LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Đinh Thị Bảo Hoa, người đã
tận tình chỉ bảo, động viên, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thiện luận văn tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Địa
lý cùng gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã hỗ trợ, động viên khích lệ, tạo điều
kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành
luận văn này.
Hà Nội, ngày 1 tháng 12 năm 2010
Tác giả luận văn

Vũ Ngọc Thủy

1


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ..............................................................5
MỞ ĐẦU.............................................................................................................................7

1. Tính cấp thiết của đề tài.....................................................................................7
2. Mục tiêu và nhiệm vụ.........................................................................................8
a. Mục tiêu:...........................................................................................................................8
b. Nhiệm vụ:..........................................................................................................................8

3. Cấu trúc đồ án....................................................................................................9
CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT
ĐẤT.....................................................................................................................................10

1.1 Khái niệm chung về lớp phủ mặt đất...............................................................10
1.1.1 Khái niệm...................................................................................................................10

2.4.6 Kết quả phân loại.......................................................................................................43
CHƯƠNG 3 - ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN TỪ LIÊM ..................44

3.1 Đặc điểm chung về địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội huyện Từ Liêm............44
3.2 Nguồn tư liệu sử dụng .....................................................................................47
3.3 Thực nghiệm và kết quả nghiên cứu...............................................................48
3.3.1 Nắn chỉnh hình học...................................................................................................48
3.3.2 Cắt ảnh.......................................................................................................................48
3.3.3 Giải đoán ảnh.............................................................................................................48
3.3.4 Phân loại....................................................................................................................49
3.3.3 Đánh giá kết quả phân loại.......................................................................................57
3.3.4 Phân tích dữ liệu trong GIS......................................................................................61
3.3.2 Phân tích biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm .............................................62

3.4 Kết quả và đánh giá..........................................................................................65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................................69

1. Kết luận...............................................................................................................69
2. Kiến nghị............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................71

3


DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ
Hình 1.1 - Sơ đồ tổng quát về lớp phủ mặt đất..............................................................11
(nguồn : Hệ phân loại lớp phủ CORINE)........................................................................11
Bảng 1.1 - Hệ phân loại lớp phủ mặt đất tại khu vực huyện Từ Liêm.........................14
Hình 1.2 - Phương pháp phân tích sau phân loại...........................................................17

Hình 3.10 - Hình ảnh minh hoạ quá trình tính toán diện tích biến động.....................62
Biểu đồ 3.1 - Cơ cấu sử dụng đất năm 2003 và 2008......................................................63
Hình 3.11 - Kết quả tính biến động hai ảnh phân loại năm 2003 - 2008......................64
Bảng 3.5 - Diện tích biến động các loại hình sử dụng năm 2003-2008 ........................64
Biểu đồ 3.2 - So sánh diện tích của các loại hình đất có biến động ..............................65
Hình 3.12 - Tại Từ Liêm nhiều khu đất xen kẹt giữa các khu đô thị khó canh tác.....67

5


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ Liêm là một huyện nằm ở phía Tây cửa ngõ thủ đô Hà Nội. Theo quy
hoạch phát triển kinh tế - xã hội của thủ đô đến năm 2020, quá nửa huyện Từ Liêm
nằm trong vành đai phát triển của đô thị. Với tốc độ đô thị hóa nhanh như vậy, diện
tích đất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp và chia cắt, các khu công nghiệp, khu đô
thị mới từng bước hình thành. Sự biến động này có những thuận lợi song cũng có
những khó khăn hết sức phức tạp vì nó tác động đến tất cả các lĩnh vực kinh tế - văn
hoá, xã hội, tập quán của nhân dân. Những mặt tiêu cực do quá trình đô thị hoá
mang lại như sự giảm dần của các hoạt động nông nghiệp và sự phát triển của các
hoạt động phi nông nghiệp khác, sự gia tăng các vấn đề xã hội, môi trường và cả
những vấn đề về cơ sở hạ tầng chưa kịp đáp ứng các đòi hỏi mới sẽ xuất hiện. Do
đó, cần phải có sự định hướng, theo dõi, đánh giá, kiểm kê, quản lý sự biến động
lớp phủ mặt đất.
Đất đai là một loại tư liệu sản xuất đặc biệt và nhà nước nắm quyền quản lý
việc sử dụng. Khi xảy ra quá trình đô thị hoá, đất đai bị thay đổi mục đích sử dụng
cho phù hợp với các nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng ở đô thị. Mặc dù hàng năm
đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động lớp phủ mặt đất nhưng các
báo cáo này chủ yếu dựa trên các phương pháp truyền thống là đo vẽ, thành lập bản
đồ, tính toán diện tích đất, đó là một công việc phức tạp và đòi hỏi nhiều thời gian.

