Tích hợp kỹ thuật viễn thám và hệ thông tin địa lý (gis) cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Đồng thời, đề tài nghiên cứu theo hướng sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ phân loại ảnh vệ tinh nhằm nâng cao độ chính xác cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất so với các nghiên

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN VĂN CƯƠNG

TÍCH HỢP KỸ THUẬT VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ

HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN VĂN CƯƠNG

TÍCH HỢP KỸ THUẬT VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ

HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Lê Văn Trung

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS Hồ Đình Duẩn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tp HCM, ngày 17 tháng 01 năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I- TÊN ĐỀ TÀI: Tích hợp kỹ thuật viễn thám và hệ thông tin địa lý cập nhật

biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1/ Tìm hiểu các vấn đề trong phân tích đánh giá cập nhật biến động bản đồ hiện

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:17/01/2008

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:30/06/2008

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): 1/ Hướng dẫn 1 : PGS.TS Lê Văn Trung

Lời cám ơn

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được hướng dẫn tận tình của các thầy, cô trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại trường Đó là những điều tôi luôn ghi nhớ

Tôi xin chân thành gửi lòng biết ơn sâu sắc đến :

PGS.TS Lê Văn Trung bộ môn địa tin học - khoa kỹ thuật xây dựng - trường đại học Bách Khoa, TS Hồ Đình Duẩn trung tâm Viễn thám và Hệ thông tin Địa lý - viện Địa lý Tài nguyên thành phố Hồ Chí Minh đã trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ về nguồn tư liệu, tài liệu để tôi hoàn thành luận văn

Ths Lâm Đạo Nguyên trung tâm Viễn thám và Hệ thông tin Địa lý - viện Địa lý Tài nguyên thành phố Hồ Chí Minh, Thầy Đặng Quang Thịnh trường Đại học Nông Lâm tp Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về nguồn tư liệu tài liệu ảnh vệ tinh, bản đồ để tôi hoàn thành luận văn

UBND tỉnh Bình Dương đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn Các đồng nghiệp tại trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường thành phố Hồ Chí Minh các bạn học viên cùng khóa đã động viên quan tâm hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình đã cổ vũ động viên tôi trong thời gian học tập

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Trong công tác quản lý nhà nước về đất đai, Bản đồ hiện trạng sử dụng đất

là tài liệu quan trọng không thể thiếu Tuy nhiên, việc biên tập, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất đòi hỏi nhiều thời gian, công sức và tài chính Do đó, sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS phục vụ công tác thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ thực phủ mặt đất là một bước tiến lớn trong công tác thành lập bản đô hiện trạng sử dụng đất phục vụ công tác quả lý nhà nước về đất đai Hiện nay, việc sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất vẫn đang được nghiên cứu sâu hơn để phục vụ cho công tác quản lý nhà nước về đất đai nói riêng và nghiên cứu cho mục tiêu phát triển kinh tế xã hội nói chung như: quy hoạch định hướng phát triển đô thị,

Việc nghiên cứu kỹ thuật viễn thám và GIS để giúp các nhà hoạch định có quyết định đúng đắn, kịp thời và chính xác, khoa học trong việc quả lý, khai thác tài nguyên thiên nhiên đang được đầu tư nghiên cứu ở nhiều nơi trên thế giới cũng như ở Việt Nam

Đề tài nghiên cứu việc cải tiến phương pháp tích hợp viễn thám và GIS cũng như các thông tin khác như mật độ dân số và khả năng biến động sử dụng đất cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất Đồng thời, phương pháp mới được cải tiến cho phép cập nhật thông tin tự động, nhanh chóng, chính xác, hiệu quả khi lập trình các phần mềm chuyên biệt

ABSTRACT

Mapping landuse / landcover is an important task in land administration,

as well as in many related disciplines However, traditional landuse editing and updating is rather time consuming and usually not cost-effective The integration

of Remote Sensing and GIS procedures and techniques provide a robust, fast and inexpensive way for editing and updating landuse / landcover maps The new methods also allow further and deeper study on landuse change, which is significant to for example the process of urbanization, therefore a systematic study in this direction is worth dedicated to

Researches relating to automatic or semi-automatic landuse updates based

on remotely sensed data and GIS techniques have shown to be an economic and very reasonable one in many places including Vietnam

In this study we have improved existing methods that combine Remote Sensing, GIS and other information such as population density and impervious surface to update landuse / landcover maps It has shown to be effective and easy

to deploy It is also expected that semi-automatic systems for landuse map updating is quite feasible with certain programming tools like IDL, MATLAB or even Visual Basic

DANH SACH BẢNG

Bảng 2.1: Ma trận tương quan giữa các kênh phổ của ảnh landsat .24 Bảng 2.2 Ma trận sai số phân loại 30 Bảng 2.3 Quan hệ giữa loại phổ với loại thực phủ và loại sử dụng đất 36 Bảng 2.4 Mối quan hệ giữa mật độ phân bố dân cư và khả năng biến động đất 42

Bảng 3.1: Diện tích tự nhiên của vùng nghiên cứu 49

Bảng 3.2 Dân số của khu vực nghiên cứu qua các năm 2000, 2005 52 Bảng 3.3 Mật độ dân số trung bình theo đơn vị hành chính của khu vực nghiên cứu năm 2005 52 Bảng 3.4 các loại đất lấy mẫu trong khu vực nghiên cứu 58 Bảng 3.5: Ma trận đánh giá kết quả phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp MLC (không sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ phân loại) 60 Bảng 3.6: Ma trận đánh giá kết quả phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp Maximum likehood (sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ phân loại) 62 Bảng 3.7: So sánh độ chính xác phân loại của 2 phương pháp 63 Bảng 3.8 Tình hình sử dụng đất khu vực thị xã Thủ Dầu Một, huyện Dĩ An, huyện Tân Uyên, huyện Thuận An năm 2000 66 Bảng 3.9 Hiện trạng sử dụng đất năm 2006 khu vực trung tâm tỉnh Bình Dương (TX Thủ Dầu Một, huyện Thuận An, huyện Dĩ An, huyện Tân Uyên) 75

DANH SÁCH BIỂU – SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1: Quy trình giải đoán ảnh viễn thám .20

Sơ đồ 2.2: Quy trình phân loại thực phủ trên ảnh vệ tinh 26

Sơ đồ 2.3: Quy trình cập nhật bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng công nghệ tích hợp viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý 34

Sơ đồ 2.4 Sử dụng dữ liệu phân bố mật độ dân cư hỗ trợ phân loại ảnh vệ tinh 45

Sơ đồ 2.5: Sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ Cập nhật biến động bản đồ HTSDĐ 49

Sơ đồ 3.1: Sơ đồ cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất kết hợp dữ liệu phân bố dân cư và dữ liệu viễn thám 71

Sơ đồ 3.2: Sơ đồ cập nhật biến động sử dụng đất từ dữ liệu viễn thám 73

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Phạm vi khu vực nghiên cứu của đề tài 3 Hình 1.1: Nguyên lý thu nhận dữ liệu ảnh viễn thám .8 Hình 2.1: Mô phỏng mô hình phân tích, cập nhật biến động cho bản đồ hiện trạng

sử dụng đất 33 Hình 3.1: Sơ đồ ranh giới hành chính khu vực nghiên cứu 50 Hình 3.2: Ảnh vệ tinh Landsat ETM + (thu nhận ngày 26/01/2006) .53 Hình 3.3: Ảnh vệ tinh Landsat ETM + được biến đổi tăng độ phân giải không gian 15m theo band 8 landsat ETM+ (tổ hợp màu tự nhiên band 5, 4, 2) 54 Hình 3.4: Tổ hợp màu ảnh thành phần chính khu vực nghiên cứu 56 Hình 3.5: Kết quả phân loại thực phủ ảnh vệ tinh chụp ngày 26/01/2006 59 Hình 3.6: Bản đồ sử dụng đất khu vực nghiên cứu năm 2006 từ ảnh vệ tinh có

sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ phân loại .61 Hình 3.7: Bản đồ sử dụng đất khu vực nghiên cứu 64 Hình 3.8 : Bản đồ nền hiện trạng sử dụng đất, khu vực nghiên cứu năm 2000 65 Hình 3.9: Bản đồ phân bố mật độ dân cư khu vực nghiên cứu 67 Hình 3.10: Kết quả phân tích dữ liệu dân số trên nền bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu năm 2000 69 Hình 3.11: Kết quả cập nhật biến động sử dụng đất ở khu vực có khả năng biến động sử dụng đất cao 72 Hình 3.12: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu năm 2006 74

