Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ địa lý với đề tài "Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với điều kiện tự nhiên vùng ven biển đồng bằng sông Hồng" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Phạm Thị Làn, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Võ Chí Mỹ, chuyên ngành Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý (mã số: 62 44 02 14) tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2017.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Biến động sử dụng đất tại Việt Nam nói chung và khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng nói riêng diễn ra mạnh mẽ và liên tục trong nhiều thập kỷ. Biến động này đóng vai trò chủ yếu dẫn tới sự biến đổi môi trường và biến đổi toàn cầu. Để hướng tới mục tiêu phát triển bền vững, đất đai cần được phân bổ và sử dụng hợp lý nhằm phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm an ninh lương thực và bảo vệ môi trường sinh thái. Việc ra quyết định sử dụng đất đòi hỏi phải hiểu rõ sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố tự nhiên và xã hội.

Biến động sử dụng đất là kết quả tổng hợp của các nhân tố sinh thái, địa lý và kinh tế - xã hội. Dải ven biển đồng bằng sông Hồng là khu vực chịu tác động sâu sắc từ chính sách Đổi Mới và sự chuyển dịch cơ cấu kinh tế từ sau năm 1986, thể hiện qua xu hướng giảm diện tích đất nông nghiệp để chuyển sang đất phi nông nghiệp, đất xây dựng công trình dân sinh và hạ tầng. Chu trình biến đổi sử dụng đất tại đây diễn ra theo quy luật tự nhiên và nhân tác: "lúa lấn cói, cói lấn vẹt, vẹt lấn biển". Tuy nhiên, mọi chính sách phát triển kinh tế - xã hội hay các dự án can thiệp (như trồng rừng ngập mặn) đều phải tuân thủ quy luật tự nhiên để đảm bảo tính bền vững.

Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là: dù có nhiều công trình nghiên cứu biến động sử dụng đất, nhưng việc ứng dụng tích hợp tư liệu viễn thám đa thời gian với công cụ GIS để định lượng hóa mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với các yếu tố điều kiện tự nhiên cụ thể (như địa mạo, thổ nhưỡng, động lực đường bờ), đồng thời ứng dụng mô hình không gian dự báo xu hướng biến động phục vụ quy hoạch tại vùng ven biển đồng bằng sông Hồng vẫn cần một quy trình tiếp cận đồng bộ và chuẩn xác.

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của luận án là: Đánh giá được mối quan hệ giữa điều kiện tự nhiên với biến động sử dụng đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng thông qua hai khu vực điển hình là huyện Thái Thụy (tỉnh Thái Bình) và huyện Giao Thủy (tỉnh Nam Định) trên cơ sở ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý.

Để đạt được mục tiêu trên, luận án triển khai 5 nội dung nghiên cứu cụ thể:

