Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động đất mặt nước sông hồ phục vụ công tác quản lý đất đai huyện ba vì thành phố hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
************

DƢƠNG THỊ LAN ANH

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
ĐẤT MẶT NƢỚC SÔNG, HỒ PHỤC VỤ CƠNG TÁC QUẢN
LÝ ĐẤT ĐAI HUYỆN BA VÌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
************

DƢƠNG THỊ LAN ANH

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
ĐẤT MẶT NƢỚC SÔNG, HỒ PHỤC VỤ CƠNG TÁC QUẢN
LÝ ĐẤT ĐAI HUYỆN BA VÌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 60850103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NHỮ THỊ XUÂN

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất tới PGS.TS. Nhữ Thị
Xuân, người đã nhiệt tình hướng dẫn tơi hồn thành khóa luận này.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các cán bộ, nhân viên Trung tâm
Giám sát Tài nguyên Môi trường và Thiên tai, Cục viễn thám Quốc gia đã
giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập tư liệu, thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo, cán bộ Khoa Địa Lý,
trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội, cùng các học
viên lớp cao học Địa chính K11.
Cuối cùng tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, nhưng người ln động
viên, sát cánh bên tơi trong suốt q trình học tâp.
Xin trân trọng cảm ơn!


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2014

Tác giả luận văn

Dƣơng Thị Lan Anh

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN
THÁM VÀ GIS TRONG VIỆC ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT MẶT
NƢỚC SÔNG HỒ .....................................................................................................4
1.1. Tổng quan về đất mặt nƣớc sông, hồ ...........................................................4
1.1.1. Khái niệm về đất mặt nước sông, hồ ......................................................4
1.1.2. Các nhân tố tạo thành đất mặt nước sông, hồ .......................................5
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới đất mặt nước sơng, hồ ..................................5
1.1.4. Vai trị của đất mặt nước sông, hồ trong đời sống kinh tế - xã
hội .......................................................................................................................6
1.1.5. Khái niệm về biến động đất mặt nước sông, hồ .....................................7
1.2. Các nhiệm vụ quản lý Nhà nƣớc về đất đai cấp huyện ..............................7
1.3. Tổng quan về viễn thám và GIS trong việc đánh giá biến động đất
mặt nƣớc sông, hồ .................................................................................................8
1.3.1. Tổng quan về viễn thám ..........................................................................8
1.3.2. Hệ thông tin địa lý (GIS) .......................................................................20
1.3.3. Tổng quan các cơng trình ứng dụng cơng nghệ viễn thám và
GIS trên thế giới và ở Việt Nam......................................................................27
1.3.4. Lợi thế của sự tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS ...............................29
1.3.5. Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nghiên cứu đất mặt nước sông,
hồ ......................................................................................................................31
CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN
ĐỘNG ĐẤT MẶT NƢỚC SÔNG, HỒ BẰNG CƠNG NGHỆ VIỄN
THÁM. QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG ĐẤT MẶT
NƢỚC SÔNG, HỒ ..................................................................................................32
2.1. Các quan điểm và phƣơng pháp nghiên cứu biến động đất mặt nƣớc
sông, hồ sử dụng kỹ thuật viễn thám .................................................................32
2.1.1. Quan điểm tiếp cận nghiên cứu của đề tài..........................................32

2.1.2. Các phương pháp nghiên cứu .............................................................34
2.1.3. Các phương pháp nghiên cứu biến động đất mặt nước sông, hồ
sử dụng kỹ thuật viễn thám .............................................................................35
2.2. Phân tích lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu biến động ...........................40
2.3. Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ hiện trạng, bản đồ biến động
đất mặt nƣớc sông, hồ bằng công nghệ viễn thám và GIS ...............................41


2.3.1. Mục tiêu thực hiện ................................................................................41
2.3.2. Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ hiện trạng đất mặt nước
sông, hồ bằng ảnh viễn thám ..........................................................................42
2.3.3. Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ biến động đất mặt nước
sông, hồ bằng ảnh viễn thám và GIS..............................................................46
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
BIẾN ĐỘNG ĐẤT MẶT NƢỚC SÔNG, HỒ TỶ LỆ 1:50.000 THỜI KỲ
1995-2003-2011 KHU VỰC HUYỆN BA VÌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI ..............47
3.1. Các yếu tố hình thành và ảnh hƣởng tới đất mặt nƣớc sơng, hồ khu
vực nghiên cứu ....................................................................................................47
3.1.1. Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên - các yếu tố hình thành đất mặt
nước sông, hồ khu vực nghiên cứu ................................................................47
3.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội – các yếu tố ảnh hưởng tới đất mặt
nước sông, hồ khu vực nghiên cứu ................................................................48
3.2. Thu thập, đánh giá thông tin tƣ liệu ..........................................................49
3.2.1. Tư liệu ảnh vệ tinh ................................................................................49
3.2.2. Tư liệu bản đồ ........................................................................................49
3.2.3. Các tư liệu khác .....................................................................................49
3.3. Xử lý ảnh vệ tinh ..........................................................................................50
3.4. Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh...................................................................50
3.5. Thành lập bản đồ nền ..................................................................................51
3.6. Điều vẽ nội nghiệp ........................................................................................52

3.6.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật ..............................................................................52
3.6.2. Phương pháp điều vẽ ảnh .....................................................................53
3.7. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và đất mặt nƣớc sơng, hồ
huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội .........................................................................53
3.8. Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu ..............................................................................54
3.9. Xây dựng cơ sở dữ liệu biến động đất mặt nƣớc sông, hồ .......................54
3.9.1. Thiết kế lớp thông tin bản đồ biến động đất mặt nước sơng, hồ
huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội. ....................................................................54
3.9.2. Biên tập và thành lập bản đồ biến động đất mặt nước sông, hồ .........57
3.10. Phân tích, đánh giá biến động đất mặt nƣớc sơng, hồ huyện Ba Vì,
thành phố Hà Nội. Xác định các nguyên nhân gây ra biến động ...................59
3.10.1. Nhận xét và đánh giá diễn biến đất mặt nước sông, hồ giai
đoạn 1995 - 2003..............................................................................................59


3.10.2. Nhận xét và đánh giá diễn biến đất mặt nước sông, hồ giai
đoạn 2003 - 2011..............................................................................................60
3.10.3. Nhận xét và đánh giá diễn biến đất mặt nước sông, hồ thời kỳ
1995-2003-2011 ...............................................................................................62
3.10.4. Các nhân tố ảnh hưởng tới biến động đất mặt nước sông, hồ..........66
3.11. Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý đất mặt nƣớc
sông, hồ huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội ..........................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................70
PHỤ LỤC 1 ..............................................................................................................71
PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................777
PHỤ LỤC 3 ..............................................................................................................77
PHỤ LỤC 4 ..............................................................................................................77
PHỤ LỤC 5 ..............................................................................................................80
PHỤ LỤC 6 ..............................................................................................................81

PHỤ LỤC 7 ..............................................................................................................82
PHỤ LỤC 8 ..............................................................................................................83
PHỤ LỤC 9 ..............................................................................................................84
PHỤ LỤC 10 ............................................................................................................85
PHỤ LỤC 11 ............................................................................................................86
PHỤ LỤC 12 ............................................................................................................87
PHỤ LỤC 13 ............................................................................................................88


