Ứng dụng công nghệ viễn thám, hệ thống thông tin địa lí trong đánh giá biến động đất và chuỗi Markov dự báo đất tỉnh Bắc Ninh trong giai đoạn 2003 – 2013

Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Đất đai là thành phần quan trọng của tự nhiên, là nguồn tài nguyên vô
cùng quý giá với mỗi Quốc gia, là tư liệu sản xuất đặc biệt và không thể thay
thế được. Là yếu tố quan trọng hàng đầu trong việc duy trì mọi hoạt động
sống của sinh vật trên Trái Đất (là môi trường sống, là tư liệu sản xuất…), đất
đã được hình thành và biến đổi qua lịch sử rất dài. Chính vì vậy đất có vai trò
rất quan trọng với tự nhiên và cuộc sống của con người.
Bắc Ninh là một tỉnh có nền kinh tế khá phát triển, trong những năm gần đây
tỉnh đã thu hút được rất nhiều dự án đầu tư lớn vào tỉnh và có nhiều dự án đã xây
dựng và đưa vào hoạt động như: Khu công nghiệp Yên Phong, khu công nghiệp
Quế Võ 1, khu công nghiệp Khai Sơn…làm cho nhiều diện tích đất nông nghiệp đã
bị chuyển đổi sang xây dựng các khu công nghiệp, nhà ở cho công nhân. Bên cạnh
đó, dân số của tỉnh tăng lên trong thời gian qua, nhu cầu đất thổ cư lớn, đời sống
của người dân cao hơn, nhiều khu vực người dân không còn nhu cầu sản xuất nông
nghiệp nữa. Đây là một trong những nguyên nhân quan trọng gây lên sự biến đổi
mạnh mẽ diện tích đất của tỉnh. Chính vì vậy việc đánh giá biến động đất là hết sức
cần thiết để có thể quy hoạch phát triển góp phần phát triển bền vững.
Trên thế giới, công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lí GIS, đã
ra đời vào những năm đầu thập kỷ 60 thế kỷ XX và phát triển mạnh mẽ trên
nền tảng của tiến bộ công nghệ máy tính, phân tích dữ liệu không gian và
quản lí dữ liệu. Từ những năm 80 trở lại đây, công nghệ viễn thám, hệ thông
tin địa lí GIS đã có sự phát triển nhảy vọt trở thành một công cụ hữu hiệu
phục vụ nông – lâm nghiệp, quản lí tài nguyên, bảo vệ môi trường và phòng
chống thiên tai nói chung, trong công tác quản lí đánh giá biến động đất nói
riêng. Công nghệ viễn thám hiện nay cho phép chúng ta cập nhật thông tin,

tiến hành nhanh chóng và đạt hiệu quả cao. Việc kết hợp giữa công nghệ viễn
thám và hệ thông tin địa lí GIS càng làm tăng thêm tính xác thực của kết quả
nghiên cứu. Chính vì vậy việc sử dụng công nghệ viễn thám, hệ thông tin địa
lí trong đánh giá biến động đất là rất cần thiết, giúp cập nhật thông tin một
cách nhanh chóng, chính xác, khách quan, khoa học. Ngoài ra, để giúp cho
các cơ quan quản lý có thể đưa ra những kế hoạch phát triển tối ưu nhất trước
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

1


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

tốc độ phát triển kinh tế khá nhanh của tỉnh Bắc Ninh thì việc đưa ra dự báo
về sự biến động đất ở các năm tiếp theo là điều vô cùng cần thiết
Trước đó đã có một số đề tài nghiên cứu, đánh giá biến động đất tỉnh Bắc
Ninh nhưng các đề tài đó mới chỉ dừng lại ở việc sử dụng hệ thông tin địa lí GIS
đánh giá biến động đất với số liệu cũ của các năm trước, chưa có đề tài nào sử dụng
ảnh viễn thám đánh giá biến động đất của tỉnh Bắc Ninh, các để tài đó cũng chưa đề
cập nhiều tới việc dự báo đất cho tỉnh Bắc Ninh. Hiện nay diện tích đất của tỉnh đã
có nhiều biến động nên đề tài này sử dụng những ảnh viễn thám mới nhất (2013)
để cập nhật số liệu mới nhất có thể và ứng dụng thêm GIS trong đánh giá biến động
đất, chuỗi Markov dự báo đất để có thể có được kết quả tốt nhất, chính xác nhất.
Vì những lí do trên tác giả chọn đề tài: “ Ứng dụng công nghệ viễn thám, hệ
thống thông tin địa lí trong đánh giá biến động đất và chuỗi Markov dự báo đất
tỉnh Bắc Ninh trong giai đoạn 2003 – 2013” là thước đo hiểu biết của bản thân và có
thể trau dồi thêm kiến thức về công nghệ viễn thám, hệ thông tin địa lí cũng như hiểu

biết về biến động đất nói chung và dự báo đất nói riêng. Kết quả nghiên cứu này có thể
là tài liệu tham khảo cho các nhà lãnh đạo địa phương đánh giá hiện trạng cũng như
biến động đất, dự báo đất tỉnh Bắc Ninh để phát triển theo hướng phát triển bền vững.
2. Mục tiêu, nhiệm vụ, giới hạn nghiên cứu của đề tài
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Phân tích hiện trạng sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh năm 2003 và 2013 dựa
vào nguồn tư liệu ảnh vệ tinh Landsat ETM, phần mềm xử lí ảnh vệ tinh Envi
4.5, phần mềm ArcGis để biên tập bản đồ.
- Đánh giá biến động sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2003 – 2013.
- Ứng dụng chuỗi toán học Markov vào việc dự báo đất tỉnh Bắc Ninh
đến năm 2033.
- Phân tích nguyên nhân biến động đất, ảnh hưởng đô thị hóa, đưa ra giải
pháp nâng cao hiệu quả sử dụng đất trên địa bàn tỉnh.
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đề ra, đề tài cần thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ ứng dụng viễn thám và GIS
trong đánh giá biến động sử dụng đất.

