tổng quan về nghiên cứu đất đai

CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở lý luận vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Đất đai 1.1.1.1 Khái niệm đất đai Theo hội nghị quốc tế Môi trường Rio de janerio, Brazil, 1993: “Đất đai diện tích cụ thể bề mặt trái đất bao gồm tất cấu thành môi trường sinh thái bề mặt như: khí hậu bề mặt, thổ nhưỡng, dạng địa hình, mặt nước, lớp trầm tích sát bề mặt với nước ngầm khoáng sản lòng đất, tập đồn động thực vật, trạng thái định cư người, kết người khứ để lại (san nền, hồ chứa nước hay hệ thống tiêu thoát nước, đường sắt, nhà cửa…)” 1.1.1.2 Khái niệm đất nông nghiệp Đất nông nghiệp định nghĩa đất sử dụng vào mục đích sản xuất, nghiên cứu, thí nghiệm nông nghiệp, lâm nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản, làm muối 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 đất nông nghiệp khác Đất nông nghiệp gồm: - Đất sản xuất nông nghiệp: Là đất nông nghiệp sử dụng vào mục đích sản xuất nơng nghiệp Bao gồm đất trồng hàng năm đất trồng lâu năm - Đất lâm nghiệp: Là đất có rừng tự nhiên có rừng trồng, đất khoanh ni phục hồi rừng (đất giao, cho thuê để khoanh nuôi, bảo vệ nhằm phục hồi rừng hình thức tự nhiên chính), đất để trồng rừng (đất giao, cho thuê để trồng rừng đất có rừng trồng chưa đạt tiêu chuẩn rừng) Theo loại rừng lâm nghiệp bao gồm: đất rừng sản xuất, đất rừng phòng hộ, đất rừng đặc dụng - Đất ni trồng thuỷ sản: Là đất sử dụng chuyên vào mục đích ni, trồng thuỷ sản, bao gồm đất ni trồng nước lợ, nước mặn đất chuyên nuôi trồng nước - Đất làm muối: Là đất ruộng để sử dụng vào mục đích sản xuất muối - Đất nông nghiệp khác: Là đất nông thôn sử dụng để xây dựng nhà kính (vườn ươm) loại nhà khác phục vụ mục đích trồng trọt, kể hình thức trồng trọt khơng trực tiếp đất, xây dựng chuồng trại chăn nuôi gia súc, gia cầm loại động vật khác pháp luật cho phép, đất để xây dựng trạm, trại nghiên cứu thí nghiệm nông nghiệp, lâm nghiệp, diêm nghiệp, thủy sản, xây dựng sở ươm tạo giống, giống, xây dựng nhà kho, nhà hộ gia đình, cá nhân để chứa nông sản, thuốc bảo vệ thực vật, phân bón, máy móc, cơng cụ sản xuất nơng nghiệp 1.1.1.3 Khái niệm đất phi nông nghiệp Đất phi nông nghiệp bao gồm loại đất sau đây: - Đất gồm đất nông thôn, đất đô thị - Đất xây dựng trụ sở quan - Đất sử dụng vào mục đích quốc phòng, an ninh - Đất xây dựng cơng trình nghiệp gồm đất xây dựng trụ sở tổ chức nghiệp; đất xây dựng sở văn hóa, xã hội, y tế, giáo dục đào tạo, thể dục thể thao, khoa học cơng nghệ, ngoại giao cơng trình nghiệp khác - Đất sản xuất, kinh doanh phi nông nghiệp gồm đất khu công nghiệp, cụm công nghiệp, khu chế xuất; đất thương mại, dịch vụ; đất sở sản xuất phi nông nghiệp; đất sử dụng cho hoạt động khoáng sản; đất sản xuất vật liệu xây dựng, làm đồ gốm - Đất sử dụng vào mục đích cơng cộng gồm đất giao thơng (gồm cảng hàng không, sân bay, cảng đường thủy nội địa, cảng hàng hải, hệ thống đường sắt, hệ thống đường cơng trình giao thơng khác); thủy lợi; đất có di tích lịch sử văn hóa, danh lam thắng cảnh; đất sinh hoạt cộng đồng, khu vui chơi, giải trí cơng cộng; đất cơng trình lượng; đất cơng trình bưu chính, viễn thơng; đất chợ; đất bãi thải, xử lý chất thải đất cơng trình cơng cộng khác - Đất sở tơn giáo, tín ngưỡng - Đất làm nghĩa trang, nghĩa địa, nhà tang lễ, nhà hỏa táng - Đất sơng, ngòi, kênh, rạch, suối mặt nước chuyên dùng - Đất phi nông nghiệp khác gồm đất làm nhà nghỉ, lán, trại cho người lao động sở sản xuất; đất xây dựng kho nhà để chứa nông sản, thuốc bảo vệ thực vật, phân bón, máy móc, cơng cụ phục vụ cho sản xuất nơng nghiệp đất xây dựng cơng trình khác người sử dụng đất khơng nhằm mục đích kinh doanh mà cơng trình khơng gắn liền với đất 1.1.2 Đơ thị hóa 1.1.2.1 Khái niệm đặc điểm đô thị a) Khái niệm đô thị Đô thị không gian cư trú cộng đồng người sống tập trung hoạt động khu vực kinh tế phi nông nghiệp (Từ điển Bách khoa Việt Nam, NXB Hà Nội, 1995) Đô thị nơi tập trung dân cư, chủ yếu lao động phi nông nghiệp, sống làm việc theo kiểu thành thị (Giáo trình quy hoạch thị, ĐH Kiến trúc, Hà Nội) Đô thị điểm tập trung dân cư với mật độ, chủ yếu lao động nông nghiệp, sơ sở hạ tầng thích hợp, trung tâm tổng hợp hay trung tâm chun ngành có vai trò thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội nước, vùng tỉnh huyện (Thông tư 31/TTLD, ngày 20/11/1990 liên Bộ Xây dựng ban tổ chức cán phủ) Như vậy, thị điểm dân cư tập trung với mật độ cao, chủ yếu lao động phi nơng nghiệp, có hạ tầng sở tích hợp, trung tâm tổng hợp hay chun ngành, có vai trò thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội nước, miền đo thị, đô thị, huyện đô thị huyện b) Những đặc điểm kinh tế xã hội đô thị Thứ nhất, đô thị nơi tập trung nhiều vấn đề có tính tồn cầu: - Vấn đề mơi trường: Tốc độ tăng q nhanh cơng nghiệp hố thị hố dấn đến phá huỷ phần mơi trường sinh thái, gây ô nhiễm môi trường khắc phục cố chậm chạp, không đầy đủ nhiều ngun nhân có ngun nhân quan trọng tài hạn chế, nhận thức chưa đầy đủ - Vấn đề dân số: Tốc độ gia tăng nhanh dân số dân số đô thị, hai hướng chuyển dịch dân cư chuyển dịch theo chiều rộng theo chiều sâu diễn song song - Vấn đề tổ chức không gian môi trường: Quy mô dân số đô thị tập trung lớn so với trình độ quản lý, dẫn đến khơng điều hồ gây bế tắc tổ chức mơi trường sống đô thị Thứ hai, quan hệ thành thị nông thôn tồn tại, ngày trở nên quan trọng Thứ ba, hệ thống thị trường đô thị với đặc trưng riêng biệt: - Thị trường đô thị hệ thống địa điểm, diẽn việc mua bán, trao đổi hàng hoá dịch vụ - Những thị trường chủ yếu đô thị bao gồm: Thị trường lao động, thị trường đất bất động sản, thị trường giao thông, thị trường hạ tầng đô thị, thị trường dịch vụ, thị trường tài Thứ tư, thị kinh tế quốc dân: Vì thị giới hạn mặt hành chính, hoạt động có tính độc lập tương đối Thứ năm, thị mang tính kế thừa nhiều hệ sở vật chất, kinh tế văn hóa Nền văn