Luận văn giám sát biến đổi lớp phủ đất tại thủ đô Viêng Chăn từ dữ liệu Landsat 2000 - 2020

Nghiên cứu về biến đổi đất sử dụng và biến đổi lớp phủ thực vật là rất quan trọng để… 74 trang · Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry · 2021.

• Tác giả: Namkho Songkham
• Người hướng dẫn: Nguyen Van Hieu
• Trường học: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry
• Chuyên ngành: Environmental Science and Management
• Đề tài: Giám sát biến đổi đất sử dụng dữ liệu Landsat tại Vientiane, Lào
• Loại tài liệu: bachelor thesis
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thai Nguyen

Mục lục chi tiết

• DOCUMANTATION PAGE AND ABSTRACT
• ACKNOWLEDGEMENT
• TABLE OF CONTENT
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ABBREVIEATION
• 1. PART I. Research Rationale
• 1.1. Research Questions and Hypothesis
• 1.2. Research Objective
• 1.3. Significance of Study
• 1.4. Scope and Limitations
• 1.5. Definitions
• 2. LITERATURE REVIEW
• 2.1. Land use and land cover changes and environmental consequences
• 2.2. Accuracy assessments of Land use and Land cover change map
• 2.3. Forestland and shrubland changes and their drivers
• 2.4. Modern remote sensing technology and its limitations
• 3. Urbanization
• 3.1. Causes of urbanization and city growth

Tóm tắt

I. Tổng Quan Giám Sát Biến Đổi Đất Sử Dụng Vientiane Lào

Nghiên cứu về biến đổi đất sử dụng và biến đổi lớp phủ thực vật là rất quan trọng để hiểu rõ những thay đổi về môi trường và kinh tế xã hội. Vientiane, thủ đô của Lào, đang trải qua quá trình đô thị hóa nhanh chóng, dẫn đến những thay đổi đáng kể trong cấu trúc sử dụng đất. Việc sử dụng dữ liệu Landsat kết hợp với các công cụ GIS cho phép chúng ta theo dõi và phân tích những thay đổi này một cách hiệu quả. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá sự thay đổi diện tích rừng, đất nông nghiệp, và khu dân cư trong giai đoạn từ năm 2000 đến 2020. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc quy hoạch sử dụng đất và phát triển bền vững tại Vientiane. Theo một báo cáo của Liên Hợp Quốc năm 2018, hơn 55% dân số thế giới sống ở khu vực đô thị, điều này cho thấy tầm quan trọng của việc quản lý biến đổi đất sử dụng ở các thành phố đang phát triển.

1.1. Tầm quan trọng của giám sát biến đổi đất sử dụng

Giám sát biến đổi đất sử dụng là yếu tố then chốt để hiểu rõ tác động của các hoạt động kinh tế xã hội lên môi trường. Việc này giúp chúng ta đánh giá được mức độ đô thị hóa, mở rộng nông nghiệp, và khai thác tài nguyên ảnh hưởng đến diện tích rừng, nguồn nước, và đa dạng sinh học. Thông tin này rất cần thiết cho việc xây dựng các chính sách và kế hoạch quản lý tài nguyên một cách bền vững. Theo Diana Eastman (2018), sử dụng đất bao gồm các hoạt động và sắp xếp mà con người thực hiện trên một loại lớp phủ đất nhất định.

1.2. Ứng dụng dữ liệu Landsat trong giám sát biến đổi đất

Dữ liệu Landsat cung cấp một nguồn thông tin quý giá để theo dõi biến đổi đất sử dụng trên quy mô lớn. Với độ phân giải không gian phù hợp và khả năng thu thập dữ liệu liên tục trong nhiều thập kỷ, ảnh vệ tinh Landsat cho phép chúng ta phân tích sự thay đổi lớp phủ thực vật, khu dân cư, và đất nông nghiệp theo thời gian. Việc kết hợp dữ liệu Landsat với các công cụ GIS giúp tạo ra các bản đồ biến đổi đất sử dụng chính xác và trực quan.

II. Thách Thức Đô Thị Hóa Ảnh Hưởng Đất Sử Dụng Vientiane

Vientiane đang đối mặt với những thách thức lớn từ quá trình đô thị hóa nhanh chóng. Sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế đã dẫn đến việc chuyển đổi đất nông nghiệp và diện tích rừng thành khu dân cư và cơ sở hạ tầng. Điều này gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường, bao gồm ô nhiễm nguồn nước, mất đa dạng sinh học, và biến đổi khí hậu. Việc giám sát biến đổi đất sử dụng là rất quan trọng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của đô thị hóa và đưa ra các giải pháp quản lý đất đai hiệu quả. Theo JICA (2011), Vientiane đã mở rộng từ khu vực đô thị ra ngoại ô do sự tăng trưởng kinh tế, dẫn đến việc chuyển đổi từ diện tích rừng sang cơ sở hạ tầng và đất nông nghiệp.

2.1. Tác động môi trường của đô thị hóa tại Vientiane

Đô thị hóa tại Vientiane gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Việc xây dựng khu dân cư và cơ sở hạ tầng làm giảm diện tích rừng và đất ngập nước, dẫn đến mất đa dạng sinh học và suy giảm khả năng điều hòa nước. Ngoài ra, ô nhiễm không khí và ô nhiễm nguồn nước cũng là những vấn đề nghiêm trọng do đô thị hóa gây ra. Việc giám sát biến đổi đất sử dụng giúp chúng ta đánh giá được mức độ ảnh hưởng của đô thị hóa và đưa ra các biện pháp giảm thiểu tác động tiêu cực.

