Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Địa điểm nghiên cứu
Địa điểm nghiên cứu: Huyện Nam Trực và Trực Ninh tỉnh Nam Định.
- Thời gian tiến hành đề tài nghiên cứu: từ tháng 01/2018 đến tháng 10/2019.
- Nghiên cứu biến động trong khoảng thời gian từ năm 2010 – 2018.
Đối tượng, vật liệu nghiên cứu
3.3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: hiện trạng và biến động sử dụng đất.
Vật liệu nghiên cứu của đề tài là: Tư liệu ảnh vệ tinh SPOT 5 và Sentinel 2 khu vực nghiên cứu.
Nội dung nghiên cứu
3.4.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định
- Điều kiện tự nhiên: Vị trí địa lý, địa hình khí hậu, thủy văn và các nguồn tài nguyên khác.
- Điều kiện kinh tế xã hội: Thực trạng phát triển kinh tế, dân số, lao động, việc làm, cơ sở hạ tầng.
Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội có ảnh hưởng lớn đến phát triển sản xuất nông nghiệp và sử dụng đất Những thuận lợi như khí hậu phù hợp, đất đai màu mỡ và nguồn nước dồi dào tạo điều kiện thuận lợi cho nông nghiệp phát triển Tuy nhiên, cũng tồn tại nhiều khó khăn như biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường và hạ tầng kém phát triển, ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả sản xuất Sự kết hợp giữa khai thác tốt các lợi thế tự nhiên và khắc phục những thách thức kinh tế - xã hội là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.
3.4.2 Tình hình sử dụng đất huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định
- Hiện trạng sử dụng đất tại khu vực huyện Trực Ninh và Nam Trực năm 2018.
- Biến động sử dụng đất khu vực nghiên cứu giai đoạn 2010 – 2018
3.4.3 Đánh giá biến động sử dụng đất khu vực nghiên cứu bằng công nghệ viễn thám và GIS.
- Xử lý ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu.
- Thành lập bản đồ sử dụng đất huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định.
- Đánh giá biến động sử dụng đất huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định.
3.4.4 Đề xuất các giải pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý trong đánh giá biến động sử dụng đất
Phương pháp nghiên cứu
3.5.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp
- Thu thập các tài liệu, số liệu về điều kiện tự nhiên, tình hình phát triển kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu.
- Thu thập các tài liệu, bản đồ, số liệu về tình hình sử dụng đất và biến động sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu.
- Thu thập ảnh vệ tinh SPOT, Sentinel của khu vực nghiên cứu ở hai thời điểm năm 2010 và năm 2018.
3.5.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp
- Thu thập dữ liệu về tình hình sử dụng đất của khu vực nghiên cứu bằng GPS cầm tay.
- Số liệu thu thập được sẽ phục vụ quá trình phân loại ảnh và đánh giá độ chính xác kết quả phân loại
Chúng tôi đã thu thập 300 điểm mẫu từ 60 điểm cho mỗi loại hình sử dụng đất, trong đó 50% số điểm được sử dụng để phân loại ảnh và 50% còn lại để đánh giá độ chính xác.
3.5.3 Phương pháp xử lý dữ liệu viễn thám
3.5.3.1 Phân loại ảnh bằng phương pháp phân loại có kiểm định theo thuật toán xác suất cực đại ( Maximum likelihood ) Ứng dụng thuật toán Maximum likelihood để phân loại lớp ảnh dựa trên đặc trưng phổ của ảnh, quá trình phân loại được thực hiện theo các bước sau:
Để bắt đầu, cần xác định các lớp và mẫu lớp phủ trên mặt đất, đảm bảo sự khác biệt về phổ và cấu trúc tự nhiên Việc định nghĩa các lớp này phải phù hợp với đặc trưng của từng loại hình sử dụng đất.
Dựa trên dữ liệu thu thập từ GPS cầm tay, việc chọn vùng mẫu được thực hiện trực tiếp trên tài liệu ảnh Số lượng vùng mẫu cần đảm bảo phân bố đồng đều trên toàn bộ khu vực nghiên cứu và phản ánh đặc trưng của tính phổ từng lớp.
+ Bước 3: Tiến hành phân loại bằng phương pháp có kiểm định theo thuật toán xác suất cực đại (Maximum likelihood).
