HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA ĐỊA LÝ
----------
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
SỬ DỤNG ĐẤT ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ
TỈNH QUẢNG TRỊ GIAI ĐOẠN 2005-2015
Sinh viên thực hiện : Lê Thị Liên
Chuyên ngành : Cử nhân Địa lý tự nhiên
Lớp
: 12CDMT
Ngƣời hƣớng dẫn
: Th.S Nguyễn Thị Diệu
Đà Nẵng, 05/2016
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện và hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, ngồi sự
cố gắng nỗ lực của bản thân tơi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của nhiều cơ quan,
đồn thể và cá nhân.
Trước tiên tơi xin chân thành cảm ơn Thạc sỹ Nguyễn Thị Diệu là người đã tận
tình giúp đỡ, hướng dẫn trực tiếp cho tơi trong suốt q trình thực hiện đề tài. Đồng
thời tơi cũng xin cảm ơn các thầy cô trong khoa và các bạn trong tập thể 12CDMT đã
giúp đỡ tôi trong trong suốt quá trình học tập tại giảng đường đại học.
Trong q trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp do có nhiều hạn chế về thời gian
và kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi những sai sót, rất mong sự góp ý của thầy cơ để
bài khóa luận được hồn thiện hơn.
Đà Nẵng, ngày 7 tháng 5 năm 2016
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
1
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
MỤC LỤC
Trang
PHẦN 1: MỞ ĐẦU ..........................................................................................................7
1. Đặt vấn đề ....................................................................................................................7
2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................8
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................................8
3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................8
3.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 8
4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................8
4.1. Phương pháp thu thập dữ liệu ...........................................................................8
4.2. Phương pháp viễn thám ....................................................................................9
4.3. Phương pháp bản đồ .......................................................................................... 9
4.4. Phương pháp thống kê .......................................................................................9
4.5. Phương pháp thực địa........................................................................................9
5. Lịch sử nghiên cứu ......................................................................................................9
5.1. Trên thế giới .......................................................................................................9
5.2. Ở Việt Nam .......................................................................................................10
6. Cấu trúc của đề tài .....................................................................................................11
PHẦN 2: NỘI DUNG ....................................................................................................12
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................12
1.1. Đất đai và biến động đất đai ...................................................................................12
1.1.1. Định nghĩa về đất đai ....................................................................................12
1.1.2. Định nghĩa về biến động đất đai ...................................................................12
1.1.2.1. Biến động .............................................................................................. 12
1.1.2.2. Biến động sử dụng đất ...........................................................................12
1.1.3. Các khái niệm về sử dụng đất và lớp phủ đất ...............................................13
1.1.4. Các hệ thống phân loại sử dụng đất hiện nay ..............................................14
1.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và công nghệ viễn thám (RS) ..............................14
1.2.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ....................................................................14
1.2.1.1. Khái niệm .............................................................................................. 14
1.2.1.2. Các thành phần và chức năng của GIS ..................................................15
1.2.1.3. Mơ hình Vector và Raster .....................................................................16
1.2.1.4. Các đặc điểm của GIS ...........................................................................17
1.2.2. Công nghệ viễn thám (Remote Sensing) .......................................................19
1.2.2.1. Các khái niệm liên quan ........................................................................19
1.2.2.2. Các nguyên lý cơ bản của viễn thám .....................................................19
1.2.2.3. Các đặc trưng cơ bản của ảnh LANDSAT ............................................21
1.2.3. Các phần mềm sử dụng trong nghiên cứu ....................................................23
1.2.3.1. Phần mềm xử lý và giải đoán ảnh viễn thám ENVI .............................. 23
1.2.3.2. Phần mềm ArcGIS.................................................................................24
1.2.3.3. Khả năng ứng dụng của phương pháp viễn thám và hệ thống thông tin
địa lý trong nghiên cứu biến động sử dụng đất ............................................................. 26
1.3. Các phương pháp phân tích biến động sử dụng đất ...............................................26
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
2
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
CHƢƠNG 2: ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT TP.ĐÔNG HÀ TỈNH QUẢNG TRỊ ........28
2.1. Khái quát chung khu vực nghiên cứu .....................................................................28
2.1.1. Vị trí địa lý ....................................................................................................28
2.1.2. Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên TP. Đơng Hà ......................... 30
2.1.2.1. Địa hình, địa mạo ..................................................................................30
2.1.2.2. Khí hậu ..................................................................................................30
2.1.2.3. Thủy văn ................................................................................................ 31
2.1.2.4. Tài nguyên đất .......................................................................................32
2.1.2.5. Tài nguyên nước ....................................................................................32
2.1.2.6. Tài nguyên rừng ....................................................................................33
2.1.2.7. Tài nguyên khoáng sản ..........................................................................33
2.1.3. Đặc điểm kinh tế - xã hội TP. Đông Hà........................................................ 33
2.1.3.1. Kinh tế ...................................................................................................33
2.1.3.2. Dân số, lao động – việc làm ..................................................................34
2.2. Quy trình và các bước giải đoán ảnh thành lập bản đồ biến động sử dụng đất ......35
2.2.1. Quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất ......................................35
2.2.2. Các bước thực hiện giải đoán ảnh ................................................................ 37
2.3.Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất thời điểm
2005, 2010 và 2015 .......................................................................................................37
2.3.1. Khái quát nguồn tư liệu và lựa chọn hệ thống phân loại ............................. 37
2.3.1.1. Khái quát nguồn tư liệu .........................................................................37
2.3.1.2. Lựa chọn hệ thống phân loại .................................................................40
2.3.2. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất các thời điểm 2005, 2010 và 2015
.......................................................................................................................................41
2.3.2.1. Các bước thực hiện giải đoán bằng phần mềm ENVI ........................... 43
2.3.2.2. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005, 2010 và 2015......54
2.4. Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từng giai đoạn........................................58
2.4.1. Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2010 ....................................59
2.4.2. Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2010-2015 ....................................59
2.4.3. Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2015 ....................................60
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ
DỤNG ĐẤT GIAI ĐOẠN 2005 – 2015 THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ-TỈNH QUẢNG
TRỊ ..................................................................................................................................60
3.1. Đánh giá biến động sử dụng đất .............................................................................60
3.1.1. Các chỉ tiêu phản ánh biến động sử dụng đất ..............................................60
3.1.1.1. Tỉ lệ biến động .......................................................................................60
3.1.1.2. Xu hướng biến động ..............................................................................60
3.1.1.3. Hệ thống sử dụng đất.............................................................................61
3.1.1.4. Chu chuyển đất đai ................................................................................61
3.1.2. Kết quả đánh giá biến động sử dụng đất TP. Đông Hà-tỉnh Quảng Trị cho
từng giai đoạn ................................................................................................................63
3.1.2.1. Kết quả đánh giá biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2010 .............63
3.1.2.2. Kết quả đánh giá biến động sử dụng đất giai đoạn 2010-2015 .............65
3.1.2.3. Kết quả đánh giá biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2015 .............67
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
3
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
3.2. Định hướng sử dụng đất giai đoạn 2015-2020 .......................................................70
