Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng quy trình giám sát biến động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THOÁI HÓA ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THOÁI HÓA ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS Ngành đào tạo: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số : 9.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. LÊ ANH DŨNG 2. NGUYỄN QUỐC KHÁNH Hà Nội, năm 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là nghiên cứu của riêng tôi. Các tài liệu, dữ liệu được sử dụng trong luận án có nguồn dẫn rõ ràng, các kết quả nghiên cứu là quá trình lao động trung thực của tôi.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ dưới sự hướng dẫn nghiêm túc, tâm huyết của TS. Lê Anh Dũng và TS. Nguyễn Quốc Khánh. Trước hết, với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS.

Lê Anh Dũng và TS. Nguyễn Quốc Khánh - những người Thầy đã dành cho NCS sự quan tâm, hướng dẫn tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Trong quá trình thực hiện luận án, NCS đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và có hiệu quả của Ban Lãnh đạo và các phòng thuộc Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ. Ngoài ra, NCS còn nhận được những lời góp ý quý báu của các nhà khoa học ở trong và ngoài Viện.

NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các nhà khoa học, thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã giành cho NCS sự quan tâm, động viên, giúp đỡ và góp ý quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn iii MỤC LỤC MỤC LỤC. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.viii DANH MỤC BẢNG BIỂU. Tính cấp thiết của luận án.

Mục tiêu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi. Phương pháp nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Luận điểm bảo vệ. Kết cấu của luận án. Những đóng góp mới của luận án.

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Các vấn đề cơ bản về thoái hóa đất. Tài nguyên đất. Hiện trạng và xu thế thoái hóa đất ở Việt Nam.

Đặc điểm một số công nghệ sử dụng trong luận án. Công nghệ viễn thám. Công nghệ GIS. Phương pháp đánh giá đa tiêu chí.

Khả năng ứng dụng viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP trong giám sát biến động thoái hóa đất. Các phương pháp xác định thoái hóa đất. Tình hình nghiên cứu thoái hóa đất và giám sát biến động thoái hóa đất bằng viễn thám và GIS. Trên thế giới.

37 Tiểu kết Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM, GIS VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐA TIÊU CHÍ MCE-AHP TRONG GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THOÁI HÓA ĐẤT. Cơ sở khoa học ứng dụng thông tin từ dữ liệu viễn thám phục vụ xây dựng bản đồ thoái hóa đất chuyên đề. Lựa chọn dữ liệu viễn thám.

Giải đoán lớp phủ đất từ dữ liệu viễn thám. Tính toán chỉ số NDVI từ dữ liệu viễn thám. Ứng dụng viễn thám để chiết tách thông tin phục vụ xác định lớp dữ liệu hệ số C. Ứng dụng viễn thám để chiết tách thông tin phục vụ xác định lớp dữ liệu hệ số P.

Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP trong giám sát biến động thoái hóa đất. Quy trình thành lập bản đồ đất bị suy giảm độ phì. Quy trình thành lập bản đồ đất bị xói mòn do mưa. Quy trình thành lập bản đồ đất bị khô hạn.

Quy trình thành lập bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa. Quy trình thành lập bản đồ đất bị mặn hóa, phèn hóa. Quy trình thành lập bản đồ thoái hóa đất tổng hợp. Quy trình giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE - AHP.

84 Tiểu kết Chương 2. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THOÁI HÓA ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ UÔNG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH. Khu vực nghiên cứu. Điều kiện tự nhiên.

Điều kiện kinh tế - xã hội. Đặc điểm thoái hóa đất khu vực nghiên cứu. Biến động sử dụng đất trên địa bàn. Dữ liệu sử dụng.

Xử lý phân tích ảnh vệ tinh. Tính toán chỉ số NDVI. Thành lập bản đồ lớp phủ đất. Giám sát biến động thoái hóa đất TP Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh.

Xây dựng bản đồ đất bị suy giảm độ phì. Xây dựng bản đồ đất bị xói mòn do mưa. Xây dựng bản đồ đất bị khô hạn. Xây dựng bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa.

Xây dựng bản đồ đất bị mặn hóa, phèn hóa. Xây dựng bản đồ thoái hóa đất tổng hợp. Xây dựng bản đồ biến động thoái hóa đất.142 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 146 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN.

