ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN TÂN DUY
ỨNG DỤNG ẢNH PHÂN GIẢI CAO SPOT ĐỂ NGHIÊN CỨU
BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN THƢỜNG TÍN GIAI ĐOẠN
2000 – 2011 VÀ ĐƢA RA DỰ BÁO TỐC ĐỘ PHÁT TRIỂN NĂM
2015
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN TÂN DUY

Nguyễn Tân Duy
2
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu,
tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều
được trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu.
Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy
định cho lời cam đoan của mình.
Hà Nội, ngày 14 tháng 02 năm 2014
Học viên Nguyễn Tân Duy


CHƢƠNG 2: Khả năng giải đoán ảnh vệ tinh SPOT đối với việc nghiên
cứu hiện trạng sử dụng đất 35
2.1. Phân loại đối tƣợng sử dụng đất trong bản đồ hiện trạng sử dụng đất
theo luật đất đai năm 2003 35
2.2. Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh SPOT đối với việc nghiên cứu hiện
trạng sử dụng đất 36
2.3. Phƣơng pháp phân loại đối tƣợng sử dụng đất 40
2.3.1. Phương pháp giải đoán ảnh 40
2.3.2. Phương pháp phân loại ảnh 46
2.3.3. Lẫy mẫu đối tượng sử dụng đất trên ảnh và kiểm tra ngoài thực địa 52
CHƢƠNG 3: Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng ảnh vệ tinh SPOT
thành lập bản đồ biến động các loại hình sử dụng đất khu vực huyện
Thƣờng Tín giai đoạn 2001 – 2011 và dự báo tốc độ phát triển các loại
hình sử dụng đất năm 2015 55
3.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu 55
3.1.1. Vị trí địa lý 55
3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội 56
3.1.3. Tình hình sử dụng đất đai của huyện Thường Tín 58
4
3.2. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện
Thƣờng Tín 59
3.2.1.Các phương pháp nghiên cứu biến động bằng ảnh viễn thám 59
3.2.2. Sơ đồ công nghệ 64
3.2.3. Mô tả các bước quy trình công nghệ 64
3.3. Kết quả phân loại ảnh SPOT và bản đồ biến động sử dụng đất huyện
Thƣờng Tín giai đoạn 2001 - 2011 67
3.4. Ứng dụng hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu phân tích biến động
diện tích các loại hình sử dụng đất huyện Thƣờng Tín 68
3.5. Phân tích đánh giá sơ bộ nguyên nhân biến động của các đối tƣợng sử
dụng đất 72

Hình 1.2: Khái niệm chung về viễn thám 14
Hình 1.3: Đường cong phổ phản xạ 17
Hình 1.4: Phân loại sóng điện từ 18
Hình 1.5: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 20
Hình 1.6: Đặc tính hấp thụ của lá cây và của nước 21
Hình 1.7: Khả năng phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào độ ẩm 22
Hình 1.8: Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 22
Hình 1.9: Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm 23
Hình 1.10: Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 25
Hình 1.11: Khả năng phản xạ phổ của một số loại nước 26
Hình 1.12: Mô hình trộn màu cơ bản 29
Hình 2.1: Mẫu ảnh của đất trồng lúa 38
Hình 2.2: Mẫu ảnh của sông Hồng và hồ, ao 39
Hình 2.3: Mẫu ảnh của đất ở và đất trụ sở cơ quan nhà nước 39
Hình 2.4: Mẫu ảnh của đất khu công nghiệp 39
Hình 2.5: Mẫu ảnh của đất trống khi không có lớp phủ 40
Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu biến động sử dụng đất bằng phương pháp so sánh
sau phân loại 59
Hình 3.2: Sơ đồ nghiên cứu biến động sử dụng đất bằng phương pháp phân loại
trực tiếp ảnh đa thời gian 60
Hình 3.3: Vectơ thay đổi phổ 61
Hình 3.4: Thuật toán phân tích thay đổi phổ 62
Hình 3.5: Sơ đồ thành lập bản đồ biến động sử dụng đất 64
Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện diện tích sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn
2001 – 2011 (km
2
) 69
Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện diện tích sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn
2001 – 2011 (ha) 69
Hình 3.8: Biểu đồ cơ cấu chuyển dịch diện tích đất trồng lúa từ năm 2011-2011

