Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu tác động của việc mở rộng ranh giới hành chính hà nội năm 2008 tới biến động sử dụng đất ở huyện đan phượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- LÊ THU THỦY ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC MỞ RỘNG RANH GIỚI HÀNH CHÍNH HÀ NỘI NĂM 2008 TỚI BIẾN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

LÊ THU THỦY

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC MỞ RỘNG RANH GIỚI HÀNH CHÍNH HÀ NỘI

NĂM 2008 TỚI BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT

Ở HUYỆN ĐAN PHƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

LÊ THU THỦY

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC MỞ RỘNG RANH GIỚI HÀNH CHÍNH HÀ NỘI

NĂM 2008 TỚI BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT

Ở HUYỆN ĐAN PHƯỢNG

Chuyên ngành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Văn Cự

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn

thạc sĩ khoa học

PGS.TS Phạm Văn Cự PGS.TS Đinh Thị Bảo Hoa

Hà Nội – 2018

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Phạm Văn Cự, người đã tận tình hướng dẫn, động viên cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu

Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Địa lý cùng gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã hỗ trợ, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi giúp

đỡ tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng 3 năm 2018

Tác giả luận văn

Lê Thu Thủy

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN KHUNG LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP 4

1.1 Tổng quan về đô thị hóa 4

1.1.1 Đô thị hóa và tác động đô thị hóa đến sử dụng đất nông nghiệp 4

1.1.2 Tác động thay đổi địa giới hành chính đến mục đích sử dụng đất 5

1.2 Các phương pháp đánh giá biến đổi sử dụng đất 5

1.2.1 Phương pháp phân loại ảnh 5

1.2.2 Phương pháp phân loại định hướng đối tượng 8

1.2.3 Phương pháp đánh giá biến động bảng chéo 10

1.3 Phương pháp đo đạc cảnh quan (landscape metrics) 10

1.4 Phương pháp kiểm chứng chứng ngẫu nhiên trên thực địa 12

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DỮ LIỆU 13

2.1 Hiện trạng sử dụng đất của huyện Đan Phượng 13

2.1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên 13

2.1.2 Các nguồn tài nguyên 15

2.1.3 Thực trạng điều kiện kinh tế 16

2.1.4 Hiện trạng sử dụng đất tại Huyện Đan Phượng 17

2.2 Phân loại ảnh vệ tinh Spot 5,6,7 18

2.2.1 Xây dựng bảng chú giải 18

2.2.2 Qui trình phân loại ảnh 20

2.3 Tính toán đặc điểm trắc lượng lớp phủ đất nông nghiệp, đất xây dựng huyện Đan Phượng 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Đánh giá xu hướng biến động sử dụng đất của Huyện Đan Phượng 31

3.1.1 Xu hướng biến động sử dụng đất theo cấp Huyện 31

3.1.2 Xu hướng biến động đất nông nghiệp theo cấp xã 33

3.1.3 Xu hướng biến động đất xây dựng theo cấp xã 35

3.2 Đánh giá mẫu dạng biến đổi đất nông nghiệp, đất xây dựng 46

3.2.1 Đánh giá mẫu dạng biến đổi đất nông nghiệp 46

3.2.2 Đánh giá mẫu dạng biến đổi đất xây dựng 49

3.3 Tác động của sáp nhập Đan Phượng vào Hà Nội năm 2008 tới sử dụng đất 53

3.3.1 Tác động của sáp nhập Đan Phượng vào Hà Nội năm 2008 tới sử dụng đất nông nghiệp 53

3.3.2 Tác động của sáp nhập Đan Phượng vào Hà Nội năm 2008 tới sử dụng đất xây dựng 54

KẾT LUẬN 54

KIẾN NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Đặc điểm ảnh vệ tinh Spot 5 7

Bảng 1.2: Đặc điểm ảnh vệ tinh Spot 6 7

Bảng 1.3: Đặc điểm ảnh vệ tinh Spot 7 8

Bảng 1.4: Nhóm chỉ số Fractal 11

Bảng 2.1: Chú giải phân loại 18

Bảng 2.2: Mẫu giải đoán ảnh 2016 19

Bảng 2.3: Ma trận kiểm chứng sai số 2016 23

Bảng 2.4: Độ chính xác phân loại của từng lớp 24

Bảng 2.5: Độ chính xác kiểm chứng 24

Bảng 2.6: Các chỉ số hình thái không gian sử dụng trong luận văn 29

Bảng 3.1: Bảng diện tích các loại lớp phủ mặt đất giai đoạn 2004-2016 31

Bảng 3.2: Ma trận biến đổi sử dụng đất giai đoạn 2004-2016 32

Bảng 3.3: Bảng diện tích sử dụng đất nông nghiệp theo cấp xã 33

Bảng 3.4: Bảng biến động diện tích sử dụng đất nông nghiệp theo cấp xã 34

Bảng 3.5: Bảng diện tích sử dụng đất đất xây dựng theo cấp xã 35

Bảng 3.6: Bảng biến động diện tích sử dụng đất đất xây dựng theo cấp xã 36

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Sơ đồ phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cơ bản 6

Hình 1.2: Sơ đồ phân cấp bậc các đối tượng trên ảnh 9

Hình 2.1: Sơ đồ vị trí huyện Đan Phượng 13

Hình 2.1: Biểu đồ thống kê sử dụng đất tại huyện Đan Phượng [9] 18

Hình 2.2: Quy trình xử lý ảnh 20

Hình 2.3: Ảnh năm 2004 20

Hình 2.4: Ảnh năm 2010 20

Hình 2.5: Ảnh năm 2014 21

Hình 2.6: Ảnh năm 2016 21

Hình 2.7: Phân loại năm 2004 23

Hình 2.8: Phân loại năm 2010 22

Hình 2.9: Phân loại năm 2014 23

Hình 2.10: Phân loại năm 2016 23

Hình 3.1: Biểu đồ biến đổi sử dụng đất giai đoạn 2004-2016 31

Hình 3.3: Biểu đồ chỉ số hình thái đất nông nghiệp 47

Hình 3.4:Biểu đồ chỉ số hình thái đất xây dựng 50

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết:

