Ứng dụng ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất xã Nam Sơn huyện Sóc Sơn – Thành phố Hà Nội

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 2 3. Phạm vi nghiên cứu 2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 5. Cơ sở dữ liệu và trang thiết bị 3 6. Bố cục của đồ án 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 4 1.1.1 Khái niệm về tài nguyên đất, hiện trạng sử dụng đất đai trên thế giới và ở Việt nam 4 1.1.2 Khái niệm và mục đích của bản đồ hiện trạng sử dụng đất 8 1.2 Tổng quan về phương pháp nghiên cứu 9 1.2.1 Tổng quan tình hình sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trên thế giới 9 1.2.2 Tổng quan tình hình sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở Việt Nam 10 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Phương pháp luận nghiên cứu 12 2.1.1 Nội dung nghiên cứu 12 2.1.2 Cơ sở khoa học của phương pháp nghiên cứu 12 2.1.3 Xử lý số liệu và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 23 2.2. Những quy định, quy phạm của bản đồ hiện trạng sử dụng đất và hệ phần mềm Microstation and Mapping Office 34 2.2.1 Cơ sở thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 34 2.2.2 Những quy định, quy phạm của bản đồ hiện trạng sử dụng đất 35 2.2.3 Hệ phần mềm Microstation and Mapping Office 38 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT XÃ NAM SƠN HUYỆN SÓC SƠN TP.HÀ NỘI 41 3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội xã Nam Sơn huyện Sóc Sơn – thành phố Hà Nội 41 3.1.1 Điều kiện tự nhiên 41 3.2 Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất xã Nam Sơn huyện Sóc Sơn – thành phố Hà Nội 42 3.2.1 Tình hình sử dụng tài liệu nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 42 3.2.2 Xử lý ảnh tư liệu 43 3.2.3 Thiết kế chung 46 3.2.4 Số hóa bản đồ 50 3.3 Xây dựng quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình, em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các Thầy, Cô giáo trong Khoa Trắc địa –

Bản đồ trường Đại Học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới Thạc sĩ : Trần Thị Ngoan đã

nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án này.

Do thời gian và kinh nghiệm còn thiếu nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong các thầy, cô sửa chữa, bổ sung để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày10 tháng 10 năm 2015

Sinh viên:

Phạm Quốc Huy

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 2

3 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

5 Cơ sở dữ liệu và trang thiết bị 3

6 Bố cục của đồ án 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 4

1.1.1Khái niệm về tài nguyên đất, hiện trạng sử dụng đất đai trên thế giới và ở Việt nam 4

1.1.2 Khái niệm và mục đích của bản đồ hiện trạng sử dụng đất 8

1.2 Tổng quan về phương pháp nghiên cứu 9

1.2.1 Tổng quan tình hình sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trên thế giới 9

1.2.2 Tổng quan tình hình sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở Việt Nam 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

2.1 Phương pháp luận nghiên cứu 12

2.1.1 Nội dung nghiên cứu 12

2.1.2 Cơ sở khoa học của phương pháp nghiên cứu 12

2.1.3 Xử lý số liệu và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 23

2.2 Những quy định, quy phạm của bản đồ hiện trạng sử dụng đất và hệ phần mềm Microstation and Mapping Office 34

2.2.1 Cơ sở thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 34

2.2.2 Những quy định, quy phạm của bản đồ hiện trạng sử dụng đất 35

2.2.3 Hệ phần mềm Microstation and Mapping Office 38

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT XÃ NAM SƠN HUYỆN SÓC SƠN TP.HÀ NỘI 41

3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Nam Sơn - huyện Sóc Sơn – thành phố Hà Nội 41

3.1.1 Điều kiện tự nhiên 41

3.2 Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất xã Nam Sơn huyện Sóc Sơn – thành phố Hà Nội 42

3.2.1 Tình hình sử dụng tài liệu nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 42

3.2.2 Xử lý ảnh tư liệu 43

3.2.3 Thiết kế chung 46

3.2.4 Số hóa bản đồ 50

3.3 Xây dựng quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH M C B NG ỤC LỤC ẢNGBảng 2.1: Tỷ lệ bản đồ nền dùng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất35 Bảng 3.1 Mẫu đoán đọc điều vẽ ảnh vệ tinh 45 Bảng 3.2 Bảng phân lớp đối tượng 47

DANH M C HÌNH ỤC LỤC

Hình 1.1: Ảnh chụp từ vệ tinh IKONOS của Mỹ tại lầu Năm Góc (Mỹ) và

trường Đại học Tự Nhiên (phải) năm 2001 9

Hình 2.1: Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm (theo Lillesand và Kiefer, năm 1986), (Nguồn: “Giáo trình công nghệ viễn thám” ) 12

Hình 2.2: Đặc điểm phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên chính 14

Hình 2.3 - Hai mô hình trộn màu cơ bản 17

Hình 2.4- Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 19

bằng phương pháp phân loại ảnh số 19

Hình 2.5- Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp Số hóa 21

Hình 2.6 - Sơ đồ nguyên lý nắn ảnh số 24

Hình 2.7 - Thang độ sáng (hay độ xám) của ảnh đen trắng (10 cấp) 26

Hình 2.8 - Các kiểu mạng lưới thủy văn đặc trưng trên ảnh 29

Hình 3.1 – Các hạn sai khi nắn chỉnh ảnh 44

Hình 3.2 – Kết quả sau khi nắn chỉnh ảnh theo bản đồ 45

Hình 3.3 – Bảng màu trong Microstation 48

Hình 3.4 – Cách chuyển đổi màu trong bảng màu 48

Hình 3.5 – Bảng màu thiết kế 49

Hình 3.6 - Bảng chú dẫn các loại xã Nam Sơn 50

Hình 3.7 – Đặt chế độ điều khiển màn hình 51

Hình 3.8 – Chọn đối tượng số hóa 52

Hình 3.9 – Các công cụ số hóa trong Mirostation và Geovec 53

Hình 3.11 – Làm sạch đối tượng bằng MRF Clean 54

Hình 3.12 – Chạy sửa lỗi bằng MFR Flag 54

Hình 3.13 – Chạy tạo vùng cho bản đồ bằng MRFPoly 55

Hình 3.14 - Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 56

Hình 3.15 Cơ cấu diện tích đất tự nhiên xã Nam Sơn năm 2010 57

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Để đảm bảo quản lý quỹ đất một cách chặt chẽ, toàn diện từ Trung Ương đến Địaphương đòi hỏi Nhà nước phải có một hệ thống chính sách pháp luật cùng với công