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

2


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

- Sử dụng ảnh Landsat năm 2003 - 2013, phần mềm xử lí ảnh vệ tinh…
để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2003 và năm 2013. Xây dựng

bản đồ biến động đất giai đoạn 2003 – 2013.
- Phân tích hiện trạng sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2003 – 2013.
- Ứng dụng công nghệ GIS đánh giá biến động sử dụng đất giai
đoạn 2003 – 2013.
- Sử dụng chuỗi toán học Markov để dự báo đất tỉnh Bắc Ninh đến năm 2033.
- Khảo sát thực địa và tìm hiểu nguyên nhân cũng như ảnh hưởng của
việc biến động đất tới đời sống nhân dân tỉnh Bắc Ninh.
- Tìm hiểu những nguyên nhân dẫn đến xu hướng biến động và đưa ra
các giải pháp sử dụng đất theo hướng phát triển bền vững.
2.3. Giới hạn đề tài
- Phạm vi nghiên cứu: Toàn bộ diện tích tự nhiên với mục đích sử dụng đất
đai khác nhau, đánh giá biến động đất toàn tỉnh, dự báo đất của tỉnh Bắc Ninh.
- Thời gian nghiên cứu: Dữ liệu sử dụng cho đề tài nằm trong khoảng
thời gian từ 2003 - 2013.
- Nội dung nghiên cứu: Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng
bản đồ hiện trạng sử dụng đất 2003 và 2013, bản đồ biến động sử dụng đất
tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2003 - 2013. Dự báo đất tỉnh Bắc Ninh đến năm
2033. Nguyên nhân gây biến động sử dụng đất, ảnh hưởng quá trình đô thị
hóa. Một số giải pháp sử dụng đất hợp lí, bền vững.
3. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Viễn thám là một khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập
kỉ gần đây, từ năm 1858 người ta đã sử dụng khinh khí cầu bay lên không
trung chụp ảnh. Năm 1956 tiến hành thử nghiệm khả năng chụp ảnh hồng
ngoại từ máy bay để phân loại và phát hiện các kiểu loại thực vật. Năm 1960
tiến hành nghiên cứu về ứng dụng của ảnh hồng ngoại màu và ảnh đa phổ.
Vào những năm 70 của thế kỉ XX đã phóng thành công vệ tinh Landsat. Vệ
tinh NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) phóng lần
đầu tiên lên quỹ đạo năm 1978 đã cung cấp ảnh theo chế độ cập nhật với độ
phân giải không gian 1,1km [12, 13].

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

3


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

Giai đoạn 1970 – 1982 là giai đoạn hoàn thiện phương pháp đoán đọc ảnh
hàng không, bước sang giai đoạn nghiên cứu, sử dụng các tài liệu chụp ảnh mặt
đất từ vệ tinh nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, trong đó có tài nguyên đất.
Tại Việt Nam, từ năm 1979 – 1980 các cơ quan của nước ta đã bắt đầu tiếp
cận công nghệ viễn thám. Sau đó, từ năm 1980 – 1990 đã triển khai các nghiên cứu
thử nghiệm nhằm xác định khả năng và phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám để
giải quyết các vấn đề kinh tế - xã hội – môi trường. Từ năm 1990 – 1995, bên cạnh
việc mở rộng công tác nghiên cứu, thử nghiệm thì nhiều ngành đã đưa công nghệ
viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn và đạt được những kết quả rõ rệt.
Có nhiều đề tài thực hiện ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu tài
nguyên và quản lí đất đai trong giai đoạn hiện nay:
- Nghiên cứu biến động hiện trạng sử dụng đất và ảnh hưởng của nó đến
lưu vực sông Trà Khúc bằng phương pháp viễn thám và GIS. Vũ Anh Tuân
(2003). Luận án tiến sĩ.
- Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động và dự báo đất ở đô thị tại
phương Hiệp Bình Phước quận Thủ Đức. Vũ Minh Tuấn, Lê Văn Trung (2008).
- Sử dụng viễn thám và GIS trong đánh giá biến động lớp phủ và sử
dụng đất ở lưu vực sông Xrê – Pook, Tây Nguyên (1995) của Nguyễn Thanh
Xuân, Trung tâm viễn thám – Viện điều tra quy hoạch Nông nghiệp.
- Sử dụng tư liệu viễn thám nghiên cứu và dự báo xu thế biến động lớp

phủ thực vật đất huyện Từ Liêm, thành phố Hà Nội. Nguyễn Mỹ Tươi (2011).
Luận văn thạc sĩ. Đại học khoa học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội.
Tại Bắc Ninh, đã có đề tài: Vũ Thị Ngọc “Ứng dụng công nghệ GIS
đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2005 –
2010”, Khóa luận tốt nghiệp khoa Địa Lí, năm 2012.
Có thể thấy, đã có rất nhiều đề tài sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh và ứng
dụng GIS để nghiên cứu các vấn đề kinh tế - xã hội – môi trường phục vụ cho
việc phát triển. Riêng vấn đề sử dụng ảnh viễn thám, chuỗi Markov để đánh
giá hiện trạng sử dụng đất, biến động sử dụng đất và dự báo đất thì đã được
nghiên cứu ở nhiều địa bàn khác nhau trên cả nước, tuy nhiên ở tỉnh Bắc Ninh
thì vấn đề nghiên cứu này thì lần đầu tiên được đề cập tới [9, 11].
4. Quan điểm và phương pháp nghiên cứu.
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

4


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

4.1. Quan điểm nghiên cứu.
4.1.1. Quan điểm hệ thống
Mỗi đối tượng, thành phần Địa lí đều nằm trong mối quan hệ với các
thành phần tự nhiên hoặc kinh tế - xã hội khác. Khi một thành phần thay
đổi kéo theo các thành phần khác biến đổi theo và thay đổi cả hệ thống. Do
đó khi nghiên cứu một thành phần, một đối tượng Địa lí phải đặt trong mối
quan hệ với các thành phần đối tượng khác thì mới thấy rõ bản chất và sự
tác động qua lại giữa chúng.

Đất đai là một thành phần của tự nhiên. Vấn đề sử dụng đất đai vào các
hoạt động của con người lại liên quan tới các vấn đề kinh tế - xã hội – môi
trường. Do đó, khi đến giá biến động của đất đai cần đặt nó trong mối quan hệ
với các vấn đề kinh tế - xã hội khác, cũng như tác động của việc sử dụng đất
đai đối với môi trường [9,10].
4.1.2. Quan điểm tống hợp lãnh thổ
Tỉnh Bắc Ninh là một tỉnh của Đồng bằng sông Hồng, nằm trong vùng
kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, giáp với Thủ đô Hà Nội có điều kiện rất thuận lợi
để phát triển kinh tế, thu hút vốn đầu tư cả trong và ngoài nước. Chịu sự chi
phối từ các chính sách phát triển kinh tế của vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ,
đồng thời có góp phần không nhỏ tới sự phát triển của vùng kinh trong điểm
Bắc Bộ. Đất đai lại là tư liệu sản xuất quý giá không thể thay thế được đặc
biệt trong giai đoạn hiện nay, nó có tác động không nhỏ tới sự phát triển kinh
tế của tỉnh nhà. Sự biến động của mục đích sử dụng đất đai có gắn bó chặt chẽ
với các vấn đề dân số, kinh tế…Khi nghiên cứu vấn đề này cần đặt nó trong
mối quan hệ với các khu vực xung quanh, các thành phần khác và đặc biệt
trong vai trò một tỉnh nằm trong vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ [9,10].
4.1.3. Quan điểm phát triển bền vững
Bền vững về kinh tế: Nâng cao giá trị sử dụng đất đai, sử dụng đúng mục
đích, đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Bền vững về môi trường: Có cơ cấu sử dụng đất hợp lý, sử dụng đi đôi
với cải tạo, bảo vệ đất đai. Đặc biệt trong những năm gần đây tỉnh Bắc Ninh
có tốc độ tăng trưởng kinh tế cao, do đó việc nghiên cứu biến động đất và dự
báo đất của tỉnh Bắc Ninh phải gắn liền với mục tiêu đô thị hóa bền vững, tận
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

