BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
ðINH THỊ BÌNH
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM
VÀ GIS ðỂ THÀNH LẬP BẢN ðỒ BIẾN ðỘNG SỬ DỤNG ðẤT
TỶ LỆ 1/25000 HUYỆN YÊN HƯNG - TỈNH QUẢNG NINH
GIAI ðOẠN 2005 - 2010
LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành: Quản lý ðất ñai
Mã số
: 60.62.16
Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. PHẠM VỌNG THÀNH
HÀ NỘI - 2011
LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn
này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñã ñược
chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng năm 2011
ii
MỤC LỤC
Lời cam ñoan
i
Lời cảm ơn
ii
Mục lục
iii
Danh muc bảng
v
Danh mục các hình
vi
1
ðẶT VẤN ðỀ
1
Ứng dụng của viễn thám, GIS trong thành lập bản ñồ biến ñộng
20
sử dụng ñất trên thế giới và ở Việt nam.
37
3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
44
3.1
ðối tượng và ñịa ñiểm nghiên cứu
44
3.2
Nội dung nghiên cứu
45
3.3
Phương pháp nghiên cứu
54
4.1.4
Tình hình quản lý, sử dụng ñất trên ñịa bàn huyện
56
4.2
Mô tả dữ liệu
58
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
iii
4.2.1
Dữ liệu viễn thám:
58
4.2.2
Dữ liệu khác
60
81
5
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ
82
5.1
Kết luận:
82
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
84
iv
DANH MUC BẢNG
STT
Tên bảng
Trang
4.3
Tọa ñộ và sai số của các ñiểm nắn ảnh năm 2005
64
4.4
Tọa ñộ và sai số của các ñiểm nắn ảnh năm 2010
64
4.5
Danh sách mục ñích sử dụng ñất trong nghiên cứu
67
4.6
Các lớp giải ñoán và tên lớp sau phân loại
70
4.7
So sánh diện tích năm 2005
73
DANH MỤC CÁC HÌNH
STT
Tên hình
Trang
2.1
Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại
5
2.2
Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp phân loại ảnh ña thời gian.
6
2.3
Véc tơ thay ñổi phổ
6
2.4
Thuật toán phân tích vector thay ñổi phổ
7
Viễn thám ñể hiện chỉnh bản ñồ HTSDð chu kỳ trước
30
2.10
Các tài liệu dùng ñể thành lập bản ñồ HTSDð
33
2.11
Mô hình chuyển ñổi dữ liệu giữa viễn thám và GIS
39
4.1
Sơ ñồ vị trí huyện Yên Hưng
49
4.2
Cơ cấu sử dụng ñất năm 2010
56
4.3
Biểu ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2005 và năm 2010
75
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
vi
4.9
Quy trình nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất huyện Yên Hưngtỉnh Quảng Ninh bằng tư liệu viễn thám và GIS
77
4.10
Sơ ñồ ñánh giá biến ñộng
78
4.11
Biểu ñồ biến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2005-2010
80
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
vii
Quảng Ninh, có tiềm năng lớn về giao lưu thương mại trong nước cũng như
quốc tế bằng ñường biển. Với sự phát triển mạnh mẽ của cả nước, bộ mặt của
huyện cũng thay ñổi nhanh chóng. Trong những năm gần ñây, cùng với việc
hoàn thiện hệ thống chính sách về ñất ñai, công tác quản lý về ñất ñai trên ñịa
bàn huyện ñã bắt ñầu ñi vào nề nếp. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân nên
công tác cập nhật biến ñộng ñất ñai chưa tốt, chưa kịp thời; mặt khác trình ñộ,
năng lực cán bộ làm công tác quản lý ñất ñai ở các cấp còn chưa cao, nhất là
cán bộ ñịa chính cơ sở.
Xuất phát từ thực tiễn ñó, tôi ñã lựa chọn nghiên cứu ñề tài: “Ứng dụng
công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS ñể thành lập bản ñồ biến ñộng
sử dụng ñất tỷ lệ 1/25000 huyện Yên Hưng- tỉnh Quảng Ninh giai ñoạn
2005-2010”.
1.2. Mục ñích và yêu cầu
1.2.1. Mục ñích nghiên cứu
Nghiên cứu những vấn ñề lý luận và thực tiễn về ứng dụng công nghệ
viễn thám và GIS ñể thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất tỷ lệ 1/25.000
trên ñịa bàn huyện Yên Hưng- tỉnh Quảng Ninh.
1.2.2. Yêu cầu
Sử dụng phần mềm Envi ñể giải ñoán ảnh viễn thám phục vụ thành lập
bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất.
