Tài liệu Nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất huyện từ liêm trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và gis

L IC M N Tôi xin bày tỏ lòng c m n sơu sắc tới TS. Đinh Thị B o Hoa, ng i đư tận tình chỉ b o, động viên, h ớng dẫn vƠ giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên c u và hoàn thiện luận văn tốt nghiệp này. Tôi cũng xin bƠy tỏ sự biết n sơu sắc đến các thầy cô trong khoa Địa lý cùng gia đình, b n bè đồng nghiệp đư hỗ trợ, động viên khích lệ, t o điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong th i gian học tập, nghiên c u và hoàn thành luận văn nƠy. Hà Nội, ngày 1 tháng 12 năm 2010 Tác gi luận văn Vũ Ngọc Thủy 1 M CL C M Đ U ............................................................................................................................ 6 1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 6 2. Mục tiêu và nhiệm vụ .......................................................................................... 7 3. Cấu trúc đồ án ..................................................................................................... 8 CH NG 1 - C S KHOA H C NGHIểN C U BI N Đ NG L P PH M T Đ T .................................................................................................................................... 9 1.1 Khái niệm chung về lớp phủ mặt đất ............................................................... 9 1.1.1 Khái niệm ..................................................................................................................... 9 1.1.2 Phân loại lớp phủ mặt đất ......................................................................................... 11 1.2 Khái niệm về biến động ..................................................................................... 13 1.3 Các phương pháp viễn thám trong nghiên cứu biến động ............................. 15 1.4 Tổng quan các công trình nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất vùng ven đô ..... 18 CH NG 2 - KH NĂNG KHAI THỄC THỌNG TIN VI N THỄM TRONG NGHIểN C U BI N Đ NG L P PH M T Đ T ........................................................................ 20 2.1 Công nghệ viễn thám trong theo dõi biến động lớp phủ mặt đất .................... 20 2.1.1 Cơ sở vật lý và nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám ................................................. 22 2.1.2 Cơ sở viễn thám ứng dụng trong theo dõi biến động lớp phủ mặt đất .................... 25 2.2 Cơ sở GIS trong nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất ................................ 31 2.3 Phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất..................................... 33 2.3.1 Chọn tư liệu ảnh viễn thám ....................................................................................... 34 2.3.2 Nắn chỉnh hình học ................................................................................................... 34 2.3.3 Đồng nhất về độ phân giải của các ảnh tư liệu ........................................................ 35 2.3.4 Phân loại ảnh viễn thám............................................................................................ 35 2.4.5 Kiểm chứng ................................................................................................................ 42 2.4.6 Kết quả phân loại ....................................................................................................... 42 CH NG 3 - NG D NG PH NG PHỄP VI N THỄM VÀ GIS TRONG NGHIểN C U BI N Đ NG L P PH M T Đ T HUY N T LIểM .................. 43 2 3.1 Đặc điểm chung về địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội huyện Từ Liêm ............ 43 3.2 Nguồn tư liệu sử dụng ...................................................................................... 46 3.3 Thực nghiệm và kết quả nghiên cứu................................................................ 47 3.3.1 Nắn chỉnh hình học ................................................................................................... 