Nghiên cứu biến động sử dụng đất thành phố hà tĩnh, tỉnh hà tĩnh giai đoạn 2000 2014 với sự trợ giúp của viễn thám và GIS

Trước yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao cập nhật thông tin một cách đầy đủ, nhanh chóng và chính xác nhất của các loại hình sử dụng đất, việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với phần mềm x

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

******

NGUYỄN THỊ THƯ

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT THÀNH PHỐ HÀ TĨNH, TỈNH HÀ TĨNH GIAI ĐOẠN 2000 – 2014 VỚI SỰ TRỢ GIÚP

CỦA VIỄN THÁM VÀ GIS

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

******

NGUYỄN THỊ THƯ

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT

THÀNH PHỐ HÀ TĨNH, TỈNH HÀ TĨNH

GIAI ĐOẠN 2000 – 2014 VỚI SỰ TRỢ GIÚP

CỦA VIỄN THÁM VÀ GIS

Chuyên ngành: Quản lý đất đai

Mã số: 60850103

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NGỌC THẠCH

Hà Nội - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn đã chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thƣ

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình học tập và thực hiện luận văn này, tôi xin được

bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo, cô giáo trong khoa Địa lý, trường Đại

học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi,

giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch, người đã

trực tiếp hướng dẫn, chỉ dạy cho tôi hết mức nhiệt tình, động viên tôi trong suốt quá

trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới tập thể cán bộ Văn phòng đăng ký

cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất tỉnh Hà Tĩnh đã tạo điều kiện, cung cấp

nguồn tài liệu, số liệu giúp tôi hoàn thiện nghiên cứu của mình

Xin tỏ lòng biết ơn đến gia đình và bạn bè, những người đã luôn bên cạnh

giúp đỡ và động viên tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn./

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2015

Học viên

Nguyễn Thị Thư

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

1.1 Khái quát về viễn thám, hệ thống thông tin địa lý 4

1.1.1 Viễn thám 4

1.1.2 Hệ thống thông tin địa lý 20

1.2 Tổng quan về bản đồ hiện trạng sử dụng đất, biến động sử dụng đất 24

1.2.1 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất 24

1.2.2 Biến động sử dụng đất 27

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong thay đổi lớp phủ và biến động sử dụng đất 32

1.3.1 Ở một số nước trên thế giới 32

1.3.2 Ở Việt Nam 34

1.4 Cơ sở dữ liệu, phương pháp nghiên cứu 36

1.4.1 Cơ sở dữ liệu phục vụ thành lập bản đồ biến động sử dụng đất 36

1.4.2 Hệ phương pháp nghiên cứu 37

CHƯƠNG II: ÁP DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THEO DÕI BIẾN ĐỘNGSỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ TĨNH 39

2.1 Khái quát về khu vực nghiên cứu 39

2.1.1 Vị trí địa lý 39

2.1.2 Các yếu tố điều kiện tự nhiên 40

2.1.3 Các yếu tố kinh tế xã hội 44

2.1.4 Hiện trạng sử dụng đất 45

2.2 Quy trình nghiên cứu sự biến động sử dụng đất thành phố Hà Tĩnh giai đoạn 2000 – 2014 bằng phương pháp so sánh sau phân loại 46

CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰCTHÀNH PHỐ HÀ TĨNH GIAI ĐOẠN 2000-2014 57

3.1 Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Hà Tĩnh 57

3.1.1 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2000 57

3.1.2 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2014 60

3.2 Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất khu vực thành phố Hà Tĩnh 62

3.2.1 Bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2000 – 2014 62

3.2.2 Phân tích hiện trạng và diễn biến biến động sử dụng đất khu vực thành phố Hà Tĩnh giai đoạn 2000 – 2014 65

3.3 Nguyên nhân biến động sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu 74

3.3.1 Nguyên nhân khách quan 74

3.3.2 Nguyên nhân chủ quan 75

3.4 Đề xuất định hướng sử dụng đất thành phố Hà Tĩnh đến năm 2020 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Phổ phản xạ của các nhóm đối tượng chính 5

Hình 1.2 Đồ thị phổ phản xạ của một số cây trồng nông nghiệp 6

Hình 1.3 Phản xạ phổ của một số loại đất 7

Hình 1.4 Đặc trưng phổ phản xạ của một số đối tượng chính trong đô thị 8

Hình 1.5 Sự khác biệt của các đối tượng khi tổ hợp màu khác nhau 14

Hình 1.6 Các thành phần của GIS 21

Hình 1.7 Quy trình thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp đánh giá sau phân loại 31

Hình 2.1 Sơ đồ hành chính thành phố Hà Tĩnh 40

Hình 2.2 Quy trình nghiên cứu biến động sử dụng đất bằng phương pháp viễn thám 47

Hình 2.3 Ghép kênh ảnh 48

Hình 2.4 Ảnh TP Hà Tĩnh năm 2000 48

Hình 2.5 Ảnh TP Hà Tĩnh năm 2014 48

Hình 2.6 Ảnh phân loại năm 2000 52

Hình 2.7 Ảnh phân loại năm 2014 52

Hình 3.1 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất TP Hà Tĩnh năm 2000 59

Hình 3.2 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất TP Hà Tĩnh năm 2014 61

Hình 3.3 Bản đồ biến động sử dụng đất TP Hà Tĩnh giai đoạn 2000 – 2014 64

Hình 3.4 Biểu đồ diện tích các loại đất năm 2000 và 2014 65

Hình 3.5 Nuôi tôm thẻ chân trắng theo hình thức thâm canh của HTX Đồng Nghè Thạch Hạ 67

Hình 3.6 Mô hình nuôi cá chẽm tại xã Thạch Hưng 67

Hình 3.7 Mặt bằng khu đô thị bắc thành phố Hà Tĩnh 69

Hình 3.8 Một góc khu đô thị Sông Đà 69

Hình 3.9 Dự án Vinhome Hà Tĩnh 69

Hình 3.10 Biến động đất xây dựng thành phố Hà Tĩnh giai đoạn 2000 - 2014 71

Hình 3.11 Đại lộ Xô Viết Nghệ Tĩnh 72

Hình 3.12 Đường Ngô Quyền 72

Hình 3.13 Lớp phủ thực vật năm 2000 73

Hình 3.14 Lớp phủ thực vật năm 2014 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các kênh phổ của bộ cảm MSS 16

Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM 17

Bảng 1.3 Đặc trƣng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 (LDCM) 18

Bảng 1.4 Các đặc điểm của vệ tinh Quickbird 19

Bảng 1.5 Các thông số của ảnh vệ tinh Spot-3 20

Bảng 1.6 Tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất các cấp 26

Bảng 2.1 Hiện trạng sử dụng đất thành phố Hà Tĩnh năm 2014 45

Bảng 2.2 Mô tả các lớp phân loại 49

Bảng 2.3 Bảng đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện năm 2014 50

Bảng 2.4 Khóa giải đoán ảnh 51

Bảng 2.5 Đánh giá đô ̣ chính xác theo hệ số Kappa 53

Bảng 2.6.Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2000 54

Bảng 2.7 Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2014 55

Bảng 3.1 Thống kê diện tích các loại đất năm 2000 57

Bảng 3.2 Thống kê diện tích các loại đất năm 2014 60

Bảng 3.3 Ma trận biến động các đối tƣợng giai đoạn 2000 - 2014 62

Bảng 3.4 Biến động sử dụng đất TP Hà Tĩnh giai đoạn 2000 - 2014 65

Bảng 3.5 Biến động đất xây dựng giai đoạn 2000 - 2014 70

Bảng 3.6 Giá trị chỉ số thực vật 73

Bảng 3.7 Tình hình dân số cơ bản TP Hà Tĩnh 75

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

CCT Computer compatible tape: Băng từ máy tính đọc đƣợc

GIS Geography Information System: Hệ thống thông tin địa lý

DN Digital Number: Giá trị số (trong ảnh số)

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình đô thị hóa mạnh mẽ cùng với sự gia tăng dân số đã dẫn tới sự thay đổi lớn trong hiện trạng sử dụng đất ở hầu hết các tỉnh thành ở Việt Nam, nhất là các đô thị Kết quả của quá trình đô thị hóa là làm cho đất nông nghiệp nhanh chóng

bị thu hẹp nhường chỗ cho các loại hình sử dụng đất khác như đất ở, đất xây dựng khu công nghiệp hay các công trình công cộng

