ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và gis để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất tỷ lệ 1:25000 huyện yên hưng tỉnh quảng ninh giai đoạn 2005 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ðINH THỊ BÌNH

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM
VÀ GIS ðỂ THÀNH LẬP BẢN ðỒ BIẾN ðỘNG SỬ DỤNG ðẤT
TỶ LỆ 1/25000 HUYỆN YÊN HƯNG - TỈNH QUẢNG NINH
GIAI ðOẠN 2005 - 2010

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Quản lý ðất ñai
Mã số

: 60.62.16

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. PHẠM VỌNG THÀNH

HÀ NỘI - 2011


LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn
này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñã ñược
chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận văn

ðinh Thị Bình

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

i


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Vọng Thành –
người ñã hướng dẫn, giúp ñỡ rất tận tình trong thời gian tôi thực hiện và
hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Viện Sau ñại học; Bộ
môn Trắc ñịa bản ñồ và Hệ thống thông tin ñịa lý, Khoa Tài nguyên và Môi
trường ñã giảng dạy, ñóng góp ý kiến, tạo ñiều kiện cho tôi học tập và hoàn
thành luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng
Ninh, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Yên Hưng cùng các anh chị
ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thu thập số liệu và hoàn thành
luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Bố, Mẹ, người thân trong gia ñình và bạn
bè ñã làm chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi học tập và công tác.
Tác giả luận văn

ðinh Thị Bình

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

ii


MỤC LỤC
Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh muc bảng

v

Danh mục các hình

vi

1

ðẶT VẤN ðỀ

1

1.1

Tính cấp thiết của ñề tài

1

1.2

Mục ñích và yêu cầu

2

2

TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

3

2.1

Khái quát về nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất

3

2.2

Quy trình công nghệ thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất [2]

2.3

Ứng dụng của viễn thám, GIS trong thành lập bản ñồ biến ñộng

20

sử dụng ñất trên thế giới và ở Việt nam.

37

3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

44

3.1

ðối tượng và ñịa ñiểm nghiên cứu

44

3.2

Nội dung nghiên cứu

45

3.3

Phương pháp nghiên cứu

45

4

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

49

4.1

Khái quát ñặc ñiểm tự nhiên và kinh tế - xã hội huyện Yên Hưng

49

4.1.1

Vị trí ñịa lý

49

4.1.2

ðiều kiện tự nhiên

50

4.1.3

Thực trạng phát triển kinh tế xã hội

54

4.1.4

Tình hình quản lý, sử dụng ñất trên ñịa bàn huyện

56

4.2

Mô tả dữ liệu

58

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

iii


4.2.1

Dữ liệu viễn thám:

58

4.2.2

Dữ liệu khác

60

4.3

Thực nghiệm thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng
phương pháp so sánh sau phân loại.

61

4.3.1

Các bước xử lý ảnh số

61

4.3.2

Xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất:

72

4.3.3

Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2005-2010
bằng phương pháp so sánh sau phân loại

77

4.3.4

Nhận xét về kết quả thực nghiệm

81

5

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ

82

5.1

Kết luận:

82

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

84

iv


DANH MUC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

2.1

Biến ñộng sử dụng ñất Việt Nam giai ñoạn 2005-2010

19

2.2

Tỷ lệ bản ñồ nền dùng ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

34

2.3

Các khoanh ñất phải thể hiện trên bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

34

4.1

Hiện trạng sử dụng ñất năm 2010.

57

4.2

Mô tả dữ liệu ảnh khu vực nghiên cứu.

58

4.3

Tọa ñộ và sai số của các ñiểm nắn ảnh năm 2005

64

4.4

Tọa ñộ và sai số của các ñiểm nắn ảnh năm 2010

64

4.5

Danh sách mục ñích sử dụng ñất trong nghiên cứu

67

4.6

Các lớp giải ñoán và tên lớp sau phân loại

70

4.7

So sánh diện tích năm 2005

73

4.8

So sánh diện tích năm 2010

74

4.9

Ma trận biến ñộng mục ñích sử dụng ñất năm 2005 và 2010

76

4.10

Diện tích biến ñộng từng loại ñất giai ñoạn 2005 - 2010

79

4.11

So sánh diện tích các loại ñất tại thời ñiểm nghiên cứu

80

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

v

DANH MỤC CÁC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

2.1

Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại

5

2.2

Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp phân loại ảnh ña thời gian.

