Đề tài Đánh giá thay đổi lớp phủ, sử dụng đất thành phố huế

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất......................................................4
Bảng 1.2. Đặc trưng bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8........................................8
Bảng 2.1. Thu thập dữ liệu..................................................................................16
Bảng 2.2. Khóa giải đoán ảnh cho khu vực nghiên cứu......................................19
Bảng 2.3. Hệ thống phân loại thực phủ của khu vực nghiên cứu........................20
Bảng 2.4. Thống kê số điểm mẫu của từng loại thực phủ...................................22
Bảng 3.1. Ma trận sai số năm 2013.....................................................................32
Bảng 3.2. Ma trận sai số năm 2017.....................................................................32
Bảng 3.3. Ma trận sai số năm 2022.....................................................................33
Bảng 3.4. Thống kê các loại thực phủ giai đoạn 2013 – 2017............................34
Bảng 3.5. Thống kê các loại thực phủ giai đoạn 2017 – 2022............................34
Bảng 3.6. Thống kê các loại thực phủ giai đoạn 2013 – 2022............................35
Bảng 3.7. Thống kê sự biến động thực phủ trong giai đoạn 2013 – 2017..........36
Bảng 3.8. Thống kê sự biến động thực phủ trong giai đoạn 2017 – 2022..........36
Bảng 3.9. Thống kê sự biến động thực phủ trong giai đoạn 2013 – 2022..........36


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Ngun lý thu thập dữ liệu ảnh viễn thám............................................6
Hình 1.2. Các thành phần chính của hệ thống viễn thám......................................7
Hình 2.1. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................15
Hình 2.2. Ranh giới thành phố Huế.....................................................................18
Hình 2.3. Phương pháp phân loại gần đúng nhất................................................21
Hình 2.4. Các điểm mẫu khảo sát thực địa..........................................................22
Hình 3.1. Bản đồ hành chính thành phố Huế......................................................24
Hình 3.2. Bản đồ phân loại thực phủ thành phố Huế năm 2013.........................29
Hình 3.3. Bản đồ phân loại thực phủ thành phố Huế năm 2017.........................30
Hình 3.4. Bản đồ phân loại thực phủ thành phố Huế năm 2022.........................31

Hình 3.5. Bản đồ biến động thực phủ Thành phố Huế giai đoạn 2013 – 2017...38
Hình 3.6. Bản đồ biến động thực phủ Thành phố Huế giai đoạn 2017 – 2022...40
Hình 3.7. Bản đồ biến động thực phủ Thành phố Huế giai đoạn 2013 – 2022...41


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

LULC

Lớp phủ sử dụng đất

GIS

Hệ thống thông tin địa lý

MLC

Maximum Likelihood Classification

K

Kappa


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
1. Đặt vấn đề..........................................................................................................1
2. Mục tiêu đề tài...................................................................................................2
3. Ý nghĩa đề tài....................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..............................4
1.1.Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu........................................................4
1.1.1. Khái niệm về thay đổi lớp phủ, sử dụng đất (LULC).................................4
1.1.2. Ứng dụng công nghệ viễn thám vào đánh giá LULC..................................5
1.2.Cơ sở thực tiễn của các vấn đề nghiên cứu...................................................12
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................12
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.............................................................12
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU....................................................................................................14
2.1.Đối tượng nghiên cứu....................................................................................14
2.2.Phạm vi nghiên cứu.......................................................................................14
2.3.Nội dung nghiên cứu.....................................................................................14
2.4.Phương pháp nghiên cứu...............................................................................14
2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu....................................................................16
2.4.2. Xử lý ảnh...................................................................................................16
2.4.3. Giải đoán ảnh.............................................................................................18
2.4.4. Phương pháp Maximum Likelihood Classification (MLC)......................20
2.4.5. Đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại...................................21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU...........................................................24
3.1.Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Huế........................24
3.1.1. Điều kiện tự nhiên.....................................................................................24
3.1.2. Điều kiện xã hội........................................................................................28


3.2.Xây dựng bản đồ lớp phủ, sử dụng đất.........................................................28
3.3.Đánh giá biến động sử dụng đất....................................................................32

3.4.Xây dựng bản đồ biến động lớp phủ, sử dụng đất.........................................37
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................43
4.1. Kết luận........................................................................................................43
4.2. Kiến nghị......................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................44
PHỤ LỤC............................................................................................................46


