Ứng dụng viễn thám trong phân tích biến động sử dụng đất phục vụ quy hoạch sử dụng đất tp hồ chí minh

Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn nêu trên, nhằm tạo thêm một kênh thông tin cung cấp cho các nhà quản lý và các nhà quy hoạch có nhiều phương án lựa chọn để từ đó định hướng quy hoạc

Y”Z

TRƯƠNG MINH PHƯỚC

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM TRONG PHÂN TÍCH BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT PHỤC VỤ QUY HOẠCH SỬ

Cán bộ hướng dẫn khoa học(Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị và chữ ký)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRƯƠNG MINH PHƯỚC Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 04/8/1982 Nơi sinh: Quảng Nam

Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn Thám và Hệ Thông tin Địa lý MSHV: 01006243

I- TÊN ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM TRONG PHÂN TÍCH BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT PHỤC VỤ QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

− Tìm hiểu các vấn đề liên quan trong việc ứng dụng phân tích biến động sử dụng đất

− Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của Viễn thám để đề xuất mô hình xử lý

− Thu thập cơ sở dữ liệu cho khu vực nghiên cứu ứng dụng

− Xây dựng quy trình phân tích biến động sử dụng đất

− Thể nghiệm mô hình đề xuất và đánh giá kết quả đạt được

− Định hướng phát triển và mở rộng đề tài trên cơ sở kết quả đạt được

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2008

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NGHIỆM VỤ: 30/11/2008

− Quý Thầy, Cô lớp cao học ngành Bản đồ, Viễn thám và hệ thông tin địa lý trường Đại học Bách Khoa đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong học tập và nghiên cứu khoa học

− Lãnh đạo Trung tâm Viễn thám và Hệ thông tin địa lý - Viện Địa lý tài nguyên Thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp dữ liệu, tài liệu và đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

− Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình: Cha, mẹ, anh, chị, em đã động viên, hỗ trợ về vật chất lẫn tinh thần cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Do thời gian và kiến thức có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy, cô và các bạn

Học viên

TRƯƠNG MINH PHƯỚC

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đối tượng thực phủ là một trong những mối quan tâm về môi trường hiện nay trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Việc quan sát biến động thực phủ trên bình diện rộng có thể sớm cảnh báo những thay đổi bất thường về thực phủ cũng như đưa ra những dự báo của việc sử dụng đất cho tương lai

Do đó việc quan sát trên bình diện rộng bằng ảnh vệ tinh cùng với kỹ thuật viễn thám là việc rất cần thiết cho các nhà quản lý vì tính chất tiết kiệm

về thời gian và giá thành, nhanh chóng, chính xác và khách quan so với các phương pháp truyền thống

Trong luận văn này, đánh giá biến động sử dụng đất thực hiện bằng xử

lý ảnh viễn thám giữa các thời điểm thu nhận ảnh Kết quả xử lý là các lớp thông tin chuyên đề và thông tin được lưu trữ trên máy vi tính dưới dạng số Điều đó cho phép người sử dụng có thể phân tích, tổng hợp và đưa ra những quyết định có lợi nhất ở hiện tại cũng như có thể đưa ra những dự báo quy hoạch sử dụng đất trong tương lai nhằm khai thác và bảo vệ tài nguyên đất, tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho lợi ích của con người

ABSTRACT

Today, the study of vegetation cover has attracted the interest from many researchers in the world, in paricular researchers in Vietnam Detection of the change of vegetation cover can help issuing early alert about flood, drought, forest fire, and other disasters

Using Remote Sensing to identify, record and analyze land use/ land cover and change detection is viewed as an economical and scientific solution for large area and real-time study purposes This is essential for managers to make in-time and accurate decisions

In this thesis, land use/ land cover mapping and changed detection using Remote Sensing methodology are to compare, analyze at two dates of satellite data acquisition This helps users to make adequate decisions to exploit and protect natural resources in general, land resource in particular, and serving in human interest

The main objectives of the study are:

− To prepare land use/ land cover maps of the area by applying Remote Sensing data based on physical characteristics of ground cover;

− To study the change in land use/ land cover in different time period (1989, 2001 and 2006) for a part of Ho Chi Minh City;

− To make a more sustainable and optimal landsue plan for the Ho Chi Minh city period 2006 – 2010 and beyond

MỤC LỤC

Lời cám ơn i

Tóm tắt Luận văn ii

Abstract iii

Mục lục iv

Danh sách các hình vẽ vii

Danh sách các sơ đồ vii

Danh sách các bảng, biểu viii

Danh sách các phụ lục viii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Kết quả cụ thể đạt được 2

1.4 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

1.5 Giới hạn của đề tài 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM TRONG PHÂN TÍCH BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT 5

2.1 Tổng quan về Viễn Thám 5

2.1.1.1 Các cơ sở Viễn thám 5

2.1.1.2 Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn thám 6

2.2 Các ứng dụng Viễn thám 7

2.2.1 Thực trạng sử dụng tại Việt Nam 7

2.2.1 Nhu cầu ứng dụng .8

2.3 Các đề tài nghiên cứu liên quan 9

2.3.1 Các nghiên cứu trong nước 9

2.3.2 Các đề tài nghiên cứu ở nước ngoài 13

2.3.3 Nhận xét chung 14

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

3.1 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu biến động thực phủ và sử dụng đất 15

3.1.1 Tầm quan trọng của nghiên cứu thực phủ và sử dụng đất 15

3.1.1.1 Khái niệm thực phủ và sử dụng đất 15

3.1.1.2 Tầm quan trọng của việc thành lập bản đồ thực phủ và sử dụng đất 15

3.1.2 Phân tích biến động thực phủ và biến động sử dụng đất trên Thế giới và ở Việt Nam 16

3.1.2.1 Trên Thế giới 16

3.1.2.2 Tại Việt Nam 17

3.2 Phương pháp nghiên cứu 18

3.2.1 Phương pháp luận nghiên cứu đề tài 18

3.2.2 Các chỉ số và thuật toán: 18

3.2.2.1 Chỉ số NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) 18

3.2.2.2 Chỉ số toán TVI (Transform Vegetation Index) 19

3.2.2.3 Chỉ số toán RVI (Ratio Vegetation Index) 20

3.2.2.4 Chỉ số EVI (Enhanced Vegetation Index) 20

3.2.2.5 Năm thuật toán biến động thực phủ của Zhan 20

3.2.2.6 Kỹ thuật trừ ảnh 21

3.2.2.7 Kỹ thuật tạo ảnh tỉ số 22

3.2.2.8 Kỹ thuật phân tích thành phần chính 22

3.2.2.9 Kỹ thuật so sánh sau phân loại 22

3.2.3 Các phương pháp để phân loại và phát hiện thay đổi lớp thực phủ 23

3.2.3.1 Phân loại gần đúng nhất (Maximum Likelihood Classifier- MLC) 23

3.2.3.2 Phân loại mạng neural đa lớp LNN (Layered Neural Networks) 24

3.2.3.3 Phân loại theo cây quyết định (decision tree) .27

3.2.4 Các bước tiến hành thực hiện Luận văn 28

3.2.5 Qui trình thực hiện 33

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG DỮ LIỆU ẢNH LANDSAT VÀO NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 34

4.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 34

4.1.1 Vị trí địa lý 34

4.1.2 Địa hình, địa mạo 36

4.1.3 Các nguồn tài nguyên 38

4.1.3.1 Tài nguyên đất 38

4.1.3.2 Tài nguyên nhân văn 38

4.1.4 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội 39

4.1.4.1 Tăng trưởng kinh tế 39

4.1.4 2 Dân số, lao động, việc làm và thu nhập 39

4.1.4.3 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội gây áp lực đối với đất đai 40

4.2 Dữ liệu 42

4.2.1 Tài liệu sử dụng 42

4.2.2 Dụng cụ và phần mềm sử dụng 42

4.3 Tiến trình xử lý dữ liệu 42

4.3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền cho vùng nghiên cứu 42

4.3.1.1 Nguồn tài liệu sử dụng 42

4.3.1.2 Qui trình thực hiện 44

4.3.1.3 Nội dung thực hiện 44

4.3.1.4 Kết quả đạt được 47

4.3.2 Thành lập dữ liệu chuyên đề 47

4.3.2.1 Nguồn tài liệu sử dụng 47

4.3.2.2 Qui trình thực hiện 48

4.3.2.3 Nội dung thực hiện 49

4.3.2.4 Kết quả đạt được 53

4.3.3 Đánh giá độ chính xác 56

4.3.3.1 Nguồn dữ liệu kiểm tra 56

4.3.3.2 Phương pháp lấy mẫu kiểm tra 56

4.3.3.3 Công thức đánh giá độ chính xác 57

4.4 Phân tích, đánh giá biến động sử dụng đất Thành phố Hồ Chí Minh 58

4.4.1 Tình hình sử dụng đất Thành phố Hồ Chí Minh qua các giai đoạn 58

4.4.1.1 Tình hình sử dụng đất Thành phố Hồ Chí Minh năm 1989 58

4.4.1.1 Tình hình sử dụng đất Thành phố Hồ Chí Minh năm 2001 60

4.4.1.2 Tình hình sử dụng đất Thành phố Hồ Chí Minh năm 2006 61

4.4.2 Phân tích sự thay đổi hình thức sử dụng đất qua các giai đoạn 63

4.4.2.1 Sự thay đổi hình thức từ năm 1989 đến năm 2001 .63

4.4.2.2 Sự thay đổi hình thức từ năm 2001 đến năm 2006 .65

CHƯƠNG 5 QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT TRONG TƯƠNG LAI 69

