Luận văn thạc sĩ HUS sử dụng tư liệu ảnh viễn thám nghiên cứu và dự báo xu thế biến động lớp phủ mặt đất huyện từ liêm, thành phố hà nôi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.84 MB, 90 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐỊA LÝ
----------------
NGUYỄN MỸ TƢƠI
SỬ DỤNG TƢ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU VÀ DỰ
BÁO XU THẾ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN TỪ
LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HÀ NỘ I – 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
1
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------
NGUYỄN MỸ TƢƠI
SỬ DỤNG TƢ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU VÀ DỰ
BÁO XU THẾ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN TỪ
LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Chuyên ngành : Bản đồ, Viễn thám và Hệ thông tin địa
lý
Mã số: 60.44.76
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢ Ờ I H Ƣ Ớ NG D ẪN KH O A H Ọ C:
TS . LÊ QU ỐC HƢ NG
HÀ NỘI – 2011
2
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. 5
DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................... 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................ 7
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 8
1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 8
2. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 10
3. Nhiệm vụ của đề tài ............................................................................................ 10
4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 10
5. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 10
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 11
7. Cấu trúc của luận văn ......................................................................................... 11
Chƣơng 1. CƠ SỞ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................... 12
BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT ................................................................ 12
1.1. Khái niệm và một số hệ phân loại lớp phủ mặt đất ......................................... 12
1.1.1. Khái niệm về lớp phủ mặt đất ................................................................... 12
1.1.2. Hệ phân loại lớp phủ mặt đất ................................................................... 13
1.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất ............................... 16
1.2.1. Biến động lớp phủ mặt đất........................................................................ 16
1.2.2. Các nguyên nhân gây ra biến động .......................................................... 16
1.2.3. Các phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất ....................... 18
1.2.3.1. Phương pháp so sánh sau phân loại ..................................................... 18
1.2.3.2. Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian ............................... 19
1.2.3.3. Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ ........................................ 20
1.2.3.4. Phương pháp số học .............................................................................. 21
1.3. Cơ sở phƣơng pháp luận xác định biến động lớp phủ mặt đất ứng dụng cơng
nghệ viễn thám ....................................................................................................... 22
1.4. Tổng quan các cơng trình ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp
phủ mặt đất. ............................................................................................................ 23
1.4.1. Tình hình nghiên cứu lớp phủ trên thế giới .............................................. 23
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................. 23
Chƣơng 2. CƠ SỞ SỬ DỤNG TƢ LIỆU VIỄN THÁM .................................. 26
TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT ....................... 26
2.1. Công nghệ viễn thám và ảnh vệ tinh độ phân giải cao ................................... 26
2.1.1. Công nghệ viễn thám ................................................................................ 26
2.1.2. Ảnh vệ tinh độ phân giải cao .................................................................... 28
2.2. Đặc trƣng phản xạ phổ của các đơi tƣợng tự nhiên ......................................... 31
2.2.1. Đặc tính phản xạ phổ của thực vật ........................................................... 32
2.2.3. Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng ..................................................... 33
2.3. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám vào nghiên cứu biến động lớp phủ
mặt đất .................................................................................................................... 33
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ........................... 38
VIỄN THÁM VÀ GIS VÀO NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ ................................ 38
KHU VỰC HUYỆN TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI. ............................... 38
3.1. Khái quát về khu vực nghiên cứu .................................................................... 38
3.1.1. Điều kiện tự nhiên ..................................................................................... 38
3
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
3.1.2. Điều kiện xã hội ........................................................................................ 38
3.2. Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất
giai đoạn 1995 - 2009 ............................................................................................. 40
3.2.1. Tư liệu sử dụng ......................................................................................... 40
3.2.2. Chiết tách thông tin trên ảnh viễn thám ................................................... 40
3.2.3. Xây dựng quy trình thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất ............ 46
3.2.4. Thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm giai đoạn
1995 - 2009 ......................................................................................................... 48
3.3. Phân tích, thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm giai
đoạn 1995 - 2002 – 2009 ........................................................................................ 63
Chƣơng 4. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT KHU VỰC
NGHIÊN CỨU.................................................................................................. 68
4.1. Tầm quan trọng của công tác đánh giá biến động lớp phủ mặt đất................. 68
4.2. Đánh giá biến động các đối tƣợng................................................................... 68
4.2.1. Đất ở và xây dựng..................................................................................... 68
4.2.2. Đất nông nghiệp ....................................................................................... 69
4.2.3. Mặt nước ................................................................................................... 70
4.2.4. Đất trống ................................................................................................... 71
4.3. Nhận xét về vấn đề đơ thị hóa ......................................................................... 72
4.4. Ứng dụng mơ hình phân tích chuỗi Markov và mạng tự động dự báo thay đổi
lớp phủ mặt đất ....................................................................................................... 73
4.4.1.
Quy trình các bước nghiên cứu dự báo thay đổi lớp phủ mặt đất tới năm
2023
73
4.4.2. Xây dựng ma trận chuyển dịch dựa vào chuỗi Markov ............................ 80
4.4.3. Mơ hình hóa sự biến đổi lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm dựa vào bài toán
CA_Markov ......................................................................................................... 80
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 87
KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 89
4
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
FAO
Tổ chức Nông lƣơng Thế giới
GIS
Hệ thống thông tin địa lý
GLCN
Global Land Cover Network
GPS
Global Positioning System
HTSDĐ
Hiện trạng sử dụng đất
LCCS
Land Cover Classification System
MaDCAT
Mapping Device – Change Analysis Tool
UNEP
Chƣơng trình Mơi trƣờng Liên hợp quốc
U.S.G.S
United State Geological Survey
5
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ tổng qt về lớp phủ mặt đất ........................................................................14
Hình 1.2: Phƣơng pháp so sánh sau phân loại ........................................................................19
Hình 1.3: Phƣơng pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian ..................................................20
Hình 1.4: Phƣơng pháp phân tích vector thay đổi phổ ...........................................................20
Hình 2.1: Ảnh vệ tinh IKONOS .............................................................................................29
Hình 2.2: Đặc điểm phổ phản xạ của các đối tƣợng tự nhiên chính .......................................32
