UNG DUNG GIS VA VIEN THAM NGHIEN CUU RNM CAN GIO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM
**********************

ĐẶNG THỊ LAN ANH

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN CẦN GIỜ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG
ĐẠIHồ
HỌC
NÔNGTháng
LÂM8/2016
TP HCM
Thành phố
Chí Minh,


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM
**********************

ĐẶNG THỊ LAN ANH

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN CẦN GIỜ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã ngành:

60.85.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN VĂN TÂN

Thành phố Hồ Chí Minh,
Tháng 8/2016


ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN CẦN GIỜ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐẶNG THỊ LAN ANH

Hội đồng chấm luận văn:
1. Chủ tịch:
2. Thƣ ký:
3. Phản biện 1:
4. Phản biện 2:
5. Ủy viên:

i

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

ĐẶNG THỊ LAN ANH

iii


CẢM TẠ
Tôi rất vinh dự được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất của tôi đến những người
đã hỗ trợ, động viên tôi hoàn thành nghiên cứu này.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Văn Tân, người
đã kịp thời đưa ra những chỉ dẫn và liên tục tạo điều kiện, nhắc nhở, động viên tôi
nỗ lực hết sức mình để hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu này.
Tôi cũng xin gửi lời tri ân đến thầy Nguyễn Kim Lợi, thầy Lê Ngọc Lãm,
ThS. Nguyễn Thanh Hùng, ThS. Nguyễn Minh Tuyến, những người đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến qu thầy cô Khoa Quản l đất đai Bất động sản, Ph ng Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố
Hồ Chí Minh và Ban giám hiệu nhà trường, những người đã truyền dạy những kiến
thức qu báu, những kinh nghiệm trong nghề nghiệp cho tôi, hỗ trợ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi hoàn thành chương trình học tập và thực hiện luận văn này.
Cảm ơn cha mẹ đã luôn bên con trong cuộc sống.
Tôi cũng xin cảm ơn đại gia đình “CH QLĐĐ K2012” vì đã chia sẻ cùng tôi
những vui buồn của bạn bè. Cầu chúc cho các anh chị, các bạn và cả tôi nữa sẽ

“chân cứng đá mềm” trên con đường sắp tới.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 09 năm 2016

ĐẶNG THỊ LAN ANH

iv


TÓM TẮT
Huyện Cần Giờ thành phố Hồ Chí Minh có hơn 1/2 diện tích là rừng ngập mặn,
nơi đã được UNESCO công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới, vì thế công tác
theo dõi giám sát tài nguyên luôn được quan tâm chặt chẽ. Đề tài “Ứng dụng Viễn
thám và GIS đánh giá biến động lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí
Minh” với mục tiêu thành lập bản đồ hiện trạng và thay đổi lớp phủ mặt đất bằng
công nghệ Viễn thám và GIS; từ đó cung cấp khả năng đánh giá biến động lớp phủ
mặt đất, góp phần ứng dụng vào thực tiễn sản xuất được nhanh chóng và đạt độ tin
cậy cao.
Tư liệu ảnh thu thập bao gồm ảnh Landsat ETM 2005, ETM 2010 và OLI
2015. Các ảnh vệ tinh được phân loại độc lập theo phương pháp xác suất cực đại
dựa trên các vùng mẫu được lựa chọn từ số liệu mặt đất và số liệu thống kê từ bản
đồ sử dụng đất. Lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ được phân thành 5 loại là đất xây
dựng, đất nông nghiệp, đất làm muối, đất rừng và đất mặt nước. Việc đánh giá độ
chính xác dựa trên phân tích ma trận sai số sau phân loại và hệ số Kappa. Kết quả
phân loại đạt khá tốt với hệ số Kappa lần lượt là 0,70; 0,72 và 0,77 cho các năm
2005, 2010 và 2015. Sau đó bản đồ biến động được thành lập dựa trên việc chồng
ghép các bản đồ ở các giai đoạn 2005 - 2010; 2010 - 2015 và 2005 - 2015.
Kết quả cho thấy diện tích lớp phủ rừng đã được bảo tồn tốt và có xu hướng
mở rộng. Trong đó, sự chuyển đổi nổi bật là nhận thêm 1483,67ha diện tích từ đất
nông nghiệp chuyển sang cộng với 99,39% diện tích rừng được bảo tồn, chính sự
chuyển đổi này đã làm tăng diện tích lớp phủ rừng lên đến 47,79%. Diện tích đất

