Luận văn tốt nghiệp Quản lý đất đai: Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang

Chia sẻ: Dopamine Grabbi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài thực hiện nhằm mục đích: Theo dõi và đánh giá được hiện trạng đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa qua các năm từ đó so sánh với số liệu kiểm kê qua năm 2010 và năm 2015 xem độ chính xác khoảng bao nhiêu phần trăm, trên cơ sở đó cho thấy được khả năng áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong theo dõi sự thay đổi hiện trạng đất trồng lúa trong giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiệp Quản lý đất đai: Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ KHOA SINH HỌC ỨNG DỤNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT TRỒNG LÚA GIAI ĐOẠN 2010 – 2015 TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HẬU GIANG SINH VIÊN THỰC HIỆN LÊ VĂN TIÊN MSSV: 13D850103103 LỚP: QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI - KHÓA 8 2017 i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ KHOA SINH HỌC ỨNG DỤNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI MÃ NGÀNH 52850103 ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT TRỒNG LÚA GIAI ĐOẠN 2010 – 2015 TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HẬU GIANG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN NGUYỄN QUỐC HẬU LÊ VĂN TIÊN MSSV: 13D850103103 LỚP: QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI K8 2017 ii
XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Luận văn: “Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang” Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN TIÊN Lớp: ĐH QLĐĐ K8 Luận văn đã được hoàn thành theo yêu cầu của cá bộ hướng dẫn và hội đồng bảo vệ luận văn tốt nghiệp Đại học chuyên ngành Quản Lí Đất Đai, Khoa Sinh học ứng dụng – Đại học Tây Đô. Cần Thơ, ngày.....tháng.....năm 2017 Xác nhận của Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) NGUYỄN QUỐC HẬU LÊ VĂN TIÊN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG iii
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quãng thời gian 4 năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Tây Đô em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, quý Thầy Cô, đặc biệt là quý Thầy Cô thuộc khoa Sinh Học Ứng Dụng đã quan tâm, chỉ dạy tận tình, tạo môi trường tốt nhất để em đạt kết quả tốt trong học tập. Cùng với sự nổ lực, cố gắn của bản thân và sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô đã giúp em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn đến: - Thầy Mai Linh Cảnh đã quan tâm, hỗ trợ tích cực cũng như giải đáp mọi thắc trong suốt quá trình em theo học tại trường. - Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy Nguyễn Quốc Hậu, giảng viên khoa Nông Nghệp trường Cao Đẳng Cộng Đồng Vĩnh Long đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. - Con xin cảm ơn gia đình đã có công nuôi dưỡng và tạo mọi điều kiện tốt nhất để con có thể học tập đến ngày hôm nay. Cuối lời Cuối lời em xin gửi lời chúc sức khỏe đến toàn thể quý Thầy, Cô trường Đại Học Tây Đô, chúc quý Thầy Cô thành công trong công tác giảng dạy và truyền đạt những kiến thức bổ ích cho thế hệ tiếp sau chúng em. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện LÊ VĂN TIÊN i
TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang” đã được tiến hành trong thời gian từ ngày 1/3/2017 đến ngày 13/7/2017. Phương pháp nghiên cứu của đề tài là ứng dụng ảnh viễn thám, cụ thể là ảnh viễn thám MODIS (MOD09Q1) và công nghệ GIS với mục tiêu là thành lập được bảng đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang và từ đó đánh giá được khả năng ứng dụng của ảnh MODIS trong theo dõi, đánh giá biến động diện tích đất trồng lúa trong giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang. Từ kết quả tính toán chỉ số NDVI của khu vực vùng nghiên cứu, thiết lập chuỗi ảnh đa phổ với 65 kênh (đối với năm 2010 và năm 2015) và 46 kênh (đối với năm 2012, 2013, 2014) đã được giải đoán các đối tượng cây trồng. Trên cơ sở đó tiến hành thành lập bảng đồ hiện trạng sử dụng đất lúa bằng phương pháp chuyển đổi dữ liệu từ ENVI sang MapInfo, sử dụng các chức năng tích hợp trên phần mềm MapInfo để tính toán diện tích đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015. Từ kết quả giải đoán ảnh viễn thám, diện tích đất lúa giai đoạn 2010 – 2015 biến động chủ yếu theo chiều hướng giảm cụ thể như sau: Tổng diện tích đất lúa năm 2010 so với năm 2015 giảm 4,18% trong đó địa phương có diện tích giảm nhiều nhất là huyện Phụng Hiệp, tổng diện tích đất lúa năm 2015 so với năm 2010 giảm 6,03%, bên cạnh các địa phương có diện tích đất lúa giảm thì huyện Long Mỹ có diện tích đất lúa năm 2015 tăng 9,61% so với diện tích năm 2010. Từ các ứng dụng như: Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa, tính diện tích đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh, cug cấp dữ liệu thuộc tính của từng đối tượng, việc ứng dụng công nghệ GIS kết hợp với công nghệ viễn thám đã đem lại hiệu quả cao trong theo dĩa cũng như đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang. ii