Sử dụng chức năng phân tích không gian của GIS ñể chồng xếp các bản
ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñể thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất và tính
toán biến ñộng.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
2
ñộng theo không gian và thời gian. Diện tích biến ñộng ñược thể hiện rõ ràng
trên bản ñồ ñồng thời cho chúng ta biết có biến ñộng hay không, biến ñộng từ
loại ñất nào sang loại ñất nào.
Về cơ bản, bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ñược thành lập trên cơ sở hai
bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời ñiểm nghiên cứu vì vậy ñộ chính
xác của bản ñồ này phụ thuộc vào ñộ chính xác của các bản ñồ hiện trạng sử
dụng ñất tại hai thời ñiểm nghiên cứu.
Có nhiều phương pháp nghiên cứu biến ñộng thường ñược sử dụng.
Dưới ñây là một số phương pháp ñược sử dụng rộng rãi ñể nghiên cứu biến
ñộng và thành lập bản ñồ biến ñộng.
2.1.1.2. Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất
a. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại
Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại ảnh ở hai thời
ñiểm khác nhau ta thành lập ñược bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời
ñiểm. Sau ñó chồng ghép hai bản ñồ hiện trạng ñể xây dựng bản ñồ biến
ñộng. Quy trình thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất theo phương pháp
này có thể tóm tắt như hình 2.1.
Phương pháp so sánh sau phân loại ñược sử dụng rộng rãi nhất, ñơn
giản, dễ hiểu và dễ thực hiện. Sau khi 2 ảnh vệ tinh ñược nắn chỉnh hình học
sẽ tiến hành phân loại ñộc lập ñể tạo thành hai bản ñồ. Hai bản ñồ này ñược
so sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến ñộng.
Theo J. Jensen, ưu ñiểm của phương pháp này cho biết sự thay ñổi từ
loại ñất gì sang loại ñất gì và chúng ta cũng có thể sử dụng bản ñồ hiện trạng
sử dụng ñất ñã ñược thành lập trước ñó.
Nhược ñiểm của phương pháp này là phải phân loại ñộc lập các ảnh
viễn thám nên ñộ chính xác phụ thuộc vào ñộ chính xác của từng phép phân
loại và thường ñộ chính xác không cao vì các sai sót trong quá trình phân loại
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
Kênh 3
Ảnh thời ñiểm
2
Kênh 4
Kênh 2
Ảnh thời ñiểm
1
Ảnh biến
ñộng
Kênh 3
Kênh 4
Phân loại
Bản ñồ biến ñộng
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
5
Hình 2.2. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp phân loại ảnh ña
thời gian.
Ưu ñiểm của phương pháp này là chỉ phải phân loại một lần. Nhưng
nhược ñiểm lớn nhất của nó là rất phức tạp trong lấy mẫu vì phải lấy tất cả
các mẫu biến ñộng và không biến ñộng. Hơn nữa, ảnh hưởng của sự thay ñổi
ñiểm 2 biểu thị giá trị phổ tại thời ñiểm sau khi xảy ra biến ñộng. Khi ñó vec
tơ 12 chính là vec tơ thay ñổi phổ, và ñược biểu thị bởi giá trị (khoảng cách từ
1 ñến 2) và hướng thay ñổi (góc θ ).
Giá trị của vec tơ thay ñổi phổ tính trên toàn cảnh theo công thức:
CMpixel =
2
n
∑ [BV
i , j ,k
(1) − BV i , j ,k (2)
]
k =1
Trong ñó:
- CMpixel là giá trị của vec tơ thay ñổi phổ.
- BVi,j,k(1), BVi,j,k(2) là giá trị phổ của pixel ij, kênh k của ảnh
trước và sau khi xảy ra biến ñộng.
Kênh y
Kênh y
b.
Kênh x
c.
Hình 2.4: Thuật toán phân tích vector thay ñổi phổ
Việc phân tích vec tơ thay ñổi ñược ghi lại thành hai tệp dữ liệu: một
tệp chứa các mã của khu vực, một tệp chứa ñộ lớn của các vec tơ thay ñổi
phổ. Thông tin về sự thay ñổi ñược tạo ra từ hai tệp dữ liệu ñó và ñược thể
hiện bằng màu sắc của các pixel tương ứng với các mã quy ñịnh. Trên ảnh ña
phổ thay ñổi này sẽ kết hợp cả hướng và giá trị của vec tơ thay ñổi phổ. Sự
thay ñổi có xảy ra hay không ñược quyết ñịnh bởi vec tơ thay ñổi phổ có vượt
ra khỏi ngưỡng quy ñịnh hay không. Giá trị ngưỡng ñược xác ñịnh từ kết quả
thực nghiệm dựa vào các mẫu biến ñộng và không biến ñộng.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
7
Trên hình 2.4 thể hiện thuật toán phân tích thay ñổi phổ. Trường hợp a,
không xảy ra biến ñộng hoặc biến ñộng nhỏ vì vec tơ thay ñổi phổ không vượt
khỏi giá trị ngưỡng, trường hợp b, c có xảy ra biến ñộng và hướng của vec tơ
thay ñổi phổ thể hiện tính chất của biến ñộng trong trường hợp b khác trường
hợp c, ví dụ ở trường hợp b có thể xảy ra sự biến mất của thực vật, còn trong
trường hợp c chỉ là sự khác biệt giai ñoạn tăng trưởng của cây trồng.
