Sử dụng ảnh vệ tinh landsat 8 trong xây dựng bản đồ phủ mặt đất huyện tam đảo, tỉnh vĩnh phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUN RỪNG & MƠI TRƯỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT 8 TRONG XÂY DỰNG BẢN
ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN TAM ĐẢO, TỈNH VĨNH PHÚC

NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
MÃ NGÀNH: 7908532

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Lê Thái Sơn
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Huy Hoàng

Mã sinh viên

: 1553090858
: 60 – QLTNTN (c)

Lớp
Khóa học

: 2015 - 2019

Hà Nội, tháng 5 năm 2020


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Quản lý tài
nguyên rừng & môi trường, các bạn cùng lớp K60_ Quản lý tài nguyên thiên

nhiên (Chuẩn) và các em sinh viên lớp K61_ Quản lý tài nguyên thiên nhiên
(Chuẩn) đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy ThS. Lê Thái Sơn, giảng
viên Bộ môn Quản lý môi trường – Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi
trường – Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, người đã hướng dẫn, giúp đỡ em rất
nhiều trong quá trình học tập cũng như trong q trình hồn thành bài khóa
luận này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình đã có cơng ni dưỡng và tạo điều
kiện tốt nhất để em có thể học tập đến ngày hơm nay.
Cuối cùng, em xin gửi lời kính chúc sức khỏe đến tồn thể quý thầy, cô
trường Đại học Lâm nghiệp, chúc quý thầy, cô thành công trong công tác
giảng dạy và truyền đạt những kiến thức bổ ích cho thế hệ sau chúng em.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Huy Hoàng

i


TĨM TẮT
Khóa luận tốt nghiệp “ Sử dụng ảnh Landsat 8 trong xây dựng bản đồ lớp
phủ mặt đất huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc” được thực hiện từ tháng
02/2020 đến tháng 05/2020. Phương pháp tiếp cận đề tài là sử dụng công
nghệ viễn thám kết hợp với GIS. Nội dung đề tài nghiên cứu về các vấn đề
sau:


Điều tra, nghiên cứu đặc điểm lớp phủ mặt đất tại huyện Tam Đảo, tỉnh

Vĩnh Phúc.


Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8, các số liệu thống kê.



Tiến hành giải đoán ảnh.



Thành lập bản đồ lớp phủ bề mặt và đánh giá sự biến động qua các

năm.
Sau quá trình thực hiện đề tài đã thu được một số kết quả sau:


Bản đồ lớp phủ mặt đất khu vực huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc năm

2014 và năm 2020 với 6 loại: giao thông, đất rừng, mặt nước, đất nông
nghiệp, đất trống và khu dân cư.


Bản đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Tam Đảo giai đoạn từ năm

2014 đến năm 2020.
Với các kết quả đạt được, có thể thấy việc sử dụng công nghệ viễn thám và
GIS là phương pháp có hiệu quả với độ chính xác cao, tiết kiệm chi phí trong
việc phân loại và phân tích sự biến động lớp phủ mặt đất.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
TÓM TẮT ......................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ v
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ vi
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ vii
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................ 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ............................................................................ 1
1.2. Cấu trúc đề tài. ........................................................................................... 2
Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ....................................................... 3
2.1. Khu vực nghiên cứu. .................................................................................. 3
2.1.1. Điều kiện tự nhiên. .................................................................................. 4
2.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội. ....................................................................... 4
2.2. Tổng quan về viễn thám. ............................................................................ 5
2.2.1. Khái niệm. ............................................................................................... 5
2.2.2. Nguyên lý hoạt động của viễn thám........................................................ 7
2.3. Tổng quan về GIS. ..................................................................................... 8
2.3.1. Định nghĩa. .............................................................................................. 8
2.3.2. Chức năng của GIS: ................................................................................ 9
2.4. Các khái niệm. ............................................................................................ 9
2.4.1. Lớp phủ mặt đất (Lớp thực phủ - Land cover). ...................................... 9
2.4.2. Phân loại lớp phủ mặt đất...................................................................... 11
2.4.3. Khái quát về bản đồ biến động lớp phủ bề mặt. ................................... 13
2.5. Giới thiệu về vệ tinh LANDSAT 8. ......................................................... 15
Chương 3:VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ...................... 17

3.1. Dữ liệu thu thập. ....................................................................................... 17
3.2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................. 17
3.2.1. Mục tiêu chung. ..................................................................................... 17
iii