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Lớp phủ đất đề cập đến lớp phủ bề mặt trên mặt đất như thảm thực vật, cơ
sở hạ tầng đô thị, nước, đất trống.... Việc xác định lớp phủ đất giúp thiết lập bản
đồ chuyên đề, phân tích, và phát hiện thay đổi. Trong khi đó, sử dụng đất đề cập
đến mục đích mà đất phục vụ, như giải trí, mơi trường sống của động vật hoang
dã hoặc nông nghiệp (Significance of Land Use / Land Cover (LULC) Maps).
Biến động lớp phủ, sử dụng đất thể hiện sự tương tác giữa các hoạt động của con
người với môi trường sinh thái như khai thác tài nguyên rừng tự nhiên, chuyển
đổi đất rừng sang đất nông nghiệp, đất phi nông nghiệp và các hoạt động khác
tác động trực tiếp trên đất. Bản đồ LULC đóng một vai trị vơ cùng quan trọng
trong các chương trình lập kế hoạch, quản lý và giám sát ở cấp địa phương, khu
vực và cấp quốc gia. Thông tin này, một mặt, giúp hiểu rõ hơn về các khía cạnh
sử dụng đất, mặt khác, nó cung cấp thơng tin và hỗ trợ cho việc hình thành các
chính sách và chương trình cần thiết cho quy hoạch phát triển. Sự thay đổi lớp
phủ, sử dụng đất sẽ tác động thảm thực vật bao phủ trên bề mặt trái đất, kết quả
là tác động đến biến đổi khí hậu tồn cầu. Để đảm bảo phát triển bền vững, cần
theo dõi quá trình đang diễn ra về mơ hình lớp phủ, sử dụng đất trong một
khoảng thời gian dài. Sự phát triển kinh tế và sự gia tăng dân số tăng trong suốt
hai thập kỷ qua và có nhiều bằng chứng cho thấy xu hướng gia tăng này tiếp tục
được thúc đẩy trong tương lai. Sự thay đổi này sẽ là một trong những tác nhân
làm thay đổi khí hậu.

Ngày nay, do sự gia tăng dân số, sự phát triển của các đô thị, sự tăng
trưởng kinh tế - xã hội và một số vấn đề khác đã và đang làm thay đổi nhanh
chóng lớp phủ bề mặt, tác động rất lớn tới đất đai, đặc biệt là đối với các thành
phố lớn. Có nhiều bằng chứng cho thấy xu hướng gia tăng này tiếp tục được
thúc đẩy trong tương lai (Remote Sensing Applications). Trước những áp lực đó,
đất đai và các lớp phủ mặt đất biến động không ngừng cùng với sự phát triển của
xã hội. Đây là nguồn tài nguyên đặc biệt có thể khai thác sử dụng nhưng khơng
thể làm tăng thêm về mặt số lượng. Việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất
không hợp lý và không được giám sát có thể dẫn đến sự biến đổi khí hậu trong
tương lai. Do đó việc theo dõi, nghiên cứu, quản lý và sử dụng loại tài nguyên
này một cách hiệu quả và hợp lý là một vấn đề rất quan trọng.
Sự ra đời của công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS)
đang trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho quản lý tài nguyên thiên nhiên và
1


giám sát môi trường. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành,
nhiều lĩnh vực từ khí tượng – thủy văn, địa chất, môi trường cho đến nông – lâm
– ngư nghiệp,… Theo dõi biến động các loại lớp phủ mặt đất bằng ảnh vệ tinh
cho kết quả với độ chính xác khá cao, tiết kiệm được thời gian, và kinh phí từ đó
có thể giúp các nhà quản lý có thêm nguồn tư liệu để giám sát thường xuyên
biến động sử dụng đất.
Thành phố Huế nằm ở vị trí trung tâm của đất nước, trên trục Bắc - Nam
của các tuyến đường bộ, đường sắt, đường hàng không và đường biển, gần tuyến
hành lang Đông - Tây của tuyến đường Xuyên Á. Có 265,99 km 2 diện tích tự
nhiên và quy mơ dân số 652.572 người. (Theo Cổng thơng tin điện tử Thừa
Thiên Huế).
Vì vậy, nghiên cứu này thực hiện đề tài “Đánh giá thay đổi lớp phủ, sử
dụng đất thành phố Huế” nhằm xây dựng bản đồ sự thay đổi lớp phủ, sử dụng
đất cho thành phố Huế.

