đo đạc trắc lượng lớp phủ trên ảnh vệ tinh đa thời gian phục vụ nghiên cứu biến đổi đất nông nghiệp huyện đông anh, hà nội

I HC QUC GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Tống Thị Huyền Ái ĐO ĐẠC TRẮC LƢỢNG LỚP PHỦ TRÊN ẢNH VỆ TINH ĐA THỜI GIAN PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI ĐẤT NÔNG NGHIỆP HUYỆN ĐÔNG ANH, HÀ NỘI LUC Hà Ni - 2012 I HC QUC GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Tống Thị Huyền Ái ĐO ĐẠC TRẮC LƢỢNG LỚP PHỦ TRÊN ẢNH VỆ TINH ĐA THỜI GIAN PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI ĐẤT NÔNG NGHIỆP HUYỆN ĐÔNG ANH, HÀ NỘI Chuyên ngành: B - Vin thám và H a lý Mã s: 60 44 76 LUC NG DN KHOA HC PGS.TS. Phạm Văn Cự Hà Ni - 2012 LỜI CẢM ƠN Lc bày t lòng bic ti thy PGS. TS. Ph    i trc ti ng dn, nhit tình ch bo cho tôi ngay t nhu tiên trên s nghip nghiên cc tiên là hoàn thành lun  này. Không nhng th, th     ng viên, khuyn khích tôi trong nh v tinh thn và s nghip. Tôi xin trân trng cng dy, truyt và nâng cao nhng kin thc v chuyên ngành trong thi gian hc tp ti a lý ng i hc Khoa hc T nhiên- i hc Quc gia Hà Nc bit là s  ca các thy cô ti b môn B - Vin thám và H a lý. i li ci các anh ch ca lp cao hc K10-Bn  Vin thám và GIS luôn ng h và to không khí vui v, thoi mái trong quá trình hc ttôi làm lu Tôi xin gi li ci tt c các cán b ca trung tâm Quc t Nghiên cu Bii Toàn cu  i hc Quc gia Hà Nng dn, ch bo, to nhiu ki tôi tham gia các khóa hp ngun d liu  tôi hoàn thành bn lu luôn là ngung viên, khuyn khích và là nhng tc tp. Xin chân thành c ánng ca bii khí hn bii s dt và sinh k cng bng sông HDanida tài tr và d p cng áp dng vào nghiên cu hình thái phát tri thành ph Hà N   cung cp ngun d liu  tôi thc hic lu Li cui cùng, tôi xin c ng viên, ng h v tinh thn ca b m tôi, anh ch tôi. Xin c  t c b  ng nghip vì nh  i kinh nghim và h tr  tôi hoàn thành bn lu Hà N. Hc viên cao hc Tng Th Huyn Ái 1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH 3 DANH MỤC CÁC BẢNG 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5 MỞ ĐẦU 6 Tính cp thit c tài 6 Mc tiêu, nhim v 7 Gii hn và phm vi nghiên cu 8 u 8  tài li thc hin lu 9 c và thc tin 9 Cu trúc ca lu 9 Chƣơng 1 – CƠ SƠ ̉ LÝ LU ẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỊNH HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG VÀ ĐO ĐẠC TRẮC LƢỢNG 10 1.1          10 1.1.1. Trên Thế giới 10 1.1.2. Ở Việt Nam và Hà Nội 11 1.2  12 1.2.1. Khái niệm cơ bản về phân loại ảnh 12 1.2.2. Các nguyên tắc phân loại ảnh 12 1.3          17 1.3.1 Phương pháp phân loại định hướng đối tượng 17 1.3.2 Phân bâ ̣ c đối tươ ̣ ng 18 1.3.3 So sa ́ nh phương pháp phân loa ̣ i đi ̣ nh hươ ́ ng đối tươ ̣ ng va ̀ phân lo ại dựa trên pixel 19 1.4 Phân tích trng 20 1.5 Quan h gim trng và các loi hình lp ph 22 Chƣơng 2 – ĐO ĐẠC TRẮC LƢỢNG LỚP PHỦ CỦA HUYỆN ĐÔNG ANH24 2.1 Hin trng s dt nông nghip ca huy 24 2 2.1.1 Vị trí địa lý 24 2.1.2 Khái quát điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội 26 2.1.3 Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp huyện Đông Anh 27 2.2 Phân long ng nh v  phân gii 31 2.2.1 Xây dựng bảng chú giải 31 2.2.2 Qui trình phân loại ảnh 32 2.3 Kim ch chính xác phân loi nh v tinh 36 2.3.1 Kiểm chứng độ chính xác trong phòng 37 2.3.2 Kiểm chứng ngoài thực địa 39 2.4 m trng lp ph t nông nghip huy 46 