- Đánh giá kết quả trên bản đồ biến động lớp phủ mặt đất của huyện Từ
Liêm.
b. Nhiệm vụ:
Dựa trên mục tiêu đề ra, cần thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Thu thập các tài liệu và các dữ liệu ảnh viễn thám đa thời gian có liên quan.
- Nghiên cứu tổng quan phương pháp viễn thám trong nghiên cứu biến động
lớp phủ mặt đất.
- Nghiên cứu cơ sở phản xạ của các đối tượng.
- Xử lý dữ liệu trong phòng kết hợp điều tra thực địa.

7


- Tiến hành phân loại ảnh theo 2 phương pháp: phương pháp phân loại thống
kê và phương pháp phân loại hướng đối tượng.
- Giải thích kết quả, so sánh kết quả phân loại được với số liệu thống kê sử
dụng đất huyện Từ Liêm và so sánh các phương pháp phân loại ảnh.
- Phân tích biến động lớp phủ mặt đất khu vực Từ Liêm và so sánh, đánh giá
biến động qua 2 thời kỳ (2003 - 2008)

3. Cấu trúc đồ án
Toàn bộ đồ án ngoài phần mở đầu và kết luận được trình bày trong 3
chương:
CHƯƠNG 1: Cơ sở khoa học nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất
CHƯƠNG 2: Khả năng khai thác thông tin viễn thám trong nghiên cứu biến
động lớp phủ mặt đất
CHƯƠNG 3: Ứng dụng phương pháp viễn thám và GIS trong nghiên cứu
biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm

8

9


Hình 1.1 - Sơ đồ tổng quát về lớp phủ mặt đất
(nguồn : Hệ phân loại lớp phủ CORINE)
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 phủ mặt đất luôn biến đổi. Sự biến đổi của lớp phủ mặt đất ngược lại
cũng có những ảnh hưởng không nhỏ đến 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 khí hậu. Như vậy có thể nói lớp phủ mặt
đất 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. Trong những năm qua,
trên thế giới đã xảy ra rất nhiều những hiện tượng làm ảnh hưởng lớn đến tài
nguyên thiên nhiên và môi trường, 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
- Quá trình đô thị hóa diễn ra với tốc độ rất cao
10


- Thiên tai như hạn hán, lũ lụt, động đất, sóng 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 quá cao đã dẫn tới việc khai thác tài nguyên thiên nhiên không

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 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 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.
Cụ thể là:
* Hệ phân loại lớp phủ mặt đất FAOLCC chia ra theo 3 cấp chính:
Cấp 1 (Level1): Phân ra thành 2 loại theo đặc điểm có hay không 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 đất.
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 tuỳ 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:
Cấp1 (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.

12


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 tuỳ theo đặc điểm của đối


1.2 Khái niệm về biến động
Cụm từ biến động được nhắc đến ở mọi nơi, mọi lúc ví như: biến động thị
trường, biến động giá cả, biến động không gian, biến động dân số, biến động tâm
lí… Như vậy, biến động được hiểu là sự biến đổi, thay 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.
13


