ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN CỦ CHI, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TỪ NĂM 2000 ĐẾN NĂM 2019

Đô thị hóa là quá trình phát triển kinh tế, xã hội, song song với sự mở rộng không gian đô thị. Quá trình này làm thay đổi đáng kể đến hệ sinh thái, môi trường đô thị khi các bề mặt tự nhiên chuyển đổi thành các bề mặt nhân tạo. Tốc độ đô thị hóa nhanh đã và đang tạo ra áp lực lớn đối với môi trường, sản xuất nông nghiệp và đời sống dân sinh. Do đó, việc theo dõi và phân tích sự mở rộng không gian đô thị để cung cấp các thông tin hữu ích đến nhà quản lý là việc làm thiết thực hướng đến mục tiêu phát triển đô thị bền vững. Công nghệ viễn thám đa phổ, đa thời gian với khả năng giám sát biến động của các đối tượng mặt đất trên một phạm vi rộng lớn kết hợp với chức năng phân tích không gian của Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã được nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước chứng minh là công cụ hiệu quả trong việc giám sát và phân tích quá trình đô thị hóa. Trong những năm gần đây, Việt Nam đang xây dựng và phát triển để cơ bản trở thành một nước công nghiệp vào năm 2020. Tuy nhiên, việc phát triển kinh tế cầ phải gắn liền với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Vấn đề bảo vệ môi trường đang là vấn đề nóng bỏng trong suốt nững năm gần đây vì môi trường chính là nơi chúng ta và những sinh vật khác đang sống, là nơi cung cấp các nhu cầu thiết yếu cho cuộc sống của chúng ta. Hệ thống thông tin địa lý ( GIS – Geographic information System) là một công nghệ mới được du nhập vào Việt Nam trong những thập niên 90 của thế kỉ XIX và đang phát triển trong những năm trở lại đây. Việc ứng dụng GIS vào hoạt động quy hoạch,quản lí và giám sát tài nguyên môi trường là rất cần thiết. Theo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội huyện Củ Chi đến năm 2025 cho thấy: Củ Chi cần phải lập quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội bởi các lý do sau:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN -*** CAO HỌC NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG KHĨA 2018 BÁO CÁO CHUN ĐỀ GIS VÀ VIỄN THÁM ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN CỦ CHI, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TỪ NĂM 2000 ĐẾN NĂM 2019 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN HOÀNG ANH HỌC VIÊN THỰC HIỆN LÊ THỊ NGUYỆT NGA NGUYỄN THỊ KHÁNH VY NGUYỄN VĂN BÌNH NGUYỄN THÁI SƠN NGUYỄN MINH QUÂN TP Hồ Chí Minh, Tháng 12/2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN -*** CAO HỌC NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG KHĨA 2018 BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ GIS VÀ VIỄN THÁM ỨNG DỤNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN CỦ CHI, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TỪ NĂM 2000 ĐẾN NĂM 2019 TP Hồ Chí Minh, Tháng 12/2019 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU .iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Giới hạn nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể .2 1.5 Nội dung nghiên cứu 1.6 Phác họa phương pháp nghiên cứu 1.7 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.7.1 Điều kiện tự nhiên huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh 1.7.2 Tình hình sản xuất công - nông