Chƣơng 3 – XU HƢỚNG BIẾN ĐỔI ĐẤT NÔNG NGHIỆP HUYỆN ĐÔNG ANH 48 3.1 ng bii lp ph huy 48 3.2 ng bit nông nghip ca huy 53 3.2.1 Xu hướng biến đổi đất hình thái đất nông nghiệp huyện Đông Anh 53 3.2.2 Xu hướng biến đổi hình thái đất nông nghiệp theo cấp xã 55 KẾT LUẬN 63 KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 3 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cơ bản 13 Hình 1.2: Sơ đồ phân cấp bậc các đối tượng trên ảnh 19 Hình 2.1: Cơ cấu kinh tế huyện Đông Anh năm 2010 27 Hình 2.2: Cơ cấu sử dụng đất của huyện Đông Anh năm 2011 28 Hình 2.3: Xu hướng biến đổi đất nông nghiệp huyện Đông Anh qua các năm 29 Hình 2.4: Sơ đồ quy trình phân loại ảnh 32 Hình 2.5: Các ảnh vệ tinh: a- Landsat TM năm 1993, b- Landsat TM năm 1999, c- Landsat ETM năm 2005, d- Spot 5 năm 2011 33 Hình 2.6: Phân đoạn ảnh Landsat và Spot 34 Hình 2.7: Bộ qui tắc để phân loại ảnh 35 Hình 2.8: Kết quả phân loại ảnh: (a)-LandsatTM 1993; (b)-Landsat TM 1999; (c)-Landsat ETM 2005; (d)-Spot 5 2011 36 Hình 2.9: Sơ đồ vị trí các ô mẫu 38 Hình 2.10: Phiếu điều tra ngoài thực địa 40 Hình 2.11: Một số hình ảnh thực địa: (a) – ruộng trồng rau màu, (b)- ruộng lúa đã gặt, (c)- khu sản xuất nhỏ, (d)- ao bèo, (e)- cụm dân cư, (f)- bãi hoa màu ven sông. 40 Hình 2.12: Sơ đồ tuyến thực địa trên ảnh Spot 5 năm 2011 41 Hình 3.1: Biểu đồ biến động đất qua các năm 48 Hình 3.2: Cơ cấu các loại đất huyện Đông Anh theo xã năm 2011 51 Hình 3.3: Biến thiên các chỉ số hình thái đất nông nghiệp của huyện Đông Anh 54 Hình 3.4: Biến thiên các chỉ số hình thái của đất nông nghiệp của 9 xã 56 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat 14 Bảng 1.2: Đặc điểm ảnh vệ tinh Spot 5 15 Bảng 1.3: Thống kê các ảnh vệ tinh 16 Bảng 2.1: Biến đổi các loại đất nông nghiệp của Đông Anh qua các năm 30 Bảng 2.2: Bảng chú giải 31 Bảng 2.3: Bảng ma trận sai số năm 2005 38 Bảng 2.4: Các chỉ số hình thái không gian sử dụng trong luận văn 46 Bảng 3.1: Ma trận biến động lớp phủ năm 1993-2011 49 Bảng 3.2: Thay đổi diện tích đất dân cư và đất nông nghiệp theo xã 52 5 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT  i ETM Enhanced Thematic Mapper, tên loi v tinh Landsat 7  Hin trng s dt MNDWI Modified Normalized Difference Water Index, ch s dùng  c NDVI Normalized Difference Vegetation Index, ch s dùng  ng thc vt trong phân loi nh NDBI Normalized Difference Build-up Index, ch s  tách t nông nghip PCA Principal C      thành phn chính SPOT  t loi v tinh dùng trong lu TM Thematic Mapper, tên loi v tinh Landsat 5 UI Urban index, ch s  loi nh VI Vegetation index, ch s thc vt 6 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Thông tin lp ph u vào rt quan trng cho vic lp k hoch phát trin, bo v  ng và các ngun tài nguyên trên qui mô toàn c   a  [17, 52]. S phân b ct ln i vi hiu qu s dt, và th hin mi liên quan git vi vic s dng  h tng (xây d th, h thng giao thông, h thi tiêu). Vì vy b lp ph rt quan trng cho vii quan h gia kinh t xã hi vi các loi hình s dt. phân loi ng phân loi da trên vic pn  không ch dc tính ph mà còn da vào hình hc, cng ngoài ra có th tích hc vi các ngun d liu khác nhau và nhng hiu bit ci nghiên cu [20, 26, 38]. i vi các      c xây dng mt cách t phát nh ng rt ln ti m cu trúc không gian ct nông nghip loi lp ph khác nên vic phân loi nh da theo thng kê