B GIO DC V O TO
TRNG I HC NễNG NGHIP H NI
NGUYN C SN ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
(GIS) để xác định biến động đất đai trên địa bàn
HUYệN BìNH XUYÊN, TỉNH VĩNH PhúC giai đoạn 2005-2010
LUN VN THC S NễNG NGHIP Chuyờn ngnh: Qun lý ủt ủai
Mó s: 60.62.16
Ngi hng dn khoa hc: TS. Lấ MINH T
H NI - 2011
ñã giảng dạy, ñóng góp ý kiến, tạo ñiều kiện cho tôi học tập và hoàn thành
luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn UBND huyện Bình Xuyên, Sở Tài nguyên
và môi trường tỉnh Vĩnh Phúc ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thu thập số liệu
và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh ñạo Uỷ ban nhân dân thành phố
Việt Trì nơi tôi công tác ñã tạo mọi ñiều kiện cho tôi học tập nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả người thân trong gia ñình và bạn bè ñã
làm chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi học tập và công tác.
Hà Nội, ngày 01 tháng 9 năm 2011
Tác giả luận văn
Nguyễn ðức Sơn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH vii
giới và ở Việt Nam 33
2.3.1 Trên thế giới 33
2.3.2 Tại Việt Nam 33
2.4 Khái quát về biến ñộng sử dụng ñất 35
2.4.1 Những vấn ñề chung về biến ñộng sử dụng ñất 35
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
iv
2.4.2 Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất 37
2.4.3 So sánh các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng 46
3. ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 48
3.1 ðối tượng nghiên cứu 48
3.2 ðịa ñiểm nghiên cứu 48
3.3 Nội dung nghiên cứu 48
3.3.1 Xây dựng khóa giải ñoán ảnh 48
3.3.2 Xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng một số loại ñất huyện Bình
Xuyên năm 2005 và năm 2010 dựa trên tư liệu ảnh SPOT tại hai
4.1.2 ðiều kiện kinh tế - xã hội 52
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
v
4.2 Hiện trạng sử dụng ñất 53
4.3 Thu thập dữ liệu 55
4.3.1 Dữ liệu viễn thám 55
4.3.2 Dữ liệu khác 57
4.4 Các bước xử lý ảnh 57
4.4.1 Nhập ảnh 57
4.4.2 Tăng cường chất lượng ảnh 57
4.4.3 Nắn chỉnh hình học và cắt ảnh theo ñịa giới hành chính 59
4.4.4 Xây dựng các khoá giải ñoán ảnh 74
4.4.5 Xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng một số loại ñất năm 2005 và
2010 từ ảnh vệ tinh và các số liệu sẵn có 76
4.5 Xây dựng bản ñồ biến ñộng một số loại ñất giai ñoạn 2005 – 2010 80
4.6 ðánh giá ñộ chính xác kết quả thành lập bản ñồ bằng ảnh vệ tinh 85
4.3 Bảng sai số RMS sau khi nắn ảnh 2005 66
4.4 Các ñiểm khống chế dùng nắn ảnh 2010 theo ảnh năm 2005 71
4.5 Phân loại các loại hình sử dụng ñất 74
4.6 Khóa giải ñoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 75
4.7 Bảng thống kê diện tích một số loại ñất huyện Bình Xuyên năm
2005… 77
4.8 Bảng thống kê diện tích một số loại ñất năm 2010 78
4.9 Biến ñộng các loại ñất giai ñoạn 2005 – 2010 81
4.10 So sánh diện tích một số loại ñất năm 2005 và năm 2010 84
4.11 Chênh lệch giữa diện tích giải ñoán ảnh và diện tích thống kê 86
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
vii
DANH MỤC HÌNH
STT Tên hình Trang
2.1 Nguyên lý viễn thám vệ tinh 3
2.16 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau
phân loại 37
2.17 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân loại
trực tiếp ảnh ña thời gian 38
2.18 Véc tơ thay ñổi phổ 39
2.19 Thuật toán phân tích véc tơ thay ñổi phổ 39
2.20 Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng phương pháp
