Trong những năm vừa qua Việt Nam ngày càng chịu ảnh hưởng nặng nề
bởi biến đổi khí hậu, hàng năm chịu nhiều ảnh hưởng của thiên tai, bão lũ; ảnh hưởng đến đời sống và hoạt động sản xuất nông nghiệp của nhân dân. Trước tình hình đó công tác dự báo và quản lý thiên tai đóng vai trò quan trọng trong giảm thiểu thiệt hại. Và hiện tại vệ tinh của Việt Nam mới đáp ứng phần nào nhu cầu phục vụ phát triển kinh tế, thương mại. Bởi vậy, ngành nông nghiệp đã và đang tiếp cận nhiều với các công nghệ phân tích ảnh viễn thám. Đến nay, từ những ảnh viễn thám do nước ngoài và Việt Nam cung cấp kết hợp với công nghệ GIS đã
ứng dụng vào công tác theo dõi, quản lý, bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường, đặc biệt là tài nguyên rừng.
Từ năm 1979 ảnh vệ tinh được bắt đầu sử dụng trong việc xây dựng bản đồ
hiện trạng rừng và trở thành một công cụ quan trọng trong điều tra quy hoạch và thiết kế kinh doanh rừng. Ảnh vệ tinh Landsat TM được sử dụng rất nhiều trong xây dựng các bản đồ rừng cấp vùng và toàn quốc (1985 -1990). Trong Chương trình “Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc, giai
đoạn 1991-1995”, nghiên cứu biến động rừng ngập mặn trong 20 năm ở Minh Hải, dự án Mê Công “Theo dõi, đánh giá biến động lớp phủ rừng” (Forest Cover Monitoring).
Ảnh vệ tinh Landsat ETM+ được sử dụng trong Chương trình “Điều tra,
đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc, giai đoạn 2001-2005”
để lập bản đồ rừng và sử dụng đất cho 64 tỉnh, thành phố hoàn toàn bằng công nghệ xử lý ảnh số.
Ảnh vệ tinh SPOT được sử dụng trong các Chương trình “Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc, giai đoạn 1996-2000” để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất cấp tỉnh tỷ lệ 1:100.000, dự án phục
hồi rừng ngập mặn Cà Mau, dự án “Phát triển hệ thống thông tin rừng nhiệt đới - Information System Development Project for Tropical Forests”.
Ảnh vệ tinh độ phân giải cao Quickbird (độ phân giải không gian 0,61m), SPOT5 (độ phân giải 2,5m) được sử dụng trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất tỷ lệ 1:10.000 cho 2 lâm trường M’drac và Nam Nung (2004-2005), các xã vùng đệm thuộc dự án Bảo vệ và Phát triển những vùng đất ngập nước ven biển miền Nam Việt Nam do WB tài trợ (2005).
Năm 2013 - 2014, đã ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS lập bản đồ
hiện trạng nuôi trồng thủy sản miền Bắc nước ta và đánh giá tác động của biến
đổi khí hậu đến nuôi trồng thủy sản.
Cho đến nay, ảnh viễn thám đã được nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng để
thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất phủ trùm các vùng lãnh thổ khác nhau, từ
khu vực nhỏđến tỉnh, vùng và toàn quốc. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các vùng như Tây Nguyên, Đồng bằng sông Cửu Long, Đồng bằng sông Hồng,…
được thành lập trong khuôn khổ các chương trình điều tra tổng hợp, đều đã sử
dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính. Những bản đồ này được thành lập trong những năm 1989, 1990 và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và điều tra cơ bản thực hiện. Bản đồđược thành lập chủ yếu ở tỉ lệ 1: 250 000.
Bên cạnh đó Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cũng đã lập báo cáo kỹ thuật đánh giá khả năng ứng dụng của tư liệu vệ tinh VNREDSat - 1 trong các lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp, quản lý tài nguyên thiên nhiên và cảnh báo thiên tai.
Năm 2011, Ngô Thế Ân đã nghiên cứu ứng dụng mô hình tác tố (Agent – based) nhằm mô phỏng tác động của chính sách đến biến động sử dụng đất tại bản Bình Sơn, xã Tà Cạ, huyện Kỳ Sơn, tỉnh Nghệ An. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng mô hình tác tố phù hợp cho việc mô phỏng tác động của chính sách đến biến
động sử dụng đất.