Hình 3.1: Khu vực nghiên cứu ................................................................................................ 38
Hình 3.2: Quy trình thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất ..........................................47
Hình 3.3: Ảnh SPOT huyện Từ Liêm năm 1995, 2002 và 2009 ............................................48
Hình 3.4: Giao diện phần mềm MaDCAT ..............................................................................52
Hình 3.5: Ảnh mở bằng cơng cụ Raster manager ...................................................................53
Hình 3.6: Lựa chọn thơng số cho phân tách ảnh segmentation. .............................................54
Hình 3.7: Kết quả phân tách ảnh thành các vùng ...................................................................55
Hình 3.8: Hệ thống phân loại lớp phủ ( LCCS) ......................................................................55
Hình 3.9: Cơng cụ Automatic Clustering ..............................................................................56
Hình 3.10: Tạo vùng mẫu .......................................................................................................57
Hình 3.11: Cơng cụ chọn vùng mẫu .......................................................................................57
Hình 3.12: Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm năm 1995 .............................59
Hình 3.13: Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm năm 2002 .............................60
Hình 3.14: Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm năm 2009 .............................61
(Thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1: 65 000) ........................................................................................61
Hình 3.15: Cơ cấu lớp phủ thời điểm 1995.............................................................................62
Hình 3.16: Cơ cấu lớp phủ thời điểm 2002.............................................................................62
Hình 3.17: Cơ cấu lớp phủ thời điểm 2009.............................................................................62
Hình 3.18: Chồng xếp kết quả phân loại thời điểm 1995 và 2002 .........................................63
Hình 3.19: Biểu tƣợng cho các đối tƣợng phục vụ biên tập các bản đồ biến động ................63
Hình 3.20: Bản đồ biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 1995 – 2002 ...................................64
Hình 3.21: Bản đồ biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 2002 – 2009 ...................................65
Hình 3.22: Biểu đồ diện tích các loại lớp phủ các thời điểm ..................................................67
Hình 4.1. Đồ thị thay đổi diện tích đất ở và xây dựng(ha) .....................................................69
Hình 4.2. Đồ thị thay đổi diện tích đất nơng nghiệp (ha) .......................................................70
Hình 4.3. Đồ thị thay đổi diện tích mặt nƣớc (ha) ..................................................................71
Hình 4.4. Đồ thị thay đổi diện tích đất trống(ha) ....................................................................72
6
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Hình 4.5: Quy trình dự báo biến đổi lớp phủ mặt đất khu vực nghiên cứu ............................74
Hình 4.6: Quy trình các bƣớc phân cấp thích hợp ..................................................................75
Hình 4.7: Ảnh phân cấp thích hợp cho dân cƣ và xây dựng ...................................................78
Hình 4.8: Ảnh phân cấp thích hợp cho đất trống ....................................................................78
Hình 4.9: Ảnh phân cấp thích hợp cho nơng nghiệp .............................................................. 79
Hình 4.10: Ảnh phân cấp thích hợp cho mặt nƣớc ................................................................ 79
Hình 4.11: Xây dựng ma trận chuyển dịch dựa vào chuỗi Markov trong Idrisi Andes 15.0 ..80
Hình 4.12: Mơ hình hóa biến đổi đất đơ thị dựa vào CA_Markov .........................................81
Hình 4.13: Kết quả mơ hình hóa biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm đến 2009 ........81
Hình 4.14: Kiểm chứng kết quả mơ hình hóa và ảnh phân loại thực tế năm 2009 .................82
Hình 4.15: Kết quả kiểm chứng giữa ảnh mơ hình hóa và ảnh phân loại năm 2009 ..............82
Hình 4.16: Mơ hình hóa dự báo biến đổi lớp phủ mặt đất tới năm 2016 dựa vào CA_Markov ....83
Hình 4.17: Ảnh dự báo lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm năm 2016 .......................................83
Hình 4.18: Mơ hình hóa dự báo biến đổi lớp phủ mặt đất tới năm 2023 dựa vào CA_Markov .84
Hình 4.19: Ảnh dự báo lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm năm 2023 .......................................84
Hình 4.20: Đồ thị biến động diện tích lớp phủ mặt đất xác định bằng phân loại ảnh và dự
báo bằng mô hình giai đoạn 1995 - 2023 ................................................................................85
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật ảnh IKONOS ............................................................................29
Bảng 2.2: Một số thông số của ảnh QuickBird .......................................................................30
Bảng 2.3: Đặc điểm hệ thống SPOT .......................................................................................31
Bảng 2.4: Các thông số kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh quang học cơ bản ....................35
Bảng 3.1: Một số dấu hiệu giải đoán trên ảnh tổ hợp màu giả chuẩn .....................................41
Bảng 3.2 Hệ thống chú giải của ảnh lớp phủ mặt đất trong khu vực nghiên cứu ...................48
Bảng 3.3: Hệ thống mẫu giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu ......................................50
Bảng 3.4: Các đối tƣợng cần phân loại ...................................................................................56
Bảng 3.5: Mẫu phân loại các đối tƣợng ..................................................................................58
Bảng 4.1: Bảng kết quả biến động diện tích lớp phủ mặt đất xác định bằng phân loại ảnh và
dự báo bằng mơ hình giai đoạn 1995 - 2023 ..........................................................................85
7
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Q trình đơ thị hóa mạnh mẽ cùng với sự gia tăng dân số đã dẫn tới sự thay đổi
lớn trong hiện trạng sử dụng đất ở hầu hết các tỉnh thành ở Việt Nam, đặc biệt là thủ
đô Hà Nội_trung tâm văn hóa, chính trị, kinh tế, xã hội của cả nƣớc. Trong những
năm gần đây, tốc độ đơ thị hóa ở thành phố Hà Nội diễn ra rất nhanh. Đất nông
nghiệp nhanh chóng bị thu hẹp để nhƣờng chỗ cho các loại hình khác nhƣ các khu
dân cƣ, các khu cơng nghiệp, các cơng trình cơng cộng khác. Việc nghiên cứu biến
động trên diện rộng và thời gian dài là vấn đề cần thiết cho các cơ quan quản lý của
thành phố, vì vùng ven đơ sẽ là cầu nối giữa các vùng nông thôn, các thành phố vệ
tinh với Hà Nội. Ví dụ: ở nơi tiếp giáp nơng thơn và đô thị, trong một khoảng thời
gian ngắn, một vùng đất nông nghiệp bị biến thành đất cây xanh trong khu đơ thị. Sự
thay đổi này gây khó khăn cho các nhà hoạch định chính sách trong việc thay đổi các
chính sách trong vùng đó bởi vì việc điều tra tiến hành 5 năm một lần ở nƣớc ta.
Trong ba thập kỷ gần đây, công nghệ và phƣơng pháp viễn thám phát triển hết
sức nhanh chóng với sự xuất hiện của các đầu thu phát đời mới, nhờ đó ảnh thu đƣợc
có độ phủ rộng ở các tỷ lệ và độ phân giải ngày càng lớn, góp phần hữu ích phục vụ
cho quản lý và giám sát trong công tác quản lý và dự báo lớp phủ mặt đất.
So với các tƣ liệu viễn thám trƣớc đây, bằng công nghệ mới cho phép chúng ta
cập nhật thông tin, tiến hành nghiên cứu một cách nhanh chóng, hiệu quả, tiết kiệm
đƣợc thời gian và công sức, các tƣ liệu hiện nay đi đôi với việc giảm giá giá thành là
tăng độ phân giải. Sự phát triển công nghệ viên thám tạo ra ảnh hƣởng tích cực đến
các tổ chức điều phối và giám sát mặt đất bao gồm giám sát sự biến động lớp phủ mặt
đất và cả đất sử dụng với sự biến đổi đa tỷ lệ không gian. Công nghệ hiện nay cịn
cho phép lựa chọn và phân tích dữ liệu bởi hiệu chỉnh tán xạ mặt đất, khí quyển, quỹ
đạo vệ tinh, và việc kết hợp dữ liệu GPS, các lớp dữ liệu và chức năng GIS, và môt số
mơ hình khác, càng tăng thêm tính xác thực của kết quả. Vì vậy, tƣ liệu viễn thám là
một nguồn số liệu hết sức có giá trị để chiết tách các thông tin lớp phủ bề mặt. Với
nhu cầu tăng số lƣợng và chất lƣợng thông tin, công nghệ viễn thám cịn hữu ích cho
cả tƣơng lai trong chun ngành này. Vì vậy, mục tiêu sử dụng tƣ liệu viễn thám và
các công cụ khác trong giám sát sự biến đổi lớp phủ là hết sức cần thiết, đúng đắn và
hữu ích. Các cơ quan hoạch định kế hoạch và giám sát lớp phủ có nhiều trách nhiệm
8
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
và nghĩa vụ trong công việc này nhƣng khả năng của họ trong việc thực hiện nhiệm
vụ này bị hạn chế bởi thơng tin mới về loại hình và tốc độ biến đổi lớp phủ, thậm chí
hạn chế cả thơng tin về các cấu thành nhƣ nguyên nhân, phân bố, tốc độ biến động
lớp phủ.
Từ Liêm là một huyện ngoại thành Hà Nội, nơi có q trình đơ thị hóa nhanh.
