Ứng dụng GIS và viễn thám trong phân tích biến động đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế

Bài viết Ứng dụng GIS và viễn thám trong phân tích biến động đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế nhằm phân tích biến động đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn huyện Phong Điền, thông qua thu thập ảnh viễn thám, văn bản, tài liệu, các điểm điều tra thực địa đã tiến hành phân loại được ảnh viễn thám của các năm 2010, 2015, 2019 của huyện Phong Điền. Mời các bạn cùng tham khảo!

HỆ THỐNG THÔNG TIN, VIỄN THÁM VÀ TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG PHÂN TÍCH BIẾN ĐỘNG ĐẤT SẢN XUẤT NƠNG NGHIỆP TRÊN ĐỊA BÀN HU ỆN PHONG ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Nguyễn Đình Tiến, Nguyễn Văn Bình, Hồ Nhật inh, Nguyễn Thành Nam Trƣờng Đại học Nông Lâm, Đại học Huế Liên hệ email: nguyendinhtien@huaf.edu.vn TĨM TẮT Nhằm phân tích biến động đất sản xuất nông nghiệp địa bàn huyện Phong Điền, thông qua thu thập ảnh viễn thám, văn bản, tài liệu, điểm điều tra thực địa tiến hành phân loại đƣợc ảnh viễn thám năm 2010, 2015, 2019 huyện Phong Điền Qua đó, xây dựng đƣợc đồ trạng đất sử dụng đất huyện Phong Điền với 12 loại hình sử dụng đất, bao gồm: Rừng giàu; rừng trung bình; rừng nghèo; đất trồng cao su; đất trồng hàng năm; đất mặt nƣớc; đất cát; đất nuôi trồng thủy sản; đất trống; đất cơng trình xây dựng đất rừng sản xuất Độ xác phân loại ảnh năm 2010 92%, năm 2015 94% năm 2019 với 87% cho thấy kết phân loại có đƣợc kết cao Qua đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp cho thấy tăng giảm diện tích đất sản xuất nơng nghiệp địa bàn huyện Phong Điền chủ yếu q trình thị hóa chuyển dịch cấu trồng cụ thể từ đất sản xuất nông nghiệp chuyển sang đất công trình, đất trồng hàng năm khác Từ kết trên, nghiên cứu đƣa số đề xuất, giải pháp nâng cao hiệu ứng dụng GIS viễn thám đánh giá tài nguyên huyện Phong Điền Từ khóa: B ến động, đất nơng ng ệp, G s, P ong Đ ền, v ễn t ám MỞ ĐẦU Đất đai tài nguyên vô quý giá, tƣ liệu sản xuất đặc biệt, tài sản to lớn đất nƣớc Nếu khai thác, sử dụng hợp lý, tiết kiệm hiệu động lực lớn để phát triển kinh tế xã hội Trong giai đoạn này, tình hình kinh tế, xã hội đất nƣớc có nhiều thay đổi Sự thay đổi phần tác động trực tiếp gián tiếp biến động diện tích đất sản xuất nơng nghiệp theo hai chiều hƣớng tích cực tiêu cực Ngày nay, với phát triển khoa học công nghệ trình độ ngƣời ngày phát triển cách nhanh chóng Cơng nghệ viễn thám đƣợc ứng dụng nhiều ngành, nhiều lĩnh vực nhƣ: quản lý tài nguyên môi trƣờng, nông nghiệp, lâm nghiệp, nghiên cứu địa chất, quản lý tai biến, quản lý đô thị,… với việc kết hợp hệ thống thông tin địa lý công nghệ viễn thám tạo nên công cụ mạnh nhằm nghiên cứu biến động tài nguyên đất Huyện Phong Điền huyện phía Bắc tỉnh Thừa Thiên Huế, với tổng diện tích rừng lớn 66.235 chiếm gần 70% diện tích tồn huyện Qua q trình thị hóa, phát triển mạnh mẽ huyện phần ảnh hƣởng định đến diện tích đất sản xuất nơng nghiệp địa bàn huyện Vì lý đó, đề tài: “Ứng dụng GIS v ễn t ám p ân t b ến động đất sản uất nông ng ệp đị bàn uyện P ong Đ ền, tỉn T T ên Huế” đƣợc tiến hành nghiên cứu nhằm phân tích biến động đất sản xuất nông nghiệp địa bàn huyện Phong Điền Từ đó, 263 | KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC đề xuất giải pháp nâng cao hiệu ứng dụng GIS viễn thám đánh giá tài nguyên huyện Phong Điền NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội ung