DANH SÁCH BẢNG Bảng Nội dung Trang 2.1 Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MOISD 9 2.2 Đặc điểm của một số kênh phổ ảnh MODIS 9 2.3 Đặc điểm ảnh MOD09Q1 10 4.1 Khóa giải đoán ảnh MODIS khu vực tỉnh Hậu Giang 40 4.2 Ma trận sai số phân loại ảnh 49 4.3 Các giá trị tính tổng cột và dòng theo kết quả Bảng 4.2 51 4.4 Diện tích đất trồng lúa sau khi tính toán trên bảng đồ hiện trạng đã 53 thành lập 4.5 So sánh diện tích đất trồng lúa sau khi giải đoán ảnh so với số liệu 55 kiểm kê của sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hậu Giang năm 2015. iii
DANH SÁCH HÌNH Hình Nội dung Trang 2.1 Các thành phần của GIS 12 2.2 Giao diện của phần mềm ENVI 4.8 13 2.3 Giao diện phần mềm Mapinfo 10.5 14 2.4 Sự phát triển của lúa vụ Đông xuân - Hè Thu và sự biến động chỉ số NDVI 17 (Nguồn: Trần Thị Hiền, 2010) 2.5 Tương quan giữa sự phát triển của lúa ở vụ Đông xuân và Hè Thu và sự 17 biến động của chỉ số NDVI (Nguồn: Trần Thị Hiền, 2010) 2.6 Bản đồ hành chính tỉnh Hậu Giang 19 3.1 Sơ đồ quá trình xử lý ành Modis 21 3.2 Sơ đồ các bước thực hiện đề tài 23 4.1 Ảnh MODIS09Q1 thu thập được 25 4.2 Các bước trong quá trình cắt sơ bộ vùng nghiên cứu 26 4.3 Ảnh trước khi cắt sơ bộ (a) và ảnh sau khi cắt sơ bộ (b) 26 4.4 Các bước trong quá trình cắt ảnh theo địa giới hành chính 27 4.5 Ảnh trước khi cắt theo địa giới hành chính (a) và ảnh sau khi cắt theo địa 28 giới hành chính (b) 4.6 Các bước trong quá trình hiệu chỉnh hình học 39 4.7 Trước và sau khi hiệu chỉnh hình học 30 4.8 Các bước tiến hành lọc ảnh 30 4.9 Mối quan hệ giữa chỉ số thực vật NDVI với sự hiện diện của thực vật 32 4.10 Các bước tiến hành quá trình ghép chuỗi ảnh NDVI 33 4.11 Ảnh Hậu Giang tổ hợp dựa trên các kênh phổ 6, 14 và 47 34 4.12 Các bước thực hiện quá trình che chuỗi ành NDVI 35 4.13 Bản đồ phân loại không kiểm soát năm 2010 36 4.14 Giá trị NDVI của 6 đối tượng được phân loại không kiểm soát năm 2010 37 4.15 Các giai đoạn phát triển của cây lúa (giai đoạn trước xạ, giai đoạn phát 37 triển, giai đoạn lúa chín và giai đoạn sau khi thu hoạch) 4.16 Bản đồ phân loại không kiểm soát năm 2015 38 4.17 Giá trị NDVI của 6 đối tượng được phân loại không kiểm soát 39 4.18 Các bước tiến hành khoanh ROI 41 4.19 Vị trí các điểm khảo sát 42 4.20 Các bước thực hiện để lấy giá trị NDVI 44 4.21 Biểu đồ biến động NDVI khu vực thực vật phát triển tốt quanh năm 45 iv
Hình Nội dung Trang 4.22 Biểu đồ biến động NDVI khu vực thực vật phát triển tốt quanh năm và có 45 chu kỳ theo năm 4.23 Biểu đồ biến động NDVI khu vực thực vật phát triển kém 46 4.24 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị NDVI của khu vực trồng lúa 3 vụ trong 47 1 năm 4.25 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị NDVI của khu vực trồng lúa 3 vụ trong 47 2 năm liên tiếp 4.26 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị NDVI của khu vực trồng lúa 3 vụ thu 47 đông sớm trong 1 năm 4.27 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị NDVI của khu vực trồng lúa 3 vụ thu 48 đông sớm trong 2 năm liên tiếp 4.28 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị NDVI của khu vực trồng lúa 3 vụ thu 48 đông muộn trong 1 năm 4.29 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị NDVI của khu vực trồng lúa 3 vụ thu 48 đông muộn trong 2 năm liên tiếp 4.30 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lúa năm 2010 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang 52 4.31 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lúa năm 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang 53 4.32 Biểu đồ diện tích đất trồng lúa năm 2010 và 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu 54 Giang 4.33 Biểu đồ so sánh diện tích đất lúa năm 2010 giữa kết quả giải đoán ảnh 56 MODIS so với số liệu kiểm kê của Sở TN&MT 4.34 Biểu đồ so sánh diện tích đất lúa năm 2015 giữa kết quả giải đoán ảnh 56 MODIS so với số liệu kiểm kê của Sở TN&MT 4.35 Biểu đồ tương quan giữa số liệu điều tra với diện tích giải đoán ảnh 57 MODIS v
