Ứng dụng tư liệu viễn thám và gis trong đánh giá và dự đoán biến động lớp đất phủ

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

PHẠM THỊ HÀ

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
ĐÁNH GIÁVÀ DỰ ĐOÁN BIẾN ĐỘNG
LỚP ĐẤT PHỦ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT


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

PHẠM THỊ HÀ

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ ĐOÁN BIẾN ĐỘNG
LỚP ĐẤT PHỦ

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
Mã số: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS Nguyễn Thị Mai Dung

Hà Nội - 2012

Họ và tên : Phạm Thị Hà
Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thơng tin địa ly
Khóa : 10-2
Đề tài: Ứng dụng tư liệu viễn thám và Gis trong đánh giá và dự đoán biến
động lớp đất phủ


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các tài liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nghiên cứu nào khác.
Hà Nội, ngày 28 tháng 3 năm 2012
Tác giả luận văn

Phạm Thị Hà


1

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
Viết tắt

Viết đầy đủ

1.dr

: Ruộng

2.mn

: Mặt nước

3.dtr

: Đất trống

4.tv

: Thực vật

5.dth

: Đất đô thị

6.PP

: Phương pháp


2

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật về các vệ tinh Landsat………………………………16
Bảng 1.2: Các kênh phổ của hệ thống Landsat TM………………………………..17
Bảng 1.3: Tư liệu viễn thám ảnh vệ tinh tài nguyên độ phân giải thấp……………18
Bảng 1.4.Tư liệu viễn thám vệ tinh tài nguyên độ phân giải trung bình……..........18
Bảng 1.5.Tư liệu viễn thám vệ tinh tài nguyên độ phân giải cao…………….........19
Bảng 3.1: Phân bố sử dụng đất trong tồn huyện Đơng Anh………………...........58
Bảng 3.2.Dữ liệu sử dụng trong luận văn………………………………………….61
Bảng 3.3. Ma trận sai số phân loại ảnh Landsat 1993……………………………..72

Bảng 3.4. Ma trận sai số phân loại ảnh Landsat 2000……………………………..73
Bảng 3.5. Ma trận sai số phân loại ảnh Landsat 2007……………………………..73
Bảng 3.6. Diện tích các đối tượng trên ảnh sau phân loại……………………........77
Bảng 3.7. Ma trận biến động giữa hai năm 1993 – 2000…………………………..81
Bảng 3.8. Ma trận biến động giữa hai năm 2000 – 2007…………………………..82
Bảng 3.9. Tình trạng thay đổi lớp đất phủ giữa các năm 1993,2000,2007………...82
Bảng 3.10. Các ma trận sai số chuyển đổi 1993-2000……………………………..84
Bảng 3.11. Các ma trận sai số chuyển đổi 2000-2007……………………………..86
Bảng 3.12. Ma trận xác suất chuyển đổi lớp đất phủ……………………………....87
Bảng 3.13. Dự đoán lớp đất phủ Đông Anh năm 2014 và 2021…………………...87


3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ tổng qt về lớp phủ mặt đất….. ................................................ ..10
Hình 1.2. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng đất, nước và thực vật………....20
Hình 2.1. Thành lập bản đồ biến động bằng PP so sánh sau phân loại…………….29
Hình 2.2. Thành lập bản đồ biến động bằng PP phân loại ảnh đa thời gian……….30
Hình 2.3. Véc tơ thay đổi phổ……………………………………………………...30
Hình 2.4. Thuật tốn phân tích vector thay đổi phổ………………………………..31
Hình 2.5. Thành lập bản đồ biến động bằng PP mạng nhị phân…………………...34
Hình 2.6. Thành lập bản đồ biến động bằng PP cộng màu trên một kênh ảnh…….36
Hình 2.7.Quy trình phương pháp đánh giá biến động lớp đất phủ………………..39
Hình 2.8. Ma trận M, X và Y………………………………………………………49
Hình 3.1.Khu vực nghiên cứu trên ảnh vệ tinh Landsat chụp Hà Nội năm 1993(Tổ
hợp màu giả với 3 kênh 7-4-2)……………………………………………………..62
Hình 3.2.Khu vực nghiên cứu trên ảnh vệ tinh Landsat chụp Hà Nội 2000……….62
Hình 3.3.Khu vực nghiên cứu trên ảnh vệ tinh Landsat chụp Hà Nội 2007……….63
Hình 3.4.Tọa độ các cặp điểm nắn ảnh Landsat 2007 và sai số nắn ảnh…………..65

Hình 3.5. Tọa độ các cặp điểm nắn ảnh Landsat 1993 và sai số nắn ảnh………….66
Hình 3.6. Tọa độ các cặp điểm nắn ảnh Landsat 2000 và sai số nắn ảnh………….66
Hình 3.7. Ảnh vệ tinh Landsat TM khu vực Đơng Anh năm 1993………………...67
Hình 3.8. Ảnh vệ tinh Landsat TM khu vực Đơng Anh năm 2000………………...67
Hình 3.9. Ảnh vệ tinh Landsat ETM khu vực Đơng Anh năm 2007……………....68
Hình 3.10. Các khóa giải đốn trên ảnh Landsat TM……………………………...71
Hình 3.11. Bản đồ hiện trạng lớp đất phủ Đơng Anh năm 1993…………………..74
Hình 3.12. Bản đồ hiện trạng lớp đất phủ Đơng Anh năm 2000…………………..75
Hình 3.13. Bản đồ hiện trạng lớp đất phủ Đông Anh năm 2007…………………..76
Hình 3.14. Biểu đồ lớp đất phủ Đơng Anh 1993, 2000, 2007……………………..77
Hình 3.15. Bản đồ biến động lớp đất phủ Đơng Anh 1993-2000……………….…79
Hình 3.16. Bản đồ biến động đất phủ Đơng Anh 2000-2007……………………...80
Hình 3.17. Biểu đồ ma trận biến động 1993-2000…………………………………81