xây dựng tăng 0,24% nhờ nhận chủ yếu diện tích từ đất nông nghiệp chuyển qua
(223,81ha). Đặc biệt, diện tích đất làm muối đã có sự biến động đáng kể khi nhận
thêm 58,88ha từ đất mặt nước, nâng tổng diện tích lớp phủ lên đến 2,75%; Ngược
lại diện tích lớp phủ đất nông nghiệp và đất mặt nước giảm lần lượt c n 5,09% và
41,95%.
Nghiên cứu đã cho thấy sự ứng dụng to lớn của công nghệ Viễn thám và GIS
trong việc theo dõi và giám sát biến động tài nguyên tại huyện Cần Giờ - Tp.HCM.
Tuy nhiên, điều hạn chế của đề tài là dữ liệu ảnh Viễn thám có độ phân giải trung
bình và bị lỗi sọc, vì vậy đã ảnh hưởng đến độ chính xác kết quả nghiên cứu.

v


ABSTRACT
Can Gio district in Ho Chi Minh city has more than half the mangrove area,
which has been recognized as a UNESCO biosphere reserve in the world, so the
work of the monitoring of resources has always been interested tight cover. The
theme: "Application of remote sensing and GIS assessment land cover fluctuations
Can Gio distric, Ho Chi Minh City" with the goal of mapping the current situation
and changing the land cover by coating technology remote sensing and GIS; which
provides the ability to assess changes in the coating surface, contributing to
practical applications can be produced quickly and achieve high reliability.
Image data collected includes: Landsat ETM 2005, ETM 2010 and OLI
2015. The Landsat is an independent classification by the method of maximum
likelihood based on the selected template from the land data and figures statistics
from the land map. Land cover Can Gio is classified into five categories as
construction land, agricultural land, salt marshes, forest land and water surface. The
accuracy assessment based on analysis of the following error matrix classification
and Kappa coefficient. Results achieved good classification Kappa coefficient 0.70,
respectively; 0.72 and 0.77 for the 2005, 2010 and 2015. Then the map was

established based on a map overlay in the period 2005-2010; 2010 - 2015 and 20052015.
The results showed that the area of forest cover has been well preserved and
tended to expand. In particular, the transition is getting more prominent 1483,67ha
agricultural land area from switching to 99.39% plus conservation forest area, this
shift has major increase forest cover area up to 47.79%. Construction land area
increased by 0.24% mainly due to receive from the agricultural land area pass
(223,81ha). In particular, salt land had significant fluctuations 58,88ha receive more
water surface from the soil, increasing the total area of up to 2.75% coating;
Conversely overlay area of agricultural land and water surface decreased 5.09%
respectively and 41.95% also.
Research has shown tremendous application of remote sensing and GIS
technology in monitoring and resource monitoring fluctuations in Can Gio district HCM. However, the limitations of the data subject, satellite images with average
resolution and stripe error, thus affecting the accuracy of research results.

vi


MỤC LỤC
TRANG
Trang tựa
Trang chuẩn y ............................................................................................................... i
L lịch cá nhân .......................................................... Error! Bookmark not defined.
Lời cam đoan ............................................................................................................. iii
Cảm tạ ........................................................................................................................ iv
Tóm tắt ........................................................................................................................ v
Abstract ...................................................................................................................... vi
Mục lục ....................................................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt ........................................................................................... x
Danh sách các bảng .................................................................................................... xi
Danh sách các hình....................................................................................................xii

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN .......................................................................................... 4
1.1. Lớp phủ mặt đất (Land cover) và biến động lớp phủ mặt đất.............................. 4
1.1.1. Khái quát về lớp phủ mặt đất (Land cover) ...................................................... 4
1.1.1.1. Khái niệm lớp phủ mặt đất ............................................................................. 4
1.1.1.2. Phân loại lớp phủ mặt đất............................................................................... 4
1.1.2. Biến động lớp phủ mặt đất ................................................................................ 6
1.2. Khái quát về Viễn thám và hệ thống thông tin địa l (GIS) ................................ 7
1.2.1. Khái quát về Viễn thám..................................................................................... 7
1.2.1.1. Khái niệm và nguyên l thu nhận hình ảnh của Viễn thám ........................... 7
1.2.1.2. Dữ liệu Viễn thám .......................................................................................... 8
1.2.2. Hệ thống thông tin địa l (GIS) ........................................................................ 9
1.2.2.1. Định nghĩa và cấu trúc của GIS ..................................................................... 9
1.2.2.2. Chức năng của GIS ...................................................................................... 10

vii


1.2.3. Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động lớp phủ
mặt đất ............................................................................................................ 11
1.3. Một số nghiên cứu có liên quan trên thế giới và trong nước ............................. 13
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới .................................................................................. 13
1.3.2. Nghiên cứu tại Việt Nam ................................................................................ 15
Chƣơng 2 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 21
2.1. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 21
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 21
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất sử dụng kỹ thuật
Viễn thám và GIS ........................................................................................... 21
2.2.1.1. Phương pháp xử l ảnh vệ tinh ................................................................... 21
2.2.1.2. Xây dựng hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất cho khu vực nghiên cứu............... 22

