bài báo cáo đánh giá biến động sử dụng đất sản xuất nông nghiệp huyện phong điền

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
Khoa Tài nguyên Đất và Môi trường Nông nghiệp

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:

Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất sản xuất
nông nghiệp trên địa bàn huyện Phong Điền giai đoạn 2010 - 2019

Sinh viên thực hiện: Phạm Chí Quốc
Lớp: Quản lý đất đai 50
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Bình
Bộ môn: Trắc địa & Bản đồ

NĂM 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
Khoa Tài nguyên Đất và Môi trường Nông nghiệp

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:

Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá biến động đất sản xuất
nông nghiệp trên địa bàn huyện Phong Điền giai đoạn 2010 - 2019

Họ tên sinh viên: Phạm Chí Quốc

Lớp: Quản lý đất đai 50
Thời gian thực hiện: 30/12/2019
Địa điểm thực tập: Phòng Tài nguyên & Môi trường huyện Phong Điền,
tỉnh Thừa Thiên Huế
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Bình
Bộ môn: Trắc địa & Bản đồ

NĂM 2020


Lời Cảm Ơn
Thực tập là một trong những giai đoạn quan
trọng nhất trong quá trình đào tạo sinh viên của nhà
trường. Đó cũng là khoảng thời gian sinh viên được
tiếp cận thực tế các công việc sau này, đồng thời
thời gian này giúp sinh viên củng cố những kiến thức
đã được học trong nhà trường.
Để hoàn thành tốt báo cáo chuyên đề tốt nghiệp
này, bằng sự biết ơn sâu sắc, em xin chân thành
cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Văn Bình - giảng viên
khoa Tài nguyên đất và Môi trường nông nghiệp
trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực
hiện đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, quý
thầy, cô giáo Trường Đại học Nông Lâm, Đại học
Huế. Đặc biệt là quý thầy, cô giáo Khoa Tài nguyên
đất và Môi trường nông nghiệp đã truyền đạt kinh
nghiệm, kiến thức, dạy bảo cho em trong suốt quá
trình học tập và rèn luyện tại trường.

Em xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị của Phòng
Tài nguyên và Môi trường huyện Phong Điền, tỉnh
Thừa Thiên Huế đã cung cấp tài liệu, tạo điều kiện
thuận lợi nhất và giúp đỡ em hoàn thành tốt báo cáo
chuyên đề tốt nghiệp.
Bên cạnh đó, tôi cũng gửi lời cảm ơn tới gia đình,
bạn bè và những người thân là những người luôn
quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học
tập vừa qua.
Do thời gian nghiên cứu, năng lực bản thân có
hạn, đặc biệt hơn là kinh nghiệm bản thân còn hạn
chế nên không tránh khỏi những thiếu sót rất mong


quý thầy cô, các bạn đóng góp ý kiến để báo cáo
chuyên đề tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Huế, ngày 25 tháng 5 năm 2020
Sinh viên

Phạm Chí Quốc

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Một số thông tin cơ bản của hệ thống vệ tinh của Landsat.................11
Bảng 3.1. Dữ liệu ảnh viễn thám dùng trong nghiên cứu....................................20
Bảng 4.2. Mô tả các mẫu để giải đoán các năm 2010 – 2015 – 2019.................43
Bảng 4.3. Độ chính xác phân loại ảnh năm 2010................................................53
Bảng 4.4. Độ chính xác phân loại ảnh năm 2015................................................54

Bảng 4.5. Độ chính xác phân loại ảnh năm 2019................................................55
Bảng 4.6. Bảng mã hóa các loại đất....................................................................56
Bảng 4.7. Bảng diện tích kết quả giải đoán các năm 2010 – 2015 – 2019..........57
Bảng 4.8. Chỉ số NDVI từng loại đất..................................................................63
Bảng 4.9. Bảng diện tích biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2010 –
2015.....................................................................................................................71
Bảng 4.10. Bảng diện tích biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2015 –
2019.....................................................................................................................72



DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 4.1. Biến động đất lúa qua các năm nghên cứu.....................................70
Biểu đồ 4.2. Biến động đất trồng cây hằng năm qua các năm nghiên cứu..........70
Biểu đồ 4.3. Biến động đất trồng cây lâu năm qua các giai đoạn nghiên cứu.....71


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Thành phần của GIS..............................................................................5
Hình 2.2. Nguyên lý cơ bản của viễn thám.........................................................10
Hình 3.1. Sơ đồ tiến trình nghiên cứu.................................................................21
Hình 4.1. Sơ đồ khu vực nghiên cứu...................................................................22
Hình 4.2. Hiển thị ảnh viễn thám bằng phần mềm Envi 4.7 khi đã sử dụng tổ hợp
màu 5;6;4 năm 2015............................................................................................38
Hình 4.3. Ghép ảnh viễn thám bằng phần mềm Envi 4.7....................................38
Hình 4.4. Nắn ảnh về ranh giới của huyện Phong Điền......................................39
Hình 4.5. Mở rộng đường ranh giới vùng nghiên cứu........................................40
Hình 4.6. Ảnh viễn thám Landsat đã cắt năm 2010............................................40
Hình 4.7. Ảnh viễn thám Landsat đã cắt năm 2015............................................41

