ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆ HÀ NỘ

Header Page 1 of 161.
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TR
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
ỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
NG HÀ
H NỘI
========o0o========

Bùi Thanh Hương

ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ ARCGIS ĐÁNH
ÁNH GIÁ BIẾN
BI
ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆ
ỆP KHU VỰC HUYỆN TỪ LIÊM THÀNH PH
PHỐ
HÀ NỘ
ỘI GIAI ĐOẠN 1996 – 2013

Chuyên ngành: Trắc địa – Bản đồ
Mã ssố:

Giáo viên hướng
h
dẫn: TS. Nguyễn Tiếnn Thành

HÀ NỘI - 2015

Footer Page 1 of 161.

Header Page 2 of 161.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết
quả trình bày trong đồ án là đúng sự thật và chưa từng được công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 6 tháng 5 năm 2015
Tác giả đồ án

Bùi Thanh Hương

Footer Page 2 of 161.

2


Header Page 3 of 161.

MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA .................................................................................................. 1
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 2
MỤC LỤC .............................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................ 5
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BẢNG ......................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................. 6
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 9
CHƯƠNG I- TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG

THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP
.............................................................................................................................. 14
1.1. Tổng quan về viễn thám ........................................................................... 14
1.1.1. Nguyên lý viễn thám ......................................................................... 14
1.1.2. Phân loại viễn thám ........................................................................... 16
1.1.3. Ưu nhược điểm của viễn thám........................................................... 17
1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) ........................................... 18
1.2.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý .............................................. 18
1.2.2. Các thành phần trong hệ thống thông tin địa lý ................................. 21
1.2.3. Chức năng GIS.................................................................................. 22
1.3. Tình hình ứng dụng của viễn thám và GIS trong biến động đất nông nghiệp
........................................................................................................................ 22
CHƯƠNG II- QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP SỬ
DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ PHẦN MỀM ARCGIS ........................... 25
2.1. Giới thiệu về bản đồ biến động ................................................................. 25
2.2. Các phương pháp thành lập bản đồ biến động .......................................... 25
2.2.1 .Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa ......................................... 25
2.2.2. Phương pháp thành lập bản đồ biến động bằng tư liệu viễn thám và kết
hợp GIS ...................................................................................................... 25
2.3. Phần mềm xử lý ....................................................................................... 26

Footer Page 3 of 161.

3


Header Page 4 of 161.

2.3.1. Phần mềm ERDAS ............................................................................ 26
2.3.2. Phần mềm ARGIS ............................................................................. 26

2.4. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động đất nông nghiệp bằng tư
liệu ảnh vệ tinh LANDSAT và phần mềm ArcGIS ................................................ 27
2.4.1. Quy trình thành lập bản đồ biến động đất nông nghiệp ...................... 27
2.4.2. Ứng dụng phần mềm ERDAS xử lý ảnh vệ tinh ................................ 29
2.4.3. Ứng dụng phần mềm ArcGIS đánh giá biến động đất nông nghiệp.... 31
CHƯƠNG III- THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP
SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ PHẦN MỀM ARCGIS KHU VỰC
HUYỆN TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 1996 - 2013 ................ 33
3.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ............................................................ 33
3.1.1. Điều kiện tự nhiên ............................................................................. 33
3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .................................................................. 35
3.2. Tư liệu sử dụng ........................................................................................ 36
3.2.1. Ảnh vệ tinh LANDSAT .................................................................... 36
3.2.2. Các tài liệu và số liệu thống kê .......................................................... 38
3.3. Quy trình thực hiện................................................................................... 38
3.3.1. Sử dụng phần mềm ERDAS xử lý ảnh vệ tinh LANDSAT................ 38
3.3.2. Ứng dụng phần mềm ArcGIS đánh giá biến động ............................. 51
3.4. Kết quả và thảo luận ................................................................................. 57
3.4.1. Bản đồ lớp phủ đất nông nghiệp khu vực huyện Từ Liêm thành phố Hà
Nội năm 1996 và năm 2013 ................................................................................... 57
3.4.2. Bản đồ biến động đất nông nghiệp khu vực huyện Từ Liêm thành phố
Hà Nội giai đoạn 1996 - 2013 ................................................................................ 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 64

Footer Page 4 of 161.

4

Header Page 5 of 161.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Viết tắt của cụm từ

ETM

Enhanced Thematic Mapper

ERTS

Earth Remote Sensing Satelitte

ESRI

Viện nghiên cứu hệ thống môi trường của Mỹ

DCM

Data Continuity Mission

GIS
NASA
TM

Footer Page 5 of 161.

Geographic Information System

Hệ thống thông tin địa lý
National Aeronautics and Space Administration
Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ - NASA
Thematic Mapper

5


Header Page 6 of 161.

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ BẢNG BIỂU
Sơ đồ 2.1. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động .................................. 28
Bảng 3.1. Các thế hệ vệ tinh LANDSAT ............................................................... 36
Bảng 3.2. Thông tin ảnh vệ tinh LANDSAT .......................................................... 37
Bảng 3.4. Các mẫu khóa ảnh của năm 1996 và năm 2013 ...................................... 41
Bảng 3.5. Ma trận đánh giá độ chính xác ảnh phân loại năm 1996 ......................... 47
Bảng 3.6. Ma trận đánh giá độ chính xác ảnh phân loại năm 2013 ......................... 48
Bảng 3.7. Diện tích lớp phủ khu vực huyện Từ Liêm năm 1996 và năm 2013 ....... 59
Bảng 3.8. Bảng thống kê biến động đất nông nghiệp huyện Từ Liêm giai đoạn 1996
– 2013 ................................................................................................................... 60

Footer Page 6 of 161.

6


Header Page 7 of 161.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mô phỏng thu nhận dữ liệu không gian theo viễn thám .......................... 14

Hình 1.2. Phản xạ quang phổ của nước, đất và thực vật ...................................... 15
Hình 1.3. Bức xạ đối với vật thể đen ................................................................... 15
Hình 1.4. Mối quan hệ quang phổ điện từ và các bộ cảm biến ............................ 16
Hình 1.5. Phân loại theo nguồn tín hiệu ............................................................... 16
Hình 1.6. Mô phỏng hệ thống thông tin địa lý........................................................ 19
Hình 1.7. Các lớp thông tin trong hệ thống ............................................................ 20
Hình 1.8. Mô phỏng các thành phần của GIS ......................................................... 21
Hình 3.1. Vị trí huyện Từ Liêm trên bản đồ hành chính Hà Nội............................. 33
Hình 3.2. Nhập ảnh khu vực nghiên cứu ................................................................ 38
Hình 3.3. Ranh giới huyện Từ Liêm ...................................................................... 39
Hình 3.4. Bảng hộp thoại Subset............................................................................ 39
Hình 3.5. Ảnh cắt huyện Từ Liêm năm 1996 ......................................................... 40
Hình 3.6. Ảnh cắt huyện Từ Liêm năm 2013 ......................................................... 40
Hình 3.7. Bảng hộp thoại Signature Editor ............................................................ 42
Hình 3.8. Thanh công cụ AOI................................................................................ 42
Hình 3.9. Bảng lấy mẫu của 6 đối tượng lớp phủ ................................................... 43
Hình 3.10. Ảnh phân loại lớp phủ huyện Từ Liêm năm 1996................................. 44
Hình 3.11. Ảnh phân loại lớp phủ huyện Từ Liêm năm 2013................................. 45
Hình 3.12. Đánh giá độ chính xác .......................................................................... 46
Hình 3.13. Bảng hộp thoại Contingency Matrix ..................................................... 46
Hình 3.14. Bảng hộp thoại Raster to Vector........................................................... 50
Hình 3.15. Nhập dữ liệu ........................................................................................ 51
Hình 3.16. Bảng hộp thoại Add Data ..................................................................... 51
Hình 3.17. Bảng hộp thoại Union .......................................................................... 52
Hình 3.18. Kết quả chồng xếp 2 nền hiện trạng lớp phủ huyện Từ Liêm năm 1996
và năm 2013 .......................................................................................................... 52

Footer Page 7 of 161.

7

Header Page 8 of 161.

Hình 3.19. Mở bảng thuộc tính Attribute ............................................................... 53
Hình 3.20. Bảng thuộc tính Atribute ...................................................................... 53
Hình 3.21. Bảng Field Calculator .......................................................................... 54
Hình 3.22. Bảng Layer Properties .......................................................................... 54
Hình 3.23. Bản đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Từ Liêm giai đoạn 1996 –
2013 ...................................................................................................................... 55
Hình 3.24. Bảng hộp thoại Data Frame Properties ................................................. 56
Hình 3.25. Menu để biên tập bản đồ ...................................................................... 56
Hình 3.26. Bản đồ đất nông nghiệp huyện Từ Liêm năm 1996 .............................. 57
Hình 3.27. Bản đồ đất nông nghiệp huyện Từ Liêm năm 2013 .............................. 58
Hình 3.28. Biểu đồ diện tích lớp phủ TP.Hà Nội năm 2007 và 2013 (hecta) .......... 59
Hình 3.29. Bản đồ biến động đất nông nghiệp huyện Từ Liêm giai đoạn 1996 –
2013 ...................................................................................................................... 61

Footer Page 8 of 161.

8


Header Page 9 of 161.

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là nguồn
sống, môi trường, môi sinh quan trọng nhất cho đời sống con người, cho sinh hoạt
xã hội và cho các hoạt động sản xuất kinh doanh. Đất đai là tài nguyên vô cùng

quan trọng trong chiến lược phát triển của mỗi quốc gia, nó có những đặc trưng cơ
bản khiến nó không giống với bất kỳ một loại tư liệu sản xuất nào. Đất đai có hạn
về số lượng và không có khả năng tái sinh; nó có vị trí cố định trong không gian,
không thể di chuyển theo ý muốn chủ quan của con người… Chính từ những đặc
trưng trên đã làm cho đất đai đặt đúng giá trị của nó. Từ nhiều đời nay, ông cha ta
nói "tấc đất tấc vàng", câu nói này ngày càng đúng trong xã hội hiện nay.
Trên thế giới nói chung và nước Việt Nam ta nói riêng đang đối mặt với sức
ép của gia tăng dân số đi cùng với việc sử dụng đất đai thiếu bền vững đã gây sức
ép lớn lên quá trình sử dụng đất và vấn đề sử dụng đất đai trở thành vấn đề sống còn
của mỗi quốc gia, mỗi dân tộc. Vì vậy nghiên cứu sự thay đổi trong quá trình sử
dụng đất là căn cứ khoa học để đưa ra những chính sách sử dụng đất đai phù hợp
sao cho tiết kiệm và có hiệu quả và việc xác định biến động đất đai càng trở nên cấp
thiết hơn bao giờ.
Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến
trình độ cao, tuy mới phát triển nhưng đã nhanh chóng được áp dụng trong nhiều
lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi trên khắp thế giới. Công nghệ viễn thám đã trở
thành phương tiện chủ đạo cho công tác điều tra, nghiên cứu, khai thác, sử dụng và
quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước, từng
khu vực và trong phạm vi toàn cầu. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám ngày
càng được nâng cao và trở thành kỹ thuật phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực
Việc sử dụng tư liệu viễn thám để thành lập bản đồ biến động đất ở Việt
Nam được bắt đầu từ lâu với những ưu thế của nó mà những nguồn tư liệu và
phương pháp nghiên cứu thông dụng không thể có được như: tính chất cập nhật

Footer Page 9 of 161.

9

Header Page 10 of 161.

thông tin, tính chất phong phú của thông tin đa phổ, tính đa dạng của tư liệu… Một
trong những vai trò quan trọng của công nghệ viễn thám là góp phần tích cực trong
việc nghiên cứu, xác định hiện trạng và những thay đổi của các yếu tố sử dụng đất
do nhiều nguyên nhân như chuyển đổi canh tác, mở rộng vùng dân cư, làm nương
rẫy… Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vũ trụ thì ảnh viễn thám đã xuất hiện
và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong công tác điều tra, quản lý tài nguyên. Việc sử
dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ biến động lớp phủ đã được các cơ sở nghiên
cứu, cơ sở sản xuất ở nước ta áp dụng và quan tâm đặc biệt trong những năm gần
đây.
Viễn thám (sử dụng tư liệu độ phân giải cao) kết hợp hệ thống thông tin địa
lý (GIS) - Geographic Information System tạo ra các bản đồ hay quy trình thứ cấp
còn hỗ trợ đưa ra các quyết định trên cơ sở độ chính xác cao, nhanh chóng và giá
thành rẻ. Tuy nhiên, sự phát triển, nghiên cứu và ứng dụng viễn thám và GIS cũng
rất cần đến kinh nghiệm và sự hiểu biết trong các chuyên sâu.
Trong tương lai gần, với các dự án và đầu tư về số lượng và các loại hình vệ
tinh, việc sử dụng kết quả dự báo xu thế hay hiện trạng tức thời của lớp phủ sẽ ngày
càng dễ dàng và chính xác hơn.
Hiện nay, để có thể thực hiện được ý tưởng này, phương pháp duy nhất là sử
dụng kết hợp công nghệ viễn thám và công nghệ hệ thông tin địa lý.
Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng trong thực tế, em đã thực hiện đồ án
tốt nghiệp với đề tài “Ứng dụng ảnh vệ tinh LANDSAT và ArcGIS đánh giá biến
động đất nông nghiệp khu vực huyện Từ Liêm thành phố Hà Nội giai đoạn 1996 2013”.
2. Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài
• Mục tiêu của đề tài
− Ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS để đánh giá biến động đất nông
nghiệp khu vực huyện Từ Liêm, thành phố Hà Nội giai đoạn 1996 – 2013.
• Ý nghĩa của đề tài
− Trong bối cảnh khi ứng dụng công nghệ không gian và tin học đang phát

Footer Page 10 of 161.

10


Header Page 11 of 161.

triển bùng nổ trên Thế giới, việc triển khai nghiên cứu sử dụng thông tin viễn thám
và GIS trong ngành khoa học về Trái đất tại Việt Nam có ý nghĩa khoa học to lớn,
nó thực sự góp phần rút ngắn khoảng cách chênh lệch về trình độ công nghệ ở nước
ta so với các nước trong khu vực và quốc tế.
− Theo thời gian, việc sử dụng đất của con người làm thay đổi diện tích đất
nông nghiệp. Việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS sẽ rất có hiệu quả trong
nghiên cứu, rút ngắn được rất nhiều thời gian so với các phương pháp truyền thống
trước đây, nhưng vẫn đem lại độ chính xác cao.
3. Nội dung nghiên cứu
− Nghiên cứu tình hình ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong
nghiên cứu biến động đất nông nghiệp trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng.
− Đặc điểm chung về điều kiện kinh tế - xã hội khu vực huyện Từ Liêm.
− Xử lý ảnh vệ tinh của khu vực huyện Từ Liêm thu thập được.
− Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
•

Phạm vi khu vực nghiên cứu: Huyện Từ Liêm.

•

Đối tượng: Đất nông nghiệp.

5. Phương pháp nghiên cứu
•

Điều tra thực địa: Nhằm bổ sung chính xác các thông tin thực tế về khu

nghiên cứu, đánh giá độ chính xác kết quả nghiên cứu.
•

Thu thập tổng hợp tài liệu: Thu thập các nguồn tài liệu có được của

khu vực nghiên cứu ở nhiều thời điểm khác nhau, báo chí, mạng Internet, các báo
cáo của huyện Từ Liêm…
•

Phương pháp phần mềm: Xử lý ảnh vệ tinh LANDSAT bằng phần

mềm ERDAS và đánh giá biến động bằng phần mềm ArcGIS.
6. Bố cục đồ án
Luận văn bao gồm phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận và kiến nghị.
Chương I: Tổng quan về ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý

Footer Page 11 of 161.

11


Header Page 12 of 161.

trong xác định biến động đất nông nghiệp.
Chương II: Quy trình đánh giá biến động đất nông nghiệp sử dụng ảnh vệ
tinh LANDSAT và phần mềm ArcGIS.
Chương III: Thực nghiệm đánh giá biến động đất nông nghiệp sử dụng ảnh
vệ tinh LANDSAT và phần mềm ArcGIS khu vực huyện Từ Liêm thành phố Hà
Nội giai đoạn 1996 – 2013.

Footer Page 12 of 161.

12