hố kế thừa phát triển với sắc dân tộc Việt Nam 1.1.2.2 Khái niệm thị hố Các nhà khoa học thuộc nhiều môn nghiên cứu q trình thị hóa đưa khơng định nghĩa với định giá quy mô, tầm quan trọng dự báo tương lai trình “Đơ thị hố” hiểu theo chiều rộng phát triển thành phố việc nâng cao vai trò thị đời sống quốc gia với dấu hiệu đặc trưng như: tổng số thành phố tổng số cư dân đô thị Theo khái niệm q trình ĐTH di cư từ nông thôn vào thành thị Đó q trình gia tăng tỷ lệ dân cư đô thị tổng số dân quốc gia Tuy nhiên, hạn chế cách tiếp cận nhân học khơng thể giải thích tồn tầm quan trọng vai trò ĐTH ảnh hưởng tới phát triển xã hội đại Các nhà khoa học ngày ngả sang cách hiểu ĐTH phạm trù kinh tế - xã hội, phản ánh q trình chuyển hố chuyển dịch chủ yếu sang phương thức sản xuất tiêu dùng, lối sống sinh hoạt - phương thức đô thị Đây trình song song với phát triển cơng nghiệp hóa cách mạng khoa học cơng nghệ Tóm lại, ĐTH q trình biến đổi phân bố lực lượng sản xuất kinh tế quốc dân, bố trí dân cư, hình thành, phát triển hình thức điều kiện sống theo kiểu thị đồng thời phát triển thị có theo chiều sâu sở HĐH sở vật chất kỹ thuật tăng quy mô dân số a) Phân loại q trình thị hóa Q trình ĐTH diễn giới phân chia thành loại: - Quá trình ĐTH nước phát triển: đặc trưng cho phát triển nhân tố chiều sâu tận dụng tối đa lợi ích, hạn chế ảnh hưởng xấu trình ĐTH ĐTH diễn nhu cầu cơng nghiệp phát triển, mang tính tự nhiên - Q trình ĐTH nước phát triển: có đặc trưng ĐTH không đôi với CNH (trừ số nước công nghiệp - NIC) Sự bùng nổ dân số thị q tải khơng mang tính tự nhiên mà sức hấp dẫn từ cách biệt sâu sắc chất lượng sống đô thị nông thơn b) Q trình thị hóa diễn theo xu hướng - ĐTH tập trung (ĐTH “hướng tâm”): tích tụ nguồn lực tư chất xám hình thành nên trung tâm đô thị công nghiệp tập trung cao độ, thành phố toàn cầu Tokyo, Seoul, Điều dẫn đến xu hướng “CNH co cụm”, đó, khu vực đô thị trung tâm nơi thu hút vốn đầu tư, tập trung hoạt động công nghiệp, lĩnh vực nông thơn sản xuất nơng nghiệp chiếm vai trò chủ đạo tạo đối lập đô thị nông thôn, đồng thời gây cân sinh thái - ĐTH phân tán (ĐTH “ly tâm”): xu hướng dịch chuyển đầu tư hoạt động sản xuất công nghiệp từ lĩnh vực trung tâm vùng ngoại vi, tạo nên hiệu ứng lan toả, thúc đẩy đời hình thành trung tâm vệ tinh công nghiệp Điều dẫn đến tiến trình “CNH lan toả”, hoạt động cơng nghiệp thị trung tâm có xu hướng dịch chuyển ngoại vi để chuyển sang hoạt động công nghiệp mức cao hơn, hay chun mơn hố lĩnh vực kinh doanh, thương mại, dịch vụ Xu hướng đảm bảo cân sinh thái, tạo điều kiện việc làm, sinh hoạt nghỉ ngơi tốt cho dân đô thị nơng thơn 1.1.2.3 Tính tất yếu thị hoá Bất quốc gia nào, dù phát triển hay phát triển, chuyển biến từ kinh tế nông nghiệp lên kinh tế công nghiệp đường CNH gắn liền với ĐTH Trong lịch sử cận đại, ĐTH trước hết hệ trực tiếp q trình cơng nghiệp hố tư chủ nghĩa sau kết trình cấu lại kinh tế theo hướng đại hoá: tăng tỷ trọng ngành công nghiệp dịch vụ, giảm tỷ trọng ngành nông nghiệp cấu khối lượng GDP Nhìn chung, từ góc độ kinh tế, ĐTH xu hướng tất yếu phát triển Như vậy, ĐTH quy luật khách quan, phù hợp với đặc điểm tình hình chung quốc gia q trình mang tính lịch sử, tồn cầu đảo ngược phát triển xã hội ĐTH hệ sức mạnh công nghiệp trở thành mục tiêu văn minh giới 1.1.2.4 Mối quan hệ q trình thị hố q trình cơng nghiệp hố ĐTH trình song song với phát triển CNH cách mạng khoa học kỹ thuật Quá trình ĐTH phản ánh tiến trình CNH, HĐH kinh tế thị trường Không phủ nhận quốc gia coi CNH thành cơng lại khơng có tỷ lệ cư dân thị ngày chiếm vị trí áp đảo so với cư dân nơng thơn Đó lý mà kinh tế học phát triển coi gia tăng tỷ lệ cư dân đô thị tiêu chủ yếu phản ánh tình trạng “có phát triển” kinh tế chậm phát triển tiến hành CNH ĐTH trước hết hệ trực tiếp trình CNH sau hệ trình cấu lại kinh tế theo hướng HĐH: tăng tỷ trọng ngành công nghiệp dịch vụ, giảm tỷ trọng ngành nông nghiệp cấu khối lượng GDP Đồng thời, điều kiện đẩy mạnh CNH, HĐH đất nước, ĐTH giữ vai trò đặc biệt quan trọng nghiệp phát triển kinh tế, xã hội, văn hố, đảm bảo an ninh quốc phòng bảo vệ môi trường ĐTH xúc tiến tối đa CNH - HĐH đất nước Sự nghiệp CNH - HĐH muốn thực thành công cần phải chuyển đổi cấu kinh tế từ sản xuất nông nghiệp sang sản xuất công nghiệp với kỹ thuật cao, thay đổi cấu lao động Trước hết có tập trung cao điểm dân cư, kết hợp với xây dựng đồng khoa học quan xí nghiệp trung tâm Quá trình bước chuẩn bị lực lượng ban đầu cho CNH HĐH đất nước Khi máy móc đại đưa vào sản xuất nhiều kéo theo việc nâng cao trình độ tay nghề công nhân, đồng thời nâng cao lực cho cán quản lý ĐTH đánh dấu giai đoạn phát triển tiến trình CNH, đó, công nghiệp dịch vụ trở thành lĩnh vực chủ đạo kinh tế, không xét phương diện đóng góp tỷ trọng GDP mà phương diện phân bố nguồn lao động xã hội 1.1.2.5 Những biểu q trình thị hoá a) Tỉ lệ dân thành thị cao tăng nhanh Đô thị giới tăng nhanh chóng dân số, số lượng thị tỉ lệ dân đô thị Dân số đô thị nước phát triển đạt tỉ lệ cao Anh 80%, Australia 82%, Hoa kì 81%, Nhật Bản 91% … Ngược lại nước phát triển tỉ lệ dân số đô thị thấp Trung Quốc 53%, Thái Lan 46%, Ấn Độ 31%, Một số nước NICs có tỉ lệ dân số thị cao Singapore đạt 100%, Đài Loan 78%, Hàn Quốc 82%, … nước ta 33,1% b) Dân cư tập trung vào thành phố lớn Trong năm gần đây, xu hướng dân nông thôn đổ xô thành phố lớn Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội đơng Theo kết điều tra dân số gần TPHCM cho thấy có khoảng triệu người thuộc diện KT3, KT4 đến từ tỉnh nước chiếm khoảng 30,0% dân số toàn Thành Phố Theo số liệu thống kê năm 2000, số dân thuộc diện chiếm 15.2% (730.878 người), số lượng có xu hướng tăng dần c) Lãnh thổ đô thị mở rộng Q trình thị hóa ngày phát triển, dân cư tập trung tập nhiều, đô thị ngày phát triển tuyến đường giao thông khu công nghiệp, khu dân cư, khu thương mại, khu giải trí nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt giải trí ngày cao người dân Nhu cầu mở rộng diện tích đất ở, đất làm việc, đất cơng trình cơng cộng tăng cao Do đó, diện tích đất đô thị không ngừng mở rộng để đáp ứng nhu cầu gia tăng dân số sản xuất Hiện nay, nhu cầu sử dụng đất dân đô thị tăng gấp lần so với kỉ XX Đó nhu cầu diện tích nhà ở, cơng viên, xanh, khu vui chơi ngày phát triển chất lượng sống người dân đô thị tăng lên Như vậy, tiêu sử dụng đất gia tăng diện tích đất thị biểu nét đặc trung q trình thị hóa Với đà phát triển vậy, diện tích đất thị tăng nhiều năm tới 1.1.2.6 Tác động thị hố ĐTH q trình đã, tiếp tục diễn cách phổ biến giới ĐTH bước đưa người tiếp cận sống văn minh, đồng thời đặt khơng vấn đề tiêu cực, khó khăn - vấn đề ảnh hưởng xấu trình ĐTH cách bền vững a) Mặt tích cực Một là, ĐTH thúc đẩy tăng trưởng kinh tế Sản xuất hàng hóa dịch vụ thường đạt hiệu cao thị lớn - nơi có quy mơ mật độ dân số tương đối lớn với nguồn lao động dồi dào, có quy mơ hoạt động kinh tế đủ lớn doanh nghiệp tập trung đơng, có hệ thống phân phối rộng khắp không gian đô thị định Đồng thời kinh tế đô thị lớn đạt tới độ tăng trưởng cao gây hiệu ứng lan toả kích thích mạnh tới tăng trưởng kinh tế nước Hai là, ĐTH đẩy nhanh chuyển dịch cấu kinh tế theo hướng CNH, HĐH Trong trình ĐTH, cấu ngành kinh tế thay đổi theo hướng giảm tỷ trọng khu vực nông nghiệp gia tăng nhanh tỷ trọng khu vực công nghiệp dịch vụ Đối với sản xuất nơng nghiệp nói riêng, ĐTH góp phần làm thay đổi cấu diện tích gieo trồng cấu giá trị sản xuất Các loại có giá trị kinh tế thấp, sử dụng nhiều lao động có xu hướng giảm dần diện tích Các loại cần lao động cho giá trị kinh tế cao tăng dần diện tích canh tác Trong tổng giá trị sản xuất ngành nơng nghiệp xu hướng chung giảm dần tỷ trọng ngành trồng trọt tăng tỷ trọng ngành chăn nuôi Ba là, cải tạo kết cấu hạ tầng Xu hướng ĐTH tạo tập trung sản xuất cơng nghiệp thương mại, đòi hỏi phải tập trung dân cư, khoa học, văn hóa thông tin Những điều kiện đáp ứng nhu cầu phát triển kết cấu hạ tầng, nhà ở, dịch vụ phục vụ cho sản xuất đời sống dân cư Do mà hệ thống giao thơng vận tải, lượng, bưu viễn thơng cấp thoát nước cải tiến quy mô chất lượng Ở nông thôn, việc cải tạo kết cấu hạ tầng thực với chủ trương “điện, đường, trường, trạm” tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp nâng cao đời sống người nơng dân Bốn là, ĐTH nâng cao trình độ khoa học kỹ thuật công nghệ Các đô thị ngày áp dụng nhiều tiến kỹ thuật kỹ quản lý tổ chức sản xuất đại, làm tăng suất lao động nâng cao chất lượng sản phẩm Trong sản xuất nông nghiệp, trình ĐTH cung cấp sở kỹ thuật cần thiết cho người nơng dân thủy lợi hóa, điện khí hóa, giới hóa, sinh học hóa để làm tăng suất lao động, tạo nhiều sản phẩm hàng hố có chất lượng tốt, đảm bảo an tồn lương thực, đáp ứng nhu cầu công nghiệp chế biến thị trường nước Năm là, ĐTH góp phần cải thiện đời sống dân cư thị vùng lân cận Nhờ trì tốc độ tăng trưởng kinh tế cao mà đô thị tạo nhiều hội việc làm cho người dân, góp phần quan trọng việc nâng cao thu nhập cho họ Khi mức thu nhập bình quân người/ tháng tăng lên nhu cầu chi tiêu đời sống dân cư tăng nhằm thỏa mãn tốt nhu cầu tiêu dùng cá nhân Điều cho thấy ĐTH làm mức sống dân cư cải thiện đáng kể, góp phần vào việc thực xóa đói giảm nghèo Sáu là, ĐTH đem lại số tiến mặt xã hội là: nâng tuổi thọ trung bình, giảm tỷ lệ tử vong trẻ em, giảm tỷ lệ trẻ suy dinh dưỡng, tăng tỷ lệ dân cư dùng nước sạch, phát triển giáo dục, văn hóa, b) Mặt tiêu cực Bên cạnh mặt mạnh ĐTH ĐTH kéo theo hàng loạt vấn đề tiêu cực khác, là: Thứ nhất, thu hẹp diện tích đất nơng nghiệp Q trình ĐTH nhanh làm cho nhu cầu sử dụng đất chuyên dùng xây dựng hệ thống sở hạ tầng đất đô thị tăng lên nhanh Điều dẫn đến tình trạng nuốt chửng diện tích đất nơng nghiệp vốn cần thiết cho đô thị như: sản xuất lương thực thực phẩm, tạo mảng khơng gian xanh có vai trò “giải độc” cho môi trường sống, tạo khu nghỉ ngơi cho thị dân Đồng thời suy giảm diện tích đất nơng nghiệp ảnh hưởng khơng nhỏ tới việc cải thiện mức sống nhiều người dân khu vực ngoại họ trở nên thiếu phương tiện lao động kế sinh nhai truyền thống Thứ hai, tăng khoảng cách giàu nghèo Quá trình ĐTH nhanh làm cho khoảng cách giàu nghèo tầng lớp dân cư đô thị, nông thôn thành thị trở nên trầm trọng Thứ ba, gia tăng tình trạng di dân Chính chênh lệch mức sống, điều kiện sống, khả tìm kiếm việc làm hội tăng thu nhập coi nguyên nhân kinh tế quan trọng thúc đẩy phận lớn người dân rời khỏi khu vực nông thôn để di dân tới thành thị Lực lượng lao động nơng thơn lại người già yếu trẻ nhỏ, không đáp ứng công việc nhà nông vất vả Cơ cấu lao động nơng thơn hồn tồn bị thay đổi theo hướng suy kiệt nguồn lực lao động Đồng thời thị trường lao động thành thị lại bị ứ đọng Thứ tư, môi trường bị ô nhiễm Chất lượng mơi trường thị bị suy thối nặng nề mật độ dân số tập trung cao, sản xuất công nghiệp phát triển mạnh làm phát sinh lượng chất thải, chất thải gây hại ngày gia tăng; bùng nổ giao thông giới gây ô nhiễm môi trường tiếng ồn Thứ năm, phát sinh tệ nạn xã hội Đây mặt trái đời sống đô thị hay trình ĐTH Trong nhiều khía cạnh tốt đẹp văn hóa truyền thống bị mai một, lối sống lai căng, không lành mạnh lại ngự trị lối sống đô thị Những tệ nạn xã hội phổ biến phát sinh phát triển trung tâm đô thị lớn Tóm lại, cơng CNH, HĐH đất nước trình ĐTH ngày gia tăng Vậy phải làm để trình ĐTH phát triển lành mạnh bền vững Tăng trưởng kinh tế trình đem lại phải trọng đồng thời việc phát triển văn hóa, lấy việc biến động nguồn nhân lực người làm trọng tâm 1.1.3 Viễn thám 1.1.3.1 Khái niệm Viễn thám Định nghĩa tổng quát: Viễn thám định nghĩa khoa học nghiên cứu phương pháp thu nhận, đo lương phân tích thơng tin đối tượng (vật thể) mà khơng có tiếp xúc trực tiếp với chúng Định nghĩa chi tiết: Viễn thám định nghĩa kỹ thuật thu thập liệu xạ điện từ phản chiếu phát từ đối tượng mặt đất cách sử