Thành phố Hà Tĩnh là trung tâm văn hóa, kinh tế, chính trị, xã hội của tỉnh

Hà Tĩnh Nằm trên trục quốc lộ 1A, cách thủ đô Hà Nội 340 km, thành phố Vinh 50km về phía Bắc; cách thành phố Huế 314 km về phía Nam và cách biển Đông 12,5 km Thành phố Hà Tĩnh có nhiều tiềm năng để phát triển kinh tế, xã hội Với tổng diện tích tự nhiên là 56,32 km2, đến nay sau nhiều lần thay đổi địa giới hành chính, thành phố có 16 đơn vị hành chính gồm 10 phường, 6 xã và đã được Bộ xây dựng công nhận là đô thị loại III năm 2006 Trong những năm qua, theo quá trình dịch chuyển kinh tế của đất nước từ nền kinh tế thuần nông sang nền kinh tế công nghiệp hóa, hiện đại hóa gắn liền với đô thị hóa cùng với sự gia tăng dân số, đã làm thay đổi trên quy mô lớn và tốc độ cao cơ cấu sử dụng đất của thành phố Do đó, việc nghiên cứu biến động sử dụng đất trên diện rộng và thời gian dài là vấn đề hết sức quan trọng và cần thiết

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện nay, viễn thám kết hợp với GIS cho hiệu quả cao và khách quan trong đánh giá và dự đoán biến đổi lớp phủ mặt đất Không chỉ thế, công nghệ viễn thám kết hợp với GIS rất hữu hiệu trong việc xác định diện tích biến động của các đối tượng lớp phủ, hình thái biến động, mức độ biến động của từng đối tượng Trước yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao cập nhật thông tin một cách đầy đủ, nhanh chóng và chính xác nhất của các loại hình sử dụng đất, việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành lập bản đồ đã trở thành một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn

và mang tính khoa học cao

Xuất phát từ những lý do thực tiễn đó, học viên đã chọn đề tài “Nghiên cứu

biến động sử dụng đất Thành phố Hà Tĩnh, tỉnh Hà Tĩnh giai đoạn 2000 – 2014 với

sự trợ giúp của viễn thám và GIS”

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu những vấn đề lý luận và thực tiễn về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để xác định biến động trong quá trình sử dụng đất đai Đối tượng nghiên cứu của đề tài là toàn bộ diện tích đất đai trên địa bàn thành phố Hà Tĩnh, tỉnh Hà Tĩnh

- Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu biến động một số loại hình sử dụng đất trên địa bàn thành phố Hà Tĩnh

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh trong thành lập bản đồ sử dụng đất tại thời điểm bay chụp từ đó thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng chức năng phân tích không gian của GIS

- Đánh giá biến động sử dụng đất thành phố Hà Tĩnh từ năm 2000 - 2014 và phân tích các đặc trưng biến động sử dụng đất thành phố Hà Tĩnh

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu đề ra, nhiệm vụ nghiên cứu cần thực hiện bao gồm:

- Tìm hiểu về công nghệ viễn thám và GIS;

- Thu thập và xử lý ảnh viễn thám;

- Nghiên cứu các phương pháp thành lập bản đồ sử dụng đất từ ảnh vệ tinh;

- Nghiên cứu các phương pháp đánh giá biến động sử dụng đất từ ảnh vệ tinh;

- Thu thập số liệu và đi khảo sát thực địa;

- Xây dựng chìa khóa giải đoán ảnh;

- Thành lập bản đồ sử dụng đất thành phố Hà Tĩnh các năm 2000, 2014;

- Chồng xếp các ảnh viễn thám để tìm ra sự biến động sử dụng đất;

- Đánh giá và phân tích biến động sử dụng đất thành phố Hà Tĩnh từ năm

2000 đến 2014;

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu nhằm chỉ ra ứng dụng của viễn thám và GIS

nghiên cứu hình thái không gian của sự phát triển thành phố Hà Tĩnh

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là tài liệu tham khảo

cho công tác quy hoạch và định hướng phát triển Hà Tĩnh nói chung, thành phố Hà Tĩnh nói riêng trong giai đoạn tiếp theo

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn có ba chương:

CHƯƠNG I: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG II: ÁP DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THEO DÕI BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ TĨNH

CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ TĨNH GIAI ĐOẠN 2000-2014

CHƯƠNG I: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát về viễn thám, hệ thống thông tin địa lý

1.1.1 Viễn thám

Viễn thám (Remote sensing – Tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu (Nguyễn Ngọc Thạch – 2005)

Viễn thám điện từ là khoa học và công nghệ sử dụng sóng điện từ để chuyển tải thông tin từ vật cần nghiên cứu tới thiết bị thu nhận thông tin cũng như công nghệ xử lý để các thông tin thu nhận có ý nghĩa

Về bản chất viễn thám là công nghệ nhằm xác định và nhận biết các đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua các đặc trưng riêng về phản xạ hoặc bức xạ điện từ Tuy nhiên những năng lượng như từ trường và trọng trường cũng có thể được sử dụng

Kỹ thuật viễn thám là một kỹ thuật đa ngành, liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau như: thu nhận thông tin, tiền xử lý thông tin, phân tích và giải đoán thông tin, đưa ra các sản phẩm dưới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợp

Thông tin trên ảnh viễn thám có được về các đối tượng nhờ vào quá trình

“chụp ảnh” vệ tinh mà thực chất là quá trình thu nhận năng lượng sóng điện từ phản

xạ hoặc phát xạ từ vật thể Thông tin có được về đối tượng trong quá trình này chính là nhờ sự khác biệt của phản ứng với sóng điện từ của các đối tượng khác nhau (phản xạ, hấp thụ hay phân tách sóng điện từ)

- Năng lượng sóng phản xạ từ đối tượng bao gồm hai phần: năng lượng phản

xạ trực tiếp từ bề mặt đối tượng và năng lượng tán xạ bởi cấu trúc bề mặt đối tượng Năng lượng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc và bản chất của đối tượng mà chỉ phụ thuộc vào đặc tính bề mặt: độ ghồ ghề, hướng của đối tượng

- Năng lượng tán xạ là kết quả của một quá trình tương tác giữa bức xạ với

bề dày của đối tượng mà bức xạ đó có khả năng xuyên tới Năng lượng này phụ

thuộc vào cấu trúc, bản chất và trạng thái của đối tượng Đây là nguồn năng lượng mang thông tin giúp ta có thể nhận biết được các đối tượng và trạng thái của chúng

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là các đặc trưng phổ Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu được về các đối tượng Đối với mỗi vật trong tự nhiên có đặc tính phản xạ phổ điện từ khác nhau trên các bước sóng khác nhau Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ (cường độ, dạng đường cong ở các dải sóng khác nhau) có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tượng trên bề mặt Thông tin về phổ là thông tin đầu tiên, là tiền đề cho các phương pháp phân tích ảnh trong viễm thám

Các đối tượng chủ yếu trên mặt đất bao gồm: lớp phủ thực vật, nước, đất hay cát, đá công trình xây dựng Mỗi loại này có các phản xạ khác nhau với sóng điện từ tại các bước sóng khác nhau

Hình 1.1 Phổ phản xạ của các nhóm đối tượng chính

Đây là hình biểu diễn đường cong phản xạ phổ của các loại lớp phủ mặt đất (thực vật, đất và nước), chúng có tính chất khái quát việc phản xạ phổ của ba loại lớp phủ chủ yếu Trên thực tế, các loại thực vật, đất và nước khác nhau sẽ có các đường

cong phản xạ phổ khác nhau Sự khác nhau này chủ yếu được thể hiện ở độ lớn của phần trăm phản xạ, song hình dạng tương đối của đường cong ít có sự thay đổi

- Thực vật: phản xạ phổ cao nhất ở bước sóng màu lục (0,5 – 0,6µm) (tương ứng với dải sóng màu lục- Green) trong vùng nhìn thấy và có màu xanh lục Khi yếu tố diệp lục giảm đi, thực vật chuyển sang khả năng phản xạ ánh sang màu đỏ trội hơn, dẫn đến lá cây có màu vàng (do tổ hợp màu Green và Red) hoặc màu đỏ hẳn Các đặc trưng phản xạ phổ của thực vật nổi bật nhất ở vùng hồng ngoại gần (0,7 – 1,4 µm), là vùng bước sóng mà thực vật có phản xạ cao nhất Mức độ phản xạ của thực vật phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau, có thể kể đến là lượng diệp lục, độ dày tán lá và cấu trúc tán lá

