Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Ứng dụng công nghệ địa không gian đánh giá thay đổi sử dụng đất khu vực khai thác khoáng sản tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2000- 2016

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm cung cấp cơ sở khoa học đánh giá và giám sát hoạt động khai thác khoáng sản dựa trên tư liệu viễn thám, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên khoáng sản tại Việt nam. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Ứng dụng công nghệ địa không gian đánh giá thay đổi sử dụng đất khu vực khai thác khoáng sản tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2000- 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHAN TRỌNG HUY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC KHAI THÁC KHOÁNG SẢN TẠI HUYỆN HOÀNH BỒ, TỈNH QUẢNG NINH GIAI ĐOẠN 2000 - 2016 CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HẢI HÒA HÀ NỘI, 2017
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chƣa sử dụng để bảo vệ luận văn của một học vị nào. Tôi xin cam đoan m ọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, Ngày tháng năm 2017 Tác giả Phan Trọng Huy
ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc TS. Nguyễn Hải Hòa đã tận tình hƣớng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Ban Quản lý đào tạo, các Thầy Cô giáo, các nhà khoa học thuộc Khoa Môi trƣờng thuộc Đại học Lâm nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Ủy ban nhân dân huyện Hoành Bồ đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn./. Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2017 Tác giả Phan Trọng Huy
iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................... vii ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................. 3 1.1. Một số khái niệm cơ bản ............................................................................ 3 1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của viễn thám và GIS ............................. 3 1.2.1. Trên thế giới ............................................................................................ 3 1.2.2. Ở Việt Nam ........................................................................................... 10 1.3. Ứng dụng tƣ liệu viễn thám trong quản lý sử dụng đất ........................... 11 1.3.1. Trên thế giới .......................................................................................... 11 1.3.2. Ở Việt Nam ........................................................................................... 12 1.4. Ứng dụng viễn thám trong quản lý, giám sát tài nguyên khoáng sản ...... 13 1.4.1. Trên thế giới .......................................................................................... 13 1.4.2. Ở Việt Nam ........................................................................................... 17 1.5. Tính cấp thiết tại khu vực nghiên cứu...................................................... 21 Chƣơng 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 24 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 24 2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................................... 24 2.1.2. Mục tiêu cụ thể: ..................................................................................... 24 2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 24 2.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................ 24
