GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Công nghệ viễn thám và GIS đóng vai trò quan trọng trong quản lý đất đai, giúp cán bộ địa chính theo dõi và nắm bắt tình hình sử dụng đất hiệu quả hơn trong khu vực quản lý của họ.
Trong bối cảnh hiện tại, quá trình sử dụng đất đang diễn ra với nhiều biến động phức tạp và khó kiểm soát, gây khó khăn trong việc thống kê và kiểm kê hiện trạng sử dụng đất Đặc biệt, đất trồng lúa là loại đất có sự biến động lớn nhất về hiện trạng sử dụng, theo kết quả thực hiện kế hoạch sử dụng đất 5 năm trong giai đoạn 2011-2015.
Năm 2015, diện tích đất trồng lúa của Đồng Bằng Sông Cửu Long đã có sự biến động qua các năm, với tổng diện tích vào năm 2010 đạt 4.120,18 nghìn ha.
Từ năm 2014 đến đầu năm 2015, diện tích đất trồng lúa đã giảm xuống còn 3.951,00 nghìn ha, và đến năm 2015 chỉ còn 4.030,75 nghìn ha, chủ yếu do chuyển mục đích sử dụng đất, đặc biệt tại khu vực ĐBSCL Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, việc áp dụng các tiến bộ công nghệ trong giám sát biến động sử dụng đất mang lại hiệu quả cao Công nghệ viễn thám và GIS cho phép các cán bộ chuyên môn dễ dàng theo dõi tình hình sử dụng đất, đảm bảo độ chính xác đồng thời tiết kiệm thời gian và chi phí.
Hiện nay, việc sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với công nghệ tin học, đặc biệt là viễn thám và GIS, đã giúp giảm thiểu đáng kể khó khăn về kinh phí và thời gian trong quá trình thành lập bản đồ Ngoài ra, nhờ tính chất đa thời gian của viễn thám, thông tin được tách chiết từ tư liệu này có khả năng phản ánh khách quan và đảm bảo tính thời sự, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu biến động.
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" xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, nhằm hiểu rõ hơn về sự thay đổi và quản lý hiệu quả đất trồng lúa trong khu vực này.
Mục tiêu của đề tài
Đề tài này nhằm theo dõi và đánh giá hiện trạng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015 Bằng cách thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa qua các năm, nghiên cứu sẽ so sánh với số liệu kiểm kê từ năm 2010 và 2015 để xác định độ chính xác Kết quả sẽ cho thấy khả năng áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc theo dõi sự thay đổi hiện trạng đất trồng lúa tại Hậu Giang trong giai đoạn này.
Các mục tiêu cụ thể gồm:
- Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang;
- Đánh giá sự biến động về diện tích trồng lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015;
Bài viết đánh giá khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS trong việc theo dõi biến động diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015 Nghiên cứu này sử dụng dữ liệu từ ảnh viễn thám để phân tích sự thay đổi diện tích lúa, cung cấp cái nhìn sâu sắc về xu hướng canh tác và quản lý tài nguyên đất Kết quả cho thấy ảnh viễn thám MODIS kết hợp với GIS là công cụ hiệu quả trong việc giám sát và đánh giá tình hình phát triển nông nghiệp, góp phần vào việc hoạch định chính sách nông nghiệp bền vững cho tỉnh Hậu Giang.
Nội dung của đề tài
Quy trình xử lý ảnh viễn thám MODIS được thực hiện bằng phần mềm ENVI 4.8 kết hợp với MapInfo nhằm tạo ra bảng đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015 Bài viết cũng đánh giá tình hình biến động diện tích đất trồng lúa của tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn này.
Dựa trên dữ liệu ảnh giải đoán và diện tích từ bản đồ hiện trạng, nghiên cứu đã phân tích sự thay đổi trong việc sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015.
So sánh kết quả diện tích từ giải đoán ảnh viễn thám với số liệu kiểm kê đất đai từ Sở TN&MT cho thấy khả năng ứng dụng hiệu quả của ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS trong thực tiễn Việc này không chỉ giúp xác định chính xác diện tích đất mà còn nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên thiên nhiên.