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. GIS - Geographical Information System: Hệ thống tin địa lý
2. RS - Remote Sensing: Viễn thám
3. MicroStation SE: Phần mềm biên tập bản đồ của hãng Intergraph
4. ArcGIS: Phần mềm GIS của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường
(ESRI- Environmental System Reseach Institute)
5. ENVI 4.8 - Environment for Visualizing Images: Phần mềm xử lý ảnh
viễn thám
6. ERDAS 9.1: Phần mềm xử lý ảnh Viễn thám
7. DEM - Digital Elevation Model: Mơ hình số độ cao
8. GPS - Global Positioning System: Hệ thống định vị toàn cầu
9. VNREDSat1 (Vietnam Natural Resources, Environment and Disaster monitoring Satellite): Hệ thống vệ tinh quan sát Trái Đất
10. Aster, Spot5, QuickBird, Landsat-ETM, IKONOS, MODIS, NOAA,
RADAR, MERIS, ASAR: tên ảnh vệ tinh
11. Sensor: Đầu thu
12. FOV - Field of view: Trường nhìn
13. IFOV- Instantaneous field of view: Trường nhìn tức thì
14. Pixel: Picture Element: Phần tử ảnh trong ảnh số
15. Red: Vùng sóng đỏ
16. NDVI: Chỉ số thực vật
17. RMS - Root mean square: Sai số trung phương

18. Landcover: Lớp phủ trên mặt đất
19. Chlorophyll: Hàm lượng diệp lục trong nước
20. CSDL (Database Query): Cơ sở dữ liệu
21. HTSDĐ: Hiện trạng sử dụng đất
22. SDĐ: Sử dụng đất


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đặc trưng phản xạ phổ của đối tượng tự nhiên mặt đất ...........................12
Hình 1.2. Sơ đồ tổ chức của hệ thống GIS ................................................................22
Hình 1.3. Phân lớp thơng tin trong mơ hình chồng xếp GIS ...................................23
Hình 1.4. Cấu trúc dữ liệu Vector và Raster ............................................................24
Hình 1.5. Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính .....................24
Hình 1.6. Phân tích chồng xếp .................................................................................26
Hình 1.7. Mơ hình chuyển đổi dữ liệu giữa viễn thám và GIS.................................30
Hình 2.1. Sơ đồ so sánh sau phân loại ......................................................................36
Hình 2.2. Phân loại ảnh tổ hợp của các kênh thời gian ...........................................37
Hình 2.3. Phân loại phân tích thành phần chính ......................................................37
Hình 2.4. Phương pháp tạo ảnh sai biệt đa thời gian...............................................38
Hình 2.5. Phương pháp tạo ảnh tỷ số .......................................................................39
Hình 2.6. Phương pháp phân tích vector thay đổi ....................................................40
Hình 2.7. Phương pháp kết hợp ................................................................................40
Hình 2.8. Sơ đồ tổng quát quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ biến động
đất mặt nước sơng, hồ bằng tư liệu viễn thám có sử dụng phương pháp sau
phân loại ....................................................................................................................42
Hình 2.9. Cơng cụ phân tích biến động trong ENVI .................................................43
Hình 2.10. Hộp thoại Select the 'Initial State’ Image ...............................................43
Hình 2.11. Hộp thoại Select the 'Final State’ Image ................................................44
Hình 2.12. Hộp thoại Compute Difference Map Input Parameters ..........................44
Hình 2.13. Hộp thoại xác định ngưỡng biến động ....................................................45

Hình 2.14. Bảng phân lớp màu của ảnh biến động 1995-2003 ................................45
Hình 2.15. Quy trình thành lập bản đồ biến động mặt nước sông, hồ bằng viễn
thám và GIS ...............................................................................................................46
Hình 3.1. Sơ đồ vị trí huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội .............................................47
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh ..........................................51
Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc CSDL biến động đất mặt nước sông, hồ huyện Ba Vì,
thành phố Hà Nội ......................................................................................................56
Hình 3.4. Chú giải bản đồ biến động đất mặt nước sông, hồ thời kỳ 19952003-2011 huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội .............................................................58
Hình 3.5. Biểu đồ hiện trạng các năm và biến động 16 năm ...................................64
Hình 3.6. Biểu đồ diện tích biến động đất mặt nước sơng, hồ huyện Ba Vì thời
kỳ 1995-2003-2011 ....................................................................................................64


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Bảng các lớp thông tin bản đồ biến động đất mặt nước sông, hồ
huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội ...............................................................................55
Bảng 3.2. Kết quả biến động các loại hình sử dụng đất và đất mặt nước sông,
hồ giai đoạn 1995-2003 ............................................................................................59
Bảng 3.3. Kết quả biến động các loại hình sử dụng đất và đất mặt nước sơng,
hồ giai đoạn 2003-2011 ............................................................................................61
Bảng 3.4. Bảng diện tích hiện trạng các loại hình sử dụng đất trong các năm
1995, 2003, 2011 .......................................................................................................63
Bảng 3.5. Bảng mức độ biến động diện tích đất mặt nước sơng, hồ qua 2 giai đoạn .......63
Bảng 3.6. Bảng diện tích biến động đất mặt nước sơng, hồ huyện Ba Vì thời kỳ
1995-2003-2011 ........................................................................................................64


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Đất đai là nguồn tài ngun vơ cùng q giá, nó tác động đến sự phát triển kinh tế

- xã hội và ổn định chính trị của mỗi quốc gia. Chính vì vậy, việc quản lý và sử dụng
đất đai sao cho hợp lý, hiệu quả và bền vững nhất. Vừa phát triển kinh tế, vừa bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững là mục tiêu chung của các nước hiện nay.
Ba Vì là huyện thuộc vùng bán sơn địa, nằm về phía Tây Bắc thủ đơ Hà Nội trong
những năm gần đây, xây dựng thuỷ lợi cùng với sự phát triển đơ thị diễn ra nhanh chóng
và phức tạp, việc quản lý, sử dụng đất mặt nước sông, hồ ở địa phương chưa được sát sao
dẫn đến việc xâm chiếm lịng sơng, hồ diễn ra phổ biến rất khó khăn trong công tác quản
lý đất đai. Hệ quả là diện tích đất mặt nước dần bị thu hẹp, dịng chảy bị biến dạng, ô
nhiễm môi trường nước … Do đó để đánh giá được sự biến đổi diện tích đất mặt nước
sơng, hồ thì việc xây dựng bản đồ biến động đất mặt nước sông, hồ là rất cần thiết, làm
tiền đề cho việc xây dựng hồ sơ nguồn nước và là một cơ sở quan trọng giúp cho công tác
quản lý đất đai và tài nguyên nước đạt hiệu quả.
Kết hợp với tư liệu ảnh viễn thám với những ưu việt là tính cập nhật và đồng bộ về
thơng tin, tính khái qt hóa tự nhiên các đối tượng và khả năng phủ trùm rộng, cùng với
sự phát triển mạnh về hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographical Information
Systems) có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, thể hiện dữ liệu địa lý
phục vụ các bài tốn ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt
trái đất là công cụ hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý đất đai.
Xuất phát từ những lý do nêu trên tôi đã chọn đề tài: “Ứng dụng viễn thám và
GIS đánh giá biến động đất mặt nước sông, hồ phục vụ công tác quản lý đất đai
huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội”.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là đánh giá được hiện trạng và sự biến đổi về diện tích đất mặt
nước sông, hồ ở thời điểm mùa khô các năm 1995, 2003 và năm 2011 tại huyện Ba Vì,
thành phố Hà Nội làm cơ sở khoa học giúp cho công tác quản lý đất đai và tài nguyên
nước tại địa phương.
3. Nhiệm vụ của đề tài
Để đạt được mục tiêu trên đề tài đã giải quyết các nhiệm vụ sau:
* Tổng quan cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc đánh
giá biến động đất mặt nước sông, hồ.

