CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về bài toán nghiên cứu Hình Error! No text of specified style in document.1 Thủ đô Viêng Chăn - Lào Nguồn ảnh: Vientiane Capital Urban Development Master Plan Viêng Chăn là thủ đô của nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào, là thành phố trung ương duy nhất và lớn nhất ở Lào, là trung tâm văn hóa, chính trị, kinh tế, xã hội của cả nước, thủ đô Viêng Chăn hứa hẹn sẽ có tiềm năng tăng trưởng kinh tế và nhân khẩu cao. Sau khi mở cửa đất nước vào năm 1986, nhằm thúc đẩy sự phát triển của đất nước, chính phủ Lào đã cho phép người dân cũng như các nhà đầu tư nước ngoài có quyền sở hữu đất hoặc thuê đất phục vụ cho các mục đích sản xuất kinh tế, đồng thời cũng ban hành các Luật và quy định liên quan cho vấn đề này. Các nhà đầu tư đã sử dụng đất để trồng trọt, khai khoáng, sản xuất thủy điện v.v…, quá trình này góp phần giúp người dân bản địa có thêm thu nhập, góp phần phát triển kinh tế đất nước.
4 Tuy nhiên, mặt trái của nó cũng phát sinh nhiều các vấn đề. Để tập hợp đất cho các mục đích kinh tế khác nhau, các nhà đầu tư cũng như chính quyền sẽ buộc phải di chuyển một phần hoặc toàn bộ dân cư trong khu vực đó. Việc di chuyển dân cư này sẽ làm phát sinh ra những khu vực dân cư mới, bao gồm các cơ sở hạ tầng như: chợ, trường học, nhà ở, đường giao thông, vệ sinh, v.v… hoặc dân cư sẽ dồn tập trung vào một số khu vực nhất định. Điều này góp phần tạo nên sự phát triển mở rộng của các đô thị.
Trong nhiều năm tới, tại thành phố Viêng Chăn, nhiều khả năng khu vực đô thị sẽ nhanh chóng mở rộng về phía ngoại ô dọc theo các tuyến đường huyết mạch. Theo đó với cơ sở hạ tầng không đầy đủ sẽ tạo ra nhiều vấn đề với đô thị ngổn ngang, điều kiện sống tồi tệ và dịch vụ xã hội không phù hợp. Sự phát triển cơ sở hạ tầng ồ ạt, không xác định đúng hướng phát triển, sẽ làm mất đi sự quyến rũ, dịu dàng vốn có của thành phố đồng thời kéo chậm sự phát triển kinh tế và xã hội của thành phố này. Để đối phó với vấn đề đó, kế hoạch phát triển đô thị toàn diện cùng với các biện pháp thích hợp cần phải được các nhà hoạch định chính sách đưa ra và thực hiện kịp thời.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu về cách áp dụng phương pháp xử lý kết hợp ảnh landsat 8 (composite) sau đó sử dụng các thuật toán phân lớp để phân loại lớp phủ đô thị cho thủ đô Viêng Chăn - Lào năm 2018. Việc phân loại được lớp phủ đô thị và giám sát sự thay đổi của lớp phủ qua nhiều năm sẽ phần nào đó giúp chính quyền địa phương cùng toàn thể người dân Thủ đô Viêng Chăn xem xét và kiểm tra cẩn thận phương hướng phát triển cho thủ đô Viêng Chăn trong tương lai. Khái quát về viễn thám và phân loại lớp phủ mặt đất Công nghệ viễn thám đã trở thành một trong những thành tựu khoa học vũ trụ phát triển đến trình độ cao và ngày càng trở thành một kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nước trên toàn thế giới. Công nghệ viễn thám đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, ví dụ như: nông nghiệp, lâm nghiệp, địa chất, thủy văn, băng biển, lập bản đồ che phủ đất, đại dương và ven biển…[1] và nhu cầu này ngày càng gia tăng.
Những kết quả thu được từ 5 công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học, các nhà hoạch định chính sách có các phương án, kế hoạch có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường. Việc nghiên cứu sử dụng đất và phân lớp che phủ đất (LULCC - Land use and land cover classification) đã được xem xét như một trong những ứng dụng truyền thống và quan trọng nhất trong viễn thám vì các sản phẩm LULCC rất cần thiết cho một loạt các ứng dụng liên quan đến môi trường [2]. Lớp phủ đề cập đến lớp phủ trên bề mặt trái đất, có thể là thực vật, hạ tầng đô thị, nước, đất trồng hay các loại khác. Xác định, phân định và lập bản đồ lớp phủ là rất quan trọng cho việc nghiên cứu giám sát toàn cầu, quản lý tài nguyên và các hoạt động lập kế hoạch.
Xác định lớp phủ chính là cơ sở cho các hoạt động giám sát (phát hiện thay đổi) có thể được thực hiện, và cung cấp thông tin bao phủ mặt đất cho các bản đồ chuyên đề cơ sở. Các thuật ngữ “Land use” và “Land cover” thường được sử dụng thay thế cho nhau, nhưng chúng có những ý nghĩa riêng biệt. Lớp phủ (Land cover) đề cập đến lớp phủ trên bề mặt trái đất, có thể là thực vật, hạ tầng đô thị, nước, đất trồng hay các loại khác. Xác định, phân định và lập bản đồ lớp phủ là rất quan trọng cho việc nghiên cứu giám sát toàn cầu, quản lý tài nguyên và các hoạt động lập kế hoạch.