  1. Tổng quan tài liệu và xây dựng cơ sở lý luận, phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với điều kiện tự nhiên trên thế giới, Việt Nam và khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng.
  2. Đánh giá điều kiện tự nhiên và sử dụng đất tại hai huyện điển hình là Thái Thụy (Thái Bình) và Giao Thủy (Nam Định).
  3. Nghiên cứu chiết xuất thông tin sử dụng đất từ dữ liệu ảnh đa thời gian khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng trên cơ sở ứng dụng phương pháp phân loại định hướng đối tượng kết hợp phương pháp phân vùng mẫu.
  4. Nghiên cứu, đánh giá mối quan hệ giữa điều kiện tự nhiên với biến động sử dụng đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng trong giai đoạn 1989 – 2013 bằng phương pháp thống kê và mô hình hóa không gian.
  5. Nghiên cứu dự báo xu hướng biến động sử dụng đất năm 2021 trong mối quan hệ với yếu tố tự nhiên bằng việc tích hợp mô hình mạng nơ-ron nhân tạo với CA-Markov.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các vấn đề khoa học và kỹ thuật về ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu mối quan hệ giữa sử dụng đất với điều kiện tự nhiên.
  • Phạm vi không gian: Thực nghiệm trên địa bàn hai huyện đại diện cho hai hình thái phát triển thùy châu thổ ven biển đồng bằng sông Hồng:
    • Huyện Thái Thụy (tỉnh Thái Bình): Đặc trưng bởi thùy châu thổ Diêm Điền đã và đang đi vào giai đoạn thoái trào, lụi tàn; địa hình cồn cát cổ; chế độ thủy văn chịu chi phối bởi hệ thống sông Thái Bình với hướng vận chuyển trầm tích chủ đạo về phía Đông.
    • Huyện Giao Thủy (tỉnh Nam Định): Đặc trưng bởi thùy châu thổ Ba Lạt đang trong giai đoạn bồi tụ và phát triển mạnh; địa hình bãi bồi ven biển; chế độ thủy văn chịu chi phối bởi hệ thống sông Hồng mang lượng trầm tích lớn với hướng vận chuyển chủ đạo về phía Đông Bắc.
  • Phạm vi thời gian: Chuỗi quan trắc và mô phỏng kéo dài từ năm 1989 đến năm 2021 (thời điểm thực nghiệm các mốc 1989, 2001, 2005, 2013 và dự báo năm 2021).
  • Phạm vi khoa học: Mối quan hệ giữa biến động các đơn vị sử dụng đất (chiết xuất từ tư liệu ảnh Landsat TM, ETM+ và OLI) với các điều kiện tự nhiên gồm địa mạo, thổ nhưỡng, biến động đường bờ và khoảng cách tới đường bờ. Luận án tập trung phân tích chiều tác động từ điều kiện tự nhiên đến biến động sử dụng đất.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây được điểm luận

Tác giả đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế theo các nhóm nội dung chính:

  1. Về phân loại lớp phủ và sử dụng đất từ dữ liệu viễn thám:

    • Anderson và cộng sự (1976) thiết lập hệ thống phân loại lớp phủ và sử dụng đất dựa trên dữ liệu viễn thám, chỉ rõ ảnh vệ tinh không trực tiếp ghi nhận hoạt động kinh tế của con người mà phải thông qua việc giải đoán cấu trúc, hình dạng và mối quan hệ không gian của lớp phủ.
    • Jansen và cộng sự (2003) đưa ra quy trình nội suy chức năng sử dụng đất từ lớp phủ qua hai bước: xác định hoạt động chính của con người gắn với loại lớp phủ và phân chia nhỏ nhóm chức năng theo tiêu chí kinh tế - xã hội.
    • Hệ thống phân loại của Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam (theo Luật Đất đai 1993, 2003) mang tính pháp lý và quản lý nhà nước, có độ chi tiết cao mà tư liệu ảnh vệ tinh quang học tầm trung (Landsat) đơn lẻ không thể tách biệt hoàn toàn nếu thiếu dữ liệu bổ trợ GIS.

  2. Về phương pháp xử lý và phân loại ảnh số:

    • Các phương pháp phân loại dựa trên điểm ảnh (pixel-based): phân loại có kiểm định (Maximum Likelihood, Minimum Distance, Box classifier) và không kiểm định (ISODATA, K-means).
    • Phân loại tham số (parametric) và phi tham số (non-parametric: mạng nơ-ron nhân tạo - ANN, máy học véc-tơ hỗ trợ - SVM, cây quyết định - Decision Tree, hệ chuyên gia).
    • Phân loại dưới điểm ảnh (sub-pixel) giải quyết vấn đề điểm ảnh hỗn hợp thông qua phân tích thành phần thuần (end-member).
    • Phân loại theo vùng mẫu (per-field classification) tích hợp dữ liệu raster với bản đồ ranh giới dạng vector nhằm nâng cao tính đồng nhất không gian.
    • Phân loại định hướng đối tượng (Object-based classification - Definiens, 2007) gom cụm các điểm ảnh thành mảng đối tượng dựa trên độ đồng nhất về phổ, hình dạng (shape), cấu trúc (texture) và quan hệ không gian lân cận, kết hợp hàm liên thuộc logic mờ.