Hình 4.8. Ảnh viễn thám Landsat đã cắt năm 2019............................................41
Hình 4.9. Sự khác nhau khi tăng cường khả năng hiển thị ảnh của năm 2010. . .42
Hình 4.10. Cắt ảnh viễn thám từ phần mềm Envi 4.7.........................................42
Hình 4.11. Chọn mẫu cho quá trình giải đoán năm 2010....................................44
Hình 4.12. Kết quả giải đoán ảnh năm 2010.......................................................44
Hình 4.13. Chọn mẫu cho quá trình giải đoán ảnh năm 2015.............................45
Hình 4.14. Kết quả giải đoán năm 2015..............................................................45
Hình 4.15. Chọn mẫu cho quá trình giải đoán ảnh năm 2019.............................46
Hình 4.16. Kết quả giải đoán năm 2019..............................................................46
Hình 4.17. Kết quả so sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại năm 2010......47
Hình 4.18. Kết quả so sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại năm 2015......48
Hình 4.19. Kết quả so sự khác biệt giữa các mẫu phân sánh loại năm 2019......48
Hình 4.20. Các bước tính chỉ số Kapa.................................................................49
Hình 4.21. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2010.............................................50
Hình 4.22. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2015.............................................51


Hình 4.23. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2019.............................................52
Hình 4.24. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 2010...........58
Hình 4.25. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 2015...........59
Hình 4.26. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Phong Điền năm 2019...........60
Hình 4.27. Bản đồ chỉ số thực vật năm 2010......................................................64
Hình 4.28. Bản đồ chỉ số thực vật năm 2015......................................................65
Hình 4.29. Bản đồ chỉ số thực vật năm 2019......................................................66
Hình 4.30. Bản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn năm 2010 – 201568
Hình 4.31. Bản đồ biến động đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn 2015 – 2019.69
Hình 3.32. Đất lúa chuyển sang đất công trình ở xã Phong Thu.........................73
Hình 3.33. Đất lúa chuyển sang đất trồng cây hằng năm ở xã Phong Sơn.........73
Hình 3.34. Đất trống chuyển sang đất lúa ở xã Phong Hiền...............................74

DANH MỤC VIẾT TẮT

Ký hiệu

Chú giải

ERTS

Earth Remote Sensing Satellite

ETM

Enhanced Thematic Mapper

GIS

Geographic Information System

HĐND

Hội đồng nhân dân

NDVI

Normalized Difference Vegetation Index

OCOP

One commune one product of Viet Nam

PIXEL

Picture Element (Điểm ảnh)

UBND

Ủy ban nhân dân


MỤC LỤC

PHẦN 1. MỞ ĐẦU..............................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề.......................................................................................................1
1.2. Mục tiêu và yêu cầu........................................................................................2
1.2.1. Mục tiêu chung............................................................................................2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể............................................................................................2
1.2.3. Yêu cầu........................................................................................................2
PHẦN 2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................3
2.1. Những vấn đề liên quan đến đất đai...............................................................3
2.1.1. Khái niệm về đất đai....................................................................................3
2.1.2. Các chức năng của đất đai...........................................................................3
2.2. Tổng quan về đất sản xuất nông nghiệp.........................................................4
2.2.1. Khái niệm....................................................................................................4
2.2.2. Phân loại đất sản xuất nông nghiệp.............................................................4
2.3. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)......................................................................4
2.3.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS).............................................4
2.3.2. Một số thành phần và chức năng của GIS...................................................5
2.3.3. Các ứng dụng của GIS.................................................................................7
2.4. Khái quát chung về viễn thám........................................................................7

2.4.1. Khái niệm về viễn thám...............................................................................7
2.4.2. Phân loại viễn thám.....................................................................................8
2.4.3. Ứng dụng của viễn thám.............................................................................9
2.4.4. Nguyên lý cơ bản của viễn thám...............................................................10
2.4.5. Các đặc trung cơ bản của ảnh viễn thám...................................................11
2.5. Khái quát về nghiên cứu biến động sử dụng đất..........................................12
2.5.1. Biến động sử dụng đất...............................................................................12
2.5.2. Vai trò của GIS trong đánh giá biến động sử dụng đất..............................14


