CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE LỚP PHỦ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHAN LOẠI LỚP PHỦ 1. Tổng quan về lớp phủ mặt dat, lớp phủ đô thị 1. Nghiên cứu về lớp phủ mặt đất và lop phủ đô thị trên thé giới Hiện nay trên thé giới, các nghiên cứu về lớp phủ mặt đất chủ yếu dựa trên hai hệ thống phân loại CORINE do Ủy ban Châu Au đề xuất [3] và LCCS do Tổ chức nông lương thế giới (FAO) đề xuất [8]. Chi tiết các hệ thống phân loại được trình bày trong Phụ luc 1.
Từ các hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất LCCS và CORINE, các nghiên cứu đã sử dụng các nguồn dữ liệu khác nhau trong đó chủ yếu là đữ liệu ảnh vệ tinh dé xây dựng các bộ dit liệu lớp phủ toàn cầu. Hệ thống vệ tinh AHVRR của Cơ quan quản lý đại dương và khí quyên quốc gia Hoa Ky (NOAA) cung cấp dit liệu cho các nghiên cứu về lớp phủ mặt đất trên phạm vi toàn cầu [118]. Bộ dữ liệu lớp phủ mặt đất toàn cầu đầu tiên của Cục Khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS) là GLCC sử dung dtr liệu IGBP thu được từ cảm biến AVHRR năm 1993 [79]. Đại hoc Maryland cung cấp bộ dữ liệu lớp phủ toàn cầu UMd dựa trên dit liệu AVHRR năm 1993 [50].
Cộng đồng Châu Âu cung cấp bộ dit liệu GLC2000 dựa trên dữ liệu SPOT năm 2000 [13]. Đại học Boston cũng đã cung cấp bộ dữ liệu lớp phủ MODIS LC dựa trên dir liệu MODIS Ikm toàn cầu vào năm 2002 [37]. Tổ chức không gian châu Âu (ESA) công bố bộ đữ liệu lớp phủ toàn cầu GlobCover năm 2005 với độ phân giải 300m dựa trên dữ liệu ENVISAT/MERIS [31]. Dự án cơ sở đữ liệu lớp phủ mặt đất toàn cầu GLCNMO được xây dựng dựa trên dữ liệu MODIS 500m, cung cấp dữ liệu lớp phủ toàn cầu với độ chính xác cao với sự cộng tác của hon 50 quốc gia trên thé giới trong việc cung cấp dit liệu địa phương và kiêm chứng phương pháp phân loại lớp phủ tại quốc gia của mình với phiên bản thứ nhất sử dụng dữ liệu năm 2003 [126], phiên bản thứ hai sử dụng đữ liệu năm 2008 [125] và phiên bản mới nhất sử dụng dữ liệu năm 16 2013 [70].
Năm 2013, đại học Thanh Hoa, Trung Quốc giới thiệu bộ dữ liệu FROM-GLC với độ phân giải 30m dựa trên dữ liệu Landsat TM/ETM+ [45]. Năm 2014, Chen và cộng sự giới thiệu bộ dữ liệu GlobLand30 với độ phân giải 30m sử dụng dữ liệu Landsat trong giai đoạn từ 2000 đến 2010 [25]. Năm 2019, Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) giới thiệu bộ dữ liệu MCDI2QI sử dụng dữ liệu MODIS với độ phân giải 500m trong giai đoạn 2001-2018 [123]. Năm 2020, chương trình không gian Châu Âu Copernicus giới thiệu bộ dữ liệu CGLS-LC100 với độ phân giải 100m dựa trên dữ liệu Sentinel và Landsat [17], được cập nhật theo từng năm trong khoảng thời gian từ 2015 đến 2019.
