Sử dụng ảnh vệ tinh landsat 8 trong thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 2016 tại xã yên hân huyện chợ mới tỉnh bắc kạn

Khám phá ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 trong việc lập bản đồ biến động sử dụng đất tại xã Yên Hân, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn giai đoạn 2013-2016.

• Tác giả: Cao Phương Thảo
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Quang Bảo
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Quản Lý Tài Nguyên Thiên Nhiên
• Đề tài: Bản Đồ Biến Động Sử Dụng Đất Giai Đoạn 2013-2016 Tại Xã Yên Hân, Bắc Kạn Từ Ảnh Vệ Tinh Landsat 8
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất
• 1.2. Khái quát về bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 1.2.1. Khái niệm bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 1.2.2. Cơ sở toán học của bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 1.2.3. Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 1.2.4. Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 1.3. Khái quát về viễn thám
• 1.3.1. Khái niệm về viễn thám
• 1.3.2. Phân loại viễn thám
• 1.3.3. Nguyên lý thu nhận thông tin viễn thám
• 1.3.4. Đặc tính phản xạ phổ của đối tượng tự nhiên
• 1.3.5. Một số yếu tố ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên
• 1.3.6. Phương pháp giải đoán ảnh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 1.3.7. Tổng quan về vệ tinh Landsat
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2.1. Ảnh viễn thám
• 2.2.2. Dữ liệu bổ trợ
• 2.2.3. Dụng cụ, thiết bị
• 2.3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• 2.3.1. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu, số liệu
• 2.5.2. Phương pháp xử lý tư liệu viễn thám
• 2.5.3. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu
• 2.5.4. Phương pháp thống kê
• 2.5.5. Phương pháp chuyên gia
• 2.5.6. Phương pháp minh họa trên bản đồ, biểu đồ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của xã Yên Hân
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.2. Điều kiện tự nhiên
• 3.1.3. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 3.2. Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh viễn thám
• 3.3. Kết quả xử lý ảnh
• 3.3.1. Nguồn dữ liệu thu thập
• 3.3.2. Hiệu chỉnh sai số do khí quyển gây ra
• 3.3.3. Xử lý dữ liệu ảnh
• 3.3.4. Giải đoán ảnh vệ tinh
• 3.4. Biên tập và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 3.5. Thành lập bản đồ biến động đất giai đoạn 2013 – 2016
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 2016

Bản đồ biến động sử dụng đất là công cụ quan trọng trong việc quản lý tài nguyên đất đai. Giai đoạn 2013-2016 tại xã Yên Hân, Bắc Kạn, việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 đã giúp xác định rõ ràng các thay đổi trong sử dụng đất. Công nghệ viễn thám cho phép thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng, từ đó hỗ trợ các nhà quản lý trong việc đưa ra quyết định hợp lý về quy hoạch và sử dụng đất.

1.1. Khái niệm và vai trò của bản đồ biến động sử dụng đất

Bản đồ biến động sử dụng đất thể hiện sự thay đổi trong cách sử dụng đất qua thời gian. Nó giúp các nhà quản lý nắm bắt được tình hình sử dụng đất, từ đó đưa ra các chính sách phù hợp nhằm bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8

Ảnh vệ tinh Landsat 8 cung cấp dữ liệu đa dạng và phong phú về bề mặt trái đất. Việc sử dụng công nghệ này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí trong việc thu thập thông tin, đồng thời nâng cao độ chính xác trong việc lập bản đồ biến động sử dụng đất.

II. Vấn đề và thách thức trong việc lập bản đồ biến động sử dụng đất

Mặc dù công nghệ viễn thám mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc lập bản đồ biến động sử dụng đất. Các vấn đề như độ chính xác của dữ liệu, khả năng phân tích và xử lý thông tin là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ chính xác của dữ liệu ảnh vệ tinh

Độ chính xác của dữ liệu ảnh vệ tinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện thời tiết, chất lượng thiết bị và phương pháp xử lý. Việc đảm bảo độ chính xác cao là rất quan trọng để có được bản đồ biến động sử dụng đất tin cậy.

2.2. Khó khăn trong việc phân tích và xử lý dữ liệu

Phân tích và xử lý dữ liệu từ ảnh vệ tinh đòi hỏi kỹ năng chuyên môn cao. Các nhà nghiên cứu cần có kiến thức vững về công nghệ GIS và viễn thám để có thể thực hiện các bước phân tích một cách hiệu quả.

III. Phương pháp lập bản đồ biến động sử dụng đất từ ảnh vệ tinh Landsat 8

Việc lập bản đồ biến động sử dụng đất tại xã Yên Hân được thực hiện thông qua các phương pháp giải đoán ảnh và phân tích dữ liệu. Các bước này bao gồm thu thập dữ liệu, xử lý ảnh và biên tập bản đồ.

