Nghiên cứu ứng dụng ảnh Landsat thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang

MỞ ĐẦU1. Đặt vấn đềQuản lý nhà nước đối với đất đai là một hoạt động không thể thiếu được với mỗi quốc gia. Cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, đất đai được sử dụng vào các mục đích khác nhau như : sản xuất kinh doanh, an ninh quốc phòng, sản xuất nông lâm nghiệp, làm nhà ở… Việc gia tăng dân số, tốc độ đô thị hóa nhanh làm cho quỹ đất quốc gia bị biến động. Vậy làm thế nào để quản lý đất đai hiệu quả và chặt chẽ nhất nhằm bảo vệ quyền sở hữu của nhà nước về đất đai? Đây là câu hỏi đặt ra cho các cấp chính quyền mà trực tiếp là các nhà quản lý đất đai.Trong nhưng năm trước đây công tác quản lý đất đai của nước ta chưa được chú trọng , mặt khác trong cơ chế thị trường mấy năm gần đây sự tồn tại khách quan của nhiều thành phần kinh tế kéo theo sự thay đổi nhanh chóng của các mối quan hệ trong quản lý và sử dụng đất.Bản đồ hiện trạng sử dụng đất được lập ra nhằm mục đích thể hiện kết quả thống kê, kiểm kê đất đai lên bản vẽ, xây dựng tài liệu cơ bản phục vụ quản lý lãnh thổ, quản lý đất đai đồng thời là tài liệu phục vụ xây dựng quy hoạch kế hoạch sử dụng đất và kiểm tra việc thực hiện quy hoạch đất đã được phê duyệt ở các địa phương và các ngành kinh tế.Ngày này với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đòi hỏi các thông tin phải nhanh chóng chính xác và kịp thời nên việc ứng dụng các phương pháp làm bản đồ truyền thống không còn phù hợp nữa. Để giải quyết thực tiễn nói trên chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng ảnh Landsat thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang” . Với nhiều ưu điểm như: dễ dàng cập nhật, nhanh chóng, chính xác, giá thành rẻ, dễ dàng thực hiện cho các khu vực vùng núi, vùng cao, hải đảo hoặc vùng hạn chế về giao thông, đáp ứng kịp thời những yêu cầu của các nhà quản lý đất đai.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kếtquả nêu trong đồ án là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vịnào

Tôi cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã đượccảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà nội, ngày… tháng… năm 2015

Tác giả đồ án

Trần Thanh Tùng

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, bản thân em luôn nhận được sự quan tâmgiúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầy, cô giáo trong khoa Quản lý đất đai - TrườngĐại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, cùng các phòng, ban của nhà trường vàđịa phương đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành báo cáo khóa luận tốtnghiệp này

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Trường Đạihọc Tài nguyên và Môi trường Hà Nội nói chung, các thầy, cô giáo trong khoaQuản lý đất đai nói riêng đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo ân cần trong suốt thời gian em họctập tại trường; trong đó đặc biệt là thầy giáo - TS.Dương Đăng Khôi người đã trực tiếphướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian em thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn Công ty Cổ phần Đầu tư Xây dựng Thương mại

và Địa chính Đất Việt đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong thời gian

nghiên cứu làm đề tài tại công ty Cuối cùng từ đáy lòng mình, em xin kính chúccác thầy, cô giáo và các cô, chú mạnh khỏe, hạnh phúc, thành đạt trong cuộc sống

Em xin trân trọng cảm ơn!

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Quản lý nhà nước đối với đất đai là một hoạt động không thể thiếu được vớimỗi quốc gia Cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, đất đai được sử dụng vàocác mục đích khác nhau như : sản xuất kinh doanh, an ninh quốc phòng, sản xuấtnông lâm nghiệp, làm nhà ở… Việc gia tăng dân số, tốc độ đô thị hóa nhanh làmcho quỹ đất quốc gia bị biến động Vậy làm thế nào để quản lý đất đai hiệu quả vàchặt chẽ nhất nhằm bảo vệ quyền sở hữu của nhà nước về đất đai? Đây là câu hỏiđặt ra cho các cấp chính quyền mà trực tiếp là các nhà quản lý đất đai

Trong nhưng năm trước đây công tác quản lý đất đai của nước ta chưa đượcchú trọng , mặt khác trong cơ chế thị trường mấy năm gần đây sự tồn tại khách quancủa nhiều thành phần kinh tế kéo theo sự thay đổi nhanh chóng của các mối quan

hệ trong quản lý và sử dụng đất

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất được lập ra nhằm mục đích thể hiện kết quảthống kê, kiểm kê đất đai lên bản vẽ, xây dựng tài liệu cơ bản phục vụ quản lý lãnhthổ, quản lý đất đai đồng thời là tài liệu phục vụ xây dựng quy hoạch kế hoạch sửdụng đất và kiểm tra việc thực hiện quy hoạch đất đã được phê duyệt ở các địaphương và các ngành kinh tế