3.5.3.2 Đánh giá độ chính xác phân loại
Dựa theo kết quả điều tra thực địa từ GPS cầm tay để đánh giá độ chính xác phân loại ảnh sử dụng hệ số kappa (κ) để đánh giá.
Bài viết đề cập đến việc sử dụng ảnh vệ tinh từ năm 2010 và 2018, kết hợp với điều tra thực địa bằng GPS cầm tay vào năm 2019 Trước khi kiểm tra thực địa, các vị trí cần khảo sát được đánh dấu tại những khu vực không có biến động về sử dụng đất, cùng với việc phỏng vấn cán bộ địa chính và hộ gia đình để thu thập thông tin về tình hình sử dụng đất và thời vụ Độ chính xác phân loại được đánh giá qua hai chỉ tiêu: độ chính xác tổng thể và chỉ số Kappa (κ), đồng thời chi tiết độ chính xác của từng lớp phân loại được thể hiện trong ma trận sai số.
Ma trận sai số là ma trận vuông với các giá trị trên hàng và cột thể hiện số lượng mẫu của từng lớp phân loại, trong đó cột biểu thị dữ liệu kiểm chứng và hàng thể hiện kết quả phân loại Các phần tử trên đường chéo chính là số điểm phân loại đúng, trong khi các phần tử khác là số điểm bị phân loại nhầm Độ chính xác sản xuất (Produce’s Accuracy) của từng lớp được tính bằng số điểm phân loại đúng chia cho tổng số điểm kiểm chứng, còn độ chính xác sử dụng (User ’s Accuracy) tính bằng số điểm phân loại đúng chia cho tổng số điểm sau phân loại của lớp đó Độ chính xác tổng thể được tính bằng tỷ lệ phần trăm số điểm phân loại đúng trên tổng số điểm kiểm tra Để đánh giá độ tin cậy của kết quả phân loại, sử dụng chỉ số thống kê κ, được tính theo công thức của Jensen (1995).
N: Tổng số điểm lấy mẫu r:Số lớp đối tượng phân loại xii: Số điểm đúng trong lớp thứ i xi+: Tổng số điểm lớp thứ i của mẫu x+i: Tổng số điểm của lớp thứ i sau phân loại. κ có giá trị từ 0 đến 1 Nếu κ lớn hơn hoặc bằng 0,8 cho thấy kết quả phân loại có độ tin cậy cao, nếu κ từ 0,4 đến dưới 0,8 kết quả phân loại có độ tin cậy trung bình, nếu κ nhỏ hơn 0,4 chứng tỏ kết quả phân loại có độ tin cậy thấp.
- Sử dụng phần mềm ArcGIS tiến hành biên tập bản đồ sử dụng đất từ kết quả phân loại
- Sử dụng chức năng phân tích không gian để tạo bản đồ độ dốc, độ cao.
- Sử dụng chức năng phân tích không gian trong phần mềm ArcMap để chồng xếp bản đồ và tính toán biến động.
3.5.5 Phương pháp thống kê tổng hợp số liệu
Kết quả từ việc chồng xếp bản đồ và đánh giá biến động cho phép thực hiện phân tích so sánh tổng hợp, nhằm xác định biến động sử dụng của từng loại đất Qua đó, có thể nhận diện các nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi trong sử dụng đất.
Nghiên cứu về ứng dụng công nghệ viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá biến động sử dụng đất cho thấy nhiều kết quả khả quan Công nghệ viễn thám cung cấp dữ liệu chính xác và kịp thời, giúp theo dõi sự thay đổi của đất đai một cách hiệu quả Hệ thống thông tin địa lý cho phép phân tích và trực quan hóa dữ liệu, hỗ trợ ra quyết định tốt hơn Tuy nhiên, việc ứng dụng cũng gặp một số hạn chế, như chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng giữa lợi ích và thách thức khi áp dụng công nghệ này trong nghiên cứu.
Quy trình đánh giá biến động sử dụng đất được thể hiện trong sơ đồ (hình 3.1).