  3. Về phương pháp phân tích biến động và ứng dụng thực tiễn:

    • Phân tích sau phân loại (Post-classification comparison) là phương pháp phổ biến, cho phép chồng xếp các bản đồ chuyên đề ở các thời điểm độc lập để lập ma trận biến động mà không đòi hỏi sự đồng nhất về điều kiện khí quyển khi chụp ảnh.
    • Ứng dụng các chỉ số thực vật và chỉ số nước: Tống Sĩ Sơn (2009) sử dụng vector biến động kết hợp chỉ số NDVI và SAVI; Trịnh Hoài Thu và Vũ Thị Hằng ứng dụng sai biệt chỉ số SAVI từ ảnh SPOT 5 tại huyện Từ Liêm (Hà Nội); Phạm Bách Việt, Hồ Đình Duẩn và cộng sự (2006) kết hợp chỉ số NDVI và chỉ số nước (Water Index) từ ảnh Landsat, ASTER, IKONOS, QuickBird nghiên cứu sự mở rộng không gian đô thị Hà Nội giai đoạn 1975 – 2005.
    • Ứng dụng nghiên cứu biến động tài nguyên rừng và xói mòn: Nguyễn Thị Thanh (2009) phân tích biến động lớp phủ tại xã Chiềng Khôi (Sơn La); Nguyễn Hải Hòa (2016) ứng dụng ảnh Landsat đa thời gian phân tích biến động rừng ngập mặn huyện Tiên Yên (Quảng Ninh) giai đoạn 1994 – 2015; Vũ An Tuân (2004) ứng dụng ảnh Landsat TM đánh giá biến động lớp phủ thực vật ảnh hưởng đến hệ số xói mòn đất (hệ số C) tại lưu vực sông Trà Khúc.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù các kỹ thuật viễn thám và GIS đã được áp dụng rộng rãi, phần lớn các nghiên cứu trước đây tại vùng ven biển đồng bằng sông Hồng chỉ dừng lại ở việc kiểm kê diện tích biến động đơn thuần hoặc phân tích biến động bằng các phương pháp pixel truyền thống vốn dễ gây sai số do hiện tượng "hạt tiêu" (salt-and-pepper) và điểm ảnh hỗn hợp. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống:

  • Kết hợp phương pháp phân loại định hướng đối tượng và phân vùng mẫu nhằm chiết xuất lớp phủ/sử dụng đất ven biển có độ chính xác cao từ chuỗi ảnh Landsat đa thời gian.
  • Định lượng hóa mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố tự nhiên (địa mạo, thổ nhưỡng, động lực đường bờ) tới xác suất chuyển đổi của từng loại hình sử dụng đất thông qua mô hình hồi quy Logistic.
  • Ứng dụng mô hình không gian tích hợp Mạng nơ-ron nhân tạo và CA-Markov (trong mô-đun Land Change Modeler) để mô phỏng khả năng chuyển đổi và dự báo không gian sử dụng đất phục vụ quy hoạch bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm

  • Lớp phủ (Land cover): Là trạng thái sinh thái - vật lý thực tế quan sát được trên bề mặt đất (thực vật, mặt nước, đất trống, công trình nhân tạo). Lớp phủ mang tính khách quan và có thể ghi nhận trực tiếp bằng cảm biến viễn thám.
  • Sử dụng đất (Land use): Là sự sắp xếp, khai thác và tác động của con người lên lớp phủ đất nhằm phục vụ các mục đích kinh tế, văn hóa, xã hội hoặc duy trì trạng thái nhất định. Sử dụng đất phải được nội suy từ lớp phủ thông qua các quy tắc hình thái, không gian và tài liệu bổ trợ.
  • Mô hình tiếp cận hệ thống: Biến động sử dụng đất là một quá trình động, chịu sự chi phối đồng thời của quy luật tự nhiên và hoạt động nhân sinh. Điều kiện tự nhiên đóng vai trò là nền tảng không gian, quy định khả năng thích nghi sinh thái và tiềm năng chuyển đổi của từng loại hình sử dụng đất.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng phương pháp tích hợp công nghệ Viễn thám và GIS:

  1. Phương pháp chiết xuất thông tin sử dụng đất:

    • Ứng dụng kỹ thuật phân loại định hướng đối tượng (Object-based classification) kết hợp phân vùng mẫu (Per-field classification). Quá trình phân đoạn ảnh (segmentation) nhóm các điểm ảnh lân cận đồng nhất về giá trị phổ, độ mịn và hình học thành các đối tượng độc lập.
    • Xây dựng bộ quy tắc phân loại mờ (fuzzy logic rules) kết hợp các chỉ số chuyên đề và lớp ranh giới địa lý để gán nhãn loại hình sử dụng đất.

  2. Phương pháp phân tích thống kê không gian:

    • Phương pháp so sánh sau phân loại (Post-classification comparison) để xây dựng ma trận chuyển đổi sử dụng đất giai đoạn 1989 – 2001, 2001 – 2005 và 2005 – 2013.
    • Phương pháp hồi quy Logistic (Logistic Regression) để phân tích mối quan hệ giữa biến phụ thuộc (khả năng chuyển đổi của các loại hình đất: đất lúa - hoa màu, đất nuôi trồng thủy sản, đất rừng ngập mặn, đất trống) với tập hợp các biến độc lập điều kiện tự nhiên (địa mạo, thổ nhưỡng, biến động đường bờ, khoảng cách tới đường bờ).

  3. Phương pháp mô hình hóa không gian:

    • Ứng dụng mô hình LCM (Land Change Modeler) tích hợp Mạng nơ-ron nhân tạo đa lớp (Multi-Layer Perceptron - MLP) để xác định tiềm năng chuyển đổi không gian của từng loại hình đất dựa trên các biến tự nhiên.
    • Ứng dụng mô hình Tế bào tự động kết hợp chuỗi Markov (CA-Markov) để dự báo biến động sử dụng đất tới năm 2021.
    • Kiểm định độ chính xác mô hình bằng các chỉ số thống kê và đối chiếu thực nghiệm.

Nguồn tư liệu và dữ liệu sử dụng

Nhóm dữ liệu Tên tư liệu / Cảnh ảnh Độ phân giải Kênh phổ Ngày chụp / Năm Nguồn cung cấp / Tác giả
Ảnh vệ tinh Landsat TM (Cảnh 126/046) 30m 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 23/11/1989 USGS / Dữ liệu viễn thám
Landsat ETM+ (Cảnh 126/046) 30m 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 16/11/2001 USGS / Dữ liệu viễn thám
Landsat ETM+ (Cảnh 126/046) 30m, 60m, Pan 15m 1, 2, 3, 4, 5, 61, 62, 7, 8 10/10/2005 USGS / Dữ liệu viễn thám
Landsat OLI (Cảnh 126/046) 30m 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9 08/10/2013 USGS / Dữ liệu viễn thám
Bản đồ nền Bản đồ địa hình Tỷ lệ 1:50.000 Hệ VN-2000 2000 Cục Đo đạc Bản đồ Quân đội
Bản đồ chuyên đề Bản đồ hiện trạng sử dụng đất Tỷ lệ 1:50.000 Dạng số/giấy 2005 Viện Nghiên cứu Thổ nhưỡng
Bản đồ địa mạo Tỷ lệ 1:50.000 Dạng số 1996 Lê Văn Xuân, Vũ Nhật Thắng (Cục Địa chất)
Bản đồ thổ nhưỡng Tỷ lệ 1:50.000 Dạng số 2005 Viện Nghiên cứu Thổ nhưỡng
Số liệu thống kê Niên giám thống kê Số liệu huyện Báo cáo hành chính 1989, 2001, 2005, 2013 Chi cục Thống kê Thái Thụy, Giao Thủy

