Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất cấp huyện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
-----------***-----------

LÊ ANH TUẤN

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ
THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT CẤP HUYỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
-----------***-----------

LÊ ANH TUẤN

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ
THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT CẤP HUYỆN
Ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số : 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS Phạm Vọng Thành

HÀ NỘI - 2014


LỜI CAM ĐOAN

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

Lê Anh Tuấn


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC........................................................................................................ 1
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. ............................................................... 1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. .......................................................................... 2
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU. ........................................................................... 2
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. ........................................................................ 2
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................. 2
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU. ...... 3
7. BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI................................................................................. 3
8. LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
VÀ VIỄN THÁM - GIS. ................................................................................. 5
1.1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT. .................. 5
1.1.1 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất............................................. 5

1.1.2 Cơ sở toán học của bản đồ biến động sử dụng đất................................... 8
1.2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM - GIS. .................................................. 12
1.2.1 Tổng quan về viễn thám......................................................................... 12
1.2.2 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS.......................................... 32
CHƯƠNG 2. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SO SÁNH SAU PHÂN LOẠI. .......................... 43
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT. ..... 43
2.1.1 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp so sánh sau phân loại. ......... 43
2.1.2 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời
gian. ................................................................................................................. 44


2.1.3 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp chồng xếp ảnh phân loại lên
bản đồ đã có..................................................................................................... 45
2.1.4 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh. ... 45
2.1.5 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp kết hợp. ............................... 46
2.1.6 So sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp...................................... 47
2.2 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ
DỤNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SO SÁNH SAU PHÂN LOẠI. .......... 48
2.2.1 Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh: ................................................................. 50
2.2.2 Nhập ảnh: ............................................................................................... 50
2.2.3 Tăng cường chất lượng ảnh: ................................................................. 50
2.2.4 Nắn chỉnh tư liệu ảnh: ............................................................................ 50
2.2.5 Phân loại ảnh: ......................................................................................... 52
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG
SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN MỸ HÀO – TỈNH HƯNG YÊN THỜI KỲ
2003 – 2011 BẰNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS. ............................. 53
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU. ........................ 53
3.1.1.Vị trí địa lý. ............................................................................................ 53
3.1.2. Diện tích, dân số và đơn vị hành chính................................................. 54

3.1.3. Tài nguyên thiên nhiên.......................................................................... 55
3.1.4. Kết cấu hạ tầng...................................................................................... 56
3.1.5. Văn hóa - du lịch. ................................................................................. 56
3.1.6. Kinh tế - xã hội..................................................................................... 57
3.2. THU THẬP, ĐÁNH GIÁ THÔNG TIN TƯ LIỆU ................................ 57
3.2.1. Tư liệu ảnh vệ tinh. ............................................................................... 57
3.2.2. Tư liệu bản đồ. ...................................................................................... 58
3.3 XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH............................................................................ 58
3.4 THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH. ............................................... 59


3.5 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NỀN................................................................... 61
3.6 GIẢI ĐOÁN NỘI NGHIỆP. ..................................................................... 62
3.7 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN MỸ
HÀO – HƯNG YÊN. ...................................................................................... 71
3.8 CHUẨN HOÁ CƠ SỞ DỮ LIỆU. ............................................................ 72
3.9 BIÊN TẬP VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
HUYỆN MỸ HÀO – HƯNG YÊN................................................................. 73
3.10 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG
ĐẤT GIAI ĐOẠN 2003 – 2011. .................................................................... 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 81
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 82


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. So sánh hai phương pháp giải đốn................................................ 23
Bảng 1.2: Các thơng số kỹ thuật của bộ cảm TM........................................... 25
Bảng 1.3: Các thông số của ảnh SPOT: .......................................................... 27

Bảng 3.1: Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2003. ......................................... 69
Bảng 3.2: Đánh giá độ chính xác phân loại ảnh năm 2003. ........................... 70
Bảng 3.3: Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2011. ......................................... 70
Bảng 3.4: Đánh giá kết quả phân loại năm 2011. ........................................... 71
Bảng 3.5: Kết quả biến động các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2003- 2011..... 76