3.2.2. Mục tiêu cụ thể. ..................................................................................... 17
3.3. Nội dung nghiên cứu. ............................................................................... 17
3.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 18
3.4.1. Khảo sát thực địa. .................................................................................. 18
3.4.2. Hệ thống phân loại lớp phủ khu vực nghiên cứu. ................................. 21
3.4.3. Lựa chọn phương pháp phân loại ảnh. .................................................. 22
3.4.4. Xử lý dữ liệu ảnh. ................................................................................. 24
a. Gộp kênh ảnh............................................................................................... 24
b. Cắt ảnh......................................................................................................... 24
3.4.5. Giải đốn ảnh và khóa giải đốn ảnh. ................................................... 24
3.4.6. Đánh giá độ chính xác và xử lý ảnh sau phân loại................................ 26
a. Đánh giá độ chính xác sau phân loại bằng ma trận sai số. .......................... 26
b. Xử lý ảnh sau phân loại. .............................................................................. 28
3.4.7. Thành lập bản đồ. .................................................................................. 28
3.4.8. Phương pháp thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất................... 28
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. ..................................................... 30
4.1. Thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất............................................................ 30
4.1.1. Kết quả phân loại ảnh viễn thám. .......................................................... 30
4.1.2. Kết quả đánh giá độ chính xác và hệ số Kappa. ................................... 33
4.1.3. Bản đồ lớp phủ mặt đất. ........................................................................ 35
4.2. Bản đồ biến động lớp phủ bề mặt. ........................................................... 38
4.3. Khả năng ứng dụng của ảnh Landsat 8 và công nghệ GIS trong thực tiễn.41
4.4. Thảo luận. ................................................................................................. 42
4.5. Kiến nghị. ................................................................................................. 44

Chương 5: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ. ............................................................. 45
5.1.Kết luận. .................................................................................................... 45
5.2. Đề nghị. .................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

iv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CORINE: Coordination of information on the environment
ĐPGKG: Độ phân giải không gian
ERTS: Earth Resource Technology Sattellite
FAOLCC: Food and Agriculture Organization Land Cover Classification
GIS: Geographic Information System
GPS: Global Position System
LDCM: Landsat Data Continuity Mission
NDVI: Normalized Difference Vegetation Index
USGS: United States Geological Survey

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1: Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất huyện Tam Đảo. .................. 13
Bảng 2. 2: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh LANDSAT 8.......................... 16
Bảng 3. 1: Dữ liệu ảnh thu thập. ..................................................................... 17
Bảng 3. 2: Thống kê số điểm mẫu của từng loại lớp phủ. .............................. 20
Bảng 3. 3: Hệ thống phân loại lớp phủ khu vực nghiên cứu. ......................... 22
Bảng 3. 4: Khóa giải đốn cho khu vực nghiên cứu. ...................................... 25

Bảng 4. 1: Kết quả phân loại ảnh huyện Tam Đảo năm 2014. ...................... 32
Bảng 4. 2: Kết quả phân loại ảnh huyện Tam Đảo năm 2020. ....................... 33
Bảng 4. 3: Kết quả ma trận sai số phân loại ảnh. ............................................ 34
Bảng 4. 4: Thống kê sự biến động lớp phủ bề mặt ......................................... 40

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1: Khu vực nghiên cứu. ........................................................................ 3
Hình 2. 2: Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám. ............................................ 8
Hình 2. 3: Sơ đồ tổng quát về lớp phủ bề mặt đất. ......................................... 10
Hình 3. 1: Phương pháp nghiên cứu. .............................................................. 19
Hình 3. 2: Các điểm mẫu khảo sát thực địa. ................................................... 20
Hình 4. 1: Sơ đồ vị trí lấy mẫu giải đốn ảnh năm 2014. ............................... 30
Hình 4. 2: Sơ đồ vị trí lấy mẫu giải đốn ảnh năm 2020. ............................... 30
Hình 4. 3: Kết quả phân loại ảnh huyện Tam Đảo năm 2014 bằng phương
pháp Maximum Likelihood ............................................................................. 31
Hình 4. 4: Kết quả phân loại ảnh huyện Tam Đảo năm 2020 bằng phương
pháp Maximum Likelihood. ............................................................................ 32
Hình 4. 5: Bản đồ phân loại lớp phủ bề mặt huyện Tam Đảo năm 2014. ...... 36
Hình 4. 6: Bản đồ phân loại lớp phủ bề mặt huyện Tam Đảo năm 2020. ...... 37
Hình 4. 7: Bản đồ biến động lớp phủ bề mặt huyện giai đoạn năm 2014-2020.38
Hình 4. 8: Biểu đồ biến động lớp phủ bề mặt giai đoạn năm 2014-2020.. ..... 39

vii


Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.

