Luận văn Ứng dụng dữ liệu modis và dữ liệu thống kê xã hội trong phân tích không gian phục vụ đánh giá sinh kế khu vực đồng bằng Sông Hồng

yền sử dụng đất ổn định lâu dài của cá nhân vẫn chưa được thừa nhận. Giai đoạn II (1993-2000): bắt đầu từ những năm 90 thế kỷ XX, từng bước xây dựng chế độ về quyền sở hữu đất đai, lấy “5 quyền” làm trung tâm. Tháng 6/1993, Hội nghị toàn thể trung ương 5 khóa 7 nêu rõ phải để nông dân có “5 quyền” là: quyền trao đổi, quyền chuyển nhượng, quyền cho thuê, quyền thừa kế, quyền thế chấp đất đai. Tháng 7/1993, Quốc hội Việt Nam công bố bộ “Luật đất đai” mới, xác nhận bằng pháp luật quyền sử dụng đất lâu dài và địa vị chủ thể kinh tế của nông dân, quy định rõ thời hạn sử dụng đất lâu dài và địa vị chủ thể kinh tế của nông dân, quy định rõ thời hạn sử dụng đất canh tác nông nghiệp dùng để trồng cây nông nghiệp ngắn ngày và đất nuôi trồng thủy sản là 20 năm, thời hạn sử dụng dùng trong kinh doanh cây nông nghiệp dài ngày là 50 năm, nông dân sử dụng đất theo pháp luật, sau khi hết hạn có thể được gia hạn thêm; quyền sử dụng đất có thể được kế thừa, cũng có thể trao đổi hoặc dùng làm thế chấp, trong một số tình huống nào đó còn có thể cho thuê và chuyển nhượng, thời gian cho thuê và chuyển nhượng nhiều nhất là 3 năm. Luật Đất đai 1993 thực chất là thể chế hóa chính sách đất đai cho phù hợp với yêu cầu kinh tế-xã hội đặt ra. Sau khi Luật Đất đai năm 1993 ra đời, Chính phủ và các bộ, ngành đã có văn bản triển khai Luật này. Nghị định 64/CP ngày27-9-1993 về đất nông nghiệp. Nghị định 88/CP ngày 17-8-1994 về đất đô thị. Nghị định 25 02/CP ngày 15-1-1994 về đất lâm nghiệp. Dựa theo những quy định trong Luật Đất đai 1993, Việt Nam đã xây dựng chế độ cấp giấy chứng nhận về quyền sử dụng đất, quy định giấy chứng nhận quyền sử dụng đất do chính quyền các huyện thống nhất ban hành, giấy chứng nhận do Chủ tịch huyện ký tên là văn bản pháp luật duy nhất giao quyền sử dụng đất cho nông dân, những thay đổi về quyền sử dụng đất phải đăng ký. Luật Đất đai 1993 có sự thay đổi cơ bản là nhà nước giao đất cho các chủ sử dụng ổn định, lâu dài và được thực hiện 5 quyền của người sử dụng đất (chuyển đổi, chuyển nhượng, cho thuê, thừa kế, thế chấp). Luật cũng nói về việc xác định giá các loại đất để tính thuế, lệ phí, tính giá trị tài sản khi giao đất và bồi thường thiệt hại khi giao đất. Luật năm 1998 làm rõ thêm về thực hiện 5 quyền năng; bổ sung quyền, nghĩa vụ của các tổ chức kinh tế được nhà nước giao đất, cho thuê đất. Đến cuối những năm 1990, ngoài số đất địa phương tạm thời giữ lại do nhu cầu chung, 94% đất nông thôn Việt Nam đã được phân phối đến các hộ nông dân, trên 90% số hộ đã nhận được giấy chứng nhận về quyền sử dụng đất. Việt Nam đã lần lượt sửa đổi, bổ sung “Luật đất đai” vào năm 1998 và năm 2001, công bố bộ “Luật đất đai” với điều chỉnh bổ sung lớn lần thứ 3 vào năm 2003, việc sử dụng đất có thời hạn được kéo dài tới 70 năm, xác định rõ nghĩa vụ của nhà nước và người sử dụng đất, có những quy định tỉ mỉ đối với việc phê duyệt, cho thuê, chuyển nhượng, đấu giá quyền sử dụng đất. Luật