ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ẢNH VỆ TINH ĐA THỜI GIAN ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐÔ THỊ TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN 2 THỜI KỲ 2003 – 2008

Ảnh viễn thám được xem là dữ liệu tốt nhất để thành lập các bản đồ hiện trạng về lớp phủ bề mặt, trong đó có hệ thống bản đồ hiện trạng sử dụng đất; đánh giá biến động đất đai trong một

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ẢNH

VỆ TINH ĐA THỜI GIAN ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG

ĐẤT ĐÔ THỊ TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN 2

THỜI KỲ 2003 – 2008

SVTH : HUỲNH THỊ THÃI MSSV : 05151047

KHÓA : 2005 - 2009 NGÀNH : Công nghệ Địa chính

-TP.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm

2008-TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ ĐỊA CHÍNH

-# " -

HUỲNH THỊ THÃI

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ẢNH

VỆ TINH ĐA THỜI GIAN ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG

ĐẤT ĐÔ THỊ TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN 2

Huỳnh Thị Thãi

Sinh viên

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 7 năm 2009

Tất cả các bạn bè và tập thể lớp Công nghệ Địa chính khoá 31 đã giúp đỡ tôi trog suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn:

Đã tạo điều kiện và truyền những kiến thức quý báu cho

em trong suốt quá trình học tập

Các thầy cô giáo trong khoa

Thầy ĐặngQuang Thịnh đã hướng dẫn em tận tình trong quá trình thực hiện đề tài

Các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Địa chính

Ban chủ nhiệm khoa Quản lý Đất đai và Bất động sản

Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh

Trân trọng biết ơn:

Luận văn là kết quả của sự phấn đấu trong suốt quá trình học tập, sự quan tâm sâu sắc của gia đình, sự chỉ dạy nhiệt tình của thầy cô, sự giúp đỡ của bạn bè

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc ThS Lê Ngọc Lãm đã trực tiếp hướng dẫn, tận tâm chỉ dạy em trong suốt quá trình làm đề tài

Lời cảm ơn

Quận 2 là quận ngoại thành của thành phố Hồ Chí Minh và đang trên đà phát triển rất nhanh, có sự biến động về việc sử dụng đất đai rất lớn Do đó, việc quản lý về đất đai gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là công tác quản lý biến động các loại đất Vì vậy việc nghiên cứu những biến động đất đai là một công việc quan trọng, cần thiết trong quá trình phát triển

Biến động đất đai Quận 2 thời kỳ 2003 – 2008 được giám sát bằng cách sử dụng phương pháp phân tích biến động sau phân loại Trong phương pháp này, trước tiên dữ liệu ảnh vệ tinh đa phổ về Quận 2 tiến hành phân loại độc lập để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2003 và 2008 Sau đó sử dụng GIS để tiến hành phát hiện biến động bằng cách so sánh ảnh phân loại của Quận 2 tại hai thời điểm trên

Đề tài được thực hiện từ ngày 01/03/2009 đến ngày 15/07/2009 tập trung vào nghiên cứu biến động sử dụng đất bằng việc sử dụng ảnh vệ tinh SPOT5 độ phân giải 2,5 m và ảnh vệ tinh SPOT4 độ phân giải 10m Kết quả đạt được chủ yếu của đề tài bao gồm:

- Những vấn đề về việc kết hợp GIS và viễn thám trong đánh giá biến động đất đai

- Bản đồ lớp phủ thực vật Quận 2 năm 2003 và 2008

- Quan sát được biến động sử dụng đất giai đoạn 2003 – 2008

Kết quả cho thấy: Việc ứng dụng GIS & RS (Hệ thống thông tin địa lý và viễn thám) trong khảo sát biến đổi giữa các loại hình sử dụng đất với ảnh SPOT 4 độ phân giải 10 m và SPOT 5 độ phân giải 2.5 m cho thấy những kết quả nhất định Những biến đổi về loại hình sử dụng đất không những được thống kê bằng những con số mà còn thể hiện qua sự phân bố không gian Kết quả trên cho thấy khả năng ứng dụng phương pháp viễn thám và hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu biến động sử dụng đất

là hoàn toàn khả thi, đem lại hiệu quả, rút ngắn thời gian nghiên cứu

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình I.1: Các thành phần của GIS 3

Hình I.2: Mô tả mô hình dữ liệu vector và raster 5

Hình I.3: Một số loại viễn thám 6

Hình I.4: Quá trình thu nhận dữ liệu viễn thám 7

Hình I.5 : Các tính chất của bức xạ điện từ 7

Hình I.6: Bước sóng của bức xạ điện từ 8

Hình I.7: Phổ điện từ 8

Hình I.8 : Sự truyền năng lượng trong khí quyển 9

Hình I.9 : Hiện tượng hấp phụ 10

Hình I.10: Hiện tượng tán xạ 10

Hình I.11: Sự tương tác năng lượng điện từ với mặt đất 10

Hình I.12: Hiện tượng phản xạ hỗn loạn 11

Hình I.13: Hiện tượng phản xạ gương 11

Hình I.14: Đường cong phản xạ 12

Hình I.15: Phản xạ phổ của thực vật 12

Hình I.16: Đường cong phản xạ phổ của đất 13

Hình I.17 : Đường cong phản xạ phổ của nước 13

Hình I.18: Vệ tinh SPOT 14

Hình I.19: Hoạt động của hệ thống vệ tinh SPOT 15

Hình I.20 : Dải bay của vệ tinh SPOT 15

Hình I.21 : Độ rộng dải bay chụp của vệ tinh SPOT 16

Hình I.22 : Khả năng chụp lặp của vệ tinh SPOT 16

Hình I.23 : Vệ tinh Spot 5 17

Hình I.24: Bố cục trình bày bản đồ 19

Hình I.25: Sơ đồ vị trí Quận 2 Hình II.1: Các điểm khống chế toạ độ, sai số và sự phân 34

Hình II.2: Ảnh trước khi nắn 34

Hình II.3: Ảnh sau khi nắn 34

Hình II.4 Dấu hiệu điều vẽ đất ở đô thị 38

Hình II.5.Dấu hiệu điều vẽ đất sông suối mặt nước 39

Hình II.6 Dấu hiệu điều vẽ đất giao thông 40

Hình II.7 Dấu hiệu điều vẽ đất lúa 41

Hình II.8: Sơ đồ tuyến khảo sát thực tế 44

Hình II.9: Kết quả phân loại các loại đất trên ảnh SPOT 5 độ phân giải 2.5 m được chụp năm 2003 46

Hình II.10 : Kết quả phân loại các loại đất trên ảnh SPOT 4 độ phân giải 10m được

chụp năm 2008 46

Hình II.11 Hộp thoại Query của phần mềm arcview 50

Hình II.12: Loại hình SDĐ ở đô thị 51

Hình II.13: Chuyển dữ liệu Vector sang Raster (Grid) .51

Hình II.14: Nhập kích thước cell 52

Hình II.15: Chọn trường dữ liệu mã hóa giá trị cell 52

Hình II.16: Thao số học trên 2 lớp dữ liệu raster 53

Hình II.17: Công cụ thực hiện các phép toán 55

Hình II.18 Kết quả dữ liệu không gian chồng xếp lớp ODT với HTSDD2008 55

Hình II.19 Kết quả dữ liệu thuộc tính chồng xếp lớp ODT với HTSDD2008 55

Hình II.20: Bản đồ biến động đất đai ở quận 2 58

DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng1: tương quan giữa tỷ lệ bản đồ được thành lập và độ phân giải của ảnh 31

Bảng 2: Kết quả phân loại trên ảnh SPOT 5 được chụp năm 2003 47

Bảng 3: Kết quả phân loại trên ảnh SPOT 4 được chụp năm 2008 47

Bảng 4: Bảng ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 2003 – 2008 48

Bảng 5: Mã hoá các loại đất 40

Bảng 6: Kết quả chuyển đổi từ loại đất ở đô thị sang các loại đất khác 54

Bảng 7: Chu chuyển giữa các loại đất với nhau 57

Bảng 8: So sánh quy trình thành lập bản đồ HTSDĐ của một số phương pháp 60

Bảng 9: so sánh phương pháp sử dụng hệ thống thông tin địa lý và phương pháp phân tích số liệu thống kê 61

DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1: Quy trình nghiên cứu đề tài 28

Sơ đồ 2: Quy trình đánh giá biến động đất đai 48

Sơ đồ 3: Nguyên tắc chuyển đổi các loại hình sử dụng đất 54

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu thông tin về các vấn đề liên

quan đến điều tra nghiên cứu cơ bản, quản lý sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên,

giám sát bảo vệ môi trường, giảm thiểu thiên tai, … là một tất yếu khách quan Công

nghệ viễn thám có khả năng cung cấp thông tin đầy đủ, kịp thời, chính xác, … Dữ liệu

ảnh viễn thám đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, trong đó có công tác

quản lý đất đai của nhà nước

Đất đai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là

thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố dân cư xây

dựng các cơ sở kinh tế văn hóa, xã hội, an ninh và quốc phòng Đất đô thị lại có giá trị

to lớn hơn do chức năng và tính chất sử dụng của nó

Sự tác động trực tiếp của con người và sự phát triển của xã hội làm cho đất đai

biến động rất nhanh chóng về mục đích, diện tích, … Chính vì vậy việc đánh giá biến

động đất đai là một việc rất cần thiết cho việc quản lý đất đai của nhà nước, việc quản

lý sự phát triển của xã hội và phục vụ cho việc dự báo được tình hình sử dụng đất của

con người trong thời gian tới, và cũng là một vấn đề cần quan tâm trong quá trình quy

hoạch sử dụng đất

Quận 2 là quận ngoại thành của thành phố Hồ Chí Minh và đang trên đà phát triển

rất nhanh, có sự biến động về việc sử dụng đất đai rất lớn Do đó, việc quản lý về đất

đai gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là công tác quản lý biến động các loại đất Vì vậy

việc nghiên cứu những biến động đất đai là một công việc quan trọng, cần thiết trong

quá trình phát triển

Ảnh viễn thám được xem là dữ liệu tốt nhất để thành lập các bản đồ hiện trạng về

lớp phủ bề mặt, trong đó có hệ thống bản đồ hiện trạng sử dụng đất; đánh giá biến

động đất đai trong một giai đoạn phát triển

Do quá trình đô thị hoá ngày càng phát triển, tốc độ đô thị hóa nhanh trong quá

trình thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta hiện nay đang đặt ra những

vấn đề bức xúc về quản lý đất đai đô thị, đặc biệt là biến động đất đai Từ những vấn

đề trên, em thực hiện đề tài Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý và ảnh vệ tinh đa

thời gian đánh giá biến động đất đô thị trên địa bàn Quận 2 thời kì 2003 – 2008

™ Mục tiêu nghiên cứu

9 Đánh giá khả năng ứng dụng ảnh viễn thám trong đánh giá biến động đất đô thị

9 Xây dựng bản đồ sử dụng đất đô thị trên địa bàn Quận 2 năm 2003

9 Xây dựng bản đồ sử dụng đất đô thị trên địa bàn Quận 2 năm 2008

9 Đánh giá biến động đất đô thị quận 2 giai đoạn 2003 – 2008 phục vụ cho công tác

quản lý đất đai

™ Yêu cầu:

