Ứng dụng mô hình Markov – Cellular Automata dự báo biến đổi lớp phủ mặt đất huyện Kiến Thuỵ, thành phố Hải Phòng

1

I HC QUI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



Phạm Huy Hoàng



ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MARKOV – CELLULAR AUTOMATA
DỰ BÁO BIẾN ĐỔI LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN KIẾN THUỲ,
THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG



LUC







i - 2013.

2

I HC QUI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


Phạm Huy Hoàng



ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MARKOV – CELLULAR AUTOMATA
DỰ BÁO BIẾN ĐỔI LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN KIẾN THUỲ,
THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG


: 60 44 80.

LUC

NG DN KHOA HC:
TS. Bùi Quang Thành





i - 2013.

1
LỜI CẢM ƠN
 




     
-  

     gia, ,
 




Ngày 10 tháng 5 năm 2013


Phạm Huy Hoàng

2
MC LC 2
 9
 9
 10
 11
 11
 12
 12
 N V U BII LP PH MT
VI S TR  CA VI 13
1.1.   13
m v lp ph mt 13
1.1.2. H i lp ph mt 13
  14

1.2.1. Bing lp ph mt 14
ng 15
 ng lp ph mt 15
 16
 vin  16
 16
 16
 16

 17

 18
  19

3

 20
1.4.2 H th 23
 23
a GIS 23
1.4.2.3. c x  li 24
1.4.2.4 d liu 25
 25
 25
1.5 bii lp ph mt 27
 . 34
      NG TI BI I LP PH M T
HUYN KIN THY 36
 36
m v -  36

u t t n s n Kin
Thy 38
-2010 42
2.2.2. Hin trng s dt huyn Kin Thu  43
2.2.3ng s dt huyn Kin Thu 2005-2010 46
2.3.   -
 . 47
 ch y ng quy hoch tng th n KT-XH huyn
Kin Thu  47
ch s dn c thc hin
quy hoch huyn Kin Thu  48
2.3. 48
 50

4
2.3.2.3.  51
 53
2.4.1. Lch s n ca Huyn Kin Thy 53
, kinh t - i ca huyn Kin Thy 55
  NG DNG VI      -
I LP PH MT HUYN
KIN THN 2000 - 2010 57

- 2005 - 2010 57
 bing lp ph mt 57
ng b lp ph mt huyn Kin Th
58
p b ng lp ph mt huyn Kin
Thn 2000  2005 - 2010 66


 68
u d i lp ph mt t 68
ng ma trn chuyn dch di Markov 78
 bii lp ph mt huyn Kin Thy d
CA_Markov 79
KT LUN NGH 86
u tham kho 88


5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CA
Mng t ng
CSDL
C s d liu
GIS

MCE
 
PTBV


6
DANH MỤC BẢNG

 42

 44
 Bi-2010 46

 50
 58
 60
 -2005 67
-2010 67
2010-2020 84

7
DANH MỤC HÌNH
  21
 22
 22
 22
 23
Huggett, R.J - 1980) 26
 30
 30
 33
  33
 34
 37
 40
  41
 45

- 2005 - 2010 37
  2010 59
              
 62
0

 63
  66
    -
2010 67
 68

8
 70
 71
 71
 73

 74
 75
 76
 77
 77
 78

15.0 78
 79

 80
 81
 81
 83


9
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
S n c  ng v i
Vit Nam thi gian g
t chung ca c  Ht
 ln nht ca Vit Namn ra tc   th 
 thu hp  nhng ch 
 c
u bin n rn  cn thi
quan qu s u ni gi
 v tinh v H:  ni ti
 th, trong mt khong thi gian ngn, mp b bi
, t   trong khu  th. S thay 
ch c thay  b
vic iu tra tim mt ln  nc ta.
Kin Tht huyn ngo th 
nhanh.  qun bn vng, mt trong nhng nhim v n
n ng lp ph mt t.
Trong ba thp k gn  n
ht si s xut hin ci mi, nh  nh thu
 ph rng   l  n h
phc v cho qu p ph mt t.
T trc n nay  nc ta, ng dng ca viiu tra s bin
t sc cn thit nhng chn (rt n gi
kt qu t c chinh v tinh trc y nh: ng d
viu bin ng s dng h  Nng; ng dng
vin ng t  th c Vinh, tnh Ngh An; ng
d vip bn  bin ng lp ph thc vt rng
huyn Ngc Him Cm cho mt t chc c
th  ng a phng, t c  ang rt c
 nh vi hoch nh iu cha a

ph nc d  n ng.