* Biến động về chất và về lượng
Theo triết học duy vật biện chứng: Chất là tính quy định vốn có của các sự
vật và hiện tượng, là sự thống nhất hữu cơ của các thuộc tính, các yếu tố cấu thành
sự vật, nói lên sự vật đó là gì, phân biệt nó với các sự vật, hiện tượng khác. Lượng
là tính quy định vốn có của sự vật hiện tượng về quy mô, trình độ phát triển, biểu thị
con số các thuộc tính, các yếu tố cấu thành nó.
Như vậy, những thay đổi đơn thuần về lượng đến một mức độ nhất định sẽ
chuyển thành sự thay đổi khác nhau về chất. Chiều ngược lại, có nghĩa là khi chất
mới ra đời, nó lại tạo ra một lượng mới phù hợp với nó để có một sự thống nhất mới
giữa chất và lượng. Sự quy định này có thể được biểu hiện ở quy mô mức độ và
nhịp độ phát triển mới của lượng. Từ đó ta thấy rằng: quy luật lượng chất là quy luật
về sự tác động biện chứng giữa lượng và chất, những thay đổi về lượng chuyển
thành những thay đổi về chất và ngược lại. Chất là mặt tương đối ổn định, lượng là
mặt biến đổi mâu thuẫn với chất cũ, chất mới được hình thành với lượng mới.
Nhưng lượng mới lại tiếp tục biến đổi, đến một mức độ nào đó lại phá vỡ chất cũ
đang kìm hãm nó. Quá trình tác động lẫn nhau giữa hai mặt chất, lượng tạo nên một
con đường vận động liên tục, từ biến đổi dần dần dẫn tới nhảy vọt, rồi lại biến đổi
dần dần chuẩn bị cho những bước nhảy tiếp theo, cứ thế làm cho sự vật không
ngừng biến đổi, phát triển.
* Biến động về diện tích đối tượng (biến động về số lượng)


1.3 Các phương pháp viễn thám trong nghiên cứu biến động
Theo dõi biến động tài nguyên và môi trường đã trở thành một ứng dụng
quan trọng được nghiên cứu nhiều trong kỹ thuật viễn thám. Với việc sử dụng vệ
tinh quang học, có thể tóm tắt lại thành 4 phương pháp đánh giá biến động chính
sau:
* Phương pháp 1: Phân tích sau phân loại

15


Hình 1.2 - Phương pháp phân tích sau phân loại
Việc tiến hành phân loại độc lập các ảnh viễn thám làm cho phương pháp
này có độ chính xác phụ thuộc chặt chẽ vào độ chính xác của từng phép phân loại
và đó thường là độ chính xác không cao, đặc biệt là chuỗi ảnh có số lượng lớn.
Nhận xét về độ chính xác của phương pháp này, người ta đã đưa ra: Nếu độ chính
xác của hai phép phân loại đạt lần lượt là 80% và 70%, độ chính xác của phần biến
động nhận biết được sẽ đạt là 56%. Do vậy, cần phải hết sức thận trọng khi sử dụng
mặc dù phải thừa nhận rằng đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện.
* Phương pháp 2: Phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian

Hình 1.3 - Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian
Phương pháp này thực chất là ghép hai ảnh vào nhau tạo thành ảnh đa thời
gian trước khi phân loại. Hai ảnh có n kênh phổ được chồng phủ lên nhau để tạo nên
một ảnh có 2n kênh. Kết quả phân loại của ảnh chồng phủ gồm 2n kênh này là tập
hợp bao gồm các lớp thay đổi và các lớp không thay đổi. Hạn chế lớn nhất của
phương pháp này là tuy chỉ phân loại một lần, một ảnh (đa thời gian) nhưng lại rất
16



chính của việc kết hợp này là sử dụng các phương pháp trong nhóm phương pháp
nhận biết thay đổi phổ để chỉ ra các vùng có thay đổi và sau đó áp dụng phương
pháp phân loại chỉ cho những vùng này để định danh sự thay đổi đó.

1.4 Tổng quan các công trình nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất vùng
ven đô
Hiện nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về biến động lớp phủ mặt
đất với các góc nhìn khác nhau, có công trình tập trung vào phân tích nghiên cứu lý
luận, có công trình tập trung vào các phương pháp tìm ra biến động và có những
công trình kết hợp cả hai: kỹ thuật phát hiện biến động, đánh giá kết quả và bổ sung
lý luận.
Trong nhóm các công trình nghiên cứu, tác giả tập trung nghiên cứu, tìm
hiểu các công trình nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất vùng ven đô.
Đề tài “Nghiên cứu biến động một số loại hình sử dụng đất vùng ven đô
huyện Từ Liêm thành phố Hà Nội trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và
18