iv 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 24 2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 24 2.3.1. Đánh giá hiện trạng và tình hình công tác quản lý hoạt động sử dụng đất tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh ...................................................... 24 2.3.2. Xây dựng bản đồ sử dụng đấtvà hoạt động khai thác khoáng sản khu vực nghiên cứu từ năm2000đến năm 2016 ..................................................... 25 2.3.3. Đánh giá biến động hoạt động sử dụng đất dƣới ảnh hƣởng của hoạt động khai thác khoáng sản tại huyện Hoành Bồ giai đoạn 2000 – 2016 ........ 25 2.3.4. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên khoáng sản khu vực nghiên cứu ................................................................................................ 25 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 25 2.4.1. Phƣơng pháp luận.................................................................................. 25 2.4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể ............................................................ 27 3.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................... 35 3.1.1.Vị trí địa lý ........................................................................................................... 35 3.1.2. Địa hình, địa mạo ............................................................................................... 36 3.1.3. Khí hậu ................................................................................................................ 37 3.1.4. Thuỷ văn ............................................................................................................. 38 3.2. Các nguồn tài nguyên ............................................................................... 39 3.2.1. Tài nguyên đất .................................................................................................... 39 3.2.2. Tài nguyên nƣớc ................................................................................................. 41 3.2.3 Tài nguyên rừng .................................................................................................. 41 3.2.4. Tài nguyên khoáng sản ...................................................................................... 42 3.2.5 Tài nguyên du lịch ............................................................................................... 44 3.2.6. Dân cƣ ................................................................................................................. 45 3.3.Thực trạng phát triển kinh tế xã hội .......................................................... 45 3.3.1. Thực trạng phát triển đô thị và các khu dân cƣ nông thôn............................... 45
v 3.3.2. Thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng ................................................................... 47 4.1. Hiện trạng và tình hình quản lý hoạt động sử dụng đất khu vực khai thác khoáng sản tại huyện Hoành Bồ...................................................................... 51 4.1.1. Hiện trạng hoạt động sử dụng đấtkhu vực khai thác khoáng sản.................... 51 4.1.2. Các căn cứ pháp lý lập quy hoạch sử dụng đất huyện Hoành Bồ................... 52 4.2. Xây dựng bản đồ sử dụng đất khu vực khai thác khoáng sản tại huyện Hoành Bồ......................................................................................................... 54 4.2.1. Xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đấtkhu vực khai thác khoáng sản huyện Hoành Bồ ...................................................................................................................... 54 4.2.2. Đánh giá độ chính xác của bản đồ..................................................................... 62 4.3. Xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất và nguyên nhân thay đổi ................... 66 4.3.1. Xây dựng bản đồ thay đổi sử dụng đất theo từng năm nghiên cứu ................ 66 4.3.2. Nguyên nhân thay đổi hoạt động sử dụng đất khu vực nghiên cứu................ 73 4.4. Giải pháp nâmg cao hiệu quả quản lý sử dụng đất khu vực khai thác khoáng sản ....................................................................................................... 74 4.4.1. Giải pháp về nâng cao hiệu quả quản lý hoạt động khai thác khoáng sản ..... 74 4.4.2. Giải pháp về ứng dụng công nghệ giám sát, theo dõi biến động sử dụng đất 75 4.4.3. Giải pháp kinh tế xã hội ..................................................................................... 76 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KHUYẾN NGHỊ ..................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO
vi DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển của viễn thám 4 1.2 Đặc điểm và khả năng ứng dụng một số loại viễn thám 15 2.1 Dữ liệu ảnh viễn thám đƣợc sử dụng trong đề tài 28 4.1 Một số hình ảnh về các đối tƣợng ngoài thực địa. 55 4.2 Diện tích sử dụng đất khu vực nghiêu cứu giai đoạn 2000 – 57 2016 (ha). 4.3 Đánh giá độ chính xác xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng 63 đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình năm 2016 4.4 Đánh giá độ chính xác xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng 64 đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình năm 2014 4.5 Đánh giá độ chính xác xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng 64 đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình năm 2010 4.6 Đánh giá độ chính xác xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng 65 đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình năm 2006 4.7 Đánh giá độ chính xác xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng 65 đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình năm 2000 4.8 Biến động diện tích sử dụng đất khu vực nghiêu cứu giai 67 đoạn 2000 - 2016
vii DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ vị trí nghiên cứu: Xã Vũ Oai và Hòa Bình 35 4.1 Diện tích sử dụng đất khu vực nghiêu cứu giai đoạn 2000 - 57 2016. 4.2 Hiện trạng sử dụng đất 2 xã Vũ Oai, Hòa Bình năm 2000 58 4.3 Hiện trạng sử dụng đất 2 xã Vũ Oai, Hòa Bình năm 2006 58 4.4 Hiện trạng sử dụng đất 2 xã Vũ Oai, Hòa Bình năm 2010 59 4.5 Hiện trạng sử dụng đất 2 xã Vũ Oai, Hòa Bình năm 2014 59 4.6 Hiện trạng sử dụng đất 2 xã Vũ Oai, Hòa Bình năm 2016 60 4.7 Biến động diện tích sử dụng đất tại xã Vũ Oai và xã Hòa 68 Bình giai đoạn 2000 - 2006 (ha) 4.8 Biến động diện tích sử dụng đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình 68 giai đoạn 2006 - 2010 (ha) 4.9 Biến động diện tích sử dụng đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình 69 giai đoạn 2010 - 2014 (ha) 4.10 Biến động diện tích sử dụng đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình 69 giai đoạn 2014 - 2016 (ha) 4.11 Biến động diện tích sử dụng đất xã Vũ Oai, xã Hòa Bình 70 giai đoạn 2000 – 2016 (ha)
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đất đai là một tài nguyên thiên nhiên quý giá của mỗi quốc gia và nó cũng là yếu tố mang tính quyết định sự tồn tại và phát triển của con ngƣời và các sinh vật khác trên trái đất. Nó là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trƣờng sống, là nơi sinh sống của con ngƣời và sinh vật, nó là nơi diễn ra các hoạt động kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh quốc phòng. Tuy nhiên sự ra tăng dân số của thế giới đã dẫn tới nhu cầu ngày càng lớn về lƣơng thực và thực phẩm. Và để thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao, nhiều hoạt động của con ngƣời đã gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng và các nguồn tài nguyên đất đai. Do đó, việc đánh giá tài nguyên thiên nhiên làm cơ sở cho việc sử dụng hợp lý, hiệu quả và phát triển bền vững là một nhiệm vụ khó khăn trong giai đoạn hiện nay. Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nƣớc trên thế giới. Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng ngày càng gia tăng nhanh chóng không những trong phạm vi Quốc gia, mà cả phạm vi Quốc tế. Với hiệu quả nhƣ thế thì việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS kết hợp với phƣơng pháp truyên thống giúp chúng ta xây dụng đƣợc bản đồ biến động hiện trạng sử dụng đất một cách chính xác hơn. Hoành Bồ là huyện miền núi có địa bàn rộng, với tổng diện tích tự nhiên 84.463ha. Huyện còn có nguồn tài nguyên rừng, tài nguyên khoáng sản khá đa dạng: Than, đá vôi, đất sét, cát... Tài nguyên than nằm rải rác ở 8/13 xã, thị trấn nhƣng tập trung chủ yếu ở các xã: Sơn Dƣơng, Dân Chủ, Vũ Oai, Hoà Bình… Do địa bàn rộng, giáp ranh với nhiều địa phƣơng trong khi đó phần lớn ranh giới quản lý mỏ của các đơn vị ngành than đƣợc giao nằm trong khu vực rừng phòng hộ hồ Yên Lập (khu vực hạn chế khai thác khoáng sản), bởi vậy, việc quản lý và bảo vệ tài nguyên than ở Hoành Bồ còn gặp nhiều
