Ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS chiết tách đất xây dựng và đất trống khu vực thị xã Điện Biên - Quảng Nam

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS CHIẾT TÁCH ĐẤT
XÂY DỰNG VÀ ĐẤT TRỐNG KHU VỰC THỊ XÃ ĐIỆN BÀN
– QUẢNG NAM
Nguyễn Thanh Hịa 1
TĨM TẮT
Q trình đơ thị hóa khơng chỉ làm gia tăng bề mặt khơng thấm mà cịn xuất hiện cả những diện tích đất
trống trong đô thị do bỏ hoang đất canh tác nông nghiệp hoặc các dự án “treo”. Phương pháp phân loại ảnh
viễn thám để thành lập bản đồ sử dụng đất trong đó có đất trống và đất xây dựng thường cho kết quả với độ
chính xác khơng cao do các đối tượng này dễ bị nhầm lẫn trên ảnh. Do đó, sử dụng phương pháp chiết tách
đất xây dựng từ ảnh chỉ số cho kết quả nhanh chóng và hiệu quả hơn. Nghiên cứu này, sử dụng chỉ số NDBI
và UI để chiết tách đất xây dựng và đất trống khu vực thị xã Điện Bàn – Quảng Nam. Kết quả nghiên cứu cho
thấy với thị xã Điện Bàn – Quảng Nam để chiết tách đất xây dựng và đất trống dùng chỉ số NDBI tốt hơn chỉ
số UI. Kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đó về việc sử dụng ảnh chỉ số để chiết tách đất xây
dựng và đất trống.
Từ khóa: Viễn thám, GIS, NDBI, UI, Điện Bàn,...
Nhận bài: 16/6/2022; Sửa chữa: 21/6/2022; Duyệt đăng: 23/6/2022.

1. Đặt vấn đề
Đơ thị hóa là một q trình tất yếu ở mỗi quốc gia,
trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, q trình đơ thị hóa
ở mỗi nước cũng diễn ra theo xu hướng nhanh, chậm
khác nhau bởi nó phụ thuộc vào điều kiện và trình độ
phát triển kinh tế - xã hội ở quốc gia đó. Tại Việt Nam,
thời gian qua, q trình đơ thị hóa đã diễn ra mạnh
mẽ tại các đô thị lớn, tạo hiệu ứng thúc đẩy đơ thị hóa
nhanh lan toả diện rộng trên phạm vi các tỉnh, các vùng
và cả nước, nhiều đô thị mới, khu đơ thị mới được hình
thành phát triển; nhiều đô thị cũ được cải tạo, nâng cấp
hạ tầng cơ sở,… Điều này cho thấy, các đô thị Việt Nam
đã và đang rất được chú trọng phát triển để nâng tầm
cao với kiến trúc hiện đại. Q trình đơ thị hóa diễn ra

nhanh và rộng khắp tại nhiều địa phương không chỉ tác
động làm gia tăng dân số ở khu vực thành thị mà còn
tác động đáng kể đến hệ sinh thái, hệ thống thủy văn,
đa dạng sinh học và khí hậu địa phương, tạo ra hiện
tượng đảo nhiệt đô thị. Việc nghiên cứu sự mở rộng
không gian đô thị và một trong những kết quả là hiện
tượng đảo nhiệt đơ thị ln cần những dữ liệu chính
xác về đơ thị như kích thước, hình dạng và bối cảnh
khơng gian. Do đó, cần phải áp dụng một số kỹ thuật
để nhanh chóng cung cấp thơng tin về tình hình phân
bố sử dụng đất đô thị giúp các nhà quản lý xây dựng
có thêm cái nhìn tổng thể về chiến lược phát triển bền
vững. Công nghệ GIS và viễn thám cùng với những áp
dụng khoa học công nghệ hiện đại khác có thể đáp ứng
1

được yêu cầu trên. Xuất phát từ những vấn đề đã nêu,
nghiên cứu này được thực hiện nhằm chiết tách đất xây
dựng và đất trống ở khu vực đô thị cụ thể là thị xã Điện
Bàn, tỉnh Quảng Nam thông qua các chỉ số NDBI và UI
được xác định từ ảnh vệ tinh.
2. Dữ liệu và phạm vi nghiên cứu
Thị xã Điện Bàn thuộc tỉnh Quảng Nam có diện tích
tự nhiên là 21.471 ha, trong đó có 10.046 ha đất nơng
nghiệp. Dân số là 203.295 người. Đơn vị hành chính
gồm 20 xã, phường trong đó phường Vĩnh Điện là
trung tâm thị xã.
Địa bàn thị xã Điện Bàn trải từ 15050’ đến 15057’
vĩ độ Bắc và từ 1080 đến 108020’ kinh độ Đông, cách
tỉnh lỵ Tam Kỳ 48km về phía Bắc, cách thành phố Đà