Ý nghĩa của đề tài
Đề tài “Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất trồng lúa giai đoạn
Giai đoạn 2010 – 2015, tỉnh Hậu Giang đã trải qua những biến động đáng kể về diện tích đất trồng lúa Nghiên cứu này không chỉ đánh giá tình hình sử dụng đất mà còn chứng minh khả năng ứng dụng của công nghệ viễn thám và GIS trong việc phân tích hiện trạng đất thông qua ảnh MODIS và bản đồ sử dụng đất.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Cơ sở khoa học về sử dụng đất 2.1.1 Khái niệm và vai trò của đất đai
Đất đai là một diện tích cụ thể của bề mặt trái đất, bao gồm tất cả các yếu tố của môi trường sinh thái như khí hậu, bề mặt, thổ nhưỡng, địa hình, và mặt nước (hồ, sông, suối, đầm lầy) Nó còn bao gồm các lớp trầm tích, nước ngầm, khoáng sản, hệ thực vật và động vật, cũng như các dấu ấn của con người từ quá khứ đến hiện tại, như san nền, hồ chứa nước, hệ thống tiêu thoát nước, đường xá và nhà cửa.
Theo quan điểm của Lê Văn Khoa (2000), đất không chỉ là một vật thể sống mà còn là nền tảng của các hệ sinh thái trên Trái Đất Việc con người tác động vào đất đồng nghĩa với việc tác động vào hệ sinh thái mà đất chứa đựng Đất đai được coi là tài nguyên không tái tạo và có mối quan hệ chặt chẽ với các tài nguyên thiên nhiên khác như nước và thực vật Đất được định nghĩa là một khu vực cụ thể trên bề mặt Trái Đất, bao gồm các thuộc tính trên và dưới bề mặt như khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, hệ thống thủy văn, lớp trầm tích, nước ngầm, quần thể động thực vật, và các hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại, cũng như các công trình hạ tầng như hệ thống thủy lợi và đường giao thông (FAO 1995b).
Đất đai là yếu tố quyết định cho sự tồn tại và phát triển của loài người, đóng vai trò là cơ sở tự nhiên cho mọi quá trình sản xuất Theo FAO (1995a), đất đai hỗ trợ con người và các hệ sinh thái trên cạn, góp phần vào sự phát triển bền vững.
Đất đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ tài sản cho cá nhân, gia đình và xã hội, đồng thời cung cấp không gian sống, xây dựng và giải trí cho con người.
- Đất là nơi sản xuất, cung cấp thức ăn, gỗ, củi và các vật liệu sinh học khác;
- Đất là môi trường sống của mọi sinh vật: Con người, động thực vật và vi sinh vật;
Đất đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng năng lượng và chu trình thủy văn toàn cầu, đồng thời là nguồn phát thải và bể chứa giúp giảm thiểu khí nhà kính.
Đất là nguồn tài nguyên quý giá, giữ vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và vận chuyển nước mặt, nước ngầm, cũng như các khoáng sản Là yếu tố cơ bản của sản xuất, đất không chỉ là đối tượng lao động mà còn là tư liệu lao động Con người sử dụng đất để thực hiện các hoạt động sản xuất, tác động vào cây trồng và vật nuôi nhằm tạo ra sản phẩm Thêm vào đó, việc khai thác các đặc tính tự nhiên của đất như lý học, hóa học và sinh vật học giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất nông nghiệp.
2.1.2 Khái niệm và phân loại đất nông nghiệp
* Khái niệm nhóm đất nông nghiệp
Nhóm đất nông nghiệp (NNP) bao gồm các loại đất được sử dụng cho sản xuất, nghiên cứu và thí nghiệm trong lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp, nuôi trồng thủy sản, làm muối, cũng như cho mục đích bảo vệ và phát triển rừng Các loại đất trong nhóm này gồm có đất sản xuất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất nuôi trồng thủy sản, đất làm muối và các loại đất nông nghiệp khác.
