Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám đa thời gian và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

PHẠM THỊ THƯƠNG HUYỀN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN
VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ THNH LP BN
BIN NG S DNG T

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà nội 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

PHẠM THỊ THƯƠNG HUYỀN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN
VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT

Chuyên ngành: K thut trc a
Mó s : 60.52.85

luận văn thạc sĩ kü tht

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc:

Pgs.ts Phạm Vọng Thành

Hµ néi – 2010


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2010
Tác giả

Phạm Thị Thương Huyền



MỤC LỤC
Trang phụ bìa

Trang

Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. 1

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG
SỬ DỤNG ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM….......................................... 4
1.1. Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất.......................................................... 4
1.2. Tình hình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất trên thế giới và ở Việt Nam…5
1.2.1 Tình hình sử dụng đất nơng nghiệp trên thế giới.................................................8
1.2.2 Tình hình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất trên thế giới …………..... 10
1.2.3 Tình hình sử dụng đất nơng nghiệp Việt Nam trong những năm gần đây............14
Chương 2. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ
THÔNG TIN ĐỊA LÝ........................................... ……………………………………………16
2.1. Những khái niệm cơ bản về viễn thám...................................................................16
2.1.1 Vệ tinh viễn thám và tư liệu sử dụng trong viễn thám………………………..17
2.1.2 Lý thuyết phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên…………………………...22
2.1.3 Đoán đọc ảnh viễn thám………………………………………………………28
2.1.4 Các phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất và biến động
lớp phủ bề mặt…………….…………………………………………………………32
2.1.5 So sánh các phương pháp thành lập bản đồ biến động………………………...42
2.1.6 Ứng dụng viễn thám trong nghiên biến động sử dụng đất và lớp phủ
bề mặt……………….………………………………………………………………...43
2.2 Hệ thông tin địa lý……........................................................................................ 46
2.2.1 PhÇn cøng…………………………………………………..………..................46
2.2.2 Các hệ thống phần mềm của hệ thơng tin a lý................................................ .47
2.2.3 Cơ sở dữ liệu............................................................................50


2.2.4 Ngời sử dụng..........................................................................50
2.2.5 Một số khả năng ứng dụng của HTTĐL trong công tác Trắc địa - Bản đ.51
Chng 3. ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN VÀ HỆ
THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
HUYỆN TỪ LIÊM – HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2005 – 2008 ....................57
3.1 Khái quát về khu vực nghiên cứu...........................................................................57

3.1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu.........................57
3.1.2 Q trình cơng nghiệp hố, đơ thị hố ảnh hưởng đến hiện trạng
sử dụng đất………..……...............................................................................................58
3.1.3 Khái quát về hiện trạng sử dụng đất…….….......................................................61
3.2 Mô tả dữ liệu viễn thám................................................................................................ 64
3.3 Thực nghiệm thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện Từ Liêm giai đoạn
2005 – 2008 bằng phương pháp so sánh sau phân loại………..……………………..66
3.3.1 Xử lý dữ liệu ảnh................................................................................................66
3.3.2 Quy trình xây dựng ảnh phân loại……………...................................................70
3.3.3. Các bước thực hiện.............................................................................................70
3.3.4 Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng phương pháp so sánh
sau phân loại………………………………………………………………….……...81
3.3.5 Nhận xét về kết quả thực nghiệm………….......................................................86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………...................................................................87
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là một loại tư liệu sản xuất đặc biệt do nhà nước nắm quyền quản lý
việc sử dụng. Mặc dù hàng năm, trong q trình chuyển đổi mục đích sử dụng đất
cho phù hợp với các nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng đều có các báo cáo về hiện
trạng và tình hình biến động sử dụng đất nhưng các báo cáo này chủ yếu dựa trên
các phương pháp truyền thống là đo vẽ, thành lập bản đồ, tính tốn diện tích đất.
Đó là một cơng việc phức tạp, địi hỏi nhiều thời gian. Hơn nữa, khi sử dụng các
tài liệu thống kê và tư liệu bản đồ không phải bao giờ cũng có thể khai thác

những thơng tin hiện thời nhất vì q trình sử dụng đất ln biến động. Trong
những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của phương pháp viễn thám và hệ
thống thông tin địa lý (GIS) đang dần khắc phục được những nhược điểm này
Hiện nay, tình trạng sử dụng đất nơng nghiệp vào mục đích xây dựng đơ thị,
phát triển cơng nghiệp ồ ạt có thể dẫn đến nguy cơ về an ninh lương thực quốc gia,
ô nhiễm môi trường nhất là ở các thành phố lớn và các khu công nghiệp, khu chế
xuất. Trước thực tiễn đó, địi hỏi các nhà quản lý phải lập ra các quyết sách đảm
bảo sự phát triển đô thị phải hướng tới mục tiêu cân đối giữa phát triển kinh tế, tính
hiện đại với tính bền vững của tự nhiên, con người và xã hội. Để quy hoạch phát
triển hợp lý cần phải có dữ liệu khoa học đầy đủ giữa các nguồn tài nguyên và đặc
biệt là tài nguyên đất đai đang dần cạn kiệt. Việc nghiên cứu sự biến động sử dụng
đất do quá trình cơng nghiệp hố và đơ thị hố để đưa ra các quyết định chính xác,
tin cậy, kịp thời, là điều kiện tiên quyết cho q trình phát triển đơ thị phục vụ quy
hoạch phát triển bền vững.
Có nhiều phương pháp tiếp cận nghiên cứu biến động sử dụng đất nhưng
với việc tích hợp cơng nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã tạo nên
một công cụ mạnh giải quyết vấn đề nghiên cứu không gian tầm vĩ mô trong
một khoảng thời gian ngắn và chi phí tương đối thấp hơn so với các phương pháp
khác. Tư liệu viễn thám có khả năng cung cấp thơng tin chính xác, kịp thời những
thay đổi về mặt khơng gian và thời gian của các đối tượng thông qua nghiên


