Tài liệu Trích xuất dữ liệu đất xây dựng trên địa bàn quận thủ đức, thành phố hồ chí minh dựa trên ảnh vệ tinh.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP TRÍCH XUẤT DỮ LIỆU ĐẤT XÂY DỰNG TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN THỦ ĐỨC, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH DỰA TRÊN ẢNH VỆ TINH Họ và tên sinh viên: TRẦN TRỌNG NGHĨA Ngành: Hệ thống Thông tin Địa lý Niên khóa: 2013 – 2017 Tháng 7/2017 TRÍCH XUẤT DỮ LIỆU ĐẤT XÂY DỰNG TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN THỦ ĐỨC, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH DỰA TRÊN ẢNH VỆ TINH Tác giả TRẦN TRỌNG NGHĨA Tiểu luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kĩ sư ngành Hệ thống Thông tin Địa lý Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. NGUYỄN KIM LỢI KS. NGUYỄN DUY LIÊM Tháng 7 năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi chân thành cảm ơn ban giám hiệu trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, các quý thầy cô, đặc biệt là thầy PGS.TS. Nguyễn Kim Lợi, ThS. Nguyễn Thị Huyền, KS. Nguyễn Duy Liêm, Bộ môn GIS và Tài nguyên đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho tôi trong suốt bốn năm học. Em xin chân thành cảm ơn thầy KS. Nguyễn Duy Liêm, giảng viên Bộ môn GIS và Tài nguyên, người đã hướng dẫn, góp ý để em có thể hoàn thành bài tiểu luận này. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của tập thể lớp DH13GI trong những ngày tháng ngồi dưới giảng đường đại học. Cuối cùng, để có được thành quả như ngày hôm nay con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ đã nuôi dạy con thành người, tạo điều kiện cho con được học tập và động viên con để con hoàn thành tiểu luận này. Trần Trọng Nghĩa Khoa Môi trường và Tài nguyên Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Email: [email protected] i TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Trích xuất dữ liệu đất xây dựng trên địa bàn quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh dựa trên ảnh vệ tinh” đã được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 3/2017 đến tháng 7/2017. Mục tiêu của đề tài bao gồm: ứng dụng ảnh viễn thám (Sentinel 2A và Landsat 5) thành lập bản đồ phân loại các loại thực phủ năm 1997, 2016 và đánh giá sự biến động đất xây dựng của quận Thủ Đức giai đoạn 1997 – 2016. Phương pháp tiếp cận của đề tài là sử dụng công nghệ viễn thám thực hiện các nội dung sau: thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh, cắt ảnh, gộp kênh ảnh, xây dựng hệ thống phân loại, xây dựng khóa giải đoán, chọn mẫu huấn luyện, thực hiện phân loại và đánh giá độ chính xác sau phân loại. Từ đó, tiến hành thành lập bản đồ phân loại thực phủ năm 1997, 2016 và bản đồ biến động đất xây dựng giai đoạn 1997 – 2016. Kết quả đạt được của đề tài bao gồm:  Phân loại ảnh vệ tinh Landsat 5 năm 1997 được bốn loại thực phủ gồm đất xây dựng, thực vật, mặt nước, đất trống. Trong đó, lớp đất xây dựng chiếm diện tích lớn nhất là 44%, tiếp đó là thực vật với 34%, mặt nước là 7%, thấp nhất là đất trống với 6% diện tích tự nhiên và có độ chính xác toàn cục là 97,73%, chỉ số Kappa là 0,96.  Phân loại ảnh Sentinel 2A năm 2016 được bốn loại thực phủ đất xây dựng, thực vật, mặt nước, đất trống. Trong đó, lớp đất xây dựng chiếm diện tích lớn nhất 80%, tiếp đó là thực vật với 4,3%, thấp nhất là đất trống với 2% diện tích tự nhiên và có độ chính xác toàn cục là 95,22%, chỉ số Kappa là 0,93.  