2 khó khăn. Mặt khác, than lại là khoáng sản có giá trị cao, dễ tiêu thụ nên các đối tƣợng luôn tìm mọi cách để lén lút khai thác, vận chuyển trái phép. Do đó dẫn tới tình trạng biến động diện tích sử dụng đất của khu vực này. Theo điều tra thì hiện chƣa có nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS nào trên địa bàn. Xuất phát từ ý nghĩa khoa học và thực tiễn tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp: Ứng dụng công nghệ địa không gian đánh giá thay đổi sử dụng đất khu vực khai thác khoáng sản tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2000- 2016. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần làm cơ sở đƣa ra các giải pháp quản lý sử dụng đất một cách hiệu quả hơn hƣớng tới mục tiêu phát triển bền vững.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Một số khái niệm cơ bản Khái niệm về GIS: Hệ thống thông tin địa lý là tập hợp có tổ chức của phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và các thủ tục của ngƣời sử dụng nhằm trợ giúp việc thu nhận, lƣu trữ, quản lý, xử lý, phân tích, hiện thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con ngƣời đặt ra. Khái niệm về viễn thám: Viễn thámđƣợc hiểu là một khoa học và công nghệ để thu nhận thông tin về đối tƣợng, khu vực hoặc hiện tƣợng nghiên cứu thông qua việc phân tích tƣ liệu thu nhận đƣợc bằng các phƣơng tiện, kỹ thuật không tiếp xúc trực tiếp với đối tƣợng, khu vực hoặc với hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu. Khái niệm về GPS: Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ đƣợc xác định nếu xác định đƣợc khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh. 1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của viễn thám và GIS 1.2.1. Trên thế giới Viễn thám là một khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập kỷ gần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số, bắt đầu đƣợc thu nhận từ các vệ tinh trên quĩ đạo của trái đất vào năm 1960. Tuy nhiên, viễn thám có lịch sử phát triển lâu đời, bắt đầu bằng việc chụp ảnh sử dụng phim và giấy ảnh, do đó sự phát triển của kỹ thuật Viễn thám gắn liền với sự phát triển của công nghệ viễn thám tuy nhiên có thể tóm tắt sơ lƣợc nhƣ sau:
4 Bảng 1.1.Tóm tắt lịch sử phát triển của viễn thám. Thời gian Sự kiện 1800 Phát hiện tia hồng ngoại 1839 Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp đen trắng 1847 Phát hiện cả dải phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy 1850-1860 Chụp ảnh từ khinh khí cầu 1873 Xây dựng học thuyết về phổ điện từ 1909 Chụp ảnh từ máy bay 1910-1920 Giải đoán từ không trung 1920-1930 Phát triển ngành chụp và đo ảnh hàng không 1930-1940 Phát triển kỹ thuật radar (Đức, Mỹ, Anh) 1940 Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay 1950 Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy 1950-1960 Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự 12/4/1961 Liên xô phóng tàu vũ trụ có ngƣời lái và chụp ảnh trái đất từ ngoài vũ trụ 1960-1970 Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám 1972 Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1 1970-1980 Phát triển mạnh mẽ phƣơng pháp xử lý ảnh số 1980-1990 Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat 1986 Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo 1990 đến nay Phát triển bộ cảm thu đa phổ, tăng dải phổ và kênh phổ, tăng độ phân giải bộ bộ cảm. Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý mới. Nguồn: Nguyễn Khắc Thời và cộng sự (2007). Từ thể kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đã đƣa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh. Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu, đƣợc thực hiện vào năm 1858 do Gaspard Felix Tournachon - nhà nhiếp ảnh ngƣời Pháp. Tác giả đã sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m, chụp ảnh vùng Bievre, Pháp. Một trong những bức ảnh tiếp theo chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu
5 là ảnh vùng Bostom của tác giả James Wallace Black, 1860. Năm 1894, Aine Laussedat đã khởi dẫn một chƣơng trình sử dụng ảnh cho mục đích thành lập bản đồ địa hình. Việc ra đời của ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh sự phát triển mạnh mẽ ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim và giấy ảnh, là các nguyên liệu nhạy cảm với ánh sáng (photo). Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất bằng các ảnh chụp chồng phủ kế tiếp nhau và cho khả năng nhìn ảnh nổi (stereo). Khả năng đó giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọc thông tin từ ảnh có hiệu quả cao. Một ngành chụp ảnh, đƣợc thực hiện trên các phƣơng tiện hàng không nhƣ máy bay, khinh khí cầu và tàu lƣợn hoặc một phƣơng tiện trên không khác, gọi là ngành chụp ảnh hàng không. Các ảnh thu đƣợc từ ngành chụp ảnh hàng không gọi là không ảnh. Bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bay, đƣợc thực hiện vào năm 1910, do Wilbur Wright, một nhà nhiếp ảnh ngƣời Ý, bằng việc thu nhận ảnh di động trên vùng gần Centoceli thuộc nƣớc Ý Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu của công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự. Công nghệ chụp ảnh từ máy bay đã kéo theo nhiều ngƣời hoạt động trong lĩnh vực này, đặc biệt trong việc làm ảnh và đo đạc ảnh. Những năm sau đó, các thiết kế khác nhau về các loại máy chụp ảnh đƣợc phát triển mạnh mẽ. Đồng thời, nghệ thuật giải đoán không ảnh và đo đạc từ ảnh đã phát triển mạnh, là cơ sở hình thành một ngành khoa học mới là đo đạc ảnh(photogrametry). Trong chiến tranh thế giới thứ hai (1939 - 1945) không ảnh đã dùng chủ yếu cho mục đích quân sự. Trong thời kỳ này, ngoài việc phát triển công nghệ radar, còn đánh dấu bởi sự phát triển ảnh chụp sử dụng phổ hồng ngoại. Các bức ảnh thu đƣợc từ nguồn năng lƣợng nhân tạo là radar, đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong quân sự. Các ảnh chụp với kênh phổ hồng ngoại cho ra
6 khả năng triết lọc thông tin nhiều hơn. Ảnh mầu, chụp bằng máy ảnh, đã đƣợc dùng trong chiến tranh thế giới thứ hai. Việc chạy đua vào vũ trụ giữa Liên Xô cũ và Hoa Kỳ đã thúc đẩy việc nghiên cứu trái đất bằng viễn thám với các phƣơng tiện kỹ thuật hiện đại. Các trung tâm nghiên cứu mặt đất đƣợc ra đời, nhƣ cơ quan vũ trụ châu Âu ESA (Aeropian Remote sensing Agency), Chƣơng trình Vũ trụ NASA (Nationmal Aeromautics and Space Administration) Mỹ. Ngoài các thống kê ở trên, có thể kể đến các chƣơng trình nghiên cứu trái đất bằng viễn thám tại các nƣớc nhƣ Canada, Nhật, Pháp, Ấn Độ và Trung Quốc. Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu trái đất và các hành tinh và quyển khí. Các ảnh chụp nổi (stereo), thực hiện theo phƣơng đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh Gemini (1965), đã thể hiện ƣu thế của công việc nghiên cứu trái đất. Tiếp theo, tầu Apolo cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thƣớc ảnh 70mm, chụp về trái đất, đã cho ra các thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất. Ngành hàng không vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu Trái Đất từ vũ trụ. Việc nghiên cứu trái đất đã đƣợc thực hiện trên các con tàu vũ trụ có ngƣời nhƣ Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos (từ năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừng Salyut. Sản phẩm thu đƣợc là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân giải cao, nhƣ MSU-E (trên Meteor - priroda). Các bức ảnh chụp từ vệ tinh Cosmos có dải phổ nằm trên 5 kênh khác nhau, với kích thƣớc ảnh 18 x 18cm. Ngoài ra, các ảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140, MKF-6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6 kênh ảnh thuộc dải phổ 0.40 đến 0.89μm. Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20 x 20m. Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS (sau đổi tên là Landsat-1), là các vệ tinh thế hệ mới hơn nhƣ Landsat-2, Landsat-3, Landsat-4 và