2.2.1.3. Phương pháp phân loại ảnh.......................................................................... 23
2.2.1.4. Phương pháp đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại ......................... 26
2.2.2. Phương pháp bản đồ ........................................................................................ 28
2.2.3. Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu, số liệu ............................................... 29
2.2.4. Phương pháp phân tích thống kê ..................................................................... 31
2.3. Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng, bản đồ thay đổi lớp phủ mặt đất
bằng công nghệ Viễn thám và GIS ................................................................ 32
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 33
3.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội và sử dụng đất tác động đến lớp phủ
mặt đất huyện Cần Giờ ................................................................................... 33
3.1.1. Khái quát đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội ................................................. 33
3.1.1.1. Đặc điểm tự nhiên ........................................................................................ 33
3.1.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ............................................................................. 37
3.1.2. Hiện trạng sử dụng đất và tình hình quản l đất đai ....................................... 39
3.1.2.1. Hiện trạng sử dụng đất ................................................................................. 39
3.1.2.2. Tình hình quản l đất đai ............................................................................. 40

viii


3.1.3. Phân tích tác động của đặc điểm tự nhiên – kinh tế - xã hội và quản l
sử dụng đất đến lớp phủ mặt đất tại huyện Cần giờ ....................................... 43
3.2. Xử l và giải đoán ảnh Viễn thám thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ
mặt đất năm 2005, 2010 và năm 2015 ........................................................... 45
3.2.1. Mô tả dữ liệu viễn thám .................................................................................. 45
3.2.2. Xử l ảnh vệ tinh ............................................................................................. 47
3.2.3. Thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất năm 2005, 2010 và 2015 ......... 53
3.2.3.1 Khóa giải đoán ảnh........................................................................................ 54
3.2.3.2. Phân loại ảnh ................................................................................................ 59
3.2.3.3. Đánh giá độ chính xác kết quả phân loại ..................................................... 61

3.2.3.4. Biên tập bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất ................................................. 69
3.3. Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ giai đoạn 2005 - 2015 .......... 70
3.3.1. Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ giai đoạn 2005 - 2010 ....... 71
3.3.2. Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ giai đoạn 2010 - 2015 ....... 76
3.3.3. Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ giai đoạn 2005 - 2015 ....... 81
3.4. Phân tích nguyên nhân và đề xuất giải pháp tăng cường giám sát biến
động lớp phủ mặt đất và sử dụng đất bằng Viễn thám và GIS ...................... 86
3.4.1. Một số nguyên nhân gây ra biến động lớp phủ mặt đất .................................. 86
3.4.1.1 Nguyên nhân gây ra biến động lớp phủ mặt đất ........................................... 86
3.4.1.2 Nguyên nhân gây ra phân loại bị nhầm lẫn ................................................... 86
3.4.2. Đề xuất giải pháp tăng cường giám sát biến động lớp phủ mặt đất và sử
dụng đất bằng Viễn thám và GIS ................................................................... 90
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................................... 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 95

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ đầy đủ

Ctv

Cộng tác viên

Cs

Cộng sự

DN

Digital number (Giá trị độ sáng)

GIS

Geographic Information System
(Hệ thống thông tin địa lý)