2

cứu hình ảnh. Thêm vào đó, GIS lại có tính vượt trội về khả năng tích hợp thơng
tin mật độ cao, cập nhật thông tin một cách dễ dàng, cũng như khả năng phân tích
khơng gian, xử lý các dạng dữ liệu địa lý.
Từ Liêm là khu vực ven đô của thành phố Hà Nội, những năm gần đây ở
khu vực này diễn ra q trình cơng nghiệp hố và đơ thị hố mạnh mẽ, vì vậy việc
áp dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong nghiên cứu biến động

sử dụng đất ở khu vực này là cần thiết và cấp bách.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó tơi chọn đề tài nghiên cứu:
"Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám đa thời gian và hệ thông tin địa
lý để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất".
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài là nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn thành lập bản
đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu ảnh vệ tinh.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu được giới hạn trong phạm vi sau đây:
• Về khơng gian : Khu vực huyện Từ Liêm – thành phố Hà Nội
• Về thời gian:

Giai đoạn 2005 – 2008

• Về đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của luận
văn là biến động một số loại hình sử dụng đất.
• Về phương pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng các phương pháp
viễn thám, phân tích khơng gian của hệ thống thơng tin địa lý và đồng thời với việc
khảo sát, kiểm chứng thực địa.
4. Nội dung nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu những khái niệm cơ bản về viễn thám, các
phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng tư liệu viễn thám từ
đó lựa chọn phương pháp thích hợp để nghiên cứu và thành lập bản đồ biến
động sử dụng đất khu vực huyện Từ Liêm, thành phố Hà Nội.
5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài đặt ra, tác giả sử dụng kết hợp tư liệu


3

viễn thám và GIS. Tư liệu viễn thám được sử dụng để phân loại là ảnh vệ tinh
SPOT. Các chức năng phân tích khơng gian của GIS được sử dụng để chồng xếp
bản đồ thành lập bản đồ biến động và tính tốn biến động.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về mặt khoa học, đề tài nghiên cứu góp phần giúp học viên nắm chắc những
kiến thức cơ bản về viễn thám cũng như các kỹ thuật xử lý ảnh và các phương
pháp thành lập bản đồ biến động từ tư liệu viễn thám. Bên cạnh đó kết quả
nghiên cứu của luận văn góp phần đánh giả khả năng của tư liệu viễn thám trong
thành lập bản đồ biến động sử dụng đất.
Về mặt thực tiễn, các kết quả nghiên cứu của luận văn đưa ra số liệu về biến
động sử dụng đất và bản đồ biến động sử dụng đất được thành lập trong giai đoạn
2005 - 2008 góp phần chỉ ra chiều hướng, diện tích biến động một số loại hình sử
dụng đất của huyện Từ Liêm với mong muốn đây sẽ là một tài liệu hữu ích phục vụ
cho cơng tác quy hoạch, lập kế hoạch, quản lý hiện trạng sử dụng đất một cách hợp
lý và cung cấp thêm các thông tin tham khảo phục vụ công tác nghiên cứu khoa học.
7. Cấu trúc của luận văn
Nội dung của luận văn gồm 3 chương bao gồm cả phần mở đầu và kết
luận, được trình bày trong 91 trang. Ngồi ra cịn có các hình vẽ và bảng biểu.
Chương 1: Tổng quan về công tác thành lập bản đồ biến động sử dụng đất
trên thế giới và ở Việt Nam.
Chương 2: Những vấn đề chung về công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý
Chương 3: Ứng dụng tư liệu viễn thám đa thời gian và hệ thông tin địa lý để
thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện Từ Liêm – Hà Nội giai đoạn 2005 2008