10
Vi dng t liu   gii cao) kt hp GIS tn 
 c tr t  s  
 ng dng vin
t cn n kinh nghi hiu bi
 mbii lp ph mt, s d 
u bi ng t
ng. Mu bii s di Markov do
u
bi u nha th k 20.
Vic s dc s d d  bii c
lo dt
i suy tuy d  i tr
c th
yu t t u t kinh t -  khc phc
m ca thun b p thung t
ng (Cellular Automata) kt hp v ng
nh b Evaluation -
MCE) nh a kt qu  th
 c ng hp tp hp nhiu thut
 m bo kt qu p vi quy lut
triu kin thc t.
 chn  Ứng dụng mô hình Markov –
Cellular Automata dự báo biến đổi lớp phủ mặt đất huyện Kiến Thụy, thành
phố Hải Phòng
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
a. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Ma  ng d- Cellular Automata kt

hp vi vi  u bin ng lp ph mt t huyn Kin Thu
 i lp ph mn 2010-2020.
b. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
 t c nhng m ra,   thc him v 

11
nh sau:
- T n v u bii lp ph mt vi s tr
a - CA, vi.
- ng d viu lp
ph  Vit Nam 
- X nh  hin trng lp ph mt
(2000-2005-2010).
-   bii lp ph mt huyn Kin Thy trong
5, 2020 ng d-CA.
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Phạm vi về không gian: u bin ng lp ph mt t khu vc
huyn Kin Th   H    i tng: 
nghip, t , t bng cha s dng, mt nc.
- Phạm vi về nội dung:  , nh vii
gian kt h i lp ph mt t huyn Kin Thy,
   bii lp
ph mt huyn Kin Th H 
4. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài
- B a H
- B c Kin Thy  m.
- B hin trng s dt khu vc Kin Thy , 2010.
- B a mo.
-  nh v     p  nhiu th m khu vc
Kin Thy.

- 
- b v H.

12
5. Kết quả đạt đƣợc của luận văn
- T n v nghu bii lp ph mt vi
s tr a Markov-CA, vi
-  ng n  hin trng lp ph mt t  3 thi im
2000, 2005, 2010, t  n  bin ng lp ph mt t giai on
2000-2005, 2005-2010 bng ph
- n ng lp ph mt t giai on 2000-2010  n
ng lp ph mt t n 2020 cho khu vu b
 CA.
6. Cấu trúc của luận văn
n m t lun, lum 
Chương 1: Cơ sở lý luận về nghiên cứu biến đổi lớp phủ mặt đất với sự trợ
giúp của viễn thám và GIS
Chương 2: Các nhân tố ảnh hưởng tới biến đổi lớp phủ mặt đất huyện Kiến
Thụy.
Chương 3: Ứng dụng viễn thám, GIS và Markov-CA mô hình hóa biến đổi
lớp phủ mặt đất huyện Kiến Thụy 2000 -2020

13
CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI LỚP PHỦ
MẶT ĐẤT VỚI SỰ TRỢ GIÖP CỦA VIỄN THÁM VÀ GIS
1.1. KHÁI NIỆM VÀ MỘT SỐ HỆ PHÂN LOẠI LỚP PHỦ MẶT ĐẤT
1.1.1. Khái niệm về lớp phủ mặt đất
m lp ph mt ca t chc th git
n, bu h th nhm ln

gia lp ph m dp ph m
sau: Lớp phủ mặt đất là những đối tượng vật chất quan sát được trên bề mặt trái
đất.
c t mi mt khu vp
ph mi mu chu s ng ca t 
i vi m mnh, y  p ph
mi. S bii ca lp ph mc lng nh
 n cuc sng cng suy gi
t; s 
 ng thu st trong nh
biu.
1.1.2. Hệ phân loại lớp phủ mặt đất
 tu kin thun li cho vi dp
ph mm bng nht v nng
 i lp ph mt.
 i lp ph mu dc
sau:
- H i d hiu, d ng b m
ng tht cht cc, mt, lp
ph thc vp, b mo.
- p vi kh u vi
loi nh v 

14
- ng trong h i
u thu thp  
- H thc cho nhing ln
- H thp bp
vi vi 
cp b   l 

i h p vi
u kin t  p ph b mt ca tng khu vc.
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT
1.2.1. Biến động lớp phủ mặt đất
Bic hi bii, thay th tr
a s vt, hing tn tng
t i.
n bin dng s bii, s t v trng
 a s vt, hi ng b     i nhng th  
nhau. Vic la chu bing lp ph mt quan
trng. Hiu biu ht
qu u bic th hi bing tng
hp kt qu  
  cu bing lp ph m
vi nhiu ngu  liu th liu
ki ng tn nhiu thi gian,
 hic s i t tr
ca lp ph m a s  dng
u vic phc nh
Vic s du viu bing lp ph mt
i lp ph mn s i v  bc x ng
i v  bc x i lp ph mt phi l i v
bc x u t ng yu t m s i v
u ki m mu ca mt tr gim
thiu ng cu t ng vic la chn d lip.