HTSDĐ

Hiện trạng sử dụng đất

Tp. HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

LPMĐ

Lớp phủ mặt đất

PTN&MT

Ph ng tài nguyên và môi trường

RNM

Rừng ngập mặn

UBND

Ủy ban nhân dân

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 1.1. Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất để sử dụng với dữ liệu Viễn thám ............... 5
Bảng 2.1. Phân loại các kiểu lớp phủ mặt đất ............................................................... 23
Bảng 2.2. Ma trận sai số phân loại .................................................................................. 27
Bảng 3.1. Diện tích tự nhiên theo đơn vị hành chính ................................................... 34
Bảng 3.2. Cơ cấu sử dụng đất huyện Cần Giờ năm 2015 ............................................ 39
Bảng 3.3. Hệ thống bản đồ địa chính chính quy huyện Cần Giờ................................ 41
Bảng 3.4. Thông số chi tiết ảnh Landsat khai thác ....................................................... 45
Bảng 3.5. Chú giải các loại lớp phủ mặt đất khu vực nghiên cứu .............................. 54
Bảng 3.6. Khoá giải đoán ảnh năm 2015 huyện Cần Giờ ............................................ 55
Bảng 3.7. Số điểm mẫu huấn luyện của các loại LPMĐ (năm 2015) ........................ 56
Bảng 3.8. Bảng đánh giá sự khác biệt mẫu giải đoán năm 2005 ............................... 57
Bảng 3.9. Bảng đánh giá sự khác biệt mẫu giải đoán năm 2010 ............................... 58
Bảng 3.10. Bảng đánh giá sự khác biệt mẫu giải đoán năm 2015 ............................. 58
Bảng 3.11. Ma trận đánh giá độ chính xác của phép phân loại năm 2005 ................ 62
Bảng 3.12. Ma trận đánh giá độ chính xác của phép phân loại năm 2010 ................ 64
Bảng 3.13. Ma trận đánh giá độ chính xác của phép phân loại năm 2015 ................ 66
Bảng 3.14. Độ chính xác phân loại ảnh năm 2005, 2010 và 2015 ............................ 67
Bảng 3.15. Thống kê diện tích giải đoán ....................................................................... 69
Bảng 3.16. Thống kê diện tích các loại hình lớp phủ mặt đất năm 2005 và 2010 .............. 72
Bảng 3.17. Mức độ thay đổi các loại hình lớp phủ mặt đất giai đoạn 2005 - 2010 ........... 73

Bảng 3.18. Chu chuyển các loại hình lớp phủ giai đoạn 2005 - 2010 huyện Cần Giờ ............ 74
Bảng 3.19. Thống kê diện tích các loại hình lớp phủ mặt đất năm 2010 và 2015 .............. 77
Bảng 3.20. Mức độ thay đổi các loại hình lớp phủ mặt đất giai đoạn 2010 - 2015 ............ 78
Bảng 3.21. Chu chuyển các loại hình lớp phủ giai đoạn 2010 - 2015 huyện Cần Giờ. ........... 79
Bảng 3.22. Biến động diện tích lớp phủ mặt đất giai đoạn 2005 - 2015.................... 81
Bảng 3.23. Chu chuyển các loại hình lớp phủ giai đoạn 2005 - 2015 huyện Cần Giờ ............ 83
Bảng 3.24. Chú dẫn các loại hình theo mã .................................................................... 85

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên l thu nhận hình ảnh của Viễn thám. ..................................... 7
H nh 1.2. Các thành phần của GIS ................................................................................... 9
Hình 1.3. Vai tr của Viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu GIS ....... 12
Hình 2.1. Phương pháp thành lập bản đồ biến động .... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2. Quy trình thành lập bản đồ thay đổi lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ. ............... 32
Hình 3.1. Vị trí huyện Cần Giờ - Tp. HCM .................................................................. 34
Hình 3.2. Cơ cấu sử dụng đất năm 2015........................................................................ 39
Hình 3.3. Ảnh vệ tinh sử dụng trong nghiên cứu ......................................................... 46
Hình 3.4. Ảnh bị lỗi sọc năm 2010 ................................................................................. 47
Hình 3.5. Gộp ảnh............................................................................................................. 48
Hình 3.6. Sử dụng Gapfilling sửa lỗi sọc ...................................................................... 49
Hình 3.7. Ảnh sau khi sửa lỗi sọc ................................................................................... 49
Hình 3.8. Chuyển đổi về hệ tọa độ VN-2000, chồng ghép ranh giới lên ảnh ........... 50
Hình 3.9. Chọn vùng giao nhau để cắt ảnh.................................................................... 51

Hình 3.10. Tần suất giá trị DN trước và sau tăng cường chất lượng ảnh (năm 2010) ....... 52
Hình 3.11. Ảnh cắt theo ranh giới hành chính huyện Cần Giờ ................................... 53
Hình 3.12. Vị trí các khu vực lấy mẫu huấn luyện (năm 2015) .................................. 56
Hình 3.13. Sơ đồ ảnh sau khi phân loại ......................................................................... 60
Hình 3.14. Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất năm 2005 huyện Cần Giờ ................ 63
Hình 3.15. Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất năm 2010 huyện Cần Giờ ................ 65
Hình 3.16. Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất năm 2015 huyện Cần Giờ ................ 68
Hình 3.17. Cơ cấu sử dụng đất qua các năm theo tỷ lệ %. .......................................... 70
Hình 3.18. Diện tích biến động các loại hình LPMĐ giai đoạn 2005 – 2010 ........... 72
Hình 3.19. Chuyển đổi lớp phủ mặt đất giai đoạn 2005 - 2015 huyện Cần Giờ
theo tỷ lệ % .......................................................................................................... 73
Hình 3.20. Bản đồ thay đổi lớp phủ mặt đất giai đoạn 2005 - 2010 huyện Cần Giờ ......... 75