Để quản lý, phát triển bền vững, một trong những nhiệm vụ đặt ra là cần đánh giá
biến động lớp phủ mặt đất.
Từ trƣớc đến nay ở nƣớc ta, ứng dụng của viễn thám trong điều tra sự biến động
là hết sức cần thiết nhƣng chƣa có một quy trình chuẩn (rất đơn giản hay các kết quả
đạt đƣợc chiết tách các ảnh vệ tinh trƣớc đây nhƣ: Ứng dụng công nghệ viễn thám
trong nghiên cứu biến động sử dụng đất thành phố Đà Nẵng; Ứng dụng viễn thám
theo dõi biến động đất đô thị của thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An; Ứng dụng công nghệ
viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động lớp phủ thực vật rừng huyện Ngọc Hiển
và Năm Căn, Cà Mau.) hay giao trách nhiệm cho một tổ chức cụ thể ở các từng địa
phƣơng, từng vùng; và kể cả chính phủ cũng đang rất cần các thông tin chiết tách từ
ảnh viễn thám để hoạch định điều chỉnh chính sách của địa phƣơng, vùng hay cả
nƣớc dựa vào xu thế và dự báo biến động.
Viễn thám (sử dụng tƣ liệu độ phân giải cao) kết hợp GIS tạo ra các bản đồ hay
quy trình thứ cấp cịn hỗ trợ đƣa ra các quyết định trên cơ sở độ chính xác cao, nhanh
chóng và giá thành rẻ. Tuy nhiên, sự phát triển, nghiên cứu và ứng dụng viễn thám và
GIS cũng rất cần đến kinh nghiệm và sự hiểu biết trong các chuyên sâu.
Trong tƣơng lai gần, với các dự án và đầu tƣ về số lƣợng và các loại hình vệ
tinh, việc sử dụng kết quả dự báo xu thế hay hiện trạng tức thời của lớp phủ sẽ ngày
càng dễ dàng và chính xác hơn.
Tại nƣớc ta hiện nay, với nguồn lực và việc đầu tƣ mới một số trạm thu nhận
ảnh vệ tinh độ phân giải ngày càng cao, chúng tác giả khẳng định hƣớng đi này là hết
sức đúng đắn, cần thiết.
Đặc biệt, với việc sử dụng cả ảnh SPOT 5 trong Đề tài, tác giả hy vọng sẽ tạo
đƣợc cơ sở dữ liệu thực nghiệm có độ chính xác cao hơn hẳn trƣớc đây, khi mà các
ứng dụng theo hƣớng này còn sơ sài và chỉ sử dụng các ảnh viễn thám độ phân giải
thấp và trung bình, trong thời kỳ đơ thị hố chƣa nhanh nhƣ hiện nay tại vùng nghiên
cứu thử nghiệm.
9
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Chính vì các lý do trên, tác giả chọn đề tài: “Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám
nghiên cứu và dự báo xu thế biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm, Thành
phố Hà Nội”
Đề tài sẽ đi sâu vào các nơi dung chính sau: (1) Nghiên cứu tổng quan về tƣ liệu
viễn thám độ phân giải cao, dữ liệu và các phƣơng pháp lịch sử, (2) chứng minh tính
đúng đắn và đƣa ra quy trình tiêu chuẩn có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn, và
(3) nghiên cứu, đƣa ra xu thế biến động vùng nghiên cứu và đề xuất ứng dụng mơ
hình trong sản xuất.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là nâng cao vai trị của tƣ liệu viễn thám nói chung và ảnh
viễn thám độ phân giải cao nói riêng trong việc nghiên cứu biến động lớp phủ mặt
đất. Các mục tiêu của đề tài là:
- Nghiên cứu hiện trạng lớp phủ mặt đất khu vực có sử dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh
độ phân giải cao.
- Đƣa ra xu thế biến động một số yếu tố lớp phủ bề mặt nhƣ: đất nông nghiệp,
đất ở và xây dựng, đất bằng chƣa sử dụng, mặt nƣớc.
3. Nhiệm vụ của đề tài
Để đạt đƣợc những mục tiêu đề ra, đề tài sẽ thực hiện các nhiệm vụ chính
nhƣ sau:
- Tìm hiểu tình hình ứng dụng cơng nghệ viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ ở
Việt Nam và Hà Nội nói riêng.
- Xử lý ảnh vệ tinh của khu vực huyện Từ Liêm thu thập đƣợc.
- Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất.
- Dự báo xu thế biến động lớp phủ mặt đất.
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất khu vực huyện Từ Liêm, tập trung vào
các đối tƣợng: đất nông nghiệp, đất ở, đất bằng chƣa sử dụng, mặt nƣớc.
Khu nghiên cứu thuộc huyện Từ Liêm, thành phố Hà Nội
5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện, đề tài sử dụng hệ phân loại LCCS và phần mềm MadCat. Bên
cạnh đó là các phƣơng pháp:
10
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
- Phƣơng pháp viễn thám: bao gồm xử lý, phân loại, chiết tách các thông tin lớp
phủ từ ảnh vệ tinh, … đặc biệt là ảnh SPOT5
- Phƣơng pháp điều tra thực địa: Thu thập dữ liệu, điều tra, kiểm chứng các
kết quả.
- Phƣơng pháp bản đồ: thực hiện các cơng tác biên tập, chỉnh sửa, trình bày
kết quả…
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các kết quả đạt đƣợc của luận văn:
- Đã xây dựng đƣợc các bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất ở 3 thời điểm 1995,
2002, 2009, từ đó xây dựng các bản đồ biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 1995 –
2002, 2002 – 2009 bằng phƣơng pháp viễn thám và GIS.
- Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 1995 - 2009 và dự báo biến
động lớp phủ mặt đất đến 2023 cho khu vực nghiên cứu.
Với kết quả đạt đƣợc trong đề tài , một lần nữa nhấn mạnh và góp phần nâng
cao vai trị của tƣ liệu viễn thám trong các khía cạnh xã hội khác. Các kết quả thu
đƣợc góp phần cập nhật thơng tin về lớp phủ mặt đất khu vực huyện Từ Liêm, nó
giúp cho các nhà quản lý đƣa ra đƣợc các quyết định và xây dựng kế hoạch phát triển
lâu dài một cách hợp lý hơn. Bên cạnh đó, việc đƣa ra các dự đoán về lớp phủ trong
khu vực góp phần quan trọng trong chiến lƣợc phát triển của khu vực.
Đề tài cũng góp phần vào việc nghiên cứu các phần mềm chuyên dụng cho lớp
phủ mặt đất với hệ thống phân loại đối tƣợng khá đầy đủ, và mơ hình dự báo biến
động lớp phủ mặt đất.
7. Cấu trúc của luận văn
Bên cạnh phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT
ĐẤT;
Chƣơng 2. CƠ SỞ SỬ DỤNG TƢ LIỆU VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN
CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT;
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ KHU VỰC HUYỆN TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI;
Chƣơng 4. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT KHU VỰC
NGHIÊN CỨU
11
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Chƣơng 1. CƠ SỞ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT
1.1. Khái niệm và một số hệ phân loại lớp phủ mặt đất
1.1.1. Khái niệm về lớp phủ mặt đất
Theo tổ chức lƣơng thực thế giới (FAO) khái niệm lớp phủ mặt đất là một khái
niệm cơ bản, bởi vì trong nhiều hệ thống phân loại và chú giải có sự nhầm lẫn giữa
lớp phủ mặt đất và sử dụng đất. Theo đó, lớp phủ mặt đất đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
Lớp phủ mặt đất là những đối tượng vật chất quan sát được trên bề mặt trái đất.