nghiên cứu - Xây dựng đồ trạng sử dụng đất năm 2010, 2015, 2019 - Đánh giá biến động đất sản xuất nông nghiệp vùng nghiên cứu qua giai đoạn - Phân tích nguyên nhân biến động đất sản xuất nông nghiệp huyện Phong Điền 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu P ương p áp t u t ập số l ệu t ứ ấp Thu thập tài liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, số liệu thống kê, kiểm kê đất đai từ năm 2010 đến năm 2018 huyện Phong Điền Thu thập đồ trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 2015 2018 Ngoài ra, ảnh vệ tinh Landsat năm nghiên cứu đƣợc tải miễn phí từ trang web: https://earthexplorer.usgs.gov b P ương p áp t u t ập số l ệu sơ ấp Sử dụng máy định vị cầm tay để thu thập điểm thực tế thời điểm nghiên cứu Các điểm có thơng tin tọa độ gắn với trạng sử dụng đất điểm nhằm phục vụ cơng tác đánh giá thực tế kết giải đoán ảnh thời điểm nghiên cứu 2.2.2 Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Tổ ợp màu o ản Bảng Tổ hợp màu ảnh Landsat Landsat Tổ hợp màu ảnh Landsat Landsat Tổ hợp màu hồng ngoại band 4, 3, 5, 4, Tổ hợp màu tự nhiên band 3, 2, 4, 3, Tổ hợp màu giả band 5, 4, / band 2, 4, 6, 5, Tổ hợp màu giả band 7, 5, 7, 6, Tổ hợp màu giả band 7, 4, 7, 5, b Cắt ản , nắn ỉn ản ệ t độ VN2000 Sử dụng phần mềm Arcgis 10.2 để gộp cắt ảnh viễn thám đƣợc tổ hợp màu bƣớc theo ranh giới huyện Phong Điền P ân loạ ản Bƣớc 1: Rà sốt loại hình sử dụng đất phân loại đƣợc ảnh mắt từ đƣa số lƣợng loại trạng sử dụng đất để phân loại 264 | HỆ THỐNG THÔNG TIN, VIỄN THÁM VÀ TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ Bƣớc 2: Sử dụng phần mềm Envi 4.0 để phân loại ảnh dựa loại trạng sử dụng đất đƣợc xác định bƣớc phƣơng pháp Maximum Likehood d Đán g độ n s uk p ân loạ Để thực chức này, nhóm sử dụng chức Classification/ Post Classification/ Confusion Matrix chọn phƣơng pháp: - Using Ground Truth Image: sử dụng ảnh, kết phân loại từ thực địa - Using Ground Truth ROIs: sử dụng file chọn vùng mẫu từ ảnh Hộp thoại Classification Input File xuất cho phép chọn ảnh cần đánh giá độ xác tƣơng ứng Tiếp theo đến hộp thoại Match Classes Parameters xuất hiện, chọn lớp tƣơng ứng kết phân loại thực địa Nhấn OK, hộp thoại Confusion Matrix Parameters xuất cho chọn giá trị cần thiết chọn đƣờng lƣu kết 2.2.3 Phương pháp ch ng ghép đ Hình Quy trình chồng ghép ản đồ tạo ữ liệu iến động 2.2.4 Phương pháp phân tích bi n động sau phân loại Sử dụng phần mềm Excel để xử lý, phân tích số liệu sau có liệu từ đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp huyện Phong Điền bƣớc chồng ghép đồ KẾT QUẢ VÀ THẢO UẬN 3.1 Xây ựng ản đồ trạng sử ụng đất huyện Phong Điền 3.1.1 Dữ liệu ảnh viễn thám Bảng Cơ sở liệu ảnh viễn thám qua năm Tên ảnh LT05_L1TP_125048_20100211_20161016 Năm Độ phân giải Độ che phủ mây Ghi Ảnh ghép 2010 30 m × 30 m < 10% LC08_L1TP_125049_20160415_20170326 2016 30 m × 30 m < 10% Ảnh gốc LC08_L1TP_125049_20190425_20190508 2020 30 m × 30 m < 10% Ảnh gốc LT05_L1TP_125049_20100211_20161016 265 | KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC Qua bảng trên, nhận thấy: Các cảnh ảnh viễn thám đƣợc sử dụng có tỷ lệ che phủ mây khu vục nghiên cứu nhỏ 10% đáp ứng đƣợc nhu cầu giải đoán ảnh bƣớc Tuy nhiên, năm 2010 phải cần hai cảnh ảnh đáp ứng đƣợc ranh giới toàn khu vực cần nghiên cứu nên phải thực ghép ảnh 3.1.2 Cắt ảnh nắn ảnh Sau cắt ảnh khu vực cần chọn phù hợp để nghiên cứu đƣợc ảnh cắt theo ranh giới huyện Phong Điền đƣợc mở rộng 200 m Hình