xii


Hình 3.21. Diện tích biến động các loại hình LPMĐ giai đoạn 2010 – 2015 ........... 77
Hình 3.22. Chuyển đổi lớp phủ mặt đất giai đoạn 2010 - 2015 huyện Cần Giờ
theo tỷ lệ % .......................................................................................................... 78
Hình 3.23. Bản đồ thay đổi lớp phủ mặt đất giai đoạn 2010 - 2015 huyện Cần Giờ ......... 80
Hình 3.24. Biến động diện tích lớp phủ mặt đất qua các giai đoạn .................................... 81
Hình 3.25. Chuyển đổi lớp phủ mặt đất giai đoạn 2005 - 2015 huyện Cần Giờ
theo tỷ lệ % .......................................................................................................... 82
Hình 3.26. Bản đồ thay đổi lớp phủ mặt đất giai đoạn 2005 - 2015 huyện Cần Giờ ......... 84

xiii


MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề

Cần Giờ là huyện ven biển, nằm về phía Đông Nam của thành phố Hồ Chí
Minh, hơn một nửa diện tích toàn huyện là rừng ngập mặn Cần Giờ. Nơi đây đã
được UNESCO công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới, là một khu du lịch
trọng điểm quốc gia Việt Nam.
Huyện Cần Giờ được định hướng phát triển là đô thị xanh du lịch sinh thái
nghỉ dưỡng của thành phố và khu vực. Do đó, việc sử dụng đất của huyện cũng trở
nên biến động theo các hoạt động phát triển kinh tế, gây sức ép đối với đất đai.
Để đảm bảo phát triển kinh tế và môi trường bền vững thì hàng năm công tác
điều tra, theo dõi và đánh giá biến động sử dụng đất toàn huyện luôn được thực hiện
chặt chẽ. Tuy nhiên, các công tác báo cáo chủ yếu dựa trên phương pháp đo vẽ
truyền thống, tổng hợp các tài liệu thống kê và các tư liệu bản đồ trong thời gian
dài, mất nhiều công sức, không thể khai thác những thông tin hiện thời nhất. Vì vậy,
cần phải có phương pháp mới, nhằm khắc phục nhược điểm của những phương
pháp nói trên.
Tư liệu viễn thám là thành quả của khoa học công nghệ hiện đại với những
ưu việt là luôn được cập nhật theo thời gian, có tính khái quát hóa, đã phủ trùm
khắp mọi nơi trên Trái đất, cùng với sự phát triển mạnh mẽ về khoa học công nghệ,
thông tin thu được từ ảnh viễn thám ngày càng nhanh chóng với độ chính xác cao,
đem lại hiệu quả ngày càng tối ưu khi đưa vào sử dụng để thành lập bản đồ.
Hệ thống thông tin địa l (GIS - Geographic Information Systems) có khả
năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, thể hiện dữ liệu địa l phục vụ các bài
toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa l của các đối tượng trên bề mặt trái đất, là
công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản l , quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và
môi trường.

1


Xuất phát từ những l do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài: “Ứng dụng Viễn
thám và GIS đánh giá biến động lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí

Minh” nhằm hỗ trợ các nhà quy hoạch trong việc quản l , bảo vệ phát triển môi
trường bền vững.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát
Giám sát biến động lớp phủ mặt đất bằng công nghệ Viễn thám và GIS, từ đó
góp phần hỗ trợ công tác quản l tài nguyên thiên nhiên và môi trường được tốt
hơn.
Mục tiêu cụ thể
- Thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất, bản đồ thay đổi lớp phủ mặt
đất bằng công nghệ Viễn thám và GIS;
- Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất huyện Cần Giờ - Tp.HCM;
- Phân tích nguyên nhân và đề xuất giải pháp tăng cường giám sát biến động
lớp phủ mặt đất tại khu vực nghiên cứu bằng công nghệ Viễn thám và GIS.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu
Biến động diện tích lớp phủ mặt đất trên địa bàn huyện Cần Giờ - Tp. HCM.
Phạm vi nghiên cứu
- Về không gian: Toàn bộ huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh.
- Về thời gian: Thời gian lấy mẫu thực địa vào tháng 2 và tháng 3 năm 2015.
Các ảnh Viễn thám dùng làm dữ liệu giải đoán được thu thập từ ngày 3/4/2005 đến
ngày 15/3/2015.
- Về nội dung: Trong đánh giá biến động lớp phủ mặt đất, tác giả dựa vào
công nghệ GIS kết hợp ảnh viễn thám năm 2005, 2010 và 2015 với 5 loại hình lớp
phủ mặt đất bao gồm: Đất xây dựng, đất nông nghiệp, đất làm muối, đất rừng,
đất mặt nước.