mạng nhị phân 43
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
viii
2.21 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp cộng màu
trên một kênh ảnh 45
4.1 Biểu ñồ cơ cấu sử dụng ñất huyện Bình Xuyên năm 2010 55
4.2 Ảnh SPOT năm 2005 56
4.3 Ảnh SPOT năm 2010 56
4.4 Ảnh SPOT năm 2005 trước khi ñược nắn 61
4.5 Thực hiện nắn ảnh SPOT năm 2005 theo bản ñồ trên Envi 62
4.6 Lựa chọn thông số ñể nắn ảnh trên Envi 63
1.1 Tính cấp thiết của ñề tài
ðất nước ta ñang trên ñà phát triển, quá trình công nghiệp hoá, ñô thị
hoá ñang diễn ra mạnh mẽ. Nhu cầu chuyển mục ñích sử dụng ñất nông
nghiệp sang ñất phi nông nghiệp ngày càng trở nên bức thiết. Trước yêu cầu
ñó chúng ta cần phải phân bố quỹ ñất cho các ngành một cách hợp lý ñể ñảm
bảo sử dụng ñất một cách tiết kiệm và có hiệu quả cao ñồng thời vẫn ñảm bảo
an ninh lương thực. ðể công tác quản lý ñất ñai có hiệu quả thì việc xác ñịnh
biến ñộng ñất ñai càng trở nên cấp thiết.
Công tác ñánh giá biến ñộng sử dụng ñất dựa vào bản ñồ hiện trạng sử
dụng ñất theo chu kỳ 5 năm lập theo phương pháp truyền thống ñòi hỏi phải
có nhân lực, kinh phí và thời gian. ðồng thời theo phương pháp này chưa có
tính tự ñộng hoá và tính khái quát về biến ñộng sử dụng ñất. Với khả năng
cung cấp thông tin ña dạng và cập nhật của công nghệ viễn thám, khả năng
tích hợp, phân tích thông tin của GIS kết hợp với phương pháp truyền thống
thì việc nghiên cứu thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất, bản ñồ biến ñộng
sử dụng ñất sẽ ñạt hiệu quả cao hơn.
Quá trình ñô thị hoá, công nghiệp hoá tại huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh
Phúc diễn ra mạnh mẽ trong những năm gần ñây do vậy ñể ñáp ứng nhu cầu
quản lý ñất ñai tại ñịa phương giúp các nhà quản lý ñưa ra quyết ñịnh nhanh
chóng phù hợp với thực tế việc ứng dụng ảnh viễn thám kết hợp với công
nghệ GIS ñể xác ñịnh biến ñộng ñất ñai tại ñịa phương là rất cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như tính cấp bách của việc xác ñịnh
biến ñộng ñất ñai trên ñịa bàn huyện Bình Xuyên giai ñoạn 2005-2010 nhằm
ñịnh hướng cho công tác quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội của huyện trong
giai ñoạn tiếp theo, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
2
“Ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñể xác
ñịnh biến ñộng ñất ñai trên ñịa bàn huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc giai
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
4
Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt
chẽ với nhau. Theo trình tự hoạt ñộng của hệ thống, chúng ta có:
Nguồn năng lượng. Thành phần ñầu tiên của một hệ thống viễn thám là
nguồn năng lượng ñể chiếu sáng hay cung cấp năng lượng ñiện từ tới ñối
tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự
cung cấp năng lượng tới ñối tượng. Thông tin viễn thám thu thập ñược là dựa
vào năng lượng từ ñối tượng ñến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng
lượng chiếu sáng hay truyền tới ñối tượng sẽ không có năng lượng ñi từ ñối
tượng ñến thiết bị nhận.
Những tia phát xạ và khí quyển. Vì năng lượng ñi từ nguồn năng lượng
tới ñối tượng nên sẽ phải tương tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng lượng
ñi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào ñó vì năng
lượng còn phải ñi theo chiều ngược lại, tức là từ ñối tượng ñến bộ cảm.