Sau ñó lớp thông tin thể hiện sự thay ñổi hay không thay ñổi sẽ ñược
ñặt lên trên tấm ảnh ñể thành lập bản ñồ biến ñộng.
Phương pháp phân tích vec tơ thay ñổi phổ ñược ứng dụng hiệu quả
trong nghiên cứu biến ñộng rừng nhất là biến ñộng hệ sinh thái rừng ngập
mặn nhưng nhược ñiểm của phương pháp này là khó xác ñịnh ngưỡng của sự
quanh giá trị trung bình, vị trí có pixel thay ñổi ñược biểu diễn ở phần biên của
ñường phân bố.
Cũng tương tự như vậy, nếu ảnh thay ñổi ñược tạo ra từ phép chia số
học thì giá trị của các pixel trên ảnh là một tỷ số chứng tỏ ở ñó có sự thay ñổi,
nếu bằng 1 thì không có sự thay ñổi.
Giá trị giới hạn trên ảnh thay ñổi (tạo ra bởi phép trừ số học) và ảnh tỷ
số kênh sẽ quyết ñịnh ngưỡng giữa ranh giới sự thay ñổi, không thay ñổi và
ñược biểu thị bằng biểu ñồ ñộ xám của ảnh thay ñổi.
Thông thường ñộ lệch chuẩn sẽ ñược lựa chọn và kiểm tra theo kinh
nghiệm, nhưng ngược lại, người ta thường sử dụng phương pháp thử nghiệm
nhiều hơn phương pháp kinh nghiệm. Giá trị ngưỡng của sự thay ñổi sẽ ñược
xác ñịnh khi bắt gặp giá trị thay ñổi trên thực tế.
ñ. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp sử dụng mạng nhị
phân.
ðây là một phương pháp xác ñịnh biến ñộng rất hiệu quả. ðầu tiên tiến
hành lựa chọn ñể phân tích ảnh thứ nhất tại thời ñiểm n. Ảnh thứ 2 có thể sớm
hơn ảnh thứ nhất (n-1) hoặc muộn hơn (n+1). Các ảnh ñều ñược nắn chỉnh về
cùng một hệ tọa ñộ.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
9
Tiến hành phân loại ảnh thứ nhất theo phương pháp phân loại thông thường.
Tiếp theo lần lượt chọn 1 trong các kênh (ví dụ kênh 3) từ hai ảnh ñể tạo ra
các tệp dữ liệu mới. Các tệp dữ liệu này sẽ ñược phân tích bằng các phép biến
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
10
11
Hình 2.5. Nghiên cứu biến ñộng sử dụng mạng nhị phân
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
12
của ảnh hoặc phương pháp phân tích thành phần chính) ñể tính toán các
chỉ số và tạo ra một ảnh mới.
Sau ñó sử dụng kỹ thuật phân ngưỡng ñể xác ñịnh các vùng thay ñổi và
không thay ñổi trên ảnh mới này theo phương pháp số học. Ảnh thay ñổi sẽ
ñược ghi lại trên một tệp "mạng nhị phân" chỉ có hai giá trị "thay ñổi" và
"không thay ñổi". Sau ñó mạng nhị phân này ñược chồng phủ lên ảnh thứ hai
ñể phân tích và chỉ ra các pixel thay ñổi. Khi ñó chỉ có các pixel ñược xác
ñịnh là có sự thay ñổi ñược phân loại trên ảnh thứ hai này. Sau ñó, phương
pháp so sánh sau phân loại truyền thống ñược ứng dụng ñể tìm ra thông tin về
biến ñộng. Sơ ñồ của phương pháp thể hiện trong hình 2.5.