Trong quá trình đô thị hóa, Thành phố Hà Nội đã trải qua 5 lần điều chỉnh địa giới hành chính thời kỳ 1954-2017 Điều chỉnh ranh giới hành chính dẫn tới dịch chuyển cơ cấu tổ chức nhân lực, kinh tế, xã hội của toàn lãnh thổ đặc biệt là đối với sử dụng đất Nghị quyết ngày 25/06/2008 của Quốc hội về điều chỉnh địa giới hành chính thành phố Hà Nội và một số Tỉnh liên quan Theo Nghị quyết này, huyện Đan Phượng thuộc Hà Tây cũ được chuyển đổi hành chính từ huyện trực thuộc Tỉnh lên huyện trực thuộc Thành phố Hà Nội Với vị trí nằm thuận lợi cho phát triển kinh tế: nằm trên quốc lộ 32, cách trung tâm thành phố Hà Nội 20km và cùng với việc được sáp nhập vào Hà Nội Đan Phượng đang có sự chuyển biến về quá trình đô thị hóa Đan Phượng vốn là một huyện nông nghiệp sau khi sáp nhập vào Hà Nội nên quá trình đô thị hóa sau đó có thể tác động rất mạnh tới đất nông nghiệp hiện có

Việc tìm hiểu sự thay đổi sử dụng đất của Đan Phượng trước khi sáp nhập và sau khi sáp nhập và Hà Nội là vấn đề có ý nghĩa trợ giúp công tác quy hoạch

Để đánh giá diễn biến sử dụng đất trước khi và sau khi về Hà Nội thì cần có thông tin và tư liệu ảnh viễn thám đáp ứng được nhu cầu này Để phân tích diễn biến thay đổi sử dụng đất tại Đan Phượng thì cần thiết sử dụng các công cụ phân tích không gian - đa thời gian của GIS

Với những lý do trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Ứng dụng viễn thám và

GIS nghiên cứu tác động của việc mở rộng ranh giới hành chính Hà Nội năm

2008 tới biến động sử dụng đất ở huyện Đan Phượng”

2 Câu hỏi nghiên cứu:

- Thay đổi chức năng hành chính tác động đến chuyển đổi đất nông nghiệp như thế nào?

- Sử dụng Viễn thám và GIS như thế nào để trả lời câu hỏi nghiên cứu trên?

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

- Mục tiêu nghiên cứu:

+ Đánh giá tác động của mở rộng địa giới hành chính tới biến đổi đất nông nghiệp và đất xây dựng ở huyện Đan Phượng

- Nhiệm vụ nghiên cứu:

+ Khung lý thuyết về đô thị hóa

+ Tác động đô thị hóa đến sử dụng đất nông nghiệp

+ Tác động của thay đổi địa giới hành chính tới sử dụng đất

+ Các phương pháp đánh giá biến đổi sử dụng đất

+ Phân loại ảnh vệ tinh Spot 5,6,7

+ Đánh giá biến động đất nông nghiệp và đất xây dựng giai đoạn 2004-2016 tại huyện Đan Phượng

+ Sử dụng chỉ số cảnh quanh (Lanscape metric) đánh giá mẫu dạng biến đổi đất nông nghiệp và đất xây dựng giai đoạn 2004-2016 tại huyện Đan Phượng

+ Đánh giá tác động của thay đổi hành chính tới biến đổi đất nông nghiệp và đất xây dựng tại huyện Đan Phượng

4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Phạm vi không gian: Khu vực huyện Đan Phượng giai đoạn 2004 -2016

- Đối tượng nghiên cứu: Đất nông nghiệp và đất xây dựng

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân loại định hướng đối tượng

- Phương pháp biến động bảng chéo

- Phương pháp đo đạc cảnh quan (landscape metrics)

- Phương pháp phân tích không gian (xác định quan hệ địa giới và biến động đất nông nghiệp, đất xây dựng)

- Phương pháp kiểm chứng chứng ngẫu nhiên (Congalton) trên thực địa

6 Cơ sở tài liệu:

- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Đan Phượng năm 2014

- Ảnh vệ tinh huyện Đan Phượng (Hà Tây cũ) giai đoạn 2004 -2016 gồm ảnh Spot năm 2004, 2010, 2014, 2016

- Dữ liệu thống kê đất nông nghiệp huyện Đan Phượng giai đoạn 2004 - 2016

- Dữ liệu thống kê về kinh tế xã hội, sử dụng đất được thu thập từ phòng Tài nguyên - Môi trường của huyện Đan Phượng

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đưa ra quy trình phân loại ảnh định hướng đối tượng cho ảnh Spot tại huyện Đan Phượng

- Giúp nhà quy hoạch thấy thay đổi thực tế của sử dụng đất Đan Phượng cả quá trình 2004-2016

- Đánh giá được việc tác động của mở rộng Hà Nội đối với sử dụng đất ở huyện Đan Phượng

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm 3 chương cùng với phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị, Tài liệu tham khảo Dưới đây là tiêu đề các chương:

Chương 1: Tổng quan khung lý thuyết và phương pháp

Chương 2: Phương pháp xử lý số liệu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 1: TỔNG QUAN KHUNG LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP 1.1 Tổng quan về đô thị hóa

1.1.1 Đô thị hóa và tác động đô thị hóa đến sử dụng đất nông nghiệp

Đô thị hoá là một quá trình phát triển tất yếu của xã hội Theo nghĩa rộng đô thị hoá được hiểu như một quá trình phát triển toàn diện kinh tế và xã hội hay quan niệm quá trình đô thị hoá hiện nay như một quá trình phát triển của lịch sử thế giới, liên hệ mật thiết với sự phát triển của lực lượng sản xuất, các hệ thống xã hội và tổ chức môi trường sống của cộng đồng Hiểu theo nghĩa hẹp, đô thị hoá là quá trình chuyển cư từ lĩnh vực sản xuất nông nghiệp sang lĩnh vực phi nông nghiệp với tất cả các hệ quả của nó như sự tăng trưởng dân cư đô thị, sự nâng cao mức độ cơ sở hạ tầng của thành phố, sự xuất hiện của các thành phố mới (Nguyễn Ngọc Nga, 2003)

Đô thị hoá cũng được hiểu là một quá trình biến đổi kinh tế - xã hội - văn hoá

và không gian Chúng có mối quan hệ với nhau hết sức mật thiết, trong đó diễn ra

"sự chuyển dịch cơ cấu lao động, sự phát triển nghề nghiệp mới, sự tăng trưởng dân

cư, sự phát triển đời sống văn hoá, sự chuyển đổi lối sống và đi liền là sự mở rộng không gian thành hệ thống đô thị song song với việc tổ chức bộ máy hành chính và quân sự" (Nguyễn Ngọc Nga, 2003)

Đất đô thị bao gồm mặt đất, mặt nước và khoảng không gian nhất định bên trên và bên dưới nó trong khu vực đô thị Nhìn từ không gian địa lý kinh tế, thì đất

đô thị có nguồn gốc từ đất nông nghiệp và đất chưa sử dụng Đất đô thị là một phần của đất đai quốc gia được phát triển gắn liền với quá trình đô thị hóa Quá trình chuyển đổi hoạt động kinh tế và dân số từ vùng nông thôn vào vùng thành thị làm cho đất đô thị từ chỗ không khác mấy với đất nông nghiệp, dần phát triển về diện tích và tách khỏi nhóm đất này để mang những đặc tính khác biệt gắn với hoạt động kinh tế và đời sống dân cư phi nông nghiệp Mức độ đô thị hóa càng gia tăng, thì các sự khác biệt càng đậm nét và hình thành tính chất đặc trưng đất đô thị [5]

Một số nghiên cứu về đô thị hóa làm giảm đất nông nghiệp được thực hiện ở nhiều nước Châu Á như: Nghiên cứu chuyển đổi đất nông nghiệp theo quá trình đô thị hóa – mối đe dọa đối với tính bền vững tại vùng Trung Quốc có Su và cộng sự

năm 2011, Pan và Zao năm 2007, Xiao năm 2006 nghiên cứu về mở rộng đô thị và thay đổi sử dụng đất tại Thạch Gia Trang.Tại Việt Nam, chiến lược phát triển đô thị năm 1998 dự kiến đến năm 2020 đất đô thị là 450.000 ha nhưng chỉ đến 2005 đã lên đến 480.000 ha Diện tích đất này lấy chủ yếu từ đất nông nghiệp Như vậy đô thị hóa đã đang và sẽ tiếp tục làm giảm đất nông nghiệp

1.1.2 Tác động thay đổi địa giới hành chính đến mục đích sử dụng đất

Ranh giới đơn vị hành chính thể hiện sự tiếp giáp địa lý của từng khu vực Đặc điểm ranh giới hành chính cho thấy tính kết nối chặt chẽ nhiều mặt như giao thông, văn hóa, kinh tế, xã hội,…đối với các khu vực lân cận Chính tính kết nối đó

sẽ ảnh hưởng các đặc tính khu vực xung quanh tới một đơn vị hành chính Sử dụng đất là một biểu hiện rõ ràng cho đời sống mỗi bản địa thường có sự khác biệt Điều chỉnh ranh giới hành chính được hiểu là sự thay đổi mở rộng hoặc thu hẹp ranh giới hành chính

Mỗi đơn vị hành chính đều gắn liền với một bộ phận dân cư nhất định, mà cuộc sống của họ được bảo đảm bởi các hoạt động kinh tế - xã hội diễn ra trên địa bàn đơn vị hành chính đó Bất cứ sự thay đổi nào về địa giới đơn vị hành chính đều kèm theo sự thay đổi về những điều kiện tự nhiên - xã hội nhất định, gây nên những xáo trộn, khó khăn nhất định cho người dân địa phương, cũng như tạo ra những trở ngại nhất định trong việc phục vụ nhân dân, quản lý hành chính của bộ máy chính quyền nhà nước

Quyết định 40/2011/QĐ-UBND của UBND Thành phố Hà Nội quy định về trình tự, thủ tục cho phép hộ gia đình, cá nhân chuyển đổi mục đích sử dụng đất vườn, ao liền kề và đất nông nghiệp xen kẹt (không thuộc đất công) sang đất ở có hiệu lực ngày 20/11/2011

