: Chọn đường dẫn đến thư mục chứa file ranh giới hành chính của tỉnh Hậu Giang, tiến hành mở file vector này lên;
- Bước 3: khi đó xuất hiện hộp thoại Avalable Vectors List click chọn vào Layer:
Ranh giới tỉnh HG.MIF, tiếp tục click chọn Select All Layer/ Load Selected;
- Bước 4: Chọn Basic Tools/ Resize Data (Spactial/ Spectral), xuất hiện hộp thoại
- Bước 5: Trong hộp thoại Resize Data Input File, click chọn vào file đã được cắt sơ bộ, chọn Spatial Subset;
- Bước 6: Hộp thoại Select Spatial Subset xuất hiện, click chọn ROI/EVF, hiển thị hộp thoại Subset Image by ROI/EVF exte ;
- Bước 7: Trong hộp thoại Subset Image by ROI/EVF exte , chọn file EVF:Layer:
Ranh gioi tinh HG.MIF, sau đó chọn OK;
Step 8: Continue clicking OK until the Resize Data Parameters dialog appears In this dialog, click on the file option, then select Choose to navigate to the desired path for saving the cropped image according to the specified boundaries.
Hình 4.5: Ảnh trước khi cắt theo địa giới hành chính (a) và ảnh sau khi cắt theo địa giới hành chính (b)
4.2.2 Hiệu chỉnh hình học Ảnh Modis thu thập được sau khi cắt gọn theo ranh giới vùng nghiên cứu vẫn ở dạng tọa độ địa lý Latitude/Longitude, ta chuyển các ảnh chuyển về hệ tọa độ UTM; datum: WGS-84; Zone: 48 North để đồng nhất với tọa độ, hệ quy chiếu của ảnh giới hạn vùng nghiên cứu nhằm thuận tiện cho việc biên tập bản đồ Việc đăng ký tọa độ ảnh còn giúp hiệu chỉnh sai số biến dạng của ảnh Để có thể chồng lắp bản đồ giải đoán với các bản đồ chuyên đề khác, điều đầu tiên cần phải làm đó chính là đưa các bản đồ giải đoán này về cùng hệ tọa độ đồng nhất, từ đó xây dựng mối tương quan giữa hệ tọa độ ảnh và hệ quy chiếu chuẩn, để gắn tọa độ ảnh với tọa độ khảo sát, kiểm tra thực địa Ảnh sẽ được chuyển từ tọa độ ở dạng kinh độ, vĩ độ (longitude/latitude) về hệ tọa độ UTM (x,y)-zone 48N thông qua việc sử dụng các công cụ của phần mềm ENVI 4.8:
- Trên thanh công cụ của ENVI 4.8 chọn Map/ConvertMap Projection, hộp thoại
ConvertMap Projection Input Image xuất hiện, ta chọn file chuyển tọa độ rồi OK
- Hộp thoại ConvertMap Projection Parameters xuất hiện, click chuột vào nút lệnh
To change the coordinate system in Proi, select UTM in the coordinate system section Then, under the Datum option, choose WGS-84, and for the Unit option, select Meters Set the Zone to 48 and check the N box before clicking OK to apply the new coordinate system Finally, use the Choose command to specify the path and name for saving the output image file with the updated coordinate system (see Figure 4.6).
Hình 4.6: Các bước trong quá trình hiệu chỉnh hình học
- Bước 1: Trên thanh công chính của phần mềm ENVI 4.8 chọn Map/ConvertMap
Projection, khi đó hộp thoại ConvertMap Projection Input Image xuất hiện;
- Bước 2: Trong hộp thoại ConvertMap Projection Input Image, chọn đường dẫn đến file ảnh cần hiệu chỉnh hình học, sau đó chọn OK;
After clicking OK, the Convert Map Projection Input Image dialog reappears In this dialog, select the Change Proi button, which will bring up the Projection Selection dialog.
- Bước 4: Trong hộp thoại Projection Selection tại phần hệ tọa độ, ta chọn UTM, ở nút lệnh Datum chọn WGS-84;
- Bước 5: Click chọn vào nút lệnh Datum, hộp thoại Select Geographic Datum được hiển thị, tại hộp thoại này, chọn hệ tọa độ WGS84, sau đó chọn OK ;
- Bước 6: Chọn nút lệnh Units trong hộp thoại Projection Selection, trong lệnh này chọn Meter, vị trí chữ Zone chọn số 48 và click vào chữ N, sau đó chọn OK
Công đoạn hiệu chỉnh hình học là rất quan trọng trong việc điều chỉnh sai số ảnh, giúp các bản đồ giải đoán đồng nhất hệ tọa độ với các bản đồ hiện hành, từ đó thuận lợi cho quá trình chồng lấp các bản đồ.
30 a) Trước khi hiệu chỉnh hình học b) Sau khi hiệu chỉnh hình học
Hình 4.7: Trước và sau khi hiệu chỉnh hình học
Ảnh MODIS với độ phân giải 250m thường có chất lượng không đồng nhất, đặc biệt vào mùa mưa khi có nhiều mây, ảnh hưởng đến độ chính xác của hình ảnh Để cải thiện chất lượng ảnh và khôi phục giá trị đúng của các đối tượng, cần thực hiện quy trình lọc ảnh Giá trị của các điểm ảnh thường phản ánh đúng giá trị thu thập và tương đồng với các điểm xung quanh, nhưng sai số do đường truyền có thể làm giảm độ chính xác, dẫn đến sự biến động bất thường trong giá trị Giải pháp tối ưu để khắc phục sai số và tăng độ chính xác cho ảnh là tiến hành lọc ảnh theo các công đoạn cụ thể.