35 Ảnh vệ tinh năm 2010 Ảnh vệ tinh năm 2018
Phân loại Đánh giá độ chính xác
Bản đồ sử dụng đất năm 2010
Bản đồ biến động sử dụng đất
Hình 3.1 Sơ đồ quy trình đánh giá biến động sử dụng đất
Kết quả nghiên cứu
Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Trực Ninh và nam trực tỉnh Nam Định
4.1.1 Điều kiện tự nhiên huyện Trực Ninh và Nam Trực tỉnh Nam Định
Trực Ninh và Nam Trực là cửa ngõ phía Nam của thành phố Nam Định có vị trí địa lý như sau:
Hình 4.1 Sơ đồ vị trí huyện Nam Trực và Trực Ninh, tỉnh Nam Định
- Phía Bắc giáp thành phố Nam Định;
- Phía Đông giáp huyện Vũ Thư tỉnh Thái Bình, huyện Xuân
- Phía Tây giáp huyện Vụ Bản, huyện Nghĩa Hưng;
- Phía Nam giáp huyện Hải Hậu;
Trực Ninh và Nam Trực là 2 nơi có vị trí địa lý thuận cho phát triển kinh tế
Khu vực có diện tích tự nhiên 307.844 km² và dân số trung bình năm 2017 đạt 186.170 người, tương đương với mật độ dân số 1.211 người/km², bao gồm 38 huyện và 3 thị trấn Trong đó, thị trấn Cổ Lễ và thị trấn Nam Giang đóng vai trò là trung tâm chính trị, kinh tế và văn hóa của hai huyện.
Quốc lộ 21 kết nối hai huyện Nam Trực và Trực Ninh, đồng thời mở rộng giao thông đến các huyện phía Nam tỉnh như Hải Hậu và Giao Thủy, cũng như kết nối huyện Nam Trực với thành phố Nam Định ở phía Bắc.
Sông Hồng và Sông Ninh Cơ là hai con sông lớn cung cấp phù sa, bồi đắp đất đai màu mỡ cho khu vực, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển nông nghiệp, khiến nơi đây trở thành một trong những huyện trọng điểm lúa của tỉnh Nằm ở phía Nam tỉnh, huyện còn có vị trí chiến lược trên con đường từ thành phố Nam Định ra biển Đông, góp phần quan trọng vào an ninh quốc phòng.
Nam Trực và Trực Ninh sở hữu vị trí địa lý kinh tế thuận lợi, tạo điều kiện cho sự phát triển của một nền kinh tế đa dạng, năng động và hiệu quả.
Trực Ninh và Nam Trực, nằm trong vùng châu thổ sông Hồng, có địa hình bằng phẳng với độ nghiêng thấp từ Tây Bắc xuống Đông Nam Vùng trũng phía Bắc và Nam tạo điều kiện thuận lợi cho việc trồng lúa nước, trong khi khu vực giữa huyện, dọc theo đường Vàng, thích hợp cho phát triển rau màu và nghề trồng dâu nuôi tằm Điều kiện địa hình tại đây rất thuận lợi cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông, thủy lợi, cũng như các công trình phục vụ phát triển kinh tế xã hội, đồng thời tạo ra hệ sinh thái động, thực vật tự nhiên và đa dạng cây trồng.
4.1.1.3 Khí hậu, thủy văn a Khí hậu
Trực Ninh và Nam Trực sở hữu những đặc trưng của tiểu khí hậu vùng đồng bằng sông Hồng, với đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm và lượng mưa lớn Khu vực này cũng có 4 mùa rõ rệt: xuân, hạ, thu và đông.
Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 23 đến 25°C, với nhiệt độ trung bình vượt quá 20°C trong các tháng từ tháng 8 đến tháng 9 Vào mùa đông, nhiệt độ trung bình đạt 19,2°C, trong đó tháng lạnh nhất là tháng 12 và tháng 1 năm sau Trong khi đó, mùa hè có nhiệt độ trung bình khoảng 29°C, với tháng nóng nhất rơi vào tháng 6 và tháng 7.
Độ ẩm không khí tại khu vực này có mức trung bình năm từ 80-85%, với độ ẩm cao nhất vào tháng 4 đạt 90% và thấp nhất vào tháng 11 chỉ còn 76% Sự chênh lệch độ ẩm giữa các tháng không quá lớn, đặc biệt là vào giữa tháng.
