Thạc Sĩ Ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xác định biến động đất đai trên địa bàn

Luận văn thạc sĩ năm 2011
Đề tài: Ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xác định biến động đất đai trên địa bàn huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc giai đoạn 2005 - 2010
Mô tả bị lỗi vài từ, tài liệu vẫn bình thường
MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN i
LỜI CẢM ƠN . ii
MỤC LỤC . iii
DANH MỤC CÁC BẢNG . vi
DANH MỤC HÌNH vii
1. MỞ ðẦU . 1
1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1
1.2 Mục ñích của ñề tài 2
1.3 Yêu cầu của ñề tài 2
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 2
2. TỔNG QUAN . 3
2.1 Cơ sở viễn thám 3
2.1.1 Khái quát về viễn thám . 3
2.1.3 Giải ñoán ảnh viễn thám . 12
2.1.4 Một số vệ tinh viễn thám hiện nay trên thế giới 18
2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý 24
2.2.1 Khái quát về hệ thống thông tin ñịa lý 24
2.2.2 Các thành phần của GIS . 25
2.2.3 Chức năng của GIS 30
2.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng trên thế
giới và ở Việt Nam . 33
2.3.1 Trên thế giới . 33
2.3.2 Tại Việt Nam 33
2.4 Khái quát về biến ñộng sử dụng ñất 35
2.4.1 Những vấn ñề chung về biến ñộng sử dụng ñất . 35
2.4.2 Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất . 37
2.4.3 So sánh các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng 46
3. ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 48
3.1 ðối tượng nghiên cứu . 48
3.2 ðịa ñiểm nghiên cứu 48
3.3 Nội dung nghiên cứu 48
3.3.1 Xây dựng khóa giải ñoán ảnh . 48
3.3.2 Xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng một số loại ñất huyện Bình
Xuyên năm 2005 và năm 2010 dựa trên tư liệu ảnh SPOT tại hai
thời ñiểm bay chụp năm 2005 và năm 2010 48
3.3.3 ðánh giá ñộ chính xác của bản ñồ hiện trạng sử dụng một số loại
ñất ñược xây dựng từ ảnh viễn thám với số liệu thu thập ñược . 48
3.3.4 Sử dụng công nghệ GIS ñể xây dựng lập bản ñồbiến ñộng một số
loại ñất huyện Bình Xuyên giai ñoạn 2005 – 2010 và xác ñịnh biến
ñộng một số loại ñất trên ñịa bàn nghiên cứu 48
3.4 Phương pháp nghiên cứu 48
3.4.1 Phương pháp chọn ñối tượng ảnh nghiên cứu . 48
3.4.2 Phương pháp ñiều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp 49
3.4.3 Phương pháp kế thừa các tư liệu có sẵn 49
3.4.4 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 49
3.4.5 Phương pháp ñiều tra, khảo sát thực tế cơ sở 49
3.4.6 Phương pháp giải ñoán ảnh bằng mắt và bằng xử lý số . 49
3.4.6 Phương pháp trình bày bản ñồ bằng phần mềm Microsation 50
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 51
4.1 ðiều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội 51
4.1.1 ðiều kiện tự nhiên 51
4.1.2 ðiều kiện kinh tế - xã hội . 52
4.2 Hiện trạng sử dụng ñất 53
4.3 Thu thập dữ liệu . 55
4.3.1 Dữ liệu viễn thám . 55
4.3.2 Dữ liệu khác . 57
4.4 Các bước xử lý ảnh . 57
4.4.1 Nhập ảnh 57
4.4.2 Tăng cường chất lượng ảnh 57
4.4.3 Nắn chỉnh hình học và cắt ảnh theo ñịa giới hành chính . 59
4.4.4 Xây dựng các khoá giải ñoán ảnh . 74
4.4.5 Xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng một số loại ñất năm 2005 và
2010 từ ảnh vệ tinh và các số liệu sẵn có 76
4.5 Xây dựng bản ñồ biến ñộng một số loại ñất giaiñoạn 2005 – 2010 80
4.6 ðánh giá ñộ chính xác kết quả thành lập bản ñồbằng ảnh vệ tinh 85
5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ . 89
5.1 Kết luận 89
5.2 ðề nghị . 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

1. MỞ ðẦU
1.1 Tính cấp thiết của ñề tài
ðất nước ta ñang trên ñà phát triển, quá trình côngnghiệp hoá, ñô thị
hoá ñang diễn ra mạnh mẽ. Nhu cầu chuyển mục ñích sử dụng ñất nông
nghiệp sang ñất phi nông nghiệp ngày càng trở nên bức thiết. Trước yêu cầu
ñó chúng ta cần phải phân bố quỹ ñất cho các ngành một cách hợp lý ñể ñảm
bảo sử dụng ñất một cách tiết kiệm và có hiệu quả cao ñồng thời vẫn ñảm bảo
an ninh lương thực. ðể công tác quản lý ñất ñai có hiệu quả thì việc xác ñịnh
biến ñộng ñất ñai càng trở nên cấp thiết.