DANH SÁCH CÁC TỪ VẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý ENVI The Environment for Visualizing Môi trường thể hiện ảnh ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long NDVI The Normalized Difference Chỉ số khác biệt thực vật Vegetation Index TN&MT Tài nguyên và Môi trường ĐX Đông Xuân HT Hè Thu TĐm Thu Đông muộn MODIS Moderate-resolution Imaging Hệ thống quét ảnh đa phổ độ Spectroradiometer GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu UTM Universal Transverse Mercator Hệ tọa độ chuyển đổi tổng hợp WGS-84 World Geodetic Systerm 84 Hệ tọa độ thế giới xây dựng năm 1984 ROI Region Of Interest Vùng đại diện vi
MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i TÓM TẮT....................................................................................................................... ii DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................... iii DANH SÁCH HÌNH ..................................................................................................... iv DANH SÁCH CÁC TỪ VẾT TẮT............................................................................... vi CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ..............................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề ..............................................................................................................1 1.2 Mục tiêu của đề tài .................................................................................................1 1.3 Nội dung của đề tài ................................................................................................2 1.4 Ý nghĩa của đề tài ...................................................................................................2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................3 2.1 Cơ sở khoa học về sử dụng đất ..............................................................................3 2.1.1 Khái niệm và vai trò của đất đai ......................................................................3 2.1.2 Khái niệm và phân loại đất nông nghiệp .........................................................4 2.2 Biến động hiện trạng sử dụng đất ..........................................................................6 2.2.1 Định nghĩa sử dụng đất. ...................................................................................6 2.2.2 Biến động sử dụng đất, các trường hợp và nguyên nhân của biến động đất đai..............................................................................................................................6 2.2.3 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất.....................................................6 2.3 Tổng quan về viễn thám và GIS.............................................................................7 2.3.1 Khái niệm viễn thám ........................................................................................7 2.3.2 Nguyên lý hoạt động của viễn thám ................................................................8 2.3.3 Nguyên tắc sử dụng ảnh viễn thám theo dõi biến động...................................8 2.3.4 Đặc điểm ảnh viễn thám MODIS ....................................................................8 2.4 Tổng quan về GIS ................................................................................................10 2.4.1 Khái niệm về GIS ..........................................................................................10 2.5 Giới thiệu phần mềm xử lý ảnh ENVI .................................................................12 2.6 Giới thiệu phần mềm Mapinfo .............................................................................13 2.7 Tổng quan một số đề tài nghiên cứu viễn thám và công nghệ GIS .....................15 2.8 Tồng quan về khu vực nghiên cứu .......................................................................17 2.8.1 Vị trí địa lí ......................................................................................................18 2.8.2 Điều kiện tự nhiên..........................................................................................18 vii