3.1. Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu

Quy trình bắt đầu bằng việc thu thập ảnh vệ tinh Landsat 8, sau đó tiến hành xử lý để loại bỏ các yếu tố gây nhiễu. Việc này giúp đảm bảo rằng dữ liệu thu được là chính xác và có thể sử dụng cho các phân tích tiếp theo.

3.2. Phân tích và giải đoán ảnh vệ tinh

Phân tích ảnh vệ tinh bao gồm việc xác định các loại hình sử dụng đất và sự biến động của chúng. Các kỹ thuật như phân loại ảnh và so sánh giữa các thời điểm khác nhau sẽ được áp dụng để tạo ra bản đồ biến động.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự biến động trong sử dụng đất tại xã Yên Hân giai đoạn 2013-2016. Bản đồ biến động đã được xây dựng thành công, cung cấp thông tin hữu ích cho công tác quản lý đất đai.

4.1. Thực trạng biến động sử dụng đất tại xã Yên Hân

Nghiên cứu chỉ ra rằng có sự thay đổi đáng kể trong cách sử dụng đất, với một số loại đất chuyển đổi sang mục đích khác. Điều này cho thấy sự cần thiết phải theo dõi và quản lý chặt chẽ hơn trong tương lai.

4.2. Ứng dụng của bản đồ biến động trong quản lý đất đai

Bản đồ biến động sử dụng đất có thể được sử dụng để hỗ trợ các quyết định quy hoạch, giúp các nhà quản lý đưa ra các chính sách phù hợp nhằm bảo vệ tài nguyên đất đai và phát triển bền vững.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về bản đồ biến động sử dụng đất tại xã Yên Hân đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8. Tương lai, công nghệ này sẽ tiếp tục được phát triển và ứng dụng rộng rãi hơn.

5.1. Tầm quan trọng của việc cập nhật thông tin sử dụng đất

Việc cập nhật thông tin về sử dụng đất là rất cần thiết để đảm bảo rằng các quyết định quản lý được dựa trên dữ liệu chính xác và kịp thời. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý tài nguyên.

5.2. Hướng phát triển công nghệ viễn thám trong tương lai

Công nghệ viễn thám sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến về độ chính xác và khả năng thu thập dữ liệu. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc nghiên cứu và quản lý tài nguyên đất đai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Công tác quản lý nhà nước về đất đai, quy hoạch và kế hoạch sử dụng đất đòi hỏi nguồn tài liệu bản đồ chính xác, cập nhật liên tục để phản ánh kịp thời các biến động thực tế. Phương pháp thành lập bản đồ truyền thống (đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa hoặc chỉnh lý thủ công) tồn tại nhiều hạn chế như tốn kém kinh phí, đòi hỏi nhiều nhân lực và thời gian, chu kỳ cập nhật chậm, đồng thời gặp nhiều khó khăn tại những khu vực có địa hình đồi núi phức tạp, hiểm trở.

Việc ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) cung cấp giải pháp thu thập dữ liệu không gian diện rộng, đa thời gian với chi phí hợp lý. Khóa luận tốt nghiệp "Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 trong thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 - 2016 tại xã Yên Hân, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn" do sinh viên Cao Phương Thảo thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Quang Bảo (Trường Đại học Lâm nghiệp) được xây dựng nhằm giải quyết bài toán giám sát biến động tài nguyên đất tại địa phương miền núi.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể:

1. Đánh giá hiện trạng sử dụng đất qua các năm tại khu vực nghiên cứu.
2. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất xã Yên Hân, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn năm 2013 và năm 2016.
3. Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất xã Yên Hân, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn giai đoạn 2013 - 2016.

Nội dung nghiên cứu tập trung vào 4 phần việc:

• Đánh giá tình hình quản lý đất đai và hiện trạng sử dụng đất của xã từ năm 2013 đến năm 2016.
• Xây dựng khóa giải đoán ảnh để phân loại và đánh giá hiện trạng, biến động sử dụng đất.
• Biên tập và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2013 và năm 2016.
• Biên tập và thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 - 2016.

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

• Không gian: Toàn bộ diện tích tự nhiên của xã Yên Hân, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn (tổng diện tích tự nhiên theo số liệu kiểm kê là 2.716,17 ha).
• Thời gian: Nghiên cứu thực hiện từ ngày 13/02/2017 đến ngày 13/05/2017, tập trung phân tích biến động dữ liệu ảnh giai đoạn 2013 - 2016.
• Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ hiện trạng và sự chuyển dịch các loại hình sử dụng đất trên địa bàn xã Yên Hân.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung pháp lý và cơ sở toán học bản đồ

Khóa luận vận dụng hệ thống văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn kỹ thuật trắc địa - bản đồ:

• Luật Đất đai năm 2013.
• Quyết định số 22/2007/QĐ-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định về thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
• Quyết định số 83/2000/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc sử dụng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia Việt Nam (VN-2000).
• Quyết định số 05/2007/QĐ-BTNMT về hệ thống tham số tính chuyển giữa tọa độ quốc tế WGS-84 và VN-2000.
• Cơ sở toán học: Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM múi chiếu $3^\circ$, hệ số điều chỉnh độ biến dạng chiều dài $K_0 = 0{,}9999$, kinh tuyến trục cho tỉnh Bắc Kạn là $106^\circ30'$.