Năm 2021, Liu và cộng sự xây dựng bộ dữ liệu lớp phủ toàn cầu iMap World 1.0 với độ phân giải 30m được cập nhật theo từng năm trong giai đoạn từ 1985 đến 2020 sử dung đữ liệu Landsat, MODIS và AVHRR [76]. Đối với các dữ liệu có độ phân giải cao như Sentinel 1, 2 đòi hỏi phải có các thuật toán phân loại và các nên tang tính toán lớn mới có thé xây dựng được các bộ dữ liệu lớp phủ toàn cầu dựa trên các đữ liệu vệ tinh Sentinel. Cho đến nay đã có ba bộ dữ liệu lớp phủ toàn cầu được xây dựng dựa trên dữ liệu Sentinel năm 2020 với độ phân giải 10m bao gồm Dynamic World của Google [16], World Cover 2020 của ESA [146] và Land Cover 2020 của Esri [69]. Các thông số của các bộ dữ liệu phân loại lớp phủ toàn cầu được mô tả trong Phụ lục 2.
Trên thế giới, các nghiên cứu về lớp phủ đô thị đi theo nhiều hướng tiếp cận khác nhau, nhưng có thê chia thành hai nhóm chính: nhóm thứ nhất là các nghiên cứu coi lớp phủ đô thị là một thành phần trong lớp phủ mặt đất nói chung, nhóm thứ hai là các nghiên cứu dựa trên các chỉ số liên quan đến lớp phủ đô thị. Các chỉ số liên quan tới lớp phủ đô thị được tính toán từ các dữ liệu đa phổ như: chỉ số khác biệt bề mặt xây dựng (Normalized Difference Built-up Index — NDBI) [63], chỉ số xây dựng (Index-based Built-up Index — IBD [148], chỉ số bề mặt xây dựng (Built-up Index — BUD [51], chỉ số bề mặt xây dựng mới 17 (New Built-up Index — NBI) [64], chỉ số chiết tách bề mặt xây dựng (Built-up Area Extraction Index - BAEI) [15], chỉ số bề mặt không thắm và xây dung nâng cao (Enhanced Built-Up and Bareness Index - EBBI) [9] và chỉ số khác biệt bề mặt bê tông (Normalized Difference Concrete Condition Index - NDCCD [82]. Từ các chỉ số này, lớp phủ đô thị được phân loại và ứng dụng trong các bài toán cụ thê, trên phạm vi toàn câu hoặc khu vực. Đối với các nghiên cứu về lớp phủ đô thị ở phạm vi quốc gia có một số công trình tiêu biêu như: Nghiên cứu quá trình đô thị hóa tại Hoa Kỳ trong giai đoạn 1990-2010 của Balk và cộng sự [12], sử dụng dữ liệu thong kê va dữ liệu phân bố dân số toàn cầu được xử lý từ ảnh vệ tinh (Global Human Settlement Layer - GHSL), bằng phương pháp dựa trên luật kết hợp, nghiên cứu đã đánh giá quá trình mở rộng đô thị tại Hoa Kỳ; nghiên cứu về quá trình phát triển của đô thị tại Trung Quốc dựa trên các dữ liệu vệ tinh của Zhang va cộng sự [147] là một đánh giá tông hợp các nghiên cứu về lớp phủ đô thị tại Trung Quốc sử dụng dữ liệu vệ tinh trong giai đoạn 1995 -2017; nghiên cứu về sự biến đôi của bề mặt xây dựng không thấm nước trong giai đoạn 1978-2017 tại Trung Quốc của Gong và cộng sự [44], sử dụng dữ liệu Landsat để trích xuất các chỉ số thích hợp, bang phương pháp kết hợp dựa trên ngưỡng, nghiên cứu đã tính toán dữ liệu bề mặt không thấm nước - chỉ số quan trọng xác định lớp phủ đô thị với độ chính xác trên 90%; nghiên cứu sự phát triển của đô thị và mật độ dân số đô thị tại Nhật Ban trong giai đoạn 1990 — 2006 của Bagan va Yamagata [10], sử dụng di liệu ánh sáng ban đêm DMSP-OLS, dữ liệu sử dụng đất va dữ liệu dân số, bang phương pháp phân tích thống kê, nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ giữa sự mở rộng đô thị và mật độ dân số của Nhật Bản; nghiên cứu lớp phủ đô thị tại Ấn Độ [43], sử dụng dữ liệu Landsat kết hợp cùng dữ liệu mật độ dân số Worldpop, băng 03 phương pháp phân loại SVM, CART và RF trên nền tảng GEE, nghiên cứu đã phân loại lớp phủ đô thị với độ chính xác khoảng 87%.