9 Tư liệu ảnh SPOT của cùng một khu vực

9 Tư liệu ảnh phải là cùng loại hoặc có tính chất tương tự như nhau

9 Ảnh phải được chụp trong các thời gian khác nhau

™ Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

9 SPOT5 (độ phân giải 2.5m)

9 SPOT4 (độ phân giải 10m)

9 Các loại hình sử dụng đất đô thị

9 Các yếu tố kinh tế – xã hội tại khu vực nghiên cứu

9 Tình hình biến động đất đô thị

Phạm vi nghiên cứu

9 Về không gian: Phạm vi ranh giới hành chính Quận 2 – TP Hồ Chí Minh

9 Về tư liệu ảnh vệ tinh: nghiên cứu ảnh vệ tinh đánh giá biến động đất đai từ 2003 đến 2008

9 Về thời gian thực hiện đề tài: từ tháng 3 đến tháng 7 năm 2009

™ Ý nghĩa nghiên cứu của đề tài

9 Ý nghĩa khoa học: đánh giá được khả năng ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá biến động đất đai

9 Ý nghĩa thực tiễn: Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá biến động đất đai giúp cho ta có cái nhìn cụ thể và chi tiết về tình hình biến động đất đai

để từ đó đề xuất những giải pháp phù hợp với tình hình thực tế của từng địa phương, làm cơ sở phục vụ cho công tác quản lý nhà nước về đất đai, công tác định hướng qui hoạch và phân bổ hợp lí đất đai trên địa bàn

PHẦN I: TỔNG QUAN

I.1 Cơ sở lý luận về vấn đề nghiên cứu

I.1.1 Cơ sở của hệ thống thông tin địa lý (GIS)

1 Định nghĩa GIS

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) được định nghĩa như là một hệ thống thông tin mà

nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân tích cơ sở dữ liệu đầu ra liên quan về mặt địa lý không gian (Geographic or geospatial), nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con người đặt ra, chẳng hạn như: Để hỗ trợ việc ra các quyết định cho việc quy hoạch và quản lý sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông, dễ dàng trong việc quy hoạch phát

triển đô thị và những việc lưu trữ dữ liệu hành chính

2 Các thành phần của GIS

Một hệ thống GIS hoàn chỉnh gồm có hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm, …);

Cơ sở dữ liệu; Con người và phương pháp

Hình I.1: Các thành phần của GIS

Phần cứng: Hệ thống máy tính, có thể là máy chủ trung tâm hay các máy trạm

hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng

Phần mềm: Hiện nay có rất nhiều phần mềm phổ biến đã được thương mại hóa

như: ArcGis, Arc/Info, ArcView, Mapinfo, Idrisi, ENVI, Microstation,…Các thành phần chính trong phần mềm:

9 Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý

9 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)

9 Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

9 Giao diện đồ họa Người – Máy để truy cập các công cụ dễ dàng

Cơ sở dữ liệu: Được coi là thành phần quan trọng của GIS 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 Các nguồn dữ liệu phải cung cấp được các thông tin

mà hệ thống yêu cầu như: Tọa độ địa lý, quy mô, đặc điểm thuộc tính, các mối quan

hệ

Con người và phương pháp: Là thành phần quan trọng của GIS Những người

làm công tác quản lý hệ thống thông tin địa lý cần có khả năng nhận định về tính

chính xác, phạm vi suy diễn thông tin, kết nối các mảng thông tin trong hệ thống

3 Các chức năng của GIS

9 Nhập dữ liệu: dữ liệu nhập phải được chuyển đổi định dạng thành những dạng thích hợp cho việc sử dụng trong một GIS

9 Quản lý dữ liệu: bao gồm những chức năng cần thiết cho việc lưu trữ và truy cập lại dữ liệu từ cơ sở dữ liệu

9 Phân tích dữ liệu: những chức năng thao tác và phân tích dữ liệu là yếu tố quyết định những thông tin mà GIS có thể đưa ra, nó có thể sẽ làm biến đổi cách thức tổ chức công việc

9 Hiển thị dữ liệu: tùy theo từng yêu cầu cụ thể mà dữ liệu xuất ra khác nhau nhiều

về chất lượng độ chính xác

Nguyên tắc hoạt động của GIS: GIS lưu trữ thông tin từ thế giới thực dưới dạng

tập hợp các lớp chuyên đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý Điều này đơn giản nhưng vô cùng quan trọng và là một công cụ đa năng đã được chứng minh và rất quan trọng, rất có giá trị trong việc giải quyết các vấn đề thực tế…

4 Cấu trúc dữ liệu của GIS

Không giống như dữ liệu của các hệ thống thông tin hiện đại khác, dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý phức tạp, nó bao gồm thông tin về vị trí, các mối liên hệ địa hình

và những thuộc tính của các đối tượng được ghi nhận Hay có thể nói: dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý (dữ liệu địa lý) bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị

Dữ liệu không gian: Cơ sở dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu lưu trữ vị trí, hình dạng của các đối tượng không gian cùng với đặc điểm thuộc tính của chúng

Dữ liệu thuộc tính (hay là dữ liệu phi không gian): là dữ liệu mô tả các đặc điểm, đặc tính của đối tượng tự nhiên - kinh tế - xã hội Các đặc tính có thể là định tính hoặc

định lượng

Mô hình cơ sở dữ liệu không gian:

Bản đồ thực chất là sản phẩm thu được trong việc đơn giản hóa một thực thể Nó phản ánh đồng thời những thông tin đặc trưng và các thông tin tổng hợp Thông tin tổng hợp thường được thể hiện dưới dạng các ký hiệu, ngược lại, các đối tượng hình ảnh được biểu diễn theo tọa độ không gian Dữ liệu không gian thường được hiển thị theo hai phương pháp Phương pháp thứ nhất biểu diễn dưới dạng các đơn vị bản đồ Phương pháp thứ hai biểu diễn dưới dạng các ô lưới hay ma trận Hai phương pháp này gọi là mô hình vector và mô hình raster tương ứng

Hình I.2: Mô tả mô hình dữ liệu vector và raster

Mô hình dữ liệu raster:

Trong cấu trúc này thực thể không gian được biểu diễn thông qua các ô (cell) hoặc

ô ảnh (pixel) của một lưới các ô Trong máy tính lưới này được lưu trữ dưới dạng ma trận trong đó mỗi cell được xác định bởi giao điểm của một hàng, một cột trong ma trận

Trong cấu trúc này điểm được xác định bởi các cell, đường được xác định bởi một

số các cell liền kề nhau theo hướng, vùng được xác định bởi các cell mà trên đó thực thể phủ lên

Biểu diễn raster được xây dựng trên cơ sở hình học phẳng ơ- cơ -lit Mỗi một cell

sẽ tương ứng với một diện tích vuông trên thực tế Độ lớn của cạnh ô vuông này còn được gọi là độ phân giải của dữ liệu Kích thước các cell càng nhỏ thì việc biểu diễn các đối tượng càng chi tiết và chính xác Tuy nhiên, điều này có nghĩa là kích thước của dữ liệu rất lớn và tốn bộ nhớ

Như vậy có thể nói cell (pixel) là phần tử cơ bản của dữ liệu dạng raster, mỗi một pixell được gán một giá trị số, các pixell có cùng giá trị như nhau biểu diễn cùng một đối tượng

Toạ độ địa lý cũng như kích thước pixel không được lưu chính trong tập tin raster Thông tin về số hàng, số cột, kích thước pixel và toạ độ địa lý của các góc bản đồ dạng raster thường được lưu trữ trong 1 tập tin riêng biệt Tập tin raster được bắt nguồn từ việc raster hoá số liệu vector nào thì sử dụng toạ độ địa lý của tập tin vector đó

Việc lưu trữ số liệu ở dạng raster nói chung không kinh tế bởi vì nó chiếm dung lượng bộ nhớ lớn Để lưu trữ một điểm nếu chúng ta lưu trữ điểm này ở dạng vector thì chỉ cần lưu trữ toạ độ x,y và mã của điểm Nhưng ở cấu trúc raster chúng ta cần phải lưu trữ giá trị không chỉ có điểm này mà cả các pixel lân cận Số lượng dòng và

số lượng cột được xác định bởi kích thước pixel và kích thước của khu vực

I.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám

™ Khái niệm viễn thám

Viễn thám (Remote sensing) là nghệ thuật, khoa học và kỹ thuật thu thập thông tin

về các đối tượng vật lý và môi trường xung quanh chúng bằng sự ghi nhận, đo đạc, phân tích và giải đoán các nguồn dữ liệu thu được nhờ một hệ thống ghi nhận không tiếp xúc trực tiếp với các đối tượng điều tra nghiên cứu

Viễn thám là một môn khoa học liên ngành với mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất và khách quan phục vụ các ngành kinh tế quốc dân

Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của viễn thám là các sự vật và quá trình xảy ra trên

bề mặt trái đất Viễn thám không nghiên cứu trực tiếp các quá trình và sự vật đó mà nghiên cứu gián tiếp thông qua hình ảnh của chúng là các bức kí tự về sự phân bố năng lượng mặt trời được phản xạ lại từ các vật trên bề mặt trái đất

Dựa vào sự thu nhận thông tin có thể chia viễn thám ra 3 trường hợp sau:

¾ Theo nguồn năng lượng: Chia ra Hệ thống viễn thám thụ động (sử dụng nguồn

năng lượng tự nhiên, chủ yếu là mặt trời) Hệ thống viễn thám chủ động (sử dụng nguồn năng lượng nhân tạo)

¾ Theo phương tiện bay chụp: Chia ra Hệ thống viễn thám máy bay (Airborne),

gồm máy bay tầng thấp và máy bay tầng cao Hệ thống viễn thám vệ tinh (Spaceborne)

sử dụng vệ tinh nhân tạo dạng di động (Mobile) hay địa tĩnh (Geostationary)

¾ Theo bước sóng: Chia ra Hệ thống viễn thám thị tần và hồng ngoại (sử dụng năng lượng mặt trời có bước sóng từ 0,3÷0,9 µm) Hệ thống viễn thám hồng ngoại nhiệt (sử dụng nguồn bức xạ nhiệt do chính vật thể phát ra, có bước sóng trong khoảng 3÷15 µm) Hệ thống viễn thám siêu cao tần (chủ yếu là dạng chủ động, sử dụng vùng

vi sóng từ milimét đến mét)

1 Cơ sở vật lý của phương pháp viễn thám

9 Nguyên lý thu nhận thông tin

Theo KRAUS (1988), nguyên lý tổng quát của hệ thống viễn thám điện từ thu nhận thông tin được biểu diễn theo sơ đồ sau :

Toàn bộ quá trình viễn thám có thể chia làm hai công đoạn chính:

Hình I.4: Quá trình thu nhận dữ liệu viễn thám

 Công đoạn thu nhận dữ liệu (Data-Acquisition): Liên quan đến các yếu tố về nguồn bức xạ điện từ (A), môi trường lan truyền bức xạ (B), sự tương tác của bức xạ với các đối tượng mặt đất (C), hệ thống thiết bị thu nhận (D), dữ liệu viễn thám và truyền dữ liệu đến mặt đất (E)

 Công đoạn phân tích dữ liệu (Data-Analysis): Liên quan đến các phương pháp xử

lý nguồn dữ liệu thu nhận được (F), phương pháp giải đoán thông tin viễn thám, hình thành các loại sản phẩm thông tin (G) cung cấp cho người sử dụng

9 Nguồn năng lượng điện từ trong tự nhiên

+ Bức xạ điện từ : Bức xạ điện từ (Electromagnetic Radiation) là một dạng vật chất đặc biệt, truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao động (biến thiên) của trường điện từ trong không gian Bức xạ điện từ mang tính chất sóng và tính chất hạt

