Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
tr−êng ®¹i häc n«ng nghiÖp hµ néi
----------
----------
KIÒU THÞ KIM DUNG
ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM VÀ CÔNG NGHỆ GIS
ðỂ THÀNH LẬP BẢN ðỒ BIẾN ðỘNG SỬ DỤNG ðẤT
TRÊN ðỊA BÀN PHƯỜNG KHAI QUANG
THÀNH PHỐ VĨNH YÊN - TỈNH VĨNH PHÚC
LuËn v¨n th¹c sÜ n«ng nghiÖp
Chuyªn ngµnh
M· sè
: Qu¶n lý ®Êt ®ai
: 60.62.16
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: ts. nguyÔn KH¾C THêI
Hµ Néi - 2009
LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này
là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn
này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñã ñược
chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội ngày 4 tháng 9 năm 2009
Tác giả luận văn
Kiều Thị Kim Dung
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………i
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Khắc Thời - phó Khoa
Tài nguyên và Môi trường, Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội - người ñã
hướng dẫn, giúp ñỡ rất tận tình trong thời gian tôi học tập tại trường và hoàn
thành luận văn tốt nghiệp cao học.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Viễn thám Quốc gia ñã cung cấp
cho tôi tư liệu ảnh và hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình làm luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Viện Sau ñại học; Bộ
môn Trắc ñịa bản ñồ và Hệ thống thông tin ñịa lý, Khoa Tài nguyên và Môi
trường ñã giảng dạy, ñóng góp ý kiến, tạo ñiều kiện cho tôi học tập và hoàn
thành luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Vĩnh Phúc
cùng các anh chị ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình công tác và hoàn
thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Bố, Mẹ, người thân trong gia ñình và bạn bè
ñã làm chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi học tập và công tác.
Tác giả luận văn
Kiều Thị Kim Dung
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………ii
MỤC LỤC
Lời cam ñoan
i
Lời cảm ơn
ii
Mục lục
iii
Danh mục các bảng
v
Danh mục các hình
vi
1.
ðặt vấn ñề
1
1.1.
Tính cấp thiết của ñề tài
1
1.2.
Mục ñích và yêu cầu
2
2.
TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
3
2.1.
Khái quát về bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất
3
2.2.
Quy trình công nghệ thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất [7]
2.3.
Ứng dụng của Viễn thám, công nghệ GIS tại Việt Nam và trên thế
23
giới
42
3.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
55
3.1
ðối tượng và phạm vi nghiên cứu
55
3.2
Nội dung nghiên cứu
55
3.3
Phương pháp nghiên cứu
55
4.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
59
4.1.
Khái quát ñặc ñiểm tự nhiên và kinh tế - xã hội phường Khai
Quang - thành phố Vĩnh Yên
59
4.1.1. Vị trí ñịa lý
59
4.1.2. ðiều kiện tự nhiên
60
4.1.3. Thực trạng phát triển kinh tế xã hội
61
4.2.
64
Mô tả dữ liệu
4.2.1. Dữ liệu viễn thám
64
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………iii
4.2.2. Dữ liệu khác
4.3.
Thực nghiệm thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng
phương pháp so sánh sau phân loại
4.3.1. Các bước xử lý ảnh số
4.3.2
65
66
66
Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng phương pháp so
sánh sau phân loại
77
4.3.3. Nhận xét về kết quả giải ñoán
85
5.
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ
87
5.1.
Kết luận
87
5.2.