2. Mục tiêu đề tài
*Mục tiêu chung
Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất nhằm xác định các loại thực phủ, sử
dụng đất trên địa bàn thành phố Huế bằng ảnh vệ tinh Landsat 8 và đánh giá độ
chính xác của phương pháp được áp dụng. Từ đó vạch ra được những chiến lược
quản lý và phát triển nguồn tài nguyên đất đạt hiệu quả nhất.
*Mục tiêu cụ thể
- Xây dựng được bản đồ lớp phủ, sử dụng đất bằng phương pháp giải
đoán ảnh vệ tinh Landsat 8 cho các năm được đánh giá.
- Đánh giá được sai số mơ hình lớp phủ, sử dụng đất.
- Xây dựng và đánh giá được sự biến động lớp phủ, sử dụng đất cho
thành phố Huế trong giai đoạn nghiên cứu.
3. Ý nghĩa đề tài
*Ý nghĩa khoa học
Kết quả của đề tài góp phần quản lý và phát triển nguồn tài nguyên đất
trên địa bàn thành phố Huế đạt hiệu quả nhất.


*Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài giúp cho tỉnh Thừa Thiên Huế nói chung và thành phố Huế nói
riêng đánh giá được sự biến động lớp phủ, sử dụng đất, phân tích những ưu
điểm, hạn chế và các yếu tố ảnh hưởng trong công tác xây dựng bản đồ lớp phủ.
Kết quả đề tài giúp tìm ra được những mặt thuận lợi và mặt khó khăn làm
cơ sở đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả công tác xây dựng bản
đồ lớp phủ, khắc phục các hạn chế, khó khăn, vướng mắc để nâng cao hiệu quả
cơng tác quản lý và phát triển nguồn tài nguyên đất trên địa bàn thành phố.

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu
1.1.1. Khái niệm về thay đổi lớp phủ, sử dụng đất (LULC)
Lớp phủ mặt đất là lớp phủ vật chất quan sát khi nhìn từ mặt đất hoặc
thơng qua vệ tinh viễn thám, bao gồm thực vật (mọc tự nhiên hoặc tự trồng cấy)
và các cơ sở xây dựng của con người (nhà cửa, đường sá,…) bao phủ bề mặt đất.
Nước, băng, đá lộ hay dãi cát cũng được coi là lớp phủ mặt đất. (The FAO
AFRICOVER Progamme, 1998).
Sokal (1974) đã định nghĩa phân loại là việc sắp xếp các đối tượng theo
các nhóm hoặc các tập hợp khác nhau dựa trên mối quan hệ giữa chúng. Một hệ
thống phân loại miêu tả tên của các lớp và tiêu chuẩn phân biệt chúng.
Các hệ thống phân loại có hai định dạng cơ bản, đó là phân cấp và khơng
phân cấp. Một hệ thống phân cấp thường linh hoạt hơn và có khả năng kết hợp
nhiều thông tin chi tiết hơn. (The FAO AFRICOVER Progamme, 1998).
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài đã sử dụng hệ thống phân loại phân
cấp, có tham khảo theo hệ thống phân loại của FAO, được tổng hợp có chọn lọc
phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam.
Bảng 1.1. Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất
Cấp 1

Cấp 2
1.1 Khu dân cư
1.2 Khu thương mại và dịch vụ
1.3 Nhà máy công nghiệp

1. Đô thị hoặc thành
phố

1.4 Giao thơng
1.5 Cơng trình cơng cộng

1.6 Cơng trình phúc lợi
1.7 Khu giải trí thể thao
1.8 Khu hỗn hợp
1.9 Đất trồng và các đất khác

2. Lúa – hoa màu

2.1 Mùa màng và đồng cỏ
2.2 Cây ăn quả
2.3 Chuồng trại gia súc


Cấp 1

Cấp 2
2.4 Nông nghiệp khác
3.1 Đất đồng cỏ

3. Đất bỏ hoang

3.2 Đất cây bụi
3.3 Đất hỗn hợp
4.1 Rừng thường xanh
4.2 Rừng rụng lá

4. Đất rừng

4.3 Rừng hỗn giao
4.4 Rừng chặt trụi cây
4.5 Vùng rừng bị cháy

5.1 Suối và kênh
5.2 Hồ và hố nước

5. Mặt nước

5.3 Bồn thu nước
5.4 Vịnh và cửa sơng
5.5 Nước biển
6.1 Đất ướt có thực vật tạo rừng

6. Đất ướt

6.2 Đất ướt có thực vật khơng tạo
rừng
6.3 Đất ướt khơng có thực vật

7. Đất hoang

7.1 Hồ bị khô
7.2 Bãi biển

1.1.2. Ứng dụng công nghệ viễn thám vào đánh giá LULC
1.1.2.1. Tổng quan về viễn thám
Viễn thám là một khoa học thu nhận thông tin của bề mặt trái đất mà
không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt ấy. Điều này được thực hiện nhờ vào việc
quan sát và thu nhận năng lượng phản xạ, bức xạ từ đối tượng và sau đó phân
tích, xử lý, ứng dụng những thơng tin nói trên.