5


Khóa luận tốt nghiệp

GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

dụng triệt để những chính sách đầu tư phát triển, hạn chế tối đa các tác động
tiêu cực với tài nguyên đất đai của tỉnh nhà.
Bền vững về mặt xã hội: Quy hoạch sử dụng đất đai, các chính sách phát
triển cần tuân thủ pháp luật…[9, 10].
4.1.4. Quan điểm thực tiễn
Quan điểm này được áp dụng trong đề tài để đánh giá biến động đất
bằng công nghệ GIS và xây dựng các mô hình chồng xếp bản đồ biến động
đất. Những vấn đề của đề tài gắn liền với thực tiễn địa phương [9].
4.2. Phương pháp nghiên cứu
4.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Tác giả đã tiến hành thu thập các tài liệu có liên quan như: Ảnh vệ tinh
Landsat của 2 năm 2003 và 2013, tài liệu thành văn, số liệu thống kê về các điều
kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu;
bản đồ hiện trạng sử dụng đất của tỉnh Bắc Ninh, các tài liệu trên internet, thư
viện…[9, 10].
4.2.2. Phương pháp phân tích và xử lí số liệu, tài liệu
Số liệu, tài liệu sau khi được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau còn có
nhiều sai sót, chưa sử dụng được ngay cần phải được phân tích, chỉnh sửa lại [9].
4.2.3. Phương pháp phân tích hệ thống
Sự biến động đất liên quan tới nhiều yếu tố như: Các mối quan hệ tự
nhiên và kinh tế - xã hội. Khi tìm hiểu nghiên cứu đề tài tìm ra xu hướng
biến động đất và dự báo đất tỉnh Bắc Ninh được tiến hành trên cơ sở phân
tích tổng hợp [9].
4.2.4. Phương pháp bản đồ
Phương pháp bản đồ được sử dụng khá phổ biến thể hiện trong các khâu:
Phân tích xử lí số liệu, biên tập bản đồ, lựa chọn các phương pháp biểu hiện,

so sánh, phân tích, đánh giá bản đồ hiện trạng đất năm 2003 và năm 2013 để
xác định bản đồ biến động giai đoạn 2003 – 2013 [10].
4.2.5. Phương pháp thống kê
Trong nghiên cứu mức độ biến động đất cần phải nghiên cứu định lượng.
Do vậy, cần sử dụng phương pháp thuộc lí thuyết xác xuất và thống kê toán.
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

6


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

Để xác định mức độ biến động ta so sánh hệ số biến động. Phân tích được
chiều hướng biến động đất.
4.2.6. Phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS
Đề tài kế thừa những thông tin từ ảnh viễn thám, bằng phương pháp giải
đoán ảnh vệ tinh để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh
năm 2003 và năm 2013. Phương pháp GIS sử dụng để chồng xếp bản đồ hiện
trạng sử dụng đất năm 2003 và năm 2013 thành lập bản đồ biến động sử dụng
đất giai đoạn 2003 – 2013 [9, 10].
4.2.7. Phương pháp toán học
Tác giả sử dụng chuỗi Markov để dự báo xu hướng biến động của các loại
hình sử dụng đất trong những giai đoạn tiếp theo dựa vào sự thay đổi cơ cấu sử
dụng đất của giai đoạn trước đó. Mô hình chuỗi Markov được ứng dụng để xác
định khả năng thay đổi các loại hình sử dụng đất dựa trên xu hướng thay đổi và
nhân tố ảnh hưởng đến sự thay đổi của các loại đất đó trong các giai đoạn trước.
Tổng quan mô hình hóa chuỗi toán học này được minh họa như sau:

Tỉ lệ các kiểu sử
dụng đất ở thời
điểm thứ nhất

X

Ma trận thay đổi
sử dụng đất giữa
thời điểm thứ nhất
và thứ hai

=

Tỉ lệ các kiểu sử
dụng đất ở thời
điểm thứ hai

Có thể viết lại dưới dạng tổng quát của ma trận như sau:
a11 a12 a13 a14
A1, A2, A3, A4

1

X

a21 a22 a23 a24

=

A1, A2, A3, A4

2 2

a31 a32 a33 a34
a41 a42 a43 a44
Trong đó: A1, A2, A3, A4: Là các loại hình sử dụng đất.
a: Là tỉ lệ thay đổi được xác định từ việc chồng lớp bản đồ sử
dụng đất tại các thời điểm khác nhau [3].
5. Cấu trúc đề tài
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

7


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo. Khóa luận có cấu trúc
gồm 3 chương.
Chương 1: Cơ sở khoa học và công nghệ ứng dụng viễn thám và GIS
trong đánh giá biến động sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh.
Chương 2: Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá biến
động sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2003 - 2013.
Chương 3: Ứng dụng chuỗi Markov trong dự báo sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh.