1.2 Các phương pháp đánh giá biến đổi sử dụng đất

1.2.1 Phương pháp phân loại ảnh

1.2.1.1 Khái niệm cơ bản về phân loại ảnh

Phân loại là kỹ thuật chiết tách thông tin phổ biến nhất trong viễn thám Trong không gian ảnh, một đơn vị phân loại được định nghĩa là một đoạn ảnh được

dùng làm quyết định phân loại Một đơn vị phân loại có thể là một pixel, một nhóm các pixel lân cận hoặc cả ảnh Trong phân loại đa phổ truyền thống, các lớp được sắp xếp chỉ dựa trên dấu hiệu phổ của đơn vị phân loại Trong phân loại theo ngữ cảnh, bên cạnh việc sử dụng các thông tin phổ của đơn vị phân loại, người ta còn sử dụng cả các thông tin về thời gian, không gian và các thông tin liên quan khác Thông thường, đó là pixel được sử dụng làm đơn vị phân loại [2]

Phân loại ảnh có hai phương pháp là phương pháp có kiểm định và phương pháp không kiểm định Phương pháp có kiểm định sử dụng các mẫu phân loại và phương pháp không kiểm định: chia ảnh thành các nhóm phổ và gộp các nhóm có giá trị phổ giống nhau lại Bản chất của phương pháp phân loại gắn cùng hai khái niệm: lớp thông tin, lớp phổ

1.2.1.2 Các nguyên tắc phân loại ảnh

a- Đặc trưng phản xạ phổ

Các thông tin về ảnh viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản

xạ từ các đối tượng tự nhiên trên mặt đất, việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò hết sức quan trọng Dựa trên đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên, các nhà nghiên cứu lựa chọn được các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin về đối tượng nghiên cứu nhất, đồng thời cũng là cơ

sở để nghiên cứu các tính chất của đối tượng và phân tách chúng

Hình 1.1 : Sơ đồ phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cơ bản [7]

Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố của ngoại cảnh cũng như bản thân các đối tượng đó Do đó, các đối tượng khác nhau sẽ có khả năng phản xạ phổ khác nhau

Từng nhóm đối tượng (đất, nước, thực vật) có đặc điểm phản xạ phổ chung Trong một vài trường hợp, khả năng phản xạ của các đối tượng khác nhau lại có giá trị giống nhau dẫn đến phân loại nhầm đối tượng Đây là một trong những hạn chế của ảnh vệ tinh Để chính xác hoá bản chất của đối tượng, thông tin do các dữ liệu viễn thám cung cấp cần phải đi kèm với một số thông tin [4]

Độ rộng cảnh 60 km

Độ phân giải không gian 10 m x 10m

Thời gian thu ảnh 27/12/2004, 20/12/2010

Bảng 1.2: Đặc điểm ảnh vệ tinh Spot 6

Bước sóng

Kênh 1 0,50-0,59 Kênh 2 0,61-0,68 Kênh 3 0,78-0,89 Kênh 4 1,58-1,75

Độ rộng cảnh 60 km

Độ phân giải không gian 10mx10m

Thời gian thu ảnh 09/10/2014

Bảng 1.3: Đặc điểm ảnh vệ tinh Spot 7

Bước sóng

Kênh 1 0,50-0,59 Kênh 2 0,61-0,68 Kênh 3 0,78-0,89

Độ rộng cảnh 60 km

Độ phân giải không gian 10mx10m

Thời gian thu ảnh 17/12/2016

Các thông số quan trọng nhất đặc trưng cho thông tin của một ảnh vệ tinh bao gồm độ phân giải không gian, độ phân giải phổ, độ phân giải thời gian và độ phân giải bức xạ

c- Kênh chỉ số dùng để phân loại

Kênh chỉ số được tính từ các kênh phổ của ảnh viễn thám Trong luận văn tác giả sử dụng chỉ số thực vật NDVI để tách chiết các đối tượng trên ảnh viễn thám Công thức tính chỉ số thực vật dựa vào đặc trưng phản xạ phổ của thực vật ở dải sóng màu đỏ và dải cận hồng ngoại: thực vật phản xạ rất mạnh nhất tại dải cận hồng ngoại và yếu nhất tại dải sóng màu đỏ

1.2.2 Phương pháp phân loại định hướng đối tượng

Phương pháp phân loại truyền thống dựa trên các điểm ảnh (pixel) có hiệu quả đối với những ảnh viễn thám có độ phân giải thấp và trung bình như Spot Tuy nhiên, khi xử lý các ảnh có độ phân giải không gian cao và rất cao như Quickbird, WorldView, GeoEyes thì phương pháp này có sự hạn chế do mối quan hê ̣tỷ lệ nghịch giữa độ phân giải không gian và đô ̣phân giải phổ.Trên ảnh độ phân giải cao, siêu cao các đối tượng thuộc cùng một lớp có thể có các đặc tính phản xạ phổ rất khác nhau do đó phương pháp phân loại truyền thống chỉ dựa vào đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng sẽ kém hiệu quả

Phân loại định hướng đối tượng được phát triển từ những năm 1970 mang những ưu việt ở phân tích dựa trên pixel Ngoài đặc điểm phổ phản xạ của đối tượng, phân loại định hướng đối tượng nhận biết trên các thông tin của đối tượng

về cấu trúc, kích thước và hình dạng, Ngoài ra, sự phát triển của công nghệ tính toán đã góp phần làm hoàn thiện hơn phương pháp này bằng khả năng tích hợp với các dữ liệu chuyên đề cũng như kiến thức chuyên gia như: mô hình số độ cao, bản

đồ địa chất, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ sử dụng đất…[28]