nghiệp dịch vụ huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh năm gần 1.8 Tổng quan GIS Viễn thám .6 1.8.1 Tổng quan hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.8.2 Viễn thám 1.8.2.1 Khái niệm 1.8.2.2 Nguyên tắc thu nhận ảnh vệ tinh 1.8.2.3 Phân loại .9 1.9 Tổng quan nghiên cứu viễn thám GIS Thế giới Việt Nam 10 1.9.1 Các nghiên cứu Thế giới 10 1.9.1.1 Đánh giá thay đổi sử dụng đất/che phủ đất lưu vực Halda viễn thám GIS 10 1.9.1.2 Lập đồ vùng nguy cháy rừng từ hình ảnh vệ tinh GIS cho Cục Lâm nghiệp Cát Lâm, Trung Quốc 11 1.9.1.3 Viễn thám GIS để lập đồ giám sát thay đổi độ che phủ sử dụng đất vùng ven biển Tây Bắc Ai Cập 12 1.9.1.4 Viễn thám lập đồ địa mạo khu vực dựa tảng GIS công cụ để lập kế hoạch sử dụng đất nước phát triển, nghiên cứu Mexico 12 1.9.1.5 Sử dụng viễn thám GIS để phát giám sát việc sử dụng đất thay đổi độ che phủ đất Thủ đô Bangladesh Bangladesh năm 1960 13 1.9.2 Các nghiên cứu Việt Nam 14 1.9.2.1 Nghiên cứu xây dựng mơ hình ứng dụng GIS thành lập phương án quy hoạch sử dụng đất cấp huyện 14 1.9.2.2 Ứng dụng GIS viễn thám xây dựng đồ phân vùng môi trường địa chất phục vụ cho công tác quy hoạch xây dựng lưu vực sông Thị Vải .15 1.9.2.3 Xây dựng hệ thống thông tin địa lý quản lý quy hoạch đô thị định giá đất thành phố Sóc Trăng 16 1.9.2.4 Đánh giá dự báo biến động đất đô thị khu vực nội thành thành phố Hà Nội tư liệu viễn thám GIS 18 1.9.2.5 Ứng dụng cơng nghệ viễn thám tích hợp hệ thông tin địa lý (GIS) thành lập đồ biến động sử dụng đất tỉnh Nam Định 19 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Nội dung phương pháp nghiên cứu 20 2.2 Phương pháp GIS viễn thám, quy trình cách áp dụng phương pháp vào chủ đề nghiên cứu 20 2.2.1 Phương pháp viễn thám 21 2.2.2 Phương pháp GIS .23 2.2.3 Phương pháp AHP việc tính tốn giá trị trọng số cho phân cấp đề xuất 24 2.2.4 Kết áp dụng AHP tính tốn thứ bậc trọng số 26 KẾT QUẢ NGHIÊN CƯU 28 3.1 Kết phân tích phân loại ảnh viễn thám 28 3.1.1 Phương pháp viễn thám sử dụng nghiên cứu 28 3.1.1.1 Tăng cường chất lượng ảnh .29 3.1.1.2 Tạo vùng mẫu 30 3.1.1.3 Phân loại ảnh có kiểm định .31 3.1.2 Kết xử lý ảnh viễn thám 31 3.1.2.1 Dữ liệu ảnh viễn thám .31 3.1.2.2 Kết tăng cường chất lượng ảnh 32 3.1.2.3 Tạo vùng mẫu 34 3.1.2.4 Kết phân loại 37 3.2 Kết tích hợp GIS xây dựng đồ chuyên đề 45 3.2.1 Ảnh phân tích 45 3.2.2 Tích hợp GIS AHP đánh giá khả tác động đến môi trường loại hình sử dụng đất huyện Củ Chi 48 3.2.3 Đề xuất giải pháp sử dụng tài nguyên hợp lý, hạn chế ảnh hưởng yếu tố môi trường trọng điểm huyện Củ Chi .50 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Giá trị sản xuất nơng lâm ngư nghiệp qua thời kì Củ Chi Bảng Nguồn liệu phục vụ nghiên cứu .20 Bảng Các dải quang từ ảnh vệ tinh Landsat 20 Bảng Phân loại ảnh có giám sát khơng giám sát 21 Bảng Xác định mức độ ưu tiên đối tượng phương pháp AHP 25 Bảng Ma trận tính tốn trọng số .26 Bảng Ma trận so sánh tổng hợp đối tượng .27 Bảng Trọng số trung bình tiêu 27 Bảng Thông tin liệu ảnh viễn thám 31 Bảng 10 Các loại hình sử dụng đất 34 Bảng 11 Giải đoán ảnh viễn thám .35 Bảng 12 Kết biến động sử dụng đất Củ Chi từ 2000 - 2019 45 Bảng 13 Tình hình đánh giá loại đất yếu tố môi trường 48 Bảng 14 Lập trận trọng số tiêu 49 Bảng 15 Thang đánh giá tầm quan trọng tương đối 49 Bảng 16 