* Nghiên cứu cơ sở lý thuyết viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý (GIS).
* Nghiên cứu các đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội, các yếu tố ảnh
hưởng tới biến động đất mặt nước sông, hồ.
* Ứng dụng công nghệ viễn thám thành lập các bản đồ hiện trạng đất mặt nước
sông, hồ ở một số thời điểm.
* Ứng dụng GIS thành lập bản đồ biến động đất mặt nước sơng, hồ, tỉ lệ 1:50.000
khu vực huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội giai đoạn 1995-2003-2011. Phân tích, đánh giá
chi tiết diện tích biến động đất mặt nước sơng, hồ
Page 1


* Xác định các nguyên nhân gây ra biến động và đề xuất nâng cao hiệu quả sử
dụng đất mặt nước sông, hồ phục vụ cho công tác quản lý đất đai tại huyện Ba Vì, thành
phố Hà Nội.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
Đất mặt nước sông, hồ giới hạn như sau:
- Sơng: đối tượng dạng vùng đối với sơng có chiều dài trên 10km và không thuộc
phạm vi ảnh hưởng của triều.
- Hồ: hồ tự nhiên và nhân tạo có diện tích đất mặt nước trên 10.000m2 (4mm2/bản
đồ).
5. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi khơng gian: Huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội
Phạm vi khoa học: Nội dung của luận văn đi sâu vào nghiên cứu khả năng ứng
dụng công nghệ viễn thám và GIS vào việc thành lập bản đồ biến động đất mặt nước
sông, hồ, tỉ lệ 1:50.000 huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội, giai đoạn 1995-2003-2011. Phân
tích, đánh giá sự biến đổi về diện tích đất mặt nước sông, hồ nhằm đề xuất giải pháp nâng
cao hiệu sử dụng đất mặt nước sông, hồ phục vụ cho công tác quản lý đất đai.
6. Cơ sở tài liệu và trang thiết bị nghiên cứu
* Tư liệu ảnh vệ tinh :
Tư liệu ảnh vệ tinh đã được thu thập phủ trùm kín khu vực thành lập bản đồ vào

thời điểm từ tháng 11 đến tháng 1
- Thời điểm năm 1995: Ảnh vệ tinh Landsat-ETM độ phân giải 15 m
- Thời điểm năm 2003: Ảnh vệ tinh Spot5 độ phân giải 2,5m
- Thời điểm năm 2011: Ảnh vệ tinh Spot5 độ phân giải 2,5m
* Tư liệu bản đồ:
- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000: đây là tư liệu chính để thành lập bản đồ nền.
- Các bản đồ tham khảo: bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000, bản đồ hiện trạng sử dụng
đất năm 1995, 2000, 2005, 2010 một số bản đồ chuyên đề khác của huyện Ba Vì, thành
phố Hà Nội
* Các kết quả điều tra khảo sát thực địa.
* Các tư liệu khác:
- Mơ hình số độ cao (DEM) khu vực nghiên cứu.
- Dữ liệu các trạm thuỷ văn.
- Dữ liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực nghiên cứu.
* Trang thiết bị:
- Phần mềm ENVI 4.8, ERDAS 9.1, Microstation SE, ArcGIS 9.3, …
- Các thiết bị ngoại vi khác…
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học
- Đề tài đã xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp luận về tích hợp tư liệu viễn
thám và GIS để nghiên cứu biến động đất mặt nước sông, hồ.
Page 2


- Quá trình phân loại tư liệu viễn thám và phân tích, đánh giá biến động được tiến
hành trên các phần mềm ENVI và ArcGIS của ESRI được coi là các công cụ xử lý hiện
đại hiện nay.
b) Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả phân tích, đánh giá sự biến đổi về diện tích đất mặt nước sơng, hồ nhằm
đề xuất nâng cao hiệu quả sử dụng đất mặt nước sông, hồ phục vụ cho công tác quản lý

đất đai tại huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội.
8. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, phụ lục, danh mục hình, bảng biểu cấu
trúc của luận văn gồm có 3 chương:
Chương 1: Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc
đánh giá biến động đất mặt nước sông, hồ.
Chương 2: Các phương pháp thành lập bản đồ biến động đất mặt nước sông, hồ
bằng công nghệ viễn thám và GIS. Quy trình thành lập bản đồ biến động đất mặt nước
sông, hồ.
Chương 3: Thành lập bản đồ biến động, phân tích, đánh giá biến động đất mặt
nước sơng, hồ giai đoạn 1995-2003-2011 khu vực huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội và
đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý đất mặt nước sơng, hồ huyện Ba Vì,
thành phố Hà Nội.

Page 3


CHƢƠNG 1
CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
VIỆC ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT MẶT NƢỚC SƠNG HỒ

1.1. Tổng quan về đất mặt nƣớc sơng, hồ
1.1.1. Khái niệm về đất mặt nước sông, hồ
Theo Thông tư của Bộ Tài nguyên
và Môi trường về hướng dẫn thực hiện
thống kê, kiểm kê đất đai và xây dựng
bản đồ hiện trạng sử dụng đất thì Đất
sơng suối và mặt nước chun dùng là
đất có mặt nước mà khơng sử dụng
chun vào các mục đích ni trồng thuỷ

sản, thuỷ điện, thuỷ lợi.
Trường hợp đất sông suối và mặt
nước chuyên dùng có kết hợp sử dụng
vào mục đích ni trồng thủy sản, kinh
doanh - dịch vụ du lịch thì ngồi việc
thống kê vào mục đích chun dùng cịn
phải thống kê theo mục đích phụ là đất ni trồng thủy sản và đất sản xuất, kinh doanh
phi nông nghiệp.
Đất sông suối và mặt nước chun dùng bao gồm: đất sơng, ngịi, kênh, rạch, suối
và đất có mặt nước chun dùng.
Đất sơng, ngịi, kênh, rạch, suối là đất có mặt nước của các đối tượng thuỷ văn
dạng sông không thể tạo ranh giới khép kín để hình thành thửa đất, khơng sử dụng
chun cho mục đích ni trồng thuỷ sản, thuỷ điện, thuỷ lợi.
Đất có mặt nước chuyên dùng là đất có mặt nước của các đối tượng thuỷ văn dạng
ao, hồ, đầm có thể tạo ranh giới khép kín để hình thành thửa đất, khơng sử dụng chun
vào mục đích chun nuôi trồng thuỷ sản, thuỷ điện, thuỷ lợi.
Trường hợp sông cắt ngang các hồ chứa nước thì cần xác định phần diện tích sơng
theo dịng chảy liên tục; diện tích hồ sẽ khơng gồm phần đã tính vào diện tích sơng.
Như vậy, đất mặt nước sơng, hồ có thể hiểu là đất có mặt nước. Đất mặt nư.ớc
sơng bao gồm: đất mặt nước sơng, ngịi, kênh, rạch, suối, là đất có mặt nước của các đối
tượng thuỷ văn dạng sơng. Đất mặt nước hồ là đất có mặt nước của các đối tượng thuỷ
văn dạng ao, hồ, đầm có thể tạo ranh giới khép kín để hình thành thửa đất. Hồ là một
vùng nước được bao quanh bởi đất liền, thông thường là nước ngọt.

Page 4


1.1.2. Các nhân tố tạo thành đất mặt nước sông, hồ
Bề mặt Trái Đất chính là trường hoạt động của các yếu tố địa lý. Các yếu tố này có
mối quan hệ mật thiết với nhau. Chúng thường xuyên thay đổi và làm cho địa lý mặt đất