* Phân loại đất nông nghiệp a) Đất sản xuất nông nghiệp (SXN) bao gồm đất trồng cây hằng năm và đất trồng cây lâu năm
Đất trồng cây hằng năm (CHN) là loại đất được sử dụng để trồng các loại cây có thời gian sinh trưởng từ khi gieo trồng đến khi thu hoạch không quá một năm Loại đất này bao gồm cả đất trồng lúa và các loại cây hằng năm khác, đồng thời cũng áp dụng cho những diện tích canh tác không thường xuyên theo chu kỳ.
Đất trồng lúa (LUA) bao gồm các khu vực ruộng và nương rẫy được sử dụng để trồng lúa từ một vụ trở lên, hoặc kết hợp với các mục đích sử dụng đất khác theo quy định pháp luật, với lúa là cây trồng chính Các loại 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 loại ruộng dùng để trồng lúa nước, bao gồm cả ruộng bậc thang Mỗi năm, đất này được cấy trồng từ hai vụ trở lên, có thể áp dụng phương pháp luân canh hoặc xen canh với các loại cây hàng năm khác Trong trường hợp gặp khó khăn đột xuất, đất có thể chỉ được trồng một vụ hoặc không sử dụng trong thời gian không quá một năm.
Đất trồng lúa nước còn lại (LUK) là loại ruộng chuyên dụng để trồng lúa nước, bao gồm cả ruộng bậc thang Loại đất này hàng năm được cấy trồng ít nhất một vụ lúa, và trong một số trường hợp thuận lợi, có thể trồng thêm một vụ lúa hoặc cây hàng năm khác Tuy nhiên, nếu gặp khó khăn đột xuất, đất có thể không được sử dụng trong thời gian không quá một năm.
Đất trồng lúa nương (LUN) là loại đất chuyên dụng để trồng lúa trên sườn đồi và núi dốc, thường được canh tác từ một vụ trở lên Loại đất này cũng có thể được sử dụng cho việc trồng lúa không thường xuyên theo chu kỳ, cũng như áp dụng các phương pháp luân canh và xen canh với các loại cây hàng năm khác.
Đất trồng cây hàng năm khác (HNK) là loại đất dùng để trồng các cây
Đất bằng trồng cây hàng năm khác (BHK): Là đất bằng phẳng ở đồng bằng, thung lũng, cao nguyênđể trồng cây hàng năm khác
Đất nương rẫy trồng cây hàng năm khác (NHK) là loại đất được sử dụng để trồng các loại cây hàng năm trên sườn đồi và núi dốc Loại đất này cũng có thể được trồng cây hàng năm không thường xuyên, nhưng theo chu kỳ nhất định.
Đất trồng cây lâu năm (CLN) là loại đất dành cho các cây có thời gian sinh trưởng trên một năm, bao gồm cả những cây hàng năm cho thu hoạch nhiều năm như thanh long, chuối, nho Các loại cây lâu năm chủ yếu được trồng trên loại đất này.
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
3.1 Phương pháp nghiên cứu Điều tra thu thập số liệu: Thu thập các số liệu liên quan đến hiện trạng sử dụng đất của tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 - 2015, nghiên cứu các tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm, ứng dụng tình huống vào thực tế
Phỏng vấn người dân nhằm thu thập thông tin về hiện trạng sử dụng đất trồng lúa năm 2015 trong khu vực nghiên cứu Sử dụng GPS cầm tay để thực hiện điều tra thực địa, giúp đánh giá độ chính xác của kết quả giải đoán ảnh.
Phương pháp xử lý số liệu (xử lí ảnh modis)
Quá trình xử lý ảnh Modis được thực hiện theo sơ đồ sau:
- Bước 1: Thu thập ảnh MODIS từ năm 2010 đến măm 2015, ảnh MODIS do cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ (NASA) cung cấp;
Bước 2 trong quy trình xử lý ảnh Modis là hiệu chỉnh hình học Ảnh vệ tinh thường bị méo mó và lệch tọa độ do sự thay đổi tốc độ quay của gương trong quá trình chụp Việc nắn chỉnh hình ảnh giúp đưa ảnh về hình dạng thực, đảm bảo độ chính xác cho các phân tích tiếp theo.