Hình 1.2 Đồ thị phổ phản xạ của một số cây trồng nông nghiệp

- Nước: có phản xạ chủ yếu nằm trong vùng nhìn thấy (0,4 – 0,7 µm) và phản

xạ mạnh ở dải sóng lam (0,4 – 0,5 µm) và lục (0,5 -0,6 µm) Giá trị phản xạ của một đối tượng nước phụ thuộc chủ yếu vào độ đục của nó Nước trong có giá trị phản xạ rất khác với nước đục, nước càng đục có độ phản xạ càng cao

- Đất: có phần trăm phản xạ tăng dần theo chiều tăng của chiều dài bước

sóng Phần trăm phản xạ của đất chủ yếu phụ thuộc vào độ ẩm và màu của đất Đất khô, đường cong phổ phản xạ tương đối đơn giản, ít có những cực đại và cực tiểu

một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất phổ của đất khá phức tạp và không rõ ràng như ở thực vật Tuy nhiên quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đất tăng dần về phía sóng có bước sóng dài Các giá trị hấp thụ phổ do hơi nước cũng diễn ra ở vùng 1,4; 1,9 và 2,7 µm

Hình 1.3.Phản xạ phổ của một số loại đất

Đường cong phản xạ phổ của đất trống khá giống cát khô, chỉ khác nhau về cường độ phản xạ, vì vậy khi chúng ta sử dụng ảnh của Landsat TM rất dễ dàng tách ba đối tượng này Tuy nhiên, giữa đất trống khô và khu dân cư thành phố lại có

đồ thị phản xạ khá giống nhau, nên đây là khó khăn cho việc phân loại đất dân cư thành phố Trong nhóm đất dân cư cần thể hiện cả hai đối tượng là đất dân cư thành phố và đất dân cư nông thôn, nhưng trên ảnh Landsat TM việc xác định các điểm dân cư nông thôn là rất khó khăn kể cả phương pháp giải đoán bằng mắt cũng như giải đoán ảnh số, vì các điểm dân cư nông thôn thường có diện tích nhỏ, phân tán và thường có cây cối xung quanh nên thường lẫn vào các đối tượng thực vật Còn dân

cư thành phố thường có hệ thống giao thông dày đặc dạng bàn cờ hoặc tỏa tia và xây dựng bằng gạch gói nên việc nhận biết rất dễ dàng

Cùng với các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cơ bản, Root

và Mille vào năm 1971 đã nghiên cứu và đưa ra các đặc trưng phản xạ phổ của một

số đối tượng chính trong đô thị như bê tông, ván lợp, nhựa đường và đất trống Các đặc trưng này là thông tin quan trọng giúp quá trình giải đoán các đối tương đô thị

Hình 1.4 Đặc trưng phổ phản xạ của một số đối tượng chính trong đô thị

Các đối tượng khác nhau trong cùng một nhóm đối tượng sẽ có dạng đường cong phổ phản xạ chung, tương đối giống nhau, song sẽ khác nhau về các chi tiết nhỏ trên đường cong hoặc khác nhau về độ lớn của giá trị cường độ phản xạ Khi tính chất của đối tượng thay đổi thì đường cong phổ phản xạ cũng bị biến đổi theo Một loại sai biệt nữa là sai biệt có tính chất cục bộ khi cấu trúc của đối tượng khác nhau trong không gian (ví dụ lúa được cấy và lúa được sạ), hoặc cấu trúc đó khác nhau theo hướng của nguồn sáng (ví dụ các dãy cây trồng hướng Bắc nam sẽ có ảnh khác với cùng dãy đó được trồng hướng Đông Tây)

 Độ phân giải của ảnh viễn thám

Các thông số quan trọng nhất đặc trưng cho khả năng thông tin cung cấp của một ảnh vệ tinh là độ phân giải của nó Có ba loại độ phân giải: độ phân giải không gian, độ phân giải thời gian và độ phân giải phổ

- Độ phân giải không gian: phụ thuộc vào hai thông số FOV (Firld of view –

trường/góc nhìn)và IFOV (Instantaneous field of wiew – trường/góc nhìn thức thì) được thiết kế sẵn do đặc tính đầu thu Thông số FOV cho ta thấy được phạm vi không gian mà đầu thu có thể thu nhận được sóng điện từ từ đối tượng Rõ ràng là với các góc nhìn càng lớn (FOV càng lớn) thì ảnh thu được càng rộng, và với cùng một góc nhìn, vệ tinh nào có độ cao lớn hơn sẽ có khoảng thu ảnh lớn hơn Còn với IFOV của đầu thu đặc trưng cho phạm vi không gian Tổng hợp giá trị bức xạ của các đối tượng trong một góc IFOV được thu nhận cùng một lúc và mang một giá trị,

được ghi nhận như một điểm ảnh Trong ảnh số, một điểm ảnh được gọi là một pixel và giá trị kích thước pixel đặc trưng cho khả năng phân giải không gian của ảnh Góc IFOV càng nhỏ thì khả năng phân biệt các đối tượng trong không gian càng lớn, nghĩa là giá trị pixel càng nhỏ và phạm vi chụp ảnh càng hẹp

Ý nghĩa quan trọng nhất của độ phân giảikhông gian là cho ta biết các đối tượng nhỏ nhất mà có thể phân biệt được trên ảnh

- Độ phân giải phổ: Tùy thuộc vào mục đích thu thập thông tin, mỗi loại đầu

thu được thiết kế để có thể thu nhận sóng điện từ trong một số khoảng bước sóng nhất định Độ rộng hẹp của khoảng bước sóng này là độ phân giải phổ của ảnh Khoảng bước sóng càng hẹp thì tính chất phản xạ phổ của các đối tượng càng đồng nhất Các khoảng bước sóng này được gọi là kênh ảnh

Bức xạ phổ (bao gồm cả phản xạ, tán xạ và bức xạ riêng) của một đối tượng thay đổi theo bước sóng điện từ Như vậy, ảnh chụp đối tượng trên các kênh khác nhau sẽ khác nhau và điều này có nghĩa là ảnh được thu trên càng nhiều kênh thì càng có nhiều thông tin về đối tượng được thu thập Số lượng kênh ảnh được gọi là

độ phân giải phổ Độ phân giải phổ càng cao (càng nhiều kênh ảnh) thì thông tin thu thập từ đối tượng càng nhiều và giá thành càng lớn Thông thường, các vệ tinh đa phổ thường có số kênh ảnh từ khoảng 3 đến 10 kênh Hiện nay, trong viễn thám đa phổ, các loại vệ tinh viễn thám có khả năng thu được rất nhiều kênh ảnh (trên 30 kênh) gọi là các vệ tinh siêu phổ (Hypersspectral satellite) đang được phát triển

- Độ phân giải thời gian: Vệ tinh viễn thám chuyển động trên quỹ đạo và

chụp ảnh khu vực theo một chu kỳ Khoảng thời gian lặp lại giữa các lần chụp được gọi là độ phân giải thời gian của vệ tinh, khoảng thời gian này càng nhỏ thì thông tin thu thập (hay ảnh chụp) càng nhiều

Tóm lại, thông tin trên ảnh viễn thám quang học là phản xạ phổ của các đối tượng trên mặt đất bao gồm lớp phủ thực vật, nước và đất trống được ghi nhận thành từng pixel ảnh có độ phân giải không gian xác định trên nhiều kênh phổ các định và vào một thời gian xác định

 Xử lý thông tin viễn thám

Giải đoán ảnh viễn thám là quá trình tách chiết thông tin định tính cũng như

định lượng từ ảnh như hình dạng, vị trí, cấu trúc, đặc điểm, chất lượng, điều kiện Mối quan hệ tương hỗ giữa các đối tượng dựa trên tri thức chuyên ngành hoặc tri thức của người giải đoán

a Giải đoán ảnh bằng mắt

Giải đoán ảnh bằng mắt là sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết các thông tin từ tư liệu viễn thám dạng hình ảnh (Nguyễn Ngọc Thạch – Cơ sở viễn thám, 2005)

Trong việc xử lý thông tin viễn thám thì giải đoán bằng mắt (visual interpretaion) là công việc đầu tiên, phổ biến nhất và có thể áp dụng trong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau

Giải đoán bằng mắt là sử dụng mắt thường hoặc có sự trợ giúp của các dụng cụ quang học từ đơn giản đến phức tạp như: kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, máy tổng hợp màu… nhằm nâng cao khả năng phân tích của mắt người

Cơ sở để giải đoán bằng mắt là đưa vào các dấu hiệu giải đoán trực tiếp hoặc gián tiếp và chìa khoá giải đoán

 Các chuẩn giải đoán ảnh vệ tinh: Nhìn chung có thể chia các chuẩn đoán

đọc thành 8 nhóm chính sau:

- Chuẩn kích thước: Cần phải chọn tỷ lệ ảnh phù hợp để giải đoán Kích

thước của đối tượng có thể xác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với mẫu số tỷ lệ ảnh

- Chuẩn hình dạng: Hình dạng có ý nghĩa quan trọng trong giải đoán ảnh

Hình dạng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên cao xuống và được coi là chuẩn giải đoán quan trọng

- Chuẩn bóng: Bóng của vật thể dễ dàng nhận thấy khi nguồn sáng không

nằm chính xác ở đỉnh đầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên Dựa vào bóng của vật thể

có thể xác định được chiều cao của nó

- Chuẩn độ đen: Độ đen trên ảnh đen trắng biến thiên từ trắng đến đen Mỗi

vật thể được thể hiện bằng một cấp độ sáng nhất định tỷ lệ với cường độ phản xạ ánh sáng của nó Ví dụ: cát khô phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng có

màu trắng, trong khi cát ướt do độ phản xạ kém hơn nên có màu tối hơn trên ảnh đen trắng Trên ảnh hồng ngoại đen trắng do cây lá nhọn phản xạ mạnh tia hồng ngoại nên chúng có màu trắng và nước lại hấp thụ hết bức xạ trong dải sóng này nên bao giờ cũng có màu đen

- Chuẩn màu sắc: Màu sắc là một chuẩn rất tốt trong việc xác định các đối

tượng Ví dụ như: các kiểu loài thực vật có thể được phát hiện dễ dàng ngay cả cho những người không có nhiều kinh nghiệm trong giải đoán hình ảnh khi sử dụng ảnh hồng ngoại màu Các đối tượng khác nhau cho các tông màu khác nhau đặc biệt khi

sử dụng ảnh đa phổ tổng hợp màu

- Chuẩn cấu trúc: Cấu trúc là một tập hợp của nhiều hình mẫu nhỏ 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 Đương nhiên điều này còn phụ thuộc vào tỷ

lệ ảnh được sử dụng

- Chuẩn phân bố: Chuẩn phân bố là một tập hợp của nhiều hình dạng nhỏ

phân bố theo một quy luật nhất định trên toàn bộ ảnh và trong mối quan hệ với đối tượng cần nghiên cứu Ví dụ: hình ảnh của các dãy nhà, hình ảnh của ruộng lúa nước, các đồi trồng chè tạo ra những hình mẫu đặc trưng riêng cho các đối tượng đó

- Chuẩn mối quan hệ tương hỗ: Một tổng thể các chuẩn giải đoán môi trường

xung quanh hoặc mối liên quan của các đối tượng nghiên cứu cung cấp một thông tin giải đoán quan trọng

Nhằm trợ giúp cho công tác giải đoán người ta thành lập các khóa giải đoán cho các đối tượng khác nhau Tất cả 8 chuẩn giải đoán cùng với các thông tin về thời gian chụp, tỷ lệ ảnh, mùa chụp đều phải đưa vào khóa giải đoán Một bộ khóa giải đoán gồm không chỉ phần ảnh mà còn mô tả bằng lời

LANDSAT được phóng lên thì xử lý ảnh số mới được phát triển một cách rộng rãi Yêu cầu cơ bản là nguồn tư liệu phải ở dạng số và thông thường là được tạo từphương pháp quét scanning Trước đây, phương pháp xử lý số được áp dụng hạn chế một trong những nguyên nhân cơ bản là giá thành máy tính và phần mềm quá đắt Hiện nay, do giá thành máy tính đã giảm và phần mềm càng được phát triển nhiều, nguồn tư liệu số lại rất đa dạng nên kỹ thật xử lý ảnh số ngày càng được áp dụng rộng rãi, đặc biệt là được kết hợp chặt chẽ với việc xử lý hệ thông tin địa lý GIS Trong các phần mềm xử lý, sự phát triển của công nghệ tin học cho phép áp dụng nhiều phép tính toán từ đơn giản đến phức tạp với tốc độ rất cao Có rất nhiều phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng như ERDAS Imagine, ERMapper, ENVI, ILWIS.Các phần mềm này đã được đưa vào ứng dụng phục vụ cho việc giải đoán, xây dựng bản đồ hiện trạng và quản lý thông tin

Các thuật toán phân loại được sử dụng để quy một pixel chưa biết vào một loại nào đó Việc lựa chọn cách phân loại riêng biệt hoặc luật quyết định phụ thuộc vào tính chất của chỉ tiêu đầu vào và yêu cầu của dữ liệu đầu ra

 Các giai đoạn giải đoán bằng xử lý ảnh số

- Nhập số liệu:Có hai nguồn tư liệu chính đó là ảnh tương tự do các máy

chụp ảnh cung cấp và ảnh số do các máy quét cung cấp Trong trường hợp ảnh số thì tư liệu ảnh được chuyển từ các băng từ lưu trữ mật độ cao HDDT vào các băng

từ CCT, ở dạng này máy tính nào cũng đọc được số liệu Trong trường hợp ảnh tương tự thì tư liệu ảnh được chuyển thành dạng số thông qua các máy quét

- Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh:Đây là giai đoạn mà các tín hiệu số được

hiệu chỉnh hệ thống nhằm tạo ra một tư liệu ảnh có thể sử dụng được Giai đoạn này thường được thực hiện trên các máy tính lớn tại các Trung tâm thu số liệu vệ tinh Đây là giai đoạn mà các tín hiệu số được hiệu chỉnh hệ thống, nó bao gồm các bước:

+ Hiệu chỉnh bức xạ: Tất các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu một mức

độ nhiễu xạ nhất định Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải thực hiện một số phép tiền xử lý Khi thu các bức xạ từ mặt đất trên các vật mang trong vũ trụ, người

ta thấy chúng có một số sự khác biệt so với trường hợp quan sát cùng đối tượng đó

ở khoảng cách gần Điều này chứng tỏ ở những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất định gây ra bởi ảnh hưởng của góc nghiêng và độ cao mặt trời, một só điều kiện quang học của khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, độ mù Chính vì vậy, để đảm bảo được sự tương đồng nhất định về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ

+ Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên đường truyền xuống mặt đất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất định trước khi tới được mặt đất và bức xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới được bộ cảm Do vậ, bức xạ mà bộ cảm thu được chứa đựng không phải chỉ riêng năng lượng hữu ích mà còn nhiều thành phần nhiễu khác Hiệu chỉnh khí quyển là một công đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ không mang thông tin hữu ích

+ Hiệu chỉnh hình học: Méo hình học được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa tọa độ ảnh thực tế đo được và tọa độ ảnh lý tưởng được tạo ra bởi một bộ cảm có thiết kế hình học lý tưởng và trong các điều kiện thu nhận lý tưởng Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng đưuọc mối quan hệ giữa tọa độ ảnh đo và hệ tọa độ quy chiếu chuẩn Hệ tọa độ quy chiếu chuẩn có thể là hệ tọa độ mặt đất (hệ tọa độ vuông góc hoặc hệ tọa độ địa lý) hoặc hệ tọa độ ảnh khác

- Biến đổi ảnh: Các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng, biến đổi

tuyến tính là giai đoạn tiếp theo Giai đoạn này có thể thực hiện trên các máy tính nhỏ như các máy vi tính khuôn khổ của một phòng thí nghiệm

Tăng cường chất lượng có thể được định nghĩa như một thao tác chuyển đổi nhằm thể hiện ảnh với cường độ, độ tương phản phù hợp với thiết bị hiển thị ảnh

Chiết tách đặc tính là một thao tác nhằm phân loại, sắp xếp các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉ tiêu đưa ra dưới dạng các hàm số

Những phép tăng cường chất lượng cơ bản thường được sử dụng là biến đổi cấp độ xám, biến đổi histogram, tổ hợp màu

Sau khi tăng cường chất lượng hình ảnh, một trong những ưu điểm của phương pháp xử lý ảnh số là có thể chọn các tổ hợp màu tùy ý Phương pháp này có thể hiển thị 3 kênh ảnh của một loại ảnh vệ tinh, tổ hợp màu của 3 kênh ảnh của các

vệ tinh khác nhau cùng độ phân giải, tổ hợp màu của ảnh vệ tinh và ảnh máy bay có

cùng độ phân giải, tổ hợp màu của một ảnh radar với các thời gian khác nhau Nếu trong tổ hợp màu kênh phổ có dải sóng được gắn đúng với màu thì gọi là tổ hợp màu thật và trong các trường hợp khác gọi là tổ hợp giả màu Ví dụ, các kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat-7 ETM+có các kênh 1 (kênh phổ xanh lam-blue) được gắn màu xanh lam, kênh 2 (phổ lục green) được gắn màu lục, và kênh 3 (phổ đỏ-red) được gắn màu đỏ trong khi hiển thị màu, nghĩa là kênh 3:2:1 gắn R:G:B và tổ hợp này gọi là tổ hợp màu thật Số lượng ảnh tạo ra bằng tổ hợp màu sẽ rất lớn và phụ thuộc vào số kênh phổ dùng trong một nhóm tổ hợp