Khi nghiên cứu lớp phủ mặt đất một cách thuần túy và chính xác thì lớp phủ
mặt đất thể hiện trạng thái của thực vật và các hoạt động của con ngƣời[10]. Do đó,
các khu vực mà bề mặt là đá trọc hay đất trống thƣờng giữ nguyên tên thay vì coi đó
là lớp phủ mặt đất. Ngồi ra, cịn có những tranh cãi mặc dù mặt nƣớc thật sự là lớp
phủ mặt đất. Tuy vậy, trong thực tế các nhà khoa học thƣờng mơ tả các khía cạnh
thuộc các thành phần của lớp phủ mặt đất[2].
Một khái niệm khác, lớp phủ mặt đất là trạng thái vật chất của bề mặt trái đất.
Lớp phủ bề mặt là sự kết hợp của nhiều thành phần nhƣ: thực phủ, thỗ nhƣỡng, đá
gốc và mặt nƣớc chịu sự tác động của các nhân tố tự nhiên nhƣ nắng, gió, mƣa bão và
các hoạt động nhân tạo nhƣ khai thác đất để trồng trọt, xây dựng cơng trình phục vụ
đời sống con ngƣời.
Khái niệm lớp phủ mặt đất khác với sử dụng đất, nhƣng các đối tƣợng của
chúng lại có sự tƣơng quan mật thiết. Sử dụng đất mô tả cách thức con ngƣời sử dụng
đất và các hoạt động kinh tế-xã hội xảy ra trên mặt đất, những hoạt động này là sự tác
động trực tiếp lên bề mặt đất, chính vì vậy mà một số loại hình sử dụng đất cũng là
đối tƣợng của lớp phủ mặt đất, ví dụ nhƣ đất đơ thị và đất nơng nghiệp. Một số loại
hình sử dụng đất khác nhƣ công viên, sân gôn theo góc độ lớp phủ bao gồm thảm cỏ,
rừng cây hay các cơng trình xây dựng nhƣng trên thực tế trong hệ phân loại lớp phủ
mặt đất hiện hành đều phải xét đến khía cạnh sử dụng đất và đƣa vào loại hình lớp
phủ nhân tạo có thực phủ.
Trên thực tế mỗi một khu vực khác nhau trên trái đất đều có loại hình lớp phủ mặt
đất đặc trƣng và mỗi một đối tƣợng đều chịu sự tác động của tự nhiên và con ngƣời với
mức độ mạnh, yếu khác nhau. Sự tác động này đã làm cho lớp phủ mặt đất luôn biến
12
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
đổi. Sự biến đổi của lớp phủ mặt đất ngƣợc lại cũng có những ảnh hƣởng khơng nhỏ
đến cuộc sống của con ngƣời, nhƣ diện tích rừng suy giảm đã gây ra lũ lụt; sự gia tăng
của các khu công nghiệp và các hoạt động nông nghiệp nhƣ tăng vụ lúa, nuôi trồng
thuỷ sản không hợp lý là một trong những ngun nhân gây biến đổi khí hậu.
Nhƣ vậy có thể nói lớp phủ mặt đất có quan hệ mật thiết với các hoạt động kinh tế
xã hội, tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng sống của con ngƣời.
1.1.2. Hệ phân loại lớp phủ mặt đất
Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng các lớp thơng tin lớp
phủ mặt đất và đảm bảo tính thống nhất về nội dung thông tin, ngƣời ta xây dựng các
hệ phân loại lớp phủ mặt đất[2].
Nhìn chung các hệ phân loại lớp phủ mặt đất đã có đều dựa trên nguyên tắc sau:
- Hệ phân loại dễ hiểu, dễ hình dung phân chia đối tƣợng bề mặt thành các
nhóm chính theo trạng thái vật chất của các đối tƣợng nhƣ mặt nƣớc, mặt đất, lớp phủ
thực vật, đất nông nghiệp, bề mặt nhân tạo.
- Phù hợp với khả năng cung cấp thông tin của tƣ liệu viễn thám bao gồm các
loại ảnh vệ tinh nhƣ Spot, Landsat, ảnh hàng không…
- Các đối tƣợng trong hệ phân loại đáp ứng đƣợc yêu cầu phân tách đƣợc đối
tƣợng trên các tƣ liệu thu thập ở các thời gian khác nhau.
- Hệ thống phân loại áp dụng đƣợc cho nhiều vùng rộng lớn
- Hệ thống phân loại phân chia các đối tƣợng theo các cấp bậc nên phù hợp với
việc phân tích đối tƣợng trên các tƣ liệu có độ phân giải khác nhau, đáp ứng yêu cầu
thành lập bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau.
Tuy nhiên trên mỗi hệ phân loại đều có những đặc điểm riêng phù hợp với điều
kiện tự nhiên, mức độ khai thác lớp phủ bề mặt của từng khu vực. Cụ thể:
- Hệ phân loại FAOLCC vừa tổng hợp để phù hợp với mọi điều kiện trên trái
đất nhƣng vừa chi tiết đến tính chất của từng đối tƣợng mà chỉ có thể bổ sung thông
tin nhờ khảo sát ngoại nghiệp. Hệ phân loại lớp phủ mặt đất FAOLCC chia ra theo 3
cấp chính:
Cấp 1 (Level1): Phân ra thành 2 loại theo đặc điểm có hay khơng có lớp phủ
thực vật của bề mặt đất.
Cấp 2 (Level 2): Phân ra thành 4 loại theo nguyên tắc chia các loại của cấp 1
theo đặc điểm ngập nƣớc hay không ngập nƣớc của bề mặt đất.
13
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Cấp 3 (Level 3): Phân ra thành 8 loại theo nguyên tắc chia các loại của cấp 2
theo tính chất tự nhiên hay nhân tạo của bề mặt đất. Từ cấp 3 trở đi các đối tƣợng
đƣợc phân chia chi tiết hơn tuỳ theo đặc điểm của đối tƣợng cũng nhƣ khu vực
nghiên cứu và mức độ chi tiết của bản đồ cần thành lập.
- Hệ phân loại U.S.G.S, CORINE dựa vào phần nào nguyên tắc của FAOLCC
và điều chỉnh phù hợp với đặc điểm của Mỹ và Châu Âu. Hệ phân loại lớp phủ mặt
đất CORINE chia ra theo 3 cấp:
Cấp1 (Level 1): Phân ra thành 5 loại theo trạng thái bề mặt tổng thể của trái đất
là lớp phủ nhân tạo, đất nông nghiệp, rừng và các vùng bán tự nhiên, đất ẩm ƣớt, mặt
nƣớc phù hợp với bản đồ tỷ lệ nhỏ phủ trùm toàn cầu.
Cấp 2 (Level 2): Phân ra thành 15 loại theo đặc điểm che phủ của thực vật, phù
hợp với bản đồ tỷ lệ 1: 500 000 và 1: 1 000 000.
Cấp 3 (Level 3): Phân ra thành 44 loại chi tiết hơn tuỳ theo đặc điểm của đối
tƣợng cũng nhƣ khu vực nghiên cứu, phù hợp với bản đồ tỷ lệ 1: 1 000 000.