47 3.3.2 Cắt ảnh ....................................................................................................................... 47 3.3.3 Giải đoán ảnh............................................................................................................. 47 3.3.4 Phân loại .................................................................................................................... 48 3.3.3 Đánh giá kết quả phân loại ....................................................................................... 57 3.3.4 Phân tích dữ liệu trong GIS ...................................................................................... 61 3.3.2 Phân tích biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm ............................................. 63 3.4 Kết quả và đánh giá ........................................................................................... 66 K T LU N VÀ KI N NGH .......................................................................................... 70 1. Kết luận ................................................................................................................ 70 2. Kiến nghị ............................................................................................................. 71 TÀI LI U THAM KH O ................................................................................................ 72 3 DANH M C HỊNH VẼ, B NG BI U, S Đ Hình 1.1 - S đồ tổng quát về lớp ph mặt đất ........................................................ 10 B ng 1.1 - Hệ phân lo i lớp ph mặt đất t i khu vực huyện Từ Liêm ..................... 13 Hình 1.2 - Ph ng pháp phơn tích sau phơn lo i ...................................................... 16 Hình 1.3 - Ph Hình 1.4 - Ph ng pháp phơn lo i trực tiếp nh đa th i gian ................................... 16 ng pháp nhận biết thay đổi phổ ....................................................... 17 Hình 1.5 - Ph ng pháp kết hợp ............................................................................... 18 Hình 2.1 - Hệ thống vệ tinh giám sát tƠi nguyên vƠ môi tr ng Trái Đất ............... 21 Hình 2.2 - Khái niệm chung về viễn thám ................................................................ 22 Hình 2.3 - B c x điện từ và kh năng khai thác thông tin ..................................... 23 Hình 2.4 - Cửa sổ khí quyển .................................................................................... 24 Hình 2.5 - Phân lo i sóng điện từ .............................................................................. 24 Hình 2.6 - Đ ng cong phổ ph n x ........................................................................ 25 Hình 2.7 - Đặc tr ng phổ ph n x c a một số đối t ợng tự nhiên chính .................. 26 B ng 2.1 - Một số dấu hiệu gi i đoán trên nh tổ hợp màu gi c a nh vệ tinh SPOT ...... 30 S đồ 2.1- Quy trình ph ng pháp nghiên c u biến động lớp ph mặt đất.............. 33 Hình 3.1 - B n đồ quy ho ch sử dụng đất huyện Từ Liêm đến năm 2020 ............... 45 B ng 3.1 - Dữ liệu nh vệ tinh sử dụng trong đề tài ................................................. 46 B ng 3.2 - Một số mẫu gi i đoán dùng trong đề tài .................................................. 49 Hình 3.2 - Chọn vùng mẫu ........................................................................................ 51 Hình 3.3 - Kiểm tra sự khác biệt giữa các mẫu ......................................................... 51 Hình 3.4 - T o project ............................................................................................... 54 Hình 3.5 - Nhập dữ liệu đầu vào ............................................................................... 54 Hình 3.6 - Hiển thị nh .............................................................................................. 55 Hình 3.7 - Kết qu c a quá trình segment ................................................................. 55 Hình 3.8 - Hình nh phân biệt hai quá trình segment ............................................... 57 Hình 3.9 - Hình minh ho các đối t ợng c a phân lo i theo pixel bị mất thông tin . 