Cơ sở viễn thám và xử lý phổ

Nghiên cứu dựa trên nguyên lý tương tác giữa sóng điện từ và vật chất:

• Đặc tính phản xạ phổ thực vật: Diệp lục tố hấp thụ mạnh vùng ánh sáng đỏ ($0{,}68,\mu\text{m}$) và phản xạ mạnh ở dải cận hồng ngoại NIR ($0{,}885,\mu\text{m}$). Cấu trúc tế bào lá và hàm lượng nước chi phối độ phản xạ tại các kênh sóng ngắn SWIR.
• Đặc tính phản xạ phổ của nước: Hấp thụ mạnh ở vùng hồng ngoại và cận hồng ngoại, giảm dần theo chiều dài bước sóng; độ đục và hàm lượng phù sa làm tăng độ phản xạ ở dải sóng nhìn thấy.
• Đặc tính phản xạ phổ thổ nhưỡng: Độ phản xạ tăng dần theo độ dài bước sóng, phụ thuộc vào cấu trúc hạt, hàm lượng chất hữu cơ và oxit sắt trong đất.
• Vệ tinh Landsat 8 (LDCM): Mang hai bộ cảm biến OLI (Operational Land Imager - 9 kênh phổ, phân giải không gian 30 m và toàn sắc 15 m) và TIRS (Thermal Infrared Sensor - 2 kênh nhiệt, phân giải 100 m).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

1. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu:
   • Dữ liệu viễn thám: Cảnh ảnh Landsat 8 tải từ cổng thông tin USGS EarthExplorer (LC81270452013272LGN00 chụp ngày 29/09/2013 và LC81270452016281LGN00 chụp ngày 07/10/2016, độ phân giải $30 \times 30\text{ m}$).
   • Dữ liệu bổ trợ: Bản đồ địa chính, số liệu kiểm kê - thống kê đất đai năm 2016 từ Văn phòng Đăng ký quyền sử dụng đất huyện Chợ Mới, báo cáo kinh tế - xã hội xã Yên Hân.
   • Thiết bị: Máy định vị GPS cầm tay, phần mềm ArcGIS Desktop 10.1 và Microsoft Excel.
2. Phương pháp xử lý ảnh viễn thám:
   • Hiệu chỉnh bức xạ và loại trừ ảnh hưởng của khí quyển.
   • Nắn chỉnh hình học tọa độ về hệ quy chiếu VN-2000 dựa trên các điểm khống chế đo thực địa.
   • Tạo tổ hợp màu nông nghiệp: Gom các kênh phổ theo tổ hợp Band 6 (SWIR 1) - Band 5 (NIR) - Band 2 (Blue).
   • Cắt ảnh theo đường ranh giới hành chính xã Yên Hân.
3. Phương pháp phân loại có kiểm định (Supervised Classification):
   • Áp dụng thuật toán xác suất cực đại (Maximum Likelihood Classification), tính toán xác suất thống kê để gán từng pixel vào lớp có giá trị xác suất lớn nhất.
   • Xây dựng vùng mẫu huấn luyện (ROI) dựa trên kết quả khảo sát thực địa và bản đồ hiện trạng sẵn có.
4. Phương pháp đánh giá độ chính xác:
   • Sử dụng ma trận sai số (Confusion Matrix) và hệ số Kappa ($K$) với 30 điểm mẫu kiểm tra đối soát ngoài thực địa.
5. Phương pháp phân tích không gian và thống kê:
   • Chồng ghép hai lớp bản đồ hiện trạng 2013 và 2016 trong ArcGIS để bóc tách biến động không gian; chuyển đổi bảng thuộc tính sang Microsoft Excel để tổng hợp diện tích.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa các khái niệm chuyên ngành về biến động sử dụng đất và bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Tác giả phân tích các quy định kỹ thuật về tỷ lệ bản đồ theo cấp hành chính (cấp xã từ $1:1.000$ đến $1:10.000$, cấp huyện từ $1:5.000$ đến $1:25.000$, cấp tỉnh từ $1:25.000$ đến $1:100.000$, cấp cả nước $1:1.000.000$) cùng các yếu tố nội dung bắt buộc phải thể hiện.