Hình I.5: Các tính chất của bức xạ điện từ

¾ Tính chất sóng: Thể hiện qua bốn thuộc tính cơ bản là tần số (hay bước sóng), hướng lan truyền, biên độ dao động và sự phân cực Quá trình truyền sóng tuân theo định luật Maxwel Nghĩa là, các sóng điện từ xuất hiện đều nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau theo mô hình chuyển động điều hòa dạng một đường sin cân đối Tốc độ truyền sóng thường quan niệm bằng tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không (299.793 km/s~3.108 m/s) Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp nhau gọi là bước sóng (thuật ngữ dùng trong viễn thám để phân loại phổ)

Số lượng đỉnh sóng cao nhất truyền qua một điểm nhất định trong không gian trong thời gian một giây gọi là tần số (thuật ngữ dùng trong kỹ thuật điện tử để xác định các dải năng lượng bức xạ)

Khi truyền qua các môi trường vật chất có mật độ (chiết suất) khác nhau, tốc độ

và bước sóng thay đổi còn tần số không đổi Quan hệ giữa các đại lượng được biểu diễn bằng biểu thức (1)

Trong đó: c - là tốc độ ánh sáng trong chân không (~3.108 m/s)

λ - là bước sóng (micrometer, 1µm = 10-6m)

V - là tần số (hertz), tức số chu kỳ trên giây

Hình I.6: Bước sóng của bức xạ điện từ

¾ Tính chất hạt: Thể hiện khi bức xạ điện từ tương tác với các đối tượng thông qua các phần tử mang năng lượng gọi là Photon (Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein) Năng lượng của một photon được xác định theo công thức Planck (2) tỷ lệ nghịch với bước sóng của tia bức xạ (bước sóng càng ngắn năng lượng càng cao, sự tương tác càng mạnh và ngược lại)

Trong đó: E - là năng lượng của một photon (J)

Hình I.7: Phổ điện từ

Bảng I.1 Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám

Khả biến 0,4÷0,76µm

Rất ít bị hấp thụ bởi ôxy, hơi nước và năng lượng phản xạ cực đại ứng với bước sóng 0,5µm trong khí quyển Năng lượng do dải sóng này cung cấp giữ vai trò quan trọng trong viễn thám

Hồng ngoại

gần trung

bình

0,77÷1,34µm 1,55÷2,4µm

Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước sóng hồng ngoại gần từ 0,77÷0,9µm, sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại theo dõi sự biến đổi của thực vật từ 1,55÷2,4µm

Vô tuyến

(rada) 1mm÷30cm

Khí quyển không hấp thụ mạnh năng lượng các bước sóng lớn hơn 2cm, cho phép thu nhận năng lượng cả ngày lẫn đêm, không ảnh hưởng bởi mây, sương mù hay mưa

+ Sự truyền năng lượng điện từ trong khí quyển

Khi bức xạ điện từ (tia tới, tia phản xạ) truyền qua tầng khí quyển trái đất (khoảng 2.000km), do ảnh hưởng của nhiều yếu tố (bụi khí quyển, các chất hóa học, hơi nước…), đặc biệt là bước sóng, các tính chất của bức xạ điện từ (hướng truyền, tốc

độ, cường độ, thành phần phổ…) có thể bị thay đổi Nguyên nhân chính là do cơ chế tán xạ và hấp thụ của khí quyển gây ra

Hình I.8: Sự truyền năng lượng trong khí quyển

9 Tán xạ (Scattering): Là hiện tượng năng lượng bức xạ bị phân tán khi tương tác với các phần tử có kích thước rất nhỏ lơ lửng trong không khí, phụ thuộc chủ yếu vào bước sóng và thành phần bụi khí quyển (Aerosol)

9 Hấp phụ (Absorption): Là hiện tượng làm mất năng lượng bức xạ do các thành phần hóa học khác nhau trong khí quyển gây ra Tầng khí quyển trái đất chỉ cho phép một số tia bức xạ nhất định xuyên qua với mức độ khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào bước sóng, đồng thời hấp thụ một số tia có bước sóng đặc biệt được gọi là các bands hấp thụ

Hình I.9: Hiện tượng hấp phụ Hình I.10: Hiện tượng tán xạ

Sự tương tác năng lượng điện từ với mặt đất

- Khi bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất, năng lượng điện từ hay tia tới (Incident Energy) tương tác với các đối tượng vật chất khác nhau Kết quả xảy ra ba hiện tượng: (1) Phản xạ, (2) Truyền qua và (3) Hấp thụ Nói cách khác, năng lượng bức xạ điện từ

sẽ chuyển đổi thành ba dạng năng lượng thành phần tương ứng: Năng lượng phản xạ

ER(λ); Năng lượng truyền qua ET(λ) và Năng lượng hấp thụ EA(λ); A (Absorption): Hấp phụ năng lượng; T (Transmission): Truyền qua (xuyên qua); R(reflection): Phản xạ năng lượng

(1)

(2) (3)

E I (λ)

E R(λ)

E A (λ)

E T(λ)

Hình I.11: Sự tương tác năng lượng điện từ với mặt đất

• Tỷ lệ các dạng năng lượng thành phần (truyền qua, hấp thụ, phản xạ) không chỉ phụ thuộc vào bản chất của đối tượng tương tác (tính chất vật lý, thành phần hóa học, dạng bề mặt, trạng thái, cấu trúc, đặc tính sinh học…) mà phụ thuộc rất lớn vào bước sóng Nói cách khác, năng lượng là một hàm của bước sóng Nếu không kể đến ảnh hưởng của tầng khí quyển trái đất, theo định luật bảo toàn năng lượng, phương trình cân bằng năng lượng có thể được viết (3):

) ( ) ( ) ( ) ( λ R λ T λ Aλ

Trong đó: EI(λ)là năng lượng rơi xuống

• Trong dải sóng nhìn thấy, sự biến đổi phổ (hấp thụ, phản xạ) như trên được thể hiện bằng màu sắc Một vật có màu xanh vì nó phản xạ mạnh vùng phổ màu xanh, một vật có màu đỏ vì nó hấp thụ tất cả các tia bức xạ ngoại trừ tia đỏ…

• Trong viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ là rất quan trọng và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối tượng Năng lượng phổ phản xạ được tính theo công thức (4):

• E R(λ) =E I(λ) – [ E T(λ) + E A(λ) ] (4)

+ Hiện tượng phản xạ phổ

Có ba kiểu phản xạ đặc trưng: Phản xạ gương; Phản xạ trở lại; Phản xạ tán xạ Hầu hết các dạng bề mặt trên trái đất là mặt phản chiếu (Specular) hay mặt tán xạ (Diffuse) Mặc dù hiện tượng phản xạ có thể xảy ra theo các hướng khác nhau, nhưng sự phản xạ theo hướng quan sát và ghi nhận của các hệ thống viễn thám mang tính quyết định đến chất lượng dữ liệu ghi nhận và kết quả giải đoán thông tin Phụ thuộc các kiểu phản xạ khác nhau trong mối quan hệ với các yếu tố ảnh hưởng khác, các đối tượng được ghi nhận trên ảnh có độ xám, độ sáng, độ tương phản… khác nhau, là cơ sở quan trọng cho công tác giải đoán ảnh

Hình I.12: Hiện tượng phản xạ hỗn loạn Hình I.13: Hiện tượng phản xạ gươngKhả năng phản xạ của vật chất có thể được đặc trưng bằng hệ số tương đối tính theo công thức (5), còn gọi là hệ số phản xạ phổ Hệ số phản xạ phổ của các đối tượng riêng biệt phụ thuộc chủ yếu vào bước sóng tia tới, bản chất vật thể, dạng bề mặt… có thể được xác định bằng đo đạc thực nghiệm

Kỹ thuật viễn thám ghi nhận sự thay đổi năng lượng phản xạ từ các thành phần vật chất khác nhau bằng việc xử lý và phân tích các hình ảnh tư liệu thu được, kết quả

là xác định được bản chất của vật thể tạo ra sự thay đổi đó

100)

(

)

=λ

λ λ

Biểu đồ hệ số phản xạ phổ của một đối tượng như là một hàm của bước sóng gọi

là đường cong phổ phản xạ (Spectral Reflectance Curve) Dạng đường cong cho biết bản chất các đặc trưng phổ của một vật, là yếu tố chỉ thị cho loại và trạng thái của chúng, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc chọn vùng phổ trong đó các thông tin

viễn thám được ghi nhận, là cơ sở lựa chọn bộ cảm, dạng nguyên liệu, số kênh phổ, phạm vi quang phổ từng kênh, các bộ lọc màu và là căn cứ để phân loại các dạng bề mặt đất

Hình I.14: Đường cong phản xạ

Đối với thực vật: Hệ số phản xạ phổ phụ thuộc trước hết vào trạng thái sinh lý, đặc tính lá, thành phần loài, dạng hỗn giao, cấu trúc lâm phần… Đường cong phản xạ phổ biến thiên khá phức tạp Trong dải thị tần, vùng lõm biểu thị sự hấp thụ mạnh năng lượng có bước sóng khoảng 0,45µm và 0,67µm (tức màu blue và red) do diệp lục

tố gây ra, nhưng phản xạ rất mạnh (chỗ lồi) năng lượng có bước sóng khoảng 0,5µm (tức màu green) cho ta cảm nhận thực vật (khỏe mạnh) có màu lục Trong dải hồng ngoại gần, năng lực phản xạ tăng lên đột ngột (40-50% năng lượng tia tới, hấp thụ 5%, còn lại truyền qua), phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc bên trong từng loại lá, do đó có một sự khác biệt rõ rệt giữa các loài cây

Hình I.15: Phản xạ phổ của thực vật

Đối với đất: Đường cong phản xạ phổ đơn giản hơn Hệ số phản xạ phổ phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm, kích thước hạt, thành phần khoáng đất, hàm lượng mùn, kết cấu, độ nhám bề mặt… Các yếu tố này biến đổi phức tạp và liên quan với nhau, trong

đó quan trọng nhất là độ ẩm đất, độ ẩm cao năng lực phản xạ giảm và ngược lại

Hình I.16: Đường cong phản xạ phổ của đất

Đối với nước: Đường cong đặc trưng cho thấy năng lực phản xạ phổ của nước rất thấp, sự hấp thụ mạnh ngay trong dải hồng ngoại gần Có thể nói, nước hấp thụ khá mạnh năng lượng điện từ ở các bước sóng khác nhau, cho dù đó là nước trong tự nhiên (ao, hồ, sông, suối) hay nước trong các vật thể (thực vật, đất…)

Hình I.17: Đường cong phản xạ phổ của nước

Một số yếu tố chính ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

a Yếu tố thời gian

Thực phủ mặt đất và một số đối tượng khác thường thay đổi theo thời gian và do vậy khả năng phản xạ phổ cũng thay đổi theo thời gian Ví dụ: cây rụng lá vào mùa đông

và xanh tốt vào mùa xuân, mùa hè, hoặc cây lúa có màu khác nhau theo thời vụ Vì vậy khi giải đoán ảnh cần biết rõ thời vụ, thời điểm ghi nhận ảnh và đặc điểm của đối tượng cần đoán đọc điều vẽ

b Yếu tố không gian: Người ta chia làm hai loại:

- Yếu tố không gian cục bộ: thể hiện khi chụp ảnh cùng một loại cây nhưng trồng theo hàng và trồng theo mảng lớn sẽ có khả năng phản xạ phổ không như nhau