4

Hình 3.18. Biểu đồ ma trận biến động 2000-2007…………………………………82
Hình 3.19. Mơ hình dự đốn biến động…………………………………………....87
Hình 3.20. Bản đồ quy hoạch huyện Đông Anh giai đoạn 2000-2020…………….88


5

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Q trình đơ thị hóa ở nước ta trong những năm gần đây đã ảnh hưởng rõ nét
tới biến động lớp đất phủ, nhất là các khu vực ven đô. Tại đây đã diễn ra sự biến đổi
nhanh chóng và phức tạp các loại hình đất. Thực tiễn yêu cầu các cấp các ngành có
biện pháp quản lý và sử dụng đất hợp lý để khai thác tốt nguồn tài nguyên này.

Để nắm được các số liệu lớp đất phủ một cách tổng thể nhằm phục vụ quy
hoạch và định hướng phát triển, hàng năm hiện trạng và tình hình biến động lớp đất
phủ được cập nhật bằng các phương pháp truyền thống như đo vẽ trực tiếp ngoài
thực địa hoặc sử dụng ảnh hàng khơng để xác định diện tích cũng như biến động lớp
đất phủ. Đó là cơng việc phức tạp địi hỏi nhiều thời gian, tốn kém hơn nữa phạm vi
khu vực thực hiện cập nhật các biến động bị hạn chế nên thông tin không đồng thời
điểm. Áp dụng công nghệ viễn thám và GIS cho phép khắc phục các nhược điểm
này. Kỹ thuật viễn thám với khả năng quan sát đối tượng ở các độ phân giải phổ, độ
phân giải khơng gian từ trung bình đến siêu cao và thời gian chụp lặp ngắn cho
phép xác định khách quan, nhanh chóng sự thay đổi lớp đất phủ và biết được xu
hướng biến động. Cung cấp thông tin kịp thời đáp ứng nhu cầu cấp bách của các cấp
các ngành trong cơng tác quản lý đất đai.
Có nhiều đề tài về đánh giá biến động lớp đất phủ ứng dụng viễn thám và
GIS tại Việt Nam đã được thực hiện nhưng đánh giá biến động chỉ trên phương diện
diện tích, dự đoán xu thế biến động chưa được đề cập rõ ràng. Đặc biệt cơng tác
kiểm định độ chính xác của các kết quả biến động vẫn còn sơ sài.
Để giải quyết các vấn đề nêu trên tác giả lựa chọn đề tài “Ứng dụng tư liệu
viễn thám và GIS trong đánh giá và dự đoán biến động lớp đất phủ”.
2.Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là sử dụng công nghệ viễn thám và GIS để nghiên
cứu và đánh giá biến động lớp đất phủ đồng thời dự đoán xu thế biến động lớp đất
phủ tại khu vực nghiên cứu.


6

3.Phạm vi nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn:
- Về không gian: Để thực hiện những nhiệm vụ trên tác giả chọn khu vực
huyện Đông Anh, Thành phố Hà Nội để nghiên cứu. Đông Anh là khu vực ven đơ

đang dần chuyển mình với q trình đơ thị hóa diễn ra nhanh chóng, với những dự
án lớn đã và đang được tiến hành.
- Về nội dung: Đề tài tập trung đánh giá và dự đoán biến động lớp đất phủ,
đánh giá độ chính xác kết quả biến động thu được.
- Về dữ liệu: Quá trình nghiên cứu dựa chủ yếu vào tư liệu ảnh đa thời gian
bao gồm các ảnh Landsat chụp năm 1993, 2000 và 2007. Một số dữ liệu bổ sung
khác bao gồm các loại bản đồ, số liệu thống kê, và một số số liệu thực địa đã được
kết hợp sử dụng.
4. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của đề tài.
Để đạt được các mục tiêu trên, đề tài tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau
đây:
- Tìm hiểu các phương pháp nghiên cứu biến động. Phân tích và lựa chọn
phương pháp tối ưu.
- Thu thập tư liệu ảnh vệ tinh và các thông tin về khu vực nghiên cứu.
- Xử lý và phân tích ảnh vệ tinh để thu nhận thơng tin lớp đất phủ.
- Lập bản đồ biến động và đánh giá biến động lớp đất phủ.
- Lập ma trận đánh giá độ chính xác kết quả đạt được.
- Dự đoán xu thế biến động lớp đất phủ tại khu vực nghiên cứu.
5.Phương pháp nghiên cứu.
Để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài đặt ra, tác giả đã sử dụng phương pháp
tích hợp tư liệu viễn thám và GIS kết hợp với kiểm tra thực địa. Phương pháp viễn
thám được sử dụng để phân loại các ảnh vệ tinh Landsat, các chức năng phân tích
khơng gian của GIS được sử dụng để tích hợp các kết quả phân loại ảnh vệ tinh với
dữ liệu bản đồ.