5.1 Phân tích hiện trạng và đánh giá biến động, hiệu quả sử dụng đất đai 69

5.1.1 Phân tích hiện trạng và biến động đất đai giai đoạn 1989 – 2006 .69

5.1.2 Đánh giá hiệu quả việc sử dụng đất giai đoạn 1989 - 2006 70

5.2 Đánh giá tiềm năng thích nghi đất đai 72

5.3 Định hướng và quan điểm sử dụng đất 73

5.3.1 Quy hoạch và định hướng của các ngành 73

5.3.2 Mục tiêu quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 73

5.3.3 Quan điểm và các nguyên tắc khai thác sử dụng đất đai .74

5.5 Quy hoạch sử dụng đất trong tương lai 74

5.5.1 Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010 74

5.5.2 Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 77

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

6.1 Kết luận 79

6.2 Kiến nghị 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 83

Danh sách các hình vẽ

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu ảnh Viễn thám 05

Hình 3.1 Phương pháp phân loại gần đúng nhất 24

Hình 3.4 Sai số trong xử lý mạng neural Networks 25

Hình 3.5 Các band ảnh sau khi phân loại bởi phương pháp neural Networks 26

Hình 4.1 Khu vực nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh 35

Hình 4.2 Ảnh vệ tinh tại các thời điểm năm 1989 và 2001 43

Hình 4.3 Ảnh vệ tinh tại các thời điểm năm 2006 43

Hình 4.7 Hộp thoại thể hiện tọa độ và sai số các điểm nắn 45

Hình 4.15 Kết quả phân loại sử dụng đất năm 1989 53

Hình 4.16 Kết quả phân loại sử dụng đất năm 2001 54

Hình 4.17 Kết quả phân loại sử dụng đất năm 2006 55

Hình 5.1 Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010, định hướng đến năm 2020 78

Danh sách các sơ đồ

Sơ đồ 3.2 Quy trình thực hiện trong quá trình nghiên cứu 33

Danh sách các bảng biểu

Bảng 3.1 Các loại hình sử dụng đất được chọn nghiên cứu 29

Bảng 3.3 Ma trận biến động sử dụng đất theo diện tích 30

Bảng 4.1 Diện tích tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh 36

Bảng 4.2 Biến động dân số Thành phố Hồ Chí Minh năm 2000 - 2004 39

Bảng 4.7 Ma trận đánh giá độ chính xác ảnh phân loại năm 1989 57

Bảng 4.8 Ma trận đánh giá độ chính xác ảnh phân loại năm 2001 57

Bảng 4.9 Ma trận đánh giá độ chính xác ảnh phân loại năm 2006 58

Bảng 4.13 Bảng chu chuyển giữa các loại đất từ năm 1989 đến năm 2001 64

Bảng 4.14 Tình hình sử dụng và biến động đất giai đoạn 1989 - 2001 64

Bảng 4.15 Bảng chu chuyển giữa các loại đất từ năm 2001 đến năm 2006 66

Bảng 4.16 Tình hình sử dụng và biến động đất giai đoạn 2001 - 2006 66

Biểu đồ 4.1 Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất năm 1989 53

Biểu đồ 4.2 Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất năm 2001 54

Biểu đồ 4.3 Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất năm 2006 55

Biểu đồ 4.4 Cơ cấu diện tích các loại đất qua các năm 1989-2001-2006 56

Biểu đồ 4.5 Biểu đồ biến động một số loại đất giai đoạn 1989 – 2001 64

Biểu đồ 4.6 Biểu đồ biến động một số loại đất giai đoạn 2001 – 2006 66

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

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 các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh và quốc phòng

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm văn hóa, kinh tế của cả nước, trong những năm gần đây tốc độ phát triển kinh tế diễn ra rất mạnh mẽ, quá trình đô thị hóa nhanh chóng dẫn đến nhiều biến động về đất đai Đô thị Thành phố Hồ Chí Minh đang trong tình trạng quá tải về khả năng giải quyết việc làm cũng như khả năng xây dựng nhà ở và sự đảm bảo nhu cầu sử dụng các phương tiện khác Tỉ lệ gia tăng dân số tự nhiên và đáng quan tâm là sự gia tăng dân số cơ học của các luồng nhập cư đổ dồn vào Thành phố đã và đang làm trầm trọng thêm những tồn tại vốn có, mà còn dẫn đến việc quản lý đô thị trở nên phức tạp và khó khăn Việc quan sát trên bình diện rộng những biến động về đất đai tại thành phố Hồ Chí Minh là vấn đề rất cần thiết cho các cơ quan hữu trách có thể quản lý Thành phố để từ đó có thể hoạch định những chính sách, đưa ra những dự báo, quyết định đúng đắn và kịp thời các vấn đề phát triển kinh tế xã hội và không gian đô thị thành phố trong tương lai Tuy nhiên cho đến nay, vấn đề vẫn chưa được quan tâm đầy đủ, còn nhiều mặt hạn chế Do vậy, việc theo dõi hiện trạng sử dụng đất của Thành phố không những cần thiết mà còn có ý nghĩa quan trọng đối với công tác quy hoạch, quản lý và phát triển đô thị

Đã từ lâu kỹ thuật Viễn thám được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong đó lĩnh vực giám sát môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên đã trở nên phổ biến Đây là phương pháp rất hiệu quả trong việc xây dựng và cập nhật thông tin nhằm phục vụ cho công tác quản lý, khai thác tài nguyên thiên nhiên, nghiên cứu môi trường và những biến động bề mặt của một vùng hay một lãnh thổ rộng lớn, đặc biệt là những nơi mà con người không thể đến được hoặc phương pháp đo đạc truyền thống khó có thể thực hiện được như ở vùng núi cao, đầm lầy Ở nước ta trong hơn 10 năm gần đây nhiều bộ, ngành cấp Nhà nước cũng đã

quan tâm ứng dụng kỹ thuật này, trong đó nổi trội có ngành Trắc địa, Bản đồ, Tài nguyên và Môi trường Tuy nhiên, việc đưa những tiến bộ này vào thực tế sản xuất

ở cấp cơ sở còn rất ít và mang tính thăm dò bởi vì chưa có những minh chứng thuyết phục về tính ưu việt của nó trong công tác quản lý cũng như những hiệu quả kinh tế mà kỹ thuật này mang lại

Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn nêu trên, nhằm tạo thêm một kênh thông tin cung cấp cho các nhà quản lý và các nhà quy hoạch có nhiều phương án lựa chọn để từ đó định hướng quy hoạch được hợp lý góp phần vào tăng trưởng kinh tế

và phát triển xã hội cũng như sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên một cách bền

vững, tác giả nghiên cứu đề tài “Ứng dụng viễn thám trong phân tích biến động

sử dụng đất phục vụ quy hoạch sử dụng đất Thành phố Hồ Chí Minh”

1.2 Mục tiêu của đề tài

− Dùng kỹ thuật Viễn Thám để nhận dạng hiện trạng sử dụng đất ở Thành phố

Hồ Chí Minh vào các năm 1989, 2001 và năm 2006

− Thông qua bản đồ hiện trạng sử dụng đất, các dữ liệu phi không gian khác thu thập được qua các mốc thời gian cụ thể từ năm 1989 - 2006, đề tài phân tích và đánh giá được tốc độ biến động sử dụng đất của Thành phố qua các thời kỳ Đồng thời dựa vào nhu cầu sử dụng đất và tiềm năng đất đai để đưa ra hướng quy hoạch

sử dụng đất hợp lý, tối ưu trong tương lai cho địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh giai đoan 2006 – 2010 và dự báo xa hơn nữa đến năm 2020

có phù hợp với xu thế của thời đại không

− Dựa vào các kết quả đánh giá biến động sử dụng đất, kết hợp với nhu cầu sử dụng đất và tiềm năng đất đai để đưa ra hướng quy hoạch sử dụng đất Thành phố

Hồ Chí Minh đến năm 2010 và xa hơn nữa

1.4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

− Sử dụng ảnh viễn thám trong phân tích biến động sử dụng đất, kết hợp với các số liệu kinh tế, xã hội nhằm đưa ra những dự báo sẽ là một kênh thông tin cung cấp dữ liệu cho các nhà quản lý, nhà quy hoạch thực hiện nhiệm vụ của mình được tốt, gần với xu thế phát triển hơn

− Với tầm quan sát vĩ mô của dữ liệu ảnh viễn thám có thể giúp cho các nhà quản lý có thể phát hiện ra những bất thường về việc sử dụng đất cũng như biến động của thực phủ, sử dụng đất Từ đó người quản lý có thể sử dụng những ảnh viễn thám có độ phân giải cao hơn để phân tích chi tiết những thay đổi đó

− Việc tìm hiểu phương pháp phân loại giám định Maximum likelihood classifier - MLC trong việc xử lý ảnh viễn thám đang là phương pháp phổ biến trên thế giới, sẽ mang lại những thông số thích hợp đối với điều kiện tại Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam

1.5 Giới hạn của đề tài

− Phạm vi nghiên cứu đề tài được giới hạn bởi ảnh vệ tinh Landsat TM, Landsat ETM + năm 1989, năm 2001, năm 2006

− Do độ phân giải của ảnh còn thấp (30,0m) nên không thể nhận dạng được các đối tượng ở mức độ chi tiết Vì vậy đề tài đã tham khảo thêm nguồn tài liệu bổ sung

là các bản đồ hiện trạng kiến trúc, bản đồ địa hình, bản đồ quy hoạch xây dựng cũng như các niên giám thống kê các năm của các quận trong thành phố

− Với diện tích 27.206,64 ha được nhận dạng từ ảnh vệ tinh Landsat TM, Landsat ETM + để hình thành bản đồ hiện trạng sử dụng đất, phạm vi này gồm 06 quận nằm về phía Đông Nam của Thành phố Hồ Chí Minh là quận 2, 4, 7, 9, Bình Thạnh, Thủ Đức Đây là các quận nằm ở các cửa ngõ ra vào của Thành phố và cũng

là các quận có tốc độ biến động sử dụng đất cao trong những năm gần đây

Hình 1.1 Khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM TRONG PHÂN TÍCH BIẾN

ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT 2.1 Tổng quan về Viễn Thám

2.1.1.1 Các cơ sở Viễn thám

Định nghĩa: Viễn thám, tiếng Anh gọi là Remote sensing, tiếng Pháp gọi là

La teledetection, là một kỹ thuật nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện về môi trường mà không tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, hiện tượng quan sát [5]

Nguyên tắc Viễn Thám: bộ phận thu nhận thông tin thông qua năng lượng

sóng điện từ được phản xạ hay bức xạ từ vật thể gọi là bộ cảm biến (sensor) Năng lượng sóng điện từ sau khi tới được bộ cảm biến được chuyển thành tín hiệu số và truyền về trạm thu trên mặt đất Thông tin về đối tượng có thể nhận biết thông qua

xử lý tự động trên máy tính hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh của đối tượng dựa trên kinh nghiệm của các chuyên gia

Ảnh viễn thám được chia thành nhiều phần tử nhỏ được gọi là phần tử ảnh (pixel) Mỗi pixel tương ứng với một đơn vị không gian và có giá trị nguyên hữu hạn ứng với từng cấp độ xám Diện tích nhỏ nhất trên mặt đất được ghi nhận tương ứng với một pixel được gọi là độ phân giải của ảnh [5]

Nguồn: Remote Sensing Notes

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu ảnh Viễn Thám

2.1.1.2 Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn thám

Sự phát triển của kỹ thuật Viễn Thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp ảnh Năm 1858 G.F.Tommachon người Pháp đã sử dụng kinh khí cầu để chụp ảnh từ trên không Từ sự kiện này mà năm 1858 được coi là năm khai sinh ra ngành kỹ thuật Viễn Thám

Năm 1909 những bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bay do Xibur Wright thực hiện

Những năm chiến tranh thế giới lần thứ nhất (1914 – 1918) đã thúc đẩy việc chế tạo thiết bị và đào tạo nguồn nhân lực cho công tác Viễn thám Đến giữa những năm 1930 người ta có thể chụp được ảnh màu và có những nghiên cứu nhằm tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức xạ hồng ngoại gần Những thành tựu đạt được trong giai đoạn 1930 – 1939 đã góp phần quan trọng vào việc áp dụng ảnh hàng không trong quy hoạch môi trường và giám sát việc phát triển kinh tế nông thôn Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai (1939 – 1945), việc sử dụng phổ điện từ

đã được mở rộng và những nghiên cứu trong thời gian chiến tranh sau đó đã được phổ biến ứng dụng vào nhiều lĩnh vực phi quân sự Ảnh hàng không và kỹ thuật Viễn thám được sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia thời hậu chiến nhằm phục vụ hiệu quả cho việc phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng

Tháng 4 năm 1960 vệ tinh quan sát khí tượng đầu tiên (TIROS – 1) được phóng vào quỹ đạo Những thành tựu và kinh nghiệm đạt được từ nghiên cứu này

đã góp phần cung cấp cơ sở cho việc phát triển vệ tinh quan sát tài nguyên sau này

Từ năm 1972 đến nay, NASA đã phóng 7 vệ tinh quan sát tài nguyên Ngoài

ra, Mỹ cũng đã phóng vệ tinh khí tượng NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) là thế hệ thứ 3 sau TIROS (1960 – 1965) và ITOS (1970 – 1976) Pháp cũng đã phóng vệ tinh SPOT 1 (22/12/1986), Ấn Độ phóng thành công vệ tinh giám sát IRS – 1A vào năm 1988, Nhật Bản đã phóng vệ tinh tài nguyên JERS – 1 vào năm 1992 và cùng với Mỹ xây dựng bộ cảm biến hiện đại ASTER Liên Xô (cũ) rất thành công trong việc phóng các vệ tinh nhân tạo nhưng công nghệ viễn thám chủ yếu của họ dựa trên các bộ cảm tương tự dùng phim chứ không sử dụng

hệ thống quét quang điện tử, do đó dữ liệu thu được tuy có độ phân giải không gian cao nhưng lại kém về độ phân giải phổ

Hiện nay Viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý (GIS) và hệ định vị toàn cầu bằng vệ tinh (GPS) được xem như là giải pháp rất hiệu quả để xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian nhằm hỗ trợ khả năng cung cấp thông tin nhanh, đầy đủ, chính xác để quản lý hiệu quả trong nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng ở các thành phố lớn trên Thế giới Tia Lazer cũng bắt đầu được ứng dụng trong Viễn thám Hiện nay nó được ứng dụng chủ yếu cho mục đích nghiên cứu trong khí quyển, làm bản đồ địa hình và nghiên cứu lớp phủ bề mặt bằng hiệu ứng huỳnh quang

Viễn Thám ngày nay đã cung cấp thông tin tổng hợp hoặc những thông tin tức thời để có thể khắc phục một loạt các vấn đề thiên tai, theo dõi sự biến động của tài nguyên phục hồi như nước, sinh vật

Trên thế giới, ảnh vệ tinh đã được sử dụng rộng rãi để cập nhật dữ liệu không gian, thành lập bản đồ sử dụng đất và theo dõi biến động đất đai Ảnh vệ tinh với nhiều độ phân giải khác nhau đã cho phép cập nhật dữ liệu và thành lập bản đồ ở nhiều tỉ lệ từ 1:10.000 và nhỏ hơn Ngày nay khi ảnh vệ tinh độ phân giải cao (<1m) được thương mại hóa rộng rãi thì công nghệ sử dụng ảnh vệ tinh để cập nhật dữ liệu

và thành lập bản đồ tỉ lệ lớn có thể xem là giải pháp khả thi và chính xác [8]

2.2 Các ứng dụng Viễn thám

2.2.1 Thực trạng sử dụng tại Việt Nam

Kỹ thuật Viễn thám đã được Viện Điều tra quy hoạch rừng đưa vào sử dụng ở Việt Nam từ năm 1976 Nhưng mốc quan trọng để đánh dấu sự phát triển của kỹ thuật Viễn thám ở Việt Nam là sự hợp tác nhiều mặt trong khuôn khổ của chương trình vũ trụ quốc tế nhân chuyến bay vũ trụ kết hợp Xô – Việt tháng 7 năm 1980

Từ những năm 1990 bên cạnh việc mở rộng công tác nghiên cứu thử nghiệm nhiều ngành đã đưa công nghệ Viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn như các lĩnh vực khí tượng, đo đạc bản đồ, địa chất khoáng sản, quản lý tài nguyên rừng đạt được những kết quả rõ rệt Cũng từ năm 1990 Viễn Thám ở nước ta chuyển dần

từng bước từ công nghệ tương tự sang công nghệ số kết hợp với hệ thông tin địa lý Nhiều bộ ngành, cơ quan đã trang bị những phần mềm ENVI, ERDAS, PCI, ER MAPPER, OCAPI… cùng với các phần mềm để xây dựng hệ thông tin địa lý

2.2.1 Nhu cầu ứng dụng

Đại hội Đảng cộng sản Việt nam lần thứ IX đã đề ra chiến lược phát triển kinh tế - xã hội giai đoạn năm 2001 – 2010 Giai đoạn này Việt nam có những nhiệm vụ to lớn về phát triển kinh tế - xã hội theo hướng vươn tới sự phát triển bền vững trên cơ sở sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và giảm thiểu thiên tai Theo đó trong dự thảo của đề án “Kế hoạch tổng thể về ứng dụng và phát triển công nghệ Viễn thám ở Việt Nam giai đoạn 2001 – 2010” bộ Khoa học công nghệ đã đưa ra nhiều nhiệm vụ cấp bách cần thực hiện như sau:

− Ứng dụng công nghệ Viễn thám trong công tác khí tượng và điều tra khảo sát tài nguyên, trước hết là tài nguyên khoáng sản, tài nguyên rừng, tài nguyên đất, tài nguyên nước cũng như công tác bản đồ trên phạm vi toàn quốc

