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
- 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 đóng vai trò quan trọng trong phát triển sản xuất nông nghiệp và sử dụng đất Những thuận lợi như khí hậu thuận lợi, đất đai màu mỡ và nguồn nước dồi dào có thể thúc đẩy năng suất cây trồng và chăn nuôi Tuy nhiên, các khó khăn như thiên tai, biến đổi khí hậu và hạ tầng kém phát triển lại gây cản trở cho sự phát triển bền vững Để tối ưu hóa tiềm năng nông nghiệp, cần có sự kết hợp giữa khai thác lợi thế tự nhiên và cải thiện các yếu tố kinh tế xã hội.
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 tổng cộng 300 điểm mẫu, với 60 điểm cho mỗi loại hình sử dụng đất Trong số này, 50% điểm được sử dụng để phân loại ảnh, và 50% còn lại nhằm 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:
Bước 1: Cần xác định các lớp và mẫu lớp phủ trên mặt đất, chú ý đến 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, tiến hành chọn vùng mẫu trực tiếp từ 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 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 tiến hành kiểm tra thực địa, các vị trí cần kiểm tra được đánh dấu ở những khu vực không có biến động về sử dụng đất và nghi ngờ sai loại đất Ngoài ra, phỏng vấn cán bộ địa chính và hộ gia đình sử dụng đất cũng được thực hiện để nắm bắt tình hình sử dụng đất và thời vụ Độ chính xác phân loại được đánh giá qua hai chỉ tiêu chính: độ chính xác tổng thể và chỉ số Kappa (κ), cùng với việc thể hiện chi tiết độ chính xác của từng lớp phân loại trên ma trận sai số.
Ma trận sai số là một ma trận vuông thể hiện số lượng mẫu của từng lớp phân loại, với dữ liệu kiểm chứng ở cột và kết quả phân loại ở hàng Các phần tử trên đường chéo chính thể hiện số điểm phân loại đúng, trong khi các phần tử khác cho biết số điểm bị phân loại nhầm Độ chính xác sản xuất (Produce’s Accuracy) của mỗi lớp được tính bằng tỷ lệ số điểm phân loại đúng trên tổng số điểm kiểm chứng, còn độ chính xác sử dụng (User ’s Accuracy) là tỷ lệ số điểm phân loại đúng trên tổng số điểm sau phân loại của lớp đó Độ chính xác tổng thể được xác định 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, chỉ số thống kê κ được sử dụng, 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 phân tích so sánh tổng hợp, nhằm xác định sự biến động trong việc sử dụng từng loại đất Qua đó, chúng ta có thể nhận diện nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi trong sử dụng đất.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc ứng dụng công nghệ viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá biến động sử dụng đất mang lại nhiều kết quả tích cực, giúp theo dõi và phân tích thay đổi một cách chính xác và hiệu quả Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến một số nhược điểm như chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu về kỹ thuật, cũng như khả năng tiếp cận dữ liệu Tổng quan, công nghệ viễn thám và GIS là công cụ hữu ích trong nghiên cứu đất đai, nhưng cần cân nhắc kỹ lưỡng để tối ưu hóa lợi ích và khắc phục những hạn chế.
Quy trình đánh giá biến động sử dụng đất được thể hiện trong sơ đồ (hình 3.1). Ảnh vệ tinh năm 2010 Ảnh vệ tinh năm 2018
Phân loại Đánh giá độ chính xác
Bản đồ sử dụng đất năm 2010
Bả n đồ biế n độ ng sử dụ ng 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 Trường;
- 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 là 307,844 km² và dân số trung bình vào năm 2017 là 186.170 người, với mật độ dân số đạt 1.211 người/km² Khu vực này 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 với các huyện phía Nam tỉnh Nam Định như Hải Hậu, Giao Thủy, đồng thời nối liền Nam Trực với thành phố Nam Định ở phía Bắc.
Sông Hồng và Sông Ninh Cơ chảy qua khu vực này hàng năm, mang lại phù sa bồi đắp đất đai màu mỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển nông nghiệp, khiến đây trở thành một trong những huyện trọng điểm lúa của tỉnh Nằm ở phía Nam tỉnh, huyện còn giữ vị trí quan trọng trên con đường từ thành phố Nam Định ra biển Đông, góp phần 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 nền kinh tế đa dạng, năng động và hiệu quả.
