Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1 10 000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI MAI VĂN THANH ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ðỊA LÝ (GIS) LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT TỶ LỆ 1:10 000 HUYỆN LƯƠNG TÀI, TỈNH BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI Mã số : 60850103 Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. PHẠM VỌNG THÀNH HÀ NỘI - 2012 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam đoan: - Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. - Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc là đúng sự thật. Tác giả luận văn Mai Văn Thanh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Vọng Thành - Bộ môn ðo ảnh và Viễn thám, khoa Trắc ñịa, trường ðại học Mỏ ñịa chất - người ñã hướng dẫn, giúp ñỡ tôi rất tận tình trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học. ðể hoàn thành ñược bản luận văn này, tôi ñã nhận ñược sự quan tâm, tạo ñiều kiện của Trung tâm viễn thám Quốc gia, sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Lương Tài, 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 tạo ñiều kiện cho tôi học tập và giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện ñề tài. Tôi xin gửi tới gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp nơi tôi ñang sống và làm việc ñã giúp ñỡ, ñộng viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện ñề tài. Tác giả luận văn Mai Văn Thanh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… iii MỤC LỤC Lời cam đoan Error! Bookmark not defined. Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined. Mục lục Error! Bookmark not defined. Danh mục các chữ viết tắt Error! Bookmark not defined. Danh mục bảng Error! Bookmark not defined. Danh mục biểu đồ Error! Bookmark not defined. 1 MỞ ðẦU i 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Mục đích, yêu cầu 2 1.2.1 Mục đích 2 1.2.2 Yêu cầu 2 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4 2.1 Những vấn đề chung về viễn thám 4 2.1.1 Khái niệm về viễn thám 4 2.1.2 Phương pháp xử lý thông tin Viễn thám 14 2.1.3 Một số ứng dụng của Viễn thám 16 2.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 20 2.2.1 Khái quát chung về GIS 20 2.2.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong quản lý đất đai 23 2.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở nước ta 26 2.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên thế giới. 26 2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS ở Việt Nam. 28 2.4. Khái quát chung về bản đồ hiện trạng sử dụng đất 34 2.4.1 Định nghĩa bản đồ HTSDĐ 34 2.4.2 Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 34 2.4.3 Quy trình thành lập bản đồ HTSDĐ bằng tư liệu Viễn thám và GIS 42 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… iv 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46 3.1 Đối tượng và địa điểm nghiên cứu 46 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 46 3.1.2 Địa điểm nghiên cứu 46 3.2 Nội dung nghiên cứu 46 3.3 Phương pháp nghiên cứu 46 3.3.1 Phương pháp điều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp 46 3.3.2 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 47 3.3.3 Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế cơ sở 47 3.3.4 Phương pháp minh hoạ trên bản đồ, biểu đồ 47 3.3.5 Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số 47 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 49 4.1 Điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội 49 4.1.1 Điều kiện tự nhiên 49 4.