Tình hình ứng dụng ảnh viễn thám và công nghệ GIS trong quản lý tài nguyên ở một số nước trên thế giới và Việt Nam

2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.3. Tình hình ứng dụng ảnh viễn thám và công nghệ GIS trong quản lý tài nguyên ở một số nước trên thế giới và Việt Nam

2.3.1. Tình hình ứng dụng ảnh viễn thám và công nghệ GIS trong quản lý ủất ủai ở một số nước trờn thế giới

Việc nghiờn cứu biến ủộng và thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất ủó ủược thực hiện ở nhiều quốc gia. Trong ủú phương phỏp ủược sử dụng hiệu quả nhất là kết hợp tư liệu ảnh viễn thám và GIS.

* Malaysia

Ở Malaysia, ủể thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất của huyện Rawang tỉnh Selangor, Trung tõm viễn thỏm Kalaysian ủó sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat TM chụp năm 1988 và năm 1995 trên khu vực nghiên cứu rộng 441km2.

Ảnh chụp năm 1988 ủược nắn chỉnh hỡnh học theo bản ủồ ủịa hỡnh, sau ủú ảnh chụp năm 1995 ủược nắn theo ảnh năm 1988 theo phương phỏp nắn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 12 ảnh về ảnh với sai số trung phương nhỏ hơn 0,5 pixel.

Sử dụng tất cả cỏc kờnh ủể tổ hợp màu giả. Dựng phương phỏp phõn loại trực tiếp ảnh ủa thời gian và thành lập bản ủồ lớp phủ. ðể tỡm ra thụng tin về sử dụng ủất từ cỏc lớp phủ, tỏc giả ủó kết hợp với dữ liệu bản ủồ và cỏc tri thức cơ sở sau ủú biểu diễn chỳng theo ủỳng quy phạm. Cuối cựng kết hợp bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất, cỏc hiểu biết về lớp phủ thực vật ủể thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất.

* Iran

Ở Iran, việc nghiờn cứu biến ủộng sử dụng ủất bằng tư liệu viễn thỏm ủược ỏp dụng ngay từ những năm 90 của thế kỷ trước. Năm 1996 ủó thành lập ủược bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất của tỉnh Gillan bằng tư liệu viễn thỏm.

Bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất của thành phố Mashhad ủược thành lập bằng tư liệu ảnh Landsat theo phương pháp phân loại Fuzzy.

Một tỏc giả ở trường ðại học Zanjan ủó kết hợp kỹ thuật viễn thỏm và cụng nghệ GIS ủể thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất của thành phố Bonab và Maraghen. Dựa trờn tư liệu thu thập ủược là ảnh vệ tinh Landsat năm 1989 và năm 1998, bản ủồ ủịa hỡnh tỷ lệ 1:25.000 và 1:50.000 khu vực nghiờn cứu. Trước tiờn hai ảnh vệ tinh ủược nắn chỉnh hỡnh học theo bản ủồ ủịa hỡnh. Tiến hành phõn loại ủộc lập hai ảnh ủú ủể thành lập bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất năm 1989 và 1998. Sau ủú sử dụng chức năng của phần mềm GIS ủể xỏc ủịnh biến ủộng và thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất.

* Hy Lạp

Ở Hy Lạp, việc thành lập bản ủồ biến ủộng lớp phủ và bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất tỷ lệ lớn từ tư liệu ảnh viễn thỏm ủó ủược nghiờn cứu thực nghiệm trờn khu vực ủảo Lesvos thuộc vựng biển ðịa Trung Hải. Khu vực nghiờn cứu rộng 163000ha, tư liệu ảnh thu thập ủược gồm 6 thời ủiểm kộo dài trong 27 năm. Gồm ảnh Landsat MSS 1975, TM 1987, TM 1995, TM 1999, ETM 2000, ETM 2001.

Cỏc ảnh vệ tinh ủược phõn loại ủộc lập theo phương phỏp xỏc suất cực

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 13 ủại dựa trờn cỏc vựng mẫu ủược lựa chọn từ số liệu mặt ủất, từ ảnh hàng khụng và ảnh vệ tinh ủộ phõn giải cao như Ikonos, Quickbird.