3.2.1. Nguyên nhân biến động sử dụng đất ............................................................ 70
3.2.1.1. Những tác động của sự tăng nhu cầu sử dụng đất cho phát triển kinh tế.
Quá trình phát triển đơ thị, các khu dân cư nơng thơn ..................................................71
3.2.1.2. Sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất ....................................................72
3.2.2. Dự báo biến động sử dụng đất năm 2020 và năm 2025 ............................... 73
3.2.3. Định hướng sử dụng đất hợp lý ....................................................................76
3.2.3.1. Nhóm đất nơng nghiệp ..........................................................................76
3.2.3.2. Nhóm đất phi nơng nghiệp ....................................................................76
3.2.3.3. Nhóm đất chưa sử dụng .........................................................................76
PHẦN 3: KẾT LUẬN ....................................................................................................77
1. Những kết quả đạt được ............................................................................................77
2. Những tồn tại của luận văn ........................................................................................77
PHỤ LỤC I: MA TRẬN SAI SỐ PHÂN LOẠI ẢNH ................................................79
PHỤ LỤC II: SỰ KHÁC BIỆT KHI CHỌN MẪU....................................................81
PHỤ LỤC III: CÁC ĐIỂM THỰC ĐỊA......................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 85
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
4
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
MỤC LỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1 : Đặc điểm tổng quát của các vệ tinh Landsat ...............................................22
Bảng 1.2 :Ứng dụng chính của ảnh Landsat 5 và 8 trong nghiên cứu ..........................22
Bảng 1.3 :Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 5 (TM) và Landsat 8
(OLI/TIRS) ....................................................................................................................23
Bảng 2.1 : Cơ cấu kinh tế thành phố Đông Hà giai đoạn 2010-2014 ...........................33
Bảng 2.2 : Hệ thống phân loại đất .................................................................................37
Bảng 2.3 : Thông số dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat năm 2005, 2010, 2015 ....................40
Bảng 2.4 : Hệ thống phân loại sử dụng đất dùng cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất TP.
Đông Hà .........................................................................................................................40
Bảng 2.5 : Tổ hợp màu của các kênh ảnh được sử dụng ..............................................43
Bảng 2.6 :Lựa chọn các mẫu để phân loại ...................................................................47
Bảng 2.7 : Kết quả diện tích năm 2005 .........................................................................54
Bảng 2.8 : Kết quả diện tích năm 2010 .........................................................................56
Bảng 2.9 : Kết quả diện tích năm 2015 .........................................................................57
Bảng 3.1: Bảng mẫu chu chuyển sử dụng đất từ năm 2005 đến 2015 của TP. Đông Hà,
tỉnh Quảng Trị ...............................................................................................................62
Bảng 3.2 : Bảng chu chuyển đất đai TP. Đông Hà giai đoạn 2005-2010 .....................64
Bảng 3.3 : Bảng chu chuyển đất đai TP. Đông Hà giai đoạn 2005-2010 .....................66
Bảng 3.4 : Bảng chu chuyển đất đai TP. Đông Hà giai đoạn 2005-2015 .....................68
Bảng 3.5 : Biến động mục đích sử dụng đất của TP. Đông Hà giai đoạn 2005-2015 ..69
Bảng 3.6 : Tỉ lệ thay đổi của các kiểu sử dụng đất giai đoạn 2010-2015 .....................73
Bảng 3.7 : Diện tích hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của TP. Đông Hà ....................73
Bảng 3.8 : Diện tích hiện trạng sử dụng đất của TP. Đơng Hà trong năm 2010, 2015,
2020 và 2025 .................................................................................................................74
Bảng 3.9 : Tỷ lệ các loại hình sử dụng đất ở 4 thời điểm 2005, 2010, 2015 và 2020. .75
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
5
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Các thành phần của hệ thống thơng tin địa lý. ..............................................15
Hình 1.2. Các chức năng của hệ thống thông tin địa lý ................................................16
Hình 1.3. Nguyên lý thu nhận dữ liệu được sử dụng trong viễn thám. ........................ 20
Hình 1.4 : Giao diện Module file của ENVI 4.5 .......................................................... 24
Hình 2.1 : Bản đồ hành chính TP. Đơng Hà – tỉnh Quảng Trị .....................................29
Sơ đồ 2.1 : Quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất .....................................36
Hình 2.2 : Ảnh vệ tinh Landsat khu vực nghiên cứu năm 2005, 2010 và 2015 ở tổ hợp
màu giả Red-Green-Blue ............................................................................................... 38
Hình 2.3 : Các kênh ảnh của Landsat TM (năm 2005,2010) ........................................38
Hình 2.4 : Các kênh ảnh của Landsat OLI/TIRS (năm 2015) ......................................38
Sơ đồ 2.2 : Sơ đồ quy trình giải đốn ảnh Landsat để thành lập bản đồ hiện trạng sử
dụng đất ......................................................................................................................... 42
Hình 2.5 : Thực hiện chồng lớp Layer stacking ........................................................... 43
Hình 2.6 : Chỉnh sửa Band Name, Sensor Type ........................................................... 44
Hình 2.7 : Chỉnh sửa Pixel size, Wavelengths .............................................................. 44
Hình 2.8 : File “DONGHA.shp” ...................................................................................45
Hình 2.9 :Ảnh cắt theo khu vực nghiên cứu .................................................................46
Hình 2.10 : Chọn mẫu phân loại ...................................................................................48
Hình 2.11 : Kết quả phân loại Maximum Likehood .....................................................50
Hình 2.12 : Hộp thoại thống kê kết quả ........................................................................51
Hình 2.13 : Hộp thoại Match Classes Parametres ........................................................ 51
Hình 2.14 : Hộp thoại Majority/Minority Parametrers .................................................52
Hình 2.15 : Kết quả sau khi lọc (trái) và khơng lọc (phải) ...........................................52
Hình 2.16 : Kết quả phân loại năm 2005 và năm 2010 ................................................53
Hình 2.17 : Kết quả hậu phân loại năm 2015 ............................................................... 54
Biểu đồ 2.1 : Cơ cấu sử dụng đất TP. Đông Hà năm 2005 ...........................................55
Biểu đồ 2.2 : Cơ cấu sử dụng đất TP. Đông Hà năm 2010 ...........................................56
Biểu đồ 2.3 : Cơ cấu sử dụng đất TP. Đơng Hà năm 2015 ...........................................57
Sơ đồ 2.3 : Quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất TP. Đơng Hà ..............58
Hình 2.18 : Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2010 .................................59
Hình 2.19 : Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2010-2015 .................................59
Hình 2.20 : Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2005-2015 .................................60
Biểu đồ 3.1 : Sự thay đổi các loại đất năm 2005, 2010, 2015 ......................................70
Biểu đồ 3.2 : Diện tích các loại hình sử dụng đất của TP. Đơng Hà trong năm 2005,
2010, 2015 và 2020 .......................................................................................................75
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
6
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia bởi nó là tư liệu sản
xuất đặc biệt, thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, địa bàn phân bố
các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh và quốc phòng.