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG
VIỄN THÁM, GIS TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT

TỈNH BẮC NINH GIAI ĐOẠN 2003 - 2013
1. Cơ sở khoa học về đánh giá biến động sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh
1.1. Đất đai
1.1.1. Khái niệm đất
Theo quan điểm phát sinh học thổ nhưỡng, đất (soil) là “vật thể thiên
nhiên” được hình thành do kết quả tác động tổng hợp của 5 yếu tố: Đá mẹ, động
thực vật, khí hậu, địa hình và thời gian. Sau này nhiều nhà nghiên cứu cho rằng
cần phải bổ sung thêm một số yếu tố đặc biệt quan trọng đó là con người. Chính
con người khi tác động vào đất đã làm thay đổi nhiều tính chất đất và nhiều khi
đã tạo ra hẳn một loại đất mới chưa từng có trong tự nhiên [1, 15].
1.1.2. Khái niệm đất đai
Theo Luật đất đai năm 1993, khái niệm đất đai (Land) được định nghĩa như
sau: “Đất đai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt,
là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố các
khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh, quốc phòng.”
Qua định nghĩa trên ta có thể thấy được tầm quan trọng của đất đai. Nó là
nguồn tài nguyên phục vụ cho hầu hết các nhu cầu của con người, liên quan tới
mọi lĩnh vực trong đời sống, từ kinh tế - xã hội tới văn hóa, an ninh, quốc phòng.
Tuy nhiên, đây là nguồn tài nguyên có giới hạn, luôn đứng trước những áp lực về
dân số, kinh tế…Do đó, cần quy hoạch, sử dụng hợp lí tài nguyên này [10, 15].
1.1.3. Khái niệm bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

8


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

Theo Luật số 13/2003/QH11: Luật đất đai – Khoản 17 – Điều 4 quy
định: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là bản đồ thể hiện sự phân bố các loại đất
tại một thời điểm xác định, được lập theo đơn vị hành chính.
Theo quy định về thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất của Bộ Tài
nguyên và Môi trường – 2007, Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là bản đồ thể
hiện sự phân bố các loại đất theo quy định về chỉ tiêu kiểm kê theo mục đích
sử dụng đất tại thời điểm kiểm kê đất đai và được lập theo đơn vị hành chính
các cấp, vùng địa lí tự nhiên – kinh tế và cả nước [1].
1.1.4. Cơ sở của việc sử dụng đất đai
Việc sử dụng đất đai dựa trên:
- Tính chất của đất đai (độ dốc, độ phì, độ dày…).
- Phân bố các loại đất trên lãnh thổ nhất định.
- Yêu cầu sử dụng đất đai của các ngành kinh tế.
- Tập quán canh tác truyền thống.
- Tác động của các yếu tố khác…
1.1.5. Sự phân chia các loại hình sử dụng đất
Theo Luật đất đai năm 2003, căn cứ vào mục đích sử dụng chủ yếu, đất
được phân thành các loại chính sau:
- Nhóm đất nông nghiệp bao gồm các loại đất:
+ Đất trồng cây hàng năm gồm: Đất trồng lúa, đất đồng cỏ dùng vào
chăn nuôi, đất trồng cây hàng năm khác.
+ Đất trồng cây lâu năm.
+ Đất rừng sản xuất.
+ Đất rừng phòng hộ.
+ Đất rừng đặc dụng.
+ Đất nuôi trồng thủy sản.
+ Đất làm muối.
+ Đất nông nghiệp khác theo quy định của chính phủ.

- Nhóm đất phi nông nghiệp bao gồm các loại đất:
+ Đất ở gồm: Đất ở tại nông thôn, đất ở tại đô thị.
+ Đất xây dựng trụ sở cơ quan, xây dựng công trình sự nghiệp.
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

9


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

+ Đất sử dụng vào mục đích quốc phòng, an ninh.
+ Đất sản xuất, kinh doanh phi nông nghiệp gồm: Đất xây dựng khu
công nghiệp, đất sử dụng cho hoạt động khoáng sản…
+ Đất sử dụng vào mục đích công cộng gồm: Đất giao thông, thủy lợi…
+ Đất cho các cơ sở tôn giáo sử dụng.
+ Đất có các công trình là đình, đền, miếu, am, từ đường, nhà thờ họ.
+ Đất làm nghĩa trang, nghĩa địa.
+ Đất sông, ngòi, kênh rạch, suối và mặt nước chuyên dùng.
+ Đất phi nông nghiệp khác theo quy định của chính phủ.
- Nhóm đất chưa sử dụng gồm các loại đất chưa xác định được mục
đích sử dụng.
- Đất mặt nước ven biển gồm: Đất nuôi trồng thủy sản, đất có rừng ngập
mặn, đất ven biển khác.
Căn cứ vào tình hình sử dụng đất cụ thể của tỉnh Bắc Ninh trong đề tài
này tác giả phân chia thành 2 nhóm đất lớn: Đất nông nghiệp và phi nông
nghiệp với 7 loại hình sử dụng là: Đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất
chuyên dùng, đất ở đô thị, đất ở nông thôn, đất khác, sông hồ mặt nước.

1.2. Những chỉ tiêu phản ánh biến động sử dụng đất
1.2.1. Quy mô biến động
- Biến động về diện tích sử dụng đất.
- Biến động về diện tích của từng loại hình sử dụng đất.
- Biến động về đặc điểm của từng loại đất.
Trong đề tài này tác giả nghiên cứu sự thay đổi chung về diện tích và cơ
cấu sử dụng của từng loại đất tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2003 – 2013 [10].
1.2.2. Tỉ lệ biến động
Tỉ lệ biến động là một giá trị định lượng, được thực hiện bằng tỉ số biến
động diện tích i (là hiệu số của năm cuối và năm đầu giai đoạn chia cho diện
tích năm đầu giai đoạn), giá trị này có thể âm (-) hoặc dương (+).
Tỉ lệ biến động được tính theo công thức:
x 100
Trong đó: i – Tốc độ gia tăng (%).
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

10


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

S1 – Diện tích năm đầu.
S2 – Diện tích năm cuối.
Khi nghiên cứu biến động hiện trạng sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh cần chú
ý diện tích tăng hay giảm, nhiều hay ít của từng loại hình sử dụng đất trong
giai đoạn 1993 – 2013 [10].
1.2.3. Xu thế biến động

Xu hướng biến động hiện trạng sử dụng đất là nghiên cứu trạng thái biến
động hiện trạng sử dụng đất trên cơ sở nghiên cứu khả năng biến động của
từng loại đất. Xu hướng biến động có thể làm tăng hoặc giảm diện tích của
một số loại hình sử dụng đất so với năm gốc, có thể theo hướng tích cực hay
tiêu cực tới môi trường và vấn đề sử dụng đất bền vững.
Thông qua việc nghiên cứu xu hướng biến động này sẽ có được cơ sở
cho việc đánh giá, hoạch định chiến lược phát triển bền vững trong tương lai.
2. Cở sở công nghệ của ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá biến
động sử dụng đất tỉnh Bắc Ninh
2.1. Viễn thám
2.1.1. Khái niệm về viễn thám
Viễn thám (Remote sensing) được hiểu là một khoa học và công nghệ để
thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông
qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những
phương tiện này có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện
tượng được nghiên cứu.
Hiểu một cách đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng
hoặc một hiện tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc
hiện tượng đó.
Mặc dù có nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định
nghĩa đều có nét chung nhấn mạnh: “Viễn thám là khoa học thu nhận từ xa
các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất” [11, 14].
2.1.2. Phân loại viễn thám
- Phân loại theo nguồn tín hiệu có 2 loại: chủ động và bị động [12].
Chủ động

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

11

Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

Bị động

Hình 1: Sơ đồ mô tả hai hệ thống viễn thám chủ động và bị động
- Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: Vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo cực [12].