Ngày này với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đòi hỏi các thông tin phảinhanh chóng chính xác và kịp thời nên việc ứng dụng các phương pháp làm bản đồtruyền thống không còn phù hợp nữa Để giải quyết thực tiễn nói trên chúng tôi tiến

hành đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng ảnh Landsat thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang” Với nhiều ưu điểm như: dễ dàng cập

nhật, nhanh chóng, chính xác, giá thành rẻ, dễ dàng thực hiện cho các khu vực vùngnúi, vùng cao, hải đảo hoặc vùng hạn chế về giao thông, đáp ứng kịp thời nhữngyêu cầu của các nhà quản lý đất đai

3.Yêu cầu

-Nguồn dữ liệu: Ảnh vệ tinh Landsat thể hiện khu vực huyện Yên Thế, ảnh

điều tra thực địa, báo cáo quy hoạch thuyết minh quy hoạch sử dụng đến 2020 củaHuyện Yên Thế

-Công cụ: Phần mềm ArcGIS Desktop 10.2

1.1.2.Mục đích và yêu cầu

a.Mục đích

- Thống kê, kiểm kê toàn bộ quỹ đất đã giao và chưa giao sử dụng theo định

kỳ hàng năm và 5 năm được thể hiện đúng vị trí, đúng diện tích và đúng loại đất

- Xây dựng tài liệu cơ bản phục vụ các yêu cầu cấp bách của công tác quản lýđất đai

- Làm tài liệu phục vụ công tác quy hoạch sử dụng đất và kiểm tra việc thựchiện quy hoạch và kế hoạch hàng năm đã được phê duyệt

- Làm tài liệu cơ bản, thống nhất để các ngành khác sử dụng các quy hoạch, kếhoạch sử dụng đất và định hướng phát triển của ngành mình, đặc biệt những ngành

sử dụng nhiều đất như nông nghiệp, lâm nghiệp,…

- Đáp ứng toàn bộ và hiệu quả các yêu cầu cấp bách của công tác kiểm kê đấtđai và quy hoạch sử dụng đất

1.2 Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng

1.2.1.Phương pháp đo vẽ trực tiếp

Đây là phương pháp đo mới hoàn toàn và chỉ áp dụng để xây dựng bản đồhiện trạng sử dụng đất tỷ lệ lớn(>1/10 000) Ở những vùng có địa hình tương đốibằng phẳng, địa vật không quá phức tạp và chưa có tài liệu bản đồ đã đo vẽ hoặcbản đồ đã đo vẽ trước đây không đảm bảo yêu cầu và chất lượng khi xây dựng bản

đồ hiện trạng sử dụng đất mới

Nội dung của bản đồ hiện trạng sử dụng đất được xây dựng trên cơ sở lưới đo

vẽ chi tiết được chêm dày từ lưới khống chế trắc địa nhà nước và lưới địa chính cáccấp theo hệ thống tọa độ giả định độc lập Các yếu tố mà bản đồ hiện trạng sử dụngđất cần thể hiện có thể sử dụng công cụ đo vẽ truyền thống: toàn đạc, bàn đạc vàchuyển kết quả đo lên giấy theo phương pháp thủ công Cũng có thể sử dụng côngnghệ hiện đại với các thiết bị đo đạc điện tử tự động có bộ phận ghi và xử lý số liệu

đo Các số liệu đo được đưa vào máy tính, bản vẽ được tạo thành trên máy tính và

có thể xuất ra giấy ở bất kỳ tỷ lệ nào Lúc này độ chính xác của bản đồ chỉ phụthuộc vào độ chính xác đo ngắm trên thực địa mà không bị ảnh hưởng của sai sốchuyển vẽ, can vẽ

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất được thành lập theo phương pháp này cho độchính xác cao, nhưng yêu cầu đầu tư trang thiết bị đo đạc, máy tính, thiết bị ngoại

vi, tốn nhiều công sức thời gian, trình độ chuyên môn phải cao nên giá thành sảnphẩm khá cao Trên thực tế ít chọn phương pháp này khi xây dựng bản đồ hiệntrạng sử dụng đất

1.2.2.Phương pháp sử dụng ảnh máy bay và ảnh vệ tinh

Phương pháp này thường được sử dụng khi thành lập bản đồ hiện trạng sửdụng đất ở một quy mô lãnh thổ lớn và tỷ lệ bản đồ nhỏ: Cấp huyện, tỉnh, cả nước.Ảnh máy bay (vệ tinh) phản ánh rất trung thực các thông tin trên mặt đất Ta có thể

sử dụng các tư liệu: ảnh đơn, ảnh nắn, bình đồ ảnh để điệu vẽ trong phòng, có thể

đo vẽ bổ sung ngoài thực địa các yếu tố nội dung của bản đồ hiện trạng sử dụng đất.Ảnh sau khi nắn và qua điều vẽ được đưa vào máy tính bằng bàn số hóa hoặc máy

quét (Scaner) Chất lượng bản đồ hiện trạng sử dụng đất chỉ phụ thuộc vào các yếu

tố đầu vào (độ chính xác các số liệu điều vẽ và chất lượng của ảnh)