cụ để quản lý, đó chính là bản đồ Tương ứng với từng mục đích quản lý và mụcđích sử dụng khác nhau, người ta chia ra làm nhiều loại bản đồ như bản đồ địa hình,bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ địa lý,…Trong đó, bản đồhiện trạng sử dụng đất là bản đồ được thành lập để làm căn cứ xác định hiện trạng

sử dụng quỹ đất trên khu vực và quốc gia Theo đó, đòi hỏi trên bản đồ phải thểhiện một cách chính xác và toàn diện theo kết quả thống kê, kiểm kê quỹ đất hàngnăm hoặc năm năm một lần

mạnh mẽ theo mục đích sử dụng sao cho đảm bảo sự phát triển về cơ sở hạ tầngtương ứng Điều đó tất nhiên sẽ gây ra một cuộc xáo trộn to lớn trong việc quản lý,quy hoạch phát triển quỹ đất Vì vậy, để thiết kế, nắm bắt và quy hoạch khoa họcđảm bảo sự thống nhất từ Trung Ương đến địa phương, nhà nước ta đã có kế hoạchthành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, giúp phản ánh rõ tình trạng sử dụng đất củatừng địa phương, tạo tiền đề cho việc quy hoạch tổng thể trên quy mô toàn quốc Cóthể nói bản đồ hiện trạng sử dụng đất có vai trò đặc biệt quan trọng trong giai đoạnhiện nay

nhau như: đo vẽ trực tiếp hay dựa vào các số liệu thống kê, kiểm kê đất đai, ….Hiện nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, phươngpháp số hóa bản đồ đã ra đời, tạo một bước tiến mới trong việc thành lập bản đồhiện trạng sử dụng đất, đáp ứng được nhu cầu cần thiết và cấp bách trong mục tiêuquản lý đất đai

Xã Nam Sơn huyện Sóc Sơn là một xã mới phát triển thuộc khu vực Hà Nội,

vì vậy, sự ảnh hưởng của quá trình công nghiệp hóa-hiện đại hóa cũng sẽ tác động

Điều đó, kéo theo việc quỹ đất trên địa bàn xã sẽ có những biến đổi tươngứng Chính quyền địa phương xã Nam Sơn đã và đang thực hiện những chính sáchphát triển kinh tế khu vực theo chiều hướng phù hợp với khu vực Hà Nội và cảnước Chính sách củng cố và phát triển quỹ đất là một trong những vấn đề đượcchính quyền tại đây quan tâm Do đó, việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

là một điều tất yếu

Không những thế, ngành khoa học phát triển, cho phép ta chụp được ảnh củamột vùng rộng lớn từ các vệ tinh nhân tạo (ảnh vệ tinh) Đây là một bước ngoặtgiúp Nhà nước dễ dàng phát hiện, quản lý những thay đổi và hiện trạng trên toànlãnh thổ một cách nhanh chóng chính xác nhất

làm cho công việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất được dễ dàng, khôngphái đi đo đạc ngoài thực địa hạn chế được tối đa thời gian và nhân công do đó chiphí giảm đáng kể Trên cơ sở ấy, em đã chọn phương pháp “Ứng dụng ảnh vệ tinhthành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất xã Nam Sơn - huyện Sóc Sơn – Thành phố

Hà Nội” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp cuối khóa

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

- Xử lý, giải đoán ảnh vệ tinh

- Kiểm tra, khảo sát ngoài thực địa

- Số hóa, biên tập bản đồ

3 Phạm vi nghiên cứu

- Về không gian: Xã Nam Sơn - huyện Sóc Sơn - thành phố Hà Nội

- Về thời gian: Năm 2010

- Về nội dung nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu của đề tài là hiện trạng sửdụng đất khu vực xã Nam Sơn - huyện Sóc Sơn - thành phố Hà Nội năm 2010.

- Về phương pháp nghiên cứu: Xử lý, đoán đọc ảnh vệ tinh và thành lập bản

đồ hiện trạng sử dụng đất

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Về mặt khoa học: Đề tài góp phần chỉ ra ứng dụng của phương pháp số hóabản đồ từ ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Về mặt thực tiễn: Kết quả của đồ án sẽ là tài liệu tham khảo cho công tácquản lý và quy hoạch theo hiện trạng sử dụng đất cho các cấp theo các giai đoạntiếp theo xã Nam Sơn - huyện Sóc Sơn - thành phố Hà Nội

5 Cơ sở dữ liệu và trang thiết bị

Đề tài sử dụng các tư liệu sau:

- Quy định, quy phạm về thành lập Bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Bản đồ địa hình tỉ lệ 1:25000 khu vực Hà Nội thành lập năm 2004 theo hệtọa độ và hệ qui chiếu VN-2000

- Bản đồ hành chính huyện Sóc Sơn – thành phố Hà Nội

- Ảnh vệ tinh SPOT (kênh PAN 2010)

- Các tài liệu thống kê liên quan đến khu vực cần thành lập bản đồ

- Phần nội dung bao gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Chương 2: Phương pháp luận nghiên cứu

Chương 3: Kết quả “Sử dụng ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng sử dụngđất bằng phương pháp số hóa”

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Khái niệm về tài nguyên đất, hiện trạng sử dụng đất đai trên thế giới và ở Việt nam

1.1.1.1 Khái niệm

Theo định nghĩa của WinkLer: “Tài nguyên đất được xem là một vật thểsống, nó tuân theo quy luật của sự sống: phát sinh, phát triển, thoái hóa và già cỗi” Tài nguyên đất được hiểu theo hai quan điểm : Đất (Soil) và đất đai (land) Theo Dacutraev (1879) và Jenny (1941) thì đất (Soil) là thể tự nhiên đặc biệt,hình thành qua tác động của các yếu tố được xác định bằng một hàm:

S = f (p, cl, o, r, t…)

Trong đó:

S – soil properties (đất); p – parent material (đá mẹ hay mẫu chất); cl –regional climate (khí hậu); o – organism (sinh vật); r – relief (địa hình); t – time(thời gian);…-additional (nhân tố biến đổi phụ)

Đất đai (land) là một vùng lãnh thổ có ranh giới, vị trí cụ thể, có các thuộctính tổng hợp của các yếu tố tự nhiên – kinh tế - xã hội Bao gồm cả yếu tố thổnhưỡng, địa hình, khí hậu, thủy văn, địa chất, thực vật và động vật sống trên đó Tài nguyên đất được đánh giá vừa theo số lượng, vừa theo chất lượng Về sốlượng đó là diện tích mặt bằng có được của một quốc gia hay một vùng lãnh thổ và

có thể thống kê theo nguồn gốc phát sinh học (theo từng loại đất) hoặc thống kêtheo mục đích sử dụng Về chất lượng thì thường đánh giá theo độ phì nhiêu củađất Ở những hệ thống đánh giá khái quát người ta dùng khái niệm loại sử dụng đất Tài nguyên đất được phân hạng khái quát theo loại sử dụng đất chủ yếu sau:

- Đất dùng trực tiếp cho sản xuất như đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đấtnuôi cá, đất làm bãi chăn thả, đất trồng cỏ phục vụ chăn nuôi, đất mỏ, đất làm muối,đất phục vụ cho các hồ chứa nước ao, hồ

- Đất thổ cư, đất dùng cho kiến trúc, xây dựng như xây dựng nhà cửa, trườnghọc, cơ quan, công xưởng, kho tang, công viên, nơi vui chơi giải trí, từ đường, giáođường, thành lũy, doanh trại quân đội, nghĩa trang, đình, miếu…

- Đất dùng cho giao thông, thủy lợi như đường sá, kênh mương, hồ đập chứanước, cảng, bờ biển, đê điều…

- Các loại đất khác như đất núi, mương lạch, sông suối…

1.1.1.2 Hiện trạng sử dụng đất trên thế giới và ở Việt Nam

Quá trình công nghiệp hoá, đô thị hóa đã làm đất nông nghiệp giảm đi đáng

kể nhất là ở các thành phố, đô thị lớn, theo thống kê trên thế giới hàng năm mấtkhoảng 6- 8 triệu ha đất nông nghiệp

Công nghiệp hoá và đô thị hóa làm diện tích đất nông nghiệp bị giảm nhiềunhất là ở Philippines, mất đến 50% Sau một thời gian thúc đẩy mạnh mẽ đô thị hóa

và xây dựng các khu công nghiệp, diện tích đất nông nghiệp trồng lúa của nước này

đã giảm xuống rất thấp, chỉ 2.3 triệu ha so với 9.9 triệu ở Thái Lan và 7.5 triệu ởViệt Nam Philippines vào những năm 1970 là nước xuất khẩu gạo nhưng sau haithập niên đô thị hóa và công nghiệp hóa, nước này trở thành nhà nhập khẩu gạo lớnnhất thế giới với con số 2 triệu tấn mỗi năm và năm 2007 con số này lên đến 2.7triệu tấn

Diện tích đất nông nghiệp ở nước Mỹ cũng đang ngày càng ít đi Theonghiên cứu của Tổ chức Sự thật về đất nông nghiệp ở Mỹ, cứ mỗi phút nước nàymất đi 2 mẫu Anh (1.6 ha) đất trồng trọt Nơi mất nhiều nhất là các khu vườn ởngoại thành, nơi những vườn cây cho các loại trái cây ngon nhất đất nước đã bị thaythế bằng những khu dân cư mới, đường cao tốc và trung tâm mua sắm

Sự phát triển là tất yếu, nhưng điều đáng nói là sự phát triển thiếu quy hoạch đã làmnhiều thành phố lớn ở Mỹ rơi vào tình trạng mất đất đai dành cho trồng trọt Theonghiên cứu, người Mỹ hiện nay sử dụng đất nhiều hơn bất cứ thời kỳ nào trong lịch

sử nước này và sử dụng rất hoang phí Các bang Arkansas, New York, Illinois,Alabama và Mississippi đứng đầu danh sách những bang có diện tích đất nông

Trung Quốc cũng không nằm ngoài quy luật với việc đẩy nhanh tốc đô thịhoá, công nghiệp hoá khiến đất sản xuất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp Hiệntượng này làm cho nông dân Trung Quốc chao đảo Trong 10 năm qua, đất đai của

60 triệu nông dân bị trưng dụng và 3 triệu nông dân hàng năm sẽ bị mất đất trongvòng 5 năm tới Chỉ riêng giữa năm 1999 - 2003, có tới hơn 7.6 triệu ha đất đaitrồng trọt bị chiếm dụng

Như vậy, việc đảm bảo lương thực, thực phẩm cho số dân lên tới con số 8 tỷngười trên toàn thế giới vào năm 2025 thì việc khai khẩn đất nông nghiệp và sửdụng hợp lý quỹ đất là điều cực kì quan trọng

Nước ta những năm gần đây đang xảy ra tình trạng thu hồi đất ồ ạt để xâydựng khu công nghiệp, khu đô thị, các công trình giao thông, thuỷ lợi

Theo kết quả điều tra của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về tìnhtrạng đất nông nghiệp bị thu hồi giai đoạn từ 2001- 2005, tổng diện tích đất bị thuhồi cả nước đã lên tới trên 366 nghìn ha (chiếm gần 3.9% quỹ đất nông nghiệp); tức

hồi nhiều nhất là phía Nam và phía Bắc, tại hai vùng kinh tế này có nhiều địaphương bị thu hồi với diện tích rất lớn như: Tiền Giang (hơn 20 000 ha), Đồng Nai(19 700 ha), Bình Dương (16 600 ha), Hà Nội (7 776 ha), Vĩnh Phúc (5 573 ha), Theo Sở Tài nguyên môi trường Hà Nội, từ năm 2000 - 2007, Hà Nội đã triển khaigần 3000 dự án liên quan đến thu hồi đất, mỗi năm thu hồi gần 1000ha, trong đó80% là đất nông nghiệp, liên quan đến 178 205 hộ dân Với nỗ lực hoàn thành côngnghiệp hóa, hiện đại hóa trước 5 năm, dự báo đến năm 2020, thành phố tiếp tụctriển khai nhiều dự án hạ tầng, xây dựng các đô thị mới và sẽ thu hồi hàng nghìnhéc ta đất nông nghiệp Như vậy có thể thấy, quỹ đất để canh tác nông nghiệp đangdần bị thu hẹp với tốc độ nhanh chóng đặc biệt là các huyện ven đô như Từ Liêm,Thanh Trì, Gia Lâm

Khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long từ năm 2000 đến nay đã xây dựngkhoảng 40 khu công nghiệp với tổng diện tích lên đến 10 500ha Trong ba năm tới,còn có kế hoạch sử dụng thêm 40000ha đất nông nghiệp cho các dự án công nghiệp

Theo quy hoạch sử dụng đất đến năm 2012, một diện tích đất lớn đượcchuyển thành đất chuyên dụng:

- Đất giao thông: mở rộng các trục đường giao thông lớn xuyên quốc gia(quốc lộ1A, đường Hồ Chí Minh, ), các đường liên tỉnh, liên huyện sẽ chiếm dụngkhoảng 636 089ha

- Đất xây dựng: Mở rộng các khu công nghiệp, khu chế xuất, cảng sẽ chiếmdụng gần 227 280ha

- Đất thuỷ lợi: Nhu cầu xây dựng mới và nâng cấp các công trình dự kiếnchiếm dụng gần 385 149ha

- Đất đô thị: quá trình đô thị hoá, phát triển mở rộng các thành phố sẽ chiếmdụng khoảng 1 035 376ha