Trực Ninh và Nam Trực là hai huyện thuộc vùng châu thổ sông Hồng, với địa hình bằng phẳng và độ nghiêng thấp từ Tây Bắc xuống Đông Nam Khu vực phía Bắc và Nam có vùng trũng thích hợp cho trồng lúa nước, trong khi vùng giữa huyện từ tây sang đông, dọc theo đường Vàng, thuận lợi cho phát triển rau màu và nghề trồng dâu nuôi tằm Điều kiện địa hình của Nam Trực và Trực Ninh rất thuận lợi cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông, thủy lợi, và các công trình phục vụ phát triển kinh tế xã hội, đồng thời tạo ra hệ sinh thái động, thực vật tự nhiên và cây trồng đa dạng.
4.1.1.3 Khí hậu, thủy văn a Khí hậu
Trực Ninh và Nam Trực sở hữu đặc trưng của tiểu khí hậu đồng bằng sông Hồng, với khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm và lượng mưa dồi dào Khu vực này có bốn mùa rõ rệt: xuân, hạ, thu và đông.
Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 23 đến 25°C, với các tháng có nhiệt độ trung bình vượt quá 20°C từ tháng 8 đến tháng 9 Trong mùa đông, nhiệt độ trung bình là 19,2°C, với tháng lạnh nhất rơi vào tháng 12 và tháng 1 năm sau Vào mùa hè, nhiệt độ trung bình đạt khoảng 29°C, trong đó tháng nóng nhất là tháng 6 và tháng 7.
Độ ẩm không khí tại khu vực này luôn ở mức tương đối cao, với trung bình năm dao động từ 80% đến 85% Tháng 4 là thời điểm có độ ẩm cao nhất, đạt 90%, trong khi tháng 11 có độ ẩm thấp nhất, chỉ khoảng 76% Sự chênh lệch độ ẩm giữa các tháng không quá lớn, với mức cao nhất và thấp nhất gần nhau.
Chế độ mưa ở huyện có lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.700 – 1.800 mm, phân bố tương đối đồng đều nhưng không đều trong năm Mùa mưa diễn ra từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm gần 80% tổng lượng mưa, với các tháng mưa nhiều nhất là tháng 7, 8 và 9 Lượng mưa lớn và tập trung gây ngập úng, ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất nông nghiệp, đặc biệt khi mưa lớn kết hợp với triều cường Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, chỉ chiếm 20% lượng mưa cả năm, trong đó tháng 12 và tháng 1, 2 thường có lượng mưa rất thấp, thậm chí có tháng không có mưa Những năm có mưa muộn có thể ảnh hưởng đến việc gieo trồng cây vụ đông, trong khi mưa sớm có thể tác động đến thu hoạch vụ chiêm xuân.
Mỗi năm, khu vực này trải qua trung bình 250 ngày nắng, với tổng số giờ nắng dao động từ 1.250 đến 1.400 giờ Đặc biệt, mùa hè thu ghi nhận 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 dao động từ 2 đến 2,3 m/s Trong mùa đông, gió Đông Bắc là hướng gió chủ yếu, 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 2,6m/s Trong mùa hè, gió Đông Nam trở thành hướng gió chủ đạo, xuất hiện với tần suất 50-70% và tốc độ trung bình từ 1,9 đến 2,2m/s, trong khi tốc độ gió cực đại có thể đạt tới 40m/s khi có 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 thường xuyên bị ảnh hưởng bởi bão và áp thấp nhiệt đới, với trung bình từ 4 đến 6 trận bão xảy ra trong khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 8.
Khí hậu khu vực rất lý tưởng cho sự sống của con người, phát triển hệ sinh thái động, thực vật và ngành du lịch Điều kiện khí hậu thuận lợi 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 chế độ thuỷ triều Khu vực này có hệ thống sông ngòi dày đặc với mật độ mạng lưới sông ngòi khoảng 0,7-0,9 km/km² Các dòng chảy trong khu vực đều theo 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 không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cao hơn mà còn hỗ trợ phát triển các ngành công nghiệp và dịch vụ, góp phần vào quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa cơ cấu kinh tế.
4.2.2 Biến động sử dụng đất huyện Trực Ninh và Nam Trực tỉnh Nam Định
Trong những năm qua, huyện Trực Ninh và Nam Trực đã điều chỉnh mục đích sử dụng đất nhằm thực hiện định hướng phát triển của tỉnh, với mục tiêu đưa Nam Định trở thành một tỉnh phát triển mạnh mẽ trong vùng đồng bằng Sông Hồng.