7 Landsat-5. Ngay từ đầu, ERTS-1 mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và bộ cảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau. Ngoài các vệ tinh Landsat-2, Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là SKYLAB (1973) và HCMM (1978). Từ 1982, các ảnh chuyên đề đƣợc thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM-4 và Landsat TM-5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt. Điều này tạo nên một ƣu thế mới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau. Ngày nay, ảnh vệ tinh chuyên đề từ Landsat-7 đã đƣợc phổ biến với giá rẻ hơn các ảnh vệ tinh Landsat TM- 5, cho phép ngƣời sử dụng ngày càng có điều kiện để tiếp cận với phƣơng pháp nghiên cứu môi trƣờng qua các dữ liệu vệ tinh Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các thế hệ SPOT-1, SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5, đã đƣa ra sản phẩm ảnh số thuộc hai kiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ 10 x 10m đến 2,5 x 2,5m, và đa kênh SPOT- XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênh thuộc dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x 20m. Đặc tính của ảnh vệ tinh SPOT là cho ra các cặp ảnh phủ chồng cho phép nhìn đối tƣợng nổi (stereo) trong không gian ba chiều. Điều này giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất đạt kết quả cao, nhất là trong việc phân tích các yếu tố địa hình. Các ảnh vệ tinh của Nhật, nhƣ MOS-1, phục vụ cho quan sát biển (Marine Observation Satellite). Công nghệ thu ảnh vệ tinh cũng đƣợc thực hiện trên các vệ tinh của Ấn Độ IRS-1A, tạo ra các ảnh vệ tinh nhƣ LISS thuộc nhiều hệ khác nhau. Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất bằng viễn thám đƣợc đẩy mạnh do áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới với việc sử dụng các ảnh radar. Viễn thám radar tích cực, thu nhận ảnh bằng việc phát sóng dài siêu tần và thu tia phản hồi, cho phép thực hiện các nghiên cứu độc lập, không phụ thuộc vào mây. Sóng radar có đặc tính xuyên qua mây, lớp đất mỏng và thực
8 vật và là nguồn sóng nhân tạo, nên nó có khả năng hoạt động cả ngày và đêm, không phụ thuộc vào nguồn năng lƣợng mặt trời. Các bức ảnh tạo nên bởi hệ radar kiểu SLAR đƣợc ghi nhận đầu tiên trên bộ cảm Seasat. Đặc tính của sóng radar là thu tia phản hồi từ nguồn phát với góc xiên rất đa dạng. Sóng này hết sức nhạy cảm với độ ghồ ghề của bề mặt vật, đƣợc chùm tia radar phát tới, vì vậy nó đƣợc ứng dụng cho nghiên cứu cấu trúc một khu vực nào đó. Công nghệ máy tính ngày nay đã phát triển mạnh mẽ cùng với các sản phẩm phần mềm chuyên dụng, tạo điều kiện cho phân tích ảnh vệ tinh dạng số hoặc ảnh radar. Thời đại bùng nổ của Internet, công nghệ tin học với kỹ thuật xửlý ảnh số, kết hợp với hệ thông tin địa lý (GIS), cho khả năng nghiên cứu trái đất bằng viễn thám ngày càng thuận lợi và đạt hiệu quả cao hơn. - Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Trong những năm đầu thập kỉ 60 (1963-1964) các nhà khoa học ở Canada đã cho ra đời hệ thông tin địa lý. Hệ thống thông tin địa lý kế thừa mọi thành tựu trong ngành bản đồ cả về ý tƣởng lẫn thành tựu của kỹ thuật bản đồ. Hệ thông tin địa lý bắt đầu hoạt động cũng bằng việc thu thập dữ liệu theo định hƣớng tuỳ thuộc vào mục tiêu đặt ra. Bên cạnh Canada, nhiều trƣờng đại học ở Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu và xây dựng Hệ thông tin địa lý. Trong các Hệ thông tin địa lý đƣợc tạo ra cũng có rất