dụng (Remote sensor) từ rút thơng tin đối tượng thơng qua q trình phân tích xạ điện từ Như vậy, Viễn thám định nghĩa mơn khoa học nghệ thuật, nhờ mà tính chất đối tượng quan sát xác định, đo đạc, thu thập phân tích mà khơng cần có tiếp xúc trực tiếp với đối tượng 1.1.3.2 Phân loại Viễn thám Viễn thám sử dụng phản xạ, xạ điện từ để đo đạc xác định thơng tin đối tượng Sóng điện từ coi nguồn lượng Viễn thám Viễn thám phân làm loại ứng với vùng bước sóng sử dụng a)Viễn thám dãi sóng nhìn thấy hồng ngoại phản xạ Nguồn lượng sử dụng xạ mặt trời ảnh Viễn thám nhận dựa vào đo lường lượng vùng ánh sáng khả kiến hồng ngoại phản xạ từ vật thể bề mặt trái đất Ảnh thu kỹ thuật Viễn thám gọi chung ảnh quang học b) Viễn thám hồng ngoại nhiệt Nguồn lượng sử dụng xạ nhiệt vật thể sản sinh ra, vật thể nhiệt độ bình thường tự phát xạ Ảnh thu kỹ thuật Viễn thám gọi ảnh nhiệt c) Viễn thám siêu cao tần Trong Viễn thám siêu cao tần, hai loại kỹ thuật chủ động bị động áp dụng Kỹ thuật Viễn thám chủ động vệ tinh cung cấp cho vật thể nguồn lượng riêng, thu lại nguồn lượng phản xạ lại từ vật thể Còn kỹ thuật Viễn thám bị động ghi lại lượng sóng vơ tuyến cao tần với bước sóng lớn 1mm mà xạ tự nhiên phản xạ từ số đối tượng 1.1.3.3 Nguyên lý Viễn thám a) Nguyên lý Viễn thám Nguyên lý hoạt động Viễn thám dựa vào sóng điện từ phản xạ xạ từ vật thể nguồn cung cấp thông tin chủ yếu đối tượng - Mỗi đối tượng thực phủ khác cho phản xạ xạ khác kênh phổ - Cùng đối tượng thực phủ bước sóng khác cho phản xạ khác - Nguồn lượng phản xạ hay xạ vật thể sau thu nhận cảm biến sau chuyển hóa thành liệu ảnh số a) Nguyên lý thu chụp xử lý ảnh Viễn thám Sóng điện từ phản xạ xạ từ vật thể nguồn cung cấp thơng tin chủ yếu đặc tính đối tượng Ảnh Viễn thám cung cấp thông tin chủ yếu vật thể tương đương với lượng xạ ứng với bước sóng xác định Đo lường phân tích lượng phản xạ phổ ghi nhận ảnh Viễn thám cho phép tách thông tin hữu ích loại lớp phủ mặt đất khác tương tác xạ điện từ vật thể Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay xạ từ vật thể gọi cảm biến Bộ cảm biến máy chụp ảnh máy quét Phương tiện mang máy thu gọi vật mang máy bay, khinh khí cầu, tàu thoi vệ tinh… Hình 1.1 thể sơ đồ nguyên lý thu nhận liệu ảnh Viễn thám Hình 1.1 Nguyên lý thu thập liệu ảnh Viễn thám Nguồn lượng thường sử dụng Viễn thám xạ mặt trời, lượng sóng điện từ vật thể phản xạ hay xạ thu nhận cảm biến đặt vật mang Thông tin lượng phản xạ vật thể ghi nhận ảnh Viễn thám thông qua xử lý tự động máy giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa kinh nghiệm chuyên gia Cuối cùng, liệu thông tin liên quan đến vật thể tượng khác mặt đất ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác như: nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, mơi trường… Hình 1.2 thể sơ đồ quy trình cơng nghệ sử dụng việc tách thơng tin hữu ích từ ảnh Viễn thám Hình 1.2 Nguyên lý thu nhận quy trình xử lý liệu Viễn thám Tồn trình thu nhận xử lý ảnh Viễn thám chia thành thành phần sau: - Nguồn cung cấp lượng - Sự tương tác lượng với khí - Sự tương tác với vật thể bề mặt đất - Chuyển đổi lượng phản xạ từ vật thể thành liệu ảnh số cảm biến - Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán xử lý Hình 1.3 minh họa thành phần hệ thống Viễn thám Hình 1.4 Vùng phổ sử dụng Viễn thám bị hấp thu lượng khí Trong Viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả lan truyền sóng điện từ khí quyển, tượng chế tương tác sóng điện từ với khí có tác động mạnh đến thơng tin thu nhận cảm biến Khí có đặc điểm quan trọng tương tác khác xạ điện từ có bước sóng khác Đối với Viễn thám quang học, nguồn lượng cung cấp chủ yếu mặt trời có mặt thay đổi phân tử nước khí (theo khơng gian thời gian) có lớp khí nguyên nhân chủ yếu gây nên biến đổi lượng phản xạ từ mặt đất đến cảm biến Khoảng 75% lượng mặt trời chạm đến lớp ngồi khí truyền xuống mặt đất q trình lan truyền sóng điện từ ln bị hấp thu, tán xạ khúc xạ khí trước đến cảm biến Các loại khí oxy (O 2), nitơ (N 2), cacbonic (CO 2), ôzôn (O 3), nước (H 2O)… phần tử lơ lửng khí tác nhân ảnh hưởng đến suy giảm lượng sóng điện từ trình lan truyền Để hiểu rõ chế tương tác sóng điện từ khí quyển, việc chọn phổ điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh Viễn thám, bảng 1.1 thể đặc điểm dải phổ điện từ thường sử dụng kỹ thuật Viễn thám 1.1.4 Ảnh Viễn thám 1.1.4.1 Khái niệm ảnh Viễn thám Ảnh Viễn thám (còn gọi ảnh vệ tinh) ảnh số thể vật thể bề mặt trái đất thu nhận cảm biến đặt vệ tinh 1.1.4.2 Phân loại ảnh Viễn thám Tùy thuộc vào vùng bước sóng sử dụng để thu nhận, ảnh Viễn thám phân thành ba loại bản: - Ảnh quang học: Nguồn lượng xạ mặt trời - Ảnh nhiệt: Nguồn lượng xạ nhiệt vật thể - Ảnh rada: Nguồn lượng sóng rada phản xạ từ vật thể vệ tinh tự phát xuống theo bước sóng xác định a) Ảnh quang học Ảnh quang học ảnh Viễn thám nhận dựa vào đo lường lượng sóng điện từ có bước sóng nằm dải tần từ ánh sáng khả kiến đến hồng ngoại phản xạ, vật thể bề mặt trái đất phản xạ hay xạ Nguồn cung cấp lượng chủ yếu cho việc thu nhận ảnh quang học xạ mặt trời Bảng 1.1 Đặc điểm dải phổ điện từ sử dụng kỹ thuật Viễn thám (Viễn thám - Lê Văn Trung, 2012) STT Giải phổ Bước sóng điện từ Đặc điểm Hấp thụ mạnh khí tầng cao, Tia cực khơng thể thu nhn nng lng di súng 0,3 ữ 0,4 àm tím cung cấp tượng lại bảo vệ người tránh bị tác động tia cực tím Rất bị hấp thụ O2, H2O, lượng phản xạ cực đại với bước sóng 0,5 µm khí Khả kiến 0,4 ÷ 0,76 µm Năng lượng dải sóng cung cấp giữ vai trò quan trọng Viễn thám Hồng ngoại trung bình Năng lượng phản xạ mạnh ứng với cỏc bc 0,77 ữ 1,34àm súng hng ngoi gn t 0,77 0,9 àm S dng 1.55 ữ 2,4àm chụp ảnh hồng ngoại theo dõi biến đổi thực vt t 1,55 ữ 2,4 àm Hng ngoi nhit Mt số vùng bị hấp thụ mạnh nước, dải sóng giữ vai trò quan trọng phát cháy rừng, hoạt động núi lửa (3,5 ÷ µm) Bức xạ nhiệt trái đất có lượng cao nht ti bc súng 10 àm ữ 22 µm Khí