18 Có thê nhận thấy, việc phân loại lớp phủ đô thị theo các chỉ số phù hợp với các nghiên cứu trên phạm vi nhỏ như các thành phố hoặc vùng đô thị nơi có bề mặt xây dựng lớn. Tuy nhiên khi đặt trong mối quan hệ tổng thê với các thành phần khác và các nghiên cứu liên quan đến việc thay đổi hiện trạng sử dụng đất và lớp phủ bề mặt thì các chỉ số trên không phản ánh đầy đủ các nội dung cần nghiên cứu. Chính vì vậy, luận án chọn hướng nghiên cứu lớp phủ đô thị như một thành phần của lớp phủ mặt đất, từ đó lựa chọn phương pháp phân loại lớp phủ đô thị phù hợp với khu vực Việt Nam. Nghiên cứu về lớp phú mặt đất và lop phú đô thị tai Việt Nam Hiện nay, việc nghiên cứu một cách hệ thống về lớp phủ mặt đất ở Việt Nam còn tương đối hạn chế.
Các kết quả nghiên cứu chủ yếu chỉ dựa vào công tác điều tra, thống kê từ các địa phương và các chương trình thống kê toàn quốc, không thường xuyên được cập nhật và thiếu tính tổng thê về không gian nên gây ra nhiều khó khăn cho công tác quản lý. Việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ mặt đất và hiện trạng sử dụng đất xuất hiện từ sau những năm 90 của thế kỉ 20, chủ yếu ở quy mô và phạm vi hẹp gắn với các nghiên cứu của một số các dự án hợp tác nước ngoài, hoặc là những nghiên cứu nhỏ lẻ mang tính chất nghiên cứu khoa học. Tình trạng này xảy ra chủ yếu là do chi phí mua đữ liệu ảnh viễn thám quá lớn gây khó khăn cho việc triển khai các nghiên cứu. Ở Việt Nam, hiệu quả của việc theo dõi diễn biến lớp phủ mặt đất như biến động về điện tích rừng phòng hộ, rừng đầu nguồn, rừng ngập mặn ven biên đã được nâng cao nhờ ứng dụng phương pháp xử lý ảnh số và hệ thống thông tin địa lý vào bài toán phân loại lớp phủ mặt đất trong những năm gần đây.
Ví dụ, trong lĩnh vực nông nghiệp: có các nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra đất, tình hình phân bồ cây trồng và sử dụng đất đai cũng như các điều kiện sinh thái nông nghiệp, đánh giá môi trường đất, đánh giá đất phục vụ công tác quy hoạch phát triển nông nghiệp ở nhiều vùng. Trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch 19 sử dụng đất đai: thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ty lệ 1:250.000 phủ trùm toàn quốc và bản đồ các tỷ lệ 1: 100.000 cho một số vùng, kiểm kê tình hình sử dụng đất và quy hoạch sử dụng đất. Trong lĩnh vực điều tra tổng hợp các vùng: thành lập các bộ ban đồ chuyên dé bao gồm dia chat - địa mạo, thé nhưỡng - sử dụng đất, lớp phủ thực vật - tài nguyên rừng, thuỷ văn và tài nguyên nước, cảnh quan sinh thái,. làm cơ sở khoa học cho các chương trình, các dự án phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường.
Trong lĩnh vực bản đồ: các đữ liệu viễn thám được sử dụng dé hiện chỉnh bản đồ địa hình các tỷ lệ 1:1.000, cập nhật hệ thống bản đồ địa hình quốc gia. Ngoài ra, sử dụng kết hợp các loại ảnh vệ tinh, hải đồ hiện có dé thành lập bản đồ các vùng đảo Trường Sa và Hoàng Sa. Thành lập bản đồ địa chính các tỷ lệ của nhiều vùng trên cả nước.