Bề mặt trái đất
Mặt nƣớc
Nƣớc
lục địa
Sông, suối
Kênh, mƣơng
Mặt đất
Đại dƣơng
Biển
Đất khơng có
thực phủ
Tự nhiên
(đất trống,
bãi đá, cồnbãi cát…)
Hồ, ao
đầm…
Đất có
thực phủ
Nhân tạo
(các cơng
trình xây
dựng…)
Tự nhiên
(Rừng tự
nhiên)
Thƣờng
xun
Nhân tạo
(Cây lâu
năm…)
Thay đổi
theo mùa
Tự nhiên
(Trảng
cỏ…)
Nhân tạo
(Lúa,
màu…)
Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát về lớp phủ mặt đất
(nguồn : Hệ phân loại lớp phủ CORINE)
Ở nƣớc ta trong những năm gần đây đã quan tâm đến việc thành lập bản đồ lớp
phủ mặt đất, nhƣng chƣa có một cơng trình nào chun nghiên cứu về hệ phân loại
của bản đồ để đƣa ra một hệ phân loại chung áp dụng cho cả nƣớc nhƣ hệ phân loại
của bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Các bản đồ lớp phủ mặt đất đã thành lập đều phục
vụ một mục đích cụ thể hoặc chỉ là một lớp thông tin của lớp phủ mặt đất nhƣ lớp phủ
rừng, lớp phủ mặt nƣớc…
14
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Theo luật số 13/2003/QH11 của quốc hội nƣớc Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt
Nam về đất đai; Căn cứ vào mục đích sử dụng, đất đai đƣợc phân loại nhƣ sau:
1. Nhóm đất nơng nghiệp bao gồm các loại đất:
a) Đất trồng cây hàng năm gồm đất trồng lúa, đất đồng cỏ dùng vào chăn nuôi,
đất trồng cây hàng năm khác;
b) Đất trồng cây lâu năm;
c) Đất rừng sản xuất;
d) Đất rừng phòng hộ;
đ) Đất rừng đặc dụng;
e) Đất nuôi trồng thuỷ sản;
g) Đất làm muối;
h) Đất nông nghiệp khác theo quy định của Chính phủ;
2. Nhóm đất phi nông nghiệp bao gồm các loại đất:
a) Đất ở gồm đất ở tại nông thôn, đất ở tại đô thị;
b) Đất xây dựng trụ sở cơ quan, xây dựng công trình sự nghiệp;
c) Đất sử dụng vào mục đích quốc phịng, an ninh;
d) Đất sản xuất, kinh doanh phi nơng nghiệp gồm đất xây dựng khu công
nghiệp; đất làm mặt bằng xây dựng cơ sở sản xuất, kinh doanh; đất sử dụng cho hoạt
động khoáng sản; đất sản xuất vật liệu xây dựng, làm đồ gốm;
đ) Đất sử dụng vào mục đích cơng cộng gồm đất giao thơng, thuỷ lợi; đất xây
dựng các cơng trình văn hố, y tế, giáo dục và đào tạo, thể dục thể thao phục vụ lợi
ích cơng cộng; đất có di tích lịch sử - văn hố, danh lam thắng cảnh; đất xây dựng các
cơng trình cơng cộng khác theo quy định của Chính phủ;
e) Đất do các cơ sở tôn giáo sử dụng;
g) Đất có cơng trình là đình, đền, miếu, am, từ đƣờng, nhà thờ họ;
h) Đất làm nghĩa trang, nghĩa địa;
i) Đất sơng, ngịi, kênh, rạch, suối và mặt nƣớc chun dùng;
k) Đất phi nơng nghiệp khác theo quy định của Chính phủ;
3. Nhóm đất chƣa sử dụng bao gồm các loại đất chƣa xác định mục đích sử dụng.
Trong phạm vi đề tài này, tác giả chỉ tập trung vào các đối tƣợng: đất nông
nghiệp, đất ở và xây dựng, mặt nƣớc và đất bằng chƣa sử dụng.
15
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
1.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất
1.2.1. Biến động lớp phủ mặt đất
Biến động đƣợc hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái (diện tích, hình
thái) này sang trạng thái khác của sự vật, hiện tƣợng tồn tại trong môi trƣờng tự nhiên
cũng nhƣ xã hội.
Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng
thái của sự vật, hiện tƣợng bằng cách quan sát chúng tại những thời điểm khác nhau.
Việc lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất là rất quan trọng.
Hiện nay có nhiều phƣơng pháp nghiên cứu biến động, nhƣng hầu hết các kết quả
nghiên cứu biến động đều đƣợc thể hiện trên bản đồ biến động và các bảng tổng hợp
kết quả. Các phƣơng pháp nghiên cứu khác nhau sẽ cho các bản đồ khác nhau.
Để nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất có nhiều phƣơng pháp khác nhau với
nhiều nguồn tài liệu khác nhau nhƣ: từ các số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiểm
kê, hay từ các cuộc điều tra. Các phƣơng pháp này thƣờng tốn nhiều thời gian, kinh
phí và khơng thể hiện đƣợc sự thay đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác của lớp
phủ mặt đất, và vị trí khơng gian của sự thay đổi đó. Phƣơng pháp sử dụng tƣ liệu
viễn thám đã khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm đó.
Việc sử dụng tƣ liệu viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất là
giám sát thay đổi lớp phủ mặt đất đƣa đến sự thay đổi về giá trị bức xạ và những thay
đổi về giá trị bức xạ do thay đổi lớp phủ mặt đất phải lớn hơn sự thay đổi về bức xạ
gây ra bởi các yếu tố khác. Những yếu tố khác này bao gồm sự thay đổi về điều kiện
khí quyển, độ ẩm mặt đất, góc chiếu của mặt trời. Tuy nhiên, có thể giảm thiểu ảnh
hƣởng của các yếu tố này bằng việc lựa chọn dữ liệu thích hợp.
1.2.2. Các nguyên nhân gây ra biến động
Biến động của lớp phủ mặt đất bao giờ cũng bao gồm nhiều yếu tố tƣơng tác lẫn
nhau nhƣ: sự kết hợp của mục đích sử dụng đất tùy theo thời gian, không gian cụ thể
tùy vào mục đích , mơi trƣờng và điều kiện của con ngƣời. Các quá trình tự nhiên
diễn ra trên bề mặt đất nhƣ: hạn hán, xói mịn, … cũng quan trọng nhƣ các tác động
của con ngƣời( phụ thuộc vào chính sách, điều kiện kinh tế, …)[10]
Các nguyên nhân chính dẫn đến biến động lớp phủ mặt đất gồm:
- Sự thay đổi đa dạng của tự nhiên: Sự thay đổi của môi trƣờng tự nhiên tƣơng
tác với những hoạt động của con ngƣời dẫn đến sự thay đổi lớp phủ mặt đất. Điều
16
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
kiện sinh thái khác nhau do biến đổi về khí hậu đòi hỏi những thay đổi tài nguyên đất,
đặc biệt là trong điều kiện khan hiếm tài nguyên, nhƣ khô để phù hợp điều kiện khí
hậu ẩm ƣớt. Thơng qua những thay đổi riêng lẻ về tự nhiên và kinh tế xã hội, điều
kiện tự nhiên cũng có thể dẫn đến phát triển khơng bền vững, ví dụ: điều kiện ẩm ƣớt
bất thƣờng có thể dẫn đến nguy cơ hạn hán. Khi thời tiết trở nên khô hơn cũng là
nguyên nhân gây ra suy thoái đất. Biến động lớp phủ mặt đất, chẳng hạn nhƣ việc mở
rộng đất trồng trọt ở vùng đất khơ hạn cũng có thể làm tổn thƣơng tới mối quan hệ
giữa con ngƣời và mơi trƣờng_khí hậu, từ đó có thể dẫn đến suy thối đất.
- Vấn đề con người: Việc tăng hay giảm dân số trong bất kỳ khu vực đều có ảnh
hƣởng đến lớp phủ mặt đất tại đó. Sự thay đổi khơng chỉ đơn thuần là tỷ lệ sinh tử và
nó cịn bao gồm cả sự thay đổi trong cấu trúc gia đình tính sẵn sàng lao động, di cƣ,
đơ thị hóa, sự tan vỡ gia đình để tạo thành nhiều gia đình hạt nhân. Di cƣ là yếu tố
quan trọng nhất gây ra sự thay đổi nhanh chóng lớp phủ mặt đất. Sự phát triển của
các đô thị, phân bố dân cƣ nông thôn - thành thị là những yếu tố quan trọng gây ra sự
thay đổi lớp phủ tại khu vực.