5

Hình 1.1. Nguyên lý thu thập dữ liệu ảnh viễn thám
Nguyên lý hoạt động của viễn thám là sử dụng bức xạ điện từ tới vật thể
và thu lại tín hiệu phản hồi bằng bộ cảm (hình 1.1). Sóng điện từ được phản xạ
hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thơng tin chủ yếu về đặc tính của đối
tượng. Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng
lượng bức xạ với từng bước sóng đã xác định. Đo lường và phân tích năng
lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám cho phép tách thơng tin hữu ích
về từng loại lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và
vật thể.
Thiết bị dùng để ghi nhận sóng điện từ phản xạ hay phản xạ từ vật thể
được gọi là bộ cảm biến (Sensors). Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh
hoặc máy quét. Phương tiện mang các bộ cảm biến được gọi là vật mang. Các
vật mang cơ bản hiện nay bao gồm kinh khí cầu, máy bay, vệ tinh,…
Nguồn năng lượng sử dụng trong viễn thám bị động là bức xạ mặt trời,
hoặc năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ thu bởi bộ
cảm biến đặt trên vật mang. Ngược lại, trong viễn thám chủ động, nguồn năng
lượng sử dụng được phát ra từ các nguồn phát trên vật mang.
Thông tin về năng lượng phản xạ của vật thể được ghi nhận bằng ảnh viễn
thám và thông qua xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp trên ảnh dựa
trên kinh nghiệm của chuyên gia. Kết quả thu được là các dữ liệu hoặc thông tin
liên quan đến vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng
vào nhiều lĩnh vực như lâm nghiệp, nông nghiệp, tài ngun mơi trường, khống
sản, khí tượng, địa chất, thủy sản, mơi trường,…
Hệ thống viễn thám thường gồm 7 phần có quan hệ chặt chẽ với nhau
theo trình tự hoạt động của hệ thống (hình 1.2)


Hình 1.2. Các thành phần chính của hệ thống viễn thám
Nguồn năng lượng (A): thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám

là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối
tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung
cấp năng lượng tới đối tượng. Thông tin viễn thám thu được là dựa vào năng
lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận, nếu khơng có nguồn năng lượng chiếu
sáng hay truyền tới đối tượng sẽ khơng có năng lượng đi từ đối tượng đến thiết
bị nhận.
Những tia phát xạ và khí quyển (B): Vì năng lượng đi từ nguồn năng
lượng tới đối tượng nên sẽ phải tương tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng
lượng đi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí khơng gian nào đó vì
năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng tới bộ cảm.
Sự tương tác của đối tượng (C): một khi được truyền qua khí quyển tới
đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng. Phụ thuộc vào đặc điểm của
cả đối tượng, bị đối tượng hấp thụ, hay bị đối tượng phản xạ trở lại khí quyển.
Thu nhận năng lượng bộ cảm (D): sau khi năng lượng được phát ra hay
bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu
nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin của
đối tượng.
Sự truyền tải, thu nhận và xử lý (E): năng lượng được thu nhận từ bộ cảm
cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận – xử
lý nơi dữ liệu được xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thơ.
Giải đốn và phân tích ảnh (F): ảnh thơ sẽ được xử lý để có thể sử dụng
được. Để lấy được thơng tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình
ảnh trên tương ứng với đối tượng nào. Cơng đoạn có thể “nhận biết” này gọi là
giải đốn ảnh. Ảnh được giải đoán bằng một hay nhiều phương pháp. Các
phương pháp này là giải đoán bằng mắt, giải đoán tự động, giải đoán bằng kỹ
7


thuật số, hay các công cụ điện từ để lấy thông tin về các đối tượng của khu vực
đã chụp ảnh.