- Bước 3: Sau khi hiệu chỉnh hình học, tiến hành tăng cường chất lượng ảnh để tăng độ chính xác cho việc giải đoán ảnh;
Tăng cường chất lượng ảnh Điều tra thực địa
Bản đồ hiện trạng đất trồng lúa Phân loại có kiểm soát Phân loại không kiểm soát
Hình 3.1: Sơ đồ quá trình xử lý ảnh Modis
Bước 4 trong quy trình phân loại không kiểm soát là xác định các loại đối tượng có sự đồng nhất về phổ từ ảnh vệ tinh Quá trình này bao gồm việc nhóm các pixel có các đặc điểm tương đồng lại với nhau để tạo thành các nhóm đối tượng.
- Bước 5: Khảo sát thực địa nhằm kiểm tra độ chính xác của kết quả phân loại không kiểm soát và làm cơ sở cho phân loại có kiểm soát;
Bước 6 trong quy trình phân loại có kiểm soát bắt đầu với việc kiểm tra các vị trí khảo sát thực địa, được gọi là ROI (Region Of Interest) Trong giai đoạn này, cần đánh giá khả năng phân tách của các ROI, đảm bảo rằng chúng phải được tụ họp chặt chẽ và không được chồng lấp lên nhau.
- Bước 7: Biên tập cho ra bản đồ hiện trạng sử dụng đất qua các năm từ 2010 đến
2015, tiến hành tính diện tích đất trồng lúa thông qua bản đồ hiện trạng của năm 2010 và năm 2015
3.2 Phương tiện nghiên cứu 3.2.1 Tài liệu – số liệu
- Ảnh viễn thám MODIS của các năm 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của tỉnh Hậu Giang năm 2010, 2015
- Các văn bản pháp luật để làm căn cứ, cơ sở pháp lý
- Phần mềm Envi dùng để giải đoán ảnh MODIS
- Phần mềm Mapinfo dùng để biên tập bản đồ
- Phần mềm excel dùng để lưu trữ số liệu thu thập được
- Máy tính, máy in, máy GPS cầm tay, điện thoại di động
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 và năm 2015
So sánh sự theo dõi biến động bằng phương pháp viễn thám và GIS với phương pháp truyền thống cho thấy rõ sự khác biệt trong hiệu quả và độ chính xác Phương pháp viễn thám và GIS sử dụng số liệu thống kê hàng năm và từ các cuộc điều tra, cho phép đánh giá biến động một cách nhanh chóng và chính xác hơn Điều này giúp nâng cao khả năng theo dõi và quản lý tài nguyên, đồng thời tiết kiệm thời gian và chi phí so với các phương pháp truyền thống.
Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 –
So sánh, đối chiếu diện tích bảng đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa năm 2010 và năm 2015 đã thành lập để thấy được sự biến động Ứng dụng
Tham khảo ý kiến người dân
Khả năng ứng dụng của công nghệ viễn thám và GIS trong thực tiễn
Xử lý ảnh Modis (sơ đồ Hình 3.1) Đánh giá
Hình 3.2: Sơ đồ các bước thực hiện đề tài
- Bước 1: Thu thập phần mềm và các số liệu:
+ Về phần mềm bao gồm: Phần mềm Envi phiên bản 4.8, và phần mềm MapInfo phiên bản 10.5 từ internet;
+ Về số liệu bao gồm: Ảnh MODIS của các năm 2010, 2011, 2012, 2013, 2014,
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang cho năm 2010 và 2015 được xây dựng dựa trên số liệu kiểm kê đất đai từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hậu Giang Số liệu này cung cấp cái nhìn tổng quan về sự biến đổi trong việc sử dụng đất trồng lúa trong giai đoạn 5 năm, góp phần quan trọng vào việc quản lý và phát triển nông nghiệp bền vững trong khu vực.