Chương này phân tích ưu - nhược điểm của các phương pháp thành lập bản đồ: đo vẽ trực tiếp, sử dụng ảnh hàng không/vệ tinh, chỉnh lý tài liệu bản đồ có sẵn, công nghệ bản đồ số và ứng dụng viễn thám kết hợp GIS. Tiếp theo, tác giả trình bày bản chất vật lý của kỹ thuật viễn thám (bộ cảm, vật mang, phân loại chủ động/bị động, các dải sóng), đặc tính phản xạ phổ của các lớp phủ bề mặt (thực vật, thổ nhưỡng, nước) và các yếu tố ảnh hưởng (thời gian, góc chiếu mặt trời, khí quyển). Phần cuối chương khái quát lịch sử phát triển của hệ thống vệ tinh Landsat từ năm 1972 đến thế hệ Landsat 8 (phóng ngày 11/02/2013), chi tiết hóa thông số kỹ thuật 11 kênh phổ của hai bộ cảm OLI và TIRS.

Chương 2: Mục tiêu, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết kế hoạch thực nghiệm:

• Mục tiêu và 4 nội dung trọng tâm của đề tài.
• Nguồn tư liệu: Hai cảnh ảnh Landsat 8 năm 2013 và 2016 có độ phủ mây thấp, kết hợp bản đồ địa chính và tài liệu thống kê đất đai địa phương.
• Quy trình kỹ thuật gồm các bước: Tiền xử lý ảnh (hiệu chỉnh khí quyển, nắn tọa độ) $\rightarrow$ Gom kênh tạo ảnh tổ hợp màu 6-5-2 $\rightarrow$ Cắt ảnh theo ranh giới xã $\rightarrow$ Khoanh vùng mẫu giải đoán $\rightarrow$ Phân loại tự động theo thuật toán Maximum Likelihood $\rightarrow$ Đánh giá độ chính xác bằng ma trận sai số $\rightarrow$ Biên tập bản đồ hiện trạng $\rightarrow$ Chồng xếp bản đồ xác định biến động.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được:

1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội xã Yên Hân

• Vị trí địa lý: Xã nằm ở phía Đông huyện Chợ Mới; phía Bắc giáp xã Nông Hạ và xã Yên Cư; phía Nam giáp tỉnh Thái Nguyên; phía Đông giáp xã Yên Cư và tỉnh Thái Nguyên; phía Tây giáp xã Nông Hạ và xã Bình Văn.
• Tự nhiên: Địa hình đồi núi có độ dốc lớn, độ cao trung bình 400 - 700 m (khu vực 700 - 950 m là đất rừng phòng hộ); lượng mưa bình quân 1.369 mm/năm, nhiệt độ trung bình $22{,}8^\circ\text{C}$, độ ẩm không khí 82 - 84%.
• Xã hội: Dân số gồm 433 hộ với 1.533 nhân khẩu; đồng bào dân tộc Tày chiếm đa số; kinh tế thuần nông với cây trồng chủ lực là lúa, ngô, đỗ tương, lạc, thuốc lá, chè. Cơ sở hạ tầng gồm 9/10 thôn có điện lưới quốc gia; có trường Mầm non, Tiểu học, THPT và trạm y tế xã.

2. Kết quả xử lý ảnh và giải đoán

Khóa giải đoán ảnh được thiết lập trên ảnh tổ hợp màu 6-5-2 cho 3 loại đất chính:

• Đất nông nghiệp: Gồm đất trồng trọt và đất lâm nghiệp, thể hiện qua sắc xanh lục đậm đến xanh sáng trên ảnh tổ hợp.
• Đất phi nông nghiệp: Gồm đất ở, đất công trình, giao thông, mặt nước, thể hiện qua tông màu tím nhạt, xám sáng hoặc xanh thẫm.
• Đất chưa sử dụng: Đất trống, đồi núi trọc, bãi sỏi đá, thể hiện sắc hồng, vàng sáng hoặc xám trắng.

Kết quả kiểm định chất lượng phân loại năm 2016 trên 30 điểm mẫu thực địa được phản ánh qua ma trận sai số:

Loại đất kiểm chứng	Đất nông nghiệp	Đất phi nông nghiệp	Đất chưa sử dụng	Tổng mẫu	Tỷ lệ chính xác
Đất nông nghiệp	11	1	0	12	-
Đất phi nông nghiệp	1	12	1	14	-
Đất chưa sử dụng	0	1	3	4	-
Tổng số cột	12	14	4	30	-
Độ chính xác toàn cục	-	-	-	-	84,00%

Độ chính xác phân loại đạt 84%, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để thành lập bản đồ chuyên đề.