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG
SỬ DỤNG ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1 KHÁI QUÁT VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
Biến động được hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng
một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên
cũng như môi trường xã hội.
Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng
thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời điểm khác nhau.
Khi nghiên cứu về biến động sử dụng đất cũng như thành lập cơ sở dữ liệu cho
những vấn đề này bằng phương pháp truyền thống sẽ có rất nhiều hạn chế. Mặc dù
có ưu điểm là độ chính xác cao nhưng phương pháp truyền thống lại có nhược điểm
là tốn kém thời gian, công sức trong điều tra, thu thập thơng tin và kinh phí đồng
thời khơng thể hiện được sự thay đổi sử dụng đất từ loại đất gì sang loại đất gì và
diễn ra ở khu vực nào (vị trí khơng gian của sự thay đổi). Phương pháp thành lập
bản đồ biến động sử dụng đất nông nghiệp từ tư liệu viễn thám đa thời gian sẽ khắc
phục được các nhược điểm đó.
Bản đồ biến động sử dụng đất là bản đồ chuyên đề phản ánh tình hình biến
động sử dụng đất theo những nội dung và tỷ lệ khác nhau.
Ví dụ: trong nơng nghiệp việc quản lý, thiết kế, quy hoạch cấp xã sử dụng
bản đồ tỷ lệ lớn và chi tiết 1:2.000, 1:5.000, 1:10.000; quản lý cấp tiểu vùng, cấp
huyện sử dụng bản đồ tỉ lệ lớn và trung bình 1:10.000, 1:25.000; 1:50.000;
Đối với cấp vùng lớn hơn sử dụng bản đồ tỷ lệ trung bình, tồn quốc sử dụng bản
đồ tỷ lệ nhỏ. Khi đó, bản đồ biến động sử dụng đất nơng nghiệp ngồi các yếu tố
nội dung cơ bản của các bản đồ chun đề như địa hình, địa vật, giao thơng, thủy
văn… phải thể hiện được sự biến động về sử dụng đất nơng nghiệp theo thời gian.
Các thơng tin về tình hình sử dụng đất, biến động sử dụng đất kết hợp với
các thơng tin có liên quan là một yếu tố quan trọng để tính tốn hàng loạt các chỉ
tiêu phân tích phục vụ cơng tác quy hoạch, kế hoạch và quản lý đất đai để đảm bảo
sử dụng đất bền vững, hiệu quả, thân thiện môi trường.


5

Các số liệu điều tra về tình hình biến động sử dụng đất có thể đã được phân
tích và thống kê tổng hợp dưới dạng bảng biểu nhưng chưa phân tích hay trình bày
số liệu này dưới dạng khơng gian địa lý hoặc làm chúng dễ tiếp cận hơn đối với các
nhà nghiên cứu hoặc các nhà hoạch định chính sách. Tiềm năng của hệ thống thông
tin địa lý hiện đại trong việc phân tích dữ liệu khơng gian để thành lập bản đồ vẫn
chưa được ứng dụng rộng rãi. Việc thể hiện sự biến động của số liệu theo không
gian địa lý làm tăng giá trị của số liệu lên rất nhiều đặc biệt đối với nước ta, một
nước có lãnh thổ trải dài trên 3000km, hai vùng đồng bằng châu thổ rộng lớn tương
phản với các vùng miền núi bao la. Sự đa dạng về đặc điểm kinh tế xã hội và nông
nghiệp được đánh giá rõ hơn ở dưới dạng bản đồ.
Ưu điểm của bản đồ biến động sử dụng đất là thể hiện được rõ sự biến động
theo khơng gian và theo thời gian. Diện tích biến động được thể hiện rõ ràng trên
bản đồ đồng thời cho chúng ta biết có biến động hay khơng biến động, hay biến
động từ loại đất nào sang loại đất nào. Nó có thể được kết hợp với nhiều nguồn dữ
liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều mục đích khác nhau như
quản lý tài nguyên, môi trường, điều tra về nông nghiệp nông thơn, hay về q trình
cơng nghiệp hóa, đơ thị hóa.…
Về cơ bản, bản đồ biến động sử dụng đất được thành lập trên hai bản đồ hiện
trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu vì vậy độ chính xác của bản đồ này
phụ thuộc vào độ chính xác của các bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm
nghiên cứu.

1.2 TÌNH HÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
Theo con số thống kê của FAO (năm 2007) trong tổng diện tích 13619 triệu
ha có 11 % (khoảng 1500 triệu ha) diện tích dùng cho sản xuất nơng nghiệp, 24%
diện tích là đồng cỏ và bãi chăn thả gia súc, 32% diện tích là rừng và đất rừng; cịn
33% diện tích được sử dụng cho mục đích khác.
Theo thống kê, diện tích đất tự nhiên của Việt Nam vào khoảng 33121.2

nghìn ha, cơ cấu diện tích đất các khu vực như sau:
- Đồng bằng sơng Hồng: 1486.2 nghìn ha