Bản đồ biến động đất xây dựng địa bàn quận Thủ Đức giai đoạn 1997 – 2016 với tỷ lệ bản đồ là 1:35.000 được phân thành 7 trạng thái gồm có đất xây dựng được giữ lại, đất xây dựng chuyển sang thực vật, mặt nước và đất trống, thực vật chuyển sang đất xây dựng, mặt nước chuyển sang đất xây dựng và đất trống chuyển sang đất xây dựng. Tổng diện tích đất xây dựng được giữ lại là 1.681 ha, tổng diện tích đất xây dựng nhận lại là 200 ha. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ i TÓM TẮT.............................................................................................................................ii MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................. v DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................... vi CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................................... 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 2 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................. 2 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 2 2.1. Tổng quan đối tượng nghiên cứu................................................................................... 3 2.1.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................................. 3 2.1.2. Điều kiện kinh tế-xã hội ......................................................................................... 4 2.2. Tổng quan phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 5 2.2.1. Tổng quan về ảnh Landsat ..................................................................................... 5 2.2.2. Tổng quan về ảnh Sentinel ..................................................................................... 6 2.2.3. Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên ................................................ 7 2.3. Tình hình nghiên cứu liên quan đến vấn đề nghiên cứu.............................................. 10 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................ 12 3.1. Dữ liệu thu thập ........................................................................................................... 12 3.1.1. Dữ liệu thứ cấp ..................................................................................................... 12 3.1.2. Dữ liệu sơ cấp....................................................................................................... 13 3.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 13 3.3. Cắt ảnh, gộp kênh ảnh ................................................................................................. 14 iii 3.3.1. Cắt ảnh ................................................................................................................. 14 3.3.2. Gộp kênh .............................................................................................................. 15 3.4. Xây dựng hệ thống phân loại....................................................................................... 16 3.5. Xây dựng khóa giải đoán ............................................................................................. 17 3.6. Chọn mẫu huấn luyện .................................................................................................. 18 3.7. Thực hiện phân loại ..................................................................................................... 19 3.8. Đánh giá độ chính xác sau phân loại ........................................................................... 19 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ, THẢO LUẬN ........................................................................... 