2.2. Áp lực lên quy hoạch sử dụng đất tại Vientiane

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tạo ra áp lực lớn lên quy hoạch sử dụng đất tại Vientiane. Việc thiếu quy hoạch hợp lý có thể dẫn đến việc sử dụng đất không hiệu quả, gây ra tắc nghẽn giao thông, thiếu không gian xanh, và mất cân bằng sinh thái. Việc giám sát biến đổi đất sử dụng cung cấp thông tin quan trọng để xây dựng các kế hoạch quy hoạch sử dụng đất phù hợp với tình hình thực tế và đảm bảo sự phát triển bền vững của thành phố.

III. Phương Pháp Phân Tích Biến Đổi Đất Sử Dụng Từ Landsat

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phân loại ảnh vệ tinh có giám sát để phân tích biến đổi đất sử dụng từ dữ liệu Landsat. Các bước chính bao gồm: thu thập ảnh vệ tinh Landsat của các năm 2000, 2013 và 2020; tiền xử lý ảnh để hiệu chỉnh sai số; chọn mẫu huấn luyện cho các loại lớp phủ đất khác nhau; thực hiện phân loại ảnh bằng thuật toán phù hợp; và đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại. Sau đó, so sánh các bản đồ lớp phủ đất của các năm khác nhau để xác định sự thay đổi diện tích và vị trí của các loại đất sử dụng. Phần mềm ArcGIS được sử dụng để thực hiện các bước phân tích không gian và tạo bản đồ biến đổi đất sử dụng.

3.1. Thu thập và tiền xử lý dữ liệu Landsat

Việc thu thập dữ liệu Landsat là bước đầu tiên và quan trọng trong quá trình phân tích biến đổi đất sử dụng. Ảnh vệ tinh Landsat được tải xuống từ kho dữ liệu của USGS (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ). Sau khi thu thập, ảnh vệ tinh cần được tiền xử lý để hiệu chỉnh các sai số do ảnh hưởng của khí quyển, địa hình, và cảm biến. Các bước tiền xử lý bao gồm hiệu chỉnh hình học, hiệu chỉnh khí quyển, và loại bỏ nhiễu.

3.2. Phân loại ảnh vệ tinh và đánh giá độ chính xác

Phân loại ảnh vệ tinh là quá trình gán nhãn cho từng pixel trong ảnh dựa trên đặc trưng phổ của chúng. Trong nghiên cứu này, phương pháp phân loại có giám sát được sử dụng, trong đó các mẫu huấn luyện được chọn cho từng loại lớp phủ đất (ví dụ: rừng, đất nông nghiệp, khu dân cư). Sau khi phân loại ảnh, độ chính xác của kết quả được đánh giá bằng cách so sánh với dữ liệu kiểm chứng thực địa hoặc ảnh vệ tinh có độ phân giải cao hơn.

IV. Kết Quả Biến Đổi Đất Sử Dụng Vientiane 2000 2020

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự thay đổi đáng kể trong cấu trúc sử dụng đất tại Vientiane từ năm 2000 đến 2020. Diện tích rừng đã giảm đáng kể, trong khi khu dân cư và đất nông nghiệp mở rộng. Sự đô thị hóa nhanh chóng đã dẫn đến việc chuyển đổi đất nông nghiệp thành khu dân cư và cơ sở hạ tầng. Bản đồ biến đổi đất sử dụng cho thấy rõ sự phân bố không gian của các thay đổi này. Các khu vực ngoại ô của Vientiane là nơi có sự thay đổi lớn nhất về cấu trúc sử dụng đất. Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng về tác động của đô thị hóa đến môi trường và tài nguyên đất đai tại Vientiane.

4.1. Sự suy giảm diện tích rừng tại Vientiane

Một trong những kết quả đáng chú ý của nghiên cứu là sự suy giảm diện tích rừng tại Vientiane trong giai đoạn từ 2000 đến 2020. Việc phá rừng để lấy đất cho khu dân cư, đất nông nghiệp, và cơ sở hạ tầng đã gây ra những tác động tiêu cực đến đa dạng sinh học, nguồn nước, và khí hậu. Việc bảo tồn diện tích rừng còn lại là rất quan trọng để đảm bảo sự phát triển bền vững của thành phố.

4.2. Mở rộng khu dân cư và đất nông nghiệp

Sự đô thị hóa nhanh chóng đã dẫn đến việc mở rộng khu dân cư và đất nông nghiệp tại Vientiane. Khu dân cư mở rộng chủ yếu ở các khu vực ngoại ô, nơi có giá đất rẻ hơn và dễ dàng tiếp cận với các dịch vụ công cộng. Đất nông nghiệp cũng mở rộng để đáp ứng nhu cầu lương thực của dân số ngày càng tăng. Tuy nhiên, việc mở rộng đất nông nghiệp có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường, bao gồm ô nhiễm đất và suy thoái nguồn nước.

V. Ứng Dụng Quy Hoạch Sử Dụng Đất Bền Vững Vientiane

Kết quả nghiên cứu này có thể được sử dụng để xây dựng các kế hoạch quy hoạch sử dụng đất bền vững cho Vientiane. Việc giám sát biến đổi đất sử dụng cung cấp thông tin quan trọng để xác định các khu vực cần được bảo tồn, các khu vực có thể phát triển, và các khu vực cần được cải tạo. Các kế hoạch quy hoạch sử dụng đất cần phải cân bằng giữa nhu cầu phát triển kinh tế, bảo vệ môi trường, và cải thiện chất lượng cuộc sống của người dân. Việc áp dụng các công nghệ viễn thám và GIS giúp cho quá trình quy hoạch sử dụng đất trở nên hiệu quả và chính xác hơn.