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 53 4.1.3 Thực trạng công tác quản lý và sử dụng đất của huyện Lương Tài 58 4.2 Trình tự, nội dung xử lý ảnh viễn thám để lập bản đồ HTSDĐ 61 4.2.1 Thu thập tư liệu 61 4.2.2 Nhập ảnh 61 4.2.3 Tăng cường chất lượng ảnh 61 4.2.4 Nắn chỉnh tư liệu ảnh 62 4.2.5 Phân loại ảnh 62 4.2.6 Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại 70 4.3 Thảo luận về kết quả thực nghiệm 81 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. BĐ HTSDĐ - Bản đồ hiện trạng sử dụng đất 2. GIS, HTTĐL - Hệ thông tin địa lý 3. NDVI - Chỉ số thực vật 4. DBMS - Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 5. KTNN - Khí tượng nông nghiệp 6. GCNQSDĐ - Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất 7. NTTS - Nuôi trồng thuỷ sản 8. MNCD - Mặt nước chuyên dùng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 2.1 Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám 6 Bảng 2.2 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh 7 Bảng 2.3 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian 8 Bảng 2.4 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh SPOT 9 Bảng 2.5 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian 9 Bảng 2.6 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian 10 Bảng 2.7 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS 10 Bảng 2.8 Đặc trưng chính và độ phân giải không gian 11 Bảng 2.9 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS 11 Bảng 2.10 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS 12 Bảng 4.1 Hiện trạng sử dụng đất của huyện 60 Bảng 4.2 Các tệp mẫu ảnh xây dựng 65 Bảng 4.4 Mô tả các loại hình sử dụng đất 67 Bảng 4.5 Mẫu giải đoán ảnh vệ tinh 68 Bảng 4.6 Ma trận sai số phân loại ảnh 72 Bảng 4.7 Độ chính xác phân loại ảnh 73 Bảng 4.8 Thống kê diện tích theo bản đồ giải đoán 78 Bảng 4.9 Chênh lệch diện tích giải đoán và diện tích kiểm kê 79 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… vii DANH MỤC BIỂU ðỒ STT Tên biểu đồ Trang Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 4 Hình 2.2 Các bước tiến hành giải đoán ảnh bằng mắt 14 Hình 2.3 Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số 16 Hình 2.4 Phát hiện ô nhiễm môi trường không khí bằng ảnh vệ tinh SPOT[3] 16 Hình 2.5 Phổ phản xạ của thực vật, đất và nước 18 Hình 2.6 Nhiều lớp thông tin khác nhau tổng hợp thành bản đồ 22 Hình 2.7 Các thành phần của hệ GIS 22 Hình 2.8 Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia 29 Hình 2.9 Trình tự phân loại tư liệu viễn thám 44 Hình 3.1 Trình tự giải đoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số 48 Hình 4.2 Ảnh Spot huyện Lương Tài năm 2010 đã cắt theo ranh giới huyện 61 Hình 4.3 Xây dựng tệp mẫu cho ảnh 64 Hình 4.4 Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất 65 Hình 4.5 Ảnh phân loại theo mẫu 70 Hình 4.6 Ảnh phân loại sau khi loại lọc nhiễu 75 Hình 4.7 Bản đồ HTSDĐ thu nhỏ thành lập trên Mapinfo 77 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… 1 1 MỞ ðẦU 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài Bản đồ hiện trạng sử dụng đất (HTSDĐ) được coi như loại bản đồ thường trực làm căn cứ để thu thập các thông tin hiện thời về bề mặt lớp phủ và là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các nhà hoạch định chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt đất. Bên cạnh đó, bản đồ HTSDĐ còn là căn cứ để đánh giá thực trạng sử dụng đất, quản lý và khai thác nguồn tài nguyên và môi trường, lập quy hoạch chuyên ngành,… Hiện nay, đa số các địa phương trong cả nước vẫn sử dụng các phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ theo phương pháp truyền thống, quá trình cập nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản đồ có độ chính xác không cao và không thống nhất (do dữ liệu đầu vào không đồng bộ). Hơn nữa, việc thành lập bản đồ theo phương pháp truyền thống như hiện nay đôi khi không đáp ứng kịp yêu cầu của công tác quản lý sử dụng đất. Sự thay đổi