2.6. Tình hình nghiên cứu đánh giá biến động sử dụng đất trong và ngoài nước......14
2.6.1. Trên thế giới..............................................................................................14
2.6.2. Tại Việt Nam.............................................................................................15
PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU...................................................................................................19
3.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................19
3.2. Phạm vi nghiên cứu......................................................................................19
3.3. Nội dung nghiên cứu....................................................................................19
3.4. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................20
3.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu.......................................................20
3.4.2. Phương pháp chuyên gia...........................................................................20
3.4.3. Phương pháp xử lý thông tin.....................................................................20
3.4.4. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa...................................................20
3.4.5. Phương pháp thống kê...............................................................................20
3.4.6. Phương pháp GIS và viễn thám.................................................................21
PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THẢO LUẬN.....................................22
4.1. Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của huyện Phong Điền.........22
4.1.1. Vị trí địa lý................................................................................................22
4.1.2. Địa hình, địa mạo......................................................................................23
4.1.3. Khí hậu......................................................................................................24

4.1.4. Thuỷ văn....................................................................................................25
4.1.5. Các nguồn tài nguyên................................................................................25
4.1.6. Khái quát về kinh tế - xã hội huyện Phong Điền.......................................27
4.1.7. Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội.............................36
4.2. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất sản xuất nông nghiệp huyện Phong
điền dựa trên ảnh giải đoán.................................................................................37
4.2.1. Nguồn dữ liệu............................................................................................37
4.2.2. Các bước xử lý ảnh số...............................................................................37


4.2.3. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất sản xuất nông nghiệp huyện
Phong điền giai đoạn 2010 - 2019.......................................................................56
4.3. Đánh giá chỉ số thực vật (NDVI) trên địa bàn huyện Phong Điền giai đoạn
2010 – 2019.........................................................................................................61
4.3.1. Thành lập bản đồ chỉ số NDVI..................................................................61
4.3.2. Phân tích sự biến đổi giá trị NDVI............................................................67
4.4. Đánh giá biến động đất sản xuất Nông nghiệp trên địa bàn huyện Phong
Điền giai đoạn 2010 - 2019.................................................................................67
4.4.1. Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn
2010 – 2019.........................................................................................................67
4.4.2. Phân tích biến động đất sản xuất nông nghiệp..........................................70
4.4.3. Nguyên nhân biến động đất sản xuất nông nghiệp của huyện Phong Điền
giai đoạn năm 2010 -2019...................................................................................73
4.5. Đề xuất giải pháp sử dụng đất sản xuất nông nghiệp hợp lý tai huyện Phong
Điền.....................................................................................................................74
4.5.1. Giải pháp về cơ chế chính sách.................................................................74
4.5.2. Giải pháp về kinh tế...................................................................................74
4.5.3. Giải pháp về mặt kỹ thuật..........................................................................75
4.5.4. Giải pháp về mặt nguồn lực......................................................................75
4.5.5. Giải pháp về mặt thị trường.......................................................................75

PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................76
5.1. Kết luận........................................................................................................76
5.2. Đề nghị.........................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................78
PHẦN 7. PHỤ LỤC...........................................................................................79


13


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt trong sản
xuất nông- lâm nghiệp, là một trong những nguồn lực quan trọng cho chiến lược
phát triển nền nông nghiệp quốc gia nói riêng cũng như chiến lược phát triển
nền kinh tế nói chung. Nó là môi trường sống, là cơ sở tiến hành mọi hoạt động
sản xuất kinh doanh. Đối với con người,đất đai cũng có vị trí vô cùng quan
trọng, con người không thể tồn tại nếu không có đất đai, mọi hoạt động đi lại,
sống và làm việc đều gắn với đất đai. Đất đai cố định về vị trí, hạn chế về số
lượng, giới hạn về không gian, vô hạn về thời gian sử dụng nên đã làm cho đất
đai gày càng trở nên khan hiếm và quý giá.
Có nhiều cách để xác định biến động quỹ đất khác nhau, có thể dùng bằng
cách sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất, các tài liệu thống kê, kiểm kê đất
đai cùng các tài liệu liên quan khác. Tuy nhiên, theo luật đất đai quy định thì bản
đồ hiện trạng sử dụng đất chỉ được xây dựng 05 năm một lần gắn với việc kiểm
kê đất đai vì vậy việc đánh giá biến động không thể xác định trog một thời gian,
giai đoạn bất kỳ nào đó. Bên cạnh đó việc thống kê, kiểm kê đất đai chưa kịp
thời, trình độ cán bộ quản lý của cán bộ các cấp chưa cao mà đặc biệt là cán bộ
địa chính cấp xã phường.
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và trình độ của

con người ngày càng phát triển một cách nhanh chóng. Công nghệ viễn thám
được ứng dụng trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực như: Quản lý tài nguyên và
môi trường, nông nghiệp, lâm nghiệp, nghiên cứu địa chất, quản lý tai biến,
quản lý đô thị, … và với việc kết hợp hệ thống thông tin địa lý và công nghệ
viễn thám tạo nên một công cụ mạnh nhằm nghiên cứu biến động tài nguyên đất.
Phong Điền là một huyện phía Bắc của tỉnh Thừa Thiên Huế, những năm
gần đây, tốc độ phát triển kinh tế khá nhanh, quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ,
đã tạo ra một sự thay đổi lớn trong cơ cấu kinh tế, chuyển dịch cơ cấu cây trồng.
Làm thay đổi diện tích đất sản xuất nông nghiệp bởi nhiều nguyên nhân khác nhau,
từ đó đặc ra vấn đề quản lý biến động đất sản xuất nông nghiệp ở địa bàn huyện.
Xuất phát từ những vấn đề trên, được sự đồng ý của khoa Tài nguyên đất
và Môi trường nông nghiệp trường Đại học Nông Lâm Huế, được sự hướng dẫn
của TS Nguyễn Văn Bình, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng GIS và
viễn thám đánh giá biến động đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn huyện
Phong Điền giai đoạn 2010 – 2019”.
14