Đồng thời với việc chuyển đổi từ đất sản xuất nông nghiệp sang mục đích sửdụng khác do quá trình công nghiệp hoá, đô thị hoá thì điều đáng báo động là tìnhtrạng suy giảm tài nguyên đất do xói mòn, sa mạc hóa, mặn hóa, phèn hóa, chua hóa

và do ô nhiễm, Trên thế giới, hiện có 2 000 triệu ha đất đã và đang bị thoái hóa,trong đó 1260 triệu ha tập trung ở châu Á, Thái Bình Dương Việt Nam hiện có 16.7triệu ha bị xói mòn, rửa trôi mạnh, chua nhiều, 9 triệu ha đất có tầng mỏng và độphì thấp, 3 triệu ha đất thường bị khô hạn và sa mạc hóa, 1.9 triệu ha đất bị phènhóa, mặn hóa mạnh Suy thoái chất lượng đất dẫn tới việc hoang hoá lãng phí tàinguyên đất Chỉ tính riêng ở 68 nông trường quốc doanh, 33 vùng kinh tế mới vàchuyên canh trước đây đã có trên 30 000 ha sau khi khai hoang lại bị bỏ hóa trở lại Tình trạng ô nhiễm do phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật, chất thải, nước thải

đô thị, khu công nghiệp, làng nghề, sản xuất, dịch vụ và chất độc hóa học để lại sauchiến tranh cũng đáng báo động Hoạt động canh tác và đời sống còn bị đe dọa bởitình trạng ngập úng, ngập lũ, lũ quét, đất trượt, sạt lở đất, thoái hóa lý, hóa học đất Hiện trạng và biến động sử dụng đất nông nghiệp và phi nông nghiệp năm

2000 - 2005 trên toàn quốc

Dân số nước ta đông và gần 80% dân cư chủ yếu sinh sống bằng nông nghiệp

trọng không những đối với việc phát triển kinh tế mà còn đảm bảo an ninh lương

- Điều 20 (trang 17) luật đất đai năm 2003 ghi:

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất được lập 5 năm một lần gắn liền với việc kiểm

kê đất đai quy định tại điều 53 của luật này để phục vụ cho việc quản lý quy hoạch,

kế hoạch sử dụng đất

Bộ Tài nguyên và Môi trường chỉ đạo việc khảo sát, đo đạc, lập và quản lýBản đồ hiện trạng sử dụng đất trong phạm vi cả nước và tổ chức việc thực hiện việcbiên tập bản đồ hiện trạng sử dụng đất của cả nước

Ủy ban nhân dân có trách nhiệm thực hiện việc kiểm kê đất đai ở các địaphương nào thì thực hiện việc lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất của địa phương đó

1.1.2.2 Mục đích

- Trực tiếp phục vụ công tác thống kê (1 năm một lần), kiểm kê (5 năm 1

lần) toàn bộ quỹ đất đã giao và chưa giao sử dụng theo định kỳ

- Là tài liệu cơ bản phục vụ việc quản lý quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất,phục vụ mọi yêu cầu của công tác quản lý đất đai

- Làm tài liệu sử dụng trong công tác quy hoạch và lập bản đồ sử dụng đấtcác cấp

- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp dưới được dùng làm tài liệu để thành lậpcác bản đồ quy hoạch sử dụng đất cấp cao hơn

- Là tài liệu cơ bản, thống nhất để các ngành sử dụng xây dựng các quyhoạch, kế hoạch sử dụng đất và định hướng phát triển ngành của mình, đặc biệtnhững ngành có sử dụng nhiều đất như đất nông nghiệp, lâm nghiệp,

1.2 Tổng quan về phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Tổng quan tình hình sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trên thế giới

Khi con người phóng các vệ tinh và các con tàu vũ trụ vào không gian, các nhàkhảo sát và bản đồ học đã mong tới một ngày nào đó có thể sử dụng các tấm ảnhchụp từ vũ trụ vào mục đích đo vẽ bản đồ và hy vọng của họ ngày càng trở thành hiệnthực Các con tàu vũ trụ đầu tiên như Mercury, Gemini và Apollo đã cho chúng tatoàn cảnh bề mặt trái đất Các kết quả thực nghiệm ban đầu từ các tư liệu ảnh thunhận bề mặt trái đất từ các con tàu này đã chỉ ra rằng: có thể sử dụng các tư liệu ảnhthu nhận được để thành lập bản đồ tỷ lệ 1/250000 và nhỏ hơn Tuy nhiên độ phân giảicủa chúng vẫn còn khá thấp chưa đáp ứng được một số nội dung của bản đồ

Sau đó, vệ tinh Landsat của Mỹ được phóng lên, sản phẩm ảnh của vệ tinh nàyđược sử dụng để tạo ra các sản phẩm bản đồ chuyên đề, cập nhật và hiện chỉnh cácbản đồ cảnh quan, bản đồ địa hình…ảnh vệ tinh Landsat có thể cung cấp lượngthông tin vô cùng phong phú, cho độ chính xác cao đạt khoảng 100m do đó, có thểthỏa mãn độ chính xác thành lập bản đồ tỉ lệ 1/25.000 đến 1/50.000

Ảnh vệ tinh SPOT với hệ thống quét CCD, độ cao bay 822 km, độ bao phủ mặtđất 60x60km trên từng ảnh ảnh SPOT cho độ phân giải cao vì vậy, có thể sử dụngảnh SPOT vẽ các loại bản đồ tỷ lệ 1/25.000 với khoảng cao đều từ 20 – 25m

Hiện nay, Mỹ đã chế tạo được những vệ tinh nhân tạo có khả năng chụp được ảnh

có độ phân giải cao từ 0.5m – 5m như IKONOS, QUICKBIRD, ORBITVIEW…

Điều đó, giúp cho nhiều nước trên thế giới ứng dụng trong nhiều lĩnh vựchơn, nâng cao được độ chính xác trong từng lĩnh vực cụ thể như: trong lĩnh vựcquân sự, nghiên cứu biến động tài nguyên thiên nhiên - môi trường, cảnh báo cácthiên tai…

đồ các loại cũng được nâng cao độ chính xác do khả năng đoán đọc trên ảnh là khátốt khi ảnh vệ tinh chụp với độ phân giải từ 0.5 – 1 m (kênh toàn sắc) Do đó, việcthành lập bản đồ hiện trạng dựa trên nền ảnh vệ tinh được tiến hành khá dễ dàng vàđạt được độ chính xác cao

loại ảnh phải dựa vào phần mềm phân loại ảnh như ENVI, ERDAS… để thành lậpbản đồ hiện trạng nhưng hiện nay, trên thế giới, khi thành lập bản đồ hiện trạng các

tỉ lệ, đều có sử dụng ảnh vệ tinh làm nền tảng vì tính cập nhật dữ liệu nhanh chóng,linh hoạt mà lại cho độ chính xác cao