- Vấn đề chính sách, thể chế: Biến động lớp phủ bị ảnh hƣởng trực tiếp của các
chính sách kinh tế, các thể chế pháp lý, truyền thống. Tiếp cận đất đai, lao động, vốn,
… đƣợc xây dựng trên chính sách của địa phƣơng, quốc gia và các tổ chức, bao gồm:
quyền sở hữu, chính sách mơi trƣờng, hệ thống quản lý tài nguyên, mạng xã hội liên
quan, …Kiểm soát thể chế về sử dụng đất đai đang ngày càng chuyển dịch từ địa
phƣơng đến cấp khu vực và toàn cầu nhƣ là một kết quả của sự liên kết lẫn nhau ngày
càng tăng của thị trƣờng, sự gia tăng các cơng ƣớc quốc tế về mơi trƣờng. Việc xác
định chính sách và thực thi thể chế kém làm suy yếu chiến lƣợc thích hợp của địa
phƣơng có thể dẫn đến việc thay đổi theo chiều hƣớng tiêu cực, mất cân đối trong
việc sử dụng đất. Điều quan trọng là các tổ chức có ảnh hƣởng đến những quyết định
về quản lý và sử dụng đất đai cần đƣợc xây dựng xung quanh sự tham gia của các nhà
quản lý đất đai địa phƣơng và quan tâm đến môi trƣờng.
- Vấn đề kinh tế và công nghệ: Nhân tố kinh tế và các chính sách ảnh hƣởng đến
quyết định mục đích sử dụng mặt đất để làm gì thơng qua sự thay đổi giá cả, thuế, trợ
cấp đầu vào sử dụng đất và các sản phẩm, thay đổi chi phí sản xuất, vận chuyển và sự
thay đổi nguồn vốn đầu tƣ, tiếp cận tín dụng thƣơng mại, cơng nghệ. Sự phân bố
khơng đồng đều tài sản của các hộ gia đình, quốc gia, khu vực cũng ảnh hƣởng đến
17
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
sử dụng đất, ví dụ nhƣ việc áp dụng cơ giới hóa nơng nghiệp quy mơ lớn để đem lại
lợi nhuận cao hơn, đồng thời áp dụng công nghệ mới và cách quản lý đất đai một
cách khoa học hơn. Việc ngƣời nông dân ngày càng đƣợc tiếp xúc tốt hơn với tín
dụng, thƣơng mại, cơng nghệ, .. đã khuyến khích sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất
nhƣ từ rừng sang đất trồng trọt. Tuy nhiên, điều này phụ thuộc vào công nghệ mới
ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến thị trƣờng lao động và di cƣ, cây trồng bản địa làm thế
nào để có lợi nhuận khi đem đến khu vực khác, tùy thuộc vào cƣờng độ vốn và lao
động của cơng nghệ mới.
- Vấn đề văn hóa: Các ký ức, lịch sử, niềm tin, và nhận thức cá nhân của ngƣời
quản lý đất đai thƣờng ảnh hƣởng đến các quyết định, đôi khi rất sâu sắc. Những dự
định, hay kết quả khó có thể lƣờng trƣớc đƣợc trong việc quyết định sử dụng đất
phụ thuộc vào kiến thức, thông tin, kỹ năng của ngƣời quản lý đất đai. “Phơng”
văn hóa của các nhà quản lý đất đai sẽ giúp giải thích quản lý tài nguyên, các
chiến lƣợc thích ứng, phù hợp với chính sách, và khả năng phục hồi về mặt xã hội
khi có sự biến động.
- Vấn đề tồn cầu hóa: Q trình tồn cầu hóa có thể góp phần tích cực hay tiêu
cực vào sự biến động đất đai bằng cách dỡ bỏ rào cản ranh giới để tạo ra thay đổi,
làm suy yếu kết nối quốc gia, làm tăng sự phụ thuộc lẫn nhau giữa con ngƣời và giữa
các quốc gia. Mặc dù những tác động mơi trƣờng của các chính sách kinh tế vĩ mơ và
tự do thƣơng mại hóa đặc biệt quan trọng ở những nƣớc có hệ sinh thái dễ bị tổn
thƣơng; các hình thức khác của tồn cầu hóa cũng có thể cải thiện môi trƣờng
thông qua các phƣơng tiện truyền thông gây ra áp lực quốc tế về suy giảm tài
nguyên, môi trƣờng, cung cấp các cơ hội giáo dục và việc làm tốt hơn. Các tổ
chức quốc tế xây dựng sự đông thuận và thúc đẩy tài trợ các chƣơng trình góp
phần quản lý đất đai bền vững.
1.2.3. Các phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất
1.2.3.1. Phương pháp so sánh sau phân loại
Bản chất của phƣơng pháp này là từ kết quả phân loại bởi sử dụng các phần
mềm xử lý ảnh chuyên dụng của hai thời điểm khác nhau, thành lập bản đồ lớp phủ
mặt đất tại hai thời điểm. Sau đó, chồng ghép bản đồ lớp phủ để tính tốn, thành lập
bản đồ biến động sử dụng công nghệ GIS.
18
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Đây là phƣơng pháp đơn giản, dễ thực hiện, dễ hiểu và đƣợc sử dụng rộng rãi.
Sau khi ảnh tại hai thời điểm sẽ đƣợc phân loại riêng rẽ, thành lập hai bản đồ lớp phủ.
Hai bản đồ này đƣợc so sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến động.
Ảnh thời điểm 1
Phân loại 1
Bản đồ lớp phủ 1
Bản đồ biến động
Ảnh thời điểm 1
Phân loại 2
Bản đồ lớp phủ 2
Hình 1.2: Phương pháp so sánh sau phân loại
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là cho biết sự thay đổi hình thái lớp phủ từ đối
tƣợng này sang đối tƣợng khác, hơn nữa chúng ta cũng có thể sử dụng các bản đồ lớp
phủ đã đƣợc thành lập trong quá trình thành lập bản đồ biến động.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là phải phân loại độc lập từng ảnh, nên độ
chính xác phụ thuộc vào phƣơng pháp phân loại, thơng thƣờng thì độ chính xác
khơng cao vì sai sót trong q trình phân loại vẫn đƣợc giữ trong kết quả bản đồ
biến động.
1.2.3.2. Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian
Phƣơng pháp này thực chất là chồng xếp các ảnh đa thời gian của một khu vực,
tạo thành ảnh biến động sử dụng phần mềm xử lý ảnh. Sau đó tiến hành phân loại trên
ảnh biến động và thành lập bản đồ biến động.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là không phải phân loại ảnh của từng thời điểm.
19
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Thời điểm 1
Phân loại
Ảnh
biến động
Bản đồ
biến động
Thời điểm 2
Hình 1.3: Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là phân loại ảnh biến động không đơn giản,
đặc biệt là đối với các vùng mẫu biến động và cách lựa chọn mẫu. Ảnh có đƣợc nếu
rơi vào các mùa khác nhau thì khó xác định biến động, và ảnh hƣởng của khí quyển
vào các mùa khác nhau cũng khó loại trừ. Do đó, độ chính xác của phƣơng pháp là
khơng cao. Bản đồ biến động đƣợc thành lập theo phƣơng pháp này chỉ cho ta biết
vùng biến động, không cung cấp thông tin về xu hƣớng biến động.