Hình 2: Vệ tinh địa tĩnh (trái), vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải)
2.1.3. Ảnh viễn thám
2.1.3.1. Năng lượng điện từ và cơ sở vật lí của ảnh viễn thám
a. Bức xạ điện từ
Sóng điện từ là sóng lan truyền trong không gian theo hai chiều thẳng
góc. Bước sóng λ, tần số v à vận tốc C, có liên hệ: λ = C/v.
Trong đó: λ - Bước sóng của ánh sáng. Là khoảng cách giữa các cực trị.
Đơn vị đo phổ biến bằng micromet. (1µm=10-6 m) hoặc nanomet (1 Nm=10-9m).

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

12


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

C - Hằng số tốc độ ánh sáng. C = 299,793 km/s trong môi
trường chân không.
V - Tần số dao động của ánh sáng. Là số lượng các cực trị truyền qua
một điểm nhất định trong thời gian 1 giây được gọi là tần số (đơn vị: herzt) [12].

Hình 3: Bức xạ sóng điện từ
Năng lượng của sóng điện từ được tính theo công thức: E = hv, với h
là hằng số Plank.
Trong đó : E - Năng lượng của mỗi lượng tử (tính bằng Jun - J).
h - Hằng số plank (h = 6,626 * 10-34 J/s).
v - Tần số (Hz).
Công thức:

v = C/ λ
E=h*C/λ

Khi h và C là các hằng số, sự liên quan đó thể hiện là khi ánh sáng có
bước sóng dài hơn thì năng lượng của nó sẽ nhỏ đi (tương quan tỉ lệ nghịch).
Bức xạ điện từ được đặc trưng bởi 4 đại lượng: Tần số, hướng truyền,
biên độ và sự phân cực.
Theo các bước sóng khác nhau, sóng điện từ được chia thành các dải với
tên gọi khác nhau: Tia gama, tia X, tia cực tím, dải sóng nhìn thấy, dải hồng
ngoại, dải sóng ngắn…Trong dải sóng nhìn thấy, có các bước sóng nhìn thấy
được lần lượt là: Đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím [12].

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

13

Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

Hình 4: Dải tần số được sử dụng trong viễn thám
b. Phản xạ phổ các đối tượng tự nhiên
- Một số khái niệm đặc trưng phản xạ phổ các đối tượng tự nhiên: Đồ thị
phổ phản xạ được xây dựng với chức năng là một hàm số của giá trị phổ phản
xạ và bước sóng, được gọi là đường cong phổ phản xạ [14].

Hình 5: Đặc điểm phổ phản xạ của nhóm đối tượng tự nhiên chính
- Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên.
+ Phản xạ phổ của nước: Nước trong chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng của
tia xanh lơ (Blue) và yếu dần khi sang vùng tia xanh lục (Green), triệt tiêu ở
cuối dải sóng đỏ (Red). Khi nước bị đục, khả năng phản xạ tăng lên.
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

14


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

+ Phản xạ phổ của thực vật : Thực vật khoẻ mạnh phản xạ mạnh ánh sáng có
bước sóng từ 0,45 - 0,67µm, nhìn thấy chúng có màu xanh lục. Ở vùng hồng
ngoại phản xạ (từ 0,7 -1,3 µm) thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh.
+ Phản xạ phổ của đất khô: Đường cong phổ phản xạ của đất khô tương

đối đơn giản, ít có những cực đại và cực tiểu một cách rõ ràng, sự thay đổi
khả năng phản xạ phổ diễn ra mạnh nhất ở khoảng phổ hẹp màu đỏ.
+ Phản xạ phổ của đá: Có dạng đường cong phổ phản xạ tương tự như
của đất song giá trị tuyệt đối thường cao hơn [12].
- Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ.
+ Yếu tố thời gian: Lớp thực vật phủ mặt đất thường thay đổi theo thời
gian. Do vậy, khả năng phản xạ phổ cũng thay đổi theo thời gian.
+ Yếu tố không gian: Gồm yếu tố không gian cục bộ thể hiện khi chụp
ảnh cùng một loại đối tượng. Yếu tố địa lí thể hiện khi cùng loại thực vật
nhưng điều kiện khác nhau sẽ có đặc điểm, khả năng sinh trưởng khác nhau.
+ Ảnh hưởng của khí quyển: Năng lượng bức xạ mặt trời chiếu xuống
các đối tượng trên mặt đất phải qua tầng khí quyển. Các đối tượng hấp thụ
một phần năng lượng, một phần được phản xạ lại khí quyển, được truyền tới
máy ghi thông tin trên vệ tinh [12].
c. Đặc điểm ảnh vệ tinh
Ảnh vệ tinh được đặc trưng bởi một số thông số cơ bản sau:
- Tính chất hình học của ảnh vệ tinh.
- Tính chất phổ của ảnh vệ tinh.
- Độ phân giải thời gian của ảnh vệ tinh.
+ Định dạng BSQ (Band Sequence).
+ Định dạng BIL (Band Interleaved by Line).
+ Định dạng BIP (Band Interleaved by Pixel) [12].
d. Một số ảnh vệ tinh phổ biến
- Ảnh vệ tinh Landsat
Chương trình viễn thám Landsat được phát triển bởi NASA – cơ quan hàng
không và không gian Hoa Kì. Cho tới nay có nhiều vệ tinh Landsat được nghiên
cứu và phát triển như: Landsat 2, 3, 4, 5, 7 lần lượt được phóng lên quỹ đạo. Tuy
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

15

Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

nhiên thế hệ ảnh Landsat TM được thu từ vệ tinh Landsat 4 và Landsat 5 và ảnh
Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat 7 sử dụng phổ biến nhất.
Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ
nghiên cứu hiện trạng đến giám sát biến động và được sử dụng phổ biến nhất
với giá thành thấp nhất.
ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), đặt trên Landsat 7. Thiết bị
ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt trái đất, có độ
phân giải là 30m đối với ảnh đa phổ TM, và 15 m đối với ảnh toàn sắc [12, 13].
Bảng 1: Đặc trưng bộ cảm của Landsat TM, ETM+
Phổ màu