ph  các khu vc này gp rt nhi. Vì vi da trên ng là la chn tnhng khu vc . Và t c c trng ci ng lp ph cùng vi nghiên cu s phân b không gian cng lp ph rt quan tr  cho vic quy hoch và s dt hp lý t . Nhiu nhà nghiên c dng ch s  nghiên c hóa dn ti mt nông nghip t nh vin thám. Các ch s hình thái có th ch ra s i v không gian và thi gian ca cu trúc không gian, chúng cung cp mt i thay th cho vic s i các lot b pháp truyn thng [53]. D liu Vi bao ph trên mt din rng và tn sut thi gian cao rt hu ích cho vic nghiên cu hin trng và theo dõi bing s dt theo n, thi k khác nhau [14, 27] qun lý s dng  liu ki s dng b mâu thun hoc 7  và ch c cp nh / 1 la ln lý nên r  thông tin cho vic theo dõi thay i s dt [36]. Vì v b sung cho nhng thiu sót v  chính xác, không gian và thi gian ca các công c  trên thì d liu Vic s dt công c thay th, b sung thông tin  ng bii s dc bit trong công tác quy hoch và qun lý [52]. vi phn dit nông nghip chim 23% ln th hai (sau huyi các huyn ngoi thành ca thành ph Hà Ni [42]n có ngun cung cp c ln là các loi hình rau, c, qu phù hp vi các mùa khác nhau cho toàn thành ph Hà Ni. Tuy nhiên, trong nhi s phát trin mnh m ca ni thành Hà Ni, huyn  c vào mt quá trình công nghi hóa ht sc        ng trc ti n qu t nông nghip ca huyn, c th là làm cho dit nông nghip ngày càng b thu hp li, t  2000 ti 2010 huyt nông nghip b m [42]. Theo quy hoch phát tri Hà Nthì huyn  nm trong khu v c m rng, vì vy mà hu ht dit t nhiên ca toàn huyn s b m phc v cho các m nông nghip. T các lý do trên hc viên la ch tài: “Đo đạc trắc lượng lớp phủ trên ảnh vệ tinh đa thời gian phục vụ nghiên cứu biến đổi đất nông nghiệp huyện Đông Anh, Hà Nội”. Mục tiêu, nhiệm vụ Mục tiêu Phân tích s bii s dt  huyi qua thi k khác nhau. c trng hình thái ca t nông nghip trên nh vin thám  thi gian phc v nghiên cu bit nông nghip ca huy. [...]... pháp nghiên cứu Định hướng đối tượng và đo đạc trắc lượng Chương 2: Đo đạc trắc lượng lớp phủ của huyện Đông Anh Chương 3: Xu hướng biến đổi đất nông nghiệp của huyện Đông Anh 9 ̉ Chƣơng 1 – CƠ SƠ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỊNH HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG VÀ ĐO ĐẠC TRẮC LƢỢNG Chương 1 là chương tổng quan tài liệu về các vấn đề nghiên cứu, trong đó bao gồm cơ sở lý luận về các phương pháp phân loại ảnh vệ tinh, ...Nhiệm vụ nghiên cứu Tổng quan các tài liệu trong và ngoài nước về phương pháp phân loại ảnh viễn thám định hướng đối tượng và phương pháp nghiên cứu bản đồ lớp phủ và biến đổi đất nông nghiệp Tổng quan tài liệu về đo đạc trắc lượng lớp phủ trên ảnh vệ tinh đa thời gian Xây dựng cơ sở dữ liệu để tính toán từ ảnh viễn thám Landsat, Spot Thu thập số liệu Thực nghiệm phương pháp phân loại ảnh và kiểm... dụng đất huyện Đông Anh năm 2011 2% 48% 50% Đất Nông nghiệp Đất Phi Nông nghiệp Đất chưa sử dụng Hình 2.2: Cơ cấu sử dụng đất của huyện Đông Anh năm 2011 [10] Sự phát triển về kinh tế mạnh đã thúc đẩy việc xây dựng các khu công nghiệp, khu đô thị và xây dựng cơ sở hạ tầng nhanh là nguyên nhân chính của việc suy giảm quỹ đất nông nghiệp của huyện Đông Anh, Hà Nội Theo Hình 2.3 diện tích đất nông nghiệp. .. vòng 10 năm từ 2000-2010, 11.000 ha đất nông nghiệp được chuyển đổi thành đô thị và công nghiệp để phục vụ cho 1.736 dự án Trong thực tế, từ 2000-2004, Hà Nội đã thu hồi 5.496 