Ưu điểm của phương pháp sử dụng ảnh máy bay và ảnh vệ tinh là cho phépthể hiện đầy đủ và chính xác, chi tiết các nội dung của bản đồ Đặc biệt, ở nhữngvùng địa hình, địa vật quá phức tạp, việc vận dụng triệt để các tư liệu ảnh hiện có đểthành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất sẽ đem lại hiệu quả cao hơn, giảm chi phí

và thời gian so với phương pháp đo vẽ trực tiếp Tuy nhiên nhược điểm của phươngpháp này là việc đầu tư công nghệ ảnh đòi hỏi nguồn kinh phí cao, đặc biệt là côngnghệ ảnh vệ tinh

1.2.3.Phương pháp đo vẽ và chỉnh lý tài liệu hiện co

Ở nước ta các tài liệu trắc địa, bản đồ và thông tin về đất đai còn lưu giữ rất đadạng Các bản đồ địa hình tỷ lệ nhỏ và trung bình từ 1/50 000 đến 1/1 000 000 gầnnhư bao trùm toàn bộ lãnh thổ Ngoài ra còn có các bản đồ giải thửa thành lập theochỉ thị 299/TTG (phủ gần 80% số xã) và hơn 20% số xã trong cả nước đã đo vẽxong bản đồ địa chính Các bản đồ hiện trạng sử dụng đất trước đây, bản đồ quyhoạch sử dụng đất của thời kỳ trước đã thực hiện, tất cả các tài liệu này được đốichiếu với thực địa nhằm xác định khối lượng công việc, lựa chọn phương pháp đo

vẽ chỉnh lý và bổ sung các yếu tố địa vật theo nội dung chuyên môn của bản đồ hiệntrạng sử dụng đất

Việc sử dụng các tài liệu bản đồ đã xây dựng trước đây là phương pháp manglại hiệu quả cao và nhanh nhất Nó cho phép kế thừa những thành quả đã có, tiếtkiệm chi phí vật tư, không đòi hỏi nhiều về trang thiết bị đo đạc, đỡ tốn công sức.Bên cạnh đó nó cũng có những hạn chế như: chất lượng bản đồ phụ thuộc vàonhững tài liệu bản đồ được lựa chọn sử dụng, phương thức xử lý tài liệu và tổnghợp tài liệu

1.2.4.Ứng dụng công nghệ bản đồ sô

Hiện nay, cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, công nghệ xây dựngbản đồ số đang phát triển mạnh trong những năm gần đây, mở ra khả năng xây dựngbản đồ hiện trạng sử dụng đất trên máy tính Dùng phương tiện và kỹ thuật thích

hợp để số hóa các thông tin không gian và nhập các thông tin thuộc tính từ cácnguồn tư liệu bản đồ (địa chính, địa hình, ảnh hàng không ) Sau đó tiến hành xử

lý, hiệu chỉnh, tổng hợp nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất Tổ chức các lớpthông tin phù hợp với nội dung bản đồ cần biên tập Thông tin được lưu giữ trênmáy tính hoặc có thể in ra theo tỷ lệ và số lượng như mong muốn Phương pháp nàyrất thuận lợi cho việc làm mới bản đồ hiện trạng sử dụng đất các giai đoạn sau.Phương pháp này có ưu điểm hoàn thành công việc nhanh; độ chính xác cao; giảmcác công việc nội nghiệp như tạo bản đồ gốc, thanh vẽ; có thể cập nhật, chỉnh sửacác thông tin dễ dàng, thuận tiện

1.3 Phương pháp ứng dụng ảnh viễn thám kết hợp công nghệ bản đồ số trong thànhlập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ tin học, công nghệ viễn thám

đã có những bước phát triển mạnh mẽ mang lại hiệu quả cao về chất lượng, thờigian trong lĩnh vực hiệu chỉnh, cập nhập và thành lập các loại bản đồ chuyên ngànhkhác nhau, trong đó có bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Kết hợp với các phần mềm giải đoán ảnh tự động mạnh mẽ hiện nay, ảnhviễn thám sau khi được xử lý chất lượng hình ảnh, nắn, chỉnh sẽ được giải đoán tựđộng dựa trên các khóa giải đoán đã được nhân viên kỹ thuật quy ước Sau đó bản

đồ sẽ được so sánh, chỉnh sửa dựa trên các kết quả điều tra thực địa nhằm tăngcường độ chính xác

Phương pháp này kết hợp được ưu điểm của hai phương pháp “Sử dụng ảnh máy bay và ảnh vệ tinh” và “Ứng dụng công nghệ bản đồ sô”: bản đồ được xây

dựng dựa trên ảnh viễn thám cho phép thể hiện đầy đủ và chính xác, chi tiết các nộidung của bản đồ, đặc biệt ở những vùng địa hình, địa vật quá phức tạp, khó khăntrong việc đo đạc Bản đồ làm ra được lưu trữ dưới dạng số, dễ dạng chỉnh sửa cũngnhư cập nhật thông tin khi cần thiết, có thể in ra bản đồ giấy dưới nhiều tỉ lệ khácnhau phục vụ cho nhiều mục đích, giảm thiểu nhiều công đoạn nội nghiệp