ðề nghị
88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
89
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT
Tên bảng
Trang
Bảng 2.1. Biến ñộng sử dụng ñất khu vực ðông Nam Á
18
Bảng 2.2. Biến ñộng sử dụng ñất Việt Nam trong hai năm 2005 - 2007
23
Bảng 2.3 Tỷ lệ bản ñồ nền dùng ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 30
Bảng 2.4. Các khoanh ñất phải thể hiện trên bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 33
Bảng 4.1. Diện tích, cơ cấu các loại ñất chính năm 2008
62
Bảng 4.2. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2008
63
Bảng 4.3. Tọa ñộ và sai số của các ñiểm nắn ảnh năm 2003, 2008
69
Bảng 4.4. Mô tả các loại ñất
70
Bảng 4.5. Mẫu giải ñoán ảnh vệ tinh
71
Bảng 4.6. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2003
74
Bảng 4.7. ðộ chính xác phân loại ảnh năm 2003
75
Bảng 4.8. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2008
76
Bảng 4.9. ðộ chính xác phân loại ảnh năm 2008
76
Bảng 4.10. Thống kê diện tích ñất năm 2003
79
Bảng 4.11. Thống kê diện tích ñất năm 2008
79
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………v
DANH MỤC CÁC HÌNH
STT
Tên hình
Trang
Hình 2.1. Ảnh lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại 6
Hình 2.2. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân loại trực tiếp
ảnh ña thời gian
7
Hình 2.3. Véc tơ thay ñổi phổ
8
Hình 2.4. Thuật toán phân tích thay ñổi phổ
9
Hình 2.5. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp mạng nhị phân
12
Hình 2.6. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp mạng nhị phân
14
Hình 4.1. ðịa giới hành chính phường Khai Quang
59
Hình 4.2. Biểu ñồ cơ cấu ñất ñai khu vực nghiên cứu
62
Hình 4.3. Ảnh spots 2003 chụp vào ngày 1/11/2003
64
Hình 4.4. Ảnh spots 2008 chụp vào ngày 30/11/2008
64
Hình 4.5. Ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu
65
Hình 4.7. Kết quả nắn ảnh 2003 bằng phần mềm Envi và các chỉ tiêu sai số 68
Hình 4.8. Kết quả nắn ảnh 2008 bằng phần mềm Envi và các chỉ tiêu sai số 68
Hình 4.9. Ảnh phân loại năm 2003
72
Hình 4.10. Ảnh phân loại năm 2008
73
Hình 4.11. Quy trình thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất
78
Hình 4.12. Thay ñổi diện tích giữa hai thời ñiểm nghiên cứu
85
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………vi
1. ðẶT VẤN ðỀ
1.1. Tính cấp thiết của ñề tài
ðất ñai là tài nguyên vô cùng quan trọng trong chiến lược phát triển
của mỗi Quốc gia. Một trong những chỉ tiêu ñánh giá sự phát triển của mỗi
quốc gia ñôi khi còn ñược tính theo mức ñộ biến ñộng trong quá trình sử dụng
ñất của Quốc gia ñó.
Với sức ép của quá trình gia tăng dân số (cả tự nhiên và cơ học), kết
hợp với sử dụng ñất ñai thiếu bền vững ñã gây sức ép lớn lên quá trình sử
dụng ñất. Vì vậy nghiên cứu sự thay ñổi trong quá trình sử dụng ñất là căn cứ
khoa học ñể ñưa ra những chính sách sử dụng ñất ñai phù hợp nhằm nâng cao
mức sống của người dân, ñem lại hiệu quả cao hơn cả về kinh tế - xã hội và
môi trường.
Thành phố Vĩnh Yên là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa và xã hội
của tỉnh Vĩnh Phúc, ñặc biệt trong những năm qua với sự chuyển mình mạnh
mẽ theo hướng công nghiệp hóa - hiện ñại hóa chung của cả nước, bộ mặt
Thành phố thay ñổi nhanh chóng theo hướng giảm diện tích ñất nông nghiệp,
tăng diện tích ñất phi nông nghiệp chủ yếu là ñất sử dụng vào mục ñích công
nghiệp và dịch vụ. Trong những năm gần ñây, công tác quản lý về ñất ñai nói
riêng và tình hình thực hiện Pháp Luật ñất ñai trên ñịa bàn thành phố ñã bắt
ñầu ñi vào nề nếp. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân cả khách quan và chủ
quan công tác cập nhật biến ñộng ñất ñai chưa tốt, chưa kịp thời; cơ sở hạ
tầng, trang thiết bị phục vụ cho công tác chưa ñầy ñủ, ñồng bộ, ña số còn lạc
hậu; trình ñộ, năng lực cán bộ làm công tác quản lý ñất ñai ở các cấp còn chưa
cao, nhất là cán bộ ñịa chính cơ sở.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vũ trụ thì ảnh viễn thám cũng
ñã xuất hiện và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong công tác ñiều tra, quản lý tài
nguyên. ðặc biệt là sự xuất hiện của các tư liệu viễn thám mới như: SPOT,
LANDSAT, ASTER… có ñộ phân giải không gian và phân giải phổ cao. Một
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………1
số tư liệu viễn thám còn có khả năng chụp lập thể, ñặc biệt là có thể cập nhật
thông tin nhanh chóng thông qua việc thu nhận và xử lý ảnh vệ tinh ở nhiều
thời ñiểm khác nhau tạo thành ảnh ña thời gian ở dạng số, là sản phẩm dễ
dàng sử dụng trong các phần mềm phân tích ảnh hiện ñại và có khả năng tích
hợp thuận tiện trong hệ thống thông tin ñịa lý GIS. ðặc biệt việc phóng vệ
tinh VINASAT-1 ñầu tiên vào ngày 12/4/2008, ñã mở ra một hướng ñi mới
trong ứng dụng ảnh viễn thám ở Việt Nam.
