BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS GIÁM SÁT
ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT TẠI KHU VỰC MỎ THAN
NA DƢƠNG, HUYỆN LỘC BÌNH, TỈNH LẠNG SƠN

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

NGUYỄN DUY ANH

HÀ NỘI, NĂM 2019


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS GIÁM SÁT
ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT TẠI KHU VỰC MỎ THAN
NA DƢƠNG, HUYỆN LỘC BÌNH, TỈNH LẠNG SƠN

NGUYỄN DUY ANH

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
MÃ SỐ: 8440301
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. HOÀNG ANH HUY
TS. NGUYỄN TIẾN THÀNH

vật tại khu vực mỏ than Na Dƣơng, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn.
Tóm tắt luận văn: Độ che phủ thực vật là một trong nhiều yếu tố quan
trọng đƣợc sử dụng để đánh giá các quá trình tự nhiên nhƣ xói lở, trƣợt lở, lũ
lụt cũng nhƣ tốc độ phá hủy môi trƣờng tự nhiên do các hoạt động nhân sinh.
Mục tiêu của nghiên cứu là giám sát đƣợc biến động độ che phủ thực vật tại
khu vực mỏ than Na Dƣơng, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn từ tƣ liệu ảnh vệ
tinh LANDSAT TM VÀ OLI. Trên cơ sở chỉ số NDVI, phƣơng pháp phân
loại ảnh, ứng dụng mô hình phân giải pixel hỗn hợp tuyến tính xác định độ
che phủ thực vật (FVC), sau đó tiến hành đánh giá biến động độ che phủ tực
vật. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Tại khu vực mỏ than Na Dƣơng, diện tích
có độ che phủ thực vật (FVC) thƣa thớt từ dƣới 10% giảm rất mạnh từ 26,78
xuống 13,37
mạnh từ 19,49

, diện tích có độ che phủ thực vật từ dƣới 20% giảm
xuống 13,38

do ảnh hƣởng của hoạt động khai thác

tại mỏ than trong giai đoạn 1986 – 2015. Từ kết quả nghiên cứu có thể kết
luận: Ứng dụng phƣơng pháp viễn thám, sử dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh
LANDSAT giúp việc đánh giá, giám sát biến động độ che phủ thực vật một
cách hiệu quả, nhanh chóng và tiết kiệm chi phí.


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nghiên cứu của luận văn là những đóng góp tiêng dựa trên số liệu

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2019

Học viên

Nguyễn Duy Anh


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
DANH MỤC VIẾT TẮT ............................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. vii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu .......................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.............................................3
1.1. Tổng quan về viễn thám .......................................................................................3
1.1.1. Khái niệm viễn thám ........................................................................................3
1.1.2 Các thành phần chính của hệ thống viễn thám...................................................4
1.1.4. Ứng dụng của công nghệ viễn thám..................................................................7
1.1.5. Tìm hiểu về vệ tinh viễn thám Landsat ...........................................................10

3.3.1. Độ che phủ phủ thực vật huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn năm 1986 .............73
3.3.2. Độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dƣơng năm 1986..........................74
3.3.3. Độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn năm 2015 ....................76
3.3.4. Độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dƣơng năm 2015..........................77
3.4. Đánh giá biến động độ che phủ thực vật qua hai thời kỳ ...................................79
3.4.1. Đánh giá biến động độ che phủ thực vật tại huyện Lộc Bình qua hai thời kỳ 79
3.4.1. Đánh giá biến động độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dƣơng qua
hai thời kỳ..................................................................................................................81
3.5. Đề xuất quy trình giám sát độ che phủ thực vật tại khu vực nghiên cứu ...........83
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ........................................................................................85
KẾT LUẬN ...............................................................................................................85
KIẾN NGHỊ ..............................................................................................................85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................86


v

DANH MỤC VIẾT TẮT
FVC

Độ che phủ thực vật (Fractional Vegetation Cover)

GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)