Dữ liệu ảnh sau phõn loại ủược xử lý dựa trờn mạng xỏc suất ủiều kiện gồm cỏc nỳt thể hiện sự thay ủổi ngẫu nhiờn và cỏc cạnh thể hiện sự phụ thuộc vào cỏc ủiều kiện giả ủịnh. Sau ủú sử dụng phương phỏp so sỏnh ủể thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất ở cỏc thời ủiểm từ mạng ủú. Khi ủú ủộ chớnh xỏc của bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất phụ thuộc vào ủộ chớnh xỏc của ảnh sau nắn chỉnh, ủộ chớnh xỏc phõn loại và ủộ chớnh xỏc của bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất.

* Thái Lan

ðể nghiờn cứu ảnh hưởng của cỏc hoạt ủộng con người ủến sự thay ủổi sử dụng ủất và lớp phủ thực vật, cỏc nhà nghiờn cứu ủó chọn thực nghiệm 5 vùng nghiên cứu trên toàn bộ lãnh thổ phía Bắc (huyện Mae Chaem thành phố Chiang Mai), phía Tây (Kanchanaburi), phía Nam (The Ao Sawi Area), phắa đông (The Eastern Sea Board) phắa đông Bắc (Phusithan, Sakol Nakorn-Nakorn Phanom).

Tư liệu nghiên cứu là ảnh vệ tinh Landsat năm 1990, 1999. Phương phỏp nghiờn cứu là phương phỏp ủược sử dụng rộng rói. ðầu tiờn tiến hành phõn loại ủộc lập hai ảnh vệ tinh sau ủú sử dụng chức năng phõn tớch khụng gian của GIS ủể tớnh toỏn biến ủộng và thành lập bản ủồ biến ủộng.

* Belarus

Quỏ trỡnh ủụ thị húa dẫn ủến sự thay ủổi nhanh chúng của lớp phủ thực vật và sử dụng ủất. ðể xỏc ủịnh thay ủổi sử dụng ủất ủụ thị và vựng ngoại ụ của hai thành phố Polost và Novopolost, người ta ủó sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh SPOT.

Tư liệu viễn thám của khu vực nghiên cứu là ảnh SPOT 3 chụp ngày 24/6/1994 ủộ phõn giải 20m (kờnh toàn sắc 10m) và ảnh SPOT 5 chụp ngày 19/6/2002 ủộ phõn giải 10m. Cỏc ảnh ủược nắn chỉnh hỡnh học về lưới chiếu UTM-84. Các kết quả phân tích thực hiện bằng phần mềm PCI Geomatic.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 14 Nghiờn cứu ủược thực hiện theo hai phương phỏp ủú là phương phỏp phõn loại ảnh ủa thời gian và phương phỏp so sỏnh sau phõn loại.

Ảnh ủa thời gian năm 1999-2002 ủược tạo ra trờn 3 kờnh ảnh XS1, XS2, XS3. Ảnh năm 2002 ủược tỏi chia mẫu theo phương phỏp người lỏng giếng gần nhất ủể cú cựng ủộ phõn giải với ảnh năm 1994. Và dựng phộp biến ủổi histogram ủể chuyển từ hệ RGB sang hệ HIS. Phương phỏp này khụng cần hiệu chỉnh khí quyển nhưng cần thận trọng trong quá trình lựa chọn vùng biến ủộng và khụng biến ủộng.

ðối với phương phỏp so sỏnh sau phõn loại tỏc giả ủó phõn loại bằng nhiều phương phỏp khỏc nhau ủể chọn ra phương phỏp cú ủộ chớnh xỏc cao nhất như phõn loại khụng kiểm ủịnh, phõn loại cú kiểm ủịnh theo xỏc suất cực ủại, phương phỏp sử dụng trớ tuệ nhõn tạo.

Kết quả thực nghiệm ủạt ủược như sau:

- Phương phỏp thứ nhất: Cú ba ảnh khỏc nhau ủược tạo ra từ ba kờnh ảnh, tuy nhiờn bản ủồ biến ủộng cuối cựng ủược tạo ra từ hai kờnh XS1 và XS2. Ảnh của kênh XS3 tương tự như kênh XS2. Giá trị của các pixel biến ủộng ủược thể hiện ở biờn của biểu ủồ phõn bố, giỏ trị pixel khụng thay ủổi dao ủộng xung quanh giỏ trị trung bỡnh. ðộ chớnh xỏc của lớp thay ủổi tương ủối thấp chỉ ủạt 64,3%, ủộ chớnh xỏc vựng khụng thay ủổi ủạt 94,8%, ủộ chính xác toàn bộ 85,8%, hệ số Kappa 0,63.