1.2.2.1 Phân bậc đối tượng

Quá trình phân loại bao gồm các bước xác định đối tượng ở các cấp bậc khác nhau Việc liên kết các đối tượng theo cấp bậc rất cần thiết khi phân loại ảnh ở nhiều đô ̣phân giải khác nhau [4] Cách phân chia như vậy đảm bảo mỗi đối tượng được phân loại theo một thuật toán khác nhau nhưng các đối tượng ở nhiều cấp bậc khác nhau của nhóm vẫn kế thừa các đặc trưng chung của nhóm đó Hệ thống cấp bậc được sắp xếp theo dạng cấu trúc hình cây Quy trình phân loại là xác định đối tượng ở các cấp bậc khác nhau Bởi vậy mỗi đối tượng con sẽ được kế thừa những đặc trưng chung của nhóm Các thông số sử dụng để xây dựng cơ sở tri thức trong phân loại định hướng đối tượng là đặc trưng phổ của dữ liệu viễn thám, lựa chọn tỷ

lệ thích hợp cho việc phân mảnh ảnh, xác định bối cảnh (context) và mối phụ thuộc

có tính phân cấp giữa các đối tượng, tính bất định (uncertainty) của bản thân các dữ liệu viễn thám, dữ liệu chuyên đề và của khái niệm mờ (fuzzy concept)

Hình 1.2: Sơ đồ phân cấp bậc các đối tượng trên ảnh

Cấu trúc của việc phân bậc phải đảm bảo theo hai quy tắc sau :

- Đường bao của đối tượng bậc cao phải theo đường bao của các đối tương ̣ bâc ̣ thấp hơn

- Đối tượng bậc thấp hơn bị phân mảnh trong phạm vi đường bao của các đối tượng bậc cao hơn [14]

1.2.2.2 So sánh phương pháp phân loại định hướng đối tượng và phân loại dựa trên pixel

Tại Việt Nam có nhóm tác giả nghiên cứu về “so sánh phương pháp phân

loại điểm ảnh và phân loại định hướng đối tượng chiết xuất thông tin lớp phủ bề mặt từ ảnh độ phân giải cao” [9] sử dụng ảnh phân giải cao WorldView 2 nghiên

cứu tại Quận Cầu Giấy Hà Nội Kết quả nghiên cứu chỉ ra sử dụng phương pháp định hướng đối tượng cho kết quả tốt hơn phương pháp phân loại điểm ảnh với độ chính xác là 87,4%

Trên thế giới đã có nhiều tác giả nghiên cứu so sánh độ chính xác giữa hai phương pháp phân loại trên với ảnh có độ phân giải cao như Quickbird [17] cho thấy phân loại định hướng đối tượng có độ chính xác trên 80% cao hơn nhiều so với dựa trên pixel

Vậy nên việc phân loại bằng phương pháp định hướng đối tượng cho ảnh có

độ phân giải cao như Spot 5,6,7 kết hợp sử dụng nhiều lớp chuyên đề nên đã tăng

độ chính xác cao hơn nhiều so với phương pháp phân loại trên pixel Khu vực đô thị các đối tượng có kích thước nhỏ, phong phú, đa dạng, đan xen phức tạp nên cần sử dụng ảnh viễn thám độ phân giải cao Đối với loại dữ liệu ảnh độ phân giải cao, siêu cao và ở vùng đô thị hoặc giáp ranh thì phân loại hướng đối tượng thích hợp hơn và thường cho độ chính xác cao

1.2.3 Phương pháp đánh giá biến động bảng chéo

Sử dụng công cụ Intersect trong Arcgis 10.2 chống xếp thông tin bản đồ cho

ra bảng dữ liệu thuộc tính của cặp ảnh của giai đoạn nghiên cứu Từ đó thành lập

ma trận bảng chéo đánh giá chính xác diện tích thay đổi của từng đối tượng đất cho nhau trong giai đoạn nghiên cứu

1.3 Phương pháp đo đạc cảnh quan (landscape metrics)

Số liệu cảnh quan hoặc chỉ số được định nghĩa là chỉ số định lượng để mô tả cấu trúc và mô hình của một cảnh quan Số liệu cảnh quan phát triển trên các biện pháp thông tin lý thuyết và hình học fractal Ứng dụng quan trọng của số liệu cảnh quan bao gồm việc phát hiện các mô hình cảnh quan, đa dạng sinh học, và chia cắt

sinh cảnh, mô tả những thay đổi về cảnh quan, và việc điều tra các hiệu ứng quy

mô trong việc mô tả cấu trúc cảnh quan Điều tra liên quan thường tập trung vào việc phân tích cấu trúc của các mảnh, định nghĩa là khu vực không gian phù hợp với các tính năng chuyên đề tương tự như những thực thể đồng nhất cơ bản, trong việc mô tả hoặc đại diện cho một phong cảnh [1] Các số liệu phổ biến nhất được

sử dụng là chỉ số lan truyền và kích thước fractal Các chỉ số Fractal được gộp thành 7 nhóm [15]:

Nhóm các chỉ số

hình dạng

Perimeter-Area Fractal Dimension (PAFRAC), Perimeter-Area Ratio Distribution (PARA), Shape Index Distribution (SHAPE), Fractal Index Distribution (FRAC), Linearity Index Distribution (LINEAR), Related Circumscribing Circle Distribution

(CIRCLE), Contiguity Index Distribution (CONTIG)

Nhóm các chỉ số

vùng lõi

Total Core Area (TCA), Core Area Percentage of Landscape (CPLAND), Number of Disjunct Core Areas (NDCA), Disjunct Core Area Density (DCAD), Core Area Distribution (CORE), Disjunct Core Area Distribution (DCORE), Core Area Index Distribution (CAI)

Nhóm các chỉ số

mức độ tương phản

Contrast-Weighted Edge Density (CWED), Total Edge Contrast Index (TECI), Edge Contrast Index Distribution (ECON)

