Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động sử dụng đất Cửa Nam Triệu-Cửa Cấm (Hải Phòng) và vùng Cửa Đáy (Nam Định - Ninh Bình) trong giai đoạn 1987 - 2010

Trong luận văn này, phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng là phương pháp phân tích không gian, sử dụng các tư liệu Viễn thám đa thời gian, và phương pháp phân tích thống kê kết hợp

Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động sử dụng đất Cửa Nam Triệu-Cửa Cấm (Hải Phòng) và vùng Cửa Đáy (Nam Định - Ninh Bình) trong giai đoạn

1987 - 2010 : Luận văn ThS Địa lý tự nhiên: 60 44 76

\ Bùi Phương Thảo ; Nghd : TS Phạm Quang Sơn

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học- công nghệ và thực tiễn 3

6 Dữ liệu trang thiết bị phục vụ cho nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ PHÁT TRIỂN KTXH CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU……… 5

1.1 Đặc điểm địa lý………5

1.2 Điều kiện tự nhiên 9

1.2.1 Địa hình 9

1.2.2 Khí hậu 10

1.2.3 Chế độ bức xạ và nhiệt độ không khí 10

1.3 Điều kiện kinh tế- xã hội 10

1.4 Khái quát về đất ngập nước 11

1.5 Khái quát về hiện trạng sử dụng đất 12

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Quan điểm nghiên cứu 14

2.2 Phương pháp nghiên cứu 16

2.2.1 Tổng quan về phương pháp viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên đất 17

2.2.2 Nguyên tắc nghiên cứu biến động bằng viễn thám và GIS 19

2.2.3.Cơ sở viễn thám 22

2.2.3.1 Khái niệm viễn thám 22

2.2.3.2 Thông tin trên ảnh viễn thám 23

2.2.3.3 Lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám 29

2.2.3.4 Chiết xuất thông tin bằng tiếp cận đa quy mô 30

2.2.3.5 Khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám trong nghiên cứu biến động sử dụng đất 31

2.2.4 Các phương pháp đánh giá biến động 32

2.2.5 Hệ thông tin địa lý (GIS) 34

2.2.5.1 Định nghĩa 34

2.2.5.2 Cấu trúc dữ liệu 34

2.2.5.3 Khả năng phân tích của GIS 37

2.2.5.4 Sử dụng GIS trong nghiên cứu biến động sử dụng đất 41

2.3 Lý thuyết về phân loại và phương pháp phân loại theo đối tượng 42

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC CỬA NAM TRIỆU- CỬA CẤM (HẢI PHÒNG) VÀ CỬA ĐÁY (NAM ĐỊNH- NINH BÌNH) BẰNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM- GIS 47

3.1 Mô tả dữ liệu 47

3.1.1 Mô tả dữ liệu viễn thám 47

3.1.2 Mô tả các dữ liệu khác 48

3.2 Quy trình nghiên cứu 48

3.3 Xử lý dữ liệu ảnh 48

3.3.1 Tiền xử lý dữ liệu ảnh 48

3.3.2 Quá trình phân loại 50

3.4 Xây dựng chú giải 54

3.5 Biến động sử dụng đất khu vực Cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phòng) 56

3.6 Biến động sử dụng đất khu vực Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG Danh mục hình Hình 1.1 Vị trí khu vực cửa Đáy………5

Hình 1.2 Ảnh thực địa ven biển Nghĩa Hưng……….7

Hình 1.3 Vị trí khu vực cửa Cấm………9

Hình 2.1 Sự tương tác giữa hiện trạng sử dụng đất, lớp phủ bề mặt, tài nguyên đất… 15

Hình 2.2 Phương pháp nghiên cứu……… 16

Hình 2.3: Nguyên tắc nghiên cứu biến động trong GIS………21

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám ……… 23

Hình 2.5 Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên chính……… 24

Hình 2.6 Đồ thị phản xạ phổ của một số loại thực vật……….25

Hình 2.7 Đồ thị phản xạ phổ của một số loại nước……… 25

Hình 2.8 Phản xạ phổ của một số loại đất……….26

Hình 2.9 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng trong đô thị………26