3. Kết quả thành lập bản đồ và thống kê diện tích

Tác giả hoàn thiện bản đồ hiện trạng sử dụng đất xã Yên Hân năm 2013 và 2016 ở tỷ lệ $1:50.000$. Dữ liệu diện tích chiết xuất từ ảnh phân loại được tổng hợp như sau:

Loại đất	Diện tích năm 2013 (ha)	Tỷ lệ năm 2013 (%)	Diện tích năm 2016 (ha)	Tỷ lệ năm 2016 (%)	Biến động 2013 - 2016 (ha)
Đất nông nghiệp	2.439,96	89,85	2.488,86	91,63	+48,90
Đất phi nông nghiệp	146,35	5,39	175,07	6,44	+28,72
Đất chưa sử dụng	129,31	4,76	52,38	1,93	-76,93
Tổng diện tích	2.715,62	100,00	2.716,31	100,00	-

So sánh đối chứng giữa kết quả giải đoán ảnh năm 2016 với số liệu thống kê đất đai chính thức của xã Yên Hân năm 2016:

Loại đất	Diện tích giải đoán (ha)	Diện tích thống kê (ha)	Chênh lệch diện tích (ha)	Tỷ lệ chênh lệch
Đất nông nghiệp	2.488,86	2.465,84	+23,02	Đồ án lớn hơn thống kê
Đất phi nông nghiệp	175,07	176,94	-1,87	Đồ án nhỏ hơn thống kê
Đất chưa sử dụng	52,38	89,14	-36,76	Đồ án nhỏ hơn thống kê
Tổng diện tích	2.716,31	2.716,17	+0,14	Sai lệch tổng thể 0,048%

Sự sai lệch giữa giải đoán và thống kê dao động quanh mức 1% trên diện tích tương ứng của từng loại đất. Nguyên nhân xuất phát từ độ phân giải không gian của ảnh ($30\text{ m}$), khiến các công trình đơn lẻ, đường mòn nhỏ và mương thủy lợi hẹp bị bộ lọc nhiễu gộp vào các khoảnh đất nông nghiệp liền kề.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Chương 4 đúc kết kết quả đạt được về mặt phương pháp luận và dữ liệu thực nghiệm, đồng thời kiến nghị chính quyền địa phương ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS vào công tác cập nhật bản đồ định kỳ để giảm chi phí ngân sách.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

1. Xây dựng thành công quy trình xử lý và giải đoán ảnh Landsat 8 (tổ hợp màu 6-5-2, thuật toán Maximum Likelihood) phục vụ phân loại đất đai cho địa bàn vùng núi cao.
2. Biên tập hoàn chỉnh 02 bản đồ hiện trạng sử dụng đất (năm 2013 và năm 2016) cùng 01 bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 - 2016 xã Yên Hân ở tỷ lệ $1:50.000$.
3. Định lượng rõ nét xu hướng chuyển dịch đất đai trong 3 năm:
   • Đất nông nghiệp tăng 48,90 ha (từ 2.439,96 ha lên 2.488,86 ha).
   • Đất phi nông nghiệp tăng 28,72 ha (từ 146,35 ha lên 175,07 ha).
   • Đất chưa sử dụng giảm mạnh 76,93 ha (từ 129,31 ha xuống còn 52,38 ha).
4. Độ chính xác giải đoán đạt 84% khi kiểm chứng bằng ma trận sai số; mức sai lệch diện tích tổng thể so với số liệu thống kê thực tế năm 2016 chỉ là 0,048% (+0,14 ha).

Kiến nghị của tác giả

• UBND xã Yên Hân và Phòng Tài nguyên & Môi trường huyện Chợ Mới cần tiếp tục ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để theo dõi các biến động đất đai hằng năm, phục vụ lập quy hoạch và kế hoạch sử dụng đất sát thực tế.
• Tăng cường đầu tư hệ thống cơ sở hạ tầng, nâng cấp các tuyến đường liên thôn và kiên cố hóa kênh mương nội đồng nhằm phục vụ phát triển sản xuất.

Đóng góp về mặt học thuật và thực tiễn

Tác giả đã chứng minh tính khả thi của việc khai thác nguồn ảnh vệ tinh miễn phí Landsat 8 để thành lập bản đồ hiện trạng và biến động đất cấp xã tại vùng sâu vùng xa, khắc phục các trở ngại về ngân sách và điều kiện địa hình phức tạp so với phương pháp đo đạc truyền thống.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:
  • Độ phân giải không gian của ảnh Landsat 8 ở mức trung bình ($30\text{ m} \times 30\text{ m}$), dẫn đến hiện tượng pixel hỗn hợp tại các ranh giới thửa đất hẹp, nhà ở nông thôn phân tán hoặc đường giao thông nhỏ, làm giảm độ chính xác của lớp đất phi nông nghiệp.
  • Phân loại mới chỉ dừng lại ở 3 nhóm đất tổng quát (đất nông nghiệp, đất phi nông nghiệp, đất chưa sử dụng), chưa bóc tách chi tiết các phân loại phụ như đất trồng lúa, đất trồng cây lâu năm, đất rừng sản xuất hay đất rừng phòng hộ.
  • Thời gian nghiên cứu và thực địa giới hạn trong 3 tháng (từ tháng 2 đến tháng 5 năm 2017).
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Ứng dụng nguồn tư liệu ảnh có độ phân giải không gian cao hơn (như Sentinel-2 với độ phân giải 10 m, ảnh SPOT hoặc ảnh viễn thám từ thiết bị bay không người lái UAV) để phân chia chi tiết các loại hình sử dụng đất.
  • Kết hợp chỉ số thực vật NDVI và các thuật toán học máy nâng cao để tăng độ chính xác phân loại.