1.2.3.3. Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ
Khi có sự biến động tại một điểm nào đó, sự thay đổi đó đƣợc thể hiện bằng sự
khác biệt về giá trị phổ giữa hai thời điểm.
X
2
1
θ
Y
Hình 1.4: Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ
20
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Giả sử xác định đƣợc giá trị phổ trên 2 kênh X, Y tại hai thời điểm 1 và 2.
Vector 1-2 chính là vector thay đổi phổ, đƣợc biểu thị bởi giá trị tuyệt đối (khoảng
cách từ 1 đến 2) và góc thay đổi θ.
Thơng tin về sự thay đổi sẽ đƣợc thể hiện bằng màu sắc của các pixel tƣơng ứng
với các mã đã quy định. Trên ảnh đa phổ, sự thay đổi này bao gồm cả hƣớng và giá
trị của vector thay đổi phổ. Sự thay đổi có hay không đƣợc quyết định bởi việc quy
định ngƣỡng của vector thay đổi phổ. Giá trị ngƣỡng đƣợc xác định từ kết quả thực
nghiệm dựa vào các mẫu biến động và khơng biến động[9].
Phƣơng pháp phân tích vector thay đổi phổ đƣợc ứng dụng hiệu quả trong
nghiên cứu biến động rừng, nhất là đối với rừng ngập mặn. Tuy nhiên, nhƣợc điểm
lớn nhất của phƣơng pháp này là việc xác định ngƣỡng của sự biến động.
1.2.3.4. Phương pháp số học
Đây là phƣơng pháp nghiên cứu đơn giản. Để xác định biến động giữa hai thời
điểm sử dụng tỉ số giữa các ảnh trên cùng một kênh hoặc sự khác nhau trên cùng một
kênh của các thời điểm ảnh. Sử dụng các phép biến đổi số học để thành lập bản đồ
biến động, các phép tính đƣợc sử dụng ở đây là phép trừ và phép chia. Nếu ảnh thay
đổi là kết quả của phép trừ thì khi đó giá trị độ xám của các pixel trên ảnh là dãy số
âm và dƣơng. Các kết quả âm và dƣơng biểu thị mức độ biến đổi của các vùng, giá trị
0 biểu thị sự không biến động. Với giá trị độ xám từ 0 đến 255 thì giá trị pixel thay
đổi trong khoảng từ -255 đến +255. Thông thƣờng để tránh kết quả giá trị âm thì
thƣờng cộng thêm một hằng số không đổi.
Ảnh thay đổi đƣợc tạo ra bằng cách tổ hợp giá trị độ xám theo luật phân bố
chuẩn Gauss. Vị trí nào có pixel khơng thay đổi, độ xám biểu diễn xung quanh giá
trị trung bình, vị trí nào có pixel thay đổi đƣợc biểu diễn bên phần biên của đƣờng
phân bố.
Tƣơng tự nhƣ trên, nếu ảnh đƣợc tạo ra từ phép chia thì giá trị các pixel đƣợc
tạo ra trên ảnh mới là một tỷ số chứng tỏ sự thay đổi ở đó, nếu giá trị tỷ số là 1 thì
khơng có sự thay đổi.
Giá trị giới hạn thay đổi ( đối với ảnh tạo bởi phép trừ) và ảnh tỷ số kênh sẽ
quyết định ngƣỡng ranh giới giữa sự thay đổi và không đổi, và đƣợc biểu thị bằng
biểu đồ độ xám của ảnh biến động.
21
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Thông thƣờng độ lệch chuẩn đƣợc lựa chọn và kiểm tra theo kinh nghiệm.
Nhƣng ngƣợc lại, hầu hết các nhà phân tích đều sử dụng phƣơng pháp thử nghiệm
nhiều hơn là phƣơng pháp kinh nghiệm. Giá trị ngƣỡng thay đổi sẽ đƣợc xác định khi
gặp giá trị thay đổi trên thực tế.
Vì vậy, để xác định đƣợc ta cần phải hiểu rõ về khu vực nghiên cứu, thậm chí
phải lựa chọn một số vùng biến động và ghi lại để hiển thị trên vùng nghiên cứu. Tuy
nhiên, phƣơng pháp này có thể kết hợp với các phƣơng pháp khác để nghiên cứu biến
động và thành lập bản đồ biến động có hiệu quả.
1.3. Cơ sở phƣơng pháp luận xác định biến động lớp phủ mặt đất ứng dụng công
nghệ viễn thám
Thực tế cho thấy, sự biến động lớp phủ mặt đất tại các vùng ven biển diễn ra
khá phức tạp và không đồng nhất dọc theo dải ven biển Việt Nam bởi ảnh hƣởng của
điều kiện tự nhiên, mơ hình khai thác sử dụng và quản lý của con ngƣời. Chính vì
vậy, phƣơng thức hoạch định sử dụng và quản lý sử dụng đất cần phải có kế hoạch
dựa trên việc đánh giá các biến động đế đám bảo phát triển bền vững. Việc ứng dụng
cơng nghệ viễn thám nói chung và sử dụng tƣ liệu vệ tinh độ phân giải cao nói riêng
là một hƣớng nghiên cứu hết sức hợp lý, từ đó, có thể giám sát, đánh giá một cách
nhanh chóng và khách quan về sự biến động của đối tƣợng này.
Cơ sở tƣ liệu viễn thám là phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên, có thể phân
tích và thể hiện, đặc biệt có thể chia tách các vùng của các đối tƣợng trong lớp phủ
mặt đất với các diện tích vùng riêng biệt. Dựa trên đặc trƣng phản xạ phổ của các lớp
đối tƣợng, bằng các mơ hình, phần mềm chun dụng, tƣ liệu viễn thám đƣợc xử lý
để xác định và chia tách với từng đối tƣợng. Tƣ liệu viễn thám đa thời gian cho phép
xác định nhanh biến động lớp phủ mặt đất trong các khoảng thời gian giữa các thời
điểm thu ảnh. Các thông tin về các đối tƣợng lớp phủ sau khi chiết tách, có thê tạo ra
các bản đồ hiện trạng và tính tốn cụ thể diện tích tại từng thời điểm cũng nhƣ tổng
hợp phân tích kết quả về phân bố và biến động.
Trong khuôn khổ nghiên cứu này, quy trình chiết tách và thể hiên biến động các
đối tƣợng thuộc lớp phủ đã đƣợc xây dựng. Dựa vào nghiên cứu, khảo sát hiện trạng,
theo dõi biến động và tác động của những quá trình biến đổi, các nhà quản lý có thể
đƣa ra các đề xuất giải pháp quản lý, quy hoạch bảo vệ phục vụ phát triển bền vững.
22
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
1.4. Tổng quan các cơng trình ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu biến động
lớp phủ mặt đất.
Ngày nay với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học cơng nghệ, tƣ liệu vệ tinh
đã và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát tài nguyên thiên
nhiên và bảo vệ môi trƣờng đặc biệt là trong việc theo dõi diễn biến lớp phủ và hiện
trạng sử dụng đất.
1.4.1. Tình hình nghiên cứu lớp phủ trên thế giới
Hiện nay trên thế giới viễn thám đã và đang trở thành một phƣơng pháp nghiên
cứu rất có hiệu quả bởi nhũng ƣu thế vốn có của nó mà những nguồn tƣ liệu và các
phƣơng pháp khác khơng có đƣợc. Bên cạnh đó, sự phát triển của khoa học địa lý cho
phép mở ra những hƣớng ứng dụng mới cho viễn thám, đặc biệt trong hƣớng địa lý
ứng dụng và càng ngày càng thể hiện tính hiệu quả trong các lĩnh vực khác nhau của
địa lý nhƣ: đánh giá các loại tài nguyên, nghiên cứu môi trƣờng, các hệ sinh thái, …
Một trong những ứng dụng hiệu quả nhất mà viễn thám đem lại cho khoa học địa lý
đó là nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất. Đã có rất nhiều các cơng trình nghiên
cứu về lớp phủ, sử dụng các loại tƣ liệu khác nhau với nhiều độ phân giải mặt đất
cũng nhƣ độ phân giải phổ khác nhau, có thể kể ra một số cơng trình nhƣ:
- Zang Xia, Sun Rui, Zang Bing, Tong Quingxi, 2008, Phân loại lớp phủ khu
vực Bắc Trung Quốc sử dụng ảnh MODIS đa thời gian.