- Yếu tố không gian địa lý: thể hiện khi cùng loại thực vật nhưng sinh trưởng ở các vùng địa lý khác nhau thì khả năng phản xạ phổ sẽ không như nhau Yếu tố không gian cũng thể hiện khi chụp ảnh vùng núi lúc mặt trời không ở vị trí thiên đỉnh, khi đó cùng một đối tượng ở trên sườn được chiếu sáng và sườn không được chiếu sáng sẽ có khả năng phản xạ phổ khác nhau

c Ảnh hưởng của khí quyển

Khi xem xét hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám ta thấy rằng: năng lượng bức xạ

từ mặt trời xuống các đối tượng trên mặt đất phải qua tầng khí quyển, sau khi phản xạ

từ bề mặt trái đất năng lượng lại được truyền qua khí quyển tới thiết bị ghi thông tin trên vệ tinh Do vậy khí quyển có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Có hai con đường ảnh hưởng chính của khí quyển đó là tán xạ và hấp thụ

- Hiện tượng tán xạ chỉ làm đổi hướng tia chiếu mà không làm mất năng lượng Tán

xạ là do các hạt vật chất nhỏ có trong không khí hoặc các ion có trong khí quyển phản

xạ tia chiếu tới, hoặc do tia chiếu truyền qua lớp khí quyển dày đặc có mật độ không khí không đồng nhất gây nên

- Hiện tượng hấp thụ xảy ra khi tia sáng không được tán xạ mà truyền qua lớp nguyên tử không khí trong khí quyển và làm nóng lớp khí quyển đó Hiện tượng tán xạ tuyệt đối xảy ra khi không có sự hấp thụ năng lượng

Vệ tinh SPOT

SPOT (Systeme Pour l’Observation de la Terre) là chương trình nghiên cứu không gian của Pháp được triển khai thực hiện từ năm 1986, mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực viễn thám từ vũ trụ

Các vệ tinh SPOT-1 (1986), SPOT-2 (1990, hiện còn hoạt động) và SPOT-3 (1993, bị hỏng năm 1997) trong hơn 10 năm thu gần 5 triệu tấm ảnh về bề mặt đất Các vệ tinh này mang một cặp bộ cảm HRV (High Resolution Visible) SPOT-4 được phóng lên quỹ đạo đầu năm 1998, sử dụng thêm một số kênh phổ SPOT-5 phóng vào đầu năm 2002, mang bộ cảm mới HRG (High Resolution Geometry) độ

Hình I.18: Vệ tinh SPOT

phân giải cao hơn phục vụ các mục đích lập bản đồ, nông lâm nghiệp, quy hoạch lãnh thổ, môi trường…

Hình I.19: Hoạt động của hệ thống vệ tinh SPOT

™ Đặc điểm của vệ tinh SPOT:

Quỹ đạo

+ Quỹ đạo cận cực đồng bộ Mặt trời với độ cao bay chụp là 830km, nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo (98.8o, cho phép chụp ảnh được bất kì vị trí nào trên trái đất)

+ Quỹ đạo đồng bộ mặt trời, thời gian vệ tinh bay qua theo giờ địa phương là gần như nhau (qua xích đạo lúc 10h30, cho phép chụp ảnh mọi nơi với độ chói của mặt trời như nhau)

+ Chu kì lặp lại là 26 ngày sau khi bay vòng quanh trái đất được 369 lần

Hình I.20: Dải bay của vệ tinh SPOT + Vệ tinh SPOT được trang bị một bộ quét đa phổ HRV gồm 2 máy HRV-1 và HRV-

2 (high resolution visible) Bộ cảm HRV là máy quét điện tử CCD, HRV có thể thay

đổi góc quan sát từ 0o đến 27o so với phương thẳng đứng HRV là máy chụp đa phổ trên 3 kênh ảnh trắng đen XS và một kênh ảnh toàn sắc P (panrtromatic) Khi vệ tinh chuyển động sẽ ghi được hình ảnh mặt đất trên một dải rộng 60km, nếu chụp phối cảnh 27o thì độ rộng dải quét sexlaf 80km SPOT có khả năng chụp ảnh mặt đất trong dải hành lang 950km song song với quỹ đạo bay

Khả năng chụp lặp của vệ tinh SPOT

9 0 m

80km

60km

Hình I.21: Độ rộng dải bay chụp của

vệ tinh SPOT Hình I.22: Khả năng chụp lặp của vệ tinh SPOT

+ Đầu thu ảnh SPOT có khả năng chụp nghiêng nên có thể chụp lặp lại bất kì vị trí nào trên mặt đất không quá 5 ngày ở vùng xích đạo và không quá 3 ngày đối với những vùng có quỹ đạo trên 4.5o

+ Hệ thống SPOT với 3 vệ tinh đang hoạt động thì gần như có thể chụp hàng ngày đối với bất kì khu vực nào

+ Cho phép chụp ảnh lập thể nhờ khả năng chụp nghiêng SPOT có khả năng chụp ảnh lập thể với độ phủ dọc > 60% để đo vẽ địa hình tự động trên các máy giải tích Cặp ảnh lập thế tạo nên do ảnh chụp được ở phương thẳng đứng và một ảnh chụp với góc nghiêng 27o Do có khả năng chụp phối cảnh nên chu kì lặp lại của ảnh SPOT có thể rút ngắn xuống nhiều hơn so với chu kỳ lặp của vệ tinh 26 ngày Ở vĩ độ 45o tần suất chụp lặp của một điểm trên mặt đất là 2.4 ngày một lần chụp ảnh – tần suất chụp ảnh phụ thuộc vào vĩ độ của điểm cần chụp ảnh trên trái đất

Đầu thu: dãy các phần tử nhạy sáng, tính ổn định cao

Diện tích phủ trùm tờ ảnh lớn: 60km x 60km

Bảng I.2: Đặc điểm hệ thống chụp ảnh vùng nhìn thấy có độ phân giải

cao của SPOT

Số dector trên 1 band 3.000 6.000

Dải rộng mặt đất nhìn tại tâm 60km 60 km

• Tên lửa phóng : Ariane 4

Hình I.23: Vệ tinh Spot 5

• Độ cao quỹ đạo: 822 km

• Khả năng lưu trữ dữ liệu: 90Gbit bộ nhớ cứng ( 550 ảnh)

• Tốc độ truyền dữ liệu: 2 x 50Mb/giây

- Các chỉ báo cấu trúc bên trong cảnh quan: Việc nghiên cứu và sử dụng các chuẩn đoán đọc điều vẽ tổng hợp phản ánh cấu trúc của cảnh khu là cơ sở của phương pháp đoán đọc điều vẽ chỉ báo Khi đó vật chỉ báo – các dấu hiệu dễ quan sát trên ảnh như lớp phủ thực vật, hình dáng địa hình, hệ thống thuỷ văn… sẽ xác định rõ đặc tính của các địa vật không quan sát được trên ảnh như nước ngầm, cấu trúc địa chất… Còn địa vật được chỉ báo là các địa vật khó quan sát hoặc không quan sát trực tiếp được trên ảnh nhưng nhờ sử dụng các quy luật chỉ báo nên dễ nhận biết, dễ xác định hơn Quan

hệ chỉ báo là quan hệ trừu tượng nhân tạo của thành phần bên ngoài của cảnh quan

3 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng trên mặt đất

Tất cả các đối tượng tự nhiên đều phản xạ năng lượng mặt trời chiếu lên chúng một cách xác định, đặc trưng cho trạng thái của bản thân đối tượng đó Ở đây mặt trời chính là nguồn chiếu sáng – phương pháp thụ động ghi nhận ảnh là thu nhận ánh sáng phản xạ từ đối tượng mà nguồn sáng là mặt trời Sóng điện từ chiếu tới mặt đất, năng lượng của nó sẽ tác động lên mặt đất dẫn đến xảy ra các hiện tượng sau:

- Phản xạ năng lượng

- Hấp thụ năng lượng

- Thấu quang năng lượng

Năng lượng phản xạ phổ phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt đối tượng và bước sóng của năng lượng chiếu tới Vì vậy trên ảnh ta thấy hình ảnh đối tượng do ghi nhận được khẳ năng phản xạ phổ của các đối tượng là khác nhau

4 Độ phân giải của một số vệ tinh

Bảng I.3: So sánh độ phân giải của các vệ tinh Loại ảnh vệ

tinh

Mode chụp Độ phân giải (m) Độ cao bay

chụp (km) SPOT 2, 4 Panchromstic

680

QUICKBIRD Panchromstic

Multis p: 4 bands (11 bit)

0.62 3.28

5 Cơ sở đoán đọc điều vẽ ảnh

Ảnh viễn thám là sản phẩm của quá trình ghi nhận hình ảnh bề mặt trái đất của các

vệ tinh vũ trụ

Xử lý thông tin viễn thám có hai phương pháp cơ bản: phân tích bằng mắt (giải đoán ảnh tương tự) và xử lý số Giải đoán bằng mắt (Visual Interpretation) có thể áp dụng cho cả hai dạng tư liệu, song xử lý số (Digital image Processing) thì chỉ áp dụng cho ảnh số Tuy nhiên tuỳ thuộc vào mục đích người giải đoán sử dụng các phương pháp khác nhau để chắc lọc thông tin mà mình quan tâm

9 Lập mẫu khoá giải đoán ảnh

9 Giải đoán ảnh bằng mắt

9 Giải đoán ảnh số

5 Cơ sở sinh lý của đoán đọc điều vẽ ảnh

Mắt có khả năng cảm thụ các sóng điện từ có bước sóng từ 0,4 ÷ 0,7μm, mạnh nhất là 0,56μm Khả năng cảm thụ màu nhờ ba loại dây thần kinh tế bào hình nón khi

bị kích thích cho ba màu cơ bản (red, green, blue) và vỏ não sẽ tổng hợp phân tích các thành phần tương đối của ba loại kích thích trên cho ta cảm nhận các màu sắc khác nhau của vật Mắt cảm thụ lớn nhất với màu yellow và blue, độ cảm thụ giảm dần với màu red, green Mắt người có thể phân biệt được khoảng 200 nền màu với nhiều sắc

độ

I.1.3 Cơ sở toán học của bản đồ của bản đồ biến động đất đai

1 Hệ toạ độ nhà nước: hệ tọa độ và độ cao quốc gia VN 2000 (Điểm gốc toạ độ tại Viện Nghiên Cứu Địa Chính và điểm gốc độ cao tại Hòn Dấu – Đồ Sơn – Hải Phòng)

2 Tỷ lệ: Đối với bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp Quận huyện được thành lập với tỷ

lệ 1:25000

3 Phép chiếu: Sử dụng phép chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM với hệ số điều chỉnh

tỉ lệ biến dạng chiều dài K0=0,9999 đối với múi chiếu 30 và 0,9996 đối với múi chiếu

60 Hệ quy chiếu Elipsoid WGS-84 với các thông số như sau:

I.1.4 Cơ sở pháp lý

9 Luật đất đai 2003 ngày 26 tháng 11 năm 2003

9 Nghị định số 88/NĐ-CP ngày 17/08/1994 về quản lý và sử dụng đất đô thị

9 Nghị định 29/2007/NĐ-CP ngày 27/02/2007 về quản lý kiến trúc đô thị

9 Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC ngày 20/06/2001 của Tổng Cục Địa Chính về việc hướng dẫn áp dụng hệ qui chiếu và hệ toạ độ Quốc gia VN2000

9 Thông tư 08/2007/TT-BTNMT ngày 01 tháng 11 của Bộ Tài Nguyên và Môi trường về việc hướng dẫn thực hiện thống kê, kiểm kê đất đai và xây dựng bản

đồ hiện trạng sử dụng đất

9 Quyết định số 83/QĐ-TTg ngày 12/07/2000 của Thủ Tướng Chính Phủ về sử dụng hệ qui chiếu và hệ toạ độ Quốc gia VN2000

9 Quyết định 06/2007/QĐ-BTNMT ngày 27/02/2007 về việc ban hành qui định

áp dụng chuẩn thông tin địa lý quốc gia

9 Quyết định 08/2007/QĐ-BTNMT ngày 14/05/2007 đính chính quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia

9 Quyết định 22/2007/QĐ-BTNMT ngày 17/12/2007 ban hành quy định về thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