1.2.2 Tổng quan tình hình sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở Việt Nam

Cho đến nay, ảnh vệ tinh đã được nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng để thànhlập bản đồ hiện trạng sử dụng đất Những bản đồ này phủ trùm các lãnh thổ khácnhau, từ khu vực hẹp cho đến tỉnh, vùng và toàn quốc

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 1990 tỷ lệ 1: 1 000 000 được thành lậpbằng nhiều nguồn tài liệu, trong đó ảnh vệ tinh Landsat – TM Bản đồ này do Tổngcục Quản lý Ruộng đất (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), cùng một số cơquan khác thực hiện Bên cạnh đó, năm 1993 Tổng cục Quản lý Ruộng đất, Cục đođạc và Bản đồ Nhà nước (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), Trung tâmKhoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Điều tra Quy hoạc rừng, ViệnThiết kế và Quy hoạch Nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) đãthành lập Bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc tỷ lệ 1:250 000 bằng ảnh Landsat– TM

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các vùng như Tây nguyên, Đồng bằngsong Hồng, Đồng bằng song Cửu Long, …được thành lập trong khuôn khổ cácchương trình điểu tra tổng hợp, đều đã sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệuchính Những bản đồ này được thành lập năm 1989, 1990 của thế ký trước và docác cơ quan nghiên cứu khoa học và điều tra cơ bản thực hiện Bản đồ được thànhlập chủ yếu ở tỷ lệ 1: 250000.

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn của một sốđịa phương cũng được thành lập bằng ảnh vệ tinh Những bản đồ này được thànhlập ở các tỷ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) đến 1:25 000 (khu vực cụ thể) và do các việnthuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Quy hoạch vàThiết kế Nông nghiệp, Trung tâm Bộ Tài nguyên Môi trường và một số trường đạihọc trực thuộc trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu và các dự án Nhằm đưa côngnghệ viễn thám về các sở Tài nguyên và Môi trường, phục vụ công tác quản lý tàinguyên đất vào dịp tổng kiểm kê đất năm 2000 Trung tâm Viễn thám đã có những

cố gắng ban đầu để một số Sở tiếp cận với công nghệ viễn thám, đã xây dựng quytrình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng ảnh vệ tinh và tiến hành thửnghiệm ở một số địa phương

Trung tâm Viễn thám đã thành lập một số bình đồ ảnh vũ trụ tỷ lệ 1:10 000phục vụ kiểm kê đất đai của 13 tỉnh trong đợt kiểm kê đất năm 2005 Như vậy, chođến nay nhiều cơ quan ở nước ta đã sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiệntrạng sử dụng đất nhằm phục vụ các mục đích khác nhau Kế hoạch sử dụng ảnh vệtinh để điều tra, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất một cách có hệ thống theoquy định của tổng kiểm kê đất thuộc ngành địa chính cũng như để giám sát và cậpnhật biến động về sử dụng đất đai một cách liên tục theo các chu kỳ ngắn hạn đangđược Trung tâm Viễn thám – Bộ Tài nguyên và Môi trường nghiên cứu đưa vàothực hiện trong thời gian tới

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương pháp luận nghiên cứu

2.1.1 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu các quy định, quy phạm liên quan đến bản đồ cần thành lập.

- Các phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh phục vụ cho công tác số hóa bản đồ

- Nghiên cứu nội dung và phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

2.1.2 Cơ sở khoa học của phương pháp nghiên cứu

2.1.2.1 Cơ sở khoa học để giải đoán ảnh vệ tinh

Các nguyên lý của Viễn thám:

Viễn thám nghiên cứu đối tượng bằng giải đoán và tách lọc thông tin từ dữliệu ảnh chụp hàng không, hoặc bằng việc giải đoán ảnh vệ tinh dạng số

nhận năng lượng bức xạ (không ảnh và ảnh vệ tinh) và sóng phản hồi (ảnh radar)phát ra từ vật thể khi khảo sát Năng lượng phổ dưới dạng sóng điện từ, nằm trêncác dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ gópphần gải đoán đối tượng một cách chính xác hơn

Hình 2.1: Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm (theo Lillesand và Kiefer, năm

1986), (Nguồn: “Giáo trình công nghệ viễn thám” ).

Nếu biết trước phổ phát xạ, phản xạ (emited/reflected) chuẩn của vật thểtrong phòng thí nghiệm, xác định bằng các máy đo phổ, ta có thể giải đoán vật thểbằng cách phân tích đường cong phổ thu được từ ảnh vệ tinh.

bức xạ của các vật thể hoặc các hiện tượng xảy ra trong giới hạn diện phủ của ảnh

Xử lý ảnh số là kỹ nghệ làm hiển thị rõ ảnh và tách lọc thông tin từ các dữ liệu ảnh

số, dựa vào các thông tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra

cách tiếp cận khác nhau, có thể kể đến là:

thấy đến sóng radar

cao khác nhau, như ảnh chụp trên mặt đất, chụp trên khinh khí cầu, chụp từ máy baytrực thăng và phản lực đến các ảnh vệ tinh có người điều khiển hoặc tự động

- Đa độ phân giải: Dữ liệu ảnh có độ phân giải khác nhau về không gian,

phổ và thời gian

- Đa phương pháp: Xử lý ảnh bằng mắt và bằng số.

Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên:

phổ phản xạ và bước sóng, được gọi là đường cong phổ phản xạ hình dáng củađường cong phổ phản xạ cho biết một cách tương đối rõ ràng tính chất phổ của mộtđối tượng và hình dạng đường cong phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn các dảisóng mà ở đó thiết bị viễn thám có thể ghi nhận được các tín hiệu phổ (Hình 2.2)

Hình 2.2: Đặc điểm phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên chính

Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất củacác đối tượng Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tượng khác nhau, của mộtnhóm đối tượng cũng rất khác nhau, song về cơ bản chúng dao động xung quanh giátrị trung bình (Hình 2.2)

- Khả năng phản xạ phổ của thực vật:

ánh sáng có bước sóng từ 0.45 – 0.67µm (tương ứng với dải sóng màu lục – Green)

vì vậy ta nhìn thấy chúng có màu xanh lục Khi diệp lục tố giảm đi, thực vật chuyểnsang có khả năng phản xạ ánh sáng màu đỏ trội hơn Kết quả là lá cây có màu vàng(do tổ hợp màu Green và Red) hoặc màu đỏ hẳn (rừng ở khí hậu lạnh, hiện tượngnày khá phổ biến khi mùa đông đến), ở vùng hồng ngoại phản xạ (từ 0.7 – 1.3 µm)thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh, khi sang vùng hồng ngoại nhiệt và vi sóng(Microwave) một số điểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả năng hấp thụ ánhsáng của hơi nước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm đi một cách rõ rệt vàngược lại, khả năng hấp thụ ánh sáng lại tăng lên Đặc biệt đối với rừng có nhiềutầng lá, khả năng đó càng tăng lên ( ví dụ rừng rậm nhiệt đới)

vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hàm lượng diệp lục, độ dày và cấu trúc tán lá

- Khả năng phản xạ phổ của nước

Nước trong chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng của tia xanh lơ (Blue) và yếu dần khisang vùng tia xanh lục (Green), triệt tiêu ở cuối dải sóng đỏ (Red) Khi nước bị đục,khả năng phản xạ tăng lên do ảnh hưởng sự tán xạ của các vật chất lơ lửng Sự thayđổi về tính chất của nước (độ đục, độ mặn, độ sâu, hàm lượng Clorophyl, ) đều ảnhhưởng đến tính chất phổ của chúng Nghĩa là khi tính chất nước thay đổi, hình dạngđường cong và giá trị phổ phản xạ sẽ bị thay đổi

- Khả năng phản xạ phổ của đất

Đường cong phổ phản xạ của đất khô tương đối đơn giản, ít có những cựcđại và cực tiểu một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnh hưởng đến tính chấtphổ của đất khá phức tạp và không rõ ràng như ở thực vật

Các yếu tố ảnh hưởng đến đường cong phổ phản xạ của đất là: lượng ẩm, cấutrúc của đất (tỉ lệ cát, bột và sét), độ nhám bề mặt, sự có mặt của các loại oxyt kimloại, hàm lượng vật chất hữu cơ,…các yếu tố đó làm cho đường cong phổ phản xạbiến động rất nhiều quanh đường cong có giá trị trung bình Tuy nhiên, quy luậtchung là giá trị phổ phản xạ của đất tăng dần về phía sóng có bước sóng dài Cáccực trị hấp thụ phổ do hơi nước cũng diễn ra ở vùng 1,4; 1.9 và 2,7 µm

- Khả năng phản xạ phổ của đá

Đá có cấu tạo dạng khối, khô có dạng đường cong phổ phản xạ tương tự nhưcủa đất, song giá trị tuyệt đối thường cao hơn Tuy nhiên, cũng như đối với đất, sựbiến động của giá trị phổ phản xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố của đá: mức độ chứanước, cáu trúc, cấu tạo, thành phần khoáng vật, tình trạng bề mặt…

Tóm lại:

Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu được về các đốitượng Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ (cường độ, dạng đường cong ở các dải sóngkhác nhau) có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tượng trên bề mặt Thôngtin về phổ phản xạ là thông tin đầu tiên, là tiền đề cho các phương pháp phân tích

xử lý ảnh trong viễn thám, đặc biệt là xử lý ảnh số

Các đối tượng khác nhau trong cùng một nhóm đối tượng sẽ có dạng đườngcong, hoặc khác nhau về độ lớn giá trị cường độ phản xạ Khi tính chất của đốitượng bị thay đổi thì đường cong phổ phản xạ cũng sẽ bị biến đổi.

2.1.2.2 Khả năng khai thác thông tin chuyên đề từ ảnh vệ tinh

Nghiên cứu khả năng khai thác thông tin chuyên đề từ ảnh vệ tinh thực chất

là nghiên cứu các khả năng giải đoán thông tin chuyên đề của bản đồ từ tư liệu viễnthám

Từ tư liệu ảnh vệ tinh có thể giải đoán được các yếu tố nội dung sau:

- Hệ thống thủy văn: được nhận biết trên ảnh hàng không không máy khó

khăn bởi chúng là các địa vật hình tuyến, hệ thống đường bờ thể hiện rất rõ, rất đặctrưng về hình dáng cong tự nhiên và hình ảnh của bề mặt nước thường rất khác biệt

so với các đối tượng xung quanh Những hình ảnh đặc trưng này là do độ xám củacác yếu tố thủy văn thể hiện trên ảnh được quyết định bởi điều kiện chụp ảnh, độsâu, chất đáy, độ trong của nước …

- Địa hình: Các đối tượng của địa hình thường thể hiện rất rõ các đường đứt

gãy đột biến như các vách sụt lở, các khe vực … Những yếu tố có nền màu rất khácbiệt, phía trên thường có dải xám trắng, phía dưới thường có màu xám đen

- Lớp phủ thực vật: Đây là một trong những yếu tố dễ nhận biết trên ảnh

viễn thám Các yếu tố được nhận biết trên ảnh thông qua màu sắc, nền màu, cấu trúckết hợp với hình dáng, diện tích và vị trí địa lý Khi giải đoán các yếu tố này, khôngnhững nhận biết được chính xác mà còn xác định được rất nhiều các đặc trưng kháccủa chúng như: nguồn gốc, tuổi rừng, tầng thứ, độ che phủ, chiều cao của cây rừng

và đặc trưng quan trọng là diện tích của lớp phủ thực vật Xác định tư liệu viễnthám đa phổ ta có thể sử dụng 3 kênh phổ gán vào 3 màu cơ bản như vậy ta sẽ đượcmột ảnh tổ hợp màu

a Tổ hợp cộng b Tổ hợp trừ

Hình 2.3 - Hai mô hình trộn màu cơ bản

Hệ thống cộng màu thường được sử dụng để thể hiện ảnh trên màn hìnhmáy tính Ngược lại hệ thống trừ màu được áp dụng cho việc in ảnh

Đối với tư liệu viễn thám đa phổ có số kênh phổ nhiều hơn 3 thì việc hiệnảnh tổ hợp màu chỉ có thể thể hiện tuần tự cho từng tổ hợp 3 kênh một

Trong các hệ xử lý ảnh việc hiện các tư liệu ảnh số được thực hiện thôngqua hệ thống hiện ảnh với các thành phần gồm: bộ nhớ trung gian, bảng màu, hệthống chuyển đổi tín hiệu số / tương tự (D/A) và màn hình Trong máy có hai hệthống hiện ảnh màu đó là hệ thống ĐLC (đỏ, lục, chàm) và hệ thống mã màu Hệthống ĐLC cho phép thể hiện số lượng màu không hạn chế, còn hệ thống mã màuchỉ cho phép thể hiện một số hữu hạn các màu được những yếu tố đặc trưng trên có

ý nghĩa rất lớn trong thành lập các bản đồ chuyên đề về lớp phủ thực vật nói chung

và lớp phủ rừng nói riêng, dựa vào đó có thể xây dựng các bản đồ động thái, đánhgiá biến động …