Sự tương tác với ñối tượng. Một khi ñược truyền qua không khí ñến ñối
tượng, năng lượng sẽ tương tác với ñối tượng tuỳ thuộc vào ñặc ñiểm của cả
ñối tượng và sóng ñiện từ. Sự tương tác này có thể là truyền qua ñối tượng, bị
ñối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển.
Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm. Sau khi năng lượng ñược phát ra
hay bị phản xạ từ ñối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa ñể tập hợp lại
và thu nhận sóng ñiện từ. Năng lượng ñiện từ truyền về bộ cảm mang thông
tin về ñối tượng.
Sự truyền tải, thu nhận và xử lý. Năng lượng ñược thu nhận bởi bộ cảm
cần phải ñược truyền tải, thường dưới dạng ñiện từ, ñến một trạm tiếp nhận-
xử lý nơi dữ liệu sẽ ñược xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thô.
Giải ñoán và phân tích ảnh. Ảnh thô sẽ ñược xử lý ñể có thể sử dụng
ñược. ðể lấy ñược thông tin về ñối tượng người ta phải nhận biết ñược mỗi
hình ảnh trên ảnh tương ứng với ñối tượng nào. Công ñoạn ñể có thể “nhận
các ñối tượng. ðối với mỗi vật trong tự nhiên có ñặc tính phản xạ phổ ñiện từ
khác nhau trên các bước sóng khác nhau. Dựa vào ñặc ñiểm phổ phản xạ có
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn thc s khoa hc nụng nghip
6
th phõn tớch, so sỏnh v nhn din cỏc ủi tng trờn b mt. Cỏc ủi tng
ch yu trờn mt ủt bao gm: lp ph thc vt, nc, ủt hay cỏt, ủỏ cụng
trỡnh xõy dng. Mi loi ny cú phn x khỏc nhau vi súng ủin t ti cỏc
bc súng khỏc nhau.
Hỡnh 2.3.c tớnh phn x ph ca mt s ủi tng t nhiờn
õy l hỡnh biu din ủng cong phn x ph ca cỏc loi lp ph mt
ủt (thc vt, ủt v nc), chỳng cú tớnh cht khỏi quỏt vic phn x ph ca
ba loi lp ph ch yu. Trờn thc t, cỏc loi thc vt, ủt v nc khỏc nhau
s cú cỏc ủng cong phn x ph khỏc nhau. S khỏc nhau ny ch yu ủc
th hin ủ ln ca phn trm phn x, song hỡnh dng tng ủi ca ủng
cong ớt khi cú s thay ủi.
Thc vt: Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ
dài bớc sóng. Trên đồ thị (hình 2.4) thể hiện đờng đặc trng phản xạ phổ
thực vật xanh và các vùng phản xạ phổ chính.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
7
0,6
0,8
1,0 1,2 1,4 1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
Nh×n thÊy
CËn hång
ngo¹i
Hång
n
go
¹
i Ph¶n x¹ phæ hång ngo¹iHình 2.4. ðặc tính phản xạ phổ của thực vật
Phản xạ phổ cao nhất ở bước sóng màu lục (0,5-0,6
µm
) (tương ứng với
dải sóng màu lục-Green) trong vùng nhìn thấy và có màu xanh lục. Khi diệp
60
•40
•20
•0
•
• • • • • λ
(
µ
)
0,5
() + E
H
() + E
T
()
E() = E
() +
E
()
+ E
r(%)
50
140
30
20
độ dài bớc sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại. ở đây chỉ
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn thc s khoa hc nụng nghip
9
có năng lợng hấp thụ và năng lợng phản xạ, mà không có năng lợng thấu
quang. Tuy nhiên với các loại đất cát có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ
và vô cơ khác nhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau. Tùy thuộc vào thành
phần hợp chất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau. Các yếu tố
chủ yếu ảnh hởng đến phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm
của đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ.