7
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Cơ chế tương tác giữa khí quyển và sóng điện từ 16
Bảng 1.2: Mối quan hệ giữa bước sóng và độ thấu quang của nước 26
Bảng 1.3: Đặc tính cơ bản của ảnh SPOT 1 - 4 30
8
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai từ lâu vẫn luôn luôn đóng vai trò quan trọng đối với sự sinh tồn và
phát triển của con người. Nó là tư liệu sản suất đặc biệt cho sự phát triển kinh tế xã
hội, an ninh và quốc phòng. Nhưng đất đai chỉ có thể phát huy tiềm năng vốn có
dưới sự tác động tích cực của con người một cách thường xuyên.
Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay ở nước ta, sự chuyển
dịch kinh tế từ Nông nghiệp – Công nghiệp – Dịch vụ sang Công nghiệp – Dịch vụ
- Nông nghiệp đã và đang gây sức ép lớn về đất đai. Sức ép về dân số, tốc độ công
nghiệp hóa, hiện đại hóa đã kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng trong khi
quỹ đất lại có hạn. Đất đai đã thực sự trở thành “Tấc đất tấc vàng”. Trong quá trình
sử dụng đất, thường nảy sinh nhu cầu sử dụng đất vào các mục đích khác nhau của
con người. Do đó luôn có sự biến động đất đai về sử dụng đất. Để phục vụ cho công
tác quản lý của Nhà nước thì cần làm rõ biến động sử dụng đất. Chính vì vậy cần
phải có một phương pháp quản lý hợp lý về tình hình sử dụng đất ở các đô thị. Hiện
nay, nhiều vệ tinh nhân tạo đã được phóng lên quỹ đạo với các mục đích khác nhau
để theo dõi diễn biến các hiện tượng trên bề mặt trái đất, trong đó có mục đích theo
dõi lớp phủ bề mặt trái đất. Đây là một phương pháp với công nghệ mới giúp làm
nhanh và hiệu quả hơn so với các công nghệ trước đây. Ngày nay có thể tiến hành
thành lập bản đồ biến động sử dụng đất đô thị một cách nhanh hơn trước nhờ vào
việc sử dụng ảnh vệ tinh với độ phân giải cao thay vì trước đây phải thực hiện các
công tác thực địa phức tạp làm tăng thời gian hoàn thành công việc.
Với bản đồ biến động được thực hiện bằng phương pháp viễn thám đạt độ
chính xác cao, ta có thể tiến hành dự đoán các loại hình sử dụng đất trong những

bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
Phân loại bằng phương pháp giải đoán là phương pháp khoanh định các vật
thể cũng như xác định trạng thái của chúng nhờ phân biệt các đặc tính yếu tố ảnh
(độ sáng, kiến trúc, kiễu mẫu, hình dạng, kích thước, vị trí, màu) và các mối quan
10
hệ của đối tượng này với các đối tượng khác. Kết quả giải đoán phụ thuộc vào kinh
nghiệm người giải đoán, tuy nhiên bị hạn chế do khả năng phân biệt phổ của mắt
người hạn chế.
Sau khi thực hiện công tác giải đoán ảnh, ta sẽ tiến hành thực địa và kiểm
chứng kết quả phân loại với các mẫu giải đoán
- Tiến hành nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000 -
2011 bằng hệ thông tin địa lý (GIS) và đưa ra dự báo trong các năm kế tiếp bằng
mô hình dự báo MARKOV
Dữ liệu GIS về hiện trạng sử dụng đất qua các năm được phân tích bằng
phương pháp chồng ghép dữ liệu, một phương pháp thông dụng trong GIS. Kết quả
thu được từ việc chồng ghép sẽ là tình hình biến động một số loại hình sử dụng đất
qua các năm đã chọn
Theo các kết quả tính toán được từ bản đồ biến động sử dụng đất, ta sử dụng
mô hình dự báo MARKOV để tính toán các loại hình sử dụng đất trong các năm
tiếp theo
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Để giải quyết mục đích của đề tài luận văn, ta tiến hành thu thập tài liệu,
thông tin, nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ viễn thám, đặc tính kỹ thuật của
ảnh vệ tinh độ phân giải cao SPOT, nghiên cứu khả năng thông tin của ảnh viễn
thám độ phân giải cao SPOT cho mục đích theo dõi biến động đất ở khu vực nghiên
cứu.
- Lựa chọn các phương pháp phân loại và phần mềm phân loại để giải đoán
lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Thường Tín. Qua việc theo dõi sử dụng đất
của một khu vực trong một khoảng thời gian kết hợp với việc phân loại các mẫu rồi
từ đó rút ra nhận xét, so sánh tình hình biến động giai đoạn 2000 – 2011. Việc xác