Chế độ mưa tại huyện có lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.700 – 1.800 mm, phân bố không đều trong năm, với mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm gần 80% tổng lượng mưa Các tháng mưa nhiều nhất là tháng 7, 8 và 9, gây ngập úng và thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp, đặc biệt khi mưa lớn kết hợp với triều cường Mùa khô diễn ra từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, chỉ chiếm 20% lượng mưa cả năm, với tháng 12 và tháng 1, 2 là những tháng ít mưa nhất Tuy nhiên, hiện tượng mưa muộn có thể ảnh hưởng đến gieo trồng cây vụ đông, trong khi mưa sớm có thể tác động đến thu hoạch vụ chiêm xuân.
Hàng năm, khu vực này trải qua trung bình 250 ngày nắng với tổng số giờ nắng từ 1.250 đến 1.400 giờ Mùa hè thu đặc biệt có khoảng 1.000 đến 1.100 giờ nắng, chiếm tới 70% tổng số giờ nắng trong năm.
Hướng gió thịnh hành thay đổi theo mùa, với tốc độ gió trung bình hàng năm đạt từ 2 đến 2,3 m/s Trong mùa đông, gió Đông Bắc là hướng gió chính, xuất hiện với tần suất cao.
Vào những tháng cuối mùa đông, gió có xu hướng chuyển dần về phía Đông với tần suất 60-70% và tốc độ trung bình từ 2,4 đến 2,6 m/s Trong mùa hè, gió Đông Nam chiếm ưu thế với tần suất 50-70% và tốc độ trung bình khoảng 1,9 đến 2,2 m/s, trong khi tốc độ gió cực đại có thể đạt tới 40 m/s trong các cơn bão Đầu mùa hè, thường xuất hiện các đợt gió tây khô nóng, gây ảnh hưởng tiêu cực đến cây trồng.
Vịnh Bắc Bộ hàng năm chịu ảnh hưởng từ 4 đến 6 cơn bão hoặc áp thấp nhiệt đới, chủ yếu xảy ra vào các tháng 6, 7 và 8.
Khí hậu trong khu vực này rất lý tưởng cho sự sinh sống của con người, phát triển hệ sinh thái động, thực vật và ngành du lịch Điều kiện khí hậu thuận lợi cũng hỗ trợ cho sản xuất nông nghiệp, cho phép việc gieo trồng diễn ra quanh năm.
Chế độ thuỷ văn của hai huyện Nam Trực và Trực Ninh chủ yếu bị ảnh hưởng bởi sông Hồng, sông Đào, sông Ninh Cơ và thuỷ triều Khu vực này có hệ thống sông ngòi dày đặc với mật độ khoảng 0,7-0,9 km/km², và các dòng chảy chủ yếu hướng Tây Bắc - Đông Nam.
Hồng, sông Ninh Cơ là nguồn cung cấp nước chính phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và dân sinh trên địa bàn huyện.
Tình hình sử dụng đất của huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định
4.2.1 Hiện trạng sử dụng đất huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định
Theo báo cáo thống kê kiểm kê đất đai của UBND huyện Nam Trực và
UBND huyện Trực Ninh tính đến ngày 31/12/2018 diện tích đất tự nhiên của 2 huyện là 30.784,36 ha chiếm 9,21% diện tích đất tự nhiên toàn tỉnh.
Số liệu tổng hợp hiện trạng sử dụng đất năm 2018 tại huyện Trực Ninh và
Nam Trực thể hiện trong bảng 4.3
Bảng 4.3 Hiện trạng sử dụng đất của huyện Trực Ninh và
Tổng diện tích đất tự nhiên
1.1 Đất sản xuất nông nghiệp
1.1.1 Đất trồng cây hàng năm
1.1.2 Đất trồng cây lâu năm
1.2 Đất nuôi trồng thuỷ sản
Tổng diện tích đất tự nhiên
2 Nhóm đất phi nông nghiệp
2.3 Đất cơ sở tôn giáo
2.4 Đất nghĩa trang, nghĩa địa
2.5 Đất cơ sở tín ngưỡng
2.6 Đất sông, ngòi, kênh, rạch
2.7 Đất có mặt nước CD
2.8 Đất phi nông nghiệp khác
3 Nhóm đất chưa sử dụng
3.1 Đất bằng chưa sử dụng
Nguồn: Phòng quy hoạch – kế hoạch Sở TNMT Nam Định ( 2019)
Trong năm 2018 tổng diện tích đất tự nhiên của huyện Nam Trực và huyện
Trực Ninh là 30.784,36 ha, được chia thành các loại đất theo mục đích sử dụng như sau:
- Đất nông nghiệp diện tích 21.313,1 ha, chiếm 69,23% diện tích tự nhiên.