1.4 Một số vệ tinh viễn thám

1.4.1 Vệ tinh viễn thám MODIS

Bộ cảm MODIS (Moderate Resolution Spectrotadiometer) đặt trên vệ tinhTerra và Aqua (gọi tắt là vệ tinh MODIS) Vệ tinh Terra được phóng vào quỹ đạotháng 12 năm 1999 và vệ tinh Aqua được phóng vào quỹ đạo tháng 5 năm 2002 vớimục đích quan trắc, theo dõi các thông tin về mặt đất, đại dương và khí quyển trênphạm vi toàn cầu Các ứng dụng tiêu biểu có thể kể đến là nghiên cứu khí quyển,mây, thời tiết, lớp phủ thực vật, biến động về nông nghiệp và lâm nghiệp… Trongkhoảng thời gian một ngày đêm, các đầu đo của các vệ tinh này sẽ quét gần hết TráiĐất trừ một số giải hẹp ở vùng xích đạo Trong thiết kế, các dữ liệu MODIS được

sử dụng để nghiên cứu cac biến động toàn cầu cũng như các hiện tượng xảy ra trênmặt đất, trong lòng đại dương và ở tầng thấp của khí quyển Các dữ liệu MODIScũng đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng các mô hình tương tác đứngđắn cho các hiện tượng xảy ra trên toàn bộ Trái đất

1.4.2 Vệ tinh viễn thám SPOT

Vào đầu năm 1978 chính phủ Pháp quyết định phát triển chương trình SPOT(Système Pour l'Observation de la Terre) với sự tham gia của Bỉ và Thụy Điển Hệthống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu Không gian của Pháp chếtạo và phát triển Vệ tinh đầu tiên SPOT-1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếptheo là SPOT-2, SPOT-3, SPOT- 4 và SPOT-5 lần lượt vào các năm 1990, 1993,

1998 và 2002 trên đó mang hệ thống quét CCD (Centre National d'Etudes Spatiales

với 3 kênh phổ truyền thống HRV; thêm kênh hồng ngoại (1,58 - 1,75mm) có độphân giải 20m Khả năng chụp nghiêng của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từhai ảnh chụp vào hai thời điểm với các góc chụp nghiêng khác nhau.

Ảnh SPOT được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực đo vẽ mới và hiệu chỉnhbản đồ địa hình, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và theo dõi biến động môitrường như mất rừng, xói mòn, phát triển đô thị…Từ thế hệ ảnh SPOT 5 có độ phângiải cao, đặc biệt ảnh độ phân giải 2,5m(SPOT 5) 1,5m(SPOT 6, SPOT 7) mở ranhiều triển vọng của nhiều ứng dụng mà trước đây chỉ có thể thực hiện với ảnhhàng không như thành lập bản đồ tỉ lệ lớn, quy hoạch đô thị, quản lý hiểm họa vàthiên tai,…

Ảnh 1.1: Ảnh thu nhận đầu tiên của SPOT 6 sau 3 ngày phóng lên quĩ đạo

(Bora Bora, French Polynésia)

1.4.3 Vệ tinh viễn thám Landsat

Vệ tinh Landsat là tên gọi chung cho hệ thống các vệ tinh chuyên dùng vào

mục đích thăm do tài nguyên trên Trái đất.Đầu tiên nó mang tên ERTS (Earth Resource Technology Sattellite) – vệ tinh kỹ thuật thăm dò Trái đất Hệ thống vệ

tinh Landsat cho tới nay có thể nói là hệ thống vệ tinh mang tính chất quốc tế Có 8

thế hệ vệ tinh trong chương trình này (Vệ tinh Landsat đầu tiên được phong vào ngày 23/07/1972 và đã ngừng hoạt động vào năm 1978).

Trong nội dung của đề tài đã sử dụng các ảnh vệ tinh Landsat 8 năm 2014 đểlàm tư liệu chính phục vụ nghiên cứu và giải đoán

Vệ tinh thế hệ thứ 8 - Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo

vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM).

Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ Landsat sẽ tiếp

tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 - 100 mét), phủ kín ở các

vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên trái đất Nhiệm vụ củaLandsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lýnăng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đôthị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp

Ảnh 1.2: Vệ tinh LDCM (Landsat 8)

Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS - Thermal Infrared Sensor) Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin

-cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước Landsat 8 thu nhận ảnh vớitổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài xem chitiết ở Bảng 1.1 Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ

phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại song ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc Dải quét của

LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với

bề mặt trái đất Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để quan trắcbiến động chất lượng nước vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ

dày, mỏng của đám mây ti (co ý nghĩa đôi với khí tượng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng

để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề mặt Bộ cảm OLI và TIRS đã được thiết kế

cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu

là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước

Bảng 1.1: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 (LDCM)

Vệ tinh Kênh Bước(micrometers)sóng Độ phân giải(meters)

Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ nghiêncứu hiện trạng đến giám sát biến động và được dùng phổ biến nhất, với giá thànhthấp.