Ứng dụng (G): đây là phần cuối cùng của quá trình viễn thám, được thực
hiện khi ứng dụng thơng tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ hơn về
đối tượng mà ta quan tâm, khám phá những thơng tin mới, kiểm nghiệm những
thơng tin đã có… nhằm giải quyết vấn đề cụ thể. (Trần Thống Nhất, Nguyễn
Kim Lợi, 2009)
1.1.2.2. Giới thiệu vệ tinh Landsat
Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu tiên được phóng lên
quỹ đạo năm 1972, cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh Landsat đã được phóng
lên quỹ đạo và dữ liệu được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Hiện nay, ảnh vệ
tinh Landsat được cung cấp từ 15 trạm thu nhằm phục vụ quản lý tài nguyên và
giám sát môi trường. Landsat được NASA thiết kế đầu tiên như thực nghiệm
kiểm tra tính khả thi việc sử dụng bộ cảm biến đa phổ trong thu thập dữ liệu
thám sát mặt đất. Sự thành công của Landsat có được nhờ vào việc kết hợp
nhiều kênh phổ để quan sát mặt đất, ảnh có độ phân giải không gian tốt và phủ
một vùng khá rộng với chu kỳ lặp ngắn.
Trong nội dung khóa luận đã sử dụng các ảnh của vệ tinh Landsat 8 năm
2013,2017,2022 để làm tư liệu chính phục vụ cho việc nghiên cứu và xử lý.
Bảng 1.2. Đặc trưng bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 (Bộ cảm OLI và TIRs)
Kênh

Phổ màu

Bước sóng

Độ phân
giải

Kênh 1

Coastal aerosol

0.433 –
0.453

30

Kênh 2

Lam – Blue

0.450 –
0.515

30

Kênh 3

Lục Green

0.525 –
0.600

30

Kênh 4

Đỏ - Red

0.630 –
0.680

30

Kênh 5

Cận hồng ngoại – Near IR

0.845 –
0.885

30

Kênh 6

Hồng ngoại sóng ngắn – SWIR 1

1.560 –
1.660

30

Kênh 7

Hồng ngoại sóng ngắn – SWIR 2

2.100 –

30

2.300
Kênh 8

Đen trắng – Panchromatic

0.500 –
0.680

15

Kênh 9

Cirus

1.360 –
1.390

30

Kênh
10

Hồng ngoại nhiệt – Thermal TIR
1

10.3 – 11.3

100

Kênh

11

Hồng ngoại nhiệt – Thermal TIR
2

11.5 – 12. 51

100

(Theo cơ quan đo đạc địa chất Mỹ USGS)
1.1.2.3. Độ phân giải của ảnh vệ tinh
Độ phân giải khơng gian: là kích thước nhỏ nhất của một đối tượng hay
khoảng cách tối thiểu giữa hai đối tượng liền kề có khả năng phân biệt được trên
ảnh. Ảnh có độ phân giải khơng gian càng cao thì kích thước pixel càng nhỏ. Độ
phân giải này phụ thuộc vào kích thước của pixel ảnh, độ tương phản hình ảnh,
điều kiện khí quyển và các thơng số quỹ đạo của vệ tinh. Độ phân giải không
gian cũng được gọi là độ phân giải mặt đất khi hình chiếu của một pixel tương
ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt đất.
Độ phân giải bức xạ: để lưu trữ, xử lý và hiển thị ảnh vệ tinh trong máy
tính kiểu raster, tùy thuộc vào số bit dung để ghi nhận thông tin, mỗi pixel sẽ có
giá trị hữu hạn phù hợp với từng cấp độ xám. Độ phân giải bức xạ là khả năng
nhạy cảm của các thiết bị thu để phát hiện những sự khác nhau rất nhỏ trong
năng lượng sóng điện từ (số bit dùng để ghi nhận thông tin ảnh vệ tinh). Phần
lớn ảnh viễn thám hiện nay được lưu trữ ở dạng 8 bit, một số ảnh vệ tinh có độ
phân giải cao có thể lưu trữ ở dạng 16 bit. Ảnh vệ tinh được lưu trữ ở dạng 8 bit
sẽ có 256 cấp độ xám (0 – 255), 16 bit có 65536 cấp độ xám (0 – 65535).
Độ phân giải thời gian: là chu kỳ lặp lại của thiết bị thu tại một điểm/
vùng nào đó. Tùy theo quỹ đạo và độ phân giải không gian mà vệ tinh sẽ có chu
kỳ lặp lại chụp một khu vực địa lý khác nhau (hàng ngày, hàng tuần,…). Chu kỳ
lặp càng ngắn, độ phân giải thời gian càng cao. Ảnh được chia làm 3 loại: độ