Xác định lớp phủ chính là cơ sở cho các hoạt động giám sát (phát hiện thay đổi) có thể được thực hiện, và cung cấp thông tin bao phủ mặt đất cho các bản đồ chuyên đề cơ sở. Việc sử dụng đất (Land use) đề cập đế mục đích mà đất phục vụ, chẳng hạn như: giải trí, môi trường hoang dã hoặc nông nghiệp. Khi sử dụng cùng nhau, cụm từ Land Use/ Land Cover đề cập đến việc phân loại hoặc phân lớp các hoạt động của con người và các thành phần tự nhiên trong một khung cảnh hoặc khu vực nhất định trong khoảng thời gian dựa trên các phân tích khoa học và thống kê nguồn dữ liệu phù hợp. Các ứng dụng của LULCC trong viễn thám[1] - Quản lý tài nguyên thiên nhiên - Bảo vệ môi trường sống hoang dã 6 - Đầu vào cơ sở cho việc lập bản đồ thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) - Sự mở rộng lấn chiếm của đô thị - Định tuyến và lên kế hoạch cho các hoạt động xác định địa chấn/ thăm dò/ khai thác tài nguyên - Phác họa thiệt hại (động đất, lũ lụt, núi lửa, lốc xoáy, hỏa hoạn) - Ranh giới pháp lý cho việc ước tính thuế và tài sản - Phát hiện mục tiêu: xác định dải hạ cánh, đường, cầu, bề mặt đất/ nước.
Một trong những thách thức cấp bách nhất ở hiện tại và cả tương lai là sự đô thị hóa trên toàn cầu. Đô thị hóa là quá trình phát triển kinh tế, xã hội, song song với sự mở rộng không gian đô thị. Ở khía cạnh xã hội học, tùy thuộc vào từng quốc gia khác nhau, định nghĩa đô thị được sử dụng khác nhau, tuy nhiên hầu hết các quốc gia đều định nghĩa đô thị là khu vực tập trung dân cư với mật đột cao và phần lớn dân cư hoạt động trong lĩnh vực kinh tế phi nông nghiệp. Đô thị là trung tâm chính trị, hành chính, kinh tế, văn hóa hoặc chuyên ngành, có vai trò thúc đẩy sự phtá triển kinh tế - xã hội của quốc gia hoặc vùng lãnh thổ, một địa phương, bao gồm nội thành, ngoại thành của thành phố; nội thị, ngoại thị của thị xã; thị trấn.
[3] Khi dân số trên toàn cầu tăng lên và nền kinh tế của các quốc gia tiếp tục phát triển mà không còn dựa vào các hệ thống nông nghiệp, các thành phố sẽ tăng lên và mở rộng hơn. Sự phát triển đô thị thường xâm phạm đến đất trồng rừng hoặc đất nông nghiệp. Sự tăng trưởng thành phố là một chỉ số của công nghiệp hóa (phát triển) và nhìn chung đều có ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe môi trường của một vùng. Việc định lượng cho hiện tượng này vẫn chưa hoàn toàn có thể nắm được hết.
Đặc biệt, thông tin chính xác trên thế giới về vị trí và sự phân bố dân cư ở các vùng đô thị và nông thôn là vẫn còn thiếu. Tỉ lệ mặt đất được bao phủ bởi diện tích xây dựng là bao nhiêu? Tỉ lệ giữa các vùng đô thị và nông thôn là thế nào? Có bao nhiêu thành phố trên Thế giới? [4] Việc thay đổi mục đích sử dụng đất từ nông nghiệp sang đô thị cần được giám sát để ước tính dân số, dự đoán và hoạch định hướng phát triển của đô thị cho các nhà phát triển đồng thời giám sát các mối gây hại và nguy hiểm cho môi trường 7 lân cận [5]. Các khu tị nạn hoặc các thành phố tạm cư cũng cần được giám sát và ước tính số lượng dân cư và mật độ dân cư. Việc phân tích đất sử dụng cho nông nghiệp và đô thị là rất quan trọng để đảm bảo hướng phát triển không xâm lấn vào đất nông nghiệp có giá trị, và để đảm bảo nông nghiệp phát triển trên vùng đất thích hợp và sẽ không bị ảnh hưởng bởi hạ tầng liền kề.
Có được thông tin lớp phủ đô thị sẽ giúp những nhà hoạch định chính sách xây dựng được chiến lược phát triển hợp lý và bền vững mà vẫn có thể bảo vệ được môi trường. Với các phân tích đa thời gian, viễn thám mang đến góc nhìn riêng biệt về cách các thành phố phát triển. Yếu tố chính để lập bản đồ thay đổi sử dụng đất từ nông thôn sang đô thị là khả năng phân biệt giữa việc sử dụng đất ở nông thôn (như việc sử dụng cho canh tác, các đồng cỏ cho gia súc v.v…) và sử dụng đất ở đô thị (dân cư, thương mại, giải trí). Phương pháp viễn thám có thể được sử dụng để phân loại các lớp phủ một cách kinh tế và lặp đi lặp lại trên các khu vực rộng lớn.
Đất đô thị là đất thuộc khu vực nội thành, nội thị xã, thị trấn được quy hoạch sử dụng làm nhà ở, trụ sở các cơ quan tổ chức, các cơ sở sản xuất kinh doanh, các cơ sở hạ tầng phục vụ lợi ích công cộng, quốc phòng an ninh và các mục đích khác của xã hội. Ngoài ra theo quy định các loại đất ngoại thành, ngoại thị xã đã có quy hoạch của cơ quan Nhà nước có thẩm quyền phê duyệt để phát triển đô thị cũng được tính vào đất đô thị.[3] Trong viễn thám, lớp phủ đô thị sẽ được đặc trưng bởi hỗn hợp các kiểu vật liệu khác nhau và là các tổ hợp của các lớp phủ khác biệt nhau về phổ phản xạ. Do tính chất không đồng nhất này, nên việc phân loại các kiểu lớp phủ đô thị thường gặp rất nhiều khó khăn.