nhiều hệ không tồn tại đƣợc lâu vì nó đƣợc thiết kế cồng kềnh mà giá thành lại cao. Lúc đó ngƣời ta đặt lên hàng đầu việc khắc phục những khó khăn nảy sinh trong quá trình xử lý các số liệu đồ họa truyền thống. Họ tập trung giải quyết vấn đề đƣa bản đồ, hình dạng, hình ảnh, số liệu vào máy tính bằng phƣơng pháp số để xử lý các dữ liệu này. Tuy kỹ thuật số hóa đã đƣợc sử dụng từ năm 1950 nhƣng điểm mới của giai đoạn này chính là các bản đồ đƣợc số hóa có thể liên kết với nhau để tạo ra một bức tranh tổng thể về tài nguyên thiên nhiên của một khu vực. Từ đó máy tính đƣợc sử dụng và
9 phân tích các đặc trƣng của các nguồn tài nguyên đó, cung cấp các 3 thông tin bổ ích, kịp thời cho việc quy hoạch. Việc hoàn thiện một Hệ thông tin địa lý còn phụ thuộc vào công nghệ phần cứng mà ở thời kỳ này các máy tính IBM 1401 còn chƣa đủ mạnh. Giai đoạn đầu những năm 60 của thế kỷ trƣớc đánh dấu sự ra đời của Hệ thông tin địa lý chủ yếu đƣợc phục vụ cho công tác điều tra quản lý tài nguyên. Đến giữa thập kỷ 60 thì Hệ thông tin địa lý đã phát triển, có khả năng phục vụ công tác khai thác và quản lý đô thị nhƣ DIME của cơ quan kiểm toán Mỹ, GRDSR của cơ quan thống kê Canada,… Năm 1968, Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban thu thập và xử lý dữ liệu địa lý. Trong những năm 70 ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo vệ môi trƣờng và phát triển Hệ thông tin địa lý. Cũng trong khung cảnh đó, hàng loạt yếu tố đã thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của Hệ thông tin địa lý, đặc biệt là sự giảm giá thành cùng với sự tăng kích thƣớc bộ nhớ, tăng tốc độ tính toán của máy tính. Chính nhờ những thuận lợi này mà Hệ thông tin địa lý dần dần đƣợc thƣơng mại hóa. Đứng đầu trong lĩnh vực thƣơng mại phải kể đến các cơ quan, công ty: ESRI, GIMNS, Intergraph…. Chính ở thời kỳ này đã xảy ra “loạn khuôn dạng dữ liệu” và vấn đề phải nghiên cứu khả năng giao diện giữa các khuôn dạng. Năm 1977 đã có 54 Hệ thông tin địa lý khác nhau trên thế giới. Bên cạnh Hệ thông tin địa lý, thời kỳ này còn phát triển mạnh mẽ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám. Một hƣớng nghiên cứu kết hợp Hệ thông tin địa lý và viễn thám đƣợc đặt ra và cùng bắt đầu thực hiện. Thập kỷ 80 đƣợc đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng hệ thông tin địa lý ngày càng tăng với các quy mô khác nhau. Ngƣời ta tiếp tục giải quyết những tồn tại của những năm trƣớc mà nổi lên là vấn đề số hóa dữ liệu: sai số, chuyển đổi khuôn dạng… Thời kỳ này có sự nhảy vọt về tốc độ tính toán, sự
10 mềm dẻo trong việc xử lý dữ liệu không gian. Thập kỷ này đƣợc đánh dấu bởi sự nảy sinh các nhu cầu mới trong ứng dụng hệ thông tin địa lý nhƣ: Khảo sát thị trƣờng, đánh giá khả thi các phƣơng án quy hoạch, sử dụng tối ƣu các nguồn tài nguyên, các bài toán giao thông, cấp thoát nƣớc… Có thể nói đây là thời kỳ bùng nổ hệ thông tin địa lý. Những năm đầu của thập kỷ 90 đƣợc đánh dấu bằng việc nghiên cứu sự hoà nhập giữa viễn thám và hệ thống thông tin địa lý. Các nƣớc Bắc Mỹ và châu Âu gặt hái đƣợc nhiều thành công trong lĩnh vực này. Khu vực châu Á – Thái Bình Dƣơng cũng đã thành lập đƣợc nhiều trung tâm nghiên cứu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý. Rất nhiều hội thảo quốc tế về ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đƣợc tổ chức nhằm trao đổi kinh nghiệm và thảo luận về khả năng phát triền các ứng dụng của công nghệ hệ thống thông tin địa lý. 1.2.2. Ở Việt Nam Công nghệ viễn thám và GIS đã du nhập vào nƣớc ta và phát triển nhanh trong khoảng 15 năm trở lại đây. Có thể tóm tắt lịch sử hình thành và phát triển qua các giai đoạn nhƣ sau: 1979-1980: Bắt đầu tiếp cận công nghệ viễn thám. 1980-1990: Đã triển khai các nghiên cứu thử nghiệm nhằm xác định khả năng và phƣơng pháp sử dụng tƣ liệu viễn thám để giải quyết các nhiệm vụ của mình. 1990-1995: Nhiều ngành đã đƣa công nghệ viễn thám vào sử dụng trong thực tiễn và đến nay đã thu đƣợc một số kết quả rõ rệt về khoa học công nghệ và kinh tế nhƣ: các lĩnh vực khí tƣợng, đo đạc bản đồ, địa chất khoáng sản, quản lý tài nguyên rừng,.... Trong các ứng dụng thực tế, ngoài ảnh vệ tinh khí tƣợng NOAA và GMS, thì các cơ quan đã sử dụng nhiều ảnh vệ tinh quang học nhƣ Lansat, Spot, KFA-1000, ADEOS, còn ảnh vệ tinh radar nhƣ