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu tạo hệ thống viễn thám. ........................................................... 13
Hình 1.2: Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng..................................... 14
Hình 1.3: Ngun lý thu nhận hình ảnh viễn thám. ........................................ 15
Hình 1.4: Đặc tính phản xạ phổ của lớp phủ thực vật. .................................. 18
Hình 1.5: Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng. ........................................... 19
Hình 1.6: Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước. ......................................... 20
Hình 1.7: Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số. ..................................................... 22
Hình 1.8: Vệ tinh Landsat. .............................................................................. 24
Hình 1.9: Vệ tinh SPOT. ................................................................................. 26
Hình 1.10: Vệ tinh CosMos. ........................................................................... 28
Hình 1.11: Vệ tinh IKONOS.......................................................................... 29
Hình 1.12: Vệ tinh VNREDSat-1. ................................................................. 30
Hình 1.13: Cấu trúc của cơ sở tri thức. ........................................................... 35
Hình 1.14: Cấu trúc Vector và Raster. ............................................................ 36
Hình 2.1: Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp so sánh sau phân
loại. .................................................................................................................. 43
Hình 2.2: Nghiên cứu biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa
thời gian........................................................................................................... 44
Hình 2.3: Nghiên cứu biến động bằng phương pháp cộng màu trên một
kênh ảnh.......................................................................................................... 46
Hình: 2.4: Quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất........................ 49
Hình 3.1: Sơ đồ vị trí huyện Mỹ Hào, tỉnh Hưng Yên. .................................. 54

Hình 3.2. Sơ đồ quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh. ............................... 60
Hình 3.3 Đồ thị phổ khu vực đất xây dựng..................................................... 62
Hình 3.4 Đồ thị phổ khu vực mặt nước........................................................... 63
Hình 3.5 Đồ thị phổ khu vực đất nông nghiệp................................................ 63


Hình 3.6 Đồ thị phổ khu vực đất dân cư. ........................................................ 63
Hình 3.7 Đồ thị phổ khu vực đất trống. .......................................................... 64
Hình 3.8 Xây dựng tệp mẫu cho ảnh .............................................................. 64
Hình 3.9 Bảng xây dựng tệp mẫu ảnh năm 2003............................................ 65
Hình 3.10 So sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại ảnh năm 2003......... 65
Hình 3.11 Bảng xây dựng tệp mẫu ảnh năm 2011.......................................... 66
Hình 3.12 So sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại năm 2011................ 67
Hình 3.13 Lựa chọn phương pháp phân loại................................................... 67
Hình 3.14 Kết quả phân loại ảnh năm 2003.................................................... 68
Hình 3.15 Kết quả phân loại ảnh năm 2011.................................................... 68
Hình 3.16 Chú giải bản đồ biến động hiện trạng sử dụng đất thời kỳ 20032011 huyện Mỹ Hào - Hưng Yên.................................................................... 74


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.
Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất
vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực
thực phẩm cho con người. Đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các
sinh vật cạn, là nền móng cho các cơng trình xây dựng dân dụng, cơng nghiệp
và văn hóa của con người. Nhưng với nhịp độ gia tăng dân số và tốc độ phát
triển công nghiệp và hoạt động đô thị hố như hiện nay thì diện tích đất canh
tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng bị suy thối, diện tích đất

bình qn đầu người giảm. Riêng chỉ với ở Việt Nam, thực tế suy thoái tài
nguyên đất là rất đáng lo ngại và nghiêm trọng.
Trong vịng 50 năm trở lại đây, cơng nghệ viễn thám và hệ thông tin địa
lý được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái đất cũng như
công tác thành lập bản đồ chuyên đề. Công nghệ viễn thám với những ưu thế
của nó mà những nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu thông dụng
không thể có được như: tính chất cập nhật thơng tin, tính chất phong phú của
thơng tin đa phổ, tính đa dạng của tư liệu.
Trong công quản lý đất đai , một trong những vai trị quan trọng của
cơng nghệ viễn thám là góp phần tích cực trong việc nghiên cứu, xác định
hiện trạng và những thay đổi của các yếu tố sử dụng đất do nhiều nguyên
nhân như chuyển đổi canh tác, mở rộng vùng dân cư, làm nương rẫy…Việc
sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất đã được các cơ
sở nghiên cứu, cơ sở sản xuất ở nước ta quan tâm. Công nghệ viễn thám đã
phục vụ cho công tác nghiên cứu, khai thác sử dụng có hiệu quả cứu tài
nguyên đất.