khơng hấp thụ lượng bước Vơ tuyến sóng lớn 2cm, cho phép thu nhận 1mm ÷ 30 cm rada lượng ngày lẫn đêm, không ảnh hưởng mây, sương mù hay mưa b) Ảnh rada Ảnh rada có điểm khác biệt so với ảnh quang học, lượng sóng điện từ vệ tinh chủ động phát đến vật thể bề mặt trái đất, bước sóng thường sử dụng nằm dải tần sóng vơ tuyến cao tần (1cm đến 1m) Hình ảnh vật thể thể ảnh rada khác so với cảm nhận mắt người quan sát Độ xám ảnh phụ thuộc nhiều vào lượng tán xạ ngược sóng siêu cao tần bóng thể ảnh liên quan đến góc tới sóng vệ tinh phát Ảnh rada có ưu điểm chịu ảnh hưởng khí quyển, không lệ thuộc vào xạ mặt trời nên thu ảnh ngày lẫn đêm bước sóng sử dụng thu ảnh rada thường xác định trước kiểm soát dễ dàng 1.1.4.3 Các đặc điểm ảnh Viễn thám Các liệu ảnh thu Viễn thám thường dạng số xử lý máy tính để tạo ảnh cho người giải đoán nghiên cứu úng dụng vào nhiều lĩnh vực khác Ảnh số thể ma trận, phần tử ma trận (xác định hàng cột) ứng với phần tử ảnh có giá trị độ sáng riêng biệt Ảnh vệ tinh đặc trưng số thông số sau: a) Tính chất hình học ảnh Viễn thám Trường nhìn khơng đổi IFOV định nghĩa góc khơng gian tương ứng với đơn vị chia mẫu mặt đất Lượng thông tin ghi IFOV tương ứng với giá trị pixel Góc nhìn tối đa mà cảm thu sóng điện từ gọi trường nhìn FOV Khoảng khơng gian mặt đất FOV tạo nên bề rộng tuyến bay Hình 1.5 IFOV FOV Diện tích nhỏ mặt đất mà cảm phân biệt gọi độ phân giải khơng gian Ảnh số có độ phân giải khơng gian cao có kích thước pixel nhỏ Độ phân giải không gian gọi độ phân giải mặt đất hình chiếu pixel tương ứng với đơn vị chia mẫu mặt đất Hình 2.6 thể khác biệt ảnh kích thước pixel cố định độ phân giải khơng gian bị thay đổi Hình 1.6 Sự khác độ phân giải không gian Khi nói ảnh Landsat có kích thước pixel 30x30m có nghĩa pixel ảnh tương ứng với diện tích 30x30m mặt đất Để xác định ảnh có độ phân giải cần thiết cho phép nhận biết đối tượng, thường nên chọn ảnh có độ phân giải khơng gian 1/2 kích thước vật thể cần nhận biết Bảng 1.2 tổng kết quan hệ độ phân giải ảnh cần thiết kích thước vật thể cần xác định Bảng 1.2 Quan hệ độ phân giải kích thước vật thể cần xác định Độ phân giải, Kích thước vật thể, Độ phân giải, Kích thước vật thể, m m m M 0,5 1,0 5,0 10,0 1,0 2,0 10,0 20,0 1,5 3,0 15,0 30,0 2,0 4,1 20,0 40,0 2,5 5,0 25,0 50,0 a) Tính chất phổ ảnh Viễn thám Cùng vùng phủ mặt đất tương ứng, pixel cho giá trị riêng biệt theo vùng phổ ứng với loại bước sóng khác (ảnh chụp đa phổ MSS) Do đó, thơng tin cung cấp theo loại ảnh vệ tinh khác không phụ thuộc phạm vi bước sóng Độ phân giải phổ thể kích thước số kênh phổ, bề rộng phổ phân chia vùng phổ mà ảnh vệ tinh phân biệt số lượng lớn bước sóng có kích thước tương tự, tách biệt xạ từ nhiều vùng phổ khác Ảnh có độ phân giải phổ thấp thể cường độ phản xạ nhiều bước sóng đồng thời bị hạn chế dải tần sóng điện từ Độ phân giải xạ thể độ nhạy tuyến tính cảm biến khả phân biệt thay đổi nhỏ cường độ phản xạ sóng từ vật thể Ngồi ra, số bits dùng ghi nhận thông tin đặc trưng quan trọng độ phân giải xạ, định chất lượng ảnh (cấp độ sáng) hiển thị a) Độ phân giải thời gian ảnh Viễn thám Độ phân giải thời gian không liên quan đến thiết bị ghi ảnh mà liên quan đến khả chụp lặp lại vệ tinh Ảnh chụp vào ngày khác cho phép so sánh đặc trưng bề mặt theo thời gian Nếu dự án yêu cầu đánh giá biến động, tách thay đổi cần phải biết có liệu ảnh sẵn có cho khu vực nghiên cứu? Vệ tinh có thường xun chụp lại vị trí? Ưu độ phân giải không gian cho phép cung cấp thơng tin xác nhận biết biến động khu vực cần nghiên cứu Hầu hết vệ tinh bay qua điểm vào khoảng thời gian cố định (mất từ vài ngày đến vài tuần) phụ thuộc vào quỹ đạo độ phân giải không gian b) Xác định độ phân giải thích hợp nhu cầu cơng việc Tăng độ phân giải ảnh vệ tinh dẫn đến tăng độ xác cung cấp nhiều thơng tin có ích Tuy nhiên, điều khơng cho số trường hợp, nên việc xác định độ phân giải tối thiểu để đáp ứng yêu cầu cho phép tiết kiệm thời gian kinh phí Vì thường ảnh có độ phân giải cao giá thành cao cần phải tăng dung lượng lưu trữ đòi hỏi hardware software đủ mạnh cho việc xử lý ảnh c) Hiển thị ảnh Viễn thám Chất lượng liệu ảnh vệ tinh đánh giá qua tỷ số tín hiệu nhập S cần thiết mức độ nhiễu N (signal to noise radio) Tỷ số S/N xác định thông qua biểu thức sau: S S = 20 log10 Tỷ số [dB] N N Thông tin lưu trữ liệu ảnh số theo đơn vị bits, thông thường ảnh Viễn thám ghi theo 6, 7, 10 bits tính, đơn vị thường sử dụng byte (1 byte = bits) Do đó, ảnh thu mã hóa có số bits nhỏ lưu dạng byte ( byte type) Đối với ảnh có số bits lớn lưu dạng byte hay từ lưu 65536 cấp độ xám Toàn dung lượng liệu ảnh đa phổ xác định bởi: Dung lượng ảnh (byte)= số hàng x số cột x số kênh x số bits/8 Bảng 1.3 Quan hệ dung lượng, độ phân giải bề rộng ảnh vệ tinh STT Ảnh Landsat MSS Landsat TM SPOT XS SPOT Pan Dung lượng, Mb 30 300 27 36 Bề rộng ảnh, km 180 180 60 60 Độ phân giải, m 79 30 20 10 Ảnh đa phổ bao gồm nhiều kênh phổ Để hiển thị, kênh ảnh đa phổ thể dạng ảnh grey scale (cấp độ xám) mà pixel có giá trị hữu hạn ứng với cường độ phản xạ lượng vật thể mặt đất, phối hợp ba kênh ảnh hiển thị lúc dạng ảnh tổ hợp màu Khi thể ảnh hình máy tính, phần mềm cho phép người sử dụng chọn kênh phổ hiển thị theo màu cụ thể Do máy tính sử dụng ba màu (red, green, blue) nên có ba kênh phép hiển thị đồng thời (tổ hợp màu) 1.1.4.4 Các vấn đề sử dụng ảnh Viễn thám Để sử dụng hiệu liệu ảnh phục vụ mục đích ứng dụng khác nhau, người sử dụng cần phải xem xét vấn đề sau: - Mục tiêu dự án gì? Ảnh vệ tinh ứng dụng để giải vấn đề đặt ra? - Độ phân giải không gian ảnh vệ tinh phù hợp? - Loại đồ cần thành lập hay cập nhật? Ảnh áp dụng (Ảnh tồn sắc? Ảnh hàng khơng? Xác định kênh phổ thích hợp?) - Khảo sát thực địa có bao gồm kinh phí dự án? Mức độ chi tiết cần thiết cho việc xử lý ảnh? - Yêu cầu sử dụng ảnh phân tích biến động? - Dữ liệu thực mặt đất có cần phải thu thập? - Điều kiện thời