2.8.3 Kinh tế - xã hội ..............................................................................................19 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ..................................................21 3.1 Phương pháp nghiên cứu......................................................................................21 3.2 Phương tiện nghiên cứu .......................................................................................22 3.2.1 Tài liệu – số liệu ...........................................................................................22 3.2.2 Phần mềm, thiết bị ........................................................................................22 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................25 4.1 Kết quả thu thập ảnh viễn thám và số liệu ...........................................................25 4.2 Kết quả xử lý ảnh .................................................................................................25 4.2.1 Cắt, che ảnh....................................................................................................25 4.2.2 Hiệu chỉnh hình học .......................................................................................28 4.2.3 Biến đổi ảnh ...................................................................................................30 4.2.4 Phân loại không kiểm soát .............................................................................35 4.2.5 Phân loại có kiểm soát ...................................................................................40 4.2.6 Kết quả khảo sát thực tế.................................................................................42 4.2.7 Kết quả phân loại có kiểm soát ......................................................................43 4.2.8 Kiểm tra độ tin cậy của bản đồ hiện trạng sử dụng đất được giải đoán ........49 4.3 Thành lập bảng đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Hậu Giang dựa trên dữ liệu ảnh giải đoán .....................................................................................................................52 4.4 Tình hình biến động diện tích đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang giai đoạn 2010 – 2015 ................................................................................................................53 4.4.1 Tình hình biến động diện tích đất trồng lúa giai đoạn 2010 - 2015 ..............53 4.4.2 So sánh kết quả giải đoán ảnh với số liệu thu thập từ cơ quan Nhà Nước ....55 4.5 Khả năng ứng dụng của ảnh MODIS09Q1 và công nghệ GIS trong đánh giá biến động diện tích đất trồng lúa........................................................................................57 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................59 5.1 Kết luận ................................................................................................................59 5.2 Kiến nghị ..............................................................................................................59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................60 PHỤ LỤC ......................................................................................................................62 viii
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Đối với công tác quản lý đất đai thì công nghệ viễn thám và GIS là một trong những công cụ đắc lực hỗ trợ rất lớn cho các cán bộ địa chính trong việc nắm bắt tình hình sử dụng đất của khu vực mình quản lý. Trong giai đoạn hiện nay quá trình sử dụng đất luôn có những biến động phức tạp và khó kiểm soát, gây khó khăn trong thống kê, kiểm kê hiện trạng sử dụng đất. Đặc biệt đất trồng lúa là một trong những loại đất có sự biến động nhiều nhất về hiện trạng sử dụng, theo kết quả thực hiện kế hoạch sử dụng đất 5 năm kỳ đầu giai đoạn 2011 – 2015 của Đồng Bằng Sông Cửu Long diện tích đất trồng lúa của ĐBSCL thay đổi qua các năm cụ thể: Năm 2010 tổng diện tích là 4.120,18 (nghìn ha), giai đoạn cuối năm 2014, đầu năm 2015 diện tích giảm còn 3.951,00 (nghìn ha), năm 2015 diện tích là 4.030,75 (nghìn ha) do nhiều nguyên nhân khác nhau nhưng chủ yếu là chuyển mục đích sử dụng đất, làm cho diện tích đất trồng lúa ngày càng bị suy giảm đặc biệt là khu vực ĐBSCL. Trong thời đại công nghệ thông tin phát triển như hiện nay thì việc áp dụng những tiến bộ trong lĩnh vực này đem lại hiệu quả rất cao trong việc theo dõi sự biến động của hiện trạng sử dụng đất. Công nghệ viễn thám và GIS giúp cho cán bộ chuyên môn có thể dễ dàng nắm bắt được tình hình biến động sử dụng đất trong khu vực mình quản lý, vừa cho kết quả chính xác, vừ tiết kiệm được thời gian, chi phí. Hiện nay vấn đề sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với công nghệ tin học đặc biệt là công nghệ viễn thám và GIS trong công tác thành lập bản đồ đã hạn chế được rất nhiều những khó khăn về kinh phí cũng như thời gian thành lập bản đồ. Mặt khác, do tính chất đa thời gian của viễn thám mà thông tin được tách chiết, từ tư liệu viễn thám có khả năng phản ánh khách quan và đảm bảo tính thời sự, rất thuận lợi cho việc nghiên cứu biến động. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài: Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang cần được nghiên cứu. 1.2 Mục tiêu của đề tài Đề tài thực hiện nhằm mục đích: Theo dõi và đánh giá được hiện trạng đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa qua các năm từ đó so sánh với số liệu kiểm kê qua năm 2010 và năm 2015 xem độ chính xác khoảng bao nhiêu phần trăm, trên cơ sở đó cho thấy được khả năng áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong theo dõi sự thay đổi hiện trạng đất trồng lúa trong giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang. Các mục tiêu cụ thể gồm: 1
- 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; - 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 giai đoạn 2010 – 2015 của tỉnh Hậu Giang. 1.3 Nội dung của đề tài Tiến hành các bước trong quy trình xử lý ảnh viễn thám MODIS thu thập được từ phần mềm ENVI 4.8 và kết hợp với phần mềm MapInfo để thành lập bảng đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa của tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015. Đánh giá tình hình biến động diện tích đất trồng lúa của tỉnh Hậu Giang giai đoạn 2010 – 2015 dựa trên dữ liệu ảnh giải đoán và diện tích tính được từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang năm 2010 và năm 2015. So sánh kết quả diện tích tính được từ việc giải đoán ảnh viễn thám với số liệu kiểm kê đất đai từ Sở TN&MT đánh giá được khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS trong thực tiễn. 1.4 Ý nghĩa của đề tài Đề tài “Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang” nhằm đánh giá được tình hình biến động diện tích đất trồng lúa của tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015, đồng thời đề tài còn cho thấy khả năng ứng dụng của viễn thám và công nghệ GIS trong công tác đánh giá hiện trạng sử dụng đất thông qua ảnh MODIS và bản đồ hiện trạng sử dụng đất. 2
CHƯƠNG 2: 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 * Khái niệm đất đai Đất đai về mặt thuật ngữ khoa học được hiểu theo nghĩa rộng như sau: "đất đai là một diện tích cụ thể của bề mặt trái đất, bao gồm tất cả các cấu thành của môi trường sinh thái ngay trên vỏ dưới bề mặt đó bao gồm: khí hậu, bề mặt, thổ nhưỡng, dáng địa hình, mặt nước (hồ, sông, suối, đầm lầy). Các lớp trầm tích sát bề mặt cùng với nước ngầm và khoáng sản trong lòng đất, tập đoàn thực vật và động vật, trạng thái định cư của con người, những kết quả của con người trong quá khứ và hiện tại để lại (san nền, hồ chứa nước hay hệ thống tiêu thoát nước, đường xá, nhà cửa)". Về quan điểm sinh thái và môi trường của (Lê Văn Khoa, 2000) đất là một vật thể sống, một vật mang của các hệ sinh thái tồn tại trên trái đất, con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào hệ sinh thái mà đất mang trên mình nó. Đất đai là tài nguyên không tái tạo, là vật mang của hệ sinh thái. Đất là thành phần của môi trường thiên nhiên, của sinh quyển và có mối quan hệ mật thiết với các tài nguyên thiên nhiên khác (như nước, thực vật...). Đất đai được định nghĩa là một khu vực cụ thể của bề mặt trái đất bao gồm tất cả các thuộc tính ngay ở trên và dưới bề mặt bao gồm khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, hệ thống thủy văn bề mặt, lớp trầm tích gần bề mặt, nước ngầm, quần thể động thực vật và mọi hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại, hệ thống thủy lợi, đường giao thông, các tòa nhà.... (FAO 1995b). * Vai trò của đất Đất đai đóng vai trò quyết định đến sự tồn tại và phát triển của loài người, là cơ sở tự nhiên, là tiền đề cho mọi quá trình sản xuất. Vai trò cơ bản của đất đai trong việc hỗ trợ con người và các hệ sinh thái trên cạn khác được FAO (1995a) tổng hợp bao gồm: - Đất là nơi lưu trữ tài sản cho cá nhân, gia đình và xã hội, cung cấp không gian cho con người để ở, xây dựng và vui chơi giải trí; - 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 là yếu tố quyết định sự cân bằng năng lượng và chu trình thủy văn toàn cầu, vừa là nguồn phát vừa là bể chứa để 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. 3