GIS” của tác giả Nguyễn Thị Thúy Hằng đã giải quyết những vấn đề như chiết xuất
các thông tin về biến động sử dụng đất từ dữ liệu viễn thám đa phổ và đa thời gian
thông qua một số phương pháp phân tích và xử lý ảnh số, tích hợp các kết quả phân
tích dữ liệu viễn thám với các dữ liệu khác để đánh giá mối tương quan giữa biến
động sử dụng đất và các hiện tượng kinh tế xã hội.
Nhóm tác giả Nhữ Thị Xuân, Đinh Thị Bảo Hoa, Nguyễn Thị Thuý Hằng với
bài báo “Đánh giá biến động sử dụng đất huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội giai
đoạn 1994 - 2003 trên cơ sở phương pháp viễn thám kết hợp GIS” đã phân tích,
đánh giá biến động sử dụng đất khu vực Thanh Trì. Đây cũng là một trong những
khu vực có sự ảnh hưởng lớn do quá trình đô thị hóa.
Ngoài việc sử dụng các tư liệu viễn thám trong nghiên cứu biến động, tác giả
Hoàng Thị Thanh Hương trong đề tài “Nghiên cứu biến động sử dụng đất quận

bền vững và không gây các tác động nghiêm trọng đến môi trường. Để có thể kịp
thời đánh giá được các trạng thái phát triển chúng ta cần thu thập được dữ liệu về
môi trường trái đất trên quy mô toàn cầu. Các dữ liệu này bao gồm các tham số địa
vật lý, thông tin về khí quyển, thảm thực vật, hiện trạng sử dụng đất... Chúng có thể
là các chuỗi dữ liệu đa thời gian cho một điểm hoặc khu vực.
Trong những năm gần đây các hệ thống quan trắc trái đất từ vệ tinh đã nâng
tầm hiểu biết về trái đất ngày càng đầy đủ hơn. Các chuyến bay dự tính cùng với
các vệ tinh đã phóng sẽ tăng cường kho thông tin về trái đất. Các thông tin thu thập
được sử dụng vào các mục đích chính sau:
•

Nghiên cứu về biến đổi khí hậu

•

Nghiên cứu sự biến động tầng ôzôn

•

Dự báo thời tiết

•

Ứng dụng trong nông nghiệp và lâm nghiệp

20


•


của các hiện tượng tự nhiên và tác động của con người đối với môi trường Trái đất.
21


Các hệ thống vệ tinh quan trắc trái đất có thể được phân thành nhiều loại khác nhau
tùy theo các chỉ tiêu phân loại: vệ tinh khí tượng thời tiết hay vệ tinh tài nguyên môi
trường
2.1.1 Cơ sở vật lý và nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám
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 2.2 - Khái niệm chung về viễn thám
Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lí 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
các sóng điện từ của các đối tượng bằng các thiết bị gọi là bộ viễn cảm hay bộ cảm
(remote sensor) hoặc bằng các máy chụp ảnh.
Sóng điện từ được phản xạ hoặc được 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
22


nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua
những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ.

Hình 2.3 - Bức xạ điện từ và khả năng khai thác thông tin


24


Hình 2.6 - Đường cong phổ phản xạ
Thông qua đặc điểm về đường cong phản xạ phổ của các đối tượng người ta
thiết kế các 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. Mỗi loại vệ tinh được thiết kế để thu nhận ở một
số dải phổ nhất định hay còn gọi là các kênh phổ
Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0.3-0.4 µm), vùng
ánh sáng nhìn thấy (0.4-0.7 µm), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt.
Trong tất cả tài liệu cơ sở về viễn thám, theo buớc sóng sử dụng, công nghệ viễn
thám có thể chia làm ba nhóm chính:
1. Viễn thám trong giải 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: Tia
Gamma - Y tế và hạt nhân; Vùng nhìn thấy - Cho các phân tích bằng mắt; Hồng
ngoại - Phân biệt thảm thực vật; Sóng ngắn - Mặt đất, mặt nước ...
2.1.2 Cơ sở viễn thám ứng dụng trong theo dõi biến động lớp phủ mặt đất
Viễn thám là một khoa học công nghệ giúp xác định, đo đạc hoặc phân tích
các tính chất của các đối tượng hoặc hiện tượng từ một khoảng cách xa mà không
cần tiếp xúc trực tiếp tới đối tượng.
25