59 B ng 3.3 - Ma trận sai lẫn trong ph ng pháp phơn lo i thống kê ........................... 59 B ng 3.4 -B ng so sánh diện tích một số lớp c a ph ng pháp phơn lo i theo pixel vƠ định h ớng đối t ợng với số liệu thống kê huyện................................................ 60 Hình 3.10 - Hình nh minh ho quá trình tính toán diện tích biến động .................. 62 Biểu đồ 3.1 - C cấu sử dụng đất năm 2003 vƠ 2008 ............................................... 63 Hình 3.11 - Kết qu tính biến động hai nh phân lo i năm 2003 - 2008 .................. 64 B ng 3.5 - Diện tích biến động các lo i hình sử dụng năm 2003-2008 ................... 64 4 Biểu đồ 3.2 - So sánh diện tích c a các lo i hình đất có biến động .......................... 65 Hình 3.12 - T i Từ Liêm nhiều khu đất xen kẹt giữa các khu đô thị khó canh tác... 67 5 M Đ U 1. Tính c p thi t c a đ tƠi Từ Liêm là một huyện nằm phía Tây cửa ngõ th đô HƠ Nội. Theo quy ho ch phát triển kinh tế - xã hội c a th đô đến năm 2020, quá nửa huyện Từ Liêm nằm trong vƠnh đai phát triển c a đô thị. Với tốc độ đô thị hóa nhanh nh vậy, diện tích đất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp và chia cắt, các khu công nghiệp, khu đô thị mới từng b ớc hình thành. Sự biến động này có những thuận lợi song cũng có những khó khăn hết s c ph c t p vì nó tác động đến tất c các lĩnh vực kinh tế - văn hoá, xã hội, tập quán c a nhân dân. Những mặt tiêu cực do quá trình đô thị hoá mang l i nh sự gi m dần c a các ho t động nông nghiệp và sự phát triển c a các ho t động phi nông nghiệp khác, sự gia tăng các vấn đề xã hội, môi tr ng và c những vấn đề về c s h tầng ch a kịp đáp ng các đòi hỏi mới sẽ xuất hiện. Do đó, cần ph i có sự định h ớng, theo dõi, đánh giá, kiểm kê, qu n lý sự biến động lớp ph mặt đất. Đất đai lƠ một lo i t liệu s n xuất đặc biệt vƠ nhƠ n ớc nắm quyền qu n lý việc sử dụng. Khi x y ra quá trình đô thị hoá, đất đai bị thay đổi mục đích sử dụng cho phù hợp với các nhu cầu phát triển c s h tầng đô thị. Mặc dù hƠng năm đều có các báo cáo về hiện tr ng và tình hình biến động lớp ph mặt đất nh ng các báo cáo này ch yếu dựa trên các ph ng pháp truyền thống lƠ đo vẽ, thành lập b n đồ, tính toán diện tích đất, đó lƠ một công việc ph c t p vƠ đòi hỏi nhiều th i gian. H n nữa, khi sử dụng các tài liệu thống kê và tài liệu b n đồ không ph i bao gi cũng có thể khai thác những thông tin hiện th i nhất vì sử dụng đất luôn biến động. Ph ng pháp viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) đang dần khắc phục đ ợc những nh ợc điểm này. Kỹ thuật viễn thám với kh năng quan sát các đối t ợng các độ phân gi i phổ và không gian từ trung bình đến siêu cao và chu kì chụp lặp l i từ một tháng đến một ngày cho phép ta quan sát vƠ xác định nhanh chóng l ợng cũng nh vị trí c a thông tin biến động lớp ph mặt đất vƠ đặc biệt lƠ xu h ớng c a biến động. Đối với các nhà qu n lý, thông tin 6 tầm vĩ mô lƠ rất cần thiết, vì vậy các kết qu quan sát biến động lớp ph mặt đất từ viễn thám sẽ trợ giúp họ về mặt khoa học trong qu n lý vĩ mô, quy ho ch sử dụng đất… Các kết qu phân lo i từ viễn thám đ ợc tích hợp với các dữ liệu thống kê kinh tế xã hội trong môi tr ng GIS, thực hiện các ch c năng phơn tích không gian và tìm kiếm dữ liệu sẽ giúp ta đ a ra đ ợc những phân tích và nhận định về nguyên nhân, nh h ng vƠ xu h ớng c a biến động lớp ph mặt đất. Chính vì vậy, ph pháp viễn thám vƠ GIS đang vƠ sẽ là một ph thống quan trắc biến động lớp ph mặt đất ng ng pháp quan trọng trong cấu trúc hệ các vùng ven đô nói chung và khu vực Từ Liêm nói riêng. Trong khoá luận này, tác gi đ a ra đề tƠi “Nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS” 2. M c tiêu vƠ nhi m v a. Mục tiêu: - ng dụng các ph ng pháp xử lý nh viễn thám đa th i gian theo dõi biến động lớp ph mặt đất. - So sánh 2 ph ng pháp phơn lo i để chọn ra ph ng pháp tối u cho việc thành lập các b n đồ biến động từ nh viễn thám. - Đánh giá kết qu trên b n đồ biến động lớp ph mặt đất c a huyện Từ Liêm. b. Nhiệm vụ: Dựa trên mục tiêu đề ra, cần thực hiện các nhiệm vụ sau: - Thu thập các tài liệu và các dữ liệu nh viễn thám đa th i gian có