11 RADASAT, ERT mới đƣợc ứng dụng thử nghiệm trong những năm gần đây. Riêng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao(1-2m) hầu nhƣ chƣa đƣợc sử dụng. Công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý đƣợc ứng dụng để thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu khoa học và nhiều dự án có liên quan đến điều tra giám sát tài nguyên, giám sát môi trƣờng giảm thiểu tới mức thấp nhất thiên tai ở một số vùng. Từ năm 1990 viễn thám ở nƣớc ta chuyển dần từng bƣớc từ công nghệ thông tin tƣơng tự sang công nghệ số kết hợp hệ thống thông tin địa lý, vì vậy hiện nay chúng ta có thể xử lý nhiều loạt ảnh đạt yêu cầu cao về độ chính xác với quy mô sản suất công nghiệp. Từ năm 1995 đến nay công nghệ viễn thám và GIS đƣợc ứng dụng rất nhiều trong nhiều lĩnh vực: Địa chất, Hàng hải, Lâm nghiẹp, Nông nghiệp, Môi trƣờng.... Đến nay ở nƣớc ta tuy đã có Trung tâm Viễn thám Quốc gia nhƣng do yêu cầu cấp thiết của nghành nên đã hình thành rất nhiều trung tâm và phòng viễn thám, do đó là cơ sở nghiên cứu và đƣa tiến bộ kỹ thuật viễn thám vào ứng dụng vào chuyên môn nhƣ: Trung tâm viễn thám tổng cục địa chính, Phòng viễn thám của viện điều tra quy hoạch rừng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông Thôn. 1.3. Ứng dụng tƣ liệu viễn thám trong quản lý sử dụng đất 1.3.1. Trên thế giới Trên thế giới có rất nhiều đề tài nghiên cứu khoa học ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý sử dụng đất: + Nghiên cứu dự đoán thay đổi diện tích đất và dự báo lớp phủ tại huyện Patna (Bihar), Ấn Độ của tác giả Varun Narayan Mishara, Praveen Kumar RaiĐề tài sử dụng ảnh Lansat với phƣơng pháp phân loại ảnh có kiểm định để phân loại các đối tƣợng. + Báo cáo nghiên cứu: “Báo cáo nghiên cứu Lansat với phƣơng pháp phân loại ảnh có kiểm định để phân: Nghiên cứu tình huống về lƣu vực sông
12 Simly, Islamabad, Pakistan” của Amna Butt, Rabia Shabbir, Sheikh Saeed Ahmad, Neelam Aziz. Nghiên cứu này áp dụng thuật toán phân loại có giám sát cao nhất trong ERDAS để tƣởng tƣợng phát hiện sự thay đổi độ che phủ / sử dụng đất đƣợc quan sát thấy ở lƣu vực sông Simly ở Pakistan, sử dụng dữ liệu vệ tinh đa lƣợng từ Landsat 5 và SPOT 5 cho năm 1992 và 2012. Lƣu vực sông đƣợc phân thành 5 lớp phủ / sử dụng đất chính nhƣ sau: Nông nghiệp, Đất trống / đá, Khu định cƣ, Thực vật và Nƣớc. Bàn đồ che phủ/ sử dụng đất và bản dồ sử dụng đất đƣợc thành lập bằng phần mềm ArcGIS 10 với phƣơng pháp phân loại có kiểm định. + Nghiên cứu: “Sử dụng tƣ liệu viễn thám đánh giá thay đổi việc sử dụng đất / bao phủ thay đổi và ảnh hƣởng của nó đối với khả năng xói mòn gió ở miền nam Iran” của tác giả Mahrooz Rezaei, corresponding author, Abdolmajid Sameni, Seyed Rashid Fallah Shamsi and Harm Bartholomeus, đăng trên tạp chí PeerJ năm 2016. Nghiên cứu sử dụng tƣ liệu ảnh Lansat ETM và ảnh Lansat 8. 1.3.2. Ở Việt Nam Ở nƣớc ta cũng đã có nhiều đề tài nghiên cứu khoa học ứng dụng GIS và Viễn thám trong quản lý sử dụng đất có thể kể tới: + Ứng dụng viễn thám Lansat đa thời gian và GIS đánh giá biến động diện tích rừng ngập mặn ven biển huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 1994 - 2015 của TS. Nguyễn Hải Hòa.Dữ liệu ảnh viễn thám Landsat với phƣơng pháp phân loại ảnh bằng phƣơng pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised Classification). + Ứng dụng GIS và Viễn thám để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Triệu Sơn tỉnh Thanh Hóa. + “Đồ án Ứng dụng viễn thám và GIS để phân tích, đánh giá hiện trạng sử dụng đất đô thị quận 2, thành phố Hồ Chí Minh” của SVTH Trần Thị Hải