phân giải cao: < 3 ngày, độ phân giải trung bình: 4 – 16 ngày, độ phân giải thấp:
16 ngày. Ví dụ: Landsat: 16 ngày, SPOT: 26 ngày, IRS: 22 ngày. Nhờ có sự lặp
lại này mà chúng ta có thể nghiên cứu sự biến động trong khu vực. Tùy theo
mục đích nghiên cứu mà chọn loại ảnh có chu kỳ lặp lại nhanh hay chậm. Ví dụ,
tăng trưởng của cây trồng thì tùy theo giai đoạn sinh trưởng (8 – 16 ngày), cảnh
9


báo cháy rừng (theo dõi hàng ngày nếu có nguy cơ), sự phân bố dân cư (theo dõi
biến động qua tổng hợp ảnh theo một thời gian dài),…
Độ phân giải phổ: cùng một vùng phủ mặt đất tương ứng, các pixel sẽ có
giá trị riêng biệt theo từng vùng phổ ứng với các bước sóng khác nhau. Do đó,
thơng tin được cung cấp theo từng loại ảnh vệ tinh khác nhau không chỉ phụ
thuộc vào số bit dùng để ghi nhận, mà cịn phụ thuộc vào phạm vi bước sóng.
Độ phân giải phổ thể hiện bởi kích thước và số kênh phổ, bề phổ rộng hoặc sự
phân chia vùng phổ mà ảnh vệ tinh có thể phân biệt một số lớn các bước sóng có
kích thước tương tự, cũng như tách biệt được các bức xạ từ nhiều vùng phổ khác
nhau. Độ phân giải phổ thể hiện độ nhạy tuyến tính của bộ cảm biến trong khả
năng phân biệt sự thay đổi nhỏ nhất của cường độ phản xạ sóng từ các vật thể.
(Vũ Danh Tuyên, Trịnh Lê Hùng, 2016)
1.1.2.4. Tổng quan về GIS
Theo ESRI, tập đoàn nghiên cứu và phát triển các phần mềm GIS nổi
tiếng, Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) là một tập
hợp có tổ chức, bao gồm hệ thống phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý
và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều
khiển, phân tích, và hiển thị tất cả các dạng thơng tin liên quan đến vị trí địa lý.
*Chức năng của GIS
- Thu thập dữ liệu: dữ liệu sử dụng trong GIS đến từ nhiều nguồn khác
nhau và GIS cung cấp cơng cụ để tích hợp dữ liệu thành một định dạng chung để
so sánh và phân tích.

- Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liệu được phân tích, GIS cung cấp các chức
năng lưu trữ và duy trì dữ liệu.
- Phân tích khơng gian: là chức năng quan trọng nhất của GIS nó cung
cấp các chức năng như nội suy không gian, tạo vùng đệm, chồng lớp
- Hiển thị kết quả: GIS co nhiều cách hiển thị thông tin khác nhau.
Phương pháp truyền thống bằng bảng biểu và đồ thì được bổ sung với bản đồ
với ảnh ba chiều. Hiển thị trực quan là một trong những khả năng đáng chú ý
nhất của GIS, cho phép người sử dụng tương tác hữu hiệu với dữ liệu. (Nguyễn
Kim Lợi, Trần Thống Nhất, 2009)
1.1.2.5. Sự tương thích giữa ảnh viễn thám và GIS
a. Dữ liệu viễn thám được xử lý và lưu trữ dưới dạng cấu trúc raster.


Hai mơ hình vector và raster thường được sử dụng trong GIS để lưu trữ
dữ liệu khơng gian, do đó việc tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS rất dễ dàng
thực hiện.
b. Ảnh viễn thám chuyển đổi dễ dàng vào loại dữ liệu GIS mong muốn.
Với công nghệ hiện nay, các phần mềm của GIS đều có module chuyển
đổi mơ hình dữ liệu từ vector sang raster bảo đảm tính chính xác và khơng mất
mát thơng tin. Ngồi ra chức năng chồng ghép các lớp dữ liệu cho phép tích hợp
và hiển thị đồng thời cả hai lớp vector và raster, đều này cho phép cập nhật
nhanh các lớp dữ liệu về giao thông, thủy hệ, trong dữ liệu nền, cũng như lớp dữ
liệu chuyên đề của GIS (hiện trạng sử dụng đất, biến đổi đường dọc bờ sông...) ở
nhiều tỷ lệ khác nhau và cấp độ cập nhật khác nhau.
c. Dữ liệu viễn thám và dữ liệu GIS có cùng tọa độ tham chiếu.
Sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS đó là trong thực
tế cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu khơng gian và có thể lập bản đồ số hóa.
Điều này cho thấy yêu cầu dữ liệu trên cùng một khu vực sẽ có cùng tọa độ
tham chiếu, nên về khía cạnh cơ sở tốn học dữ liệu tương ứng của hai công
nghệ sẽ tham chiếu cùng một hệ tọa độ và độ cao thống nhất. Do đó tính hiệu