1.5 Một số phần mềm xử lý ảnh vệ tinh

1.5.1.ENVI

ENVI (được thiết kế bởi Research System Inc, Mỹ) là một trong những phần

mềm hàng đầu trong việc xử lý, thu nhận thông tin từ dữ liệu ảnh một cách nhanhchóng, dễ dàng và chính xác

Cùng với sự gia tăng về độ chính xác của dữ liệu ảnh thì vai trò của quá trìnhthu nhận và xử lý ảnh cũng tăng lên Các phần mềm xử lý ảnh sẽ giúp việc thunhận, chiết xuất ra các thông tin cần thiết một cách dễ dàng, nhanh chóng và chínhxác

Phần mềm ENVI cung cấp các công cụ hữu dụng và cao cấp để đọc, khámphá, thao tác, phân tích và chia sẻ các thông tin thu nhận từ dữ liệu ảnh

ENVI được phát triển bới các chuyên hàng đầu về hiển thị và xứ lý ảnh Đồngthời, ENVI cũng được xây dựng trên nền tảng mở nên cho phép người dùng dễ dàng

mở rộng và tùy biến các ứng dụng Ngoài ra, người dùng có thể sử dụng ENVI trêncác môi trường khác nhau như Windows, Macintosh, Linux hay Unix

1.5.2.ERDAS IMAGINE

ERDAS IMAGINE là phần mềm xử lý ảnh raster dễ sử dụng, được thiết kếchuyên dùng cho việc chiết tách các thông tin từ ảnh Bộ phần mềm ERDASIMAGINE hiện tại bao gồm 3 cấu hình (IMAGINE Essentials , IMAGINEAdvantage, IMAGINE Professional) và các ứng dụng mở rộng nhằm giải quyết cácbài toán chuyên biệt trong xử lý ảnh số

1.5.3.Phần mềm GRASS

GRASS là phần mềm nguồn mở với kiến trúc mở và có cung cấp mã nguồnkèm theo Các chức năng GIS (hệ thống thông tin địa lý) cũng như xử lý ảnh viễnthám của GRASS được hình thành từ các modun chương trình Chúng liên kết vớinhau thông qua các tệp lưu trữ theo khu vực trên đĩa, dòng lệnh và các biến môi

trường Nhiều chức năng cơ bản của xử lý ảnh viễn thám như biến đổi ảnh, nhậpxuất ảnh theo khuôn mẫu khác nhau được xây dựng trên cơ sở các thuật toán chuẩn

và cơ sở dữ liệu chuẩn

Dòng phần mềm ArcGIS du nhập vào Việt Nam từ những năm 90, sau cácphần mềm GIS khác như MapInfo hay Geomedia Tuy nhiên, do tính năng mạnh

mẽ và nhiều công cụ hỗ trợ nên ArcGIS được bắt đầu sử dụng nhiều ở Việt Nam,đặc biệt với các hệ thống GIS lớn

ArcGIS hỗ trợ nhiều phần mở rộng gọi là các Extension, mỗi Extension hỗ trợmột số chức năng chuyên biệt như: phân tích không gian (spatial analyst), phân tích3D (3D analyst), phân tích mạng (Network analyst), xử lý dữ liệu, thống kê khônggian

ArcGIS hỗ trợ đọc được nhiều định dạng dữ liệu khác nhau (khoảng 300 địnhdạng) như shapefile, geodatabase, AutoCad, Raster, Coverage,

Ngày nay ArcGIS được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng trong Hệ thốngthông tin địa lý như quản lý Môi trường, Đất đai, Xã hội, Kinh tế

1.6.2 ArcGIS Desktop

ArcGIS Desktop bao gồm những công cụ rất mạnh để quản lý, cập nhật, phântích thông tin và xuất bản tạo nên một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh,cho phép:

Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệuthuộc tính) - cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cảnhững dữ liệu lấy từ Internet;

Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằngnhiều cách khác nhau;

Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính;Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp

ArcGIS Desktop là một bộ phần mềm ứng dụng gồm: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ModelBuilder, ArcScene và ArcGlobe Khi sử dụng các ứng dụng này

đồng thời, người sử dụng có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ,

từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa

và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu Phần mềm ArcGISDesktop được cung cấp cho người dùng ở 1 trong 3 cấp bậc với mức độ chuyên sâukhác nhau là ArcView, ArcEditor, ArcInfo

Thời gian lấy mẫu thực địa từ tháng 2 đến tháng 4 năm 2015.