tiết chiếu sáng nào? Chọn ảnh rada, quang học hay dịch chuyển thời gian chụp ảnh để phù hợp điều kiện thay đổi thời tiết - Mức độ ảnh xử lý nhà cung cấp? (hiệu chỉnh hình học, xạ, khí quyển…) - Độ xác cần thiết cho cơng việc? - Vị trí địa lý khu vực chụp ảnh? - Kinh phí dự án? Chọn giải pháp hiệu nhất? 1.1.4.5 Các đặc trưng ảnh Landsat a) Đặc điểm ảnh Landsat Vệ tinh Landsat quản lý công ty Earth Observation Satellie Mỹ, vệ tinh thiết kế đặc biệt để quan sát bề mặt trái đất có tên ERTS-1 sau đổi thành Landsat Hệ thống vệ tinh Landsat hệ thống vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo tròn chung quanh trái đất Có góc mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo 900 độ cao 919 km, chu kỳ quỹ đạo 103’ chu kỳ lặp 18 ngày Vệ tinh Landsat hệ thống vệ tinh quỹ đạo gần cực, có góc mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo 98,20 Vệ tinh Landsat thiết kế có bề rộng tuyến chụp 185 km có thời điểm bay qua xích đạo 9:39 sáng ảnh Landsat 1, 2, 10:30 sáng Landsat 4, Landsat 4, hoạt động độ cao thấp Landsat 1, 2, nên có 233 quỹ đạo 16 ngày che phủ hết trái đất Vào năm 1993, vệ tinh Landsat phóng lên quỹ đạo với cảm ETM, sau vệ tinh Landsat phóng vào năm 1999 Theo Đặc san “Viễn thám Địa tin học”, số 3(10-2007) Trung tâm Viễn thám Bộ cảm ETM+ có tính vượt trội độ xác việc hiệu chỉnh xạ liệu Landsat cải tiến đáng kể (độ xác hiệu chỉnh xạ liệu đạt khoảng ±5%) Cùng với thiết bị hiệu chỉnh chuyên biệt thiết kế dành riêng cho kênh nhiệt (kênh 6L, 6H) tích hợp cảm biến ETM+, giá trị nhiệt bề mặt đất LST (Land Surface Temperature) thu nhận ngày có độ tin cậy cao Ảnh vệ tinh Landsat thu từ ba cảm biến MSS, TM ETM+, sử dụng nhiều lĩnh vực khác quản lý tài nguyên thiên nhiên giám sát môi trường, thành lập đồ, phân tích biến động biến động thực phủ, biến động sử dụng đất hay biến động đường bờ… Bảng 1.4 Đặc điểm tổng quát vệ tinh Landsat Vệ tinh Độ cao quy Độ nghiêng Chu kỳ quỹ Chu kỳ lặp ước quỹ đạo đạo (phút) (ngày) Hệ thống tạo ảnh Landsat 918 900 103 18 MSS-RBV Landsat 918 900 103 18 MSS-RBV Landsat 918 900 103 18 MSS-RBV Landsat 705 98.20 98.9 16 MSS-TM Landsat 705 98.20 98.9 16 MSS-TM Landsat 705 98.20 98.8 16 ETM (Viễn thám, Lê Văn Trung, 2012) Vệ tinh Landsat trang bị cảm MSS (Multispectral Scanner), TM (Thematic Mapper) ETM+ (Enhanced Thematic Mapper) Dưới số đặc trưng cảm Bảng 1.5 Độ phân giải bước sóng tương ứng STT Bộ cảm MMS Kênh Bước sóng (µm) Loại Độ phân Độ phân giải giải không gian xạ (bits) Kênh 0.5-0.6 Lục 80m (Landsat1-5) Kênh 0.6-0.7 Đỏ 80m Kênh 0.7-0.8 Hồng ngoại 80m Kênh 10.4–12.5 Hồng ngoại gần 80m TM Kênh 0.45-0.52 Xanh 30m (Landsat1-5) Kênh 0.52 - 0.60 Lục 30m Kênh 0.63 - 0.69 Dỏ 30m Kênh 0.76 - 0.90 Hồng ngoại gần 30m Kênh 1.55 - 1.75 Hồng ngoại TB 30m Kênh 10.40 - 12.50 Hồng ngoại nhiệt 120m Kênh 2.089 - 2.35 Hồng ngoại TB 30m ETM+ Kênh 0.45-0.52 Xanh 30m (Landsat7) Kênh 0.52 - 0.61 Lục 30m Kênh 0.63 - 0.69 Dỏ 30m Kênh 0.75- 0.90 Hồng ngoại gần 30m Kênh 1.55 - 1.75 Hồng ngoại TB 30m Kênh 10.40 - 12.50 Hồng ngoại nhiệt 60m Kênh 2.089 - 2.35 Hồng ngoại TB 30m Kênh 0.52-0.90 Lục đến hồng 15m ngoại gần (Viễn thám, Lê Văn Trung, 2012) b) Ứng dụng ảnh Landsat Ảnh vệ tinh Landsat thu từ hai cảm biến MSS TM sử dụng hiệu nhiều lĩnh vực khác như: “Quản lý tài nguyên thiên nhiên giám sát môi trường, Thành lập Bản Đồ phân tích biến động”[12] thành lập đồ sử dụng đất đai, biến động đường bờ, biến đổi bề mặt thực phủ… Dưới bảng thống kê khả ứng dụng tương ứng cho kênh ảnh Bảng 1.6 Khả ứng dụng tương ứng cho kênh ảnh Kênh Ứng dụng Lập đồ ven bờ biến, nghiên cứu hệ sinh thái nước, theo dõi chất lắng đọng nước, thành lập đồ dải ngầm san hơ độ sâu mực nước Đánh giá tình trạng thực vật, thành lập đồ thực phủ Phân biệt loại trồng, vùng có khơng có thực vật, dùng để theo dõi tình trạng thực vật Giám sát sinh khối thực vật, độ ẩm đất, dùng để phân biệt nước với đất cạn Theo dõi áp lực nước thực vật, đo lường độ ẩm đất thực vật, phân biệt tuyết mây Thành lập đồ nhiệt bề mặt, phân biệt độ ẩm đất dày đặc phân biệt mây với bề mặt đất Nhận biết khu vực có nhiệt độ bề mặt cao, dùng để theo dõi độ ẩm thảm thực vật Nghiên cứu thay đổi đô thị 1.1.5 Phần mềm Viễn thám ENVI 1.1.5.1 Khái niệm ENVI ENVI “Environment for Visualizing Images” phần mềm chuyên nghiệp có nhiều chức xử lý ảnh Viễn thám Better Solutions Consulting Limited Liability Company (Mỹ) thiết kế phát triển ENVI viết ngôn ngữ IDL (Interactive Data Language), dạng ngôn ngữ lập trình cấu trúc mạnh dùng cho việc xử lý ảnh tổng hợp để đáp ứng nhu cầu xử lý ảnh máy bay, ảnh vệ tinh đáp ứng đầy đủ nhu cầu cần thiết cho việc ứng dụng Viễn thám môi trường thân thiện sáng tạo Hiện ENVI sử dụng phổ biến công tác quản lý tài ngun thiên nhiên giám sát mơi trường Do tính chuyên nghiệp cao nên ENVI chưa phổ biến với người dùng so với IDRISI hay ILWIS Phần mềm ENVI phần mềm xử lý giải đoán ảnh Viễn thám mạnh, với đặc điểm sau: - Hiển thị, phân tích ảnh với nhiều kiểu liệu kích cỡ ảnh khác - Mơi trường giao diện thân thiện - Cho phép làm việc với kênh phổ riêng lẻ toàn ảnh Khi file ảnh mở được, kênh phổ ảnh thao tác với tất chức có hệ thống Với nhiều file ảnh mở, ta dễ dàng lựa chọn kênh từ file ảnh để xử lý - ENVI có cơng cụ chiết tách phổ, sử dụng thư viện phổ, chức chuyên cho phân tích ảnh phân giải phổ cao - Phần mềm ENVI viết ngôn ngữ IDL Đây ngơn ngữ lập trình cấu trúc, cung cấp khả tích hợp xử lý ảnh khả thị với giao diện đồ họa dễ sử dụng - ENVI có nhiều phiên 3.2, 3.5, 3.6, 4.0, 4.2, 4.3, 4.5, 4.7, 4.8, 5.0 Mỗi phiên cải tiến nâng cấp cho modul - Dễ dàng mở rộng tùy biến ứng dụng Ngồi ra, người dùng sử dụng ENVI môi trường khác Windows, Macintosh, Linux hay Unix - Sản phẩm ảnh sau xử lý xuất nhiều phần mềm biên tập đồ khác MapInfo, Autocad, Microstation, Acrview… 1.1.5.2 Tổ chức thông tin ENVI ENVI sử dụng định dạng liệu raster tổng quát bao gồm file nhị