1.2. Mục tiêu và yêu cầu
1.2.1. Mục tiêu chung
Đánh giá được biến động sử dụng đất sản xuất nông nghiệp giai đoạn từ
năm 2010 đến năm 2019.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá được biến động sử dụng đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn
huyện Phong Điền giai đoạn 2010 – 2019.
- Thành lập bản đồ hiện trạng và đánh giá biến động sử dụng đất sản xuất
nông nghiệp giai đoạn 2010 – 2019.
- Đề xuất các giải pháp sử dụng đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn
huyện.
1.2.3. Yêu cầu

- Các thông tin, số liệu, tài liệu điều phải trung thực, chính xác đảm bảo độ
tin cậy và phản ánh đúng thực trạng địa bàn nghiên cứu.
- Việc phân tích xử lý số liệu trên cơ sở khoa học, có tính định lượng bằng
các phương pháp nghiên cứu thích hợp
- Phải nắm rõ các nội dung trọng tâm cần thực hiện của đề tài
- Sử dụng thành thạo phần mềm giải đoán ảnh viễn thám Envi 4.7, Mapinfo
15, Arcgis 10.2.

15


PHẦN 2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Những vấn đề liên quan đến đất đai
2.1.1. Khái niệm về đất đai
- Theo quan điểm luật học: Đất đai là một khoảng không gian trải dài vô
tận từ trung tâm trái đất tới vô cực trên trời và liên quan đến nó là một loạt các
quyền lợi khác nhau quyết định những gì có thể thực hiện được với đất.
- Theo quan điểm kinh tế học: Đất đai là tài sản quốc gia, là tư liệu sản suất
chủ yếu, là đối tượng lao động đồng thời cũng là sản phẩm lao động. Đất là mặt
bằng để phát triển nền kinh tế quốc dân.
2.1.2. Các chức năng của đất đai
Đất đai có nhiều chức năng khác nhau và được thể hiện ở một số chức năng
cơ bản sau
- Chức năng sản xuất: Là cơ sở cho nhiều hệ thống phục vụ cuộc sống của
con người, qua quá trình sản xuất, đất đau cung cấp lương thực, thực phẩm và
rất nhiều sản phẩm khác cho con người sử dụng trực tiếp hay giám tiếp thông
qua chăn nuôi và trồng trọt.
- Chức năng môi trường sống: Đất đai là cơ sở của mọi hình thái sinh vật
sống trên lục địa thông qua việc cung cấp các môi trường sống cho sinh vật và
gen di truyền để bảo tồn nòi giống cho thực vật, động vật và các cơ thể sống cả

trên và dưới mặt đất.
- Chức năng cân bằng sinh thái: Đất đai và việc sử dụng nó là nguồn và là
tấm thảm xanh đã hình thành một hệ thống cân bằng năng lượng trái đất thông
qua việc phản xạ, hấp thụ, chuyển đổi năng lượng phóng xạ từ mặt trời và tuần
hoàn khí quyển của địa cầu.
- Chức năng tàn trữ và cung cấp nguồn nước: Đất đai là kho tàn lưu trữ
nước mặt và nước ngầm vô tận, có tác động mạnh tới chu trình tuần hoàn nước
trong tự hiee và có vai trò điều tiết nước rất to lớn.
- Chức năng lưu trữ: Đất đai là kh tài nguyên khoáng sản cung cấp cho mọi
nhu cầu sử dụng của con người.
- Chức năng không gian sự sống: Đất đai có chức năng tiếp thu, gạn lọc, là
môi trường đệm và làm thay đổi hình thái, tính chất của các chất thải độc hại.

16


- Chức năng bảo tồn, bảo tàn lịch sử: Đất đai là trung gian để bải vệ các
chứng tích lịch sử, văn hóa của loài người, là nguồn thông tin về các điều kiện
khí hậu, thời tiết và cả quá trình sử dụng đất trong quá khứ.
- Chức năng vật mang sự sống: Đất đai cung cấp không gian cho sự vận
chuyển của con người, cho đầu tư sản xuất và cho sự dịch chuyển của động
vật… giữa các vùng khác nhau của hệ sinh thái tự nhiên.
- Chức năng phân dị lãnh thổ: Sự thích hợp của đất đai về chức năng chủ
yếu nói trên thể hiện rất khác biệt ở các vùng lãnh thổ của một quốc gia nói
riêng và trên toàn trái đất nói chung. Mỗi phần lãnh thổ mang những đặc tính tự
nhiên, kinh tế, xã hội rất đặc thù [2].
2.2. Tổng quan về đất sản xuất nông nghiệp
2.2.1. Khái niệm
Đất sản xuất nông nghiệp là đất nông nghiệp sử dụng vào mục đích sản xuất
nông nghiệp bao gồm đất trồng cây hằng năm, đất trồng cây lâu năm.