Ảnh Landsat 8 độ phân giải 15-100m được dùng làm dữ liệu giải đoán đượcthu nhận vào ngày 19/01/2014

2.2.Nội dung nghiên cứu

2.2.1.Phần mềm xử lý

Trong nội dung đề tài này sẽ sử dụng ArcGIS Desktop phiên bản 10.2

2.2.2.Thu thập dữ liệu

Dữ liệu được lấy từ 4 nguồn chính là:

-Dữ liệu viễn thám (Ảnh vệ tinh Landsat 8)

-Dữ liệu GIS (dữ liệu hành chính)

-Dữ liệu điều tra thực địa (thực hiện lấy mẫu bằng ảnh chụp và hệ thống GPSqua điện thoại và khảo sát thực địa)

-Dữ liệu thống kê (báo cáo thông kê từ Phòng Tài nguyên và Môi trườnghuyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang)

Trong đó dữ liệu viễn thám là nguồn dữ liệu quan trọng nhất, dựa trên dữ liệuảnh vệ tinh Landsat được thu nhận trong năm 2014 dùng để giải đoán, phân loại,thành lập bản đồ Khi thu thập ảnh viễn thám cần chọn ra ảnh có chất lượng tốt nhấtvới tỷ lệ bóng mây thấp nhất đặc biệt trong khu vực nghiên cứu, đồng thời phải cắtchọn vùng nghiên cứu cần quan tâm

Trong phạm vi đề tài, dữ liệu ảnh sử dụng là Landsat 8: LC81270452014019LGN00, thời gian chụp: 3 giờ 24 phút sáng - ngày 19/01/2014, độ phân giải từ 15-100mđược tải miễn phí từ trang web http://glovis.usgs.com, Path/Row: 127/45

Quá trình giải đoán ảnh dựa trên sự kết hợp giữa dữ liệu ảnh vệ tinh và kết quảkhảo sát thực địa nhằm đưa bộ mẫu huấn luyện chính xác nhất, góp phần nâng caokết quả phân loại ảnh Sau khi phân loại ảnh, thực hiện xử lý phân loại (phân tích

đa số/thiểu số, gộp lớp ) và thống kê kết quả

Kết quả nhận được sau khi giải đoán được phân tích, so sánh, đối chiếumột lần nữa với các báo cáo, thống kê từ các cơ quan chuyên môn có liên quan đểgia tăng độ tin cậy

2.3.Phương pháp nghiên cứu

Đề tài gồm 3 giai đoạn chính là xác định đề tài, thu thập dữ liệu; phân tích, xử

lý dữ liệu, tiến hành giải đoán; thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2014,tổng kết thống kê đánh giá kết quả

2.3.1 Khảo sát thực địa

Việc khảo sát được thực hiện từ 12/02 đến 13/04/2015 với tổng cộng 178 điểmmẫu, được chia thành 6 loại thực phủ khác nhau là đất xây dựng, cây hàng năm, mặtnước, đất rừng, cây lâu năm và đất trống

2.3.2 Hệ thông phân loại thực phủ cho khu vực nghiên cứu

Hệ thống phân loại thực phủ là một danh sách các lớp phủ mặt đất có mặt bêntrong khu vực nghiên cứu mà có thể nhận diện hoàn toàn và đầy đủ từ ảnh vệ tinh.Việc phân loại các lớp phủ mặt đất có thành công hay không phụ thuộc vào tính hợp

lý của hệ thống phân loại Muốn vậy hệ thống này cần dễ hiểu và bao gồm tất cả cáclớp phủ mặt đất có bên trong khu vực nghiên cứu Tất cả các lớp trong hệ thốngphân loại cần được định nghĩa rõ ràng để tránh nhầm lẫn và được nhóm theo cấpbậc để thuận tiện cho thành lập bản đồ Có nhiều hệ thống phân loại lớp phủ mặt đấtđược sử dụng Một trong số những hệ thống phổ biến nhất là Hệ thống phân loạiThực phủ và sử dụng đất Hoa Kì (U.S.Geological Survey Land Use/Cover System),với 4 cấp bậc (I,II,III,IV) Hệ thống này được thiết kế cho việc sử dụng dữ liệu viễnthám và có thể ứng dụng cho toàn cầu Đối với dữ liệu có độ phân giải không giantrung bình như Landsat, sử dụng hệ thống này có thể thành lập bản đồ thực phủ ởmức độ chi tiết cấp II

Dựa vào đặc điểm của khu vực nghiên cứu và mục tiêu của đề tài, một hệthống phân loại lớp phủ mặt đất cho huyện Yên Thế được thành lập, dựa trên Hệthống Phân loại thực phủ và sử dụng đất Hoa Kì có kèm theo những biến đổi phùhợp với khu vực nghiên cứu:

Bảng 2.1: Bảng phân loại thực phủ

Đất ở, phi nông nghiệp

Loại hình sử dụng đất trải dài từ vùng có mật độ cao, đặctrưng bởi các cấu trúc đa đơn vị của vùng lõi đô thị, chođến nơi có mật độ thấp, vùng ngoại vi đô thị

Đường quốc lộ, tỉnh lộ, huyện lộ,…

Đất rừng

Đất có mật độ che phủ 10% trở lên, gồm các cây có khảnăng lấy gỗ hoặc các sản phẩm khác, có ảnh hưởng đếnchế độ nước, khí hậu