DANH SÁCH PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Khóa giải đoán đất ở khu dân cư 83

Phụ lục 2: Khóa giải đoán đất trồng cây hàng năm 83

Phụ lục 3: Khóa giải đoán lúa 84

Phụ lục 4: Khóa giải đoán đất mặt nước 84

Phụ lục 5: Khóa giải đoán đất trồng cây lâu năm 85

Phụ lục 6: Khóa giải đoán đất trống 85

Phụ lục 7: Khóa giải đoán đất chuyên dùng 86

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4

4.1 Ý nghĩa khoa học 4

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 4

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ TÍCH HỢP KỸ THUẬT VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT 5

1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 5

1.1.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý 5

1.1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý 5

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VIỄN THÁM 6

1.2.1 Khái niệm về viễn thám 6

1.2.2 Lịch sử phát triển của việc sử dụng kỹ thuật viễn thám trên thế giới 6

1.2.3 Quá trình phát triển của kỹ thuật viễn thám ở Việt Nam 7

1.2.4 Nguyên lý thu nhận dữ liệu ảnh viễn thám 8

1.2.5 Khả năng ứng dụng của kỹ thuật viễn thám và GIS 9

1.3 GIỚI THIỆU VỀ BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT 10

1.3.1 Giới thiệu về bản đồ hiện trạng sử dụng đất 10

1.3.2 Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 10

1.4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 11

1.4.1 Các đề tài nghiên cứu ở nước ngoài 11

1.4.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 15

1.4.3 Hướng nghiên cứu đề tài 19

PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN TRONG NGHIÊN CỨU CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT 20

2.1 CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT TỪ DỮ LIỆU VIỄN THÁM 20

2.1.1 Quá trình giải đoán ảnh 20

2.1.2 Nhập dữ liệu ảnh vệ tinh 20

2.1.3 Khôi phục và hiển thị ảnh 20

2.1.3.1 Hiệu chỉnh bức xạ ảnh 21

2.1.3.2 Hiệu chỉnh hình học ảnh 21

2.1.4 Biến đổi ảnh 21

2.1.4.1 Tăng cường chất lượng ảnh 22

2.1.4.2 Lọc không gian 22

2.1.4.3 Biến đổi giữa các ảnh 22

2.1.4.4 Phân tích thành phần chính 24

2.1.5 Phân loại và phân tích thông tin trên ảnh 25

2.1.6 Đánh giá kết quả phân loại 29

2.1.7 Xuất kết quả 30

2.2 CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG CÁC CHỨC NĂNG CỦA GIS 30

2.2.1 Chức năng nhập liệu 30

2.2.2 Chức năng lưu trữ, quản lý dữ liệu 31

2.2.3 Chức năng phân tích dữ liệu 32

2.2.4 Chức năng truy xuất dữ liệu 33

2.3 QUY TRÌNH CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP VIẾN THÁM VÀ GIS 33

2.4 SỬ DỤNG DỮ LIỆU DÂN SỐ HỖ TRỢ CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT ĐAI 35

2.4.1 Sự cần thiết sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ cập nhập biến động bản đồ hiện trạng sự đất 35

2.4.2 Sự tác động của các nhân tố kinh tế - xã hội đến biến động hiện trạng sử dụng đất 36 2.4.3 Xu hướng biến động sử dụng đất 37

2.4.4 Mối liên quan giữa biến động sử dụng đất và sự phân bố dân số 38

2.4.5 Mối quan hệ giữa khả năng biến động loại hình sử dụng đất bản đồ hiện trạng sử sụng đất và mật độ phân bố dân cư 39

2.4.6 Nghiên cứu sử dụng dữ liệu phân bố mật độ dân cư hỗ trợ việc cập nhật bản đồ hiện trạng sử dụng đất 42

2.4.7 Nghiên cứu sử dụng dữ liệu phân bố dân cư hỗ trợ việc phân loại ảnh vệ tinh 43

2.4.8 Nghiên cứu sử dụng dữ liệu phân bố dân cư hỗ trợ việc cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất 43

2.4.9 Sử dụng dữ liệu dân số nâng cao độ chính xác phân loại ảnh vệ tinh 43

2.4.10 Sử dụng bản đồ phân bố mật độ dân số hỗ trợ cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất 45

PHẦN 3: KẾT QỦA THỰC HIỆN CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG

SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 48

3.1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 48

3.1.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 48

3.1.1.1 Vị trí địa lý 48

3.1.1.2 Địa hình 50

3.1.1.3 Khí hậu 50

3.1.2 Điều kiện xã hội 51

3.2 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT PHỤC VỤ CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT 52

3.2.1 Nguồn dữ liệu nghiên cứu 52

3.2.2 Thực hiện phân loại thực phủ trên ảnh vệ tinh 54

3.2.2.1 Đăng ký tọa độ ảnh vệ tinh 55

3.2.2.2 Tạo ảnh thành phần chính 55

3.2.2.3 Phân loại thực phủ từ ảnh vệ tinh 56

3.3 SỬ DỤNG DỮ LIỆU DÂN SỐ HỖ TRỢ PHÂN LOẠI ẢNH VỆ TINH 60

3.3.1 Đánh giá mối tương quan giữa sự phân bố mật độ dân số và các loại hình sử dụng đất phân loại trên ảnh 60

3.3.2 Đánh giá độ chính xác phân loại ảnh sau khi sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ đánh giá phân loại ảnh 61

3.3.3 So sánh độ chính xác phân loại ảnh theo 2 phương pháp phân loại có sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ và không sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ phân loại 62

3.3.4 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 63

3.4 KẾT HỢP DỮ LIỆU DÂN SỐ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI VÀ CHỌN CÁC LOẠI ĐẤT CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT 64

3.4.1 Phân tích bản đồ nền hiện trạng sử dụng đất 64

3.4.2 Bản đồ phân bố mật độ dân số 66

3.4.3 Phân tích dữ liệu dân số trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất 68

3.4.4 Phân tích bản đồ thực phủ theo dữ liệu dân số 70

3.5 TÍCH HỢP KỸ THUẬT VIỄN THÁM VÀ GIS CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT TỶ LỆ 1/50.000 70

3.5.1 Cập nhật từng nhóm loại đất theo khả năng biến động giảm diện tích trong khu vực khu dân cư tập trung, khu đô thị 70

3.5.2 Cập nhật từng nhóm loại đất khu vực ngoài khu dân cư tập trung 72

3.5.3 Kết quả cập nhật biến động sử dụng đất thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

năm 2006 73

PHẦN 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 76

4.1 Kết luận 76

4.2 Kiến nghị 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 82

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 87

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Việc cập nhật biến động đất đai là công việc cần thiết và không thể thiếu trong công tác quản lý đất đai của các cấp ngành từ cấp xã cho đến cấp huyện, tỉnh,… Tuy nhiên, công việc này đòi hỏi việc cập nhật thông tin kịp thời chính xác, thường xuyên

Hiện nay, việc cập nhật biến động sử dụng đất đang được thực hiện theo các phương pháp truyền thống đo đạc thực tế và khoanh vẽ hiện trạng Do đó, công việc thực hiện cần rất nhiều thời gian, công sức và tài chính nhưng hiệu quả mang lại chưa đáp ứng hết các yêu cầu trong công tác quản lý về đất đai Mặt khác, việc cập nhật biến động theo phương pháp này gặp không ít khó khăn tại những khu vực khó quan sát như khu vực rừng núi không có điều kiện tiếp xúc trực tiếp nên hiệu quả của phương pháp này mang lại không cao