15
1.2.2. Các nguyên nhân gây ra biến động
Bing ca lp ph mt bao gi m nhiu yu t 
l kt hp ca m d

c th u kin ci.
    m   
ng ci( ph thuu
kin kinh t
n bing lp ph mt gm:
- S ng ca t 
- V i;
- V  ch;
- V kinh t ;
- V 
- V 
1.2.3. Các phƣơng pháp đánh giá biến động lớp phủ mặt đất
- Phương pháp so sánh sau phân loại:
Bn cht c kt qu i bi s dn
mm x ng ca hai thp b lp ph
mt ti hai th lp ph  p
b bing s d GIS.
- Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian:
c chng x thi gian ca mt khu
vc, tnh bing s dng phn mm x 
lonh bip b bing.
- Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ:
 bing ti m c th hin bng
s t v  ph gia hai thm.

16
- Phương pháp số học
 nh bing gia hai
thm s dng t s gic s 
m nh. S di s h 

lp b bic s dng   
Nu t qu c   
  t qu u th m bii ca
 0 biu th s ng. V   
 i trong khong t - t qu
 ng ct hng s i.
1.4. VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI LỚP PHỦ
MẶT ĐẤT
1.4.1. Công nghệ viễn thám
1.4.1.1. Khái niệm viễn thám
           
 

1.4.1.2. Đặc tính cơ bản của tư liệu viễn thám
D liu vim d liu  liu nh v tinh.
Vi tinh s dc b cm g o hong  nhiu
 400nm- thu d liu v   
t. Trong lu dc
thu trong dn hng ngoi.  quan trng nhc
a mt nh v tinh cc la ch
c  i ph i th
i bc x.
1.4.1.3. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên
 th phn x ph ng vi ch c
ph phn x c g ng cong ph phn xa
ng cong ph phn x cho bit mt ph ca mt

17
ng cong ph thuc rt nhic la chi
 t b vi ghi nhu ph.

ng c ng cong ph phn x   thuc rt nhi  
cht cng. Trong thc tr ph c
ca m ng quanh
 
 ng lp ph mnh v 
d t v n x c.
1.4.1.4. Khả năng khai thác thông tin từ ảnh viễn thám trong nghiên cứu biến đổi
lớp phủ mặt đất
Trong nh thut vim
vi ng dng cng lu vi
kh c l p b 
c t u vi i vi ni dung b.
p b lp ph mt trong nhng ng du
ng cu vii bn cht vic thu nhn 
phn x cn t t t, vin
 p ph mp ph rng, t  
t  t trt mc, Do
vy, vit nhi

Nhu cu v p ph m
u, qu 
i lp ph mt,  hin trng lp ph
mt (hin trng lp ph mt - hin tr  trp
ph mt ca tht; hin trng s dt -  m
dng ca tht), trong quy hoch, hop k hoch s dng
ng,   cn thit  nhng
 s d 
 v a vip bn
.

18
Vu khoa hc, nh
hi ph p cn
ct, vi
tr   thit c
nghu trc tia. Do vy, vic kt hp gi nh vin
 tha s i hiu qu  tin c
u kh  t u vic
chu kh n ca bn
 t u vi
T u vi giu t ni dung sau:
- H thng thu 
- 
- Lp ph thc vt.
- Th ng.
- 
- H th
y, vi kh c nh u vin
c b hin trng lp ph mt t 
1.4.1.5. Một số tư liệu viễn thám đang được sử dụng phục vụ nghiên cứu biến
động lớp phủ mặt đất tại Việt Nam
u vi  gii rc s
du mu vii ta quan
 n mt trong nh  ng c    i. Trong
nhing h ng dng cho mu c th 
chu la chu vi  
 i m i ph  i thi gian.
  i  u vi