LSMM

Mô hình hỗn hợp tuyến tính (Linear spectral mixture model)




vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các thế hệ vệ tinh Landsat ........................................................................10
Bảng 1.2 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat TM .....................................11
Bảng 1.3 : Thông tin kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ ...........................................12
Bảng 1.4 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat 8 .........................................13
Bảng 1.5 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat TM .........................14
Bảng 1.6 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ .....................15
Bảng 1.7 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat 8 .............................15
Bảng 2.1: Hệ thống phân loại thực phủ của khu vực nghiên cứu .............................44
Bảng 3.1: Bảng thành lập khóa giải đoán ảnh vệ tinh năm 1986 và năm 2015 ........61
Bảng 3.2 : Bảng thống kê chỉ số thực vật NDVI của các lớp phủ ............................65
Bảng 3.3 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực huyện Lộc Bình năm 1986 73
Bảng 3.4 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dƣơng năm 1986.. 75
Bảng 3.5 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực huyện Lộc Bình năm 201576
Bảng 3.6 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dƣơng năm 2015.. 78
Bảng 3.7 : Diện tích biến động độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình ................79
năm 1986 và 2015 ....................................................................................................79
Bảng 3.8 : Diện tích biến động độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dƣơng
năm 1986 và 2015 ....................................................................................................82


vii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 : Các thành phần của hệ thống viễn thám ....................................................4
Hình 1.2 : Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám .......................................................5

viii

Hình 3.19: Bảng Mask Definition .............................................................................64
Hình 3.20: Bảng thống kê chỉ số thực vật NDVI đối với lớp phủ Đất rừng .............65
Hình 3.21 : Nhập công thức năm 1986 và năm 2015 ...............................................66
Hình 3.22 : Độ che phủ thực vật năm 1986 ..............................................................67
Hình 3.23 : Độ che phủ thực vật năm 2015 ..............................................................68
Hình 3.24 : Bảng hộp thoại Add Data .......................................................................69
Hình 3.25 : Bảng hộp thoại Union ............................................................................70
Hình 3.26 : Bảng hộp thoại Raster Calculator ..........................................................70
Hình 3.27 : Bảng Calculate Geometry ......................................................................71
Hình 3.28 : Bảng thuộc tính ......................................................................................71
Hình 3.29 : Tạo khung bản đồ ...................................................................................72
Hình 3.30 : Bản đồ độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình năm 1986 ........................73
Hình 3.31: Bản đồ độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dƣơng năm 1986 ......74
Hình 3.32 : Bản đồ độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình năm 2015 ........................76
Hình 3.33: Bản đồ độ che phủ thực vật khu vực mỏ than Na Dƣơng năm 2015 ......77
Hình 3.34 : Bản đồ biến động độ che phủ thực vật huyện Lộc Bình giai đoạn
1986 – 2015 ..............................................................................................................79
Hình 3.35 : Bản đồ biến động độ che phủ thực vật khu vực mỏ than .................81
Na Dƣơng giai đoạn 1986 – 2015 ..........................................................................81
Hình 3.36 : Quy trình giám sát độ che phủ thực vật.............................................83


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Độ che phủ thực vật là một trong nhiều yếu tố quan trọng đƣợc sử dụng để
đánh giá các quá trình tự nhiên nhƣ xói lở, trƣợt lở, lũ lụt cũng nhƣ tốc độ phá hủy

năm qua Mỏ than đã có đóng góp đáng kể cho sự phát triển kinh tế - xã hội của
huyện. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động khai thác không thể tránh khỏi việc
phát sinh những tác động gây ảnh hƣởng đến chất lƣợng môi trƣờng xung quanh và
đặc biệt là thảm thực vật tại khu vực khai thác. Vì vậy, để quản lý và bảo tồn thảm
thực vật tại khu vực khai thác đƣợc hiệu quả thì công tác giám sát là một nhiệm vụ
tối quan trọng đặt ra cho các nhà nghiên cứu và quản lý.
Xuất phát từ yêu cầu nêu trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu: “Ứng
dụng công nghệ viễn thám và GIS giám sát độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ
than Na Dương, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn”.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Giám sát đƣợc biến động độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na
Dƣơng, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn.
3. Nội dung nghiên cứu
- Thu thập các tài liệu, số liệu, dữ liệu vệ tinh và bản đồ tại khu vực nghiên
cứu và vấn đề nghiên cứu.
- Xử lý và giải đoán ảnh vệ tinh phục vụ thành lập bản đồ độ che phủ thực vật
tại khu vực mỏ than Na Dƣơng, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn.
- Chiết tách độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na Dƣơng, huyện Lộc
Bình, tỉnh Lạng Sơn qua các thời kì từ ảnh vệ tinh Landsat.
- Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ độ che phủ thực vật
và biến động tại khu vực mỏ than Na Dƣơng, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn.
- Đề xuất quy trình giám sát độ che phủ thực vật tại khu vực mỏ than Na
Dƣơng, huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn.