sửa đổi lần này là chú trọng đến khía cạnh kinh tế của đất đai và vai trò quản lý nhà nước đối với đất đai. Điều đó được thể hiện bởi những qui định về khung giá các loại đất, thuế chuyển quyền sử dụng đất, tính giá trị tài sản khi giao đất hoặc khi nhà nước bồi thường, qui hoạch và kế hoạch sử dụng đất, cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất. Giai đoạn III (2000-nay): Hoàn thiện thêm các điều kiện cho việc thương mại hóa quyền sử dụng đất và quy mô hóa kinh doanh đất đai trên cơ sở xây dựng chế độ về quyền sở hữu đất đai hoàn chỉnh. Đại hội IX của Đảng năm 2001 đề xuất xây dựng và phát triển thị trường bất động sản bao gồm cả buôn bán giao dịch 26 quyền sử dụng đất. Luật 2001 hoàn thiện những vấn đề trên, nhưng quan trọng nhất là phân cấp và tăng cường quản lý nhà nước của chính quyền các cấp trong quản lý đất đai. Đại hội X của Đảng năm 2006 lại tiến thêm một bước nêu rõ muốn đảm bảo chuyển hóa thuận lợi quyền sử dụng đất thành hàng hóa, làm cho đất đai thật sự trở thành vốn phát triển, yêu cầu phải sớm giải quyết hiện trạng đất canh tác của các hộ nông dân nhỏ lẻ phân tán, khuyến khích trao đổi đất canh tác tập trung, dùng cho thuê hoặc góp cổ phần bằng đất đai. 1.3.4.2. Tác động của những chính sách đổi mới trong nông nghiệp này đến nền kinh tế Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) Tác động của đổi mới chính sách trong nông nghiệp có ảnh hưởng mạnh mẽ đến các khía cạnh biến động của việc sử dụng đất đai và chuyển dịch cơ cấu kinh tế tại Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH). Chuyển đổi cơ cấu kinh tế có bản chất là sự điều chuyển lao động từ khu vực có năng suất thấp sang khu vực có năng suất cao. Chuyển đổi cơ cấu kinh tế kéo theo hệ quả khá mật thiết là chuyển đổi cơ cấu sử dụng đất; chuyển đổi sở hữu, quy mô tích tụ đất; chuyển đổi tập quán sản xuất, kinh doanh, cây trồng vật nuôi; chuyển đổi thu nhập và phân hóa thu nhập hộ gia đình. Xu hướng chung của việc chuyển đổi cây trồng vật nuôi ở ĐBSH thời gian qua là tập trung vào cây lương thực để tự túc lương thực trong thời gian đầu và sau đó chuyển sang cây thức ăn gia súc và chăn nuôi, rồi phát triển các cây có dầu, đạm, rau, quả có giá trị cao trên thị trường. Công nghiệp chế biến thực phẩm trong thời gian qua cũng có bước phát triển đáng kể, tuy còn nhiều hạn chế về thương hiệu và trình độ công nghệ so với các nước trong khu vực. Theo quan điểm của Viện khoa học nông nghiệp Việt Nam (Đ. T. Anh) thì các nhân tố giúp xác định quá trình chuyển đổi cơ cấu kinh tế nông thôn ĐBSH là: - Tăng năng suất cây lương thực để giải quyết an ninh lương thực và xóa đói giảm nghèo. Chuyển đổi cơ cấu cây trồng phát triển cây thức ăn gia súc 27 nhằm phát triển chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản.Chuyển đổi cơ cấu cây trồng, đa dạng hóa những cây hàng hóa như rau, cây ăn quả, cây công nghiệp ngắn ngày, cây công nghiệp dài ngày phục vụ thị trường trong nước và xuất khẩu. Thúc đẩy đa dạng hóa cây trồng và đa dạng hóa nội ngành thông qua chế biến ở các vùng chuyên môn hóa. - Phát triển công