Trọng số yếu tố môi trường xét đến .49 Bảng 17 Tính quán so sánh cặp 50 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Sơ đồ khung nghiên cứu Hình Cơ cấu giá trị nghành Nông nghiệp huyện Củ Chi 2018 Hình Các thành phần GIS Hình Các ứng dụng viễn thám quy hoạch sử dụng đất 10 Hình Các bước thực nghiên cứu xây dựng đồ giá đất Thành phố Sóc Trăng 17 Hình Hình ảnh mơ tả q trình phản xạ xủa vật thể lên vệ tinh .21 Hình Sơ đồ tính tốn AHP nghiên cứu 25 Hình Quá trình phân loại ảnh viễn thám 28 Hình Ảnh sau tăng cường chất lượng năm 2000 33 Hình 10 Ảnh sau tăng cường chất lượng năm 2019 34 Hình 11 Kết phân loại ảnh năm 2000 38 Hình 12 Kết phân loại ảnh năm 2019 39 Hình 13 Ảnh lọc nhiễu năm 2000 .40 Hình 14 Ảnh lọc nhiễu năm 2019 .41 Hình 15 Các bước thao tác ảnh Viễn thám để đánh giá biến động sử dụng đất sau phân loại ảnh 42 Hình 16 Thao tác chồng ghép đồ đánh giá biến động qua thời kỳ 43 Hình 17 Ảnh biến động Sử dụng đất thời kỳ 44 Hình 18 Bản đồ sử dụng đất Củ Chi năm 2000 46 Hình 19 Bản đồ sử dụng đất năm 2019 .47 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Học viên: Lê Thị Nguyệt Nga 1.1 Tính cấp thiết đề tài Đơ thị hóa q trình phát triển kinh tế, xã hội, song song với mở rộng không gian thị Q trình làm thay đổi đáng kể đến hệ sinh thái, môi trường đô thị bề mặt tự nhiên chuyển đổi thành bề mặt nhân tạo Tốc độ thị hóa nhanh tạo áp lực lớn môi trường, sản xuất nông nghiệp đời sống dân sinh Do đó, việc theo dõi phân tích mở rộng không gian đô thị để cung cấp thông tin hữu ích đến nhà quản lý việc làm thiết thực hướng đến mục tiêu phát triển đô thị bền vững Công nghệ viễn thám đa phổ, đa thời gian với khả giám sát biến động đối tượng mặt đất phạm vi rộng lớn kết hợp với chức phân tích khơng gian Hệ thống thông tin địa lý (GIS) nhiều nghiên cứu ngồi nước chứng minh cơng cụ hiệu việc giám sát phân tích q trình thị hóa Trong năm gần đây, Việt Nam xây dựng phát triển để trở thành nước công nghiệp vào năm 2020 Tuy nhiên, việc phát triển kinh tế cầ phải gắn liền với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên môi trường Vấn đề bảo vệ môi trường vấn đề nóng bỏng suốt nững năm gần mơi trường nơi sinh vật khác sống, nơi cung cấp nhu cầu thiết yếu cho sống Hệ thống thông tin địa lý ( GIS – Geographic information System) công nghệ du nhập vào Việt Nam thập niên 90 kỉ XIX phát triển năm trở lại Việc ứng dụng GIS vào hoạt động quy hoạch,quản lí giám sát tài ngun mơi trường cần thiết Theo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội huyện Củ Chi đến năm 2025 cho thấy: Củ Chi cần phải lập quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội lý sau: Hun Củ Chi có vị trí quan trọng tổng thể phát triển kinh tế xã hội thành phố, có nguồn tài nguyên phong phú, có vị trí địa lý địa hình thuận lợi cho phát triển kinh tế xã hội Trong năm qua, hệ thống giao thông, phát triển mạnh, nhiều khu công nghiệp xây dựng, sở y tế, giáo dục đầu tư…Nhiều dự án quy mô lớn thành phố quy hoạch địa bàn huyện Dự án khu đô thị Tây bắc thành phố, dự án phát triển du lịch sinh thái ven sơng sài gịn, dự án sài gòn Safari, đề án quy hoạch sản xuất nơng nghiệp thành phố đến năm 2020,tần nhìn đến năm 2025,…Dự báo huyện Củ chi có bước phát triển đột kinh tế xã hội tương lai Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, để