về loại hình sử dụng đất không được cập nhật thường xuyên sẽ gây khó khăn cho công tác thống kê, kiểm kê đất đai, ảnh hưởng tới công tác quản lý tài nguyên đất đai nói chung và công tác quy hoạch sử dụng đất, công tác nghiên cứu các lĩnh vực chuyên ngành nói riêng. Phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ viễn thám nói riêng phục vụ công tác quản lý các nguồn tài nguyên, giám sát môi trường, thành lập bản đồ chuyên đề, bản đồ HTSDĐ, … đóng vai trò quan trọng cho sự nghiệp phát triển đất nước hiện nay. Trong vòng nửa thế kỷ trở lại đây, công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái đất cũng như công tác thành lập bản đồ HTSDĐ. Việc áp dụng phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ sử dụng tư liệu ảnh viễn thám tích hợp với GIS cho phép chúng ta xác định nhanh chóng vị trí không gian và tính chất của đối Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… 2 tượng. Đồng thời, dựa trên độ phân giải phổ, độ phân giải không gian và độ phân giải thời gian của tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác định được thông tin của đối tượng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những vùng sâu, vùng xa. Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách đầy đủ, nhanh chóng và chính xác nhất về các loại hình sử dụng đất, nên việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành lập bản đồ đã trở thành một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa học cao. Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở tỉnh Bắc Ninh, với mong muốn tạo được bước đột phá mới trong công tác thành lập bản đồ ở địa phương mình, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng tư liệu Viễn thám và Hệ thông tin ñịa lý (GIS) lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tỷ lệ 1:10 000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh” 1.2 Mục ñích, yêu cầu 1.2.1 Mục ñích + Nghiên cứu khả năng thành lập bản đồ HTSDĐ trên cơ sở các tư liệu ảnh viễn thám, các phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ; + Nghiên cứu khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ HTSDĐ; đưa ra quy trình công nghệ thành lập và đề xuất, áp dụng cho việc thành lập bản đồ HTSDĐ ở địa phương; + Tạo ra được bản đồ HTSDĐ làm tài liệu phục vụ cho các mục đích lập quy hoạch chuyên ngành, quy hoạch sử dụng đất, quản lý lãnh thổ, sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường. 1.2.2 Yêu cầu - Nắm được các phương pháp giải đoán ảnh viễn thám, các ứng dụng của tư liệu viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ HTSDĐ; - Đạt được độ chính xác cao phù hợp với tỷ lệ, mục đích của bản đồ cần thành lập; [...]... phóng vào qu ñ o 909 km ð ng b m t tr i 17 ngày Kho ng 10 3 phút 19 87 (MOS -1) 19 90 (MOS -1b) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c nông nghi p …………………… 10 - V tinh IRS M t lo t các v tinh vi n thám c a n ð ñư c phóng lên qu ñ o ñ th c hi n vi c nghiên c u toàn b ph n l c ñ a c a b m t trái ñ t, bao g m v tinh IRS -1 phóng vào ñ u năm 19 88; v tinh th h th ba IRS-1C (12 /19 95) v... công ngh vi n thám nư c ta, song k t qu thu ñư c còn m c ñ khiêm t n [10 ] 2.2 H th ng thông tin ñ a lý (GIS) 2.2 .1 Khái quát chung v GIS a Khái ni m chung v GIS H th ng thông tin ñ a lý (Geographic Infomation System) là h th ng thông tin có kh năng truy nh p, tìm ki m, x lý, phân tích và truy xu t d li u ñ a lý ho c d li u không gian nh m h tr quy ho ch ñô th , qu n lý tài nguyên thiên nhiên và môi trư... kinh doanh và du l ch Các lo i nh v tinh thương m i có ñ phân gi i cao khác có th s d ng hi n nay như: Orbvieww-3, Quickbird, và EROS-A1 - V tinh Quickbird Quickbird ñánh d u m t bư c quan tr ng c a d ng tư li u vi n thám phân gi i cao ñư c thương m i hoá L n ñ u