liên quan. - Nghiên c u tổng quan ph ng pháp viễn thám trong nghiên c u biến động lớp ph mặt đất. - Nghiên c u c s ph n x c a các đối t ợng. - Xử lý dữ liệu trong phòng kết hợp điều tra thực địa. 7 - Tiến hành phân lo i nh theo 2 ph kê vƠ ph ng pháp: ph ng pháp phơn lo i thống ng pháp phơn lo i h ớng đối t ợng. - Gi i thích kết qu , so sánh kết qu phân lo i đ ợc với số liệu thống kê sử dụng đất huyện Từ Liêm vƠ so sánh các ph ng pháp phơn lo i nh. - Phân tích biến động lớp ph mặt đất khu vực Từ Liêm vƠ so sánh, đánh giá biến động qua 2 th i kỳ (2003 - 2008) 3. C u trúc đ án Toàn bộ đồ án ngoài phần m đầu và kết luận đ ợc trình bƠy trong 3 ch ng: CH NG 1: C s khoa học nghiên c u biến động lớp ph mặt đất CH NG 2: Kh năng khai thác thông tin viễn thám trong nghiên c u biến động lớp ph mặt đất CH NG 3: ng dụng ph ng pháp viễn thám và GIS trong nghiên c u biến động lớp ph mặt đất huyện Từ Liêm 8 CH NG 1 - C S KHOA H C NGHIểN C U BI N Đ NG L P PH M T Đ T 1.1 Khái ni m chung v l p ph m t đ t 1.1.1 Khái niệm Lớp ph mặt đất lƠ tr ng thái vật chất c a bề mặt trái đất, lƠ sự kết hợp c a nhiều thƠnh phần nh thực ph , thổ nh ỡng, đá gốc vƠ mặt n ớc chịu sự tác động c a các nhơn tố tự nhiên nh nắng, gió, m a bưo vƠ nhơn t o nh khai thác đất để trồng trọt, xơy dựng nhƠ cửa, công trình phục vụ cuộc sống c a con ng i. Sự kết hợp nƠy t o ra lớp ph mặt đất phong phú, đa d ng nh ng nhìn tổng thể lớp ph mặt đất chia ra thƠnh hai nhóm chính lƠ mặt n ớc vƠ mặt đất. Mặt n ớc gồm có n ớc lục địa nh hệ thống sông, suối, kênh m ng, hồ ao vƠ n ớc đ i d ng - biển ph trùm phần lớn diện tích bề mặt trái đất. Phần diện tích ít h n lƠ mặt đất nh ng l i lƠ n i tập trung hầu hết những ho t động c a con ng i cũng nh nhiều loƠi sinh vật khác trên trái đất vƠ lƠ n i đang biến đổi từng ngƠy, từng gi , những ho t động đó đư t o nên sự phong phú c a lo i hình lớp ph mặt đất nh thực ph gồm cỏ, cơy bụi, rừng, đất canh tác đang có cơy sinh tr l ới giao thông; khu công nghiệp, th ng….; dơn c đô thị, nông thôn; m ng ng m i vƠ các đối t ợng đất chuyên dùng khác; các vùng đất trống, đồi núi trọc, cồn cát, bưi cát… Khái niệm lớp ph mặt đất khác với sử dụng đất, nh ng các đối t ợng c a chúng l i có sự t ng quan mật thiết. Sử dụng đất mô t cách th c con ng i sử dụng đất vƠ các ho t động kinh tế - xư hội x y ra trên mặt đất, những ho t động này lƠ sự tác động trực tiếp lên bề mặt đất, chính vì vậy mƠ một số lo i hình sử dụng đất cũng lƠ đối t ợng c a lớp ph mặt đất, ví dụ nh đất đô thị vƠ đất nông nghiệp. Một số lo i hình sử dụng đất khác nh công viên theo góc độ lớp ph bao gồm th m cỏ, rừng cơy hay các công trình xơy dựng nh ng trên thực tế trong hệ phơn lo i lớp ph mặt đất hiện hƠnh đều ph i xét đến khía c nh sử dụng đất vƠ đ a vƠo lo i hình lớp ph nhơn t o có thực ph . 9 Hình 1.1 - Sơ đồ tổng quát về lớp phủ mặt đất (nguồn : Hệ phơn lo i lớp ph CORINE) Trên thực tế mỗi một khu vực khác nhau trên trái đất đều có lo i hình lớp ph mặt đất đặc tr ng vƠ mỗi một đối t ợng đều chịu sự tác động theo hai h ớng c a tự nhiên vƠ con ng i với m c độ m nh, yếu khác nhau. Sự tác động nƠy đư làm cho lớp ph mặt đất luôn biến đổi. Sự biến đổi c a lớp ph mặt đất ng ợc l i cũng có những nh h ng không nhỏ đến cuộc sống c a con ng rừng suy gi m đư gơy ra lũ lụt i, nh diện tích một số n i; sự gia tăng c a các khu công nghiệp vƠ các ho t động nông nghiệp nh tăng vụ lúa, nuôi trồng thuỷ s n không hợp lý lƠ một trong những nguyên nhơn gơy biến đổi khí hậu. Nh vậy có thể nói lớp ph mặt đất có quan hệ mật thiết với các ho t động kinh tế xư hội, tƠi nguyên thiên nhiên vƠ môi tr ng sống c a con ng i. Do đó, để trái đất có thể phát triển bền vững lƠ mục tiêu lớn đặt lên hƠng đầu c a mỗi quốc gia vƠ mỗi chơu lục. Trong những năm qua, trên thế giới đư x y ra rất nhiều những hiện t ợng lƠm nh h nguyên thiên nhiên vƠ môi tr ng, nh : - Sa m c hóa diễn ra với tốc độ nhanh h n - Diện tích rừng ngƠy cƠng bị thu hẹp - Đất ngập n ớc đang bị mất dần - Quá trình đô thị hóa diễn ra với tốc độ rất cao 10 ng lớn đến tƠi - Thiên tai nh h n hán, lũ lụt, động đất, sóng thần th ng xuyên x y ra t