7

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về mặt khoa học luận văn xây dựng quy trình đánh giá và dự đoán biến động

lớp đất phủ. Bên cạnh đó nó cho phép đánh giá khả năng cơng nghệ của viễn thám
và GIS trong việc nhận biết hiện trạng và phân tích đánh giá biến động của lớp đất
phủ khu vực Đông Anh-Hà Nội.
Về mặt thực tiễn, các kết quả nghiên cứu của luận văn đưa ra các số liệu biến
động lớp đất phủ ở hai giai đoạn 1993-2000, 2000-2007 góp phần chỉ ra khuynh
hướng, dự đốn biến động dưới tác động của q trình đơ thị hóa và sự chuyển đổi
cơ cấu kinh tế trong khu vực hỗ trợ cho các cấp các ngành trong công tác quy hoạch
và quản lý đất.
7. Cấu trúc của luận văn:
Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận được trình bày trong
101 trang với 20 hình, 13 bảng, ảnh, tài liệu tham khảo và phụ lục. Bố cục của luận
văn bao gồm:
Mở đầu
Chương 1: Cơ sở của việc ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trong nghiên
cứu biến động.
Chương 2: Nghiên cứu phương pháp đánh giá và dự đoán biến động lớp đất
phủ.
Chương 3: Thành lập bản đồ biến động và đánh giá - dự đoán xu thế biến
động lớp đất phủ huyện Đông Anh thành phố Hà Nội.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, những người đồng nghiệp
đi trước đã giúp đỡ và có những ý kiến quý báu cho luận văn của tôi. Đặc biệt xin
được gửi lời cảm ơn đến cô giáo TS Nguyễn Thị Mai Dung đã tận tình hướng dẫn
giúp đỡ để tơi hồn thành tốt luận văn này!


8

CHƯƠNG 1
CƠ SỞ CỦA VIỆC ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG
1.1.Lớp đất phủ
1.1.1.Khái niệm về lớp đất phủ
Giữa lớp phủ mặt đất và sử dụng đất có sự khác biệt căn bản. Trong các chú
giải và phân loại trước đây, hai khái niệm này thường bị lẫn lộn. Hiện nay chúng
được định nghĩa như sau:
- Lớp phủ mặt đất là lớp phủ vật chất quan sát được khi nhìn từ mặt đất hoặc
thơng qua vệ tinh viễn thám, bao gồm thực vật (mọc tự nhiên hoặc được trồng cấy)
và các cơ sở xây dựng của con người (nhà cửa, đường sá…) bao phủ bề mặt mặt
đất. Nước, băng, đá lộ hay các dải cát cũng được coi là lớp phủ mặt đất.
- Sử dụng đất là khái niệm được xây dựng dựa theo chức năng, mục đích sử
dụng đất. Do vậy, một lớp sử dụng đất có thể được định nghĩa là một tập hợp các
hành động được thực hiện nhằm cung cấp một hay nhiều hơn loại hàng hóa hoặc
dịch vụ. Một lớp sử dụng đất cho trước có thể có ở nhiều mảnh đất khác nhau hoặc
trên một mảnh đất có thể có nhiều hành động sử dụng đất khác nhau. Định nghĩa về
sử dụng đất theo cách này cung cấp cơ sở cho việc đánh giá tác động kinh tế và mơi
trường chính xác, định lượng, cho phép các phân biệt chính xác giữa các loại sử
dụng đất khác nhau nếu cần.
Lớp đất phủ là trạng thái vật chất của bề mặt trái đất, là sự kết hợp của nhiều
thành phần như thực phủ, thổ nhưỡng, đá gốc và mặt nước chịu sự tác động của các
nhân tố tự nhiên như nắng, gió, mưa bão và nhân tạo như khai thác đất để trồng trọt,
xây dựng nhà cửa, cơng trình phục vụ cuộc sống của con người. Sự kết hợp này tạo
ra lớp phủ mặt đất phong phú, đa dạng nhưng nhìn tổng thể lớp phủ mặt đất chia ra
thành hai nhóm chính là Mặt nước và Mặt đất. Mặt nước gồm có nước lục địa như
hệ thống sơng suối, kênh mương, ao hồ và nước đại dương biển phủ trùm phần lớn
diện tích bề mặt trái đất. Phần diện tích ít hơn đó là Mặt đất nhưng lại là nơi tập
trung hầu hết những hoạt động của con người cũng như nhiều loài sinh vật khác trên
trái đất và là nơi đang biến đổi từng ngày, từng giờ, những hoạt động đó đã tạo nên

9

sự phong phú của loại hình lớp phủ mặt đất như thực phủ gồm cây cỏ, cây bụi,
rừng, đất canh tác đang có cây sinh trưởng…, dân cư đơ thị, nông thôn, mạng lưới
giao thông, khu công nghiệp, thương mại và các đối tượng đất chuyên dụng khác,
các vùng đất trống, đồi núi trọc, cồn cát, bãi cát…
Khái niệm lớp phủ mặt đất khác với sử dụng đất, nhưng các đối tượng của
chúng lại có sự tương quan mật thiết. Sử dụng đất mô tả cách thức con người sử
dụng đất và các hoạt động kinh tế xã hội xảy ra trên mặt đất, những hoạt động này
là sự tác động trực tiếp lên bề mặt đất, chính vì vậy mà một số loại hình sử dụng đất
cũng là đối tượng của lớp phủ mặt đất, ví dụ như đất đơ thị và đất nơng nghiệp. Một
số loại hình sử dụng đất khác như cơng viên, sân gơn theo góc độ lớp phủ bao gồm
thảm cỏ, rừng cây hay các cơng trình xây dựng nhưng trên thực tế trong hệ phân
loại lớp phủ mặt đất hiện hành đều phải xét đến khía cạnh sử dụng đất và đưa vào
loại hình lớp phủ nhân tạo có thực phủ.
Trên thực tế mỗi một khu vực khác nhau trên trái đất đều có loại hình lớp
phủ mặt đất đặc trưng và mỗi một đối tượng đều chịu sự tác động theo hai hướng
của tự nhiên và con người với mức độ mạnh yếu khác nhau. Sự tác động này đã làm
cho lớp đất phủ luôn biến đổi. Sự biến đổi của lớp đất phủ ngược lại cũng có những
ảnh hưởng khơng nhỏ tới cuộc sống của con người, như diện tích rừng suy giảm đã
gây ra lũ lụt ở một số nơi, sự gia tăng của các khu công nghiệp và các hoạt động
nông nghiệp như tăng vụ lúa, nuôi trồng thuỷ sản không hợp lý là một trong những
nguyên nhân gây biến đổi lớp đất phủ. Như vậy có thể nói lớp đất phủ có quan hệ
mật thiết với các hoạt động kinh tế xã hội, tài nguyên thiên nhiên và môi trường
sống của con người. Do đó để trái đất có thể phát triển bền vững là mục tiêu lớn đặt
lên hàng đầu của mỗi quốc gia và mỗi châu lục.