3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về viễn thám

thể tƣơng ứng với năng lƣợng bức xạ ứng với từng bƣớc sóng xác định. Đo lƣờng
và phân tích năng lƣợng phản xạ phổ ghi nhận bở ảnh viễn thám, cho phép tách
thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tƣơng tác giữa bức xạ
điện từ và vật thể.
Nguồn năng lƣợng chính thƣờng đƣợc sử dụng trong viễn thám là nguồn năng
lƣợng mặt trời, năng lƣợng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ đƣợc
bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận.
Thông tin về năng lƣợng phản xạ của các vật thể đƣợc 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 dữ liệu, thông tin liên quan đến các vật thể, hiện tƣợng trên
mặt đất sẽ đƣợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ lâm nghiệp, địa chất,
khí tƣợng.


5

\
Hình 1.2 : Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
Năng lƣợng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trƣờng khí quyển sẽ bị
các phần tử khí hấp thụ dƣới các hình thức khác nhau tùy thuộc từng bƣớc sóng cụ
thể. Trong viễn thám ngƣời ta thƣờng quan tâm đến khả năng truyền sóng điện từ
trong khí quyển vì các hiện tƣợng và cơ chế tƣơng tác giữa sóng điên từ với khí
quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận.
1.1.3. Phân loại viễn thám
Sự phân biệt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố:
- Hình dáng quỹ đạo vệ tinh
- Độ bay cao của vệ tinh, thời gian còn lại của một quỹ đạo
- Dải phổ của các thiết bị thu
- Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận
a. Phân loại theo nguồn tín hiệu

tinh. Ví dụ Landsat là 18 ngày, SPOT là 26 ngày.
c. Phân loại theo dải sóng thu nhận
Theo bƣớc sóng sử dụng có thể chia viễn thám thành ba loại cơ bản:
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt
- Viễn thám siêu cao tần
Mặt trời là nguồn năng lƣợng chủ yếu đối với nhóm viễn thám trong dải sóng
nhìn thầy và hồng ngoại. Mặt trời cung cấp một bức xạ có bƣớc sóng ƣu thế 0,5 m.
Tƣ liệu viễn thám thu đƣợc trong dải sóng nhìn thầy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản
xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất. Các thông tin từ vật thể đƣợc xác định từ các
phổ phản xạ.
Viễn thám siêu cao tần sử dụng bức xạ siêu cao tần có bƣớc sóng từ 1 đến vài
chục centimet. Nguồn năng lƣợng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần chủ động
đƣợc chủ động phát ra từ máy phát. Kỹ thuật rada thuộc viễn thám siêu cao tần chủ
động. Rada chủ động phát ra nguồn năng lƣợng tới các vật thể sau đó thu lại đƣợc
những bức xạ, tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.
Nguồn năng lƣợng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần bị động do chính
vật thể phát xạ. Bức xạ kế siêu cao tần là bộ cảm thu nhận và phân tích bức xạ siêu
cao tần của vật thể.
1.1.4. Ứng dụng của công nghệ viễn thám
a. Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để thành lập bản đồ
Khi con ngƣời phóng các vệ tinh và các con tàu vũ trụ vào không gian, các nhà
khảo sát và bản đồ học đã mong một ngày nào có thể sử dụng các tấm ảnh chụp từ


8

vũ trụ vào mục đích đo vẽ bản đồ. Các kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng : có thể
sử dụng tƣ liệu ảnh thu nhận bề mặt trái đất từ các con tàu vũ trụ để thành lập bản
đồ tỷ lệ 1: 250.000 và nhỏ hơn. Tuy nhiên độ phân giải của chúng không thỏa mãn