Nhóm chỉ số kết

nối

Patch Cohesion Index (COHESION), Connectance Index (CONNECT), Traversability Index (TRAVERSE)

1.4 Phương pháp kiểm chứng chứng ngẫu nhiên trên thực địa

Phương pháp kiểm chứng ngẫu nhiên đánh giá độ chính xác của kết quả giải

đoán theo bảng ma trận confusion matrix và hệ số kappa

Confusion matrix có chứa thông tin về thực tế và dự báo phân loại được thực

hiện bởi một hệ thống phân loại Hệ số kappa được tính toán theo công thức:

Trong đó: r là số hàng trong ma trận, xii là số giá trị trong hàng i và cột i, xi+

và x+i là tổng giá trị của hàng i và cột i, trong đó chú ý N là tổng số các giá trị

Đầu tiên là Landis và Koch [28] :

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DỮ LIỆU 2.1 Hiện trạng sử dụng đất của huyện Đan Phượng

2.1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên

2.1.1.1 Vị trí địa lý

Đan Phượng là huyện ngoại thành, nằm ở phía Tây Bắc thủ đô Hà Nội Vị trí địa lý tiếp giáp như sau: phía Bắc giáp huyện Mê Linh - Tỉnh Vĩnh Phúc; phía Nam giáp huyện Hoài Đức; phía Đông giáp huyện Từ Liêm; phía Tây giáp huyện Phúc

Thọ Vị trí địa lý kinh tế của Đan Phượng là yếu tố quan trọng tạo nên tiềm năng phát

triển sản xuất nông nghiệp và kinh tế của huyện

Hình 2.1: Sơ đồ vị trí huyện Đan Phượng 2.1.1.2 Địa hình, địa mạo

Là huyện có địa hình tương đối bằng phẳng; thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam Cơ bản địa hình của huyện được chia thành 2 vùng chính là vùng bãi bồi và vùng đồng bằng

2.1.1.3 Khí hậu

Đan Phượng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, 1 năm chia thành 4 mùa khá rõ nét với các đặc trưng khí hậu chính như sau:

Nhiệt độ không khí: Nhiệt độ trung bình năm từ 23,1- 23,5 0C, chia làm hai mùa Mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 10 Mùa đông lạnh kéo dài từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ trung bình tháng từ 15,7- 21,4 0C Tháng 1 có nhiệt độ trung bình thấp nhất là 15,7 0C

Lượng mưa: Lượng mưa trung bình năm là 1.521 - 1.676 mm, phân bố trong năm không đều, mưa tập trung từ tháng 4 đến tháng 10, chiếm 85,2 % tổng lượng mưa cả năm (chủ yếu các tháng 7,8,9, lượng mưa ngày lớn nhất có thể tới 336,1mm) Mùa khô từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, tháng mưa ít nhất là tháng

12, tháng 1 và tháng 2 chỉ có 17,5 - 23,2 mm

Độ ẩm không khí: Độ ẩm không khí trung bình năm là 85%, giữa các tháng trong năm biến thiên từ 80 - 89% Độ ẩm không khí thấp nhất trong năm là các tháng 11, tháng 12, tuy nhiên chênh lệch về độ ẩm không khí giữa các tháng trong năm không lớn

Gió: Hướng gió về mùa khô là gió mùa Đông Bắc từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau Còn lại các tháng trong năm chủ yếu là gió Nam, gió Tây Nam và gió Đông Nam

Sương muối hầu như không có; mưa đá rất ít khi xảy ra Thông thường cứ 10 năm mới quan sát thấy mưa đá 1 lần

2.1.1.4 Thuỷ văn

Huyện Đan Phượng có 2 nhánh sông chính chảy qua là sông Hồng và sông Đáy Sông Hồng: chảy qua địa phận huyện 15 km, nguồn thủy năng của sông Hồng rất lớn lên tới 174 tỷ m3/năm; nguồn nước sông Hồng có ý nghĩa quan trọng đối với công tác thủy lợi và cải tạo đồng ruộng

Sông Đáy: là một phân lưu của sông Hồng bắt đầu từ đập Phùng; hiện nay do dòng chảy bị ngăn cách với sông Hồng bởi đập Đáy nên vào mùa khô, nước sông bị cạn kiệt, lưu lượng nước không đủ cung cấp cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt cho nhân dân

Ngoài ra, huyện còn có hệ thống hồ đập lớn nhỏ, đảm bảo việc tưới tiêu cho diện tích đất canh tác, sản xuất nông nghiệp của huyện

2.1.2 Các nguồn tài nguyên

2.1.2.1 Tài nguyên đất

Nằm trong vùng châu thổ sông Hồng, đất đai của huyện chủ yếu được bồi lắng của phù sa Kết quả nghiên cứu điều tra khảo sát ngoài thực địa, kết hợp với số liệu phân tích đất cho thấy huyện Đan Phượng có 2 nhóm đất chính và 6 đơn vị đất

2.1.2.2 Tài nguyên nước

Nguồn nước được lấy từ sông Hồng, sông Đáy, thông qua hệ thống kênh mương dày đặc Nguồn nước này tạo điều kiện thuận lợi để đẩy mạnh thâm canh tăng

vụ Ngoài ra, hệ thống đầm hồ, ao ven đê…cũng góp phần tích cực cho việc chống hạn Hiện nay, nguồn nước mặt của huyện chủ yếu dùng cho sản xuất, song khả năng khai thác sử dụng còn hạn chế

Trung bình hàng năm lượng nước đến từ hai con sông này đạt tới khoảng 95 tỷ

m3 Ngoài ra, tài nguyên nước của huyện còn được bổ sung thêm một lượng đáng kể từ nguồn nước mưa dồi dào (lượng mưa bình quân/năm từ 1.600-1.800 mm)