10

Bề mặt trái đất
Mặt đất

Mặt nước

Nước
lục địa
Sông suối
Kênh mương

Đại dương
biển
Hồ,ao
đầm

Đất khơng có
thực phủ

Tự nhiên
(đất trống
bãi đá,cồn
bãi cát…)

Đất có
thực phủ

Nhân tạo
(các cơng

trình xây
dựng…)
Tự nhiên
(Rừng tự
Nhiên)

Thường
xun

Nhân tạo
(cây lâu
năm…)

Thay đổi
theo mùa

Tự
nhiên
(Trảng

Nhân
tạo
(Lúa,

cỏ…)

màu..)

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát về lớp phủ mặt đất
Trong những năm qua trên thế giới đã xảy ra rất nhiều những hiện tượng làm

ảnh hưởng đến tài nguyên thiên nhiên và môi trường, gây ra những biến động lớn
lớp đất phủ như:
-

Sa mạc hóa diễn ra với tốc độ nhanh hơn

-

Diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp

-

Đất ngập nước đang bị mất dần

-

Q trình đơ thị hóa diễn ra với tốc độ rất cao

-

Thiên tai như hạn hán, lũ lụt, động đất, song thần thường xuyên xảy ra tại
nhiều khu vực trên thế giới.

Ở nước ta trong những năm vừa qua, nhất là từ khi thực hiện chính sách đổi
mới đã đạt được những thành tựu to lớn về phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên tốc
độ phát triển kinh tế tương đối cao đã dẫn tới việc khai thác tài ngun thiên nhiên
khơng có quy hoạch mà hậu quả là sự suy giảm nguồn tài nguyên thiên nhiên và suy
thối mơi trường nghiêm trọng trên diện rộng. Rừng tự nhiên bị chặt phá bừa bãi để
lấy gỗ, củi. Khai thác khống sản, những vùng diện tích rừng ngập mặn rất lớn bị
chặt phá để nuôi trồng thuỷ hải sản, nguồn nước bị ô nhiễm, thiên tai hạn hán và lũ

11

lụt xảy ra thường xun. Đứng trước tình hình đó nhu cầu bức xúc đặt ra là phải có
những thơng tin chính xác, kịp thời về diễn biến lớp đất phủ để phục vụ một cách có
hiệu quả cho cơng tác điều tra quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
Các thông tin về lớp đất phủ được thu nhận bằng hai phương pháp cơ bản là
khảo sát thực địa và phân tích tư liệu viễn thám. Khảo sát thực địa là phương pháp
thu thập thông tin truyền thống thường rất tốn kém và mất nhiều thời gian. Phân tích
tư liệu viễn thám kết hợp với hệ thơng tin địa lý là phương pháp hiện đại, cho phép
chiết tách các thơng tin lớp đất phủ một cách nhanh chóng, hiệu quả và ít tốn kém.
Phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám và GIS đã được lựa chọn để thực hiện đề
tài.
1.1.2.Hệ phân loại lớp đất phủ
Để thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng các thông tin lớp phủ mặt đất và
đảm bảo tính thống nhất về nội dung, người ta đã xây dựng các hệ phân loại lớp đất
phủ. Nhìn chung các hệ phân loại lớp đất phủ đã có đều dựa trên các nguyên tắc cơ
bản sau:
- Các đối tượng trong hệ phân loại đáp ứng được yêu cầu phân tách
được đối tượng trên các tư liệu thu thập ở các thời gian khác nhau.
- Hệ phân loại dễ hiểu, dễ hình dung phân chia đối tượng bề mặt thành các
nhóm chính theo trạng thái vật chất của các đối tượng như mặt nước, mặt đất, lớp
phủ thực vật, đất nông nghiệp, bề mặt nhân tạo.
- Phù hợp với khả năng cung cấp thông tin của tư liệu viễn thám bao gồm các
loại ảnh vệ tinh như Spot, Landsat, ảnh hàng không…
- Hệ thống phân loại áp dụng được cho nhiều vùng rộng lớn
- Hệ thống phân loại phân chia các đối tượng theo các cấp bậc nên phù hợp
với việc phân tích đối tượng trên các tư liệu có độ phân giải khác nhau, đáp ứng yêu
cầu thành lập bản đồ ở các tỷ lệ kkhác nhau.

Tuy nhiên trên mỗi hệ phân loại đều có những đặc điểm riêng phù hợp với
điều kiện tự nhiên, mức độ khai thác lớp phủ bề mặt của từng khu vực.