Ảnh cắt ranh giới huyện Phong Điền năm , 15, 19 3.1.3 Phân loại ảnh Tiến hành lấy mẫu từ 10 đến 30 mẫu khóa giải đốn ảnh cho loại trạng sử dụng đất Cụ thể xác định đƣợc 12 loại trạng thái để phân loại: Đất trồng lúa, đất câu năm, đất trồng lâu năm, đất mặt nƣớc, đất rừng giàu, đất rừng trung bình, đất rừng nghèo, đất rừng trồng, đất ni trồng thủy sản, đất cát, đất trống, đất cơng trình xây dựng.Sau sử dụng mẫu phân loại trên, tiến hành khoanh mẫu thực phân loại theo phƣơng pháp Maximum Likehood Envi, kết phân loại đƣợc thể qua hình dƣới đây: Hình Kết giải đoán ảnh vệ tinh năm , 15, 19 3.1.3 Đánh giá độ xác sau phân loại Ảnh sau phân loại bị lẫn trạng thái với mà nguyên nhân mẫu phân loại đƣợc chọn khơng có khác biệt nên chức lập ma trận sai số Envi cho phép so sánh ảnh đƣợc phân loại với kết thực địa vùng mẫu với mục đích đánh giá độ xác kết phân loại 266 | HỆ THỐNG THÔNG TIN, VIỄN THÁM VÀ TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ Bảng Chỉ số Kappa ết phân loại ảnh năm STT Năm Chỉ số Kappa 2010 0,90 2015 0,89 2019 0,92 3.1.4 Thành lập đ trạng sử dụng đất sản xuất nông nghiệp hu ện Phong điền dựa k t giải đoán Sau phân loại ảnh với độ xác đƣợc chấp nhận toàn kết đƣợc đƣa vào xử lý để xây dựng đồ trạng sử dụng đất năm nghiên cứu huyện Phong Điền phần mềm Arcgis 10.2 với định dạng Shapefile (*.shp) Hình Bản đồ trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm Hình Bản đồ trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 15 267 | KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC Hình Bản đồ trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 19 Bảng Thống kê diện tích sử dụng đất qua năm (Đơn vị t n : ) STT oại đất Năm Năm 15 Năm 19 Rừng giàu 22.267,94 16.677,07 8.137,44 Rừng trung bình 23.339,57 17.496,13 8.600,78 Rừng nghèo 8.285,22 12.950,02 32.322,9 Đất trồng lâu năm (cao su, keo ) 1.388,80 1.377,54 4.383, 04 Đất trồng năm 2.492,15 2.679,16 3.719,52 Đất mặt nƣớc 1.730,33 2.251,98 2.114,06 Đất trồng lúa 6.077,28 6.003,97 5.698,19 Đất cát 1.771,23 1.636.37 1.459,05 Đất NTTS 556,71 647,44 779, 88 10 Đất trống 6.363,83 7.563,67 7.772,71 11 Đất cơng trình 7.244,05 5.670,41 11.080,72 12 Đất rừng trồng 13.266,52 19.827,29 13.998,64 Tổng iện tích 94.783,62 94.783,62 94.783,62 Từ bảng thống kê kết giải đốn, cho thấy: diện tích đất sản xuất nông nghiệp bao gồm đất trồng lúa, đất trồng năm đất trồng lâu năm (cao su) có xu hƣớng giảm dần qua năm Diện tích đất trồng lúa giảm 73,66 từ năm 2010 - 2015, từ năm 2015 - 2019 diện tích đất lúa giảm mạnh với 306,6 Đối với diện tích đất trồng năm giảm qua 268 | HỆ THỐNG THÔNG TIN, VIỄN THÁM VÀ TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ giai đoạn, từ năm 2010 - 2015 diện tích đất trồng năm giảm xuống 165,61 ha, từ năm 2015 - 2019 giảm thêm 185,45 Đối với đất trồng lâu năm giai đoạn 2010 - 2015 giảm nhẹ với diện tích đất giảm xuống 14,02 ha, từ năm 2015 - 2019 tiếp tục giảm nhẹ với diện tích giảm xuống 22,02 3.3 Đánh giá iến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn - 19 huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế 3.3.1 Thành lập đ bi n động đất sản xuất nông nghiệp Sau phân loại ảnh với độ xác tƣơng đối cao tồn kết đƣợc vào xử lý phần mềm Arcgis 10.2 Hình Bản đồ biến động đất sản xuất nơng nghiệp giai đoạn 2010-2015 Hình Bản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2015-2019 269 | KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC 3.3.2 Phân tích bi n