Nhận thức ñược tầm quan trọng của sự thay ñổi trong quá trình sử dụng
ñất với sự thay ñổi khí hậu và chất lượng của cuộc sống, tôi ñã lựa chọn
nghiên cứu ñề tài: “Ứng dụng ảnh viễn thám và công nghệ GIS ñể thành
lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất trên ñịa bàn phường Khai Quang - thành
phố Vĩnh Yên - tỉnh Vĩnh Phúc”.
1.2. Mục ñích và yêu cầu
1.2.1. Mục ñích nghiên cứu
- Thành lập Bản ñồ hiện trạng dựa trên tư liệu ảnh viễn thám tại thời
ñiểm bay chụp.
- Thành lập bản ñồ biến ñộng lớp phủ mặt ñất dựa trên chỉ tiêu biến
ñộng về diện tích của từng loại ñất thông qua tư liệu ảnh viễn thám và bản ñồ
hiện trạng xây dựng ñược.
1.2.2. Yêu cầu
Sử dụng phần mềm Envi ñể giải ñoán ảnh viễn thám thành lập bản ñồ
hiện trạng sử dụng ñất. Các chức năng phân tích không gian của GIS ñược sử
dụng ñể chồng xếp bản ñồ hiện trạng thành lập bản ñồ biến ñộng và tính toán
biến ñộng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………2
2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Khái quát về bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất
2.1.1. Khái quát về bản ñồ biến ñộng và các phương pháp thành lập bản ñồ
biến ñộng sử dụng ñất
2.1.1.1. Những vấn ñề chung về bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất
Biến ñộng là sự biến ñổi, thay ñổi, thay thế trạng thái này bằng một
trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự
nhiên cũng như môi trường xã hội.
Phát hiện biến ñộng là quá trình nhận dạng sự biến ñổi, sự khác biệt về
trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời ñiểm
khác nhau.
ðể nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất người ta có thể sử dụng nhiều
phương pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau như: số liệu thống kê hàng
năm, số liệu kiêm kê hoặc từ các cuộc ñiều tra. Các phương pháp này có ñộ
chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và kinh phí, ñồng thời chúng không
thể hiện ñược sự thay ñổi sử dụng ñất từ loại ñất này sang loại ñất khác và vị
trí không gian của sự thay ñổi ñó. Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất từ
tư liệu viễn thám ña thời gian sẽ khắc phục ñược những nhược ñiểm trên.
ðất ñai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất ñặc
biệt, là nguồn nội lực, nguồn vốn to lớn của ñất nước, là thành phần quan
trọng hàng ñầu của môi trường sống, là ñịa bàn phân bố của các khu dân cư,
xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh và quốc phòng. ðất ñai
có ý nghĩa kinh tế, chính trị, xã hội sâu sắc trong sự nghiệp xây dựng và bảo
vệ Tổ quốc.
Trong giai ñoạn ñầu phát triển kinh tế, xã hội, khi mức sống của con
người còn thấp, công năng chủ yếu của ñất là tập trung vào sản xuất vật chất,
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………3
ñặc biệt trong sản xuất nông nghiệp. Khi xã hội phát triển ở mức ñộ cao hơn,
công năng của ñất từng bước ñược mở rộng, sử dụng ñất cũng phức tạp hơn.
ðất ñai không chỉ cung cấp cho con người các tư liệu vật chất ñể sinh tồn và
phát triển mà còn cung cấp các ñiều kiện cần thiết ñể hưởng thụ và ñáp ứng
nhu cầu cho cuộc sống của nhân loại.