+ Bản đồ ranh giới tỉnh và ranh giới huyện của tỉnh Hậu Giang
- Bước 2: Tiến hành xử lý ảnh MODIS (sơ đồ Hình 3.1) để thành lập được bản đổ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 của tỉnh Hậu Giang
Bước 3: So sánh bản đồ hiện trạng sử dụng đất trồng lúa giai đoạn 2010 – 2015 với số liệu thống kê hàng năm và dữ liệu từ các cuộc điều tra nhằm kiểm tra tính chính xác của bản đồ.
- Bước 4: So sánh giữa hai diện tích đất trồng lúa giải đoán được của năm 2010 và năm 2015 để thấy được sự biến động
- Bước 5: Tiến hành so sánh, đối chiếu sự theo dõi biến động bằng phương pháp viễn thám và GIS so với phương pháp truyền thống
Bước 6: Đánh giá độ chính xác trong việc sử dụng ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS để theo dõi hiện trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015.
Bước 7: Tiến hành tham khảo ý kiến và phỏng vấn người dân về tình hình sử dụng đất trồng lúa năm 2015 nhằm kiểm tra tính chính xác của kết quả phân tích từ ảnh viễn thám MODIS kết hợp với công nghệ GIS.
Bước 8: Đánh giá khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám MODIS và công nghệ GIS trong việc phân tích biến động diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang trong giai đoạn 2010 – 2015.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Kết quả thu thập ảnh viễn thám và số liệu
Quá trình thu thập dữ liêu ảnh vệ tinh MODIS từ trung tâm hàng không vũ trụ NASA và các số liệu từ cơ quan nhà nước bao gồm:
Bộ dữ liệu ảnh MODIS09Q1 từ năm 2010 đến 2016 được sử dụng cho nghiên cứu vì có tần suất tổng hợp 8 ngày một lần, bao gồm 2 kênh ảnh: kênh 1 (đỏ) và kênh 2 (cận hồng ngoại), với độ phân giải 250m.
Hình 4.1: Ảnh MODIS09Q1 thu thập được
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Hậu Giang năm 2010 và năm 2015 (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hậu Giang)
- Số liêu thống kê, kiểm kê đất đai năm 2010 và năm 2015 của tỉnh Hậu Giang (Văn Phòng Đăng Ký Đất Đai tỉnh Hậu Giang)
- Bản đồ ranh giới hành chính ĐBSCL
- Bản đồ ranh giới Tỉnh, Huyện của tỉnh Hậu Giang
4.2 Kết quả xử lý ảnh 4.2.1 Cắt, che ảnh
* Cắt sơ bộ vùng chứa khu vực nghiên cứu
Mỗi ảnh MOD09Q1 cung cấp thông tin toàn diện về tỉnh Hậu Giang, nhưng cũng bao gồm diện tích phía dưới của vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long và một phần đại dương Để giảm dung lượng, cần cắt bỏ phần nằm ngoài khu vực nghiên cứu bằng cách sử dụng công cụ Basic Tools/ Resize Data.
Hình 4.2: Các bước trong quá trình cắt sơ bộ vùng nghiên cứu Đầu tiên cần mở file ảnh Modis đã tải về để tiến hành việc cắt ảnh
- Bước 1: Sau khi mở ảnh, chọn Basic tools/ Resize Data (Spactial/ Spectral), khi đó hộp thoại Resize Data Input File;
- Bước 2: Trong hộp thoại Resize Data Input File chọn file ảnh cần cắt, sau đó chọn Spatial Subset;
- Bước 3: Hộp thoại Select Spatial Subset xuất hiện, chọn Image;
Bước 4: Sau khi chọn lệnh Image, hộp thoại Subset by Image sẽ hiện ra Tại đây, trong mục Samples, bạn cần chọn tỷ lệ ảnh cắt là 1600, và trong mục Lines, chọn tỷ lệ là 1200 để thực hiện cắt ảnh Cuối cùng, nhấn OK để hoàn tất.
Bước 5: Tiếp tục nhấn "OK" cho đến khi xuất hiện hộp thoại "Resize Data Parameters" Tại đây, hãy click vào "File", sau đó chọn "Choose" và chỉ định đường dẫn để lưu file ảnh vừa cắt sơ bộ.