phân file header dạng ASCII (dạng text) chứa thông tin mô tả Định dạng file cho phép ENVI đọc tất dạng file ảnh kể file có chứa thơng tin header riêng Dữ liệu raster tổng quát lưu chuỗi nhị phân bytes theo cách thức BSQ, BIP BIL Đi kèm file header dạng text riêng chứa thơng thơng tin kích thước ảnh, header bao có, định dạng liệu thông tin cần thiết khác 1.1.5.3 Phân loại ảnh ENVI Phân loại ảnh số việc phân loại xếp pixel ảnh thành nhóm khác dựa số đặc điểm chung giá trị độ xám, đồng nhất, mật độ, tone ảnh… có hai kiểu phân loại chính, phân loại khơng chọn mẫu phân loại có chọn mẫu a) Phân loại khơng chọn mẫu Với phương pháp phân loại này, pixel phân chia tự động vào lớp dựa số đặc điểm đồng giá trị phổ sử dụng kỹ thuật gộp nhóm, phương pháp áp dụng trường hợp ta không quen với đối tượng xuất ảnh, đồng thời loại bỏ sai số chủ quan người Phần mềm ENVI cung cấp cho hai phương pháp phân loại không chọn mẫu Isodata K-Means Phân loại theo K-Means tính tốn giá trị trung bình lớp ban đầu phân bố khơng gian liệu, sau tiến hành nhóm dần pixel thành lớp gần sử dụng kỹ thuật khoảng cách ngắn Phân loại Isodata giống với K-Means, nhiên đòi hỏi thơng số điền vào tiết kết xác Hình 1.7 Chọn phương pháp phân loại ảnh b)Phân loại có chọn mẫu Phân loại có chọn mẫu phương pháp phân loại ảnh số dựa pixel mẫu chọn sẵn người thực công tác phân loại Bằng cách chọn mẫu người phân loại giúp phần mềm xác định pixel có số đặc trưng đối tượng phổ phản xạ, từ gộp đối tượng có chung đặc điểm thành lớp 1.1.5.4 Các ứng dụng phần mềm ENVI ENVI phần mềm hàng đầu việc xử lý, thu nhận thông tin từ liệu ảnh cách nhanh chóng, dễ dàng xác Phần mềm ENVI cung cấp công cụ hữu dụng cao cấp để đọc, khám phá, thao tác, phân tích chia sẻ thông tin thu nhận từ liệu ảnh ENVI thành lập đồ từ liệu ảnh, tính thẩm mỹ chưa cao 1.1.6 Phần mềm FRAGSTASTS 1.1.6.1 Khái niệm FRAGSTATS FRAGSTATS chương trình phần mềm máy tính thiết kế để tính tốn loạt số liệu cảnh quan cho phân loại mẫu Phần mềm ban đầu (phiên 2) phát hành vào phạm vi công cộng năm 1995 gắn với việc công bố báo cáo kỹ thuật Dịch vụ Tổng hợp USDA Forest (McGarigal Marks 1995) Kể từ đó, hàng trăm chuyên gia thích việc sử dụng phần mềm FRAGSTATS Do phổ biến nó, chương trình hoàn toàn tân trang vào năm 2002 (phiên 3) phát triển Tiến sĩ Kevin McGarigal với lập trình Eduard Ene hỗ trợ lập trình bổ sung Chris Holmes Chris Holmes chịu trách nhiệm cho tái lập trình ban đầu Gần đây, chương trình nâng cấp để phù hợ với ArcGIS10 (phiên 3.4) Phiên (phiên 4) phản ánh cải tạo phần mềm, với kiến trúc hoàn toàn thiết kế lại nhằm hỗ trợ việc bổ sung số liệu di động cấp số liệu mơ hình bề mặt Các phiên phiên (v4.2) phiên phát triển phát triển hỗ trợ Tiến sĩ McGarigal Cushman với lập trình Eduard Ene có chất chức tương tự phiên 3, với giao diện người dùng phản ánh thiết kế kiến trúc mơ hình, hỗ trợ cho định dạng hình ảnh bổ sung, loạt phương pháp lấy mẫu để phân tích phụ - landscapes Phiên gốc FRAGSTATS (v2), xuất năm 1995, phát triển Tiến sĩ McGarigal Barbara Marks trường Đại học Oregon State Bà Marks lập trình viên người hỗ trợ kỹ thuật chủ yếu cho việc phát hành ban đầu Phiên phát triển Tiến sĩ Kevin McGarigal với lập trình Eduard Ene hỗ trợ lập trình bổ sung Chris Holmes Chris Holmes chịu trách nhiệm cho tái lập trình ban đầu Eduard Ene, nhà tư vấn độc lập người phụ tá phòng thí nghiệm Umas, lập trình viên Tiến sĩ Sam Cushman Tiến sĩ Maile Neel cung cấp đầu vào quý giá suốt trình phát triển thử nghiệm phiên Phiên phiên phát triển phát triển Tiến sĩ McGarigal Tiến sĩ Cushman với lập trình Eduard Ene 1.1.6.2 Các số cảnh quan FRAGSTATS Các số cảnh quan sử dụng chủ yếu để phân tích định lượng khoanh vi cảnh quan nhằm tìm đặc trưng hình dạng, mức độ liền kề hay cách biệt chúng với xung quanh Bảng 1.7 Tóm tắt số số sử dụng phân tích cấu trúc cảnh quan Chỉ số cảnh quan Số khoanh vi cảnh quan Đơn Khoảng vị giá trị Công thức NP = ni ≥0 Ý nghĩa Thể mức độ phân chia cảnh quan thành khoanh vi khác (mức phân mảnh) i ∑a PLAND = Tỷ lệ lớp ij j =1 A aij : diện tích (m2) khoanh % vi cảnh quan loại i thứ j (ij) A : diện tích tồn cảnh Mật độ khoanh vi cảnh quan PD = numP TLA numP : Số khoanh vi cảnh quan TLA : Tổng diện tích cảnh quan 1/ha Thể tỷ lệ [0,100] khoanh vi cảnh quan so với toàn cảnh ≥0 Cho biết số lượng khoanh vi cảnh quan toàn cảnh ≥0 Cho biết diện tích trung bình khoanh vi cảnh quan Giá trị MPS thấp chứng tỏ cảnh quan bị phân chia thành nhiều khoanh vi i Kích cỡ trung bình khoanh vi cảnh quan MPS = ∑a j =1 ij ni aij : diện tích (m2) khoanh vi cảnh quan loại i thứ j (ij) ni : Số lượng khoanh vi cảnh quan loại i n a Kích LPI = max ij ×100 i =1 TLA thước khoanh vi aij : diện tích (m2) khoanh cảnh quan vi cảnh quan loại i thứ j (ij) lớn TLA : Tổng diện tích cảnh quan i % Thể tỷ lệ diện tích khoanh vi lớn [0,100] LPI cho biết cảnh quan ưu TE LSI = Chỉ số TE hình thái TE : Tổng chu vi cảnh quan (m) dạng cảnh TE : Chu vi nhỏ quan cảnh quan ≥1 LSI = trường hợp cảnh quan bao gồm khoanh vi rời rạc hình vng LSI cao chứng tỏ cảnh quan có hình dạng khơng đều, chu vi lớn, khoanh vi loại phân bố rải rác 0, 25 pij ni ∑ Chỉ số hình dạng trung bình MSI = aij j =1 ni ≥1 pij : Tỷ lệ diện tích cảnh quan thứ j, loại i tồn cảnh quan Chỉ số hình dạng trung bình có tính tới diện tích Giá trị trung bình khoảng cách Ơclit láng giềng gần Chỉ số kết nối Chỉ số chia cắt cảnh quan 0, 25 pij aij ni AWMSI = ∑ ni ≥1 aij ∑ aij j =1 j =1 m ENN _ MN = b ∑∑ h i =1 j =1 ij m ≥0 numP  n   ∑ Cijk  j=k  (100) CONNECT =  n  i ( ni − 1)      Cijk : Giao hai khoanh vi j k loại cảnh quan i (0: không giao 1: giao) theo khoảng cách xác định; ni : số khoanh vi cảnh quan loại i  aij DIVISION = − ∑  i =1  A ni SPLIT = Chỉ số chia tách Cho biết kích thước trung bình khoanh vi loại cảnh quan, giá trị trung bình tỉ số chu vi diện tích khoanh vi    % Thể khả kết nối khoanh vi loại cảnh