i nhiều khu vực trên thế giới. n ớc ta trong những năm vừa qua, nhất lƠ từ khi thực hiện chính sách đổi mới đư đ t đ ợc những thƠnh tựu to lớn về phát triển kinh tế xư hội. Tuy nhiên, tốc độ phát triển kinh tế quá cao đư dẫn tới việc khai thác tƠi nguyên thiên nhiên không có quy ho ch, mƠ hậu qu lƠ sự suy gi m nguồn tƠi nguyên thiên nhiên vƠ suy thoái môi tr ng nghiêm trọng trên diện rộng. Rừng tự nhiên bị chặt phá bừa bưi để lấy gỗ, c i, khai thác khoáng s n, những diện tích rừng ngập mặn rất lớn bị chặt phá để nuôi tôm, nguồn n ớc bị ô nhiễm, thiên tai h n hán, lũ lụt x y ra th ng xuyên. Tr ớc tình hình đó, nhu cầu b c xúc đặt ra lƠ ph i có những thông tin chính xác, kịp th i về diễn biến lớp ph mặt đất để phục vụ một cách hiệu qu cho công tác điều tra, qu n lý tƠi nguyên thiên nhiên vƠ môi tr ng. Các thông tin về lớp ph mặt đất đ ợc thu thập bằng hai ph ng pháp c b n lƠ kh o sát thực địa vƠ phơn tích t liệu viễn thám. Kh o sát thực địa lƠ ph pháp thu thập thông tin truyền thống th Phơn tích t liệu viễn thám lƠ ph ng ng rất tốn kém vƠ mất nhiều th i gian. ng pháp hiện đ i, cho phép chiết tách các thông tin lớp ph mặt đất một cách nhanh chóng, hiệu qu vƠ ít tốn kém. 1.1.2 Phân loại lớp phủ mặt đất Để thuận lợi cho việc khai thác vƠ sử dụng các thông tin lớp ph mặt đất vƠ đ m b o tính thống nhất về nội dung thông tin, ng i ta đó xơy dựng các hệ phơn lo i lớp ph mặt đất. Nhìn chung các hệ phơn lo i lớp ph mặt đất đư có đều dựa trên nguyên tắc sau: - Hệ phơn lo i dễ hiểu, dễ hình dung phơn chia đối t ợng bề mặt thành các nhóm chính theo tr ng thái vật chất c a các đối t ợng nh mặt n ớc, mặt đất, lớp ph thực vật, đất nông nghiệp, bề mặt nhơn t o. - Phù hợp với kh năng cung cấp thông tin c a t liệu viễn thám bao gồm các lo i nh vệ tinh nh SPOT, LANDSAT, nh hƠng không… - Các đối t ợng trong hệ phơn lo i đáp ng đ ợc yêu cầu phơn tách đ ợc đối t ợng trên các t liệu thu thập các th i gian khác nhau. 11 - Hệ thống phơn lo i áp dụng đ ợc cho nhiều vùng rộng lớn - Hệ thống phơn lo i phơn chia các đối t ợng theo các cấp bậc nên phù hợp với việc phơn tích đối t ợng trên các t liệu có độ phơn gi i khác nhau, đáp ng yêu cầu thƠnh lập b n đồ các tỷ lệ khác nhau. Tuy nhiên trên mỗi hệ phơn lo i đều có những đặc điểm riêng phù hợp với điều kiện tự nhiên, m c độ khai thác lớp ph bề mặt c a từng khu vực. Hệ phơn lo i FAOLCC (Food and Agriculture Organization Land Cover Classification) vừa tổng hợp để phù hợp với mọi điều kiện trên trái đất nh ng vừa chi tiết đến tính chất c a từng đối t ợng mƠ chỉ có thể bổ sung thông tin nh kh o sát ngo i nghiệp. Hệ phơn lo i CORINE (Coordination of information on the environment) dựa vƠo phần nƠo nguyên tắc c a FAOLCC vƠ điều chỉnh phù hợp với đặc điểm c a Mỹ vƠ Chơu Âu. Cụ thể lƠ: * Hệ phân loại lớp phủ mặt đất FAOLCC chia ra theo 3 cấp chính: Cấp 1 (Level1): Phơn ra thƠnh 2 lo i theo đặc điểm có hay không có lớp ph thực vật c a bề mặt đất. Cấp 2 (Level 2): Phơn ra thƠnh 4 lo i theo nguyên tắc chia các lo i c a cấp 1 theo đặc điểm ngập n ớc hay không ngập n ớc c a bề mặt đất. Cấp 3 (Level 3): Phơn ra thƠnh 8 lo i theo nguyên tắc chia các lo i c a cấp 2 theo tính chất tự nhiên hay nhơn t o c a bề mặt đất. Từ cấp 3 tr đi các đối t ợng đ ợc phơn chia chi tiết h n tuỳ theo đặc điểm c a đối t ợng cũng nh khu vực nghiên c u vƠ m c độ chi tiết c a b n đồ cần thƠnh lập. * Hệ phân loại lớp phủ mặt đất CORINE chia ra theo 3 cấp: Cấp1 (Level 1): Phơn ra thƠnh 5 lo i theo tr ng thái bề mặt tổng thể c a trái đất lƠ lớp ph nhơn t o, đất nông nghiệp, rừng vƠ các vùng bán tự nhiên, đất ẩm ớt, mặt n ớc phù hợp với b n đồ tỷ lệ nhỏ ph trùm toƠn cầu. 12 Cấp 2 (Level 2): Phơn ra thƠnh 15 lo i theo đặc điểm che ph c a thực vật. Cấp 3 (Level 3): Phơn ra thƠnh 44 lo i chi tiết h n tuỳ theo đặc điểm c a đối t ợng cũng nh khu vực nghiên c u. n ớc ta trong những năm gần đơy đư quan tơm đến việc thƠnh lập b n đồ lớp ph mặt đất, nh ng ch a có một công trình nƠo chuyên nghiên c u về hệ phơn lo i c a b n đồ để đ a ra một hệ phơn lo i chung áp dụng cho c n ớc nh hệ phơn lo i c a b n đồ hiện tr ng sử dụng đất. Các