6

- Vùng Đơng Bắc: 6402.4 nghìn ha
- Khu vực Tây Bắc: 3753.4 nghìn ha
- Khu vực Bắc Trung Bộ: 5155.2 nghìn ha
- Duyên hải Nam Trung Bộ: 3316.7 nghìn ha
- Tây Ngun: 5466 nghìn ha
- Đơng Nam Bộ: 3480.9 nghìn ha
- Đồng bằng Sơng Cửu Long: 4060.4 nghìn ha
Với diện tích tự nhiên như vậy, Việt Nam xếp thứ 66 trong 217 nước trên
thế giới (tương đương với Ma-lai-xi-a) và xếp thứ 4 trong 11 nước Đông Nam Á
(sau In-đô-nê-xi-a, Miến điện và Thái Lan).
Trong khi đó tổng dân số Việt Nam là 83106.3 nghìn người và xếp thứ
13 trong 217 nước trên thế giới, đứng thứ 2 trong 11 nước Đơng Nam Á (sau
Inđơnêxia).
Bình qn diện tích đất đai theo đầu người là 0.40 ha, chỉ số này là rất thấp
chỉ bằng 1/6 bình quân của thế giới. Từ năm 1943 đến năm 2001 diện tích đất nơng
nghiệp nước ta tăng từ 5.6 triệu ha lên tới 9.4 triệu ha, tuy nhiên sự chuyển dịch cơ
cấu kinh tế diễn ra mạnh mẽ cùng với tốc độ tăng dân số quá nhanh, gấp nhiều
lần so với tốc độ tăng quỹ đất do đó mà diện tích đất nơng nghiệp bình qn tính
theo đầu người giảm từ 0.25ha/người xuống cịn 0.119ha/ người.
Bảng 1.1. Diện tích đất nơng nghiệp bình qn theo nhân khẩu ở VN
so với thế giới và một số nước
Khu vực

Quỹ đất nơng nghiệp bình qn đầu người (ha)

Thế giới

0.40

Malaysia

0.69

Thái Lan

0.27

Indonexia

0.90

Anh

0.42

Việt Nam

0.11
(Nguồn: Tổng hợp từ các tài liệu FAO)


7

Hình 1.1 Ảnh lớp phủ bề mặt trên thế giới

(Nguồn:“ />
Hình 1.2 Bản đồ phần trăm đất nông nghiệp trên thế giới (nguồn FAO)


8

1.2.1 Tình hình sử dụng đất nơng nghiệp trên thế giới
Trong vòng 20 năm qua, dưới áp lực gia tăng dân số tình hình sử dụng đất
nơng nghiệp trên thế giới có nhiều thay đổi. Q trình đơ thị hóa diễn ra mạnh mẽ
đã nảy sinh nhiều vấn đề đặc biệt là sự thay đổi sử dụng đất và lớp phủ bề mặt.
Tiềm năng đất nông nghiệp của thế giới khoảng 3,3 tỷ ha tuy nhiên đến nay
con người mới chỉ khai thác sử dụng được 1,476 tỷ ha.Trong đó đất nông nghiệp
Châu Mỹ chiếm 35%, Châu Á 26%, Châu Phi 20%, Châu Âu 13%, Châu Đại
Dương 6%.
Bình quân diện tích đất nơng nghiệp tính theo đầu người trên thế giới là
12.000 m2, Liên bang Nga: 24.000 m2, Mỹ: 20.000 m2, Bungari: 70.000 m2, Pháp:
6.400 m2.
Diện tích đất nơng nghiệp bị mất là do q trình đơ thị hóa, cơng
nghiệp hóa. Kinh nghiệm của các nước châu Á vốn lấy cây lúa nước là cây lương
thực chính cho thấy, qua mấy chục năm tiến hành cơng nghiệp hóa, đơ thị hóa
thì tỷ lệ mất đất canh tác từ 0,5%-2% năm. Tỷ lệ mất đất canh tác hàng năm
trong thập niên 1980-1990 của Trung Quốc là 0,5%, Hàn Quốc 1,4%, Đài
Loan 2%, Nhật Bản 1,6%. Việt Nam trong thời gian qua mất khoảng 0,4%
diện tích đất canh tác, riêng đất trồng lúa có tỷ lệ mất cao hơn khoảng 1%.
Biến động sử dụng đất khu vực Đông Nam Á trong những năm gần đây
được thể hiện trong bảng 1.2.
Bảng 1.2 Biến động sử dụng đất khu vực Đông Nam Á
Quốc gia
(Vùng nghiên cứu)

Đất rừng
2

Đất nông ngiệp
2

Đất xây dựng

(km )

(km )

(km2)

846.9-758.5

1916.9-1559.4

-

(-10.4%)

(-18.6)

613.15-438.18

407.04-595.86

9.13-19.21

(-28.54%)

(+46.39%)

(110.8%)

Malaysia
1. Klang - langat
(1989-1999)
2. Kayan - Sempadi
(1988-1998)


9

Indonesia
1. Citarum (1984-1996)

985.26-779.84

923.87-521.86

(-20.8%)

(-43.51%)

667.81-532.37

414.98-570.85

27.91-37.90

(-20.85%)

(+37.56%)

(+35.79%)

1921.23-1625.83

444.13-502.52

1.51-1.84

(-15.38%)

(+13.15%)

(+21.85%)

521.65-571.33

233.91-152.89

3.36-20.12

(+9.52%)

(-34.64%)

(+498%)

1434.99-1431.52

45.39-46.61

4.47-5.88

(-0.002%)

(+2.69%)

(+31.15%)

1. Mae Chaem

742.7-728.6

30.4-50.4

0.92-1.37

(1990-1999)