148 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 157 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AHP Analytic Hierachy Process Đánh giá thứ bậc BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CSDL Cơ sở dữ liệu DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao ĐHĐT Định hướng đối tượng Food and Agriculture Tổ chức Nông lương Liên hợp FAO Organization quốc GDP Gross Domestic Product Tổng sản phẩm quốc nội Geographical Information GIS Hệ thống thông tin địa lý System GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu Ground Sampling GSD Độ phân giải mặt đất Distance International Society of ISSS Hội Khoa học đất quốc tế Soil Science Land Degradation LADA Đánh giá thoái hóa đất khô cằn Assessment in Drylands Phương pháp phân tích đa tiêu MCE Multi-criteria Evaluation chí NCS Nghiên cứu sinh NĐ Nghị định Normalize Difference Chỉ số độ mặn khác biệt chuẩn NDSI Salinity Index hóa Normalized Difference Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn NDVI Vegetation Index hóa vii Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt PLHĐT Phân loại hướng đối tượng Sai số bình phương tối thiểu PLSR Partial Least Square Error một phần Revised Universal Soil Phương trình mất đất phổ dụng RUSLE Loss Equation cải tiến Soil Adjusted Vegetation Chỉ số thực vật có tính đến ảnh SAVI Index hưởng của đất SI Soil Index Chỉ số đất TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TP Thành phố TPCG Thành phần cơ giới TSMT Tổng số muối tan UBND Ủy ban nhân dân United Nations Chương trình Phát triển Liên UNDP Development Programme hợp quốc United Nations Chương trình Môi trường Liên UNEP Environment Programme hợp quốc United Nations Tổ chức Giáo dục, Khoa học và UNESCO Educational Scientific and Văn hóa Liên hợp quốc Cultural Organization WB World Bank Ngân hàng thế giới World Meteological WMO Tổ chức Khí tượng thế giới Organization XNM Xâm nhập mặn viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Phản xạ phổ của một số đối tượng chính. Các thành phần của GIS.

Thang điểm so sánh mức độ quan trọng của các yếu tố. AHP - GDM trong xác định trọng số. Quy trình thành lập bản đồ đất bị suy giảm độ phì. Quy trình thành lập bản đồ đất bị xói mòn do mưa.

Quy trình thành lập bản đồ đất bị khô hạn. Quy trình thành lập bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa. Quy trình thành lập bản đồ đất bị mặn hóa. Quy trình thành lập bản đồ đất bị phèn hóa.

Quy trình giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP. Khu vực nghiên cứu. Mô hình số độ cao khu vực nghiên cứu. Bản đồ độ dốc khu vực nghiên cứu.

Ảnh VnRedsat-1 khu vực nghiên cứu. Lớp dữ liệu NDVI - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải) 101 Hình 3. Kết quả phân mảnh ảnh cấp 1. Bản đồ lớp phủ bề mặt TP Uông Bí năm 2017.

Bản đồ lớp phủ bề mặt TP Uông Bí năm 2018. Bản đồ đất bị suy giảm độ phì TP Uông Bí năm 2017. Bản đồ đất bị suy giảm độ phì TP Uông Bí năm 2018. Lớp dữ liệu hệ số R - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải).

Lớp dữ liệu hệ số K - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải). Lớp dữ liệu hệ số LS - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải). Lớp dữ liệu hệ số C - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải). Lớp dữ liệu hệ số P - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải).

Bản đồ đất bị xói mòn do mưa TP Uông Bí năm 2017. Bản đồ đất bị xói mòn do mưa TP Uông Bí năm 2018. Lớp điểm 6 trạm khí tượng. Lớp điểm mẫu điều tra khô hạn.

Bản đồ đất bị khô hạn TP Uông Bí năm 2017. Bản đồ đất bị khô hạn TP Uông Bí năm 2018. Bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa TP Uông Bí năm 2017. Bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa TP Uông Bí năm 2018.

Bản đồ đất bị mặn hóa TP Uông Bí năm 2017. Bản đồ đất bị mặn hóa TP Uông Bí năm 2018. Bản đồ đất bị phèn hóa TP Uông Bí năm 2017. Bản đồ đất bị phèn hóa TP Uông Bí năm 2018.

Bản đồ thoái hóa đất TP Uông Bí năm 2017. Bản đồ thoái hóa đất TP Uông Bí năm 2018. Bản đồ biến động thoái hóa đất TP Uông Bí giai đoạn 2017-2018. 143 x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.

Khả năng ứng dụng viễn thám, GIS và MCE trong việc thành lập các bản đồ thoái hóa đất chuyên đề. Quan hệ giữa tỉ lệ bản đồ và kích cỡ pixel thực địa. Một số loại vệ tinh thường dùng. Các lớp phân loại từ ảnh vệ tinh VNRedSat-1 cấp 1 và cấp 2.

Các chỉ số thực vật thường dùng. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế. Bảng phân cấp hệ số P theo độ dốc và chiều dài sườn dốc. Hệ số P cho từng loại sử dụng đất.

Ma trận so sánh cặp đôi tổng hợp suy giảm độ phì. Bảng giá trị Si. Phân cấp tổng giá trị suy giảm độ phì SSg Bảng 2. Phân cấp đánh giá đất bị khô hạn.

Phân mức đánh giá đất bị kết von. Bảng phân cấp các chỉ tiêu kết von. Bảng phân cấp kết von.