- Đất phi nông nghiệp 9.304,06 ha, chiếm 30,22% diện tích tự nhiên.
- Đất chưa sử dụng 167,2 ha, chiếm 0,54% diện tích tự nhiên.
Huyện Nam Trực và Trực Ninh có diện tích đất nông nghiệp lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, đây là thế mạnh của địa phương Việc chuyển đổi từ đất nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp giúp nâng cao lợi ích kinh tế, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ Điều này góp phần vào việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hóa – hiện đại hóa.
4.2.2 Biến động sử dụng đất huyện Trực Ninh và Nam Trực tỉnh Nam Định
Trong những năm gần đây, huyện Trực Ninh và Nam Trực đã chuyển đổi mục đích sử dụng đất theo định hướng phát triển của tỉnh Nam Định, nhằm nâng cao vị thế của tỉnh trong vùng đồng bằng Sông Hồng.
Bảng 4.4 Biến động sử dụng đất giai đoạn 2010 – 2018 của huyện Trực Ninh và Nam Trực
(Dấu + biểu thị diện tích loại đất tăng lên, dấu - biểu thị diện tích giảm)
Bảng 4.4 trình bày sự biến động diện tích của ba loại đất chính trong giai đoạn 2010 – 2018 tại khu vực nghiên cứu huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định.
Từ năm 2010 đến năm 2018, diện tích đất nông nghiệp đã giảm 237,6 ha, chủ yếu do việc chuyển đổi sang đất phi nông nghiệp phục vụ cho xây dựng, cải tạo và nâng cấp cơ sở hạ tầng.
Chuyển đổi mục đích sử dụng đất từ đất nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp có ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển kinh tế xã hội của huyện.
So với năm 2010 thì diện tích đất phi nông nghiệp tăng 520,98 ha tại năm
Sự hình thành các khu công nghiệp vào năm 2018 đã tạo ra tác động tích cực, thu hút nhiều doanh nghiệp và nhà đầu tư, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng kinh tế Điều này không chỉ tăng thu nhập cho người lao động mà còn nâng cao mức sống cho người dân.
Sự phát triển của các khu công nghiệp, cụm công nghiệp đã đóng góp không nhỏ cho việc giải quyết việc làm của địa phương.
2018 do cải tạo phục vụ sản xuất nông nghiệp và chuyển mục đích sang đất phi nông nghiệp.
Trên địa bàn huyện, đất phi nông nghiệp đang có xu hướng gia tăng, trong khi đất nông nghiệp và đất chưa sử dụng đang giảm dần Sự tăng trưởng này phản ánh sự phát triển kinh tế và xã hội của khu vực.
Đánh giá biến động sử dụng đất khu vực nghiên cứu bằng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
a Dữ liệu ảnh vệ tinh
Dữ liệu ảnh vệ tinh trong nghiên cứu bao gồm ảnh vệ tinh SPOT-5 thu nhận vào năm 2010 và ảnh Sentinel-2A thu nhận vào năm 2018 Thông tin chi tiết về các ảnh này được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.5 Thông tin ảnh viễn thám khu vực nghiên cứu
Ngày chụp Độ phân giải
Ảnh Sentinel có 13 kênh phổ với độ phân giải từ 10 – 60m Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu này, chỉ sử dụng 4 kênh có độ phân giải 10m, bao gồm các kênh Red, Green, Blue và Near IR.
Hình 4.2 Cảnh ảnh SPOT-5 cảnh ảnh 271-310 thời điểm năm 2010
Hình 4.3 trình bày cảnh ảnh vệ tinh Sentinel-2B mã hiệu 48QXH vào năm 2018, được tải xuống từ trang web của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) Ngoài ra, ảnh vệ tinh SPOT 5 năm 2010 cũng được cung cấp bởi Cục Viễn thám Quốc gia thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, đã được xử lý ở mức 1B.
- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000.
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 của huyện Nam Trực và huyện Trực Ninh.
- Số liệu thống kê, kiểm kê đất đai.
- Báo cáo tình hình sản xuất nông nghiệp năm 2010 và 2018 của huyện Nam Trực và huyện Trực Ninh.
4.3.2 Xử lý ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu
4.3.2.1 Nhập ảnh Đây là công đoạn chuyển ảnh từ các khuôn dạng khác nhau về khuôn dạng của chương trình ENVI để tiến hành các bước tiếp theo Khuôn dạng ảnh trong ENVI là dạng image. Đối với ảnh SPOT 5 tiến hành tạo file.hdr, sau đó nhập ảnh vào phần mềm ENVI4.7 để xử lý.
Vệ tinh Sentinel 2A và 2B, lần lượt phóng lên quỹ đạo vào năm 2015 và 2017, yêu cầu sử dụng phần mềm ENVI 4.7 để xử lý ảnh, tuy nhiên phiên bản này chưa được cập nhật cho ảnh Sentinel Do đó, cần chuyển đổi định dạng ảnh sang phần mềm ENVI bằng công cụ Data Conversion của SNAP, để chuyển đổi 4 kênh Blue, Green, Red và NIR Cuối cùng, tiến hành ghép các kênh ảnh lại để tạo thành file ảnh 4 kênh của khu vực nghiên cứu.
4.3.2.2.Tăng cường chất lượng ảnh
Nghiên cứu sử dụng ảnh SPOT5 và Sentinel-2A với độ phân giải 10m và 4 kênh đa phổ Phần mềm ENVI áp dụng phương pháp Cân bằng (Equalization) để cải thiện chất lượng ảnh, giúp người giải đoán dễ đọc và hiểu hơn Để nâng cao chất lượng hình ảnh cho công tác giải đoán ảnh viễn thám, cần trộn ảnh toàn sắc và ảnh đa phổ đã xử lý màu, tạo ra ảnh màu phân giải cao.
Việc nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh là cần thiết để đưa ảnh về hệ tọa độ quy chiếu và loại bỏ sai số hình học cùng với sai số do chênh cao địa hình Ảnh vệ tinh năm 2010 cần phải được hiệu chỉnh hình học, trong khi ảnh Sentinel 2018 đã được xử lý ở mức 1C, với hiệu chỉnh khí quyển và hình học theo hệ tọa độ WGS 84, múi chiếu 48, phép chiếu UTM, do đó không cần thực hiện thêm bước hiệu chỉnh nào Để nghiên cứu biến động giữa hai ảnh, việc nắn chỉnh chính xác là rất quan trọng, với độ chính xác tối thiểu cần đạt được dưới 0,5 pixel để hạn chế sai số.
Chọn ảnh vệ tinh năm 2018 làm cơ sở, tiến hành nắn ảnh vệ tinh năm
Các bước để nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh:
- Chọn điểm khống chế ảnh:
Chọn 5 điểm khống chế phải phân bố đều trên ảnh, các địa vật được chọn làm điểm khống chế ảnh phải là những địa vật rõ nét trên cả 2 ảnh, dễ nhận biết. Các điểm khống chế là các điểm giao của ngã ba, ngã tư,…
Tọa độ các điểm khống chế ảnh khi nắn ảnh 2010 theo ảnh 2018 thể hiện trên hình 4.4.
Hình 4.4 Tọa độ các điểm khống chế nắn ảnh
Sau khi xác định đủ 5 điểm khống chế, phần mềm sẽ tự động tính toán sai số trung phương khi nắn (RMS) Năm 2010, sai số nắn ảnh đạt 0,278 pixel (hình 4.5), đáp ứng yêu cầu để tiến hành các bước xử lý ảnh tiếp theo.
Hình 4.5 Sai số các điểm nắn ảnh
Sau khi chọn đủ số điểm khống chế ảnh, ta có thể lựa chọn một trong ba phương pháp nắn sau:
+ Phương pháp RST: chỉ thực hiện những chuyển dịch đơn giản như xoay, xác định tỷ lệ và tịnh tiến ảnh.
+ Phương pháp Polynomial: cho kết quả tốt hơn phương pháp RST.