Tổ hợp màu giả cho thực vật có màu đỏ,

nước màu xanh lơ

Tổ hợp màu giả với thực vậtmàu xanh lá cây và nước xanh nước biển

Hình 1.5 Sự khác biệt của các đối tượng khi tổ hợp màu khác nhau

- Phân loại: Phân loại đa phổ để tách các thông tin cần thiết phục vụ việc

theo dõi các đối tượng hay lập bản đồ chuyên đề là khâu then chốt của việc khai thác tư liệu viễn thám Mục đích của quá trình phân loại là tự động phân loại tất cả

cá pixel trong ảnh thành các lớp phủ đối tượng Có hai phương pháp phân loại cơ bản là phân loại có kiểm định và phân loại không kiểm định

+Phân loại có kiểm định (Supervised Classification): là hình thức phân loại

mà các chỉ tiêu phân loại được xác lập dựa trên các vùng mẫu.Vùng mẫu là khu vực mà trên ảnh người giải đoán biết chắc chắn thuộc vào một trong các lớp cần tìm.Các mẫu phân loại được nhận biết qua vùng mẫu để thành lập các chìa khóa giải đoán ảnh.Mỗi pixel ảnh trong lớp dữ liệu sau đó được đối sánh về số với các chìa khóa giải đoán được đặt tên mà chúng có xác suất thuộc về nhóm lớn nhất.Có

rất nhiều cách thức để đối sánh giá trị của pixel chưa biết thành lớp tương ứng với các chìa khóa được giải đoán trong phân loại.Có các phương pháp sắp xếp: sắp xếp theo khoảng cách gần nhất, sắp xếp theo nguyên tắc ở gần nhất, sắp xếp theo nguyên tắc hình hộp phổ, sắp xếp theo nguyên tắc xác suất giống nhau nhất

+ Phân loại không kiểm định (Unsuppervived Classification): Tại những khu vực không có một thông tin nào về đối tượng cần phân loại, người ta sử dụng

kỹ thuật phân loại không giám định Phân loại không kiểm định chỉ sử dụng thuần túy thông tin ảnh.Trình tự thực hiện có thể tóm tắt như sau: Các pixel trên ảnh đầu tiên được gộp thành các nhóm có đặc trưng phổ tương đối đồng nhất bằng kỹ thuật ghép lớp sau đó các nhóm lớp như vậy được sử dụng để tính các tham số thống kê cho quá trình phân loại tiếp theo Việc xác định các tham số thống kê tệp mẫu phụ thuộc cụ thể vào các phương pháp phân loại sẽ được sử dụng.Tuy nhiên phần lớn các phương pháp phân loại đều sử dụng các tham số như giá trị trung bình tệp mẫu,

ma trận, phương sai

Trong quá trình thực hiện luận văn, phương pháp phân loại có kiểm định theo nguyên tắc xác suất giống nhau nhất (maximum likelihood classified)được sử dụng trong phân loại sử dụng đất của TP Hà Tĩnh Đây là phương pháp dựa trên lý thuyết xác suất chặt chẽ, có độ chính xác cao và được sử dụng rộng rãi Phương pháp này dùng số liệu mẫu để xác định hàm mật độ phân bố xác suất của mỗi lớp cần phân loại, đối với mỗi pixel được tính xác suất thuộc vào một lớp nào đó và nó được gán vào lớp mà xác suất thuộc lớp đó là lớn nhất

-Xuất kết quả: Trên cơ sở ứng dụng hệ thông tin địa lý, nhiều chủng loại

thông tin khác nhau cùng được đưa vào xử lý tạo một kết quả chính xác và phong phú hơn so với trường hợp chỉ sử dụng riêng tư liệu viễn thám Có thể lựa chọn một cách không hạn chế các sản phẩm đầu ra Ba dạng tổng quát thường được sử dụng: các sản phẩm bản đồ đồ họa, các dữ liệu đưa ra bằng bảng, các file thông tin bằng số

Để xử lý thông tin viễn thám, có thể áp dụng linh hoạt cả hai phương pháp giải đoán bằng mắt và xử lý số Hai phương pháp này sẽ hỗ trợ lẫn nhau nhằm đạt được độ chính xác cao nhất cho kết quả giải đoán thông tin

 Một số hệ thống viễn thám môi trường phổ biến hiện nay đang dùng ứng

dụng tại Việt Nam

- Vệ tinh Landsat: “Landsat” là một hệ thống vệ tinh không có người điều

khiển thu ảnh theo phương pháp quét đã được phóng lên quỹ đạo từ năm 1974, được gọi là ERTS (earth resources technology satellite) Đầu tiên là NASA phóng loại vệ tinh này, đến năm 1983 do cơ quan quốc gia của Mỹ về hải dương và khí quyển NOAA (National Oceannic and Atmosphers Administation) Đến đầu năm

1985 lại do một công ty ROSAT, một công ty tư nhân chịu trách nhiệm

Đã có 7 vệ tinh Landsat thuộc hai thế hệ khác nhau về trang thiết bị và đặc điểm quỹ đạo Landsat 1 được phóng năm 1972, lúc đó bộ cảm cung cấp chủ yếu là MSS (Multispectral scanner) thuộc loại máy quét quang cơ Vệ tinh Landsat có độ cao 705km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo là 98o, quỹ đạo đồng bộ mặt trời bán lặp Thời điểm bay qua xích đạo là 9h39’ sáng và chu kỳ lặp lại 17 ngày Bề rộng tuyến chụp 185km Hệ thống Landsat MSS hoạt động ở dải phổ nhìn thấy và gần hồng ngoại

có độ nét cao hơn, cải thiện được độ chính xác hình học và độ chính xác bức xạ khí quyển tốt hơn bộ cảm MSS Bộ cảm này cũng có độ rộng dải quét là 185 km, mỗi pixel mặt đất có kích cỡ là 30m x30m, trừ kênh hồng ngoại nhiệt (kênh 7 có độ phân giải 120mx120m).Bộ cảm TM có 7 kênh ghi đồng thời sự phản xạ hoặc bức xạ phát ra từ bề mặt trái đất được thể hiện ở bảng:

Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM

Kênh phổ Bước sóng (µm) Phổ điện từ Độ phân giải (m)

Vệ tinh Landsat 7 được phóng thành công tại căn cứ không quân Vandenburg vào ngày 15/4/1999 Vệ tinh Landsat 7 nặng 2.270 kg, bay ở độ cao

705 km đồng bộ với mặt trời, chu kỳ lặp quanh trái đất là 16 ngày.Landsat 7 được trang bị thêm với bộ bản đồ chuyên đề nâng cấp ETM+ được kế thừa từ bộ TM Các kênh quan trắc chủ yếu tương tự như như bộ TM, và kênh mới được thêm vào là kênh đen trắng (kênh 8) có độ phân giải là 15m Tuy nhiên, ngày 31/5/2003 thiết bị

đã gặp sự cố kỹ thuật Kết quả là tất cả các cảnh Landsat 7 được thu nhận kể từ ngày 14/7/2003 đến nay đều ở chế độ "SLC-off" nghĩa là xuất hiện các vết sọc đen cách đều.ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), đặt trên Landsat 7 Thiết bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt trái đất, có độ phân giải là 30m đối với ảnh đa phổ TM và 15 m đối với ảnh toàn sắc

Vệ tinh thế hệ thứ 8 - Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM) Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ Landsat sẽ tiếp tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 - 100 m), phủ kín ở các vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên trái đất Nhiệm vụ của Landsat 8

là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI - Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS - Thermal Infrared Sensor) Landsat 8 thu nhận ảnh với

tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc Dải quét của LDCM giới hạn trong khoảng 185km x 180km Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ và kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây (có ý nghĩa đối với khí tượng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề mặt Bộ cảm OLI và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước.Landsat 8 thu nhận xấp xỉ 400 cảnh/ngày, tăng

250 cảnh/ngày so với Landsat 7 Thời gian hoạt động của vệ tinh theo thiết kế là 5,25 năm nhưng nó được cung cấp đủ năng lượng để có thể kéo dài hoạt động đến

10 năm So với Landsat 7, Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại 16 ngày

Bảng 1.3 Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 (LDCM)