6

2.3

Véc tơ thay ñổi phổ

6

2.4

Thuật toán phân tích vector thay ñổi phổ

7

2.5

Nghiên cứu biến ñộng sử dụng mạng nhị phân

2.6

Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng phương pháp
chồng xếp ảnh phân loại lên bản ñồ ñã có

2.7

12

14

Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp cộng màu trên một
kênh ảnh

15

2.8

Sơ ñồ tổng quát quy trình nghiên cứu biến ñộng

18

2.9

Phương pháp thành lâp bản ñồ HTSDð bằng cách sử dụng tư liệu

Viễn thám ñể hiện chỉnh bản ñồ HTSDð chu kỳ trước

30

2.10

Các tài liệu dùng ñể thành lập bản ñồ HTSDð

33

2.11

Mô hình chuyển ñổi dữ liệu giữa viễn thám và GIS

39

4.1

Sơ ñồ vị trí huyện Yên Hưng

49

4.2

Cơ cấu sử dụng ñất năm 2010

56

4.3

Ảnh SPOT 5 năm 2005

59

4.4

Ảnh SPOT 5 năm 2010

60

4.5

Quy trình xử lý ảnh số

62

4.6

Mối quan hệ giữa ñộ phân giải không gian và chi tiết phân loại

66

4.7

Ảnh phân loại năm 2005 và 2010

71

4.8

Biểu ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2005 và năm 2010

75

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

vi


4.9

Quy trình nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất huyện Yên Hưngtỉnh Quảng Ninh bằng tư liệu viễn thám và GIS

77

4.10

Sơ ñồ ñánh giá biến ñộng

78

4.11

Biểu ñồ biến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2005-2010

80

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

vii

1. ðẶT VẤN ðỀ
1.1. Tính cấp thiết của ñề tài
Cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện ñại hóa ñất nước, sự gia tăng
dân số ñã và ñang gây sức ép lên ñất ñai. Việc sử dụng ñất lãng phí, chuyển
ñổi mục ñích sử dụng không hợp lý gây ảnh hưởng nghiêm trọng ñến quá
trình sử dụng ñất. Vì vậy nghiên cứu sự thay ñổi trong việc sử dụng ñất là căn
cứ khoa học ñể ñưa ra những chính sách sử dụng ñất ñai phù hợp ñem lại hiệu
quả cao cả về kinh tế - xã hội và môi trường.
Có nhiều phương pháp tiếp cận nghiên cứu sự biến ñộng tài nguyên ñất
nhưng với việc tích hợp công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý tạo
nên một công cụ mạnh giải quyết vấn ñề nghiên cứu không gian tầm vĩ mô
trong một khoảng thời gian ngắn và chi phí thấp hơn so với các phương pháp
khác. Sự phát triển của khoa học- công nghệ ñặc biệt là khoa học vũ trụ, ảnh
viễn thám ñã xuất hiện và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong công tác ñiều tra,
quản lý tài nguyên. Tư liệu viễn thám có khả năng cung cấp thông tin chính
xác, kịp thời những thay ñổi về mặt không gian và thời gian của các ñối tượng
thông qua nghiên cứu hình ảnh. Các tư liệu viễn thám như: SPOT,
LANDSAT, ASTER… có ñộ phân giải không gian và phân giải phổ cao. Một
số còn có khả năng chụp lập thể, ñặc biệt là có thể cập nhật thông tin nhanh
chóng thông qua việc thu nhận và xử lý ảnh vệ tinh ở nhiều thời ñiểm khác
nhau tạo thành ảnh ña thời gian ở dạng số là sản phẩm dễ dàng sử dụng trong
các phần mềm phân tích ảnh hiện ñại. Thêm vào ñó, GIS lại có tính vượt trội
về khả năng tích hợp thông tin mật ñộ cao, cập nhập thông tin một cách dễ
dàng, cũng như khả năng phân tích không gian, xử lý các dạng dữ liệu ñịa lý.
Yên Hưng là huyện trung du ven biển nằm ở phía Tây Nam của tỉnh
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