5.1. Đề xuất các giải pháp quản lý đất đai hiệu quả

Dựa trên kết quả phân tích biến đổi đất sử dụng, nghiên cứu này đề xuất một số giải pháp quản lý đất đai hiệu quả cho Vientiane. Các giải pháp này bao gồm: tăng cường quy hoạch sử dụng đất; kiểm soát chặt chẽ việc chuyển đổi đất nông nghiệp và diện tích rừng; khuyến khích sử dụng đất hiệu quả; và đầu tư vào cơ sở hạ tầng xanh. Việc thực hiện các giải pháp này sẽ giúp đảm bảo sự phát triển bền vững của thành phố.

5.2. Tăng cường năng lực quản lý đất đai cho cán bộ địa phương

Để thực hiện các kế hoạch quy hoạch sử dụng đất một cách hiệu quả, cần phải tăng cường năng lực quản lý đất đai cho cán bộ địa phương. Các cán bộ cần được đào tạo về các công nghệ viễn thám, GIS, và các phương pháp phân tích không gian. Ngoài ra, cần phải xây dựng một hệ thống thông tin đất đai đầy đủ và chính xác để hỗ trợ quá trình ra quyết định.

VI. Tương Lai Giám Sát Biến Đổi Đất Sử Dụng Bền Vững

Việc giám sát biến đổi đất sử dụng là một quá trình liên tục và cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững của Vientiane. Trong tương lai, cần phải tiếp tục sử dụng các công nghệ viễn thám và GIS để theo dõi sự thay đổi cấu trúc sử dụng đất và đánh giá tác động của các chính sách và kế hoạch quản lý đất đai. Ngoài ra, cần phải tăng cường sự tham gia của cộng đồng trong quá trình quy hoạch sử dụng đất để đảm bảo rằng các quyết định được đưa ra là công bằng và minh bạch. Việc giám sát biến đổi đất sử dụng không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về những thay đổi đang diễn ra, mà còn giúp chúng ta đưa ra những quyết định sáng suốt để bảo vệ môi trường và tài nguyên đất đai cho các thế hệ tương lai.

6.1. Phát triển hệ thống giám sát biến đổi đất sử dụng tự động

Để nâng cao hiệu quả của quá trình giám sát biến đổi đất sử dụng, cần phải phát triển một hệ thống giám sát tự động. Hệ thống này sẽ sử dụng các thuật toán học máy và trí tuệ nhân tạo để tự động phân loại ảnh vệ tinh và phát hiện các thay đổi cấu trúc sử dụng đất. Hệ thống giám sát tự động sẽ giúp giảm thiểu thời gian và chi phí cho quá trình giám sát, đồng thời tăng cường độ chính xác và tính kịp thời của thông tin.

6.2. Chia sẻ dữ liệu và hợp tác quốc tế

Việc chia sẻ dữ liệu và hợp tác quốc tế là rất quan trọng để nâng cao năng lực giám sát biến đổi đất sử dụng tại Vientiane. Cần phải xây dựng một nền tảng chia sẻ dữ liệu mở để các nhà nghiên cứu, các nhà hoạch định chính sách, và cộng đồng có thể dễ dàng truy cập và sử dụng thông tin về biến đổi đất sử dụng. Ngoài ra, cần phải tăng cường hợp tác với các tổ chức quốc tế để học hỏi kinh nghiệm và tiếp cận các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực viễn thám và GIS.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự biến đổi lớp phủ và sử dụng đất (Land Use and Land Cover - LULC) là một trong những chỉ số phản ánh rõ rệt nhất tác động của các hoạt động kinh tế - xã hội và quá trình đô thị hóa lên hệ sinh thái tự nhiên. Mặc dù là một trong những quốc gia có nền kinh tế đang phát triển tại khu vực Đông Nam Á, Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào có tốc độ đô thị hóa nhanh chóng. Theo số liệu của CIA (2019), 35,6% tổng dân số Lào sinh sống tại các khu vực đô thị, trong đó khoảng một nửa tập trung tại thủ đô Viêng Chăn (Vientiane). Quá trình di cư từ nông thôn ra thành thị và sự gia tăng dân số cơ học đã gây áp lực to lớn lên công tác quy hoạch, dịch vụ hạ tầng và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên.

Thủ đô Viêng Chăn nằm ở miền Trung nước Lào, trải dọc bờ tả ngạn sông Mê Kông, tiếp giáp với tỉnh Nong Khai (Thái Lan) với tổng diện tích ước tính khoảng 3.583 km². Thành phố có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ ban ngày trung bình trên 27°C (80°F) và hơn 80% lượng mưa tập trung vào giai đoạn từ tháng 5 đến tháng 9. Dân số đô thị tăng nhanh từ 200.000 người (năm 1975) lên nửa triệu người (những năm 1990), đạt trên 948.000 người vào giai đoạn nghiên cứu và dự kiến đạt 1,54 triệu người vào năm 2025. Mật độ dân số tại Viêng Chăn cao gấp 8 lần mức trung bình toàn quốc; riêng 4 quận trung tâm nội đô đạt mật độ 1.744 người/km². Sự mở rộng không gian xây dựng dọc theo các trục quốc lộ và sông Mê Kông đã dẫn đến tình trạng suy thoái diện tích rừng tự nhiên, thu hẹp đất nông nghiệp và mặt nước, gây ra các biến đổi bất lợi về vi khí hậu và đa dạng sinh học.