9 Quyết định 23/2007/QĐ-BTNMT ngày 17/12/2007 ban hành kí hiệu bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ quy hoạch sử dụng đất

I.1.5 Cơ sở thực tiễn

- Dựa trên kết quả các báo cáo thống kê tình hình biến động đất đai trên địa bàn Quận 2

- Dựa trên tài liệu có sẵn: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005 địa bàn Quận 2

- Một số văn bản quản lý đất đai, quy hoạch sử dụng đất của Quận 2 trong thời gian qua

I.2 Khái quát địa bàn nghiên cứu

I.2.1 Điều kiện tự nhiên

- Vị trí địa lý:

Quận 2 nằm ở phía đông bắc của Thành phố Hồ Chí Minh có toạ độ địa lý từ

106042’22’’ - 106048’30’’ Kinh độ Đông và 10044’08” - 10049’15” Vĩ độ Bắc, với tổng diện tích tự nhiên là 5.017,72 ha, được bao bọc phần lớn bởi sông Sài Gòn và sông Đồng Nai, cách trung tâm thành phố khoảng 300 m hướng qua sông Sài Gòn và giáp ranh với các đơn vị hành chính sau: Phía Bắc giáp quận Thủ Đức, Phía Đông Bắc giáp Quận 9, Phía Đông Nam giáp tinh Đồng Nai, Phía Nam giáp Quận 7, Phía Tây Nam giáp Quận 4, Phía Tây giáp Quận 1, Phía Tây Bắc giáp Quận Bình Thạnh

Hình I.25: Sơ đồ vị trí Quận 2

Trên địa bàn quận có 11 đơn vị hành chính cấp phường và 38 trục đường giao thông chính chạy qua như: Xa lộ Hà Nội, Đại lộ Đông Tây, Trần Não, Tỉnh lộ 25, Nguyễn Thị Định,…

- Địa hình, địa mạo:

Quận 2 nằm trong vùng có địa hình thấp và phức tạp của thành phố Hồ Chí Minh,

có mạng lưới kênh rạch đa dạng, độ nghiêng mặt đất thấp dần từ Bắc xuống Nam; có

độ cao trung bình so với mặt nước biển từ 0,5m đến 1,1m, riêng gò Bình Trưng, Cát Lái có độ cao từ 2m đến 5m Ở những vùng có độ cao dưới 1m thường bị ngập úng và năng lực tiêu rút nước phụ thuộc vào chế độ thủy triều

- Khí hậu:

Quận 2 nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo (nóng, ẩm, nhiệt

độ cao và mưa nhiều) Trong năm có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau

Nhiệt độ cao và điều hòa quanh năm, cao nhất 30oC, thấp nhất 26,8oC Lượng mưa trung bình đạt 1895mm/năm tập trung chủ yếu vào mùa mưa Độ ẩm không khí không ổn định và có sự biến thiên theo mùa, cao nhất vào tháng 8 (82%), thấp nhất vào tháng 2 (70%)

Gió: Quận 2 nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của 3 hướng gió chính: gió Đông Nam (mùa khô), gió Tây Nam (mùa mưa) và gió Tây Bắc (giao thời giữa hai mùa)

- Thuỷ văn:

Trên địa bàn Quận 2 có hai con sông lớn là sông Sài Gòn và sông Đồng Nai với chế độ thủy văn bán nhật triều Sông Đồng Nai là sông lớn nhất trong hệ thống sông Đồng Nai - Sài Gòn, lòng sông rộng 400-600m, có độ sâu trung bình 12-15m, tốc độ chảy trung bình 500m3/s Sông Sài Gòn có độ dốc nhỏ, lòng dẫn hẹp nhưng sâu, ít khu chứa do vậy thủy triều vào rất sâu và mạnh Ngoài ra trên địa bàn còn có hệ thống kênh rạch khác như rạch Bà Cua, rạch Chiếc,… chế độ thủy văn, dòng chảy của các

kênh rạch này chủ yếu chịu ảnh hưởng bởi sông Sài Gòn và sông Đồng Nai

I.2.2 Điều kiện phát triển kinh tế – xã hội

1 Tăng trưởng kinh tế:

Trong giai đoạn 2003 - 2008, tốc độ tăng trưởng kinh tế hằng năm của 3 ngành kinh tế chủ yếu (công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp, thương mại - dịch vụ, nông nghiệp) đạt mức 33.59% Giá trị sản xuất công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp trên địa bàn tăng bình quân hàng năm 23,47%, riêng tiểu thủ công nghiệp thuộc quận quản lý tăng 20,68%; doanh thu thương mại dịch vụ tăng bình quân hàng năm 71,93%; sản xuất nông nghiệp bị thu hẹp, giá trị sản xuất giảm bình quân hàng năm 6,10%; thu ngân sách vượt chỉ tiêu phấn đấu, tăng bình quân hàng năm14,95% Theo thành phần kinh tế thì trong giai đoạn này kinh tế ngoài quốc doanh có tốc độ tăng trưởng bình quân giá trị sản xuất đạt 171,56%/năm, kinh tế quốc doanh 309,79%/năm và liên doanh với nước ngoài 18,21%/năm Qua những chỉ tiêu phát triển kinh tế ở trên cho thấy các ngành cũng đã có sự đầu tư lớn về công nghệ cũng như mở rộng quy mô diện tích sản xuất (như công nghiệp, thương mại dịch vụ) và có dấu hiệu phát triển đầu tư sản xuất của thành phần kinh tế quốc doanh do Thành phố và Trung ương quản lý

Số cơ sở sản xuất ngành công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp của trung ương, thành phố và liên doanh nước ngoài trong giai đoạn năm 2005 - 2008 hầu như không thay đổi Năm 2005 số doanh nghiệp trung ương và thành phố có 2 cơ sở (xí nghiệp thức ăn gia súc, CARIC - đóng tàu), liên doanh với nước ngoài có 4 cơ sở (SHIPYARD - đóng tàu, Sao Mai - sản xuất CIMENT, CASTROL - xăng dầu, VITAICO - chế biến bột giấy); số cơ sở sản xuất tăng từ 317 cơ sở (năm 2005) lên 422

cơ sở (năm 2008), chủ yếu tăng từ doanh nghiệp ngoài quốc doanh

2 Thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng xã hội và cơ sở hạ tầng kỹ thuật:

• Giao thông

Quận 2 có mạng lưới giao thông đường bộ gồm 38 tuyến đường bộ chính, trong

đó có một số tuyến quan trọng như: Đại lộ Đông Tây, Xa lộ Hà Nội, Trần Não, tỉnh lộ 25B, Nguyễn Thị Định,… với tổng chiều dài là 71,05 km, chiều rộng trung bình khoảng 6,78m, trong đó: 59,85 km đường trải nhựa, 8 km đường bê tông xi măng và 3,2 km đưòng cấp phối trải đá dăm Diện tích đất sử dụng vào mục đích giao thông chiếm tỷ lệ thấp 7,7% so với tổng diện tích đất tự nhiên, trong khi theo chỉ tiêu ngành xây dựng phải đạt 18 - 20% tổng diện tích đất tự nhiên; quy mô mặt cắt của một số tuyến đường chính lại quá bé so với nhu cầu và cấp đường tương ứng nên thường kẹt

xe và quá tải nghiêm trọng Về hệ thống giao thông trong các khu dân cư phần lớn là các hẻm đường đất chưa được bê tông hóa, lầy lội về mùa mưa, bụi về mùa khô, hạn chế đến việc vận chuyển hàng hóa, gây khó khăn trong việc đi lại của nhân dân Vì vậy, trong những năm tới cần có sự quan tâm đầu tư nhiều hơn nữa của các cấp, các ngành nhằm từng bước hoàn chỉnh hệ thống giao thông, đáp ứng kịp thời cho sự phát triển kinh tế - xã hội của quận

Ngoài mạng lưới giao thông đường bộ, trên địa bàn quận còn có hệ thống giao thông đường thủy như: sông Sài Gòn, sông Đồng Nai, rạch Bà Cua, rạch Chiếc và hệ thống kênh rạch khác Gắn liền với giao thông đường thủy là hệ thống các cảng sông nhằm phục vụ việc bốc xếp dăm mảnh bạch đàn, xăng dầu, xi măng và clinker tại cảng hải quân Cát Lái và một số bến bãi bốc xếp than, cát, vật liệu xây dựng,… tạo điều kiện thuận lợi cho việc bốc xếp hàng hóa bằng đường thủy

• Thủy lợi

Hệ thống thủy lợi bên cạnh việc cung cấp nước tưới cho sản xuất, mà còn phục

vụ việc tiêu thoát nước sinh hoạt và nước thải công nghiệp, gồm các tuyến chính như: rạch Chiếc, rạch Bà Cua, rạch Giồng Ông Tố, rạch Cá Trê, rạch Cầu Đỏ,… Nguồn nước trên hệ thống kênh rạch chưa bị ô nhiễm môi trường bởi chất thải sinh hoạt và công nghiệp gây ra; mặt khác tình trạng các hộ dân lấn chiếm kênh rạch còn ít phổ biến, đã tạo nên những điều kiện thuận lợi trong việc tiêu thoát nước thải, triển khai công tác vệ sinh môi trường và cung cấp nước tưới cho sản xuất Tuy nhiên, địa bàn quận nằm trong vùng có địa hình thấp, chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều cũng như khả năng kè và bê tông hóa hệ thống kênh rạch còn hạn chế nên thường bị bồi lắng gây cản trở phần nào đến tốc độ dòng chảy, nhất là hạn chế khả năng tiêu thoát nước trong mùa mưa, tạo nên tình trạng úng lụt ở một số khu vực Trong tương lai, ngoài việc thường xuyên nạo vét, tu bổ, nâng cấp và mở rộng hệ thống này, cần phải thực hiện

chương trình "kiên cố hóa" nhằm đảm bảo việc tuới tiêu theo yêu cầu và tiết kiệm đất

• Giáo dục - đào tạo

Cùng với sự phát triển chung của thành phố, trong những năm qua hệ thống giáo dục trên địa bàn quận không ngừng được tăng cường cả về số lượng và chất lượng Tốc độ tăng số học sinh mầm non và phổ thông trên địa bàn quận trung bình đạt 90%; 85% trẻ 3 - 5 tuổi vào học mẫu giáo; 100% trẻ 6 tuổi vào học lớp 1; 100% học sinh tốt nghiệp tiểu học vào lớp 6; 90% học sinh tốt nghiệp trung học cơ sở vào học trung học thổ thông ở các hệ công lập, bán công, dân lập tư thục, số còn lại học ở các trường chuyên nghiệp dạy nghề Tỷ lệ học sinh tốt nghiệp ở các cấp học bình quân đạt từ 99% trở lên ở bậc tiểu học, 98% ở bậc trung học cơ sở và 90% ở bậc trung học phổ thông Hiện nay trên địa bàn 11 phường đã hoàn thành phổ cập tiểu học đúng độ tuổi và phổ cập trung học cơ sở Công tác dạy nghề trong những năm qua đã đào tạo cho 6.221 lượt người với các ngành nghề chủ yếu như: may công nghiệp, may dân dụng, tin học, ngoại ngữ, sửa chữa xe máy, điện dân dụng, chăm sóc cây kiểng

Mặc dù đã đạt được những thành tích đáng kể nhưng công tác đào tạo vẫn còn một số tồn tại nhất định: hiện tại phường Thạnh Mỹ Lợi chưa có trường mầm non; có