1

Quảng Ninh, có tiềm năng lớn về giao lưu thương mại trong nước cũng như
quốc tế bằng ñường biển. Với sự phát triển mạnh mẽ của cả nước, bộ mặt của
huyện cũng thay ñổi nhanh chóng. Trong những năm gần ñây, cùng với việc
hoàn thiện hệ thống chính sách về ñất ñai, công tác quản lý về ñất ñai trên ñịa
bàn huyện ñã bắt ñầu ñi vào nề nếp. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân nên
công tác cập nhật biến ñộng ñất ñai chưa tốt, chưa kịp thời; mặt khác trình ñộ,
năng lực cán bộ làm công tác quản lý ñất ñai ở các cấp còn chưa cao, nhất là
cán bộ ñịa chính cơ sở.
Xuất phát từ thực tiễn ñó, tôi ñã lựa chọn nghiên cứu ñề tài: “Ứng dụng
công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS ñể thành lập bản ñồ biến ñộng
sử dụng ñất tỷ lệ 1/25000 huyện Yên Hưng- tỉnh Quảng Ninh giai ñoạn
2005-2010”.
1.2. Mục ñích và yêu cầu
1.2.1. Mục ñích nghiên cứu
Nghiên cứu những vấn ñề lý luận và thực tiễn về ứng dụng công nghệ
viễn thám và GIS ñể thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất tỷ lệ 1/25.000
trên ñịa bàn huyện Yên Hưng- tỉnh Quảng Ninh.
1.2.2. Yêu cầu
Sử dụng phần mềm Envi ñể giải ñoán ảnh viễn thám phục vụ thành lập
bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất.
Sử dụng chức năng phân tích không gian của GIS ñể chồng xếp các bản
ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñể thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất và tính
toán biến ñộng.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

2

2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Khái quát về nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất
2.1.1. Khái quát về bản ñồ biến ñộng và các phương pháp thành lập bản ñồ
biến ñộng sử dụng ñất
2.1.1.1. Một số vấn ñề chung về bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất
Biến ñộng là sự biến ñổi, thay ñổi, thay thế trạng thái này bằng một
trạng thái khác của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng
như trong môi trường xã hội.
Phát hiện biến ñộng là quá trình nhận dạng sự biến ñổi, sự khác biệt về
trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời ñiểm
khác nhau.
ðể nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất, người ta có thể sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau từ số liệu thống kê, từ các cuộc ñiều tra nông nghiệp
nông thôn… Các phương pháp này mặc dù có ưu ñiểm là ñộ chính xác cao
nhưng nhược ñiểm của chúng là tốn kém thời gian và kinh phí, ñồng thời
chúng không thể hiện ñược sự thay ñổi mục ñích sử dụng từ loại ñất gì sang
loại ñất gì và diễn ra ở khu vực nào (vị trí không gian của sự thay ñổi).
Phương pháp nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất từ tư liệu viễn thám ña thời
gian sẽ khắc phục ñược các nhược ñiểm ñó.
Bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất là bản ñồ chuyên ñề phản ánh tình hình
biến ñộng sử dụng ñất theo những nội dung và tỷ lệ khác nhau. Bản ñồ biến
ñộng sử dụng ñất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của bản ñồ chuyên ñề như
ñịa hình, ñịa vật, giao thông… phải thể hiện ñược sự biến ñộng về sử dụng ñất
theo thời gian.
Ưu ñiểm của bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất là thể hiện ñược rõ sự biến
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