Kinh tế xã hội phát triển mạnh, cùng với sự bùng nổ dân số ñã làm cho
mối quan hệ giữa con người và ñất ñai ngày càng trở nên căng thẳng. Vấn ñề
tổ chức và sử dụng ñất theo quan ñiểm sinh thái và phát triển bền vững càng
trở nên quan trọng, bức xúc và mang tính toàn cầu.
ðể quản lý sử dụng ñất cấp xã sử dụng bản ñồ tỷ lệ lớn và chi tiết
1:2.000, 1:5.000, 1:10.000. ðối với cấp huyện sử dụng bản ñồ tỷ lệ lớn và
trung bình 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000. Với các vùng lớn hơn sử dụng bản
ñồ tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ.
Bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các
bẩn ñồ chuyên ñề như: bản ñồ ñịa hình, ñịa vật, giao thông, thủy văn… phải
thể hiện ñược sự biến ñộng về sử dụng ñất theo thời gian.
Các thông tin về tình hình sử dụng ñất, biến ñộng sử dụng ñất kết hợp
với các thông tin có liên quan là yếu tố quan trọng phục vụ công tác quy
hoạch, kế hoạch và quản lý ñất ñai ñể ñảm bảo sử dụng ñất bền vững, hiệu
quả, thân thiện môi trường và quan trọng nhất là ñảm bảo an ninh lương thực.
Các số liệu ñiều tra về tình hình biến ñộng sử dụng ñất có thể ñã ñược
phân tích và thống kê tổng hợp dưới dạng bảng biểu nhưng chưa phân tích
hay trình bày số liệu này dưới dạng không gian ñịa lý hoặc làm chúng dễ tiếp
cận hơn ñối với các nhà nghiên cứu hoặc các nhà hoạch ñịnh chính sách.
Tiềm năng của hệ thống thông tin ñịa lý hiện ñại trong việc phân tích dữ liệu
không gian ñể thành lập bản ñồ vẫn chưa ñược ứng dụng rộng rãi. Việc thể
hiện sự biến ñộng của số liệu theo không gian ñịa lý làm tăng giá trị của số
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………4
liệu lên rất nhiều ñặc biệt ñối với nước ta, một nước có lãnh thổ trải dài trên
3000km, hai vùng ñồng bằng châu thổ rộng lớn tương phản với các vùng
miền núi bao la. Sự ña dạng về ñặc ñiểm kinh tế xã hội và việc sử dụng ñất
ñược ñánh giá rõ hơn ở dưới dạng bản ñồ.
Ưu ñiểm của bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất là thể hiện ñược rõ sự biến
ñộng theo không gian và theo thời gian. Diện tích biến ñộng ñược thể hiện rõ
ràng trên bản ñồ, ñồng thời cho chúng ta biết có biến ñộng hay không biến
ñộng, hay biến ñộng từ loại ñất nào sang loại ñất nào. Nó có thể ñược kết hợp
với nhiều nguồn dữ liệu tham chiếu khác ñể phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều
mục ñích khác nhau như quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê
ñất ñai.
Về cơ bản, bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ñược thành lập trên cơ sở hai
bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời ñiểm nghiên cứu vì vậy ñộ chính
xác của bản ñồ này phụ thuộc vào ñộ chính xác của các bản ñồ hiện trạng sử
dụng ñất tại hai thời ñiểm nghiên cứu.
2.1.1.2. Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất và biến
ñộng lớp phủ bề mặt
Tiền ñề cơ bản ñể sử dụng dữ liệu viễn thám nghiên cứu biến ñộng là
những thay ñổi lớp phủ trên bề mặt ñất phải ñưa ñến sự thay ñổi về giá trị bức
xạ và những sự thay ñổi về bức xạ do sự thay ñổi lớp phủ phải lớn hơn so với
những thay ñổi về bức xạ gây ra bởi các yếu tố khác. Những yếu tố khác bao
gồm sự khác biệt về ñiều kiện khí quyển, sự khác biệt về góc chiếu tia mặt
trời, sự khác biệt về ñộ ẩm của ñất. Ảnh hưởng của các yếu tố này có thể ñược
giảm từng phần bằng cách chọn dữ liệu thích hợp.
Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến ñộng rất quan trọng.
Trước tiên, chúng ta phải xác ñịnh ñược phương pháp phân loại ảnh ñược sử
dụng. Sau ñó cần xác ñịnh rõ yêu cầu nghiên cứu có cần biết chính xác thông
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………5
tin về nguồn gốc của sự biến ñộng hay không. Từ ñó có sự lựa chọn phương
pháp thích hợp. Tuy nhiên tất cả các nghiên cứu ñều cho thấy rằng, các kết
quả về biến ñộng ñều phải ñược thể hiện trên bản ñồ biến ñộng và các bảng
tổng hợp. Các phương pháp nghiên cứu biến ñộng khác nhau sẽ cho những
bản ñồ biến ñộng khác nhau. Có nhiều phương pháp nghiên cứu biến ñộng
thường ñược sử dụng. Dưới ñây là một số phương pháp ñược sử dụng rộng rãi
ñể nghiên cứu biến ñộng và thành lập bản ñồ biến ñộng.
a. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại
Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại ảnh ở hai thời
ñiểm khác nhau ta thành lập ñược bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời
ñiểm ñó. Sau ñó chồng ghép hai bản ñồ hiện trạng ñể xây dựng bản ñồ biến
ñộng. Các bản ñồ hiện trạng có thể thực hiện dưới dạng bản ñồ raster.
Quy trình thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất theo phương pháp
này có thể tóm tắt như hình 2.1.
Ảnh 1
Phân loại
Bản ñồ
hiện trạng 1
Bản ñồ
biến ñộng
Ảnh 2
Phân loại
Bản ñồ
hiện trạng 2
Hình 2.1. Ảnh lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại
Phương pháp so sánh sau phân loại ñược sử dụng rộng rãi nhất, ñơn
giản, dễ hiểu và dễ thực hiện. Sau khi ảnh vệ tinh ñược nắn chỉnh hình học sẽ
tiến hành phân loại ñộc lập ñể tạo thành hai bản ñồ. Hai bản ñồ này ñược so
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………6
sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến ñộng.
Theo J. Jensen [13] ưu ñiểm của phương pháp này cho biết sự thay ñổi
từ loại ñất gì sang loại ñất gì và chúng ta cũng có thể sử dụng các bản ñồ hiện
trạng sử dụng ñất ñã ñược thành lập trước ñó.
Nhược ñiểm của phương pháp này là phải phân loại ñộc lập các ảnh
viễn thám nên ñộ chính xác phụ thuộc vào ñộ chính xác của từng phép phân
loại và thường ñộ chính xác không cao vì các sai sót trong quá trình phân loại
của từng ảnh vẫn ñược giữ nguyên trong bản ñồ biến ñộng.
b. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh ña
thời gian
Phương pháp này thực chất là chồng xếp hai ảnh với nhau ñể tạo thành
ảnh biến ñộng. Sau ñó dựa vào ảnh biến ñộng ta tiến hành phân loại và thành
lập bản ñồ (hình 2.2).
Ảnh thời ñiểm 2
Ảnh thời ñiểm 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Ảnh biến ñộng
Phân loại
Bản ñồ biến ñộng
Hình 2.2. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân loại trực tiếp
ảnh ña thời gian
Ưu ñiểm của phương pháp này là chỉ phải phân loại một lần. Nhưng
nhược ñiểm lớn nhất của nó là rất phức tạp trong lấy mẫu vì phải lấy tất cả
các mẫu biến ñộng và không biến ñộng. Hơn nữa, ảnh hưởng của sự thay ñổi
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………7
theo thời gian (các mùa trong năm) và ảnh hưởng của khí quyển của các ảnh ở
các thời ñiểm khác nhau cũng không dễ ñược loại trừ, do ñó ảnh hưởng ñến
ñộ chính xác của phương pháp.
Thêm vào ñó bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ñược thành lập theo
phương pháp này chỉ cho ta biết ñược chỗ biến ñộng và chỗ không biến ñộng
chứ không cho biết ñược biến ñộng theo xu hướng nào.
c. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân tích véctơ thay ñổi phổ
Khi ở trong khu vực nghiên cứu có biến ñộng xảy ra thì nó ñược thể
hiện bằng sự khác biệt về phổ ở giữa hai thời ñiểm trước và sau biến ñộng.