2

Để nghiên cứu biến động sử dụng đất, người ta có thể sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau từ số liệu thống kê, từ các cuộc điều tra nông nghiệp
nông thơn… Các phương pháp này mặc dù có ưu điểm là độ chính xác cao
nhưng nhược điểm của chúng là tốn kém thời gian và kinh phí. Với khả năng
cung cấp thông tin đa dạng và cập nhật của tư liệu viễn thám, khả năng tích
hợp, phân tích thơng tin của hệ thống thông tin địa lý GIS kết hợp với phương
pháp truyền thống thì việc nghiên cứu thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
sẽ đạt hiệu quả cao hơn. Vì vậy em đã thực hiện luận văn với đề tài:
“ Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản
đồ biến động sử dụng đất cấp huyện”.

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI.
Kết hợp công nghệ viễn thám và GIS để thành lập bản đồ biến động sử
dụng đất huyện Mỹ Hào – Hưng Yên giai đoạn 2003 – 2011.
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
- Phạm vi không gian: khu vực huyện Mỹ Hào – Hưng Yên.
- Thời kỳ nghiên cứu: thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện
Mỹ Hào – Hưng Yên giai đoạn 2003 – 2011.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
- Nghiên cứ cơ sở khoa học thành lập bản đồ biến động sử dụng đất.
- Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để xây dựng bản đồ biến động
sử dụng đất khu vực huyện Mỹ Hào – Hưng Yên giai đoạn 2003 - 2011.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
* Phương pháp tổng hợp kế thừa:


3

- Thu thập tài liệu đã có liên quan tới nội dung của luận văn (tư liệu ảnh
viễn thám, bản đồ, số liệu thống kê…).
- Phân tích, lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp.
- Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến
nội dung luận văn.
* Phương pháp phân tích thống kê:
- Các số liệu thống kê thu thập được từ các cơ quan lưu trữ đầu nghành qua
quá trình xử lý, phân tích sẽ bổ sung thêm nội dung để thành lập bản đồ biến động.
* Phương pháp kết hợp viễn thám và công nghệ GIS:
* Phương pháp thực địa.
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.
Ý nghĩa khoa học: Các tư liệu viễn thám kết hợp với hệ thống thơng tin
địa lý giúp nhanh chóng thu nhận các thơng tin một cách chính xác. Đề tài

vận dụng các ưu điểm của công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ
nói chung và bản đồ biến động sử dụng đất khu vực Mỹ Hào – Hưng n nói
riêng, làm cơ sở cho các cơng tác nghiên cứu, quản lý, sử dụng tài nguyên đất.
Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài giúp thành lập bản đồ sử dụng đất nhằm xác
định được sự thay đổi, biến động của việc sử đất từ đó giúp các nhà lãnh đạo
địa phương đưa ra được hướng quy hoạch cũng như kế hoạch sử dụng tài
nguyên đất một cách hợp lý.
7. BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI.
* Luận văn được trình bày trong ba chương:
Chương 1: Tổng quan về bản đồ biến động sử dụng đất và các phương
pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất.


4

Chương 2: Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng phương pháp
so sánh sau phân loại.
Chương 3: Thực nghiệm thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện
Mỹ Hào – Tỉnh Hưng Yên giai đoạn 2003 - 2011.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
8. LỜI CẢM ƠN
Được sự cho phép của Trường Đại học Mỏ - Địa chất, khoa Trắc Địa,
Bộ môn Đo ảnh và viễn thám, tôi đã tiến hành thực hiện luận văn với đề tài:
“Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ
biến động sử dụng đất cấp huyện”.
Để thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được sự chỉ bảo tận tình và quý
báu của thầy giáo hướng dẫn PGS. TS. Phạm Vọng Thành.
Sau khi đã hồn thành luận văn, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới
thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Phạm Vọng Thành đã giúp tơi hồn thành

luận văn này.