quả trong vận hành, phân tích và hiển thị dữ liệu sẽ được nâng cao đáng kể cho
người sử dụng, đồng thời đảm bảo tính thống nhất của dữ liệu.
d. Dữ liệu tích hợp tạo thuận lợi trong xây dựng và cập nhật dữ liệu.
Công nghệ viễn thám cho phép thành lập bản đồ tự động trong một phạm
vi rộng lớn và cập nhật nhanh dữ liệu. Các thông tin chuyên đề tạo ra các dạng
số từ công nghệ viễn thám dễ dàng được tổ chức thành các lớp thông tin hợp lý
cho việc lưu trữ, quản lý, phân tích, và hiện thị trong mơi trường GIS. Ngược
lại nguồn dữ liệu có sẵn trong GIS ln được cập nhật để đảm bảo tính hiện
thời nhằm phản ánh chính xác thế giới thực sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt
cho việc nắn chỉnh hình học, tạo dữ liệu mẫu, phân loại và đánh giá chất lượng
sau khi xử lý ảnh. Do đó giải pháp xử lý tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS là
phối hợp ưu thế của hai công nghệ trong việc thu thập, lưu trữ, phân tích và xử
lý dữ liệu địa lý để nâng cao hiệu quả trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu
khơng gian.
Trong quy trình trên cho thấy quy trình xử lý và giải đốn ảnh vệ tinh rất
ít sử dụng dữ liệu dạng vector, do đó các hệ thống xử lý ảnh viễn thám thường
không đủ chức năng xử lý dữ liệu vector như GIS. Tuy nhiên những dữ liệu
dạng vector sẵn có trong GIS như điểm khống chế mặt đất rất cần thiết cho nắn
11


chỉnh hình học tạo bình độ ảnh, lớp polygon về ranh giới hành chính, loại hình
sử dụng đất rất quan trọng cho việc giải đốn ảnh. Nói chung, độ chính xác về
không gian và thời gian của dữ liệu địa lý phụ thuộc chủ yếu vào độ phân giải
không gian và thời gian của ảnh vệ tinh được sử dụng và tùy thuộc vào lĩnh vực
ứng dụng, cơng nghệ tích hợp viễn thám và GIS sẽ cập nhật hay xây dựng cơ sở
dữ liệu GIS có yêu cầu tương ứng với độ chính xác trên diện rộng và tiết kiệm
rất nhiều công lao động và thời gian thực hiện.
Trên phạm vi thế giới, các đề tài nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám và
GIS được ứng dụng rất cao.

1.2. Cơ sở thực tiễn của các vấn đề nghiên cứu
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trong nghiên cứu “Contribution of Landsat TM Data for the Detection of
Urban Heat Islands Areas Case of Casablanca, Journal of Geographic
Information System” ( Hassan Rhinane, Atika Hilali, Hicham Bahi, Aziza
Berrada, 2012) . Tác giả thông qua dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 5 TM nhằm mục
đích ước lượng nhiệt độ mặt đất tại Casablanca (Morocco). Bằng cách sử dụng
thuật tốn cửa sổ đơn (Mono-window), thơng qua dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 5
TM để tính ra nhiệt độ bề mặt đất, kết quả nghiên cứu cho thấy mối liên hệ chặt
chẽ giữa nhiệt độ bề mặt đơ thị và mật độ của các tịa nhà. Từ nghiên cứu này,
các nhà khoa học đã chỉ ra sự hình thành và gia tăng “đảo nhiệt đơ thị” tại
Casablanca và vai trò của thực vật trong việc kiểm sốt hiện tượng này.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, các đề tài nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám cũng đã được
thực hiện và cũng rất thành công trong lĩnh vực này.
Trong đề tài “Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 trong thành lập bản đồ hiện
trạng rừng ngập mặn Cần Giờ, TP.HCM” (Võ Minh Hoàn, 2017). Tác giả sử
dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 được chụp vào ngày 15/06/2017, kết hợp với số liệu
điều tra 179 ô mẫu thuộc 12 trạng thái rừng. Áp dụng phương pháp phân loại tự
động với phần mềm hỗ trợ là ECognition Developer để phân tách ảnh vệ tinh khu
vực nghiên cứu thành 34.200 đối tượng, nghiên cứu đã thành lập bản đồ hiện
trạng với độ chính xác 83%. Tổng diện tích rừng của khu vực nghiên cứu là
33.672 ha, trong đó rừng trồng ngập mặn có diện tích lớn nhất 18.283 ha chiếm
28,4%. Rừng có trữ lượng nghèo chiếm diện tích lớn 19.51 ha, tương ứng 54,2%.