quan, tính % số lần kết nối nhiều khoanh vi so với [0,100] tổng số khoanh vi loại Chỉ số kết nối đo khoảng cách Ơclit hai pixel trung tâm hai khoanh vi Thể phân bố loại cảnh quan, xác suất mà hai pixel ngẫu (0, 1) nhiên không nằm khoanh vi loại cảnh quan tương ứng TLA ∑i −1 ∑ j =1 aij2 m ENN = cảnh quan có khoanh vi khoanh vi thuộc kiểu khác n TLA : Tổng diện tích cảnh quan aij : Diện tích khoanh vi j loại cảnh quan i (m2) ≥1 Giá trị SPLIT cao chứng tỏ cảnh quan bị chia cắt mạnh SPLIT = cảnh quan có khoanh vi 1.2 Cơ sở thực tiễn vấn đề nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu cảnh quan giới Cảnh quan học hình thành từ kỷ XVIII châu Âu trải qua trình phát triển mạnh mẽ với hai hướng nghiên cứu cảnh quan (Bastian 2001, Wu 2006, Wu Hobbs 2002) : cảnh quan học châu Âu nghiêng địa lý, tập trung vào nghiên cứu mang tính giải pháp ; cảnh quan học Bắc Mỹ nghiêng sinh học với nghiên cứu trình sinh thái chi phối cảnh quan Tuy nhiên, khác biệt khơng ý nhiều nghiên cứu cảnh quan đạt điểm giao thoa định mặt phương pháp ứng dụng Hướng tiếp cận định lượng, sinh thái hoá cảnh quan nhà cảnh quan sinh thái cảnh quan Tây Âu Bắc Mỹ có ưu nhờ vào tiến công nghệ vũ trụ hệ thống thông tin địa lý Tuy nhiên, hướng nghiên cứu cảnh quan nước Xô viết cũ Đông, Trung Âu coi tảng sở cho phát triển bền vững, hướng nghiên cứu có ảnh hưởng lớn đến phát triển cảnh quan học Việt Nam 1.2.2 Tình hình nghiên cứu cảnh quan nước Tại Việt Nam, điều kiện lịch sử, khái niệm ban đầu cảnh quan tiếp nhận từ nước Đông Âu Liên Xô cũ (Vũ Tự Lập 1976, Phạm Hoàng Hải 2006), gần nghiên cứu theo hướng tiếp cận sinh thái với ảnh hưởng từ quan điểm phương Tây (Nguyễn An Thịnh 2007) Cách tiếp cận chủ đạo nghiên cứu cảnh quan Việt Nam theo hướng địa lý học với chủ thể nghiên cứu đơn vị cảnh quan hướng nghiên cứu nghiêng đánh giá kinh tế sinh thái đánh giá ảnh hưởng hoạt động nhân sinh tới vùng lãnh thổ Các nghiên cứu cảnh quan thời kỳ đầu năm 1990 tập trung vào nghiên cứu lý thuyết (Vũ Tự Lập, 1976 ; Trương Quang Hải, 1991; Nguyễn Thành Long nnk, 1993; Nguyễn Cao Huần nnk, 1996) có số mang tính chất cảnh quan ứng dụng (Phạm Hoàng Hải, Nguyễn Thượng Hùng, Nguyễn Ngọc Khánh, 1997) Trong năm gần đây, nhiều tác giả sâu nghiên cứu đặc điểm cảnh quan cho vùng lãnh thổ cụ thể (Hà Văn Hành, 2002; Nguyễn Trọng Tiến, 1996; Nguyễn Văn Vinh, 1996; Phạm Thế Vĩnh, 2004) Hướng nghiên cứu ứng dụng “sinh thái hóa cảnh quan” nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu (Phạm Quang Anh, 1996; Nguyễn An Thịnh, 2007; Hà Quý Quỳnh, 2009) Ứng dụng Viễn thám GIS nghiên cứu cảnh quan Việt Nam thể rõ nét qua nghiên cứu hợp phần cảnh quan Một số cơng trình kể tên địa thủy hình thái (Nguyễn Ngọc Thạch, 1993), nghiên cứu rừng (Lại Huy Phương, 1995 1997), địa mạo (Phạm Văn Cự, 1996), sử dụng đất (Nguyễn Thị Cẩm Vân, 2001), quan hệ biến động lớp phủ thực vật q trình xói mòn (Vũ Anh Tuân, 2004) v.v… Hướng nghiên cứu tổng hợp nhiều hợp phần cảnh quan nhiều nhà khoa học tiến hành nghiên cứu đánh giá thích nghi trồng (Phạm Thanh Hải, Phạm Văn Cự, Phạm Quang Sơn, 1997), đánh giá tiền địa sinh thái nông nghiệp (Đinh Thị Hồng Un, 1997) Một số cơng trình nghiên cứu không trực tiếp đề cập đến việc sử dụng Viễn thám GIS nghiên cứu cảnh quan đưa nhiều phương pháp cho nghiên cứu hợp phần cảnh quan địa hình, lớp phủ mặt đất … (Nguyễn Ngọc Thạch, 1997 2011) Việc ứng dụng phương pháp cho nghiên cứu địa lý tổng hợp cần phải có nghiên cứu vận dụng linh hoạt, phù hợp với điều kiện vùng 1.2.3 Tình hình ứng dụng Viễn thám GIS nghiên cứu cảnh quan Hiện nay, Viễn thám GIS trở thành công cụ thiếu phân tích phân loại cảnh quan (Farina, 2006) nhờ ưu vượt trội chúng chiết xuất thông tin, đánh giá phân tích liệu cách đồng Những ứng dụng Viễn thám GIS nghiên cứu cảnh quan giới xa nhiều so với thời kỳ đầu công cụ thu thập, chiết xuất, phân tích thơng tin khơng gian (Groom G & nnk, 2006; Pearson & McAlpine, 2010) Ứng dụng Viễn thám GIS nghiên cứu cảnh quan đa quy mô, đa tỷ lệ với phong phú, đa dạng đặc tính loại ảnh vệ tinh Do đó, cần có nhìn tổng thể tồn diện thiết lập mơ hình khái niệm kết nối thông tin ảnh vệ tinh, đồ, liệu thực địa, liệu thực nghiệm, v.v… lại với Tại Việt Nam, ứng dụng Viễn thám GIS nghiên cứu cảnh quan chưa đạt thành tựu giới chủ yếu hạn chế công nghệ liệu Cho đến nay, phần lớn cơng trình nghiên cứu địa lý nói chung cảnh quan nói riêng coi Viễn thám GIS công cụ không nhắc đến (Nguyễn Ngọc Thạch, 2011) Tuy nhiên nhận xét rằng, Việt Nam thiếu cơng trình nghiên cứu đặt Viễn thám GIS công cụ nghiên cứu chủ đạo cảnh quan Quan niệm cảnh quan Việt Nam mang tính địa tổng thể khái niệm phổ biến giới nay, coi cảnh quan tập hợp nhiều khoanh vi lớp phủ mặt đất khác Chính lý ứng dụng Viễn thám GIS nhà nghiên cứu phải đối mặt với vô số vấn đề kỹ thuật lý thuyết kết nối lớp thông tin đa định dạng nhiều hợp phần khác Đây nguyên nhân khiến cho ứng dụng Viễn thám GIS cho hợp phần cảnh quan lại phát triển cho cảnh quan Với xu hướng phát triển, thị ngày rộng mặt khơng gian việc sử dụng cách tiếp cận nghiên cứu giúp có nhìn tổng quan tốt khách quan phát triển không gian với xu hướng phát triển Một cách tiếp cận sử dụng kỹ thuật Viễn thám kết hợp với phân tích khơng gian GIS để phân tích xu hướng phát triển không gian đô thị ... cảnh quan loại i thứ j (ij) A : diện tích toàn cảnh Mật độ khoanh vi cảnh quan PD = numP TLA numP : Số khoanh vi cảnh quan TLA : Tổng diện tích cảnh quan 1/ha Thể tỷ lệ [0,100] khoanh vi cảnh quan. .. tích cảnh quan i % Thể tỷ lệ diện tích khoanh vi lớn [0,100] LPI cho biết cảnh quan ưu TE LSI = Chỉ số TE hình thái TE : Tổng chu vi cảnh quan (m) dạng cảnh TE : Chu vi nhỏ quan cảnh quan ≥1 LSI... Các số cảnh quan FRAGSTATS Các số cảnh quan sử dụng chủ yếu để phân tích định lượng khoanh vi cảnh quan nhằm tìm đặc trưng hình dạng, mức độ liền kề hay cách biệt chúng với xung quanh Bảng 1.7