b n đồ lớp ph mặt đất đư thƠnh lập đều phục vụ một mục đích cụ thể hoặc chỉ lƠ một lớp thông tin c a lớp ph mặt đất nh lớp ph rừng. Thông qua việc nghiên c u, tham kh o các hệ phơn lo i “Lớp ph mặt đất ”, đồng th i phơn tích đặc điểm c a các đối t ợng trong vùng thử nghiệm kết hợp với kh năng thông tin c a các t liệu sử dụng, tác gi đư xơy dựng hệ phơn lo i một số đối t ợng lớp ph mặt đất phục vụ nhiệm vụ nghiên c u c a đề tƠi đ ợc trình bƠy trong b ng d ới đơy : C p1 Lớp ph mặt n ớc Lớp ph đất nông nghiệp Lớp ph dơn c Lớp ph mặt đất C p2 1. Hồ ao, sông suối, kênh m ng 2. Vùng chuyên canh lúa, lúa màu 3. Vùng chuyên canh rau mƠu, cơy ngắn ngƠy khác 4. Đất trồng cơy lơu năm 5. Khu dơn c đô thị 6. Khu dơn c nông thôn 7. Đất ch a sử dụng khác Bảng 1.1 - Hệ phân loại lớp phủ mặt đất tại khu vực huyện Từ Liêm 1.2 Khái ni m v bi n đ ng Cụm từ biến động đ ợc nhắc đến tr mọi n i, mọi lúc ví nh : biến động thị ng, biến động giá c , biến động không gian, biến động dơn số, biến động tơm lí… Nh vậy, biến động đ ợc hiểu lƠ sự biến đổi, thay đổi, thay thế tr ng thái nƠy 13 bằng một tr ng thái khác liên tục c a sự vật, hiện t ợng tồn t i trong môi tr nhiên cũng nh môi tr ng tự ng xư hội. * Biến động về chất và về lượng Theo triết học duy vật biện ch ng: Chất lƠ tính quy định vốn có c a các sự vật vƠ hiện t ợng, lƠ sự thống nhất hữu c c a các thuộc tính, các yếu tố cấu thƠnh sự vật, nói lên sự vật đó lƠ gì, phơn biệt nó với các sự vật, hiện t ợng khác. L ợng lƠ tính quy định vốn có c a sự vật hiện t ợng về quy mô, trình độ phát triển, biểu thị con số các thuộc tính, các yếu tố cấu thƠnh nó. Nh vậy, những thay đổi đ n thuần về l ợng đến một m c độ nhất định sẽ chuyển thƠnh sự thay đổi khác nhau về chất. Chiều ng ợc l i, có nghĩa lƠ khi chất mới ra đ i, nó l i t o ra một l ợng mới phù hợp với nó để có một sự thống nhất mới giữa chất vƠ l ợng. Sự quy định nƠy có thể đ ợc biểu hiện quy mô m c độ vƠ nhịp độ phát triển mới c a l ợng. Từ đó ta thấy rằng: quy luật l ợng chất lƠ quy luật về sự tác động biện ch ng giữa l ợng vƠ chất, những thay đổi về l ợng chuyển thƠnh những thay đổi về chất vƠ ng ợc l i. Chất lƠ mặt t ng đối ổn định, l ợng lƠ mặt biến đổi mơu thuẫn với chất cũ, chất mới đ ợc hình thƠnh với l ợng mới. Nh ng l ợng mới l i tiếp tục biến đổi, đến một m c độ nƠo đó l i phá vỡ chất cũ đang kìm hưm nó. Quá trình tác động lẫn nhau giữa hai mặt chất, l ợng t o nên một con đ ng vận động liên tục, từ biến đổi dần dần dẫn tới nh y vọt, rồi l i biến đổi dần dần chuẩn bị cho những b ớc nh y tiếp theo, c thế lƠm cho sự vật không ngừng biến đổi, phát triển. * Biến động về diện tích đối tượng (biến động về số lượng) Gi sử cùng đối t ợng A th i điểm T1 có diện tích S1, th i điểm T2 có diện tích lƠ S2 (đối t ợng A thu nhận đ ợc từ hai nh vệ tinh có th i điểm chụp khác nhau), nh vậy ta nói rằng A bị biến đổi diện tích th i điểm T1 so với T2 (sự biến đổi nƠy có thể bằng nhau, nhỏ h n hoặc lớn h n) nếu ta dùng kỹ thuật để chồng xếp hai lớp thông tin nƠy thì phần diện tích c a phần trùng nhau sẽ đ ợc gán giá trị cũ c a đối t ợng A, còn giá trị khác sẽ lƠ giá trị c a phần biến động. Giá trị biến động nƠy lƠ bao nhiêu, tăng hay gi m phụ thuộc vƠo thuật toán đ ợc sử dụng. 14 * Biến động về bản chất đối tượng Trên hai nh viễn thám chụp cùng một khu vực diện tích A th i điểm T1 có giá trị M1, hai th i điểm khác nhau, th i điểm T2 có giá trị M2 (M1, M2 lƠ các giá trị phổ), ta sử dụng thuật toán chồng ghép hai lớp thông tin t i hai th i điểm T1, T2 sẽ xuất hiện giá trị M khác M1, M2. Gi sử diện tích A không đổi ta nói rằng có sự thay đổi về chất c a A, trên thực tế đơy lƠ sự thay đổi lo i hình lớp ph mặt đất. * Phân tích vector biến động Các đối t ợng địa lý đ n gi n hay ph c t p đều đ ợc qui thƠnh 3 d ng: điểm (point), đ ng (line), vùng (polygon). Trong đó: điểm (point): thể hiện một phần tử dữ liệu gắn với một vị trí xác định trong không gian 2 hoặc 3 chiều. Ph ng pháp phơn tích vector cho phép xác định vƠ nghiên c u xu thế biến động về chất c a từng điểm trong không gian 2 hoặc n chiều. Biến động vùng đất đ ợc thể hiện qua hai hình th c chính sau: - Biến động về diện tích: biến động về diện tích thể hiện qua các th i gian khác nhau. - Biến động về lo i hình đất đai: biến động về hiện tr ng lớp ph mặt đất thể hiện qua hai th i điểm khác nhau. Từ các t liệu nh, tiến hƠnh so sánh để có thông tin về sự biến động c a đất đai theo nguyên tắc phơn tích vector. 