Hình 4.3: Ảnh trước khi cắt sơ bộ (a) và ảnh sau khi cắt sơ bộ (b)
Cần cắt ảnh theo địa giới hành chính của khu vực nghiên cứu để loại bỏ các đối tượng nằm ngoài vùng nghiên cứu Việc này không chỉ giúp giảm dung lượng ảnh mà còn đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình giải đoán.
Để cắt ảnh theo địa giới hành chính, trước tiên, bạn cần mở file ảnh đã được cắt sơ bộ Sau đó, thực hiện các bước tiếp theo để hoàn thiện quá trình cắt ảnh.
- Bước 1: Mở file Vector ranh giới tỉnh Hậu Giang bằng cách chọn lệnh File/ Open
- Bước 2: Chọn đường dẫn đến thư mục chứa file ranh giới hành chính của tỉnh Hậu Giang, tiến hành mở file vector này lên;
- Bước 3: khi đó xuất hiện hộp thoại Avalable Vectors List click chọn vào Layer:
Ranh giới tỉnh HG.MIF, tiếp tục click chọn Select All Layer/ Load Selected;
- Bước 4: Chọn Basic Tools/ Resize Data (Spactial/ Spectral), xuất hiện hộp thoại
- Bước 5: Trong hộp thoại Resize Data Input File, click chọn vào file đã được cắt sơ bộ, chọn Spatial Subset;
- Bước 6: Hộp thoại Select Spatial Subset xuất hiện, click chọn ROI/EVF, hiển thị hộp thoại Subset Image by ROI/EVF exte ;
- Bước 7: Trong hộp thoại Subset Image by ROI/EVF exte , chọn file EVF:Layer:
Ranh gioi tinh HG.MIF, sau đó chọn OK;
Step 8: Continue selecting OK until the Resize Data Parameters dialog appears In this dialog, click on the file option, then choose the appropriate path to save the cropped image according to the specified boundaries.
Hình 4.5: Ảnh trước khi cắt theo địa giới hành chính (a) và ảnh sau khi cắt theo địa giới hành chính (b)
4.2.2 Hiệu chỉnh hình học Ảnh Modis thu thập được sau khi cắt gọn theo ranh giới vùng nghiên cứu vẫn ở dạng tọa độ địa lý Latitude/Longitude, ta chuyển các ảnh chuyển về hệ tọa độ UTM; datum: WGS-84; Zone: 48 North để đồng nhất với tọa độ, hệ quy chiếu của ảnh giới hạn vùng nghiên cứu nhằm thuận tiện cho việc biên tập bản đồ Việc đăng ký tọa độ ảnh còn giúp hiệu chỉnh sai số biến dạng của ảnh Để có thể chồng lắp bản đồ giải đoán với các bản đồ chuyên đề khác, điều đầu tiên cần phải làm đó chính là đưa các bản đồ giải đoán này về cùng hệ tọa độ đồng nhất, từ đó xây dựng mối tương quan giữa hệ tọa độ ảnh và hệ quy chiếu chuẩn, để gắn tọa độ ảnh với tọa độ khảo sát, kiểm tra thực địa Ảnh sẽ được chuyển từ tọa độ ở dạng kinh độ, vĩ độ (longitude/latitude) về hệ tọa độ UTM (x,y)-zone 48N thông qua việc sử dụng các công cụ của phần mềm ENVI 4.8:
- Trên thanh công cụ của ENVI 4.8 chọn Map/ConvertMap Projection, hộp thoại
ConvertMap Projection Input Image xuất hiện, ta chọn file chuyển tọa độ rồi OK
- Hộp thoại ConvertMap Projection Parameters xuất hiện, click chuột vào nút lệnh
To change the coordinate system, select UTM in the coordinate system settings, choose WGS-84 under the Datum option, select Meters for the Unit, set the Zone to 48, and check the N option Click OK to confirm the coordinate system change Next, use the Choose command to select the path and name for saving the output image file with the new coordinate system (Figure 4.6).