(-1.98%)

(+65.78%)

(+48.91%)

2. Lin Thin

805.56-786.36

140.66-161.70

0.39-0.48

(1989-2000)

(-2.38%)

(+14.95%)

(+13.07%)

3. Phusithan

684.52-725.27

270.32-229.50

40.5-48.6

(+5.95%)

(-15.10%)

(+20%)

700.76-713.03

255.67-231.42

0.29-0.67

(1989-2000)

(+1.75%)

(-9.48%)

(+230%)

5. Ao Sawi

64.52-49.13

332.40-344.84

11.34-16.81

(-23.85%)

(+3.74%)

(+48.24%)

246.01-152.31

16.24-16.33

-

(-38.08%)

(+0.55%)

1529.44-1134.20

1903.12-2552.81

49.54-36.06

(-25.84%)

(+34.14%)

(+27.2%)

11099.568936.20

216.25-2472.29

-

2. Mahakam (1992-1997)
3. Jambi(1992-1998)

-

Philipin
1. Magat (1989-1998)

2. Puerto Princesa
(1990-2000)
Thái Lan

(1990-2000)
4. Eastern Forest

(1989-2000)
Việt Nam
Tam Đảo
(1975-1999)
Campuchia
Kg. Cham
(1984-1997)
Lào
Nam Thuen
(1989-1992)

(-19.49%)

(+1043.28%)


10

1.2.2 Tình hình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất trên thế giới

Biến động sử dụng đất và sự thay đổi lớp phủ thực vật là vấn đề quan trọng
trong một loạt các vấn đề nghiên cứu về biến đổi mơi trường tồn cầu. Ngun
nhân chính của sự biến động đó là do các hoạt động của con người dẫn đến
nguy cơ mất an ninh lương thực và suy giảm khả năng chống đỡ và tái sản xuất
của hệ thống nông nghiệp và rừng.
Việc nghiên cứu biến động và thành lập bản đồ biến động sử dụng đất đã
được thực hiện ở nhiều quốc gia. Trong đó phương pháp được sử dụng hiệu
quả nhất là kết hợp tư liệu ảnh viễn thám và GIS.
1.2.2.1 Malaysia
Ở Malaysia, để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất của huyện Rawang
tỉnh Selangor, Trung tâm viễn thám Kalaysian đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh
Landsat TM chụp năm 1988 và năm 1995 trên khu vực nghiên cứu rộng
441km2.
Ảnh chụp năm 1988 được nắn chỉnh hình học theo bản đồ địa hình, sau đó
ảnh chụp năm 1995 được nắn theo ảnh năm 1988 theo phương pháp nắn ảnh về
ảnh với sai số trung phương nhỏ hơn 0,5 pixel.
Sử dụng tất cả các kênh để tổ hợp màu giả. Dùng phương pháp phân loại
trực tiếp ảnh đa thời gian và thành lập bản đồ biến động lớp phủ. Để tìm ra thơng
tin về sử dụng đất từ các lớp phủ, tác giả đã kết hợp với dữ liệu bản đồ và các
tư liệu khác sau đó biểu diễn chúng theo đúng quy phạm. Cuối cùng kết hợp bản
đồ hiện trạng sử dụng đất, các hiểu biết về lớp phủ thực vật để thành lập bản đồ
biến động sử dụng đất.
1.2.2.2 Iran
Ở Iran, việc nghiên cứu biến động sử dụng đất bằng tư liệu viễn thám được
áp dụng ngay từ những năm 90 của thế kỷ trước. Năm 1996 đã thành lập được bản
đồ biến động sử dụng đất của tỉnh Gillan bằng tư liệu viễn thám. Bản đồ biến
động sử dụng đất của thành phố Mashhad được thành lập bằng tư liệu ảnh Landsat


11

theo phương pháp phân loại Fuzzy.
Một tác giả ở trường Đại học Zanjan đã kết hợp kỹ thuật viễn thám và
công nghệ GIS để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất của thành phố
Bonab và Maraghen dựa trên tư liệu thu thập được là ảnh vệ tinh Landsat năm
1989 và năm 1998, bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 và 1:50.000 khu vực nghiên
cứu. Trước tiên hai ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học theo bản đồ địa hình.
Tiến hành phân loại độc lập hai ảnh đó để thành lập bản đồ hiện trạng sử
dụng đất năm 1989 và 1998. Sau đó sử dụng chức năng của phần mềm GIS để
xác định biến động và thành lập bản đồ biến động sử dụng đất.
1.2.2.3 Hy Lạp
Ở Hy Lạp, việc thành lập bản đồ biến động lớp phủ và bản đồ biến động sử
dụng đất tỷ lệ lớn từ tư liệu viễn thám đã được nghiên cứu thực nghiệm trên khu vực
đảo Lesvos thuộc vùng biển Địa Trung Hải. Khu vực nghiên cứu rộng 163000ha, tư
liệu ảnh thu thập được gồm 6 thời điểm kéo dài trong 27 năm. Gồm ảnh Landsat
MSS 1975, TM 1987, TM 1995, TM 1999, ETM 2000, ETM 2001.
Ảnh vệ tinh các thời kỳ 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, từ ảnh hàng
không và ảnh vệ tinh độ phân giải cao như Ikonos, Quickbird.
Dữ liệu ảnh sau phân loại được xử lý dựa trên mạng xác suất điều kiện gồm
các nút thể hiện sự thay đổi ngẫu nhiên và các cạnh thể hiện sự phụ thuộc
vào các điều kiện giả định. Sau đó sử dụng phương pháp so sánh để thành lập
bản đồ biến động sử dụng đất ở các thời điểm từ mạng đó. Khi đó độ chính xác
của bản đồ biến động sử dụng đất phụ thuộc vào độ chính xác của ảnh sau nắn
chỉnh, độ chính xác phân loại.
1.2.2.4 Thái Lan
Để nghiên cứu ảnh hưởng của các hoạt động con người đến sự thay đổi sử
dụng đất và lớp phủ thực vật, các nhà nghiên cứu đã chọn thực nghiệm 5 vùng
nghiên cứu trên tồn bộ lãnh thổ phía Bắc (huyện Mae Chaem thành phố Chiang