Trong đề tài “Nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ bề mặt bằng dữ liệu ảnh đa
phổ Landsat” (Trịnh Lê Hùng, 2013). Tác giả sử dụng dữ liệu ảnh đa phổ
Landsat ETM+ với độ phân giải không gian 30m ở các kênh đa phổ và 60m ở
kênh hồng ngoại nhiệt. Khu vực nghiên cứu được chọn là Hà Nội, nơi đang chịu

ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hiện tượng đảo nhiệt đơ thị do sự phát triển q
nóng của q trình đơ thị hóa cũng như sự suy giảm nhanh chóng thảm thực vật.
Các ảnh được lựa chọn chụp vào 08/11/2007 và 05/11/2009 là thời gian mùa
khơ, ít bị ảnh hưởng của mây. Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt từ dữ liệu
ảnh đa phổ Landsat. Phân tích kết quả tính nhiệt độ bề mặt khu vực nghiên cứu
cho thấy, những vùng có nhiệt độ cao phân bố một cách cục bộ ở nội thành Hà
Nội, trong khi các khu vực xung quanh khơng có sự thay đổi lớn.
Trong đề tài “Ứng dụng viễn thám theo dõi biến động đất đô thị của thành
phố Vinh, tỉnh Nghệ An” (Nguyễn Ngọc Phi, 2009) dung phương pháp phân
loại gần đúng để phân ra 5 lớp đối tượng. Điểm đáng chú ý của đề tài này là sử
dụng kết hợp nhiều loại ảnh viễn thám như Landsat (1992,2000) và SPOT
(2005) để tạo ra kết quả giải đốn, đồng thời có sự so sánh về độ chính xác, chi
tiết giữa các loại ảnh. Với chỉ số Kappa – 0.9, dữ liệu SPOT có độ chính xác sau
phân loại cao hơn hẳn so với Landsat (Kappa – 0.7).

13


CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Lớp phủ sử dụng đất của thành phố Huế.
- Dữ liệu ảnh Landsat 8 OLI và TIRs của 3 năm 2013, 2017, 2022.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi không gian: Đề tài được thực hiện trên địa bàn thành phố Huế,
tỉnh Thừa Thiên Huế.
- Phạm vi thời gian: 2013 - 2022.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Huế.
- Xây dựng bản đồ lớp phủ, sử dụng đất.

- Đánh giá biến động sử dụng đất.
- Xây dựng bản đồ biến động lớp phủ, sử dụng đất.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài gồm 3 giai đoạn chính là xác định đề tài, thu thập dữ liệu; phân
tích, xử lý dữ liệu, tiến hành giải đoán; thành lập các bản đồ thực phủ các năm
2013, 2017, 2022 và bản đồ biến động lớp thực phủ giai đoạn 2013 – 2017, 2017
– 2022, 2013 – 2022, tổng kết, thống kê, đánh giá kết quả. Toàn bộ phương pháp
nghiên cứu được thể hiện trong hình 2.2.


THU THẬP DỮ LIỆU

DỮ LIỆU THỰC ĐỊA,
GOOGLE EARTH, BẢN ĐỒ
HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG
ĐẤT

FILE RANH GIỚI
HÀNH CHÍNH
THÀNH PHỐ

DỮ LIỆU VIỄN THÁM
(LANDSAT 8)

XỬ LÝ ẢNH (GỘP
KÊNH ẢNH, CẮT
ẢNH,…)
LẬP KHĨA GIẢI
ĐỐN
SỬ DỤNG PHƯƠNG

PHÁP MLC ĐỂ PHÂN
LOẠI ẢNH
KHƠNG ĐẠT
ĐÁNH GIÁ ĐỘ
CHÍNH XÁC
ĐẠT
BẢN ĐỒ THỰC PHỦ
CÁC NĂM 2013, 2017,
2022
ĐÁNH GIÁ BIẾN
ĐỘNG
BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG

Hình 2.1. Phương pháp nghiên cứu

15