Kênh

Bước sóng

Lam - Blue

1

0.45 - 0.52

Độ
phân

giải (m)
30

Lục - Green

2

0.52 - 0.60

30

8

Đỏ - Red

3

0.63 - 0.69

30

8

Cận hồng
ngoại - Near
IR
Hồng ngoại
sóng ngắn SWIR

4

0.76 - 0.90

30

8

5

1.55 - 1.75

30

8

Hồng ngoại
nhiệt –
Thermal IR

6

(µm)

10.40 – 12.50 120 TM
60
(ETM+)

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

Lưu

trữ
(bit)
8

8

Ứng dụng

Nghiên cứu đường bờ,
phân biệt thực vật và đất,
lập bản đồ về rừng, xác
định các đối tượng khác.
Đo phản xạ cực đại phổ
lục của thực vật, xác định
trạng thái thực vật, xác
định các đối tượng khác.
Xác định vùng hấp thụ
chlorophyll giúp phân
loại thực vật, xác định
các đối tượng khác.
Xác định các kiểu thực
vật, trạng thái và sinh
khối, độ ẩm của đất.
Xác định độ ẩm của
thực vật và đất, nghiên
cứu đá khoáng, tách
tuyết và mây.
Xác định thời điểm thực
vật bị sốc, độ ẩm của đất
và thành lập bản đồ nhiệt.

16


Khóa luận tốt nghiệp
GIS
Hồng ngoại
sóng ngắn SWIR
Đen trắng Panchromatic

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

7

2.08 - 2.35

30

8

8

0.5 - 0.9

15

8

Chồng ghép với các
kênh ảnh khác, từ đó đo
vẽ chính xác đối tượng.

Hiện nay đang phát triển thêm LDCM (Landsat 8) với đặc điểm được thể hiện
qua:
Bảng 2: Đặc điểm của ảnh Landsat 8
Vệ tinh

Bands

Band 1 - Coastal aerosol
Band 2 - Blue
LDCM – Landsat Band 3 - Green
Band 4 - Red
8
Band 5 - Near Infrared (NIR)
(Bộ cảm OLI và Band 6 - SWIR 1
Band 7 - SWIR 2
TIRs)
Band 8 - Panchromatic
Band 9 - Cirrus
Band 10 - Thermal Infrared (TIR) 1
Band 11 - Thermal Infrared (TIR) 2

Wavelength
(micrometers)
0.433 - 0.453
0.450 - 0.515
0.525 - 0.600
0.630 - 0.680
0.845 - 0.885
1.560 - 1.660

2.100 - 2.300
0.500 - 0.680
1.360 - 1.390
10.3 - 11.3
11.5 - 12.5

Resolution
(meters)
30
30
30
30
30
30
30
15
30
100
100

- Ngoài ra còn có ảnh vệ tinh MODIS, ảnh vệ tinh Spot, ảnh vệ tinh NOAA.
2.1.3.2. Phương pháp xử lí ảnh viễn thám
a. Phương pháp giải đoán bằng mắt thường (Visual Interpretation)
Giải đoán bằng mắt là sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết
các thông tin từ tư liệu viễn thám dạng hình ảnh.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể khai thác tri thức chuyên gia và
kinh nghiệm của người giải đoán, đồng thời phân tích được các thông tin phân
bố không gian một cách dễ dàng. Kết quả giải đoán phụ thuộc rất nhiều vào
khả năng của người phân tích.
Hạn chế của phương pháp này là không nhận biết được hết các đặc tính

phổ của các đối tượng [4, 12].
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

17


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

b. Phương pháp phân loại bằng xử lí số (Digital Image Processing)
Phương pháp xử lí ảnh số là sự điều khiển và phân tích các thông tin ảnh
dạng số với sự trợ giúp của máy tính.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể phân tích được tín hiệu phổ rất
chi tiết. Ngoài ra, ưu điểm nổi trội của phương pháp này là thời gian xử lí
ngắn, việc phân loại đối tượng được tiến hành trên phạm vi rộng mà không
cần nhiều công đi thực địa, kết quả thu được khách quan, không phụ thuộc
vào người giải đoán. Tuy nhiên, phương pháp này cần có sự kết hợp nhuần
nhuyễn với kiến thức chuyên môn của người phân tích…
Nhược điểm là khó kết hợp với tri thức và kinh nghiệm của con người.
Đồng thời xử lí ảnh số chỉ thuần túy dựa vào phản xạ phổ của đối tượng nên còn
có sự nhầm lẫn cho sự phân tích thông tin của một số đối tượng. Để khắc phục
nhược điểm này những năm gần đây người ta đang nghiên cứu và ngày càng
hoàn thiện các chương trình ứng dụng xử lí ảnh số và có khả năng mô phỏng
kiến thức chuyên môn của con người phục vụ cho việc phân loại tự động [4, 12].
Sử dụng phương pháp phân loại bằng xử lí số chú trọng việc:
+ Nhập số liệu.
+ Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh.
+ Tăng cường chất lượng ảnh: Là một thao tác làm nổi bật hình ảnh sao

cho người giải đoán ảnh dễ đọc, dễ nhận biết nội dung trên ảnh hơn so với
ảnh gốc. Phương pháp thường được xử dụng là biến đổi cấp độ xám, biến đổi
histogram, biến đổi độ tương phản, lọc ảnh, tổ hợp màu, chuyển đổi giữa 2 hệ
RGB (Red, Green, Blud) và HIS (hue – sắc, intensity – cường độ, saturation –
mật độ) nhằm phục vụ việc giải đoán bằng mắt.
+ Biến đổi ảnh: Là phương pháp liên quan đến việc tạo ra ảnh liên quan
đến việc tạo ra ảnh mới từ việc xử lí các ảnh đa phổ hoặc đa thời gian bằng
các thuật toán được áp dụng trên nguồn ảnh gốc đã có [12].
+ Phân loại ảnh (Image Classification) [12, 13].
• Phân loại có kiểm định (Suppervice Classification)
Là phân chia một cách có kiểm định các giá trị DN của các pixel ảnh theo
từng nhóm đơn vị lớp phủ mặt đất bằng việc sử dụng máy tính và các thuật toán.