tiên phóng vào năm 2000 b th t b i, l n th hai ñư c phóng lên v i ñ phân gi i cao ( nh PAN - 0,6m và nh ña ph 2,4m) vào 18 /10 /20 01 V tinh ñư... năng tích h p tư li u vi n thám và GIS Trong h th ng thông tin ñ a lý, hai mô hình d li u vector và raster thư ng ñư c s d ng lưu tr d li u không gian, trong khi ñó d li u vi n thám ñư c x lý và lưu tr dư i d ng raster, do ñó có s tư ng thích gi a tư li u vi n thám và GIS, vì: - D li u vi n thám ñư c x lý và lưu tr dư i d ng c u trúc raster: Hai mô hình d li u vector và raster thư ng ñư c s d ng trong... và v tinh IRS IRS -1C ð cao bay Qu ñ o Chu kỳ l p Th i gian hoàn t t chu kỳ qu ñ o Năm phóng v tinh IRS -1D 817 km 780 km (trên xích ñ o) ð ng b m t tr i ð ng b m t tr i 24 ngày 25 ngày - - 19 95 19 97 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c nông nghi p …………………… 11 - V tinh IKONOS IKONOS là lo i v tinh thương m i ñ u tiên có ñ phân gi i cao (1m) ñư c ñưa vào không gian tháng 9 /19 99... Mapper (Landsat -1- 5) Kênh Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 Kênh 5 Kênh 6 Kênh 7 Kênh 4 Kênh 5 Kênh 6 Kênh 7 Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 Kênh 5 Kênh 6 Kênh 7 Kênh 8 (Pan) Bư c sóng ( m) 0,45 ÷ 0,52 0,52 ÷ 0,60 0,63 ÷ 0,69 0,76 ÷ 0,90 1. 55 ÷ 1, 75 10 ,4 ÷ 12 ,5 2,08 ÷ 2,35 0,5 ÷ 0,6 0,6 ÷ 0,7 0,7 ÷ 0,8 0,8 ÷ 1, 1 0,45 ÷ 0,52 0,53 ÷ 0, 61 0,63 ÷ 0,69 0,75 ÷ 0,90 1. 55 ÷ 1, 75 10 ,4 ÷ 12 ,5 2,09 ÷ 2,35 0,52 ÷ 0,9 Lo... Chu kỳ: 1, 1 ngày ho c ít hơn và 3,7 ngày 200 + Các kênh ph : Toàn s c; 8 kênh ña ph (4 kênh màu chu n: ñ , l c, chàm, c n h ng ngo i -1 và 4 kênh màu m i: ð ñ m, chàm tím, vàng, c n h ng ngo i-2); + Di n tích thu nh n /1 nh: 16 ,4 km x 16 ,4 km[6] * M t s tư li u s d ng trong vi n thám - nh tư ng t : nh tư ng t là nh ch p trên cơ s c a l p c m quang halogen b c, nh tư ng t thu ñư c t các b c m tư ng t... 30 m 30 m 30 m 12 0 m 30 m 80 m 80 m 80 m 80 m 30 m 30 m 30 m 30 m 30 m 60 m 30 m 15 m - V tinh SPOT V tinh SPOT -1 ñư c cơ quan hàng không Pháp phóng lên qu ñ o năm 19 86, các năm 19 90, 19 93, 19 98 và 2002 l n lư t các v tinh SPOT2,3,4 và 5 ñư c ñưa vào ho t ñ ng ðây là lo i v tinh ñ u tiên s d ng k thu t quét d c tuy n ch p v i h th ng quét ñi n t có kh năng cho nh l p th d a trên nguyên lý quan sát nghiêng,... C U 2 .1 Nh ng v n ñ chung v vi n thám 2 .1. 1 Khái ni m v vi n thám a ð nh nghĩa Vi n thám ñư c ñ nh nghĩa như m t khoa h c nghiên c u các phương pháp thu nh n, ño lư ng và phân tích thông tin c a ñ i tư ng (v t th ) mà không có nh ng ti p xúc tr c ti p v i chúng[6] b Nguyên lý cơ b n c a vi n thám Sóng ñi n t ñư c ph n x ho c b c x t v t th là ngu n cung c p thông tin ch y u v ñ c tính c a ñ i tư ng... khoa h c và các nhà ho ch ñ nh chính sách, các phương án l a ch n có tính chi n lư c v s d ng và qu n lý tài nguyên thiên nhiên và môi trư ng[4] 2.3.2 Tình hình nghiên c u ng d ng tư li u vi n thám và GIS Vi t Nam Vi t nam, năm 19 79 -19 80, các cơ quan c a nư c ta b t ñ u ti p c n công ngh vi n thám Trong 10 năm ti p theo (19 80 -19 90), ñã tri n khai các nghiên c u - th nghi m nh m xác ñ nh kh năng và phương . tài: Ứng dụng tư liệu Viễn thám và Hệ thông tin ñịa lý (GIS) lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tỷ lệ 1: 10 000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh 1. 2 Mục ñích, yêu cầu 1. 2 .1 Mục ñích + Nghiên. 2 .1 Những vấn đề chung về viễn thám 4 2 .1. 1 Khái niệm về viễn thám 4 2 .1. 2 Phương pháp xử lý thông tin Viễn thám 14 2 .1. 3 Một số ứng dụng của Viễn thám 16 2.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS). thành lập bản đồ HTSDĐ trên cơ sở các tư liệu ảnh viễn thám, các phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ; + Nghiên cứu khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