12
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ CỦA CÔNG NGHỆ
VIỄN THÁM

1.1. Những khái niệm cơ bản về công nghệ viễn thám
1.1.1. Khái niệm về hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám
Năng lượng điện từ của ảnh 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. Trên cơ sở các tín hiệu đó có thể tách
chiết các thông tin về đối tượng. Quá trình đó được thể hiện bằng các công đoạn
chính: phát hiện, ghi, phân tích các tín hiệu.
 Phát hiện: việc phát hiện các thông tin là bước rất quan trọng. Phát hiện về
dải sóng, về cường độ và tính chất khác của nguồn năng lượng điện từ
 Ghi tín hiệu: các tín hiệu phát hiện được có thể ghi dưới dạng hình ảnh hoặc
các tín hiệu điện từ. Khi xử lý các tín hiệu dạng hình ảnh, một số kiểu phim
ảnh có phủ các lớp nhạy cảm ánh sáng để phát hiện sự khác nhau của nguồn
năng lượng điện từ tạo nên hình ảnh không gian, không đắt và cung cấp
nhiều chi tiết trong không gian và có thể hiệu chỉnh hình học dễ dàng. Năng
lượng điện từ có thể được ghi dưới dạng các tín hiệu, biểu đồ phổ hoặc dưới
hình ảnh số giống như hình ảnh nền của mành hình máy tính, tài liệu số
thường có giá đắt hơn tư liệu ảnh, song lại có nhiều ưu điểm về độ phân giải
phổ, khả năng truyền thông tin. Các tín hiệu điện từ có thể ghi nhận ở dạng
phim, băng từ hoặc đĩa từ và có thể hiện thị dễ dàng.
 Phân tích các tín hiệu phổ: có thể thực hiện được bằng hai phương thức: phân
tích bằng mắt và xử lý số bằng máy tính
Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh. Đây là

 Dự báo thời tiết
 Ứng dụng trong nông nghiệp và lâm nghiệp
 Điều tra tài nguyên thiên nhiên
 Theo dõi giảm nhẹ thiên tai
 Ứng dụng trong quản lý đới bờ
 Các ứng dụng trong hải dương học
Viễn thám là phương pháp xử lý và phân tích các thông tin của những đối
tượng phân bố trên bề mặt Trái Đất và được thu thập từ ba tầng không gian:
* Vũ trụ (ngoài khí quyển)
* Tầng trung (tầng khí quyển)
* Mặt đất
nhằm xác định một cách tổng hợp những thuộc tính cơ bản của đối tượng nghiên
cứu

Hình 1.2: Khái niệm chung về viễn thám
Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lý trong tự
nhiên là các vật thể (đối tượng) trong những điều kiện khác nhau thì khả năng phản
xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng. Từ đó, nguồn tư liệu
viễn thám được hình thành như là kết quả thu nhận năng lượng phản xạ hoặc bức xạ
15
các sóng điện từ của các đối tượng bằng các thiết bị gọi là bộ cảm hoặc bằng các
máy chụp ảnh
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể thường là nguồn tư liệu
chủ yếu trong viễn thám. Các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua
các năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể. Viễn thám là một công nghệ nhằm
xác định và nhận biết đối tượng hay các điều kiện môi trường thông qua những đặc
trưng riêng về phản xạ và bức xạ.
1.1.3. Bức xạ điện từ
Bức xạ điện từ có 4 thông số cơ bản: tần số, hướng lan truyền, biên độ và
mặt phẳng phân cực. Các thông số này có thể sử dụng trong việc khai thác thông tin

Ozon và hơi nước có trong khí quyển trước khi đi đến bộ cảm biến. Để thấy được
cơ chế tương tác giữa khí quyển và sóng điện từ ta xem bảng dưới đây:
Bảng 1.1: Cơ chế tƣơng tác giữa khí quyển và sóng điện từ
Dải phổ điện từ
Bƣớc sóng
Đặc điểm
Tia cực tím
0,3 – 0,4 m
Hấp thụ mạnh bởi khí quyển ở tầng cao,
không thể thu nhận năng lượng do dải
sóng này cung cấp
Khả kiến
0,4 – 0,76 m
Rất ít bị hấp thụ bởi Oxy, nước, năng
lượng phản xạ cực đại với bước sóng 0,5
m trong khí quyển. Năng lượng do dải
sóng này cung cấp giữ vai trò quan trọng
trong viễn thám
Hồng ngoại trung
bình
0,77 – 1,34 m
1,55 – 2,4 m
Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các
bước sóng hồng ngoại gần từ 0,77 – 0,9
m. Sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại
theo dõi sự biến đổi thực vật từ 1,55 – 2,4
m