Hình 2.10 Độ phân giải không gian……… 28

Hình 2.11 Các phương pháp đánh giá biến động……… …33

Hình 2.12 Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính………37

Hình 2.13 Nguyên lý khi chồng xếp các bản đồ………38

Hình 2.14 Việc chồng lắp các bản đồ ………38

Hình2.15 Một ví dụ trong việc chồng xếp bản đồ………38

Hình 2.16 Một thí dụ trong việc phân loại lại một bản đồ………39

Hình 2.17.Các phép toán logic……… 39

Hình 2.18 Ứng dụng thuật toán logic trong tìm kiếm không gian………40

Hình 2.19 Phân loại theo giá trị phổ của pixel ảnh……… 43

Hình 3.1 Ảnh vệ tinh Landsat khu vực nghiên cứu năm 2001 và 2010 hiển thị ở tổ hợp

màu giả Red_Green_Blue 4:3:2……….47

Hình 3.2 Ảnh sau khi cắt Cửa Đáy (a) và cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (b) năm 2001 50

Hình 3.3 Sơ đồ xây dựng ảnh phân loại 50

Hình 3.4 Mối quan hệ giữa độ phân giải không gian và chi tiết phân loại 54

Hình 3.5 Bản đồ phân loại sử dụng đất thu nhỏ thời điểm 1989 khu vực Cửa Cấm (Hải Phòng) 56

Hình 3.6 Bản đồ phân loại sử dụng đất thu nhỏ thời điểm 2001 khu vực Cửa Cấm (Hải Phòng) 57

Hình 3.7 Bản đồ phân loại sử dụng đất thu nhỏ thời điểm 2010 khu vực Cửa Cấm (Hải Phòng) 57

Hình 3.8 Biểu đồ các loại đất năm 1989, 2001 và 2010……….60

Hình 3.9 Bản đồ phân loại sử dụng đất thu nhỏ thời điểm 1989 khu vực Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) 61

Hình 3.10 Bản đồ phân loại sử dụng đất thu nhỏ thời điểm 2001 khu vực Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) 62

Hình 3.11 Bản đồ phân loại sử dụng đất thu nhỏ thời điểm 2010 khu vực Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) 62

Hình 3.12 Biểu đồ các loại đất năm 1989, 2001 và 2010………65

Danh mục bảng Bảng 1.4 Phân tích sự khác nhau của các hệ thống phân loại đất……….……12

Bảng 2.1 Các kênh phổ (band) của ảnh vệ tinh Landsat ETM……….29

Bảng 3.1 Khóa giải đoán trong khu vực nghiên cứu 55

Bảng 3.2 Ma trận biến động các đối tượng khu vực cửa Cấm (Hải Phòng) năm 1989 và 2001 58

Bảng 3.3 Ma trận biến động các đối tượng khu vực cửa Cấm (Hải Phòng) năm 2001 và 2010 59

Bảng 3.4 Ma trận biến động các đối tượng khu vực cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) năm 1989 và 2001 63 Bảng 3.5 Ma trận biến động các đối tượng khu vực cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) năm 2001 và 2010 64

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Việt Nam có đường bờ biển dài 3.260 km không kể các đảo và hệ thống sông ngòi dày đặc với 2860 sông ngòi lớn nhỏ và tổng lượng dòng chảy khoảng 867 tỷ m3/năm Các loại hình đất vùng cửa sông của Việt Nam do đó rất đa dạng, chiếm diện tích lớn và là một dạng tài nguyên quan trọng Phần lớn thóc, gạo, cá, tôm và các loại lương thực, thực phẩm khác đều sản được xuất từ những vùng đất ngập nước Ngoài vai trò sản xuất nông nghiệp và thuỷ sản, đất ngập nước còn đóng vai trò quan trọng trong thiên nhiên và môi trường như lọc nước thải, điều hoà dòng chảy (giảm lũ lụt và hạn hán), điều hoà khí hậu địa phương, chống xói lở bờ biển, ổn định mức nước ngầm cho những vùng sản xuất nông nghiệp, tích luỹ nước ngầm, là nơi trú chân của nhiều loài chim di cư quý hiếm, là nơi giải trí, du lịch rất giá trị cho người dân Việt Nam cũng như khách nước ngoài