3

ñộng theo không gian và thời gian. Diện tích biến ñộng ñược thể hiện rõ ràng
trên bản ñồ ñồng thời cho chúng ta biết có biến ñộng hay không, biến ñộng từ
loại ñất nào sang loại ñất nào.
Về cơ bản, bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ñược thành lập trên cơ sở hai
bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời ñiểm nghiên cứu vì vậy ñộ chính
xác của bản ñồ này phụ thuộc vào ñộ chính xác của các bản ñồ hiện trạng sử
dụng ñất tại hai thời ñiểm nghiên cứu.
Có nhiều phương pháp nghiên cứu biến ñộng thường ñược sử dụng.
Dưới ñây là một số phương pháp ñược sử dụng rộng rãi ñể nghiên cứu biến
ñộng và thành lập bản ñồ biến ñộng.
2.1.1.2. Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất
a. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại
Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại ảnh ở hai thời
ñiểm khác nhau ta thành lập ñược bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời
ñiểm. Sau ñó chồng ghép hai bản ñồ hiện trạng ñể xây dựng bản ñồ biến
ñộng. Quy trình thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất theo phương pháp
này có thể tóm tắt như hình 2.1.
Phương pháp so sánh sau phân loại ñược sử dụng rộng rãi nhất, ñơn
giản, dễ hiểu và dễ thực hiện. Sau khi 2 ảnh vệ tinh ñược nắn chỉnh hình học
sẽ tiến hành phân loại ñộc lập ñể tạo thành hai bản ñồ. Hai bản ñồ này ñược
so sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến ñộng.
Theo J. Jensen, ưu ñiểm của phương pháp này cho biết sự thay ñổi từ
loại ñất gì sang loại ñất gì và chúng ta cũng có thể sử dụng bản ñồ hiện trạng
sử dụng ñất ñã ñược thành lập trước ñó.
Nhược ñiểm của phương pháp này là phải phân loại ñộc lập các ảnh
viễn thám nên ñộ chính xác phụ thuộc vào ñộ chính xác của từng phép phân
loại và thường ñộ chính xác không cao vì các sai sót trong quá trình phân loại
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

4


của từng ảnh vẫn ñược giữ nguyên trong bản ñồ biến ñộng.

Bản ñồ hiện
Phân loại

¶nh 1

trạng 1
Bản ñồ biến
ñộng
Bản ñồ hiện

Phân loại

¶nh 2

trạng 2

Hình 2.1: Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau
phân loại
b. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh ña
thời gian
Phương pháp này thực chất là chồng xếp hai ảnh với nhau ñể tạo
thành ảnh biến ñộng. Sau ñó dựa vào ảnh biến ñộng ta tiến hành phân loại và
thành lập bản ñồ biến ñộng.

Kênh 2

Kênh 3

Ảnh thời ñiểm
2

Kênh 4
Kênh 2

Ảnh thời ñiểm
1
Ảnh biến
ñộng

Kênh 3
Kênh 4

Phân loại

Bản ñồ biến ñộng

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

5


Hình 2.2. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp phân loại ảnh ña
thời gian.
Ưu ñiểm của phương pháp này là chỉ phải phân loại một lần. Nhưng
nhược ñiểm lớn nhất của nó là rất phức tạp trong lấy mẫu vì phải lấy tất cả
các mẫu biến ñộng và không biến ñộng. Hơn nữa, ảnh hưởng của sự thay ñổi

theo thời gian (các mùa trong năm) và ảnh hưởng của khí quyển của các ảnh ở
các thời ñiểm khác nhau cũng không dễ ñược loại trừ, do ñó ảnh hưởng ñến
ñộ chính xác của phương pháp.
Thêm vào ñó, bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ñược lập theo phương
pháp này chỉ cho ta biết ñược chỗ biến ñộng và chỗ không biến ñộng chứ
không cho biết ñược biến ñộng như thế nào.
c. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương phương pháp phân tích vec

tơ thay ñổi phổ
Kênh y
2

θ

1

Hình 2.3. Véc tơ thay ñổi phổ

Kênh x

Khi ở trong khu vực nghiên cứu có biến ñộng xảy ra thì nó ñược thể
hiện bằng sự khác biệt về phổ ở giữa hai thời ñiểm trước và sau biến ñộng.
Giả sử xác ñịnh ñược giá trị phổ trên hai kênh x và y tại hai thời ñiểm trước
và sau biến ñộng như trên biểu ñồ hình 2.3.
ðiểm 1 biểu thị giá trị phổ tại thời ñiểm trước khi xảy ra biến ñộng,
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

6

ñiểm 2 biểu thị giá trị phổ tại thời ñiểm sau khi xảy ra biến ñộng. Khi ñó vec
tơ 12 chính là vec tơ thay ñổi phổ, và ñược biểu thị bởi giá trị (khoảng cách từ
1 ñến 2) và hướng thay ñổi (góc θ ).
Giá trị của vec tơ thay ñổi phổ tính trên toàn cảnh theo công thức:
CMpixel =

2

n

∑ [BV

i , j ,k

(1) − BV i , j ,k (2)

]

k =1

Trong ñó:

- CMpixel là giá trị của vec tơ thay ñổi phổ.
- BVi,j,k(1), BVi,j,k(2) là giá trị phổ của pixel ij, kênh k của ảnh

trước và sau khi xảy ra biến ñộng.
Kênh y

Kênh y

Kênh y

Không thay ñổi
hoặc thay ñổi nhỏThời

Thay ñổi Thời
ñiểm2

Thay ñổi

ñiểm 2
Thời

Ngưỡng

ñiểm 1

Thời
ñiểm 2

Thời
ñiểm 1

Kênh x
a.