Trong xã hội hiện nay dưới sức ép của gia tăng dân số thì đất đai đã trở thành vấn đề
sống còn của mỗi quốc gia, mỗi dân tộc và một trong những chỉ tiêu đánh giá sự phát
triển của mỗi quốc gia, dân tộc đơi khi được tính theo biến động trong q trình sử
dụng đất của mỗi quốc gia, dân tộc đó. Chính sự gia tăng dân số, sự phát triển của đô
thị và q trình cơng nghiệp hóa gây sức ép lớn trong việc sử dụng đất. Diện tích đất
nơng nghiệp ngày càng giảm kéo theo đó là sự tăng lên của đất phi nông nghiệp như
nhu cầu về nhà ở, đất xây dựng các cơng trình cơng cộng, khu cơng nghiệp tăng. Đây
là bài toán nan giải, bức xúc hiện nay. Để giải quyết vấn đề này mỗi quốc gia cần xây
dựng những chương trình, kế hoạch, chiến lược riêng phù hợp với hồn cảnh, điều
kiện của mình để sử dụng đất đai hợp lý.
Đông Hà là một thành phố trung tâm của tỉnh Quảng Trị, miền Trung Việt Nam.
Đây là tỉnh lỵ tỉnh Quảng Trị, nằm ở ngã ba Quốc lộ 1A và Quốc lộ 9. Đơng Hà có
một vị trí quan trọng, nằm ở trung độ giao thơng của cả nước, trên giao lộ 1A nối thủ
đô Hà Nội - thành phố Hồ Chí Minh và quốc lộ 9 trong hệ thống đường xuyên Á, là
điểm khởi đầu ở phía Đơng của trục Hành lang kinh tế Đơng - Tây giữa Đông Bắc
Thái Lan, Lào, Myanma và miền Trung Việt Nam qua cửa khẩu quốc tế Lao Bảo và
các nước trong khu vực biển Đông qua cảng Cửa Việt, kết thúc ở thành phố Đà Nẵng.
Từ thuận lợi về giao lưu đối ngoại, Đơng Hà có khả năng thu hút, hội tụ để phát triển
kinh tế, văn hoá, xã hội và trở thành trung tâm phát luồng các mối quan hệ kinh tế
trong khu vực và quốc tế.
Bên cạnh việc phát triển kinh tế, gia tăng dân số là sự diễn ra nhanh chóng của
q trình cơng nghiệp hóa và đơ thị hóa. Q trình này kéo theo hàng loạt các biến
động về quỹ đất và tình hình sử dụng đất (giảm diện tích sản xuất nơng nghiệp, đất đơ
thị ngày càng tăng lên …). Trong tình hình đó, thành phố Đông Hà - tỉnh Quảng Trị
cũng đã và đang diễn ra sự biến đổi nhanh chóng q trình sử dụng đất với mục tiêu
phấn đấu xây dựng thành phố Đơng Hà đủ tiêu chí là đơ thị loại II. Thành phố Đơng
Hà với diện tích là 72,95 km2, dân số có 84.157 nhân khẩu, mật độ dân số: 1153
người/km2, Bộ Xây dựng đã công nhận Đông Hà là đô thị loại III kể từ ngày 13 tháng
12 năm 2005 theo Quyết định số 2285/QĐ-BXD. Trong những năm qua, do yêu cầu
phát triển kinh tế - xã hội và q trình phát triển đơ thị hóa nên tình hình sử dụng đất
của thành phố có nhiều biến động.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
7
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học hiện đại địi hỏi
các thơng tin phải nhanh chóng, chính xác và kịp thời. Thực tế đã cho thấy hiện nay
GIS đang được áp dụng ở nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau và cũng chứng minh
được những khả năng xử lý thơng tin đem lại những lợi ích to lớn về kinh tế - xã hội môi trường. Với khả năng tích hợp và phân tích thơng tin của hệ thống thông tin địa lý
(GIS) kết hợp với việc sử dụng các tư liệu Viễn thám đa thời gian thì việc thành lập
bản đồ biến động sử dụng đất sẽ đạt hiệu quả cao hơn giúp cho các nhà quản lý trong
việc nâng cao hiệu quả sử dụng đất và đưa ra các biện pháp để bảo vệ tài nguyên thiên
nhiên vô cùng quý giá này.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như tính cấp bách của việc xác định biến động
sử dụng đất đai trên địa bàn thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị, tôi lựa chọn nghiên
cứu đề tài: “Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động sử dụng đất địa bàn
thành phố Đông Hà - tỉnh Quảng Trị giai đoạn 2005-2015”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để đánh giá biến động sử dụng đất TP. Đông
Hà – tỉnh Quảng Trị giai đoạn 2005-2015.
- Xác định nguyên nhân biến động và đề xuất một số giải pháp nhằm sử dụng hiệu quả
quỹ đất hiện có.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Ảnh viễn thám Landsat TM có độ phân giải 30x30 chụp khu vực TP. Đông Hà – tỉnh
Quảng Trị vào năm 2005, 2010 và ảnh Landsat 8 chụp năm 2015.
- Phần mềm xử lý và giải đoán ảnh viễn thám ENVI 4.5 cùng sự hỗ trợ của các phần
mềm như MapInfo 11.0, ArcGIS 10.2.2…
- Bảng biểu và các tài liệu liên quan đến TP. Đông Hà-tỉnh Quảng Trị.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Về không gian: Tập trung nghiên cứu biến động sử dụng đất đai trên địa bàn
thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị giai đoạn 2005-2015.
- Phạm vi thời gian: Đề tài được nghiên cứu trong khoảng thời gian từ tháng
11/2015 đến tháng 5/2016.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để có thể đánh giá được biến động sử dụng đất trên địa bàn thành phố Đông Hà,
tỉnh Quảng Trị, đề tài đã lựa chọn những phương pháp nghiên cứu chính sau:
4.1. Phương pháp thu thập dữ liệu
Là phương pháp thu thập toàn bộ số liệu, thơng tin có liên quan đến đề tài, sau đó
sẽ tiến hành tiến hành xử lý, đánh giá tài liệu thu thập được.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
8
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Nguồn dữ liệu ảnh viễn thám đầu vào là vơ cùng quan trọng, nó quyết định đến
độ chính xác của q trình thực hiện. Do vậy, đề tài lựa chọn những ảnh viễn thám có
chất lượng tốt và thời điểm chụp phù hợp nhất. Ảnh viễn thám được thu nhận là ảnh
Landsat 8 và Landsat TM có độ phân giải trung bình (30m x 30m).
Những số liệu thu thập như số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực
nghiên cứu được thu thập tại địa bàn thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị.
Ngoài các số liệu thu thập ở các cơ quan, tơi cịn khai khác những thơng tin qua
các kênh thông tin, đặc biệt là internet, sách báo.
4.2. Phương pháp viễn thám
Để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài đặt ra, đề tài đã sử dụng kết hợp phương
pháp viễn thám với GIS. Phương pháp viễn thám được sử dụng để phân loại ảnh vệ
tinh Landsat. Các chức năng phân tích khơng gian của GIS đươc sử dụng để tích hợp
các kết quả phân loại ảnh vệ tinh với dữ liệu bản đồ, dữ liệu thống kê thu thập được.
Việc đánh giá biến động được tiến hành sau phân loại với sự trợ giúp của GIS.
4.3. Phương pháp bản đồ
Để thực hiện một cách trực quan hiện trạng sử dụng đất các thời điểm và biến
động sử dụng đất bằng các bản đồ ở tỉ lệ thích hợp.