+ Phương pháp Triangulation (lưới tam giác): Chọn các điểm khống chế làm các đỉnh của các tam giác không đều và tiến hành nội suy.
Quá trình nắn ảnh được thực hiện bằng phần mềm ENVI, sử dụng phương pháp nắn Polynomial và lựa chọn phương pháp nội suy là láng giềng gần nhất (Nearest Neighbor).
Kết quả thu được ảnh vệ tinh năm 2010 đã được nắn chỉnh hình học.
Hình 4.6 Ảnh thời điểm 2010 sau nắn
Trước khi tiến hành phân loại, ảnh vệ tinh cần được cắt theo ranh giới khu vực nghiên cứu Sử dụng file địa giới hành chính của huyện Nam Trực và Trực Ninh, chức năng cắt ảnh trong phần mềm ENVI cho phép thu được ảnh vệ tinh cắt theo địa giới hành chính của khu vực nghiên cứu Kết quả là ảnh vệ tinh năm 2010 (hình 4.7) và năm 2018 (hình 4.8) đã được cắt theo ranh giới hành chính.
Hình 4.7 Ảnh cắt theo ranh giới Hình 4.8 Ảnh cắt theo ranh giới năm 2010 năm 2018
Bước 1: Xây dựng tệp mẫu các loại hình sử dụng đất
Dựa trên tư liệu ảnh và mức phản xạ phổ của các đối tượng, chúng tôi đã xác định được các lớp phân loại đất Mặc dù ảnh vệ tinh Spot và Sentinel có độ phân giải cao, việc phân biệt giữa một số loại đất cụ thể vẫn gặp khó khăn Qua nhiều lần thực nghiệm, chúng tôi đã phân loại được thành 5 lớp đất, bao gồm: đất trồng lúa, đất trồng cây hàng năm khác, đất trồng cây lâu năm, đất xây dựng và đất mặt nước.
Bảng 4.6 Mô tả các loại sử dụng đất dùng trong phân loại
STT Loại sử dụng đất Mô tả
3 Đất trồng cây lâu năm
Đất chuyên trồng lúa nước, rau màu, đậu tương, lạc và khoai có vai trò quan trọng trong nông nghiệp Ngoài ra, đất trồng cây ăn trái như chuối, nhãn, táo, ổi và thanh long cũng góp phần vào sự đa dạng của sản phẩm nông sản Bên cạnh đó, đất phục vụ cho việc ở, xây dựng cơ quan và trụ sở, cũng như đất khu công nghiệp, là yếu tố thiết yếu cho phát triển kinh tế Cuối cùng, đất sông, kênh mương và ao hồ đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý nguồn nước và bảo vệ môi trường.
Tạo tệp mẫu cho năm loại đất, bao gồm: 30 mẫu đất trồng lúa, 30 mẫu đất trồng cây hàng năm khác, 30 mẫu đất cây lâu năm, 30 mẫu đất xây dựng, và 30 mẫu mặt nước Vị trí lấy mẫu phân loại được trình bày trong Phụ lục 1.
- Chọn vùng mẫu: Đây là bước quan trọng trong quá trình giải đoán ảnh Các mẫu được lựa chọn phải đặc trưng cho từng loại sử dụng đất.
Mỗi mẫu được thu thập từ thực địa (đối với ảnh năm 2018) và được đánh dấu vị trí trên ảnh vệ tinh Tại từng điểm lấy mẫu, chúng tôi cũng chụp ảnh cảnh quan để mô tả đặc điểm thực tế của mẫu ảnh và các dấu hiệu giải đoán liên quan đến từng loại hình sử dụng đất.
Đề xuất các giải pháp ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đánh giá biến động sử dụng đất khu vực nghiên cứu
HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU
4.4.1 Nhận xét kết quả ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS
Kết quả thực nghiệm ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý cho thấy sự biến động rõ rệt tại khu vực huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định.
Bản đồ biến động sử dụng đất được tạo ra nhờ sự kết hợp giữa hai phần mềm phổ biến là Envi 4.7 và ArcGIS, nổi bật với tính dễ sử dụng và thao tác đơn giản.
+ Bản đồ biến động được thành lập đạt độ chính xác cao.