12

Hệ phân loại FAOLCC vừa tổng hợp để phù hợp với mọi điều kiện trên trái
đất nhưng vừa chi tiết đến tính chất của từng đối tượng mà chỉ có thể bổ sung thông
tin nhờ khảo sát ngoại nghiệp.
Hệ phân loại U.S.G.S, CORINE dựa một phần vào nguyên tắc của FAOLCC
và điều chỉnh phù hợp với đặc điểm của Mỹ và Châu Âu. Cụ thể:
1.Hệ phân loại lớp phủ mặt đất FAOLCC chia ra theo ba cấp chính:
Cấp 1(Level 1): Phân ra thành hai loại theo đặc điểm có hay khơng có lớp
phủ thực vật của bề mặt đất.
Cấp 2 (Level 2): Phân ra thành bốn loại theo nguyên tắc chia các loại của cấp
1 theo đặc điểm ngập nước hay không ngập nước của bề mặt đất.
Cấp 3 (Level 3): Phân ra thành tám loại theo nguyên tắc chia các loại của cấp
2 theo tính chất tự nhiên hay nhân tạo của bề mặt đất. Từ cấp 3 trở đi các đối tượng
được phân chia chi tiết hơn tuỳ theo đặc điểm của đối tượng cũng như khu vực
nghiên cứu và mức độ chi tiết của bản đồ cần thành lập.
2.Hệ phân loại lớp phủ mặt đất CORINE chia ra theo ba cấp:
Cấp 1 (Level 1): Phân ra thành năm loại theo trạng thái bề mặt tổng thể của
trái đất là lớp phủ nhân tạo, đất nông nghiệp, rừng và các vùng bán tự nhiên, đất ẩm
ướt, mặt nước phù hợp với bản đồ tỷ lệ nhỏ phủ trùm toàn cầu.
Cấp 2 (Level 2): Phân ra thành mười lăm loại theo đặc điểm che phủ của
thực vật, phù hợp với bản đồ tỷ lệ 1: 500 000 và 1: 1 000 000.
Cấp 3 (Level 3): Phân ra thành bốn tư loại chi tiết hơn tuỳ theo đặc điểm của
đối tượng cũng như khu vực nghiên cứu, phù hợp với bản đồ tỷ lệ 1: 1 000 000.
Ở nước ta trong những năm gần đây đã quan tâm tới việc thành lập bản đồ
lớp đất phủ, nhưng chưa có cơng trình nào chuyên nghiên cứu về hệ phân loại của

bản đồ lớp đất phủ để đưa ra một hệ phân loại chung áp dụng cho cả nước như hệ
phân loại của bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Các bản đồ lớp đất phủ đã thành lập
đều phục vụ một mục đích cụ thể hoặc chỉ là một lớp thơng tin của lớp phủ mặt đất
như lớp phủ rừng.
Thông qua việc nghiên cứu, tham khảo các hệ phân loại “Lớp phủ mặt đất”
như hệ phân loại của FAOLCC (Foot and Agriculture Organization Land Cover


13

Classification), U.S.G.S (U.S Geological Survey), CORINE (Coordination of
information on the environment), cũng như một số hệ phân loại lớp đất phủ của Việt
Nam đã được sử dụng trong các dự án “Đo vẽ bản đồ phục vụ điều tra Tài nguyên
thiên nhiên” (Trung tâm Viễn thám - Tổng cục Địa chính và Viện Địa lý Quốc gia
Pháp năm 2001-2002), dự án “Nghiên cứu xây dựng bản đồ các vùng nhạy cảm môi
trường” (Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi truờng năm 2004), hệ phân
loại của bản đồ hiện trạng sử dụng đất do bộ tài nguyên và mơi trường ban hành
năm 2007, đồng thời phân tích đặc điểm của các đối tượng trong vùng thử nghiệm
kết hợp với các khả năng thông tin của các tư liệu sử dụng.
1.2. Ứng dụng tư liệu viễn thám trong nghiên cứu biến động
1.2.1.Vai trò của tư liệu viễn thám
Viễn thám được hiểu theo nghĩa rộng là các hoạt động thu nhận thông tin về
đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Các thông tin thu được là nhờ
sự phát hiện và đo đạc những thay đổi được tạo nên bởi đối tượng trong mơi trường
bao quanh. Đó có thể là bức xạ điện từ do các đối tượng được phát xạ hay phản xạ,
sóng âm thanh do đối tượng phản hồi hay nhiễu động, các nhiễu động của trọng
trường hay từ trường do sự có mặt của đối tượng…Thuật ngữ viễn thám thường
được dùng với nghĩa hẹp là sự hoạt động thu nhận thông tin bằng các phương tiện
kỹ thuật điện từ.
Tư liệu viễn thám phát triển được gắn liền với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật

hàng không vũ trụ, chế tạo máy chụp ảnh, các phương pháp chụp ảnh và thu nhận
thông tin của các đối tượng trên mặt đất ở các dải sóng điện từ khác nhau.
Tư liệu viễn thám bao gồm ảnh được chụp mặt đất từ máy bay, khinh khí cầu
hoặc các phương tiện khác trên không trung, chụp bằng phim ảnh trên các loại ảnh
chụp khác nhau và ảnh chụp từ vệ tinh với độ phân giải khác nhau: thấp, trung bình
và cao. Ngồi ra cịn có tư liệu viễn thám siêu cao tần radar.
1.2.1.1.Tư liệu viễn thám với ảnh hàng không
Các thông tin về một vật trên những bức ảnh hàng không được chụp bằng
phim ảnh là dựa vào phổ phản xạ của ánh sáng trong dải sóng nhìn thấy. Ảnh chụp
theo phương pháp này chỉ nhạy cảm với dải sóng vùng nhìn thấy, hồng ngoại. Bức