- Jan Feranec, Gerard Hazeu, Susan Christensen, Gabriel Jaffrain, 2006, Biến
động lớp phủ mặt đất ở châu Âu (khu vực nghiên cứu: Hà Lan và Slovakia)
- Fei Yuan, Kali.E.Sawaya, Brian.C.Loeffeholz, Marvin. E.Bauer, 2005, Phân
loại lớp phủ mặt đất và phân tích biến động lớp phủ khu vực thành phố
Twin(Minnoseta), sử dụng ảnh Landsat đa thời gian.
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất là một trong những lĩnh vực quan trọng
và khó khăn trong điều tra, giám sát mơi trƣờng, trong đó ảnh vệ tinh đã đƣợc sử
dụng nhƣ một công cụ hữu hiệu. Nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học, điều tra cơ bản,
giáo dục ở nƣớc ta đã quan tâm đến ứng dụng công nghệ viễn thám để thực hiện
nhiệm vụ này nhƣ Viện Địa lý, Địa chất, Vật lý, Nghiên cứu biển thuộc Trung tâm
Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Trung tâm Viễn thám, Liên đoàn Bản đồ
Địa chất thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông
23
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
nghiệp, Viện Điều tra Quy hoạch Rừng thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông
thôn, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội)... , đã tiến hành
nhiều thử nghiệm dƣới dạng các đề tài nghiên cứu, các dự án và đã thu đƣợc những
kết quả ban đầu quan trọng.
Trong chƣơng trình của Cục Bảo vệ Môi trƣờng, Trung tâm Viễn thám quốc gia
- Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng và một số cơ quan khác đã sử dụng ảnh vệ tinh đa
thời gian để khảo sát biến động của bờ biển, lịng sơng, biến động rừng ngập mặn,
diễn biến rừng, biến động lớp phủ mặt đất và sử dụng đất (ở một số vùng). thành lập
các bản đồ rừng ngập mặn tỷ lệ 1: 100 000 phủ trùm toàn dải ven biển và tỷ lệ lớn
hơn cho từng vùng, bản đồ đất ngập nƣớc toàn quốc tỷ lệ 1: 250.000. Tuy mới là
bƣớc đầu, nhƣng cũng đã có một số cơng trình sử dụng tƣ liệu viễn thám vào nghiên
cứu biến động lớp phủ/sử dụng đất. Nhóm nghiên cứu của Viện Quy hoạch và Thiết
kế Nông nghiệp đã “Ứng dụng tƣ liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý trong đánh giá
biến động lớp phủ và sử dụng đất ở lƣu vực Srepok, Tây Nguyên, Việt Nam”. Kết
quả nghiên cứu cho thấy chặt phá rừng để mở rộng đất canh tác nông nghiệp là xu
hƣớng chính trong biến động sử dụng đất ở khu vực này. Trong “Áp dụng viễn thám
và GIS để nghiên cứu hiện trạng và biến động môi trƣờng tỉnh Ninh Thuận” (TS.
Nguyễn Ngọc Thạch và nnk, Hà Nội - 1999). ảnh vệ tinh đa thời gian là nguồn tƣ liệu
để phân tích sự thay đổi về vị trí và diện tích các đơn vị mơi trƣờng, sự biến đổi thảm
thực vật, biến đổi hình thức sử dụng đất, biến đổi về diện tích và vị trí các loại tai
biến. Đồng thời, với mục đích mở rộng ứng dụng cơng nghệ viễn thám, Viện Địa lý
và Cục Bảo vệ Môi trƣờng đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng tƣ
liệu viễn thám độ phân giải trung bình phục vụ giám sát, quản lý môi trƣờng và tài
nguyên” (Hà Nội 2002). Trong đó các tác giả đã thử nghiệm sử dụng ảnh MODIS để
thành lập bản đồ lớp phủ bề mặt và sử dụng đất, bản đồ phân bố rừng và thảm thực
vật tỷ lệ 1: 500 000 vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ và một số bản đồ khác. Bản
đồ sử dụng đất và biến động sử dụng đất do Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông
nghiệp thành lập từ xử lý và phân loại tự động dữ liệu ảnh vệ tinh (SPOT 3, 4, 5 và
Landsat ETM) phục vụ nghiên cứu ảnh hƣởng của đô thị hoá ở các thành phố cấp 2:
Hải Dƣơng và Vĩnh Yên tới sự thay đổi về sử dụng đất vùng ven đô theo thời gian
(1988-2003). Trần Trọng Đức (Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh) đã nghiên cứu
biến động rừng ngập mặn theo thời gian bằng cách sử dụng phƣơng pháp phân tích
24
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
biến động sau phân loại cho khu vực huyện Cần Giờ với độ chính xác xấp xỉ gần
80%. So sánh bản đồ rừng ngập mặn ở 2 thời điểm cho thấy có sự suy giảm diện tích
rừng ngập mặn từ khoảng 39.000 ha năm 1993 xuống còn dƣới 36.000 ha năm 2003.
Nhƣ vậy, trong những năm qua nhiều tổ chức của nƣớc ta đã tiếp cận với công
nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra, giám sát mơi trƣờng, nói chung, nghiên cứu
biến động lớp phủmặt đất, nói riêng. Tuy nhiên, những kết quả thu đƣợc cịn mang
tính đơn lẻ, tản mạn và đƣợc thực hiện trong khuôn khổ của các đề tài, các dự án với
các mục tiêu khác nhau, rất khó áp dụng trên diện rộng. Các cơng trình nghiên cứu
chủ yếu mới chỉ khai thác thế mạnh của viễn thám trong lập bản đồ.
Bên cạnh đó có thể kể ra một số các cơng trình đã đƣợc thực hiện và công bố
nhƣ sau:
- Trần Anh Tuấn, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội, 2011, Ứng dụng mơ hình Markov và Cellular Automata trong nghiên cứu dự báo
biến đổi lớp phủ bề mặt.
- Nguyễn Đình Minh, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội, 2009, Phân loại sử dụng đất và lớp phủ đất đô thị ở Hà Nội bằng dữ liệu Terra
ASTER
- Chu Hải Tùng và nnk, Trung tâm Viễn thám Quốc gia, 2008, Nghiên cứu khả
năng ứng dụng kết hợp ảnh vệ tinh radar và quang học để thành lập một số thông tin
về lớp phủ mặt đất.
- Trƣơng Quang Tuấn, Trần Văn No, Đỗ thị Việt Hƣơng, trƣờng đại học Khoa
học, Đại học Huế, 2008, Ứng dụng GIS và viễn thám trong việc thành lập bản đồ
hiện trạng thảm thực vật năm 2008 tỷ lệ 1:50000, huyện Kỳ Anh, tỉnh Hà Tĩnh.
- Nguyễn Văn Sinh, Trung tâm Viễn thám Quốc gia, 2008, Nghiên cứu sự biến
động lớp phủ thực vật bằng ảnh đa thời gian và ảnh hưởng của nó tới đa dạng sinh
học ở các khu vực bảo tồn thiên nhiên ở Nam Bộ
25
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