nghiệp chế biến nông sản nhằm thúc đẩy quá trình đa dạng hóa nội ngành. Phát triển công nghiệp nông thôn, cụm làng nghề và dịch vụ nông thôn nhằm đa dạng hóa nguồn thu nhập của nông dân và đẩy nhanh công nghiệp hóa. Phát triển các khu công nghiệp phân bổ hợp lý trong môi trường nông thôn nhằm tạo sự phát triển cân đối giữa nông thôn và đô thị, giảm sự tập trung cao ở các đô thị lớn. - Đầu tư vào vốn con người thông qua giáo dục, sức khỏe, dạy nghề nhằm nâng cao trình độ chuyên ngành cho nông dân. Chính sách đất đai cũng làm nảy sinh những tiêu cực mới. Diện tích đất canh tác ngày càng thu hẹp và manh mún, quản lý sử dụng kém hiệu quả. Với tốc độ tăng dân số bình quân từ năm 1990 đến năm 2004 là 1,6%/năm làm đất canh tác ở các vùng nông thôn Việt Nam ngày càng bị thu hẹp lại. Bình quân mỗi một nông dân có 0,3678 ha đất canh tác, thuộc loại thấp nhất thế giới. Đồng bằng Sông Hồng, những tỉnh thuộc khu vực sản xuất lúa truyền thống đều có diện tích sử dụng đất nông nghiệp rất thấp. Đi cùng với diện tích đất nông nghiệp hạn chế, chính sách chia ruộng cho nông dân hậu thời kỳ Hợp tác hóa là tình trạng manh mún ruộng đất. Việc chia đất nông nghiệp đã được thực hiện theo nguyên tắc có tốt có xấu, có xa có gần, có cao có thấp để tạo công bằng nhưng lại làm cho đất đai trở nên manh mún, phân tán do hộ gia đình có quá nhiều mảnh đất với diện tích nhỏ, có khi chỉ bằng chiếc chiếu. Là nước nông nghiệp với 80% dân số sống bằng nghề nông nhưng ruộng đất ở ta lại manh mún với 70 triệu mảnh đất. Đồng bằng sông Hồng hiện là khu vực ruộng đất manh mún nhất. Mỗi hộ dân ở đây trung bình có tới gần 10 mảnh ruộng ở các vị trí khác nhau. 28 Trong quá trình đô thị hóa nông thôn và thương mại hóa đất đai, nhìn chung Việt Nam đã tạo ra một thị trường đất đai chính thức khá năng động ở khu vực nông thôn. Nhưng do chính sách pháp luật không kiện toàn, quản lý không hoàn thiện và do một số cá nhân tham nhũng làm nảy sinh một số vấn đề trong quản lý và sử dụng đất đai ở nông thôn Việt Nam. Có giai đoạn, nông dân liên tục khiếu kiện kêu oan lên các cấp chính quyền, có vụ tụ tập đông người gây ra các vấn đề an ninh, xã hội. Tỷ lệ đất nông nghiệp theo đầu người (ha/người) (Nguồn số liệu: Tổng cục thống kê) Hình 1.10: Thay đổi tỷ lệ đất Nông nghiệp theo đầu người ở ĐBSH 0.04 0.05 0.06 < 0.03 > 0.07 Năm 2005 Năm 2010 29 Chương 2: ỨNG DỤNG DỮ LIỆU MODIS CHIẾT XUẤT LÚA VÀ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LÚA KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG GIAI ĐOẠN 2005-2010 2.1. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng dữ liệu Modis chiết xuất lúa và trong đánh giá biến động lớp phủ lúa Công nghệ viễn thám hiện nay với khả năng cung cấp thông tin trên nhiều kênh phổ và đo chụp phủ vùng rộng lớn tại các thời điểm khác nhau đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp như xác định thành phần, cơ cấu cây trồng và kiểm kê diện tích trồng trọt, dự báo sản lượng, nghiên cứu độ ẩm đất trồng và hiệu quả sử dụng nước trong nông nghiệp Đối tượng chính để áp dụng Viễn thám trong nông nghiệp là các