20 4.1. Bản đồ phân loại thực phủ ........................................................................................... 20 4.1.1. Bản đồ phân loại thực phủ năm 1997................................................................... 20 4.1.2. Bản đồ phân loại thực phủ năm 2016................................................................... 21 4.2. Đánh giá biến động đất xây dựng giai đoạn 1997 - 2016............................................ 22 4.2.1. Bản đồ biến động ................................................................................................. 22 4.2.2. Ma trận biến động ................................................................................................ 23 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ........................................................................... 25 5.1. Kết luận........................................................................................................................ 25 5.2. Kiến nghị ..................................................................................................................... 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 26 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Mật độ dân số quận Thủ Đức năm 2015………………………………… 4 Bảng 2.2: Các kênh phổ của ảnh Landsat 5………………………………………… 5 Bảng 2.3: Các kênh phổ của ảnh Sentinel 2A…………………………………….… 6 Bảng 3.1: Dữ liệu thu thập………………………………………………………… 12 Bảng 3.2: Thống kê từng loại thực phủ…………………………………………… .14 Bảng 3.3: Một số điểm mẫu đặc trưng………………………………………………15 Bảng 3.4: Hệ thống phân loại khu vực nghiên cứu………………………………… 17 Bảng 3.5: Khóa giải đoán cho khu vực nghiên cứu………………………………… 18 Bảng 4.1: Ma trận sai số phân loại ảnh năm 1997 ……….…………………………22 Bảng 4.2: Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2016……….………………………… 22 Bảng 4.3: Ma trận biến động diện tích đất xây dựng giai đoạn 1997 – 2016……… 25. v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Đặc trưng phản xạ phổ của bê tông xây dựng…………………….………8 Hình 2.2: Đặc trưng phản xạ phổ của nhựa đường………………………….……….9 Hình 2.3: Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên……………….……..10 Hình 3.1: Dữ liệu ranh giới hành chính quận Thủ Đức…………………………….12 Hình 3.2: Điểm khảo sát thực địa... ………………………………………………..13 Hình 3.3: Phương pháp nghiên cứu.………………………………………………..15 Hình 3.4: Ảnh Sentinel trước và sau khi cắt……………………………………….16 Hình 3.5: Ảnh Landsat 5 trước và sau khi cắt……………………………………...16 Hình 3.6: Ảnh Landsat 5 đã gộp kênh………………………………………………17 Hình 3.7: Ảnh Sentinel 2A đã gộp kênh…………………………………………....17 Hình 3.8: Ảnh Landsat 5 đã chọn mẫu huấn luyện…………………………………19 Hình 3.9: Ảnh Sentinel 2A đã chọn mẫu huấn luyện………………………………20 Hình 4.1: Bản đồ thực phủ năm 1997………………………...……………………21 Hình 4.2: Bản đồ thực phủ năm 2016……………………………………………....22 Hình 4.3: Bản đồ biến động đất xây dựng giai đoạn 1997 – 2016…………………24 vi CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Thủ Đức là một quận ngoại ô của thành phố Hồ Chí Minh, có tọa độ địa lý là 10°49ʹ - 10°54ʹ vĩ độ Bắc và 106°47,86′ - 106°47,98ʹ kinh độ Đông, phía Bắc giáp với thị xã Thuận An và thị xã Dĩ An - tỉnh Bình Dương, phía Đông giáp quận 9, phía Tây giáp với sông Sài Gòn, phía Nam giáp quận Bình Thạnh, có diện tích khoảng 4.780,22 ha. Đây là một trong những quận tập trung nhiều trung tâm thương mại, nhà máy xí nghiệp, khu chế xuất (Linh Trung 1, Linh Trung 2, Bình Chiểu) với quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh, thể hiện qua sự gia tăng về dân số: năm 1997 là 163.394 người, đến năm 2015 là 528.413 người (Chi