Trong luận văn này, phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng là phương pháp phân tích không gian, sử dụng các tư liệu Viễn thám đa thời gian, và phương pháp phân tích thống kê kết hợp với các dữ liệu bổ trợ Sự biến động sử dụng đất sẽ dễ dàng được phát hiện từ ảnh vệ tinh, tích hợp và xử lý các lớp thông tin qua các năm sẽ đánh giá được biến động trong giai đoạn nghiên cứu

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ của mình, tác giả chọn tên đề tài: Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu biến động sử dụng đất cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phòng) và vùng Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) giai đoạn 1987-2010

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu diễn biến hai vùng cửa sông, cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phòng)

và Cửa Đáy (Nam Định- Ninh Bình) trên cơ sở ứng dụng thông tin viễn thám đa thời gian

và GIS để thấy được sự khác nhau trong quá trình phát triển về cả không gian và thời gian

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

3 Điều tra thực địa, đối sánh với bản đồ biến động, đánh giá độ chính xác và khai thác thông tin cho đánh giá biến động sử dụng đất

4 Xây dựng mô hình xử lý thông tin không gian trong nghiên cứu vùng ven biển

và cửa sông

5 Tích hợp thông tin không gian trên các hệ thống xử lý ảnh số và GIS; phân tích, đánh giá qui mô biến động của các hình thức sử dụng đất

4 Phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu truyền thống và các phương pháp có ứng dụng công nghệ hiện đại như viễn thám, Hệ thông tin địa lý (GIS)

Các phương pháp truyền thống sử dụng trong đề tài:

- Nhóm các phương pháp thủy văn, địa chất- địa mạo

- Phân tích thống kê và tổng hợp các tài liệu, số liệu về kinh tế- xã hội

Điều tra khảo sát ngoài thực địa

Các phương pháp và công nghệ mới:

- Phân tích ảnh và triết xuất thông tin viễn thám trên các hệ thống xử lý ảnh số

- Tích hợp thông tin ảnh, bản đồ và các thông tin địa lý khác trên các phần mềm

Hệ thông tin địa lý (GIS)

- Phân tích, đánh giá mối quan hệ giữa các yếu tố tự nhiên và nhân tạo

5 Ý nghĩa khoa học- công nghệ và thực tiễn:

a.Ý nghĩa khoa học và công nghệ: Trong bối cảnh khi ứng dụng công nghệ không

gian và tin học đang phát triển bùng nổ trên Thế giới, việc triển khai nghiên cứu sử dụng thông tin viễn thám và thông tin địa lý (GIS) trong ngành khoa học về Trái đất tại Việt Nam có ý nghĩa khoa học- công nghệ to lớn; nó thực sự góp phần rút ngắn khoảng cách chênh lệch về trình độ công nghệ ở nước ta so với các nước trong khu vực và quốc tế

b Ý nghĩa thực tiễn: Theo thời gian các vùng cửa sông ở châu thổ Bắc Bộ phát

triển tiến về phía biển và hình thức sử dụng đất ở mỗi vùng cửa sông cũng ít nhiều thay đổi và cũng theo chiều hướng khác nhau Việc ứng dụng công nghệ mới trong nghiên cứu

sử dụng đất sẽ rất có hiệu quả trong nghiên cứu, rút ngắn được rất nhiều thời gian so với các công tác khảo sát đo đạc ngoại nghiệp truyền thống trước đây Đặc biệt hiện nay khi nước ta đã bước vào giai đoạn phát triển kinh tế và vươn ra phía biển thì tác động của con người tới biến động vùng ven biển ngày càng mạnh mẽ

6 Dữ liệu, trang thiết bị phục vụ cho nghiên cứu:

Đề tài nghiên cứu đã sử dụng các tư liệu và thiết bị sau:

- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25 000 khu vực nghiên cứu

- Các tài liệu thống kê tự nhiên, kinh tế xã hội qua các năm nghiên cứu

- Ba ảnh vệ tinh Landsat TM và ETM chụp vào các ngày 23/11/1989; 29/09/2001

và 09/11/2010

- Một số các bài báo khoa học, tài liệu liên quan đến khu vực nghiên cứu

- Máy tính, các phần mềm GIS và xử lý ảnh gồm: ENVI, PCI, Mapinfo, ArcView

và ArcGIS

CHƯƠNG 1

KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ PHÁT TRIỂN KTXH

CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Đặc điểm địa lý

1.1.1 Khu vực cửa Đáy

Cửa Đáy là vùng cửa sông nằm giáp 2 huyện là Nghĩa Hưng- Nam Định và Kim Sơn- Ninh Bình (Hình 1.1)

Hình 1.1 Khu vực vị trí Cửa Đáy

Đây là một phần của chi lưu thuộc hệ thống sông Hồng, đổ ra biển với lưu lượng nước hàng năm rất lớn Cửa Đáy còn là con đường huyết mạch nối liền các vùng kinh tế trọng điểm của các tỉnh Nam Định- Ninh Bình thông ra với biển Đông

1.1.2 Khu vực cửa Nam Triệu- Cửa Cấm (Hải Phòng)

1.2 Điều kiện tự nhiên

1.3 Điều kiện kinh tế - xã hội

Về mặt kinh tế, khu vực Cửa Cấm nằm trong vùng ảnh hưởng của tam giác kinh tế

Hà Nội – Hải Phòng – Hạ Long, có thể tận dụng lợi thế của mạng lưới giao thông, bao gồm đường sắt xuyên Quốc gia, quốc lộ số 1, 10, 21 và đường bờ biển dài 72 km Khu vực cửa Đáy thuộc hệ thống sông Hồng, bao gồm sông Đào, sông Đáy và sông Ninh Cơ; tại đây nhiều cảng sông, cảng đang trong giai đoạn xây dựng Đây cũng là điều kiện ưu đãi để mở rộng trao đổi thương mại và xã hội trong phạm vi tỉnh, Quốc gia và với các Quốc gia khác, nhằm nắm vị trí dẫn đầu trong việc hoạch định chính sách kinh tế và phát triển xã hội khu vực phía Nam đồng bằng sông Hồng

1.4 Khái quát về đất ngập nước:

Đất nuôi trồng thuỷ sản: Đất nuôi trồng thuỷ sản ở vùng bãi bồi cửa sông, ven biển; Đất nuôi trồng thuỷ sản ở vùng rừng ngập mặn; Đất nuôi trồng thuỷ sản ở đất ruộng lúa; Đất nuôi trồng thuỷ sản trên cát; Nuôi ở hồ ao, sông cụt, đấu, thùng đào… đây là những vùng đất ngập nước nhân tạo

Đất canh tác nông nghiệp: Đất trồng lúa được tưới nước; Đất trồng lúa ở vùng ngập trũng

Đất làm muối

Đất công nghiệp: Khu vực khai thác, đào bới; Nơi xử lý nước thải

Hồ chứa nước và hệ thống đập, kênh dẫn nước

Với khả năng thông tin của ảnh vệ tinh, có thể đưa ra hai nhóm đối tượng có mức

độ khai thác được trên ảnh như sau:

- Nhóm các đối tượng dễ xác định được trên ảnh gồm: Thuỷ vực nông; Bãi có rừng ngập mặn, dừa nước; Bãi có cỏ, cói, lau sậy; Đầm lầy; Nước vùng cửa sông; Bãi, đầm, phá; Sông suối; Kênh rạch, ao hồ; Vùng nuôi trồng thuỷ sản; Rừng tràm; Đất canh tác nông nghiệp; Đất làm muối; Khu vực khai thác, đào bới; Nơi xử lý nước thải; Hồ chứa nước; Đập và kênh dẫn nước

- Nhóm các đối tượng xác định được trên ảnh nhưng phải có tài liệu khác hỗ trợ gồm: Đầm lầy phân thành đầm lầy mặn, ngọt; Sông ngòi, hồ ao có nước thường xuyên hay theo mùa; Đất than bùn; Rạn san hô; Bờ biển đá, vách đá; Bãi ven bờ phân ra bãi đá, bãi cát, bãi bùn; Đầm phá, hồ là loại nước mặn, nước lợ; Thảm thực vật thuỷ sinh