Kỹ thuật Viễn thám là kỹ thuật thu thập thông tin về bề mặt đất và cung cấp cho người sử dụng các thông tin về bề mặt đất nhanh chóng, kịp thời, chính xác Do vậy, trên thế giới kỹ thuật viễn thám đang được ứng dụng rất hiệu quả trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau như: quản lý tài nguyên thiên nhiên, quản lý bảo

vệ môi trường, sử dụng viễn thám trong nông nghiệp,… Đặc biệt trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nói chung và trong lĩnh vực quản lý đất đai nói riêng kỹ thuật viễn thám được sử dụng rộng rãi và phát triển nhanh trong những năm gần đây Bên cạnh đó, hệ thống thông tin địa lý đã được phát triển và sử dụng rộng rãi

ở các nước phát triển Hệ thống thông tin địa lý với các công cụ phân tích không gian và tích hợp các chức năng thu nhận thông tin, quản lý thông tin Đặc biệt, hệ thống thông tin địa lý có khả năng rất lớn trong việc phân tích tổng hợp, đánh giá các dữ liệu do kỹ thuật viễn thám thu nhận được ở dạng số

Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp đánh giá biến động đất đai phục vụ công tác quản lý đất đai là cần thiết Tuy nhiên, Việc nghiên cứu tích hợp kỹ thuật

viễn thám và GIS cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã được nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến Vì vậy, đề tài tiến hành thực hiện “tích hợp kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất” Đồng thời, đề tài nghiên cứu theo hướng sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ phân loại ảnh vệ tinh nhằm nâng cao độ chính xác cập nhật biến động bản đồ hiện trạng

sử dụng đất so với các nghiên cứu trước đây

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Từ các nghiên cứu trên, đề tài đưa ra các mục đích chính như sau:

- Nghiên cứu khả năng sử dụng dữ liệu dân số tăng cường độ chính xác phân loại ảnh vệ tinh

- Nghiên cứu cải tiến phương pháp sử dụng kỹ thuật viễn thám, GIS kết hợp với dữ liệu dân số và khả năng biến động đất đai cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Nghiên cứu khả năng cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực 4 huyện, thị xã (gồm huyện Thuận An, huyện Dĩ An, huyện Tân Uyên và thị xã Thủ Dầu Một) của tỉnh Bình Dương

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu các đối tượng chính như sau:

- Nghiên cứu khả năng sử dụng ảnh vệ tinh cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Nghiên cứu các phương pháp xử lý phân tích thu thập thông tin từ ảnh vệ tinh

- Nghiên cứu phương pháp phân loại ảnh vệ tinh trong phân loại ảnh vệ tinh cập nhập biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Nghiên cứu sử dụng dữ liệu dân số nhằm cải tiến nâng cao độ chính xác phân loại ảnh vệ tinh

- Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả việc sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ phân tích đánh giá cập nhật thông tin ảnh vệ tinh cập nhật biến động hiện trạng sử dụng đất

- Nghiên cứu biến động đất đai khu vực 4 huyện, thị xã của tỉnh Bình Dương

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu trong giới hạn sử dụng ảnh vệ tinh để cập nhật biến động sử dụng đất, nghiên cứu phương pháp sử dụng mật độ dân số phục vụ nâng cao độ chính xác trong phân loại ảnh vệ tinh phục vụ cập nhật biến động hiện trạng sử dụng đất tại khu vực huyện Tân Uyên, huyện Dĩ An, huyện Thuận An và thị xã Thủ Dầu Một thuộc tỉnh Bình Dương

Hình 1: Phạm vi khu vực nghiên cứu của đề tài

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

4.1 Ý nghĩa khoa học

Việc sử dụng ảnh vệ tinh cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất đang là vấn đề được quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới

Ảnh vệ tinh đang được nghiên cứu ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trên thế giới Việc nghiên cứu phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh phân tích đánh giá cập nhật biến động sử dụng đất có ý nghĩa làm nền tảng cho các nghiên cứu khác như nghiên cứu quy hoạch sử dụng đất, nghiên cứu biến động sử dụng đất, …

Cập nhật biến động sử dụng đất từ ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất giúp tiết kiệm kinh phí, rút ngắn thời gian thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất mang lại hiệu quả kinh tế cao

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ TÍCH HỢP KỸ THUẬT VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT

1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý là thu thập có tổ chức của phần cứng, phần mềm,

dữ liệu địa lý, và con người được thiết kế nhằm nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, sử dụng phân tích và hiển thị các thông tin liên quan đến địa lý

1.1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý bao gồm 5 thành phần cơ bản gồm: Phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người, các phương pháp phân tích và các ứng dụng Trong đó:

- Phần cứng: là hệ thống máy tính mà trên đó một hệ GIS hoạt động Phần cứng bao gồm các thiết bị dùng để lưu trữ, phân tích cập nhật dữ liệu như: máy tính, các thiết bị ngoại vi đi kèm như máy in, máy Scan, bàn số hóa,…

- Phần mềm: là tập hợp các chỉ thị sai khiến phần cứng máy tính thực hiện một công việc Không có phần mềm thì phần cứng không thể thực hiện được nhiệm

vụ mà con người giao cho máy tính Phần mềm GIS có thể được xem như tập hợp các chỉ thị nhằm cung cấp các chức năng cần thiết để thu thập, lưu trữ, thao tác, phân tích và hiển thị thông tin địa lý

- Cơ sở dữ liệu: là tập hợp các thông tin về sự kiện và mối quan hệ giữa chúng được lưu trữ trong máy vi tính sao có thể cung cấp thông tin cho người sử dụng Dữ liệu của GIS đa dạng được cung cấp từ các nguồn: ảnh hàng không, ảnh

vệ tinh, các bản đồ số hoặc các thông tin hợp lệ về sử dụng đất

- Con người: là những người trực tiếp, gián tiếp tham gia vào quá trình thực hiện vận hành, quản lý GIS Thành phần con người tham gia trong GIS đa dạng

gồm: người sử dụng bản đồ, người lập bản đồ, người phân tích, người xây dựng dữ liệu, người phát triển

Các thành phần này gắn bó mật thiết với nhau tạo thành hệ thống thống nhất đảm bảo cho thực hiện thành công GIS Việc thành công GIS không thể thiếu 1 trong 5 thành phần trên

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VIỄN THÁM

1.2.1 Khái niệm về viễn thám

Viễn thám tiếng Anh là Remote Sensing, có thể xem như là một kỹ thuật và phương pháp thu nhận thông tin về các đối tượng từ một khoảng cách nhất định mà không tiếp xúc trực tiếp với đối tượng

1.2.2 Lịch sử phát triển của việc sử dụng kỹ thuật viễn thám trên thế giới

Kỹ thuật Viễn thám được các nhà nghiên cứu quan tâm phát triển từ rất sớm Bắt đầu từ năm 1858, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu sử dụng kinh khí cầu để chụp ảnh từ không gian đến mặt đất Từ đó, kỹ thuật Viễn thám đã được phát triển qua các thời kỳ và ngày càng hoàn thiện cho đến nay kỹ thuật Viễn thám là kỹ thuật quan trọng không thể thiếu trong các nghiên cứu về bề mặt đất Trải qua các giai đoạn phát triển của kỹ thuật viễn thám trên thế giới có thể được tóm tắt qua các giai đoạn như sau

1 Giai đoạn tiền phát triển của kỹ thuật viễn thám

Giai đoạn này được phát triển trong giai đoạn đầu đến giữa những năm 1960 Đây là giai đoạn đầu của kỹ thuật Viễn thám, nên các kỹ thuật giải đoán ảnh chủ yếu tập trung vào giải đoán ảnh hàng không được chụp từ các máy bay hoặc kinh khí cầu Giai đoạn này dữ liệu ảnh vệ tinh chủ yếu được phục vụ cho lĩnh vực quân

sự Đặc biệt, từ sau giai đoạn chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) việc đầu tư phát triển kỹ thuật Viễn thám nhằm ghi nhận thông tin từ bề mặt đất để phục vụ nhu cầu thông tin mặt đất ngày càng được đầu tư tập trung nhằm khai thác thông tin về

bề mặt đất phục vụ chủ yếu cho quân sự, quốc phòng và cung cấp một phần cho các mục đích phi quân sự như sử dụng ảnh hàng không trong quy hoạch môi trường và

phát triển kinh tế nông thôn Tuy nhiên, trong giai đoạn này, các dữ liệu ảnh thu thập chỉ chủ yếu là ảnh chụp từ máy bay, kinh khí cầu