cục thống kê quận Thủ Đức, 2017), diện tích đất nông nghiệp giảm từ 788,69 ha (2015) xuống còn 619,56 ha (2016) (Phòng Tài nguyên và Môi trường quận Thủ Đức, 2016), tăng diện tích đất đô thị và có sự chuyển dịch sang phát triển công nghiệp, thương mại và dịch vụ (Chi cục thống kê quận Thủ Đức, 2017). Địa bàn quận tập trung nhiều khu dân cư, các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh và quốc phòng như Công ty xi măng Hà Tiên, Công ty Cơ điện, Nhà máy điện, đây là ba trong số hơn 100 nhà máy, xí nghiệp của quận (Chi cục thống kê quận Thủ Đức, 2017). Một trong những yêu cầu của quản lý đô thị hiện nay đó là cần có những nghiên cứu liên quan đến giám sát diện tích đất xây dựng, từ đó đưa ra giải pháp phân bổ và quản lý đất xây dựng hợp lý. Công nghệ viễn thám được xem là công cụ hỗ trợ đắc lực trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên, quản lý đô thị với nhiều ứng dụng như trích xuất dữ liệu trên ảnh vệ tinh. Đã có nhiều nghiên cứu về viễn thám liên quan đến thực phủ, đất xây dựng như nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động các loại thực phủ địa bàn thành phố Huế- tỉnh Thừa Thiên Huế (Nguyễn Xuân Trung Hiếu, 2013), ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất khu vực Chân Mây, huyện Phú Lộc, tình Thừa Thiên Huế (Nguyễn Huy Anh và Đinh Thanh Kiên, 2012), nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh MODIS nghiên cứu mùa vụ cây trồng, lập bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ vùng đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2008 – 2010 (Vũ Hữu Long và cộng sự, 2011). 1 Từ đó, đề tài “Trích xuất dữ liệu đất xây dựng địa bàn quận Thủ Đức dựa trên ảnh vệ tinh” đã được thực hiện. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung của đề tài là ứng dụng ảnh viễn thám (Sentinel 2A và Landsat 5) đánh giá sự biến động đất xây dựng của quận Thủ Đức giai đoạn 1997 – 2016. Chi tiết các mục tiêu cụ thể của đề tài như sau: - Xây dựng bản đồ thực phủ quận Thủ Đức năm 1997, 2016. - Đánh giá biến động đất xây dựng trong giai đoạn 1997 – 2016. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đất xây dựng. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong khu vực quận Thủ Đức - Tp Hồ Chí Minh. 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan đối tượng nghiên cứu 2.1.1. Điều kiện tự nhiên a. Vị trí địa lý Thủ Đức là một quận ngoại ô của thành phố Hồ Chí minh, có tọa độ địa lý là 10°49ʹ - 10°54ʹ vĩ độ Bắc và kinh độ Đông là 106°47,86′ - 106°47,98ʹ, phía Bắc giáp với thị xã Thuận An và thị xã Dĩ An - tỉnh Bình Dương, phía Đông giáp quận 9, phía Tây giáp với sông Sài Gòn, phía Nam giáp quận Bình Thạnh. Quận Thủ Đức có diện tích khoảng 4.780,22 ha, dân số khoảng 528.416 người năm 2015 và gồm 12 phường: Bình Chiểu, Bình Thọ, Hiệp Bình Chánh, Hiệp Bình Phước, Linh Chiểu, Linh Ðông, Linh Tây, Linh Trung, Linh Xuân, Tam Bình, Tam Phú, Trường Thọ (Phòng Tài nguyên và Môi trường quận Thủ Đức, 2016). b. Địa hình Thủ Đức nằm trong đới địa hình chuyển tiếp giữa vùng đồi núi nâng cao phía Bắc – Đông Bắc thành phố và vùng đồng bằng rộng lớn Tây Nam Bộ, địa hình không quá phức tạp nhưng cũng khá đa dạng. Đia hình có dạng bậc thềm thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Đông sang Tây, có độ cao trung bình từ 10 - 20 m (Huỳnh Ngọc Sang, 2015). c. Khí hậu Khí hậu của vùng Thủ Đức mang đặc điểm của vùng Nam Bộ, thuộc khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa mang tính chất nóng ẩm, mưa nhiều. Khí hậu vùng có hai mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. (Huỳnh