Khóa luận tốt nghiệp cử nhân ngành Khoa học và Quản lý Môi trường của tác giả Namkho Songkham (Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên, bảo vệ năm 2021) tập trung giải quyết 3 câu hỏi nghiên cứu:

1. Hiện trạng sử dụng và lớp phủ đất tại thủ đô Viêng Chăn đã biến đổi như thế nào trong giai đoạn 2000 - 2020?
2. Quá trình đô thị hóa tại Viêng Chăn tác động như thế nào đến môi trường và hệ sinh thái?
3. Đâu là định hướng quy hoạch và thực tiễn quản lý đô thị phù hợp để giảm thiểu các tác động tiêu cực trong tương lai?

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm:

1. Đánh giá sự biến đổi sử dụng đất tại thủ đô Viêng Chăn giai đoạn 2000 - 2020.
2. Xác định các chuyển dịch lớp phủ đất tại thủ đô Viêng Chăn trong cùng giai đoạn.
3. Phân tích các tác động tiềm tàng của đô thị hóa tới đa dạng sinh học và môi trường địa phương.
4. Đề xuất kế hoạch và giải pháp quản lý đô thị thích hợp cho chính quyền đô thị Viêng Chăn.

Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ ranh giới hành chính của thủ đô Viêng Chăn (gồm 9 quận/huyện: Chanthabuly, Sikhottabong, Xaysettha, Sisattanak, Naxaithong, Xaythany, Hadxayfong, Sangthong, Pakngum). Phạm vi thời gian đánh giá trải dài qua 20 năm, đối chiếu tại ba mốc thời gian: năm 2000, năm 2013 và năm 2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên lý thuyết viễn thám (Remote Sensing - RS) và Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) trong giám sát động thái lớp phủ bề mặt Trái Đất. Nghiên cứu tiếp cận khái niệm LULC như một hệ quy chiếu phản ánh tác động can thiệp của con người lên sinh cảnh tự nhiên, kéo theo sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đất (Land Surface Temperature - LST) và hiện tượng đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island).

Quy trình xử lý và phân tích ảnh vệ tinh bao gồm các bước:

1. Thu thập dữ liệu: Tải ảnh vệ tinh quang học đa phổ Landsat từ Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) với độ che phủ mây dưới 10% và độ phân giải không gian 30 m; thu thập ranh giới hành chính từ cơ sở dữ liệu DIVA-GIS. Hệ tọa độ tham chiếu chuẩn thống nhất là WGS 1984 UTM Zone 48N.
2. Tổ hợp dải sóng (Band Combination): Sử dụng công cụ xử lý ảnh trong ArcMap để ghép nối từ Band 1 đến Band 7 của từng cảnh ảnh vệ tinh Landsat nhằm hiển thị ảnh màu tự nhiên và ảnh giả màu, hỗ trợ nhận diện các đối tượng bề mặt.
3. Cắt ảnh theo ranh giới (Image Clip): Dùng lớp đa giác ranh giới Viêng Chăn để trích xuất phạm vi khu vực nghiên cứu từ các ảnh khảm gốc.
4. Thu thập mẫu huấn luyện (Training Samples): Chọn lọc các điểm mẫu đại diện cho từng kiểu bề mặt dựa trên đặc trưng phổ và đối chiếu với dữ liệu ảnh lịch sử trên Google Earth Pro.
5. Phân loại ảnh có kiểm định (Supervised Classification): Áp dụng thuật toán phân loại khả suất cực đại (Maximum Likelihood Classification) kết hợp công cụ phân loại tương tác (Interactive Supervised Classification) trên phần mềm ArcMap 10.3 để phân chia bề mặt thành 5 nhóm lớp phủ chính:
   • Nước mặt (Water): Sông ngòi, kênh rạch, vùng đất ngập nước và thủy vực mở.
   • Rừng (Forest): Rừng tự nhiên, mảng cây xanh và thảm thực vật dày.
   • Nông nghiệp (Agriculture): Đất canh tác lúa, hoa màu và đất nông trại.
   • Đất xây dựng (Built-up): Công trình xây dựng, khu dân cư, hạ tầng giao thông.
   • Đất khác (Other): Đất trống, đất phát quang, khu công nghiệp và bãi thải.
6. Phân tích biến động và tính toán diện tích: Xuất dữ liệu bảng thuộc tính raster sang Microsoft Excel 2016 để tính toán diện tích, tỷ lệ phần trăm và lập ma trận chuyển đổi lớp phủ giữa các thời kỳ.

Loại dữ liệu	Năm chụp	Cảm biến / Vệ tinh	Thời gian chụp	Độ phân giải	Nguồn cung cấp
Ảnh vệ tinh	2000	Landsat 7 ETM+	Tháng 10 & Tháng 11	30 m	USGS
Ảnh vệ tinh	2013	Landsat 8 OLI/TIRS	Tháng 2, 7 & Tháng 9	30 m	USGS
Ảnh vệ tinh	2020	Landsat 8 OLI/TIRS	Tháng 1	30 m	USGS
Bản đồ ranh giới	-	Vector Polygon	-	-	DIVA-GIS

Phần mềm ứng dụng gồm: ArcGIS (ArcMap 10.3) cho toàn bộ quy trình xử lý không gian và phân loại; Google Earth Pro 7.3 phục vụ kiểm chứng thực địa lịch sử; Microsoft Excel 2016 phục vụ thống kê diện tích và vẽ biểu đồ.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I và Tổng quan tài liệu (Part I & Literature Review)

Tác giả tổng quan các nghiên cứu trong nước và quốc tế về động lực biến đổi lớp phủ đất, quá trình đô thị hóa toàn cầu và bối cảnh đặc thù tại Lào. Văn bản phân tích quá trình chuyển dịch kinh tế từ sau chính sách đổi mới cơ chế thị trường năm 1986, khiến GDP bình quân đầu người của Lào tăng từ 473 USD (năm 2005) lên 1.077 USD (năm 2010) và 1.850 USD (năm 2015). Đô thị hóa tại Viêng Chăn mang tính đặc thù khi chiếm tới 78% tổng diện tích đô thị hóa của cả nước nhưng không hình thành các khu ổ chuột tập trung lớn; thay vào đó, đô thị mở rộng phân tán dọc theo các tuyến giao thông huyết mạch và đan xen vào khu vực ven đô, làm phân mảnh cảnh quan sinh thái nông nghiệp và lâm nghiệp truyền thống.