4.4. Phương pháp thống kê
Trong quá trình thực hiện đề tài, việc thống kê kết quả sau khi phân loại sẽ cho
ta cái nhìn tồn diện và cụ thể hiện trạng sử dụng đất ở các thời điểm. Trên cơ sở đó, ta
phân tích để thấy được tình hình biến động sử dụng đất của khu vực nghiên cứu.
4.5. Phương pháp thực địa
Trong q trình nghiên cứu tơi tiến hành đi thực địa ở khu vực nghiên cứu
nhằm thu thập tài liệu để xây dựng mẫu phân loại và kiểm tra độ chính xác của ảnh
viễn thám tại thời điểm chụp. Thực hiện thực địa bao gồm các ghi chép và ảnh chụp
thực địa về hiện trạng sử dụng đất.
5. Lịch sử nghiên cứu
5.1. Trên thế giới
Việc sử dụng kĩ thuật viễn thám trên thế giới đã xuất hiện từ rất lâu. Kể từ năm
1858, người ta đã bắt đầu sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh nhằm mục đích thành lập
bản đồ địa hình và những bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bây đã được Wilbur Wrigh
thực hiện năm 1909 trên vùng Centocelli, Italia. Ban đầu người ta sử dụng viễn thám
chủ yếu cho mục đích quân sự. Khi vệ tinh Landsat 1 được phóng vào năm 1972,
những ứng dụng của viễn thám trong lĩnh vực giám sát môi trường và quản lý tài
nguyên thiên nhiên đã trở nên khá phổ biến và trở thành một phương pháp rất hiệu quả
trong việc cập nhật thông tin của một vùng hay toàn lãnh thổ.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
9
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Ngày nay, viễn thám được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực từ theo dõi
dự báo thời tiết, điều tra hiện trạng mơi trường, giám sát biến động lớp phủ mặt đất,
xói mịn đất trong nghiên cứu địa chất, ni trồng thủy sản cho đến việc nghiên cứu
hải dương học… Đối với công tác quy hoạch và quản lý đất đai, viễn thám là một cơng
cụ hữu ích giúp xác định nhanh chống và chính xác hiện trạng sử dụng đất đồng thời
xác định sự biến động của các loại hình biến động theo thời gian.
Có nhiều cơng trình nghiên cứu về đất đai và chức năng của nó từ rất sớm, trong
đó các cơng trình nghiên cứu của Tổ chức nơng lương thế giới (FAO) được chú ý và
áp dụng rộng rãi. Theo FAO, con người có thể tác động đến các hợp phần của tự nhiên
làm ảnh hưởng đến động thái riêng của chúng theo hướng cải thiện chất lượng của đất
cho một hoặc nhiều chức năng. Tuy nhiên, tác động này nếu không phù hợp với quy
luật tự nhiên sẽ gây ảnh hưởng xấu cho đất, làm tổn hại đến môi trường.
Năm 1998, tổ chức American Planning Associstion đã đưa ra bảng hệ thống phân
loại sử dụng đất được mã hóa thành các kí hiệu thống nhất gọi là “Land – based
Classification standards”.
Việc sử dụng kĩ thuật viễn thám trong nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất và lớp
phủ mặt đất đã được áp dụng rất nhiều trong các trường đại học và các viện nghiên
cứu trên thế giới, và thực tế đã đem lại nhiều thành tựu to lớn. Ở Hoa Kì ứng dụng này
được bắt đầu kể từ năm 1976. Tại các quốc gia châu Âu như Pháp, Đức, Hà Lan…
hướng nghiên cứu này cũng đã trở nên phổ biến trong các thập niên 80, 90 của thế kỉ
XX và hiện nay cũng đang phát triển mạnh. Ngày nay các nước châu Á và châu Phi
cũng đã bắt đầu đi sâu vào nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất và lớp phủ mặt đất bằng
công nghệ viễn thám và GIS. Có thể kể tên một số cơng trình như:
- Cơng trình “Change detection in land use and land cover using remote sensing
and GIS” của Opeyemi Zubair, trường đại học Ibadan”.
- Đề tài “A Comparison of land use and land cover change detection method” của
nhóm tác giả Daniel L.Civco, Jame D.Hurd, Emily H.Wilson, Minhjun Song,
Zhenkui Zhang, đại học Conmecticut”.
5.2. Ở Việt Nam
Năm 1997, tác giả Nguyến Hoàng Đan đã tiến hành đánh gái tài nguyên đất đai
vùng trung du và miền núi phía Bắc bằng kĩ thuật viễn thám và hệ thống thơng tin địa
lý.
- Cơng trình “Khả năng phối hợp hệ xử lý ảnh số và GIS nhằm nâng cao chất
lượng thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất” của Phạm Quang Vinh năm 2005.
- “Ứng dụng công nghệ viễn thám để quản lý dải ven biển”. Mục tiêu của dự án
nhằm tăng cường năng lực của Trung tâm viễn thám trong việc ứng dụng công nghệ
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
10
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
viễn thám để thành lập bản đồ phục vụ công tác quản lý dải ven biển, nhằm góp phần
hỗ trợ Việt Nam trong cơng tác quản lý và phát triển bền vững dải ven biển.
Đối với Quảng Trị nói chung, TP. Đơng Hà nói riêng việc ứng dụng viễn thám
vẫn cịn khá ít. Việc nghiên cứu biến động sử dụng đất trên địa bàn thành phố từ trước
đến nay vẫn làm theo phương pháp truyền thống, tức là dựa vào số liệu kiểm kê của
các địa phương. Như vậy, đề tài này vẫn còn mới và chưa có ai nghiên cứu.
6. Cấu trúc của đề tài
Đề tài ngoài phần mở đầu, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục thì phần
nội dung gồm có chương:
Chƣơng 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chƣơng 2: Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động
sử dụng đất TP. Đông Hà – tỉnh Quảng Trị
Chƣơng 3: Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động sử dụng đất giai
đoạn 2005-2015 thành phố Đông Hà - tỉnh Quảng Trị.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
11
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đất đai và biến động đất đai
1.1.1. Định nghĩa về đất đai
Tài nguyên đất được hiểu theo hai quan điểm: quan điểm phát sinh thổ nhưỡng
(Đất = soils) và quan điểm kinh tế học (Đất đai = Lands). Về quan điểm phát sinh thổ
nhưỡng, người đặt cơ sở khoa học đầu tiên cho khoa học đất chính là nhà thổ nhưỡng
nười Nga Dokuchaev. Dokuchaev cho rằng đất (soil) là thực thể tự nhiên đặc biệt, hình
thành do tác động tổng hợp của các yếu tố: Đá mẹ, khí hậu, địa hình, sinh vật (chủ yếu
là thực vật), thời gian và tác động của con người (V.V. Dokuchaev 1879).
Theo định nghĩa của FAO năm 1976 thì đất đai là một diện tích cụ thể của bề
mặt Trái Đất bao gồm các thành phần của mơi trường vật lý và sinh học có ảnh hưởng
đến việc sử dụng đất như: Khí hậu, địa hình, đất, nước và sinh vật. Nó cũng bao gồm
các kết quả của các hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại, chẳng hạn như
sự khai phá vùng biển, sự khai hoang các vùng thực vật, cũng như sự mặn hóa các
vùng đất. Như vậy, khi xem xét đất đai, thực chất là chúng ta đang xem xét một thể
tổng hợp tự nhiên.