- Vệ tinh QuickBird: được phóng vào tháng 10 năm 2001 ở California Vệ

tinh được định vị ở độ cao quỹ đạo là 450km với góc nghiêng quỹ đạo là 97,2o

, đồng bộ mặt trời Các đặc tính của vệ tinh Quickbird được trình bày ở bảng:

Bảng 1.4 Các đặc điểm của vệ tinh Quickbird

Các đặc điểm của Quickbird

Góc nghiêng quỹ đạo 97,2o, đồng bộ mặt trời

Thời gian cắt qua xích đạo 10h30’ sáng (điểm đi xuống)

Thời gian hoàn thành một quỹ đạo 93,5 phút

Thời gian lặp lại của một quỹ đạo 1-3,5 ngày phụ thuộc vĩ độ

Đỏ (red): 630-690 nm Cận hồng ngoại (NIR): 760-900 nm

Vệ tinh Quickbird của công ty Digital Globe cung cấp dải quét rộng nhất, khả năng lưu trữ lớn nhất và độ phân giải cao nhất trong tất cả các loại vệ tinh thương mại hiện hành Vệ tinh Quickbird có khả năng thu nhận trên 75 triệu km2

dữ liệu ảnh mỗi năm Từ khi phóng thành công vệ tinh Quickbird Digital Globe và có thể thu nhận được tín hiệu, ảnh Quickbird nhanh chóng được nghiên cứu sử dụng

trong công tác hiệu chỉnh và thành lập bản đồ tỷ lệ lớn khu đô thị

- Vệ tinh Spot: Vệ tinh Spot đầu tiên được Pháp phóng lên quỹ đạo năm 1986

là thế hệ vệ tinh chụp ảnh và quan sát trái đất được thiết kế và phóng lên bởi CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) của Pháp, với sự hỗ trợ của Thụy Điển và Bỉ Ảnh Spot tương đối đa dạng về dải phổ và độ phân giải không gian từ thấp, trung bình đến cao (5m-1km), trường phủ mặt đất của ảnh Spot cũng tương đối đa dạng từ 10km x 10km đến 200km x 200km Vệ tinh Spot có thể thu ảnh của từng ngày và thường là vào 11h sáng

Bảng 1.5 Các thông số của ảnh vệ tinh Spot-3

Các đặc trưng của HRV Dạng đa phổ Dạng toàn sắc

0,61-0,68 µm 0,79-0,89 µm

1.1.2 Hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một tập hợp các công cụ để thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện mục đích cụ thể Đó là hệ thống thể hiện các đối tượng từ thế giới thực thông qua:

- Vị trí địa lý của đối tượng thông qua một hệ tọa độ

- Các thuộc tính của chúng mà không phụ thuộc vào vị trí

- Các quan hệ không gian giữa các đối tượng (quan hệ topo)

Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau:

Dữ liệu

đầu vào Quản lý dữ liệu Xử lý dữ liệu Phân tích và mô hình Dữ liệu ra

GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhất các số liệu mang tính liên ngàng bằng tổng hợp, mô hình hóa và phân tích Vì vậy có thể nói, GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể

 Các thành phần của GIS

GIS bao gồm 5 thành phần: con người, dữ liệu, phần cứng, phần mềm và phương pháp phân tích

Hình 1.6 Các thành phần của GIS

- Con người: GIS là một hệ thống tổng hợp của nhiều công việc kỹ thuật, do

đó đòi hỏi người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực Người điều hành là một phần không thể thiếu được của GIS Hơn nữa sự phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn được đào tạo Những yêu cầu cơ bản về người điều hành bao gồm:

có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin

- Dữ liệu: GIS phải bao gồm một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin không gian

và các thông tin thuộc tính liên kết chặt chẽ với nhau và được tổ chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại

Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS (database management system) để tổ chức lưu trữ và quản lý dữ liệu

- Phương pháp phân tích: GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt nên tùy

từng mục đích và hoàn cảnh ứng dụng cụ thể mà lựa chọn và thiết kế hệ thống cho phù hợp Muốn một hệ thống GIS hoạt động có hiệu quả đòi hỏi phải có sự phối hợp tốt giữa các nhà quản lý, khoa học chuyên môn và các kỹ sư thiết kế xây dựng

hệ thống Xây dựng một hệ thống GIS đơn giản hay hiện đại là tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể của mục đích và yêu cầu cung cấp thông tin cho các lĩnh vực chuyên môn Một dự án GIS chỉ thành công khi nó được quản lý tốt và người sử dụng hệ thống phải có kỹ năng tốt, nghĩa là phải có sự phối hợp tốt giữa công tác quản lý và công nghệ GIS

- Phần mềm: Một hệ thống phần mềm xử lý GIS yêu cầu phải có hai chức

năng sau: tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu Sự phát triển kỹ thuật GIS hiện đại liên quan đến sự phát triển của hợp phần này

Tự động hóa bản đồ: là sự thành lập bản đồ với sự trợ giúp của máy tính Bản đồ là sự thể hiện bằng đồ họa của mối quan hệ không gian và các hình dạng và mỗi bản đồ là sự mô hình hóa thực tế theo những tỉ lệ nhất định Mô hình đó yêu cầu biến đổi các số liệu ghi bản đồ thành bản đồ và gồm các công đoạn sau: lựa chọn, phân loại, làm đơn giản hóa và tạo mẫu ký tự

Quản lý dữ liệu: GIS phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu địa lý đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật

tự rõ ràng Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm GIS là cho khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự động hóa bản đồ và bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu Các tài liệu

mô tả cho một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng Sự liên kết đó là một ưu thế nổi bật của việc vận hành GIS

- Phần cứng: Phần cứng của một hệ GIS gồm máy vi tính, cấu hình và mạng

công việc của máy tính, các thiết bị ngoại vi xuất dữ liệu và lưu trữ dữ liệu Các máy tính có thể làm việc độc lập hoặc có thể được đặt vào một mạng liên kết Các thiết bị nhập dữ liệu như bàn số hóa hoặc máy quét dùng để chọn lọc các đặc tính địa lý từ một bản đồ hay ảnh nguồn vào hệ thống máy tính dưới dữ liệu số vector hay ma trận dạng lưới

Bộ phận điều khiển trung tâm (CPU) được nối với bộ phận lưu trữ (diskdrive) làm nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu và chương trình máy tính Các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ thường được dùng để trình bày, hiển thị và in các

dữ liệu kết quả đã được xử lý Các ổ đĩa DVD, CD, moderm được sử dụng đồng thời trong việc lưu trữ các dữ liệu đầu vào và ra của hệ thống hay đóng vai trò chuyển dữ liệu giữa các hệ thống thông tin với nhau Người sử dụng có thể thể hiện

dữ liệu như bản đồ trên màn hình từ máy tính và các thiết bị ngoại vi như máy quét, máy in

Các thành phần này kết hợp với nhau nhằm tự động quản lý và phân phối thông tin thông qua biểu diễn địa lý

 Chức năng của GIS

Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:

- Capture: thu thập dữ liệu Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là

bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số

- Store: lưu trữ Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster Dữ liệu

vector thể hiện các đặc tính địa lý giống như cách thể hiện của bản đồ: sử dụng điểm, đường và vùng Hệ thống tọa độ x, y đại diện cho các điểm trên thực tế Dữ liệu Raster thay vì thể hiện các đặc tính bằng hệ tọa độ x, y thì thể hiện giá trị dưới dạng ô vuông bao phủ lên vùng địa điểm tọa độ Mức độ chi tiết của đối tượng được thể hiện phụ thuộc vào kích cỡ của ô lưới Điều này khiến cho các dữ liệu Raster không phù hợp với các ứng dụng cần phân biệt rõ ràng ranh giới như trong quản lý thửa đất

- Query: truy vấn (tìm kiếm) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ họa

hiển thị trên bản đồ GIS cung cấp các tiện ích để tìm kiếm đối tượng nhất định dựa trên vị trí hoặc giá trị thuộc tính

- Analyze: phân tích Đây là chức năng hỗ trợ việc ra quyết định của người

dùng Xác định những sự cố xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi Ba cách thức phân tích thông tin địa lý phổ biến là: phân tích xấp xỉ, phân tích chồng xếp và phân tích mạng lưới

- Display: hiển thị Có nhiều cách hiển thị nhưng cách phù hợp nhất là dưới

dạng bản đồ và biểu đồ GIS khiến cho bản đồ có thể tích hợp với các báo cáo, hình ảnh không gian ba chiều, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh và các phương tiện thông tin đại chúng kỹ thuật số khác