14

ảnh hàng không đầu tiên dùng trong nghiên cứu trái đất là ảnh được chụp trên
khinh khí cầu vào năm 1858. Nghiên cứu thông tin từ tư liệu viễn thám ảnh hàng
không là rất đa dạng. Các ảnh được chụp từ máy ảnh hàng khơng có thể kể đến là
các ảnh hàng không trắng đen và ảnh màu nằm trong dải phổ nhìn thấy, đơn kênh
hoặc đa kênh. Giai đoạn tiếp theo khi nghành hàng không phát triển đánh dấu một
bước tiến quan trọng, kể từ đó ảnh được thực hiện chụp từ trên các máy bay, những
bức ảnh đầu tiên được thực hiện trong chuyến bay của Wilbur Wright vào năm 1909
ở Centocelli, Italia.
Trong chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai, ảnh hàng không đã phát triển
đáng kể do yêu cầu phục vụ mục đích quân sự. Một loạt các kiểu máy bay ra đời
đáp ứng cho công nghệ đo đạc ảnh hàng không. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ
sản xuất máy bay, công nghệ sản xuất máy ảnh, ảnh màu bắt đầu xuất hiện từ giữa
những năm 1930. Trong thời kỳ chiến tranh thế giới lần thứ hai đặc tính phản xạ
phổ của các đối tượng tự nhiên đã được quan tâm nghiên cứu cùng với việc chế tạo
các chất cảm quang dùng cho việc chụp ảnh hồng ngoại với mục đích là để phát
hiện sự ngụy trang của đối phương.

Vào năm 1956 Colwell đã tiến hành những thí nghiệm rất sớm về việc sử
dụng ảnh hàng không để nhận biết và phân loại thực vật, phát hiện những khu vực
bị sâu bệnh. Tới giữa năm 1960 hàng loạt các cơng trình nghiên cứu về ứng dụng
của ảnh màu hồng ngoại và ảnh đa phổ đã được thực hiện dưới sự tài trợ của cơ
quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (Nasa), dẫn tới sự ra đời của các máy thu ảnh đa
phổ được đặt trên các vệ tinh Landsat sau này vào đầu những năm 1970 của thế kỷ
20.
Ảnh hàng không ra đời đã đánh dấu thời kỳ mới ứng dụng khoa học kỹ thuật
ảnh viễn thám vào nhiều lĩnh vực khác nhau, phục vụ sản xuất và an ninh quốc
phòng.
Những ưu điểm và hạn chế khi sử dụng ảnh hàng không:
*Ưu điểm:
- Ảnh chụp từ máy ảnh tương tự giống như mắt người và nhạy cảm với phổ
nhìn thấy.


15

- Độ phân giải hình học cao và chứa đựng nhiều thơng tin
-

Độ trung thực cao về mặt hình học

-

Rẻ tiền

-

Cho ta cách nhìn tổng thể để nghiên cứu các đối tượng không gian

-

Nghiên cứu những vùng không thể tiếp cân trực tiếp được

-

Tiết kiệm thời gian

-

Ứng dụng cho nhiều ngành khác nhau

*Những hạn chế của ảnh hàng không:
- Dải phổ của ảnh hàng khơng cịn hẹp, chỉ có trong khoảng bước sóng 0,3
tới 0,9 micromet (phổ nhìn thấy, cực tím và hồng ngoại) do đó khả năng
phân biệt phổ kém
- Tính bao quát, điều kiện đồng nhất khi thu nhận thông tin kém
- Bị ảnh hưởng của điều kiện khí quyển
- Q trình tìm lại phim tốn nhiều thời gian và phức tạp
- Ảnh dễ bị hư hỏng theo thời gian
- Mất thơng tin trong q trình rửa ảnh
Hiện nay tư liệu viễn thám ảnh hàng không đã được phát triển rất
mạnh ở nhiều quốc gia trên thế giới và ở Việt Nam, nhằm phục vụ hiệu quả cho
việc phát triển kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng.
1.2.1.2. Tư liệu viễn thám với ảnh vệ tinh
Vào năm 1960, với việc vệ tinh khí tượng đầu tiên mang tên Tiros-1 được
phóng lên quỹ đạo mang theo một camera vô tuyến, một bộ cảm 5 kênh và một
dụng cụ đo năng lượng phản xạ đã mở đầu cho một giai đoạn phát triển mới của
ngành viễn thám. Kể từ đây việc quan trắc trái đất một cách hệ thống đã có thể thực

hiện được từ độ cao vũ trụ. Kỷ nguyên của các vệ tinh tài nguyên chỉ thực sự bắt
đầu từ năm 1972, khi vệ tinh Erts-1 (Earth Resources Technology Satellite) mà sau
này được đổi tên thành Ladsat-1 được phóng lên quỹ đạo, mở đầu cho hàng loạt các
vệ tinh Landsat khác được phóng lên quỹ đạo tiếp theo nhau cho đến ngày nay
(Bảng 1.1).


16

Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật về các vệ tinh Landsat
Vệ tinh

Ngày phóng và

Máy

Độ phân

Độ cao

Chu kỳ

(ngừng hoạt

thu

giải

(km)

lặp ảnh

động)
Landsat-1

Landsat-2

Landsat-3

Landsat-4

Landsat-5

Landsat-6

(m)

23/7/1972

RBV

80

(1/6/1978)

MSS

80

22/1/1975

RBV

80

(25/2/1982)

MSS

80

5/3/1978

RBV

40

(31/3/1983)

MSS

80

16/7/1982

1/3/1984

5/10/1993
(5/10/1993)

MSS
TM

MSS
TM

(ngày)
917

18

917

18

917

18

705

16

705

16

705

16

705

16

75
30
120(k,nhiệt)
75
30
120(k,nhiệt)
15(tồn sắc)

ETM

30(đa phổ)
120(k,nhiệt)
15(toàn sắc)

Landsat-7

23/4/1999

ETM+

30(đa phổ)
60(k,nhiệt)