loại lớp phủ khác nhau như: thực vật, khu dân cư, đất trống và mặt nước có độ phản xạ khác nhau tại các kênh phổ nhìn thấy, kênh nhiệt và kênh sóng radar. Kỹ thuật xử lí ảnh sử dụng sụ khác biệt này trong phân loại, chiết tách các thông tin cần thiết đối với vùng đất nông nghiệp và đặc biệt là vùng trồng lúa để xác định: quy mô, diện tích, tình trạng sinh trưởng, sâu bệnh, khô hạn, ngập úng, năng suất; từ đó đưa ra các cảnh báo theo tần suất nhất định. Người ta lập bản đồ các vùng sản xuất lúa bằng sử dụng độ phản xạ dải phổ quang học, nhờ đó kiểm kê diện tích, ước tính và dự báo sản lượng, và đánh giá mức độ thiệt hại(T. G. V. Niel and T. R. McVicar, 2001). Dải sóng radar là thích hợp cho việc giám sát sự tăng trưởng cây lúa, lập bản đồ và dự báo năng suất mùa vụ (Lâm Đạo Nguyên, 2008). Người ta còn có thể dùng dải phổ nhiệt để xác định nhiệt độ bề mặt (bao gồm các nhiệt độ mặt nước) và lập bản đồ độ ẩm bề mặt (T. Hùng, 2007). Hơn nữa, đất nông nghiệp có đặc tính chung là thời vụ và việc hiểu rõ chu kỳ sinh trưởng cây trồng nói chung và của cây lúa nói riêng là đặc biệt quan trọng cho việc áp dụng thành công công nghệ viễn thám trong nông nghiệp. Do vậy, sử dụng dữ liệu viễn thám đa thời gian sẽ gia tăng khả năng nghiên cứu và theo dõi mùa màng nói chung và mùa vụ lúa nói riêng. Những năm qua, trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đã và đang có nhiều nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám đa thời gian 30 trong theo dõi mùa màng nói chung và mùa vụ lúa nói riêng. Tùy vào yêu cầu về mức độ chi tiết của nghiên cứu mà dữ liệu viễn thám với độ phân giải không gian khác nhau có thể được lựa chọn. Các tư liệu viễn thám quang học độ phân giải cao như Landsat và SPOT và siêu cao như IKONOS và Quickbird có thể sử dụng để theo dõi chi tiết từng thửa ruộng. Tuy nhiên với giá thành cao và phần lớn thời gian mà mùa vụ lúa trồng ở miền nhiệt đới là vào mùa mưa, thời gian mà hiếm khi có được ảnh quang học không bị mây che phủ nên tư liệu viễn thám độ phân giải cao hiện thường được sử dụng cho khu vực nông nghiệp quy mô nhỏ. Đối với việc giám sát vùng trồng lúa rộng lớn, thì những tư liệu viễn thám có độ phân giải không gian trung bình hoặc thấp (250 – 1000 m) và chu kỳ lặp lại nhanh (hàng ngày) như ảnh NOAA/AVHRR hoặc MODIS thường được sử dụng cho việc theo dõi sự tăng trưởng của mùa vụ lúa. MODIS là thiết bị chủ lực được gắn vào 2 vệ tinh TERRA (còn gọi là vệ tinh EOS AM) và vệ tinh AQUA (còn gọi là vệ tinh EOS PM). Quĩ đạo của Terra là vòng quanh trái đất từ Bắc xuống Nam, ngang qua xích đạo vào một giờ nhất định của buổi sáng, trong khi đó, Aqua đi ngược lại, từ Nam lên Bắc và ngang qua xích đạo vào buổi chiều, cũng vào 1 giờ nhất định. Terra MODIS và Aqua MODIS ghi nhận dữ liệu trong 36 dải quang phổ và các nhóm sóng (spectral bands or groups of wavelengths) có độ dài sóng từ 0.4μm đến 14.4μ m và độ phân giải không gian là 250m (dải 1, 2), 500m (dải 3 đến dải 7) và 1000m (dải 8 đến dải 36) trên toàn bộ mặt đất. MODIS có chu kỳ chụp lặp lại cao, trong một ngày đêm có thể thu