Thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ bề mặt tỉnh Đồng Tháp

453 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ BỀ MẶT TỈNH ĐỒNG THÁP SV. Đào Anh Chơn SV. Nguyễn Thị Kim Ngân ThS. La Văn Hùng Minh Tóm tắt. Hiện nay, sử dụng ảnh viễn thám trong thành lập bản đồ được thực hiện nhanh chóng và mang lại hiệu quả cao. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám Landsat trong thành lập bản đồ lớp phủ bề mặt tỉnh Đồng Tháp năm 2015. Kết quả bản đồ lớp phủ bề mặt tỉnh Đồng Tháp năm 2015 gồm có 05 đối tượng: Sông, kênh rạch, dân cư, cây ăn quả, rừng, đất nông nghiệp. 1. Đặt vấn đề Ngày nay, công nghệ vệ tinh viễn thám đã và đang được sử dụng để theo dõi, đánh giá những biến đổi của bề mặt trái đất, quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường. Nhờ dữ liệu ảnh viễn thám chúng ta có thể giải đoán, phân tích và đánh giá biến động của lớp phủ mặt đất theo thời gian và không gian một cách hiệu quả và nhanh chóng, giảm được chi phí so với phương pháp điều tra đo đạc thực địa. Đồng Tháp là tỉnh thuộc khu vực Đồng bằng sông Cửu Long là một trong những vùng cung cấp lương thực lớn cho cả nước, cây lúa vẫn là loại cây trồng chủ yếu chiếm tỷ trọng lớn trong diện tích gieo trồng và trong giá trị sản xuất toàn ngành nông nghiệp. Đất đai của Đồng Tháp phù hợp cho sản xuất lượng thực, có thể chia làm 4 nhóm đất chính là nhóm đất phù sa (chiếm 59,06% diện tích đất tự nhiên), nhóm đất phèn (chiếm 25,99% diện tích tự nhiên), đất xám (chiếm 8,67% diện tích tự nhiên), nhóm đất cát (chiếm 0,04% diện tích tự nhiên), tạo điều kiện rất thuận lợi cho phát triển nông nghiệp [2]. Năm 2014, sản xuất nông nghiệp của tỉnh tiếp tục phát triển và sang năm 2015 tỉnh thực hiện mục tiêu “Tái cơ cấu ngành nông nghiệp theo hướng phát triển bền vững”. Để đạt được mục tiêu trên đòi hỏi lãnh đạo các cấp cần nắm rõ thực trạng của lớp phủ bề mặt trên địa bàn tỉnh để có hướng đi đúng trong tương lai cho việc quy hoạch sử dụng đất thực hiện đồng bộ và hợp lý hơn. Trong đó, bản đồ lớp phủ bề mặt là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các cán bộ, nhà quy hoạch, các nhà hoạch định chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng thực tế. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Phạm vi nghiên cứu Đồng Tháp là tỉnh nằm ở khu vực châu thổ Đồng bằng sông Cửu Long thuộc hạ lưu sông Mekong, tọa độ địa lý từ 10°07’ đến 10°58’ vĩ độ Bắc và từ 105°12’ đến 105°56’ kinh độ Đông. Phía Bắc và Tây Bắc giáp tỉnh Preyveng thuộc Campuchia với đường biên giới 48.7km, phía Đông giáp Long An và Tiền Giang, phía Tây giáp An Giang và Cần Thơ, phía nam và Đông Nam giáp Vĩnh Long. [2] Đồng Tháp có địa hình tương đối bằng phẳng, cao trung bình từ 1 - 2m so với mực nước biển; độ cao giảm dần từ Bắc xuống Nam, từ Tây sang Đông. Đồng Tháp nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, có hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô (mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 cho đến tháng 4 năm sau). Lượng mưa trung bình năm từ 1.170 – 1.520 mm, tập trung vào mùa mưa, chiếm 90 – 95% lượng mưa cả năm. Tỉnh Đồng Tháp có hệ thống sông, ngòi, kênh, rạch chằng chịt, nhiều ao, hồ lớn với sông chính là sông Tiền (một nhánh của sông Mekong) chảy qua tỉnh với chiều dài khoảng 132km. [2] 454 Hình 1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 2.2. Dữ liệu và phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Dữ liệu nghiên cứu - Phần mềm ENVI 4.7, phần mềm MapInfo hoặc ArcGis 10.1; - Bản đồ hành chính tỉnh Đồng Tháp. - Nghiên cứu sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013. Landsat 8 thu nhận xấp xỉ 400 cảnh/ngày Thời gian hoạt động của vệ tinh theo thiết kế là 5,25 năm nhưng nó được cung cấp đủ năng lượng để có thể kéo dài hoạt động đến 10 năm. Bảng 1: Đặc trưng bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 [1] Vệ tinh Kênh Bước sóng (micrometers) Độ phân giải (meters) LDCM – Landsat 8 Band 1 - Coastal aerosol 0,433 – 0,453 30 Band 2 - Blue 0,450 – 0,515 30 Band 3 - Green 0,525 – 0,600 30 Band 4 - Red 0,630 – 0,680 30 Band 5 - Near Infrared (NIR) 0,845 – 0,885 30 Band 6 - SWIR 1 1,560 – 1,660 30 Band 7 - SWIR 2 2,100 – 2,300 30 Band 8 - Panchromatic 0,500 – 0,680 15 Band 9 - Cirrus 1,360 – 1,390 30 Band 10 - Thermal Infrared 10,3 – 11,3 100 Band 11 - Thermal Infrared 11,5 – 12,5 100 455 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat cho vùng nghiên cứu. Tìm hiểu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, hiện trạng sử dụng đất và tình hình biến động đất đai tại khu vực nghiên cứu. Các tài liệu liên quan đến thổ nhưỡng, địa hình, địa mạo, bản đồ địa chính, hiện trạng sử dụng đất. - Phương pháp xử lý ảnh số: Nhập số liệu, hiệu chỉnh ảnh, biến đổi ảnh phân loại ảnh, xuất kết quả. Phần mềm ENVI 4.7, phần mềm MapInfo hoặc ArcGis 10.1 được sử dụng để cắt, ghép, giải đoán, phân loại ảnh vệ tinh viễn thám; Phần mềm MapInfo hoặc ArcGis 10.1 để biên tập thành lập bản đồ. - Phương pháp biên tập trình bày bản đồ: Bản đồ là phương tiện nghiên cứu không thể thiếu, dựa vào nó để có thể biết được tình hình phân bố giao thông, thủy lợi, ranh giới hành chính, sau khi xử lý, đồng thời kết hợp kiểm tra lại tính chính xác của các yếu tố cũng có vai trò so sánh, đối chiếu giữa kết quả và hình ảnh vệ tinh. Hình 2. Quy trình giải đoán ảnh vệ tinh Landsat thành lập bản đồ lớp phủ bề mặt 456 2.3. Kết quả nghiên cứu 2.2.1. Kết quả xây dựng khóa giải đoán Khóa giải đoán ảnh là chuẩn giải đoán cho các đối tượng nhất định bao gồm tập hợp các yếu tố và dấu hiệu do nhà giải đoán thiết lập, nhằm trợ giúp cho công tác giải đoán nhanh và đạt được kết quả giải đoán chính xác thống nhất do các đối tượng được giải