động đất sản xuất nơng nghiệp hu ện Phong Điền 7000 6,077.28 6,004.79 2010 2015 6000 5,698.19 5000 4000 3000 2000 1000 2019 Hình Biến động đất lúa qua năm nghiên cứu Qua biểu đồ cho ta thấy, kết giải đoán đƣa đƣợc diện tích đất lúa huyện Phong Điền ngày giảm Diện tích đất lúa giảm qua năm nghiên cứu, diện tích giảm 72,49 từ năm 2010 đến 2015 giảm 306,6 từ năm 2015 đến 2020 Tổng diện tích đất lúa giảm từ năm 2010 đến năm 2020 379,09 3000 2500 2,492.15 2,679.64 2,845.25 2000 1500 1000 500 2010 2015 2019 Hình 10 Biến động đất trồng năm qua năm nghiên cứu Qua biểu đồ cho ta thấy, kết giải đoán đƣa đƣợc diện tích đất trồng năm huyện Phong Điền ngày tăng Diện tích tăng qua năm nghiên cứu, diện tích tăng 187,49 từ năm 2010 đến năm 2015 tăng 165,61 từ năm 2015 đến năm 2020 Tổng diện tích giảm từ năm 2010 đến năm 2020 353,1 3,719.52 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1,388.80 1,377.54 2010 2015 1000 500 2019 Hình 11 Biến động đất trồng lâu năm qua giai đoạn nghiên cứu 270 | HỆ THỐNG THÔNG TIN, VIỄN THÁM VÀ TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ Qua biểu đồ cho ta thấy, kết giải đốn đƣa đƣợc diện tích đất trồng lâu năm huyện Phong Điền có xu hƣớng tăng Diện tích giảm 11,26 từ năm 2010 đến năm 2015 tăng 2.342,02 từ năm 2015 đến năm 2019 Tổng diện tích tăng từ năm 2010 đến năm 2019 2.330,72 Qua kết đánh giá biến động sử dụng đất sản xuất nông nghiệp huyện Phong Điền thay đổi so số nguyên nhân chủ yếu sau: - Do q trình thị hóa ngày tăng nhanh huyện Phong Điền năm trở lại Nhu cầu nhà ở, khu cơng nghiệp, nhà máy, khu vui chơi giải trí… Hình 12 Đất lúa chuyển sang đất cơng trình xã Phong Thu - Do trình chuyển đổi cấu trồng chuyển hiệu sang loại hình khác thích hợp với điều kiện tự nhiên nơi để mang lại lợi nhuận cao Hình 13 Đất lúa chuyển sang đất trồng năm xã Phong Sơn - Ở số xã có điều kiện thuận lợi giúp đất trống chuyển sang đất trồng lúa Ví dụ xã Phong Hiền Hình 14 Đất trống chuyển sang đất lúa xã Phong Hiền Nhƣ vậy, thấy biến động sử dụng đất sản xuất nông nghiệp địa bàn huyện Phong Điền chủ yếu q trình thị hóa tăng nhanh q trình chuyển đổi cấu trồng phù hợp với điều kiện môi trƣờng khu vực 271 | KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC 3.3 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quản l sử ụng đất sản xuất nông nghiệp huyện Phong Điền Việc chuyển mục đích sử dụng đất nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp huyện Phong Điền địi hỏi phải đƣợc kiểm sốt chặt chẽ, làm theo Luật Đất đai theo quy hoạch, kế hoạch đƣợc cấp có thẩm quyền phê duyệt Đa dạng hóa hình thức tín dụng nơng thơn, huy động vốn tự có, nhàn rỗi dân, mở rộng quỹ tín dụng cộng đồng, khuyến khích hộ tƣơng trợ giúp đỡ đáp ứng yêu cầu kịp thời vụ sản xuất Giảm thủ tục cho vay hộ nông dân, tạo điều kiện tối đa cho hộ nông dân đặc biệt quan tâm đến hộ thuộc diện sách, diện hộ nghèo Tăng cƣờng áp dụng biện pháp canh tác tiên tiến: Sử dụng giống màu có khả chịu hạn, suất cao, trồng xen họ đậu cải tạo, che phủ đất Nghiên cứu mở rộng thị trƣờng tiêu thụ, cung cấp thông tin giá điều kiện cho hộ sản xuất đƣợc nhiều sản phẩm, chất lƣợng tốt, phù hợp với đối tƣợng ngƣời tiêu dùng đem lại hiệu sản xuất KẾT UẬN - Quá trình xây dựng đồ trạng sử dụng đất công nghệ GIS viễn thám cho thấy diện tích đất sản xuất nông nghiệp địa bàn huyện Phong Điền 12.262,96 (năm 2019) chiếm 12,94% tổng diện tích đất tự nhiên 94.783,62 - Q trình xây dựng đồ biến động sử dụng