bản đồ sử dụng đất, điều tra trạng thái mùa màng và thảm thực vật. Xác định và
phân loại các vùng thổ nhƣỡng, đánh giá mức độ thoái hóa đất, tác hại của xói mòn,
quá trình muối hóa. Kết hợp qua phân tích viễn thám và điều tra thông tin ngoài
thực địa điển hình sẽ đƣa cho ta kết quả chính xác.
 Theo dõi chất lƣợng nƣớc
Vấn đề ô nhiễm nƣớc đang là vấn đề thời sự tại khu vực các thành phố lớn và
dọc theo miền duyên hải. Sử dụng kỹ thuật viễn thám trong việc theo dõi chất lƣợng
nƣớc và một số đặc trƣng phản xạ, hấp thụ của nƣớc. Nƣớc sạch bị hấp thụ ít nhất ở
bƣớc sóng 0.5 m, nƣớc chứa nhiều trầm tích lơ lửng bị hấp thụ ít nhất ở bƣớc sóng
0.5 m. Nhìn chung bức xạ trong dải sóng nhìn thấy tán xạ trong lòng nƣớc tạo
thành cho nƣớc trong có màu chàm tiêu biểu, nhƣng do bị các trầm tích lơ lửng hấp
thụ nên nƣớc đục thƣờng có màu lục hoặc màu vàng trên các ảnh tổ hợp màu chuẩn.
c. Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu địa chất
Mục đích chính của việc áp dụng kỹ thuật viễn thám trong địa chất là phát
hiện, xác định và lập bản đồ các yếu tố trên bề mặt hoặc gần bề mặt của vỏ trái đất
dựa trên các ƣu điểm của tƣ liệu viễn thám nhƣ tính tổng quan khu vực, tính phổ.
Các tƣ liệu viễn thám đƣợc giải đoán nhằm khai thác các thông tin về thành phần
thạch học, các hệ thống cấu trúc, các yếu tố địa hình địa mạo, các hệ thống thủy
văn.
Các tƣ liệu nhƣ ảnh máy bay đƣợc sử dụng trong nghiên cứu bởi nó có độ
phân giải cao và cho phép quan sát lập thể. Đƣợc sử dụng trong giải đoán ảnh.
Các tƣ liệu hồng ngoại nhiệt đƣợc sử dụng chủ yếu trong nghiên cứu các đới
địa nhiệt và những đối tƣợng liên quan. Sử dụng giải đoán trực tiếp hoặc ứng dụng
trong mô hình địa nhiệt.
Các dữ liệu siêu cao tần cũng đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu địa chất bởi
các đặc tính nhƣ quan sát trong mọi thời tiết, không bị ảnh hƣởng bở sƣơng mù, hơi


10


MSS

Landsat 2

22/1/1975

22/1/1981

MSS

Landsat 3

05/3/1978

31/3/1983

MSS

Landsat 4

16/7/1982

15/6/2001

TM, MSS

Landsat 5

01/3/1984



11

Tƣ liệu vệ tinh Landsat là tƣ liệu viễn thám đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên
toàn thế giới và Việt Nam

Hình 1.5 : Vệ tinh Landsat 7(trái) và Vệ tinh Landsat 8(phải)
Hiện nay, ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lƣợng kênh phổ và độ phân giải
khác nhau. Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM đƣợc thu từ vệ tinh Landsat 4,
Landsat 5 và ảnh Landsat ETM+ đƣợc thu từ vệ tinh Landsat 7 đƣợc sử dụng phổ
biến nhất.
Ảnh Landsat TM gồm 6 kênh phổ nằm trên dải sóng nhìn thấy và hồng
ngoại với độ phân giải không gian 30m 30m và một số giải phổ hồng ngoại ở
kênh 6, độ phân giải 120m 120m để đo nhiệt độ bề mặt
Bảng 1.2 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat TM
TM
Landsat
4,5
TM1
TM2
TM3
TM4
TM5

Dải phổ

Tên

0.45 – 0.53
0.52 – 0.6

10.4 – 12.5

Hồng ngoại
nhiệt

120

5

8

TM7

2.08 – 2.35

SWIR

30

16
8
(Nguồn: )

Độ phân giải Số dòng
Độ phủ cảnh
Số bit
không gian
quét
của TM4-TM7


30m

Kênh 2

0.52 – 0.60µm

30m

Kênh 3

0.63 – 0.69µm

30m

Kênh 4

0.76 – 0.90 µm

ETM +Enhanced
ThematicMapper,
Plus(Landsat7)

30m
185 x 185 km

Kênh 5

1.55 – 1.75 µm

Kênh 6

So với Landsat 7, LDCM có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và
chu kỳ lặp lại (16 ngày). Tuy nhiên, ngoài các dải phổ tƣơng tự Landsat 7, bộ cảm
OLI thu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải phổ mới nhằm phục vụ quan sát mây ti và quan


13

sát chất lƣợng nƣớc ở các hồ và đại dƣơng nƣớc nông ven biển cũng nhƣ sol khí. Bộ
cảm TIRs thu nhận dữ liệu ở 2 dải phổ hồng ngoại nhiệt, phục vụ theo dõi tiêu thụ nƣớc,
đặc biệt ở những vùng khô cằn thuộc miền tây nƣớc Mỹ.
Bảng 1.4 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat 8
Vê tinh

LDCM –
Landsat 8
(Bộ cảm
OLI và
TIRs)

Bƣớc sóng
(micrometers)

Độ phân
giải
(meters)

Band 1 - Coastal aerosol

0.433 - 0.453



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

10.3 - 11.3

100

Band 11 - Thermal Infrared
(TIR) 2