- Phương phỏp thứ hai: Ba phương phỏp phõn loại ủược thực hiện trờn ảnh 1994 và 2002, ủộ chớnh xỏc toàn bộ từ 75% ủến 86,3%. Phương phỏp phõn loại cú kiểm ủịnh theo xỏc suất cực ủại và phương phỏp trớ tuệ nhõn tạo ủạt ủộ chớnh xỏc từ 83,1% ủến 86,3%. Tuy nhiờn, ma trận sai số ủược tạo ra cho thấy kết quả ủộ chớnh xỏc toàn bộ của bản ủồ biến ủộng tương ứng là 71% và 69%, thấp hơn so với phương phỏp phõn loại trực tiếp từ ảnh ủa thời gian.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 15 Sự nhầm lẫn giữa cỏc lớp phõn loại như ủất nụng nghiệp và ủất trồng cỏ, ủất xõy dựng và ủất giao thụng là nguyờn nhõn dẫn ủến sai sút trong kết quả phõn loại, do ủú ảnh hưởng ủến kết quả biến ủộng [4].

2.3.2. Ứng dụng công nghệ viễn thám tích hợp với GIS trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên ở Việt Nam

* Sử dụng ảnh vệ tinh ủể ủiều tra, giỏm sỏt tài nguyờn ủất

Núi ủến tài nguyờn ủất cần ủề cập ủến hai khớa cạnh: Lớp phủ thổ nhưỡng và tỡnh hỡnh sử dụng ủất. ðể ủiều tra, giỏm sỏt hai khớa cạnh này, ở những mức ủộ khỏc nhau, ủều cú thể ứng dụng cụng nghệ viễn thỏm.

Cho ủến nay, ảnh vệ tinh ủó ủược nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng ủể thành lập bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất. Những bản ủồ này phủ trựm cỏc vựng lónh thổ khỏc nhau, từ khu vực hẹp ủến tỉnh, vựng và toàn quốc.

Bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất toàn quốc năm 1990 tỉ lệ 1: 1 000 000 ủược thành lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong ủú ảnh vệ tinh Landsat - TM. Bản ủồ này do Tổng cục Quản lý Ruộng ủất (nay thuộc Bộ Tài nguyờn và Mụi trường), cựng một số cỏc cơ quan khỏc thực hiện. Bờn cạnh ủú, năm 1993 Tổng cục Quản lý Ruộng ủất, Cục ðo ủạc và Bản ủồ Nhà nước (nay thuộc Bộ Tài nguyờn và Mụi trường), Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện ðiều tra Quy hoạch rừng, Viện Thiết kế và Quy hoạch Nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phỏt triển Nụng thụn) ủó thành lập bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất toàn quốc tỉ lệ 1:

250 000 bằng ảnh Landsat - TM.

Bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất của cỏc vựng như Tõy Nguyờn, ðồng bằng sụng Cửu Long, ðồng bằng sụng Hồng,… ủược thành lập trong khuụn khổ cỏc chương trỡnh ủiều tra tổng hợp, ủều ủó sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chớnh. Những bản ủồ này ủược thành lập trong những năm 1989, 1990 của thế kỉ trước và do cỏc cơ quan nghiờn cứu khoa học và ủiều tra cơ bản thực hiện. Bản ủồ ủược thành lập chủ yếu ở tỉ lệ 1: 250 000.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 16 Bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất cấp tỉnh và cỏc khu vực hẹp hơn của một số ủịa phương cũng ủược thành lập bằng ảnh vệ tinh. Những bản ủồ này thường ủược thành lập ở cỏc tỉ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) ủến 1: 25 000 (khu vực cụ thể) và do các Viện thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp, Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Mụi trường và một số Trường ðại học thực hiện trong khuụn khổ cỏc ủề tài nghiên cứu và các dự án.