Thông tin khai thác được trên ảnh vệ tinh phụ thuộc rất nhiều vào độ phân giải của ảnh (độ phân giải hình học, độ phân giải phổ) Vì vậy khi xây dựng các chỉ tiêu phân loại cũng như chọn tỷ lệ bản đồ, việc đầu tiên là phải đánh giá tư liệu ảnh Với ảnh vệ tinh độ phân giải cao (5-20m) và siêu cao (dưới 5m) cho phép thành lập các bản đồ đất ngập nước

ở tỷ lệ 1:10.000 và nhỏ hơn Còn đối với ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình (trên 20m) chỉ có thể thành lập được các bản đồ ở tỷ lệ 1:100.000 và nhỏ hơn

1.5 Khái quát về hiện trạng sử dụng đất

Hiện trạng sử dụng đất là trạng thái lớp phủ bề mặt trái đất ở một thời điểm nào đó

mà việc phân chia quỹ đất phụ thuộc vào mục đích sử dụng của con người Theo Luật Đất đai năm 1993 phân chia đất đai thành 6 nhóm, trong đó có nhóm đất đô thị Nhưng Luật Đất đai năm 2003 lại phân chia thành 3 nhóm chính và mỗi nhóm gồm nhiều loại đất xem

chi tiết tại (bảng 1.4) Đồng thời có sự khác nhau giữa hệ thống phân loại đất theo quy

định của pháp luật về đất đai trước năm 2003, hệ thống được sử dụng để xây dựng quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 và hệ thống theo pháp luật hiện hành

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Quan điểm nghiên cứu

Lớp phủ bề mặt (Land cover) là vật chất che phủ bên trên vỏ Trái Đất bao gồm có: đồng cỏ, cây cối, đất, nước Có 2 phương pháp chính lấy thông tin lớp phủ bề mặt đó là khảo sát thực địa và phân tích dựa vào các dữ liệu gián tiếp (chủ yếu là sử dụng dữ liệu viễn thám)

Sử dụng đất (Land use) là một loạt các hoạt động của con người tác động lên bề mặt trái đất

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp viễn thám để chiết xuất thông tin lớp phủ bề mặt khu vực nghiên cứu, kết hợp với việc đi khảo sát thực địa và các tài liệu khác xác định hiện trạng

sử dụng đất Sử dụng hệ thống thông tin địa lý nhằm phân tích, đánh giá biến động tài

nguyên đất (hình 2.2)

Dữ liệu viễn thám mang thông tin phong phú về hiện trạng lớp phủ bề mặt và có nhiều cách tiếp cận khác nhau để chiết xuất các thông tin về hiện trạng lớp phủ bề mặt từ viễn thám Quá trình chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám là một quá trình chuyển đổi thông tin ảnh thành các thông tin có ý nghĩa đối với người sử dụng Việc chiết xuất thông tin được tiếp cận theo cả hai hướng: không gian và thời gian

- Tiếp cận theo không gian cho phép chiết xuất thông tin từ ảnh ở nhiều quy mô (cấp độ): pixel (phương pháp phân loại)

- Tiếp cận theo thời gian đánh giá biến động bề mặt lớp phủ từ các ảnh viễn thám chụp qua các giai đoạn

GIS Viứn thám

Chiứt xuứt thông tin

Lứp phứ

bứ mứt sứ dứng ứứt Biứn ứứng

Quy hoạch sử dụng

Hiứn trứng sứ dứng ứứt

Phân tích không gian

Hình 2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Tổng quan về phương pháp viễn thám và GIS trong nghiên cứu tài nguyên đất

GIS bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm 60 của thế kỷ XX được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực trên toàn thế giới Năm 1972, với việc phóng vệ tinh Landsat 1 đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc sử dụng viễn thám trong quan sát và nghiên cứu Trái Đất Cho đến nay, với hơn 30 năm phát triển việc tích hợp tư viễn thám

và GIS cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau đã rất phổ biến

Vào những năm 1979 - 1980 các cơ quan khoa học Việt Nam bắt đầu tiếp cận công nghệ viễn thám Hiện nay ở Việt Nam, có hơn 20 cơ quan, tổ chức thuộc nhiều Bộ, Ngành

và các trường Đại học ( Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Bộ Thuỷ sản, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Trường đại học Mỏ Địa chất…) đang sử dụng một cách có hiệu quả các tư liệu viễn thám trong chương trình, dự án thuộc lĩnh vực của mình