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

18


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

Để thực hiện việc phân loại có kiểm tra, phải tạo được “chìa khoá phân
tích phổ “. Công việc xác định chìa khoá phân tích phổ được gọi là tạo các vùng
mẫu (hay vùng kiểm tra - Trainning areas). Từ các vùng này, các pixel khác
trong toàn ảnh sẽ được xem xét và sắp xếp theo nguyên tắc “giống nhất” (Look
must like) để đưa về các nhóm đối tượng đã được đặt tên. Các mẫu phân loại
được nhận biết qua vùng mẫu để thành lập các chìa khóa cho giải đoán ảnh.
Có 4 phương pháp sắp xếp:

+ Sắp xếp theo khoảng cách gần nhất (nearest distance classified).
+ Sắp xếp theo nguyên tắc ở gần nhất (Nearest neightbour classified).
+ Sắp xếp theo nguyên tắc hình hộp phổ (Box classified ).
+ Sắp xếp theo nguyên tắc xác suất giống nhau nhất (maximum
likelihood classified).
Phân loại có giám sát là phương pháp phân loại có sự giám sát của
chuyên gia dựa trên những hiểu biết về các đối tượng không gian tại khu vực
nghiên cứu để gắn và định ra các mẫu phân loại (singnature classes).
Trong phân loại có giám sát cần phải trải qua các bước sau: Thiết lập
mẫu cho phân loại. Bước tiếp theo là gộp các nhóm và loại bỏ nhóm phổ
không chọn đúng để tạo nên các nhóm phổ đúng cho phân loại cuối cùng.
• Phân loại không kiểm định (Unsuppervice Classification)
Là việc phân loại thuần tuý theo tính chất phổ mà không biết rõ tên hay
tính chất của lớp phổ đó và việc đặt tên chỉ là tương đối.
Khác với phân loại có kiểm tra, phân loại không kiểm tra không tạo các
vùng thử nghiệm mà chỉ là việc phân lớp phổ (Chistens) và quá trình phân lớp
phổ đồng thời là quá trình phân loại.
Những nhóm phổ được chia ra theo phổ gần giống nhau của chúng dựa
trên thuật toán thống kê. Đối với ảnh số có cấu trúc số là 8 bit thì giá trị số
của một kênh ảnh có khoảng giá trị từ 0 - 255.
+ Phân loại không kiểm định chia làm 2 loại: Phân cấp và không phân cấp.
+ Xuất ra kết quả.
2.2. Hệ thông tin địa lí
2.2.1.Khái niệm GIS (Geographic Information System)
Có nhiều khái niệm khác nhau khi định nghĩa hệ thông tin địa lí:
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

19

Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

“Hệ thông tin địa lí là một hệ thống thông tin bao gồm một số hệ con
(subsystem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lí thành những thông tin có
ích”- theo Calkin và Tomlinson 1977.
“Hệ thông tin địa lí là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính
để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị không gian” (theo định nghĩa của
National Center for Geographic Information and Analysis, 1988).
Theo định nghĩa của ESRI (Environmental System Research Institute)
thì “Hệ thông tin địa lí là một tập hợp có tổ chức bao gồm 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 kết xuất”.
Cho đến nay thống nhất quan điểm chung là:
Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm các phần mềm, phần
cứng máy tính và một cơ sở dữ liệu với chức năng thu thập, cập nhật, quản trị
và phân tích, biểu diễn dữ liệu địa lý phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng
có liên quan đến vị trí địa lí trên bề mặt Trái Đất.
GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng
các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lí để
phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định [8].

2.2.2. Các thành phần cơ bản của GIS
Hệ thông tin địa lý có 5 thành phần chính sau: Con người, phần mềm,
phần cứng, dữ liệu, phương pháp và quy trình:

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

20


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và
Hình 6: Thành phần của GIS

2.2.2.1. Phần cứng
Là hệ thống máy tính trên đó có một hệ GIS hoạt động, đó là các thiết bị
ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năng vào – ra , xử lí thông tin của phần
mềm, thiết bị nối mạng LAN, internet, các ảnh vệ tinh có thông tin cập nhật [8].

Hình 7: Phần cứng GIS
2.2.2.2. Phần mềm
Phần mềm GIS (GIS SoftWare) là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều
khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ
thống thông tin địa lí có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính.
Một số phần mểm GIS thông dụng là:
- Phần mềm MapInfo: Là phần mềm được sử dụng khá rộng rãi ở Việt
Nam. Hướng tiếp cận MapInfo thiên về quản lí, tổng hợp thông tin, xây dựng
các loại bản đồ chuyên đề. Đặc điểm của phần mềm này là: Đơn giản, dễ xử
dụng và chạy trên các hệ điều hành: UNIX, Windows. Hỗ trợ các thiết bị: Bản
số, máy quét ảnh, các máy vẽ…Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân
tích bản đồ, phân tích mạng, phù hợp với mô hình, quy mô vừa và nhỏ, khả
năng thành lập bản đồ chuyên đề mạnh và phong phú, khả năng dàn trang in
và in thuận lợi. Cấu trúc dữ liệu: Vector, dữ liệu thuộc tính, dữ liệu bảng biểu,
khả năng giao tiếp với các phần mềm GIS khác tốt, hỗ trợ tốt cho khả năng
ứng dụng, tạo mô hình ba chiều nhưng khả năng xây dựng bản đồ số yếu.

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

21


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

- Phần mềm ArcGis: Dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa
lý (GIS) của ESRI. Tùy mức độ đăng ký bản quyền mà ArcGis sẽ ở dạng
ArcView, ArcEditor, ArcInfo. Trong đó ArcInfo có chi phí bản quyền lớn
nhất và nhiều chức năng nhất. Phần mềm ArcGis hỗ trợ nhiều phần mở rộng
gọi là các Extension, mỗi Extension hỗ trợ một số chức năng chuyên biệt
như: Spatial analyst, 3D analyst, Network analyst), xử lý dữ liệu… ArcGis hỗ
trợ đọc được nhiều định dạng dữ liệu khác nhau (khoảng 300 định dạng)
như shapefile, geodatabase, AutoCad, Coverage…
- Ngoài ra còn có một số phần mềm khác như: Phần mềm ArcView GIS
9.3, phần mềm Erdas Imagine, phần mềm Autocad Map, phần mềm Grass…[8].
2.2.2.3. Dữ liệu
Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS là dữ liệu không gian và
dữ liệu thuộc tính. Hai dạng cấu trúc dữ liệu này được lưu trũ trong cùng một
cơ sở dữ liệu và có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.
a. Dữ liệu không gian
Là dữ liệu phản ánh sự phân bố, vị trí, hình dạng của các đối tượng địa
lí. Dữ liệu không gian có hai dạng cấu trúc là dữ liệu raster và dạng vector.
- Cấu trúc raster
Thực thể không gian được biểu diễn qua các ô (cell) hoặc ô ảnh (pixel)
của một lưới các ô: Điểm, đường, vùng.