Đất đai là một tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc
biệt. Đất đai là môi trường sống của con người và cả sinh vật, là địa bàn phân bố
dân cư, xây dựng các cơng trình kinh tế, văn hố, an ninh quốc phịng. Ngày nay,
do sự tăng dân số, sự phát triển của các đô thị, sự tăng trưởng kinh tế xã hội và
một số vấn đề khác đã và đang tác động rất lớn tới đất đai, đặc biệt đối với một
nơi đang có tốc độ phát triển nhanh như huyện Tam Đảo thuộc tỉnh Vĩnh Phúc.
Trước những áp lực đó, đất đai và các lớp phủ mặt đất biến động không
ngừng cùng với sự phát triển của xã hội. Đây là nguồn tài nguyên đặc biệt có thể
khai thác sử dụng nhưng không thể làm tăng thêm về mặt số lượng. Do đó việc
theo dõi, nghiên cứu, quản lý và sử dụng loại tài nguyên này một cách hiệu quả
và hợp lý là một vấn đề rất quan trọng.
Huyện Tam Đảo là một huyện trọng điểm du lịch của tỉnh Vĩnh Phúc. Đặc
biệt trong những năm qua với sự chuyển mình mạnh mẽ theo hướng cơng
nghiệp hóa – hiện đại hóa chung của đất nước, huyện đã thay đổi nhanh chóng
theo hướng giảm diện tích đất nơng nghiệp, tăng diện tích đất phi nông nghiệp,
chủ yếu là đất sử dụng vào mục đích du lịch – dịch vụ (Theo cổng thơng tin –
giao tiếp điện tử tỉnh Vĩnh Phúc).
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vũ trụ thì ảnh viễn thám cũng đã
xuất hiện và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong cơng tác điều tra, quản lý tài
nguyên. Đặc biệt là sự xuất hiện của nhiều loại tư liệu ảnh viễn thám: SPOT,
LANDSAT,... có độ phân giải không gian và phân giải phổ cao. Hơn nữa, tư liệu
ảnh cịn có khả năng chụp lập thể, đặc biệt là có thể cập nhật thơng tin nhanh
chóng thơng qua việc thu nhận ảnh vệ tinh ở nhiều thời điểm khác nhau tạo
thành ảnh đa thời gian ở dạng số, là sản phẩm dễ dàng sử dụng trong các phần
mềm phân tích ảnh hiện đại và có khả năng tích hợp thuận tiện trong hệ thống
1


thơng tin địa lý GIS. Đặc biệt, việc phóng vệ tinh Landsat 8 được phóng vào
ngày 11 tháng 02 năm 2013 đã mở ra hướng đi mới trong ứng dụng ảnh viễn

thám ở Việt Nam.
Nhận thức được tầm quan trọng của sự thay đổi trong quá trình sử dụng đất
với sự thay đổi chất lượng cuộc sống, đề tài nghiên cứu “Sử dụng ảnh Landsat
8 trong xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc”
được thực hiện.
1.2. Cấu trúc đề tài.
Toàn bộ đề tài được trình bày trong 5 chương:


Chương I: ĐẶT VẤN ĐỀ.



Chương II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU.



Chương III: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.



Chương IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.



Chương V: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ.