Một trong những ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả đó là nghiên cứu hiện trạng lớp phủ, hiện trạng sử dụng đất và biến động tài nguyên đất dựa vào việc kết hợp công nghệ viễn thám và GIS

2.2.2 Nguyên tắc nghiên cứu biến động bằng viễn thám và GIS

● Nguyên tắc nghiên cứu biến động bằng viễn thám:

● Nguyên tắc nghiên cứu biến động bằng GIS (hình 2.3)

Hình 2.3 Nguyên tắc nghiên cứu biến động trong GIS

2.2.3 Cơ sở viễn thám

2.2.3.1 Khái niệm về viễn thám

Viễn thám (Remote sensing) được định nghĩa bằng nhiều cách khác nhau, nhưng nói chung đều thống nhất theo quan điểm là khoa học và công nghệ thu thập thông tin của vật thể mà không tiếp xúc trực tiếp với vật thể đó Định nghĩa sau đây có thể coi là tiêu biểu: “Viễn thám là khoa học và công nghệ mà theo đó các đặc tính đối tượng quan tâm được nhận diện, đo đạc, phân tích các tính chất mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng” Đối tượng trong định nghĩa này có thể hiểu là một đối tượng cụ thể, một vùng hay một hiện tượng

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

2.2.3.2 Thông tin trên ảnh viễn thám

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

- Năng lượng tán xạ bởi cấu trúc bề mặt đối tượng

2.2.3.3 Lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám

Khả năng nhận biết đối tượng trên ảnh vệ tinh phụ thuộc vào độ phân giải Căn cứ vào độ phân giải không gian của ảnh, ta có thể chia ra thành 4 mức dữ liệu ảnh viễn thám bao gồm: dữ liệu có độ phân giải thấp như ảnh NOAA…, dữ liệu có độ phân giải trung bình như ảnh Landsat MSS (80m)…, dữ liệu có độ phân giải cao như Landsat TM (30m,

15m), SPOT (20m, 10m), Aster (15m) và ảnh có độ phân giải siêu cao như IKONOS 5m), ảnh Quickbird (0,6m), ảnh GeoEye (0.4m) Đối với ảnh Landsat MSS thì ảnh ETM

(1-có độ phân giải không gian cao hơn, độ phân giải phổ cũng cao hơn (ảnh Landsat ETM (1-có

7 kênh phổ, còn ảnh Landsat MSS có 4 kênh phổ) Bảng sau đây sẽ cho biết các ứng dụng chính của các kênh phổ của Landsat ETM

2.2.3.4 Chiết xuất thông tin bằng tiếp cận đa quy mô

Để chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám, có nhiều cách tiếp cận khác nhau, có thể chia ra làm hai cách chính là giải đoán ảnh bằng mắt thường và xử lý ảnh số

a) Giải đoán bằng mắt thường

Kết quả khảo sát khả năng sử dụng một số loại ảnh vệ tinh trong công tác quản lý đất đai cho thấy rằng:

- Ảnh LansatTM và ETM+ có độ phân giải không gian là 30m đối với kênh đa phổ (Multispetral), kênh toàn sắc (panchromatic) là 15m Loại này sử dụng để theo dõi và chỉnh lý những biến động lớn trong quá trình sử dụng đất ở quy mô cấp tỉnh Ảnh toàn sắc

có thể sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở tỷ lệ 1:50 000 hoặc nhỏ hơn

- Ảnh SPOT, độ phân giải không gian là 20m đối với các kênh ảnh đa phổ và 10m đối với các kênh toàn sắc Ảnh này có thể dùng nghiên cứu biến động sử dụng đất ở tỷ lệ 1:50 000 và nhỏ hơn Có thể theo dõi biến động sử dụng đất ở cấp huyện và cấp tỉnh