Đất đai là một yếu tố cơ bản của sản xuất, vừa là đối tượng lao động vừa là tư liệu lao động. Đất đai là đối tượng lao động vì đó là nơi để con người thực hiện các hoạt động của mình để tác động vào cây trồng, vật nuôi để tạo ra sản phẩm. Đất đai còn là tư liệu lao động trong quá trình sản xuất thông qua việc con người đã biết lợi dụng một cách ý thức các đặc tính tự nhiên của đất như lý học, hóa học, sinh vật học và các tính chất khác để tạo tác động và giúp cây trồng tạo nên sản phẩm. 2.1.2 Khái niệm và phân loại đất nông nghiệp * Khái niệm nhóm đất nông nghiệp Nhóm đất nông nghiệp (ký hiệu là NNP) là đất sử dụng vào mục đích sản xuất, nghiên cứu, thí nghiệm về nông nghiệp, lâm nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản, làm muối và mục đích bảo vệ, phát triển rừng. Đất nông nghiệp bao gồm đất sản xuất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất nuôi trồng thuỷ sản, đất làm muối và 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 đất sử dụng vào mục đích trồng các loại cây có thời gian sinh trưởng từ khi gieo trồng cho đến khi thu hoạch không quá một năm, kể cả đất đất sửdụng theo chế độ canh tác không thường xuyên theo chu kỳ. Đất trồng cây hằng năm bao gồm đất trồng lúa và đất trồng cây hằng năm khác. + Đất trồng lúa (LUA) là ruộng và nương rẫy trồng lúa từ một vụ trở lên hoặc trồng lúa kết hợp với các mục đích sử dụng đất khác được pháp luật cho phép nhưng trồng lúa là chính. Đất trồng lúa bao gồm đất chuyên trồng lúa nước, đất trồng lúa nước còn lại và đất trồng lúa nương.  Đất chuyên trồng lúa nước (LUC): Là ruộng trồng lúa nước (bao gồm cả ruộng bậc thang), hàng năm cấy trồng từ hai vụ trở lên, kể cả có luân canh, xen canh với cây hàng năm khác hoặc có khó khăn đột xuất mà chỉ trồng cấy được một vụ hoặc không sử dụng trong thơi gian không quá một năm.  Đất trồng lúa nước còn lại (LUK): Là ruộng trồng lúa nước (bao gồm cả ruộng bậc thang), hàng năm cấy trồng từ một vụ trở lên, kể cả trường hợp trong năm có thuận lợi mà chỉ trồng thêm một vụ lúa hoặc trông thêm cây hàng năm khác hoặc do khó khăn đột xuất mà không sử dụng trong thời gian không quá một năm.  Đất trồng lúa nương (LUN): Là đất chuyên trồng lúa trên sườn đồi, núi dốc từ một vụ trở lên, kể cả trường hợp trồng lúa không thường xuyên theo chu kỳ và trường hợp có luân canh, xen canh với cây hàng năm khác. + Đất trồng cây hàng năm khác (HNK): Là đất trồng các cây hàng năm (trừ đất trồng lúa), gồm chủ yếu để trồng rau, màu, cây thuốc, mía, đai, gai, cói, sả, dâu tằm, đất 4
trồng cỏ tự nhiên có cải tạo để chăn nuôi gia súc. Đất trồng cây hàng năm khác bao gồm đất bằng trồng cây hàng năm khác và đất nương rẫy trồng cây hàng năm khác.  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 đất trồng cây hàng năm khác trên sườn đồi, núi dốc kề cả trường hợp trồng cây hàng năm khác không thường xuyên nhưng theo chu kỳ. - Đất trồng cây lâu năm (CLN): Là đất trồng các loại cây có thời gian sinh trưởng từ khi gieo trồng tới khi thu hoạch là trên một năm, kể cả những loại cây có thời gian sinh trưởng như cây hàng năm nhưng cho thu hoạch nhiều năm như thanh long, chuối, nho… Các loại cây lâu năm bao gồm: + Cây công nghiệp lâu năm: Gồm các cây lâu năm có sản phẩm thu hoạch không phải là gỗ, được dùng để làm nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp hoặc phải qua chế biến mới sử dụng được như chè, ca cao, cà phê, dừa, điều…; + Cây ăn quả lâu năm: Các cây lâu năm có sản phẩm thu hoạch là quả để ăn tươi hoặc kết hợp với chế biến; + Vườn tạp là vườn trồng xen lẫn nhiều loại cây lâu năm hoặc cây lâu năm xen lẫn cây hàng năm mà không được công nhận là đất ở; + Các loại cây lâu năm khác không phải đất trồng cây công nghiệp lâu năm và cây ăn quả lâu năm, chủ yếu là cây lấy gỗ, lấy bóng mát, tạo cảnh quan trong các đô thị, khu dân cư nông thôn. b) Đất lâm nghiệp (LNP): Là đất đang có rừng (gồm rừng tự nhiên và rừng trồng) đạt tiêu chuẩn rừng theo quy định của pháp luật về bảo vệ và phát triển rừng và đất mới được trồng rừng hoặc trồng kết hợp với khoanh nuôi tự nhiên. Đất lâm nghiệp bao gồm đất rừng sản xuất, đất rừng phòng hộ, đất rừng đặc dụng. - Đất rừng sản xuất (RSX): Là đất sử dụng vào mục đích sản xuất lâm nghiệp theo quy định của pháp luật về bảo vệ và phát triển rừng. - Đất rừng phòng hộ (RPH): Là đất để sử dụng vào mục đích phòng hộ đầu nguồn, bảo vệ đất, bảo vệ nguồn nước, bảo vệ môi trường sinh thái, chắn gió, chắn cát, chắn sóng ven biển theo quy định của pháp luật về bảo vệ và phát triển rừng. - Đất rừng đặc dụng (RDD): Là đất để sử dụng vào mục đích nghiên cứu, thí nghiệm khoa học, bảo tồn thiên nhiên và đa dạng sinh học, vườn quốc gia, bảo vệ di tích lịch sử, văn hóa, danh lam thắng cảnh, bảo vệ môi trường sinh thái theo quy định của pháp luật về bảo vệ và phát triển rừng. c) Đất nuôi trồng thủy sản (NTS): Là đất được sử dụng chuyên vào mục đích nuôi, trồng thủy sản nước lợ, nước mặn và nước ngọt. 5