2

Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1. Khu vực nghiên cứu.
Huyện Tam Đảo nằm ở phía Bắc tỉnh Vĩnh Phúc, gần ngã ba ranh giới của
tỉnh Vĩnh Phúc với hai tỉnh Tuyên Quang và Thái Nguyên. Huyện Tam Đảo
nằm ở tọa độ địa lý 21⁰23′37′′ B và 105⁰37′0′′ Đ. Phía Đơng Nam giáp huyện
Bình Xun, phía Tây Nam giáp huyện Tam Dương, phía Tây giáp huyện Lập
Thạch, phía Tây Bắc giáp huyện Sơn Dương (Tuyên Quang), phía Bắc giáp
huyện Đại Từ (Thái Ngun). Diện tích tự nhiên 236,42 km²,trong đó có hơn
120 km² là diện tích thuộc vườn quốc gia Tam Đảo, dân số của huyện là 83.931
người, mật độ 355 người/km² (theo thống kê ngày 01 tháng 04 năm 2019 của
Ủy ban nhân dân huyện Tam Đảo).
Huyện Tam Đảo được thành lập theo nghị định số 153/2003/NĐ-CP ngày 9
tháng 12 năm 2003 của chính phủ nước Cộng hịa Xã hội chủ nghĩa Việt
Nam trên cơ sở tách 3 xã: Yên Dương, Đạo Trù, Bồ Lý của huyện Lập Thạch; 4
xã: Đại Đình, Tam Quan, Hồ Sơn, Hợp Châu của huyện Tam Dương; xã Minh
Quang của huyện Bình Xuyên và thị trấn Tam Đảo của thị xã Vĩnh Yên. Huyện
lỵ đặt tại xã Hợp Châu.
Ngày 10 tháng 1 năm 2020, chuyển 2 xã Hợp Châu và Đại Đình thành 2 thị
trấn có tên tương ứng. Huyện Tam Đảo có 3 thị trấn và 6 xã như hiện nay.

Hình 2.1: Khu vực nghiên cứu.
3


2.1.1. Điều kiện tự nhiên.
Tam Đảo có điều kiện tự nhiên, hệ sinh thái đa dạng, phong phú và địa hình
đặc trưng.
Về địa hình, thành phố có đầy đủ các dạng địa hình từ đồi núi đến đồng bằng,
sơng hồ, nên tạo ra một lớp địa mạo đa dạng với các loại lớp phủ như rừng, đất
nông nghiệp, cây bụi, thảm cỏ, mặt nước,…kết hợp với hệ thống các công trình

kiến trúc nhân tạo.
Về khí hậu, Tam Đảo nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có đặc điểm
khí hậu của vùng trung du miền núi phía Bắc. Do vùng Tam Đảo có độ cao hơn
1000m so với mực nước biển nên nhiệt độ trung bình năm là 18,4⁰C cao hơn so
với các huyện khác trong tỉnh Vĩnh Phúc. Lượng mưa trung bình năm là
2.140mm. Lượng mưa phân bố không đều trong năm, tập trung chủ yếu từ tháng
5 đến tháng 10, chiếm 90% tổng lượng mưa cả năm. Mưa nhiều vào các tháng 6,
7, 8, 9, cao nhất vào tháng 8 âm lịch. Mùa khô (từ tháng 11 năm nay đến tháng 4
năm sau) chỉ chiếm 10% tổng lượng mưa trong năm (theo cổng thông tin – giao
tiếp điện tử tỉnh Vĩnh Phúc).
2.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội.
Tam Đảo có vị trí địa lý và giao thông thuận lợi cho phát triển kinh tế. Huyện
Tam Đảo cách thủ đô Hà Nội 60km, cách sân bay quốc tế Nội Bài 40km,
có tuyến đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai chạy qua, có điều kiện kết nối các
tuyến du lịch với các tỉnh Hà Nội, Tuyên Quang, Thái Nguyên, Phú Thọ và Lào
Cai… có điều kiện thuận lợi để thu hút khách du lịch đến với nơi đây.
Huyện có điều kiện tự nhiên phong phú, đa dạng, có tiềm năng và lợi thế để
phát triển du lịch như: Rừng nguyên sinh, hồ, đập, hệ thống suối, thác nước,
hang, động và núi cao với những thắng cảnh nổi tiếng như đỉnh Rùng Rình, rừng
Ma, ao Dứa, Thác Bạc, núi Trường Sinh, suối Bát Nhã, suối Giải Oan; Vườn

4


Quốc gia Tam Đảo; Sân golf Tam Đảo đã và đang thu hút hàng triệu lượt khách
đến thăm quan hàng năm.
Tam Đảo có hệ thống di sản văn hóa vật thể; hệ thống di tích thờ Thần, thờ
Phật phong phú và đa dạng, phân bổ ở hầu khắp các địa phương. Một số di tích
nổi tiếng như: Đền thờ Quốc Mẫu Tây Thiên, Đền Chân Suối, Đền Bà Chúa
Thượng Ngàn, Đền thờ Đức Thánh Trần, Thiền viện Trúc Lâm Tây Thiên, Đại

