ứng dụng ảnh phân giải cao spot để nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện thường tín giai đoạn 2000 – 2011 và đưa ra dự báo tốc độ phát triển năm 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN TÂN DUY ỨNG DỤNG ẢNH PHÂN GIẢI CAO SPOT ĐỂ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN THƢỜNG TÍN GIAI ĐOẠN 2000 – 2011 VÀ ĐƢA RA DỰ BÁO TỐC ĐỘ PHÁT TRIỂN NĂM 2015 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN TÂN DUY ỨNG DỤNG ẢNH PHÂN GIẢI CAO SPOT ĐỂ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN THƢỜNG TÍN GIAI ĐOẠN 2000 – 2011 VÀ ĐƢA RA DỰ BÁO TỐC ĐỘ PHÁT TRIỂN NĂM 2015 Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý Mã số: 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN XUÂN LÂM Hà Nội - 2013 1 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành TS. Nguyễn Xuân Lâm, người tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo ở khoa Địa Lý, phòng Sau đại học, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - ĐHQGHN đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian học tập tại trường và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã cổ vũ động viên tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Tuy đã có những cố gắng nhất định nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định. Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Hà Nội, ngày 14 tháng 02 năm 2014 Học viên Nguyễn Tân Duy 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu, tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 14 tháng 02 năm 2014 Học viên Nguyễn Tân Duy 3 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 8 CHƢƠNG 1: Tổng quan về cơ sở của công nghệ viễn thám 12 1.1. Những khái niệm cơ bản về công nghệ viễn thám 12 1.1.1. Khái niệm về hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám 12 1.1.2. Cơ sở phương pháp viễn thám 13 1.1.3. Bức xạ điện từ 15 1.1.4. Đặc tính phản xạ phổ của một số nhóm đối tượng tự nhiên 18 1.1.5. Một số đặc tính kỹ thuật cơ bản của ảnh viễn thám 27 1.2. Thông số kỹ thuật của tƣ liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao SPOT 29 1.3. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất đô thị 31 1.3.1. Những vấn đề chung về bản đồ hiện trạng sử dụng đất 31 1.3.2. Những vấn đề chung về nghiên cứu biến động sử dụng đất 32 CHƢƠNG 2: Khả năng giải đoán ảnh vệ tinh SPOT đối với việc nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất 35 2.1. Phân loại đối tƣợng sử dụng đất trong bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo luật đất đai năm 2003 35 2.2. Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh SPOT đối với việc nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất 36 2.3. Phƣơng pháp phân loại đối tƣợng sử dụng đất 40 2.3.1. Phương pháp giải đoán ảnh 40 2.3.2. Phương pháp phân loại ảnh 46 2.3.3. Lẫy mẫu đối tượng sử dụng đất trên ảnh và kiểm tra ngoài thực địa 52 CHƢƠNG 3: Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng ảnh vệ tinh SPOT thành lập bản đồ biến động các loại hình sử dụng đất khu vực huyện Thƣờng Tín giai đoạn 2001 – 2011 và dự báo tốc độ phát triển các loại hình sử dụng đất năm 2015 55 3.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu 55 3.1.1. Vị trí địa lý 55 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội 56 3.1.3. Tình hình sử dụng đất đai của huyện Thường Tín 58 4 3.2. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện Thƣờng Tín 59 3.2.1.Các phương pháp nghiên cứu biến động bằng ảnh viễn thám 59 3.2.2. Sơ đồ công nghệ 64 3.2.3. Mô tả các bước quy trình công nghệ 64 3.3. Kết quả phân loại ảnh SPOT và bản đồ biến động sử dụng đất huyện Thƣờng Tín giai đoạn 2001 - 2011 67 3.4. Ứng dụng hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu phân tích biến động diện tích các loại hình sử dụng đất huyện Thƣờng Tín 68 3.5. Phân tích đánh giá sơ bộ nguyên nhân biến động của các đối tƣợng sử dụng đất 72 3.6. Dự báo tốc độ phát triển các loại hình sử dụng đất huyện Thƣờng Tín năm 2015 bằng mô hình dự báo MARKOV 74 KẾT LUẬN 80 Tài liệu tham khảo 82 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống vệ tinh giám sát tài nguyên và môi trường trái đất 13 Hình 1.2: Khái niệm chung về viễn thám 14 Hình 1.3: Đường cong phổ phản xạ 17 Hình 1.4: Phân loại sóng điện từ 18 Hình 1.5: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 20 Hình 1.6: Đặc tính hấp thụ của lá cây và của nước 21 Hình 1.7: Khả năng phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào độ ẩm 22 Hình 1.8: Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 22 Hình 1.9: Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm 23 Hình 1.10: Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 25 Hình 1.11: Khả năng phản xạ phổ của một số loại nước 26 Hình 1.12: Mô hình trộn màu cơ bản 29 Hình 2.1: Mẫu ảnh của đất trồng lúa 38 Hình 2.2: Mẫu ảnh của sông Hồng và hồ, ao 39 Hình 2.3: Mẫu ảnh của đất ở và đất trụ sở cơ quan nhà nước 39 Hình 2.4: Mẫu ảnh của đất khu công nghiệp 39 Hình 2.5: Mẫu ảnh của đất trống khi không có lớp phủ 40 Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu biến động sử dụng đất bằng phương pháp so sánh sau phân loại 59 Hình 3.2: Sơ đồ nghiên cứu biến động sử dụng đất bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian 60 Hình 3.3: Vectơ thay đổi phổ 61 Hình 3.4: Thuật toán phân tích thay đổi phổ 62 Hình 3.5: Sơ đồ thành lập bản đồ biến động sử dụng đất 64 Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện diện tích sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2001 – 2011 (km 2 ) 69 Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện diện tích sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2001 – 2011 (ha) 69 Hình 3.8: Biểu đồ cơ cấu chuyển dịch diện tích đất trồng lúa từ năm 2011-2011 (6,26 km 2 ) 71 6 Hình 3.9: Biểu đồ cơ cấu chuyển dịch diện tích đất trồng cây hàng năm khác từ năm 2011-2011 (3,42 km 2 ) 71 Hình 3.10: Biểu đồ cơ cấu chuyển dịch diện tích đất ở từ năm 2011-2011 (3,94 km 2 ) 72 Hình 3.11: Biểu đồ cơ cấu chuyển dịch diện tích đất khu công nghiệp từ năm 2011-2011 (2,75 km 2 ) 72 Hình 3.12: Biểu đồ cơ cấu chuyển dịch diện tích đất sông hồ ao từ năm 2011- 2011 (1,85 km 2 ) 72 Hình 3.13: Mô hình MARKOV để dự báo khả năng thay đổi các loại hình sử dụng đất 74 Hình 3.14: Biểu đồ thể hiện diện tích sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2001 – 2011 và dự báo tới năm 2015 (km 2 ) 78 Hình 3.15: Biểu đồ thể hiện diện tích sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2001 – 2011 và dự báo tới năm 2015 (ha) 79 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Cơ chế tương tác giữa khí quyển và sóng điện từ 16 Bảng 1.2: Mối quan hệ giữa bước sóng và độ thấu quang của nước 26 Bảng 1.3: Đặc tính cơ bản của ảnh SPOT 1 - 4 30 Bảng 1.4: Đặc tính cơ bản của ảnh SPOT 5 31 Bảng 2.1: Ví dụ về mô tả khả năng thông tin của các kênh đa phổ 44 Bảng 2.2: Bảng lấy mẫu đối tượng sử dụng đất từ ảnh SPOT 5 52 Bảng 3.1: Diện tích các loại hình sử dụng đất năm 2001 và 2011 68 Bảng 3.2: Bảng phân tích tình hình tăng giảm diện tích đất theo mục đích sử dụng (km 2 ) 70 Bảng 3.3: Ma trận tỷ lệ biến động giữa các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2001 – 2011 75 Bảng 3.4: Diện tích các loại hình sử dụng đất năm 2001, 2011 và 2015 77 8 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đất đai từ lâu vẫn luôn luôn đóng vai trò quan trọng đối với sự sinh tồn và phát triển của con người. Nó là tư liệu sản suất đặc biệt cho sự phát triển kinh tế xã hội, an ninh và quốc phòng. Nhưng đất đai chỉ có thể phát huy tiềm năng vốn có dưới sự tác động tích cực của con người một cách thường xuyên. Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay ở nước ta, sự chuyển dịch kinh tế từ Nông nghiệp – Công nghiệp – Dịch vụ sang Công nghiệp – Dịch vụ - Nông nghiệp đã và đang gây sức ép lớn về đất đai. Sức ép về dân số, tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng trong khi quỹ đất lại có hạn. Đất đai đã thực sự trở thành “Tấc đất tấc vàng”. Trong quá trình sử dụng đất, thường nảy sinh nhu cầu sử dụng đất vào các mục đích khác nhau của con người. Do đó luôn có sự biến động đất đai về sử dụng đất. Để phục vụ cho công tác quản lý của Nhà nước thì cần làm rõ biến động sử dụng đất. Chính vì vậy cần phải có một phương pháp quản lý hợp lý về tình hình sử dụng đất ở các đô thị. Hiện nay, nhiều vệ tinh nhân tạo đã được phóng lên quỹ đạo với các mục đích khác nhau để theo dõi diễn biến các hiện tượng trên bề mặt trái đất, trong đó có mục đích theo dõi lớp phủ bề mặt trái đất. Đây là một phương pháp với công nghệ mới giúp làm nhanh và hiệu quả hơn so với các công nghệ trước đây. Ngày nay có thể tiến hành thành lập bản đồ biến động sử dụng đất đô thị một cách nhanh hơn trước nhờ vào việc sử dụng ảnh vệ tinh với độ phân giải cao thay vì trước đây phải thực hiện các công tác thực địa phức tạp làm tăng thời gian hoàn thành công việc. Với bản đồ biến động được thực hiện bằng phương pháp viễn thám đạt độ chính xác cao, ta có thể tiến hành dự đoán các loại hình sử dụng đất trong những năm tiếp theo để các nhà quy hoạch có thể hoạch định các loại hình sử dụng đất một cách phù hợp hơn. Có nhiều cách để dự báo tình hình sử dụng đất dựa trên các hàm toán học, chuỗi MARKOV là một trong các hàm dự báo phổ biến trong các mô hình dự báo và được chọn để sử dụng trong luận văn. [...]... vực huyện Thường Tín – thành phố Hà Nội giai đoạn 2000 – 2011 và đưa ra dự báo tốc độ phát triển các loại hình sử dung đất năm 2015 2 Mục tiêu của đề tài - Khảo sát khả năng sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao cho việc theo dõi biến động một số loại hình sử dụng đất - Đề xuất quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động sử dụng đất, trong đó có kết hợp sử dụng hệ thông tin địa lý để lập bản đồ và. .. và một số đặc tính kỹ thuật cơ bản của ảnh viễn thám - Nghiên cứu khả năng thông tin của ảnh vệ tinh độ phân giải cao SPOT cho mục đích nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện Thường Tín Dựa trên ảnh SPOT độ phân giải cao để nghiên cứu khu vực cần thành lập bản đồ rồi từ đó tiến hành xác định và phân loại đối tượng nghiên cứu, biến động được xác định thông qua việc thay đổi sự dụng đất vào mục đích cụ... đồ biến động sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000 – 2011 - Từ đó phân tích đánh giá sơ bộ nguyên nhân biến động và dự báo biến động trong năm 2015 bằng phương pháp dự báo chuỗi của MARKOV Luận văn có kết cấu gồm 3 chương, cụ thể như sau: Chương 1: Tổng quan về cơ sở của công nghệ viễn thám Chương 2: Khả năng giải đoán ảnh vệ tinh SPOT đối với việc nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất huyện Thường. . .Huyện Thường Tín là