Theo Luật đất đai của nước Cộng hòa xã hội chư nghĩa Việt Nam, đất đai được
định nghĩa như sau: “Đất đai là một trong những nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng
quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường
sống , là địa bàn tiến hành các hoạt động sản xuất, xây dựng kinh tế văn hóa xã hội, an
ninh quốc phịng”.
1.1.2. Định nghĩa về biến động đất đai
1.1.2.1. Biến động
Biến động là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái
khác của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như trong mơi
trường xã hội.
Có nhiều loại biến động sau:
Biến động về chất dẫn đến biến động về lượng và ngược lại biến động về lượng
dẫn đến biến đổi về chất.
Biến động về tính chất đối tượng song khơng có biến diện tích.
Ở đề tài này chúng ta sử dụng khái niệm biến động thứ hai là biến động về diện tích
đối tượng, biến động về số lượng đối tượng.
1.1.2.2. Biến động sử dụng đất
Biến động sử dụng đất là sự thay đổi tăng hay giảm về diện tích đối tượng nào đó
trong một giai đoạn nhất định.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
12
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Nguyên tắc sử dụng ảnh Viễn thám để theo dỏi biến động.
- Các ảnh để sử dụng theo dõi biến động một khu vực, phải cùng ở một hệ tọa độ
lưới chiếu.
- Ảnh phải có độ phân giải như nhau.
Ảnh có độ phân giải càng cao thì các đối tượng phản xạ càng mạnh, thơng tin về
các đối tượng thực phủ càng chi tiết hơn và ngược lại. Vì vậy ảnh cũng có cùng độ
phân giải các đối tượng thực phủ sẽ cho phản xạ gần như nhau. Và khi đó chồng lớp
đối tượng trên hai ảnh cho kết quả biến động chính xác hơn.
- Ảnh phải được phân tích giải đốn ở các bước sóng như nhau.
Theo ngun lý Viễn thám, thơng tin Viễn thám thu nhận được dựa vào sự đo
lường năng lượng phản xạ, bức xạ sóng điện từ của vật thể trên những bước sóng xác
định. Các đối tượng sẽ cho những phản xạ khác nhau trên cùng một bước sóng và một
đối tượng sẽ cho phản xạ mạnh yếu khác nhau trên các bước sóng khác nhau.
Nếu như giải đốn hai ảnh ở bức sóng khác nhau kết quả phân loại có độ chính xác là
khơng như nhau và khi đó khơng thể cho kết quả biến động chính xác.
- Khu vực nghiên cứu của ảnh phải như nhau.
Hai ảnh phải cùng được chụp trên cùng một khu vực hoặc được cắt theo ranh giới
hành chính của khu vực nghiên cứu.
1.1.3. Các khái niệm về sử dụng đất và lớp phủ đất
Lớp phủ đất (land-cover) và sử dụng đất (land-use) là hai khái niệm khác nhau
về ý nghĩa bản chất.
Burley (1961) định nghĩa “Lớp phủ đất là sự mô tả những cấu trúc thực vật và
nhân tạo bao phủ lên bề mặt đất”. Còn Clawson và Stewart (1965) định nghĩa: “Sử
dụng đất phản ánh những hoạt động của con người trên đất, những hoạt động liên quan
trực tiếp đến đất đó”.
Trong định nghĩa của Young, “Lớp phủ đất là các cấu trúc thực vật – tự nhiên
hoặc được trồng, hoặc là các cơng trình nhân tạo bao phủ lên bề mặt Trái Đất” còn “sử
dụng đất là quản lý đất nhằm thỏa mản nhu cầu của con người”.
Như vậy, sử dụng đất mô tả các hoạt động sử dụng của con người trên bề mặt
đất đó, cịn lớp phủ đất mơ tả các thuộc tính vật lý của lớp phủ bề mặt. Lớp phủ đất
đặc biệt nhấn mạnh về các chủ thể tự nhiên và nó là phản xạ tổng hợp của những yếu
tố khác nhau trên bề mặt trái đất được phủ bằng vật thể thự nhiên hay công trình nhân
tạo. Sử dụng đất nhấn mạnh hơn về chủ thể xã hội, đó là kết quả của các hoạt động mà
con người thu nhận được bằng những đo đạc sinh học, công nghệ để quản lý và điều
chỉnh thường xuyên hay định kỳ phù hợp với mục đích kinh tế và xã hội đã định.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
13
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Trong đề tài này, tơi chọn các đơn vị sử dụng đất làm đối tượng nghiên cứu
chính, nghĩa là chú ý đến mục đích sử dụng của đất đai. Vì vậy, các bản đồ được thành
lập là bản đồ hiện trạng trạng sử dụng đất chứ không phải là bản đồ lớp phủ bề mặt.
1.1.4. Các hệ thống phân loại sử dụng đất hiện nay
Hiện nay, trên thế giới và Việt Nam tồn tại nhiều hệ thống phân loại sử dụng
đất, tùy theo công nghệ thành lập bản đồ, trình độ phát triển, vị trí địa lí và diện tích
của từng quốc gia.
Tổ chức UN-ECE của FAO đã đưa ra bảng phân loại chuẩn về sử dụng đất với
7 nhóm và 37 loại đất chính theo mục đích sử dụng, trong đó có đưa ra định nghĩa về
từng loại đất. Bảy nhóm đất chính đó là: Đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất xây
dựng và giải trí, đất ẩm ướt chưa sử dụng, đất khơ chưa sử dụng với các loại thực vật
đặc biệt, đất chưa sử dụng khơng có thực vật bao phủ và đất mặt nước.
Hiện nay, hệ thống bản đồ hiện trạng sử dụng đất của Việt Nam được chia
thành 4 cấp tương ứng với các dãy tỉ lệ sau:
- Cấp xã, phường, thị trấn: Tỉ lệ từ 1/5000 đến 1/10.000.
Cấp huyện, thị xã, thành phố trực thuộc tỉnh: Từ 1/10.000 đến 1/25.000
hoặc từ 1/25.000 đến 1/1000.000.
- Cả nước: Từ 1/25.000 đến 1/1000.000.
Xem xét hệ thống phân loại đất của Việt Nam, ta thấy có các nhóm đất chính
sau:
-
Đất nơng nghiệp
Đất phi nông nghiệp
Đất chưa sử dụng.
1.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và công nghệ viễn thám (RS)
1.2.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
1.2.1.1. Khái niệm
Hệ thống thông tin địa lý (HTTĐL) - Geographical information system (GIS) là
một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, dữ liệu địa lý
và con người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận,
lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. HTTĐL có
mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý. (Viện
nghiên cứu môi trường Mỹ - 1994).