- Thổ nhưỡng: Cũng như lớp phủ thực vật, loại đối tượng này cũng dễ dàng

nhận biết được trên ảnh viễn thám Dựa vào các đặc trưng phản xạ phổ của các đốitượng thổ nhưỡng mà ta có thể xác định được một số các loại thổ nhưỡng khác nhaunhư: đất cát (cát khô, cát ẩm), đất sét (sét khô, sét ẩm, sét hạt to, sét hạt mịn, sét kết

…), đá vôi, đất đồi, đất bazan … Khả năng xác định được các yếu tố này trên ảnh

có ý nghĩa vô cùng thiết thực trong việc xây dựng bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ hiện

- Dân cư: Đây là yếu tố địa vật rất đặc trưng, việc nhận biết các yếu tố này

chủ yếu dựa vào đặc trưng cấu trúc và vị trí phân bố Dựa vào một số địa vật dựctrưng ta có thể phân biệt được một số loại hình dân cư như: đô thị (thị xã, thànhphố, thị trấn), nông thôn (đông đúc, thưa thớt) …

- Hệ thống giao thông: Đây là các yếu tố có dạng hình tuyến, dựa vào hình

dáng và vị trí tương hỗ với các đối tượng khác có thể nhận biết được chúng và cácyếu tố phụ trợ khác như: cầu, cống, đập tràn, đò, phà …

Như vậy với khả năng cung cấp được những thông tin trên từ tư liệu viễnthám, đặc biệt là xác định chính xác và chi tiết được các yếu tố thực phủ và thổnhưỡng cho phép xây dựng được bản đồ lớp phủ rừng từ các tư liệu này Đối vớicác tư liệu viễn thám như Landsat, Spot, … là các ảnh viễn thám ở dạng số nênhoàn toàn có thể áp dụng việc tự động hóa trong xử lý và phân loại các yếu tố nộidung của bản đồ lớp phủ thực vật rừng

2.1.2.3 Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh vệ tinh

Phương pháp phân loại:

Phương pháp phân loại ảnh vệ tinh dựa trên phần mềm xử lý ảnh số làphương pháp được dùng khá phổ biến trong giai đoạn hiện nay

Phân loại ảnh số tức là phân loại và sắp xếp các pixel trên ảnh thành nhữngnhóm khác nhau dựa vào các thông tin phổ (giá trị độ sáng, tôn ảnh, màu sắc (tổhợp màu), hoa văn ảnh,…) và gán các loại đối tượng, các vùng có đặc tính gầngiống nhau vào các nhóm, các nhóm hai lớp để phân biệt nhóm đối tượng này vớicác đối tượng khác trên ảnh Phần mềm hay dùng hiện nay là phần mềm ENVI.Người ta chia ra làm hai phương pháp phân loại chính là: Phân loại có giám sát(Supervised classification) và phân loại không giám sát (Unsupervisedclassification)

Phân loại có giám sát (Supervised classification): Là phép phân loại dựa trên

một tập các pixel mẫu (ROI) đã được người sử dụng chọn trước Dựa vào tập mẫunày, máy tính được “huấn luyện” để xác định những pixel có cùng một số đặc trưng

về phổ, trên cơ sở đó để phân loại chúng

Phân loại không giám sát (Unsupervised classification): Phương pháp này

dùng để phân chia các pixel trong dữ liệu chỉ dựa trên duy nhất các số liệu thống kê

về độ sáng của các pixel trong vài kênh phổ Khác với phương pháp phân loại cógiám sát, phân loại không giám sát không cần phải có một tập mẫu các lớp được xácđịnh từ trước Phương pháp này được áp dụng trong trường hợp ta không biết hoặckhông quen với những đối tượng xuất hiện trên ảnh Do đó, phần nào loại trừ đượcnhững sai số chủ quan của con người

Trong phần mềm xử lý ảnh số ENVI, hỗ trợ 2 phương pháp phân loại khôngchọn mẫu là: IsoData và K-Means

Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng phương pháp phân

loại ảnh vệ tinh như (Hình 2.4):

Hình 2.4- Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Ảnh vệ tinh

Phần mềm phân ảnh số

Phân loại không kiểm định

Phân loại

có kiểm định

Xử lý ảnh sau phân

loại

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Ưu diểm:

- Là hệ thống xử lý ảnh khá mạnh, có một thư viện khá đầy đủ các thuật toán

xử lý dữ liệu ảnh cùng với giao diện cửa sổ đồ họa- tương tác thân thiện với người

sử dụng

- Hiển thị và phân tích ảnh với nhiều kiểu dữ liệu và kích cỡ khác nhau

- Cho phép làm việc với một hay nhiều kênh ảnh, dễ dàng chọn lựa các kênhảnh khi thao tác xử lý ảnh

- Có các công cụ chiết tách các kênh phổ và phân tích ảnh phổ độ phân giảicao

Nhược điểm:

- Khả năng phân loại ảnh đạt độ chính xác thấp, (cao nhất chỉ đạt khoảng60% -70%) Do độ lẫn khi phân loại là rất lớn khi ảnh vệ tinh được dùng có độ phângiải thấp từ 10m – 30m

- Phương pháp phân loại có kiểm định, đòi hỏi phải có một thư viện mẫu(ROI) lớn và tương đối dàn đều toàn bộ khu vực nghiên cứu

- Công tác thực địa để khảo sát các mẫu cũng cần nhiều thời gian và mức độchi phí bắn điểm khảo sát GPS (điểm gốc tuyến khảo sát) là khá tốn kém

- Phần mềm phân loại tự động nên mức độ segmention (phân đoạn ảnh thànhtừng đối tượng nhỏ) khi gán lớp hay bị vỡ, không tạo thành mảng liên tục, khó khăntrong quá trình gán và phân loại đối tượng cụ thể

Phương pháp số hóa:

liệu Raster trên ảnh thành dữ liệu Vector trên bản đồ và có thể lưu trữ một cách dễdàng

IrasC, Geovec, MSFC…người dử dụng có thể dễ dàng số hóa trên ảnh để tạo dữliệu Vector trong file DGN với những công cụ đơn giản

Hiện nay, công nghệ ảnh vệ tinh phát triển, có nhiều phương pháp để thànhlập bản đồ, nhất là bản đồ hiện trạng Tuy nhiên, phương pháp số hóa vẫn được xem

là phương pháp ưu việt nhất và vẫn là một phương pháp phổ biến hiện nay Quytrình công nghệ bản đồ theo phương pháp này như hình sau:

Hình 2.5- Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp Số hóa

Ưu điểm:

- Cho phép thể hiện đầy đủ và chi tiết nội dung của bản đồ với độ chính xác

cao khi giải đoán ảnh dựa vào các khóa giải đoán và kinh nghiệm tích lũy củachuyên gia

