Tài liệu ứng dụng ảnh vệ tinh đa thời gian thành lập bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp trên lưu vực sông la vĩ, tỉnh bình định.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH ĐA THỜI GIAN THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CƠ CẤU CÂY TRỒNG NÔNG NGHIỆP TRÊN LƯU VỰC SÔNG LA VĨ, TỈNH BÌNH ĐỊNH Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỆ Ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ Niên khóa: 2013 – 2017 Tháng 7/2017 ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH ĐA THỜI GIAN THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CƠ CẤU CÂY TRỒNG NÔNG NGHIỆP TRÊN LƯU VỰC SÔNG LA VĨ, TỈNH BÌNH ĐỊNH Tác giả NGUYỄN VĂN ĐỆ Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kĩ sư ngành Hệ thống Thông tin Địa lý Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN KIM LỢI KS. NGUYỄN DUY LIÊM Tháng 7 năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Nguyễn Kim Lợi, ThS. Võ Ngọc Quỳnh Trâm và đặc biệt là thầy KS. Nguyễn Duy Liêm, những người đã định hướng đề tài và hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, động viên trong thời gian thực hiện đề tài và giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi trân trọng cảm ơn Ban lãnh Viện Địa lý Tài nguyên Tp. Hồ Chí Minh, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi được thực tập tại đơn vị. Đặt biệt, tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến TS. Trần Thái Bình, ThS. Phạm Bách Việt, CN. Nguyễn Duy Khang, CN. Đinh Trần Anh Thư, CN. Nguyễn Ngọc Phương Thanh, CN. Hồ Lâm Trường cùng với cán bộ tại Trung tâm Viễn thám và Hệ thống Thông tin Địa lý đã chỉ dạy kiến thức, hướng dẫn kỹ thuật, cách giải quyết vấn đề cũng như chia sẻ nguồn tài liệu, dữ liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu. Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô cùng KS. Nguyễn Duy Liêm, trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý giá dành cho tôi trong bốn năm học tập tại trường. Tôi cảm ơn những người bạn trong tập thể DH13GI đã đồng hành cùng tôi trong quãng đời sinh viên, những người đã giúp đỡ khi tôi gặp khó khăn, chia sẻ và động viên tôi cùng phấn đấu trong môi trường học đường. Cuối cùng, con cảm ơn bố mẹ đã tạo điều kiện cho con học tập cho đến ngày hôm nay. Cảm ơn chị gái và anh trai thương yêu đã chăm sóc em trong thời gian học xa nhà. Nguyễn Văn Đệ Bộ môn Tài Nguyên và GIS Khoa Môi trường và Tài nguyên Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Số điện thoại: 0983037745 Email: [email protected] i TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng ảnh vệ tinh đa thời gian thành lập bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp trên lưu vực sông La Vĩ, tỉnh Bình Định” đã được thực hiện từ tháng 2/2017 đến tháng 7/2017. Phương pháp tiếp cận của đề tài là ứng dụng công nghệ viễn thám xác định cơ cấu cây trồng nông nghiệp trên lưu vực sông La Vĩ, tỉnh Bình Định. Đề tài đã thành lập các bản đồ cây trồng nông nghiệp ở các thời điểm trong năm 2016, 2017 và bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp trên ảnh vệ tinh Sentinel-2A. Theo đó, diện tích lúa 1 vụ chiếm 11,84%; lúa 2 vụ chiếm 3,99%; lúa 3 vụ chiếm 1,49%; lạc chiếm 11,54%; sắn chiếm 6,05% và diện tích các loại cây trồng đa canh gồm: lúa+lạc chiếm 1,81%; lúa+sắn chiếm 3,28%; lạc+sắn chiếm 17,35%; lúa+lạc+sắn chiếm 1,24%; cây hàng năm khác chiếm 12,40%; cây lâu năm và rừng chiếm 22,36% và diện tích các lớp phủ khác chiếm 6,56%. Kết quả số liệu giải đoán so sánh với số liệu thống kê năm 2014 cho thấy đối với xã Cát Hiệp, diện tích lúa (lúa 1 vụ, lúa 2 vụ, lúa 3 vụ, lúa+lạc, lúa+sắn, lúa+lạc+sắn), diện tích lạc (lạc, lúa+lạc; lạc+sắn; lúa+lạc+sắn), diện tích sắn (sắn, lúa+sắn, lạc+sắn, lúa+lạc+sắn) và diện tích cây trồng hàng năm khác có độ chênh lệch lần lượt là 64,76%, 69,50%, 65,27%, 83,57%. Đối với thị trấn Ngô Mây, diện tích lúa (lúa 1 vụ, lúa 2 vụ, lúa 3 vụ và lúa+lạc, lúa+sắn, lúa+lạc+sắn), diện