Công nghệ GIS: Là một loại hệ thống tín kiểu mới (New Information System)
được xây dựng trên nền tảng cơng nghệ máy tính và cơng nghệ bản đồ. Từ các thơng
tin vị trí địa lý của đối tượng (dữ liệu không gian) và thông tin thuộc tính được lưu trữ
(dữ liệu thuộc tính) ta có thể dễ dàng tạo ra các loại bản đồ và các báo cáo để cung cấp
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
14
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
một sự nhìn nhận có hệ thống và tổng thể, nhằm thu nhận và quản lý thơng tin vị trí có
hiệu quả. Khả năng của một hệ GIS tối thiểu giải quyết được 5 vấn đề chính sau:
- Vị trí: quản lý và cung cấp vụ trí của các đối tượng theo yêu cầu bằng các
cách khác nhau như tên địa danh, mã vị trí hoặc tọa độ.
- Điều kiện: thơng qua phân tích các dữ liệu không gian cung cấp thông tin các
sự kiện tồn tại hoặc xảy ra ở một địa điểm nhất định hoặc xác định các đối tượng thỏa
mãn các điều kiện đặt ra.
- Chiều hướng: cung cấp hướng thay đổi của đối tượng thơng qua phân tích các
dữ liệu trong một vùng lãnh thổ nghiên cứu theo thời gian.
- Kiểu mẫu: cung cấp mức độ sai lệch của các đối tượng so với kiểu mẫu và nơi
sắp đặt chúng đã có từ các nguồn khác.
- Mơ hình hóa: cung cấp và xác định những gì xảy ra nếu có sự thay đổi dữ liệu
hay nói cách khác xác định xu thế phát triển của các đối tượng. Ngồi thơng tin địa lý,
hệ thống cần phải có thêm thơng tin về các quy luật hoặc nguồn thông tin thống kê.
1.2.1.2. Các thành phần và chức năng của GIS
Một hệ thống thông tin địa lý bao gồm 5 hợp phần chính, đó là: Phần cứng, phần
mềm, dữ liệu, con người và phương pháp. Việc lựa chọn và trang bị phần cứng và
phần mềm thường là những bước dễ dàng nhất và nhanh nhất trong quá trình phát triển
một hệ GIS. Việc thu thập và tổ chức dữ liệu, phát triển nhân sự và thiết lập các quy
định cho vấn đề sử dụng GIS thường khó khăn hơn và tốn nhiều thời gian hơn. Hệ
thống thông tin địa lý (GIS) co các chức năng chủ yếu là: Nhập dữ liệu; Quản lí dữ
liệu; Phân tích và truy vấn dữ liệu; Xuất dữ liệu.
Hình 1.1. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
15
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Hình 1.2. Các chức năng của hệ thống thơng tin địa lý
1.2.1.3. Mơ hình Vector và Raster
Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng khác nhau của thơng tin địa lý –
đó là vector và raster. Trong đó kiểu vector, thơng tin là các điểm (point), đường
(line), và vùng (polygon) được mã hóa và lưu theo tọa độ x,y. Một vị trí có đặc tính
điểm, như hố khoan được miêu tả bởi tọa độ x,y. Các yếu tố có đặc tính đường, giống
như các đường giao thông hoặc các sông được lưu bởi một tập hợp tọa độ các điểm.
Các yếu tố có dắc tính vùng, như khu vực bán hàng và lưu vực sơng, có thể được lưu
bởi tọa độ của một đường bao đóng kín. Kiểu vector vơ cùng hữu dụng để miêu tả các
thuộc tính riêng rẽ, nhưng khơng hữu dụng đối với các thuộc tính biến thiên liên tục
giống như loại đất hoặc mô tả vùng ảnh hưởng của các bệnh viện. Kiểu raster dành cho
mô tả các đối tượng có cùng thuộc tính biến thiên liên tục. Raster image bao gồm hệ
thống mạng lưới các ô nhỏ như ảnh quét hoặc tranh vẽ. Cả hai kiểu vector và raster
được dùng để lưu các thông tin địa lý đều có những mặt mạnh và mặt yếu.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
16
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Mơ hình dữ liệu vector hình thành trên cơ sở các vector với thành phần cơ bản
là điểm. Các đối tượng khác được tạo ra bằng cách nối các điểm bởi các đường thẳng
hoặc các cung. Vùng bao gồm một tập các đường thẳng. Thuật ngữ đa giác đồng nghĩa
với vùng trong cơ sở dữ liệu vector vì đa giác tạo bởi các đường thẳng nối với các
điểm. Như vậy, mơ hình dữ liệu vector sử dụng các đoạn thẳng hay điểm rời rạc để
nhận biết các vị trí của thế giới thực.
Mơ hình dữ liệu Raster không gian được chia thành các ô lưới đều, thường
được gọi là các điểm ảnh (pixel). Mỗi ô gồm một giá trị đơn và vị trí của nó. Độ phân
giải của raster phụ thuộc vào kích thước điểm ảnh của nó. Kích thước điểm ảnh càng
nhỏ, độ phân giải càng cao.
1.2.1.4. Các đặc điểm của GIS
a) Khả năng chồng xếp các bản đồ (Map Overlaying)
Việc chồng lắp các bản đồ trong kĩ thuật GIS là một khả năng ưu việt của GIS
trong việc phân tích các số liệu thuộc về khơng gian, để có thể xây dựng thành một
bản đồ mới mang đặc tính hồn tồn khác với bản đồ trước đây. Dựa vào kỹ thuật
chồng lắp các bản đồ mà ta có các phương pháp sau:
- Phương pháp cộng (sum)
- Phương pháp nhân (multiply)
- Phương pháp trừ (subtract)
- Phương pháp chia (divide)
- Phương pháp tính trung bình (average)
- Phương pháp hàm số mũ (exponent)
- Phương pháp che (cover)
- Phương pháp tổ hợp (crosstabulation)
b) Khả năng phân loại các thuộc tính (Reclassification)
Một trong những điểm nổi bật trong tất cả các chương trình GIS trong việc
phân tích các thuộc tính số liệu thuộc về khơng gian là khả năng của nó để phân loại
các thuộc tính nổi bật của bản đồ. Nó là một q trình nhằm chỉ ra một nhóm thuộc
tính thuộc về một cấp nhóm nào đó. Một lớp bản đồ mới được tạo ra mang giá trị mới,
mà nó được tạo thành dựa vào bản đồ trước đây.
Việc phân loại bàn đồ rất quan trọng vì nó cho ra các mẫu khác nhau. Một trong
những điểm quan trọng trong GIS là giúp để nhận biết các mẫu đó. Đó có thể là những
vùng thích nghi cho việc phát triển đô thị hoặc nông nghiệp mà hầu hết được chuyển
sang phát triển dân cư. Việc phân loại bản đồ có thể được thực hiện trên một hay nhiều
bản đồ.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
17
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
c) Khả năng phân tích (SPATIAL ANALYSIS)
Tìm kiếm (Searching)
Nếu dữ liệu được mã hóa trong hệ vector sử dụng cấu trúc lớp hoặc lớp phủ, thì
dữ liệu được nhóm lại với nhau sao cho có thể tìm kiếm một lớp một cách dễ dàng.
Trong GIS phương pháp này khó khăn khi mỗi một thành phần có nhiều thuộc
tính. Một hệ lớp đơn giản u cầu dữ liệu đối với mỗi lớp phải được phân lớp trước
khi đưa vào.
Ví dụ đường đi trên xe taxi, tìm đặc tính của một chủ hộ nào đó trên bản đồ giai
thừa, theo dõi hướng bay của các loại chim di cư.
