Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về biến động lớp phủ mặt đất 1. Lớp phủ mặt đất Lớp phủ mặt đất là trạng thái vật chất của bề mặt trái đất, là sự kết hợp của nhiều thành phần như thực phủ, thổ nhưỡng đá gốc và mặt nước chịu sự tác động của các nhân tố tự nhiên như nắng, gió, mưa bão và nhân tạo như khai thác đất để trồng trọt, xây dựng nhà cửa, công trình phục vụ cuộc sống của con người. Sự kết hợp này tạo ra lớp phủ mặt đất phong phú, đa dạng nhưng nhìn tổng thể lớp phủ mặt đất chia ra thành hai nhóm chính là mặt nước và mặt đất.
Mặt nước gồm có nước lục địa như hệ thống sông, suối, kênh mương, hồ ao và nước đại dương - biển phủ trùm phần lớn diện tích bề mặt trái đất. Phần diện tích ít hơn là mặt đất nhưng lại là nơi tập trung hầu hết những hoạt động của con người cũng như nhiều loài sinh vật khác trên trái đất và là nơi đang biến đổi từng ngày, từng giờ, những hoạt động đó đã tạo nên sự phong phú của loại hình lớp phủ mặt đất như thực phủ gồm cỏ, cây bụi, rừng, đất canh tác đang có cây sinh trưởng, dân cư đô thị, nông thôn; mạng lưới giao thông; khu công nghiệp, thương mại và các đối tượng đất chuyên dùng khác; các vùng đất trống, đồi núi trọc, cồn cát, bãi cát. Khái niệm lớp phủ mặt đất khác với sử dụng đất, nhưng các đối tượng của chúng lại có sự tương quan mật thiết. Sử dụng đất mô tả cách thức con người sử dụng đất và các hoạt động kinh tế - xã hội xảy ra trên mặt đất, những hoạt động này là sự tác động trực tiếp lên bề mặt đất, chính vì vậy mà một số loại hình sử dụng đất cũng là đối tượng của lớp phủ mặt đất, ví dụ như đất đô thị và đất nông nghiệp.
Một số loại hình sử dụng đất khác như công viên theo góc độ lớp phủ bao gồm thảm cỏ, rừng cây hay các công trình xây dựng nhưng trên thực tế trong hệ phân loại lớp phủ mặt đất hiện hành đều phải xét đến khía cạnh sử dụng đất và đưa vào loại hình lớp phủ nhân tạo có thực phủ (Lê Thị Giang và Đào Châu Thu, 2003). Biến động lớp phủ mặt đất Biến động lớp phủ mặt đất là một yếu tố thể hiện sự tương tác giữa các hoạt động của con người và môi trường sinh thái như khai thác tài nguyên rừng tự nhiên, chuyển đổi đất rừng sang đất nông nghiệp, đất phi nông nghiệp và các hoạt động khác tác động trực tiếp trên đất (Nguyễn Thị Thu Hiền và cs. Biến động các loại hình sử dụng đất là một trong những động lực làm thay đổi môi trường sinh thái, ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững. Những biến động này là kết quả của sự tác động từ các yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội, sự khai thác, sử dụng của con người.
Trên thực tế mỗi một khu vực khác nhau trên trái đất đều có loại hình lớp phủ mặt đất đặc trưng và mỗi một đối tượng đều chịu sự tác động theo hai hướng của tự nhiên và con người với mức độ mạnh, yếu khác nhau. Sự tác động này đã làm cho lớp phủ mặt đất luôn biến đổi. Sự biến đổi của lớp phủ mặt đất ngược lại cũng có những ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống của con người, như diện tích rừng suy giảm đã gây ra lũ lụt ở một số nơi, sự gia tăng của các khu công nghiệp và các hoạt động nông nghiệp như tăng vụ lúa, nuôi trồng thuỷ sản không hợp lý là một trong những nguyên nhân gây biến đổi khí hậu. Như vậy có thể nói lớp phủ mặt đất có quan hệ mật thiết với các hoạt động kinh tế xã hội, tài nguyên thiên nhiên và môi trường sống của con người.
Do đó, để trái đất có thể phát triển bền vững là mục tiêu lớn đặt lên hàng đầu của mỗi quốc gia và mỗi châu lục. Trong những năm qua, trên thế giới đã xảy ra rất nhiều những hiện tượng làm ảnh hưởng lớn đến tài nguyên thiên nhiên và môi trường, như: sa mạc hóa diễn ra với tốc độ nhanh hơn, diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp, đất ngập nước đang bị mất dần, quá trình đô thị hóa diễn ra với tốc độ rất cao, thiên tai như hạn hán, lũ lụt, động đất, sóng thần thường xuyên xảy ra tại nhiều khu vực trên thế giới. Ở nước ta trong những năm vừa qua, nhất là từ khi thực hiện chính sách đổi mới đã đạt được những thành tựu to lớn về phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên, tốc độ phát triển kinh tế quả cao đã dẫn tới việc khai thác tài nguyên thiên nhiên không có quy hoạch, mà hậu quả là sự suy giảm nguồn tài nguyên thiên nhiên và suy thoái môi trường nghiêm trọng trên diện rộng.
Rừng tự nhiên bị chặt phá bừa bãi để lấy 15 gỗ, củi, khai thác khoảng sản, những diện tích rừng ngập mặn rất lớn bị chặt phá để nuôi tôm, nguồn nước bị ô nhiễm, thiên tai hạn hán, lũ lụt xảy ra thường xuyên. Trước tình hình đó, nhu cầu bức xúc đặt ra là phải có những thông tin chính xác, kịp thời về diễn biến lớp phủ mặt đất để phục vụ một cách hiệu quả cho công tác điều tra, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Các thông tin về lớp phủ mặt đất được thu thập bằng hai phương pháp cơ bản là khảo sát thực địa và phân tích tư liệu viễn thám. Khảo sát thực địa là phương pháp thu thập thông tin truyền thống thường rất tốn kém và mất nhiều thời gian.