− Ứng dụng công nghệ Viễn thám cho mục đích giám sát bảo vệ môi trường và phòng chống thiên tai

− Ứng dụng công nghệ Viễn thám để phục vụ cho các chương trình phát triển kinh tế xã hội

− Ứng dụng công nghệ Viễn thám trong điều tra nghiên cứu biển

− Ứng dụng công nghệ Viễn thám phục vụ các nhiệm vụ an ninh quốc phòng

− Đẩy mạnh nghiên cứu triển khai công nghệ Viễn thám

Đến nay ở Việt nam vẫn chưa có Trung tâm Viễn thám Quốc gia nhưng do yêu cầu cấp thiết của ngành nên đã hình thành 20 Trung tâm và Phòng Viễn thám chuyên nghiên cứu và đưa tiến bộ kỹ thuật Viễn thám ứng dụng vào công tác chuyên môn như:

− Trung tâm viễn thám thuộc bộ tài nguyên và môi trường

− Phòng viễn thám của viện điều tra quy hoạch rừng thuộc bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

− Các phòng địa chất ảnh của liên đoàn địa chất – bản đồ địa chất thuộc tổng cục địa chất

− Trung tâm viễn thám và địa chất – viện địa chất, trung tâm khoa học tự nhiên

và công nghệ quốc gia bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

− Trung tâm liên ngành viễn thám và GIS của trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia với bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

− Bộ phận viễn thám của viện quy hoạch và thiết kế nông nghiệp, bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

− Các trạm thu ảnh vệ tinh khí tượng của trung tâm quốc gia khí tượng thủy văn

2.3 Các đề tài nghiên cứu liên quan

2.3.1 Các nghiên cứu trong nước

1/ Khai thác dữ liệu ảnh vệ tinh phục vụ việc theo dõi biến động thực phủ tại

khu vực đồng bằng Sông Cửu Long của tác giả Phạm Thị Mai Thy, 2006 (luận

văn thạc sĩ ĐHBK thành phố Hồ Chí Minh)

a) Dữ liệu: ảnh Modis độ phân giải 250m để theo dõi biến động thực phủ khu vực đồng bằng Sông Cửu Long Ngoài ra tác giả có sử dụng thêm ảnh vệ tinh Landsat ETM+ độ phân giải không gian 15m để đánh giá độ chính xác của việc giải đoán ảnh vệ tinh Modis đã được giải đoán

b) Phương pháp: Tác giả sử dụng kết hợp giải đoán bằng mắt và giải đoán bằng phần mềm theo phương pháp của Zhan gồm 5 thuật toán: phương pháp phân chia không gian hồng ngoại gần (The red – NIR space partitioning method); phương pháp vector thay đổi trong không gian hồng ngoại gần (The red – NIR space change vector method); phương pháp đặt ngưỡng của không gian Delta (The modified delta space thersholding method); phương pháp cấu trúc thay đổi (Changes in spatial texture); phương pháp các yếu tố tuyến tính thay đổi (Changes in linear features) Đồng thời tác giả sử dụng phần mềm Envi để thực hiện hỗ trợ lập trình giải đoán [13], [20]

c) Kết quả: Nghiên cứu thành lập được bản đồ phân tích biến động thực phủ khu vực ĐBSCL Bên cạnh đó, đề tài cũng đã đưa ra một số Modul trên phần mềm ENVI bằng ngôn ngữ IDL để hỗ trợ tính toán phân vùng thực phủ

d) Giới hạn: Vì tác giả sử dụng ảnh vệ tinh MODIS độ phân giải không gian thấp và đánh giá cho khu vực rộng lớn nên gây khó khăn trong việc đi thực địa, quá trình xử lý bị tác động rất lớn bởi các yếu tố tự nhiên khi chụp ảnh gây ra như bị mây che phủ Do đó khi ứng dụng cho phạm vi nhỏ, đòi hỏi mức độ chi tiết, tỉ lệ bản đồ thành lập lớn và cần độ chính xác cao thì phương pháp và cách thực hiện này không phù hợp

2/ Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để đánh giá đất phục vụ cho quy hoạch sử dụng đất và phát triển nông nghiệp bền vững ở Tây Nguyên của tác giả GS.TS Trần An Phong, 2003

a) Dữ liệu: ảnh vệ tinh LANDSAT TM chụp vào tháng 3/2000, tháng 2/2002, ảnh ASTER tháng 2/2002, ảnh SPOT tháng 2/2002

b) Phương pháp: Tác giả sử dụng các phần mềm ENVI, ERDAS và IMAGINE 8.5 để xử lý giải đoán xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất Sau đó, tác giả dùng phương pháp chồng xếp, phân tích trong GIS (sử dụng phần mềm Arc/Info, ArcView) chồng xếp các bản đồ chuyên đề để đưa ra các thông tin về độ dốc, tầng dầy của đất cho các loại cây trồng chính và các thông tin về khả năng tưới

ở các vùng cây công nghiệp lâu năm Dùng phần mềm ALES để đánh giá thích nghi đất đai và đưa ra các số liệu phục vụ cho việc đề xuất của chuyên đề [15]

c) Kết quả: Tác giả đã xây dựng nên bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ đơn vị đất đai và đưa những vùng thích nghi đối với các loại cây trồng cụ thể

d) Giới hạn: Tác giả chưa đưa ra quy trình cụ thể cho việc tích hợp giữa kỹ thuật Viễn Thám và GIS Nghiên cứu trên thuộc dự án nên kinh phí đưa ra là quá lớn

3/ Sử dụng ảnh vệ tinh và kỹ thuật viễn thám cập nhật, chỉnh lý, bổ sung bản

đồ hiện trạng sử dụng đất vùng cây công nghiệp lâu năm tỉnh Lâm Đồng năm

2002, chủ nhiệm đề tài Nguyễn Nguyên Hân

a) Dữ liệu: ảnh vệ tinh LANDSAT TM độ phân giải không gian 30m (tháng 3/2002), ảnh SPOT độ phân giải không gian 10m (tháng 5/2002), ảnh ASTER độ phân giải không gian 15m (tháng 3/2002) kết hợp với các phần mềm giải đoán ảnh ENVI và phần mềm GIS là ARCVIEW, ARCINFO và MAPINFO để cập nhập, chỉnh lý bổ sung biến động đất đai cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất vùng cây công nghiệp lâu năm của huyện Đức Trọng, huyện Lâm Hà, huyện Di Linh, huyện Bảo Lâm, và thị xã Bảo Lộc thuộc tỉnh Lâm Đồng Kiểm tra thực địa dùng GPS

b) Phương pháp: Việc phân tích biến động hiện trạng sử dụng đất trong nghiên cứu này phân tích trên cơ sở giải đoán bằng mắt thường có kết hợp thành lập các khóa giải đoán và kết hợp công cụ GPS để xác định vị trí lấy mẫu và độ cao tọa

độ của từng điểm nghiên cứu cụ thể để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh viễn thám năm 2002 Sau đó so sánh với các năm trước để đánh giá biến động

sử dụng đất và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại thời điểm nghiên cứu

c) Kết quả: Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2002 tỷ lệ 1:50.000 cho các huyện Đức Trọng, Di Linh, Lâm Hà, Bảo Lâm và tỷ lệ 1:25.000 cho thị xã Bảo Lộc Sau đó đã đánh giá được biến động sử dụng đất từ năm 1985 đến năm

2002

d) Giới hạn: hạn chế trong phạm vi là cập nhập, chỉnh lý, bổ sung biến động hiện trạng cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất sau khi đã thành lập Đồng thời trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng các phần mềm Envi, Arcview, Mapinfo nên việc

sử dụng các ứng dụng từ nghiên cứu này sẽ hạn chế cho một số người sử dụng không chuyên về kỹ thuật viễn thám và hệ thông tin địa lý Do đó, cần lập mô hình cập nhập biến động sử dụng đất từ ảnh vệ tinh và lập trình một số công cụ cho việc cập nhập cho các loại bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã có của khu vực [11]

4/ Tích hợp Viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) để đánh giá biến động sử

dụng đất của Huỳnh Văn Khánh, 2005 (luận văn thạc sĩ ĐHBK Thành phố Hồ

Chí Minh)

a) Dữ liệu: ảnh vệ tinh LANDSAT 7ETM+ (tháng 12/2001) và ảnh vệ tinh landsat 7ETM+ (tháng 01/2004), kết hợp với các tài liệu bản đồ thu hiện trạng sử

dụng đất tỉnh Trà Vinh tỷ lệ 1/50.000, bản đồ huyện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh tỷ lệ 1/25.000

b) Phương pháp: theo phương pháp phân loại gần đúng nhất (Maximum likelihood classifier) Đồng thời kết hợp phân loại ảnh bằng mắt và bằng phần mềm Tiếp đó, tiến hành so sánh đánh giá biến động để thành lập ra ma trận biến động Sau cùng, tác giả đã tiến hành đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại [3]

c) Kết quả: thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2001 và bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2004, các bảng biểu đánh giá biến động đất đai giữa năm