Phép logic: Các thủ tục tìm kiếm dữ liệu sử dụng các thuật toán logic Boole để
thao tác trên các thuộc tính và đặc tính khơng gian. Đại số Boole sử dụng các toán tử
ADN, OR, NOT tùy từng điều kiện cụ thể cho giá trị đúng, sai.
Các phép tốn logic khơng có tính chất giao hốn, chỉ có mức độ ưu tiên cao
hơn. Nó khơng chỉ được áp dụng cho các thuộc tính mà cho các đặc tính không gian.
TD: cho hai bản đồ A & B như dưới với thuật tốn and và điều kiện “Tìm
những vị trí có đất phù sa và đang canh tác lúa” ta tìm kiếm được những đối tượng
khơng gian như bản đồ C.
Vùng đệm (Buffer zone)
Nếu đường biên bên trong thì gọi là lõi cịn nếu bên ngồi đường biên thì gọi là
đệm (buffer). Vùng đệm sử dụng nhiều thao tác phân tích và mơ hình hóa khơng gian.
Nội suy (Spatial Interpolation)
Trong tình huống thơng tin cho ít điểm, đường hay vùng lựa chọn thì nội suy
hay ngoại suy phải thực hiện để có nhiều thơng tin hơn. Nghĩa là phải giải đoán giá trị
hay tập giá trị mới, phần này mơ tả nội suy hướng điểm, có nghĩa một hay nhiều điểm
trong không gian được sử dụng để phát sinh giá trị mới cho vị trí khác nơi khơng đo
dữ liệu được trực tiếp.
Tính diện tích (Area Calculation)
Phương pháp thủ công:
+ Đếm ô
+ Đo thước tỉ lệ
Phương pháp GIS:
+ Dữ liệu Vector: chia nhỏ bản đồ dưới dạng đa giác
+ Dữ liệu Raster: tính diện tích của một ơ, sau đó nhân diện tích này với số
lượng ô của bản đồ.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
18
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
1.2.2. Cơng nghệ viễn thám (Remote Sensing)
1.2.2.1. Các khái niệm liên quan
a) Khái niệm viễn thám
Viễn thám là kĩ thuật thu nhận thông tin về đối tượng, về vùng hoặc về hiện
tượng thông qua việc phân tích dữ liệu thu nhận bởi thiết bị khơng tiếp xúc với đối
tượng, vùng hoặc hiện tượng đang nghiên cứu.
Chi tiết: Viễn thám có thể được định nghĩa như là kỹ thuật thu nhập dữ liệu bức
xạ điệm từ phản chiếu hoặc phát ra từ đối tượng trên mặt đất bằng cách sử dụng
(Remote Sensor) và từ đó rút ra thơng tin về đối tượng thơng qua q trình phân tích
các bức xạ điện từ.
Như vậy Viễn thám có thể được định nghĩa là một môn khoa học nghệ thuật,
nhờ nó mà các tính chất của đối tượng quan sát được xác định, đo đạc, thu thập và
phân tích mà khơng cần có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng.
b) Phân loại viễn thám
Viễn thám sử dụng các phản xạ, bức xạ điên từ để đo đạc xác định thơng tin về
đối tượng. Sóng điện từ có thể được coi như nguồn năng lượng chính trịn Viễn thám.
Viễn thám có thể được phân làm 3 loại cơ bản sau:
- Viễn thám trong giải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ.
Nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời với bước sóng ưu thế là 0.5
micromet. Thơng tin trên ảnh Viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng lượng
bức xạ từ vật thể và bề mặt trái đất. Và ảnh thu được bởi kỹ thuật này được gọi là ảnh
quang học.
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt.
Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể phát ra. Mỗi vật thể
ở trong điều kiện bình thường đều tự phát ra một bức xạ và sóng ưu thế ở loại Viễn
thám này là 10 micromet. Ảnh thu nhận ở kỹ thuật Viễn thám này gọi là ảnh Viễn
thám nhiệt.
- Viễn thám siêu cao tầng.
Viễn thám siêu cao tầng có hai loại kỹ thuật thu nhận là chủ động và bị động.
Viễn thám chủ động vệ tinh cung cấp cho các vật thể một nguồn năng lượng riêng, rồi
thu lại nguồn năng lượng phản xạ lại từ các vật thể. Còn kỹ thuật viễn thám bị động thì
thu nhận năng lượng bức xạ tự nhiên hoặc phản xạ từ một số đối tượng và bước sóng
ưu thế ở kỹ thuật viễn thám là trên 1mm.
1.2.2.2. Các nguyên lý cơ bản của viễn thám
a. Nguyên lý cơ bản trong viễn thám.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
19
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
Nguyên lý hoạt động cơ bản của Viễn thám dựa vào sóng điện từ được phản xạ
hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đối tượng.
- Mỗi một đối tượng thực phủ khác nhau sẽ cho các phản xạ hoặc bức xạ
khác nhau trong cùng một kênh phổ.
- Cùng một đối tượng thực phủ nhưng ở các bước sóng khác nhau sẽ cho các
phản xạ khác nhau.
- Nguồn năng lượng phản xạ hay bức xạ của các vật thể sau khi được thu
nhận bởi bộ cảm biến và sau đó được chuyển hóa thành dữ liệu ảnh số.
b. Nguyên lý thu chụp ảnh 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.
1. 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.
2. 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.
3. 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.
Hình 1.3. Nguyên lý thu nhận dữ liệu đƣợc sử dụng trong viễn thám.
4. 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.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
20
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
5. Sự truyền tải, nhận và xử lý (E) - năng lượng được 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.
6. Sự giải đốn 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.
7. Ứng dụng (G) - đây là thành phần cuối cùng trong qui trình xử lý của công
nghệ viễn thám. Thông tin sau khi được 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.
1.2.2.3. Các đặc trưng cơ bản của ảnh LANDSAT
a. Đặc điểm của ảnh Landsat
Vệ tinh Landsat được quản lý bởi công ty Earth Observation Satellitecuar Mỹđây là vệ tinh đầu tiên được thiết kế đặc biệt để quan sát bề mặt trái đất có tên là
ERTS-1 và được đổi thành Landsat. Vệ tinh Landsat đầu tiên được phóng vào năm
1972 . Hệ thống vệ tinh Landsat 1 cho tới 3 là hệ thống vệ tinh chuyển động theo quỹ
đạo trịn xung quanh trái đất. Có góc mựt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là
900 và có độ cao là 919 km, chu kì quỹ đạo là 103‟ và chu kì lặp là 18 ngày. Vệ tinh
Landsat 4 và 5 là hệ thống vệ tinh quỹ đạo gần cực, có góc mặt phẳng quỹ đạo so với
mặt phẳng xích đạo là 98,20. Vệ tinh Landsat được thiết kế có bề rộng tuyến chụp là
185 km và có thời điểm bay quanh xích đạo là 9h39‟ sáng đối với ảnh Landsat 1, 2, 3
và 10h30‟ sáng đối với Landsat 4, 5.