ha đất phục vụ cho 957 dự án [4] Diện tích đất nông nghiệp của Hà Nội là 42.539 ha và chủ yếu nằm ở các huyện ven đô [42] Nghiên cứu về sự mở rộng của đô thị Hà Nội bằng phương pháp sử dụng ảnh viễn thám được nhiều tác giả thực... trạng sử dụng đất đai của huyện Đông Anh năm 2011 bao gồm các nhóm: đất nông nghiệp: 9.225,49 ha, đất phi nông nghiệp: 8.681,81 ha và đất chưa 27 sử dụng: 306,60 ha [10] Đất Nông nghiệp chiếm 50,65% trong tổng diện tích đất tự nhiên Hình 2.1 Trong đất nông nghiệp gồm rất nhiều các loại đất khác: đất trồng cây hàng năm, đất trồng cây lâu năm, đất nuôi trồng thủy sản và đất trồng cây hàng năm khác Ngoài ra,... trúc của mảnh, xác định khu vực không gian phù hợp với các điểm đặc trưng giống nhau [34] Các nhóm chỉ số này được học viên sử dụng trong luận văn nhằm đo đạc về hình thái, cấu trúc và đặc điểm thay đổi sử dụng đất nông nghiệp của huyện Đông Anh theo thời gian 1.5 Quan hệ giữa đặc điểm trắc lượng và các loại hình lớp phủ Phân tích cấu trúc của lớp phủ dựa trên việc đo đạc các chỉ số không gian cho phép... trường, kinh tế, của huyện Đông Anh Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu chỉ ra vai trò của việc đo đạc trắc lượng lớp phủ từ các ảnh viễn thám đa thời gian trong nghiên cứu biến đổi đất nông nghiệp Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của luận văn cập nhật thông tin về hiện trạng sử dụng đất cho huyện Đông Anh trong khuôn khổ dự án Danida Cấu trúc của luận văn Luận văn bao gồm 3 chương... Việc chuyển đổi đất nông nghiệp ở khu vực Hà Nội được các tác giả sử dụng phương pháp đo đạc các chỉ số hình thái cũng chỉ tập trung ở khu vực nội đô [28, 36] Đối với khu vực ven đô, đặc biệt là huyện Đông Anh thì chưa có nghiên cứu nào cụ thể về sự biến đổi đất nông nghiệp bằng cách đo đạc các chỉ số hình thái từ ảnh viễn thám 1.2 Các nguyên tắc phân loại 1.2.1 Khái niệm cơ bản về phân loại ảnh Phân... dụng các chỉ số hình thái để đo đạc sự mở rộng đô thị [36] thì thấy rằng đô thị Hà Nội phát triển nhanh chóng dọc theo các trục giao thông chính Tuy nhiên, các nghiên cứu về sự thay đổi lớp phủ và sử dụng đất bằng ảnh viễn thám ở trên Thế giới cũng như ở Việt Nam chỉ tập trung vào khu vực đô thị [31, 52] Cũng như nghiên cứu các mô hình biến đổi đất nông nghiệp bằng việc đo 11 đạc các chỉ số hình thái chỉ... kiểm chứng kết quả phân loại Phân tích trắc lượng hình thái (metrics) và các nguyên nhân làm thay đổi trắc lượng hình thái của đất nông nghiệp Đánh giá thống kê: phân tích thành phần chính các chỉ số Phỏng vấn và điều tra bổ sung Giới hạn và phạm vi nghiên cứu Phạm vi không gian: Giới hạn khu vực nghiên cứu là lãnh thổ hành chính huyện Đông Anh của thành phố Hà Nội, có hệ tọa độ từ 20°53' đến 21°23' . m nông nghip. T các lý do trên hc viên la ch tài: Đo đạc trắc lượng lớp phủ trên ảnh vệ tinh đa thời gian phục vụ nghiên cứu biến đổi đất nông nghiệp huyện Đông Anh, Hà Nội Tống Thị Huyền Ái ĐO ĐẠC TRẮC LƢỢNG LỚP PHỦ TRÊN ẢNH VỆ TINH ĐA THỜI GIAN PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI ĐẤT NÔNG NGHIỆP HUYỆN ĐÔNG ANH, HÀ NỘI Chuyên ngành: B - Vin. GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Tống Thị Huyền Ái ĐO ĐẠC TRẮC LƢỢNG LỚP PHỦ TRÊN ẢNH VỆ TINH ĐA THỜI GIAN PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI ĐẤT NÔNG NGHIỆP HUYỆN