tích lạc (lạc và lúa+lạc, lạc+sắn, lúa+lạc+sắn), diện tích sắn (sắn, lúa+sắn, lạc+sắn, lúa+lạc+sắn) và diện tích cây hàng năm khác có độ chênh lệch lần lượt là 57,61%, 69,62%, 70,38%, 95,01%. Kết quả số liệu giải đoán so sánh với bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015 cho thấy đối với diện tích lúa (lúa 1 vụ, lúa 2 vụ, lúa 3 vụ, lúa+lạc; lúa+sắn và lúa+lạc+sắn của số liệu giải đoán so với đất chuyên trồng lúa, đất trồng lúa còn lại của bản đồ hiện trạng) có mức chênh lệch là 56,46%. Diện tích cây hàng năm khác (lạc, sắn, lạc+sắn, cây hàng năm khác của số liệu giải đoán so với đất trồng cây hàng năm khác, đất nông nghiệp khác của bản đồ hiện trạng) có mức chênh lệch là 74,30%. Đối với diện tích cây lâu năm (cây lâu năm và rừng của số liệu giải đoán so với đất trồng cây lâu năm, đất rừng sản xuất, đất rừng phòng hộ của bản đồ hiện trạng) có mức chênh lệch là 40,89%. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ i TÓM TẮT.............................................................................................................................ii MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii DANH MỤC VIẾT TẮT..................................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................vii DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................... ix CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................................... 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................. 3 2.1. Tổng quan về cơ cấu cây trồng và viễn thám ................................................................ 3 2.1.1. Cơ cấu cây trồng .................................................................................................... 3 2.1.2. Phương pháp xác định đối tượng trong viễn thám ................................................. 3 2.1.3. Giới thiệu vệ tinh Sentinel ..................................................................................... 8 2.2. Đặc điểm khu vực nghiên cứu ..................................................................................... 10 2.2.1. Vị trí địa lý ........................................................................................................... 10 2.2.2. Điều kiện tự nhiên ................................................................................................ 10 2.2.3. Điều kiện kinh tế - xã hội ..................................................................................... 13 2.3. Tình hình nghiên cứu liên quan đến vấn đề nghiên cứu.............................................. 15 2.3.1. Ở Việt Nam .......................................................................................................... 15 2.3.2. Trên thế giới ......................................................................................................... 16 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................ 17 3.1. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 17 3.2. Thu thập dữ liệu ........................................................................................................... 18 3.2.1. Dữ liệu hành chính ............................................................................................... 18 iii 3.2.2. Dữ liệu viễn thám ................................................................................................. 19 3.2.3. Dữ liệu thực địa .................................................................................................... 19 3.2.4. Dữ liệu thống kê ................................................................................................... 20 3.2.5. Dữ liệu sử dụng đất .............................................................................................. 21 3.3. Gộp kênh và cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu ............................................ 21 3.3.1. Gộp kênh ảnh ....................................................................................................... 