Để đánh giá tác động của các yếu tố tự nhiên và kinh tế, xã hội đến biến
động sử dụng đất lưu vực Suối Muội, huyện Thuận Châu, tỉnh Sơn La, tác giả Vũ
Kim Chi (2009), đã sử dụng dữ liệu ảnh máy bay kết hợp với phân tích thống kê. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tại lưu vực Suối Muội yếu tốảnh hưởng đến biến
khu dân cư và dân tộc. Một công trình nghiên cứu khác về biến động sử dụng đất và mối quan hệ với lao động công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp huyện Chương Mỹ, thành phố Hà Nội bằng phương pháp thống kê không gian được thực hiện bởi Đinh Thị Bảo Hoa và Phú Thị Hồng (2013).
Một sốứng dụng của viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động đất đai
ở nước ta:
+ Nghiên cứu biến động và đề xuất giải pháp quản lý sử dụng đất hợp lý huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh (Nguyễn Thị Thu Hiền, 2015).
+ Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong quy hoạch sử dụng đất rừng tại thượng nguồn lưu vực sông Cả, tỉnh Nghệ An (Phạm Tiến Đạt và cs, 2009).
+ Nghiên cứu sử dụng viễn thám (RS) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá xói mòn đất huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ (Trần Quốc Vinh, 2012).
+ Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ
hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An tỷ lệ
1:25000 (Phan Sỹ Việt, 2012).
+ Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý GIS lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:10.000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh (Mai Văn Thanh, 2012).
Như vậy, viễn thám và GIS đã và đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong hầu hết tất cả các lĩnh vực về quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên của Việt Nam, đặc biệt trong nghiên cứu biến động đất đai. Trong thời gian tới, viễn thám và GIS sẽ là một công cụ chủ đạo giám sát nguồn tài nguyên trong công cuộc hiện đại hoá nước nhà.
PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Trong phạm vi địa giới hành chính huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh.
3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Năm 2010 và năm 2015.
3.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
- Các loại hình sử dụng đất chính trên địa bàn huyện Gia Bình.
- Tư liệu ảnh vệ tinh SPOT5 năm 2010 và ảnh vệ tinh SPOT6 năm 2015. - Các phần mềm xử lý dữ liệu ENVI, ArcGIS…..
3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.4.1. Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, tình hình quản lý đất
đai của huyện Gia Bình
- Điều kiện tự nhiên: vị trí địa lý; địa hình, địa mạo; khí hậu, thủy văn; tài nguyên thiên nhiên, cảnh quan và môi trường, đánh giá chung về điều kiện tự
nhiên của huyện.
- Điều kiện kinh tế, xã hội: khái quát về thực trạng phát triển kinh tế, xã hội; dân số, lao động; thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng; nhận xét chung về thực trạng phát triển kinh tế - xã hội của huyện.
- Tình hình quản lý, sử dụng đất của huyện: thực trạng quản lý và sử dụng
đất của huyện. Phân tích, đánh giá đưa ra những hạn chế, tồn tại.
3.4.2. Xây dựng bản đồ sử dụng đất ở các thời điểm năm 2010, 2015 huyện Gia Bình huyện Gia Bình
- Tăng cường chất lượng ảnh; - Hiệu chỉnh hình học ảnh;
- Xây dựng tệp mẫu các loại hình sử dụng đất và đánh giá độ tin cậy tệp mẫu; - Giải đoán ảnh vệ tinh, thành lập bản đồ sử dụng đất hai thời điểm năm 2010 và năm 2015;
- Đánh giá độ chính xác bản đồ.
3.4.3. Đánh giá biến động đất đai giai đoạn 2010 -2015 huyện Gia Bình
- Xây dựng bản đồ biến động và đánh giá biến động đất đai giai đoạn 2010 – 2015.
3.4.4. Đánh giá khả năng ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý trong nghiên cứu biến động đất đai trong nghiên cứu biến động đất đai
3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.5.1. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu thứ cấp
- Điều tra thu thập các thông tin, tài liệu, số liệu vềđiều kiện tự nhiên, về
thực trạng phát triển kinh tế - xã hội, hiện trạng sử dụng đất qua các năm 2010
đến 2015.
- Tình hình quản lý đất đaj khu vực nghjên cứu.
- Thu thập tài liệu, số liệu có sẵn như bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010, 2015 khu vực nghiên cứu.
- Thu thập ảnh vệ tinh: Trong phạm vi đề tài, dữ liệu ảnh được sử dụng là
ảnh SPOT5), ảnh chụp năm 2010, độ phân giải 10m (đa phổ) và 2.5 m (PAN) và
ảnh SPOT6), ảnh chụp năm 2015, độ phân giải 6m (đa phổ).