cũng biến đổi khơng ngừng: có sinh ra, phát triển và bị mất đi, nghĩa là biến đổi từ trạng
thái này sang trạng thái khác. Ở mỗi thời điểm và không gian cụ thể, địa lý mặt đất có
một trạng thái nhất định phụ thuộc vào mối quan hệ giữa các nhân tố lúc bấy giờ. Trong
nghiên cứu biến đổi các yếu tố địa lý, chúng được xem xét dưới góc độ chúng vừa là đối
tượng bị tác động, vừa là nhân tố tham gia vào quá trình làm biến đổi.
Quá trình biến đổi đất mặt nước sơng, hồ, có mối liên hệ mật thiết với các đặc trưng
về đặc điểm địa chất, thành phần thạch học, thổ nhưỡng, điều kiện khí hậu, lớp phủ thực
vật, hoạt động kinh tế, văn hóa, xã hội, dân cư, .... Trên cơ sở nghiên cứu nguyên nhân
biến đổi đất mặt nước sông, hồ, xây dựng các giải pháp đa lợi ích sử dụng bền vững tài
nguyên đất.
Đặc điểm địa chất, địa mạo: 3/4 diện tích tự nhiên Việt Nam là đồi núi, có hướng
nghiêng chung từ Tây sang Đông. Đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ là những vùng trũng,
tạo nên hai vùng đất mặt nước sông, hồ tiêu biểu cho địa chất địa mạo vùng châu thổ
sơng Hồng và sơng Cửu Long.
Đặc điểm khí hậu: Thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình hàng
năm khá cao (hơn 20oC/năm), độ ẩm tương đối lớn (hơn 80%/năm), lượng mưa dồi dào
(1500mm/năm). Sự khác nhau về chế độ khí hậu giữa các vùng, đặc biệt là chế độ nhiệt ẩm có ảnh hưởng đến chế độ thủy văn của từng vùng như thời gian ngập nước, độ sâu
ngập nước, chế độ nhiệt của nước, dẫn đến sự khác nhau giữa các loại hình đất mặt nước
sơng, hồ.
Đặc điểm thủy văn: Hệ thống dịng chảy với một mạng lưới tiêu nước ra biển khá
dày. Tổng số các con sông lớn nhỏ ở Việt Nam lên tới 2500, trong đó những con sơng dài
trên 10 km là 2360 sơng (Phan Ngun Hồng, 1996). Các dịng sơng chảy ra biển đã tạo
thành hệ thống cửa sông là một trong những loại hình đất mặt nước sơng, hồ quan trọng
của Việt Nam. Hiện nay, cả nước có trên 3500 hồ chứa nước nhỏ và 650 hồ chứa nước
vừa và lớn, các hồ chứa nước lớn như hồ Thác Bà có diện tích mặt nước 23400 ha, hồ
Hịa Bình 218 km2, hồ Dầu Tiếng 35000 ha, hồ Trị An 27000 ha (Nguyễn Viết Phổ, Vũ
Văn Tuấn, 2003).
Thổ nhưỡng: Việt Nam có 15 nhóm đất, trong đó có 7 nhóm đất liên quan đến các
đặc trưng của các vùng đất mặt nước sơng, hồ, đó là đất mặn, đất phèn, đất phù sa, đất
glây, đất than bùn, đất xám và đất cát. Do các đặc điểm khác nhau về địa mạo, khí hậu,

thổ nhưỡng đã hình thành các đặc trưng về thực vật của các vùng đất mặt nước sông, hồ
với hai dạng điển hình là thực vật vùng đất mặt nước sông, hồ lợ và thực vật vùng đất
mặt nước sông, hồ ngọt.
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới đất mặt nước sông, hồ
Các yếu tố ảnh hưởng tới đất mặt nước sông, hồ phần lớn là các yếu tố kinh tế - xã
hội: Tăng trưởng dân số và q trình đơ thị hóa: Khi dân số và mức sống tăng, nhu cầu
Page 5


lương thực sẽ ngày càng tăng lên, đòi hỏi các sản phẩm cây trồng tăng lên, kéo theo đó là
nhu cầu về nước và đất ở tăng. Nhu cầu nước cho các ngành không giống nhau: Trên thế
giới, nhu cầu về nước cho các mục đích sử dụng chiếm tỉ lệ khác nhau như: cho sản xuất
nông nghiệp chiếm 80%, sinh hoạt chiếm 15% và nước dùng cho công nghiệp chiếm 5%.
Do sự bành trướng và ưu tiên nước cho các ngành sản xuất phi nông nghiệp đã làm ảnh
hưởng đến khả năng sử dụng cho mục đích nơng nghiệp. Sự ơ nhiễm nước: Ơ nhiễm nguồn
nước ngọt là một trong những nguyên nhân gây xung đột trong khai thác nguồn nước trên
thế giới. Do đẩy nhanh thâm canh trong nơng nghiệp, việc sử dụng phân bón hóa học ngày
càng tăng lên, đó là nguyên nhân làm cho đất và nguồn nước bị ô nhiễm bởi nitrat và
phốtphat. Chúng gây nên sự mất cân bằng chức năng của các hệ sinh thái thủy vực dẫn tới
sự nghèo nàn đáng kể của các hệ động thực vật dưới nước.
1.1.4. Vai trò của đất mặt nước sông, hồ trong đời sống kinh tế - xã hội
Sông, hồ là yếu tố cơ bản của cảnh quan địa lý và ảnh hưởng rất lớn tới sự hình thành
khí hậu, địa mạo, thực vật, thổ nhưỡng, là yếu tố giao thông rất tiện lợi và kinh tế. Là nơi
có thể xây dựng các cơng trình thuỷ điện, thuỷ lợi, nuôi trồng thuỷ sản phục vụ phát triển
kinh tế.
Sông, hồ rất quan trong không chỉ đối với con người mà đối với cuộc sống khắp mọi
nơi. Sông, hồ không chỉ là một nơi rộng lớn cho con người và những con vật của họ hoạt
động, con người cịn sử dụng nước sơng, hồ cho nhu cầu nước uống và nước tưới, sản xuất
ra điện, làm sạch chất thải (xử lý nước thải), giao thông thuỷ và kiếm thức ăn. Sơng, hồ cịn
là mơi trường sống chính cho tất cả các loài động và thực vật nước. Sông, hồ bổ sung cho

tầng ngậm nước ngầm dưới mặt đất qua lịng sơng, hồ và tất nhiên cả đại dương. Nước trên
mặt đất thực sự giúp duy trì cuộc sống, điều hồ khí hậu. Có thể nói, tài ngun nước là các
nguồn nước mà con người sử dụng hoặc có thể sử dụng vào những mục đích khác nhau.
Nước được dùng trong các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng, giải trí và mơi
trường.
Đất mặt nước sơng, hồ là những hệ sinh thái có năng suất cao, cung cấp cho con
người nhiều loại nhiên liệu, thức ăn: Cung cấp nguồn thực phẩm trên toàn cầu. Lưu trữ
lượng nước ngọt trong năm, duy trì độ ẩm của đất; Góp phần điều tiết khí hậu, duy trì độ
ẩm khơng khí và hạn chế quá trình bốc hơi, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất nông
nghiệp.
Nguồn lợi thuỷ hải sản: Các lồi sinh vật nước như: cua, cá, tơm; cung cấp dinh
dưỡng, tài nguyên thiên nhiên cho con người Trong số 20.000 loài cá trên thế giới, hơn
40% sống trong nước ngọt.
Các cơ hội giải trí và du lịch: Các vùng đất mặt nước sơng, hồ cịn có các đặc tính
đặc biệt về di sản văn hố của lồi người. Các hệ sinh thái đất mặt nước sơng, hồ có nhiều
thuận lợi cho du lịch sinh thái, xây dựng các khu dự trữ sinh quyển, các vườn quốc gia,..
nhiều vùng cảnh quan đẹp, …thu hút nhiều khách du lịch tham quan, giải trí.
Giao thơng thủy: Hầu hết các kênh rạch, sơng, các vùng hồ chứa nước lớn, vận
chuyển thủy đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như phát triển kinh tế của
các cộng đồng địa phương.
Page 6


1.1.5. Khái niệm về biến động đất mặt nước sông, hồ
1.1.5.1. Khái niệm chung về biến động
Cụm từ biến động được hiểu là biến đổi, thay đổi, thay thế hiện trạng này bằng một
trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như
mỗi trường xã hội.
1.1.5.2. Biến động về diện tích đối tượng – biến động về số lượng
Giả sử cùng đối tượng A ở thời điểm T1 có diện tích S1, ở thời điểm T2 có diện tích