21 3.3.2. Cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu ........................................................ 22 3.4. Lựa chọn đối tượng ..................................................................................................... 22 3.5. Xây dựng khóa giải đoán ảnh ...................................................................................... 24 3.5.1. Tính toán chỉ số thực vật NDVI ........................................................................... 24 3.5.2. Lập khóa giải đoán ảnh ........................................................................................ 26 3.6. Chọn mẫu huấn luyện .................................................................................................. 29 3.6.1. Phân tích mẫu huấn huyện ................................................................................... 29 3.6.2. Đánh giá mẫu huấn luyện ..................................................................................... 29 3.6.3. Đặc trưng phổ của các loại cây trồng trên khu vực nghiên cứu ........................... 32 3.7. Phân loại cây trồng và các lớp phủ khác ..................................................................... 33 3.8. Đánh giá độ chính xác và xử lý ảnh sau phân loại ...................................................... 34 3.8.1. Đánh giá độ chính xác sau phân loại.................................................................... 34 3.8.2. Xử lý ảnh sau phân loại ........................................................................................ 34 3.9. Chồng lớp các kết quả phân loại ................................................................................. 34 3.10. Nhận diện, phân loại cơ cấu cây trồng ...................................................................... 34 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ, THẢO LUẬN ........................................................................... 36 4.1. Bản đồ phân loại thực phủ ........................................................................................... 36 4.1.1. Kết quả đánh giá độ chính xác ............................................................................. 36 4.1.2. Ngày 13/02/2016 .................................................................................................. 40 4.1.3. Ngày 23/04/2016 .................................................................................................. 42 4.1.4. Ngày 12/06/2016 .................................................................................................. 43 4.1.5. Ngày 02/07/2016 .................................................................................................. 44 iv 4.1.6. Ngày 10/09/2016 .................................................................................................. 45 4.1.7. Ngày 07/02/2017 .................................................................................................. 47 4.2. Bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp ......................................................................... 49 4.3. So sánh bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp với các số liệu khác............................ 56 4.3.1. Kết quả so sánh với niên giám thống kê .............................................................. 56 4.3.2. Kết quả so sánh với bản đồ hiện trạng sử dụng đất 2015 .................................... 57 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ........................................................................... 58 5.1. Kết luận........................................................................................................................ 58 5.2. Kiến nghị ..................................