- Các tàj ljệu sổ sách có ljên quan phục vụ cho nghjên cứu của đề tàj.
3.5.2. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu sơ cấp
- Dựa vào phạm vi nghiên cứu của đề tài, tiến hành khảo sát thực địa bằng GPS cầm tay 154 mẫu trong đó 70 mẫu phục vụ xây dựng tệp mẫu ảnh và 84 mẫu phục vụđánh giá độ chính xác bản đồ.
- Phỏng vấn cán bộđịa chính, hộ gia đình sử dụng đất để tìm hiểu tình hình sử dụng đất, thời vụ... phục vụ giải đoán ảnh.
3.5.3. Phương pháp đánh giá biến động đất đai
Sử dụng phương pháp đánh giá biến động sau phân loại ảnh vệ tinh. Giải
đoán ảnh vệ tinh ở hai thời điểm năm 2010 và 2015 để thành lập bản đồ sử dụng
đất năm 2010 và 2015. Sử dụng các chức năng trong phần mềm ArcGIS chồng xếp Ảnh VT 2015 Ảnh VT 2010 Bản đồ biến động giai đoạn 2010-2015 Phân loại Bản đồ SDĐ năm 2010 Bản đồ SDĐ năm 2015 Phân loại Chồng xếp
bản đồ sử dụng đất tại hai thời điểm để xây dựng bản đồ biến động đất đai giai đoạn 2010 – 2015.
3.5.4. Phương pháp xây dựng bản đồ sử dụng đất bằng phần mềm Envi
Xây dựng bản đồ sử dụng đất theo sơđồ sau:
3.5.4.1. Nhập ảnh và tăng cường chất lượng ảnh sử dụng phần mềm ENVI
- Phương pháp cộng gộp kênh ảnh: Cộng gộp các ảnh đơn kênh thành dữ
liệu đa phổ; Biên tập bản đồ sử dụng đất (năm 2010 và 2015) Tư liệu viễn thám (năm 2010 và 2015) Bản đồ, Số liệu điều tra thực địa bằng GPS
Chuyển ảnh phân loại sang dạng vector Đánh giá ĐCX ảnh phân loại Nhập ảnh và tăng cường chất lượng ảnh Hiệu chỉnh hình học Cắt ảnh theo địa giới hành chính huyện Gia Bình Phân loại ảnh Chọn vùng mẫu Đánh giá độ tin cậy tệp mẫu Đạt Không đạt Đạt Không đạt
- Phương pháp tăng cường chất lượng ảnh: lựa chọn phương pháp Equalization - Cân bằng: phương pháp này sẽ kéo giãn cân bằng đồ thị của dữ
liệu được hiển thị.
3.5.4.2. Xây dựng tệp mẫu bằng phần mềm ENVI
Sử dụng thiết bị GPS cầm tay để lấy mẫu các loại hình sử dụng đất ngoài thực địa phục vụ xây dựng tệp mẫu, lựa chọn, khoanh vùng mẫu đặc trưng cho từng loại hình sử dụng đất.
3.5.4.3. Đánh giá độ tin cậy tệp mẫu
Sử dụng phương pháp Separability để đánh giá sự khác biệt giữa các tệp mẫu, mỗi mẫu sẽđược so sánh lần lượt với các mẫu còn lại.
- Các cặp giá trị nằm trong khoảng từ 1,9 đến 2.0 chứng tỏ các mẫu đã được chọn có sự khác biệt tốt.
- Các cặp giá trị từ 1 - 1,9 thì có sự nhầm lẫn giữa các mẫu.
- Các cặp giá trị < 1 thì hai mẫu gần giống nhau nên gộp chung lại thành một loại.
3.5.4.4. Phân loại ảnh
Sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định theo thuật toán xác suất cực đại (Maximum Likelihood). Phương pháp này hoạt động theo nguyên tắc sau khi xác
định được hàm phân bố mật độ xác suất của mỗi lớp, đối với mỗi điểm ảnh tính xác suất mà nó có thể thuộc vào từng lớp và phân loại về lớp có xác suất cao nhất. Đây là phương pháp phân loại chính xác nhưng lại mất nhiều thời gian tính toán và phụ thuộc sự phân bố chuẩn của dữ liệu.
3.5.4.5 Đánh giá độ chính xác ảnh phân loại
Dựa theo kết quảđiều tra thực địa từ GPS cầm tay để đánh giá độ chính xác phân loại ảnh sử dụng hệ số kappa (κ) đểđánh giá.
