Trong phạm vi đề tài, phân loại không kiểm soát thực hiện hoàn toàn tự động bằng máy không lựa chọn các thông số đầu vào. Kết quả cho được 8 cấp đối tượng cho mỗi ảnh phân loại được chụp ở một thời điểm nhất định (dựa vào Histogram để biết được khoảng dao động giá trị NDVI và tầng số xuất hiện của từng đối tượng). Trong 8 cấp đối tượng có một đối tượng không phân loại (Unclassified) và 7 cấp đối tượng còn lại được đặt tên từ đối tượng 1, đối tượng 2,... đến đối tượng 7 có giá trị NDVI tăng dần từ -0,2 đến khoảng 0,98, tất cả được trình bày trong hình 45.
Biểu đồ phân bố Histogram của đối tượng 1
Biểu đồ phân bố Histogram của đối tượng 2
Biểu đồ phân bố Histogram của đối tượng 3
Tần suất
Giá trị
Biểu đồ phân bố Histogram của đối tượng 4
Biểu đồ phân bố Histogram của đối tượng 5
Biểu đồ phân bố Histogram của đối tượng 6
Biểu đồ phân bố Histogram của đối tượng 7 Hình 45: Biểu đồ phân bố Histogram của đối tượng từ 1 đến 7
Kết quả phân loại của 7 nhóm đối tượng, mỗi nhóm đối tượng được hiển thị một màu sắc khác nhau. Trong mỗi nhóm đối tượng được phân loại thì các pixel có giá trị dao động trong một khoảng nhất định. Để biết được giá trị lớn nhất (NDVImax), giá trị nhỏ nhất (NDVImin), giá trị trung bình (Mean) và độ lệch chuẩn (Stdev) tiến hành thống kê cho các lớp đối tượng. Tuỳ vào ảnh được phân loại mà giá trị NDVI dao động khác nhau nhưng cùng chung một đặc điểm là tăng dần từ đối tượng 1 đến đối tượng 7. Ví dụ ảnh chụp ngày 02/02/2010 được trình bày trong bảng 11.
Bảng 12: Thống kê mô tả các vùng đặc trưng của 7 nhóm đối tượng từ kết quả phân loại không kiểm soát (ảnh chụp ngày 02/02/2010)
Đối tượng NDVImin NDVImax Mean Stdev
1 -0,20 0,40 0,25 0,14 2 0,40 0,48 0,44 0,02 3 0,48 0,56 0,52 0,02 4 0,56 0,64 0,60 0,02 5 0,64 0,72 0,68 0,02 6 0,72 0,80 0,76 0,02 7 0,80 1,00 0,84 0,03
Qua bảng 11 ta thấy giá trị NDVI tăng dần từ đối tượng 1 đến 7 (-0,2 đến 1,0). Dựa vào mối quan hệ giữa giá trị NDVI với sự hiện diện của thực vật thì: Đối tượng 1 có giá trị NDVI thấp dao động từ giá trị âm khoảng -0,2 đến 0,4 (là những vùng không có hoặc có sự hiện diện rất thưa thớt của thực vật có thể bao gồm đất trống, đất ngập nước…). Từ đối tượng 2 đến đối tượng 7 sự hiện diện của thực vật tăng dần đến khi đạt giá trị tối đa là 1,0.
Tùy vào từng thời điểm chụp của mỗi ảnh mà kết quả phân loại khác nhau. Sự khác nhau này dựa trên cơ sở sự thay đổi đặc điểm của thảm thực vật như: Chỉ số diện tích lá, khả năng quang hợp, sinh khối và đăc biệt là hàm lượng chlorophyl theo thời gian. Tất cả các ảnh NDVI của năm 2010 sẽ được phân loại để theo dõi sự biến động của các đối tượng qua từng thời gian cụ thể (trình bày ở hình 46a, 46b). Hầu hết tất cả các ảnh được phân loại đều có kết quả khác nhau về diện tích và vị trí phân bố của các đối tượng. Điều này cho thấy sự biến động của thảm thực vật là liên tục và có sự lặp lại một cách tương đối và không hoàn toàn tùy thuộc vào một số thời điểm trong năm và quy luật biến động của cả hai năm có sự tương đồng với nhau.
3.3.3 Kết quả khảo sát kiểm chứng thực địa.
Kết quả khảo sát thực tế:
- Tổng số điểm khảo sát là 100 điểm phân bố chủ yếu trên trên các vùng đất lúa, hiện trạng đất lúa bao gồm lúa ở các thời kì: Gieo sa, đẻ nhánh, đồng trổ, chín, đang thu hoach, đã thu hoạch (đất trống, đất ngập nước, đồng cỏ), cơ cấu sử dụng chủ yếu là khảo sát các hiện trạng lúa 1 vụ, lúa 2 vụ và lúa 3 vụ.
- Thời vụ canh tác: đa số người dân không nhớ chính xác ngày gieo sạ chỉ cung cấp trong khoảng thời gian nhất định thông thường dao động trong vòng nửa tháng. Thời gian xuống giống của từng vụ như sau: Đông Xuân: tập trung chủ yếu vào khoảng giữa tháng 10; Hè Thu: thời gian xuống giống kéo dài từ tháng 3 đến tháng 5, trong các điểm khảo sát tương đối tập trung vào giữa tháng 3 đến nửa đầu tháng 4; Thu Đông: xuống giống không tập trung cụ thể vào khoảng thời gian nào, không biệt rõ với vụ Hè Thu, có nơi gọi là Hè Thu muộn hay Thu Đông sớm.
3.3.4 Mối quan hệ giữa giá trị NDVI và giai đoạn phát triển của cây lúa
Sự biến động chỉ số khác biệt thực vật của vùng lúa ở các giai đoạn tăng trưởng rất quan trọng. Nó là cơ sở để theo dõi mùa vụ và ước đoán thời gian gieo sạ. Đối với vùng canh tác lúa nước, có ba thời kỳ phân biệt của một mùa vụ lúa: thời kỳ sạ-cấy, thời kỳ tăng trưởng và thời kỳ sau thu hoạch.
Hình 47: Hình ảnh về các giai đoạn phát triển của cây lúa (trước khi sạ (1); giai đoạn sinh trưởng (2); giai đoạn sinh sản (3) và giai đoạn lúa chín(4)
Nguồn : Trần Thị Hiền (2010)
1
3 4
- Thời kỳ sạ-cấy: cánh đồng bị ngập nước với lớp nước dày từ 2 - 15 cm;
- Thời kỳ tăng trưởng: cây lúa phát triển qua ba giai đoạn: giai đoạn sinh trưởng; giai đoạn sinh sản và giai đoạn lúa chín;
- Thời kỳ sau thu hoạch: cánh đồng trơ trụi và khô cằn (trừ khi có mưa).
Chỉ số NDVI của vùng lúa trên ảnh thay đổi bình quân từ 0,1 đến 0,9 theo quy tắc thấp vào đầu vụ, tăng dần và đạt cao nhất vào lúc cây lúa phát triển tốt ở giai đoạn sau khi đẻ nhánh và sau đó giảm dần khi cây lúa bắt đầu chín và sẽ giảm đến mức thấp nhất vào cuối vụ. Thông thường đối với các loại hình sử dụng như: vườn cây ăn quả, rừng,…nói chung là các loại cây lâu năm quan sát cho thấy chỉ số NDVI ổn định và dao động trong khoảng giá trị tương đối cao từ 0,5 đến 1,0.
Hình 48a: Sự phát triển của lúa vụ Đông xuân - Hè Thu và sự biến động chỉ số NDVI
(Nguồn : Trần Thị Hiền, 2010)
Hình 48b. Tương quan giữa sự phát triển của lúa ở vụ Đông xuân và Hè Thu và sự biến động của chỉ số NDVI (Nguồn : Trần Thị Hiền, 2010)
Theo hình ta nhận thấy chỉ số NDVI biến động theo một đồ thị hình Sin, xuất hiện cực đại ở hai thời điểm tương ướng với hai thời kỳ lúa phát triển tốt nhất trong năm tương ứng là vụ lúa Hè Thu, Đông Xuân. Giá trị NDVI cực tiểu cũng xuất hiện vào các thời điểm trong khoảng đang thu hoạch hoặc đã thu hoạch xong, trước thời kỳ gieo sạ.
Căn cứ vào quy luật biến động trên ta có thể theo dõi chính xác được cơ cấu mùa vụ và ước đoán được thời gian xuống giống của những vùng trồng lúa dựa vào biểu đồ thể hiện sự biến động của giá trị NDVI.
3.3.5 Phân loại có kiểm soát
Nghiên cứu phân tích sự biến đổi chỉ số NDVI trong vòng 15 tháng (9/2009 - 12/2010) bằng cách khoanh ROI và biểu thị sự biến đổi này. Do hệ thống mùa vụ ở ĐBSCL rất phức tạp nếu tạo chuỗi ảnh NDVI cho cả 2 năm thì quá trình giải đoán sẽ khó khăn và độ chính xác không cao. Vì vậy, ảnh của từng năm sẽ được xử lý và giải đoán riêng. Theo nguyên tắc phân loại có kiểm soát được quy định trong ENVI thì kích thước của mỗi ROI được khoanh để phân loại phải có tổng số pixel lớn hơn tổng số band của ảnh được phân loại ít nhất là 1 pixel. Cả hai năm 2009 - 2010 có tổng số ảnh chụp ở 60 thời điểm (ảnh MOD09A1, MOD09Q1) và 30 thời điểm (ảnh MOD13A1, MOD13Q1) trong năm tương ứng với 60 band (ảnh MOD09A1, MOD09Q1) và 30 band (MOD13A1, MOD13Q1). Theo nguyên tắc quy định trong ENVI thì các ROI được chọn cho cả hai năm 2009 - 2010 phải có ít nhất 61 pixel (ảnh MOD09A1, MOD09Q1), và 31 pixel (MOD13A1, MOD13Q1). Các vùng mẫu (ROI) được chọn đại diện cho các kiểu sử dụng và các thời điểm xuống giống (đối với lúa) khác nhau.
3.4 Kết quả giải đoán
3.4.1 Cách xác định thời gian xuống giống của các vùng trồng lúa ĐBSCL
Theo quá trình phát triển của cây lúa qua các mùa vụ trong năm, dựa vào biểu đồ ta có thể phân tích được từng giai đoạn phát triển của cây lúa, trình bày ở hình 49, hình 50, hình 51.
Qua các mùa vụ, ta thấy được rằng : để xác định được thời điểm xuống giống ở ĐBSCL của ảnh MODIS dựa vào các giai đoạn phát triển của cây lúa (được chia ra làm 6 giai đoạn) :
- Mạ:0,15 - 20 ngày sau sạ. - Đẻ nhánh: 21-40 ngày sau sạ. - Đòng: 41- 60 ngày sau sạ.
- Trổ : 60 – 70 ngày sau sạ.
- Ngậm sữa (NS) - chín : > 70 - 90 ngày sau sạ. - Thu hoạch: > 90 Ngày sau sạ.
Mỗi giai đoạn phát triển của cây lúa tương ứng với một giá trị NDVI như sau : - Mạ: 0,15 – 0,4. - Đẻ nhánh: 0,4 – 0,7. - Đòng: 0,7 – 1. - Trổ : 1 – 0,8. - Ngậm sữa (NS) - chín : 0,8 – 0,7. - Thu hoạch: 0,7 – 0,4.
Từ các suy luận trên, tiến hành xác định thời gian xuống giống của các cơ cấu mùa vụ ở ĐBSCL năm 2010, thời điểm xuống giống là các ảnh chụp theo chu kỳ (các ảnh MOD09A1, MOD09Q1 là 46 ảnh/năm và các ảnh MOD13A1, MOD13Q1 là 23 ảnh/năm) có chỉ số NDVI là từ 0,15 đến 0,4.
Hình 49: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi NDVI theo thời gian của vụ Đông Xuân sớm
Hình 50: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi NDVI theo thời gian của vụ ĐX chính vụ
NDVI Thời gian Bắt đầu xuống giống Thu hoạch Trổ, đòng Đẻ nhánh Chín NDVI Thời gian Bắt đầu xuống giống Thu hoạch Trổ, đòng Đẻ nhánh Chín
Hình 51: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi NDVI theo thời gian của vụ ĐX muộn
Cơ cấu mùa vụ ở ĐBSCL rất phức tạp, thời gian xuống giống rời rạc khác nhau tuỳ thuộc vào địa hình, tuy nhiên lúc nào cũng có sự hiện diện của cây lúa và các tháng trong năm có diện tích lúa gieo sạ. Cụ thể qua các ảnh chụp được giải đoán trong năm trong năm 2009 - 2010 của ĐBSCL ta xác định được diện tích xuống giống của từng thời điểm chụp ảnh.
3.4.2 Thời gian xuống giống của các vùng trồng lúa ĐBSCL
Cơ cấu mùa vụ ở ĐBSCL rất phức tạp, thời gian xuống giống rời rạc khác nhau tùy vào vùng sinh thái, do đó lúc nào cũng có sự hiện diện của cây lúa và các tháng trong năm đều có nhiều hoặc ít diện tích lúa gieo sạ. Nhìn chung, diện tích xuống giống trong năm tập trung vào các thời điểm chính tương ứng với vụ mùa: Đông Xuân, Xuân Hè (ở vụ này diện tích xuống giống thấp và không còn phổ biến ở ĐBSCL), Hè Thu, Thu Đông và vụ lúa Mùa (lúa mùa có thời gian xuống giống gần trùng với vụ Thu Đông).
Vụ Đông Xuân: Thời gian xuống giống tập trung vào khoảng 17/10/2009 đến 18/01/2010 ở hầu hết các tỉnh.
Vụ Xuân Hè: Xuống giống vào nửa đầu tháng ba tập trung chủ yếu vào ngày 07/3 - 14/3 ở Cần Thơ, Hậu Giang, các huyện Sa Đéc, Thạnh Hưng, Châu Thành, Tháp Mười tỉnh Đồng Tháp, huyện Cai Lậy tỉnh Tiền Giang, rãi rác ở Hậu Giang, Vĩnh Long, huyện Cầu Kè, Càng Long tỉnh Trà Vinh.
Vụ Hè Thu: Năm 2010 diện tích xuống giống cao trong khoảng thời gian từ 23/3 đến 10/6.
Vụ Thu Đông: Thời điểm xuống giống từ 29/7/2010 đến 30/9/2010.
Vụ Mùa: Thời gian cấy vào khoảng từ tháng 8 đến giữa tháng 9 (Mạ đã được gieo NDVI Thời gian Bắt đầu xuống giống Thu hoạch Trổ, đòng Đẻ nhánh Chín
cấy) bằng giống lúa mùa địa phương gọi là mùa đặc sản; có nơi sử dụng giống trung mùa, có nơi lại dùng giống ngắn ngày (90 - 100 ngày) gọi là mùa cao sản và thống kê vào diện tích lúa Thu Đông (Cục trồng trọt, 2006).
Một số cơ cấu và thời điểm xuống giống phổ biến ở ĐBSCL năm 2009 – 2010 ( Tất cả được thể hiện tổng hợp trong phụ lục 8)
Lúa 1 vụ (vụ Mùa)
Vùng lúa một vụ thường được phân bố dọc theo bờ biển từ Long An, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau. Tập trung chủ yếu ở huyện Mỹ Xuyên tỉnh Sóc Trăng; huyện An Minh, An Biên, Vĩnh Thuận tỉnh Kiên Giang; huyện Hồng Dân tỉnh Bạc Liêu; U Minh, Thới Bình tỉnh Cà Mau. Thời gian cấy vào khoảng từ 29/7/2010 đến 14/9/2010 (Mạ đã được gieo sạ từ tháng 6, tháng 7), được trình bày ở hình 52.
Hình 52. Sự biến động giá trị NDVI theo thời gian tại vùng lúa 1 vụ của 4 loại ảnh
Cơ cấu lúa 1 vụ có thể khái quát theo sơ đồ hình 53, và bảng tổng hợp diện tích được trình bày ở bảng 13.