Công tác ñánh giá biến ñộng sử dụng ñất dựa vào bảnñồ hiện trạng sử
dụng ñất theo chu kỳ 5 năm lập theo phương pháp truyền thống ñòi hỏi phải
có nhân lực, kinh phí và thời gian. ðồng thời theo phương pháp này chưa có
tính tự ñộng hoá và tính khái quát về biến ñộng sử dụng ñất. Với khả năng
cung cấp thông tin ña dạng và cập nhật của công nghệ viễn thám, khả năng
tích hợp, phân tích thông tin của GIS kết hợp với phương pháp truyền thống
thì việc nghiên cứu thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất, bản ñồ biến ñộng
sử dụng ñất sẽ ñạt hiệu quả cao hơn.
Quá trình ñô thị hoá, công nghiệp hoá tại huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh
Phúc diễn ra mạnh mẽ trong những năm gần ñây do vậyñể ñáp ứng nhu cầu
quản lý ñất ñai tại ñịa phương giúp các nhà quản lýñưa ra quyết ñịnh nhanh
chóng phù hợp với thực tế việc ứng dụng ảnh viễn thám kết hợp với công
nghệ GIS ñể xác ñịnh biến ñộng ñất ñai tại ñịa phương là rất cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như tính cấp báchcủa việc xác ñịnh
biến ñộng ñất ñai trên ñịa bàn huyện Bình Xuyên giai ñoạn 2005-2010 nhằm
ñịnh hướng cho công tác quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội của huyện trong
giai ñoạn tiếp theo, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
2
“Ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñể xác
ñịnh biến ñộng ñất ñai trên ñịa bàn huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc giai
ñoạn 2005 - 2010”
1.2 Mục ñích của ñề tài
- ðánh giá biến ñộng ñất ñai trên cơ sở tích hợp ảnh viễn thám và hệ
thống thông tin ñịa lý (GIS).
1.3 Yêu cầu của ñề tài
- Trên cơ sở sử dụng ảnh vệ tinh SPOT xây dựng bản ñồ sử dụng ñất
năm 2005 và năm 2010.
- Nắm ñược tình hình quản lý và sử dụng ñất ñai trên ñịa bàn nghiên cứu
giai ñoạn 2005-2010.
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
- Khẳng ñịnh tính ưu việt của việc sử dụng ảnh viễnthám và GIS trong
công tác xác ñịnh biến ñộng ñất ñai cấp huyện.
- ðưa ra các quy trình kỹ thuật cụ thể ñể ñánh giábiến ñộng một số loại
ñất của huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
3
2. TỔNG QUAN
2.1 Cơ sở viễn thám
2.1.1 Khái quát về viễn thám
ðịnh nghĩa sau ñây có thể coi là tiêu biểu: “Viễn thám là khoa học và
công nghệ mà theo ñó các ñặc tính ñối tượng quan tâm ñược nhận diện, ño
ñạc, phân tích các tính chất mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với ñối
tượng”.[7]
Hình 2.1 Nguyên lý viễn thám vệ tinh
Hình 2.2 Nguyên lý viễn thám vệ tinh quang học
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
4
Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt
chẽ với nhau. Theo trình tự hoạt ñộng của hệ thống,chúng ta có:
Nguồn năng lượng. Thành phần ñầu tiên của một hệ thống viễn thám là
nguồn năng lượng ñể chiếu sáng hay cung cấp năng lượng ñiện từ tới ñối
tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự
cung cấp năng lượng tới ñối tượng. Thông tin viễn thám thu thập ñược là dựa
vào năng lượng từ ñối tượng ñến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng
lượng chiếu sáng hay truyền tới ñối tượng sẽ không có năng lượng ñi từ ñối
tượng ñến thiết bị nhận.
Những tia phát xạ và khí quyển. Vì năng lượng ñi từnguồn năng lượng
tới ñối tượng nên sẽ phải tương tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng lượng
ñi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào ñó vì năng
lượng còn phải ñi theo chiều ngược lại, tức là từ ñối tượng ñến bộ cảm.
Sự tương tác với ñối tượng. Một khi ñược truyền quakhông khí ñến ñối
tượng, năng lượng sẽ tương tác với ñối tượng tuỳ thuộc vào ñặc ñiểm của cả
ñối tượng và sóng ñiện từ. Sự tương tác này có thể là truyền qua ñối tượng, bị
ñối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển.
Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm. Sau khi năng lượngñược phát ra
hay bị phản xạ từ ñối tượng, chúng ta cần có một bộcảm từ xa ñể tập hợp lại
và thu nhận sóng ñiện từ. Năng lượng ñiện từ truyềnvề bộ cảm mang thông
tin về ñối tượng.
Sự truyền tải, thu nhận và xử lý. Năng lượng ñược thu nhận bởi bộ cảm
cần phải ñược truyền tải, thường dưới dạng ñiện từ,ñến một trạm tiếp nhận-xử lý nơi dữ liệu sẽ ñược xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thô.