nhận được 2 ảnh ban ngày và 2 ảnh ban đêm đối với mọi vùng trên trái đất. Vệ tinh TERRA và AQUA bay qua lãnh thổ Việt Nam 4 lần trong một ngày vào khoảng 1giờ 30 phút, 10h 30 phút, 13 giờ 30 phút, 20 giờ 30 phút tuỳ theo quỹ đạo bay. 31 Bảng 2.1: Đặc trưng của các band phổ ảnh MODIS và ứng dụng Ứng dụng trước đây Kênh phổ Bước sóng Độ phân giải (m) Ranh giới đất/mây/ Aerosols 1 620 – 670 nm 250 2 841 – 876 nm 250 Thuộc tính đất/mây/Aerosols 3 459 – 479 nm 500 4 545 – 565 nm 500 5 1230 – 1250 nm 500 6 1628 – 1652 nm 500 7 2105 – 2155 nm 500 Màu sắc, thực vật phù du, sinh địa hóa của biển 8 405 – 420 nm 1000 9 438 – 448 nm 1000 10 483 – 493 nm 1000 11 526 – 536 nm 1000 12 546 – 556 nm 1000 13 662 – 672 nm 1000 14 673 – 683 nm 1000 15 743 – 753 nm 1000 16 862 – 877 nm 1000 Hơi nước trong khí quyển 17 890 – 920 nm 1000 18 931 – 941 nm 1000 19 915 – 965 nm 1000 Nhiệt độ của bề mặt và của mây 20 3.660 - 3.840 µm 1000 21 3.929 - 3.989 µm 1000 22 3.929 - 3.989 µm 1000 32 23 4.020 - 4.080 µm 1000 Nhiệt độ của khí quyển 24 4.433 - 4.498 µm 1000 25 4.482 - 4.549 µm 1000 Mây li ti Hơi nước 26 1.360 - 1.390 µm 1000 27 6.535 - 6.895 µm 1000 28 7.175 - 7.475 µm 1000 Tính chất mây 29 8.400 - 8.700 µm 1000 Ozone 30 9.580 - 9.880 µm 1000 Nhiệt độ của bề mặt và của mây 31 10.780 - 11.280 µm 1000 32 11.770 - 12.270 µm 1000 Nhiệt độ của đỉnh các đám mây 33 13.185 - 13.485 µm 1000 34 13.485 - 13.785 µm 1000 35 13.785 - 14.085 µm 1000 36 14.085 - 14.385 µm 1000 Đặc tính chụp phủ vùng rộng lớn, độ phân giải thời gian cao cộng với nhiều kênh thiết kế chuyên để tính hiệu chỉnh ảnh hưởng khí quyển đã làm tăng khả năng sử dụng ảnh MODIS trong nghiên cứu những vùng nhiệt đới nhiều mây như Việt Nam. Nhiều nghiên cứu đã sử dụng thành công chuỗi ảnh đa thời gian của tư liệu NOAA/AVHRR và MODIS trong việc phân loại hệ thống mùa màng vụ lúa tại các nước và tại Việt Nam (T. Hùng, 2007, T. Sakamoto, 2009, Z. Xia, et al., 2005). Chỉ số thực vật chuẩn NDVI hoặc (VI, EVI, RVI, DVI) kết hợp thông tin trong kênh phổ màu đỏ và kênh hồng ngoại gần đã được sử dụng một cách hiệu quả trong quan trắc tình trạng lớp phủ thực vật và phân biệt giữa các loại lớp phủ thực vật và các lớp phủ khác. Các thuật toán phân loại đối với dữ l iệu chuỗi thời gian NDVI (từ ảnh NOAA/AHVRR và MODIS) sử dụng chỉ số tương tự tổng TSS, hoặc phân tích 33 phổ Fourier và sử dụng Linear Mixture Model LMM (I. Savin and B. Baruth, 2009) đã cho những kết quả khả quan. Ở Việt Nam, Cục Kiểm lâm đã lắp đặt Trạm thu TeraScan và đã vận hành, thu nhận dữ liệu MODIS trên 2 vệ tinh TERRA và AQUA và cung cấp dữ liệu cháy rừng từ tháng 1/2007. Hệ thống này theo dõi cháy rừng trực tuyến (FireWatch Việt Nam), tiếp nhận, xử lý, cập nhật thường xuyên và đưa kết quả các điểm cháy (hotspots) trên toàn lãnh thổ Việt Nam cùng các thông tin kèm theo, nhằm truyền tải thông tin cảnh báo cháy rừng một cách sớm nhất đến các địa phương. Một loạt nghiên cứu của Xiao và cộng sự (S. Xiao, et al., 2005) đều sử dụng dữ liệu VGT tổ hợp 8 ngày để khảo sát sự biến thiên của chỉ số thực vật NDVI và chỉ số nước