2.1.2.3 Tài nguyên khoáng sản

Khoáng sản của huyện chủ yếu là đất sét vùng bãi bồi có thể dùng cho sản xuất gạch ngói ở các xã trong huyện Ngoài ra, còn có cát xây dựng ở khu vực triền sông Hồng đủ để đáp ứng nhu cầu trong vùng và khu vực

2.1.2.4 Cảnh quan môi trường

Đan Phượng mang nét đặc trưng của vùng đồng bằng sông Hồng; các điểm dân cư sống tập trung theo thôn xóm, dòng họ là chủ yếu Trong những năm qua môi trường sinh thái đã có những cải thiện đáng kể, đa số dân cư trong huyện được

sử dụng nước giếng khoan, giếng khơi và nước mưa cho sinh hoạt; mô hình bếp Biôga bước đầu được xây dựng Vấn đề đang bức xúc hiện nay là hệ thống cống rãnh, tiêu thoát nước trong các khu dân cư, rác thải trong khu dân cư; nhất là đối với các xã có diện tích đất khu dân cư nhỏ, dân số đông và rác thải từ các xí nghiệp, nhà mày trên địa bàn huyện

Trong những năm qua, các làng nghề được khôi phục phát triển như: chế biến đồ gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng là động lực để thúc đẩy nền kinh tế của

huyện phát triển theo hướng Công nghiệp hoá - hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn Tuy nhiên, đây cũng chính là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường và cần được sớm giải quyết

2.1.2.5 Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, tài nguyên và cảnh quan

môi trường

Huyện Đan Phượng là một trong những vùng kinh tế trọng điểm phía Tây Hà Nội; có vị trí địa lý thuận lợi, giáp với trung tâm thủ đô Hà Nội và các trung tâm kinh tế lớn; địa hình đồng bằng, trình độ dân trí cao, có nhiều khả năng nắm bắt được những tiến bộ mới của khoa học kỹ thuật

Phần lớn đất đai trong vùng là đất phù sa có chất lượng (độ phì nhiêu màu mỡ) khá tốt, cân đối về số lượng, địa hình tương đối bằng phẳng với độ cao và độ dốc hợp lý, làm cơ sở nền tảng cho phát triển các ngành kinh tế - xã hội, đặc biệt là kinh tế nông nghiệp và phát triển không gian xanh theo định hướng quy hoạch Đan Phượng là vành đai xanh của Hà Nội

Có thành phố Hà Nội là thị trường tiêu thụ lớn các loại nông sản, sản phẩm tiểu thủ công nghiệp và công nghiệp tiêu dùng khác Là địa bàn mở rộng của thủ đô

Hà Nội về mạng lưới giao thông của các doanh nghiệp trên địa bàn Hà Nội, có nhiều điều kiện thu hút đầu tư vào các cụm, điểm công nghiệp, các khu đô thị trên địa bàn huyện

2.1.3 Thực trạng điều kiện kinh tế

Tổng giá trị sản xuất năm 2016 đạt 3.655 tỷ đồng (giá CĐ1994), tăng 10,6%

so với năm 2015, đạt 103,8% so kế hoạch năm, trong đó: GTSX Nông nghiệp 388

tỷ đồng, tăng 1,7%, đạt 101,9% so với năm 2015; GTSX Công nghiệp - Xây dựng: 1.875 tỷ đồng, tăng 6,6%, đạt 121,8% kế hoạch năm; GTSX Thương mại - Dịch vụ 1.695 tỷ đồng, tăng 17,3%, đạt 102,6% so với năm 2015

2.1.3.1 Nông nghiệp - Phát triển nông thôn

Tổng giá trị sản xuất nông nghiệp 2016 thực hiện 388 tỷ đồng Tổng diện tích gieo trồng đạt 6.692,42 ha, trong đó diện tích trồng lúa là 2.929,44 ha, bằng 91,19%

so với năm 2015; năng suất lúa bình quân đạt 66,7 tạ/ha (năm 2015 là 62,5 tạ/ha) Giá trị sản xuất ngành nông, lâm, thủy sản đạt trên 170 triệu đồng/ha canh tác

2.1.3.2 Công nghiệp - Xây dựng

Giá trị sản xuất công nghiệp năm 2016 đạt 1.875 tỷ đồng, tăng 6,6%, đạt 121,8% kế hoạch năm Huyện đã hoàn thành xây dựng hạ tầng và đưa các hộ thuê đất vào sản xuất kinh doanh tại Điểm công nghiệp tiểu thủ công nghiệp, làng nghề

Hồ Điền xã Liên Trung; có kế hoạch mở rộng các cụm công nghiệp trên địa bàn huyện, thành lập trung tâm Phát triển Cụm công nghiệp huyện Đan Phượng

2.1.3.3 Thương mại - Dịch vụ

Hoạt động Thương mại - dịch vụ được duy trì, hàng hóa lưu thông phong phú,

đa dạng Tổng mức hàng hóa bán lẻ đạt 3.070 tỷ đồng, tăng 14% so với năm 2015

2.1.4 Hiện trạng sử dụng đất tại Huyện Đan Phượng

Diện tích đất tự nhiên Huyện Đan Phượng tính đến ngày 31/12/2016 là 7800,37 ha gồm: diện tích đất nông nghiệp 3761,24 ha, diện tích đất phi nông nghiệp là 3165,35 ha, diện tích đất chưa sử dụng 908,11 ha Trong đó, đất nông nghiệp bao gồm: mặt nước chuyên dùng, đất sông ngòi kênh rạch suối; đất nông nghiệp bao gồm mặt nước nuôi trồng thủy sản Tổng diện tích mặt nước là: 996,27

ha Đất chưa sử dụng là 1050,52 ha

Cơ cấu sử dụng đất 2016 là: đất nông nghiệp chiếm 46,06%, đất xây dựng ( đất phi nông nghiệp không bao gồm mặt nước); đất xây dựng chiếm 29,53% ; đất trống chiếm 11,64%; mặt nước chiếm12,77% (theo thống kê của Phòng Tài nguyên Huyện Đan Phượng)