Bảo tháp Tây Thiên... tạo nên quần thể kiến trúc tôn giáo và tâm linh huyền ảo
trong dãy núi Tam Đảo hùng vĩ.
Có nhiều lễ hội được tổ chức hàng năm gắn với các di tích lịch sử văn hóa,
thu hút một lượng lớn khách du lịch hành hương về với Tam Đảo. Bên cạnh đó,
trên địa bàn huyện cịn lưu giữ được các giá trị văn hóa phi vật thể như các làn
điệu dân ca Soọng cô, các phong tục tập quán của đồng bào các dân tộc như: Lễ
cấp sắc, hát trầu văn, trang phục truyền thống, các loại bánh và món ăn ẩm thực
đặc trưng của đồng bào các dân tộc trong huyện...
Những năm qua du lịch của huyện có bước phát triển khá, hạ tầng du lịch
được đầu tư đồng bộ tạo động lực thúc đẩy kinh tế - xã hội của huyện tăng
trưởng ổn định và đạt nhiều kết quả quan trọng trên tất cả các lĩnh vực, cơ cấu
kinh tế đang dần chuyển dịch theo hướng tăng tỷ trọng ngành du lịch dịch vụ,
giảm dần tỷ trọng ngành nông nghiệp, kết cấu hạ tầng được đầu tư có hiệu quả,
văn hóa, xã hội có nhiều tiến bộ, an ninh chính trị - trật tự, an toàn xã hội, được
củng cố và giữ vững, đời sống vật chất, tinh thần của nhân dân ngày được nâng
cao. Công tác quy hoạch và đầu tư hạ tầng được quan tâm. Lĩnh vực giáo dục
đào tạo, dân số, việc làm và giảm nghèo, y tế và chăm sóc sức khoẻ cho nhân
dân được cải thiện, các hoạt động văn hóa xã hội đạt được kết quả tốt (theo
tamdao.vinhphuc.gov.vn).
2.2. Tổng quan về viễn thám.
2.2.1. Khái niệm.
Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ
thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng
5


thơng qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những
phương tiện này khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với
hiện tượng được nghiên cứu.
Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu

đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà
khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.
Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định
nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh "viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các
thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất". Dưới đây là định nghĩa về
viễn thám theo quan niệm của các tác giả khác nhau.
* Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật khơng cần
phải chạm vào vật đó (Ficher và nnk, 1976).
* Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật
trên một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976).
* Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ
một khoảng cách cách xa vật không cần tiếp xúc với nó. Năng lượng được đo
trong các hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm.
(D. A. Land Grete, 1978).
* Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của
trái đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức
xạ phổ điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất
(Janes B. Capbell, 1996).
* Viễn thám là "khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vật thể,
một vùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởi phương tiện
không tiếp xúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát ".( Lillesand và
Kiefer, 1986).
6


* Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng năng lượng điện từ như
ánh sáng, nhiệt, sóng cực ngắn như một phương tiện để điều tra và đo đạc những
đặc tính của đối tượng (Theo Floy Sabin 1987).
2.2.2. Nguyên lý hoạt động 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 ghi nhận bởi ảnh viễn thám, 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.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được
gọi là bộ cảm biến. Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét.
Phương tiện mang các bộ cảm biến được gọi là vật mang (máy bay, khinh khí
cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh...).
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 lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm
của chuyên gia.
Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan 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… (PGS.TS Nguyễn Khắc
Thời - Giáo trình viễn thám, 2011).

7


Hình 2.2: Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám.
2.3. Tổng quan về GIS.
2.3.1. Định nghĩa.
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS)
được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm lại
đây. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS có khả năng trợ giúp
các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân... đánh

giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội
thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các
thơng tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ
của các dữ liệu đầu vào.
Theo Ducker (1979) định nghĩa, GIS là một trường hợp đặc biệt của hệ thống
thơng tin, ở đó có cơ sở dữ liệu bao gồm sự quan sát các đặc trưng phân bố
không gian, các hoạt động sự kiện có thể được xác định trong khoảng không như
đường, điểm, vùng.