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với điều kiện tự nhiên

  • Hệ thống hóa khái niệm và quy trình chiết xuất: Phân định rõ ranh giới lý luận giữa lớp phủ và sử dụng đất. Phân tích các bước nội suy sử dụng đất từ lớp phủ dựa trên cấu trúc, hình thái và tri thức chuyên gia địa phương.
  • Đánh giá các hệ thống phân loại: Luận giải sự khác biệt giữa hệ thống phân loại lớp phủ/sử dụng đất viễn thám quốc tế (Anderson cs, 1976) với hệ thống phân loại đất đai của Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam.
Cấp 1 Cấp 2
Đất ở và xây dựng Đất dân cư; Đất chuyên dùng; Đất công nghiệp; Đất giao thông và công cộng; Đất xen khu công nghiệp phức hợp; Đất xen dân cư và khu xây dựng
Đất nông nghiệp Đất lúa và hoa màu; Đất trồng cây ăn quả; Đất chăn nuôi; Đất nông nghiệp khác
Đất rừng Đất rừng rụng lá; Đất rừng thường xanh; Đất rừng khác
Nước Sông suối và kênh mương; Hồ ao; Vịnh và cửa sông
Đất ngập nước Đất ngập nước có rừng; Đất ngập nước không có rừng
Đất trống Ruộng muối; Bãi biển; Bãi cát khác bãi biển; Khu vực chuyển tiếp
  • Tổng kết phương pháp phân loại và phân tích biến động: So sánh hiệu quả giữa các phương pháp phân loại cứng/mềm, pixel/định hướng đối tượng/phân vùng mẫu. Khẳng định tính ưu việt của phân tích sau phân loại đối với dữ liệu đa thời gian và vai trò của mô hình hóa không gian trong việc đánh giá tương tác tự nhiên - nhân sinh.

Chương 2: Ứng dụng viễn thám nghiên cứu biến động sử dụng đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng

  • Đặc trưng khu vực nghiên cứu: Phân tích bối cảnh tự nhiên, tai biến xói lở/bồi tụ, biến đổi khí hậu, nước biển dâng và xâm nhập mặn tại hai huyện Thái Thụy và Giao Thủy.
  • Quy trình chiết xuất thông tin: Áp dụng phương pháp phân loại định hướng đối tượng kết hợp phân vùng mẫu cho chuỗi ảnh Landsat các năm 1989, 2001, 2005 và 2013. Thiết lập bộ quy tắc phân loại dựa trên đặc tính phổ, cấu trúc hình học và dữ liệu vector hỗ trợ.
  • Kiểm chứng độ chính xác: So sánh, đối chiếu diện tích chiết xuất từ ảnh vệ tinh với số liệu niên giám thống kê của huyện Giao Thủy (Nam Định) và huyện Thái Thụy (Thái Bình). Kết quả tương quan cho thấy độ tin cậy cao của phương pháp phân loại đã chọn.
  • Phân tích bức tranh biến động (1989 – 2013): Xây dựng các ma trận chuyển đổi sử dụng đất giai đoạn 1989 – 2001, 2001 – 2005 và 2005 – 2013. Chỉ ra sự thay đổi mạnh mẽ về diện tích các loại hình đất: đất nuôi trồng thủy sản gia tăng nhanh chóng (đặc biệt sau năm 2001), đất lúa và hoa màu có xu hướng thu hẹp do chuyển đổi mục đích, diện tích rừng ngập mặn và bãi bồi ven biển có sự biến động phức tạp theo các giai đoạn phục hồi - chuyển đổi.