Hỡnh 2.7. c tớnh phn x ph ca mt s loi ủt
Nh trên đ nói có nhiều yếu tố ảnh hởng đến khả năng phản xạ phổ của
đất, tuy nhiên chúng có liên quan chặt chẽ với nhau. Cấu trúc, độ ẩm, độ mịn bề
mặt, hàm lợng chất hữu cơ và ô xít sắt là những yếu tố quan trọng. Vùng phản xạ
và bức xạ phổ có thể sử dụng để ghi nhận thông tin hữu ích về đất còn hình ảnh ở
hai vùng phổ này là dấu hiệu để đoán đọc điều vẽ các đặc tính của đất. Một điểm
quan trọng cần lu ý là mặc dù biên độ đồ thị khả năng phản xạ phổ của các loại đất
có thể khác xa nhau nhng nhìn chung những khác nhau này ổn định ở nhiều dải
sóng khác nhau. Đối với thực vật chúng ta phải nhờ khả năng phản xạ phổ phụ
thuộc bớc sóng (tức là đoán đọc điều vẽ ở các kênh khác nhau), nhng với thổ
nhỡng không thể làm đợc nh vậy, mặc dù sự khác biệt về khả năng phản xạ
phổ là quan trọng nhng nhiều đặc tính phản xạ phổ của chúng phải đoán đọc điều
vẽ ở các dải sóng nhìn thấy.
Cựng vi cỏc ủc trng phn x ph ca cỏc ủi tng t nhiờn c bn, Root
v Mille vo nm 1971 nghiờn cu v ủa ra cỏc ủc trng phn x ph ca mt s
ủi tng chớnh trong ủụ th nh bờ tụng, vỏn lp, nha ủng v ủt trng. Cỏc
ủc trng ny l thụng tin quan trng giỳp quỏ trỡnh gii ủoỏn cỏc ủi tng ủụ th.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
10
có ñộ cao lớn hơn sẽ có khoảng thu ảnh lớn hơn. Còn với IFOV của ñầu thu
ñặc trưng cho phạm vi không gian. Tổng hợp giá trị bức xạ của các ñối tượng
trong một góc IFOV ñược thu nhận cùng một lúc và mang một giá trị, ñược
ghi nhận như một ñiểm ảnh. Trong ảnh số, một ñiểm ảnh ñược gọi là một
pixel và giá trị kích thước pixel ñặc trưng cho khả năng phân giải không gian
của ảnh. Góc IFOV càng nhỏ thì khả năng phân biệt các ñối tượng trong
không gian càng lớn, nghĩa là giá trị pixel càng nhỏ và phạm vi “chụp” ảnh
càng hẹp.
Hình 2.9 ðộ phân giải không gian
Ý nghĩa quan trọng nhất của ñộ phân giải không gian là cho ta biết các
ñối tượng nhỏ nhất mà có thể phân biệt ñược trên ảnh.
- ðộ phân giải phổ.
Không phải toàn bộ giải sóng ñiện từ ñược sử dụng trong việc thu nhận
ảnh viễn thám. Tuỳ thuộc vào mục ñích thu thập thông tin, mỗi loại ñầu thu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
12
ñược thiết kế ñể có thể thu nhận sóng ñiện từ trong một số khoảng bước sóng
nhất ñịnh. ðộ rộng hẹp của khoảng bước sóng này là ñộ phân giải phổ của
ảnh. Theo hình 2.3 thì khoảng bước sóng càng hẹp thì tính chất phản xạ phổ
của ñối tượng càng ñồng nhất. Các khoảng bước sóng này ñược gọi là các
kênh ảnh.
Bức xạ phổ (bao gồm cả phản xạ, tán xạ và bức xạ riêng) của một ñối
khác nhau như ñịa lý, ñịa chất, nông nghiệp, thủy văn, môi trường…
ðoán ñọc bằng mắt là sử dụng mắt thường có sự trợ giúp của các dụng
cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu… Cơ sở ñể ñoán
ñọc là các chuẩn ñoán ñọc vẽ và mẫu ñoán ñọc.