Từ năm 2010 đến năm 2018, biến động của 3 loại đất chính thể hiện trong
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 huyện Trực Ninh và Nam Trực, tỉnh Nam Định.
So với năm 2010, diện tích đất nông nghiệp đã giảm 237,6 ha vào năm 2018 Sự giảm diện tích này chủ yếu do việc chuyển đổi sang đất phi nông nghiệp để 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 rộng 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 doanh nghiệp và nhà đầu tư, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng kinh tế Điều này không chỉ làm 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 gia tăng, phản ánh xu hướng phát triển kinh tế - xã hội, trong khi đất nông nghiệp và đất chưa sử dụng có xu hướng giảm dần Sự tăng trưởng này cho thấy sự chuyển đổi sang các loại hình đất khác, phù hợp với nhu cầu phát triển hiện nay.
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 nghiên cứu sử dụng 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 vệ tinh 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 đến 60m, nhưng trong 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 ảnh vệ tinh Sentinel-2B mã hiệu 48QXH được thu thập vào năm 2018 từ trang web của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) tại địa chỉ http://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home, phục vụ cho khu vực nghiên cứu Bên cạnh đó, ảnh vệ tinh SPOT 5 năm 2010 được cung cấp bởi Cục Viễn thám Quốc gia thuộc Bộ Tài nguyên 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 Sentinel 2B lần lượt được phóng vào năm 2015 và 2017, nhưng phần mềm ENVI 4.7 chưa được cập nhật để xử lý ảnh từ Sentinel Do đó, cần chuyển đổi định dạng ảnh sang phần mềm ENVI bằng công cụ Data Conversion của SNAP, chuyển 4 kênh Blue, Green, Red và NIR Sau khi chuyển đổi, các kênh ảnh sẽ được ghép lại để tạo thành file ảnh 4 kênh của khu vực nghiên cứu.
4.3.2.2.Tăng cường chất lượng ảnh
Khu vực nghiên cứu sử dụng ảnh SPOT5 và Sentinel-2A với độ phân giải 10m, bao gồm 4 kênh đa phổ Phần mềm ENVI áp dụng phương pháp Cân bằng (Equalization) để cải thiện chất lượng hình ảnh, giúp dễ dàng đọc và hiểu dữ liệu Để nâng cao chất lượng ảnh phục vụ cho công tác giải đoán, cần kết hợp ảnh toàn sắc và ảnh đa phổ đã xử lý màu nhằm tạo ra ảnh màu có độ phân giải cao.
Việc nắn chỉnh hình học nhằm đưa ảnh về hệ tọa độ quy chiếu để thành lập bản đồ và loại bỏ các sai số hình học cũng như sai số do chênh cao địa hình Ảnh vệ tinh năm 2010 và 2018 đã được hiệu chỉnh phổ, do đó không cần thực hiện hiệu chỉnh này trong nghiên cứu Ảnh Sentinel 2018 đã được xử lý ở mức 1C, bao gồm hiệu chỉnh khí quyển và hình học về hệ tọa độ WGS 84, múi chiếu 48, phép chiếu UTM, nên không cần qua các bước hiệu chỉnh khác Tuy nhiên, ảnh năm 2010 chưa được hiệu chỉnh hình học, do đó cần thực hiện hiệu chỉnh để nghiên cứu biến động giữa hai ảnh vệ tinh Để đảm bảo các đối tượng trùng khớp, độ chính xác tối thiểu cần đạt được là dưới 0,5 pixel nhằm 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 lựa chọn 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 áp dụng phương pháp nội suy 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, chúng ta áp dụng chức năng cắt ảnh trong phần mềm ENVI để thu được ảnh vệ tinh đã được cắt theo ranh giới hành chính Kết quả thu được bao gồm ảnh vệ tinh năm 2010 (hình 4.7) và năm 2018 (hình 4.8) của khu vực nghiên cứu.