Thời
ñiểm 1

Kênh x

b.

Kênh x
c.

Hình 2.4: Thuật toán phân tích vector thay ñổi phổ
Việc phân tích vec tơ thay ñổi ñược ghi lại thành hai tệp dữ liệu: một
tệp chứa các mã của khu vực, một tệp chứa ñộ lớn của các vec tơ thay ñổi
phổ. Thông tin về sự thay ñổi ñược tạo ra từ hai tệp dữ liệu ñó và ñược thể
hiện bằng màu sắc của các pixel tương ứng với các mã quy ñịnh. Trên ảnh ña
phổ thay ñổi này sẽ kết hợp cả hướng và giá trị của vec tơ thay ñổi phổ. Sự
thay ñổi có xảy ra hay không ñược quyết ñịnh bởi vec tơ thay ñổi phổ có vượt
ra khỏi ngưỡng quy ñịnh hay không. Giá trị ngưỡng ñược xác ñịnh từ kết quả
thực nghiệm dựa vào các mẫu biến ñộng và không biến ñộng.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

7


Trên hình 2.4 thể hiện thuật toán phân tích thay ñổi phổ. Trường hợp a,
không xảy ra biến ñộng hoặc biến ñộng nhỏ vì vec tơ thay ñổi phổ không vượt
khỏi giá trị ngưỡng, trường hợp b, c có xảy ra biến ñộng và hướng của vec tơ
thay ñổi phổ thể hiện tính chất của biến ñộng trong trường hợp b khác trường
hợp c, ví dụ ở trường hợp b có thể xảy ra sự biến mất của thực vật, còn trong
trường hợp c chỉ là sự khác biệt giai ñoạn tăng trưởng của cây trồng.
Sau ñó lớp thông tin thể hiện sự thay ñổi hay không thay ñổi sẽ ñược
ñặt lên trên tấm ảnh ñể thành lập bản ñồ biến ñộng.
Phương pháp phân tích vec tơ thay ñổi phổ ñược ứng dụng hiệu quả
trong nghiên cứu biến ñộng rừng nhất là biến ñộng hệ sinh thái rừng ngập
mặn nhưng nhược ñiểm của phương pháp này là khó xác ñịnh ngưỡng của sự

biến ñộng.
d. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp số học
ðây là phương pháp ñơn giản ñể xác ñịnh mức ñộ biến ñộng giữa hai
thời ñiểm bằng cách sử dụng tỉ số giữa các ảnh trên cùng một kênh hoặc sự
khác nhau trên cùng một kênh của các thời ñiểm ảnh.
Trước tiên các ảnh ñược nắn về cùng một hệ tọa ñộ, sau ñó dùng các
biến ñổi số học ñể tạo các biến ñổi số học ñể tạo ra các ảnh thay ñổi. Phép trừ
và phép chia số học ñược sử dụng trong trường hợp này.
Nếu ảnh thay ñổi là kết quả của phép trừ số học thì khi ñó giá trị ñộ
xám của các pixel trên ảnh thay ñổi là một dãy số âm và dương. Các kết quả
âm và dương biểu thị mức ñộ biến ñổi của các vùng, còn giá trị 0 thể hiện sự
không thay ñổi. Với giá trị ñộ xám từ 0 ñến 255 thì giá trị pixel thay ñổi trong
khoảng từ -255 ñến +255. Thông thường ñể tránh kết quả mang giá trị âm
người ta cộng thêm một hằng số không ñổi.
Công thức toán học ñể biểu diễn là:
Dijk = BVijk (1) - BVijk (2) + c
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