Hệ thống Landsat TM sử dụng vùng phổ nhìn thấy, gần hồng ngoại và hồng
ngoại nhiệt. Các đặc điểm của ảnh TM:

-

Độ rộng các đường quét: 185km. Góc quét 14.8o

-

Độ phân giải mặt đất: 30m


17

Bảng 1.2. Các kênh phổ của hệ thống Landsat TM
Kªnh phỉ
1
2
3
4
5
6
7

B­íc sãng ()
0 45 - 0.52
0.52 - 0.60
0.63 - 0.69
0.76 - 0.90
1.55 - 1.75
10.4 - 12.5
2.08 - 2.35

Sau Hoa Kỳ nhiều cường quốc khác cũng đã lần lượt đưa lên quỹ đạo các vệ
tinh tài nguyên của riêng mình, trong đó đáng chú ý là cộng hồ Pháp với các vệ
tinh Spot, cộng đồng Châu Âu với Ers và Envisat, Liên Bang Nga với Resourcesvaf
Ocean, Ấn Độ với IRS, Nhật Bản với MOS, JERS, ADEOS, ALOS và GLI, Canada
với Radarsat,… Đối với Hoa Kỳ bên cạnh các vệ tinh Landsat, gần đây Hoa Kỳ cịn
có các vệ tinh khác đáng chú ý như QuickBird, Ikonos, Wold View, Geo Eye…và
đặc biệt trong chương trình đầy tham vọng thống lĩnh tồn cầu nghiên cứu trái đất,
các vệ tinh Terra và Aqua với các thiết bị thu ảnh độc đáo như Aster (15 kênh phổ)
và Modis (36 kênh phổ) đã được phóng vào quỹ đạo trái đất.
Các quốc gia đang phát triển, với mong muốn tiếp cận với công nghệ chế tạo
vệ tinh và sở hữu những vệ tinh riêng của nước mình cũng đang theo đuổi những
chương trình chế tạo hoặc hợp tác chế tạo các vệ tinh nhỏ, dẫn tới sự ra đời hàng
loạt các vệ tinh loại này như Hàn Quốc, Indonesia, Malaysia,…Trung Quốc cũng đã
bắt đầu khởi động và kêu gọi các nước cùng tham gia vào chương trình thiết lập
chùm vệ tinh nhỏ, một hệ thống các vệ tinh bay tiếp nhau trên cùng quỹ đạo với
khoảng cách khơng được tính tốn phù hợp với vận tốc của vệ tinh và tốc độ quay
của trái đất trong ba vịng quay.
Các kỹ thuật thu nhận và xử lý thơng tin cũng khơng ngừng được hồn thiện
và trở nên hết sức đa dạng. Việc tạo ảnh từ vệ tinh cũng được tiến triển theo. Những
thành tựu và kinh nghiệm đạt được đã góp phần cung cấp cơ sở dữ


18

liệu cho việc phát triển vệ tinh quan sát tài nguyên hiện nay và sau này. Một số tư
liệu viễn thám vệ tinh tài nguyên thường được sử dụng trên thế giới hiện nay như
bảng 1.3.
Bảng 1.3: Tư liệu viễn thám ảnh vệ tinh tài nguyên độ phân giải thấp
Độ phân

STT
Vệ tinh/sensor

giải

Toàn sắc

Đa phổ

(m)

(m)

Số kênh

Bề rộng

phổ

tuyến
chụp(km)

1

Landsat 1-5 MSS(Mỹ)

-

80

4

185

2

Mos Messr (Nhật)

-

50

4

100

3

Mos Vtir (Nhật)

-

900-2700

4

1500

4

Mos Msr (Nhật)

-

3200

2

317

5

Irs Wifs (Ấn Độ)

-

188

2

774

6

Resurs-01 (Nga)

-

170-600

5

600

7

Terra Modis

-

250-1000

36

2330

Ảnh vệ tinh độ phân giải thấp có độ phủ rộng và chu kỳ lặp lại ngắn. Vì vậy
thường được ứng dụng trong nghiên cứu tài nguyên trên vùng rộng lớn quy mơ
quốc gia, khu vực hoặc tồn cầu.
Bảng 1.4.Tư liệu viễn thám vệ tinh tài nguyên độ phân giải trung bình
Độ phân

STT
Vệ tinh/sensor

Số kênh

giải

Toàn sắc

Đa phổ

(m)

(m)

phổ

Bề rộng
tuyến
chụp(km)

1

Landsat 4và 5TM(Mỹ)

-

30-142

7

185

2

Landsat 7ETM (Mỹ)

15

30-142

8

185

3

IRS-IC/D (Ấn Độ)

5,8

23-70

5

120

4

Spot 1-5 (Pháp)

2,5-10

10-20

5

60

5

Jers-1 Ops (Nhật)

-

14

7

63


19

Ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình có độ phủ nhỏ hơn so với ảnh có độ
phân giải thấp, chu kỳ lặp lại lớn hơn. Tuy nhiên các thơng tin thu được có độ chi
tiết cao hơn và thường ứng dụng trong nghiên cứu các khu vực nhỏ.
Do sự phát triển của công nghệ viễn thám, nhiều ảnh vệ tinh có độ phân giải
cao đã được thiết kế. Một trong các ảnh có độ phân giải cao tới 2,5m đã được kể
đến là ảnh của vệ tinh Spot-5 (2,5-5m với ảnh toàn sắc).
Hiện nay các ảnh vệ tinh có độ phân giải cao là các vệ tinh thuộc thế hệ mới.
Ảnh của Ikonos (4m với ảnh đa phổ và 1m với ảnh toàn sắc), QuickBird (2,44m với
ảnh đa phổ và 0,61m với ảnh toàn sắc)…(Bảng 1.5). Ngoài ra còn xuất hiện các ảnh
của Modis tuy độ phân giải khơng cao nhưng có số lượng các kênh phổ lớn và được
lựa chọn dựa trên những nghiên cứu quy mô lớn, hướng tới việc xác định về định
lượng, những tham số nhất định như nhiệt độ mặt đất, nhiệt độ nước biển, nồng độ
chlorophyll…
Bảng 1.5.Tư liệu viễn thám vệ tinh tài nguyên độ phân giải cao