8


Theo Burrough (1986) định nghĩa, GIS là một công cụ mạnh dùng để lưu trữ
và truy vấn, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những
mục tiêu khác nhau.
Theo Nguyễn Kim Lợi nnk., (2009) Hệ thống thông tin địa lý được định nghĩa
như là một hệ thống thơng tin mà nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân
tích, cơ sở dữ liệu đầu ra liên quan về mặt địa lý không gian, nhằm hỗ trợ việc
thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thơng tin không gian
từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp từ thơng tin cho các mục đích
con người đặt ra.
2.3.2. Chức năng của GIS:
GIS có 4 chức năng cơ bản:


Thu thập dữ liệu: dữ liệu sử dụng trong GIS đến từ nhiều nguồn khác

nhau và GIS cung cấp cơng cụ để tích hợp dữ liệu thành một định dạng chung để
so sánh và phân tích.


Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liêu được thu thập và tích hợp, GIS cung cấp

các chức năng lưu trữ và duy trì dữ liệu.


Phân tích khơng gian: là chức năng quan trọng nhất của GIS nó cung cấp

các chức năng như nội suy không gian, tạo vùng đệm, chồng lớp.


Hiển thị kết quả: GIS có nhiều cách hiển thị thơng tin khác nhau. Phương

pháp truyền thống bằng bảng biểu và đồ thị được bổ sung với bản đồ và ảnh ba
chiều. Hiển thị trực quan là một trong những khả năng đáng chú ý nhất của GIS,
cho phép người sử dụng tương tác hữu hiệu với dữ liệu. (Nguyễn Kim Lợi, Lê
Cảnh Định, Trần Thống Nhất, 2009)
2.4. Các khái niệm.
2.4.1. Lớp phủ mặt đất (Lớp thực phủ - Land cover).
Lớp phủ mặt đất 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

9


động của các nhân tố tự nhiên như nắng, gió, mưa bão và sự tác động của con
người như khai thác đất để trồng trọt, xây dựng nhà cửa, công trình phục vụ
cuộc sống. 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 sông suối, kênh mương, hồ ao

và nước đại dương. Phần còn lại là diện tích mặt đất, 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 sự
phong phú của loại hình lớp phủ gồm cỏ, cây bụi, rừng, đất canh tác đang có cây
sinh trưởng,...; dân cư đô thị, nông thôn; mạng lưới giao thông; khu công
nghiệp, thương mại và các đối tượng đất chuyên dùng khác; các vùng đất trống,
đồi núi trọc, cồn cát, bãi đá.
Bề mặt Trái Đất
Mặt nước

Nước
lục địa

Đại dương
Biển

Thay đổi
theo mùa

Tự
nhiên
(Rừng
tự
nhiên)

Nhân
tạo
(Cây
lâu
năm)

Mặt đất

Đất có
thực phủ

Thường
xun

Tự nhiên
(Trảng
cỏ...)

Đất khơng có
thực phủ
Tự nhiên
(đất trống,
bãi đá,
cồn- bãi
cát

Nhân tạo
(Lúa
màu...)

Hình 2.3: Sơ đồ tổng quát về lớp phủ bề mặt đất.
(Nguồn: Hệ phân loại lớp phủ CORINE)
10

Nhân tạo

(các cơng
trình xây
dựng


2.4.2. Phân loại lớp phủ mặt đất.
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 thông tin, người ta đã xây dựng các hệ
phân loại lớp phủ mặt đất. Nhìn chung các hệ phân loại lớp phủ mặt đất đã có
đều dựa trên nguyên tắc sau:


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,...


Các đối tượng trong hệ phân loại đáp ứng được yêu cầu phân tách của đối

tượng trên các tư liệu thu thập ở các thời điểm khác nhau.


Hệ thống phân loại áp dụng 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 khác 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.
Hệ phân loại FAOLCC (Food and Agriculture Organization Land Cover
Classification) vừa tổng hợp để phù hợp với mọi điều kiện trên Trái đất nhưng
không chi tiết đến tính chất của từng đối tượng mà chỉ có thể bổ sung thơng tin
nhờ khảo sát ngoại nghiệp.
Hệ phân loại CORINE (Coordination of information on the environment) dựa
vào phần nào nguyên tắc của FAOLCC và điều chỉnh phù hợp với đặc điểm của
Mỹ và Châu Âu.
11


