Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh landsat trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện ba vì, thành phố hà nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

NHÂM THỊ TÚ ANH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH
LANDSAT TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN
TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN BA VÌ –
THÀNH PHỐ HÀ NỘI

i 2015
Hà Nội,


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

NHÂM THỊ TÚ ANH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ
DỤNG ĐẤT HUYỆN BA VÌ – THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành

:

Quản lý đất đai

Mã ngành

:

52850103

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

:

TS. Dương Đăng Khôi

Hà Nội,
ii 2015


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS. Dương Đăng Khôi,
trưởng Bộ môn Khoa học đất - Khoa Quản lý đất đai - Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đề tài, cũng
như trong quá trình hoàn chỉnh bài đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Quản lý đất đai đã giảng
dạy em trong suốt thời gian học tập tại trường và tập thể lớp ĐH1QĐ3 đã luôn bên
cạnh giúp đỡ, chia sẻ, động viên em. Em xin trân trọng cảm ơn các cán bộ, nhân dân
huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội nơi em tiến hành điều tra đã tận tình giúp đỡ để em
hoàn thành công việc.
Cuối cùng, con xin nói lời cảm ơn sâu sắc tới cha mẹ đã chăm sóc, nuôi dạy con
thành người và luôn động viên tinh thần cho con để con yên tâm học tập.
Hà Nội, ngày

tháng

Sinh viên

Nhâm Thị Tú Anh

iii

năm


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu, tìm
hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình
bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các
tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định
cho lời cam đoan của mình.
Hà Nội, ngày

tháng

Người cam đoan

Nhâm Thị Tú Anh

iv

năm

MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng, biểu đồ
Danh mục các hình
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................... Error! Bookmark not defined.
1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................. Error! Bookmark not defined.
2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................... Error! Bookmark not defined.
3. Yêu cầu .......................................................................... Error! Bookmark not defined.
4. Ý nghĩa nghiên cứu của đề tài ..................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..... Error! Bookmark not
defined.
1.1. Khái quát về bản đồ hiện trạng sử dụng đất .......... Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Khái niệm ......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Cơ sở toán học của bản đồ hiện trạng sử dụng đất ..........Error! Bookmark not
defined.
1.1.3. Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất .......... Error! Bookmark not defined.
1.1.4. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất dạng số ............................................................. 6
1.2. Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất .... Error! Bookmark
not defined.
1.2.1. Phương pháp đo vẽ trực tiếp............................. Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Phương pháp sử dụng bản đồ địa chính hoặc bản đồ địa chính cơ sở...... Error!
Bookmark not defined.
1.2.3. Phương pháp hiện chỉnh bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã có ở những năm
trước .............................................................................................................................. 9
v

1.2.4. Phương pháp sử dụng dữ liệu viễn thám .......... Error! Bookmark not defined.
1.3. Tổng quan về viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS ................................ 10
1.3.1. Khái niệm cơ bản về viễn thám ........................................................................ 10
1.3.2. Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin địa lý (GIS) .....Error! Bookmark not
defined.
1.3.3. Vai trò của viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản
đồ hiện trạng sử dụng đất ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.3.4. Phương pháp giải đoán ảnh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ...... Error!
Bookmark not defined.
1.4. Một số loại ảnh vệ tinh phổ biến .............................. Error! Bookmark not defined.
1.4.1. Ảnh Landsat...................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.2. Ảnh SPOT ........................................................ Error! Bookmark not defined.
1.4.3. Ảnh MODIS ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.4. Ảnh Aster.......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.5. Ảnh IKONOS ................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.6. Ảnh VHARR .................................................................................................... 29
1.4.7. Ảnh QuickBird ................................................. Error! Bookmark not defined.
1.4.8. Ảnh SPIN.......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.9. Ảnh OrbView ................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.10. Ảnh ARIES ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.5. Một số phần mềm ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong xử lý ảnh vệ
tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ............... Error! Bookmark not defined.
1.5.1. Phần mềm ArcGIS............................................ Error! Bookmark not defined.
1.5.2. Phần mềm ENVI............................................... Error! Bookmark not defined.
1.5.3. Phần mềm GRASS ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.5.4. Phần mềm IDRISI ............................................ Error! Bookmark not defined.
1.5.5. Phần mềm MicroStation ................................................................................... 38

vi

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 39
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 39
2.2 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 39
2.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 39
2.3.1. Dữ liệu thu thập ................................................................................................ 39
2.3.2. Điều tra thực địa ............................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Xử lý ảnh vệ tinh Landsat thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ........ Error!
Bookmark not defined.
2.3.4. Phương pháp đánh giá độ chính xác................. Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 49
3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội ........ 49
3.1.1. Khái quát về điều kiện tự nhiên ........................................................................ 49
3.1.2. Khái quát về điều kiện kinh tế - xã hội............. Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội...Error! Bookmark not
defined.
3.2. Tình hình sử đụng đất tại khu vực nghiên cứu ...... Error! Bookmark not defined.
3.3. Giải đoán ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng huyện Ba Vì,
thành phố Hà Nội ......................................................................................................... 58
3.3.1. Nắn chỉnh tư liệu ảnh ....................................................................................... 58
3.3.2. Tăng cường chất lượng ảnh .............................. Error! Bookmark not defined.
3.3.3. Xây dựng khóa giải đoán ảnh cho các loại hình sử dụng đất Error! Bookmark
not defined.
3.3.4. Kết quả giải đoán ảnh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất .............. Error!
Bookmark not defined.
3.3.5. Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại ... Error! Bookmark not defined.
3.3.6. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ......... Error! Bookmark not defined.

vii

3.4. Nhận xét về phương pháp ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat và GIS trong thành
lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất .............................................................................. 80
3.4.1. Một số ưu điểm và hạn chế............................................................................... 80
3.4.2. Nhận xét về kết quả thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Ba Vì .... 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................... Error! Bookmark not defined.
1. Kết luận ......................................................................... Error! Bookmark not defined.
2. Kiến nghị ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC

viii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

GIS

Geographic Information System

Hệ thống thông tin địa lý

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

TM

Thematic Mapper

Bản đồ chuyên đề

ETM

Enhance Thematic Mapper

Bản đồ chuyên đề tăng cường

NDVI

Normalized Difference

Chỉ số thực vật

Vegetation Index
EVI

Enhanced Vegetation Index

Chỉ số khác biệt thực vật nâng
cao

MLC

Phân loại gần đúng nhất

Maximum Likelihood
Classification

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ
Bảng 1.1. Tỷ lệ thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất..............Error! Bookmark not
defined.
Bảng 1.2. Bảng so sánh hai phương pháp giải đoán ảnh viễn thám ... Error! Bookmark
not defined.
Bảng 1.3. Một số thông số các kênh phổ ảnh Landsat ETM+, Landsat -7 ............ Error!
Bookmark not defined.
Bảng 1.4. Độ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 đến 5 ............. Error!
Bookmark not defined.
Bảng 1.5. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh MODIS ......Error! Bookmark not
defined.
Bảng 1.6. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh ASTER ......Error! Bookmark not
defined.
Bảng 1.7. Một số thông số các kênh phổ của ảnh IKNONOS ......Error! Bookmark not
defined.
Bảng 1.8. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh NOAA .......Error! Bookmark not
defined.
Bảng 1.9. Tổng hợp một số thông số kỹ thuật và ứng dụng chủ yếu của một số .. Error!
Bookmark not defined.
Bảng 1.10. Các phương pháp phân loại trong GRASS .. Error! Bookmark not defined.
Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật về các kênh phổ của ảnhLandsat 8 ............................ 39

Bảng 2.2. Thống kê số điểm mẫu trong quá trình khảo sát thực địa... Error! Bookmark
not defined.
Biểu đồ 3.1. Cơ cấu sử dụng đất huyện Ba Vì năm 2014 .............Error! Bookmark not
defined.

x


Bảng 3.1. Cơ cấu, diện tích đất đai của huyện Ba Vì đến ngày 1/1/2014.............. Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.2. Tọa độ các điểm khống chế ảnh .................................................................... 59
Bảng 3.3. Bảng phân loại các loại hình sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu ................ 65
Bảng 3.4. Khóa giải đoán ảnh cho khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.5. Kết quả phân loại các loại hình sử dụng đất huyện Ba Vì năm 2014............ 73
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá độ chính xác sau khi phân loại ảnh ..Error! Bookmark not
defined.

xi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Một bản đồ GIS là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau ...... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.1. Ảnh Landsat 8 khu vực nghiên cứu năm 2014 .............Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.2. Các điểm mẫu khảo sát thực địa .................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình xử lý ảnh vệ tinh Landsat thành lập bản đồ hiện trạng sử
dụng đất .......................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu ..................................................................... 49
Hình 3.2. Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh........................................................... 60

Hình 3.3. Lưu ảnh đã nắn trong IrasC ............................................................................ 60
Hình 3.3. Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh........... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4. Cắt ảnh trong ArcGIS..................................................................................... 61
Hình 3.5. Tổ hợp màu ảnh trong ArcGIS....................................................................... 62
Hình 3.6. Tăng cường độ phân giải không gian trong ArcGIS ...................................... 63
Hình 3.7. Ảnh huyện Ba Vì được tăng cường độ phân giải không gian với các tổ hợp
màu: a – Tổ hợp màu 4-3-2; b – Tổ hợp màu 5-4-3; c – Tổ hợp màu 6-5-2 ................. 64
Hình 3.8. Xây dựng mẫu huấn luyện phục vụ phân loại ảnh vệ tinh ............................. 69
Hình 3.9. Bộ mẫu giải đoán ảnh vệ tinh......................................................................... 69
Hình 3.10. Bản đồ chỉ số thực vật NDVI khu vực nghiên cứu năm 2014 ..................... 70
Hình 3.11. Quá trình phân loại của khu vực nghiên cứu đã thu được sơ đồ ảnh với:
a – Kết quả phân loại ảnh; b – Kết quả phân loại ảnh sau khi tiến hành lọc Majority .. 72
Hình 3.12. Thanh công cụ Linear Elements và Polygons .............................................. 76
Hình 3.13. Thiết kế ký hiệu bằng thư viện chứa cell ..................................................... 76
Hình 3.14. Bản đồ được đổ màu và gán nhãn thửa đất .................................................. 78
Hình 3.15. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Ba Vì năm 2014 ............................... 79
xii


xiii


ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học không gian vũ trụ đã
đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được áp dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nước trên thế giới. Công nghệ viễn thám ngày
càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành, lĩnh vực từ khí tượng, thủy văn, địa
chất, môi trường cho đến nông – lâm – ngư nghiệp, trong đó có ứng dụng ảnh viễn
thám để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất với độ chính xác khá cao, từ đó có thể

giúp các nhà quản lý có thêm nguồn tư liệu để giám sát biến động sử dụng đất.
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là tài liệu quan trọng và cần thiết cho công tác
quản lý nhà nước về đất đai, lập quy hoạch - kế hoạch sử dụng đất, điều chỉnh quy
hoạch sử dụng đất cùng nhiều mục đích chuyên ngành khác; cần thiết cho việc quản lý,
định hướng phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng. Bản đồ hiện trạng sử dụng
đất được thành lập trong các kỳ kiểm kê đất đai theo chu kỳ năm năm một lần. Việc lập
bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo phương pháp truyền thống đã tồn tại từ rất lâu
nhưng bộc lộ nhiều hạn chế trong thực hiện, đòi hỏi sự đầu tư lớn về thời gian, nhân
lực, và kinh phí trong công tác thu thập, tổng hợp số liệu và đo vẽ bản đồ, thông tin
trên bản đồ còn lạc hậu và tính chính xác chưa cao. Trong khi đó, việc thành lập bản đồ
hiện trạng sử dụng đất bằng phương pháp giải đoán ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống
thông tin địa lý (GIS) được xem là có hiệu quả cao trong xử lý thông tin, giám sát quá
trình thay đổi, giúp cập nhật thông tin và đánh giá biến động sử dụng đất. Với những
ưu điểm như: chi phí rẻ, khả năng cập nhập thông tin dễ dàng, nhanh chóng, chính xác,
diện tích vùng phủ rộng, tính chất đa thời kỳ của tư liệu, tính chất phong phú của thông
tin đa phổ, có thể chụp ảnh những khu vực mà việc đi lại rất khó khăn như đầm lầy, núi
cao, hải đảo,… sự kết hợp của thông tin viễn thám với công nghệ GIS áp dụng được
đối với nhiều khu vực mà phương pháp truyền thống không thể thực hiện được.
1


Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách đầy đủ, nhanh chóng và
chính xác nhất về các loại hình sử dụng đất, việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với
công nghệ GIS để xử lý ảnh và thành lập bản đồ đã trở thành một phương pháp có ý
nghĩa thực tiễn và mang tính khoa học cao. Xuất phát từ thực tiễn đó người viết thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat trong thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất tại huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội” nhằm góp phần bổ sung
những hiểu biết về công nghệ viễn thám và GIS trong việc thành lập bản đồ hiện trạng
sử dụng đất để phục vụ công tác quản lý sử dụng đất tại địa phương nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu:

- Nghiên cứu khả năng thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trên cơ sở các tư
liệu ảnh viễn thám, các phương pháp thành lập.
- Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất dựa trên tư liệu ảnh vệ tinh Landsat
tại huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội.
3. Yêu cầu:
- Bản đồ được thành lập phải bảo đảm các quy định về thành lập bản đồ hiện
trạng hiện hành, quy định về chuẩn hóa bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
- Nắm vững phương pháp giải đoán ảnh viễn thám, tích hợp tư liệu viễn thám
vào GIS.
- Nắm vững cách sử dụng phần mềm xủ lý ảnh vệ tinh Landsat.
4. Ý nghĩa nghiên cứu của đề tài:
- Củng cố kiến thức đã được tiếp thu trong nhà trường và những kiến thức thực
tế của sinh viên trong quá trình thực tập tại cơ sở.
- Nâng cao khả năng tiếp cận, thu thập số liệu và xử lý thông tin của sinh viên
trong quá trình làm đề tài.

2


- Góp phần xác lập hướng tiếp cận, quy trình và phương pháp xử lý ảnh vệ tinh
kết hợp với hệ thống thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
- Trên cơ sở nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat kết hợp với công nghệ
GIS từ đó thành lập được bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện Ba Vì có ý nghĩa
thực tiễn trong công tác quản lý sử dụng đất.
Cấu trúc của đề tài:
Cấu trúc của đề tài bao gồm phần mở đầu, phần kết luận và nội dung chính được
trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận.

3