Vào năm 1993, vệ tinh Landsat 6 đã được phóng lên quỹ đạo với bộ cảm
ETM+, sau đó là vệ tinh Landsat 7 được phóng năm 1999. Bộ cảm ETM+ có những
tính năng vượt trội như độ chính xác của việc hiệu chỉnh bức xạ dữ liệu Landdsat 7 đã
được cải tiến đáng kể (độ chính xác hiệu chỉnh bức xạ dữ liệu đạt khoảng ±5%). Cùng
với thiết bị hiệu chỉnh chuyên biệt thiết kế dành riêng cho các kênh nhiệt (kênh 6L,
6H) được tích hợp trên bộ cảm biến ETM+, giá trị nhiệt bề mặt đất LST (Land Surface
Temperature) thu nhận được ngày càng có độ tin cậy cao. Ảnh vệ tinh Landsat được
thu từ ba bộ cảm biến MSS, TM và ETM+, được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác
nhau.
Vệ tinh thế hệ thứ 8 - Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành cơng lên quỹ đạo vào
ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM). Đây là dự
án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ. Landsat sẽ tiếp tục cung cấp
các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 - 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng như
những vùng địa hình khác nhau trên trái đất. Nhiệm vụ của Landsat 8 là cung cấp
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
21
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
những thơng tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo
dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và
lĩnh vực nông nghiệp. Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt
đất (OLI - Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS Thermal Infrared Sensor). Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và
độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước.
b. Đặc điểm tổng quát của các vệ tinh Landsat
Bảng 1.1 : Đặc điểm tổng quát của các vệ tinh Landsat
Độ cao
Độ nghiêng
Chu kỳ qũy
Chu kỳ lặp
Hệ thống tạo
quy ƣớc
quỹ đạo
đạo (Phút)
(Ngày)
ảnh
Landsat 1
918
900
103
18
MSS-RBV
Landsat 2
918
900
103
18
MSS-RBV
Landsat 3
918
900
103
18
MSS-RBV
Landsat 4
705
98.2
99
16
MSS-TM
Landsat 5
705
98.2
99
16
MSS-TM
Landsat 7
705
98.2
99
16
ETM+
Landsat 8
705
98.2
99
16
OLI và TIRS
Vệ tinh
c. Ứng dụng của Landsat
Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu
hiện trạng đến giám sát biến động và được sử dụng phổ biến nhất, với giá thành thấp,
dưới đây đề tài thống kê những ứng dụng chính của ảnh Landsat trong nghiên cứu:
Bảng 1.2 :Ứng dụng chính của ảnh Landsat 5 và 8 trong nghiên cứu
Kênh
Ứng dụng
1
Lập bản đồ ven biển, nghiên cứu các hệ sinh thái nước, theo dõi chất lắng
đọng trong nước, thành lập bản đồ dải ngầm san hô và độ sâu mực nước.
2
Được dùng để đo phản xạ cực đại phổ lục của thực vật, đánh giá tình trạng
của thực vật, thành lập bản đồ lớp phủ.
3
Xác định vùng hấp thụ clorophyl giúp phân biệt thực vật, để theo dõi tình
trạng của thực vật
4
Giám sát sinh khối thực vật, độ ẩm đất, dùng để phân biệt giữa nước với đất
cạn
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
22
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
5
Theo dõi áp lực hơi nước của thực vật, đo lường độ ẩm đất và thực vật, phân
biệt giữa tuyết và mây
6
Thành lập bản đồ nhiệt độ bề mặt, phân biệt độ ẩm đất và sự dày đặc của cây,
phân biệt giữa mây và bề mặt đất
7
Nhận biết khu vực có nhiệt độ bề mặt cao, theo dõi độ ẩm của thảm thực vật
8
Nghiên cứu sự thay đổi của đô thị
Trong nội dung đề tài đã sử dụng các ảnh TM các năm 2005 và 2010 và ảnh
OLI/TIRS của năm 2015 để làm tư liệu chính phục vụ cho việc nghiên cứu và giải
đốn.
Bảng 1.3 :Đặc trƣng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 5 (TM) và Landsat 8
(OLI/TIRS)
Độ phân
Bƣớc sóng
Vệ tinh
Kênh
giải
(micrometers)
(meters)
Band 1
0.45-0.52
30
Band 2
0.52-0.60
30
Band 3
0.63-0.69
30
Landsat 7 Band 4
0.77-0.90
30
(Bộ cảm Band 5
1.55-1.75
30
TM)
Band 6
10.40-12.50
60 (30)
Band 7
2.09-2.35
30
Band 8
0.52-0.90
15
Band 1 - Coastal aerosol
0.433 - 0.453
30
Band 2 – Blue
0.450 - 0.515
30
Band 3 – Green
0.525 - 0.600
30
Band 4 – Red
0.630 - 0.680
30
LDCM – Band 5 - Near Infrared (NIR)
0.845 - 0.885
30
Landsat 8
Band 6 - SWIR 1
1.560 - 1.660
30
(Bộ cảm
2.100 - 2.300
30
OLI
và Band 7 - SWIR 2
Band 8 – Panchromatic
0.500 - 0.680
15
TIRs)
Band 9 – Cirrus
1.360 - 1.390
30
Band 10 - Thermal Infrared 10.3 - 11.3
100
(TIR) 1
Band 11 - Thermal Infrared 11.5 - 12.5
100
(TIR) 2
1.2.3. Các phần mềm sử dụng trong nghiên cứu
1.2.3.1. Phần mềm xử lý và giải đoán ảnh viễn thám ENVI
ENVI là một phần mềm xử lý, giải đoán ảnh viễn thám rất mạnh, với các đặc
điểm như sau:
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
23
Báo cáo khóa luận tốt nghiệp
- Hiển thị, phân tích ảnh với nhiều kiểu dữ liệu và kích cỡ ảnh khác nhau.
- Môi trường giao diện thân thiện.
- Cho phép làm việc với từng kênh phổ riêng lẽ hoặc toàn bộ ảnh. Khi một file
ảnh được mở, mỗi kênh phổ của ảnh đó có thể được thao tác với tất cả các chức năng
hiện có của hệ thống. Với nhiều file ảnh được mở, ta dễ dàng lực chọn các kênh từ các
file ảnh để xử lý cùng nhau.
- ENVI cịn có cơng cụ chiết tách phổ, sử dụng như viện phổ, và các chức năng
chuyên cho phân tích ảnh phân giải phổ cao.
- Phần mềm ENVI được viết trên ngơn ngữ IDL. Đây là ngơn ngữ lập trình cấu
trúc, cung cấp khả năng tích hợp giữa xử lý ảnh và khả năng hiển thị với giao diện đồ
họa dễ sử dụng.
ENVI có rất nhiều phiên bản như 3.2, 3.5, 4.5,4.7… Mỗi khi phiên bản được cải
tiến và nâng cấp cho một hoặc một số modul.
Dễ dàng mở rộng và tùy biến các ứng dụng. Sản phẩm ảnh sau khi sử lý có thêt
xuất ra nhiều phần mềm biên tập bản đồ khác nhau như Mapinfor, ArcGis, Autocad,
Microtation,…
Hình 1.4 : Giao diện Module file của ENVI 4.5
1.2.3.2. Phần mềm ArcGIS
ArcGIS là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ
thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thơng tin trên mạng Internet
tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp.
SVTH: Lê Thị Liên_12CDMT
24