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 59 PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 61 v DANH MỤC VIẾT TẮT ESA European Space Agency (Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) EVI Enhanced Vegetation Index (Chỉ số thực vật tăng cường) FAO Food and Agriculture Organization (Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc) NDSBVI Normalised Differential Shortwave-infrared Based Vegetation Index (Chỉ số khác biệt thực vật chuẩn hóa dựa trên kênh hồng ngoại sóng ngắn) NDVI Normalized Difference Vegetation Index (Chỉ số khác biệt thực vật chuẩn hóa) vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Đặc điểm của các kênh phổ của ảnh Sentinel-2................................................... 9 Bảng 2.2: Diện tích, dân số và mật độ dân số các xã đi qua lưu vực ................................. 13 Bảng 2.3: Hiện trạng sử dụng đất của các xã, thị trấn nằm trên lưu vực (ha) .................... 14 Bảng 2.4: Thống kê diện tích cây trồng nông nghiệp năm 2014 (ha) ................................ 14 Bảng 3.1: Dữ liệu ảnh viễn thám được thu thập ................................................................. 19 Bảng 3.2: Điểm mẫu của các cây hàng năm ....................................................................... 19 Bảng 3.3: Điểm mẫu của rừng, các cây lâu năm và các lớp phủ khác ............................... 20 Bảng 3.4: Hệ thống phân loại cây trồng nông nghiệp của khu vực nghiên cứu................. 23 Bảng 3.5: Khóa giải đoán các loại cây trồng trong khu vực nghiên cứu ........................... 26 Bảng 3.6: Khóa giải đoán các lớp phủ khác trong khu vực nghiên cứu............................. 28 Bảng 3.7: Đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện thời gian thu nhận 13/02/2016 ............. 30 Bảng 3.8: Đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện thời gian thu nhận 23/04/2016 ............. 30 Bảng 3.9: Đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện thời gian thu nhận 12/06/2016 ............. 30 Bảng 3.10: Đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện thời gian thu nhận 02/07/2016 ........... 31 Bảng 3.11: Đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện thời gian thu nhận 10/09/2016 ........... 31 Bảng 3.12: Đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện thời gian thu nhận 07/02/2017 ........... 31 Bảng 4.1: Chỉ số Kappa và độ chính xác toàn cục của từng thời điểm .............................. 36 Bảng 4.2: Ma trận sai số ngày 13/02/2016 ......................................................................... 36 Bảng 4.3: Ma trận sai số ngày 23/04/2016 ......................................................................... 37 Bảng 4.4: Ma trận sai số ngày 12/06/2016 ......................................................................... 38 Bảng 4.5: Ma trận sai số ngày 02/07/2016 ......................................................................... 39 Bảng 4.6: Ma trận sai số ngày 10/09/2016 ......................................................................... 39 Bảng 4.7: Ma trận sai số ngày 07/02/2017 ......................................................................... 40 Bảng 4.8: Thống kê diện tích giải đoán ngày 13/2/2016.................................................... 41 Bảng 4.9: Thống kê giải đoán ngày 23/4/2016 .................................................................. 43 Bảng 4.10: Thống kê giải đoán ngày 12/6/2016 ................................................................ 43 vii Bảng 4.11: Thống kê giải đoán ngày 2/7/2016 .................................................................. 45 Bảng 4.12: Thống kê diện tích ngày 10/9/2016 ................................................................. 46 Bảng 4.13: Thống kê diện tích giải đoán ngày 7/2/2017.................................................... 47 Bảng 4.14: Lượng mưa theo tháng trong các năm 2015, 2016, 2017 tại trạm Phù Cát ..... 48 Bảng 4.15: Thống kê diện tích giải đoán cơ cấu cây trồng ................................................ 