- Output: xuất dữ liệu Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều định

dạng: giấy in, Web, ảnh, file

Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các

sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược)

GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề

có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý

1.2 Tổng quan về bản đồ hiện trạng sử dụng đất, biến động sử dụng đất

1.2.1 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất (HTSDĐ) là tài liệu phản ánh thực tế sử dụng đất ở thời điểm kiểm kê quỹ đất của các đơn vị hành chính cấp xã, huyện, tỉnh (gọi tắt là đơn vị hành chính các cấp), các vùng kinh tế và toàn quốc phải được lập trên

cơ sở bản đồ nền thống nhất trong cả nước, [1]

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là tài liệu rất quan trọng và cần thiết cho công tác quản lý đất đai và cho các ngành khác Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thể hiện toàn bộ quỹ đất đang được sử dụng trong địa giới hành chính tương đương với từng cấp quản lý, cùng với thời điểm xây dựng Đó là những số liệu, tài liệu rất cơ bản trong mỗi đơn vị hành chính cũng như phạm vi cả nước không những giúp chúng ta đánh giá đúng đắn về hiện trạng sử dụng đất, vốn tài nguyên đất mà còn làm cơ sở cho việc nghiên cứu định hướng chiến lược phát triển kinh tế xã hội nói chung và quản lý sử dụng có hiệu quả vốn tài nguyên đất nói riêng

 Nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của một đơn vị hành chính phải biểu thị:

- Toàn bộ các loại đất thuộc phạm vi quản lý của đơn vị hành chính đó trong đường địa giới hành chính và theo các quyết định điều chỉnh địa giới hành chính của các cơ quan nhà nước có thẩm quyền Biểu thị ranh giới các khu dân cư nông thôn, khu công nghệ cao, khu kinh tế, ranh giới các nông trường lâm trường, ranh

giới các đơn vị quốc phòng, an ninh, ranh giới các khu vực đã quy hoạch được cấp

có thẩm quyền phê duyệt và đã triển khai cắm mốc trên thực địa

Đối với khu vực đang có tranh chấp về địa giới hành chính thì phải thể hiện

vị trí ranh giới khu vực đó

- Các yếu tố hành chính xã hội

- Thủy hệ và các đối tượng liên quan như đường bờ sông, hồ, đường bờ biển

và mạng lưới thuỷ văn, thuỷ lợi Đường bờ biển được thể hiện theo quy định hiện hành tại thời điểm thành lập bản đồ

- Mạng lưới giao thông như đường sắt, đường bộ, các công trình giao thông

- Dáng đất: Được biểu thị bằng đường bình độ và điểm ghi chú độ cao, khu vực miền núi có độ dốc lớn chỉ biểu thị đường bình độ cái của bản đồ địa hình cùng

tỷ lệ và điểm độ cao đặc trưng, thường thì điểm độ cao đối với vùng đồng bằng và đường bình độ đối với vùng đồi núi

- Ranh giới: bao gồm ranh giới hành chính, ranh giới sử dụng các loại đất, ranh giới lãnh thổ sử dụng đất

- Các loại đất sử dụng: mức độ chi tiết của các nhóm đất được thể hiện trên bản đồ phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ và phương pháp thành lập bản đồ

Các thửa đất sẽ được khoanh theo mục đích sử dụng, theo thực trạng bề mặt, ngoài ra còn có biểu cơ cấu diện tích các loại đất, bảng chú dẫn, ghi chú địa danh, tên các đơn vị hành chính giáp ranh, điểm địa vật định hướng và các ghi chú cần thiết khác…

 Những quy định về thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Biểu thị các yếu tố nội dung hiện trạng sử dụng đất trên bản đồ hiện trạng phải tuân thủ các quy định trong phụ lục 04 bàn hành kèm theothông tư số 28/TT-BTNMT ngày 02 tháng 06 năm 2014 Quy định về thống kê, kiểm kê đất đai và lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất của Bộ Tài nguyên và Môi trường

Tỷ lệ bản đồ sử dụng đất được lựa chọn dựa vào: kích thước, diện tích, hình dạng của đơn vị hành chính, đặc điểm, kích thước của các yếu tố nội dung hiện trạng sử dụng đất

1:1000 1:2000 1:5000 1:10.000

Cấp huyện

Dưới 3.000

Từ 3.000 đến 12.000 Trên 12.000

1:5000 1:10.000 1:25.000

Cấp tỉnh

Dưới 100.000

Từ 100.000 đến 350.000 Trên 350.000

1:25.000 1:50.000 1:100.000

(Nguồn: Thông tư số 28/2014/TT-BTNMT ngày 02/06/2014)

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất phải biểu thị đầy đủ các khoanh đất, khoanh đất xác định bằng một đường bao khép kín Mỗi khoanh đất biểu thị mục đích sử dụng đất chính theo hiện trạng sử dụng

Trên bản đồ phải thể hiện biểu đồ cơ cấu diện tích các loại đất theo mục đích hiện trạng đang sử dụng Tất cả các ký hiệu sử dụng để thể hiện nội dung bản đồ phải giải thích đầy đủ trong bảng chú dẫn

 Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Phương pháp đo vẽ trực tiếp: Đây là phương pháp được áp dụng để xây

dựng bản đồ tỷ lệ lớn đối với các vùng chưa có bản đồ hoặc có nhưng đã cũ không còn giá trị sử dụng trong hiện tại để đảm bảo độ chính xác Phương pháp này cho kết quả chính xác tuy nhiên mất rất nhiều công sức, tiền của, thời gian và phụ thuộc

nhiều vào điều kiện thời tiết

- Phương pháp sử dụng bản đồ địa chính hoặc bản đồ địa chính cơ sở:Đây là

phương pháp cho kết quả nhanh với thời gian ngắn từ đó giúp tiết kiệm được chi

phí, thời gian, nhân lực Người ta dùng bản đồ địa chính để biên tập thành bản đồ hiện trạng vì bản đồ địa chính được đo vẽ có độ chính xác cao đến từng thửa đất, với cách này người ta chỉ cần khoanh vùng các loại đất giống nhau rồi đổ màu theo quy định là được

- Phương pháp hiện chỉnh bản đồ hiện trạng sử dụng đất chu kỳ trước:

Phương pháp này chỉ được áp dụng khi không có bản đồ địa chính cơ sở và ảnh chụp từ máy bay, hoặc ảnh chụp từ vệ tinh; bản đồ hiện trạng sử dụng đất chu kỳ trước được thành lập trên bản đồ nền theo quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường khi số lượng và diện tích các khoanh đất ngoài thực địa đã biến động không quá 25% so với bản đồ hiện trạng sử dụng đất của chu kỳ trước

- Phương pháp tổng hợp các bản đồ cấp dưới trực thuộc đã có: Bản đồ hiện

trạng sử dụng đất cấp huyện, cấp tỉnh có thể được thành lập từ bản đồ cấp xã, cấp huyện trực thuộc

- Phương pháp sử dụng công nghệ bản đồ số: Phương pháp này cho phép tự

động hóa toàn bộ hoặc từng phần của một quá trình xây dựng bản đồ, đồng thời giúp tận dụng dễ dàng các nguồn tài liệu về bản đồ hiện có Ví dụ qua phần mềm ArcView ta có thể chồng xếp các lớp bản đồ chuyên đề như lớp giao thông, lớp thuỷ văn… để ra được một bản đồ hiện trạng Đặc điểm chính của phương pháp này là luôn luôn tiếp xúc với công nghệ thông tin nói chung cũng như các phần mềm nói riêng mà chủ yếu là công tác nội nghiệp

- Phương pháp sử dụng ảnh chụp từ máy bay: ảnh máy bay có độ phân giải

cao được nắn chỉnh thành sản phẩm ảnh trực giao được sử dụng để thành lập bản đồ

hiện trạng sử dụng đất;

- Phương pháp xử lý ảnh số: Đây là phương pháp mới, hiện đang có nhiều

triển vọng và đang được quan tâm nghiên cứu ứng dụng bởi tính ưu việt của phương pháp này Thực chất của phương pháp này là từ một nguồn ảnh chụp hiện có (ảnh viễn thám) thông qua các phần mềm xử lý phân tích dữ liệu ảnh sẽ cho ra một bản

đồ.Đặc trưng của phương pháp này là ứng dụng công nghệ cao (công nghệ vũ trụ)

1.2.2 Biến động sử dụng đất

Theo từ điển khoa học trái đất “Biến động sử dụng đất và lớp phủ được biết

đến như biến động đất đai, là một thuật ngữ chung chỉ những thay đổi bề mặt lãnh thổ trái đất xảy ra do tác động của con người”