S2 (đối tượng A thu nhận được từ hai ảnh vệ tinh có thời điểm chụp khác nhau). Như vậy
ta nói rằng A bị biến đổi diện tích ở thời điểm T1 so với T2 (sự biến đổi này có thể bằng
nhau, lớn hơn hay nhỏ hơn) nếu ta dung kỹ thuật để chồng xếp hai lớp thơng tin này thì
phần diện tích của phần trùng nhau sẽ được gán giá trị cũ của đối tượng A, còn các giá trị
khác sẽ là giá trị của phần biến động. Giá trị biến động này là bao nhiêu tăng hay giảm phụ
thuộc vào thuật toán được sử dụng.
1.1.5.3. Biến động về bản chất đối tượng
Trên hai ảnh viễn thám chụp cùng một khu vực ở hai thời điểm khác nhau, diện tích
A ở thời điểm T1 có giá trị M1, ở thời điểm T2 có giá trị M2 (M1, M2 là giá trị phổ), ta sử
dụng thuật tốn chồng ghép hai lớp thơng tin tại hai thời điểm T1, T2 sẽ xuất hiện giá trị M
khác M1, M2. Giả sử diện tích A khơng đổi ta nói rằng có sự thay đổi về chất của A, trên
thực tế đây là sự thay đổi loại hình sử dụng đất.
1.2. Các nhiệm vụ quản lý Nhà nƣớc về đất đai cấp huyện
a) Ban hành các văn bản quy phạm pháp luật về quản lý, sử dụng đất đai và tổ chức
thực hiện các văn bản đó;
b) Xác định địa giới hành chính, lập và quản lý hồ sơ địa giới hành chính, lập bản
đồ hành chính;
c) Khảo sát, đo đạc, đánh giá, phân hạng đất; lập bản đồ địa chính, bản đồ hiện
trạng sử dụng đất và bản đồ quy hoạch sử dụng đất;
d) Quản lý quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất;
đ) Quản lý việc giao đất, cho thuê đất, thu hồi đất, chuyển mục đích sử dụng đất;
e) Đăng ký quyền sử dụng đất, lập và quản lý hồ sơ địa chính, cấp giấy chứng nhận
quyền sử dụng đất;
g) Thống kê, kiểm kê đất đai;
h) Quản lý tài chính về đất đai;
i) Quản lý và phát triển thị trường quyền sử dụng đất trong thị trường bất động sản;
k) Quản lý, giám sát việc thực hiện quyền và nghĩa vụ của người sử dụng đất;
l) Thanh tra, kiểm tra việc chấp hành các quy định của pháp luật về đất đai và xử lý
vi phạm pháp luật về đất đai;
m) Giải quyết tranh chấp về đất đai; giải quyết khiếu nại, tố cáo các vi phạm trong

việc quản lý và sử dụng đất đai;
Page 7


n) Quản lý các hoạt động dịch vụ công về đất đai.
Như vậy trong 13 nhiệm vụ quản lý Nhà nước về đất đai, các nhiệm vụ này đều liên
quan tới đất mặt nước sông, hồ, bởi đất mặt nước sơng, hồ là một trong các loại hình sử
dụng đất. Biến động của chúng liên quan tới các loại hình sử dụng đất khác. Vì vậy, việc
đánh giá biến động đất mặt nước sơng, hồ đóng vai trị khơng thể thiếu trong quản lý Nhà
nước về đất đai.
1.3. Tổng quan về viễn thám và GIS trong việc đánh giá biến động đất mặt nƣớc
sông, hồ
1.3.1. Tổng quan về viễn thám
1.3.1.1. Khái niệm về viễn thám
Viễn thám trong tiếng Anh là “Remote Sensing” thường được viết tắt là RS : là một
ngành khoa học và công nghệ giúp cho việc xác định, đo đạc hoặc phân tích thơng tin về
đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Đối tượng trong định nghĩa này có
thể hiểu là một số đối tượng cụ thể, một vùng hay một hiện tượng.
Viễn thám điện từ là cơng nghệ sử dụng sóng điện từ để chuyển tải thông tin từ vật
thể tới thiết bị thu nhận thông tin cũng như kỹ thuật xử lý để các thơng tin thu nhận có ý
nghĩa.
Khả năng của con người chỉ có thể nhận biết được các đối tượng nhờ năng lượng
ánh sáng nhìn thấy được (0.4µm-0.7µm) phản xạ từ bề mặt các đối tượng. Ngoài ra, bề mặt
các đối tượng cũng phản xạ năng lượng trong vùng sóng hồng ngoại và tử ngoại (cực tím)
mà mắt người khơng nhìn thấy được.
Các đối tượng khác nhau dưới mặt đất sẽ phản xạ các bước sóng điện từ khác nhau.
Vì thế các đối tượng mặt đất thuộc cùng một lớp sẽ có phổ khác nhau trong các băng phổ
khác nhau và các đối tượng thuộc lớp khác nhau cũng sẽ có phổ khác nhau trên cùng một
băng phổ. Nói cách khác, tất cả các đối tượng trong tự nhiên sẽ có phản xạ phổ riêng, đặc
trưng phụ thuộc vào hình dạng và tính chất bề mặt của chúng và được gọi là đặc trưng

phản xạ phổ. Dựa vào đặc trưng này, có thể nhận biết và phân loại các đối tượng nhờ việc
đo cường độ phổ phản xạ từ bề mặt các đối tượng trên tư liệu ảnh viễn thám.
1.3.1.2. Phân loại viễn thám
Viễn thám có thể phân loại theo nhiều cách, bao gồm:
+ Phân loại theo nguồn năng lượng (energy sources)
+ Phân loại theo kênh phổ (spectrum band)
+ Phân loại theo độ cao (platform alttitute)
* Phân loại theo nguồn năng lượng:
- Viễn thám sử dụng nguồn năng lượng điện từ của bức xạ của mặt trời được gọi là
viễn thám thụ động (passive remote sesing).
- Viễn thám sử dụng năng lượng điện từ do con người tự tạo ra (radar, laser) được
gọi là viễn thám chủ động (active remote sensing).
Page 8


* Phân loại theo kênh phổ:
Tuỳ thuộc vào bước sóng sử dụng, viễn thám được chia làm 3 loại cơ bản
a) Viễn thám trong giải nhìn thấy và hồng ngoại
b) Viễn thám hồng ngoại nhiệt
c) Viễn thám siêu cao tần.
Trong nhóm a) nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời. Mặt trời phát xuống trái
đất một năng lượng rất lớn gọi là năng lượng bức xạ. Bức xạ mặt trời sau khi tác động lên
các vật thể trên mặt đất sẽ phản xạ trở lại. Năng lượng phản xạ này chính là phương tiện
truyền tin trong kỹ thuật viễn thám. Mỗi vật thể, mỗi đối tượng trên bề mặt trái đất khi có
nhiệt độ lớn hơn 00K đều có khả năng tự phát xạ, nguồn năng lượng trong nhóm b) là bức
xạ nhiệt do chính vật thể phát ra. Trong nhóm c) nguồn năng lượng là các sóng siêu cao tần
có thể của vật thể tự phát xạ, gọi là viễn thám bị động hoặc từ các radar phát sóng nhân tạo,
gọi là viễn thám chủ động.
* Phân loại theo độ cao.
Bức xạ điện từ phản xạ từ bề mặt trái đất, sau khi đi qua khí quyển được ghi lại nhờ