2 Giai đoạn phát triển kỹ thuật viễn thám

Giai đoạn này từ sau năm 1960 đến nay: giai đoạn này có sự phát triển của các vệ tinh nhân tạo Năm 1960 Hoa Kỳ phóng thành công vệ tinh quan sát tài nguyên đầu tiên Tiros -1 Sau đó, Hoa Kỳ và các nước lần lượt phóng các thế hệ vệ tinh nhân tạo khác phục vụ mục đích nghiên cứu bề mặt trái đất Việc phóng thành công các vệ tinh nhân tạo này đã góp phần lớn vào sự phát triển của kỹ thuật Viễn thám Từ đây, ảnh viễn thám phát triển nhanh chóng và được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau

Bên cạnh đó, sự ra đời, phát triển của hệ GIS và GPS đã một lần nữa khẳng định và thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật Viễn thám Do đó, sự phát triển của kỹ thuật viễn thám được phát triển mạnh mẽ và ứng dụng rộng rãi do sự cải tiến không ngừng của kỹ thuật chụp ảnh và ghi dữ liệu ảnh Bắt đầu từ việc cải tiến từ chụp ảnh

và ghi dữ liệu trên phim sau đó chụp ảnh ghi dạng kỹ thuật số Tiếp đến là việc cải tiến từ chụp ảnh có độ phân giải phổ thấp, độ phân giải không gian thấp sang ảnh có

độ phân giải không gian cao, ảnh đa phổ Vì vậy, hiện nay, kỹ thuật viễn thám kết hợp với kỹ thuật GIS, GPS đang là một kỹ thuật quan trọng, hiệu quả trong các nghiên cứu về bề mặt trái đất

1.2.3 Quá trình phát triển của kỹ thuật viễn thám ở Việt Nam

Kỹ thuật viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý bắt đầu được nghiên cứu ở Việt Nam từ năm 1979 cho đến nay và trải qua các thời kỳ như sau

Thời kỳ 1979 – 1980: giai đoạn thử nghiệm làm quen với kỹ thuật Viễn thám Trong thời kỳ này, kỹ thuật Viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý được nghiên cứu tiếp cận trong các cơ quan nhà nước

Trong 10 năm tiếp theo (1980-1990): trong thời kỳ này là giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm nhằm xác định hiệu quả khi sử dụng kỹ thuật Viễn thám để ứng dụng thực tế

Trong thời kỳ tiếp theo, từ 1990 đến nay Thời kỳ này, kỹ thuật Viễn thám bắt đầu được sử dụng nhiều ngành, nhiều lĩnh vực và bước đầu cho thấy hiệu quả của kỹ thuật Viễn thám Cho đến nay, kỹ thuật Viễn thám ngày càng được đầu tư phát triển đồng thời kết hợp với các kỹ thuật GIS, GPS

1.2.4 Nguyên lý thu nhận dữ liệu ảnh viễn thám

Sóng điện từ được phản xạ hay bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng xác định Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám cho phép tách thông tin hữu ích về từng loại lớp thực phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể

Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu ảnh viễn thám

Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến (sensor) Thiết bị này được đặt trên vật mang (là máy bay, vệ tinh, kinh khí cầu, )

Nguồn năng lượng chính thường dùng trong kỹ thuật viễn thám là năng lượng bức xạ mặt trời và năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu nhận bởi sensor đặt trên vật mang Thông tin về đối tượng có thể nhận biết được thông qua xử lý tự động trên máy tính hoặc giải đoán trực tiếp trên

ảnh của đối tượng Tuy nhiên, phương pháp xử lý ảnh số được sử dụng phổ biến do phương pháp này có khả năng sử dụng nhiều phần mềm hỗ trợ xử lý ảnh và phương pháp này có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

1.2.5 Khả năng ứng dụng của kỹ thuật viễn thám và GIS

Hiện nay, việc nghiên cứu kỹ thuật viễn thám và GIS được sử dụng hiệu quả trong nhiều lĩnh vực như:

- Dự báo thời tiết, theo dõi và dự báo những hiện tượng nguy hiểm như bão,

áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, mưa lớn, lốc,

- Giám sát hiện tượng sạt lở bờ biển, bờ sông, các tai biến địa chất, cháy rừng và điều tra hiện trạng môi trường, giám sát biến động thực phủ, xói mòn đất, hoang mạc hóa,

- Nghiên cứu địa chất và tìm kiếm – thăm dò khoáng sản, ảnh vệ tinh vừa đem nhiều thông tin mới mà các phương pháp truyền thống không mang lại được vừa tiết kiệm thời gian, tài chính trong công tác thăm dò tìm kiếm khảo sát thực địa

- Cập nhật bản đồ địa hình tỷ lệ lớn (từ 1:10.000 trở lên) theo các chu kỳ và theo hệ thống quy định

- Để quản lý quy hoạch sử dụng và bảo vệ tài nguyên rừng, tài nguyên đất và

có được số liệu chính xác làm cơ sở để hoạch định các chương trình phát triển kinh

tế - xã hội, các biện pháp ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh, kết hợp với điều tra khảo sát cho tính đồng nhất về thời điểm thu thập thông tin trên phạm vi rộng, kể cả vùng địa hình phức tạp

- Cung cấp thông tin cho công tác quản lý nuôi trồng thủy sản ven bờ và phục vụ đánh bắt hải sản xa bờ, thông tin về mùa màng phục vụ xuất khẩu nông sản, thông tin điều tra tổng hợp phục vụ quản lý dải ven bờ cũng như quy hoạch vùng, quy hoạch ngành phục vụ chuyển dịch cơ cấu kinh tế

- Ứng dụng công nghệ viễn thám còn để đảm bảo đầy đủ hơn cơ sở khoa học

- kỹ thuật cũng như rút ngắn thời gian thực hiện công tác quy hoạch và thực hiện quy hoạch, thiết kế mạng lưới giao thông,

Ngoài ra, kỹ thuật viễn thám còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: nghiên cứu hải dương học, an ninh – quốc phòng,

1.3 GIỚI THIỆU VỀ BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT

1.3.1 Giới thiệu về bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là bản đồ thể hiện sự phân bố các loại đất tại một thời điểm xác định nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất phải đảm bảo phản ánh trung thực hiện trạng sử dụng các loại đất theo mục đích sử dụng và các loại đất theo thực trạng bề mặt tại thời điểm thành lập bản đồ

1.3.2 Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Hiện nay, công tác lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất vẫn còn được tiến hành theo phương pháp truyền thống là kiểm tra hiện trạng và tổng hợp từ bản đồ địa chính, các loại bản đồ tỷ lệ lớn sau đó chồng lớp lên bản đồ địa hình để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cho khu vực khảo sát Do đó, công tác thành lập bản

đồ hiện trạng sử dụng đất cho các khu vực lớn tốn rất nhiều thời gian và công sức

mà tình hình phát triển kinh tế xã hội của nước ta biến đổi rất nhanh nên việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cho khu vực nghiên cứu lớn không đáp ứng được yêu cầu của quản lý của nhà nước về đất đai Đặc biệt khi thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cho khu vực lớn như đơn vị hành chính tỉnh, khu vực, …

Do đó, Bộ Tài nguyên - Môi trường định hướng phát triển kỹ thuật viễn thám vào thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất để phục vụ cho các yêu cầu khác nhau của công tác quản lý nhà nước về đất đai Việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất sử dụng kỹ thuật Viễn Thám được tiến hành theo từng bước như sau