d) Đất làm muối (LMU): Là ruộng muối để sử dụng vào mục đích sản xuất muối e) Đất nông nghiệp khác (NKH): Gồm đất sử dụng để xây dựng nhà kính và các loại nhà khác phục vụ mục đích trồng trọt, kể cả các hình thức trồng trọt không trực tiếp trên đất; xây dựng chuồng trại chăn nuôi gia súc, gia cầm và các loại động vật khác được pháp luật cho phép; đất trồng trọt, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản cho muc đích học tập, nghiên cứu thí nghiệm; đất ươm tạo cây giống và đất trồng hoa, cây cảnh. 2.2 Biến động hiện trạng sử dụng đất 2.2.1 Định nghĩa sử dụng đất. Sử dụng đất (Land use): Sử dụng đất là cách thức mà người ta sử dụng bề mặt trái đất. Sử dụng đất được phân loại như thành thị, nông thôn, đất nông nghiệp, rừng…hoặc với mức phân loại cụ thể hơn cho những mục đích cụ thể. (Phùng Văn Tiến, 2009). 2.2.2 Biến động sử dụng đất, các trường hợp và nguyên nhân của biến động đất đai. * Biến động sử dụng đất Biến động sử dụng đất là sự tăng hay giảm về diện tích đối tượng nào đó trong một giai đoạn nhất định. (Phùng Văn Tiến, 2009). * Các trường hợp biến động đất đai - Được nhà nước giao đất, cho thuê đất. - Được nhà nước thu hồi đất, mất đất do thiên tai - Trường hợp đất bồi, đất cồn - Thay đổi mục đích sử dụng đất, thời hạn sử dụng, hình thể sử dụng. - Chuyển đổi, chuyển nhượng, cho thuê, thừa kế, thế chấp hoặc chia tách quyền sử dụng đất. * Nguyên nhân của biến động đất đai Do nhà nước: nhà nước thu hồi đất, giao đất, cho thuê đất đối với các tổ chức, hộ gia đình, cá nhân trong nước và ngoài nước theo quy hoạch và kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của đất nước. Do người sử dụng đất: Nhu cần chuyển nhượng, chuyển đổi, cho thuê, thừa kế, thể chấp theo quy định của pháp luật về các quyền của người sử dụng đất Do tự nhiên gãy, do thiên tai (bão, lũ lụt, xói mòn, sụp lở…) hay do đắt hồi 2.2.3 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất Theo khoản 5 điều 3 Luật đất đai 2013 thì bản đồ hiện trạng sử dụng đất là bản đồ thể hiện sự phân bố các loại đất tại một thời điểm xác định, được lập theo từng đơn vị hành chính. 6
Để nghiên cứu biến động sử dụng đất người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau như: Số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiểm kê hoặc từ các cuộc điều tra. Các phương pháp này có độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và kinh phí, đồng thời chúng không thế hiện được sự thay đổi sử dụng đất từ loại đất này sang loại đất khác và vị trí không gian của sự thay đổi đó. Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu viễn thám đa thời gian sẽ khắc phục được những nhược điểm trên. Bản đồ biến động sử dụng đất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các Bản đổ chuyên đề như: bản đồ địa hình, địa vật, giao thông, thủy văn... phải thể hiện được sự biến động về sử dụng đất theo thời gian. Các thông tin về tình hình sử dụng đất, biến động sử dụng đất kết hợp với các thông tin có liên quan là yếu tố quan trọng phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch và quản lý đất đai để đảm bảo sử dụng đất bền vững, hiệu quả, thân thiện môi trường và quan trọng nhất là đảm bảo an ninh lương thực. Ưu điểm của bản đồ biến động sử dụng đất là thể hiện được rõ sự biến động theo không gian và theo thời gian. Diện tích biển động được thế hiện rõ ràng trên bản đồ, đồng thời cho chúng ta biết có biến động hay không biến động, hay biến động từ loại đất nào sang loại đất nào. Nó có thể được kết hợp với nhiều nguồn dữ liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều mục đích khác nhau như quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê đất đai. Về cơ bản, bản đồ biến động sử dụng đất được thành lập trên cơ sở hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu vì vậy độ chính xác của bản đồ này phụ thuộc vào độ chính xác của các bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu. 2.3 Tổng quan về viễn thám và GIS 2.3.1 Khái niệm viễn thám Viễn thám là một khoa học thu nhận thông tin của bề mặt trái đất mà không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt ấy. Điều này được thực hiện nhờ vào việc quan sát và thu nhận năng lượng phản xạ, bức xạ từ đối tượng và sau đó phân tích, xử lý, ứng dụng những thông tin nói trên (Phạm Văn Thông, 2010). Theo Lê Quang Trí (1999) cho rằng: Viễn thám được định nghĩa là sự thu thập và phân tích thông tin về các đối tượng, sự thu thập và phân tích thông tin này được thực hiện từ một khoảng cách không gian không có sự tiếp xúc đến các vật thể. Theo Lê Quang Trung và cộng tác viên (2000), đã định nghĩa về viễn thám và các chuyên ngành về viễn thám như sau: Viễn thám (Remote sensing): có nhiều định nghĩa về viễn thám của nhiều tác giả khác nhau , nhìn chung viễn thám là sự thu thập và phân tích các thông tin về các đối tượng, sự thu thập và phân tích này được thực hiện từ một khoảng cách không gian không có sự tiếp xúc trực tiếp đến các vật thể. Máy bay hay vệ tinh là những vật mang chủ yếu phục vụ cho sự quan trắc trong viễn thám. 7