một trong những huyện nằm trong phạm vi mở rộng của thành phố Hà Nội (từ ngày 1 tháng 8 năm 2008) Trong những năm qua, do yêu cầu của phát triển kinh tế - xã hội và quá trình phát triển đô thị hóa nên tình hình sử dụng đất của huyện có nhiều biến đổi Xuất phát từ thực tế đó, em đã chọn đề tài: Ứng dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao SPOT để nghiên cứu biến động sử dụng đất khu... điểm đó Bản đồ biến động sử dụng đất là bản đồ chuyên đề phản ánh tình hình biến động sử dụng đất theo những nội dung và tỷ lệ khác nhau Bản đồ biến động sử dụng đất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các bản đồ chuyên đề như địa hình, địa vật, giao thông, thủy văn … phải thể hiện được sự biến động về sử dụng đất theo thời gian Các thông tin về tình hình sử dụng đất, biến động sử dụng đất kết hợp với... các nghiên cứu đều cho thấy rằng, các kết quả về biến động đều phải được thể hiện trên bản đồ biến động và bảng tổng hợp Các phương pháp nghiên cứu biến động khác nhau sẽ cho những bản đồ biến động khác nhau Trong lĩnh vực nghiên cứu biến động sử dụng đất đến nay vẫn chưa có một quy phạm chuẩn để thực hiện một cách đồng bộ cho mọi đề tài Chính vì vậy trong mỗi đề tài, các loại hình biến động sử dụng đất. .. hình dự báo MARKOV Dữ liệu GIS về hiện trạng sử dụng đất qua các năm được phân tích bằng phương pháp chồng ghép dữ liệu, một phương pháp thông dụng trong GIS Kết quả thu được từ việc chồng ghép sẽ là tình hình biến động một số loại hình sử dụng đất qua các năm đã chọn Theo các kết quả tính toán được từ bản đồ biến động sử dụng đất, ta sử dụng mô hình dự báo MARKOV để tính toán các loại hình sử dụng đất. .. khác Kết quả giải đoán phụ thuộc vào kinh nghiệm người giải đoán, tuy nhiên bị hạn chế do khả năng phân biệt phổ của mắt người hạn chế Sau khi thực hiện công tác giải đoán ảnh, ta sẽ tiến hành thực địa và kiểm chứng kết quả phân loại với các mẫu giải đoán - Tiến hành nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000 2011 bằng hệ thông tin địa lý (GIS) và đưa ra dự báo trong các năm kế tiếp... Thường Tín Chương 3: Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng ảnh vệ tinh SPOT thành lập bản đồ biến động các loại hình sử dụng đất khu vực huyện Thường Tín giai đoạn 2000 – 2011 và dự báo biến động tới năm 2015 11 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM 1.1 Những khái niệm cơ bản về công nghệ viễn thám 1.1.1 Khái niệm về hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám Năng lượng điện từ của ảnh sáng... xác định yếu tố sử dụng đất ở trên ảnh có thể đưa ra hiện trạng sử dụng đất của khu vực nghiên cứu 10 Quá trình điều tra thực địa chủ yếu nhằm mục đích giải đoán chính xác các điểm lấy mẫu và xác minh các điểm chưa rõ ràng trên ảnh - Trên cơ sở giải đoán phân loại, ta tiến hành ứng dụng hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu phân tích biến động các loại hình sử dụng đất khu vực nghiên cứu Kết quả của . NGUYỄN TÂN DUY ỨNG DỤNG ẢNH PHÂN GIẢI CAO SPOT ĐỂ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN THƢỜNG TÍN GIAI ĐOẠN 2000 – 2011 VÀ ĐƢA RA DỰ BÁO TỐC ĐỘ PHÁT TRIỂN NĂM 2015 LUẬN VĂN. là bản đồ biến động sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000 – 2011. - Từ đó phân tích đánh giá sơ bộ nguyên nhân biến động và dự báo biến động trong năm 2015 bằng phương pháp dự báo chuỗi. hình sử dụng đất của huyện có nhiều biến đổi. Xuất phát từ thực tế đó, em đã chọn đề tài: Ứng dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao SPOT để nghiên cứu biến động sử dụng đất khu vực huyện Thường Tín