Dữ liệu và Phương pháp nghiên cứu (Materials and Methods)

Phần này mô tả chi tiết vị trí địa lý của 9 quận/huyện tại Viêng Chăn, nguyên lý kết hợp dải sóng quang học từ Band 1 đến Band 7 đối với ảnh Landsat 7 và Landsat 8, phương pháp xác lập vùng mẫu đại diện (training samples) và quy trình vận hành thuật toán Maximum Likelihood Classification. Bên cạnh đó, tác giả nêu rõ quy trình đối soát dữ liệu đa thời gian trên nền ảnh vệ tinh độ nét cao của Google Earth Pro nhằm hạn chế tối đa sai số phân loại do nhiễu phổ và góc chiếu sáng.

Kết quả phân loại và biến động lớp phủ đất (Results)

Chương này trình bày chi tiết bản đồ và số liệu thống kê lớp phủ qua các năm 2000, 2013 và 2020:

• Hiện trạng năm 2000: Tổng diện tích phân loại là 362.398,54 ha. Rừng chiếm ưu thế tuyệt đối với 202.223,87 ha (56%), tiếp đến là đất nông nghiệp 109.596,76 ha (30%), đất khác chiếm 22.497,64 ha (6%), đất mặt nước đạt 14.589,63 ha (4%), và đất xây dựng chỉ chiếm 13.490,64 ha (4%).
• Hiện trạng năm 2013: Tổng diện tích phân loại là 362.379,07 ha. Cấu trúc lớp phủ tương đối ổn định so với năm 2000: Rừng đạt 201.811,87 ha (56%), nông nghiệp đạt 109.104,75 ha (30%), đất khác đạt 26.183,36 ha (7%), mặt nước đạt 12.095,51 ha (3%), đất xây dựng chiếm 13.183,58 ha (4%).
• Hiện trạng năm 2020: Tổng diện tích phân loại là 362.373,78 ha. Cơ cấu lớp phủ có sự xáo trộn lớn: Diện tích rừng giảm mạnh xuống 118.984,97 ha (33%), đất khác tăng vọt lên 117.307,41 ha (32%), đất nông nghiệp giảm còn 88.064,66 ha (24%), đất xây dựng tăng lên 27.525,54 ha (8%), và mặt nước còn 9.998,86 ha (3%).

Loại lớp phủ	Năm 2000 (ha)	Tỷ lệ 2000 (%)	Năm 2013 (ha)	Tỷ lệ 2013 (%)	Năm 2020 (ha)	Tỷ lệ 2020 (%)	Biến động 2000-2020 (ha)
Mặt nước (Water)	14.589,63	4%	12.095,51	3%	9.998,86	3%	-4.590,77
Rừng (Forest)	202.223,87	56%	201.811,87	56%	118.984,97	33%	-83.238,90
Nông nghiệp (Agriculture)	109.596,76	30%	109.104,75	30%	88.064,66	24%	-21.532,10
Đất xây dựng (Built-up)	13.490,64	4%	13.183,58	4%	27.525,54	8%	+14.034,90
Đất khác (Other)	22.497,64	6%	26.183,36	7%	117.307,41	32%	+94.809,77
Tổng cộng	362.398,54	100%	362.379,07	100%	362.373,78	100%	-24,76

• Động thái chuyển đổi giai đoạn 2000 - 2013: Biến động diễn ra ở mức độ thấp. Diện tích rừng chỉ giảm 412,00 ha; đất nông nghiệp giảm 492,01 ha; mặt nước giảm 2.494,12 ha; đất xây dựng giảm nhẹ 307,06 ha; trong khi nhóm đất khác tăng thêm 3.685,72 ha.
• Động thái chuyển đổi giai đoạn 2013 - 2020: Tốc độ biến đổi diễn biến nhanh chóng. Diện tích rừng bị suy giảm tới 82.826,90 ha; đất nông nghiệp mất đi 21.040,09 ha; mặt nước giảm 2.096,65 ha; ngược lại, đất xây dựng tăng mạnh 14.341,96 ha (tăng hơn gấp đôi) và diện tích đất khác mở rộng thêm 91.124,05 ha.

Thảo luận và Đề xuất quản lý (Discussion & Implications)

Phần thảo luận tập trung làm rõ các dòng chuyển dịch trực tiếp giữa các loại hình sử dụng đất trong 20 năm qua:

• Đất rừng bị chuyển dịch mạnh nhất: 66.670,41 ha rừng chuyển thành đất khác (chiếm 18,41% tổng diện tích tự nhiên của thủ đô), 19.046,26 ha rừng chuyển thành đất nông nghiệp (5,26%) và 5.608,55 ha rừng chuyển trực tiếp thành đất xây dựng (1,55%).
• Đất nông nghiệp có 42.820,82 ha chuyển sang đất khác (11,82%) và 11.663,22 ha chuyển thành đất xây dựng (3,22%).
• Mặt nước chuyển thành đất nông nghiệp chiếm 3.491,96 ha (0,96%) và chuyển sang đất xây dựng chiếm 934,26 ha (0,26%).
• Nhóm đất khác được tái canh tác thành đất nông nghiệp là 15.897,39 ha (4,39%) và chuyển sang đất xây dựng là 1.683,00 ha (0,46%).