3 phường (An Khánh, Bình khánh, Bình An) phải chung trường tiểu học; 6 phường (Thảo Điền, An Khánh, Bình Khánh, Bình An, An Lợi Đông, và Thạnh Mỹ Lợi) chưa

có trường trung học cơ sở Về cơ sở vật chất hầu hết đã xuống cấp, chưa bảo đảm quy chuẩn xây dựng, sử dụng đã lâu năm (tiếp quản từ chế độ cũ hoặc công lập hoá từ các

cơ sở tư nhân và các tổ chức tôn giáo), thiếu trường lớp chưa phù hợp với sự nghiệp giáo dục của quận

Trong những năm tới, để phát triển sự nghiệp giáo dục của quận, ngoài việc quan tâm đến chất lượng dạy và học, cần chú trọng đầu tư xây dựng mới cũng như nâng cấp

mở rộng hệ thống các trường học nhằm đạt được tiêu chuẩn quốc gia Điều này sẽ tác động không nhỏ đến vấn đề sử dụng đất trên địa bàn

• Y tế

Hệ thống y tế trong những năm qua đã đảm bảo khám, chữa bệnh thông thường cho nhân dân và góp phần phòng chống dịch bệnh, đã có 9/11 trạm y tế phường được công nhận đạt chuẩn quốc gia về hoạt động y tế Tính đến thời điểm cuối năm 2007 trên địa bàn quận có 1 trung tâm y tế và 11 trạm y tế với tổng số giường bệnh là 123 giường đã phần nào có đủ khả năng để triển khai các chương trình chăm sóc sức khỏe

cho nhân dân Ngoài ra trên địa bàn quận còn có mạng lưới cơ sở y dược tư nhân, đóng góp không nhỏ trong sự nghiệp phát triển chung của ngành Bình quân số giường bệnh đạt 2,11 giường/1.000 dân, cao hơn mức bình quân của thành phố (2 giường/1.000 dân)

Tuy nhiên, cơ sở vật chất còn nghèo, phương tiện kỹ thuật còn thiếu, chưa đáp ứng được so với yêu cầu, nhất là tuyến y tế cơ sở; mức chữa trị chỉ thực hiện theo phân cấp, các trường hợp không được phân cấp đều phải chuyển lên tuyến cấp trên gây nhiều khó khăn về đi lại, chi phí cho nhân dân Vì vậy trong giai đoạn tới ngoài việc tăng cường trang bị trang thiết bị kỹ thuật cần tiếp tục hoàn thiện hệ thống cơ sở y tế cũng như xây dựng thêm bệnh viện đa khoa nhằm đáp ứng yêu cầu khám chữa bệnh

• Văn hóa thông tin

Trong những năm qua hoạt động văn hóa, nghệ thuật, thông tin cổ động của quận phát triển khá tốt, góp phần xây dựng nếp sống văn minh lành mạnh trong nhân dân Công tác thông tin cổ động phục vụ tốt các đợt tuyên truyền đường lối của Đảng, chính sách pháp luật của Nhà nước, các nhiệm vụ chính trị, ngày lễ, tết,… Phong trào văn hóa văn nghệ từng bước được nâng cao về chất lượng và số lượng, đáp ứng nhu cầu hưởng thụ văn hóa của nhân dân Về cơ sở vật chất, trên địa bàn quận có 16 trạm phát thanh đặt tại các phường, 14 đền đình, 24 chùa, 25 miếu, 7 nhà thờ, 3 thánh thất, nhiều mộ cổ và nhiều cơ sở dịch vụ văn hóa được cấp phép hoạt động

• Thể dục - thể thao

Các hoạt động thể dục thể thao trong mấy năm qua tiếp tục phát triển về phong trào vàt thành tích thi đấu, đạt và vượt các chỉ tiêu đề ra: có 16% dân số tập luyện thể dục thể thao thường xuyên, 98,90% học sinh đạt tiêu chuẩn rèn luyện thân thể, 100% trường phổ thông tham gia Hội khỏe Phù Đổng, 11/11 phường được thành phố xếp loại A về phát triển thể dục thể thao quần chúng; 22 đơn vị, cơ quan được công nhận là đơn vị tiên tiến về thể dục thể thao; ngành thể thao của quận được thành phố đánh giá

là đơn vị có thành tích thi đua xuất sắc nhiều năm liền

Bên cạnh những kết quả đạt được, phong trào thể dục thể thao quần chúng cũng còn những hạn chế, hoạt động chưa thường xuyên và thiếu ổn định, số người tham gia tập luyện tự giác chưa cao Cơ sở vật chất, dụng cụ tập luyện còn thiếu, chưa đáp ứng nhu cầu tập luyện của nhân dân Trên địa bàn quận chỉ có 2 sân bóng đá, 1 câu lạc bộ bơi lội, 18 câu lạc bộ thể dục thể thao

• Năng lượng

Mạng lưới điện được phát triển rộng khắp trên toàn quận với nguồn cung cấp điện từ lưới điện các trạm biến áp 110/15KV và 66/15KV; mạng lưới điện trung áp trên không 15KV và 15KV/0,4KV Về cơ bản nguồn điện đã cung cấp đủ điện năng cho sinh hoạt gia đình cũng như hệ thống chiếu sáng công cộng và sản xuất Tuy nhiên, các trạm biến áp này phần lớn đặt ở ngoài trời hoặc treo trên trụ cao làm ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị và kém an toàn

Ngoài nguồn năng lượng điện, trên địa bàn quận còn có các trạm xăng dầu với 12 trạm, cung cấp nhiên liệu cho các phương tiện tham gia giao thông và sản xuất

• Bưu chính viễn thông

Mạng bưu chính viễn thông, bưu điện ngày càng được hiện đại hóa với kỹ thuật tiên tiến, góp phần quan trọng trong việc trao đổi thông tin trên địa bàn quận Hiện tại

trên địa bàn quận có 7 bưu cục, tỷ lệ số người sử dụng điện thoại có xu hướng tăng dần qua các năm từ 6.680 máy năm 2000 tăng lên 13.177 máy vào năm 2005, tăng khoảng 19,45%/năm Đây là một tỷ lệ tăng đáng kể đối với một quận đang chuyển mình trong quá trình đô thị hóa, góp phần đáp ứng yêu cầu phục vụ chỉ đạo của chính quyền các cấp, các ngành xuống cơ sở cũng như nhu cầu giao lưu trao đổi thông tin, liên lạc của nhân dân trong toàn quận

• Quốc phòng - an ninh

Công tác tuyển quân từ năm 2001 đến nay hoàn thành 100% chỉ tiêu được giao, đúng luật, có chất lượng Về công tác an ninh, thường xuyên triển khai nhiều biện pháp phòng ngừa và trấn áp các tội phạm, tệ nạn xã hội, đạt được kết quả khá tốt, bảo

vệ an toàn tuyệt đối các mục tiêu trọng yếu, các hoạt động ngày lễ, tết, bầu cử Hội đồng nhân dân Trong năm 2005 toàn quận có nhiều lượt dân quân tham gia công tác tuần tra bảo vệ địa bàn; công tác xây dựng lực lượng dân quân tự vệ - dự bị động viên, huấn luyện, tổ chức hội thao quốc phòng được triển khai thực hiện nghiêm túc, đạt và vượt mức chỉ tiêu Tuy nhiên do tốc độ đô thị hóa diễn ra rất nhanh, nhiều khu dân cư mới được hình thành, thu hút số lượng lớn lao động và dân nhập cư, gây nên khó khăn trong công tác quản lý nhân khẩu cũng như ảnh hưởng đến tình hình an ninh trên địa bàn quận

I.3 Nguồn tư liệu nghiên cứu đề tài

1 Ảnh vệ tinh: gồm có ảnh SPOT 4 độ phân giải 10m được chụp năm 2008 và ảnh SPOT 5 độ phân giải 2.5m được chụp năm 2003 địa bàn quận 2, Tp Hồ Chí Minh

2 Bản đồ: gồm có bản đồ hiện trạng sử dụng đất quận 2 năm 2005

3 Số liệu thống kê: số liệu thống kê đất đai trên địa bàn quận 2 năm 2003, năm 2005, năm 2008

I.4 Nội dung, phương pháp, phương tiện nghiên cứu

I.4.1 Nội dung nghiên cứu

9 Những vấn đề về việc kết hợp GIS và viễn thám trong đánh giá biến động đất đai

9 Sử dụng ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất đô thị năm 2003

9 Sử dụng ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất đô thị năm 2008

9 Đánh giá biến động đất đô thị ở quận 2

9 Đánh giá quy trình và phương pháp Viễn thám trong việc thành lập bản đồ biến động đất đô thị

I.4.2 Phương pháp nghiên cứu

9 Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo các công trình nghiên cứu khác, các sách báo tài liệu để trích lọc các lý thuyết có liên quan đến nội dung nghiên cứu

9 Phương pháp phân tích thống kê: Xử lý tổng hợp số liệu thống kê từ các nguồn thu thập được

9 Phương pháp nghiên cứu thực địa: Tiến hành điều tra lấy mẫu phục vụ cho việc giải đoán ảnh và đối soát kiểm tra mẫu nhằm nâng cao độ chính xác cho bản đồ ảnh hiện trạng Đồng thời thu thập các số liệu thống kê, các báo cáo về tự nhiên – kinh

tế – xã hội và các kết quả thống kê, kiểm kê đất đai của Quận 2

9 Phương pháp giải đoán ảnh Viễn thám: Sử dụng phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt để giải đoán ảnh xây dựng bản đồ sử dụng đất và bản đồ biến động đất đô thị để đánh giá biến động đất đô thị

9 Phương pháp thống kê không gian: Xử lý, thống kê kết quả phân loại các loại hình sử dụng đất đô thị trên các ảnh viễm thám

9 Phương pháp ứng dụng GIS: Là phương pháp sử dụng GIS để phân tích không gian để đánh giá biến động đất đô thị

9 Phương pháp bản đồ: Là phương pháp thể hiện nội dung và kết quả nghiên cứu trên không gian đồ hoạ theo đúng cơ sở toán học của bản đồ

9 Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến các chuyên gia để thu thập thông tin và các kiến thức liên quan đến đề tài nghiên cứu

9 Phương pháp so sánh: So sánh giữa số liệu thống kê thu thập được từ thực tế với kết quả của quá trình phân tích không gian để đánh giá độ chính xác của kết quả đạt được

I.4.3 Phương tiện nghiên cứu

9 Phần cứng:

Máy vi tính:

- Màn hình: LCD 17”

- CPU: Bộ xử lý Intel Pentium 4; tốc độ 2.8

- RAM: 512 Mb; Dung lượng ổ cứng 80 Gb

+ Hiển thị, phân tích ảnh với nhiều kiểu dữ liệu và kích cỡ ảnh khác nhau

+ Môi trường giao diện thân thiện

+ Cho phép làm việc với từng kênh phổ riêng lẻ hoặc toàn bộ ảnh được mở, mỗi kênh phổ của ảnh đó có thể được thao tác với tất cả các chức năng hiện có của hệ thống Với nhiều file ảnh được mở, ta có thể dễ dàng lựa chọn các kênh ảnh để xử lý cùng nhau

+ ENVI có các công cụ chiết tách phổ, sử dụng thư viện phổ, và các chức năng chuyên cho phân tích ảnh phân giải phổ cao (high spectral resoulution images)

+ Phần mềm ENVI được viết trên ngôn ngữ IDL – Interactive Data language Đây

là ngôn ngữ lập trình cấu trúc, cung cấp khả năng tích hợp giữa xử lý ảnh và khả năng hiển thị với giao diện đồ hoạ dễ sử dụng