Biến động sử dụng đất là sự thay đổi trạng thái tự nhiên của lớp phủ bề mặt đất gây ra bởi hành động của con người, là một hiện tượng phổ biến liên quan đến tăng trưởng dân số, phát triển thị trường, đổi mới công nghệ, kỹ thuật và sự thay đổi thế chế, chính sách Biến động sử dụng đất có thể gây hậu quả khác nhau đối với tài nguyên thiên nhiên như sự thay đổi thảm thực vật, biến đổi trong đặc tính vật lý của đất, trong quần thể động thực vật và tác động đến các yếu tố hình thành khí hậu (Turner và nnk, 1995; Lambin và nnk, 1999; Aylward, 2000 dẫn theo Muller, 2004)

Theo Muller (2003) biến động sử dụng đất được chia làm hai nhóm Nhóm thứ nhất là sự thay đổi từ loại hình sử dụng đất hiện tại sang loại hình sử dụng đất khác Nhóm thứ hai là sự thay đổi về cường độ sử dụng đất trong cùng một loại hình sử dụng đất

Biến động sử dụng đất và lớp phủ đã xuất hiện từ lâu trong lịch sử, là hệ quả

từ các hoạt động trực tiếp và gián tiếp của con người nhằm đảm bảo nhu cầu thiết yếu Ban đầu có thể chỉ là các hoạt động đốt rừng để khai hoang mở rộng đất nông nghiệp dẫn đến sự suy giảm rừng và thay đổi bề mặt trái đất Trong những năm gần đây, với sự phát triển kinh tế, xã hội, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã làm gia tăng sự tập trung dân cư trong các vùng đô thị và giảm dân cư ở nông thôn, kéo theo đó là sự khai thác quá mức trên khu vực đất màu mỡ và bỏ hoang các khu vực đất không thích hợp Tất cả các nguyên nhân và hệ quả của các biến động này đều

có thể nhìn thấy ở mọi nơi trên thế giới

Biến động sử dụng đất được quyết định bởi sự tương tác theo thời gian giữa yếu tố tự nhiên như địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng và yếu tố con người như dân số, trình độ công nghệ, điều kiện kinh tế, chiến lược sử dụng đất, xã hội (Veldkamp and Fresco, 1996) Mức độ, quy mô và các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến động sử dụng đất khác nhau đối với từng khu vực

Để nghiên cứu biến động sử dụng đất người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau như: số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiểm

kê hoặc từ các cuộc điều tra Các phương pháp này tốn nhiều thời gian và kinh phí, đồng thời chúng không thể hiện được sự thay đổi sử dụng đất từ loại này sang loại khác và vị trí không gian của sự thay đổi đó Các số liệu điều tra về tình hình biến động sử dụng đất có thể đã được phân tích và thống kê tổng hợp dưới dạng bảng biểu nhưng chưa phân tích hay trình bày số liệu này dưới dạng không gian địa lý hoặc làm chúng dễ tiếp cận hơn đối với các nhà nghiên cứu hoặc các nhà hoạch định chính sách Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu viễn thám đa thời gian sẽ khắc phục được những nhược điểm trên

Từ những năm 1970, dữ liệu viễn thám đã đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng và tần suất cho nghiên cứu Đến nay, viễn thám đã phát triển và trở thành một phương pháp luận tiên tiến và công cụ mạnh trong nghiên cứu sử dụng đất và theo dõi biến động đất đai (Hassideh and Bill, 2008)

Cơ sở khoa học của nghiên cứu biến động từ tư liệu viễn thám là dựa vào đặc trưng phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên Trên cơ sở tính chất phản xạ sóng điện từ của đối tượng trên bề mặt trái đất mà kỹ thuật viễn thám có thể phân tích, so sánh và nhận diện chúng từ các thông tin phổ phản xạ (Jensen, 1995)

Với chức năng phân tích không gian, GIS cho phép đánh giá những thay đổi của sử dụng đất và lớp phủ theo những khoảng thời gian khác nhau Đồng thời GIS

có thể liên kết những thông tin này với các dữ liệu về kinh tế, xã hội từ đó có thể xác định được tác động của các yếu tố đến biến động sử dụng đất và thấy được đâu

là nguyên nhân chính thúc đẩy quá trình biến động

Tiền đề cơ bản để sử dụng tư liệu viễn thám nghiên cứu biến động là những thay đổi trên bề mặt đất phải đưa đến những thay đổi về bức xạ Tuy nhiên sự thay đổi về bức xạ do biến động về lớp phủ phải lớn hơn so với những thay đổi về bức xạ gây ra bởi các yếu tố khác Các yếu tố khác bao gồm sự khác biệt về điều kiện khí quyển, sự khác biệt về góc chiếu tia mặt trời, sự khác biệt

về độ ẩm của đất Ảnh hưởng của các yếu tố này có thể được giảm từng phần bằng cách chọn dữ liệu thích hợp

Để quản lý sử dụng đất cấp xã sử dụng bản đồ tỷ lệ lớn và chi tiết 1:1000,

1:2000, 1:5000, 1:100000 Đối với cấp huyện sử dụng bản đồ tỷ lệ lớn và trung bình 1:5000, 1:10000, 1:25000 Với các vùng lớn hơn sử dụng bản đồ tỷ lệ trung bình và

tỷ lệ nhỏ

Bản đồ biến động sử dụng đất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các bản

đồ chuyên đề như: bản đồ địa hình, địa vật, giao thông, thủy văn phải thể hiện được sự biến động về sử dụng đất theo thời gian

Bản đồ biến động sử dụng đất thể hiện được rõ sự biến động theo không gian

và theo thời gian Diện tích biến động được thể hiện rõ ràng trên bản đồ, đồng thời cho chúng ta biết có biến động hay không biến động, biến động ít hay biến động nhiều hay biến động từ loại đất nào sang loại đất nào Nó có thể được kết hợp với nhiều nguồn dữ liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều mục đích khác nhau như quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê đất đai

Về cơ bản, bản đồ biến động được thành lập trên cơ sở bản đồ hiện trạng

sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu vì vậy độ chính xác của bản đồ này phụ thuộc vào độ chính xác của các bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu

Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động sử dụng đất rất quan trọng.Các phương pháp nghiên cứu biến động khác nhau sẽ cho những bản đồ biến động khác nhau

Các phương pháp đánh giá biến động sử dụng đất và lớp phủ từ tư liệu viễn thám có thể được chia thành hai nhóm: Đánh giá biến động sau phân loại và trước phân loại (Singh, 1989)

- Đánh giá biến động trước phân loại: là phương pháp thu nhận biến đổi về

phổ để tạo nên một ảnh mới gồm một hay nhiều kênh ảnh trên đó các phần thay đổi

về phổ được làm rõ từ hai ảnh cho trước Việc so sánh có thể được thực hiện trên từng pixel hay trên toàn bộ ảnh Các kỹ thuật phân tích phổ trước phân loại để đánh giá biến động bao gồm phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian, phân tích vector thay đổi phổ, phương pháp số học, phương pháp phân tích thành phần chính, phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh

Phương pháp đánh giá biến động phổ trước phân loại có đặc điểm kỹ thuật rất phức tạp, đòi hỏi các tư liệu ảnh phải cùng loại và chụp cùng mùa trong năm Ưu điểm của phương pháp này là chỉ phân loại một lần nên có độ chính xác cao Nhưng nhược điểm là rất khó khăn khi lấy mẫu và xác định ngưỡng của sự biến động Một

số phương pháp đánh giá biến động trước phân loại không cho biết cụ thể nguồn gốc của biến động

- Đánh giá biến động sau phân loại: là chồng ghép so sánh kết quả phân loại

các ảnh Sau khi ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học tiến hành phân loại độc lập để tạo thành hai bản đồ Hai bản đồ này được so sánh tạo ra bản đồ biến động Đánh giá biến động sau phân loại thể hiện cụ thể ở sơ đồ:

Hình 1.7 Quy trình thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp đánh giá sau

phân loại

Đánh giá biến động sau phân loại được sử dụng rộng rãi do đơn giản, dễ thực hiện, có thể sử dụng các loại ảnh vệ tinh khác nhau (khác đầu thu) và ảnh chụp vào các mùa khác trong năm Ưu điểm của phương pháp này là cho phép xác định được nguồn gốc của biến động sử dụng đất từ loại này sang loại khác Tuy nhiên nhược điểm của nó là phải phân loại độc lập từng ảnh nên độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác của từng phép phân loại và các sai sót trong quá trình phân loại của từng ảnh sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ biến động