góp phần công tác quản lý nhà nước Quy hoạch địa bàn huyện việc nghiên cứu biến động sử dụng đất đai để theo dõi xu hướng phát triển đưa phương án quy hoạch tổng thể khu vực yêu cầu cấp thiết Với lý nêu trên, nhóm nghiên cứu chọn nghiên cứu với chuyên đề “Ứng dụng công nghệ GIS VIỄN THÁM đánh giá biến động sử dụng đất Huyện Củ Chi, Thành Phố Hồ Chí Minh” 1.2 Giới hạn nghiên cứu Trong thời lượng cho phép môn học, số lượng thành viên nhóm (5 thành vi ên) nên nghiên cứu dừng lại việc tìm hiểu, đánh giá ứng dụng công nghệ GIS Viễn Thám để đánh giá biến động sử dụng đất huyện Củ Chi, Thành Phố Hồ C hí Minh từ năm 2000 đến năm 2019 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng đồ, đánh giá giám sát biến động sử dụng đất huyện Củ Chi – thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn từ năm 2000 – 2019 1.4 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể  Xây dựng đồ trạng năm 2000 ảnh Lansat5 năm 2019 ảnh Lansat8  So sánh đồ năm 2000 năm 2019 cách tích hợp hai đồ lại với để xây dựng đồ biến động sử dụng đất huyện Củ Chi năm giai đoạn 2000 – 2019 1.5 Nội dung nghiên cứu  Xác định vùng, thu thập ảnh vệ tinh LANSAT năm 2000, 2019;  Tìm hiểu thu thập tài liệu, thông tin liên quan đến quy hoạch sử dụng đất, đồ sử dụng đất đồ huyện Củ Chi;  Phân tích đánh giá biến động loại hình sử dụng đất lớp phủ bề mặt thông qua trình giải đốn ảnh;  Xây dựng đồ biến động sử dụng đất phủ huyện Củ Chi phần mềm ENVI 5.3, MapInfo công cụ phân tích khơng gian  Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) để nghiên cứu đánh giá vấn đề cốt lõi, trọng tâm có tác động mạnh đến vấn đề cần giải 1.6 Phác họa phương pháp nghiên cứu Hình Sơ đồ khung nghiên cứu 1.7 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.7.1 Điều kiện tự nhiên huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh Củ Chi huyện ngoại thành phía Tây Bắc Thành phố Hồ Chí Minh, với diện tích t ự nhiên 43.496ha, phía Bắc giáp huyện Trảng Bàng - tỉnh Tây Ninh, phía Đơng - Đơng Bắc giáp huyện Bến Cát - tỉnh Bình Dương, phía Tây Tây Nam giáp huyện Đức Hò a - tỉnh Long An, phía Nam giáp huyện Hóc Mơn - thành phố Hồ Chí Minh; gồm 20 xã thị trấn Về địa hình huyện Củ Chi nằm vùng chuyển tiếp miền Tây Nam Bộ miề n sụt Đông Nam Bộ, với độ cao giảm dần theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Đông Bắc - Tây Nam Độ cao trung bình so với mặt nước biển từ 8m - 10m Ngoài địa bà n huyện có tương đối nhiều ruộng, đất đai thuận lợi để phát triển nông nghiệp so với cá c huyện Thành phố Huyện Củ Chi nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mang tính chất cận xích đạo Khí hậu chia thành hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng năm sau Huyện Củ Chi có hệ thống sơng, kênh, rạch đa dạng, với đặc điểm chính: S ơng Sài Gịn chịu chế độ ảnh hưởng dao động bán nhật triều, với mực nước triều bình quân thấp 1,2m cao 2,0 m; Các hệ thống kênh rạch tự nhiên khác, đa số chịu ảnh hưởng trực tiếp chế độ hủy văn sơng Sài Gịn Rạch Tra, Rạch Sơn Bến Mương … Riêng có kênh Thầy Cai chịu ảnh hưởng chế độ thủy văn sông Vàm Cỏ Đơng Nhìn chung hệ thống sơng, kênh, rạch trực tiếp chi phối chế độ thủy vă n huyện nét bật dòng chảy xâm nhập thủy triều Về đặc điểm tài nguyên thiên nhiên, Huyện Củ Chi có số tài nguyên chủ yếu sau:  Tài nguyên đất: Tổng diện tích đất tự nhiên huyện Củ Chi 43.496ha nguồn gốc phát sinh có nhóm đất chính: nhóm đất phù sa, nhóm đất xám, nhóm đất đỏ vàng  Tài nguyên nước: Nguồn nước Huyện chủ yếu nước sông, kênh, rạch, hồ, ao Tuy nhiên, phân bố không đều, chủ yếu tập trung phía Đơng vùng trũng phía Nam Tây Nam với chiều dài gần 300km hệ thống, đa số chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều Theo kết điều tra khảo sát nước ngầm địa bàn huyện Củ Chi cho thấy, nguồn nước ngầm dồi giữ vị trí quan trọng việc cung cấp nước cho sản xuất sinh hoạt người dân Chất lượng nhìn chung tốt trừ khu vực vùng trũng như: Tam Tân, Thái Mỹ Ngoài ra, tác dụng hệ thống kênh Đông Củ Chi bổ sung lượng nước ngầm đáng kể, nâng mực nước ngầm lên từ - 4m  Tài nguyên rừng: Rừng tự nhiên chủ yếu khu bảo tồn, khu di tích lịch sử nên trữ lượng hạn chế  Tài nguyên khoáng sản  Tài nguyên khoáng sản địa bàn huyện so với Thành Phố phong phú gồm có loại chủ yếu sau:  Mỏ Cao Lanh: có trữ lượng khoảng triệu phân bố chủ yếu Rạch Sơn  Than bùn Tam Tân, trữ lượng khoảng 0,5 triệu  Sạn sỏi Bầu Chứa, trữ lượng cấp B khoảng 0,8 triệu 1.7.2 Tình hình sản xuất cơng - nông nghiệp dịch vụ huyện Củ Chi, Thành p hố Hồ Chí Minh năm gần Thành phố Hồ Chí Minh trung tâm kinh tế lớn nước, Thành phố đặc biệt có t hế mạnh việc phát triển ngành dịch vụ có giá trị tăng cao ngành công nghệ cao nói chung nơng nghiệp cơng nghệ cao nói riêng Nơng nghiệp thành p hố Hồ Chí Minh chiếm 1% GRDP, nhiên, giá trị mà nông nghiệp tạo k hông nhỏ Thành phố đẩy mạnh hoạt động khuyến nông nghiệp, chuyển giao cá c tiến giống áp dụng công nghệ, tư vấn hỗ trợ cải tiến kỹ thuật trồng rau th eo quy trình VietGap, đặc biệt đẩy mạnh giới hóa sản xuất hoa lan; phát triển giống cây, giống chất lượng cao, cá cảnh, hoa – kiểng, bị sữa… Qua đó, giá tr ị sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp thủy sản qua năm tăng liên tục, có đóng góp không nhỏ ngành nông nghiệp huyện Củ Chi Hình 13 Ảnh tạo vùng mẫu phân loại năm 2019 3.1.2.4 Kết phân loại Sau có vùng mẫu, sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định theo thuật toán xác suất cực đại MLC để tạo ảnh phân loại sử dụng đất hai thời kỳ 37 Hình 14 Kết phân loại ảnh năm 2000 38 Hình15 Kết phân loại ảnh năm 2019 Để sử dụng phần mềm ENVI xây dựng ảnh biến động thời kỳ huyện Củ Chi, nhóm nghiên cứu sau thực phân loại ảnh thời kỳ tiếp tục bước:  Lập ma trận: Dùng lệnh Classification\Post Classification\Confusion Matrix\Using ground Truth Image Đánh giá độ xác phân loại thực nhằm đánh giá xác phương pháp phân loại ảnh Những điểm kiểm tra cho thấy phân loại đúng/sai dùng để đánh giá độ xác phân loại thơng qua hệ số Kappa: Trong đó: r = số hàng ma trận sai số = Số lượng mẫu quan sát hàng i cột i = Tổng số mẫu quan sát hàng i = Tổng số mẫu quan sát cột i N = Tổng số mẫu quan sát có ma trận 39 Khi K = 1, độ xác phân loại tuyệt đối Bảng liệt kê khoảng giá trị hệ số Kappa Nếu hệ số kappa không đạt yêu cầu nhỏ 80% phải tiến hành chọn lại mẫu để phân loại Qua sử dụng lệnh Confusion Matrix xác định Hệ số Kappa 02 ảnh phân loại mẫu đạt độ xác tổng thể Overall Accuracy tốt số Kappa tốt với độ xác tổng thể 83% Kappa 0.81 năm 2000 năm 2019 có khả phân loại tốt với độ xác tổng thể 81% Kappa 0.80 Bảng 12 Hệ số Kappa (Cohen, 1960) ST T Giá trị hệ Kappa