Nhằm ủưa cụng nghệ viễn thỏm về cỏc Sở Tài nguyờn và Mụi trường, phục vụ cụng tỏc quản lý tài nguyờn ủất vào dịp tổng kiểm kờ ủất năm 2000 Trung tõm Viễn thỏm ủó cú những cố gắng ban ủầu ủể một số Sở tiếp cận với cụng nghệ viễn thỏm, ủó xõy dựng quy trỡnh thành lập bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất bằng ảnh vệ tinh và tiến hành thử nghiệm ở một số ủịa phương. Trung tõm Viễn thỏm ủó thành lập bỡnh ủồ ảnh vũ trụ tỷ lệ 1: 10 000 phục vụ kiểm kờ ủất ủai của 13 tỉnh trong ủợt kiểm kờ ủất năm 2005.

Như vậy, cho ủến nay nhiều cơ quan ở nước ta ủó sử dụng ảnh vệ tinh ủể thành lập bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất nhằm phục vụ cỏc mục ủớch khỏc nhau.

Kế hoạch sử dụng ảnh vệ tinh ủể ủiều tra, thành lập bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất một cỏch hệ thống theo quy ủịnh của tổng kiểm kờ ủất thuộc ngành ủịa chớnh cũng như ủể giỏm sỏt và cập nhật biến ủộng về sử dụng ủất ủai một cỏch liờn tục theo cỏc chu kỡ ngắn hạn, ủang ủược Trung tõm Viễn thỏm - Bộ Tài nguyờn và Mụi trường nghiờn cứu ủưa vào thực hiện trong thời gian tới.

Về mặt thổ nhưỡng, ảnh vệ tinh cú thể ủược sử dụng trong cụng tỏc ủiều tra, thành lập bản ủồ thổ nhưỡng, nghiờn cứu, giỏm sỏt quỏ trỡnh suy thoỏi ủất do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra như xói mòn, nhiễm mặn, cát lấn,… ở nước ta, ảnh vệ tinh mới ủược sử dụng như tài liệu hỗ trợ ủể thành lập một số bản ủồ thổ nhưỡng như bản ủồ thổ nhưỡng Tõy Nguyờn tỉ lệ 1: 250 000, bản ủồ thổ nhưỡng ủồng bằng sụng Cửu Long tỉ lệ 1: 250 000 thuộc cỏc chương trỡnh ủiều tra tổng hợp cỏc vựng này. Bờn cạnh ủú, một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh và

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 17 GIS ủể thành lập bản ủồ xúi mũn ủất ở tỉ lệ nhỏ cũng ủó ủược thực hiện. Như vậy, kết quả sử dụng ảnh vệ tinh ủể ủiều tra, giỏm sỏt lớp phủ thổ nhưỡng ở nước ta ủó ủược ỏp dụng tuy vậy cũn ớt.

* Sử dụng ảnh vệ tinh ủể ủiều tra, giỏm sỏt tài nguyờn nước

Từ gúc ủộ chức năng và nhiệm vụ của Bộ Tài nguyờn và Mụi trường, khỏi niệm tài nguyờn nước bao hàm nước mặt và nước ngầm. ðể phục vụ cỏc mục ủớch quản lớ và khai thỏc tài nguyờn nước phải ủiều tra và giỏm sỏt sự phõn bố cỏc ủối tượng thủy văn và các nguồn nước ngầm, khối lượng và chất lượng cũng như diễn biến theo mùa, theo thời gian của chúng, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan như lũ lụt, nhiễm mặn, biến ủộng lũng sụng, lũng hồ,…

Ngày nay, ảnh vệ tinh cú thể ủem lại nhiều thụng tin trực tiếp và giỏn tiếp về các nguồn nước mặt cũng như nước ngầm. Các thông tin về chất lượng nước và về nước ngầm cũng cần ủược nghiờn cứu ỏp dụng, khai thỏc từ ảnh vệ tinh.

Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh ủể ủiều tra, giỏm sỏt tài nguyờn nước là một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất.

Ảnh vệ tinh ủược sử dụng chuyờn cho mục ủớch kiểm kờ cỏc nguồn nước mặt, qua cụng tỏc hiện chỉnh bản ủồ ủịa hỡnh, ảnh vệ tinh là tài liệu chớnh dựng ủể cập nhật mạng lưới thủy văn bao gồm sông, suối, kênh mương, các hồ chứa nước và hồ, ủầm, ao. ảnh vệ tinh ủó ủược một số cơ quan sử dụng ủể khảo sỏt, thành lập bản ủồ biến ủộng lũng sụng ở cỏc tỉ lệ khỏc nhau, từ 1: 100 000 ủến 1: 25 000 cho hệ thống sông Cửu Long, một số sông ở miền Trung và sông Hồng. Phần lớn những bản ủồ này do Trung tõm Viễn thỏm - Bộ Tài nguyờn và Mụi trường lập.