Xu hướng biến đổi sử dụng đất giai đoạn 2004-2016 theo thống kê của Phòng Tài nguyên huyện Đan Phượng là: đất xây dựng tăng liên tục trong cả giai đoạn, trung bình mỗi năm tăng 36,96 ha; đất nông nghiệp giảm liên tục trong cả fiai đoạn với trung bình mỗi năm giảm 20,15 ha, đất mặt nước xu hướng giảm với trung bình mỗi năm 20,92 ha; đất trống xu hướng tăng với trung bình mỗi năm 10,96 ha Với hướng biến động sử dụng đất trong cả giai đoạn như trên, ta có thể kết luận Đan Phượng đang chuyển biến mục đích sử dụng đất hướng đô thị hóa

Hình 2.1: Biểu đồ thống kê sử dụng đất tại huyện Đan Phượng [9]

2.2 Phân loại ảnh vệ tinh Spot 5,6,7

2.2.1 Xây dựng bảng chú giải

Xác định hệ thống phân loại là bước đầu tiên rất quan trọng để xây dựng bản

đồ sử dụng đất cũng như bản đồ lớp phủ trong viễn thám Hệ thống phân loại cần phải phù hợp với khả năng cung cấp thông tin của dữ liệu viễn thám [7] Thiết lập phân loại không chỉ dựa vào các đối tượng nhìn thấy trên ảnh, mà còn phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố khác: độ phân giải của ảnh viến thám, thời gian chụp của vệ tinh, những kiến thức hiểu biết về địa phương, …

Bảng 2.1: Chú giải phân loại

Lớp phủ phân loại Chi tiết đối tượng

Lớp phủ mặt nước 1 Hồ ao, sông suối, kênh mương

Lớp phủ đất nông nghiệp

2 Vùng chuyên canh lúa, lúa màu

3 Vùng chuyên canh rau màu, cây ngắn ngày khác

4 Đất trồng cây lâu năm

Lớp phủ đất xây dựng

5 Khu dân cư đô thị, dân cư nông thôn

6 Khu công nghiệp, công trình xây dựng

7 Đường giao thông Lớp phủ mặt đất khác 8 Đất chưa sử dụng, bãi bồi

Thống kê sử dụng đất tại Huyện Đan Phượng

Đất nông nghiệp Mặt nước Đất xây dựng Đất trống

Bảng 2.2: Mẫu giải đoán ảnh 2016

Đất xây

dựng

Xanh lam (đậm hoặc nhạt, thậm chí trắng tuỳ theo mật độ công trình)

Đất lúa Màu xanh lá nhạt

nâu, cấu trúc mịn (ruộng đã gặt)

Đất nông

nghiệp khác

Xanh lam (cây đang trồng), trắng (cây đã thu hoạch)

Mặt nước Đen, xanh lá cây lẫn

xanh lam (tối hoặc sáng theo độ sâu và

độ sạch)

Đất trống Màu nâu, đốm xanh

2.2.2 Qui trình phân loại ảnh

Các bước tiến hành xử lý dữ liệu phục vụ cho việc nghiên cứu được

thực hiện trình tự theo sơ đồ hình 2.2 bên dưới:

Hình 2.2: Quy trình xử lý ảnh

Bước 1: Cắt ảnh khu vực nghiên cứu:

Ảnh vệ tinh sử dụng được nắn về cùng hệ tọa độ WGS84 và cùng độ phân

giải 10m Tiến hành xử lý cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu huyện Đan

Phượng được kết quả như sau:

Hình 2.3: Ảnh năm 2004 Hình 2.4: Ảnh năm 2010

Hình 2.5: Ảnh năm 2014 Hình 2.6: Ảnh năm 2016

Bước 2: Phân loại định hướng đối tượng

Quá trình phân loại thực hiện trên phần mềm eCogniton Đầu tiên là phân đoạn ảnh, dựa trên lựa chọn các trọng số về hình dạng, màu sắc, độ chặt, độ trơn, tham số tỷ lệ Các thông số này được thực hiện và lựa chọn khi thấy các đối tượng được phân mảnh tương đối chính xác Xây dựng bộ quy tắc phân loại cho các đối tượng chiết xuất gồm: đất nông nghiệp, đất xây dựng, mặt nước và đất trống

Bộ quy tắc phân loại ảnh năm 2004:

Bộ quy tắc phân loại ảnh năm 2010:

Bộ quy tắc phân loại ảnh 2014:

Bộ quy tắc phân loại 2016:

Hình 2.7: Phân loại năm 2004 Hình 2.8: Phân loại năm 2010

Hình 2.9: Phân loại năm 2014 Hình 2.10: Phân loại năm 2016

Bước 3: Kiểm tra độ chính xác thực địa

Các điểm GPS được thu thập một cách ngẫu nhiên 71 điểm phân bố đều trên

địa bàn nghiên cứu đối với tất cả các đối tượng lớp phủ

Bảng 2.3: Ma trận kiểm chứng sai số 2016

Đất xây dựng

Đất nông

Mặt nước

Group true

Bảng 2.4: Độ chính xác phân loại của từng lớp