Giải ñoán và phân tích ảnh. Ảnh thô sẽ ñược xử lý ñể có thể sử dụng
ñược. ðể lấy ñược thông tin về ñối tượng người ta phải nhận biết ñược mỗi
hình ảnh trên ảnh tương ứng với ñối tượng nào. Côngñoạn ñể có thể “nhận
biết” này gọi là giải ñoán ảnh. Ảnh ñược giải ñoán bằng một hoặc kết hợp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
5
nhiều phương pháp. Các phương pháp này là giải ñoánthủ công bằng mắt,
giải ñoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ ñiện tử ñể lấy ñược thông tin về
các ñối tượng của khu vực ñã chụp ảnh.
Ứng dụng. ðây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, ñược thực
hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta ñã chiết ñược từ ảnh ñể hiểu rõ hơn
về ñối tượng mà chúng ta quan tâm, ñể khám phá những thông tin mới, kiểm
nghiệm những thông tin ñã có . nhằm giải quyết những vấn ñề cụ thể.
2.1.2 Thông tin trên ảnh viễn thám
Thông tin trên ảnh viễn thám có ñược về các ñối tượng nhờ vào quá
trình “chụp ảnh” vệ tinh mà thực chất là quá trình thu nhận năng lượng sóng
ñiện từ phản xạ hoặc phát xạ từ vật thể. Thông tin có ñược về ñối tượng trong
quá trình này chính là nhờ sự khác biệt của phản ứng với sóng ñiện từ của các
ñối tượng khác nhau (phản xạ, hấp thụ hay phân táchsóng ñiện từ).
Năng lượng sóng phản xạ từ ñối tượng bao gồm hai phần:
- Năng lượng phản xạ trực tiếp từ bề mặt ñối tượng
- Năng lượng tán xạ bởi cấu trúc bề mặt ñối tượng.
Năng lượng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc vào bản chất của ñối tượng
mà chỉ phụ thuộc vào ñặc tính bề mặt: ñộ gồ ghề, hướng, . của ñối tượng.
Năng lượng tán xạ là kết quả của một quá trình tương tác giữa bức xạ
với bề dày của ñối tượng mà bức xạ ñó có khả năng xuyên tới. Năng lượng
này phụ thuộc vào cấu trúc, bản chất và trạng thái của ñối tượng. ðây là
nguồn năng lượng mang thông tin giúp ta có thể nhậnbiết ñược các ñối tượng
và trạng thái của chúng.
Tất cả các vật thể ñều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng ñiện
từ bằng các cách thức khác nhau và các ñặc trưng này thường ñược gọi là ñặc
trưng phổ. Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhấtmà viễn thám thu ñược về
các ñối tượng. ðối với mỗi vật trong tự nhiên có ñặc tính phản xạ phổ ñiện từ
khác nhau trên các bước sóng khác nhau. Dựa vào ñặcñiểm phổ phản xạ có

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Vân Anh, Nguyễn Thị Yên Giang (2009), Hướng dẫn sử dụng
phần mềm Envi 4.3, Trường ðại học Mỏ ðịa chất Hà Nội.
2. Trần Hùng, Phạm Quang Lợi, Xử lý và phân tích dữ liệu viễn thám với
phần mềm Envi,Hà Nội 2008.
3. Lương Chính Kế. Viện ño ảnh và bản ñồ. ðại học BáchKhoa Vacsava,
Hệ thống vệ tinh PLÉIADES với ảnh có ñộ phân giải cao trong tương lai.
http://www.rsc.gov.vn
4. Phạm Hoàng Lân (2005), Bài giảng công nghệ GPS, Trường ñại học
Mỏ - ðịa chất, Hà Nội.
5. Trần Thị Băng Tâm, Lê Thị Giang (2003), Bài giảng hệ thống thông tin
ñịa lý GIS,Trường ðại học Nông nghiệp I.
6. Trần Thị Băng Tâm, 2006, Hệ thống thông tin ñịa lý GIS,Trường ðại
học Nông nghiệp Hà Nội.
7. Phạm Vọng Thành (2009), Bài giảng Viễn thám dùng cho ngành quản
lý ñất ñai, Trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội.
8. Nguyễn Khắc Thời - Trần Quốc Vinh (2006), Bài giảng Viễn thám,
Trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội.
9. ðàm Xuân Vận - chủ biên (2008), Giáo trình hệ thống thông tin ñịa lý,
Trường ñại học Nông Lâm – ðại học Thái Nguyên, Nhà xuất bản ñại
học Thái Nguyên, Thái Nguyên.
10. Giáo trình Viễn thám, ðại học Mỏ - ðịa chất Hà Nội , năm 2008
11. Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Vĩnh Phúc, Số liệu kiểm kê ñất ñai
năm 2010.
12. UBND huyện Bình Xuyên, Báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ phát
triên kinh tế xã hội năm 2010 phương hướng, nhiệm vụ năm 2011.