bộ cảm biến (Sensor) như máy đo bức xạ hoặc máy chụp ảnh. năng lượng điện từ này đi
vào hệ thống Sensor sẽ được đo đạc và biến đổi thành tín hiệu điện dạng phổ ghi lên băng
từ. Tùy vào đối tượng nghiên cứu, Sensor có thể được đặt trong các phương tiện khác nhau
như ô tô, tàu thủy, máy bay, khinh khí cầu, vệ tinh. Như vậy, tùy vào độ cao hoạt động của
các phương tiện, viễn thám được chia ra làm ba loại:
- Viễn thám mặt đất (Ground-based)
- Viễn thám hàng không (Air-born)
- Viễn thám vệ tinh (Space-born)
Nhờ những ưu điểm nổi trội, ảnh viễn thám vệ tinh thu được từ các vệ tinh nhân tạo
được coi là các tư liệu quan trọng trong nghiên cứu tài nguyên-môi trường. Trong những
phần tiếp theo sẽ nghiên cứu sâu thêm một số thông tin về tư liệu viễn thám vệ tinh (gọi tắt
là tư liệu viễn thám).
1.3.1.3. Ảnh số và các phép xử lý ảnh
a) Ảnh số
Ảnh số là một dạng tư liệu ảnh được lưu trữ trên máy tính với phần tử nhỏ được gọi
là pixel. Mỗi pixel tương ứng với một đơn vị thông tin về đối tượng mặt đất. Đơn vị thông
tin được ghi nhận dưới dạng một giá trị độ xám là kết quả mã hóa từ việc đo bức xạ phát ra
từ pixel đó dưới dạng một xung điện từ.
Các pixel thường có dạng hình vng và được xác định bằng tọa độ hàng, cột. Hệ tọa
độ ảnh thường có gốc tọa độ ở góc trên bên trái và tăng dần từ trái sang phải đối với tọa độ
cột, từ trên xuống dưới đối với tọa độ hàng. Tùy theo độ phân giải của ảnh người ta sử
dụng các mục đích khác nhau cho phù hợp. Tư liệu ảnh số được ghi lại trên đĩa hoặc băng
từ theo những trật tự nhất định gọi là kiểu định dạng. Các kiểu định dạng này có thể chuyển
đổi qua lại nhau để xử lý nhờ các chương trình xử lý ảnh.
b) Các phép xử lý ảnh
Page 9


* Hiệu chỉnh phổ: Các dữ liệu vệ tinh viễn thám bị ảnh hưởng rất nhiều bởi độ nhạy
của thiết bị thu nhận, điều kiện khí quyển, đường bay của vệ tinh... Hiệu chỉnh phổ được

định nghĩa như là quá trình khơi phục các điều kiện mơi trường tại thời điểm thu nhận.
Thông thường, sau khi nhập ảnh vào máy, ta khai báo một số thông số liên quan đến trạng
thái khí quyển tại thời điểm thu nhận, góc phương vị mặt trời, hướng tia tới chụp ảnh...
Một phần mềm chuyên dụng sẽ sử dụng các thông số này để hiệu chỉnh lại phổ của tấm
ảnh.
* Nắn chỉnh hình học: Là bước tiền xử lý bắt buộc trong viễn thám. Nắn chỉnh hình
học giúp ta xác định vị trí của dữ liệu ảnh vệ tinh trong một hệ tọa độ nào đó.
Ta có thể thực hiện việc nắn chỉnh hình học ảnh viễn thám là nắn ảnh theo bản đồ
hoặc nắn ảnh theo ảnh. Nói chung cơng việc nắn chỉnh hình học bao gồm hai bước:
- Nội suy khơng gian nhằm chuyển tọa độ hàng cột của pixel về tọa độ địa lý
- Nội suy mức độ xám để xác định giá trị độ xám cho các pixel mới được nắn chỉnh
Nội suy không gian được tiến hành bằng cách xác định các điểm khống chế trên ảnh
cần nắn và trên bản đồ sau đó tính tốn tọa độ của mỗi pixel ảnh cần nắn qua một mơ hình
tốn học. Mơ hình thường được sử dụng trong đa số các phần mềm là mơ hình đa thức. Mơ
hình này chỉ đòi hỏi tọa độ của các điểm khống chế ảnh với số lượng điểm khống chế tối

n  1n  2

thiểu là:

2

, với n là bậc của đa thức. Sai số nắn chỉnh được tính theo cơng thức:
RMSerror =

x' x   y' y 
2

g

2

g

Trong đó xg và yg là tọa độ hàng cột của điểm khống chế trên ảnh được xác định
lúc ban đầu. Sau khi sử dụng mô hình đa thức để chạy chương trình nắn ta được giá trị x'
và y'. Trường hợp lý tưởng là: x' = xg và y' = yg, nhưng điều đó rất khó xảy ra vì thế
RMSerror ln lớn hơn 0.
Các pixel sau khi nắn chỉnh hình học khơng có độ xám nên để xác định độ xám mới
người ta sử dụng các phương pháp nội suy mức độ xám từ các pixel trong ảnh gốc. Trong
thực tế thường sử dụng các phương pháp sau:
- Nội suy điểm ảnh lân cận gần nhất: xác định giá trị độ xám từ một pixel gần nhất
của ảnh gốc và gán giá trị này cho ảnh mới
- Nội suy bậc 2: xác định giá trị trung bình có trọng số của các giá trị độ xám từ 4
pixel gần nhất trên ảnh gốc và gán giá trị này cho ảnh mới
- Nội suy bậc 3 : xác định giá trị trung bình có trọng số của các giá trị độ xám từ 16
pixel gần nhất trên ảnh gốc và gán giá trị này cho ảnh mới
* Tăng cường chất lượng ảnh.
- Giãn ảnh: hình ảnh vệ tinh thu được ở dạng gốc ban đầu chưa được hiệu chỉnh
phổ, có độ tương phản thấp, ảnh tối và mờ, giá trị pixel chỉ ở trong khoảng từ 50 ÷ 140,
khoảng từ 0 ÷ 49 và từ 141 ÷ 255 khơng được sử dụng. Vì vậy cần thiết phải tiến hành các
bước tăng cường xử lý ảnh vệ tinh gốc để có được một hình ảnh rõ nét, có độ tương phản
tốt, tận dụng được mọi giá trị trong khoảng sáng cho phép. Kỹ thuật xử lý ảnh số cho phép
Page 10


làm tăng hoặc giảm độ tương phản của ảnh viễn thám dạng số. Các phương pháp thông
dụng thường được sử dụng là: giãn tuyến tính, giãn đều mật độ phân bố, giãn Gauss...
Giãn tuyến tính là sự tăng cường độ tương phản làm mở rộng khoảng độ sáng của
thông tin ban đầu và ảnh sau khi xử lý sẽ có các pixel nằm trong toàn bộ cung độ sáng.

Giãn đều mật độ phân bố là phương pháp tăng cường độ tương phản với mục đích
làm rõ hơn các đối tượng có sự đồng nhất về độ xám trên ảnh.
Giãn Gauss là phương pháp giãn khơng tuyến tính để làm tăng độ tương phản ở dải
độ xám trung bình, các yếu tố chi tiết được thể hiện rõ hơn. Phương pháp này thường được
áp dụng cho từng phần của ảnh.
- Lọc ảnh là thao tác tăng cường chất lượng hình ảnh mà giá trị độ xám của mỗi
pixel được nội suy trong mối quan hệ phụ thuộc vào các pixel xung quanh. Vì vậy phép lọc
được coi như phép tốn cho từng vùng, khác với phép giãn ảnh là một phép tốn cho từng
điểm vì khơng có sự phụ thuộc vào các pixel xung quanh. Lọc ảnh liên quan đến sự biến
đổi giá trị độ xám của điểm ảnh. Một bức ảnh số chứa các thông tin tần số thấp và các
thông tin tần số cao. Tần số thấp là các thơng tin mơ tả các đối tượng có sự thay đổi độ xám
từ từ: hồ nước, rừng, ruộng lúa... Tần số cao là các thông tin mô tả các đối tượng có sự thay
đổi độ xám đột ngột: kênh mương, đường ranh giới... Các phép lọc có thể chia ra lọc tần số
cao, lọc tần số thấp... Phép lọc tần số thấp làm cho đường nét trở nên mềm mại, hình ảnh
dịu. Lọc tần số cao nhấn mạnh sự thay đổi độ xám của các pixel, tôn đường gờ, ranh giới
của các đối tượng.
1.3.1.4. Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên
Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu kết hợp tư liệu viễn thám và GIS nghiên cứu
sự biến động đất mặt nước sông, hồ. Ảnh viễn thám là nhân chứng về trạng thái đất mặt
nước qua các giai đoạn và cũng là dữ liệu đầu vào (input) quan trọng cho việc phân tích
khơng gian xác định sự biến động đất mặt nước trong hệ thống GIS. Một trong những
nhiệm vụ của đề tài là xử lý, phân loại ảnh nhằm chiết tách các thông tin xây dựng các bản
đồ hiện trạng đất mặt nước qua các thời kỳ. Để có kiến thức đầy đủ về các thông tin trên
ảnh viễn thám, trong phần này, tác giả sẽ đi sâu hơn nghiên cứu tìm hiểu về đặc trưng phản
xạ phổ của các đối tượng tự nhiên trên bề mặt đất.
Mỗi một vật thể đều phản xạ, bức xạ, hấp thụ và phân tách sóng điện từ bằng các
cách thức khác nhau. Các đặc trưng này được gọi là đặc trưng phản xạ phổ của đối tượng
và chính chúng là là tín hiệu để nhận biết đối tượng trong kỹ thuật viễn thám. Năng lượng
bức xạ mặt trời sau khi chiếu xuống mặt đất, tiếp cận với vật thể sẽ được chia làm 3 thành
phần :