Văn bản chỉ ra nguyên nhân chủ yếu của các biến động này bắt nguồn từ sự bùng nổ dân số đô thị, gia tăng hoạt động công nghiệp, chuyển đổi đất lâm nghiệp sang mặt bằng dự án và phát triển các khu công nghiệp/đô thị mới. Tác động môi trường được ghi nhận gồm mất sinh cảnh đa dạng sinh học, gia tăng nguy cơ ngập úng đô thị, biến đổi chu trình thủy văn và gia tăng nhiệt độ bề mặt đất do diện tích bề mặt không thấm nước tăng nhanh.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả định lượng cụ thể:

• Làm rõ bức tranh chuyển dịch lớp phủ tại thủ đô Viêng Chăn qua 2 thập kỷ: Từ một đô thị có tỷ lệ che phủ rừng cao (56% năm 2000) xuống còn 33% vào năm 2020. Đồng thời, đất xây dựng mở rộng từ 13.490,64 ha (4%) lên 27.525,54 ha (8%), tăng hơn 100% về quy mô diện tích.
• Chỉ ra sự bùng nổ của nhóm "đất khác" (đất trống, mặt bằng quy hoạch, đất công nghiệp) từ 22.497,64 ha (6%) lên 117.307,41 ha (32%), phản ánh giai đoạn giải phóng mặt bằng quy mô lớn để phục vụ các dự án hạ tầng và mở rộng đô thị trong giai đoạn 2013 - 2020.
• Cung cấp ma trận chuyển đổi chi tiết giữa 5 nhóm lớp phủ, làm cơ sở khoa học cho các nhà quản lý đô thị tại Viêng Chăn trong việc hoạch định chính sách bảo vệ tài nguyên rừng, kiểm soát chuyển đổi đất nông nghiệp và giảm thiểu tác động của đảo nhiệt đô thị.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận một số hạn chế khách quan:

• Nguồn ảnh vệ tinh Landsat thu thập qua các năm có sự khác biệt về mùa (năm 2000 lấy ảnh tháng 10-11; năm 2013 lấy ảnh tháng 2, 7, 9; năm 2020 lấy ảnh tháng 1), gây ảnh hưởng nhất định đến phản xạ phổ của thảm thực vật và độ ẩm đất.
• Tồn tại sai số hình học và quang học do ảnh hưởng của khúc xạ ánh sáng, góc chiếu ban ngày và một phần độ che phủ mây dưới 10%.
• Độ phân giải không gian 30 m của ảnh Landsat gây khó khăn nhất định trong việc phân tách chi tiết các ranh giới đối tượng xây dựng nhỏ lẻ xen kẹt trong vùng nông thôn ven đô.
• Tổng diện tích vùng ranh giới sau khi trích xuất raster có độ chênh lệch nhỏ qua các năm (giảm 24,76 ha từ 2000 đến 2020 do sai số pixel ở đường biên).
• Hướng nghiên cứu tiếp theo: Ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao hơn (Sentinel-2 hoặc ảnh thương mại), tích hợp thêm các chỉ số vi khí hậu (LST, NDVI, NDBI) và phân tích sâu hơn các yếu tố kinh tế - xã hội định lượng tác động trực tiếp đến biến động rừng.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu tham khảo cho:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Đất đai, Quản lý Tài nguyên Thiên nhiên và Địa tin học (GIS/Viễn thám).
• Các nghiên cứu thực hành về quy trình phân loại ảnh vệ tinh Landsat đa thời gian bằng phương pháp Maximum Likelihood Classification trên phần mềm ArcGIS.
• Cơ quan quy hoạch và quản lý đô thị tại thủ đô Viêng Chăn và các đô thị tương đồng tại lưu vực sông Mê Kông khi xây dựng báo cáo đánh giá môi trường chiến lược và chiến lược phát triển đô thị bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Khóa luận sử dụng các nguồn ảnh vệ tinh nào và độ phân giải không gian bao nhiêu? Tác giả sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM+ (cho năm 2000) và Landsat 8 OLI/TIRS (cho các năm 2013 và 2020) do Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) cung cấp miễn phí, với độ phân giải không gian là 30 mét.

Diện tích đất xây dựng và diện tích rừng tại thủ đô Viêng Chăn thay đổi như thế nào sau 20 năm? Trong giai đoạn 2000 - 2020, diện tích đất rừng giảm mạnh từ 202.223,87 ha (56% diện tích) xuống còn 118.984,97 ha (33%), tương ứng mức suy giảm 83.238,90 ha. Ngược lại, diện tích đất xây dựng tăng hơn gấp đôi, từ 13.490,64 ha (4%) lên 27.525,54 ha (8%), tăng thêm 14.034,90 ha.

Bề mặt đất tại Viêng Chăn được phân loại thành mấy nhóm đối tượng chính? Nghiên cứu phân loại bề mặt đất thành 5 nhóm chính: Mặt nước (Water), Rừng (Forest), Đất nông nghiệp (Agriculture), Đất xây dựng (Built-up) và Đất khác (Other - gồm đất trống, mặt bằng công nghiệp và bãi thải).