Ưu điểm: Cấu trúc rất đơn giản. Dễ dàng sử dụng các phép toán chồng
xếp và các phép toán xử lý ảnh viễn thám. Dễ dàng thực hiện nhiều phép toán
phân tích khác nhau. Bài toán mô phỏng có thể thực hiện được do đơn vị
không gian là giống nhau (cell). Kỹ thuật rẻ tiền và có thể phát triển mạnh.
Nhược điểm: Dung lượng dữ liệu lớn, bản đồ hiển thị không đẹp. Độ
chính xác có thể giảm nếu sử dụng không hợp lý kích thước cell. Các bài toán
mạng rất khó thực hiện. Khối lượng tính toán để biến đổi tọa độ rất lớn.
- Cấu trúc vector
Mô tả vị trí và phạm vi các đối tượng không gian bằng tọa độ cùng các
kết hợp hình học gồm: Nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng.
Về mặt hình học các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng: Đối tượng
dạng điểm, đối tượng dạng đường và đối tượng dạng vùng.
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

22


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

Ưu điểm: Biểu diễn tốt các đối tượng địa lý. Dữ liệu nhỏ, gọn, chính xác về
hình học. Các quan hệ topo được xác định bằng mạng kết nối. Khả năng sửa chữa,
bổ sung, thay đổi các dữ liệu hình học cũng như thuộc tính nhanh, tiện lợi.
Nhược điểm: Cấu trúc dữ liệu phức tạp. Chồng xếp bản đồ phức tạp. Các bài
toán mô phỏng thường khó giải vì mỗi đơn vị không gian có cấu trúc khác nhau. In
ấn và kỹ thuật đắt tiền. Các bài toán phân tích và các phép lọc rất khó thực hiện [8].
b. Dữ liệu thộc tính
Số liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô tả về đặc

tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lí xác định.
Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính: Đặc
tính của đối tượng, số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý, chỉ số địa lí (quan hệ
giữa các đối tượng trong không gian) [8].
2.2.2.4. Con người
Bao gồm người trực tiếp xử dụng GIS và người quản lí sử dụng.
2.2.2.5. Hệ thống các chính sách quản lí
Bao gồm hệ thống luật do chính phủ ban hành (luật đất đai, luật xây
dựng…), quyết định của các bộ ngành, các nghị định, thông tư, văn bản
hướng dẫn…[8].
2.2.3. Các chức năng cơ bản của GIS
Hệ thống thông tin địa lí có 4 chức năng chính: Thu thập và nhập dữ
liệu, tổ chức lưu trữ dữ liệu, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian địa lí,
hiển thị và xuất dữ liệu không gian địa lí [8].
2.2.4. Một số ứng dụng cụ thể của GIS tại Việt Nam
- Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá môi trường chiến lược quy
hoạch phát triển thành phố Hạ Long: Sử dụng bản đồ nền địa hình kết hợp với
ảnh vệ tinh và bản đồ quy hoạch [9, 10].
- Ứng dụng của công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý trong
nghiên cứu quy hoạch đô thị Hà Nội: Đánh giá tiềm năng sử dụng đất thông
qua ảnh vệ tinh và GIS [9, 10].
- Xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý đất đai và môi trường áp dụng cho tỉnh
miền núi Thái Nguyên.
Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

23


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

- Sử dụng GIS xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng Việt Nam: tỷ lệ
1:1000.000: ứng dụng phương trình mất đất phổ dụng của Wischmeier and
Smith vào hệ GIS để tính tiềm năng xói mòn đất [9, 10].
- Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý để nghiên cứu quản lý tổng
hợp vịnh Văn Phong tỉnh Khánh Hòa: Dùng ảnh vệ tinh và bản đồ cảnh quan
để kiến nghị quy hoạch môi trường [8].
- Ứng dụng GIS trong nghiên cứu biến động sông ngòi [8].
- Ứng dụng GIS nghiên cứu tai biến thiên nhiên.
- Xây dựng tập Atlas quốc gia [8].
- GIS và Chính phủ điện tử.
- GIS và doanh nghiệp.
- Ứng dụng của GIS trong đánh giá biến động sử dụng đất, nghiên cứu
sự phát triển không gian đô thị [8].

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

24


Khóa luận tốt nghiệp
GIS

Bộ môn bản đồ - Viễn thám và

CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ
BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT TỈNH BẮC NINH GIAI ĐOẠN 2003 - 2013
1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.1. Vị trí địa lí
Bắc Ninh là một tỉnh cửa ngõ phía Bắc của Thủ đô Hà Nội, trung tâm xứ
Kinh Bắc cổ xưa, mảnh đất địa linh nhân kiệt. Phía Bắc giáp tỉnh Bắc Giang,
phía Tây và Tây Nam giáp Thủ đô Hà Nội, phía Nam giáp tỉnh Hưng Yên,
phía Đông giáp tỉnh Hải Dương. Bắc Ninh là tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng
điểm Bắc Bộ có hệ thống giao thông thuận lợi kết nối với các tỉnh trong vùng
như: Quốc lộ 1A nối Hà Nội – Bắc Ninh – Lạng Sơn, trục đường sắt xuyên
Việt chạy qua Bắc Ninh đi Lạng Sơn và Trung Quốc…Mạng lưới đường thủy
sông Cầu, sông Đuống, sông Thái Bình rất thuận lợi nối Bắc Ninh với hệ
thống cảng sông và cảng biển tạo cho Bắc Ninh là địa bàn mở gắn với phát
triển của Thủ đô Hà Nội, theo định hướng xây dựng các thành phố vệ tinh và
sự phân bố công nghiệp của Hà Nội.
Bắc Ninh là tỉnh thuộc vùng Đồng bằng sông Hồng và là một trong 8
tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, khu vực có mức tăng trưởng kinh
tế cao, giao lưu kinh tế mạnh của cả nước.
Là cửa ngõ phía Đông Bắc và là cầu nối giữa Hà Nội với các tỉnh Trung
du miền núi phía Bắc và trên hành lang kinh tế Nam Ninh – Lạng Sơn – Hà
Nội – Hải Phòng – Hạ Long.
Vị trí liền kề với Thủ đô Hà Nội, trung tâm kinh tế lớn, một thị trường
rộng lớn thứ hai trong cả nước…Bắc Ninh là địa bàn mở rộng của Hà Nội qua
xây dựng các thành phố vệ tinh…
Với vị trí địa lí thuận lợi để phát triển kinh tế - xã hội đã thúc đẩy quá
trình chuyển dịch mục đích sử dụng đất của tỉnh dẫn tới những biến động diện
tích đất trong thời gian gần đây đặc biệt giai đoạn 2003 – 2013 [2, 10].

Nguyễn Thị Huyền - K61B - SP Địa Lí

25