8


Trong ñó:
Dijk: giá trị ñộ xám của pixel thay ñổi
BVijk (1): giá trị ñộ xám của ảnh thời ñiểm 1
BVijk (2): giá trị ñộ xám của ảnh thời ñiểm 2
c: là hằng số (c = 127)
i: chỉ số dòng; j: chỉ số cột
k: Kênh ảnh (ví dụ kênh 4 trên ảnh Landsat TM)
Ảnh thay ñổi ñược tạo ra bằng cách tổ hợp giá trị ñộ xám theo luật phân
bố chuẩn Gauss. Vị trí nào có pixel không thay ñổi, ñộ xám biểu diễn xung

quanh giá trị trung bình, vị trí có pixel thay ñổi ñược biểu diễn ở phần biên của
ñường phân bố.
Cũng tương tự như vậy, nếu ảnh thay ñổi ñược tạo ra từ phép chia số
học thì giá trị của các pixel trên ảnh là một tỷ số chứng tỏ ở ñó có sự thay ñổi,
nếu bằng 1 thì không có sự thay ñổi.
Giá trị giới hạn trên ảnh thay ñổi (tạo ra bởi phép trừ số học) và ảnh tỷ
số kênh sẽ quyết ñịnh ngưỡng giữa ranh giới sự thay ñổi, không thay ñổi và
ñược biểu thị bằng biểu ñồ ñộ xám của ảnh thay ñổi.
Thông thường ñộ lệch chuẩn sẽ ñược lựa chọn và kiểm tra theo kinh
nghiệm, nhưng ngược lại, người ta thường sử dụng phương pháp thử nghiệm
nhiều hơn phương pháp kinh nghiệm. Giá trị ngưỡng của sự thay ñổi sẽ ñược
xác ñịnh khi bắt gặp giá trị thay ñổi trên thực tế.
ñ. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp sử dụng mạng nhị
phân.
ðây là một phương pháp xác ñịnh biến ñộng rất hiệu quả. ðầu tiên tiến
hành lựa chọn ñể phân tích ảnh thứ nhất tại thời ñiểm n. Ảnh thứ 2 có thể sớm
hơn ảnh thứ nhất (n-1) hoặc muộn hơn (n+1). Các ảnh ñều ñược nắn chỉnh về
cùng một hệ tọa ñộ.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

9


Tiến hành phân loại ảnh thứ nhất theo phương pháp phân loại thông thường.
Tiếp theo lần lượt chọn 1 trong các kênh (ví dụ kênh 3) từ hai ảnh ñể tạo ra
các tệp dữ liệu mới. Các tệp dữ liệu này sẽ ñược phân tích bằng các phép biến

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

10

ñổi số học (như tỷ số kênh, các phép cộng, trừ, nhân, chia ñể tạo sự khác nhau
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4

Ảnh 1

Ảnh 1 sau phân loại

Kênh 3 - Ảnh 1
Kênh 3 - Ảnh 2
Phép biến
ñổi số học Phát hiện pixel
thay ñổi tạo ra
mạng nhị phân
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4

Ảnh 2

Ảnh 2 sau phân loại

Ảnh 1 sau phân loại

Bản ñồ biến ñộng

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

11


Hình 2.5. Nghiên cứu biến ñộng sử dụng mạng nhị phân

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

12


của ảnh hoặc phương pháp phân tích thành phần chính) ñể tính toán các
chỉ số và tạo ra một ảnh mới.
Sau ñó sử dụng kỹ thuật phân ngưỡng ñể xác ñịnh các vùng thay ñổi và
không thay ñổi trên ảnh mới này theo phương pháp số học. Ảnh thay ñổi sẽ
ñược ghi lại trên một tệp "mạng nhị phân" chỉ có hai giá trị "thay ñổi" và
"không thay ñổi". Sau ñó mạng nhị phân này ñược chồng phủ lên ảnh thứ hai
ñể phân tích và chỉ ra các pixel thay ñổi. Khi ñó chỉ có các pixel ñược xác
ñịnh là có sự thay ñổi ñược phân loại trên ảnh thứ hai này. Sau ñó, phương
pháp so sánh sau phân loại truyền thống ñược ứng dụng ñể tìm ra thông tin về
biến ñộng. Sơ ñồ của phương pháp thể hiện trong hình 2.5.
Ưu ñiểm của phương pháp này là giảm ñược sai số xác ñịnh biến ñộng
do bỏ sót hoặc nhầm lẫn và cung cấp cụ thể thông tin về sự biến ñộng từ loại
gì sang loại gì. Phương pháp này có thể phân tích ñược số lượng nhỏ các vùng
thay ñổi giữa hai thời ñiểm. Ở hầu hết các vùng nghiên cứu, trong giai ñoạn từ
1-5 năm thì diện tích biến ñộng thường không lớn quá 10% diện tích toàn bộ
vùng nghiên cứu, vì vậy phương pháp này khá thích hợp ñể thành lập bản ñồ
những vùng có biến ñộng nhỏ, nhưng bất lợi lớn nhất của phương pháp này là
rất phức tạp, ñòi hỏi một số bước thực hiện và kết quả cuối cùng phụ thuộc
vào vào chất lượng của mạng nhị phân ñã ñược sử dụng ñể phân tích. Tuy