Giai đoạn nào ghi nhận tốc độ biến động lớp phủ đất mạnh nhất tại Viêng Chăn? Giai đoạn 2013 - 2020 chứng kiến sự biến động mạnh mẽ nhất. Trong khi giai đoạn 2000 - 2013 diện tích rừng chỉ giảm 412,00 ha thì giai đoạn 2013 - 2020 diện tích rừng giảm tới 82.826,90 ha và đất xây dựng tăng thêm 14.341,96 ha.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Namkho Songkham đã ứng dụng công nghệ GIS và dữ liệu viễn thám đa thời gian Landsat để định lượng hóa biến động lớp phủ đất tại thủ đô Viêng Chăn trong giai đoạn 2000 - 2020. Kết quả cho thấy xu thế suy giảm rõ rệt của diện tích rừng và đất nông nghiệp trước áp lực mở rộng không gian xây dựng và gia tăng dân số đô thị, đặc biệt bùng nổ trong giai đoạn 2013 - 2020. Nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu không gian thực chứng, hỗ trợ thiết thực cho công tác quy hoạch sử dụng đất và xây dựng các chính sách phát triển đô thị bền vững tại Lào.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THAI NGUYEN UNIVERSITY UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND FORESTRY NAMKHO SONGKHAM USING LANDSAT DATA TO MONITOR THE LAND COVER CHANGE IN VIENTIANE CAPITAL, LAO PDR BACHELOR THESIS Study mode : Full-Time Major : Environmental Science and Management Faculty : International Program Office Batch : ESM48 (2017 – 2020) Thai Nguyen, 8th September 2021 DOCUMANTATION PAGE AND ABSTRACT Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry Bachelor of Environmental Science and Degree Program Management Student Name NAMKHO SONGKHAM Student Name DTN1554290051 USING LANDSAT DATA TO MONITOR THE Thesis title LAND COVER CHANGE IN VIENTIANE CAPITAL, LAO PDR. NGUYEN VAN HIEU Supervisor (s) GEOINFORMATIC RESEARCH CENTER Supervisor signature (s) Nguyen Van Hieu Land cover change is the significant to arrange of scale and problems center to global change study. In order to monitor change in land cover, gathering the data by using intensive desktop for analysis land cover in particular area by using land satellite image, land satellite image bring a benefit for many proposes especially analysis area without time-travelling. Vientiane is located on center of Lao PDR and considered as capital of Lao PDR this capital is also a development area.

By using ArcGIS software to classify a land cover types by using supervised classification. The result illustrates the decreasing of forest area and increase in built-up scale. In term of environmental impacts, extending of settling area is the factor of urban population growth which leads to environment issues. This research will gather a result and provide a changing detail on land cover in Vientiane and in provision of development plan to mitigate the issues that probably happen in the future.

i Land cover, Land cover change, GIS, Urbanization, Keywords Landsat image, Vientiane Lao, USGS. Number of Pages 56 Submission date ii ACKNOWLEDGEMENT I would like to express the deepest appreciation to my supervisor, Mr. Nguyen Van Hieu, who has the attitude and substance of a genius. For this patience, motivation, enthusiasm, and immense knowledge.

His suggestion helped me in all the time of the research and conducting of this thesis. Without his advice and persistent help this thesis would not have been possible Besides my supervisor, I would like to thank the rest of my thesis committee: Mr. Bui Minh Tung. For his cooperation and suggestion to my thesis about comment and question.

Moreover, I would like to say thank you to Geoinformatics Research Center (GIRC) for offering a chance to conduct research. Last but not least, I would like to thank my family, my parent Kay Namkho and Sonechan Namkho. For giving birth to me at the first place as well as encouragement and support throughout my life. iii TABLE OF CONTENT DOCUMANTATION PAGE AND ABSTRACT .iii TABLE OF CONTENT.

iv LIST OF FIGURES. vii LIST OF TABLES .viii LIST OF ABBREVIEATION. Research Questions and Hypothesis. Significance of Study.

Scope and Limitations.2 Urbanization in Vientiane.3 Land use and Land cover study .1 Materials and Methods .3 Introduction to the preprocessing .4 Software used in this study .8 Image analysis and classification .1 Land Cover Map In 2000 .2 Land cover map in 2013 .3 The land cover map of 2020.4 Land cover between 2000 and 2013 .5 Land cover between 2013 and 2020 .6 Land cover between 2000 and 2020 .7 Land cover change in Vientiane from 2000 and 2020. How has land use in Vientiane changed from 2000 to 2020. Reason Behind Land Use Changes in Vientiane. Urbanization and Its Impacts on the Environment: the case of Vientiane, Laos.

Implications for Urban Planning and Management:. 55 vi LIST OF FIGURES Figure 3. Flowchart of the methodology. Study area Vientiane.

Process of band combination. Band combination completed. Clipping image process using Vientiane boundary. Taking training samples.

Types of samples. Vientaine’s land cover map in 2000. Vientaine’s land cover map in 2013. Vientaine’s land cover map in 2020.

Land cover Vientiane 2000 and 2013. Graph of land cover change 2000 and 2013. Land cover Vientiane 2013 and 2020. Comparison graph of land cover 2013 and 2020 .8 Land cover of Vientiane 2000 and 2020.

Comparison graph of land cover 2000 and 2020 .10 Land cover change map of Vientiane. Graph of Land cover change. Google Earth image of December 2000 and February 2020 .42 vii LIST OF TABLES Table 3. Band combination for natural color (ESRI).

Details of land use of Vientiane in 2000. Details of land use of Vientiane in 2013. Details of land use of Vientiane in 2020. Details of land use of Vientiane 2000 and 2013.