NDWI (Normalized Difference Water index) nhằm đưa ra phương pháp phân loại mùa vụ và phân biệt đất ngập nước và đất sạ cấy lúa. Biến động theo thời gian của chỉ số nước NDWI có liên quan chặt chẽ với sự tăng giảm vật chất của bề mặt nước ở vùng ngập lũ và vùng mới cấy lúa. Đây là tiền đề cho các nghiên cứu sử dụng MODIS phát hiện vùng trồng lúa của Xiao sau này (D. V. Khảm, 2010).Trên cơ sở phân tích mối quan hệ giữa các chỉ số NDVI, EVI và LSWI với sự biến đổi của các vùng đất trồng lúa qua các quá trình sinh trưởng. Tùy vào từng vùng nghiên cứu mỗi loại cây trồng có khoảng giá trị NDVI dao động trong một khoảng giới hạn nhất định (do trên mỗi loại đất có đặc tính khác nhau, trên những vùng đất màu mỡ thì cây trồng phát triển tốt giái trị NDVI sẽ đạt cao và ngược lại). Nhưng nhìn chung quy luật biến động của chúng giống nhau. Dựa trên kết quả nghiên cứu của B.R. Parida (B. R. Parida, et al., 2008) ở bang Gujarat của Ấn Độ có thể đề xuất khoảng dao động NDVI cho một số đối tượng sau: 34 Bảng 2.2 : Tiêu chuẩn sử dụng để phân loại sử dụng đất Khoảng biến động Loại NDVI >0,74 Rừng (forest) 0,740,46 Cây mùa vụ có tưới (Irrigated crops) 0,460,20 Cây mùa vụ nước trời (Rainfed crops) 0,200,15 Đất hoang (Fallow land) 0,150,05 Đất trống (Bare soils) 0,050,001 Đất làm muối (Salt pans) NDVI<-0,001 Nước (Water) (B.R> Parida et al, 2008) 2.2. Chiết xuất lúa từ ảnh Modis Phương pháp chiết xuất đối tượng lúa trong đề tài dựa trên việc nghiên cứu giao thoa giữa phương pháp của Xiao và của L. Chamaillé. Trong phương pháp của Xiao, nghiên cứu sử dụng các chỉ số: Chỉ số mây (Cloud index), chỉ số thực vật (NDVI và EVI) và chỉ số nước bề mặt đất (LSWI), liên quan đến việc tìm ra mùa thu hoạch lúa do sự biến động của chỉ số thực vật và nước thông qua việc quan sát biến động của nhiều chỉ số theo thời gian. Còn trong phương pháp của Chamail sử dụng chỉ số nước chuẩn hoá MNDWI (Modification of Normalition Difference Water Index) tách riêng được đối tượng mặt nước. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường ở ruộng lúa: Ở từng giai đoạn, sinh khối nói chung, tán lá, độ cao của cây lúa nói riêng sẽ có những kích thước khác nhau. Mỗi giai đoạn sinh trưởng sẽ có sự khác nhau về tỷ lệ che phủ, hàm lượng nước trong đất là các yếu tố môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến đường đi của tia radar và ảnh hưởng đến giá trị song tán xạ ngược do ăng ten thu được. Ở giai đoạn chuẩn bị đất ngay trước khi gieo hoặc cấy, mặt ruộng bằng phẳng và có độ ẩm rất cao. Các giá trị tán xạ ngược cao do đất có độ ẩm cao và do tác động của hằng số 35 điện môi của nước lên tia tới. Nếu mặt ruộng bão hòa nước, giá trị tán xạ ngược sẽ gần bằng 0. Khi lúa bắt đầu có độ cao nhưng chưa có tán lá, thân của cây non sẽ có thể trở thành đối tượng của cơ chế tán xạ ngược góc và sẽ tạo ra giá trị tán xạ ngược. Trong giai đoạn tiếp theo, khi lúa đã bắt đầu có tán lá nhưng vẫn chưa che phủ hết mặt ruộng thì ảnh hưởng chính thuộc về nước trong ruộng. Hiệu ứng góc sẽ rất lớn, một khi mặt nước phản xạ theo kiểu gương mọi năng lượng của