Chương 3: Phân tích mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với điều kiện tự nhiên khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng

  • Định lượng hóa mối quan hệ tự nhiên - sử dụng đất: Thiết lập mô hình hồi quy Logistic xác định mức độ tác động của 4 nhóm yếu tố tự nhiên (địa mạo, thổ nhưỡng, khoảng cách đến đường bờ, biến động xói lở/bồi tụ đường bờ) tới các loại hình chuyển đổi đất:
    • Chuyển đổi đất lúa và hoa màu sang các loại hình khác có mối tương quan chặt chẽ với đơn vị địa mạo và loại đất.
    • Chuyển đổi sang đất nuôi trồng thủy sản chịu ảnh hưởng lớn nhất từ yếu tố thổ nhưỡng (đất mặn, đất phèn), khoảng cách tới đường bờ và hệ thống thủy văn.
    • Sự biến động của diện tích rừng ngập mặn và đất trống/bãi bồi liên kết trực tiếp với chế độ bồi tụ/xói lở và hình thái thùy châu thổ (sự khác biệt rõ nét giữa Diêm Điền và Ba Lạt).
  • Đánh giá tác động ngược của sử dụng đất: Phân tích hệ quả môi trường từ hoạt động chuyển đổi đầm nuôi thủy sản và phá rừng ngập mặn đến tính ổn định của bờ biển và chất lượng đất.
  • Mô hình hóa và dự báo không gian đến năm 2021:
    • Tích hợp mạng nơ-ron nhân tạo (MLP) trong mô hình LCM để tạo lập các bản đồ xác suất chuyển đổi tiềm năng.
    • Ứng dụng mô hình CA-Markov mô phỏng xu hướng phân bố không gian sử dụng đất năm 2021 tại Thái Thụy và Giao Thủy.
    • Kiểm tra độ chính xác mô hình dự báo và đề xuất các định hướng quy hoạch sử dụng đất không gian dựa trên sự phù hợp với điều kiện tự nhiên.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

  1. Về mặt phương pháp: Đánh giá được biến động sử dụng đất dựa trên quy trình tích hợp phương pháp phân loại định hướng đối tượng và phương pháp phân vùng mẫu (per-field classification) đối với chuỗi dữ liệu ảnh vệ tinh đa thời gian tại hai huyện Thái Thụy (Thái Bình) và Giao Thủy (Nam Định), đạt độ chính xác cao và hạn chế được sai số của các phương pháp phân loại truyền thống.
  2. Về mặt khoa học và thực tiễn: Định lượng hóa được mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất với các yếu tố điều kiện tự nhiên thông qua phân tích hồi quy Logistic; đồng thời tích hợp thành công mô hình mạng nơ-ron nhân tạo với CA-Markov trong mô hình LCM để mô phỏng và dự báo xu hướng biến động sử dụng đất đến năm 2021 tại hai khu vực nghiên cứu điển hình, cung cấp luận cứ khoa học phục vụ công tác quy hoạch phát triển bền vững.