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT
VÀ VIỄN THÁM - GIS
1.1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT.
1.1.1 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.
Để nghiên cứu biến động sử dụng đất, người ta có thể sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau từ số liệu thống kê, từ các cuộc điều tra nơng nghiệp
nơng thơn. Các phương pháp này mặc dù có ưu điểm là độ chính xác cao
nhưng nhược điểm của chúng là tốn kém thời gian và kinh phí,đồng thời
chúng khơng thể hiện được sự thay đổi mục đích sử dụng từ loại đất gì sang
loại đất gì và diễn ra ở khu vực nào.
Phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu viễn
thám đa thời gian sẽ khắc phục được các nhược điểm đó.
Trước tiên để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất chúng ta cần tìm
hiểu một số những khái niệm cơ bản:
- Thứ nhất: đất nông nghiệp là những loại đất nào?
Đất nông nghiệp là đất được dùng vào sản xuất nông nghiệp, đất lâm
nghiệp, đất làm muối và đất nông nghiệp khác. Đất sản xuất nông nghiệp (kể
cả đất dùng cho nghiên cứu khoa học nông nghiệp) bao gồm đất trồng các loại

6

cây hàng năm, đất trồng cây lâu năm, đất trồng cỏ cho chăn ni, đất vườn
liền nhà, diện tích mặt nước nuôi trồng thủy sản.
Trong đất nông nghiệp, đất trồng cây hàng năm chiếm tỷ trọng lớn
nhất. Đặc điểm của loại đất này là tương đối bằng phẳng, có nguồn nước khá
ổn định thích hợp với trồng cây nơng nghiệp hàng năm bao gồm lúa, màu, cây
công nghiệp ngắn ngày, rau, đậu… Ở đồng bằng lúa là cây hàng năm phổ
biến nhất nhưng ở miền núi, lúa nương, ngô, sắn là những cây hàng năm quan
trọng. Đó là những cây trồng mà thời gian gieo trồng và thời gian thu hoạch
cơ bản kết thúc trong một năm.
Đất trồng cây lâu năm là đất cây nông nghiệp trồng một lần nhưng cho
sản phẩm trong nhiều năm. Loại đất này gồm đất trồng cây công nghiệp lâu
năm như chè, cà phê, cao su, dừa, tiêu, điều; đất trồng cây ăn quả như xoài,
nhãn, vải, cam, nho… và đất trồng cây hàng năm khác như cau, trầu, dâu tằm.
Đất lâm nghiệp bao gồm diện tích rừng tự nhiên, rừng trồng, đất các
trại thực nghiệm lâm sinh và diện tích gieo ươm các giống cây lâm nghiệp.
- Thứ hai: bản đồ biến động đất nơng nghiệp có vai trị gì?
Bản đồ biến động đất nông nghiệp là bản đồ chuyên đề về nông nghiệp
phản ánh tình hình biến động sử dụng đất nơng nghiệp theo những nội dung và tỷ
lệ khác nhau.
Trong nông nghiệp để 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. Để 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, đối với
quy mơ tồn quốc sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ.
Bản đồ biến động đất nơng nghiệp ngồi các yếu tố nội dung cơ bản
của bản đồ chuyên đề như địa hình, địa vật, giao thông, thủy văn… phải thể

hiện được sự biến động về sử dụng đất nông nghiệp theo thời gian.


7

Các thơng tin về tình hình sử dụng đất, biến động sử dụng đất nông
nghiệp kết hợp với các thông tin có liên quan là một yếu tố quan trọng để tính
tốn hàng loạt các chỉ tiêu,phân tích phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch và
quản lý đất đai để đảm bảo sử dụng đất bền vững, hiệu quả, thân thiện môi
trường và quan trọng nhất là đảm bảo an ninh lương thực.
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 không 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 thơng 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 đất nông nghiệp là thể hiện được rõ sự
biến động theo không 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 không
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 thôn…
Về cơ bản, bản đồ biến động đất nông nghiệp được thành lập trên cơ sở
hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp 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 nông nghiệp tại hai thời điểm nghiên cứu.


8

a. Tổng quan về tình hình sử dụng đất trên thế giới.
Trong vòng 20 năm qua, dưới áp lực gia tăng dân số tình hình sử dụng
đất trên thế giới có nhiều thay đổi. Q trình đơ thị hố diễn ra mạnh mẽ đã
nảy sinh nhiều vấn đề đặc biệt là sự thay đổi sử dụng đất.
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 nơng
nghiệp Châu Mỹ chiếm 35%, Châu Á chiếm 26%, Châu Phi chiếm 20%,
Châu Âu 13%, Châu Đại Dương 6%.
Bình qn 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 hố, cơng
nghiệp hố. 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 hố, đơ
thị hố 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 nhất
khoảng 1%.
b. Tổng quan về tình hình thành lập bản đồ biến động 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 đổi 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 lớp phủ thực vật và rừng.