49 Bảng 4.16: Mẫu thực địa của cơ cấu lúa ............................................................................ 51 Bảng 4.17: Mẫu thực địa của cơ cấu lạc............................................................................. 53 Bảng 4.18: Mẫu thực địa của cơ cấu sắn ............................................................................ 54 Bảng 4.19: Mẫu thực địa của cơ cấu đa canh ..................................................................... 55 Bảng 4.20: So sánh bản đồ cơ cấu cây trồng với niên giám thống kê năm 2014 ............... 56 Bảng 4.21: So sánh bản đồ cơ cấu cây trồng với bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015 ............................................................................................................................................ 57 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Đặc trưng phản xạ phổ của đất, nước và thực vật (Muhammad Aqeel Ashraf và cộng sự, 2011) ...................................................................................................................... 4 Hình 2.2: Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật (Muhammad Aqeel Ashraf và cộng sự, 2011) ..................................................................................................................................... 5 Hình 2.3: Đặc trưng phản xạ phổ của các loại cây hàng năm (Thenkabail và cộng sự, 2014) ..................................................................................................................................... 6 Hình 2.4: Đặc trưng phản xạ phổ của các loại cây hàng năm ở giai đoạn đầu vụ và cuối vụ (Thenkabail và cộng sự, 2014) ............................................................................................. 6 Hình 2.5: Đặc trưng phổ của các loại cây lâu năm (Thenkabail và cộng sự, 2014)............. 7 Hình 2.6: Mối quan hệ giữa bước sóng với độ phân giải không gian của các kênh phổ ảnh Sentinel-2 (ESA, 2015b) ...................................................................................................... 9 Hình 2.7: Bản đồ vị trí lưu vực sông La Vĩ ........................................................................ 10 Hình 2.8: Bản đồ địa hình lưu vực sông La Vĩ .................................................................. 11 Hình 2.9: Lượng mưa trung bình tháng giai đoạn 2000- 2015 tại trạm Phù Cát ............... 12 Hình 2.10: Nhiệt độ không khí trung bình tháng giai đoạn 2000- 2015 tại trạm Quy Nhơn ............................................................................................................................................ 13 Hình 3.1: Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 17 Hình 3.2: Bản đồ khảo sát thực địa lưu vực sông La Vĩ .................................................... 20 Hình 3.3: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015 ........................................................... 21 Hình 3.4: Gộp kênh ảnh...................................................................................................... 22 Hình 3.5: Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu (minh họa ngày 7/2/2017) ............................ 22 Hình 3.6: Bản đồ chỉ số NDVI tại lưu vực sông La Vĩ (07/02/2017) ................................ 25 Hình 3.7: Đặc trưng phổ của các cây hàng năm ................................................................. 32 Hình 3.8: Đặc trưng phổ của các cây lâu năm và rừng ...................................................... 33 Hình 3.9: Phương pháp phân loại gần đúng nhất (Trần Hùng và Phạm Quang Lợi, 2008) ............................................................................................................................................ 33 Hình 3.10: Quy trình nhận diện, phân loại cơ cấu cây trồng.............................................. 35 Hình 4.1: Phân loại cây trồng nông nghiệp 13/2/2016 ....................................................... 