Hai luận điểm bảo vệ chính

  • Luận điểm 1: Tích hợp phương pháp phân loại định hướng đối tượng và phương pháp phân vùng mẫu (per-field classification) từ ảnh vệ tinh đa thời gian cho phép chiết xuất thông tin sử dụng đất ven biển đồng bằng sông Hồng với độ chính xác cao.
  • Luận điểm 2: Biến động sử dụng đất khu vực ven biển đồng bằng sông Hồng có mối quan hệ chặt chẽ với điều kiện tự nhiên, đặc biệt là địa mạo và thổ nhưỡng; đây là cơ sở hiệu quả cho việc dự báo xu hướng biến động sử dụng đất phục vụ công tác quy hoạch không gian lãnh thổ.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Quy hoạch sử dụng đất dải ven biển cần xem xét nghiêm ngặt tính thích nghi tự nhiên của từng đơn vị địa mạo và thổ nhưỡng, tránh việc chuyển đổi ồ ạt đất nông nghiệp hoặc phá vỡ hệ sinh thái rừng ngập mặn sang nuôi trồng thủy sản tự phát.
  • Duy trì và phát triển diện tích rừng ngập mặn tại các bãi bồi bồi tụ (như cửa Ba Lạt, Giao Thủy) nhằm tăng cường khả năng phòng hộ bờ biển trước bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
  • Cơ quan quản lý tài nguyên địa phương nên ứng dụng quy trình công nghệ viễn thám kết hợp mô hình hóa GIS như một công cụ định kỳ để giám sát biến động và điều chỉnh kế hoạch sử dụng đất cấp huyện.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Về phạm vi không gian: Thực nghiệm mới được tiến hành tập trung tại hai huyện đại diện (Thái Thụy và Giao Thủy), chưa bao phủ toàn bộ các huyện ven biển còn lại của vùng đồng bằng sông Hồng (như Hải Phòng, Quảng Ninh, Ninh Bình).
  • Về nguồn dữ liệu viễn thám: Luận án sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat với độ phân giải không gian trung bình (30m), do đó việc phân tách một số tiểu loại đất chi tiết (như đất chuyên dùng, đất an ninh quốc phòng, đất phi nông nghiệp xen kẽ) gặp giới hạn và phải phụ thuộc vào dữ liệu bổ trợ GIS.
  • Về mô hình hóa biến động: Phân tích định lượng của mô hình tập trung chủ yếu vào chiều tác động của các yếu tố điều kiện tự nhiên (địa mạo, thổ nhưỡng, đường bờ), trong khi các biến số kinh tế - xã hội chi tiết và cơ chế chính sách vi mô chưa được tích hợp đồng thời vào thuật toán hồi quy không gian.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng phạm vi không gian nghiên cứu ra toàn tuyến dải ven biển Bắc Bộ và các vùng cửa sông châu thổ khác.
  • Thử nghiệm tích hợp các nguồn ảnh viễn thám có độ phân giải không gian cao hơn (như Sentinel-2, SPOT, ảnh viễn thám siêu phổ hoặc ảnh radar) nhằm tăng độ chi tiết trong nhận diện đối tượng bề mặt.
  • Tích hợp thêm các kịch bản biến đổi khí hậu chi tiết, kịch bản xâm nhập mặn cục bộ và các biến số kinh tế - xã hội (thu nhập, mật độ dân số, chính sách đầu tư) vào mô hình dự báo CA-Markov/MLP.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đối tượng và lĩnh vực sau:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Bản đồ, Viễn thám, Hệ thông tin địa lý (GIS), Quản lý đất đai, Địa lý tài nguyên và Môi trường: Tham khảo quy trình tích hợp phân loại ảnh định hướng đối tượng với phân vùng mẫu, phương pháp hồi quy Logistic không gian và kỹ thuật dự báo bằng mô hình LCM (ANN kết hợp CA-Markov).
  • Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học trái đất: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy và khung phân tích thực chứng về mối liên hệ tương hỗ giữa điều kiện tự nhiên vùng bờ với các mô hình sử dụng đất nhân tác.
  • Cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách (Sở Tài nguyên và Môi trường, Phòng Tài nguyên và Môi trường, Viện Quy hoạch đô thị và nông thôn, Chi cục Biển và Hải đảo các tỉnh Thái Bình, Nam Định và khu vực đồng bằng sông Hồng): Ứng dụng các bản đồ hiện trạng, số liệu ma trận biến động và bản đồ dự báo không gian để xây dựng quy hoạch sử dụng đất, phân vùng sinh thái và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao luận án lựa chọn huyện Thái Thụy và huyện Giao Thủy làm hai địa bàn nghiên cứu điển hình?