Ngọc Sang, 2015). Nhiệt độ thường dao động nằm trong khoảng từ 25 - 28°C, biên độ dao động khoảng 3 - 4°C. Biên độ dao động giữa ngày và đêm khá cao từ 7 - 8°C, tháng 11, tháng 12 là những tháng có nhiệt độ thấp nhất 20 - 40°C, còn tháng 2 đến tháng 5 là những tháng có nhiệt độ cao nhất từ 29 - 31°C. Trong những năm gần đây nhiệt độ lên đến 38 - 39°C hoặc có lúc hạ xuống thấp (Huỳnh Ngọc Sang, 2015). d. Hệ thống thủy văn 3 Quận Thủ Đức có hệ thống sông rạch khá chằng chịt, gồm các hệ thống chính sau (Phòng Tài nguyên và Môi trường quận Thủ Đức, 2016):  Sông Sài Gòn: có chiều dài 14.800 m, rộng 250 m.  Rạch Gò Dưa: có chiều dài 1.930 m, rộng 70 m.  Suối Xuân Trường: có chiều dài 2.184 m, rộng 6 – 10 m.  Suối Nhum: có chiều dài 12.581 m, rộng 7 – 64 m. 2.1.2. Điều kiện kinh tế-xã hội a. Điều kiện kinh tế Quận Thủ Đức được thành lập năm 1997 trên cơ sở huyện Thủ Đức cũ, nằm trong hành lang công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh – Bình Dương – Đồng Nai. Quận có tốc độ tăng trưởng kinh tế cao, ngành công nghiệp chiếm tỷ trọng chủ yếu trong nền kinh tế của Quận. Về công nghiệp - xây dựng, tình hình sản xuất công nghiệp và xây dựng thực hiện 11 tháng của năm 2016 đạt 7.571 tỷ đồng. Về thương mại – dịch vụ, giá trị sản xuất ngành thương mại – dịch vụ - vận tải thực hiện 11 tháng của năm 2016 đạt 4.769,2 tỷ đồng. Về nông nghiệp, giá trị tổng sản lượng ước tính 15 tỷ đồng. Về sử dụng đất, đất phi nông nghiệp có diện tích là 4.160,66 ha (2016). Trong đó, đất khu công nghiệp chiếm 28,01 ha, đất khu chế xuất chiếm 121,21 ha, đất thương mại và dịch vụ chiếm 37,59 ha, đất ở đô thị chiếm 1.884,65 ha. Diện tích đất sản xuất nông nghiệp là 788,22 ha. Trong đó, diện tích cây rau là 87,38 ha, diện tích cây hoa kiểng là 90 ha, các cây trồng khác: lúa 0,7 ha, cây hoa màu 0,9 ha (Phòng Tài nguyên và Môi trường quận Thủ Đức, 2016). b. Điều kiện xã hội Năm 2015, quận Thủ Đức có dân số trung bình là 528.413 người, mật độ dân số là 11.064 người/km², thuộc nhóm dân số thành thị (Chi cục thống kê quận Thủ Đức, 2017). 4 Bảng 2.1. Mật độ dân số của quận Thủ Đức năm 2015 Tên phường Hiệp Bình Chánh Linh Đông Hiệp Bình Phước Tam Phú Linh Xuân Linh Chiểu Trường Thọ Bình Chiểu Linh Tây Bình Thọ Tam Bình Linh Trung Diện tích (km²) 6,26 2,59 7,66 2,98 3,82 1,13 4,09 5,49 1,41 1,08 3,41 6,81 Dân số (người) 77.011 35.462 450.134 25.083 62.343 32.882 37.557 75.083 22.818 18.938 29.090 67.015 Mật độ (người/km²) 12.302,07 13.691,89 58.764,23 8.417,11 16.320,16 29.099,12 9.182,64 13.676,32 16.182,98 17.535,19 8.530,79 9.840,68 (Phòng Tài nguyên và Môi trường quận Thủ Đức, 2016) 2.2. Tổng quan phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Tổng quan về ảnh Landsat Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu tiên được phóng lên quỹ đạo năm 1972. Cho đến nay đã có tám thế hệ vệ tinh Landsat đã được phóng lên quỹ đạo và dữ liệu đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Landsat được NASA thiết kế đầu tiên như là một thực nghiệm kiểm tra tính khả thi việc sử dụng bộ cảm biến đa phổ trong thu thập dữ liệu quan sát mặt đất. Sự thành công của Landsat nhờ vào việc kết hợp nhiều kênh phổ để quan sát mặt đất, ảnh có độ phân giải không gian tốt và phủ một vùng khá rộng với chu kỳ lặp ngắn (Lê Văn Trung, 2012). Landsat 5 được phóng lên quỹ đạo ngày 1/3/1984 và ngừng hoạt động vào ngày 5/6/2013 với mục đích thu thập hình ảnh của bề mặt trái đất. Landsat 5 chịu sự quản lý của US. Geological Survey và NASA, ảnh gồm 6 kênh với độ phân giải là 30 m (Lê Văn Trung, 2012). 