- Ảnh ASTER có độ phân giải không gian là 15m, 15 kênh phổ Dùng để theo dõi biến động sử dụng đất, hoặc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp tỉnh, huyện với

tỷ lệ 1:25 000

2.2.4 Các phương pháp đánh giá biến động

Việc nghiên cứu đánh giá biến động sử dụng dữ liệu viễn thám đa thời gian Yêu cầu đối với dữ liệu viễn thám gồm có:

- Tư liệu ảnh được chụp cùng bộ cảm hoặc tương tự

- Tư liệu ảnh phải có cùng độ phân giải không gian, cùng tầm nhìn (độ cao bay chụp, các băng phổ, độ phân giải phổ), cùng mùa

- Tư liệu đa thời gian

2.2.5 Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

2.2.5.1 Định nghĩa

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống bao gồm phần cứng, các thiết bị ngoại vi, phần mềm với một cơ sở dữ liệu đủ lớn và một đội ngũ chuyên gia có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị, phân tích và biểu diễn về các đối tượng, hiện tượng, sự kiện theo không gian và thời gian phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý trên bề mặt trái đất

GIS giải quyết được các vấn đề thực tiễn nhằm trả lời các câu hỏi:

- Cái gì đang tồn tại ở đâu?

- Cái gì biến đổi như thế nào theo không gian và thời gian?

- Ở đâu thực hiện được tốt nhất (phù hợp nhất) với mục đích đề ra?

- Cái gì sẽ xảy ra nếu những hành động nào đó được thực hiện?

2.2.5.2 Cấu trúc dữ liệu

Cấu trúc dữ liệu của GIS bao gồm:

- Dữ liệu không gian

- Dữ liệu thuộc tính

2.2.5.3 Khả năng phân tích của GIS

a) Chức năng phân tích GIS

- Phân tích dữ liệu thuộc tính: mô tả và xử lý thống kê

- Phân tích dữ liệu không gian: tính toán kích thước, các phép biến đổi hình học

mô tả không gian với bản đồ

- Phân tích tổng hợp dữ liệu thuộc tính và không gian: Phân tích và tra cứu

- Phép tính liền kề - vùng đệm buffering, nội suy

- Phép tính liên kết

- Phép chồng xếp bản đồ

b) Kết quả phân tích được trình bày dưới dạng sản phẩm khác nhau

- Dạng bảng biểu: Dạng dữ liệu chọn lọc, bảng tổng hợp thống kê

- Dạng đồ thị, biểu đồ: dạng cột, đường, pie-chart, histogram…

- Dạng bản đồ: bản đồ nền, bản đồ chuyên đề

- Dạng báo cáo

2.2.5.4 Sử dụng GIS trong nghiên cứu biến động sử dụng đất

Trong nghiên cứu biến động sử dụng đất, GIS đóng vai trò quan trọng trong việc tập hợp và phân tích cơ sở dữ liệu

Mục đích của cơ sở dữ liệu là tổng hợp, hệ thống hoá, thống nhất nguồn dữ liệu phục vụ việc theo dõi đánh giá và dự báo biến động sử dụng đất

Cấu trúc cơ sở dữ liệu bao gồm các file chứa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính về các đối tượng Mặt mạnh của GIS được thể hiện thông qua chức năng phân tích không gian hoặc mối liên hệ giữa các thông tin địa lý

2.3 Lý thuyết về phân loại và phương pháp phân loại theo đối tượng

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC CỬA NAM TRIỆU- CỬA CẤM (HẢI PHÒNG) VÀ CỬA ĐÁY (NAM ĐỊNH- NINH BÌNH) BẰNG DỮ LIỆU

VIỄN THÁM- GIS

3.1 Mô tả dữ liệu

3.1.1 Mô tả dữ liệu viễn thám:

Ảnh vệ tinh sử dụng trong luận văn bao gồm

ba ảnh Landsat TM và ETM đa phổ chụp khu

vực ĐBSH ba năm 1989, 2001 và 2010

(hình 3.1)

Hình 3.1 Ảnh vệ tinh Landsat khu vực nghiên cứu năm 2001 và 2010 hiển thị ở tổ hợp

màu giả Red_Green_Blue 4:3:2