- Hệ thống phần mềm Mapping Office

Mapping Office là một hệ phần mềm của tập đoàn INTERGRAPH bao gồm các

phần mềm công cụ phục vụ cho việc xây dựng và duy trì toàn bộ các đối tượng địa lý dưới dạng đồ hoạ bao gồm: IRASC, IRASB, MSFC, GEOVEC Các file dữ liệu dạng này được sử dụng làm đầu vào cho các hệ thống thông tin địa lý hoặc các hệ quản trị

dữ liệu bản đồ Các phần mềm ứng dụng của Mapping Office được tích hợp trong môi

trường đồ hoạ thống nhất Microstation để tạo nên một bộ các công cụ mạnh và linh hoạt phục vụ cho việc thu thập và xử lý các đối tượng đồ hoạ

Trong việc số hoá và biên tập các đối tượng bản đồ dựa trên cơ sở các bản đồ đã

được thành lập trước đây (trên giấy, diamat…), các phần mềm được sử dụng chủ yếu bao gồm: Microstation, IRASB, GEOVEC, IPLOT

Sau đây là các khái niệm và ứng dụng cụ thể của từng phần mềm trong các công đoạn số hoá và biên tập bản đồ

ªMicrostation:

Microstation là một phần mềm trợ giúp thiết kế (CAD) và là môi trường đồ hoạ rất mạnh cho phép xây dựng, quản lý các đối tượng đồ hoạ thể hiện các yếu tố bản đồ Microstation còn được sử dụng để làm nền cho các ứng dụng khác như GEOVEC,

IRASB, MSFC, MRFCLEAN, MRFFLAG chạy trên đó

Đặt biệt trong lĩnh vực biên tập và trình bày bản đồ, dựa vào rất nhiều các tính năng mở của Microstation cho phép người sử dụng tự thiết kế các kí hiệu dạng điểm, dạng đường và dạng pattem mà rất nhiều các phương pháp trình bày bản đồ được coi

là rất khó sử dụng đối với một số phần mềm khác (Mapinfo, AutoCAD, Coreldraw, Freehand…) lại được giải quyết một cách dễ dàng trong Microstation Ngoài ra các file dữ liệu của bản đồ cùng loại được tạo dựa trên nền một file chuẩn (seed file) được định nghĩa đầy đủ các thông số toán học bản đồ, hệ đơn vị đo được tính theo giá trị thực ngoài thực địa làm tăng giá trị chính xác và thống nhất giữa các file bản đồ

Các công cụ của Microstation được sử dụng để số hoá các đối tượng trên nền ảnh (raster), sửa chữa, biên tập dữ liệu và trình bày bản đồ

Microstation còn cung cấp các công cụ nhập, xuất (import, export) dữ liệu đồ hoạ

từ các phần mềm khác qua file có dạng (*.dxf) hoặc (*.dwg)

ª IrasB:

IrasB là phần mềm hiển thị, biên tập dữ liệu raster và được chạy trên nền của Microstation Mặc dù dữ liệu của IrasB và Microstation được thể hiện trên cùng một màn hình nhưng nó hoàn toàn độc lập với nhau Nghĩa là việc thay đổi dữ liệu phần mềm này không ảnh hưởng đến dữ liệu của phần kia

Ngoài việc sử dụng Irasb để hiển thị các file ảnh bản đồ phục vụ cho quá trình số hoá trên nền ảnh, công cụ Warp của Irasb được sử dụng để nắn các file ảnh raster từ toạ độ hàng cột của các pixcel về toạ độ thực của các bản đồ

ª IrasC:

IrasC cũng là phần mềm hiển thị, biên tập dữ liệu raster và được chạy trên nền của Microstation Nhưng IrasC là phần mềm để xử lý ảnh đa phổ (ảnh màu), dữ liệu ảnh được quét vào máy tính và được định dạng *.tiff; *.jpg; *.bmp…Còn IrasB là phần mềm quản lý ảnh nhị phân (ảnh chỉ có 2 phổ màu đen và trắng)

Về bản chất thì IrasC và IrasB là giống nhau, đều là phần mềm quản lý dữ liệu ảnh Nhưng khác nhau về nguồn dữ liệu và quy trình thực hiện công tác nắn ảnh, vì công tác nắn ảnh của IrasC phức tạp hơn nên độ chính xác sẽ cao hơn Mặc dù IrasC

và Microstation cùng thể hiện một file dữ liệu nhưng chúng hoàn toàn độc lập nhau

Do đó trong quá trình nắn ảnh chúng ta cần lưu ý Microstation có chức năng lưu tự động còn IrasC không có nên khi nắn ảnh xong thì cần phải lưu lại kết quả ảnh đã nắn rồi

Phần mền Arcview 3.3a

Phần mềm Arcview3.3a GIS là phần mềm áp dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS), với giao diện người dùng đồ hoạ dùng trỏ và kích dễ sử dụng cho phép bạn nhập dữ liệu không gian và dữ liệu bảng, do đó bạn có thể hiển thị dữ liệu đó dưới dạng bản đồ, bảng, biểu Arcview cũng cung cấp những công cụ bạn cần để truy vấn

và phân tích dữ liệu, cho phép trình bày kết quả cuối cùng dưới dạng bản đồ có chất lượng trình bày cao Với khả năng phân tích không gian rất tốt đã hỗ trợ cho việc phân tích đánh giá của các nhà quản lý thực hiện được nhanh chóng một số công tác quản lý đất đai của nhà nước như phân tích không gian đánh giá biến động đất đai, phân tích

mô hình đánh giá đất đai, mô hình thích nghi cây trồng v.v…

I.4.4 Quy trình thực hiện đề tài nghiên cứu

Bước 1: Chuẩn bị nguồn dữ liệu

Bước 2: Điều vẽ ảnh nội nghiệp

Bước 3: Điều vẽ ảnh ngoại nghiệp

Bước 4: Chuyển vẽ kết quả điều vẽ HTSDD

Bước 5: Chuẩn hoá dữ liệu thuộc thính của bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Bước 6: Đánh giá biến động đất đô thị

Sơ đồ 1: Quy trình nghiên cứu đề tài

Thu thập, đánh giá các tài liệu có liên quan

Hiện trạng sử dụng đất năm 2003Hiện trạng sử dụng đất năm 2008

Điều vẽ các loại đất trên ảnh, vẽ bổ sung

những biến đổi Chuyển vẽ kết quả điều vẽ

nghiệp

Điều vẽ nội nghiệp Xác định vị trí điểm đứng Điều vẽ ngoại nghiệp

Xử lý ảnh

Đánh giá biến động đất đô thị

PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

II.1 Những vấn đề về việc kết hợp GIS và viễn thám trong đánh giá biến động đất đai

Biến động là biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như trong môi trường xã hội

Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại những thời điểm khác nhau

Để đánh giá biến động sử dụng đất, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau từ số liệu thống kê, từ các cuộc điều tra Các phương pháp này mặc dù có

ưu điểm là có độ chính xác cao nhưng nhược điểm là tốn kém nhiều thời gian, kinh phí đồng thời chúng ta không thể hiện được sự thay đổi sử dụng đất từ loại đất này sang loại đất khác và diễn ra ở khu vực nào (vị trí không gian của sự thay đổi)

Phương pháp đánh giá biến động đất sử dụng đất từ tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian khắc phục được những nhược điểm đó

II.1.1 Khả năng ứng dụng ảnh vệ tinh trong đánh giá biến động đất đô thị

Hiện nay, nguồn tư liệu viễn thám được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong các nghiên cứu về TN&MT Thiết bị tin học cũng được đồng bộ hóa tăng khả năng xử lý nhanh chóng trong việc xây dựng các loại bản đồ Vì vậy, phương pháp viễn thám kết hợp công nghệ GIS sẽ khắc phục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và hiệu quả trong xử lý số liệu nhằm đánh giá biến động trong quá trình sử dụng đất đai

Với những ưu điểm vượt trội của ảnh viễn thám đó đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Trong đó, nghiên cứu hiện trạng lớp phủ thổ nhưỡng và hiện trạng sử dụng đất là những ứng dụng phổ biến nhất, các ảnh viễn thám chụp Việt Nam

ở những tỷ lệ khác nhau từ 1: 25.000 (với ảnh SPOT và ASTER), 1: 50.000, 1:250.000 (với ảnh Landsat) đến 1: 1.000.000 (với ảnh NOAA AVHRR và MODIS) FIPI và NIAPP (Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp) là hai đối tượng chính sử dụng công nghệ này từ những năm 80

Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ viễn thám vào công tác thành lập bản đồ nói chung và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất (HTSDĐ) nói riêng đã được Nhà nước quan tâm và ứng dụng, như:

- ứng dụng công nghệ viễn thám để đánh giá biến động lớp phủ thực vật đất liền ở Kiên Giang từ năm 1979 đến 1992

- Sử dụng tư liệu viễn thám để theo dõi diễn biến chế độ che phủ rừng Việt Nam, thành lập bản đồ rừng ở nhiều tỷ lệ khác nhau;

- Đánh giá biến động môi trường Hà Nội thời kỳ 1986-1996

Nói chung việc đưa công nghệ ảnh viễn thám vào công tác thành lập bản đồ chuyên đề nói chung và bản đồ HTSDĐ nói riêng là một việc làm cấp bách, có tính khoa học và thực tiễn cao Vĩnh Phúc là tỉnh có nền kinh tế - xã hội phát triển, với đội ngũ cán bộ, công nhân viên trẻ, có khả năng tiếp thu, ứng dụng các tiến bộ khoa học chuyên ngành nhanh chiếm tỷ lệ cao trong ngành Tài nguyên và Môi trường của tỉnh thì việc đưa công nghệ ảnh viễn thám vào công tác thành lập bản đồ chuyên đề nói

chung và bản đồ HTSDĐ nói riêng là hết sức khả thi; từ đó sẽ đáp ứng được các nhu cầu về thông tin tài nguyên đất cũng như các thông tin khác phục vụ quản lý nhà nước

về Tài nguyên và Môi trường

II.1.2 Khả năng thông tin của ảnh viễn thám

Trong những năm vừa qua, ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm về việc sử dụng ảnh vệ tinh các loại để thành lập bản đồ HTSDĐ các cấp Qua

đó cho phép rút ra một số kết luận sau:

- Sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với các tài liệu khác và kết quả điều tra thực địa có thể thành lập mới từ đầu các bản đồ HTSDĐ ở tỷ lệ 1: 5.000 - 1: 10.000 và tỷ lệ nhỏ hơn

- Ảnh vệ tinh có thể dùng để chỉnh lý các bản đồ HTSDĐ các cấp hiện có nếu những bản đồ này đảm bảo được độ chính xác của bản đồ theo quy định và có sự thay đổi về nội dung không lớn lắm (khoảng = 30%)

- Ảnh vệ tinh là tài liệu hỗ trợ rất tốt để thành lập bản đồ HTSDĐ bằng bản đồ địa chính hoặc bản đồ giải thửa mới đo vẽ

- Khả năng nhận biết trên ảnh có thể xác định được các đối tượng có kích thước nhỏ nhất khoảng 2,5 - 20m trên thực địa Có nghĩa là đáp ứng được yêu cầu về chỉ tiêu biểu thị trên bản đồ HTSDĐ (bản đồ cấp xã - 10mm2, bản đồ cấp huyện - 4mm2)

- Dựa vào ảnh ta có thể xác định được các đối tượng sau:

+ Đất nông nghiệp: đất trồng lúa, lúa màu; đất nương rẫy (ở chỗ rõ hình ô thửa); đất trồng cây hàng năm khác; đất trồng cây lâu năm; đất có mặt nước nuôi trồng thuỷ sản; đất rừng; vườn ươm cây giống