+ Nguồn tư liệu ảnh được download trực tiếp từ website.
Ảnh vệ tinh có độ phân giải cao giúp xác định chính xác các loại hình sử dụng đất mà không cần nhiều công tác điều tra thực địa, từ đó nâng cao độ chính xác và tính kinh tế trong việc lập bản đồ biến động sử dụng đất nông nghiệp.
Bản đồ biến động cung cấp cái nhìn rõ ràng về sự thay đổi thực tế tại từng vị trí và mức độ biến động, giúp xác định nguồn gốc của sự thay đổi loại đất từ năm 2010 đến năm 2018.
Bản đồ sử dụng đất và bản đồ biến động sử dụng đất cung cấp thông tin quan trọng, giúp các nhà quản lý xây dựng các phương án quy hoạch hợp lý và phù hợp với điều kiện thực tế của địa phương.
Dữ liệu viễn thám, với khả năng thu thập thông tin đa thời gian và xử lý nhanh chóng trên diện rộng, là công cụ hiệu quả trong việc theo dõi chính xác và kịp thời biến động sử dụng đất.
+Có thể tham chiếu dữ liệu địa lý để nâng cao độ chính xác phân loại ảnh.
Trong quá trình phân loại ảnh, có sự nhầm lẫn giữa đất trồng lúa, đất xây dựng và đất cây hàng năm Nguyên nhân là do một số khu vực đã được quy hoạch chuyển đổi từ đất nông nghiệp sang đất chuyên dùng, nhưng địa phương vẫn chưa thực hiện xây dựng, dẫn đến việc chúng được phân loại nhầm là đất nông nghiệp dựa vào màu sắc cây xanh.
Việc thu thập tư liệu ảnh từ hai mùa khác nhau có thể gây khó khăn trong việc phân loại và xây dựng các tập mẫu giải đoán do sự khác biệt về mùa vụ Nếu kết quả phân loại ảnh không được kiểm tra và đối soát thực địa, có thể dẫn đến việc không phát hiện những biến động thực sự của các loại hình sử dụng đất, mà chỉ phản ánh biến động theo mùa.
Một số tuyến đường giao thông có kích thước quá nhỏ đã gây khó khăn trong việc thống kê diện tích, dẫn đến việc bỏ sót diện tích của những đoạn đường bị che khuất bởi cây xanh hoặc nhà cửa.
Việc sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh để xây dựng bản đồ biến động đất nông nghiệp chỉ cho phép hiển thị một số loại đất chính, mà không thể hiện chi tiết về từng loại đất cụ thể như đất trồng lúa, đất trồng cỏ chăn nuôi, đất trồng cây hàng năm, đất cây ăn quả và đất lâm nghiệp.
Giải đoán ảnh yêu cầu người thực hiện có kinh nghiệm và hiểu biết sâu sắc về khu vực nghiên cứu, đồng thời cần tiến hành khảo sát thực địa để điều chỉnh cho phù hợp với hiện trạng sử dụng đất.
Bản đồ biến động được tạo ra thông qua phương pháp so sánh sau phân loại mang lại độ chính xác cao Tuy nhiên, độ chính xác của kết quả này phụ thuộc vào chất lượng của quá trình phân loại tại từng thời điểm ảnh.
4.4.2 Đề xuất các giải pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá biến động Để ứng dụng hiệu quả công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá biến động sử dụng đất đề tài đề xuất một số giải pháp như sau:
Ảnh vệ tinh với độ phân giải thấp chỉ cho phép xác định các nhóm đất chính, không đủ để phân loại chi tiết từng loại sử dụng đất Do đó, việc cung cấp ảnh vệ tinh có độ phân giải cao là cần thiết để tiến hành nghiên cứu chi tiết các loại đất theo bảng phân loại của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
Do hạn chế trong điều kiện sử dụng đất và phương pháp phân loại thống kê bằng thuật toán Maximum Likelihood, việc phân loại ảnh có độ phân giải 10m gặp nhiều khó khăn, dẫn đến sự nhầm lẫn giữa các đối tượng như đất lúa, khu dân cư, đất trống và đường giao thông Do đó, việc sử dụng ảnh có độ phân giải tốt hơn sẽ cải thiện đáng kể độ chính xác của kết quả phân loại.