Hình 4.6: Các bước trong quá trình hiệu chỉnh hình học
- Bước 1: Trên thanh công chính của phần mềm ENVI 4.8 chọn Map/ConvertMap
Projection, khi đó hộp thoại ConvertMap Projection Input Image xuất hiện;
- Bước 2: Trong hộp thoại ConvertMap Projection Input Image, chọn đường dẫn đến file ảnh cần hiệu chỉnh hình học, sau đó chọn OK;
Step 3: After clicking OK, the Convert Map Projection Input Image dialog will reappear In this dialog, select the Change Proi button, which will bring up the Projection Selection dialog.
- Bước 4: Trong hộp thoại Projection Selection tại phần hệ tọa độ, ta chọn UTM, ở nút lệnh Datum chọn WGS-84;
- Bước 5: Click chọn vào nút lệnh Datum, hộp thoại Select Geographic Datum được hiển thị, tại hộp thoại này, chọn hệ tọa độ WGS84, sau đó chọn OK ;
- Bước 6: Chọn nút lệnh Units trong hộp thoại Projection Selection, trong lệnh này chọn Meter, vị trí chữ Zone chọn số 48 và click vào chữ N, sau đó chọn OK
Công đoạn hiệu chỉnh hình học là yếu tố then chốt trong việc điều chỉnh sai số của ảnh, đảm bảo các bản đồ giải đoán có cùng hệ tọa độ với các bản đồ hiện hành Việc này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chồng lấp các bản đồ, giúp nâng cao độ chính xác và tính khả thi trong các ứng dụng địa lý Trước khi hiệu chỉnh hình học, các bản đồ có thể gặp khó khăn trong việc so sánh và phân tích, nhưng sau khi hoàn tất quá trình này, sự đồng nhất về hệ tọa độ sẽ được cải thiện rõ rệt.
Hình 4.7: Trước và sau khi hiệu chỉnh hình học
Ảnh MODIS có độ phân giải 250m thường có chất lượng không đồng nhất, đặc biệt trong mùa mưa khi mây che khuất, ảnh hưởng đến độ rõ nét Để cải thiện chất lượng ảnh và khôi phục giá trị đúng của các đối tượng, cần thực hiện lọc ảnh nhằm làm cho ảnh dễ nhận biết và giải đoán chính xác hơn Giá trị của các pixel thường gần giống với giá trị xung quanh, nhưng sai số do đường truyền có thể làm giảm độ chính xác, gây ra biến động bất thường Giải pháp tối ưu để khắc phục những sai số này và tăng độ chính xác cho ảnh là quy trình lọc ảnh, cần được thực hiện theo các bước cụ thể.
Hình 4.8: Các bước tiến hành lọc ảnh
- Bước 1: Tiến hành mở file ảnh cần phân loại bằng cách chọn lệnh File/ Open
Image File/ chọn đường dẫn đến file ảnh cần phân loại, sao đó chọn OK;
Sau khi mở file ảnh cần phân loại, hãy truy cập thanh công cụ chính của phần mềm ENVI và chọn mục Filters/ Convolutions and Morphology Hộp thoại Convolutions and Morphology Tools sẽ xuất hiện để bạn thực hiện các thao tác phân loại.
- Bước 3: Trên hộp thoại Convolutions and Morphology chọn lệnh Convolution/
- Bước 4: Sau khi chọn Median, hộp thoại Convolutions and Morphology xuất hiện lại, chọn lệnh Quick apply, hộp thoại Convolution Quick-Apply Input Band xuất hiện
- Bước 5: Chọn lại file ảnh cần lọc, sao đó chọn OK;
- Bước 6: Kiểm tra lại kết quả sau khi lọc ảnh
Có nhiều phương pháp lọc ảnh khác nhau để người dùng lựa chọn tùy theo mục đích sử dụng Đối với ảnh MODIS có độ phân giải 250m, phương pháp lọc Median với cửa sổ 3x3 là lựa chọn tối ưu Toán tử lọc này hoạt động trên từng kênh đơn, trong đó giá trị của pixel trung tâm trong ảnh mới được tính từ giá trị trung bình độ sáng của các pixel lân cận Cửa sổ lọc sẽ dịch chuyển theo hàng hoặc cột 1 pixel để tính toán và thay thế giá trị của pixel trung tâm, và quá trình này tiếp tục cho đến khi toàn bộ ảnh gốc được lọc, tạo ra ảnh mới.