+ Đất phi nông nghiệp: bao gồm đất mặt nước chuyên dùng; đất ở; đất an ninh quốc phòng; đất trụ sở cơ quan xí nghiệp; đất chuyên dùng (giao thông, thuỷ lợi, y

tế, di tích văn hoá, chợ, thể thao, nguyên vật liệu xây dựng); đất bãi rác thải; đất nghĩa trang, nghĩa địa; đất mặt nước chuyên dùng

+ Đất chưa sử dụng: đất bằng chưa sử dụng; núi đá không có rừng; đất đồi núi chưa sử dụng

Một số loại hình sử dụng đất khó xác định hoặc không xác định được trên ảnh mà phải dùng các tài liệu khác hoặc phải tiến hành điều tra thực địa để bổ sung

Đặc điểm của ảnh vệ tinh là bao phủ một diện tích lớn lại được ghi nhận thông tin

bề mặt trong cùng một thời điểm sẽ là một yếu tố hết sức quan trọng đối với nội dung của bản đồ hiện trạng, bởi lẽ bản đồ này phải đảm bảo tính hiện thời của các đối tượng trong cùng một thời gian Ở khu vực con người khó hoặc không đến được (vùng núi cao, hải đảo, vùng bị bồi ), ảnh vệ tinh là tài liệu tốt nhất để thành lập bản đồ HTSDĐ

mà không có một tài liệu nào có thể thay thế được Do khả năng ghi nhận ảnh lặp lại theo chu kỳ nên cho phép có thể cập nhật các thông tin về HTSDĐ, đặc biệt là đối với các vùng có biến động lớn như vùng ven đô, các khu công nghiệp, các khu chế xuất, các vùng có chuyển dịch cơ cấu cây trồng, vật nuôi với quy mô lớn

II.2 Sử dụng ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2003, năm

2008

II.2.1 Thu thập, đánh giá các tài liệu liên quan

Việc thu thập các tài liệu liên quan là một bước rất quan trọng trong quá trình hoàn thành đề tài Nó nhằm bổ sung vào lượng thông tin về các loại hình sử dụng đất chưa khai thác hết được trên ảnh Bên cạnh đó ta sẽ thu thập được những nguồn thông tin quý báu từ cán bộ địa chính của địa bàn nghiên cứu Nó quyết định chất lượng và tiến

độ thực hiện đề tài, đồng thời cho phép giảm khối lượng công tác điều tra khoanh vạch các loại đất tại thực địa

ª Nguồn tài liệu sử dụng:

- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 25.000 thu phóng về tỷ lệ 1: 10.000 là bản đồ nền

- Ảnh vệ tinh SPOT 5 độ phân giải 2.5 m được chụp vào năm 2003

- Ảnh vệ tinh SPOT4 độ phân giải 10 m được chụp vào năm 2008

ª Nguồn tài liệu hỗ trợ:

¾ Các tài liệu số liệu:

- Số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội do Quận cung cấp

¾ Tài liệu bản đồ:

- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất Quận 2 năm 2005

Đánh giá chất lượng ảnh vệ tinh được sử dụng

Theo tiêu chuẩn bản đồ của Mỹ, độ chính xác mặt phẳng phải tương đương

±0.2mm trên bản đồ được thành lập Vậy ta có:

Bảng II.1: Tương quan giữa tỷ lệ bản đồ được thành lập và độ phân giải của ảnh

1: 10.000 ±2m 1: 25.000 ±5m 1: 50.000 ±10 1: 100.000 ±20 1: 200.000 ±40 Trong đề tài này sử dụng hai ảnh:

- Ảnh vệ tinh SPOT 5 độ phân giải 2.5 m được chụp vào năm 2003

- Ảnh vệ tinh SPOT4 độ phân giải 10 m được chụp vào năm 2008

Khả năng nhận biết các loại đất trên ảnh SPOT độ phân giải 2.5m rõ ràng và có thể phân loại được hầu hết các loại hình sử dụng đất Về độ chính xác mặt phẳng thì ảnh này có đủ yêu cầu về độ chính xác để thành lập bản đồ tỷ lệ 1: 25.000, có thể thành lập bản đồ biến động đất đai tỷ lệ 1: 25.000

Đối với ảnh SPOT 4 độ phân giải 10 m, xét về yêu cầu về độ chính xác thì chưa đủ tiêu chuẩn để thành lập bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 Tuy nhiên với nguồn ảnh này ta cũng

có thể sử dụng để phân tích và suy giải một số loại hình sử dụng đất nhất định và việc phân loại các loại đất có khó khăn hơn nhưng cũng có thể sử dụng nguồn ảnh này để

xem xét mức độ chính xác của nó như thế nào và cũng có thể đưa ra hướng phát triển mới của nguồn ảnh được sử dụng trong việc đánh giá biến động đất đai

II.2.2 Xử lý ảnh

Xử lý ảnh nhằm mục đích tạo ra nền ảnh để điều vẽ hiện trạng các loại đất Nền ảnh tốt nhất để điều vẽ là bình đồ ảnh hoặc trực ảnh Bình đồ ảnh vệ tinh là nền ảnh đã được nắn chuyển về hệ toạ độ, lưới chiếu bản đồ và theo hệ phân loại của bản đồ địa hình ở tỷ lệ cần thành lập bản đồ HTSDĐ, đồng thời đã loại trừ các sai số hình học do ảnh hưởng của địa hình gây ra Quá trình xử lý ảnh đòi hỏi các chuyên gia kỹ thuật được đào tạo chuyên sâu thực hiện Xử lý ảnh được chia thành 2 quá trình:

- Tăng cường độ tương phản: ảnh vệ tinh có 2 loại là ảnh PAN và ảnh XS Ảnh PAN có độ phân giải cao nhưng màu sắc không đẹp (chỉ có 2 bit màu đen và trắng), ảnh XS có độ phân giải thấp hơn nhưng màu sắc đẹp và dễ phân biệt các đối tượng tự nhiên trên nền ảnh Chính vì lý do đó nên bản chất của công tác hiệu chỉnh tăng cường độ tương phản ảnh là chồng ghép 2 ảnh PAN và XS Có nhiều phương pháp tạo ảnh PAN+XS, dưới đây là một trong những công thức đó:

Công tác xử lý phổ đòi hỏi nguời kỹ thuật viên phải có trình độ chuyên môn cao, bên cạnh đó phải có kinh nghiệm xử lý thì sản phẩm ảnh mới có độ chính xác cao đồng thời có màu sắc phù hợp với màu sắc của các đối tượng tự nhiên

ª Xử lý hình học:

Một tấm ảnh vệ tinh dạng nguyên gốc chưa xử lý không thể chập khít lên một tờ bản đồ hoặc một ảnh khác vì chúng có đặc tính hình học khác nhau Đối với ảnh vệ tinh QUICKBIRD có 3 mức xử lý là: Basic (cơ bản), Standard (chuẩn), Orthogonal (trực giao) Quy trình xử lý hình học của ảnh QUICKBIRD cũng tương tự như ảnh SPOT, ảnh SPOT chia ra làm 5 mức xử lý nhưng bản chất thì nó được chia nhỏ từ 3 mức xử lý trên

¾ Mức 1A: ảnh có dạng hình vuông, nó là ảnh gốc đặc biệt nên khuôn dạng chỉ

nhập được bằng 1 số phần mềm chuyên ngành nhất định Về hình học ảnh chưa được

xử lý, về phổ ảnh chỉ hiệu chỉnh nhiễu Radio (khí quyển)

¾ Mức 1B: ảnh có dạng hình thang, khuôn dạng đã được chuẩn hóa Về hình

học đã chỉnh lý (khử ảnh hưởng độ cong trái đất), ảnh đã được lọc nhiễu Radio

¾ Mức 2A: hiệu chỉnh hỉnh hình học có sử dụng thông số của con tàu (thông số

bao gồm: phép chiếu; hệ toạ độ, ellipsoid ) Ở mức hiệu chỉnh này hiệu chỉnh chính xác với độ chính xác bản đồ

¾ Mức 2B: xử lý hiệu chỉnh hình học đưa về lưới chiếu bản đồ có sử dụng các

điểm khống chế mặt đất nên độ chính xác của điểm ảnh đạt cao hơn

¾ Mức 3: xử lý hiệu chỉnh hình học dựa vào mô hình số địa hình Loại trừ ảnh

hưởng của chênh cao địa hình , hình ảnh có độ chính xác hình học của bản đồ trong

một lưới chiếu nhất định Hình ảnh được tăng cường chất lượng

Quá trình xử lý ảnh đòi hỏi các chuyên gia kỹ thuật được đào tạo chuyên sâu thực hiện Ngoài việc nắn chỉnh hình học để tạo ra bình đồ ảnh đảm bảo độ chính xác cần thiết cho bản đồ, xử lý ảnh còn nhằm tạo ra nền ảnh có chất lượng cao về mặt hình ảnh – có khả năng thông tin cao, nhờ đó dễ dàng xác định các loại đất nhằm đảm bảo độ tin cậy của các khoanh vi trên bản đồ Ảnh vệ tinh được xử lý bằng phầm mềm PRODIGE

và MULTISCOPE (phần mềm của Pháp) và do Trung Tâm Viễn Thám thực hiện

Trong đề tài này có sử dụng 2 ảnh: ảnh năm 2003 và ảnh năm 2008 Ảnh SPOT

5 năm 2003 đã được các anh chị trên trung tâm ứng dụng viễn thám nắm chỉnh đưa về đúng hệ toạ độ và hệ quy chiếu nhà nước theo quy định Nhưng đối với ảnh SPOT 4 năm 2008 thì chưa được nắn chỉnh đưa về đúng hệ toạ độ và hệ quy chiếu theo đúng quy định Chính vì thế trước khi đưa vào phân loại chúng tôi tiến hành nắn ảnh bằng phần mềm ENVI

Envi hổ trợ các thuật toán nắn ảnh khác nhau như: RST, Polynomial, Triangulation Thông thường chỉ chọn thuật toán giữ nguyên giá trị phản xạ phổ của

các phần tử ảnh đó là Polynomial và phương pháp tái chia mẫu (Resampling) là Nearest Neighbor

Có hai cách nắn chỉnh hình học, đó là nắn chỉnh ảnh theo ảnh (Image to image)

và nắn chỉnh ảnh theo bản đồ (Image to map) Ở đây đề tài thực hiện nắn chỉnh theo

Quá trình nắn chỉnh theo 2 bước:

Bước 1: Chọn điểm khống chế: Map/ Registration/ Selec GCPs: Image to map

Số lượng điểm khống chế không ít hơn 5 Về nguyên tắc phải chọn điểm khống chế đều trên tờ ảnh Độ chính xác RMS error toàn cục càng nhỏ hơn 1 càng tốt Yêu cầu nên nắn ảnh với độ sai số từ 1/4 đến 1/2 pixel Với độ sai số lớn hơn 1 pixel sẽ dẫn đến kết quả nghiên cứu biến động không tốt nếu như biến động này chỉ xảy ra trong khoảng không gian nhỏ

Hình II.1: Các điểm khống chế toạ độ, sai số và sự phân bố trên ảnh

Bước 2: Tiến hành nắn chỉnh

- Map/ Registration/ Warp from GCPs: image to map

- Chọn file điểm khống chế vừa lưu ở trên, khai báo thông số về lưới chiếu, độ phân giải,…xác nhận Sau đó khai báo:

Giai đoạn chuẩn bị cần thực hiện những công việc sau:

Vẽ trên ảnh một số đối tượng nền và ghi chú một số địa danh để cho việc định hướng được dễ dàng