Hai huyện này đại diện cho hai thái cực phát triển tự nhiên và thủy văn đặc thù của vùng ven biển đồng bằng sông Hồng:

  • Thái Thụy gắn với thùy châu thổ Diêm Điền đã lụi tàn, địa hình cồn cát cổ, chịu tác động của hệ thống sông Thái Bình với hướng vận chuyển trầm tích chủ đạo về phía Đông.
  • Giao Thủy gắn với thùy châu thổ Ba Lạt đang phát triển và bồi tụ mạnh, địa hình bãi bồi non, chịu tác động của sông Hồng với lượng phù sa lớn vận chuyển về phía Đông Bắc.

2. Luận án sử dụng những tư liệu ảnh vệ tinh nào và các thời điểm chụp là khi nào?

Luận án sử dụng 4 cảnh ảnh vệ tinh Landsat (Path/Row: 126/046) tương ứng với 4 thời điểm:

  • Landsat TM: ngày 23/11/1989 (độ phân giải 30m).
  • Landsat ETM+: ngày 16/11/2001 (độ phân giải 30m).
  • Landsat ETM+: ngày 10/10/2005 (độ phân giải 30m/60m và kênh Pan 15m).
  • Landsat OLI: ngày 08/10/2013 (độ phân giải 30m).

3. Phương pháp chiết xuất thông tin sử dụng đất của luận án có điểm gì khác biệt so với phân loại điểm ảnh truyền thống?

Luận án không sử dụng phương pháp phân loại theo từng điểm ảnh đơn lẻ (pixel-based) mà tích hợp phương pháp phân loại định hướng đối tượng (Object-based) với phân vùng mẫu (Per-field classification). Phương pháp này nhóm các điểm ảnh lân cận thành các đối tượng có cùng thuộc tính hình học, kết cấu và phổ, sau đó kết hợp với ranh giới bản đồ vector và tri thức chuyên gia để gán nhãn, loại bỏ hiện tượng nhiễu "hạt tiêu" và nâng cao độ chính xác chiết xuất.

4. Những yếu tố tự nhiên nào được đưa vào mô hình phân tích mối quan hệ với biến động sử dụng đất?

Luận án lựa chọn 4 nhóm yếu tố điều kiện tự nhiên chính để đưa vào phân tích hồi quy Logistic và mô hình hóa không gian:

  • Địa mạo (các dạng địa hình cồn cát, bãi bồi, đồng bằng tích tụ...).
  • Thổ nhưỡng (đất phù sa, đất mặn, đất phèn...).
  • Biến động đường bờ (khu vực xói lở hoặc bồi tụ ven biển).
  • Khoảng cách tới đường bờ biển.

5. Mô hình nào được tác giả sử dụng để dự báo biến động sử dụng đất năm 2021?

Tác giả sử dụng mô-đun Land Change Modeler (LCM), kết hợp Mạng nơ-ron nhân tạo đa lớp (Multi-Layer Perceptron - MLP) để xác định tiềm năng chuyển đổi không gian theo các biến tự nhiên, sau đó tích hợp với mô hình Tế bào tự động - chuỗi Markov (CA-Markov) để mô phỏng và dự báo bức tranh phân bố sử dụng đất năm 2021.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Thị Làn đã xây dựng và thực nghiệm thành công quy trình công nghệ tích hợp viễn thám và GIS trong việc chiết xuất thông tin lớp phủ/sử dụng đất đa thời gian và định lượng hóa mối quan hệ giữa biến động đất đai với các điều kiện tự nhiên tại vùng ven biển đồng bằng sông Hồng. Kết quả nghiên cứu chứng minh vai trò kiểm soát nền tảng của các yếu tố địa mạo, thổ nhưỡng và động lực bờ biển đối với các chuyển đổi đất nông nghiệp, rừng ngập mặn và nuôi trồng thủy sản tại hai huyện điển hình Thái Thụy và Giao Thủy. Việc tích hợp mô hình Mạng nơ-ron nhân tạo và CA-Markov trong dự báo không gian sử dụng đất đến năm 2021 cung cấp cơ sở khoa học và công cụ thực tiễn phục vụ quy hoạch lãnh thổ và quản lý bền vững tài nguyên dải ven biển.