đoán từ nhiều người giải đoán khác nhau. Khóa giải đoán ảnh được thành lập trên cơ sở kết hợp 8 yếu tố thể hiện trên ảnh: độ đậm nhạt, cấu trúc ảnh, kiểu mẫu, hình dạng, kích thước, vị trí, màu, bóng của đối tượng; và các yếu tố tự nhiên như: mạng lưới sông suối, thảm thực vật, địa hình, nền đất đá. Ảnh viễn thám Landsat khu vực tỉnh Đồng Tháp được chụp vào ngày 16 tháng 1 năm 2015 trời trong thoáng, ít mây gồm có 5 đối tượng: Sông, kênh rạch; dân cư; cây ăn quả; rừng; đất nông nghiệp. Kết quả xây dựng khóa giải đoán ảnh viễn thám Landsat được tổ hợp màu theo các kênh phổ: Kênh phổ số 7 - SWIR 2 (R), kênh phổ số 5 - NIR (G) và kênh phổ số 1 Coastal aerosol (B) được thể hiện chi tiết trong bảng 1 bên dưới Bảng 2. Khóa giải đoán ảnh Landsat khu vực tỉnh Đồng Tháp STT Đối tượng Hình mẫu Dấu hiệu nhận biết trên ảnh 1 Sông, kênh rạch Màu dương, cấu trúc mịn, hình dáng có dạng tuyến. 2 Dân cư Hợp nhiều màu, màu hồng nhạt lẫn màu trắng, cấu trúc hạt thô. 3 Cây ăn quả Lẫn tạp nhiều màu, màu xanh lá cây là chủ đạo cấu trúc thô, hình khối ô vuông, chữ nhật xen lẫn. 4 Rừng Màu xanh lá cây xen lẫn xanh, đen, trắng, cấu trúc hạt thô 5 Đất nông nghiệp Màu xanh lá cây hơi nhạt, cấu trúc hạt mịn 457 2.2.2. Chọn vùng mẫu và đánh giá sự khác biệt giữa các mẫu lựa chọn Thiết lập vùng quan tâm để tiến hành giải đoán ảnh. Việc đánh giá sự tương quan của các mẫu huấn luyện là vô cùng quan trọng, vì chúng cho thấy khả năng trùng lặp, gây sai số trong giai đoạn phân lớp các đối tượng, đánh giá sự khác biệt mẫu là tính toán sự tương quan giá trị phổ giữa các cặp mẫu huấn luyện được lựa chọn cho một tập tin đầu vào cho trước. Theo J.A.Richards (1999), những giá trị đánh giá khác biệt mẫu huấn luyện có khoảng giá trị từ 0 đến 2, chỉ ra sự riêng biệt giữa các cặp mẫu huấn luyện xét về mặt thống kê. Nếu giá trị lớn hơn 1,9 chỉ ra rằng cặp mẫu huấn luyện có sự tách biệt tốt. Đối với các cặp huấn luyện có giá trị thấp hơn, nên cải thiện hoặc chỉnh sửa các mẫuhuấn luyện. Trong trường hợp các cặp huấn luyện có giá trị phân biệt quá thấp hơn 1 nên gom chúng lại thành mẫu huấn luyện đơn. [3] Bảng 3. Kết quả so sánh sự khác biệt giữa các vùng mẫu được lựa chọn Loại lớp phủ Sông, kênh rạch Khu dân cư Đất nông nghiệp Cây ăn quả Đất rừng Sông, kênh rạch - 2.0 2.0 2.0 2.0 Khu dân cư 2.0 - 2.0 2.0 2.0 Đất nông nghiệp 2.0 2.0 - 1.99 2.0 Cây ăn quả 2.0 2.0 1.99 - 1.99 Đất rừng 2.0 2.0 2.0 1.99 - Kết quả phân tích trong bảng 3 ở trên cho thấy các nhóm mẫu huấn luyện đều có giá trị khác biệt với nhau và các mẫu được chọn làm mẫu huấn luyện có thể được sử dụng trong phân loại thành lập bản đồ. 2.2.2. Kết quả thành lập bản đồ lớp phủ bề mặt tỉnh Đồng Tháp Phân loại có kiểm soát yêu cầu người sử dụng phải chọn vùng mẫu làm cơ sở phân loại. Tiếp đó dùng các phương pháp so sánh để đánh giá liệu một phần tử ảnh nhất định đã đủ tiêu