---

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn phù hợp cho:

• Sinh viên và học viên: Các ngành Quản lý tài nguyên thiên nhiên, Quản lý đất đai, Lâm nghiệp, Khoa học Môi trường và Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS).
• Cán bộ quản lý địa phương: Cán bộ địa chính - môi trường cấp xã và cán bộ phòng Tài nguyên và Môi trường cấp huyện đang tìm kiếm quy trình ứng dụng GIS để giám sát tài nguyên đất.
• Nội dung đáng tham khảo nhất: Quy trình xử lý ảnh Landsat 8 trên ArcGIS 10.1, kỹ thuật tạo ảnh tổ hợp màu nông nghiệp 6-5-2, phương pháp phân loại Maximum Likelihood và cách lập ma trận sai số đánh giá độ chính xác phân loại.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 chụp vào những thời điểm nào?
Nghiên cứu sử dụng 2 cảnh ảnh Landsat 8 thu thập từ USGS: cảnh LC81270452013272LGN00 chụp ngày 29/09/2013 và cảnh LC81270452016281LGN00 chụp ngày 07/10/2016, đều có độ phân giải không gian $30\text{ m} \times 30\text{ m}$.

2. Tổ hợp màu nào được sử dụng để nhận diện các loại đất trên phần mềm ArcGIS?
Tác giả sử dụng tổ hợp màu nông nghiệp Band 6 (SWIR 1) - Band 5 (NIR) - Band 2 (Blue) để làm nổi bật sự khác biệt giữa thảm thực vật/nông nghiệp, đất phi nông nghiệp và đất trống.

3. Khóa luận phân chia hiện trạng sử dụng đất thành mấy nhóm đối tượng?
Dữ liệu được phân loại thành 3 nhóm đối tượng cơ bản: Đất nông nghiệp, Đất phi nông nghiệp và Đất chưa sử dụng.

4. Độ chính xác phân loại ảnh của nghiên cứu đạt bao nhiêu phần trăm?
Qua đánh giá ma trận sai số với 30 điểm kiểm tra thực địa năm 2016, độ chính xác toàn cục đạt 84,00%.

5. Xu hướng biến động đất đai chính của xã Yên Hân trong giai đoạn 2013 - 2016 là gì?
Trong giai đoạn 2013 - 2016, diện tích đất nông nghiệp tăng thêm 48,90 ha và đất phi nông nghiệp tăng 28,72 ha, tương ứng với sự suy giảm mạnh của diện tích đất chưa sử dụng (-76,93 ha).

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Cao Phương Thảo đã xây dựng thành công quy trình thành lập bản đồ hiện trạng và biến động sử dụng đất xã Yên Hân giai đoạn 2013 - 2016 bằng việc tích hợp ảnh vệ tinh Landsat 8 và phần mềm ArcGIS 10.1. Kết quả phân loại đạt độ chính xác toàn cục 84%, chỉ ra xu thế mở rộng diện tích đất nông nghiệp (+48,90 ha) và đất phi nông nghiệp (+28,72 ha) từ quỹ đất chưa sử dụng (-76,93 ha). Công trình khẳng định tính hiệu quả, tiết kiệm của kỹ thuật viễn thám trong giám sát biến động tài nguyên đất tại địa bàn miền núi có địa hình phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học không gian vũ trụ đã đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nƣớc trên thế giới. Công nghệ viễn thám ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành, lĩnh vực từ khí tƣợng, thủy văn, địa chất, môi trƣờng cho đến nông – lâm – ngƣ nghiệp, trong đó có ứng dụng ảnh viễn thám để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất với độ chính xác khá cao, từ đó có thể giúp các nhà quản lý có thêm nguồn tƣ liệu để giám sát biến động sử dụng đất. Bản đồ biến động sử dụng đất là tài liệu quan trọng và cần thiết cho công tác quản lý nhà nƣớc về đất đai, lập quy hoạch – kế hoạch sử dụng đất, điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất cùng nhiều mục đích chuyên ngành khác, cần thiết cho việc quản lý, định hƣớng phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng. Việc lập bản đồ biến động sử dụng đất theo phƣơng pháp truyền thống đã tồn tại từ rất lâu nhƣng bộc lộ nhiều hạn chế trong thực hiện, đòi hỏi sự đầu tƣ lớn về thời gian, nhân lực và kinh phí trong công tác thu thập, tổng hợp số liệu và đo vẽ bản đồ, thông tin trên bản đồ còn lạc hậu và tính chính xác chƣa cao.