- Công tác chuẩn bị

- Tiền xử lý ảnh

- Đăng ký tọa độ ảnh – đo khống chế ảnh

- Tăng cường chất lượng ảnh

- Phân loại và phân tích dữ liệu trên ảnh

- Vector hóa nội dung bản đồ

- Biên tập bản đồ

- Xuất in bản đồ Hiện trạng sử dụng đất

- Kiểm tra nghiệm thu bản đồ

1.4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

1.4.1 Các đề tài nghiên cứu ở nước ngoài

1 Nghiên cứu sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR để phân tích đánh giá thực phủ ở Kenya, Đông Phi, năm 2004

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng ảnh vệ tinh

ENVISAT ASAR thu được ở 4 thời điểm (ảnh ENVISAR ASAR thu được ngày 31/8/2003, ngày để phân tích 09/11/2003, ảnh vệ tinh thu nhận ngày 12/12/2003, ảnh thu ngày 02/02/2004) và sử dụng các ảnh vệ tinh độ phân giải không gian 30m Đồng thời, tác giả sử dụng ảnh vệ tinh landsat 7 ETM+ đăng ký tọa độ phục vụ việc nghiên cứu thực phủ trong điều kiện khí hậu chuyển mùa

b) Phương pháp thực hiện: Tác giả sử dụng các chỉ số trung bình (mean),

phương sai (Variance), semivariogram, Coefficient of Variation để biến đổi ảnh Bên cạnh đó, tác giả sử dụng phương pháp phân loại gần đúng nhất (Maximum Likelihood Classification), phương pháp Influence of polarizations, phương pháp Influence of multi-temporality, phương pháp Influence of the type of texture feature

để phân loại ảnh vệ tinh

c) Kết quả thực hiện: Kết quả nghiên cứu đã thành lập được bản đồ thực phủ

và đưa ra các bảng, biểu đồ về việc đánh giá biến động thực phủ của khu vực nghiên cứu theo 4 thời điểm chụp ảnh thời gian từ tháng 8 năm 2003 đến tháng 2 năm 2004 phân loại nghiên cứu 10 nhóm thực phủ khác nhau (đất xây dựng, đất đồng cỏ, đất có cây bụi, đất rừng thưa, đất rừng rậm, đất canh tác, đất đồng cỏ suy thoái, đất có cây bụi suy thoái, đất rừng suy thoái, đất rừng nguyên sinh)

d) Giới hạn của nghiên cứu: Trong nghiên cứu này tác giả đã đưa ra nhận xét

về việc sử dụng ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR đa thời gian để phân tích thực phủ là phương pháp phù hợp trong điều kiện ở Kenya Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng lượng ảnh vệ tinh rất lớn (4 bộ dữ liệu ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR từ tháng 8 năm 2003 đến tháng 2/2004 và ảnh vệ tinh Landsat 7 EMT+ để

đăng ký tọa độ cho ảnh ENVISAT ASAR) Bên cạnh đó, trong quá trình phân loại thực phủ, đề tài chỉ phân tích được 10 loại hình sử dụng đất chưa phân tích được các loại hình sử dụng đất chi tiết như đất xây dựng thì có đất ở, đất giao thông, đất chuyên dùng,

2 Nghiên cứu 3 mô hình biến động sử dụng đất phục vụ cho phân tích động lực

đô thị ở khu vực Sintra – Cascais thuộc Bồ Đào Nha, năm 2006 của tác giả Pedro Cabral và tác giả Alexander Zamyatin

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng ảnh vệ tinh

Landsat TM và ảnh vệ tinh Landsat ETM + thu được ở các thời điểm: ngày 14/3/1989, ngày 08/02/1994 và ngày 08/4/2001 để phân tích đánh giá trên phần mềm Idrisi Kilimanjaro Ngoài ra, tác giả còn sử dụng kết hợp với các loại bản đồ liên quan như: Bản đồ đường giao thông, bản đồ khu vực trung tâm đô thị,

b) Phương pháp thực hiện: Tác giả phân tích các các mô hình biến động hiện

trạng sử dụng đất theo 3 thuật toán gồm: mô hình CA-Markov, mô hình CA-cải tiến

và mô hình Geomod để so sánh với cách phân tích đánh giá biến động sử dụng đất với việc không sử dụng mô hình dựa vào 5 chỉ tiêu thống kê là: tỷ lệ giải đoán đúng, hằng số Kstandard, chỉ số thống kê Kno, chỉ số Klocation, chỉ số Khisto Đồng thời, tác giả so sánh đánh giá các bản đồ dự báo phát triển đô thị đến năm 2025 của từng

mô hình toán học nêu trên Tác giả nhận xét mô hình CA-Markov cải tiến là mô hình thích hợp nhất dùng để phân tích, đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất và phân tích động lực đô thị cho năm 2025 ở khu vực Sintra – Cascais thuộc Bồ Đào Nha

c) Kết quả thực hiện: Kết quả nghiên cứu đã so sánh đánh giá được tính ưu

việt của việc phân tích biến động sử dụng đất khi sử dụng các mô hình toán học và với việc không sử dụng các mô hình toán học đồng thời chọn ra được mô hình tốt nhất cho việc nghiên cứu biến động sử dụng đất nghiên cứu động lực đô thị

3 Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS phục vụ giám sát và mô hình

mở rộng đô thị ở khu vực từ Jaipur đến Rajasthan, Ấn Độ năm 2007 của các tác giả Mahesh Kumar Jat, P.K Garg và Deeppak Khare

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả, sử dụng các loại ảnh

vệ tinh landsat MSS, ảnh vệ tinh landsat TM, ảnh landsat ETM + và ảnh vệ tinh IRS 1D LISS-III thu được từ 4 thời điểm (năm 1977, năm 1989, năm 2002) kết hợp với các loại bản đồ liên quan khác như: bản đồ ranh giới hành chính, bản đồ sử dụng đất khu vực đô thị, bản đồ quy hoạch sử dụng đất, để phân tích biến động trên ảnh vệ tinh bằng phần mềm xử lý ảnh ERDAS

b) Phương pháp thực hiện: ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học và lọc nhiễu

Ảnh vệ tinh được giải đoán theo phương pháp phân loại không giám sát và phân loại có giám sát để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất Đồng thời, từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã thành lập, tác giả đã so sánh, đánh giá phân tích biến động hiện trạng sử dụng đất qua các năm nghiên cứu kết hợp với các thông tin về dân số -

xã hội để đưa ra xu hướng mở rộng đô thị đến năm 2051

c) Kết quả thực hiện: Trong nghiên cứu này, đã phân tích biến động của 10

loại hình sử dụng đất Đồng thời phân tích, dự báo dân số trong tương lai và dự báo

sự phân bố dân cư trong tương lai đưa ra các dự báo về nhu cầu sử dụng đất cũng như đưa ra xu hướng phát triển đô thị qua các năm 2011, 2021, 2031, 2041 và 2051

4 Nghiên cứu độ trơ của bề mặt thực phủ trong phân loại sử dụng đất đô thị tại Indianapolis/Marion county, bang Indiana, Hoa Kỳ, năm 2006, tác giả Dengsheng Lu, trung tâm nghiên cứu thay đổi môi trường và dân số, trường đại học Indiana State, Tere Haute, Hoa Kỳ và Qihao Weng, Phòng Địa lý, khoa địa chất và nhân học, trường đại học Indiana State, Tere Haute, Hoa Kỳ

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng các loại ảnh vệ

tinh landsat ETM + đa phổ độ phân giải không gian 30m và band 8 toàn sắc độ phân giải không gian 15m kết hợp với bản đồ phân bố mật độ dân số để tiến hành đánh giá khả năng biến động bề mặt đất kết hợp phân loại ảnh vệ tinh thành lập bản

đồ phân loại sử dụng đất khu vực đô thị

b) Phương pháp thực hiện: ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học và lọc nhiễu,

phân tích thành phần chính Đồng thời, đánh giá sự tương quan về sự phản xạ phổ của các band ảnh thành phần chính phân tích sự phản xạ phổ đánh giá khả năng trơ (ổn định của các loại hình sử dụng đất – không biến động) cho khu vực đô thị và khu dân cư tập trung Tác giả đã tính toán sự tương quan về phản xạ phổ kết hợp với bản đồ phân bố mật độ dân số phân chia ra được 7 nhóm sử dụng đất như sau:

- LIRL: Khu vực đất có khả năng ổn định rất thấp (khả năng biến động rất cao) các loại đất trong khu vực này có khả năng biến động sang các loại sử dụng đất khác rất cao

- MIRL: Khu vực đất có khả năng ổn định thấp (khả năng biến động cao) các loại đất trong khu vực này có khả năng biến động sang các loại sử dụng đất khác cao

- HIRL: Khu vực đất có khả năng ổn định trung bình (khả năng biến động trung bình) các loại đất trong khu vực này có khả năng biến động sang các loại sử dụng đất khác trung bình

- VIRL: Khu vực đất có khả năng ổn định cao (khả năng biến động thấp) các loại đất trong khu vực này có khả năng biến động sang các loại sử dụng đất khác thấp

- CITL: Khu vực đất có khả năng ổn định rất cao (khả năng biến động rất thấp) các loại đất trong khu vực này có khả năng biến động sang các loại sử dụng đất khác rất thấp

- NURL: Khu vực đất không thuộc khu đô thị hay khu vực đất ngoài khu dân

cư tập trung

- WAT: khu vực đất có mặt nước

Sau khi phân tích đánh giá ảnh vệ tinh theo các mức độ biến động loại hình

sử dụng đất sang các loại hình sử dụng đất khác, tác giả đã sử dụng phương pháp phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp phân loại gần đúng nhất (Maximum likelihood classifier) để tạo ra bản đồ thực phủ khu vực nghiên cứu cho loại sử dụng đất đô thị

c) Kết quả thực hiện: Trong nghiên cứu này, đã nghiên cứu sự tương quan

giữa các ảnh thành phần chính trên cơ sở sự phản xạ phổ ảnh Landsat ETM+ và dữ liệu dân số đánh giá khả năng biến động ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực đô thị Kết quả đánh giá phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp

dữ liệu phân bố mật độ dân số đánh giá khả năng trơ của loại hình sử dụng đất để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực đô thị hay khu dân cư tập trung là phù hợp và mang lại hiệu quả cao

1.4.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam

1 Sử dụng 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 và các cộng sự

a) Dữ liệu nghiên cứu: Nghiên cứu này đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat độ

phân giải không gian 30m, ảnh Spot độ phân giải không gian 10m, ảnh Aster độ phân giải không gian 15m kết hợp với các phần mềm giải đoán ảnh và phần mềm GIS như Envi, ArcView, ArcInfor và Mapinfo để cập nhật, chỉnh lý bổ sung biến động đất đai cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất vùng cây công nghiệp lâu năm của huyện Lâm Hà, huyện Di Linh, huyện Bảo Lâm, huyện Đức Trọng và thị xã Bảo Lộc thuộc tỉnh Lâm Đồng nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của bản đồ hiện trạng sử dụng đất

b) Phương pháp nghiên cứu: Trong nghiên cứu này thực hiện cập nhật thông

tin cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã được thành lập của địa bàn nghiên cứu Việc phân tích biến động hiện trạng sử dụng đất trong nghiên cứu này phân tích trên

cơ sở giải đoán thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh viễn thám năm 2002

và so sánh với số liệu thống kê các năm trước, bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã có trong khu vực nghiên cứu 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 nghiên cứu: Kết quả đã đánh giá được biến động sử dụng đất đến

năm 2002 và 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 thành lập bản đồ hiện trạng

sử dụng đất năm 2002 tỷ lệ 1:25.000 cho thị xã Bảo Lộc Nghiên cứu dừng ở việc cập nhật thông tin biến động cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất dạng số có sẵn trong khu vực nghiên cứu

d) Giới hạn - Hạn chế nghiên cứu: Tuy nhiên, nghiên cứu hạn chế trong

phạm vi là cập nhật, chỉnh lý, bổ sung biến động hiện trạng cho bản đồ hiện trạng

sử dụng đất đã có để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo các loại hình sử dụng đất từ 10 đến 11 lớp chính như: lớp đất rừng tự nhiên, lớp đất rừng trồng, lớp đất cây cà phê, lớp đất trồng chè, lớp đất trồng lúa nước, lớp đất trồng cây ngắn ngày, lớp đất trống, lớp đất giao thông và lớp đất giao thông Ngoài ra, có thêm một

số lớp sử dụng đất phụ khác theo mật độ che phủ của rừng như: lớp đất rừng có độ che phủ rất cao, lớp đất rừng có độ che phủ cao, lớp đất rừng có độ che phủ vừa và lớp đất rừng thưa Tuy nhiên, trong việc đánh giá phân loại sử dụng đất cập nhật bản đồ hiện trạng sử dụng đất đòi hỏi các loại hình sử dụng đất chi tiết và phong phú theo quy định của luật đất đai 2003 và các văn bản dưới luật quy định về thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất của bộ tài nguyên và môi trường Do đó, trong nghiên cứu này vẫn chưa phân loại sử dụng đất chưa đáp ứng hết các yêu cầu của việc biên tập cập nhật bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ dữ liệu vệ tinh

2 Phân tích sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình và cao thành lập bản

đồ thảm thực vật rừng tại vườn quốc gia Lò Gò Xa Mát, tỉnh Tây Ninh của tác giả Phạm Bách Việt, bộ môn Bản đồ - Viễn Thám – Gis, khoa Địa lý, trường Đại học Khoa học Xã hội – Nhân văn (hội nghị khoa học và công nghệ lần 10)

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả đã phối hợp ảnh Vệ

tinh Landsat ETM+ đa phổ độ phân giải không gian 30m với một kênh toàn sắc độ phân giải không gian 15m và ảnh vệ tinh Spot 5 độ phân giải không gian 2,5m

b) Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân loại

ảnh số có giám sát theo các khóa giải đoán được lập ngoài thực địa để phân loại thông tin lớp phủ thực vật trên ảnh theo hệ thống của UNESCO thành lập bản đồ lớp phủ thực vật tại vườn quốc gia Lò Gò Xa Mát, tỉnh Tây Ninh

c) Kết quả nghiên cứu: Từ kết quả nghiên cứu, tác giả thành lập được bản đồ

lớp thảm thực vật rừng cho vườn quốc gia Lò Gò Xa Mát, tỉnh Tây Ninh Trong bản

đồ này tác giả đã phân loại được rừng nửa kín thường xanh với các quần thể rừng khác nhau, rừng thưa nửa rụng lá, trảng cỏ có cây gỗ rải rác, trảng cỏ ngập nước theo mùa và bàu gần như ngập nước quanh năm

d) Giới hạn - hạn chế của nghiên cứu: Từ kết quả thực hiện, tác giả đã đưa ra

nhận xét là khi sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao kết hợp với đi khảo sát thực địa thì đánh giá phân tích hiệu quả hơn các phương pháp truyền thống là đi đo đạc khoanh vẽ hiện trạng Tuy nhiên, qua kết quả nghiên cứu, đề tài này đánh giá phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh vẫn không mang lại hiệu quả cao như sử dụng không ảnh chụp từ máy bay Bên cạnh đó, việc phân các loại sử dụng đất theo như

đã nghiên cứu ở đây vẫn chưa mang hiệu quả cao cho việc giải đoán phân loại thực phủ từ ảnh vệ tinh do khó có khả năng phân biệt các loại thực phủ như trảng cỏ ngập nước theo mùa và trảng cỏ có cây gỗ rải rác,

3 Tích hợp Viễn thám và hệ thống 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 nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng ảnh vệ tinh

landsat 7ETM + thu nhận ngày 11/12/2001 và ảnh vệ tinh landsat 7ETM + thu nhận ngày 18/01/2004 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 nghiên cứu: Trên cơ sở các tài liệu trên, tác giả tiến hành

phân loại ảnh về tinh theo phương pháp phân loại ảnh có giám sát theo phương pháp phân loại gần đúng nhất (Maximum likelihood classifier) Đồng thời tác giả kết hợp phân loại ảnh bằng mắt kết hợp phân loại ảnh bằng phần mềm Sau đó, tiến hành so sánh đánh giá biến động giữa các ảnh các tài liệu liên quan để tiến hành thành lập tìm ra ma trận biến động Sau khi giải đoán ảnh vệ tinh, tác giả đã tiến hành đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại

c) Kết quả nghiên cứu: Kết quả nghiên cứu 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 - hạn chế của nghiên cứu:

Trong nghiên cứu này, Tác giả chỉ lập được mô hình xử lý ảnh viễn thám và

hệ thống thông tin địa lý để đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất Tuy nhiên,

đề tài lại sử dụng ảnh vệ tinh ở các thời kỳ khác nhau Do đó, việc mua ảnh vệ tinh thực sự không mang hiệu quả 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 Bên cạnh đó, mô hình xử lý ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý dùng để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất phục vụ đánh giá biến động sử dụng đất nhưng chưa thực hiện được việc quản lý bản đồ để cập nhật thông tin biến động thường xuyên trong các thời điểm khác Vì vậy, để cập nhật thêm thông tin biến động vào bản đồ phục vụ đánh giá biến động sử dụng đất là rất hạn chế và chưa thực hiện được

4 Khai thác dữ liệu 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 nghiên cứu: Nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng ảnh Modis độ

phân giải 250m để theo dõi biến động thực phủ khu vực đồng bằng Sông Cửu Long Trong quá trình phân tích giải đoán, tác giả có sử dụng thêm ảnh vệ tinh Landsat ETM+ độ phân giải không gian 30m để đánh giá độ chính xác của việc giải đoán ảnh vệ tinh Modis đã được giải đoán

b) Phương pháp nghiên cứu: 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 phân mềm Envi để thực hiện hỗ trợ lập trình giải đoán

c) Kết quả nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả đã nghiên cứu được

quy trình xử lý ảnh MODIS để phân tích biến động thực phủ trong điều kiện nghiên cứu tại Đồng Bằng Sông Cửu Long 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 thực phủ

d) Giới hạn – Hạn chế của nghiên cứu: Hạn chế của nghiên cứu là tác giả

sử dụng ảnh vệ tinh MODIS độ phân giải không gian thấp và đánh giá cho khu vực rộng lớn nên 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, Đồng thời, khi ứng dụng cho phạm vi nghiên cứu nhỏ

và cần độ chính xác cao thì phương pháp và cách thực hiện này không phù hợp

Do đó, cần nghiên cứu các loại ảnh có độ phân giải không gian cũng như các phương pháp, giải đoán ảnh để thành lập bản đồ phân tích thực phủ cho các khu vực nhỏ đòi hỏi mức độ chi tiết hơn Bên cạnh đó, quá trình giải đoán ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất phải kết hợp giữa phần mềm giải đoán ảnh với các phần mềm GIS, nên việc thực hiện thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo phương pháp này khá phức tạp

1.4.3 Hướng nghiên cứu đề tài

Từ các hạn chế của các nghiên cứu trên, đề tài đưa ra phương pháp cập nhật biến động hiện trạng sử dụng đất cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã có Do đó, đề tài chỉ sử dụng ảnh vệ tinh tại thời điểm mới nhất nên giảm chi phí và khối lượng công việc phục vụ thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất Bên cạnh đó, đề tài nghiên cứu phương pháp sử dụng dữ liệu phân bố dân cư hỗ trợ phân loại ảnh vệ tinh nhằm nâng cao độ chính xác phân loại ảnh phục vụ cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất Đồng thời đề tài nghiên cứu việc sử dụng dữ liệu dân số hỗ trợ cập nhật biến động bản đồ hiện trạng sử dụng đất Vì vậy, đây là một hướng nghiên cứu mới của đề tài

PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN TRONG NGHIÊN CỨU CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT

2.1 CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT TỪ

DỮ LIỆU VIỄN THÁM

2.1.1 Quá trình giải đoán ảnh

Để giải đoán ảnh viễn thám nhằm phục vụ thành lập các loại bản đồ khác nhau của người nghiên cứu là quá trình phức tạp bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau Tuy nhiên, công việc này được thể hiện theo sơ đồ 2.1

Sơ đồ 2.1: Quy trình giải đoán ảnh viễn thám [2]

2.1.2 Nhập dữ liệu ảnh vệ tinh

Ảnh vệ tinh do các thiết bị chụp ảnh cung cấp Sản phẩm của các máy chụp ảnh này có thể được lưu trữ ở nhiều dạng khác nhau như: lưu trữ trên giấy, trên đĩa, Tuy nhiên, để xử lý ảnh số thì dữ liệu bắt buộc phải được lưu trong hình thức

số sao cho có thể lưu trữ, vận hành bằng máy tính

2.1.3 Khôi phục và hiển thị ảnh

Đây là giai đoạn tiền xử lý phải được tiến hành phân tích và các thông tin trên ảnh vệ tinh Giai đoạn này bao gồm hiệu chỉnh hình học và hiệu chỉnh bức xạ ảnh Quá trình này thường được thực hiện trên máy tính lớn tại các trung tâm dữ

Xuất kết quả để

chuyển dữ liệu vào

các phẩn mềm GIS

liệu vệ tinh nhằm tạo ra một dữ liệu lý tưởng cung cấp cho người sử dụng Hiệu chỉnh bức xạ để đảm bảo ảnh số nhận được những giá trị chính xác của năng lượng bức xạ và phản xạ được thu hồi bởi bộ cảm biến

2.1.3.1 Hiệu chỉnh bức xạ ảnh

Để đảm bảo nhận được những giá trị chính xác của năng lượng bức xạ, phản

xạ của vật thể cho trên ảnh vệ tinh cần hiệu chỉnh bức xạ nhằm loại trừ các giá trị nhiễu trước khi sử dụng ảnh Hiệu chỉnh bức xạ ảnh gồm ba nhóm chính là: hiệu chỉnh bức xạ do ảnh hưởng bởi bộ cảm biến (hiệu chỉnh mất dòng ảnh, hiệu chỉnh vệt ảnh, hiệu chỉnh nhiễu ngẫu nhiên trên ảnh), hiệu chỉnh do địa hình và góc chiếu của mặt trời (hiệu chỉnh bóng chói mặt trời, hiệu chỉnh bóng râm, hiệu chỉnh góc chiếu của mặt trời), hiệu chỉnh bức xạ do ảnh hưởng của khí quyển

2.1.3.2 Hiệu chỉnh hình học ảnh

Đây là quá trình chuyển các điểm trên ảnh bị biến dạng về tọa độ thực trong

hệ tọa độ mặt đất (đối với hệ tọa độ của nước ta đang sử dụng là hệ VN2000), quá trình này được hiểu là quá trình loại bỏ sai số nội sai gây ra bởi tính chất của bởi bộ cảm hay ngoại sai gây ra bởi vị thế của vật mang và sự thay đổi của địa hình Quá trình hiệu chỉnh hình học ảnh gồm hai phương pháp chính gồm xử lý hình học hai chiều và xử lý hình học ba chiều Mục đích của hiệu chỉnh hình học ảnh là để xác định tọa độ của các đối tượng hoặc tạo ảnh lập thể, chồng các ảnh với nhau để thích hợp trong xử lý và phân tích ảnh, hiển thị ảnh trong môi trường GIS để tạo ảnh nền cho dữ liệu Vector

2.1.4 Biến đổi ảnh

Đây là quá trình xử lý như lọc không gian, nén ảnh, tạo ảnh tỷ số, nhằm mục đích tăng cường chất lượng ảnh vệ tinh, nâng cao độ chính xác trong quá trình phân loại ảnh phục vụ các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng Quá trình biến đổi ảnh gồm: Tăng cường chất lượng ảnh, lọc không gian, biến đổi giữa các ảnh, phân tích thành phần chính

2.1.4.1 Tăng cường chất lượng ảnh

Tăng cường chất lượng ảnh nhằm mục đích làm nổi bật những đối tượng trên ảnh mà người giải đoán quan tâm để thuận lợi trong quá trình phân loại giải đoán ảnh thành lập bản đồ

a) Biến đổi cấp độ xám: Đây là kỹ thuật tăng cường ảnh đơn giản do thực tế trong ảnh thô giá trị nhằm cung cấp thông tin hữu ích thường phân bố trong phạm vi hẹp so với khả năng hiển thị của ảnh nên việc biến đổi cấp độ xám là biến đổi khoảng giá trị cấp độ xám thực tế của ảnh gốc về khoảng cấp độ xám mà thiết bị có khả năng thể hiện được