Cụ thể là:
*Hệ phân loại lớp phủ mặt đất FAOLCC chia ra theo 3 cấp chính:
Cấp 1 (Level 1): Phân ra thành 2 loại theo đặc điểm có hay khơng có lớp phủ
thực vật của bề mặt đất.
Cấp 2 (Level 2): Phân ra thành 4 loại theo nguyên tắc chia các loại của cấp 1
theo đặc điểm ngập nước hay không ngập nước của bề mặt.
Cấp 3 (Level 3): Phân ra thành 8 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 tùy theo đặc điểm của đối tượng cũng như khu
vực nghiên cứu và mức độ chi tiết của bản đồ cần thành lập.
*Hệ phân loại lớp phủ mặt đất CORINE chia ra theo 3 cấp:
Cấp 1 (Level 1): Phân ra thành 5 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 15 loại theo đặc điểm che phủ của thực vật.
Cấp 3 (Level 3): Phân ra thành 44 loại chi tiết hơn tùy đặc điểm của đối tượng
cũng như khu vực nghiên cứu.
Thông qua việc nghiên cứu, tham khảo các hệ phân loại lớp phủ mặt đất, đồng
thời phân tích một số đặc điểm của các đối tượng trong vùng thử nghiệm kết hợp
với khả năng thông tin của các tư liệu sử dụng, tác giả đã xây dựng hệ phân loại
một số đối tượng lớp phủ mặt đất phục vụ nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được
trình bày dưới bảng sau đây:

12


Bảng 2.1: Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất huyện Tam Đảo.

Cấp 1

Cấp 2

Lớp phủ mặt nước

Mặt nước: Hồ, ao, sông, suối, kênh, mương.

Lớp phủ đất nông
nghiệp

Đất nông nghiệp: Lúa, hoa màu, cây ngắn ngày,...

Lớp phủ đất rừng

Đất rừng: Đất trồng cây lâu năm, rừng tự nhiên,
rừng trồng, rừng tre nứa,...

Lớp phủ khác

Đất trống: Nghĩa trang, đất chưa sử dụng,...
Khu dân cư: Khu đô thị, nông thôn., trụ sở,...

Lớp phủ dân cư
Giao thông: Đường quốc lộ,...
2.4.3. Khái quát về bản đồ biến động lớp phủ bề mặt.
Biến động được hiểu là sự thay đổi, biến 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.
Để nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất người ta sử dụng nhiều phương
pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau: số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiểm
kê hoặc từ các cuộc điều tra. Các phương pháp này có độ chính xác khơng cao,
tốn nhiều thời gian và kinh phí, đồng thời chúng không thể hiện được sự thay
đổi của loại lớp phủ này sang loại lớp phủ khác và vị trí khơng gian của sự thay
đổi đó. Thành lập bản đồ biến động lớp phủ bề mặt từ tư liệu ảnh viễn thám đa
thời gian sẽ khắc phục được những nhược điểm đó.
Trong giai đoạn đầu phát triển kinh tế xã hội, khi mức sống của con người
còn thấp, nguồn thu nhập chính chủ yếu dựa vào các hoạt động sản xuất nông
13


nghiệp. Khi xã hội phát triển ở mức độ cao hơn, mục đích về sử dụng đất cũng
phức tạp hơn. Đất đai không chỉ cung cấp cho con người các tư liệu vật chất để
sinh tồn và phát triển mà còn cung cấp các điều kiện cần thiết để hưởng thụ và

đáp ứng nhu cầu cuộc sống của nhân loại.
Kinh tế xã hội phát triển mạnh mẽ, cùng với sự bùng nổ dân số đã làm cho
mối quan hệ giữa con người với đất đai ngày trở lên căng thẳng. Vấn đề tổ chức
và sử dụng đất theo quan điểm sinh thái và phát triển bền vững càng trở lên quan
trọng, bức xúc và mang tính tồn cầu.
Bản đồ biến động lớp phủ mặt đất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các
bản đồ chuyên đề như: đất nơng nghiệp, khu dân cư, giao thơng, thủy văn,... cịn
phải thể hiện được sự biến động lớp phủ mặt đất theo thời gian.
Các thơng tin về tình hình lớp phủ mặt đất, biến động lớp phủ mặt đất kết hợp
với các thông tin liên quan là yếu tố quan trọng phục vụ công tác quy hoạch, kế
hoạch và quản lý đất đai để đảm bảo sử dụng đất bền vững, có hiệu quả, thân
thiện với mơi trường và 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 không 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 đang trong quá trình phát triển.
Ưu điểm của bản đồ biến động lớp phủ bề mặt là thể hiện được rõ sự biến đổi
theo không gian và 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 lớp phủ nào sang lớp phủ nào. Nó có thể kết hợp với nhiều nguồn
14