Giả sử xác ñịnh ñược giá trị phổ trên hai kênh x và y tại hai thời ñiểm trước
và sau biến ñộng như trên biểu ñồ hình 2.3.
Kênh
y
2
θ
1
Kênh
x
Hình 2.3. Véc tơ thay ñổi phổ
ðiểm 1 biểu thị giá trị phổ tại thời ñiểm trước khi xảy ra biến ñộng, ñiểm
2 biểu thị giá trị phổ tại thời ñiểm sau khi xảy ra biến ñộng. Khi ñó véc tơ 12
chính là véc tơ thay ñổi phổ, và ñược biểu thị bởi giá trị (khoảng cách từ 1
ñến 2) và hướng thay ñổi (góc θ ).
Giá trị của véc tơ thay ñổi phổ tính trên toàn cảnh theo công thức [13]:
CMpixel =
2
n
∑ [BV
i , j ,k
(1) − BV i , j ,k (2)
]
k =1
Trong ñó: CMpixel là giá trị của véc tơ thay ñổi phổ,
BVi,j,k(1), BVi,j,k(2) là giá trị phổ của pixel ij, kênh k của ảnh
trước và sau khi xảy ra biến ñộng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………8
Việc phân tích véc tơ thay ñổi ñược ghi lại thành hai tệp dữ liệu: một
tệp chứa các mã của khu vực, một tệp chứa ñộ lớn của các véc tơ thay ñổi
phổ. Thông tin về sự thay ñổi ñược tạo ra từ hai tệp dữ liệu ñó và ñược thể
hiện bằng màu sắc của các pixel tương ứng với các mã ñã quy ñịnh. Trên ảnh
ña phổ thay ñổi này sẽ kết hợp cả hướng và giá trị của véc tơ thay ñổi phổ. Sự
thay ñổi có xảy ra hay không ñược quyết ñịnh bởi véc tơ thay ñổi phổ có vượt
ra khỏi ngưỡng quy ñịnh hay không. Giá trị ngưỡng ñược xác ñịnh từ kết quả
thực nghiệm dựa vào các mẫu biến ñộng và không biến ñộng.
Trên hình 2.4 thể hiện thuật toán phân tích thay ñổi phổ.
Kênh y
Kênh y
Không thay ñổi
Thay ñổi
hoặc thay ñổinhỏ
Thời
ñiểm2
Thời
ñiểm1
Ngưỡng
Thời
ñiểm1
Kênh x
Kênh y
Thay ñổi Thời
ñiểm2
Thời
ñiểm2
Thời
ñiểm1
Kênh x
b.
a.
Kênh x
c.
Hình 2.4. Thuật toán phân tích thay ñổi phổ
Trường hợp a, không xảy ra biến ñộng hoặc biến ñộng nhỏ vì véc tơ thay
ñổi phổ không vượt khỏi giá trị ngưỡng, trường hợp b, c có xảy ra biến ñộng
và hướng của véc tơ thay ñổi phổ thể hiện tính chất của biến ñộng trong
trường hợp b khác trường hợp c, ví dụ ở trường hợp b có thể xảy ra sự biến
mất của thực vật, còn trong trường hợp c chỉ là sự khác biệt giai ñoạn tăng
trưởng của cây trồng.
Sau ñó lớp thông tin thể hiện sự thay ñổi hay không thay ñổi sẽ ñược
ñặt lên trên tấm ảnh ñể thành lập bản ñồ biến ñộng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………9
Phương pháp phân tích véc tơ thay ñổi phổ ñược ứng dụng hiệu quả
trong nghiên cứu biến ñộng rừng nhất là biến ñộng hệ sinh thái rừng ngập
mặn. Nhưng nhược ñiểm của phương pháp này là khó xác ñịnh ngưỡng của sự
biến ñộng.
d. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp số học
ðây là phương pháp ñơn giản ñể xác ñịnh mức ñộ biến ñộng giữa hai
thời ñiểm bằng cách sử dụng tỉ số giữa các ảnh trên cùng một kênh hoặc sự
khác nhau trên cùng một kênh của các thời ñiểm ảnh.