2


Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu nhằm chỉ ra ứng dụng của viễn thám và GIS trong đánh giá biến
động hình thái không gian các loại hình lớp phủ mặt đất tại huyện Cần Giờ -Tp.
HCM, góp phần mở rộng hiểu biết về hiện trạng lớp phủ mặt đất tại thời điểm các
năm nghiên cứu và xu thế biến động qua các giai đoạn.
Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần trợ giúp cho công tác đánh giá
thực trạng và giám sát biến động lớp phủ mặt đất tại địa bàn nghiên cứu; từ đó có
thể ứng dụng để thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất và đánh giá biến động lớp phủ
mặt đất cho các khu vực khác có đặc điểm tương tự.

3


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Lớp phủ mặt đất (Land cover) và biến động lớp phủ mặt đất
1.1.1. Khái quát về lớp phủ mặt đất (Land cover)
1.1.1.1. Khái niệm lớp phủ mặt đất
Lớp phủ mặt đất là lớp phủ vật chất quan sát được khi nhìn từ mặt đất hoặc
thông qua vệ tinh Viễn thám, bao gồm thực vật (mọc tự nhiên hoặc tự trồng cấy) và
các cơ sở xây dựng của con người (nhà cửa, đường sá, …) bao phủ bề mặt đất.
Nước, băng đá, quốc lộ hay các dải cát cũng được coi là lớp phủ mặt đất. (The FAO
AFRICOVER Progamme, 1998).
Lớp phủ mặt đất là tất cả các thành phần vật chất tự nhiên và nhân tạo bao
phủ trên bề mặt trái đất bao gồm các yếu tố thực vật (mọc tự nhiên hoặc được
trồng), các công trình kinh tế – xã hội được xây dựng của con người, thổ nhưỡng,
nước, dải đất cát…Lớp phủ mặt đất thể hiện trạng thái tự nhiên (Nguyễn Huy Anh,
Đinh Thanh Kiên, 2012).
Trải qua thời gian, lớp phủ mặt đất đã không ngừng biến đổi đặc biệt dưới

tác động mạnh mẽ của thiên tai, con người – đó là các hoạt động phát triển kinh tế –
xã hội. Nghiên cứu xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất bằng công nghệ viễn thám và
GIS giúp rút ngắn thời gian so với các công nghệ xây dựng bản đồ trước đây đồng
thời góp phần quan trọng trong công tác quản l tài nguyên thiên nhiên, đánh giá
hiện trạng lớp phủ mặt đất.
1.1.1.2. Phân loại lớp phủ mặt đất
Sokal (1974) đã định nghĩa phân loại là việc sắp xếp các đối tượng theo các
nhóm hoặc các tập hợp khác nhau dựa trên mối quan hệ giữa chúng. Một hệ thống
phân loại miêu tả tên của các lớp và tiêu chuẩn phân biệt chúng.

4


Các hệ thống phân loại có hai định dạng cơ bản, đó là phân cấp và không
phân cấp. Một hệ thống phân cấp thường linh hoạt hơn và có khả năng kết hợp
nhiều lớp thông tin, bắt đầu từ các lớp ở quy mô lớn rồi phân chia thành các phụ lớp
cấp thấp hơn nhưng thông tin chi tiết hơn (The FAO AFRICOVER Progamme,
1998).
Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất là một danh sách các lớp phủ mặt đất có
mặt bên trong khu vực nghiên cứu mà có thể nhận diện hoàn toàn và đầy đủ từ
ảnh vệ tinh.
Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài đã tham khảo hệ thống phân loại lớp phủ
mặt đất của Nguyễn Ngọc Thạch (2005).
Bảng 1.1. Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất để sử dụng với dữ liệu Viễn thám
Cấp 1
1. Đất xây dựng

Cấp 2
11. Khu dân cư
12. Khu thương mại và dịch vụ

13. Nhà máy công nghiệp
14. Giao thông
15. Công trình công cộng
16. Công trình phúc lợi
17. Khu giải trí thể thao
18. Khu hỗn hợp
19. Đất trống và các đất khác