dữ liệu khác nhau để phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều mục đích khác nhau như
quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê đất đai.
Về cơ bản, bản đồ biến động lớp phủ mặt đất phải được thành lập trên cơ sở

hai bản đồ lớp phủ mặt đất tại hai thời điểm nghiên cứu, vì vậy độ chính xác của
bản đồ biến động phải phụ thuộc vào bản đồ lớp phủ mặt đất tại hai thời điểm
nghiên cứu.
2.5. Giới thiệu về vệ tinh LANDSAT 8.
Vệ tinh Landsat là tên chung cho hệ thống các vệ tinh chun dùng vào mục
đích thăm dị tài ngun Trái Đất. Đầu tiên nó mang tên ERTS ( Earth Resource
Technology Sattellite) - kỹ thuật vệ tinh thăm dò Trái đất. Hệ thống vệ tinh
Landsat cho tới nay có thể nói là hệ thống vệ tinh mang tính chất quốc tế. Có 8
vệ tinh trong chương trình này. Và hiện nay là Landsat 8. Vệ tinh Landsat đầu
tiên được phóng vào ngày 23/7/1972 và ngừng hoạt động vào năm 1978 (Theo
Climategis.com).
Vệ tinh thế hệ thứ 8 – Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành cơng lên quỹ đạo
vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM).
Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ. Landsat sẽ
tiếp tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 – 100 mét), phủ kín ở
các vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên trái đất. Nhiệm vụ
của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như
quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy
hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp.
Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI –
Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal
Infrared Sensor). Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ
tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước. Landsat 8 thu nhận ảnh
với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài.
15


Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ phân giải
không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng
ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc. Dải quét của

LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km. Độ cao vệ tinh đạt 705 km so
với bề mặt trái đất. Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để
quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện
các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tượng học), trong
khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài
(kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề mặt. Bộ cảm OLI
và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR),
cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với
phiên bản trước.
Bảng 2.2: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh LANDSAT 8.
Kênh

Bước sóng
(micrometers)

Độ phân giải
(meters)

Band 1 - Coastal aerosol

0.433 - 0.453

30

Band 2 – Blue

0.450 - 0.515

30

Band 3 - Green

0.525 – 0.600

30

Band 4 - Red

0.630 – 0.680

30

Band 5 – Near Infrared(NIR)

0.845 – 0.885

30

Band 6 – SWIR 1

1.560 – 1.660

30

Band 7 – SWIR 2

2.100 – 2.300

30

Band 8 - Panchromatic

0.500 – 0.680

15

Band 9 – Cirrus

1.360 – 1.390

30

Band 10 – Thermal Infrared ( TIR ) 1

10.6 – 11.2

100

Band 11 – Thermal Infrared ( TIR ) 2

11.5 – 12.5

100

16


Chương 3:VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
3.1. Dữ liệu thu thập.
Trong phạm vi đề tài, dữ liệu ảnh được sử dụng là ảnh vệ tinh Landsat 8, độ

phân giải 30m được lấy từ trang web: , Path/ Row :
127 / 045, với các ảnh năm 2014 và năm 2019. Do dữ liệu ảnh Landsat 8 chụp tại
thời điểm nghiên cứu không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng ảnh (có tỷ lệ mây
che phủ quá lớn, bao trùm diện tích của khu vực nghiên cứu), đề tài thực hiện với
dữ liệu ảnh Landsat 8 có chất lượng phù hợp và gần nhất với thời điểm lấy mẫu.
Bảng 3.1: Dữ liệu ảnh thu thập.
Ngày mua
lại

Ghi
chú

2014 LC08_L1TP_127045_20140119_20170426_01_T1 19/01/2014

Ảnh
gốc

2020 LC08_L1TP_127045_20190930_20191018_01_T1 30/09/2019

Ảnh
gốc

Năm

Mã ảnh

3.2. Mục tiêu nghiên cứu.
3.2.1. Mục tiêu chung.
Góp phần xây dựng bộ công cụ quản lý đất đai ứng dụng GIS và viễn thám
cho khu vực huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc.

3.2.2. Mục tiêu cụ thể.
 Thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc năm
2014 và năm 2020, tỷ lệ 1:60.000.


Thành lập bản đồ biến động và đánh giá sự biến động lớp phủ mặt đất khu

vực huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc qua các năm 2014 và năm 2020.
3.3. Nội dung nghiên cứu.
Nội dung đề tài nghiên cứu gồm các vấn đề sau:

17