Độ phân

STT
Vệ tinh/sensor

Số kênh

giải

Toàn sắc

Đa phổ

(m)

(m)

phổ

Bề rộng
tuyến
chụp(km)

1

Ikonos (Mỹ)

1

4

4

11

2

QuickBird (Mỹ)

0,65

2,62

4

18

3

Orbview-4

1

4

200

8

4

Word View2

0,46

1,85

8

16,4

5

Geo Eye

0,41

1,65

4

15,2

Ảnh vệ tinh có độ phân giải cao nhất hiện nay là Geo Eye có độ phân giải là
0,41m. Loại tư liệu này cho phép chúng ta nhận biết chi tiết các đối tượng trên bề
mặt trái đất. Nó thường được sử dụng trong các mục đích qn sự như do thám,
cơng tác đo đạc và thành lập các bản đồ tỷ lệ lớn.


20

1.2.2. Ứng dụng tư liệu viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ và thành lập bản đồ
lớp phủ
r(%)
60



40



20

2

1



3
0







0,6 0,8 1,0













1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2





2,4

2,6

()

Hình 1.2. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng đất, nước và thực
1 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của thc vt
2 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của đất khô.
3 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của nc
Cụng ngh vin thám là một trong những công nghệ thu thập dữ liệu không

gian quan trọng và hiệu quả nhất, phương pháp viễn thám cho phép thu thập thông
tin về đối tượng trên mặt đất thơng qua hình ảnh của đối tượng mà khơng cần phải
tiếp xúc trực tiếp ngồi thực địa.
Ngày nay với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, tư liệu viễn
thám đã và đang được sử dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát, tài nguyên
thiên nhiên và bảo vệ môi trường đặc biệt là trong công tác theo dõi nghiên cứu diễn
biến lớp đất phủ và hiện trạng sử dụng đất.
Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng lớp phủ mặt đất trên
ảnh vệ tinh là dựa theo sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh
phổ. Hình 1.2 là hình vẽ thể hiện đặc tính phản xạ của các thành phần đất, nước và
thực vật trên ảnh vệ tinh.
Ảnh vệ tinh có rất nhiều ưu thế như:
- Cung cấp thông tin đa dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau cho phép nghiên
cứu các đặc điểm của đối tượng từ nhiều góc độ phản xạ phổ khác nhau.


21

- Cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất trên khu vực trùm phủ lớn
(Landsat 180km×180km, Spot, Aster 60km×60km) cho phép tiến hành theo dõi
giám sát trên những khu vực rộng lớn cùng một lúc.
- Cung cấp các loại ảnh có độ phân giải khác nhau do đó cho phép nghiên
cứu bề mặt ở những mức độ chi tiết hoặc khái qt khác nhau. Ví dụ như các loại
ảnh có độ phân giải siêu cao như Spot 5, Ikonos, QuickBird để nghiên cứu chi tiết,
hoặc các loại ảnh có độ phân giải thấp nhưng tần suất chụp lặp cao, diện tích phủ
trùm lớn như Modis, Meris cho phép cung cấp các thông tin khái quát ở mức vùng
hay khu vực.
- Khả năng chụp lặp lại hay còn gọi là độ phân giải thời gian. Do đặc điểm
quỹ đạo của vệ tinh nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định lại có thể chụp lặp
lại được vị trí trên mặt đất. Sử dụng các ảnh vệ tinh chụp tại các thời điểm khác

nhau sẽ cho phép theo dõi diễn biến của các sự vật hiện tượng diễn ra trên mặt đất,
ví dụ như q trình sinh trưởng của cây trồng, lúa, hoa màu…
- Các dữ liệu được thu nhận ở dạng số nên tận dụng được sức mạnh xử lí của
máy tính và có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống thông tin như hệ thống thông
tin địa lý (GIS).
Do những đặc tính ưu việt trên, ảnh vệ tinh đã trở thành một trong những
công cụ không thể thiếu trong công tác giám sát theo dõi tài nguyên thiên nhiên và
mơi trường nói chung và việc chiết tách các thơng tin lớp phủ nói riêng, nhất là ở
những vùng khó tiếp cận như các vùng núi cao, biên giới, hải đảo…
Phương pháp viễn thám cho phép thu thập phần lớn các thơng tin ở trong
phịng nhưng kết quả giải đốn cần được kiểm chứng ở ngồi thực địa do đó cơng
tác ngoại nghiệp là một phần khơng thể thiếu trong công nghệ viễn thám.
Trên thế giới việc áp dụng công nghệ viễn thám, tại những nước phát triển,
đã được thực hiện ngay từ khi có những tấm ảnh đầu tiên của vệ tinh quan sát trái
đất. Cho đến nay ảnh vệ tinh đã được áp dụng ở hầu hết các nước trên thế giới, kể
cả các nước đang phát triển. Ở Việt Nam, mặc dù việc áp dụng cơng nghệ viễn thám
có chậm hơn những nước tiên tiến trong khu vực nhưng ảnh vệ tinh cũng đã được
sử dụng ở rất nhiều các cơ quan, ngành và địa phương, ở các lĩnh vực khác nhau