1.3 Các ph ng pháp vi n thám trong nghiên c u bi n đ ng Theo dõi biến động tƠi nguyên vƠ môi tr ng đư tr thƠnh một ng dụng quan trọng đ ợc nghiên c u nhiều trong kỹ thuật viễn thám. Với việc sử dụng vệ tinh quang học, có thể tóm tắt l i thƠnh 4 ph ng pháp đánh giá biến động chính sau: * Phương pháp 1: Phân tích sau phân loại 15 nh 1 Phân lo i Đánh giá biến động nh 2 Phân lo i Hình 1.2 - Phương pháp phân tích sau phân loại Việc tiến hƠnh phơn lo i độc lập các nh viễn thám lƠm cho ph ng pháp nƠy có độ chính xác phụ thuộc chặt chẽ vƠo độ chính xác c a từng phép phơn lo i vƠ đó th ng lƠ độ chính xác không cao, đặc biệt lƠ chuỗi nh có số l ợng lớn. Nhận xét về độ chính xác c a ph ng pháp nƠy, ng i ta đư đ a ra: Nếu độ chính xác c a hai phép phơn lo i đ t lần l ợt lƠ 80% vƠ 70%, độ chính xác c a phần biến động nhận biết đ ợc sẽ đ t lƠ 56%. Do vậy, cần ph i hết s c thận trọng khi sử dụng mặc dù ph i thừa nhận rằng đơy lƠ ph ng pháp đ n gi n, dễ thực hiện. * Phương pháp 2: Phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian nh 1 Phân lo i Đánh giá biến động nh 2 Hình 1.3 - Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian Ph ng pháp nƠy thực chất lƠ ghép hai nh vƠo nhau t o thƠnh nh đa th i gian tr ớc khi phơn lo i. Hai nh có n kênh phổ đ ợc chồng ph lên nhau để t o nên một nh có 2n kênh. Kết qu phơn lo i c a nh chồng ph gồm 2n kênh nƠy lƠ tập hợp bao gồm các lớp thay đổi vƠ các lớp không thay đổi. H n chế lớn nhất c a ph ng pháp nƠy lƠ tuy chỉ phơn lo i một lần, một nh (đa th i gian) nh ng l i rất 16 ph c t p trong lấy mẫu vì ph i lấy tất c các mẫu không biến động cũng nh các mẫu biến động. H n nữa, nh h năm) vƠ nh h ng c a sự thay đổi theo th i gian (trong các mùa trong ng c a khí quyển cũng không dễ đ ợc lo i trừ vƠ do đó nh h tới độ chính xác c a ph ng ng pháp. * Phương pháp 3: nhận biết thay đổi phổ nh 1 Đánh giá biến động Phân lo i nh 2 Hình 1.4 - Phương pháp nhận biết thay đổi phổ Về b n chất, nhóm ph ng pháp nƠy sử dụng các kỹ thuật khác nhau để từ hai nh ban đầu t o nên một kênh hay nhiều kênh nh mới thể hiện sự thay đổi phổ. Sự khác biệt hoặc t ng tự phổ giữa các pixel có thể đ ợc tính cho từng pixel hoặc tính trên toƠn c nh cùng với tính trên từng pixel. Vì thế, ph ng pháp nƠy đòi hỏi nắn chỉnh hình học ph i có sai số nhỏ h n 1 pixel. Kết qu c a việc so sánh lƠ một nh chỉ rõ những khu vực có thay đổi vƠ không thay đổi cũng nh m c độ thay đổi ( nh nƠy đ ợc gọi lƠ nh thay đổi). Khi nh nƠy đ ợc t o ra, để có thể phơn định đ ợc rõ các pixel thay đổi cũng nh m c độ thay đổi cần ph i có một số b ớc xử lý tiếp theo, trong đó quan trọng nhất lƠ kỹ thuật phơn ng ỡng. Phơn ng ỡng thực chất lƠ việc định nghĩa m c độ mƠ t i đó chúng ta coi lƠ sự thay đổi. Ph ng pháp xác định ng ỡng đ ợc sử dụng nhiều nhất lƠ phơn tích hƠm phơn bố c a nh thay đổi. * Phương pháp 4: Kết hợp 17 nh 1 Phân lo i Đánh giá biến động nh 2 Phân lo i Phân lo i Hình 1.5 - Phương pháp kết hợp Nh đư thấy trên, nhóm các ph ng pháp nhận biết thay đổi phổ luôn cần các phơn tích tiếp theo để nhận đ ợc các thông tin về sự thay đổi. Trong khi đó, các ph ng pháp nhận biết dựa trên phơn lo i l i lƠ những phơn tích thể hiện sự thay đổi. Vì vậy, để gi m sai số trong nhận biết biến động, việc kết hợp giữa hai ph ng pháp nƠy có thể đ ợc tiến hƠnh theo rất nhiều các ph ng chính c a việc kết hợp nƠy lƠ sử dụng các ph ng pháp khác nhau. Ý t ng pháp trong nhóm ph ng pháp nhận biết thay đổi phổ để chỉ ra các vùng có thay đổi vƠ sau đó áp dụng ph ng pháp phơn lo i chỉ cho những vùng nƠy để định danh sự thay đổi đó. 1.4 Tổng quan các công trình nghiên c u bi n đ ng l p ph m t đ t vùng ven đô Hiện nay đư có rất nhiều các công trình nghiên c u về biến động lớp ph mặt đất với các góc nhìn khác nhau, có công trình tập trung vƠo phơn tích nghiên c u lý luận, có công trình tập trung vƠo các ph ng pháp tìm ra biến động vƠ có những công trình kết hợp c hai: kỹ thuật phát hiện biến động, đánh giá kết qu vƠ bổ sung lý luận. Trong nhóm các công trình nghiên c u, tác gi tập trung nghiên c u, tìm hiểu các công trình nghiên c u biến động lớp ph mặt đất vùng ven đô. Đề tƠi “Nghiên c u biến động một số lo i hình sử dụng đất vùng ven đô huyện Từ Liêm thƠnh phố HƠ Nội trên c s 18 ng dụng công nghệ viễn thám vƠ GIS” c a tác gi Nguyễn Thị Thúy Hằng đư gi i quyết những vấn đề nh chiết xuất các thông tin về biến động sử dụng đất từ dữ liệu viễn thám đa phổ vƠ đa th i gian thông qua một số ph ng pháp phơn tích vƠ xử lý nh số, tích hợp các kết qu phơn tích dữ liệu viễn thám với các dữ liệu khác để đánh giá mối t ng quan giữa biến động sử dụng đất vƠ các hiện t ợng kinh tế xư hội. Nhóm tác gi Nhữ Thị Xuơn, Đinh Thị B o Hoa, Nguyễn Thị Thuý Hằng với bài báo “Đánh giá biến động sử dụng đất huyện Thanh Trì, thƠnh phố HƠ Nội giai đo n 1994 - 2003 trên c s ph ng pháp viễn thám kết hợp GIS” đư phơn tích, đánh giá biến động sử dụng đất khu vực Thanh Trì. Đơy cũng lƠ một trong những khu vực có sự nh h ng lớn do quá trình đô thị hóa. NgoƠi việc sử dụng các t liệu viễn thám trong nghiên c u biến động, tác gi Hoàng Thị Thanh H ng trong đề tƠi “Nghiên c u biến động sử dụng đất quận Long Biên, thƠnh phố HƠ Nội trong quá trình đô thị hoá” đư kết hợp t liệu viễn thám với kh năng phơn tích không gian c a hệ thông tin địa lý. Đề tƠi thử nghiệm ph ng pháp phơn lo i mới lƠ phơn lo i theo đối t ợng, ph ng pháp thực hiện trên t liệu viễn thám có độ phơn gi i cao (VHR). Đồng th i sử dụng phơn tích không gian trong GIS để đối sánh các kết qu phơn lo i với các dữ liệu kinh tế xư hội đ ợc mối tác động qua l i giữa chúng. Kết qu cho thấy rằng, nh viễn thám với độ phơn gi i không gian cao có thể đáp ng đ ợc yêu cầu độ chính xác c a các vùng đô thị có tính chất manh mún nh Việt Nam. Việc ng dụng viễn thám trong theo dõi hiện tr ng sử dụng đất mặc dù đư phổ biến trên thế giới nh ng Việt Nam vẫn ch a đ ợc áp dụng rộng rưi. Điều nƠy có thể thấy rằng, kh năng c a viễn thám trong theo dõi hiện tr ng lƠ rất tốt nh ng việc thực hiện công việc nƠy còn rất khó khăn, nhất lƠ với khu vực có diện tích nhỏ. 19 CH NG 2 - KH NĂNG KHAI THỄC THỌNG TIN VI N THỄM TRONG NGHIểN C U BI N Đ NG L P PH M T Đ T 2.1 Công ngh vi n thám trong theo dõi bi n đ ng l p ph m t đ t NgƠy nay ai cũng nhận th c đ ợc rằng hậu qu tất yếu c a việc tăng dơn số và phát triển kinh tế dẫn đến những đòi hỏi ngày càng b c bách h n đối với các tài nguyên trên trái đất và dẫn đến những tác động sâu sắc tới môi tr các tài nguyên thiên nhiên bị c n kiệt, ô nhiễm môi tr ng toàn cầu nh : ng, các lo i hình sử dụng đất bị thay đối d ới tác động c a quá trình đô thị hóa, phá rừng, kh năng biến đổi khí hậu toàn cầu do các tác động c a con ng i trong quá trình s n xuất và tiêu thụ các lo i khí nhà kính. Trong khi đó con ngu i cũng ý th c đ ợc tính không ổn định c a hệ thống Trái đất với những hiện t ợng thiên tai cực đoan ngƠy cƠng xuất hiện nhiều h n nh lũ lụt, h n hán, động đất... Bất chấp sự gia tăng cũng nh tính nghiêm trọng c a các hiện t ợng đó, chúng ta vẫn ph i phát triển nh ng cần phát triển sao cho bền vững vƠ không gơy các tác động nghiêm trọng đến môi tr ng. Để có thể kịp th i đánh giá đ ợc các tr ng thái phát triển chúng ta cần thu thập đ ợc dữ liệu về môi tr ng trái đất trên quy mô toàn cầu. Các dữ liệu này bao gồm các tham số địa vật lý, thông tin về khí quyển, th m thực vật, hiện tr ng sử dụng đất... Chúng có thể là các chuỗi dữ liệu đa th i gian cho một điểm hoặc khu vực. Trong những năm gần đơy các hệ thống quan trắc trái đất từ vệ tinh đư nơng tầm hiểu biết về trái đất ngƠy cƠng đầy đ h n. Các chuyến bay dự tính cùng với các vệ tinh đư phóng sẽ tăng c ng kho thông tin về trái đất. Các thông tin thu thập đ ợc sử dụng vào các mục đích chính sau:  Nghiên c u về biến đổi khí hậu  Nghiên c u sự biến động tầng ôzôn  Dự báo th i tiết   ng dụng trong nông nghiệp và lâm nghiệp Điều tra tài nguyên khoáng s n 20