tia tới và khi gặp cây thân lúa, phần lớn năng lượng này sẽ quay lại ăng ten qua cơ chế tán xạ ngược góc. Khi lúa đã khép tán kín mặt ruộng thì ảnh hưởng của môi trường dường như không còn đáng kể. Hình 2.1: Chu kì phát triển của cây lúa Theo nguyên tắc là việc trồng lúa trải qua giai đoạn 3 giai đoạn chính: 1- Giai đoạn cấy và ngập nước; 2- Giai đoạn tăng trưởng cho đến khi chín; 3- Giai đoạn thu hoạch - đất trống. Mỗi giai đoạn trên, lúa có độ cao, độ che phủ và độ nhám của lá khác nhau. Các thay đổi này chỉ diễn ra trong một thời kỳ từ 90 – 120 ngày trùng với nông lịch của lúa ở các vùng canh tác khác nhau. Xiao đã phân tích những giai đoạn này theo quan điểm về phản xạ thông qua chỉ số thực vật NDVI, EVI và LSWI. Trong giai đoạn đầu, khi ở giai đoạn cấy, lúa còn non do đó ít phát triển và mật độ thấp để đất lộ ra và bởi vậy nước là đặc trưng của môi trường này. 36 Giai đoạn hai, giai đoạn tăng trưởng của nó làm cho đất càng ngày càng bị che kín và ngược lại lúa ở phía trên và che phủ các thực vật quan trọng. Giai đoạn cuối cùng, giai đoạn thu hoạch được thể hiện bằng việc nhổ các cây lúa và do đó đất và nước tái xuất hiện. Bằng quang phổ, các giai đoạn trong vòng đời của cây lúa được thể hiện qua sự phản ánh quan trọng hơn hoặc ít quan trọng hơn tùy theo giải quang phổ mà nó được quan sát. Nếu chỉ số đầu được đánh giá cao do khả năng giữ độ ẩm của đất thì hai chỉ số sau chỉ ra rõ hơn đặc trưng thảm thực vật, chỉ số cuối cùng là sự cải thiện chỉ số thứ hai bao gồm cả việc hiệu chỉnh khí quyển bằng việc sử dụng dải quang phổ màu xanh da trời (Blue). Hình 2.2: Ba chỉ số được Xiao sử dụng để dò tìm năng suất của mùa vụ lúa Cũng như vậy, khi thu hoạch xong, chỉ số nước trên mặt đất có giá trị cao hơn 2 chỉ số còn lại, thể hiện sự tràn ngập nước trên cánh đồng lúa. Nhưng giai đoạn này chỉ là tạm thời, và ngắn hơn giai đoạn tiếp theo. Do đó, rất nhanh giá trị của các chỉ số thực vật trở nên cao hơn giá trị của chỉ số xuất hiện của nước và nó kéo dài trong nhiều tháng, tượng trưng cho sự tăng trưởng của lúa và vì thế sự bao phủ của thực vật. Sau đó, lại một lần nữa, sự sụt giảm của chỉ số khác biệt thực vật NDVI hoặc chỉ số thực vật tăng cường EVI liên quan tới sự gia tăng của chỉ số nước trên mặt đất LSWI được quan sát thấy, thể hiện sự thu hoạch và tái xuất hiện của đất ẩm trên ruộng lúa. Tuy nhiên, việc dò tìm các cánh đồng lúa thông qua việc dò tìm những vùng có nước là không tránh khỏi, yếu tố tuyệt đối quan trọng đối với việc trồng lúa nhưng phải được phân biệt với những vùng nước thường xuyên như sông, hồ, ao và các công trình khác của mạng lưới thủy lợi. 37 2.3. Dữ liệu và phương pháp tiến hành 2.3.1. Dữ liệu Học viên sử dụng chuỗi ảnh MODO9A1 tổ hợp 8 ngày, độ phân giải 500m các năm 2000, 2005, 2010. Mỗi ảnh gồm 7 band phổ với độ phân giải 500 m ( Bảng 2.3: 7 bands phổ với đầu thu MODIS được sử dụng trong đề tài Science Data Sets (HDF Layers) (13) UNITS BIT TYPE FILL VALID RANGE MULTIPLY BY SCALE FACTOR 500m Surface Reflectance Band 1 (620–670 nm) Reflectance 16‐bit signed integer ‐28672 ‐100–16000 