2. Lúa - hoa màu

21. Mùa màng và đồng cỏ
22. Cây ăn quả
23. Chuồng trại gia súc
24. Nông nghiệp khác

3. Đất bỏ hoang

31. Đất đồng cỏ
32. Đất cây bụi
33. Đất hỗn tạp

4. Đất rừng

41. Rừng thường xanh
42. Rừng rụng lá

5


Cấp 1

Cấp 2
43. Rừng hỗn giao
44. Rừng chặt trụi cây
45. Vùng rừng bị cháy

5. Mặt nƣớc

51. Suối và kênh
52. Hồ và hố nước
53. Bồn thu nước
54. Vịnh và cửa sông
55. Nước biển

6. Đất ƣớt

61. Đất ướt có thực vật tạo rừng
62. Đất ướt có thực vật không tạo rừng
63. Đất ướt không có thực vật

7. Đất hoang

71. Hồ bị khô
72. Bãi biển
(Nguồn: Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)

1.1.2. Biến động lớp phủ mặt đất
Theo Milne (1988) biến động lớp phủ mặt đất được định nghĩa là “một sự
biến động trong các thành phần bề mặt của lớp phủ vật chất”.
Phát hiện biến động là quá trình xác định sự khác biệt trong trạng thái của

một đối tượng hoặc hiện tượng bằng cách quan sát nó trong các thời điểm khác
nhau (Singh, 1989). Các biến động sử dụng đất bao gồm biến động xảy ra tự nhiên
theo một cách tiến bộ và dần dần, biến động nhanh chóng và đột ngột do các hoạt
động của con người (Butenuth và ctv, 2007).
Khorram và ctv (1994) tập trung vào môi trường không gian mà trong đó sự
biến động xảy ra: một số biến động có thể ảnh hưởng đến toàn bộ khu vực thống
nhất và ngay lập tức, trong khi những biến động khác có thể ảnh hưởng chậm hoặc
làm biến động ranh giới giữa các lớp và vẫn c n biến động khác có thể có kết cấu
không gian rất phức tạp.

6


Hệ quả của sự biến động này, ngoài việc thu được lợi ích kinh tế, đa phần
dẫn đến tác động tiêu cực cho môi trường tự nhiên như làm suy thóai đất, giảm đa
dạng sinh học (Haines-Young, 2009), sự biến động khí hậu toàn cầu (Houghton,
2004), suy giảm chất lượng môi trường. Chính vì vậy việc nghiên cứu biến động lớp
phủ mặt đất không những chỉ ra thực trạng sử dụng đất mà c n giúp định hướng cho
quy hoạch sử dụng đất trong tương lai, nhằm sử dụng đất hiệu quả và bền vững.
1.2. Khái quát về Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS)
1.2.1. Khái quát về Viễn thám
1.2.1.1. Khái niệm và nguyên lý thu nhận h nh ảnh của Viễn thám
Viễn thám được hiểu là một khoa học và công nghệ để thu nhận thông tin về
đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng nghiên cứu thông qua việc phân tích tư liệu thu
nhận được bằng các phương tiện, kỹ thuật không tiếp xúc trực tiếp với đối tượng,
khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu (Nguyễn Xuân Lâm, 2001).
Theo Lê Văn Trung (2010), Viễn thám được định nghĩa như là một khoa
học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin
của đối tượng (vật thể) mà không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng.

Vệ tinh

MẶT TRỜI

Phản xạ Mặt Trời

Bức xạ mặt trời

KHÍ QUYỂN

Rừng

Nƣớc

Cỏ

Mặt đƣờng

Công tr nh xây dựng, nhà cửa

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên l thu nhận hình ảnh của Viễn thám.

7


Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là những nguồn dữ liệu
chính trong Viễn thám.
Các thiết bị dùng để thu nhận sóng điện từ từ bộ cảm, được gọi là vật mang
(platform). Máy bay và vệ tinh là những vật mang thông dụng trong kỹ thuật Viễn thám.
Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông tin