Phân tích tư liệu viễn thám là phương pháp hiện đại, cho phép chiết tách các thông tin lớp phủ mặt đất một cách nhanh chóng, hiệu quả và ít tốn kém. Phân loại lớp phủ mặt đất Sokal (1974) đã định nghĩa phân loại là việc sắp xếp các đối tượng theo các nhóm hoặc các tập hợp khác nhau dựa trên mối quan hệ giữa chúng. Một hệ thống phân loại miêu tả tên của các lớp và tiêu chuẩn phân biệt chúng. Các hệ thống phân loại có hai định dạng cơ bản, đó là phân cấp và không phân cấp.
Một hệ thống phân cấp thường linh hoạt hơn và có khả năng kết hợp nhiều lớp thông tin, bắt đầu từ các lớp ở quy mô lớn rồi phân chia thành các phụ lớp cấp thấp hơn nhưng thông tin chi tiết hơn (The FAO AFRICOVER Progamme, 1998). Thông thường lớp phủ mặt đất được phân loại theo các cấp riêng biệt đặc trưng cho các loại hình lớp phủ mặt đất khác nhau (sơ đồ 1. Tổng quan về viễn thám 1. Khái niệm viễn thám Theo Schowengerdt Robert A.
(2007), viễn thám được định nghĩa như là phép đo lường các thuộc tính của đối tượng trên bề mặt trái đất sử dụng dữ liệu thu được từ máy bay và vệ tinh. Theo Lê Văn Trung (2010), viễn thám được định nghĩa như là một khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của đối tượng (vật thể) mà không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng. Sơ đồ phân loại lớp phủ mặt đất Theo nghĩa rộng, viễn thám là môn khoa học nghiên cứu việc đo đạc, thu thập thông tin về một đối tượng, sự vật bằng cách sử dụng thiết bị đo qua tác động một cách gián tiếp (ví dụ như qua các bước sóng ánh sáng) với đối tượng nghiên cứu. Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái Đất hay các hành tinh mà nó còn có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh.
Trên Trái Đất, người ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu phát các ảnh viễn thám. Viễn thám được sử dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm địa lý, khảo sát đất đai, và hầu hết các ngành khoa học Trái Đất (ví dụ thủy văn, sinh thái học, khí tượng học, hải dương học, glaciology, địa chất); nó cũng có các ứng dụng trong quân sự, tình báo, thương mại, kinh tế, kế hoạch và trong các ứng dụng nhân đạo (Phạm Vọng Thành 2009). Ở hiện tại, thuật ngữ "viễn thám" thường dùng để chỉ việc sử dụng các công nghệ cảm biến dựa trên vệ tinh hoặc máy bay để phát hiện và phân loại các vật thể trên Trái Đất. Nó bao gồm bề mặt Trái Đất, bầu khí quyển và đại dương, dựa trên việc truyền tính hiệu (ví dụ như bức xạ điện từ).
Nó có thể được chia thành viễn thám "chủ động" (khi tín hiệu được phát ra từ vệ tinh hoặc máy bay tới vật thể và sự phản 17 xạ của nó được cảm biến phát hiện) và viễn thám "thụ động" (khi cảm biến phát ra ánh sáng mặt trời). Nguyên tắc hoạt động Trong viễn thám, nguyên tắc hoạt động của nó liên quan giữa sóng điện từ từ nguồn phát và vật thể quan tâm. Nguyên tắc hoạt động viễn thám được trình bày trong hình 1. Nguồn phát năng lượng (A) - yêu cầu đầu tiên cho viễn thám là có nguồn năng lượng phát xạ để cung cấp năng lượng điện từ tới ñối tượng quan tâm.
Sóng điện từ và khí quyển (B) - khi năng lượng truyền từ nguồn phát ñến đối tượng, nó sẽ đi vào và tương tác với khí quyển mà nó đi qua. Sự tương tác này có thể xảy ra lần thứ 2 khi năng lượng truyền từ đối tượng tới bộ cảm biến. Sự tương tác với đối tượng (C) - một khi năng lượng gặp đối tượng sau khi xuyên qua khí quyển, nó tương tác với đối tượng. Phụ thuộc vào đặc tính của đối tượng và sóng điện từ mà năng lượng phản xạ hay bức xạ của đối tượng có sự khác nhau.
Nguyên lý hoạt dộng của viễn thám Việc ghi năng lượng của bộ cảm biến (D) - sau khi năng lượng bị tán xạ hoặc phát xạ từ đối tượng, một bộ cảm biến để thu nhận và ghi lại sóng điện từ. Sự truyền tải, nhận và xử lý (E) - năng lượng được ghi nhận bởi bộ cảm biến phải được truyền tải đến một trạm thu nhận và xử lý. Năng lượng được truyền đi thường ở dạng điện. Trạm thu nhận sẽ xử lý năng lượng này để tạo ra ảnh dưới dạng hardcopy hoặc là số.
Sự giải đoán và phân tích (F) - ảnh được xử lý ở trạm thu nhận sẽ được giải đoán trực quan hoặc được phân loại bằng máy để tách thông tin về đối 18 tượng. Ứng dụng (G) - đây là thành phần cuối cùng trong qui trình xử lý của công nghệ viễn thám.