12

Mai), phía Tây (Kanchanaburi), phía Nam (The Ao Sawi Area), phía Đơng (The
Eastern Sea Board) phía Đơng Bắc (Phusithan, Sakol Nakorn- Nakorn Phanom).
Tư liệu nghiên cứu là ảnh vệ tinh Landsat năm 1990, 1999. Phương pháp
nghiên cứu là phương pháp so sánh sau phân loại được sử dụng rộng rãi. Đầu tiên
tiến hành phân loại độc lập hai ảnh vệ tinh sau đó sử dụng chức năng phân tích
khơng gian của GIS để tính tốn biến động và thành lập bản đồ biến động.
1.2.2.5 Belarus
Q trình đơ thị hóa dẫn đến sự thay đổi nhanh chóng của lớp phủ thực vật
và sử dụng đất. Để xác định thay đổi sử dụng đất đô thị và vùng ngoại ô của hai
thành phố Polost và Novopolost, người ta đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh SPOT.
Tư liệu viễn thám của khu vực nghiên cứu là ảnh SPOT 3 chụp ngày
24/6/1994 độ phân giải 20m (kênh toàn sắc 10m) và ảnh SPOT 5 chụp ngày
19/6/2002 độ phân giải 10m. Các ảnh được nắn chỉnh hình học về lưới chiếu
UTM-84. Các kết quả phân tích thực hiện bằng phần mềm PCI Geomatic.
Nghiên cứu được thực hiện theo hai phương pháp đó là phương pháp phân
loại ảnh đa thời gian và phương pháp so sánh sau phân loại.
Ảnh đa thời gian năm 1999 - 2002 được tạo ra trên 3 kênh ảnh XS1,
XS2, XS3. Ảnh năm 2002 được tái chia mẫu theo phương pháp người láng giềng
gần nhất để có cùng độ phân giải với ảnh năm 1994. Và dùng phép biến đổi
histogram để chuyển từ hệ RGB sang hệ HIS. Phương pháp này khơng cần
hiệu chỉnh khí quyển nhưng cần thận trọng trong q trình lựa chọn vùng biến
động và khơng biến động.
Đối với phương pháp so sánh sau phân loại tác giả đã phân loại bằng nhiều
phương pháp khác nhau để chọn ra phương pháp có độ chính xác cao nhất như
phân loại khơng kiểm định, phân loại có kiểm định theo xác suất cực đại, phương
pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo.
Kết quả thực nghiệm đạt được như sau:

- Phương pháp thứ nhất: Có ba ảnh khác nhau được tạo ra từ ba kênh


13

ảnh, tuy nhiên bản đồ biến động cuối cùng được tạo ra từ hai kênh XS1 và
XS2. Ảnh của kênh XS3 tương tự như kênh XS2. Giá trị của các pixel biến động
được thể hiện ở biên của biểu đồ phân bố, giá trị pixel không thay đổi dao động
xung quanh giá trị trung bình. Độ chính xác của lớp thay đổi tương đối thấp chỉ
đạt 64,3%, độ chính xác vùng khơng thay đổi đạt 94,8%, độ chính xác tồn bộ
85,8%, hệ số Kappa 0,63.
- Phương pháp thứ hai: Ba phương pháp phân loại được thực hiện trên ảnh
1994 và 2002, độ chính xác tồn bộ từ 75% đến 86,3%. Phương pháp phân
loại có kiểm định theo xác suất cực đại và phương pháp trí tuệ nhân tạo đạt độ
chính xác từ 83,1% đến 86,3%.
Tuy nhiên, ma trận sai số được tạo ra cho thấy kết quả độ chính xác toàn
bộ của bản đồ biến động tương ứng là 71% và 69%, thấp hơn so với phương
pháp phân loại trực tiếp từ ảnh đa thời gian.
Sự nhầm lẫn giữa các lớp phân loại như đất nông nghiệp và đất trồng cỏ,
đất xây dựng và đất giao thông là nguyên nhân dẫn đến sai sót trong kết quả
phân loại, do đó ảnh hưởng đến kết quả biến động.
1.2.3 Tình hình sử dụng đất nông nghiệp Việt Nam trong những năm gần đây
Việt Nam có tổng diện tích tự nhiên khoảng 33.121,2 nghìn ha trong đó diện
tích đất nơng nghiệp là 24.583,8 nghìn ha chiếm 74,2% nhưng chỉ có 8.973,8
nghìn ha (năm 2000) chiếm 27,09% tổng diện tích tự nhiên là đất sản xuất nơng
nghiệp. Trong đó có 2 vùng đồng bằng trù phú là đồng bằng sông Hồng rộng gần
800 ngàn ha, đồng bằng sông Cửu Long khoảng 2,5 triệu ha. Nhưng hiện chúng
đều bị chia nhỏ, manh mún khiến một số cơng trình thủy nơng khơng cịn tác
dụng. Mặt khác, đất nông nghiệp đang bị tùy tiện chuyển đổi. Hiện trạng
sử dụng đất nơng nghiệp của Việt Nam tính đến ngày 1/1/2006 được thể