về đối tượng. Các thiết bị Viễn thám thu nhận, xử l các thông tin này, từ các thông
tin phổ nhận biết, xác định được các đối tượng.
1.2.1.2. Dữ liệu Viễn thám
Dữ liệu Viễn thám là dữ liệu ảnh chứa thông tin Viễn thám, thu được từ các
bộ cảm đặt trên mặt đất, máy bay (ở khoảng cách vài trăm mét) hoặc vệ tinh. Sản
phẩm thu được là ảnh hàng không, ảnh vệ tinh quang học (ảnh Viễn thám). Dữ liệu
ảnh có thể ở dạng ảnh tương tự hoặc ảnh số. Nhìn chung, dựa trên độ phân giải
không gian, ảnh vệ tinh có thể được chia thành:
+ Độ phân giải thấp: > 100m
+ Độ phân giải trung bình: 10 - 100m
+ Độ phân giải cao: < 10m
- Vệ tinh Landsat
Vệ tinh Landsat là vệ tinh tài nguyên của Hoa Kỳ được phóng lên quỹ đạo lần
đầu tiên vào năm 1972, cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh Landsat được phóng lên quỹ
đạo. Độ cao bay 705km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 980, quỹ đạo đồng bộ mặt
trời, chu kỳ lặp 18 ngày, bề rộng tuyến chụp 185km.
- Vệ tinh SPOT
Vệ tinh SPOT được Pháp phóng lên quỹ đạo năm 1986. Mỗi vệ tinh được
trang bị một máy quét đa phổ HRV. Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 830km, góc
nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 9807’, chu kỳ lặp 26 ngày. Bộ cảm HRV là máy quét
điện tử CCD-HRV có thể thay đổi góc quan sát nhờ một gương định hướng. Gương
này cho phép thay đổi hướng quan sát ±270 so với trục thẳng đứng nên dễ dàng thu
được ảnh lập thể.

8


- Vệ tinh Cosmos
Ảnh vệ tinh Cosmos của Nga có hai loại: ảnh có độ phân giải cao và ảnh có
độ phân giải mặt đất 6-7m, độ phủ dọc > 60%. Ảnh Cosmos độ phân giải trung bình

có kích thước ảnh 18x18cm, độ phân giải mặt đất 30m, độ phủ dọc > 60%. Hiện nay
tư liệu ảnh vệ tinh Landsat, SPOT, Cosmos được sử dụng rộng rãi trên thế giới và
Việt Nam.
- Vệ tinh Quickbird
Quickbird đánh dấu một bước quan trọng của dạng tư liệu viễn thám phân
giải cao được thương mại hóa. Lần đầu tiên phóng vào năm 2000 và bị thất bại, lần
thứ hai được phóng lên với độ phân giải cao (ảnh PAN-0,6m và ảnh đa phổ 2,4m)
vào 18/10/2001. Vệ tinh được phóng lên quỹ đạo đồng bộ mặt trời, độ cao 450km,
độ nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 980. Các kênh phổ của vệ tinh là xanh chàm 450520µm, xanh lục 520-600µm, đỏ 630-690µm và hồng ngoại gần 760-900µm.
1.2.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
1.2.2.1. Định nghĩa và cấu trúc của GIS
- Định nghĩa: GIS là một tổ chức tổng thể của 4 hợp phần: phần cứng (máy
tính và các thiết bị ngoại vi), phần mềm, dữ liệu địa l và người điều hành được
thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm thu nhận, lưu trữ, điều khiển, phân
tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa l . GIS có mục tiêu đầu tiên là xử l hệ
thống dữ liệu trong môi trường không gian địa l .
- Cấu trúc của GIS:
Người điều
hành

Phần cứng

Phần mềm

Cơ sở dữ liệu không gian

Nhập, xuất
dữ liệu

Lưu trữ

Điều khiển

Trình bày

H nh 1.2. Các thành phần của GIS
9

Phân tích


Cấu trúc của GIS bao gồm các thành phần sau: phần cứng, phần mềm, dữ
liệu, con người và phương pháp.
Các hợp phần này phải được hợp nhất tốt để phục vụ cho việc sử dụng GIS
hiệu quả; và sự phát triển và tương thích của các hợp phần là một quá trình lặp đi
lặp lại theo chiều hướng phát triển liên tục.
1.2.2.2. Chức n ng của GIS
GIS có 4 chức năng cơ bản: thu thập dữ liệu, quản l dữ liệu, phân tích dữ
liệu và xuất dữ liệu.
- Nhập dữ liệu:
Nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu dưới dạng tương tự
hay dạng số được biến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS. Việc nhập
dữ liệu được thực hiện nhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phím và
các chương trình hay môđun nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS.
- Quản lý dữ liệu:
Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các phương pháp nhập dữ
liệu khác nhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc. Số chi phí
bằng tiền cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và
phần mềm GIS. Điều đó phần nào nói lên

nghĩa của việc quản l dữ liệu, một

chức năng quan trọng của tất cả các hệ thống thông tin địa l . Chức năng này bao
gồm việc tổ chức lưu trữ và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất.
- Phân tích dữ liệu:
Phân tích dữ liệu là chức năng quan trọng nhất của GIS. GIS cung cấp các
công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và phân tích
tổng hợp cả hai loại dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới trợ giúp
các quyết định mang tính không gian.
- Xuất dữ liệu:
Chức năng xuất dữ liệu hay c n gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép
hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian bằng GIS dưới
dạng bản đồ, bảng thuộc tính hay văn bản trên màn hình hay trên các vật liệu truyền

10