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của viễn thám Nguyên lý cơ bản của viễn thám đó là đặc trưng phản xạ hay bức xạ của các đối tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau. Kết quả của việc giải đoán các lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ với bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên. Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng nghiên cứu, đồng thời đây cũng là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng, tiến tới phân loại chúng. 2.3.3 Nguyên tắc sử dụng ảnh viễn thám theo dõi biến động - Các ảnh sử dụng để theo dõi biến động một khu vực, phải ở cùng một hệ tọa độ lưới chiếu. - Ảnh phải có độ phân giải như nhau. - Ảnh có độ phân giải càng cao thì các tượng tượng phản xạ càng mạnh, thông tin về các đối tượng thực phủ càng chi tiết hơn và ngược lại. Vì vậy ảnh có cùng độ phân giải các đối tượng thực phủ sẽ cho phản xạ gần như nhau, và khi đó chồng lớp đối tượng trên hai ảnh cho kết quả biến động chính xác hơn. - Ảnh phải được phân tích giải đoán ở các bước sóng như nhau. - Khu vực nghiên cứu của ảnh phải như nhauHai ảnh phải được chụp trên cùng một khu vực hoặc được cắt theo ranh giới hành chính của khu vực nghiên cứu. 2.3.4 Đặc điểm ảnh viễn thám MODIS * Khái quát ảnh vệ tinh MODIS MODIS là bộ cảm viễn thám chủ yếu của vệ tinh Terra được phóng lên quỹ đạo vào ngày 18/12/1999 và vệ tinh Aqua được phóng vào ngày 4/5/2002. Trong khoảng thời gian một ngày đêm, các bộ cảm của vệ tinh sẽ quét gần hết Trái đất trừ một số dải hẹp ở vùng xích đạo, các dải này sẽ được phủ hết vào ngày hôm sau (Viện khí tượng thủy văn và môi trường, 2012). MODIS được thiết kế để thu thập 50 bước sóng của ánh sáng nhưng các vệ tinh hiện đang trong quỹ đạo chỉ thu được 36 bước sóng, bao gồm các bước sóng từ 0.4μm đến 14.4μm. Độ phân giải của dữ liệu khoảng từ 250 đến 1000 m tùy thuộc vào bước sóng được ghi lại. (Ruizhi Ren, 2009). Ảnh MODIS cung cấp dữ liệu về đất liền, biển và khí quyển một cách đồng thời. Tùy vào mục đích nghiên cứu mà sử dụng các kênh phổ khác nhau. Vệ tinh Terra và Aqua mang bộ cảm MODIS ban ngày đi từ Bắc xuống Nam, qua xích đạo khoảng 10h30’ và 13h30’ giờ địa phương, thời gian bay hết một vòng quanh Trái đất xấp xỉ 1h40’. Về ban đêm thì chiều bay của vệ tinh ngược lại. Như vậy vệ tinh TERRA và AQUA sẽ bay 8
qua lãnh thổ Việt Nam một ngày bốn lần vào khoảng 10h30’, 13h30’, 22h30’ và 1h30’, do đó ở Việt Nam sẽ thu được ảnh MODIS bốn lần trong một ngày. (Viện Khí tượng thủy văn và Môi trường, 2012). Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MOISD Độ cao quỹ đạo 705 km Quỹ đạo Đổng bộ mặt trời Thời gian qua xích đạo 10:30 a.m hoặc 1:30 p.m Tốc độ quét 20.3 rpm Độ phủ 2330 km Kích thước 1,0 x 1,6 x 1,0 m Trọng lượng 228,7 kg Độ phân giải bức xạ 12 bits Độ phân giải không gian 250 m (kênh 1-2) 500 m (kênh 3-7) 1000 m (kênh 8-36) Chu kỳ lặp 1 – 2 ngày (Nguồn: http://modis.gsfc.nasa.gov) Bảng 2.2: Đặc điểm của một số kênh phổ ảnh MODIS Kênh Bước sóng (nm) Độ phân giải không Lưu trữ (bit) gian (m) 1 620 – 670 250 12 2 841 – 876 250 12 3 459 – 479 500 12 4 545 – 565 500 12 5 1230 – 1250 500 12 6 1628 – 1652 500 12 7 2105 - 2155 500 12 (Nguồn: http://modis.gsfc.nasa.gov) * Ứng dụng của ảnh vệ tinh MODIS Với đặc tính chụp phủ vùng rộng lớn, độ phân giải thời gian cao cộng với nhiều kênh thiết kế chuyên để tính hiệu chỉnh ảnh hƣởng khí quyển đã làm tăng khả năng sử dụng ảnh MODIS trong nghiên cứu những vùng nhiệt đới nhiều mây (Trần Hùng, 2007). Mặc dù độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh MODIS không cao nhưng với tầm phủ rộng, thời gian quan trắc liên tục và đặc biệt là miễn phí, liệu ảnh vệ tinh MODIS là nguồn tài liệu tham khảo có giá trị cao đối với các nhà khoa học trong việc thực hiện những nghiên cứu của mình. Bên cạnh đó, dữ liệu ảnh vệ tinh MODIS có độ phân giải phổ khá cao với 36 kênh phổ làm tăng tính ứng dụng của MODIS trong hầu hết các 9