Hình 4.8: Các bước tiến hành lọc ảnh
- Bước 1: Tiến hành mở file ảnh cần phân loại bằng cách chọn lệnh File/ Open
Image File/ chọn đường dẫn đến file ảnh cần phân loại, sao đó chọn OK;
Sau khi mở file ảnh cần phân loại, hãy chọn Filters/ Convolutions and Morphology từ thanh công cụ chính của phần mềm ENVI để hiển thị hộp thoại Convolutions and Morphology Tools.
- Bước 3: Trên hộp thoại Convolutions and Morphology chọn lệnh Convolution/
- Bước 4: Sau khi chọn Median, hộp thoại Convolutions and Morphology xuất hiện lại, chọn lệnh Quick apply, hộp thoại Convolution Quick-Apply Input Band xuất hiện
- Bước 5: Chọn lại file ảnh cần lọc, sao đó chọn OK;
- Bước 6: Kiểm tra lại kết quả sau khi lọc ảnh
Có nhiều phương pháp lọc ảnh để người dùng lựa chọn tùy theo mục đích sử dụng Đối với ảnh MODIS có độ phân giải 250m, phương pháp lọc Median với cửa sổ 3x3 là lựa chọn tối ưu Toán tử lọc này áp dụng trên từng kênh đơn, trong đó giá trị của mỗi pixel mới (tại trung tâm cửa sổ) được tính từ giá trị độ sáng trung bình của các pixel lân cận Cửa sổ sẽ di chuyển theo hàng hoặc cột 1 pixel để tính toán và thay thế giá trị pixel trung tâm, quá trình này tiếp tục cho đến khi toàn bộ ảnh gốc được lọc, tạo ra ảnh mới.
Chỉ số thực vật (NDVI) cung cấp thông tin quan trọng về lượng chlorophyl trong thảm thực vật Theo Dương Văn Khảm (2007), các chỉ số phổ thực vật được phân tách từ các băng tần nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại, cho phép nhận diện các đặc tính như sinh khối, chỉ số diện tích lá và khả năng quang hợp của cây trồng theo mùa Những đặc tính này phụ thuộc vào dạng thực vật, thời tiết, cũng như các yếu tố sinh lý, sinh hóa và sâu bệnh NDVI được sử dụng rộng rãi để xác định mật độ phân bố thảm thực vật, đánh giá trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây trồng, đồng thời cung cấp dữ liệu hỗ trợ dự báo về sâu bệnh, hạn hán, diện tích, năng suất và sản lượng cây trồng Công nghệ gần đúng cho phép giám sát đặc tính của các hệ sinh thái khác nhau thông qua nhận dạng và so sánh.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả giải đoán ảnh MODIS (MOD09Q1) cho thấy diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang đã giảm dần từ năm 2010 đến 2015 Sự suy giảm diện tích lúa này được thể hiện qua 5 bản đồ hiện trạng sử dụng đất lúa trong các năm 2010, 2011, 2012, 2013 và 2014.
2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang
- Diện tích đất lúa trên địa bàn tỉnh năm 2015 giảm 4.18% diện tích so với năm
Diện tích đất lúa tại TP Vị Thanh đã giảm mạnh nhất, cụ thể là 33,2%, từ 6.295,56 ha vào năm 2010 xuống còn 4.204,7 ha vào năm 2015 Huyện Phụng Hiệp cũng ghi nhận sự giảm sút với 1.499,13 ha, tương đương 6,03% so với năm 2010 Trong khi đó, huyện Vị Thủy có sự biến động diện tích đất lúa ít nhất trong toàn tỉnh.
Diện tích đất lúa tại huyện Long Mỹ đã tăng đáng kể, từ 31.810,73 ha lên 34.869,04 ha, tương ứng với mức tăng 9,61% so với năm 2010, đạt 3.058,31 ha Trong khi đó, các địa phương khác trong tỉnh đều ghi nhận sự giảm sút về diện tích đất lúa, đặc biệt là huyện Châu Thành, nơi diện tích đất lúa năm 2015 đã giảm xuống rất thấp.
Diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang được giải đoán từ ảnh với độ chính xác đạt 82,5%, tương đồng với số liệu kiểm kê của Sở TN&MT Hệ số tương quan R² = 0,9993 cho thấy sự phù hợp cao giữa kết quả giải đoán và dữ liệu thu thập Điều này chứng tỏ rằng ảnh MOD09Q1 có thể được sử dụng hiệu quả để theo dõi và đánh giá biến động diện tích đất trồng lúa trong khu vực.
Việc ứng dụng công nghệ GIS kết hợp với công nghệ viễn thám đã mang lại hiệu quả cao trong việc theo dõi và đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang, bao gồm thành lập bản đồ hiện trạng và tính diện tích đất trồng lúa Ngoài ra, công nghệ này còn có thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác như đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với đất nông nghiệp và theo dõi tình hình xâm nhập mặn.
Trong bối cảnh biến động đất đai hiện nay, việc sử dụng ảnh MOD09Q1 với độ phân giải 250m và chu kỳ lặp lại 8 ngày là cần thiết để theo dõi và đánh giá tình trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Ngoài ra, ảnh này còn hỗ trợ theo dõi tình hình xâm nhiễm mặn và tiến độ xuống giống trong khu vực Để nâng cao độ chính xác trong công tác đánh giá biến động đất đai, cần kết hợp nhiều phương pháp phân loại và các loại dữ liệu ảnh viễn thám khác.