nhiên ñể nghiên cứu biến ñộng và thành lập bản ñồ biến ñộng thì ñây là một
phương pháp rất hữu dụng.
e. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp chồng xếp ảnh phân
loại lên bản ñồ ñã có
Trong một số trường hợp mà khu vực nghiên cứu ñã có bản ñồ hiện
trạng ñược thành lập hoặc ñã có bản ñồ ñược số hóa thì thay vì sử dụng ảnh
viễn thám ở thời ñiểm 1 chúng ta sử dụng các nguồn dữ liệu ñó sẵn có. Tiến
hành phân loại ảnh ở thời ñiểm thứ hai, sau ñó tiến hành so sánh các pixel
tương tự như phương pháp so sánh sau phân loại ñể tìm ra biến ñộng và thông
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

13


tin biến ñộng. Sơ ñồ của phương pháp thể hiện trong hình 2.6.
Ưu ñiểm của phương pháp này là sử dụng ñược nguồn dữ liệu ñã biết,
giảm ñược nguồn sai số do bỏ sót hay tổng quát và biết ñược thông tin chi tiết
về sự biến ñộng. Hơn nữa chỉ cần phân loại ñộc lập ảnh ở thời ñiểm 2.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược ñiểm là dữ liệu số hóa có
thể không ñủ ñộ chính xác hoặc dữ liệu bản ñồ không tương thích với hệ
thống phân loại.
Bản ñồ hiện
trạng 1 (có sẵn
của khu vực
nghiên cứu)

Bản ñồ biến
ñộng

Ảnh 2

Phân loại

Bản ñồ
hiện trạng
2

Hình 2.6. Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng phương pháp
chồng xếp ảnh phân loại lên bản ñồ ñã có
f. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp cộng màu trên một
kênh ảnh
Trong phương pháp này ta chọn một kênh ảnh nhất ñịnh (ví dụ kênh 1)
sau ñó ghi từng ảnh ở các thời ñiểm lên một băng từ ñặc biệt của hệ thống xử
lý ảnh số. Khi ñó màu sắc của dữ liệu ảnh chồng xếp sẽ cho thấy sự biến ñộng
hay không biến ñộng theo nguyên lý tổ hợp màu.
Ưu ñiểm của phương pháp này có thể xác ñịnh ñược biến ñộng của hai
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

14


thậm chí ba thời ñiểm ở cùng một lần xử lý ảnh (hình 2.7).
Tuy nhiên kỹ thuật xử lý ảnh theo phương pháp này không cung cấp
ñược số liệu cụ thể về diện tích biến ñộng từ loại ñất này sang loại ñất khác.
Mặc dù vậy, ñây là phương pháp tối ưu ñể nghiên cứu biến ñộng trên phạm vi
rộng lớn như vùng hoặc lãnh thổ.
Ảnh 1
Ảnh 2
Ảnh 3