Cây hàng năm Đất sử dụng cho mục đích sản xuất lương thực

Mặt nước Là đất liên tục được bao phủ bởi nước

Cây lâu năm Đất trồng các loại cây ăn quả hoặc lấy các sản phẩm khácĐất trống Là vùng đất có dưới 1/3 diện tích được bao phủ bởi thựcvật, đất bỏ hoang, cằn cỗi, bãi rác,…

(Nguồn: ledaingoc.blogspot.com)

Ảnh 2.1: Phương pháp nghiên cứu

2.3.3 Lựa chọn phương pháp phân loại ảnh

Phân loại gần đúng nhất (Maximum Likelihood Classifier –MLC) được áp

dụng khá phổ biến và được xem như thuật toán chuẩn để so sánh với các thuật toánkhác được sử dụng trong xử lý ảnh viễn thám, phương pháp này được các nhà phânloại sử dụng nhiều nhất trong các công trình nghiên cứu thảm phủ Mỗi pixel đượctính thuộc xác suất vào một loại nào đó và nó được chỉ định gán tên loại mà xácsuất thuộc loại đó là lớn nhất

Phương pháp phân loại gần đúng nhất được xây dựng trên cơ sở giả thiết hàmmật độ xác suất tuân theo quy luật phân bố chuẩn , do đó hàm phân bố của dữ liệuảnh phải tuân theo luật phân bố chuẩn Gauss

2.3.4 Xử lý dữ liệu ảnh

- Tổ hợp màu: Dữ liệu ảnh thu được bao gồm các kênh phổ riêng lẻ, không thể

sử dụng để phục vụ giải đoán Do đó ta cần phải tiến hành gom nhóm kênh ảnh Đốivới ảnh Landsat 8 tùy thuộc đối tượng cần quan tâm ta có thể lựa chọn ra phươngpháp phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả công tác giải đoán

1 Màu tựnhiên 4 3 2

Tạo ra ảnh có màu sắc tự nhiênkhá gần gũi vớicảm nhận của mắt người Vớitổ hợp này có thểnhận biết ở mức khái quát hệ thống thuỷ văn cóqui mô lớn, các tuyến giao thông quốc lộ, tỉnh lộ,các điểm dân cư đô thị Tuy nhiên khi giải đoánchi tiết các đối tượng như ao hồ, kênh mương nhỏ,các trục đường giao thông nhánh, các yếu tố thựcphủ thì rất khó phân biệt và dễ nhầm lẫn Phươngpháp tổ hợp này chủ yếu được sử dụng in ấn hoặctạo lớp nền ảnh tự nhiên khi xây dựng CSDL bản

đồ chuyên đề

2 Màu giả(Đô thị) 7 6 4

Làm nổi bật các khu vực đô thị, khu đông dân cưvới tông màu vàng sẫm hoặc có gam màu ánhhồng Các yếu tố thủy văn nhận biết rất rõ với màuđen hoặc màu xanh nước biển (blue)

3 Hồng 5 4 3 Dùng để nhận biết và khoanh chính xác các vùng

(Thực vật)

thực vật Thảm thực vật có tông màu từ đỏ nhạt(gạch non) đến đỏ sẫm (đỏ gạch cua) Với màu đỏsẫm đăc trưng cho vùng thực vật có lá già, cònmàu đỏ tươi là vùng thực vật có lá non

4 nghiệpNông 6 5 2

Dùng để nhận biết các vùng đất canh tác nôngnghiệp Đất trống, đất trồng màu, đất trồng lúa cótông màu nâu Khu vực đô thị có màu ánh tím.Thực vật có màu xanh lá cây Thủy văn có màuđen và màu xanh nước biển

5 Thẩm thấu

khí quyển 7 6 5

Dùng trong trường hợp ảnh chụp bị lớp sương mù,khó nhận biết chi tiết đối tượng Ở tổ hợp màunày, các yếu tố thủy văn có màu đen và thể hiệnrất rõ trên ảnh

6 Sức khỏe

thực vật 5 6 2

Dùng để nhận biết tình trạng sức khỏe của thực vậtbằng dải tông màu vàng nhạt đến vàng nâu sẫm

7 Đất/Nước 5 6 4 Tổ hợp này khá gần gũi với tổ hợp (5 6 2) dùng đểphân biệt rõ giữa yếu tố đất và nước bằng màu

vàng nâu và màu xanh nước biển

có màu xanh lá cây, còn tổ hợp (6 5 4) thực vật sẽ

(Nguồn: ledaingoc.blogspot.com)

Như vậy, ngoài phương pháp tổ hợp màu tự nhiên còn có rất nhiều phươngpháp tổ hợp màu khác nhau để có thể nhận biết chính xác các đối tượng bằng mắtthường Thực tế sản xuất chỉnh lý, hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh vẫn đang áp

dụng duy nhất phương pháp tổ hợp màu tự nhiên (4-3-2) phục vụ công tác giảiđoán Điều này gây không ít khó khăn cho các tác nghiệp viên và đã dẫn đến một sốkết quả giải đoán nhầm lẫn chẳng hạn: kênh mương thành đường, ao hồ thành thảmthực vật Như vậy, theo cách làm hiện nay, chúng ta đã bỏ qua rất nhiều các kênhphổ hữu ích khác của ảnh vệ tinh Với các phương pháp tổ hợp màu giới thiệu ởtrên, chúng ta cần thay đổi nhận thức, chủ động áp dụng phương pháp bổ trợ bằngcác dạng tổ hợp màu khác nhau nhằm nâng cao chất lượng công tác giải đoán ảnh.