2001 và năm 2004

d) Giới hạn: Việc mua ảnh vệ tinh không thực sự có giá trị kinh tế cao do giá thành ảnh vệ tinh lớn và việc sử dụng khối lượng ảnh vệ tinh lớn làm tăng chi phí cho việc thực hiện đánh giá biến động sử dụng đất Chưa thực hiện được việc quản

lý bản đồ để cập nhập thông tin biến động thường xuyên trong các thời điểm khác

5/ Ứng dụng của công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu quy hoạch đô thị Hà Nội, tác giả Đinh Thị Bảo Hoa, năm 1995

a) Dữ liệu: ảnh vệ tinh SPOT (kênh 2 và kênh 3), ảnh ERSI, ảnh RADAR b) Phương pháp: Tác giả sử dụng giải đoán ảnh bằng mắt, đồng thời kết hợp các kỹ thuật trong xử lý ảnh Viễn thám như tổ hợp màu, trọn kênh, tăng cường chất lượng, tạo kênh NDVI Sau đó dùng chỉ số Kapa để đánh giá độ chính xác [1]

c) Kết quả: Tác giả đã xây dựng được bản đồ hiện trạng sử dụng đất Hà Nội năm 1995 với 11 loại hình sử dụng đất Sau đó đánh giá tiềm năng đất đai và lựa chọn loại hình sử dụng đất ưu tiên trong quá trình phát triển quy hoạch của thủ đô

Hà Nội

d) Giới hạn: Tuy tác giả có đưa ra quy trình xử lý cụ thể nhưng chưa các công cụ để cập nhật và xử lý thông tin trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất vừa thành lập

2.3.2 Các đề tài nghiên cứu ở nước ngoài

6/ Sử dụng kỹ thuật Viễn Thám và G.I.S để giám sát và mô hình hóa sự phát triển đô thị (Monitoring and modelling of urban sprawl using remote sensing and GIS techniques), tác giả Mahesh Kumar Jat et al., năm 2007

a) Dữ liệu: sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT MSS (năm 1977) độ phân giải 57m, LANDSAT TM (năm 1989) độ phân giải 28.5m, LANDSAT ETM+ (năm 2000) độ phân giải 28.5m và 14.25m, ảnh IRS 1D LISS-III (năm 2001) độ phân giải 23m, các bản đồ và số liệu thống kê liên quan đến vùng khảo sát

b) Phương pháp: Sử dụng phương pháp phân loại có giám sát Maximum likelihood classifier, dùng chỉ số Shannon’s (Shannon’s entropy) để phân loại ảnh, dùng hệ số Kappa để ước tính độ chính xác, các hàm hồi qui để phân tích xu hướng phát triển dân số [17]

c) Kết quả: Phân tích được hiện trạng sử dụng đất 4 thời kỳ là năm 1977,

1989, 2000 và 2002 Đưa ra 4 giai đoạn của quá trình đô thị hóa của thành phố Ajmer bang Rajasthan, Ấn Độ Đồng thời đưa ra kịch bản phát triển của Thành phố đến năm 2051 cả về qui mô dân số và diện tích

7/ Sử dụng Viễn Thám giám sát sự thay đổi lớp phủ thực vật của Thủ đô Hà Nội dưới sự ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa (Monitoring land cover change of hanoi city center under impacts of urbanization by using remote sensing), tác giả Phạm Minh Hải và Yasushi Yamaguchi, năm 2004

a) Dữ liệu: sử dụng 5 date ảnh là ảnh vệ tinh LANDSAT MSS (tháng 12/1975), (tháng 08/1984) độ phân giải 80m, LANDSAT TM (tháng 10/1992) độ phân giải 30m, ASTER (tháng12/2001) độ phân giải 15m, LANDSAT ETM+ (tháng 10/2003) độ phân giải 30m

b) Phương pháp: Sử dụng phương pháp phân loại có giám sát MLC, dùng chỉ

số Nước – Đất – Thực vật VSW (Vegetation-Soil-Water index) để đánh giá độ chính xác ước tính đến 80% [19]

c) Kết quả: Thành lập được bản đồ hiện trạng sử dụng đất 4 thời kỳ là năm

1975, 1984, 1992, 2001 và 2003 Đưa ra 4 giai đoạn của quá trình đô thị hóa của

Thủ đô Đồng thời đưa ra những hướng mà Thủ đô Hà Nội phát triển cụ thể mở rộng dọc theo các tuyến giao thông và hướng ra ngoại ô

d) Giới hạn: Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng lượng ảnh vệ tinh rất lớn (5 bộ dữ liệu ảnh vệ tinh) Bên cạnh đó, đề tài chưa đưa ra được mô hình, qui trình xử lý ảnh cũng như xây dựng một số công cụ để phục vụ cho việc xây dựng

mô hình phân tích đánh giá thực phủ khu vực nghiên cứu

2.3.3 Nhận xét chung

Trong các đề tài đã nghiên cứu ở trên, chủ yếu tập trung nghiên cứu các phương pháp biến đổi ảnh vệ tinh như: phương pháp của Zhan, phương pháp biến đổi thành phần chính, cũng như rất nhiều phương pháp khác dùng để biến đổi ảnh hay sử dụng ảnh viễn thám để đánh giá tình hình biến động sử dụng đất

Bên cạnh đó, các nghiên cứu này chủ yếu là so sánh đánh giá biến động thực phủ trên ảnh vệ tinh thu được ở các thời điểm chụp ảnh khác nhau phục vụ cho các mục đích khác nhau Do đó, trong các nghiên cứu này sử dụng ít nhất là 2 dữ liệu ảnh số được chụp ở 2 thời kỳ khác nhau Tuy nhiên, giá thành của các ảnh vệ tinh là rất cao, việc mua ảnh vệ tinh tại các thời điểm khác nhau là rất tốn kém Đồng thời các nghiên cứu này chưa đưa ra mô hình xử lý ảnh cũng như chưa thiết kế, lập trình một số công cụ phục vụ riêng biệt cho việc phân tích biến động sử dụng đất từ ảnh

vệ tinh Vì vậy, hướng tiếp cận của đề tài là tập trung nghiên cứu việc sử dụng kỹ thuật viễn thám để nhận dạng hiện trạng sử dụng đất ở Thành phố Hồ Chí Minh và thông qua hiện trạng sử dụng đất, các dữ liệu phi không gian khác thu thập sẽ phân tích và đánh giá được tốc độ biến động sử dụng đất của Thành phố, qua đó đề ra xu hướng quy hoạch sử dụng đất hợp lý, tối ưu trong tương lai cho địa bàn Thành phố

Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Cơ sở khoa học trong nghiên cứu biến động thực phủ và sử dụng đất

3.1.1 Tầm quan trọng của nghiên cứu thực phủ và sử dụng đất

3.1.1.1 Khái niệm thực phủ và sử dụng đất

Thực phủ là bề phủ tự nhiên quan sát được lên trên bề mặt trái đất Những đối tượng chính trên bề mặt trái đất: rừng, nước, cây công nghiệp, cây bụi thấp, đất trống…

Thực phủ là cảnh quan tự nhiên được thu nhận bởi thành phần bề mặt: rừng, nước, cây trồng, đất, đá, đô thị (những kiến trúc phủ lên bề mặt đất) hiện hữu và nhìn thấy được Thực phủ có thể phát hiện ra được nhờ phân tích ảnh vệ tinh, ảnh máy bay…Thông tin về thực phủ dựa vào tín hiệu phổ sẽ vẽ được bản đồ thực phủ Thực phủ khác với sử dụng đất Hiện trạng sử dụng đất được định nghĩa như

là hoạt động về kinh tế, văn hóa…nhưng những hoạt động này có thể thấy được hoặc không thấy được Sử dụng đất là những tư liệu về sử dụng quang cảnh của con người: dân cư, khu kinh doanh, khu nông nghiệp…Những tư liệu về sử dụng đất có thể lập được nhưng không phải từ dữ liệu ảnh vệ tinh và ảnh máy bay, hông có dựa vào giá trị phổ từ ảnh vệ tinh hay ảnh máy bay Thực phủ thường liên quan đến yếu

tố tự nhiên, còn sử dụng đất liên quan đến mục đích sử dụng của con người

Hiện trạng sử dụng đất là tấm gương phản chiếu hoạt động của con người lên tài nguyên đất đai, khi nghiên cứu chúng đòi hỏi phải bao gồm cả việc xem xét đầy

đủ cả khía cạnh tự nhiên và phi tự nhiên của hoạt động đó

3.1.1.2 Tầm quan trọng của việc thành lập bản đồ thực phủ và sử dụng đất

Đo vẽ, mô tả, phác họa thực phủ, sử dụng đất rất quan trọng cho chương trình lập kế hoạch và quản lý nguồn tài nguyên Đo vẽ thực phủ, sử dụng đất là công cụ nhạy cảm được các nhà quản lý tài nguyên thiên nhiên thành lập khi họ cố gắng bảo

vệ môi trường sống và dự án chống lại mất đất trong tương lai Thách thức cho các nhà quản lý tài nguyên thiên nhiên khi mà dân số phát triển nhanh chóng ở những vùng ven biển làm giảm vùng đất đầm lầy và những môi trường sống xung quanh,

và khi mà rác thải chất đống, sự cạnh tranh những khoảng không gian, nguồn tài

nguyên giới hạn ngày càng tăng, khi các vùng đất đầm lầy ven biển bị phá hủy bởi xói mòn, nạo vét, san lấp, ngăn đập, chất độc