hiện trong bảng 1.2.
Diện tích đất canh tác Việt Nam vào loại thấp nhất thế giới, đất canh tác
chỉ khoảng 0,113ha/người trong khi Thái Lan 0,3ha/người. Trong khi những
mảnh đất màu mỡ cứ ít đi, nhường chỗ dần cho những khu cơng nghiệp,
sân golf thì mỗi năm dân số tăng khoảng 1 triệu người. Đất nông nghiệp


14

khơng thể phục hồi hoặc có thể thì rất ít. Theo quy hoạch sử dụng đất đến năm
2010 diện tích đất nơng nghiệp là 9.363,1 nghìn ha, nhưng với tốc độ tăng dân số
hiện nay từ 77,6 triệu dân năm 2000 đến 86,5 triệu dân năm 2010 đã làm diện
tích đất nơng nghiệp bình qn theo đầu người của cả nước giảm 0,113ha/người
xuống cịn 0,108ha/người. Trong vịng 10 năm bình qn đất nơng nghiệp đã giảm
50m2/người, mỗi năm giảm bình quân 5m2/người.
Bảng 1.3 Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp Việt Nam (1/1/2006)
(Nguồn: Niên giám thống kê 2006)
Chỉ tiêu

Diện tích

Tỷ trọng

(nghìn ha)

%

Tổng diện tích đất nơng nghiệp

24583,8

100

1. Đất sản xuất nông nghiệp

9412,2

38.36

Đất trồng cây hàng năm

6358,1

67.55

Đất trồng lúa

4151,8

65.30

50,6

0.80

Đất trồng cây hàng năm khác

2155,7

33.90

Đất trồng cây lâu năm

3054,1

32.45

2. Đất lâm nghiệp

14437,3

58.73

Rừng sản xuất

5386,9

37.31

Rừng phòng hộ

6990

48.42

Rừng đặc dụng

2060,4

14.27

701,6

2.85

4. Đất làm muối

14,1

0.06

5. Đất nông nghiệp khác

18,6

0.08

Đất cỏ dùng vào chăn nuôi

3. Đất nuôi trồng thuỷ sản

Tuy trước mắt Việt Nam vẫn là nước xuất khẩu lương thực khá ổn định, an
ninh lương thực cấp quốc gia chưa phải là điều đáng quan ngại nhưng cứ với tốc độ
chuyển đổi đất như hiện nay sẽ đặt cho tương lai nhiều thách thức.
Dự tính nhu cầu lương thực của cả nước năm 2010 là 42 triệu tấn (tăng 5


15

triệu so với năm 2005). Với diện tích gieo trồng lúa hiện nay là 7,15 triệu ha thì có

thể đạt sản lượng 39 triệu tấn thóc (hệ số sử dụng đất trồng 1,8). Như vậy không
đáp ứng được nhu cầu lương thực. Trong khi đó, để đảm bảo đến năm 2010 vẫn
giữ được diện tích trên là một khó khăn lớn trước sức ép tăng dân số và sức ép về
cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa.
Theo kết quả nghiên cứu của Viện nghiên cứu định canh thì từ năm 2000 đến
năm 2006 diện tích đất trồng lúa cả nước đã mất đi 318,4 nghìn ha, đây là con số
khơng nhỏ khi mà đất đai nhất là đất trồng lúa không tự nhiên sinh ra được.
Bằng chứng từ một số nước châu Á cho thấy sản lượng lương thực đã giảm
mạnh khi diện tích đất trồng lúa bị mất. Nơng nghiệp các nước này chỉ còn chiếm
10% GDP, Hàn Quốc còn 3,2% GDP, Đài Loan là 4% GDP. Với lợi nhuận thu
được từ công nghiệp, các nước này nhập khẩu lương thực. Hàng năm Nhật Bản
nhập 23,7 tỷ USD, Hàn Quốc: 4,6 tỷ USD, Đài Loan: 2,5 tỷ USD, Malaysia: 1,3
tỷ USD.