Ảnh 2.2: Ảnh sau khi đã tổ hợp theo phương pháp tổ hợp màu tự nhiên(4-3-2)

-Chuyển đổi về hệ tọa độ VN-2000:

Ảnh Landsat 8 miễn phí đều đã được xử lý ở mức trực ảnh (tương đương mức

3 đối với ảnh SPOT) nghĩa là đã cải chính biến dạng bởi chênh cao địa hình vàđược đăng ký trong hệ tọa độ WGS-84 Khi sử dụng để chỉnh lý, hiện chỉnh bản đồđịa hình sẽ không cần phải nắn ảnh mà chỉ cần tính chuyển đổi về hệ tọa độ VN-2000

-Cắt ảnh:

Do khu vực nghiên cứu chỉ là một phần của tờ ảnh nên cần phải tiến hành cắtảnh Một shapefile chứa ranh giới khu vực huyện Yên Thế được sử dụng để cắt khuvực nghiên cứu

Ảnh 2.3: Ảnh sau khi đã cắt theo shapefile chứa ranh giới huyện Yên Thế

2.3.5 Chỉ sô thực vật NDVI

Chỉ số thực vật hay chỉ số thực vật được chuẩn hóa sự khác biệt (NDVI –Normalized Difference Vegetation Index) là một đại lượng thay thế về số lượngthực vật và điều kiện sống Chỉ số này liên kết với đặc điểm độ che phủ của thực vậtnhư là sinh khối, chỉ số diện tích là và phần trăm thực phủ

Chỉ số thực vật NDVI được xác định dựa trên sự phản xạ khác nhau của thựcvật thể hiện giữa kênh phổ khả kiến và kênh phổ cận hồng ngoại, dùng để biểu thịmức độ tập trung của thực vật trên mặt đất

Công thức tính toán chỉ số thực vật:

Trong đó:

NDVI là chỉ số thực vật

là kênh hồng ngoại

là kênh màu đỏ

Giá trị của chỉ số thực vật là dãy số từ -1 đến +1.Giá trị NDVI càng cao thìkhu vực đó có độ phủ thực vật tốt, ngược lại nếu giá trị thấp thì khu vực đó có độche phủ thấp NDVI âm cho thấy khu vực không có thực vật

2.3.6 Giải đoán ảnh

Ta cần xây dựng khóa giải đoán cho từng lớp phủ, giúp cho việc thiết lập, lựachọn mẫu phân loại sau này được chính xác Trong đề tài này, khóa giải đoán đượcxây dựng cho 6 loại lớp phủ mặt đất tại khu vực huyện Yên Thế dựa trên các tổ hợpmàu được phát triển

Thiết lập vùng quan tâm hay còn gọi là mẫu phân loại để tiến hành giải đoánảnh Việc đánh giá sự tương quan của các mẫu phân loại là vô cùng quan trọng, vìchúng cho thấy khả năng trùng lặp, gây sai số trong giai đoạn phân lớp đối tượng.Đánh giá sự khác biệt mẫu là tính toán sự tương quan giá trị phổ giữa các cặp mẫuphân loại được lựa chọn cho một tập tin đầu vào cho trước

Theo J.A.Richards (1999), những giá trị đánh giá khác biệt mẫu phân loại cókhoảng giá trị từ 0 đến 2, chỉ ra sự riêng biệt giữa các cặp mẫu phân loại xét về mặtthống kê Nếu giá trị lớn hơn 1,9 chỉ ra rằng cặp mẫu phân loại có sự tách biệt tốt.Đối với cặp mẫu phân loại có giá trị thấp hơn, nên cải thiện hoặc chỉnh sửa các mẫuphân loại Trong trường hợp các cặp có giá trị phân biệt quá thấp, nên gom chúnglại thành các mẫu phân loại đơn

2.3.7 Đánh giá độ chính xác và xử lý ảnh sau phân loại

a.Đánh giá độ chính xác sau phân loại:

Một trong nhưng chỉ số thường được sử dụng để đánh giá chất lượng của ảnh

vệ tinh được giải đoán là chỉ số Kappa (K) nhằm thống kê kiểm tra và đánh giá sựphù hợp giữa các nguồn dữ liệu khác nhau hoặc khi áp dụng các thuật toán khácnhau Công thức xác định chỉ số Kappa:

Trong đó:

T là chỉ số toàn cục cho bởi ma trận sai số