Nhận định thực phủ, việc sử dụng đất xác định rõ ranh giới từ những hoạt động kiểm tra (khám phá những biến động thực phủ) có thể được thể hiện Những biến động thực phủ là phép đo trực tiếp số lượng môi trường sống bị mất đi hay tăng lên

Dữ liệu mô tả đặc điểm và vị trí của thực phủ rất cần thiết để xác định vùng đất nào hay nguồn nước nào cần thiết để phân tích và bảo vệ

Thực phủ, việc sử dụng đất hay những thông tin biến động về thực phủ, sử dụng đất được các nhà quản lý sử dụng trong quá trình ra quyết định để xác định vùng nào phát triển đô thị, quyết định thay đổi những nguồn năng lượng tự nhiên và phân tích hướng phát triển [23]

3.1.2 Phân tích biến động thực phủ và biến động sử dụng đất trên Thế giới và

ở Việt Nam

3.1.2.1 Trên Thế giới

Trong ba thập kỷ qua, công nghệ Viễn Thám đã có những thành tựu hết sức to lớn trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất và trở thành công cụ quan trọng cho việc đánh giá và quản lý tài nguyên thiên nhiên Ngành Viễn Thám đã mở ra khả năng cho những nghiên cứu về nhiều lĩnh vực ở mức toàn cầu, cung cấp dữ liệu chính xác và kịp thời cho các nhà quản lý Đặc biệt trong đó sử dụng ảnh Viễn Thám để phát hiện và đánh giá biến động sử dụng đất trên thế giới ngày càng phổ biến và dần thay thế cho các phương pháp đánh giá truyền thống ban đầu

Tại thủ đô Washington, ảnh Landsat TM tại các thời điểm 1982, 1989, 1993

đã được sử dụng để phát hiện việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất từ đất nông nghiệp sang đất đô thị, để đánh giá được tốc độ đô thị hóa của khu vực nghiên cứu Bằng phương pháp phân loại phi giám sát ISODATA trên kênh 2, 3, 4, 5 và 7 của ảnh Landsat TM đã được hiệu chỉnh và đăng ký tọa độ vào các thời điểm 1982,

1989, 1993 và bằng phương pháp tạo ảnh NDVI cho việc so sánh và tính toán biến

động, các nhà nghiên cứu đã biết được việc tăng hành lang đô thị hóa nhanh nhất chủ yếu dọc theo khu dân cư ven đường cao tốc, đặc biệt ở Bắc Virginia

Tại Nam Phi, bằng việc phân tích vector biến động đa thời gian với nguồn dữ liệu SPOT VEGETATION (từ tháng 6/1998 đến 11/1999) đã tạo ra bản đồ số thể hiện sự tác động của thiên tai cũng như những thay đổi của lớp thực phủ trong mùa sinh trưởng và phát triển, thu thập thông tin về quá trình biến động và vai trò quan trọng của môi trường

Hay ở dự án CPC Ecuador, ảnh Landsat và ảnh IKONOS trong khoảng thời gian 30 năm để phát hiện sự thay đổi của việc sử dụng đất và những biến động của thực phủ theo thời gian bằng phương pháp phân loại có giám sát

3.1.2.2 Tại Việt Nam

Việc sử dụng ảnh Viễn Thám để phát hiện biến động sử dụng đất phục vụ cho công tác quản lý lên kế hoạch sử dụng đất chỉ mới được áp dụng trong những năm gần đây

Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những thành phố phát triển nhất trong

cả nước, nền kinh tế phát triển đã đến việc bùng nổ dân số cơ học và sự gia tăng những công trình xây dựng mới một cách nhanh chóng đã khiến cho việc cung cấp, cập nhật thông tin theo phương pháp truyền thống trở nên khó khăn từ đó dẫn đến việc quản lý quy hoạch cũng gặp nhiều trở ngại Tuy nhiên nhờ vào sự phát triển của công nghệ Viễn Thám nên những trở ngại trên cũng dần được khắc phục: dựa vào nguồn dữ liệu ảnh Viễn Thám thu nhận được từ các vệ tinh như Landsat, Spot, Ikonos…nên việc biến động sử dụng đất đã được quản lý bằng các bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Trong những năm gần đây, để thuận tiện trong công tác quản lý, Thành phố đã

có những thay đổi: sự phân chia lại ranh giới hành chính quận, huyện, quy hoạch các khu đô thị mới, khu công nghiệp mới…Các quận mà tác giả chọn để nghiên cứu

là các quận nằm ở các cửa ngõ ra vào của Thành phố và cũng là các quận có tốc độ biến động sử dụng đất cao trong những năm gần đây Chính vì vậy, đề tài giới hạn tại các quận trên để phân tích biến động sử dụng đất, từ đó làm cơ sở cho việc quản

lý, quy hoạch và lên kế hoạch sử dụng đất cho phù hợp với các dự án quy hoạch đô thị của Thành phố

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp luận nghiên cứu đề tài

− Phương pháp nghiên cứu theo tài liệu: tập hợp tư liệu, hình thành hệ thống tiêu chuẩn phù hợp cho vùng nghiên cứu

− Phương pháp phân tích thống kê: sử dụng phương pháp này để phân tích thống kê các số liệu về kinh tế xã hội, hiện trạng sử dụng đất … có liên quan

− Phương pháp phân tích không gian: xác định phép phân tích không gian thích hợp đề giải quyết bài dự đoán xu hướng sử dụng đất trong tương lai

− Phương pháp tổng hợp: dùng để tổng hợp báo cáo dữ liệu

− Phương pháp phân loại ảnh giải đoán ảnh bằng mắt và kết hợp giải đoán bằng phần mềm theo phương pháp phân loại gần đúng nhất (Maximum likelihood classifier);

− Phương pháp chồng lớp: sử dụng chức năng chồng lớp của Arcview, Mapinfo để chồng lớp phân tích đánh giá biến động cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất

3.2.2 Các chỉ số và thuật toán:

Biến động là sự nhận dạng về sự khác biệt trạng thái của một đối tượng hay hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại những thời điểm khác nhau Đã có nhiều phương pháp phát hiện lớp phủ đã được đề xuất như: so sánh các phân loại lớp phủ, phân loại ảnh đa thời gian, ảnh hiệu hoặc ảnh tỉ số, sự khác biệt về chỉ số thực phủ, phân tích thành phần chính và phân tích vector biến động trong kỹ thuật phát hiện biến động, một số thuật toán và kỹ thuật sau đây thường được sử dụng:

3.2.2.1 Chỉ số NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)

Tạo ảnh dựa trên chỉ số thực vật NDVI là dạng đặt biệt của ảnh tỷ số được đề xuất đầu tiên bởi Rouse và các cộng sự năm 1973

NDVI được dùng rất rộng rãi để xác định mật độ phân bố của thảm thực vật, đánh giá trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây trồng, làm cơ sở số liệu dự báo sâu bệnh, hạn hán, diện tích năng suất và sản lượng cây trồng…

Công thức

RED NIR

RED NIR

RED: giá trị phản xạ của kênh phổ đỏ

NIR: giá trị phản xạ của kênh phổ hồng ngoại gần

Giá trị của NDVI trong khoảng -1 đến +1 Giá trị NDVI càng lớn đối với những vùng có độ che phủ thực vật càng cao và càng bé đối với những vùng thực vật thưa thớt Giá trị càng lớn (NDVI > 0.6) thì thực vật là rừng có mật độ cây lớn, tán che phủ cao Giá trị trung bình (0.2 < NDVI< 0.3) thì cây bụi và bãi cỏ Đối tượng đô thị, đất trống, nước có giá trị NDVI rất thấp (NDVI < 0.1)

Giá trị NDVI còn nhận biết được “sức khỏe” của lớp thực vật Khi thực vật bị sâu bệnh hay nguy cơ bị chết sẽ chỉ ra giá trị NDVI thấp hơn và từ đó sẽ biết được tình trạng biến động của thực vật

Hoặc dựa vào sự biến động về giá trị NDVI, ví dụ từ giá trị 0.5 chuyển thành

0 tức là vùng rừng trước đây đã chuyển thành đất trống

Sau đó chỉ số thực vật được tính bởi nhiều tác giả về cách tính để nhận được kết quả phù hợp hơn cho từng khu vực và từng loại ảnh vệ tinh

3.2.2.2 Chỉ số toán TVI (Transform Vegetation Index)

Năm 1975, Deering và các cộng sự đề xuất thêm chỉ số thực vật biến đổi TVI bằng cách lấy giá trị độ sáng pixel của ảnh tạo ra là căn bậc 2 của (NDVI +0.5)

5.0+

= NDVI TVI

Perry và Lautenschlager (1984) nhận thấy rằng, giá trị cộng thêm 0,5 vẫn không loại giá trị âm trong một số trường hợp nên đã đề xuất thuật toán tính chỉ số thực vật biến đổi TVI như sau:

)5.0(

)5.0(

5

Trong đó, Abs là giá trị tuyệt đối và quy ước 0/0 = 1

3.2.2.3 Chỉ số toán RVI (Ratio Vegetation Index)

Năm 1977, Richardson và Wiegand đề nghị ra thuật toán RVI RVI được dùng

để xác định chỉ số diện tích lá, sinh khối khô của lá và hàm lượng chất diệp lục trong lá Vì vậy chỉ số RVI được dùng để đánh giá mức độ che phủ và phân biệt các lớp thảm thực vật khác nhau nhất là những thảm thực vật có độ che phủ cao Tỷ số RVI càng cao thì càng nhiều thực vật

RED

NIR RVI = (Richardson và Wiegand 1977)

3.2.2.4 Chỉ số EVI (Enhanced Vegetation Index)

L BLUE C

RED C

NIR

RED NIR

G EVI

+

−+

−

=

*2

*1

Hệ số kinh nghiệm đối với ảnh MODIS

BLUE, RED, NIR: độ phản xạ của ảnh ở kênh phổ anh, lục, đỏ, hồng ngoại gần

C1 = 6: hệ số hiệu chỉnh khí quyển ở kênh phổ đỏ

C2 = 7,5: hệ số hiệu chỉnh khí quyển ở kênh phổ xanh lục

L = 1: số hiệu chỉnh độ sáng chói

G = 2,5: hệ số tăng

Chỉ số này cũng nhằm phân tích chỉ số thực vật và loại bỏ bớt nhiễu tán xạ khí quyển, mây, bóng mây do công thức tỷ số

3.2.2.5 Năm thuật toán biến động thực phủ của Zhan

Phương pháp của Zhan và các đồng sự đang là phương pháp được đánh giá cao trong việc phân tích biến động thực phủ đối với dữ liệu vệ tinh MODIS Phương pháp Zhan bao gồm 5 thuật toán được phân tích, kết quả là tổng hợp của 5 thuật toán trên

− Phương pháp phân chia không gian đỏ - hồng ngoại gần (The red- NIR space partitioning method)

− Phương pháp vector thay đổi trong không gian đỏ - hồng ngoại gần (The red- NIR space change vector method)

− Phương pháp đặt ngưỡng của không gian delta (The modified delta space thresholding method)

− Phương pháp cấu trúc bị thay đổi (Changes in spatial textures)

− Phương pháp các yếu tố tính tuyến bị thay đổi (Changes in line features) Hiện nay phương pháp phân tích vector biến động là một trong năm phương pháp của Zhan đã được đưa vào thành thuật toán phân tích biến động trong modul DECOMP phần mềm IDRISI

3.2.2.6 Kỹ thuật trừ ảnh

Trong kỹ thuật này, các ảnh đã đăng ký tọa độ của thời gian t1 và t2 được trừ cho nhau theo từng pixel để tạo ảnh thể hiện sự khác biệt giữa 2 chu kỳ Phương trình toán được thể hiện như sau:

c t

x t

x

ij

k ij

k

ij = ( 2 ) − ( 1 ) + (1)

Với xk

ij là giá trị của pixel cho kênh k; i và j là dòng và cột trong ảnh; t1 và t2

là hai thời điểm, c là hằng số cộng thêm để ảnh biến động cho giá trị dương

Kỹ thuật này nhằm tạo ra sự phân bố khác nhau về sự khác biệt cho mỗi kênh ảnh Trong các phân bố như thế, các pixel thể hiện sự thay đổi về bức xạ được tìm ở phần đuôi của phân bố trong các pixel thực hiện sự thay đổi có khuynh hướng tập trung ở vị trí trung bình của phân bố (Stauffer and McKinney – 1978; Singh – 1986) Phương pháp trừ ảnh là một trong những kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất để phát hiện biến động Tuy nhiên, Riordan – 1980 đã chỉ ra một số khó khăn gặp phải trong phương pháp này chẳng hạn như không nhạy đối với việc đăng ký ảnh lệch và

sự tồn tại của các pixel hỗn hợp Phương pháp này dễ dàng thất bại trong việc xác định vị trí bắt đầu và kết thúc của một pixel trong không gian đối tượng Weismiller

et at – 1977 kết luận rằng phương pháp này quá đơn giản để có thể tính đến các yếu

tố liên quan đến phát hiện biến động trong điều kiện tự nhiên

3.2.2.7 Kỹ thuật tạo ảnh tỉ số

Kỹ thuật này được cho là một trong những phương tương đối nhanh trong phát hiện các vùng biến động (Howarth và Wickware – 1976) Trong phương pháp này hai ảnh chụp ở các thời điểm khác nhau đã đăng ký tọa độ được chia nhau theo từng kênh ảnh và dữ liệu được so sánh theo từng pixel

Công thức:

) (

) (

2

1

t x

t x

Rx k

ij

k ij k

ij = (2) Nếu cường độ năng lượng phản xạ tại hai thời điểm gần như không đổi trên cùng một giá trị pixel ảnh Rxkij = 1 Điều này có nghĩa là không có biến động

Trong các vùng có biến động thì giá trị R sẽ lớn hoặc nhỏ hơn đang kể so với

1 Tùy thuộc vào bản chất của sự thay đổi giữa hai ngày tháng thu nhận dữ liệu ảnh

vệ tinh Yếu tố quan trọng trong phương pháp này là chọn giá trị ngưỡng phân chia thích hợp trong vùn ngưỡng dưới và ngưỡng trên của biểu đồ phân bố để thể hiện giá trị của các pixel biến động Thường thì giá trị ngưỡng tùy ý sẽ được chọn để nhận dạng pixel biến động, sau đó sẽ kiểm tra thực địa để đánh giá kết quả phát hiện biến động, trên cơ sở thực địa sẽ điều chỉnh thích hợp với giá trị ngưỡng (Nelson – 1982)

3.2.2.8 Kỹ thuật phân tích thành phần chính

Kỹ thuật phân tích đa biến động này được sử dụng để giảm số thành phần kênh phổ thành số ít thành phần cơ bản nhưng giải thích phần lớn phương sai trong ảnh đa phổ gốc Trong các nghiên cứu đa thời gian, các thành phần chính của 2 hay nhiều thời điểm được so sánh giống như trong phương pháp trừ ảnh

Toll et al – 1980 báo cáo rằng các thành phần chính khi sử dụng để phát hiện biến động vùng đô thị cho kết quả kém hơn so với các phương pháp trừ ảnh đơn giản

3.2.2.9 Kỹ thuật so sánh sau phân loại

Đây là phương pháp rõ ràng nhất trong phát hiện biến động bằng cách so sánh các ảnh phân loại được thành ảnh độc lập Bằng cách so sánh kết quả phân loại của

từng pixel tại thời điểm t1 và t2 có thể tạo ra một bản đồ biến động thể hiện hoàn chỉnh ma trận của các biến động Ngoài ra, bằng cách nhóm các kết quả phân loại một cách chọn lọc cho phép quan sát được các tập hợp biến động bất kỳ đáng quan tâm Trong phương pháp này, do dữ liệu của hai thời điểm thu nhận ảnh được phân loại độc lập nên giảm tối thiểu những khó khăn sẽ gặp phải do việc chuẩn hóa ảnh hưởng của khí quyển và bộ cảm ứng điện từ trên ảnh chụp tại các thời điểm khác nhau Phương pháp này cũng sẽ tránh được những vấn đề phải ghi nhận chính xác các ảnh đa thời gian với nhau

Weismiller – 1971 báo cáo rằng kỹ thuật so sánh ảnh sau phân loại nhận dạng một cách tin cậy các cùng biến động Tuy nhiên họ đã không sử dụng thông tin kiểm chứng cùng xảy ra trên 2 ảnh cho mục tiêu so sánh Riordan – 1980 tạo ra kết quả phân loại không giám sát của dữ liệu Landsat MSS vào các năm 1973 và 1978; đem so sánh hai kết quả phân loại để phát hiện biến động đô thị và vùng ven đô thị,

họ kết luận rằng độ chính xác phát hiện biến động là 67%

3.2.3 Các phương pháp để phân loại và phát hiện thay đổi lớp thực phủ

3.2.3.1 Phân loại gần đúng nhất (Maximum Likelihood Classifier- MLC)

Phương pháp phân loại gần đúng nhất MLC được áp dụng khá phổ biến và được xem như thuật toán chuẩn để so sánh với các thuật toán khác được sử dụng trong xử lý ảnh viễn thám MLC được xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết hàm mật

độ xác suất tuân theo phân bố chuẩn Mỗi pixel được tính xác suất thuộc một loại nào đó và nó được chỉ định gán tên loại mà xác suất thuộc vào loại đó là lớn nhất [5]

Hình 3.1 Phương pháp phân loại gần đúng nhất

3.2.3.2 Phân loại mạng neural đa lớp LNN (Layered Neural Networks)

Những năm gần đây, mạng neural đa lớp LNN (Layered Neural Network) đã được nghiên cứu áp dụng trong lĩnh vực nhận dạng và xử lý ảnh số Cấu trúc của mạng neural đa lớp bao gồm một lớp nhập, một lớp xuất và một số lớp trung gian