Trong khi đó, việc thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng phƣơng pháp giải đoán ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (Gis) đƣợc xem là có hiệu quả cao trong xử lý thông tin, giám sát quá trình thay đổi, giúp cập nhật thông tin và đánh giá biến động sử dụng đất. Với những ƣu điểm nhƣ: Chi phí rẻ, khả năng cập nhật thông tin dễ dàng, nhanh chóng, chính xác, diện tích vùng phủ rộng, tính chất đa thời kỳ của tƣ liệu, tính chất phong phú của thông tin đa phổ, có thể chụp ảnh những khu vực mà việc đi lại rất khó khăn nhƣ đầm lầy, núi cao, hải đảo,… sự kết hợp của thông tin viễn thám với công nghệ GIS áp dụng đƣợc đối với nhiều khu vực mà phƣơng pháp truyền thống không thể thực hiện đƣợc. Trƣớc yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách nhanh chóng chính xác nhất về sự biến động của các loại hình sử dụng đất, việc sử dụng tƣ 1 liệu viễn thám kết hợp với công nghệ GIS để xử lý ảnh và thành lập bản đồ đã trở thành một phƣơng pháp có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa học cao. Xuất phát từ thực tiễn đó tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 trong thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013 - 2016 tại xã Yên Hân, huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn” nhằm tận dụng công nghệ viễn thám trong việc thành lập bản đồ biến động sử dụng đất để phục vụ công tác quản lý sử dụng đất tại địa phƣơng nghiên cứu.

2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất Biến động là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tại tồn tại trong môi trƣờng tự nhiên cũng nhƣ môi trƣờng xã hội. Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng thái của sự vật, hiện tƣợng bằng cách quan sát chúng tại các thời điểm khác nhau. Để nghiên cứu biến động sử dụng đất ngƣời ta có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau nhƣ : Số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiểm kê hoặc từ các cuộc điều tra.

Các phƣơng pháp này có độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và kinh phí, đồng thời chúng không thể hiện đƣợc sự thay đổi sử dụng đất từ loại đất này sang loại đất khác và vị trí không gian của sự thay đổi đó. Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ tƣ liệu viễn thám đa thời gian sẽ khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm trên. Để quản lý sử dụng đất cấp xã sử dụng bản đồ tỷ lệ lớn và chi tiết 1:2. Đối với cấp huyện sử dụng bản đồ tỷ lệ lớn và trung bình 1:10.

Với các vùng lớn hơn sử dụng bản đồ tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ. Bản đồ biến động sử dụng đất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các bản đồ chuyên đề nhƣ: Bản đồ địa hình, địa vật, giao thông, thủy văn … phải thể hiện đƣợc sự biến động theo thời gian. Ƣu điểm của bản đồ biến động sử dụng đất là thể hiện đƣợc rõ sự biến động theo không gian và theo thời gian. Diện tích biến động đƣợc thể hiện rõ ràng trên bản đồ, đồng thời cho chúng ta biết có biến động hay không biến động, hay biến động từ loại đất nào sang loại đất nào.

Nó có thể đƣợc kết hợp với nhiều nguồn dữ liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều 3 mục đích khác nhau nhƣ quản lý tài nguyên, môi trƣờng, thống kê, kiểm kê đất đai. Về cơ bản, bản đồ biến động sử dụng đất đƣợc thành lập trên cơ sở hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu vì độ chính xác của bản đồ này phụ thuộc vào độ chính xác của các bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu. Khái quát về bản đồ hiện trạng sử dụng đất 1. Khái niệm bản đồ hiện trạng sử dụng đất Theo cách hiểu khoa học thì bản đồ hiện trạng sử dụng đất là bản đồ chuyên đề đƣợc thành lập theo đơn vị hành chính các cấp, các vùng địa lý tự nhiên – kinh tế – xã hội và cả nƣớc.

Trên đó thể hiện đầy đủ chính xác các thông tin về ranh giới, vị trí, số lƣợng, diện tích của các loại đất và loại hình sử dụng đất tại thời điểm nhất định theo luật đất đai năm 2013. Nội dung bản đồ chuyên đề bao gồm hai nội dung chính đó là cơ sở địa lý và nội dung chuyên đề. Trong đó nội dung chuyên đề đƣợc hiểu giống nhƣ “hiện trạng sử dụng đất”, nó biểu thị ranh giới của các đơn vị sử dụng đất, phân loại sử dụng đất, biểu đồ cơ cấu. Theo định nghĩa của bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Quyết định số 22/2007/QĐ – BTNMT: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là bản đồ thể hiện sự phân bố các loại đất theo quy định về chỉ tiêu kiểm kê theo mục đích sử dụng đất tại thời điểm kiểm kê đất đai và đƣợc lập theo đơn vị hành chính các cấp, vùng địa lý tự nhiên – kinh tế và cả nƣớc.