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

Hình 1.3: Đƣờng cong phổ phản xạ
18

Hình 1.4: Phân loại sóng điện từ
Thông qua đặc điểm về đường cong phản xạ phổ của các đối tượng, người ta
thiết kế thiết bị thu nhận sao cho tại khoảng bước sóng đó các đối tượng có độ phản
xạ phổ là dễ phân biệt nhất và ở những khoảng nằm trong bước sóng này sự hấp thụ
của khí quyển là nhỏ nhất.
Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3m – 0,4m),
vùng ánh sáng nhìn thấy (0,4m – 0,7m), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại
nhiệt. Trong tất cả các tài liệu về cơ sở viễn thám, theo bước sóng sử dụng, công
nghệ viễn thám có thể chia làm 3 nhóm chính:
1. Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
2. Viễn thám hồng ngoại nhiệt
3. Viễn thám siêu cao tần
Các loại sóng điện từ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ
như: Tia Gamma – Y tế và hạt nhân; Vùng nhìn thấy – Cho các phân tích bằng mắt;
Hồng ngoại – Phân biệt thảm thực vật; Nhiệt – Lửa cháy, nhiệt độ mặt nước; Sóng
ngắn – Mặt đất, mặt nước.
1.1.4. Đặc tính phản xạ phổ của một số nhóm đối tượng tự nhiên
Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt Trái Đất là thông số
quan trọng nhất trong viễn thám. Độ phản xạ phổ được tính theo công thức:
19
E
r
(λ) Năng lượng của bước sóng λ phản xạ từ đối tượng
P
(λ)

20
phổ này tương ứng với hai dải sóng bị clorophin hấp thụ. Ở hai dải sóng này,
clorophin hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy năng lượng phản xạ của lá
cây không lớn. Vùng sóng bị phản xạ mạnh nhất tương ứng với sóng 0,54 m, tức
là vùng sóng ánh sáng lục. Do đó lá cây tươi được mắt ta cảm nhận có màu lục. Khi
lá úa hoặc có bệnh, hàm lượng clorophin trong lá giảm đi, lúc đó khả năng phản xạ
phổ cũng sẽ bị thay đổi và lá cây sẽ có màu vàng đỏ

Hình 1.5 : Đặc tính phản xạ phổ của thực vật
Ở vùng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu lên khả năng phản xạ phổ của lá cây
là hàm lượng nước trong lá. Khả năng hấp thụ năng lượng
(r
λ
), mạnh nhất ở các bước sóng 1,4 m; 1,9 m và 2,7 m. Bước sóng 2,7 m hấp
thụ mạnh nhất gọi là dải sóng cộng hưởng hấp thụ, ở đây sự hấp thụ mạnh diễn ra
đối với sóng trong khoảng từ 2,66 – 2,73 m
21

Hình 1.6: Đặc tính hấp thụ của lá cây và của nƣớc
Trên hình 1.6 cho thấy ở dải hồng ngoại khả năng phản xạ phổ của lá mạnh
nhất ở bước sóng 1,6 m và 2,2 m – tương ứng với vùng ít hấp thụ của nước
Tóm lại: Khả năng phản xạ phổ của mỗi loài thực vật là khác nhau và đặc
tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:
- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản
xạ phổ khác biệt rõ rệt
- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy thì phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi
clorophin có trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá, còn lại bị phản xạ
Ở vùng hồng ngoại, nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá
là hàm lượng nước, ở vùng này khi độ ẩm lá cao, năng lượng hấp thụ cực đại. Ảnh
hưởng của các cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ là

Khi độ ẩm đất tăng, khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm (hình 1.9). Do
vậy khi hạt nước rơi vào cát khô ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn, đó là do sự chênh lệch
rõ rệt giữa các đường đặc trưng 1, 2, 3. Tuy nhiên nếu cát đã ẩm mà có thêm nước
cũng sẽ không thẫm màu đi mấy (do sự chênh lệch ít giữa đường 2 và đường 3).
Một yếu tố nữa ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ là hợp chất hữu cơ
trong đất. Với hàm lượng chất hữu cơ từ 0,5 – 5,0 % thì đất có màu nâu xẫm. Nếu
hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn đất sẽ có màu sáng

Trích đoạn Lẫy mẫu đối tượng sử dụng đất trên ảnh và kiểm tra ngoài thực địa Tình hình sử dụng đất đai của huyện Thường Tín Mô tả các bước quy trình công nghệ Phân tích đánh giá sơ bộ nguyên nhân biến động của các đối tƣợng sử Dự báo tốc độ phát triển các loại hình sử dụng đất huyện Thƣờng Tín

---