Hình 3.2 Cấu trúc mạng neural Networks

Số nút trong lớp nhập và xuất cố định và được xác định bởi từng ứng dụng cụ thể Số nút trong lớp trung gian (lớp ẩn) cĩ thể thay đổi và được quyết định bởi người sử dụng Tín hiệu đi từ lớp nhập đến xuất thơng qua tuyến nối giữa các neuron và mỗi tuyến nối cĩ giá trị trọng số tương ứng gọi là trọng số nối

Vì neuron nhập chỉ nhận và truyền tín hiệu, cịn các neuron ở lớp ẩn và xuất đều sử dụng cùng hàm hoạt tính Do đĩ khi cấu trúc cố định, xuất của mạng neural

đa lớp được xác định bởi giá trị của các trọng số nối Huấn luyện khả năng nhận biết của LNN là quá trình điều chỉnh các giá trị trọng số, sao cho giá trị xuất của LNN phù hợp với những giá trị mong muốn Để xác định giá trị các trọng số nối, cần phải chuẩn bị bộ dữ liệu mẫu thể hiện đầy đủ đặc trưng của dữ liệu xuất để huấn luyện LNN Do giá trị ban đầu của các trọng số nối được chọn tùy ý nên cĩ sai số

Lớp Nhập Trung gian Lớp Lớp Xuất

Neuron

Neuron trung gian

Tuyến nối

khác biệt giữa giá trị xuất thực của LNN và giá trị mong muốn Sai số này gọi là E Thuật toán Back propagation được sử dụng để điều chỉnh các giá trị trọng số nối sao cho sai số khác biệt là nhỏ nhất Quá trình này liên tục được lặp đi, lặp lại và chỉ dừng lại khi LNN nhận biết hoàn toàn bộ dữ liệu mẫu (không có sai số) [6]

Hình 3.3 Thuật toán Back propagation

Hình 3.4 Sai số trong xử lý mạng neural Networks

Để ứng dụng LNN trong phân loại ảnh vệ tinh, số neuron của lớp nhập tương ứng số kênh phổ của ảnh, số neuron của lớp xuất tương ứng với số loại cần xác định

và số neuron của lớp ẩn sẽ do nhà phân tích quyết định

Ví dụ, ảnh phân loại chỉ có bốn kênh phổ (mỗi pixel có bốn giá trị đặc trưng) mỗi pixel cần được phân vào một trong bảy loại tương ứng như sau: (1) rừng_Fores; (2) lúa_Paddy; (3) cỏ_Grass; (4) đất trống_B soid; (5) khu dân cư_Urban; (6) sông_River; (7) nước_Water

Mô hình áp dụng phân loại của LNN sẽ bao gồm một lớp nhập với bốn neuron tương ứng bốn kênh phổ, một lớp xuất với bảy neuron tương ứng bảy loại cần xác định và một lớp ẩn

Mạng neural ba lớp được áp dụng thể hiện bởi hình dưới, trong đó dc(x) là giá trị xuất mong muốn của các neuron tại lớp xuất sau khi mạng đã huấn luyện để xác

định các trọng số nối tương ứng Giá trị dc(x) tương ứng với dữ liệu mẫu dùng để huấn luyện LNN được chuẩn bị trước và thể hiện bằng những giá trị nhị phân 0 hoặc 1 với:

Ví dụ, những giá trị mong muốn là: đối với rừng (1,0,0,0,0,0,0); lúa (0,1,0,0,0,0,0); cỏ (0,0,1,0,0,0,0) Sau khi huấn luyện để nhận được bộ giá trị các trọng số nối, LNN đóng vai trò là một hệ thống nhập – xuất (I/O) có các giá trị xuất

là giá trị mong muốn yc phân biệt tương ứng loại cần xác định Kết quả của quá trình phân loại là mỗi pixel cần được phân vào một trong bảy loại tương ứng và hình bên dưới minh họa ảnh được phân loại bằng phương pháp LNN

Hình 3.5 Các band ảnh sau khi phân loại bởi Neural Networks Tóm lại, LNN đóng vai trò là một hệ thống nhập – xuất (I/O) có các giá trị xuất tương ứng với hàm phân biệt Kết quả nghiên cứu của Gallant (1988), Funahashi (1989) và Hornik (1989) cho thấy rằng: nếu chọn số neuron thích hợp ở lớp ẩn và sử dụng hàm hoạt tính là sigmoid, mạng neural ba lớp khi đã được huấn luyện với bộ dữ liệu mẫu đầy đủ, được xem như là giá trị ước tính của các xuất sau

Lc trong phương pháp phân loại gần đúng nhất Maximum likelihood classifier - MLC Phương pháp LNN trong phân loại được gọi là phương pháp phi tham số có khả năng ứng dụng rất tốt trong xử lý ảnh viễn thám LNN thường được sử dụng để khắc phục nhược điểm của thuật toán MLC nhằm nâng cao độ chính xác phân loại trong những trường hợp ảnh vệ tinh có sự tương quan cao giữa các kênh phổ Vấn

1 nếu x thuộc đúng loại cho bởi dữ liệu huấn luyện

dc(x) =

0 tất cả neuron xuất còn lại

đề khó khăn cho người sử dụng là việc chọn mô hình thích hợp để LNN nhận biết

bộ dữ liệu mẫu sẵn có để phân loại chính xác các dữ liệu chưa biết trong phân loại ảnh viễn thám

3.2.3.3 Phân loại theo cây quyết định (decision tree)

Phân loại theo cây quyết định là phương pháp phân loại dựa trên cơ sở phân cấp Người phân loại sẽ phải xuất phát từ việc đánh giá khả năng phân tách các đối tượng dựa trên tri thức chuyên gia kết hợp với đặc tính phổ của vùng mẫu để tạo dựng ra sơ đồ phân loại Trong thực tế không có thuật toán tổng quát nào cho phương pháp phân loại này, do đó từng cây quyết định hay luật phân loại thường được thiết kế bởi chuyên gia sao cho khả năng phân biệt giữa các loại là cao nhất

Hình bên dưới thể hiện cây quyết định chỉ cho 2 nhánh xuất ứng với từng giai đoạn (cây nhị phân) dùng để xác định 9 loại kênh ảnh có 3 kênh phổ tương ứng

< T2

Khu nhà đô thị (loại 8)

Bắt đầu

1

2

76

Đất trống (loại 3)

Ruộng ướt (loại 5)

Ruộng khô

(loại 4)

Đất chuyên dùng (loại 6)

Đường (loại 7)

Nhà nông thôn (loại 9)

Sơ đồ 3.1 Phương pháp phân loại theo cây quyết định Cây được thiết kế dựa vào các đặc trưng như giá trị phổ của pixel, các chỉ số được tính từ giá trị phổ… để hình thành luật quyết định gán tên cho từng pixel trên ảnh

Phương pháp này có ưu điểm là thời gian tính toán trong phân loại tương đối nhanh, tránh được phân loại nhầm Nhưng cũng có nhược điểm là độ chính xác phụ thuộc chủ yếu vào việc thiết kế và tính chất để đánh giá đối tượng [5]

3.2.4 Các bước tiến hành thực hiện Luận văn

Bước 1: Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài: tư liệu về tình hình sử dụng đất

từ năm 1989 đến năm 2006 (dạng giấy và dạng file số), các bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ địa hình… dạng file số hoặc dạng giấy Cuối cùng của bước này, phải định hình phạm vi nghiên cứu

Bước 2: Dựa trên địa bàn nghiên cứu, các tài liệu thu thập, tiến hành phân tích thành phần chính PCA, dùng các phép biến đổi ảnh như NDVI (tìm hiểu về chỉ số thực phủ, chỉ số nước (Water Index_WI) để làm nổi bậc các yếu tố cần giải đoán, dùng phương pháp phân loại có giám định Maximum likelihood classifier - MLC để

xử lý ảnh viễn thám và phân loại sử dụng đất có đối chiếu với các số liệu bản đồ thu thập được để thành lập bản đồ sử dụng đất cho các mốc thời gian tỷ lệ 1:50.000 Đề tài chọn 5 loại hình sử dụng đất chính, từng loại hình sử dụng đất này được gán cho một mã nhất định theo quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường Hệ thống phân loại cụ thể như sau:

Bảng 3.1 Các loại hình sử dụng đất được chọn nghiên cứu

2.3 Cỏ COC

4.1 Ao, hồ, mặt nước chuyên dùng MNC

− Bước 3: Đối soát thực địa, đánh giá độ chính xác thực hiện bằng Ma trận sai

số phân loại và chỉ số Kappa

Để đánh giá chất lượng của bản đồ giải đoán (độ chính xác phân loại) chúng

ta có thể so sánh kết quả với nhiều phương pháp phân loại khác nhau về sự phù hợp

giữa loại thực trên mặt đất và những loại được giải đoán, thông thường sử dụng ma

trận sai số để đánh giá

Bảng 3.2 Ma trận sai số phân loại

Loại được giải đoánLoại thực

Giả thuyết N pixels được phân thành K loại, một ma trận sai số gồm K hàng

và K cột dùng để thể hiện sự phù hợp giữa những loại thực trên mặt đất và những

loại giải đoán

Gọi Oij là giá trị thể hiện sự phù hợp ở hàng i và cột j của ma trận sai số

K*K Khi đó tổng theo hàng là Si+ (i=1,2,…k) và tổng theo cột là S+j (j=1,2, k) sao

cho