0.0001 500m Surface Reflectance Band 2 (841–876 nm) Reflectance 16‐bit signed integer ‐28672 ‐100–16000 0.0001 500m Surface Reflectance Band 3 (459–479 nm) Reflectance 16‐bit signed integer ‐28672 ‐100–16000 0.0001 500m Surface Reflectance Band 4 (545–565 nm) Reflectance 16‐bit signed integer ‐28672 ‐100–16000 0.0001 500m Surface Reflectance Band 5 (1230–1250 nm) Reflectance 16‐bit signed integer ‐28672 ‐100–16000 0.0001 500m Surface Reflectance Band 6 (1628–1652 nm) Reflectance 16‐bit signed integer ‐28672 ‐100–16000 0.0001 500m Surface Reflectance Band 7 (2105–2155 nm) Reflectance 16‐bit signed integer ‐28672 ‐100–16000 0.0001 500m Reflectance Band Quality Bit Field 32‐bit unsigned integer 4294967295 0–4294966531 na Solar Zenith Angle Degree 16‐bit signed integer 0 0–18000 0.01 View Zenith Angle Degree 16‐bit signed integer 0 0–18000 0.01 Relative Azimuth Angle Degree 16‐bit signed integer 0 ‐18000–18000 0.01 500m State Flags Bit field 16‐bit unsigned integer 65535 0–57343 na Day of Year Julian day 16‐bit unsigned integer 65535 1–366 na Trong đề tài, học viên còn sử dụng các ảnh độ phân giải cao và bản đồ sử dụng đất để làm kiểm chứng các kết quả từ Modis ở khu vực pilot: - Landsat images: các năm 2001, 2005, 2009 khu vực ven biển 38 Landsat ETM Sep, 2001 Landsat TM sep, 2006 Landsat TM Jan, 2009 Hình 2.3: Ảnh vệ tinh Landsat khu vực ven biển 2001, 2005, 2009 - Bản đồ sử dụng đất đồng bằng sông Hồng tỉ lệ 1: 50.000 năm 2005, nguồn từ Bộ tài nguyên và môi trường Hình 2.4 : Bản đồ sử dụng đất ĐBSH năm 2005 39 2.3.2. Các bước tiến hành Xử  lí ả nh Ảnh Modis tổ hợp 8 ngày (MOD09A1) 1. Chuyển đổi hệ quy chiếu ( Từ SINUSOIDAL sang WGS84, UTM-Z48) 3. Tính toán chỉ số mây (CI) 4.Tạo mặt nạ mây (Mây và không mây) 5. Ứng dụng mặt nạ mây 6. Gộp các kênh ảnh 7. Nội suy dữ liệu 8. Tính toán các chỉ số LSWI, NDVI, EVI, MNDWI 2. Tạo mặt nạ cho khu vực ĐBSH (Theo ranh giới đồng bằng)  Dữ liệu thống kê,  Bản đồ sử dụng đất,  Ảnh Land sat  Kiểm chứng thực địa Chiết xuất lúa Chiết xuất các đối tượng khác ( Nước, Rừng, khu dân cư) Kiểm chứng, so sánh, đánh giá Bản đồ phân bố lúa và bản đồ biến đổi phân bố lúa giai đoạn 2000-2010 Hình 2.5: Sơ đồ các bước tiến hành thành lập bản đồ phân bố lúa và bản đồ biến đổi phân bố lúa 40 Bước 1: Chuyển đổi hệ quy chiếu, lưới chiếu Đưa toàn bộ các ảnh Modis từ lưới chiếu mặc định SINOSIDAL sang lưới chiếu WGS-84, UTM-Z48N phù hợp với Việt Nam Hình 2.6: Các ảnh Modis trước và sau khi chuyển đổi hệ tọa độ Bước 2: Tạo mặt nạ Khu vực nghiên cứu là Đồng bằng sông Hồng, vì vậy học viên sử dụng ranh giới của Đồng bằng sông Hồng cắt toàn bộ các ảnh theo ranh giới. Hình 2.7: Ảnh đồng bằng Sông Hồng sau khi cắt Bước 3: Tính chỉ số mây Các chỉ số mây được tính dựa trên hai band: Band 3 (Band blue) và band 2 (NIR) 41 Được tính theo biểu thức sau: CI= (band4- band3)/(band3+band4) Ảnh tổ hợp màu Ảnh chỉ số mây Hình 2.8: Ảnh tổ hợp màu và ảnh chỉ số mây Bước 4: Tạo mặt nạ mây: Mặt nạ mây được tạo trên cơ sở chỉ số mây (CI), những pixel được xác định là mây khi thoả mãn điều kiện chỉ số mây CI>=-