Nẵng 25km về phía Nam. Phía Bắc giáp huyện Hịa
Vang (thành phố Đà Nẵng), phía Nam giáp huyện Duy
Xun, phía Đơng Nam giáp thành phố Hội An, phía
Đơng giáp biển Đơng, phía Tây giáp huyện Đại Lộc.
Tư liệu vệ tinh Landsat 8 của khu vực thị xã Điện
Bàn được tải từ trang />của Hội khảo sát địa chất Hoa Kỳ với thông tin trong
bảng dưới đây:

Khoa Cơng trình, Trường Đại học Cơng nghệ Giao thông Vận tải

72

Chuyên đề II, tháng 6 năm 2022

Mã ảnh

Ngày chụp

LC08_L2SP_124049_ 09/07/2020
20200709_20200912_
02_T1

Độ phân giải (m)
30x30


KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

3. Phương pháp nghiên cứu

3.1. Tiền xử lý ảnh viễn thám
Ảnh Landsat 8 khu vực thị xã Điện Bàn, Quảng Nam
sau khi được tải về từ Internet cần được hiệu chỉnh bức
xạ và hiệu chỉnh khí quyển.
Hiệu chỉnh bức xạ là quá trình chuyển đổi giá trị số
nguyên thành giá trị bức xạ điện từ thu nhận được bởi
bộ cảm. Hiệu chỉnh bức xạ nhằm loại bỏ sự khác biệt
giữa giá trị ghi trong ảnh và giá trị phản xạ phổ bề mặt,
giúp giảm sự khác biệt giá trị phản xạ phổ của các đối
tượng ở các Sensors khác nhau.
Lλ = ML * Qcal + AL(1)
Trong đó:
+ ML, AL là hệ số chuyển đổi (các giá trị của các
thông số này nằm trong metadata của ảnh Landsat 8).
+ Qcal là giá trị số của ảnh (DN).
Bức xạ điện từ thu nhận được bởi bộ cảm chịu ảnh
hưởng của khí quyển. Hiệu chỉnh khí quyển là làm
giảm ảnh hưởng của sự hấp thụ, tán xạ gây ra bởi các
thành phần có trong khí quyển đến giá trị phản xạ bề
mặt.
ρ’ = [Mp. Qcal + Ap]/ sinθse
(2)
Trong đó:
+ ρ’ - giá trị phản xạ phổ tại đỉnh khí quyển (TOA
reflectance);
+ Mp, Ap - hệ số chuyển đổi;
+ Qcal - giá trị số nguyên của ảnh.
3.2. Phương pháp tạo ảnh chỉ số từ việc chiết tách
đất đô thị
UI, NDBI là các chỉ số đô thị được đề xuất đối với

các cảm biến của Landsat 7 TM đã được điều chỉnh cho
phù hợp với các kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat 8
theo các công thức (3) và (4).
Chỉ số UI được Kawamura và cộng sự phát triển để
chiết tách đất đô thị khu vực Colombo - Sri Lanka từ
ảnh Landsat TM [2].
SWIR 2 NIR Band 7 Band 5
UI

(3)
SWIR 2 NIR Band 7 Band 5
Căn cứ vào đặc tính phản xạ phổ của đất xây dựng
là phản xạ thấp với bước sóng NIR và phản xạ cao
với bước sóng MIR; Zha, Gao và Ni đã phát triển chỉ
số NDBI bằng cách sử dụng kênh 5 (NIR) và kênh 6
(SWIR) của ảnh Landsat TM để hỗ trợ lập bản đồ khu
vực đô thị [1]
SWIR1 NIR Band 6 Band 5
(4)
NDBI
SWIR1 NIR

Band 6 Band 5

3. Kết quả nghiên cứu

3.1. Ảnh vệ tinh đã được xử lý
Kênh 5, 6, 7 được hiệu chỉnh khí quyển với các giá
trị Mρ = 0.00002; Aρ = -0.1 và θse = 64.722031210

Kênh 5

Kênh 6

Kênh 7

3.2. Chiết tách đất xây dựng và đất trống bằng
ảnh chỉ số

3.3. Đánh giá độ chính xác
Để đánh giá độ chính xác, kiểm tra ngẫu nhiên từ ảnh
phân ngưỡng chỉ số UI và NDBI năm 2020 với file .shp
dạng line lớp dân cư được chiết tách từ bản đồ địa hình
khu vực thị xã Điện Bàn, Quảng Nam tỷ lệ 1/50000 được
thành lập năm 2019. Lớp đất dân cư tương đối chồng
khít với ảnh phân ngưỡng chỉ số UI và NDBI năm 2020
cho thấy độ chính xác tổng thể khá tốt.
Chuyên đề II, tháng 6 năm 2022