Details of land use of Vientiane 2013 and 2020. Details of land use of Vientiane in 2000 and 2020. Details of land cover change in Vientiane 2000 and 2020.40 viii LIST OF ABBREVIEATION CAC Center for Clean Air Coalition CIA Central Intelligence Agency EC Electrical Conductivity GDP Gross Domestic Product GGGI Global Green Growth Institute GIS Geo Informatic System GMS Greater Mekong Subregion HA Hectare JICA Japan International Cooperation Agency Lao PDR Lao People Democratic Republic LC Land Cover LST Land Surface Temperature MRC Mekong River Commission NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration RS Remote Sensing USGS United States Geological Survey UTM Urchin Tracking Module WGS World Geodetic System WHO World Health Organization µm Micrometer ix PART I. Research Rationale Even though being one of the poorest countries in the world, Lao People’s Democratic Republic (also known as Lao PDR or Laos) has an urbanization rate of 3.

According to CIA (2019), in Laos, 35.6 % of the total population lives in an urban area. To be specific, half of the urban population is currently living in its capital city, making it challenging for the authorities to plan for urban development (Centre for Development and Environment, 2018). In parallel with the rapid development of all nations across the globe, the natural resources of such countries are now coping the severe crisis. The conversion from natural resources such as the plantation areas, the forest patches and natural land area to the infrastructure and expansion of agricultural is putting such an enormous pressure on the global biodiversity.

According to the report of United nation in 2018, people more than 55 percent are dwelling in urban area meaning that more than a half of total population are contributing to the global biodiversity degradation. Lao PDR, known as a country with the abundance and diversity of forests and natural resources, are now being affected by urbanization in the similar way. Vientiane capital, the small and relaxed city located on the central of Laos, it is the large city and flattening in geography that situated along the Mekong River (lao- guide-999. City has a monsoon climate with the average daytime temperature above 80 ºF (27ºC) and more than 80% of average annual participation 1 falling in five months from May to September.

The city is modernized by the infrastructure, building and facilities, however, it still keeps the beauty of traditions and culture since many old temples are located inside the town (Augustyn, 2016). Additionally, with more than 948,000 people are settling down, Vientiane is considered as a largest city where people mostly embody to earn a living. As an economic city, most of citizens in Vientiane capital occupied as a worker, officer, and farmer in suburb. In view of the fact that most people in Vientiane is farmers, thus, the large paddy field and agricultural area is plenty to be seen along the capital city.

Interestingly, with the potential of being an attraction of inventors to contribute their business, Vientiane is popularly known as one of economic attraction cities in Laos. Therefore, due to this issue, Vientiane have expended the urban to suburb with growing of economic and develop a large area, this resulted in the transforming from forest area to infrastructure and agricultural land (JICA, 2011). This necessitated to monitor the change in land use of Vientiane capital through time to compare how the biodiversity has been degrading and how the urbanization has undertaken. In order to monitoring the land use, several elements will be produced in ArcGIS software including Land use change and land cover change mapping.

To specify, Land use is the specification of land such as building, vegetation and agriculture that can be classified due to what can be built on the land and what the land can be used for. Category of community, environment or placing that determined can be used on a specific type of land. The arrangements, activities, and inputs that people attempt in a certain land cover type are called land use 2 (DIANA EASTMAN, 2018). In order to identify what a region is covered by forest, instruction, agriculture, and another land cover types and types of water it can be classified by Land cover data.

Water types include wetlands or open water. Land use is an indicator of the propose of using by people in that area use the land field whether for development, conservation, invasion, or mixed uses. Land cover can be managed with the different types and use differently (NOAA, 2020). It is necessary and worthwhile to study how the land use had been changed according to time.

Therefore, to the best knowledge, this study attempts to perform the land use change and urbanization mapping of Vientiane capital of Laos by employing the modern technology tools to compare the transformation and variation of Land use between the year of 2000 and 2020 with LULC by using Landsat image via ArcGIS software. Research Questions and Hypothesis This study will address the following questions: 1. How the land use has been changed during the period of 2000 to 2020 in Vientiane capital, Laos PDR? 2. How the urbanization affects the environment? 3.

What could be the suitable plan urbanization management in the area ? what could be a practical practice? Null hypothesis: 1. The land use/land cover change in Vientiane capital, Lao PDR have severe changes from 2000 to 2020 3 2. The land use/land cover change in Vientiane capital, Lao PDR impacts on environment since 2000 to 2020 Alternative hypothesis 1. The land use/land cover change in Vientiane capital, Lao PDR does not have severe changes from 2000 to 2020 2.

The land use/land cover change in Vientiane capital, Lao PDR does not impact on environment since 2000 to 2020 1. Research Objective This research aims to accomplish the following to: 1. Assess the land use change of Vientiane capital of Laos during the period of 2000 and 2020 2. Identify the land cover change of Vientiane capital of Laos during the period of 2000 and 2020 3.

Examine the potential impacts of urbanization to biodiversity and environment 4. Address the suitable plan for urbanization management in the municipality of Vientiane, Laos. Significance of Study 1. Student: the study about land use and land cover change in capital city of Laos is required more studies conduct.

Moreover, the information that will be generated from this study can be the secondary data that other students can use for further research. Society: the result of this study could be applied to the urbanization management strategies in the area. Moreover, this finding will also contribute to the better environmental management as well as raise people’s awareness towards the impact of urbanization to biodiversity. Scope and Limitations The scope of this study will cover all the area of municipality of Vientiane.

Required data information regarding to this study and some advice from the GIS specialist will be collected to escalate the quality of this study. However, there might be some factors limiting the study, firstly the potential limitation such as data collection, survey, information downloading with some sources are not available and need to be paid, GIS license.