9

Việc nghiên cứu biến động và thành lập bản đồ biến động sử dụng đất
đã được thực hiện ở nhiều quốc gia. Trong các phương pháp được sử dụng
hiệu quả nhất là kết hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý.
* 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 441 km2.
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, dung phương pháp phân
loại trực tiếp ảnh đa thời gian và thành lập bản đồ 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 tri
thức cơ sở sau đó biểu diễn chúng theo 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.
* 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 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

10

Bonab và Maraghen. Dựa trên tư liệu thu thập được là ảnh vệ tih Landsat năn
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 năm 1998. Sau đó sử dụng chúc năng của phần mềm GIS để
xác định biến động và thành lập bản đồ biến động sử dụng đất.
* 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 ảnh viễn thám đã được nghiên cứu thực
nghiệm trên khu vực đảo Lesvos thuộc vùng biển Địa Trung Hải. Khu vực
nghiên cứu rộng 163.000 ha, tư liệu ảnh thu thập được gồm 6 thời điểm kéo
dài trong 27 năm. Gồm ảnh Landsat MSS 1975, TM 1987, TM1995, TM
1999, ETM 2000, ETM 2001.
Các ảnh vệ tinh được phân loại độc lập theo phương pháp xác suất cực
đại dựa trên các vùng mẫu được lự 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 và độ chính xác của bản đồ
biến động sử dụng đất.
* 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

11

vùng nghiên cứu trên tồn bộ lãnh thổ phía Bắc (huyện Mae Chaem thành phố
Chiang Mai), phía Tây ( Kanchanaburi), phía Nam (The Ao Sawi Area), phía
Đơng (The Eastern Sea Board), phía Đơng Bắc (Phusithan, Sakol NakornNakorn Phanom).
Tư liệu nghiên cứu là ảnh vệ tinh Landsat năm 1990 và 1999. Đầu tiên
tiến hành phân loại độc lập hai ảnh vệ tinh sau đố sử dụng chức năng phân
tích khơng gian của GIS để tính tốn biến động và thành lập bản đồ biến động
sử dụng đất.
* Belarus
Q trình đơ thị hố dẫn đến sự thay đổi nhanh chóng của các 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 Spot.
Tư liệu viễn thám của khu vực nghiên cứu là ảnh Spot 3 chụp ngày
24/06/1994 độ phân giải 20m (kênh toàn sắc 10m) và ảnh Spot 5 chụp ngày
19/06/2002 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 phân
loại ảnh đa thời gian và phương pháp so sánh sau phân loại.
1.1.2 Cơ sở toán học của bản đồ biến động sử dụng đất.
a. Hệ quy chiếu và lưới chiếu bản đồ.
Lưới chiếu toạ độ phẳng là bài toán biến đổi các yếu tố hình học trên
mặt quy chiếu về mặt phẳng. Hai yêu cầu cơ bản để lựa chọn lưới chiếu là
phải đảm bảo tính đồng dạng hình học sau khi chiếu và tỷ lệ biến dạng chiều
dài có thể bỏ qua được so với các sai số cho phép của bản đồ cơ bản. Về mặt