chuẩn để gán cho một lớp. Trong bài báo cáo sử dụng thuật toán phân loại có kiểm soát theo phương pháp phân loại gần đúng nhất (Mahalanobis Distance). Đây là thuật toán để so sánh với các thuật toán khác được sử dụng trong xử lí ảnh viễn thám, phương pháp này được các nhà phân loại sử dụng nhiều nhất trong các công trình nghiên cứu thảm thực phủ. Theo đó mỗi phần tử ảnh được tính xác suất thuộc vào một loại nào đó và nó được chỉ định gán tên loại mà xác suất thuộc vào loại đó là lớn nhất. [3] Phương pháp phân loại gần nhất được xây dựng dựa trên cơ sở giả thiết hàm mật độ xác suất tuân theo luật phân bố chuẩn, do đó hàm phân bố của dữ liệu ảnh phải tuân theo luật phân bố chuẩn Gauss. [3] Từ kết quả phân tích ảnh viễn thám Landsat bằng phương pháp phân loại ảnh có kiểm soát và chuyển dữ liệu sang ArcGIS ta cập nhật được diện tích của các loại đối tượng trong khu vực nghiên cứu như sau: + Ao hồ, sông rạch có diện tích 201,62 km2 458 + Đất khu dân cư có diện tích 51,94 km2 phân bố dọc theo các tuyến sông, tập trung nhiều ở phố lớn thành phố Sa Đéc, thành phố Cao Lãnh và thị xã Hồng Ngự. + Đất lúa có diện tích 1995,22 km2 phân bố hầu như đều khắp các huyện trong tỉnh, nhiều ở Tân Hồng, Hồng Ngự, Tháp Mười, Lấp Vò, Cao Lãnh. + Cây ăn quả có diện tích 1001,83 km2 phân bố ở ven sông và các cù lao chủ yếu là các huyện cuối nguồn như ở Châu Thành, Lai Vung, thành phố Cao Lãnh, thành phố Sa Đéc. + Rừng có diện tích 148,81 km2 chủ yếu là rừng tràm phân bố nhiều ở các huyện Tam Nông, Tháp Mười. Hình 3. Bản đồ lớp phủ bề mặt tỉnh Đồng Tháp năm 2015 (Minh họa từ tỷ lệ 1:500.000) 459 3. Kết luận Bản đồ lớp phủ bề mặt tỉnh Đồng Tháp được xây dựng bằng phương pháp phân loại Mahalanobis Distance. Dựa vào các đối tượng từ ảnh viễn thám cho phép thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất với các thông tin trung thực và chính xác, góp phần tích cực trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên, quy hoạch và ra quyết định cho mọi lĩnh vực phát triển kinh tế xã hội, môi trường một cách hợp lý. Tư liệu viễn thám cho phép nghiên cứu lớp phủ thực vật ở nhiều thời điểm, từ đó nghiên cứu sự thay đổi lớp phủ thực vật mà vẫn đảm bảo độ chính xác, hiệu quả, tiết kiệm thời gian, công sức, đáp ứng nhu cầu trong giai đoạn phát triển hiện nay. Viễn thám có vai trò rất quan trọng trong các ngành khoa học, qua nghiên cứu bước đầu cho thấy sử dụng công nghệ viễn thám và GIS để xây dựng bản đồ lớp phủ bề mặt là một phương pháp hiện đại, mang lại hiệu quả cao Tài liệu tham khảo [1]. USGS (2014) truy cập ngày 25/12/2014. [2]. Ủy ban nhân dân tỉnh Đồng Tháp (2014). Giới thiệu khái quát về tỉnh Đồng Tháp. [3]. ngthap/thongtintinhthanh?view=introduction&provinceId=1358, truy cập ngày 12/5/2015. [4]. Lê Văn Trung (2010). Giáo trình viễn thám. ĐH Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh.