Ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý trong đánh giá biến động đất nông lâm nghiệp huyện sóc sơn thành phố hà nội

Bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp i hà nội
============***============

Đặng Trọng Hải

ứng dụng Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
trong đánh giá biến động đất nông - lâm nghiệp
huyện sóc sơn - thành phố Hà Nội

luận văn thạc sỹ nông nghiệp

Chuyên ngành: Quản lý Đất đai
MÃ số
: 4.01.03

Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Trơng Thị Hòa Bình

Hà Nội - 2006
1


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn
này đ đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ đợc
chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Đặng Trọng H¶i

i


Lời cảm ơn
Để hoàn thành bản luận văn này, tôi đà nhận đợc sự giúp đỡ quý báu
của nhiều cá nhân và tập thể.
Trớc hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn, lời cảm ơn chân thành và sâu sắc
nhất tới TS. Trơng Thị Hoà Bình- Viện Địa lý- Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đà tận tình hớng dẫn tôi trong toàn bộ thời gian thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ Phòng Công nghệ viễn thám
và Hệ thông tin địa lý- Viện Địa lý- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
đà hớng dẫn, tạo điều kiện cho tôi đợc thực hiện đề tài này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự góp ý chân thành của các Thầy, Cô giáo
Khoa Đất và Môi trờng, Khoa Sau Đại học - Trờng Đại học Nông nghiệp I
Hà Nội, cho bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Trần Quốc Vinh - Khoa Đất và Môi
trờng - Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội đà đóng góp nhiều ý kiến quý
báu và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, ngời thân, các Thầy, Cô giáo,
đồng nghiệp và bạn bè đà quan tâm và động viên tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn Uỷ ban nhân dân huyện Sóc Sơn, Phòng
thống kê, Phòng Tài nguyên và Môi trờng huyện Sóc Sơn là những đơn vị đÃ
giúp đỡ tôi rất nhiệt tình trong thời gian nghiên cứu.
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 8 năm 2006
Tác giả luận văn

Đặng Trọng Hải

ii


Mục lục

Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các chữ viết tắt

vi

Danh mục các bảng

vii

Danh mục các biểu đồ

viii

Danh mục các sơ đồ

viii

Danh mục các ảnh

ix

Danh mục các hình

ix

1. Mở đầu

1

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1

1.2. Mục đích, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu

3

1.2.1. Mục đích nghiên cứu

3

1.2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu

3

1.2.3. Phạm vi nghiên cứu

3

1.3. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4

1.4. Những đóng góp của đề tài

4

2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

5

2.1. Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS trên thế giới và

5

ở Việt Nam
2.1.1. Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS trên thế giới

5

2.1.2. Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS ở Việt Nam

8

2.2. Khái quát chung về biến động

10

2.2.1. Khái niệm về biến động

10

2.2.2. Nguyên tắc nghiên cứu biến động b»ng GIS

10

iii


2.2.3. Nghiên cứu biến động sau phân loại

12

2.2.4. Các phơng pháp đánh giá biến động

13

2.3. Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS)

17

2.3.1. Khái quát chung về viễn thám

17

2.3.1.1. Cơ sở vật lý của viễn thám

20

2.3.1.2. Hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám

22

2.3.1.3. Hệ thống vệ tinh SPOT

23

2.3.1.4. Phản xạ phổ của một số đối tợng tự nhiên

26

2.3.2. Cơ sở khoa học của hệ thống thông tin địa lý (GIS)

30

2.3.2.1. Dữ liệu không gian

31

2.3.2.2. Ngời điều hành

31

2.3.2.3. Phần cứng và phần mềm

32

2.3.2.4. Một số chức năng cơ bản của phần mềm GIS

33

2.3.2.5. Tổ chức dữ liệu không gian của GIS

34

2.3.3. Kết hợp viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động

34

2.3.4. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

35

3. Nội dung và phơng pháp nghiên cứu

38

3.1. Nội dung nghiên cứu

38

3.2. Phơng pháp nghiên cứu

38

3.2.1. Phơng pháp thu thập số liệu

38

3.2.2. Phơng pháp xử lý số

39

3.2.2.1. Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh SPOT

39

3.2.2.2. Giải đoán ảnh vệ tinh SPOT

39

3.2.2.3. Đánh giá độ chính xác bản đồ sau phân loại

44

3.2.2.4.Thành lập bản đồ chuyên đề

45

3.2.3. Quy trình thành lập bản đồ biến động đất nông - lâm nghiệp

iv

45


47

4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
4.1. Điều kiện tự nhiên kinh tế - xà hội
4.1.1. Điều kiện tự nhiên

47
47

4.1.1.1. Vị trí địa lý

47

4.1.1.2. Đặc điểm khí hậu, thủy văn

47

4.1.1.3. Đặc điểm địa hình, địa mạo

48

4.1.1.4. Nông hóa thổ nhỡng

49

4.1.1.5. Các nguồn tài nguyên của huyện Sóc Sơn

50

4.1.1.6. Nhận xét chung về điều kiện tự nhiên

51

4.1.2. Điều kiện kinh tế - xà hội

52

4.1.2.1. Dân số và lao động

52

4.1.2.2. Tình hình sản xuất của các ngành

52

4.1.2.3. Đánh giá chung về điều kiện kinh tế - xà hội

56

4.2. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh vệ tinh SPOT

57

ở các thời điểm
4.2.1. Xử lý t liệu ảnh vệ tinh SPOT

57

4.2.2. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Sóc Sơn

63

từ ảnh vệ tinh SPOT năm 1995, 1999 và 2004
4.2.3. Đánh giá kết quả phân loại bản đồ
4.3. Thành lập bản đồ biến đông sử dụng đất huyện Sóc Sơn

64
65

giai đoạn 1995 - 1999 và 1999 - 2004
4.4. Một số nhận xét về phơng pháp
5. Kết luận và đề nghị

74
76

5.1. Kết luận

76

5.2. Đề nghị

76

Tài liệu tham khảo

78

Phần phô lôc

81

v


Danh mục các chữ viết tắt
Ký hiệu

Tiếng anh

ý nghĩa

GIS

Geographic Information
System.

Hệ thống thông tin địa lý.

GPS

Global Position System.

Hệ thống định vị toàn cầu.

NDVI

Normal Differrent Vegetation
Index

Chỉ số khác biệt của thực vật.

CARES

Center for Agriculture
Trung tâm Sinh thái nông nghiệp
Research and Ecology Studies.

LU

Land Use.

Sử dụng đất.

CRES

Center for natural Resource
and Environment Studies.

Trung tâm nghiên cứu tài nguyên
thiên nhiên và môi trờng, Đại
học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội.

RS

Remote Sensing.

Viễn thám.

HRV

Hight Resolution Visible
imaging system.

Hệ thống tạo ảnh nhìn thấy có độ
phân giải cao.

HRVIR

Hight Resolution Visible and
Infrared imaging system.

Hệ thống tạo ảnh nhìn thấy và
hồng ngoại có độ phân giải cao.

TM

Thematic Mapper.

Lập bản đồ chuyên đề

LC

Land Cover.

Thảm phủ.

ETM

Enhanced Thematic Mapper.

Bản đồ chuyên đề đà tăng cờng.

LUC

Land Use Change.

Biến động sử dụng đất.

LUT

Land Use Type.

Loại hình sử dơng ®Êt.

MSS

Multispectral Scanner.

HƯ thèng qt ®a phỉ

FIPI

Forest Inventory &Planning
Institude.

ViƯn ®iỊu tra Quy ho¹ch rõng

vi


Danh mục các bảng

Bảng 1: Ma trận biến động

12

Bảng 2: Các thông số kỹ thuật của bộ cảm vệ tinh SPOT

24

Bảng 3: Nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT

57

Bảng 4: Các loại hình sử dụng đất huyện Sóc Sơn

59

Bảng 5: Một số mẫu phân loại sử dụng đất huyện Sóc Sơn

62

Bảng 6: So sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại

63

Bảng 7: Đánh giá kết quả phân loại bản đồ sử dụng đất năm 2004

65

Bảng 8: Biến động sử dụng đất huyện Sóc Sơn giai đoạn 1995 - 1999

66

Bảng 9: Biến động sử dụng đất huyện Sóc Sơn giai đoạn 1999 - 2004

67

Bảng 10: Biến động diện tích đất nông nghiệp huyện Sóc Sơn qua hai

68

giai đoạn (tính theo tổng diện tích tự nhiên)
Bảng 11: Biến động diện tích đất nông nghiệp huyện Sóc Sơn qua hai

69

giai đoạn (tính theo tổng diện tích biến động)
Bảng 12: Biến động diện tích đất lâm nghiệp huyện Sóc Sơn qua hai

70

giai đoạn (tính theo tổng diện tích tự nhiên)
Bảng 13: Biến động diện tích đất lâm nghiệp huyện Sóc Sơn qua hai

71

giai đoạn (tính theo tổng diện tích biến động)
Bảng 14: Thống kê diện tích đất đai huyện Sóc Sơn năm 1995, 1999, 2004 72

vii


Danh mục các biểu đồ

Biểu đồ 1: So sánh diện tích đất nông - lâm nghiệp huyện Sóc Sơn

73

Biểu đồ 2: Thể hiện biến động các loại hình sử dụng đất huyện Sóc Sơn

73

Danh mục các sơ đồ
Sơ đồ 1: Nguyên tắc nghiên cứu biến động sau phân loại

13

Sơ đồ 2: Các phơng pháp đánh giá biến động lớp phủ thực vật

15

Sơ đồ 3: Nguyên tắc nghiên cứu biến động chỉ số thực vật

16

Sơ đồ 4: Cấu trúc hệ thống thông tin địa lý (GIS)

30

Sơ đồ 5: Hệ thống kết hợp viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động

35

Sơ đồ 6: Quy trình thành lập bản đồ biến động đất nông - lâm nghiệp

46

Sơ đồ 7: Vị trí địa lý vùng nghiên cứu

47

Sơ đồ 8: Chọn điểm khống chế ảnh vệ tinh SPOT

58

Sơ đồ 9: Quá trình số hoá mẫu ảnh vệ tinh SPOT

61

Sơ đồ 10: Phân loại ảnh có kiểm định Maximum Likelihood

63

Sơ đồ 11: Chuyển kết quả phân loại sang phần mềm AcrView

66

viii


Danh mục các ảnh

ảnh 1: Vệ tinh trên quỹ đạo

18

ảnh 2: Vệ tinh SPOT và vị trí của nó trên quỹ đạo

24

ảnh 3: ảnh vệ tinh SPOT năm 1995, 1999 và 2004

58

ảnh 4: Tăng cờng chất lợng ảnh vê tinh SPOT

59

ảnh 5: Một số loại hình sử dụng đất chính huyện Sóc Sơn

60

Danh mục các Hình

Hình 1: Nguyên tắc nghiên cứu biến động trong GIS

11

Hình 2: Khái niệm chung của viễn thám

19

Hình 3: Hệ thống viễn thám

19

Hình 4: Bức xạ điện từ

20

Hình 5: Phổ điện từ và các dải sóng dùng trong viễn thám

21

Hình 6: Tơng tác cơ bản giữa năng lợng điện từ với đối tợng bề mặt

22

Hình 7: Hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám

23

Hình 8: Chụp lập thể vệ tinh SPOT

25

Hình 9: Đặc tính phản xạ của các đối tợng tự nhiên

26

Hình 10: Đặc tính phản xạ của thực vật

27

Hình 11: Tán xạ của mặt trời khi chiếu xuông Trái đất

29

Hình 12: Tán xạ của ánh sáng khi chiếu vào hạt ma

29

Hình 13: Các lớp dữ liệu trong GIS

31

Hình 14: Nguyên lý trộn màu

41

Hình 15: ảnh vê tinh sau phân loại đà đợc làm mịn

64

ix


1. mở đầu
1.1. tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là tài nguyên của quốc gia vô cùng quý giá mà thiên nhiên ban
tặng cho con ngời, là t liệu sản xuất đặc biệt và không thể thay thế đợc
trong sản xuất nông - lâm nghiệp, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi
trờng sống, là địa bàn phân bố khu dân c, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn
hóa, xà hội, an ninh và quốc phòng. Cha ông ta đà phải trải qua nhiều cuộc
đấu tranh chống giặc ngoại xâm đầy gian khổ, đổ nhiều xơng máu để bảo vệ
mảnh đất thân yêu và thiêng liêng của dân tộc. Vì vậy, để không phụ công ơn
của cha ông đi trớc, chúng ta cần bảo vệ, sử dụng đất đai một cách đầy đủ,
hợp lý và có hiệu quả cao.
Trong những năm gần đây, sự phát triển của nền kinh tế thị trờng đÃ
làm cho giá đất tăng vọt, đặc biệt ở các vùng ven đô: từ đất nông - lâm nghiệp
sang đất thổ c và đẩy việc quản lý đất đai càng trở nên phức tạp và khó khăn
hơn. Một thực tế khách quan cho thấy tổng nhu cầu quá lớn về đất đai trong
cơ chế thị trờng đà phá vỡ nhiều mắt xích của hành lang pháp lý mới thiết lập
để quản lý và sử dụng đất đai.
Đối với nhiệm vụ quản lý đất đai, việc hiểu rõ quá trình biến động sử
dụng đất diễn biến nh thế nào trong những thập kỷ qua là một nhiƯm vơ hÕt
søc quan träng. Sù biÕn ®éng sư dơng ®Êt cã thĨ ®ãng vai trß quan träng trong
sù thay ®ỉi m«i tr−êng. Sù biÕn ®éng sư dơng ®Êt cã ảnh hởng quan trọng
đến chất lợng đất, nớc và đến việc bảo tồn, đa dạng sinh học.
Bên cạnh việc phát triển về kinh tế, sự gia tăng dân số nhanh ở nớc ta,
đặc biệt ở các thành phố lớn và các vùng ven đô đà tạo sức ép quá lớn đối với
đất về nhà ở, giao thông, môi trờng... kéo theo là hàng loạt các biến động về
quỹ đất và tình hình sử dụng đất. Trong tình hình chung đó, Sóc Sơn - một
huyện ngoại thành của Hà Nội đÃ, đang và sẽ diễn ra một sự biến đổi vô cùng

nhanh chóng, phức tạp để hội nhập vào hệ thống đô thị của Hà Nội cũng nh

1


cả nớc, từ đó đà dẫn đến sự biến đổi hàng loạt theo cả hai chiều tích cực lẫn
tiêu cực đến các vấn đề môi trờng tự nhiên và môi trờng xà hội.
Luận văn: ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý trong
đánh giá biến động đất nông - lâm nghiệp huyện Sóc Sơn - thành phố Hà
Nội" sẽ tập trung nghiên cứu và đa ra phơng pháp thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất và bản đồ biến động sử dụng đất nông-lâm nghiệp bằng t
liệu viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS).
Phơng pháp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đợc chọn để
nghiên cứu đánh giá biến động đất nông - lâm nghiệp vì:
Khi nghiên cứu về biến động sử dụng đất cũng nh thành lập cơ sở dữ
liệu cho những vấn đề này, bằng phơng pháp truyền thống sẽ có rất nhiều
hạn chế. Phơng pháp truyền thống đòi hỏi đầu t lớn về thời gian, công sức
trong điều tra và thu thập thông tin, tổng hợp thống kê số liệu từ các cấp.
Trong các số liệu thu thập đợc từ các cấp lại không khớp nhau, không chỉnh
hợp nên việc xử lý số liệu sẽ khó khăn.
Thời gian tổng hợp số liệu và thành lập bản đồ cho khu vực nghiên cứu
càng kéo dài thì thông tin trên bản đồ càng lạc hậu và không chính xác. Trong
khi đó bản đồ sử dụng đất dù ở quốc gia nào đều đòi hỏi nhanh về thời gian,
chính xác về loại hình, cập nhật về thông tin. Do đó, cần phải có một số công
đoạn, nhằm khắc phục những nhợc điểm của phơng pháp truyền thống
trong việc nghiên cứu hiện trạng và biến động lớp phủ thực vật.
Với khả năng cung cấp thông tin đa dạng và cập nhật của phơng pháp
viễn thám, khả năng tích hợp, phân tích thông tin của GIS kết hợp với phơng
pháp truyền thống thì việc nghiên cứu và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng
đất và biến động đất nông - lâm nghiệp sẽ đạt hiệu quả cao hơn. Trong những

năm gần đây việc "ứng dụng viễn thám và GIS để nghiên cứu biến động lớp
phủ" ở nớc ta ngày càng phát triển nhanh chóng, luận văn sẽ tập trung vào

2


việc chiết tách thông tin từ t liệu viễn thám và ứng dụng các phần mềm GIS
để xử lý thông tin và đa ra kết quả.
1.2. Mục đích, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
1.2.1. Mục đích nghiên cứu
Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1/25.000 ở một số thời
điểm dựa theo ảnh vệ tinh SPOT từ đó thành lập các bản đồ biến động sử dụng
đất nông - lâm nghiệp trong các giai đoạn tơng ứng. Tiến hành nghiên cứu
biến động, tìm ra các quy luật và xu thế biến động đất nông - lâm nghiệp của
huyện Sóc Sơn.
1.2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất nông - lâm nghiệp tỷ lệ
1/25.000 ở các thời điểm ảnh đà lựa chọn.
- Thành lập các bản đồ biến động sử dụng đất nông - lâm nghiệp tỷ lệ
1/25.000 giữa các thời điểm ảnh.
- Tính toán số liệu thống kê và phân tích tìm ra quy luật biến động.
1.2.3. Phạm vi nghiên cứu
Về mặt không gian, do hạn chế về mặt thời gian và kinh phí, đề tài chỉ
giới hạn tập trung nghiên cứu toàn bộ quỹ đất nông - lâm nghiệp của huyện
Sóc Sơn theo ranh giới hành chính. Đây là nơi có nhiều biến động với tốc độ
đô thị hóa cao của huyn ngoại thành Hà Nội. Về mặt t liệu thì khu vực có
nhiu ảnh vệ tinh các thời kỳ và những số liệu thống kê hàng năm để có thể
đáp ứng tốt cho công tác nghiên cứu.
Đề tài sử dụng t liệu ảnh viễn thám ở 3 thời điểm: năm 1995, 1999 và
năm 2004, để thành lập các bản đồ hiện trạng và bản đồ biến động sử dụng đất

nông - lâm nghiệp tỷ lệ 1/25.000 huyện Sóc S¬n.

3


1.3. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trong những năm qua ở nớc ta, tình trạng chặt ph¸, khai th¸c rõng bõa
b·i diƠn ra kh¸ phỉ biÕn, việc khai thác sử dụng đất không đúng mục đích
ngày càng có xu hớng tăng, thậm chí ở những vùng ®åi cã ®é dèc lín, dÉn
®Õn nguy c¬ vỊ xãi mòn đất ngày càng gia tăng, ảnh hởng lớn đến môi
trờng sinh thái, đời sống, kinh tế và xà hội của ngời dân.
Gia tăng dân số, nhu cầu đất ở, đói nghèo, khai thác rừng bừa bÃi, hiện
tợng di c tự do và mở rộng diện tích đất canh tác phục vụ cho mục đích an
toàn lơng thực là các nguyên nhân làm cho tài nguyên rừng bị suy giảm ở
Sóc Sơn trong vài thập kỷ qua. Việc đánh giá biến động sử dụng đất nhằm tìm
ra những nguyên nhân, làm t liệu có căn cứ khoa học để lÃnh đạo địa phơng
đa ra những biện pháp bảo vệ và sử dụng bền vững quỹ đất nông - lâm
nghiệp của huyện Sóc Sơn.
1.4. Những đóng góp của đề tài
- ứng dụng phơng pháp xử lý số ảnh vệ tinh và hệ thống thông tin địa
lý (GIS) vào công tác quản lý đất đai.
- Xây dựng khóa ảnh vệ tinh cho các loại hình sử dụng đất của huyện.
- Sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS thành lập bản đồ hiện trạng sử
dụng đất tỷ lệ 1/25.000 ở 3 thời điểm: năm 1995, 1999 và năm 2004 của vùng
nghiên cứu.
- Sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động sử
dụng đất tỷ lệ 1/25.000 giai đoạn từ 1995 - 1999 và 1999 - 2004 của vùng
nghiên cứu.
- Tính toán và đa ra các số liệu về sự biến động sử dụng đất qua các
giai đoạn tơng ứng.

- Các kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần bổ sung cơ sở dữ liệu
của địa phơng phục vụ cho công tác quy hoạch và quản lý ®Êt ®ai.

4


2. tổng quan về vấn đề nghiên cứu
2.1. Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và gis
trên thế giới và ở Việt Nam
2.1.1. Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS trên thế giới
Việc kết hợp giữa công nghệ viễn thám và GIS đà mở ra khả năng to lớn
cho việc ứng dụng chúng trong các lĩnh vực. Có thể điểm qua những kết quả
đà đạt đợc trên một số lĩnh vực sau:
* Trong nghiên cứu lâm nghiệp: Có thể nói lâm nghiệp là một trong
những lĩnh vực đầu tiên áp dụng thành tựu của công nghệ viƠn th¸m. HiƯn nay
viƯc sư dơng t− liƯu viƠn th¸m trong thành lập bản đồ rừng, theo dõi biến
động, chặt phá rừng đà trở thành công nghệ phổ biến ở nhiều nớc trên thế
giới. Khi kết hợp viễn thám với GIS ®· më ra nhiỊu h−íng øng dơng quan
träng nh−: Dự báo những khu vực có nguy cơ cháy rừng; dự báo sự suy giảm
diện tích rừng trên quy mô toàn cầu do biến đổi khí hậu và sự gia tăng dân số;
kiểm soát, ngăn chặn sự lây lan của bệnh tật đối với một số loại cây rừng. Để
dự báo nguy cơ cháy rừng, ngời ta sử dụng t liệu viễn thám để phân loại
rừng, còn dữ liệu GIS cung cấp thông tin về địa hình, khí hậu, thời tiết, mạng
lới sông suối và đặc biệt là những thông tin lu giữ những nơi đà xảy ra cháy
rừng, trên cơ sở đó, các thông tin tích hợp sẽ chỉ ra các khu vực có nguy cơ
cháy rừng ở mức độ khác nhau. Để dự báo sự biến đổi diện tích rừng trên quy
mô toàn cầu ngời ta xây dựng mô hình giữa ảnh NOAA và số liệu thống kê
qua nhiều năm về khí hậu, mật độ dân số của từng khu vực, trên cơ sở đó tìm
ra hệ số suy giảm rừng đợc biểu diễn bằng hàm toán học. Bằng cách làm nh
vậy, ngời ta đà xây dựng bản đồ mô phỏng lớp phủ rừng toàn cầu cho năm

2025 và xa hơn. [24]
* Trong nông nghiệp và sử dụng đất: Phơng pháp viễn thám và công
nghệ GIS đà đợc sử dụng nhiều trong lĩnh vực quản lý và quy ho¹ch sư dơng

5


đất [27]. ở Thái Lan, để thành lập bản đồ các khu vực trồng Mía ngời ta sử
dụng phơng pháp giải đoán bằng mắt các tấm ảnh Landsat TM, sau đó kết
quả này đợc kiểm tra, chỉnh sửa ngoài thực địa bằng GPS. Ngời ta quét ảnh
đà giải đoán và sử dụng phần mềm Microstation để chuyển kết quả về dạng
vector, sau đó sử dụng các phần mềm của GIS nh− MGA (Modular GIS
Analysis), MGE (Modular GIS Environmental) ®Ĩ thùc hiện các công việc
tính toán tiếp theo [19]. Thực chất ở đây t liệu đợc sử dụng chính là ảnh
Landsat TM, còn vai trò của GIS chỉ là cung cấp dữ liệu về địa hình và các
công cụ tính toán. Cũng tơng tự nh vậy, ở Trung Quốc, để cập nhật nhanh
bản đồ đất trồng Lúa cho các tỉnh, t liệu đợc sử dụng chính là ảnh SAR ở
các thời điểm khác nhau trên cơ sở kết hợp với bản đồ địa hình, bản đồ sử
dụng đất (LU) ở các thời điểm trớc [26]. ở Nhật Bản, ngời ta sử dụng viễn
thám và GIS kết hợp với dữ liệu thống kê về các sản phẩm nông nghiệp để đa
ra những đánh giá về năng suất thực ban đầu cho các nớc Châu á [25].
Để đánh giá mức độ thích hợp của đất đối với các loại cây trồng nông
nghiệp, ngời ta cũng sử dụng kết hợp viễn thám và GIS. ở đây, t liệu viễn
thám đợc sử dụng để phân loại các đối tợng LU, trên cơ sở phân loại này,
kết hợp với bản đồ nông hóa thổ nhỡng, bản đồ địa hình ngời ta lập các ma
trận tích hợp để đánh giá mức độ thích hợp của từng loại cây trồng nh Lúa,
Mía, Sắn, đồng cỏ... với các loại đất khác nhau [23].
* Trong nghiên cứu địa chất: ảnh máy bay và ảnh vệ tinh là hai t
liệu đợc sử dụng nhiều trong nghiên cứu địa chất ngay từ khi chúng mới
đợc xuất hiện. Trong nghiên cứu địa chất, ngời ta thờng sử dụng phơng

pháp giải đoán ảnh bằng mắt để thành lập các bản đồ kiến tạo, các đứt gÃy địa
chất. Có nhiều cấu trúc địa chất đợc phát hiện nhờ ảnh vệ tinh có độ khái
quát lớn. [22]

6


* Trong nghiên cứu môi trờng, thảm họa thiên tai và dịch bệnh:
Những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong
nghiên cứu môi trờng toàn cầu cũng nh môi trờng khu vực, các thảm họa
thiên nhiên nh trợt lở đất, lũ lụt, cháy rừng và thậm chí cả trong nghiên cứu
dịch bệnh nh viêm nÃo nhật bản, sốt rét... [20]. Các hiện tợng hiệu ứng nhà
kính, El nhi nô... cũng đợc nghiên cứu bằng phơng pháp viễn thám và GIS.
ĐÃ có rất nhiều công trình nghiên cứu trợt lở đất trên cơ sở sử dụng kết hợp
t liệu viễn thám và GIS. ở đây ngời ta sử dụng t liệu viễn thám để thành
lập các bản đồ nhiệt độ bề mặt, sử dụng đất, bản đồ phân bố mực nớc ngầm,
còn dữ liệu GIS là mô hình DEM, độ dốc, trên cơ sở các dữ liệu này ngời ta
tích hợp thông tin trên phần mềm ILWIS 2.02 để tìm ra các vùng có nguy cơ
trợt lở đất ở các mức độ khác nhau. [22]
Trong nghiên cứu các thảm họa do lụt lội gây ra đà có nhiều công trình
đợc công bố, đặc biệt từ năm 1997 trở lại đây. Các nghiên cứu đà chỉ ra rằng,
để thành lập bản đồ độ sâu ngập lụt và tần số xuất hiện ngập lụt, việc tích hợp
thông tin từ các bản đồ lớp phủ mặt đất (là sản phẩm đợc làm từ ảnh vệ tinh),
bản đồ địa chất, bản đồ hệ thống thoát nớc và bản đồ địa vật lý
(physiographic map) là tổ hợp tốt nhất. [22]
* Trong mét sè lÜnh vùc kh¸c: Cã thĨ nãi viƠn th¸m và GIS đợc ứng
dụng khá rộng rÃi, kể cả những lÜnh vùc t−ëng chõng nh− rÊt xa vêi so víi các
công nghệ này, ví dụ nh việc ứng dụng trong nghiên cứu mật độ dân c, xu
hớng di c ở các khu đô thị (sử dụng t liệu ảnh hồng ngoại nhiệt), thành lập
bản đồ các khu du lịch, thậm chÝ c¶ trong lÜnh vùc kiÕn tróc, kh¶o cỉ. Thùc tế

đó đà nói lên vai trò và ý nghĩa to lớn của việc sử dụng kết hợp hai công nghệ
này. [18], [21]
Việc mở rộng lĩnh vực nghiên cứu và khai thác chúng sao cho có hiệu
quả nhất phụ thuộc rất nhiều vào sự tiến bộ về mặt công nghệ cũng nh mức
độ quan tâm nghiên cứu của các nhà chuyên môn trong lĩnh vực của mình.

7


2.1.2. Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS ở Việt Nam
Từ những năm 70, Việt Nam đà sử dụng những tấm ảnh máy bay để
thành lập bản đồ địa hình và các bản đồ chuyên đề trong lĩnh vực địa chất.
Năm 1978 Trung tâm nghiên cứu không gian Viện Khoa hoc Việt Nam đợc
thành lập. Đây là cơ quan đầu tiên về viễn thám ở Việt Nam. Những t liệu
đầu tiên đợc sử dụng ở đây là những tấm ảnh vệ tinh Landsat-MSS (Mỹ) từ
trạm thu Bangkok. Trong thời kỳ này chủ yếu vẫn sử dụng phơng pháp giải
đoán ảnh bằng mắt. Chỉ từ khi công nghệ thông tin bùng nổ (đầu những năm
1990) thì phơng pháp xử lý ảnh số t liệu viễn thám mới thực sự phát triển.
Cùng với nó là sự ra đời và phát triển của hệ thống thông tin địa lý, đà tạo
ra sự kết hợp vô cùng hiệu quả trong nhiều lĩnh vực của các ngành kinh tế
quốc dân. Hiện nay ë ViƯt Nam cã h¬n 20 c¬ quan, tỉ chøc thuộc nhiều bộ,
ngành và các Trờng Đại học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Bộ
Tài nguyên và Môi trờng, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn,
Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Trờng Mỏ địa chất) đang sử dụng
một cách có hiệu quả các t liệu viễn thám và GIS trong các chơng trình,
dự án thuộc lĩnh vực của mình.
a/ Trong nghiên cứu thành lập bản đồ địa hình: T liệu viễn thám đÃ
trở thành nguồn t liệu chủ yếu trong công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình ở
các tỷ lệ 1/25.000, 1/50.000 và nhỏ hơn. Hiện nay, công tác hiện chỉnh bản đồ
địa hình là mét trong nh÷ng nhiƯm vơ quan träng ë ViƯt Nam. Hàng năm,

Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trờng đà tiến hành hiện
chỉnh bản đồ địa hình ở các tỷ lệ 1/25.000 và 1/50.000 cho các vùng khác
nhau. Việc hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 bằng t liệu viễn thám
cho vùng trung du và vùng núi phía Bắc Việt Nam là nhiệm vụ trọng tâm của
năm 2001 và các năm tiếp theo. Năm 2001, dự án hiện chỉnh bản đồ địa hình
tỷ lệ 1/50.000 cho lu vực đồng bằng sông Mê Kông đà hoàn thành. Để quản
lý đất đai, Bộ Tài nguyên và Môi trờng đà hợp tác với các ngành khác trong