12

lý thuyết có rất nhiều lưới chiếu mặt phẳng thoả mãn điều kiện này. Tuy
nhiên khi chọn lưới chiếu cho phù hợp với lãnh thổ, người ta còn chú ý tới
các yếu tố:
- Mục đích, nhiệm vụ, hình thức sử dụng bản đồ.
- Đặc điểm lãnh thổ cần thành lập bản đồ (vị trí địa lý, kích thước, hình
dạng lãnh thổ…)
- Tỷ lệ, nội dung, độ chính xác của bản đồ.
b. Bố cục của bản đồ.
Đảm bảo thể hiện tốt nhất ý tưởng của bản đồ, đảm bảo tính mỹ thuật
và thuận tiện cho xây dựng, sử dụng và bảo quản chúng cũng như các điều
kiện kỹ thuật khác như kích thước giấy in, khn máy in….
Phải đảm bảo lãnh thổ cần xây dựng bản đồ nằm ở trung tâm của mảnh
và kích thước của mỗi mảnh bản đồ khơng vượt quá khuôn khổ tờ giấy A0,
Tên của mỗi mảnh bản đồ là tên của đơn vị hành chính tương ứng và có đầy
đủ chú giải về loại hình sử dụng đất.
c. Tỷ lệ bản đồ.
Tỷ lệ bản đồ phản ánh độ chính xác, mức độ chi tiết và mức độ đầy đủ
của bản đồ. Tỷ lệ bản đồ được xác định theo căn cứ sau:
- Mục đích, yêu cầu thành lập bản đồ.
- Phù hợp với tỷ lệ bản đò quy hoạch phân bố sử dụng đất cùng cấp.
- Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để thể hiện đầy đủ nội dung.
- Không cồng kềnh, tiện lợi khi xây dựng và dễ cho sử dụng bản đồ, phù
hợp tiền vốn, vật tư kỹ thuật, máy móc và trình độ chuyên môn của địa phương.
1.2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM - GIS.
1.2.1 Tổng quan về viễn thám.
a. Khái niệm về viễn thám.

13

Kỹ thuật viễn thám, một trong những thành tựu khoa học kỹ thuật đạt đến
trình độ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực kinh tế- xã hội, đặc biệt có hiệu quả cao trong ứng dụng đối với khí
tượng thủy văn và tài nguyên môi trường đối với nhiều nước trên thế giới.
Viễn thám được định nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương
pháp thu nhận, đo lường, phân tích thơng tin của đối tượng mà khơng có
những tiếp xúc trực tiếp với chúng.

Hình 1.1: Cấu tạo hệ thống viễn thám.
Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, tuy nhiên, mọi định
nghĩa đều có nét chung và nhấn mạnh rằng viễn thám là khoa học thu nhận từ
xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất.
Về bản chất viễn thám là công nghệ nhằm xác định và nhận biết các đối
tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua các đặc trưng riêng về phản
xạ hoặc bức xạ điện từ. Tuy nhiên những năng lượng như 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 đối tượng được gọi là bộ cảm.


14

Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang. Vật mang
có thể là kinh khí cầu, máy bay hoặc vệ tinh.
Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông
tin về đối tượng.
Viễn thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thông tin phổ nhận
biết, xác định được các đối tượng.

Hình 1.2: Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng.
Viễn thám có thể phân thành ba loại theo sóng sử dụng.
+ Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại.
+ Viễn thám hồng ngoại nhiệt.
+ Viễn thám siêu cao tần.


15

Sơ đồ phân loại bước sóng chỉ ra ở hình 1.2.
b. Nguyên lý cơ bản của viễn thám.
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp
thơng tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám cung cấp thông
tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng
đã xác định. Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ do ảnh viễn thám
ghi nhận, cho phép tách thơng tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau
do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể. Hình 1.3 thể hiện sơ đồ nguyên
lý thu nhận ảnh viễn thám.

Hình 1.3: Nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám.
Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt
trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được bộ
cảm biến đặt trên vật mang thu nhận.
Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám
thu nhận và xử lí tự động trên máy hoặc giải đốn trực tiếp từ ảnh dựa trên
kinh nghiệm của chuyên gia.Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan


16

đến các vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào
trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nơng lâm nghiệp, địa chất, khí tượng,
mơi trường…..
c. Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu ảnh viễn thám.
Tồn bộ q trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5
phần cơ bản như sau:
- Nguồn cung cấp năng lượng.
- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển.
- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt đất.
- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu.
- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lí.
Năng lượng điện từ của ánh sáng sau khi truyền qua các cửa sổ khí
quyển tương tác với các đối tượng trên bề mặt trái đất và phản xạ lại để các
thiết bị thu của viễn thám có thể ghi nhận các tín hiệu đó. Q trình này thực
hiện qua 3 bước chính sau:
+ Phát hiện.
+ Ghi tín hiệu.
+ Phân tích các tín hiệu phổ.
d. Đặc trưng phổ phản xạ phổ và các yếu tố chính ảnh hưởng đến
đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên.
Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện
từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc
trưng phổ. Đặc trưng phổ sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để
nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất, nó sẽ cho phép giải thích được mối