73


Kết quả đánh giá định lượng cho thấy độ chính xác
toàn cục khi sử dụng các chỉ số NDBI và UI đạt được
lần lượt là 92,33 và 89,94. Hệ số Kappa tương ứng là
0,78 và 0,72. Để có thêm sự so sánh, bản đồ lớp phủ
thành lập từ ảnh vệ tinh phân loại dựa trên thuật toán
xác suất cực đại, độ chính xác tồn cục chỉ đạt 70,24 và
hệ số Kapa tương ứng là 0,58. Điều này cho thấy việc
sử dụng ảnh chỉ số vừa nhanh chóng và hiệu quả hơn.

4. Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu cơ sở lý thuyết và chiết
tách đất xây dựng và đất trống từ ảnh viễn thám bằng
ảnh chỉ số với khu vực thị xã Điện Bàn, Quảng Nam,
một số kết luận được rút ra như sau:
- Các chỉ số đều phản ánh đất xây dựng ứng với
ngưỡng giá trị cao, tiếp đến là đất trống và thấp nhất là
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Zha, Y., J. Gao, and S. Ni (2003). “Use of normalized
difference built-up index in automatically mapping urban
areas from TM imagery.” International Journal of Remote
Sensing, 24, no. 3: 583-594.
2. Kawamura, M.; Jayamana, S.; Tsujiko, Y (1996). Relation
between social and environmental conditions in Colombo
Sri Lanka and the urban index estimated by satellite
remote sensing data. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens,
31, 321–326
3. Xu, H. Analysis of impervious surface and its impact on
urban heat environment using the normalized difference
impervious surface index (NDISI). Photogramm. Eng.
Remote Sens. 2010, 76, 557–565

các đối tượng khác. Kết quả này hồn tồn phù hợp với
các nghiên cứu trước đó.
- Chiết tách đất xây dựng: Dùng chỉ số NDBI tốt
hơn chỉ số UI đối với khu vực thị xã Điện Bàn, Quảng
Nam. Cả hai chỉ số NDBI và UI đều phân nhầm nước
sông vào đất xây dựng.
- Chiết tách đất trống: Dùng chỉ số NDBI tốt hơn,
chỉ số UI tuy nhiên hai chỉ số này vẫn bị nhầm lẫn đất

trống ở một số vị trí.
Chiết tách đất xây dựng và đất trống từ ảnh viễn
thám giúp nhanh chóng cập nhật thơng tin về tình
hình sử dụng đất đơ thị phục vụ cho công tác quản lý
đất đai của các địa phương được tốt hơn, giúp chính
quyền địa phương có những chính sách phù hợp để
phát triển một cách bền vững■
4.Xu, H.Q (2008). A new index for delineating
built-up
land
features
in
satellite
imagery.
In t . J . R e m o t e S e n s . , 2 9 , 4 2 6 9 – 4 2 7 6 . h t t p s : / / d o i .
org/10.1080/01431160802039957
5. Qian, J.; Zhou, Q.; Chen, X (2010). Improvement of urban
land use and land cover classification approach in arid
areas. In Proceedings of the International Society for Optics
and Photonics Image and Signal Processing for Remote
Sensing XVI, Toulouse, France, 20–22 September.
6. Zhou, Y.; Yang, G.; Wang, S.; Wang, L.; Wang, F.; Liu, X
(2014). A new index for mapping built-up and bare land
areas from Landsat-8 OLI data. Remote Sens. Lett., 5, 862–
871.

APPLICATION OF REMOTE SENSING IMAGE DATA AND GIS
SEPARATING CONTRUCTION LAND AND BARE LAND IN DIEN BAN
– QUANG NAM
Nguyen Thanh Hoa

University of Transport Technology

ABSTRACT
The process of urbanization not only increases the impermeable surface, but also appears vacant land
in the city due to abandoned agricultural land or "hanging" projects. The method of classifying remote
sensing images to create land use maps including bare land and construction land often gives results with low
accuracy because these objects are easily confused on the image. Using the soil extraction method constructed
from index images gives quicker and more efficient results. This study uses NDBI and UI indexes to extract
construction land and bare land in Dien Ban - Quang Nam. The study results show that for Dien Ban - Quang
Nam to extract construction land and bare land using NDBI index better than UI index. This result is also
consistent with previous studies on using index images to extract construction land and bare land.
Key words: Remote sensing, GIS, NDBI, UI, Dien Ban,...

74

Chuyên đề II, tháng 6 năm 2022