8


việc xây dựng bản đồ sử dụng đất tỷ lệ 1/250.000 cho toàn quốc; tỷ lệ
1/100.000 và 1/50.000 cho các khu vực khác nhau bằng ảnh vệ tinh. Trong
cuộc tổng kiểm kê quỹ đất năm 2000, 2005 ảnh vệ tinh đà đợc sử dụng để
thành lập bản đồ sử dụng đất cho các tỉnh. Bộ Tài nguyên và Môi trờng cũng
đà sử dụng hệ thống PRODIGE để làm ra hơn 1.000 bản đồ tỷ lệ 1/25.000 cho
dự án kiểm kê đất cha sử dụng và đất có tiềm năng nuôi trồng thủy hải sản.
Gần đây nhất Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trờng đà áp
dụng thành công việc sử dụng ảnh vệ tinh Spot trong thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất cấp huyện tỷ lệ 1/25.000 của tỉnh Cà Mau.
b/ Thành lập bản đồ vùng trồng Lúa: Dự án này đợc phối hợp thực
hiện giữa CIAS với Viện Radarsat của Canada, đà sử dụng ¶nh Radar cho h¬n
40 vïng mÉu thư nghiƯm víi chïm tia rộng và một vài chùm tia tiêu chuẩn ở
đồng bằng sông Mê Kông. Mục đích của dự án này nhằm thử nghiệm phơng
pháp luận xây dựng mô hình dữ liệu đa thời gian để tìm ra những vùng trồng
Lúa. Dự án này còn đợc tiếp tục thực hiện bằng chơng trình nghiên cứu bổ
sung của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nhằm nâng cao độ chính
xác của bản đồ thành lập và đánh giá ảnh hởng của các nhân tố kinh tế - xÃ
hội tới việc phân bố vùng trồng Lúa ở châu thổ sông Mê Kông.
c/ Kiểm kê và bảo vệ rừng: Sau đợt tổng kiểm kê rừng lần cuối cùng

vào năm 1999, Việt Nam bắt đầu tiến hành phân cấp quản lý rừng, điều đó
nghĩa là giao quyền quản lý rừng cho hạt kiểm lâm của các tỉnh hoặc các trạm
kiểm lâm, chính vì vậy, việc sử dụng ảnh Landsat để thành lập bản đồ lớp phủ
rừng tỷ lệ 1/50.000 là rất cần thiết. Vấn đề này đà đợc thực hiện dần từng
năm, bắt đầu từ năm 2002.
d/ Giám sát, phòng chống thiên tai: Hai dự án về giám sát và phòng
chống ngập lụt của đồng bằng sông Hồng và sông Mê Kông đà đợc triển
khai dới sự chỉ đạo của Uỷ ban phòng chống thiên tai (DMC). Đáng chú ý ở
đây là hệ thống cảnh báo và phòng chống ngập lụt đồng bằng sông Hồng đợc

9


thực hiện bởi Viện Radarsat. Tháng 4 năm 2002 thảm họa cháy rừng đà bao
phủ lên Vờn quốc gia U Minh (đồng bằng sông Mê Kông) đà gây ra sự mất
mát to lớn đối với rừng ngập mặn nguyên sinh, phá hỏng nơi bảo tồn đa dạng
sinh học quý giá vừa đợc phục hồi sau cuộc chiến tranh của đế quốc Mỹ. Lần
đầu tiên, t liệu ảnh vệ tinh MODIS nhận đợc từ trạm thu đặt tại Viện Khoa
học và Công nghệ Việt Nam đà đợc sử dụng để theo dõi, quan sát thảm hoạ
này. Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam đà cấp kinh phí để xây dựng dự án
phục vụ cho công tác theo dõi cháy rừng và quản lý chỉ số thực vật (NDVI).
đ/ Thành lập bản đồ địa chất: Cục Địa chất và Tài nguyên Khoáng
sản đà quyết định sử dụng phơng pháp viễn thám kết hợp với các phơng
pháp khác để thành lập bản ®å ®Þa chÊt tõ tû lƯ 1/50.000 ®Õn 1/25.000 nh− một
biện pháp bắt buộc. Tại Viện Địa chất thuộc Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đà áp dụng thành công việc tích hợp hệ thống thông tin địa lý với t
liệu viễn thám trong việc xây dựng bản đồ địa mạo vùng đồng bằng có độ
phân dị độ cao nhỏ.
e/ Trong nghiên cứu khí tợng: Từ 5 năm nay, trạm thu ảnh NOAA
AVHRR (đặt tại Bộ Tài nguyên và Môi trờng) và trạm thu ảnh MODIS (đặt

tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đà cung cấp đầy đủ các số liệu
của vệ tinh địa tĩnh (GMS) cho viƯc dù b¸o thêi tiÕt ë ViƯt Nam.
2.2. kh¸i qu¸t chung về biến động
2.2.1. Khái niệm về biến động
Cụm từ biến động đợc hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng
thái này bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tợng tồn tại trong
môi trờng tự nhiên cũng nh môi trờng xà hội. [9]
2.2.2. Nguyên tắc nghiên cứu biến động bằng GIS
Chúng ta có thể biểu hiện nghiên cứu biến động bằng GIS nh sau:
cùng một đối tợng trên mặt đất đợc phản ánh trên hai lớp thông tin khác

10