Ảnh màu ñỏ
Ảnh màu lục
Ảnh màu chàm

Kênh n
Kênh n
Kênh n

Ảnh biến ñộng

Bản ñồ biến ñộng

Hình 2.7. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp cộng màu trên một
kênh ảnh
g. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp kết hợp.
Thực chất việc thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp này là
vec tơ hóa những vùng biến ñộng từ tư liệu ảnh có ñộ phân giải cao như ảnh
SPOT Pan hoặc ảnh hàng không.
Nếu dữ liệu ảnh tại một thời ñiểm có ñộ phân giải thấp hơn ta tiến
hành phân loại ảnh ñó theo phương pháp phân loại không kiểm ñịnh. Từ ảnh
phân loại không kiểm ñịnh tạo ra ñược bản ñồ hiện trạng tại thời ñiểm ñó.
Tiếp theo chồng xếp bản ñồ lên trên ảnh có ñộ phân giải cao ñể phát hiện biến
ñộng. Sau ñó tiến hành vec tơ hóa những vùng biến ñộng. Việc khoanh vẽ
những vùng xảy ra biến ñộng trên ảnh ñược thực hiện dễ dàng nhờ phương
pháp giải ñoán bằng mắt dựa vào các chuẩn ñoán ñọc như chuẩn hình dạng,
chuẩn cấu trúc, chuẩn kích thước. Chính vì vậy, phương pháp này rất thông
dụng khi người xử lý sử dụng phương pháp giải ñoán bằng mắt ảnh hàng
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

15

không của cả hai thời ñiểm.
Ưu ñiểm của phương pháp này là ñộ chính xác cao và cung cấp ñầy ñủ
thông tin về biến ñộng tuy nhiên phương pháp này chỉ thực hiện trên ảnh ñộ
phân giải cao.
Từ các phương pháp trên ta có nhận xét sau:
- Tám phương pháp ñánh giá biến ñộng nêu trên, mỗi phương pháp ñều
có ưu nhược ñiểm và ñiều kiện ứng dụng riêng. Trừ 2 phương pháp phân tích
sau phân loại và phân loại trực tiếp ảnh ña thời gian - các phương pháp khác
ñều phải xác ñịnh ngưỡng phân chia bằng thực nghiệm ñể tách các pixel biến
ñộng và không biến ñộng. Trong thực tế, thông thường, việc xác ñịnh chính
xác ngưỡng phân chia là vấn ñề khó, ñộ tin cậy không cao.
- Phương pháp ñánh giá biến ñộng thông qua phân loại ảnh ña phổ ở
các thời ñiểm khác nhau lại ñòi hỏi phải chọn ñược chính xác các vùng mẫu
thể hiện biến ñộng và không biến ñộng phù hợp. Quá trình thực hiện yêu cầu
phải có chuyên gia giải ñoán ảnh số trình ñộ chuyên môn cao.
- Phương pháp phân tích sau phân loại thể hiện nhiều ưu ñiểm vì có thể
bỏ qua một số công ñoạn chuẩn hóa các dữ liệu ña thời gian. Không phải lấy
mẫu kích thước pixel trong trường hợp các ảnh ña thời gian không cùng ñộ
phân giải không gian. Quá trình phân loại ñơn giản, dễ hiểu. Mặt khác, ñây
cũng là phương pháp thuận lợi cho việc chuyển kết quả vào GIS ñể phân tích
biến ñộng sau phân loại.
Do ñó, tác giả ñã chọn phương pháp phân tích biến ñộng sau phân loại
cho ñối tượng nghiên cứu. Theo ñó, dữ liệu ña phổ của từng thời ñiểm ñược
phân loại ñộc lập ñể thành lập bản ñồ hiện trạng theo thời gian và không gian.
Sau ñó ñánh giá biến ñộng thông qua modul phân tích dữ liệu không gian
trong GIS. Căn cứ vào ñặc tính và chất lượng tư liệu viễn thám thu thập ñược, số
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

16


liệu ngoại nghiệp, các tài liệu bản ñồ, kiểm tra thực ñịa, phương pháp phân loại ảnh
v.v... quy trình nghiên cứu biến ñộng có thể có những công ñọan khác nhau. Ta
có thể tóm tắt tổng quát theo sơ ñồ khối sau ñây (hình 2.8).
Bản ñồ, Số liệu
ngoại nghiệp

Ảnh vệ tinh

Xây dựng chú giải
bản ñồ

Tổ hợp màu

Số liệu ñiều tra thực
ñịa

Tăng cường chất
lượng ảnh

Nắn chỉnh hình học

Cắt ảnh theo ranh
giới

Phân loại ảnh

ðánh giá ñộ chính

xác phân loại
Thành lập bản ñồ hiện
trạng các giai ñoạn

Thành lập bản ñồ
biến ñộng
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

ðánh giá biến
ñộng

17