Các thuật toán biến đổi cấp độ xám thường là hàm đơn giản y = f (x) với y là giá trị cấp độ xám của ảnh biến đổi Trong đó các thuật toán biến đổi cấp độ xám được sử dụng phổ biến là phương pháp biến đổi độ tương phản, phép biến đổi Histogram,

b) Thể hiện màu dữ liệu ảnh: Phương pháp thể hiện màu dữ liệu ảnh vệ tinh

có vai trò quan trọng trong việc giải đoán ảnh bằng mắt, đặc biệt là thể hiện màu đa phổ thích hợp sao cho đạt hiệu quả cao nhất trong công tác giải đoán

Việc thể hiện màu dữ liệu ảnh quan trọng nhất là chọn các kênh phù hợp để

tổ hợp màu nhằm khai thác các thông tin trên ảnh hiệu quả cho viêc lập bản đồ Do

đó, có nhiều cách khác nhau để chọn kênh phổ nhằm mục đích thể hiện màu dữ liệu ảnh như: tổ hợp màu, hiển thị màu giả, chỉ số OIF,

2.1.4.2 Lọc không gian

Lọc không gian là quá trình tăng cường hay cải tiến chất lượng ảnh bằng cách áp dụng hàm (hay toán tử lọc) trong không gian ảnh nhằm loại nhiễu ngẫu nhiên và các giá trị đột biến của pixel trên ảnh, tạo ảnh mới mịn hơn so với ảnh gốc Lọc không gian gồm phương pháp lọc tần số và phương pháp lọc theo hướng

2.1.4.3 Biến đổi giữa các ảnh

Biến đổi giữa các kênh ảnh liên quan đến việc tạo ảnh mới từ việc xử lý các ảnh đa phổ hoặc đa thời gian bằng các thuật toán được áp dụng trên nguồn ảnh đã

có Việc biến đổi ảnh chính là việc tạo ảnh mới nhằm nhấn mạnh các đối tượng trên

ảnh nâng cao độ chính xác trong quá trình phân loại ảnh thành lập bản đồ Biến đổi giữa các ảnh bao gồm phép biến đổi số học và phép biến đổi Logic

nhân, chia các band ảnh) để nhấn mạnh các nội dung trên ảnh phục vụ các nhu cầu khác nhau trong xử lý ảnh Các dạng biến đổi số học thường dùng gồm: Biến đổi tạo ảnh tỷ số, biến đổi tạo ảnh dựa trên chỉ số thực vật,

a) Biến đổi tạo ảnh tỷ số: Kỹ thuật tạo ảnh tỷ số để loại trừ bóng râm do ảnh hưởng của địa hình, tách đặc tính các yếu tố địa chất, nhấn mạnh các đối tượng cần quan tâm như vùng thực phủ, bằng cách chọn hai kênh thích hợp trong ảnh đa phổ, chia giá trị độ sáng tương ứng từng pixel của hai kênh ảnh gốc này đề nhận được trị độ sáng pixel của ảnh mới gọi là ảnh tỷ số

ij ij( )

ij

K ratio

L

BV BV

BV

=

Trong đó: - BVijK: giá trị độ sáng pixel (i,j) kênh K

- BVijL: giá trị độ sáng pixel (i,j) kênh L Đối với ảnh vệ tinh landsat, để nhấn mạnh vùng thảm thưc vật dùng tỷ số (band4/band3) để phân biệt đất và nước dùng tỷ số (band5/band2), nghiên cứu khoáng sản trong địa chất dùng (band1/band7),

b) Biến đổi tạo ảnh dựa trên chỉ số thực vật NDVI:

Ảnh dựa trên tỷ số thực vật NDVI là dạng đặc biệt của ảnh tỷ số được đề xuất bởi Rouse và các cộng sự năm 1973, nhằm nhấn mạnh vùng thực phủ trên ảnh mới Đối vởi ảnh Landsat TM, chỉ số thực vật thường được tính như sau:

Trong đó: - BVij3: giá trị độ sáng pixel (i,j) kênh 3 (sóng ánh sáng đỏ)

- BVij4: giá trị độ sáng pixel (i,j) kênh 4 (sóng hồng ngoại) 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

2 Biến đổi logic:

- Biến đổi số học: Sử dụng các toán tử OR, AND, để phân tích ảnh đa thời gian hoặc chồng ảnh viễn thám đã phân loại lên bản đồ chuyên đề

2.1.4.4 Phân tích thành phần chính

Ảnh vệ tinh đa phổ có độ tương quan rất cao Vì vậy, thông tin của chúng có phần trùng lặp rất lớn (ảnh đa phổ chứa thông tin nhiễu cũng như dư thừa thông tin) Do đó, cần xác định sự tương quan giữa các kênh phổ để loại bỏ thông tin nhiễu nhằm chọn ra các kênh phổ có ít sự trùng lặp thông tin mà vẫn bảo toàn được thông tin ở mức chấp nhận được

Đối với ảnh vệ tinh landsat TM sự tương quan giữa 7 kênh ảnh được thể hiện bởi ma trận tương quan bảng 2.1) cho thấy kênh 1, 2 và 3 có sự tương quan rất cao (>95%) nên có sự dư thừa thông tin khi sử dụng đồng thời ba kênh này để hiển thị

tổ hợp màu Ở mức thấp hơn có sự tương quan giữa các kênh 4, 5 và 6 từ 76% đến 95% Các kênh có sự tương quan thấp 39% giữa kênh 1 và kênh 4, sự tương quan 44% giữa kênh 2 và kênh 4,

Bảng 2.1: Ma trận tương quan giữa các kênh phổ của ảnh landsat

thành phần chính thể hiện bởi vector Zi (i = 1, 2, ,k) Quan hệ tuyến tính có thể được mô tả theo tổ hợp tuyến tính: Zi = ai1x1 + ai2x2 + + aikxk

Viết lại dưới dạng ma trận như sau: Z = AX

Trong đó: A là ma trận hệ số

Để nhận được các thành phần chính cần giải hệ phương trình để tìm các hệ

số aik theo những điều kiện sau:

2 1

ik

a =

∑

Giá trị phương sai của Zi phải cực đại

Các đại lượng Zi, Zi+1 phải độc lập tuyến tính với nhau

Tạo ảnh thành phần chính là kỹ thuật quan trọng nhằm sử dụng vào các mục đích sau:

- Nén nội dung thông tin của dữ liệu ảnh có nhiều kênh phổ sang ảnh chỉ có

3 kênh phổ tạo thuận lợi cho việc lưu trữ và giải đoán ảnh (hiện ảnh tổ hợp màu ba kênh phổ ứng với ba màu cơ bản)

- Phân loại hiện trạng sử dụng đất trên cơ sở dữ liệu ảnh đa phổ (không có nhiễu và tương quan giữa các biến)

- Phát hiện biến động trên cơ sở dữ liệu đa thời gian.(so sánh các ảnh thành phần chính trên cùng khu vực tại các thời điểm khác nhau)

2.1.5 Phân loại và phân tích thông tin trên ảnh

Đây là giai đoạn quan trọng của quá trình giải đoán ảnh Phân loại và phân tích thông tin từ ảnh đa phổ với mục đích tách các thông tin cần thiết phục vụ việc giám sát các đối tượng hay lập bản đồ chuyên đề Giai đoạn này ta có thể sử dụng các phương pháp phân loại ảnh phi giám định (sử dụng kỹ thuật ghép nhóm phân cấp hoặc không phân cấp) hoặc phân loại ảnh có giám định (sử dụng các kỹ thuật phân loại như: phân loại hình hộp, phân loại theo cây quyết định, phân loại khoảng cách ngắn nhất, phân loại gần đúng nhất, phân loại mạng neural đa lớp LNN và phân loại mờ FC)