2.2.2. Phân loại đất sản xuất nông nghiệp
Đất sản xuất nông nghiệp chia làm hai loại: đất trồng cây hằng năm, đất
trồng cây lâu năm
- Đất trồng cây hàng năm là đất chuyên trồng các loại cây có thời gian sinh
trưởng từ khi gieo trồng tới khi thu hoạch không quá một (01) năm kể cả đất
sử dụng theo chế độ canh tác không thường xuyên, đất cỏ tự nhiên có cải tạo
sử dụng vào mục đích chăn nuôi; bao gồm đất trồng lúa, đất cỏ dùng vào
chăn nuôi, đất trồng cây hàng năm khác.
- Đất trồng cây lâu năm: Tại Điều 13, Luật Đất đai thì đất trồng cây lâu năm
thực chất là đất nông nghiệp dùng để trồng các loại cây lâu năm như cây ăn
quả, chè, cà phê, cao su, hồ tiêu, điều, ...[1].
2.3. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
2.3.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) là một tập
hợp có tổ chức, bao gồm hệ thống phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu
địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật,
điều khiển, phân tích, và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị
trí địa lý.

17


2.3.2. Một số thành phần và chức năng của GIS
Hệ thống thông tin địa lý bao gồm 5 thành phần chính: phần cứng, phần
mềm, dữ liệu, con người và phương pháp.

Hình 2.1. Thành phần của GIS
- Phần cứng: bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi.
- Phần mềm: là bộ não của hệ thống, phần mềm GIS rất đa dạng và có thể
chia làm 3 nhóm (nhóm phần mềm quản đồ họa, nhóm phần mềm quản trị bản

đồ và nhóm phần mềm quản trị, phân tích không gian).
- Dữ liệu: bao gồm liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và dữ liệu thuộc tính
(dữ liệu phi không gian). Dữ liệu không gian miêu tả vị trí địa lý của đối tượng
trên bề mặt Trái đất. Dữ liệu thuộc tính miêu tả các thông tin liên quan đến đối
tượng, các thông tin này có thể được định lượng hay định tính.
- Phương pháp: một phần quan trọng để đảm bảo sự hoạt động liên tục và
có hiệu quả của hệ thống phục vụ cho mục đích của người sử dụng.
- Con người: Trong GIS, thành phần con người là thành phần quan trọng
nhất bởi con người tham gia vào mọi hoạt động của hệ thống GIS (từ việc xây
dựng cơ sở dữ liệu, việc tìm kiếm, phân tích dữ liệu, …). Có 2 nhóm người quan
trọng là người sử dụng và người quản lý GIS [4].
Hệ thống thông tin địa lý bao gồm 5 chức năng chủ yếu
- Thu thập dữ liệu: là công việc khó khăn và nặng nề nhất trong quá trình
xây dựng một ứng dụng GIS. Các dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác
18


nhau như dữ liệu đo đạc từ thực địa, dữ liệu từ các loại bản đồ, dữ liệu thống
kê…
- Thao tác dữ liệu: vì các dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn có định
dạng khác nhau và có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển
dạng và thao tác theo một số cách để tương thích với hệ thống. Ví dụ: các thông
tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (lớp dân cư trên
bản đồ địa chính được thể hiện chi tiết hơn trong bản đồ địa hình). Trước khi các
thông tin này được tích hợp với nhau thì chúng phải được chuyển về cùng một
tỷ lệ (cùng mức độ chi tiết hoặc mức độ chính xác). Đây có thể chỉ là sự chuyển
dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích.
- Quản lý dữ liệu: là một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thông tin
địa lý. Hệ thống thông tin địa lý phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau
của dữ liệu đồng thời quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật

tự rõ ràng. Một yếu tố quan trọng của GIS là khả năng liên kết hệ thống giữa
việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu (sự liên kết giữa dữ liệu không
gian và thuộc tính của đối tượng). Các dữ liệu thông tin mô tả cho một đối tượng
bất kỳ có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng. Sự liên
kết đó là một ưu thế nổi bật của việc vận hành GIS.
- Hỏi đáp và phân tích dữ liệu: Khi đã xây dựng được một hệ thống cơ sở
dữ liệu GIS thì người dùng có thể hỏi các câu hỏi đơn giản như:
+ Thông tin về thửa đất: Ai là chủ sở hữu của mảnh đất?Thửa đất rộng bao
nhiêu m2?
+ Tìm đường đi ngắn nhất giữa hai vị trí A và B?
+ Thống kê số lượng cây trồng trên tuyến phố?
+ Hay xác định được mật độ diện tích trồng cây xanh trong khu vực đô thị? …
GIS cung cấp khả năng hỏi đáp, tìm kiếm, truy vấn đơn giản “chỉ nhấn và
nhấn” và các công cụ phân tích dữ liệu không gian mạnh mẽ để cung cấp thông
tin một cách nhanh chóng, kịp thời, chính xác, hỗ trợ ra quyết định cho những
nhà quản lý và quy hoạch.
- Hiển thị dữ liệu: GIS cho phép hiển thị dữ liệu tốt nhất dưới dạng bản đồ
hoặc biểu đồ. Ngoài ra còn có thể xuất dữ liệu thuộc tính ra các bảng excel, tạo
các bản báo cáo thống kê, hay tạo mô hình 3D, và nhiều dữ liệu khác.

19


2.3.3. Các ứng dụng của GIS
Công nghệ GIS có một số ứng dụng chủ yếu sau:
- Môi trường: Ở mức đơn giản nhất là có thể dùng hệ thông tin địa lý GIS
để đánh giá môi trường dựa vào vị trí và thuộc tính. Ứng dụng cao cấp hơn là
chúng ta có thể sử dụng GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất cũng như
sự ô nhiễm môi trường dựa vào khả năng phân tích của GIS.
- Khí tượng thủy văn: Hệ thông tin địa lý GIS có thể nhanh chóng đáp ứng

phục vụ cho các công tác dự báo thiên tai lũ lụt cũng như các công tác dự báo vị
trí của bão và các dòng chảy…
- Nông nghiệp: GIS có thể phục vụ cho các công tác quản lý sử dụng đất,
nghiên cứu về đất trồng, có thể kiểm tra được nguồn nước.
- Dịch vụ tài chính: GIS được ứng dụng trong việc xác định các chi nhánh
mới của ngân hàng.
- Y tế: GIS có thể dẫn đường nó có thể đưa ra được lộ trình giữa xe cấp cứu
và bện nhân cần cấp cứu qua đó giúp xe cấp cứu có thể nhanh nhất đến với vị trí
của bệnh nhân làm tăng cơ hội sống sót của người bện, ngoài ra nó còn được
dùng trong nghiên cứu các dịch bệnh nó có thể phân tích nguyên nhân bùng phát
và lan truyền của bệnh dịch.
- Giao thông: Hệ thông tin địa lý GIS có thể được ứng dụng trong định vị
trong vận tải hàng hóa, cũng như việc xác định lộ trình đường đi ngắn nhất, cũng
như việc quy hoạch giao thông [4].
2.4. Khái quát chung về viễn thám
2.4.1. Khái niệm về viễn thám
Viễn thám được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin
về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư
liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này không có sự
tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu.
Thực hiện những công việc đó chính là thực hiện viễn thám, hiểu một cách
đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà
không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.
Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều
có nét chung, nhấn mạnh “Viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về
các đối tượng, hiện tượng trên trái đất”.
20


+ Viễn thám là một nghệ, khoa học, nói ít nhiều về một vật không cần phải

chạm vào vật đó (Ficher và nnk, 1976).
+ Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa
vật trên một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976).
+ Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của
trái đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức
xạ phổ điện tử, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ từ bề mặt trái đất (Janes
B.Capbell, 1996).
+ Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng năng lượng điện tử ánh
sáng, nhiệt, sóng cực ngắn như một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc
tính của đối tượng (Floy Sabin 1987) [3].
2.4.2. Phân loại viễn thám
Có nhiều tiêu chí khác nhau được sử dụng để phân loại viễn thám. Trong
đó phổ biến là cách phân loại theo nguồn năng lượng và giải phổ điện từ.
- Phân loại theo nguồn năng lượng (source of energy):
Mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu trong viễn thám. Năng lượng mặt
trời vừa phản chiếu đối tượng (trong khoảng nhìn thấy) vừa hấp thụ và toả năng
lượng (cho dải hồng ngoại nhiệt). Hệ thống viễn thám cho phép ghi lại giá trị
năng lượng tự nhiên (ánh sáng mặt trời) được gọi là viễn thám thụ động (passive
sensor). Hệ thống này chỉ có thể làm việc khi mặt đất được chiếu sáng. Điều ày
có nghĩa việc quan sát mặt đất (chụp ảnh) chỉ có thể thực hiện vào ban ngày.
Một hệ thống viễn thám mà nguồn năng lượng phản chiếu do người tạo ra
(thường là gắn kèm với vật mang) được gọi là viễn thám chủ động. Thuận lợi
của hệ thống này là có thể làm việc trong mọi điều kiện thời tiết các mùa trong
năm và mọi thời điểm trong ngày. Viễn thám rada là một ví dụ của loại này.
-Phân loại theo dải phổ điện từ (range of electromagnectic spectrum)
+ Viễn thám quang học (optical remote sensing): Là hệ thống viễn thám mà
thiết bị có thể hoạt động trong vùng phổ điện từ như vùng nhìn thấy (visible),
vùng cận hồng ngoại (near infrared), vùng giữa hồng ngoại (middle infrared) và
hồng ngoại ngắn (short wave infrared). Các thiết bị cảm biến của hệ thống này
rất nhạy với bước sóng từ 300nm đến 3000nm.