Trước tiên các ảnh ñược nắn về cùng một hệ tọa ñộ. Sau ñó dùng phép
các biến ñổi số học ñể tạo ra các ảnh thay ñổi. Phép trừ và phép chia số học
ñược sử dụng trong trường hợp này.
Nếu ảnh thay ñổi là kết quả của phép trừ số học thì khi ñó giá trị ñộ
xám của các pixel trên ảnh thay ñổi là một dãy số âm và dương. Các kết quả
âm và dương biểu thị mức ñộ biến ñổi của các vùng, còn giá trị 0 thể hiện sự
không thay ñổi. Với giá trị ñộ xám từ 0 ñến 255 thì giá trị pixel thay ñổi trong
khoảng từ -255 ñến + 255. Thông thường ñể tránh kết quả mang giá trị âm
người ta cộng thêm một hằng số không ñổi.
Công thức toán học ñể biểu diễn là
Dijk = BVijk (1) - BVijk (2) + c
Trong ñó:
Dijk: giá trị ñộ xám của pixel thay ñổi
BVijk (1): giá trị ñộ xám của ảnh thời ñiểm 1
BVijk (2): giá trị ñộ xám của ảnh thời ñiểm 2
c: là một hằng số (c = 127)
i: chỉ số dòng; j: chỉ số cột
k: Kênh ảnh (ví dụ kênh 4 trên ảnh Landsat TM).
Ảnh thay ñổi ñược tạo ra bằng cách tổ hợp giá trị ñộ xám theo luật phân
bố chuẩn Gauss. Vị trí nào có pixel không thay ñổi, ñộ xám biểu diễn xung
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông
nghiệp…………10
quanh giá trị trung bình, vị trí có pixel thay ñổi ñược biểu diễn ở phần biên
của ñường phân bố.
Cũng tương tự như vậy, nếu ảnh thay ñổi ñược tạo ra từ phép chia số
học thì giá trị của các pixel trên ảnh là một tỷ số chứng tỏ ở ñó có sự thay ñổi,
nếu bằng 1 thì không có sự thay ñổi.
Giá trị giới hạn trên ảnh thay ñổi (tạo ra bởi phép trừ số học) và ảnh tỷ
số kênh sẽ quyết ñịnh ngưỡng giữa ranh giới sự thay ñổi - không thay ñổi, và
ñược biểu thị bằng biểu ñồ ñộ xám của ảnh thay ñổi.
Thông thường ñộ lệch chuẩn sẽ ñược lựa chọn và kiểm tra theo kinh
nghiệm. Nhưng ngược lại, hầu hết các nhà phân tích ñều sử dụng phương
pháp thử nghiệm nhiều hơn phương pháp kinh nghiệm. Giá trị ngưỡng của sự
thay ñổi sẽ ñược xác ñịnh khi bắt gặp giá trị thay ñổi trên thực tế.
Vì vậy, ñể xác ñịnh ñược ta cần phải hiểu rõ về khu vực nghiên cứu,
thậm chí phải lựa chọn một số vùng biến ñộng và ghi lại ñể hiển thị trên vùng
nghiên cứu mà người lựa chọn biết rõ. Tuy nhiên kỹ thuật này có thể kết hợp
với các kỹ thuật khác ñể nghiên cứu biến ñộng và thành lập bản ñồ biến ñộng
hiệu quả.
ñ. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp sử dụng mạng nhị phân
ðây là một phương pháp xác ñịnh biến ñộng rất hiệu quả [10]. ðầu tiên
tiến hành lựa chọn ñể phân tích ảnh thứ nhất tại thời ñiểm n. Ảnh thứ 2 có thể
sớm hơn ảnh thứ nhất (n-1) hoặc muộn hơn (n+1). Các ảnh ñều ñược nắn
chỉnh về cùng một hệ tọa ñộ.