- Năng lượng bị hấp thụ
- Năng lượng truyền qua vật thể và phản xạ trở lại
- Năng lượng phản xạ ngay từ bề mặt tiếp xúc
Trong 3 thành phần trên thì năng lượng phản xạ, bao gồm phản xạ trực tiếp từ bề
mặt đối tượng và phản xạ sau khi truyền qua vật thể là nguồn tư liệu, là phương tiện truyền
tin trong kỹ thuật viễn thám. Tuỳ thuộc vào bản chất của đối tượng, phần năng lượng
Page 11


truyền qua sau khi bị tán xạ bởi cấu trúc bên trong, khi phản xạ trở lại sẽ có thành phần phổ
đặc trưng cho tính chất của từng đối tượng.
Như vậy, dễ dàng hiểu rằng: mỗi một vật thể, mỗi một đối tượng sẽ có một đặc trưng
phản xạ phổ riêng biệt phản ánh bản chất và trạng thái của chúng. Nghiên cứu đặc trưng
phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên trên mặt đất là bộ phận quan trọng trong kỹ thuật
viễn thám, nó cho phép lựa chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin về đối tượng
cần nghiên cứu; là cơ sở để phân tích, nghiên cứu các tính chất của đối tượng và phân loại
chúng. Sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ với bản chất, trạng thái
của các đối tượng tự nhiên càng đầy đủ, chi tiết thì độ chính xác giải đốn các thơng tin tư
liệu viễn thám càng cao. Cũng cần lưu ý rằng: Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự
nhiên chịu ảnh hưởng vào các yếu tố ngoại cảnh. Trong nghiên cứu tài nguyên và môi
trường, thường sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian. Để có thể nghiên cứu sự biến động
các yếu tố tài ngun mơi trường được chính xác cần phải chuẩn hoá tư liệu ảnh từ các thời
điểm và điều kiện khác nhau về cùng một điều kiện chuẩn.
Các đối tượng tự nhiên phủ trên mặt đất (Landcover) rất đa dạng và phức tạp, để
nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ cần phải khái quát và phân loại. Có nhiều quan điểm
phân loại và cách gọi, nhưng phổ biến nhất là phân làm 3 nhóm chính :
- Nhóm thực vật
- Nhóm phi thực vật (đất trống, cơng trỡnh xõy dng, dõn c..)
- Nhúm nc
Phản xạ (%)

Đất khô
Đất -ớt
Thực vật

N-ớc

dảI sóng
0,8

1,2

Hồng ngoại gần

1,6

2,0

2,4

Hồng ngoại trung

Hỡnh 1.1. c trng phản xạ phổ của đối tượng tự nhiên mặt đất
a) Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật
Tùy thuộc vào độ dài của bước sóng, khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh cũng
thay đổi. Đặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:
- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ phổ
khác biệt rõ rệt.
- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi chorophyll có
trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá, phần còn lại bị phản xạ.
- Ở vùng cận hồng ngoại, cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của

lá là hàm lượng nước, ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thụ là cực đại.
Page 12


Ảnh hưởng của các cấu trúc tế bào là ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ là
không lớn bằng hàm lượng nước trong lá.
b) Đặc trưng phản xạ phổ của nước
Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng bức xạ trong nước và thành
phần vật chất có trong nước. Khả năng phản xạ phổ còn phụ thuộc vào bề mặt nước và
trạng thái của nước.
Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại, đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng,
còn một số đặc tính của nước cần phải sử dụng dải sóng nhìn thấy để nhận biết. Trong điều
kiện tự nhiên, mặt nước hấp thụ mạnh năng lượng ở dải hồng ngoại và cận hồng ngoại.
Thông thường, trong nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vơ cơ. Vì vậy, khả năng phản xạ
phổ của nước phụ thuộc vào thành phần, trạng thái của nước: Nước đục có khả năng phản
xạ cao hơn nước trong, nhất là ở những dải sóng dài.
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Nước biển, nước ngọt và nước sạch trong
phịng thí nghiệm có chung đặc tính thấu quang. Khả năng thấu quang cao và hấp thụ ít
trong dải sóng nhìn thấy chứng tỏ rằng: đối với tầng nước mỏng (ao, hồ, sông suối) và
trong, phổ phản xạ ghi nhận được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc vào phản xạ của chất
đáy như bùn, cát, sỏi, đá ... thể hiện khả năng phản xạ phổ của một số đối tượng nước. Hàm
lượng chlorophyll là yếu tố ảnh hưởng tới khả năng phản xạ của nước. Chlorophyll sẽ làm
giảm khả năng phản xạ phổ ở các bước sóng ngắn và tăng khả năng phản xạ phổ ở bước
sóng màu xanh lục (green).
c) Đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng
Đặc tính chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước
sóng, đặc biệt là vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại. Ở đây, chỉ có năng lượng hấp thụ và
năng lượng phản xạ mà khơng có năng lượng thấu quang. Tuy nhiên, với các loại đất cát có
thành phần cấu tạo hữu cơ và vô cơ khác nhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau. Tùy
thuộc vào thành phần hợp chất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau. Các yếu tố

chủ yếu ảnh hưởng đến phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất,
thành phần hợp chất hữu cơ, vơ cơ có trong đất.
Cấu trúc của đất phụ thuộc vào tỉ lệ sét, bụi, cát. Sét là hạt mịn, đường kính nhỏ hơn
0,002mm, bụi có đường kính 0,002÷0,05mm, cát có đường kính 0,005mm ÷2mm. Tùy
thuộc tỷ lệ thành phần của 3 loại đất cơ bản trên mà tạo nên các loại đất có tên gọi khác
nhau. Với đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt cũng nhỏ vì chúng ở sít gần nhau hơn.
Với hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn, do vậy khả năng vận chuyển khơng khí và độ
ẩm cũng dễ dàng hơn. Khi ẩm ướt, trên mỗi hạt cát sẽ bọc một màng mỏng nước, do vậy
độ ẩm và lượng nước trong loại đất này sẽ cao hơn và do đó độ ẩm cũng sẽ ảnh hưởng lớn
đến khả năng phản xạ phổ của chúng.
Khi độ ẩm tăng khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm. Do vậy khi hạt nước rơi vào
cát khô ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn, đó là do sự chênh lệch rõ rệt giữa các đường đặc trưng
1, 2, 3. Tuy nhiên nếu cát đã ẩm mà có thêm nước cũng sẽ khơng thẫm màu đi mấy (do sự
chênh lệch ít giữa đường 2 và đường 3)
Page 13