+ Viễn thám hồng ngoại (thermal remhote sensing): Là hệ thống mà bộ cảm
biến hoạt động trong vùng hồng ngoại; hay bộ cảm biến ghi lại năng lượng toả
ra từ mặt đất trong dải phổ từ 3000nm đến 5000nm và 8000nm đến 14000nm.
21


Dải sóng ngắn hơn đề cập ở trên được sử dụng trong trường hợp quan sát đối
tượng phát nhiệt cao như cháy rừng; dải sóng dài hơn được dùng cho việc quan
sát mặt đất thông thường ở nhiệt độ thấp hơn. Vì thế viễn thám hồng ngoại nhiệt
được dùng phổ biến trong quan trắc cháy, ô nhiễm nhiệt…
+ Viễn thám siêu cao tần (microwave remote sensing): Cảm biến của viễn
thám siêu cao tần ghi lại các vi sóng tán xạ ngược của bước sóng trong dải phổ
điện từ từ 1mm đến 1m. Hầu hết các cảm biến siêu cao tần là viễn thám chủ
động, tức là có mang theo thiết bị phát năng lượng. Do không phụ thuộc vào
năng lượng mặt trời, hệ thống này độc lập với thời tiết và bức xạ năng lượng mặt
trời [3].
2.4.3. Ứng dụng của viễn thám
Cũng như các loại khác nhau của dữ liệu, các ứng dụng cụ thể của viễn
thám rất đa dạng là tốt. Tuy nhiên, viễn thám chủ yếu thực hiện đối với xử lý
hình ảnh và giải thích. Xử lý hình ảnh cho phép những thứ như hình ảnh không
khí và hình ảnh vệ tinh được chế tác để phù hợp với mục đích sử dụng dự án
khác nhau hoặc để tạo bản đồ. Bằng cách sử dụng giải đoán ảnh viễn thám một
khu vực có thể được nghiên cứu mà không có mặt thể chất ở đó.
Việc xử lý và giải đoán ảnh viễn thám cũng có công dụng cụ thể trong các
lĩnh vực khác nhau của nghiên cứu. Về địa chất, ví dụ, viễn thám có thể được áp
dụng để phân tích và lập bản đồ, vùng sâu vùng xa lớn. Từ xa giải cảm biến
cũng làm cho nó dễ dàng cho các nhà địa chất trong trường hợp này để xác định
các loại đá của một khu vực, địa mạo, và những thay đổi từ các sự kiện tự nhiên
như một trận lụt hoặc lở đất.
Viễn thám cũng rất hữu ích trong việc nghiên cứu các loại thực vật. Giải

thích các hình ảnh viễn thám cho phép vật chất và biogeographers, nhà sinh thái
học, những người nghiên cứu nông nghiệp và lâm để dễ dàng phát hiện những gì
thảm thực vật hiện diện trong khu vực nhất định, tiềm năng tăng trưởng của nó,
và đôi khi những điều kiện thuận lợi cho việc của mình ở đó.
Thêm vào đó, những người nghiên cứu các ứng dụng sử dụng đất đô thị và
khác cũng có liên quan với viễn thám vì nó cho phép họ dễ dàng chọn ra mà sử
dụng đất có mặt trong một khu vực. Điều này sau đó có thể được sử dụng như là
dữ liệu trong các ứng dụng quy hoạch thành phố và các nghiên cứu về môi
trường sống loài, ví dụ.
Cuối cùng, viễn thám đóng một vai trò quan trọng trong GIS. Hình ảnh của
nó được sử dụng như là dữ liệu đầu vào cho các mô hình độ cao số raster-based
22


(viết tắt là DEM) - một loại phổ biến của dữ liệu được sử dụng trong GIS. Các
bức ảnh chụp trong không khí ứng dụng viễn thám cũng được sử dụng trong quá
trình số hóa GIS để tạo đa giác, mà sau này được đưa vào shapefile để tạo bản
đồ.
Bởi vì các ứng dụng đa dạng của nó và khả năng cho phép người sử dụng
để thu thập, giải thích, và thao tác dữ liệu qua khu vực này thường không dễ
dàng truy cập và đôi khi nguy hiểm lớn, viễn thám đã trở thành một công cụ hữu
ích cho tất cả các nhà địa lý, bất kể sự tập trung của họ [3].
2.4.4. Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Hình 2.2. Nguyên lý cơ bản của viễn thám
Trong viễn thám, nguyên tắc hoạt động của nó liên quan giữa sóng điện từ
từ nguồn phát và vật thể quan tâm.
- 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 đối tượng quan tâm.
- Sóng điện từ và khí quyển (B) - khi năng lượng truyền từ nguồn phát đến