Cơ sở toán học của bản đồ hiện trạng sử dụng đất - Hệ quy chiếu: Bản đồ nền phải đƣợc thành lập theo quy định tại quyết định số 83/2000/QĐ – TTg ngày 12/7/2000 của Thủ tƣớng Chính phủ về sử dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia Việt Nam; Quyết định số 05/2007/QĐ-BTNMT ngày 27/2/2007 về sử dụng hệ thống tham số tính 4 chuyển giữa hệ tọa độ quốc tế WGS – 84 và hệ tọa độ quốc gia Việt Nam – 2000. - Lƣới chiếu: Sử dụng phép chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 30 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài K0 =0,9999 để thành lập các bản đồ nền (ứng với cấp xã) có tỷ lệ từ 1/1. - Kinh tuyến trục: Bản đồ nền các xã đƣợc quy định theo từng tỉnh. Đối với tỉnh Bắc Kạn là 106o30’.

- Tỷ lệ bản đồ: Căn cứ vào diện tích tự nhiên và quy định tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất của đơn vị hành chính các cấp, các vùng kinh tế, toàn quốc do bộ Tài nguyên và Môi trƣờng quy định, tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các cấp đƣợc quy định trong bảng 1.1: Tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất các cấp Đơn vị hành chính Diện tích tự nhiên (ha) Tỷ lệ bản đồ Dƣới 120 1:1.000 Cấp xã Trên 500 đến 3.000 Cấp huyện Từ 3.000 Cấp tỉnh Từ 100. Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất và các tiêu chuẩn để thể hiện trên bản đồ phải căn cứ vào tỷ lệ bản đồ cụ thể và phân theo các cấp hành chính.  Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp xã Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp xã thể hiện toàn bộ quỹ đất đang sử dụng trong địa giới hành chính. Do đó bản đồ hiện trạng sử dụng đất cần thể hiện đầy đủ các nội dung sau: - Ranh giới các loại đất (khoảnh đất) là yếu tố chính của bản đồ hiện trạng sử dụng đất, đƣợc biểu thị dạng đƣờng viền khép kín.

Một hoặc nhiều thửa đất cùng loại nằm kề nhau tạo thành khoảnh đất đƣợc thể hiện đúng vị trí, hình dạng, kích thƣớc theo tỷ lệ trên bản đồ. Khoảnh đất có diện tích ≥10mm2 theo tỷ lệ bản đồ phải thể hiện chính xác trên bản đồ, nếu khoảnh đất <10mm2 nhƣng có giá trị kinh tế cao và có đặc tính riêng khác thì có thể phóng đại lên nhƣng không quá 1,5 lần. Mỗi khoảnh đất cần thể hiện các yếu tố nhƣ: Diện tích (làm tròn đến 0,01 ha), loại đất (thể hiện bằng màu sắc, ký hiệu). - Toàn bộ ranh giới hành chính các cấp phải đƣợc thể hiện chính xác trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất.

Nếu ranh giới hành chính các cấp trùng nhau thì thể hiện ranh giới cấp cao nhất. - Ranh giới lãnh thổ sử dụng đất nằm trên địa bàn xã, phƣờng, thị trấn (nông trƣờng, lâm trƣờng, nhà máy, xí nghiệp, doanh trại quân đội,…) - Đƣờng bờ biển (nếu có) - Mạng lƣới thủy văn, thủy lợi (thể hiện hƣớng nƣớc chảy và tên). - Mạng luới giao thông vận tải: đƣờng sắt các loại, đƣờng quốc lộ, đƣờng tỉnh lộ, huyện lộ và tên gọi của chúng. Các đƣờng liên thông, liên xã, đƣờng trong khu dân cƣ, đƣờng ngoài đồng và các công trình liên quan đến đƣờng xá nhƣ cầu cống, bến phà cũng đƣợc thể hiện trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất.

6 - Dáng đất đƣợc thể hiện trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp xã bằng các điểm độ cao (đối với vùng đồng bằng), đƣờng đồng mức (đối với vùng đồi núi). - Trên bản đó hiên trạng sử dụng đất cấp xã phải thể hiện đầy đủ tên xã, tên huyện, tên thôn, ấp, bản, tên các hồ lớn, các dãy núi. - Vị trí phân bố trung tâm xã, phƣờng, thị trấn, các công trình kinh tế, văn hoá, xã hội,.