Hình 53: Thời vụ điển hình của vùng trồng lúa 1 vụ năm 2010 ở ĐBSCL Bảng 13: Diện tích (ha) xuống giống lúa vụ mùa (lúa 1 vụ) từ 29/7/2010 đến 14/9/2010
Thời gian Tên ảnh 29/7-13/8 14/8-30/8 30/8-14/9 MOD09A1 25.421 25.372 34.289 MOD09Q1 526.875 601.749 660.824 MOD13A1 34.091 39.618 22.585 Bắt đầu xuống giống Bắt đầu xuống giống
So sánh diện tích xuống giống của lúa 1 vụ (vụ mùa) từ 29/7/2010 đến 14/9/2010 được thể hiện trong các hình 54, 55, 56, 57. Qua kết quả giải đoán độc lập cho thấy sự khác biệt rất lớn về diện tích giữa các loại ảnh.
Hình 54: Bản đồ thời gian xuống giống lúa 1 vụ (ảnh MOD09A1)
Hình 55: Bản đồ thời gian xuống giống lúa 1 vụ (ảnh MOD09Q1)
Hình 56: Bản đồ thời gian xuống giống lúa 1 vụ (ảnh MOD13A1)
Hình 57: Bản đồ thời gian xuống giống lúa 1 vụ (ảnh MOD13Q1)
Lúa 2 vụ
Cơ cấu này phổ biến ở ĐBSCL (vùng nước ngọt và cả vùng nhiễm mặn). Ở những vùng này khi phân tích sự biến động chỉ số NDVI thì nó đạt giá trị cực đại hai lần trong năm vào thời gian những khoảng thời gian khác nhau tùy thuộc vào thời gian xuống giống. Cơ bản có thể chia ra thành cơ cấu điển hình như sau:
- Hè Thu – Thu Đông: Cơ cấu này ít phổ biến ở ĐBSCL chỉ có rãi rác một vài nơi ở những vùng ven biển. Vụ Thu Đông xuống giống vào khoảng giữa tháng 9 năm trước (2009) và kết thúc vào đầu đến cuối tháng 1 năm sau (2010). Sau đó để đất nghỉ trong khoảng thời gian tương đối dài khoảng 3 tháng (do đất nhiễm mặn, không nước tưới) và bắt đầu xuống giống vụ Hè Thu vào cuối tháng tư đến cuối tháng 5. Sau khi kết thúc vụ này thời gian đất nghỉ không lâu sẽ bắt đầu lại vụ mới của năm 2011. Được phân bố ở Giá Rai - Bạc Liêu; Thạnh Trị, Mỹ Xuyên, Long Phú – Sóc Trăng, có thể khái quát theo biểu đồ hình 58 và bảng 14,15.
Hình 58: Sự biến động giá trị NDVI theo thời gian tại vùng lúa 2 vụ (HT–TĐ) của 4 loại ảnh
Qua biểu đồ ta thấy đường biểu diễn chỉ số NDVI của 4 loại ảnh cùng 1 vị trí trên ảnh, có đường biểu diễn lúa 2 vụ Hè Thu – Thu Đông của ảnh MOD13Q1 và MOD13A1 là tương đối đồng nhất, còn các đường khác do bị nhiễu bởi thời tiết như mây, mưa, độ ẩm không khí v.v…
Bảng 14: Diện tích (ha) xuống giống vụ Thu Đông (lúa 2 vụ) từ 13/9 đến 16/10/2009 Thời gian Tên ảnh 13/9-30/9 01/10-16/10 MOD09A1 953 2.211 MOD09Q1 2.793 4.565 MOD13A1 1.331 50 MOD13Q1 5.519 621
So sánh diện tích xuống giống vụ Thu Đông (lúa 2 vụ) từ 29/7/2010 đến 14/9/2010 được thể hiện trong các hình 59, 60, 61, 62.
Bắt đầu xuống giống Bắt đầu xuống giống Bắt đầu xuống giống
Hình 59: Bản đồ thời gian xuống giống vụ Thu Đông - lúa 2 vụ (ảnh MOD09A1)
Hình 60: Bản đồ thời gian xuống giống vụ Thu Đông - lúa 2 vụ (ảnh MOD09Q1)
Hình 61: Bản đồ thời gian xuống giống vụ Thu Đông - lúa 2 vụ (ảnh MOD13A1)
Hình 62: Bản đồ thời gian xuống giống vụ Thu Đông - lúa 2 vụ (ảnh MOD13Q1)