Chỉ số thực vật (NDVI) cung cấp thông tin quan trọng về lượng chlorophyl, giúp nghiên cứu các đặc tính của thảm thực vật như sinh khối, chỉ số diện tích lá và khả năng quang hợp Theo Dương Văn Khảm (2007), các chỉ số phổ được tách ra từ các dải ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại cho phép phân tích các yếu tố liên quan đến dạng thực vật, thời tiết và đặc tính sinh lý NDVI được sử dụng rộng rãi để xác định mật độ phân bố, đánh giá trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây trồng, cũng như làm cơ sở cho dự báo sâu bệnh, hạn hán, diện tích và năng suất Công nghệ giám sát đặc tính hệ sinh thái thông qua nhận dạng chuẩn và so sánh là phương pháp gần đúng hiệu quả.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả từ giải đoán ảnh MODIS (MOD09Q1) chỉ ra rằng diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang đã giảm dần từ năm 2010 đến 2015 Sự giảm sút này được thể hiện rõ qua 5 bản đồ hiện trạng sử dụng đất lúa trong các năm 2010, 2011, 2012, 2013 và 2014.
2015 trên địa bàn tỉnh Hậu Giang
- Diện tích đất lúa trên địa bàn tỉnh năm 2015 giảm 4.18% diện tích so với năm
Diện tích đất lúa tại TP Vị Thanh đã giảm mạnh, cụ thể là 33,2%, từ 6295,56 ha vào năm 2010 xuống còn 4204,7 ha vào năm 2015 Huyện Phụng Hiệp cũng ghi nhận sự giảm sút với 1499,13 ha, tương ứng 6,03% so với năm 2010 Trong khi đó, huyện Vị Thủy có sự biến động diện tích đất lúa ít nhất trong toàn tỉnh.
Diện tích đất lúa tại huyện Long Mỹ đã tăng đáng kể, từ 31.810,73 ha lên 34.869,04 ha, tương ứng với mức tăng 9,61% so với năm 2010, tức là tăng thêm 3.058,31 ha Trong khi đó, các địa phương khác trong tỉnh đều ghi nhận sự giảm sút về diện tích đất lúa, đặc biệt là huyện Châu Thành, nơi mà diện tích đất lúa vào năm 2015 chỉ còn lại rất ít.
Diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang được giải đoán từ ảnh với độ chính xác đạt 82,5%, tương quan giữa kết quả giải đoán và số liệu kiểm kê đạt R² = 0,9993 Điều này cho thấy ảnh MOD09Q1 có thể được sử dụng hiệu quả để theo dõi và đánh giá sự biến động diện tích đất trồng lúa trong khu vực.
Việc ứng dụng công nghệ GIS kết hợp với công nghệ viễn thám đã mang lại hiệu quả cao trong việc theo dõi và đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Hậu Giang Các ứng dụng này cho phép thành lập bản đồ hiện trạng, tính diện tích đất trồng lúa, và cung cấp dữ liệu thuộc tính cho từng đối tượng Ngoài ra, công nghệ này còn có thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác như đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với đất nông nghiệp và theo dõi tình hình xâm nhập mặn.
Trong bối cảnh biến động đất đai hiện nay, việc sử dụng ảnh MOD09Q1 với độ phân giải 250m và chu kỳ lặp lại 8 ngày là cần thiết để theo dõi và đánh giá tình trạng sử dụng đất trồng lúa tại tỉnh Ngoài ra, ảnh này còn hỗ trợ theo dõi tình hình xâm nhiễm mặn và tiến độ xuống giống trong khu vực Để nâng cao độ chính xác trong công tác đánh giá biến động đất đai, cần kết hợp nhiều phương pháp phân loại và các loại dữ liệu ảnh viễn thám.