16

CHƯƠNG 2
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM
VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
2.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VIỄN THÁM
Viễn thám được định nghĩa như là một khoa học cơng nghệ mà nhờ nó các
tính chất của vật thể được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà khơng cần tiếp xúc
trực tiếp với chúng.
Sóng điện từ được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tài
liệu chủ yếu trong viễn thám. Nhưng năng lượng từ trường, trọng trường cũng có
thể được sử dụng.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được
gọi là bộ cảm.
Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang, gồm khí cầu,

máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ.
Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp
ảnh và thu nhận thông tin các đối tượng trên mặt đất. Từ năm 1858 người ta
đã bắt đầu sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh nhằm mục đích thành lập bản đồ
địa hình. Những bức ảnh hàng khơng đầu tiên chụp từ máy bay được Wilbur
Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia. Từ đó đến nay, phương
pháp sử dụng ảnh hàng không là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Trên
thế giới, việc phân tích ảnh hàng khơng đã góp phần đáng kể trong việc phát hiện
nhiều mỏ dầu và khống sản trầm tích.
Vào giữa những năm 1930, người ta đã có thể chụp ảnh mầu và đồng thời
thực hiện nhiều cuộc nghiên cứu nhằm tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức xạ
gần hồng ngoại có tác dụng hữu hiệu trong việc loại bỏ ảnh hưởng tán xạ và mù
của khí quyển. Từ năm 1960, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho phép thu
được hình ảnh ở các dải sóng khác nhau bao gồm cả dải sóng hồng ngoại và sóng
cực ngắn. Sau đó sự thành cơng trong việc chế tạo các bộ cảm biến và các tàu vũ
trụ, các vệ tinh nhân tạo đã cung cấp khả năng thu nhận hình ảnh của trái đất
từ trên quỹ đạo góp phần hữu ích cho việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, biến
động sử dụng đất, cấu trúc địa mạo, nhiệt độ, gió trên bề mặt đại dương …


17

Viễn thám có thể phân loại làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt
- Viễn thám siêu cao tần

Hình 2.1 Các kênh sử dụng trong viễn thám
Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời.
Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500mµ. Tư liệu viễn thám thu

được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật
thể và bề mặt trái đất. Vì vậy, các thơng tin về vật thể có thể được xác định từ các
phổ phản xạ. Tuy nhiên, radar sử dụng tia laser là trường hợp ngoại lệ không sử
dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là
bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra. Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình
thường đều phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước song 10.000mµ.
Trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ
động và bị động. Trong viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do
chính vật thể phát ra được ghi lại, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại
thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể (hình 2.2)
2.1.1 Vệ tinh viễn thám và tư liệu sử dụng trong viễn thám
2.1.1.1 Vệ tinh Landsat


18

Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám
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 7 thế hệ vệ tinh Landsat được
phóng lên quỹ đạo. Độ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 980, quỹ
đạo đồng bộ mặt trời, chu kỳ lặp 18 ngày, bề rộng tuyến chụp 185km.
Hai bộ cảm của vệ tinh Landsat đều là máy quét quang cơ: MSS
(Multispectral scanner) và TM (Thematic mapper).
Bộ cảm MSS hoạt động ở dải phổ nhìn thấy và hồng ngoại.
Bảng 2.1 Kênh phổ của MSS
Kênh phổ Dạng phản xạ phổ Chiều dài bước sóng (µm)
1

Nhìn thấy - Xanh

0,5 - 0,6

2

Nhìn thấy - Đỏ

0,6 - 0,7

3

Hồng ngoại

0,7 - 0,8

4

Hồng ngoại

0,8 - 1,1

Đặc điểm của MSS là sử dụng 4 băng phổ, mỗi băng phổ có trang bị 6 bộ
thu sử dụng sợi quang học. Độ phân giải mặt đất từ 40m đến 80m, độ rộng đường
quét 185km.


19

Bộ cảm TM sử dụng vùng phổ nhìn thấy, hồng ngoại gần và hồng ngoại nhiệt.
Bảng 2.2 Kênh phổ của TM
Kênh phổ

Bước sóng (µm)

1

0,45 - 0,52

2

0,52 - 0,60

3

0,63 - 0,69

4

0,76 - 0,90

5

1,55 - 1,75

6

10,4 - 12,5

7

2,08 - 2,35

Đặc điểm của TM là:
- Độ rộng đường quét 185km
- Độ phân giải mặt đất 30m
2.1.1.2 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.
Bảng 2.3 Các thông số của ảnh vệ tinh SPOT - 3
Các đặc trưng ca HRV
Kênh

Dng a ph
0,50 - 0,59 àm

Dng ton sc
0,51 - 0,73 àm

0,61 - 0,68 àm
0,79 - 0,89 àm
Trờng nhìn

4o13

4o13

Độ phân giải

20m x 20m

10m x 10m

Số pixel trên một hàng

3000

6000

Độ rộng ®ường quÐt

60km

60km

’