-  

19
-  
-  i thp.
i dinh vi 
nh v  n gii t c cen-ti-
 Vii  bic
s d p b t l ln.
nh v  i t n
i dili 
i di i thnh v tinh MODIS, NOAA
  n 1000 m. Nhm ni bt cu
 ln, chu k thu nhn nh ngn (2 
c ghi  nhiu di ph 
Hin nay  Vi dng nhiu lou nh vi

loi b phc v  - xi.
1.4.1.6. Chiết xuất thông tin trên ảnh viễn thám
 c chit xut theo nhi
th ng m .
a. Giải đoán bằng mắt thường vt th 
nh tr u t  
kiu m u t a k
thut. Trong ging mt phi nm bu hiu gii
i gin th
 kt hp tn th y m
th t qu i mt xu
a s bii lp ph huyn Kin Thy, lu dng
  nh m c i
t qu i b n thy

ng lt ph i ging
nhau, hng m loi b hing l
b. Phương pháp xử lý ảnh số u vi
dnh s cx   u

20
ph rt chi tit (256 mc hoi s tr n mm
 t rt nhi cng, t 
nhn bing m ng. Trong lunh vi
 

- Phân loại theo phương pháp thống kê
n x ph cng t 
tin quan tro t 
n x ph ging nhau d ging nhau v ph phn x c
i nh vim
ph phn x ca  g ph ng
t qu ci s ph
thu ph c t  pixel m
i thi thiu da ch yu
 phn x c
- Phân loại định hướng đối tượng
       p c      i
nh dv   ng,
ci quan h c
t qu c s ln loi gi
li so v.
1.4.1.7. Các phương pháp đánh giá biến động đối tượng mặt đất trên cơ sở sử
dụng dữ liệu viễn thám đa thời gian
Ving ng m s dng d

liu vii gian, yi vi d liu vi
- u c ch cm ho.
- u nh ph  cao
bay ch i ph
- u nh i gian.
u kiu bing ng mt

21
 s dng d liu viu nh thu th
u kii tic x u
chnh ph, hiu ch  n ch tin cy ca qu
u bing ng mt  ng nhiu b 
    i gi   m chp   i hiu ng c 
quyn, nh c h m ct
quan trng. Thnh chng nh
 i ca lch gieo tr n.
ng ng mt ch yu sau:
* Phương pháp 1: Phân tích sau phân loại
n, d thc hin. Tic lp hai
nh chp  hai thi k ng s dng ma tr 
quan bing ging, l liu th
bing.   thuc cht ch  
ca tc l xut hin  mi li nh s b
lu tra bing.
Vi  nh, ta chia
 a i 
lonh, ta pha ch
u  hoc cn
bip cc tp hp, chn li.

Sơ đồ 1.1. Phương pháp phân tích sau phân loại
Lus dng ng lp ph mt.
* Phương pháp 2: Phân loại trực tiếp từ ảnh đa thời gian
c chnh
i. Hai c chng ph o ra mt
 phi mt ln cho i
nh 1
nh 2
i
i

bing

22
     nh ho     a
 thu t ph gi
i (nu ly mi ly tt c 
mu bing).

Sơ đồ 1.2. Phương pháp phân loại trực tiếp từ ảnh đa thời gian
* Phương pháp 3: Nhận biết thay đổi phổ
 d thu t hai u to
nh mi th hin s i ph. S t hoc
 ph gi    ng pixel ho
ci nn chc
ph nh 

Sơ đồ 1.3. Phương pháp nhận biết thay đổi phổ
* Phương pháp 4: Kết hợp
 dn bii ph  ch 

 i cho nh
 nh danh s i 

Sơ đồ 1.4. Phương pháp kết hợp
nh 1
nh 2
n ng
i
i
i
nh 1
nh 2

t
i
nh 1
nh 2
i

bin ng

23
1.4.2 Hệ thống thông tin địa lý
1.4.2.1. Khái niệm
H th gi t
 th thc hin nhp d li
 li lic bic vi d liu
 Cha GIS:
- Thu thn b d liu
- Qun tr d liu

-  liu
- Biu din d liu
Tu thuc ng ng dt, m
 liu t h th d lit
h, m, mt nguc khoa hc.
1.4.2.2. Thành phần và các chức năng của GIS
H tht tp ht hp cn cng, phn mm
 mng truy d thu thp, to,
  lic nhm phc v 
ca t chi.

Hình 1.4. Các hợp phần chức năng của GIS
i vi mt GIS c th, mi m- cung cp nhiu hoc ch mt
nh vic nhp d li t d
li   n trong x        n vi  i