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.
23


- 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 ñược 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
tượng.
- Ứng dụng (G) - đây là thành phần cuối cùng trong qui trình xử lý của
công nghệ viễn thám. Thông tin sau khi ñược tách ra từ ảnh có thể được ứng
dụng để hiểu tốt hơn về đối tượng, khám phá một vài thông tin mới hoặc hỗ trợ
cho việc giải quyết một vấn đề cụ thể [3].
2.4.5. Các đặc trung cơ bản của ảnh viễn thám
Hệ thống vệ tinh Landsat của Mỹ là hệ thống vệ tinh quỹ đạo gần cực (với
góc mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 98,2⁰), lúc đầu có tên là
ERTS (Earth Remote Sensing Satellite), sau 2 năm kể từ lúc phóng ERTS – 1
ngày 23 tháng 7 năm 1972, đến năm 1976, được đổi tên là landsat – ETM
(Enhanced Thematic Mapper). Chương trình được thực hiện giữa Bộ nội vụ và
Trung tâm nghiên cứu vu trụ quốc gia NASA của Mỹ.
Bảng 2.1. Một số thông tin cơ bản của hệ thống vệ tinh của Landsat

Quỹ đạo lặp lại/
Vệ tinh
Ngày phóng Ngày hoạt động
độ cao (km)
Landsat - 1
23/07/1972
06/01/1978
18 ngày/900 Km
Landsat - 2
22/01/1975
25/02/1983
18 ngày/900 Km
Landsat - 3
05/03/1978
31/03/1983
18 ngày/917 Km
Landsat - 4
16/07/1982
Hoạt động
16 ngày/705 Km
Landsat - 5
01/03/1984
Hoạt động
16 ngày/705 Km
Landsat - 6
05/10/1993 Không đủ độ cao
16 ngày/705 Km
Landsat - 7
15/04/1999
Hoạt động

16 ngày/705 Km
Landsat - 8
11/02/2013
Hoạt động
16 ngày/705 Km
(Nguồn: Landsat.usgs.gov)
Các dữ liệu của vệ tinh được xử lý, lưu trữ và chuyển xuống các trạm thu
dưới đất qua các vệ tinh truyền thông tin.

24


Vệ tinh Landsat được thiết kế sao cho thời gian thu ảnh là theo đúng giờ
địa phương trên mọi vị trí của trái đất và các thông số khác.
Ảnh Landsat có kích thước 185 × 185 Km, vị trí của mỗi cảnh của ảnh vệ
tinh Landsat được xác định theo sơ đồ.
+ Số thứ tự hàng.
+ Số thứ tự chuyến bay [4], [10].
2.5. Khái quát về nghiên cứu biến động sử dụng đất
2.5.1. Biến động sử dụng đất
2.5.1.1. Khái niệm
Từ trước đến nay chưa có khái niệm chính xác về đánh giá biến động.
Nhưng đánh giá biến động có thể được hiểu là: Việc theo dõi, giám sát và quản
lý đối tượng nghiên cứu để từ đó thấy được sự thay đổi về đặc điểm, tính chất
của đối tượng nghiên cứu, sự thay đổi có thể định lượng được. Ví dụ: Diện tích
đất chuyên mục đích sử dụng, diện tích rừng mất đi hay được trồng mới,…
Đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất là đánh giá được sự thay đổi về loại
hình sử dụng đất qua các thời điểm dưới sự tác động từ các yếu tố tự nhiên, kinh
tế - xã hội, sự khai thác, sử dụng của con người. Mọi vật trên thế giới tự nhiên
không bao giờ bất biến mà luôn luôn biến động không ngừng, động lực của mọi

sự biến động đó là quan hệ tương tác giữa các thành phần của tự nhiên. Như vậy
để khai thác tài nguyên đất đai của một khu vực có hiệu quả, bảo vệ nguồn tài
nguyên quý giá này và không làm suy thoái môi trường tự nhiên thì nhất thiết
phải nghiên cứu biến động của đất đai. Sự biến động đất đai do con người sử
dụng vào các mục đích kinh tế - xã hội có thể phù hợp hay không phù hợp với
quy luật của tự nhiên, cần phải nghiên cứu để tránh sử dụng đất đai có tác động
xấu đến môi trường sinh thái. Như vậy biến động tình hình sử dụng đất là xem
xét quá trình thay đổi của diện tích đất thông qua thông tin thu thập được theo
thời gian để tìm ra quy luật và những nguyên nhân thay đổi từ đó có biện pháp
sử dụng đúng đắn với nguồn tài nguyên này [1].
2.5.1.2 Những đặc trưng của biến động sử dụng đất
Biến động sử dụng đất có những đặc trưng cơ bản như sau
 Quy mô biến động
+ Biến động về diện tích sử dụng đất đai nói chung.
+ Biến động về diện tích của từng loại hình sử dụng đất.
25