Các chuẩn ñoán ñọc bao gồm:[8]
Chuẩn kích thước: Kích thước của một ñối tượng ñược xác ñịnh theo tỷ
lệ ảnh và kích thước ño ñược trên ảnh. Dựa vào thông tin này cũng có thể
phân biệt ñược các ñối tượng trên ảnh.
Chuẩn hình dạng: Hình dạng là những ñặc trưng bên ngoài tiêu biểu
cho từng ñối tượng vì vậy nó có ý nghĩa quan trọng trong ñoán ñọc. Ví dụ hồ
hình móng ngựa là các khúc sông cụt, dạng chổi sáng màu là các cồn cát…
Chuẩn bóng: Bóng của vật thể có thể dễ dàng nhận thấy khi nguồn sáng
không nằm chính xác ở ñỉnh ñầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên. Dựa vào
bóng của vật thể có thể xác ñịnh ñược chiều cao của ñối tượng.
Chuẩn ñộ ñen: ðộ ñen là một chuẩn quan trọng ñể xác ñịnh tính chất
của ñối tượng. Cát khô phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng có màu
trắng, trong khi ñó cát ướt có màu tối hơn trên ảnh ñen trắng. Trên ảnh hồng
ngoại ñen trắng, cây lá nhọn phản xạ mạnh tia hồng ngoại nên có màu trắng
còn nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sóng này nên bao giờ cũng có
màu ñen.
Chuẩn màu sắc: Màu sắc giúp cho người ñoán ñọc dễ dàng xác ñịnh
ñược các ñối tượng trên ảnh là thực vật, nước, ñất trống, ñất ñô thị, hoặc xác
ñịnh ñược ngay ñó là kiểu loài thực vật gì.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
14
Chuẩn cấu trúc: Cấu trúc là tập hợp của nhiều ñặc tính rất rõ ràng trên
ảnh, ví dụ một bãi cỏ không bị lẫn các loài cây khác cho một cấu trúc mịn trên
ảnh, ngược lại rừng hỗn giao cho một cấu trúc sần sùi.
học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, ñộ mù Chính vì vậy, ñể bảo ñảm
ñược sự tương ñồng nhất ñịnh về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc
hiệu chỉnh bức xạ.
+ Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên ñường truyền xuống mặt
ñất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất ñịnh trước khi tới ñược mặt ñất và bức
xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới ñược bộ cảm.
Do vậy, bức xạ mà bộ cảm thu ñược chứa ñựng không phải chỉ riêng năng
lượng hữu ích mà còn nhiều thành phần nhiễu khác. Hiệu chỉnh khí quyển là
một công ñoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ không mang
thông tin hữu ích.
+ Hiệu chỉnh hình học: Méo hình hình học ñược hiểu như sự sai lệch vị
trí giữa tọa ñộ ảnh thực tế ño ñược và tọa ñộ ảnh lý tưởng ñược tạo bởi một
bộ cảm có thiết kế hình học lý tưởng và trong các ñiều kiện thu nhận lý tưởng.
Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng ñược mối tương quan giữa hệ
toạ ñộ ảnh ño và hệ toạ ñộ quy chiếu chuẩn. Hệ toạ ñộ quy chiếu chuẩn có thể
là hệ toạ ñộ mặt ñất (hệ tọa ñộ vuông góc hoặc hệ tọa ñộ ñịa lý) hoặc hệ toạ
ñộ ảnh khác.
- Biến ñổi ảnh: Bao gồm các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng
ảnh, biến ñổi tuyến tính.
+ Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách ñặc tính
Tăng cường chất lượng có thể ñược ñịnh nghĩa như một thao tác
chuyển ñổi nhằm thể hiện ảnh với cường ñộ, ñộ tương phản phù hợp với thiết
bị hiển thị ảnh. Chiết tách ñặc tính là một thao tác nhằm phân loại, sắp xếp
các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉ tiêu ñưa ra dưới dạng
các hàm số.
Copyright: Tài liệu đại học ©