Ngoài ra, ảnh vệ tinh ủó ủược một số ủơn vị thuộc Trung tõm Khoa học tự nhiờn và Công nghệ Quốc gia và Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường sử dụng ủể thành lập bản ủồ ngập lụt ủồng bằng sụng Cửu Long và một số tỉnh miền Trung. ảnh vệ tinh hiện nay cú khả năng sử dụng ủể ủiều tra giỏm sỏt chất lượng nước như ủộ mặn, mức ủộ ụ nhiễm do chất thải cụng nghiệp và ủể ủiều tra, quản lí tổng hợp các lưu vực sông.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 18 Về mặt nước ngầm, cỏc nhà ủịa chất - thuỷ văn ủó tiến hành một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với cỏc phương phỏp truyền thống ủể ủiều tra, thành lập bản ủồ nước ngầm. Một trong những cụng trỡnh ủầu tiờn về mặt này ở nước ta là bản ủồ nước ngầm Tõy Nguyờn tỉ lệ 1: 250 000 ủược thành lập trong khuụn khổ chương trỡnh ủiều tra tổng hợp vựng Tõy Nguyờn.

* Sử dụng ảnh vệ tinh ủể ủiều tra, giỏm sỏt mụi trường

ðiều tra, giỏm sỏt mụi trường là một lĩnh vực rất lớn, rất khú khăn, trong ủú cú những vấn ủề cú thể sử dụng ảnh vệ tinh như một cụng cụ hữu hiệu. Xột về gúc ủộ cụng nghệ viễn thỏm, việc phõn tớch, suy giải phổ cho phộp phỏt hiện những thay ủổi của mụi trường ở mức ủộ tổng thể, việc nghiờn cứu mụi trường ở mức ủộ chi tiết cần cú cỏc nghiờn cứu, ủo ủạc của nhiều bộ mụn khỏc. ðiều tra, giỏm sỏt mụi trường là nhiệm vụ liờn quan ủến nhiều ngành. Vỡ vậy, trong những năm qua, ngoài cơ quan quản lý mụi trường, nhiều cơ quan nghiờn cứu khoa học, ủiều tra cơ bản của nhiều ngành cũng như một số Trường ðại học ở nước ta ủó quan tõm ủến ứng dụng cụng nghệ viễn thỏm ủể thực hiện nhiệm vụ này như cỏc Viện ðịa lý, ðịa chất, Vật lý, Nghiên cứu biển thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ Quốc gia, Trung tâm Viễn thám, Liên đồn Bản đồ ðịa chất thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Viện ðiều tra và Quy hoạch rừng thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Trường ðại học Khoa học Tự nhiên (ðại học Quốc gia Hà Nội),… Cỏc cơ quan này ủó tiến hành nhiều thử nghiệm, dưới dạng cỏc ủề tài nghiờn cứu, cỏc dự ỏn về sử dụng ảnh vệ tinh ủể ủiều tra khảo sỏt cỏc ủối tượng, hiện tượng liờn quan ủến mụi trường (hoặc từ gúc ủộ mụi trường) và ủó thu ủược những kết quả ban ủầu quan trọng.

Ảnh vệ tinh ủó ủược sử dụng ủể ủiều tra và thành lập bản ủồ cỏc hệ sinh thỏi nhạy cảm như: Rừng ngập mặn, ủất ngập nước (phạm vi cả nước), rạn san hụ (Quảng Ninh, miền Trung), cỏc loại habitat (ủảo Bạch Long Vĩ),… Cỏc bản ủồ rừng ngập mặn ủược thành lập ở tỉ lệ 1: 100 000, phủ trựm toàn dải ven biển và ở tỉ lệ lớn hơn cho từng vựng. Bản ủồ ủất ngập nước toàn quốc ủược thành lập ở tỉ lệ 1: 250 000. Những bản ủồ này do Trung tõm Viễn thỏm - Bộ Tài nguyờn và Mụi