Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tích hợp MarkokCA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

NGUYỄN KHÁNH TOÀN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP
MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG
ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Hà Nội, 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

NGUYỄN KHÁNH TOÀN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP
MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG
ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 8850103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS.TS. NGUYỄN AN THỊNH

Hà Nội, 2018

i

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn An Thịnh
Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Nguyễn Thị Khuy
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Nguyễn Tiến Cường
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 16 tháng 9 năm 2018.


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn
trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và
pháp luật Việt Nam. Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Tác giả Luận văn

iii

LỜI CẢM ƠN
Được sự nhất trí của trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội,
Khoa Quản lý đất đai, tôi đã tiến hành làm luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng
mô hình tích hợp Markok- CA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại
tỉnh Phú Thọ”. Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn ngoài sự cố
gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô
giáo, cùng gia đình và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa Quản
lý đất đai trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng toàn thể các
thầy cô giáo đã dạy dỗ, quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá
trình học tập và rèn luyện tại trường thời gian qua.
Đặc biệt để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi nhận được sự quan
tâm của giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn An Thịnh. Thầy đã tận tâm
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Nguyễn Khánh Toàn


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
THÔNG TIN LUẬN VĂN
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................... 4
1.1. Cơ sở lý luận về sử dụng đất................................................................................ 4
1.1.1. Sử dụng đất ........................................................................................................ 4
1.1.2. Cơ sở khoa học về biến động sử dụng đất và lớp phủ ................................... 7
1.1.3. Sử dụng đất, biến động sử dụng đất trên thế giới và Việt Nam ..................12
1.2. Mô hình hóa Markov-CA trong dự báo biến động sử dụng đất...................20
1.2.1. Khái niệm mô hình, mô hình hóa và mô hình hóa không gian ...................20
1.2.2. Mô hình hóa biến động sử dụng đất ..............................................................21
1.2.3. Khái niệm và ứng dụng chuỗi Markov .........................................................22
1.2.4. Mạng tự động (Cellular Automata - CA) ......................................................24
1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu...............................................................26
1.3.1. Trên thế giới .....................................................................................................26
1.3.2. Tại Việt Nam....................................................................................................31
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU .............................................................................................................. 34
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu.........................................................................34
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................34


v

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................34
2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................34
2.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................34
2.3.1. Phương pháp phân tích và tổng quan tài liệu ................................................34
2.3.2. Phương pháp khảo sát thực địa ......................................................................35
2.3.4. Phương pháp phân tích, mô hình hóa không gian Markov - CA ................36

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..........................................................41
3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng đất tỉnh Phú Thọ .....................................41
3.1.1. Nguồn lực tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên ..............................................41
3.1.2. Nguồn lực kinh tế - xã hội ..............................................................................50
3.1.3. Đánh giá điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội ..............................................57
3.2. Đánh giá hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 2005 – 2015 trên cơ sở tư liệu ảnh
viễn thám.....................................................................................................................60
3.2.1. Xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010, 2015 ...60
3.2.2. Đánh giá hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015 ..............................65
3.3. Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2020 - 2025 ..............72
3.3.1. Quy trình nghiên cứu.......................................................................................72
3.3.2. Phân cấp thích hợp ..........................................................................................74
3.3.3. Xây dựng ma trận chuyển dịch dựa vào chuỗi Markov...............................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................98
PHỤ LỤC ...............................................................Error! Bookmark not defined.


vi

THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Nguyễn Khánh Toàn
Lớp: CH2B.QĐ

Khoá: 2B (2016 - 2018)

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn An thịnh
Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tích hợp Markov – CA và
GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ.
Thông tin luận văn:

- Tổng quan tài liệu và xây dựng cơ sở lý luận về ứng dụng mô hình
Markov - CA trong dự báo xu hướng biến động sử dụng đất.
- Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng tới biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ.
- Đánh giá hiện trạng sử dụng đất tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2005 - 2015
trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám.
- Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2025 trên cơ sở
mô hình Markov - CA và GIS.


vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

FAO

Tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên Hợp Quốc

LUCC

Biến động sử dụng đất và lớp phủ

TDB

Thời điểm dự báo

TCT

Mốc thời gian cận trên của quá trình đánh giá

TCD

Mốc thời gian cận dưới của quá trình đánh giá

CA

Cellular Automata - Mạng tự động

MCE

Multi Criteria Evaluation - Đánh giá đa chỉ tiêu


viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tỉ lệ % đất tự nhiên và đất nông nghiệp trên toàn thế giới ............ 13
Bảng 1.2. Biến động diện tích đất nông nghiệp toàn quốc ............................. 17
Bảng 1.3. Biến động diện tích đất 2015 .......................................................... 18
Bảng 3.1. Đặc trưng hình thái sông trên địa bàn tỉnh Phú Thọ ...................... 45
Bảng 3.2. Hiện trạng sủ dụng đất tỉnh Phú Thọ ( tính đến 31/12/2016) ......... 46
Bảng 3.3. Hiện trạng rừng theo chức năng sử dụng ....................................... 48
Bảng 3.4 Sản lượng khai thác một số loại tài nguyên trên địa bàn tỉnh Phú
Thọ................................................................................................................... 50
Bảng 3.5. Diện tích, dân số và mật độ dân số các huyện năm 2016 ............... 51
Bảng 3.6. Đóng góp của các khu vực kinh tế vào GDP của toàn tỉnh qua các
năm .................................................................................................................. 55
Bảng 3.7. Hệ thống chú giải của ảnh lớp phủ mặt đất .................................... 61
Bảng 3.8. Hệ thống mẫu giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu .............. 63
Bảng 3.9. Bảng biến động diện tích đất đai tỉnh Phú Thọ .............................. 72
Bảng 3.10. Diện tích các loại hình sử dụng đất tỉnh Phú Thọ các năm 2005,

2010, 2015, 2020, 2025 (đơn vị: ha) ............................................................... 93


ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bình quân diện tích đất canh tác trên đầu người............................. 14
Hình 2.1. Mô hình chuỗi Markov ................................................................... 36
Hình 2.2. Giao diện phần mềm Idrisi Selva .................................................... 39
Hình 2.3. Module MARKOV trên Idrisi Selva ............................................... 39
Hình 2.4. Module MARKOV - CA trên Idrisi Selva ...................................... 40
Hình 3.1. Bản đồ tỉnh Phú Thọ ....................................................................... 41
Hình 3.2. Ảnh LandSat khu vực tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010, 2015 .......... 62
Hình 3.3. Quá trình chọn mẫu và phân loại ảnh vệ tinh tỉnh Phú Thọ ........... 64
Hình 3.4. Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010 và 2015 .... 65
Hình 3.5. Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2005 .................. 66
Hình 3.6. Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005 ............................ 67
Hình 3.7. Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2010 .................. 68
Hình 3.8. Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2010 ............................ 69
Hình 3.9. Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2015 .................. 70
Hình 3.10. Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2015 .......................... 71
Hình 3.11. Quy trình dự báo biến đổi lớp phủ mặt đất khu vực nghiên cứu .. 73
Hình 3.12. Quy trình phân cấp thích hợp ........................................................ 75
Hình 3.13. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng kín với các loại hình lớp phủ... 76
Hình 3.14. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng trung bình với các loại hình
lớp phủ ............................................................................................................. 76
Hình 3.15. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng thưa với các loại hình lớp
phủ ................................................................................................................... 77
Hình 3.16. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của cây bụi với các loại hình lớp phủ.... 78
Hình 3.17. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của đất xây dựng với các loại hình lớp

phủ ................................................................................................................... 78


x

Hình 3.18. Ảnh phân ngưỡng mức độ thích hợp của đất xd với độ dốc ......... 79
Hình 3.19. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của đất trống với các loại hình lớp
phủ ................................................................................................................... 80
Hình 3.20. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của mặt nước với các loại hình lớp
phủ ................................................................................................................... 80
Hình 3.21. Ảnh phân cấp thích hợp cho đất xây dựng.................................... 82
Hình 3.22. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng kín ........................................... 82
Hình 3.23. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng trung bình ............................... 83
Hình 3.24. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng thưa ......................................... 83
Hình 3.25. Ảnh phân cấp thích hợp cho cây bụi ............................................. 84
Hình 3.26. Ảnh phân cấp thích hợp cho đất trống .......................................... 84
Hình 3.27. Ảnh phân cấp thích hợp cho mặt nước ......................................... 85
Hình 3.28. Mô hình Markov trong Idrisi ........................................................ 85
Hình 3.29. Ma trận chuyển dịch diện tích giữa các lớp đối tượng ................. 86
Hình 3.30. Ma trận chuyển dịch xác suất giữa các lớp ................................... 87
Hình 3.31. Tập các hình ảnh xác suất có điều kiện......................................... 87
Hình 3.32. Mô hình hóa biến đổi lớp phủ mặt đất dựa vào CA_Markov ....... 88
Hình 3.33. Kết quả mô hình hóa biến đổi sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm
2015 ................................................................................................................. 89
Hình 3.34. Kiểm chứng kết quả mô hình hóa và bản đồ lớp phủ năm 2015 .. 90
Hình 3.35. Kết quả kiểm chứng kết quả mô hình hóa và bản đồ lớp phủ năm
2015 ................................................................................................................. 90
Hình 3.36. Kết quả dự báo lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2020 ............. 91
Hình 3.37. Kết quả dự báo lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2025 ............. 92
Hình 3.38. Biểu đồ thể hiện diện tích các loại hình sử dụng đất tỉnh Phú Thọ

các năm 2005, 2010, 2015, 2020, 2025 .......................................................... 93


Luận văn đủ ở file: Luận văn full