đất công nghệ GIS viễn thám cho thấy biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2010 - 2019 Tổng diện tích đất sản xuất nơng nghiệp 8.359,49 tổng diện tích đất nhận lại 10.664,56 Kết đánh giá đƣợc nguyên nhân biến động đất sản xuất nông nghiệp địa bàn huyện Phong Điền chủ yếu trình thị hóa chun dịch cấu trồng - Để nâng cao hiệu sử dụng đất sản xuất nông nghiệp huyện Phong Điền thời gian tới, nhóm nghiên cứu đƣa số giải pháp nhƣ: Giải pháp chế sách; giải pháp kinh tế; giải pháp mặt kỹ thuật; giải pháp mặt nguồn lực; giải pháp mặt thị trƣờng TÀI IỆU THAM KHẢO Nguyễn Huy Anh, (2016), Ứng dụng v ễn t ám GIS t àn lập đồ lớp p ủ mặt đất k u vự C ân Mây, uyện P ú Lộ , tỉn T T ên Huế Nguyễn Ngọc Thạch (2005), Cơ sở v ễn t ám, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Lê Văn Trung, (2010), V ễn T ám, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh g Ƣng Kim Uyên (2016), Ứng dụng GIS đán g ả b ến động sử dụng đất tỉn đoạn 2005 - 2015 y ban nhân dân huyện Phong Điền, Báo áo tìn ìn p át tr ển k n tế - y ban nhân dân huyện Phong Điền, T ống kê - k ểm kê đất đ đoạn 2010 - 2018 272 | on Tum ộ năm 2019 uyện P ong Đ ền g HỆ THỐNG THÔNG TIN, VIỄN THÁM VÀ TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ APPLICATION OF GIS AND REMOTE SENSING IN ANALYSIS OF CHANGES IN AGRICULTURAL LAND IN PHONG DIEN DISTRICT, THUA THIEN HUE PROVINCE Nguyen Dinh Tien, Nguyen Van Binh, Ho Nhat Linh, Nguyen Thanh Nam University of Agriculture and Forestry, Hue University ABSTRACT In order to analyze changes in agricultural production land in Phong Dien district, through remote sensing photos, documents, documents, the field survey points collected and classified remote sensing images in 2010, 2015, 2019 of Phong Dien district Thereby, the land use status map of Phong Dien district has been built with 12 types of land use, including: Rich forest; Medium forest; Poor forest; Land for planting rubber trees; Annual crop land; Water surface land; Sand; Aquaculture land; Vacant land; Construction land and production forest land The photo classification accuracy in 2010 was 92%, in 2015 it was 94% and in 2019 it was 87%, which shows that the classification results have very high results The map of agricultural land changes shows that the area of agricultural land in Phong Dien district increases or decreases mainly due to the urbanization process and the conversion of specific crops from production land Agricultural land is converted to construction land and other annual crop land From the above results, the study has given a number of suggestions and solutions to improve the efficiency of GIS and remote sensing application in resource assessment in Phong Dien district Keywords: Change, forestry land, Gis, Phong Dien district, remote sensing 273 | ... diện tích đất tự nhiên 94.783,62 - Quá trình xây dựng đồ biến động sử dụng đất công nghệ GIS viễn thám cho thấy biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2010 - 2019 Tổng diện tích đất sản xuất. .. năm 2010, 2015, 2019 - Đánh giá biến động đất sản xuất nông nghiệp vùng nghiên cứu qua giai đoạn - Phân tích nguyên nhân biến động đất sản xuất nông nghiệp huyện Phong Điền 2.2 Phƣơng pháp nghiên... Arcgis 10.2 Hình Bản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2010-2015 Hình Bản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2015-2019 269 | KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC 3.3.2 Phân tích