Ưu ñiểm của phương pháp này là giảm ñược sai số xác ñịnh biến ñộng
do bỏ sót hoặc nhầm lẫn và cung cấp cụ thể thông tin về sự biến ñộng từ loại
gì sang loại gì. Phương pháp này có thể phân tích ñược số lượng nhỏ các vùng
thay ñổi giữa hai thời ñiểm. Ở hầu hết các vùng nghiên cứu, trong giai ñoạn từ
1-5 năm thì diện tích biến ñộng thường không lớn quá 10% diện tích toàn bộ
vùng nghiên cứu, vì vậy phương pháp này khá thích hợp ñể thành lập bản ñồ
những vùng có biến ñộng nhỏ, nhưng bất lợi lớn nhất của phương pháp này là
rất phức tạp, ñòi hỏi một số bước thực hiện và kết quả cuối cùng phụ thuộc
vào vào chất lượng của mạng nhị phân ñã ñược sử dụng ñể phân tích. Tuy
Phân loại
Bản ñồ
hiện trạng
2
Hình 2.6. Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng phương pháp
chồng xếp ảnh phân loại lên bản ñồ ñã có
f. Nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp cộng màu trên một
kênh ảnh
Trong phương pháp này ta chọn một kênh ảnh nhất ñịnh (ví dụ kênh 1)
sau ñó ghi từng ảnh ở các thời ñiểm lên một băng từ ñặc biệt của hệ thống xử
lý ảnh số. Khi ñó màu sắc của dữ liệu ảnh chồng xếp sẽ cho thấy sự biến ñộng
hay không biến ñộng theo nguyên lý tổ hợp màu.
Ưu ñiểm của phương pháp này có thể xác ñịnh ñược biến ñộng của hai
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
14
thậm chí ba thời ñiểm ở cùng một lần xử lý ảnh (hình 2.7).
Tuy nhiên kỹ thuật xử lý ảnh theo phương pháp này không cung cấp
ñược số liệu cụ thể về diện tích biến ñộng từ loại ñất này sang loại ñất khác.
Mặc dù vậy, ñây là phương pháp tối ưu ñể nghiên cứu biến ñộng trên phạm vi
rộng lớn như vùng hoặc lãnh thổ.
Ảnh 1
Ảnh 2
Ảnh 3
không của cả hai thời ñiểm.
Ưu ñiểm của phương pháp này là ñộ chính xác cao và cung cấp ñầy ñủ
thông tin về biến ñộng tuy nhiên phương pháp này chỉ thực hiện trên ảnh ñộ
phân giải cao.
Từ các phương pháp trên ta có nhận xét sau:
- Tám phương pháp ñánh giá biến ñộng nêu trên, mỗi phương pháp ñều
có ưu nhược ñiểm và ñiều kiện ứng dụng riêng. Trừ 2 phương pháp phân tích
sau phân loại và phân loại trực tiếp ảnh ña thời gian - các phương pháp khác
ñều phải xác ñịnh ngưỡng phân chia bằng thực nghiệm ñể tách các pixel biến
ñộng và không biến ñộng. Trong thực tế, thông thường, việc xác ñịnh chính
xác ngưỡng phân chia là vấn ñề khó, ñộ tin cậy không cao.
- Phương pháp ñánh giá biến ñộng thông qua phân loại ảnh ña phổ ở
các thời ñiểm khác nhau lại ñòi hỏi phải chọn ñược chính xác các vùng mẫu
thể hiện biến ñộng và không biến ñộng phù hợp. Quá trình thực hiện yêu cầu
phải có chuyên gia giải ñoán ảnh số trình ñộ chuyên môn cao.
- Phương pháp phân tích sau phân loại thể hiện nhiều ưu ñiểm vì có thể
bỏ qua một số công ñoạn chuẩn hóa các dữ liệu ña thời gian. Không phải lấy
mẫu kích thước pixel trong trường hợp các ảnh ña thời gian không cùng ñộ
phân giải không gian. Quá trình phân loại ñơn giản, dễ hiểu. Mặt khác, ñây
cũng là phương pháp thuận lợi cho việc chuyển kết quả vào GIS ñể phân tích
biến ñộng sau phân loại.
Do ñó, tác giả ñã chọn phương pháp phân tích biến ñộng sau phân loại
cho ñối tượng nghiên cứu. Theo ñó, dữ liệu ña phổ của từng thời ñiểm ñược
phân loại ñộc lập ñể thành lập bản ñồ hiện trạng theo thời gian và không gian.
Sau ñó ñánh giá biến ñộng thông qua modul phân tích dữ liệu không gian
trong GIS. Căn cứ vào ñặc tính và chất lượng tư liệu viễn thám thu thập ñược, số
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
xác phân loại
Thành lập bản ñồ hiện
trạng các giai ñoạn
Thành lập bản ñồ
biến ñộng
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….
ðánh giá biến
ñộng
17
Copyright: Tài liệu đại học ©