Tiến hành phân loại ảnh thứ nhất theo phương pháp phân loại thông
thường. Tiếp theo lần lượt chọn 1 trong các kênh (ví dụ kênh 3) từ hai ảnh ñể
tạo ra các tệp dữ liệu mới. Các tệp dữ liệu này sẽ ñược phân tích bằng các
phép biến ñổi số học (như tỷ số kênh, các phép cộng , trừ, nhân, chia ñể tạo sự
khác nhau của ảnh hoặc phương pháp phân tích thành phần chính) ñể tính
toán các chỉ số và tạo ra một ảnh mới.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông
nghiệp…………11
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Ảnh 1
Ảnh 1 sau phân loại
Kênh 3 - Ảnh 1
Kênh 3 - Ảnh 2
Phép biến
ñổi số học
Phát hiện pixel thay
ñổi tạo ra mạng nhị
phân
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Ảnh 2
Ảnh 2 sau phân loại
Ảnh 1 sau phân loại
Bản ñồ biến ñộng
Hình 2.5. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp mạng nhị phân
Sau ñó sử dụng kỹ thuật phân ngưỡng ñể xác ñịnh các vùng thay ñổi và
không thay ñổi trên ảnh mới này theo phương pháp số học ñã trình bày ở trên.
Ảnh thay ñổi sẽ ñược ghi lại trên một tệp "mạng nhị phân" chỉ có hai giá trị
"thay ñổi" và "không thay ñổi". Và phải hết sức cẩn thận trong việc thành lập
mạng lưới này. Sau ñó mạng nhị phân này ñược chồng phủ lên ảnh thứ hai ñể
phân tích và chỉ ra các pixel thay ñổi. Khi ñó chỉ có các pixel ñược xác ñịnh là
có sự thay ñổi ñược phân loại trên ảnh thứ hai này. Sau ñó, phương pháp so
sánh sau phân loại truyền thống ñược ứng dụng ñể tìm ra thông tin về biến
ñộng. Sơ ñồ của phương pháp thể hiện trong hình 2.5.
Ưu ñiểm của phương pháp này là giảm ñược sai số xác ñịnh biến ñộng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông
nghiệp…………12
do bỏ sót hoặc cộng thêm vào và cung cấp cụ thể thông tin về sự biến ñộng từ
loại gì sang loại gì. Phương pháp này có thể phân tích ñược số lượng nhỏ các
vùng thay ñổi giữa hai thời ñiểm. Ở hầu hết các vùng nghiên cứu, trong giai
ñoạn từ 1-5 năm thì diện tích biến ñộng thường không lớn quá 10% diện tích
toàn bộ vùng nghiên cứu, vì vậy phương pháp này khá thích hợp ñể thành lập
bản ñồ những vùng có biến ñộng nhỏ.
Nhưng bất lợi lớn nhất của phương pháp này là rất phức tạp, ñỏi hỏi
một số bước thực hiện và kết quả cuối cùng phụ thuộc vào chất lượng của
mạng nhị phân ñã ñược sử dụng ñể phân tích. Tuy nhiên ñể nghiên cứu biến
ñộng và thành lập bản ñồ biến ñộng thì ñây là một phương pháp rất hữu dụng.
e. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp chồng xếp ảnh phân loại
lên bản ñồ ñã có
Trong một số trường hợp mà khu vực nghiên cứu ñã có bản ñồ hiện
trạng ñược thành lập từ ảnh viễn thám (ví dụ ảnh hàng không) hoặc ñã có bản
ñồ ñược số hóa thì thay vì sử dụng ảnh viễn thám ở thời ñiểm 1 chúng ta sử
dụng các nguồn dữ liệu ñã sẵn có. Tiến hành phân loại ảnh ở thời ñiểm thứ
hai, sau ñó tiến hành so sánh các pixel tương tự như phương pháp so sánh sau
phân loại ñể tìm ra biến ñộng và thông tin biến ñộng.
Ưu ñiểm của phương pháp này là sử dụng ñược nguồn dữ liệu ñã biết,
giảm ñược nguồn sai số do bỏ sót hay tổng quát và biết ñược thông tin chi tiết
về sự biến ñộng. Hơn nữa chỉ cần phân loại ñộc lập ảnh ở thời ñiểm 2.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược ñiểm là dữ liệu số hóa có
thể không ñủ ñộ chính xác hoặc dữ liệu bản ñồ không tương thích với
hệ thống phân loại.
g. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh
Trong phương pháp này ta chọn một kênh ảnh nhất ñịnh (ví dụ kênh 1)
sau ñó ghi từng ảnh ở các thời ñiểm lên một băng từ ñặc biệt của hệ thống xử
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông
nghiệp…………13
- Xem thêm -
.PDF 
100 
174 
118 