Do ảnh vệ tịnh chụp tại thời điểm năm 2010 và năm 2015 và điều tra thực
địa bằng GPS cầm tay thời điểm năm 2016, nên trước khi đi kiểm tra thực địa phải đánh dấu các vị trí cần kiểm tra ở những nơi không có biến động về sử dụng
đất, nghi ngờ sai loại đất kết hợp với việc phỏng vấn cán bộ địa chính, hộ gia
đình sử dụng đất để tìm hiểu tình hình sử dụng đất, thời vụ ... phục vụ giải đoán
ảnh tại hai thời điểm ảnh năm 2010 và năm 2015.
Độ chính xác bản đồ không những phụ thuộc vào độ chính xác các vùng mẫu mà còn phụ thuộc vào mật độ và sự phân bố các ô mẫu. Độ chính xác của
các mẫu giám định và của ảnh phân loại được thể hiện bằng ma trận sai số. Ma trận này thể hiện sai số nhầm lẫn sang lớp khác (được thể hiện theo cột) và sai số
do bỏ sót của lớp mẫu (được thể hiện theo hàng). Để đánh giá tính chất của các sai sót phạm phải trong quá trình phân loại người ta dựa vào chỉ số Kappa, chỉ số
này nằm trong phạm vi từ 0 đến 1 và biểu thị sự giảm theo tỷ lệ về sai số được thực hiện bằng một yếu tố phân loại hoàn toàn ngẫu nhiên. Hệ số Kappa được tính theo công thức: Trong đó: N: Tổng sốđiểm lấy mẫu ngoài thực địa r: Số loại hình sử dụng đất phân loại xii: Sốđiểm đúng của loại hình sử dụng đất thứ i xi+: Tổng sốđiểm của loại hình sử dụng đất thứ i của mẫu x+i: Tổng sốđiểm của loại hình sử dụng đất thứ i sau phân loại Nếu κ ≥0,8kết quả phân loại tốt, nếu 0,4≤κ ≤0,8 kết quả phân loại đạt và nếu κ <0,4 kết quả phân loại không đạt. 3.5.4.6. Phương pháp biên tập bản đồ sử dụng đất
Sử dụng phần mềm ArcGIS biên tập bản đồ sử dụng đất từ bản đồ giải đoán
ảnh ở hai thời điểm năm 2010 và 2015.
3.5.5. Phương pháp phân tích, đánh giá
Từ kết quả nghiên cứu, đánh giá biến động đất đai và đưa ra các nhận xét về
phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động đất đai huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh.
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI HUYỆN GIA BÌNH, TỈNH BẮC NINH TỈNH BẮC NINH
4.1.1. Điều kiện tự nhiên
4.1.1.1. Vị trí địa lý
Hình 4.1. Sơđồ vị trí huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh
Gia Bình là một huyện thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ, cách trung tâm thành phố Bắc Ninh 25 km về phía Tây Bắc, cách thủ đô Hà Nội 35 km về phía Tây Nam. Địa giới hành chính bao gồm:
- Phía Bắc giáp huyện Quế Võ, giới hạn bởi sông Đuống. - Phía Nam giáp huyện Lương Tài.
- Phía Đông giáp huyện Chí Linh, tỉnh Hải Dương, giới hạn bởi sông Thái Bình. - Phía Tây giáp huyện Thuận Thành.
Tọa độ địa lý: 21001’14” đến 21006’51” vĩ độ Bắc 106007’43” đến 106018’22” kinh độĐông
Huyện Gia Bình, tỉnh Bắc Ninh có 14 đơn vị hành chính bao gồm 1 thị trấn (thị trấn Gia Bình) và 13 xã: Vạn Ninh, Thái Bảo, Giang Sơn, Cao Đức, Đại Lai,
Song Giang, Bình Dương, Lãng Ngâm, Nhân Thắng, Xuân Lai, Đông Cứu, Đại Bái, Quỳnh Phú. Tổng diện tích tự nhiên toàn huyện là 10.758,67 ha, chiếm 13,10 % diện tích tự nhiên toàn tỉnh.
Với vị trí như trên, huyện Gia Bình có những thuận lợi cho sự phát triển kinh tế - xã hội, giao lưu kinh tế, văn hoá và tiêu thụ sản phẩm.
4.1.1.2. Địa hình, địa chất
a. Địa hình
Địa hình huyện Gia Bình thuộc vùng đồng bằng, khá bằng phẳng, có một vài núi nhỏ thuộc xã Lãng Ngâm, Giang Sơn và xã Đông Cứu. Huyện được bao