Một yếu tố nữa ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ là hợp chất hữu cơ trong đất.
Với hàm lượng chất hữu cơ từ 0,5 - 5,0% đất có mầu nâu xẫm. Nếu hàm lượng hữu cơ thấp
hơn đất sẽ có mầu nâu sáng.
Ơxít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của đất. Khả năng phản xạ phổ
tăng khi hàm lượng ơ xít sắt trong đất giảm xuống, nhất là ở vùng phổ nhìn thấy (có thể
làm giảm tới 40% khả năng phản xạ phổ khi hàm lượng ơ xít sắt tăng lên). Khi bỏ ơ xít sắt
ra khỏi đất, thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên rõ rệt ở dải sóng từ 0,5 - 1,1
nhưng với bước sóng lớn hơn 1,0 hầu như khơng có tác dụng. Như trên đã nói có nhiều
yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của đất, tuy nhiên chúng có liên quan chặt chẽ
với nhau. Cấu trúc, độ ẩm, độ mịn bề mặt, hàm lượng chất hữu cơ và ơ xít sắt là những yếu
tố quan trọng. Vùng phản xạ và bức xạ phổ có thể sử dụng để ghi nhận thơng tin hữu ích về
đất cịn hình ảnh ở hai vùng phổ này là dấu hiệu để giải đốn các đặc tính của đất. Một
điểm quan trọng cần lưu ý là mặc dù biên độ đồ thị khả năng phản xạ phổ của các loại đất

có thể khác xa nhau nhưng nhìn chung những khác nhau này ổn định ở nhiều dải sóng khác
nhau. Đối với thực vật chúng ta phải nhờ khả năng phản xạ phổ phụ thuộc bước sóng (tức
là giải đoán ở các kênh khác nhau), nhưng với thổ nhưỡng không thể làm được như vậy,
mặc dù sự khác biệt về khả năng phản xạ phổ là quan trọng nhưng nhiều đặc tính phản xạ
phổ của chúng giải đốn ở các dải sóng nhìn thấy.
1.3.1.5. Các đặc điểm của ảnh viễn thám
Tư liệu viễn thám vệ tinh trên thế giới rất đa dạng và phong phú, và được sử dụng
vào nhiều mục đích khác nhau. Khi nói tới tư liệu viễn thám, người ta quan tâm đến một
trong những đặc tính quan trọng của chúng là độ phân giải. Trong nhiều trường hợp để ứng
dụng cho mục đích nghiên cứu cụ thể, độ phân giải là tiêu chuẩn để lựa chọn tư liệu viễn
thám. Có 3 loại độ phân giải: độ phân giải không gian, độ phân giải phổ và độ phân giải
thời gian.
a) Độ phân giải không gian
Xuất phát từ đặc tính của đầu thu (Sensor) được thiết kế sẵn , độ phân giải không
gian phụ thuộc vào hai thơng số: Trường nhìn FOV (Field of view) và trường nhìn tức thì
IFOV (Instantaneous field of view). FOV là phạm vi khơng gian mà đầu thu có thể nhận
được bức xạ điện từ từ vật thể. Dễ dàng nhận thấy rằng: FOV càng lớn thì phạm vi ảnh thu
được càng rộng. Đối với đầu thu có thơng số FOV cố định, vệ tinh bay càng cao thì phạm
vi ảnh thu được càng lớn hơn. IFOV là trường nhìn tức thời của đầu thu, là phạm vi không
gian trên mặt đất được "nhìn" bởi một phần tử của bộ ghi tại một thời điểm. Góc IFOV
càng nhỏ thì khả năng phân biệt các đối tượng càng lớn. Độ phân giải không gian được thể
hiện bằng kích thước của pixel (picture element) cho ta biết phạm vi các đối nhỏ nhất có
thể phân biệt được trên ảnh. Căn cứ vào độ phân giải khơng gian, có thể chia các tư liệu
viễn thám thành 3 nhóm chính:
- Độ phân giải cao và siêu cao
- Độ phân giải trung bình
- Độ phân giải thấp
Page 14

Đại diện cho nhóm ảnh viễn thám có độ phân giải cao và siêu cao là nhóm ảnh vệ
tinh QuickBird, IKONOS có độ phân giải từ vài chục cen-ti-met đến vài mét. Do giá thành
cao, ở Việt Nam các loại ảnh nhóm này ít phổ biến. Thường được sử dụng để thành lập bản
đồ tỷ lệ lớn. Các ảnh vệ tinh Landsat, Spot, Aster có độ phân giải từ 15 mét đến 30 mét là
đại diện cho nhóm tư liệu có độ phân giải trung bình. Đại diện cho nhóm tư liệu có độ phân
giải thấp là các ảnh vệ tinh MODIS, NOAA có độ phân giải khơng gian từ 250 đến 1000
mét. Những ưu điểm nổi bật của tư liệu ảnh nhóm này là tính bao trùm lãnh thổ lớn, chu kỳ
thu nhận ảnh ngắn (2 ngày) và thông tin được ghi ở nhiều dải phổ khác nhau.
Trong nghiên cứu tài nguyên môi trường, khảo sát và theo dõi diễn biến thành phần
tự nhiên và các tai biến tự nhiên, chủ yếu sử dụng các tư liệu viễn thám có độ phân giải
trung bình.
b) Độ phân giải phổ
Tín hiệu phản xạ từ các vật thể trên mặt đất có thể thu nhận trong các dải sóng khác
nhau. Mỗi dải sóng đó được gọi là một băng (band) hoặc một kênh (chanel). Thơng
thường, tùy thuộc vào mục đích và u cầu độ chính xác thu thập thơng tin mà các đầu thu
được thiết kế để thu nhận sóng điện từ trong một số khoảng bước sóng nhất định. Độ rộng
hẹp của khoảng bước sóng này gọi là độ phân giải phổ của ảnh. Các khoảng bước sóng
được gọi là các kênh ảnh. Bức xạ phổ của đối tượng thay đổi theo bước sóng điện từ. Như
vậy, một đối tượng được chụp trên nhiều kênh khác nhau thì ảnh sẽ khác nhau và nhờ đó
các thơng tin về đối tượng cũng sẽ được thu thập toàn diện hơn, đầy đủ hơn. Hay nói cách
khác: độ phân giải phổ càng cao (càng nhiều kênh ảnh) thì lượng thơng tin thu thập được
của đối tượng càng nhiều. Cho đến nay, các ảnh viễn thám đa phổ (multispectral images)
thường có khoảng 3-10 kênh. Các ảnh siêu đa phổ (hyperspectral images) có thể có tới 30
kênh.
c) Độ phân giải thời gian
Chuyển động trên quỹ đạo cực, vệ tinh viễn thám chụp ảnh bề mặt trái đất theo chu
kỳ. Độ phân giải thời gian là khoảng thời gian lặp lại giữa các lần chụp một khu vực trên
bề mặt đất của vệ tinh. Độ phân giải thời gian càng nhỏ tức là lần lặp càng nhiều, thơng tin
thu thập được về một khu vực nào đó càng lớn.
1.3.1.6. Xử lý ảnh viễn thám

Ảnh viễn thám thường được ghi lại trên nhiều dải phổ khác nhau nên còn được gọi là
ảnh đa phổ. Mỗi một đối tượng tự nhiên có đặc tính phản xạ, hấp thụ chọn lọc phổ khác
nhau nên độ rõ của thông tin vật thể trên các dải phổ cũng khác nhau. Phần lớn các vệ tinh
hoạt động mang tính chất chu kỳ, cứ sau một thời gian nhất định vệ tinh lại bay qua vị trí
cũ. Ảnh chụp một vùng lãnh thổ ở nhiều thời gian khác nhau gọi là ảnh đa thời gian. Ảnh
đa thời gian được sử dụng nhiều trong quan trắc (monitoring) tài nguyên và môi trường, để
theo dõi, đánh giá sự biến động các thành phần tài nguyên thiên nhiên và mơi trường trong
một q trình, một giai đoạn phát triển.
Page 15