41 Hình 4.2: Phân loại cây trồng nông nghiệp 23/4/2016 ....................................................... 42 ix Hình 4.3: Phân loại cây trồng nông nghiệp 12/6/2016 ....................................................... 44 Hình 4.4: Phân loại cây trồng nông nghiệp 2/7/2016 ......................................................... 45 Hình 4.5: Phân loại cây trồng nông nghiệp 10/9/2016 ....................................................... 46 Hình 4.6: Phân loại cây trồng nông nghiệp 7/2/2017 ......................................................... 47 Hình 4.7: Lượng mưa theo tháng trong các năm 2015, 2016, 2017 tại trạm Phù Cát ....... 48 Hình 4.8: Bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp ................................................................ 49 Hình 4.9: Vị trí thực địa so với cơ cấu cây trồng ............................................................... 50 x CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Trong nông nghiệp, cơ cấu cây trồng cung cấp thông tin chi tiết về thành phần, tỉ lệ các loại và giống cây trồng được bố trí theo thời gian và không gian trong vùng sản xuất nông nghiệp (Đặng Văn Minh và cộng sự, 2006). Qua đó, người dân có thể nắm bắt lịch gieo trồng, thu hoạch của từng loại cây trồng, từ đó đưa ra những quyết định thích hợp về sản xuất nông nghiệp. Trong khi đó, đối với nhà quản lý, cơ cấu cây trồng là thông tin cơ sở, làm tiền đề cho việc xây dựng chương trình khuyến nông, kiểm soát dịch bệnh. Lưu vực sông La Vĩ thuộc hệ thống sông Côn chảy qua địa bàn các xã Cát Lâm, Cát Hiệp, Cát Trinh, Cát Hanh, Cát Tân, thị trấn Ngô Mây thuộc huyện Phù Cát và xã Bình Thuận thuộc huyện Tây Sơn, tỉnh Bình Định với diện tích khoảng 10.369 ha. Dựa trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015, có thể thấy diện tích đất sản xuất nông nghiệp là 6.925,72 ha, chiếm trên 60% diện tích lưu vực. Trong đó, diện tích đất chuyên trồng lúa chiếm 1.146,28 ha; đất trồng lúa còn lại chiếm 741,15 ha; đất trồng cây hàng năm khác chiếm 1.590,61 ha; đất trồng cây lâu năm chiếm 1.104,32 ha; đất rừng sản xuất chiếm 2.224,40 ha; đất rừng phòng hộ chiếm 15,48 ha, đất nông nghiệp khác chiếm 103,46 ha. Vài năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu đã làm thay đổi cơ cấu các loại cây trồng nông nghiệp trên lưu vực, dẫn đến sản xuất bấp bênh, kém hiệu quả . Tình trạng này đòi hỏi các nhà quản lý phải liên tục cập nhật tình hình cơ cấu cây trồng cũng như lịch canh tác của từng loại cây tại từng vị trí trên lưu vực. Qua đó, đưa ra những quyết định, chính sách nông nghiệp kịp thời, hợp lý. Công nghệ viễn thám có ưu thế trong việc giám sát các đối tượng trên mặt đất nhờ khả năng bao quát ở phạm vi rộng theo các khoảng thời gian lặp lại. Một số nghiên cứu điển hình trên thế giới ứng dụng viễn thám trong xác định cơ cấu cây trồng như Bashir và cộng sự (2007) tại Sudan, Saptarshi Mondal và cộng sự (2014) tại Ấn Độ. Trong nước, có thể kể đến nghiên cứu của Trần Thị Hiền và Võ Quang Minh (2010) ở đồng bằng sông Cửu Long, Vũ Hữu Long và cộng sự (2011) tại đồng bằng sông Hồng, Lê Văn Dũng và Lê Phương Thảo (2015) ở tỉnh Ninh Bình. 1 Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Ứng dụng ảnh vệ tinh đa thời gian thành lập bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp trên lưu vực sông La Vĩ, tỉnh Bình Định” đã được thực hiện. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung của đề tài: Thành lập bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp trên lưu vực sông La Vĩ, tỉnh Bình Định, dựa trên ảnh vệ tinh đa thời gian trong năm 2016, 2017. Các mục tiêu cụ thể bao gồm:  Thành lập các bản đồ phân loại cây trồng nông nghiệp trên lưu vực sông La Vĩ, tỉnh Bình Định.  Thành lập bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp trên lưu vực sông La Vĩ, tỉnh Bình Định.  So sánh bản đồ cơ cấu cây trồng nông nghiệp trên lưu vực sông La Vĩ, tỉnh Bình Định với các nguồn dữ liệu khác. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các loại cây trồng nông nghiệp. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lưu vực sông La Vĩ thuộc địa bàn các xã Cát Hiệp, Cát Hanh, Cát Trinh, thị trấn Ngô Mây (huyện Phù Cát), xã Bình Thuận (huyện Tây Sơn) thuộc tỉnh Bình Định. 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về cơ cấu cây trồng và viễn thám 2.1.1. Cơ cấu cây trồng Cơ cấu cây trồng là thành phần, tỉ lệ các loại và giống cây trồng được bố trí theo thời gian và không gian ở một cơ cở hoặc một vùng sản xuất nông nghiệp nhằm sử dụng hợp lý nhất các điều kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội sẵn có (Đặng Văn Minh và cộng sự, 2006). Muốn vậy, cơ cấu cây trồng phải đạt các yêu cầu sau:  Lợi dụng được tốt nhất các điều kiện khí hậu và tránh được tác hại của thiên tai (hạn, lụt, bão, lạnh,…).  Lợi dụng được tốt nhất các điều kiện đất đai (địa hình, thổ nhưỡng, tưới tiêu,…), tránh được các tác hại (chua, mặn, phèn,…) và bảo vệ độ phì nhiêu của đất.  Lợi dụng được tốt nhất các đặc tính sinh học của cây trồng (năng suất, chất lượng, ngắn ngày, thích ứng rộng, khả năng chống chịu,…).  Tránh được các tác hại của sâu bệnh, cỏ dại với việc hạn chế sử dụng các biện pháp hóa học. 2.1.2. Phương pháp xác định đối tượng trong viễn thám a) Đặc trưng phổ của đất, nước và thực vật Viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng phản xạ/ bức xạ với từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ đã xác định, đặt trưng này được gọi là đặc trưng phổ. Các phản xạ phổ ứng với từng lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sự tương tác giữa các bức xạ điện từ và vật thể. Nhờ đó, viễn thám xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua đo lường phản xạ phổ. Đường cong phản xạ phổ được chia thành các nhóm sau: đất, nước và thực vật được thể hiện như Hình 2.1.  Đối với nước, phản xạ ở bước sóng xanh dương, xanh lục và đỏ; gần như bị hấp thụ hoàn toàn ở sóng cận hồng ngoại. Độ phản xạ của nước trong suốt thường thấp, tuy nhiên phản xạ là cực đại ở phần cuối của quang phổ xanh lục và giảm khi bước sóng tăng. Do đó, nước thường có màu xanh dương. 3  Sự phản xạ của đất trống phụ thuộc vào thành phần của nó. Thông thường, phản xạ tăng dần khi bước sóng tăng dần. Do đó, đất trống thường có màu vàng, đỏ.  Thực vật phản xạ thấp ở bước sóng xanh dương, xanh lục và đỏ của quang phổ do bị hấp thụ bởi chất diệp lục để cho quá trình quang hợp. Đường cong phổ có một đỉnh cao tại khu vực màu xanh lục. Ở vùng cận hồng ngoại, tỉ lệ phản xạ cao hơn nhiều so với trong dải nhìn thấy do cấu trúc tế bào trong lá. Hình 2.1: Đặc trưng phản xạ phổ của đất, nước và thực vật (Muhammad Aqeel Ashraf và cộng sự, 2011) b) Đặc trưng phổ của các loại cây hàng năm Đặc tính phản xạ phổ của thực vật bị ảnh hưởng bởi sắc tố lá, cấu trúc tế bào, thành phần nước như Hình 2.2.  Sắc tố: Các sắc tố của lá cây, đặt biệt là chất diệp lục, hấp thụ bức xạ ở vùng ánh sáng nhìn thấy. Vùng ánh sáng xanh lục phản xạ mạnh nhất nên lá có màu xanh lục. Khi lá úa, chất diệp lục giảm thì lá cây có màu đỏ.  Cấu trúc tế bào: Cấu trúc tế bào của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ ở vùng cận hồng ngoại. Cấu trúc tế bào lớn hơn thì phản xạ thấp hơn. 4  Thành phần nước: Thành phần nước của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ ở vùng hồng ngoại sóng ngắn. Lá cây có độ ẩm càng cao thì hấp thụ càng lớn. Hình 2.2: Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật (Muhammad Aqeel Ashraf và cộng sự, 2011) Đặc trưng phổ của một số loại cây hàng năm như lúa nước, lạc, ngô, sắn, đậu đũa, đậu tương được thể hiện qua Hình 2.3. Theo đó, tất cả loại cây trên đều phản xạ thấp (dưới 20%) trong khoảng bước sóng 300- 700 nm. Tuy nhiên, từ bước sóng 700 nm đến 1.400 nm, giá trị phản xạ tăng cao, trên 30%. Cụ thể, với lúa nước là 50%, lạc là 55%, ngô là 52%, sắn là 70%, đậu đũa là 55%, đậu tương là 58%. 