5 Bảng 2.2. Các kênh phổ của ảnh Landsat 5 Kênh phổ Kênh 1 – Xanh lơ Kênh 2 – Lục Kênh 3 - Đỏ Kênh 4 – Hồng ngoại gần Kênh 5 – Hồng ngoại trung bình Kênh 6 – Hồng ngoại nhiệt Kênh 7 – Hồng ngoại trung bình Bước sóng (μm) 0,45 – 0,52 0,52 – 0,60 0,63 – 0,69 0,76 – 0,90 1,55 – 1,75 10,40 – 12,50 2,08 – 2,35 Độ phân giải (m) 30 30 30 30 30 120 30 (Lê Văn Trung, 2012) 2.2.2. Tổng quan về ảnh Sentinel Sentinel là tên của một loạt các vệ tinh quan sát trái đất thuộc chương trình Copernicus của Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA). Các vệ tinh được đặt tên từ Sentinel-1 tới Sentinel-6 có các thiết bị thu nhận quan sát đất liền, đại dương và khí quyển. Tính đến ngày 13-12-2015, đã có Sentinel-1 và Sentinel-2 trên quĩ đạo, còn từ Sentinel-3 tới Sentinel-6 đang chế tạo. Sentinel-2A được phóng lên quĩ đạo ngày 23/6/2015. Đây là vệ tinh gắn thiết bị thu nhận ảnh đa phổ với 13 kênh phổ (443 – 2190 nm), độ rộng vệt quét 290 km, bốn kênh ở độ phân giải không gian 10 m, sáu kênh ở độ phân giải không gian 20 m và ba kênh ở độ phân giải không gian 60 m. (ESA, 2017). 6 Bảng 2.3. Các kênh phổ của ảnh Sentinel-2A Kênh phổ Bước sóng trung tâm (μm) Kênh 1 – ven biển Kênh 2 – Xanh lam Kênh 3 – Xanh lục Kênh 4 – Đỏ Kênh 5 - Vegetation Red Edge Kênh 6 – Vegetation Red Edge Kênh 7 – Vegetation Red Edge Kênh 8 – Hồng ngoại Kênh 8A – Vegetation Red Edge Kênh 9 – Water Vapour Kênh 10 – Sóng ngắn Kênh 11- Sóng ngắn Kênh 12 – Sóng ngắn Độ phân giải không gian (m) 0,443 0,490 0,560 0,665 0,705 0,740 60 10 10 10 20 20 0,783 20 0,842 0,865 20 10 0,945 1,375 1,610 2,190 20 60 60 20 (Satellite imaging corporation, 2017) 2.2.3. Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện chiếu sáng, môi trường, bề mặt đối tượng cũng như là bản thân đối tượng. Sóng điện từ chiếu tới mặt đất sẽ xảy ra các hiện tượng: phản xạ, hấp thụ, thấu quan. a. Đặc tính phản xạ phổ của thực vật Đặc tính phản xạ phổ của thực vật là phản xạ mạnh nhất ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại. Đối với ảnh Sentinel - 2A thì đường cong phản xạ phổ phản xạ mạnh nhất ở kênh 8 - hồng ngoại, kênh 8A – vegetation red edge, kênh 9 – water vapour. Trong vùng sóng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất diệp lục trong lá cây, ngoài ra còn một số chất sắc tố khác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật. b. Đăc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng Đặc tính chung nhất của chúng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại. Đối với ảnh Sentinel - 2A thì đường cong phản xạ phổ phản xạ mạnh nhất ở kênh 12 – sóng ngắn. Ở đây chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ, mà không có năng lượng thấu quang. Tuy nhiên với các 7 loại đất cát có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau. Tùy thuộc vào thành phần hợp chất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau. Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ. c. Đặc điểm phản xạ phổ của bê tông xây dựng Dựa vào Hình 2.1 ta thấy đặc điểm phản xạ phổ của bê tông xây dựng phản xạ mạnh nhất ở bước sóng hồng ngoại gần trung bình, đối với ảnh Sentinel - 2A thì đường cong phản xạ phổ phản xạ mạnh nhất ở kênh 12 bước sóng ngắn. Hình 2.1. Đặc tính phản xạ phổ của bê tông xây dựng (Baldridge và cộng sự, 2009) d. Đặc tính phản xạ phổ của nhựa đường Dựa vào Hình 2.2 ta thấy đặc điểm phản xạ phổ của nhựa đường phản xạ mạnh nhất ở bước sóng hồng ngoại gần trung bình. Đối với ảnh Sentinel - 2A thì đường cong phản xạ phổ mạnh nhất ở kênh 11 bước sóng ngắn. 8 Hình 2.2. Đặc tính phản xạ phổ của nhựa đường (Baldridge và cộng sự, 2009) e. Đặc tính phản xạ phổ của nước Nước phản xạ mạnh nhất ở bước sóng ngắn và bị hấp thụ hoàn toàn ở cận hồng ngoại, đối với ảnh Sentinel - 2A thì đường cong phản xạ phổ phản xạ mạnh nhất ở kênh 2 – xanh và kênh 3 – xanh lục. Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước. Khả năng phản xạ phổ ở đây còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước. Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng, còn một số đặc tính của nước cần phải sử dụng dải sóng nhìn thấy để nhận biết. Hình 2.3 thể hiện đặc điểm phản xạ phổ của nước, thổ nhưỡng, thực vật, vật liệu xây dựng (nhựa đường, bê tông). 9 Hình 2.3. Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của các đối tượng. Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tượng khác nhau, của một nhóm đối tượng cũng rất khác nhau, song về cơ bản chúng dao động quanh giá trị trung bình. Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng lớp phủ mặt đất trên ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ. 2.3. Tình hình nghiên cứu liên quan đến vấn đề nghiên cứu Ở Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về lớp phủ mặt đất và biến động đất đô thị cũng đã được thực hiện và bước đầu mang lại những kết quả. Như trong đề tài “Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động các loại thực phủ địa bàn thành phố Huế - tỉnh Thừa Thiên Huế” (Nguyễn Xuân Trung Hiếu, 2013), tác giả đã dùng phương pháp phân loại gần đúng nhất với dữ liệu ảnh Landsat (2001, 2010) phân ra 6 lớp thực phủ khác nhau với chỉ số Kappa ~ 0,81. Trong nghiên cứu “Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất khu vực Chân Mây, huyện Phú Lộc, tình Thừa Thiên Huế” (Nguyễn Huy Anh và Đinh Thanh Kiên, 2012), tác giả đã sử dụng phương pháp phân loại gần đúng nhất với dữ liệu ảnh Landsat TM độ phân giải 10 m, kết hợp với lấy mẫu thực địa để phân ra 13 loại lớp phủ với độ chính xác tương đối cao. Trong đề tài “Sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh MODIS nghiên cứu mùa vụ cây trồng, lập bản đồ hiện trạng và biến động lớp phủ vùng đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2008 – 10 2010” (Vũ Hữu Long và cộng sự, 2011), tác giả đã phân loại lớp phủ dựa trên bộ dữ liệu NDVI tổ hợp tháng theo phương pháp phân loại có kiểm định sử dụng thuật toán phân loại gần đúng nhất. Đề tài đã phân loại được 9 loại lớp phủ với chỉ số Kappa ~ 0,9. Để đánh giá độ chính xác, tác giả đã sử dụng kết hợp cả dữ liệu mẫu khảo sát, điều tra thực địa với bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm gần nhất. Trong đề tài “Ứng dụng GIS và viễn thám trong giám sát biến động diện tích rừng huyện Cao Phong – tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2005 – 2015’’ (Trần Thu Hà và cộng sự, 2016), tác giả đã sử dụng phương pháp phân tích biến động sau phân loại. Đề tài sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat năm 2005 và Landsat 8 năm 2015 với độ phân giải 30 m. 11 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Dữ liệu thu thập 3.1.1. Dữ liệu thứ cấp Trong phạm vi đề tài, dữ liệu ảnh được sử dụng là Sentinel 2A, và ảnh Landsat 5, được lấy từ trang web earthexplorer.usgs.gov và lv.eosda.com, tương ứng với ảnh của năm 1997, 2016. Shapefile từ bản đồ hành chính thành phố Hồ Chí Minh với lớp dữ liệu ranh giới hành chính quận Thủ Đức thể hiện ở Hình 3.1. Hình 3.1. Dữ liệu lớp ranh giới hành chính quận Thủ Đức Bảng 3.1. Dữ liệu thu thập Tên ảnh Landsat 5 Sentinel 2A Ngày chụp 11/03/1997 04/03/2016 12 Độ che phủ của mây 15% 20%