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
Từ tư liệu ảnh, dựa vào phản xạ phổ của các đối tượng thể hiện qua màu sắc, chúng tôi đã xác định các lớp phân loại đất Mặc dù ảnh vệ tinh Spot và Sentinel có độ phân giải cao, nhưng việc phân biệt giữa một số loại đất cụ thể trong thực tế vẫn gặp khó khăn Qua nhiều lần thực nghiệm, chúng tôi chỉ có thể phân chia thành 5 lớp phân loại, 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
Việt Nam sở hữu nhiều loại đất phong phú phục vụ cho nông nghiệp và xây dựng Đất trồng lúa nước là loại đất chính để sản xuất gạo Ngoài ra, đất trồng rau màu, đậu tương, lạc và khoai cũng rất quan trọng cho nhu cầu thực phẩm Đất trồng cây ăn quả như chuối, nhãn, táo, ổi và thanh long đóng góp vào sự đa dạng của nông sản Bên cạnh đó, đất ở và đất xây dựng cơ quan, trụ sở, cùng với đất khu công nghiệp, là những yếu tố thiết yếu cho phát triển đô thị và kinh tế Cuối cùng, hệ thống đất sông, kênh mương và ao hồ cũng góp phần vào việc quản lý nước và bảo vệ môi trường.
Xây dựng tệp mẫu cho năm loại sử dụng đất, bao gồm 30 mẫu cho đất trồng lúa, 30 mẫu cho đất trồng cây hàng năm khác, 30 mẫu cho đất cây lâu năm, 30 mẫu cho đất xây dựng và 30 mẫu cho mặt nước Vị trí lấy mẫu phân loại ảnh được thể hiện 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 (năm 2018) và được đánh dấu vị trí trên ảnh vệ tinh Tại mỗi điểm lấy mẫu, chúng tôi chụp ảnh cảnh quan để mô tả đặc điểm của mẫu và các dấu hiệu giải đoán tương ứng với 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 từ việc ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý đã 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 bằng cách kết hợp 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 Điều này 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 thông tin về sự thay đổi thực tế tại các vị trí cụ thể và mức độ biến động, cho phép xác định nguồn gốc của sự biến động đất đai từ năm 2010 đến năm 2018.
Bản đồ sử dụng đất và bản đồ biến động sử dụng đất là công cụ quan trọng giúp nhà quản lý xây dựng các phương án quy hoạch hợp lý, phù hợp với điều kiện thực tế của địa phương.
Dữ liệu viễn thám, với khả năng thu thập thông tin theo thời gian đa dạng, xử lý nhanh chóng và phạm vi bao phủ rộng, là công cụ hiệu quả để theo dõi và đánh giá biến động sử dụng đất một cách chính xác và kịp thời.
+ Có thể tham chiếu dữ liệu địa lý để nâng cao độ chính xác phân loại ảnh.
Trong quá trình phân loại ảnh, có một số nhầm lẫn liên quan đến đất trồng lúa, đất xây dựng và đất cây hàng năm Nguyên nhân chính là do một số khu vực đất chuyên dùng đã được quy hoạch chuyển đổi từ đất nông nghiệp, nhưng địa phương chưa tiến hành xây dựng, dẫn đến việc chúng vẫn được phân loại là đất nông nghiệp dựa trên 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, sẽ khó phát hiện những biến động thực sự trong các loại hình sử dụng đất, mà chỉ có thể nhận diện những biến động tạm thời theo mùa.
Một số đoạn đường giao thông có kích thước quá nhỏ đã gây khó khăn trong việc thống kê diện tích, dẫn đến việc bỏ qua diện tích của những đoạn đường bị che khuất bởi cây xanh hoặc nhà cửa.
Việc sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh để lập bản đồ biến động đất nông nghiệp chỉ cho phép hiển thị một số loại đất chính, mà không thể hiện chi tiết các 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, việc khảo sát thực địa là cần thiết để điều chỉnh và xác thực tình trạng sử dụng đất hiện tại.
Bản đồ biến động được xây dựng thông qua phương pháp so sánh sau phân loại mang lại độ chính xác cao Tuy nhiên, độ chính xác của kết quả phụ thuộc vào chất lượng phân loại của 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 có độ phân giải thấp chỉ cho phép xác định các nhóm đất chính mà không thể phân tích chi tiết từng loại sử dụng đất Do đó, việc cung cấp ảnh vệ tinh độ phân giải cao là cần thiết để thực hiện nghiên cứu chi tiết các loại đất theo bảng phân loại đất của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
Điều kiện sử dụng đất hiện còn manh mún, khiến phương pháp phân loại thống kê bằng thuật toán Maximum Likelihood gặp nhiều hạn chế, đặc biệt với ảnh có độ phân giải 10m Sự nhầm lẫn giữa các đối tượng như đất lúa, khu dân cư, đất trống và đường giao thông dẫn đến kết quả nghiên cứu chưa đạt yêu cầu Do đó, việc sử dụng ảnh có độ phân giải cao sẽ cải thiện độ chính xác trong kết quả phân loại.