5 Hình 2.3: Đặc trưng phản xạ phổ của các loại cây hàng năm (Thenkabail và cộng sự, 2014) Đường cong phản xạ không chỉ phụ thuộc vào từng loại cây trồng mà còn thay đổi tùy theo từng thời điểm sinh trưởng và phát triển của cây trồng, cụ thể xem Hình 2.4. Nguyên nhân là do sự khác biệt về hàm lượng sắc tố, sinh khối, cấu trúc tế bào của cây trồng ở thời điểm đầu vụ, giữa vụ và cuối vụ. Hình 2.4: Đặc trưng phản xạ phổ của các loại cây hàng năm ở giai đoạn đầu vụ và cuối vụ (Thenkabail và cộng sự, 2014) 6 c) Đặc trưng phổ của các loại cây lâu năm và rừng Đặc trưng phổ của các cây lâu năm và rừng bao gồm rừng thứ sinh, rừng nguyên sinh, dừa, cọ, tre và cây bụi được thể hiện qua Hình 2.5. Theo đó, tại bước sóng khoảng 1.000 nm thuộc dải cận hồng ngoại, phản xạ đạt giá trị lớn nhất: cây tre là trên 40%, các loại cây còn lại xấp xỉ 30%. Ngược lại, ở các bước sóng 1.400 nm, 1.900 nm và 2.400 nm thuộc dại hồng ngoại sóng ngắn, bức xạ điện từ gần như không bị phản xạ ở tất cả các loại cây trồng. Hình 2.5: Đặc trưng phổ của các loại cây lâu năm (Thenkabail và cộng sự, 2014) d) Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng phổ của cây trồng Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng phổ của cây trồng bao gồm: giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây, chế độ dinh dưỡng, nước tưới cho cây.  Giai đoạn sinh trưởng, phát triển của từng loại cây khác nhau là không giống nhau. Ngoài ra, trên một vùng đất có cùng một loại cây trồng nhất định nhưng thời gian canh tác khác nhau dẫn đến xuất hiện nhiều giai đoạn sinh trưởng, phát triển khác nhau của một loại cây trồng trên vùng đất đó. Cả hai điều này đều gây khó khăn cho quá trình lập khóa giải đoán ảnh.  Chế độ dinh dưỡng, nước tưới cho cây trồng tùy vào điều kiện địa hình, thổ nhưỡng của mỗi vùng đất. Điều này dẫn đến có sự phản xạ khác nhau giữa cây ở tình trạng phát triển tốt với cây ở tình trạng phát triển không tốt. 7 Để giải quyết hai vấn đề trên, đòi hỏi khâu khảo sát thực địa phải được chuẩn bị tỉ mỉ và tiến hành bài bản bởi lẽ nó có ý nghĩa quyết định đến độ chính xác của phân loại cây trồng trên vùng nghiên cứu. Các điểm mẫu phải đảm bảo đủ số lượng với độ chính xác cao, bao quát trên các yếu tố bị ảnh hưởng, kèm hình ảnh thực tế. Ngoài ra, tại mỗi vị trí lấy mẫu, cần ghi lại thông tin chi tiết về lịch canh tác của từng loại cây. 2.1.3. Giới thiệu vệ tinh Sentinel a) Tổng quan về Sentinel Sentinel là tên của một loạt các vệ tinh quan sát Trái đất thuộc chương trình Copernicus của ESA. Các vệ tinh được đặt tên từ Sentinel-1 tới Sentinel-6, mang theo các thiết bị thu nhận quan sát đất liền, đại dương và khí quyển sử dụng công nghệ radar, ảnh đa phổ (ESA, 2017):  Sentinel-1 có quỹ đạo gần cực, mang sứ mệnh chụp ảnh radar cả ngày lẫn đêm trong mọi điều kiện thời tiết các khu vực đất liền và đại dương. Sentinel-1A, 1B được đưa lên quỹ đạo lần lượt vào ngày 3/4/ 2014 và 25/4/2016.  Sentinel-2 có quỹ đạo gần cực, mang sứ mệnh chụp ảnh đa phổ ở độ phân giải cao các khu vực đất liền. Sentinel-2A, 2B được đưa lên quỹ đạo lần lượt vào ngày 23/6/2015 và 7/3/2017.  Sentinel-3 có chức năng đo địa hình, nhiệt độ mặt biển, nhiệt độ bề mặt đất, màu đại dương và màu đất với độ chính xác cao và độ tin cậy cao. Qua đó, hỗ trợ các hệ thống dự báo đại dương, cũng như giám sát môi trường và khí hậu. Sentinel3A được đưa lên quỹ đạo vào ngày 16/2/2016.  Sentinel-4 là một thiết bị có nhiệm vụ giám sát khí quyển sẽ được đưa vào vệ tinh Meteosat Third Generation-Sounder trong quỹ đạo địa tĩnh.  Sentinel-5 hay Sentinel-5P có nhiệm vụ cung cấp dữ liệu kịp thời về các sol khí ảnh hưởng đến chất lượng không khí và khí hậu.  Sentinel-6 mang theo một chiếc máy đo độ cao radar để đo chiều cao bề mặt biển toàn cầu, chủ yếu phục vụ cho nghiên cứu hải dương học và khí hậu. b) Đặc điểm của Sentinel-2 Sentinel-2 bao gồm 2 vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo gần cực ở độ cao 786 km. Độ rộng vệt quét lớn (290 km) và chu kì chụp ảnh cao (10 ngày tại xích đạo cho từng vệ 8