- Phần mềm số hóa thân thiện, quen thuộc cho người sử dụng khi tiến hành

- Lưu trữ thông tin, khả năng cập nhật nhanh chóng, dễ dàng

 Quan điểm lựa chọn phương pháp:

phương pháp số hóa để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất là có ưu thế hơn cả

vì ít tốn kém chi phí bắn điểm khảo sát thực địa khi lấy mẫu, không phải đi ngoạinghiệp nhiều, khả năng đoán đọc trên ảnh khá tốt vì sử dụng ảnh vệ tinh có độ phângiải cao (từ 0.5m – 5m), kết hợp với các số liệu thống kê từ các năm trước và cácchuẩn, khóa giải đoán , do đó, phương pháp cho phép đạt độ chính xác cao, có thểđáp ứng được yêu cầu quản lý đất đai trong khu vực

2.1.3 Xử lý số liệu và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

2.1.3.1 Xử lý số liệu

Nắn chỉnh hình học

Bản chất của việc nắn chỉnh hình học là xây dựng được mối tương quan giữa

hệ tọa độ ảnh đo và hệ tọa độ quy chiếu chuẩn

Việc lựa chọn phương pháp phải dựa trên bản chất sự méo hình của tư liệunghiên cứu và số lượng điểm khống chế có được Trong trường hợp này, tư liệu đưavào đã được hiệu chỉnh các loại sai số hệ thống như hiệu chỉnh khí quyển, hiệuchỉnh bức xạ, hiệu chỉnh sai số gây ra do độ cong trái đất và đã sửa chữa các dònglỗi để tư liệu này có thể sử dụng được

hình toán học và các hệ số của mô hình này được tính theo phương pháp bình saitrên cơ sở đã biết tọa độ ảnh và tọa độ kiểm tra

như biến đổi Affine, biến đổi theo phương trình tạo ảnh, biến đổi đa thức,…

Nguyên lý chung nắn ảnh số:

Ảnh số có thể được xem như là mảng giá trị độ xám được lưu trữ trong máytính, vì vậy, việc nắn chỉnh ảnh số là sự thay đổi vị trí của các con số này và hiển thịgiá trị độ xám của các pixel nằm trong mảng sắp xếp của ảnh số Sự biến đổi nàydựa trên hàm số chuyển đổi tọa độ và các phương pháp tái chia mẫu được lựa chọnthích hợp

Trong nắn chỉnh hình học ảnh số, vấn đề đầu tiên cần phải xác định là mốiquan hệ hình học giữa ảnh gốc và ảnh sau khi nắn Giả sử rằng tọa độ của pixel Pnào đó trước và sau khi nắn là các giá trị (x,y) và (X,Y), chúng ta sẽ có hai hàm sốquan hệ sau:

Hàm số (1) tương ứng với phương pháp nắn trực tiếp Theo phương phápnày, đầu tiên tính tọa độ X, Y của điểm ảnh trên ảnh nắn từ tọa độ x, y trên ảnh gốc.Ngay sau khi tính chuyển, giá trị độ xám của pixel đó sẽ được gán từ giá trị nội suytheo các phương pháp tái chia mẫu thích hợp.

pháp nắn trực tiếp, phương pháp này lấy ảnh nắn làm cơ sở cho sự lựa chọn Đốivới từng pixel trong ảnh nắn, việc hiệu chỉnh vị trí của chúng trong ảnh gốc cầnphải được tính toán trước tiên thông qua hàm số chuyển đổi (2) Theo vị trí tính toánđược chỉ ra nhờ tọa độ X, Y thì giá trị độ xám tương ứng có thể nhận được từ ảnhgốc và từ đó gán sang pixel vừa tính được trong ảnh nắn

chiếu hoặc đa thức

Hình 2.6 - Sơ đồ nguyên lý nắn ảnh số

Khi nắn chỉnh hình học ảnh số (tức là vị trí hình học của các pixel đã thayđổi), nếu chúng ta muốn biết các giá trị độ xám của các pixel thì cần phải tiến hànhlấy mẫu lại lần nữa trên cơ sở các giá trị đã lấy mẫu trước đây trên ảnh gốc Theo lýthuyết lấy mẫu, khi bước nhảy lấy mẫu ∆x ≤ 1/2W, thành phần tần số phổ lớn hơntần số giới hạn W thì khi đó ảnh gốc có thể được phục hồi theo quan hệ giữ ảnh gốc

và hàm số phân bố SIN, trong đó hàm số SIN được xem như là hạt nhân ban đầu

Các hàm số thường được sử dụng trong thực tế để nội suy lại giá trị độ xámcủa các pixel là hàm song tuyến, hàm bậc ba…

Trong nắn ảnh vệ tinh, chênh cao địa hình trên ảnh rất nhỏ so với độ cao baycủa vệ tinh, vì vậy, ta có thể sử dụng hàm số (1) hoặc (2) làm cơ sở giải bài toán nắnảnh Tuy nhiên, khi nắn ảnh đòi hỏi độ chính xác cao, ngoài ảnh hưởng của chênhcao địa hình, chúng ta còn quan tâm đến ảnh hưởng của độ cong quả đất Vì vậy,ngoài các nguyên tố định hướng của ảnh, chúng ta cần phải có số liệu độ cao củavùng nắn (DEM) sử dụng trong quá trình nắn Khi đó, sử dụng phương trình biếnđổi hình học chiều tương ứng (phương trình đồng phương) để thực hiện chuyển đổigiữa tọa độ ảnh (x, y) của ảnh gốc và tọa độ X, Y của ảnh nắn với độ cao Z củachúng Vì khối lượng tính toán đòi hỏi rất lớn, nên ta có thể chia nhỏ ảnh để thựchiện Đối với 4 điểm nằm ở 4 góc vùng nắn được chia nhỏ, ta sử dụng phương trìnhthay đổi hình học chiếu chặt chẽ, ngược lại đối với các điểm nắn khác, ta có thể sửdụng đa thức đơn giản để tính chuyển

 Lựa chọn phương pháp nắn chỉnh ảnh vệ tinh

Dựa vào nguyên lý chung của nắn chỉnh ảnh, ta có thể chọn phương phápnắn ảnh theo bản đồ đã có sẵn hệ qui chiếu, tọa độ gốc

Trên ảnh vệ tinh, chọn các điểm khống chế ảnh rõ nét như: điểm giao nhaucủa ngã ba, ngã tư đường, cây độc lập (nếu có), góc, cạnh của những đối tượng cốđịnh không di chuyển qua nhiều năm…tương ứng trên bản đồ nền, những điểm ấyphải tồn tại và nhận biết được

Khi nắn ảnh, có thể nắn ảnh theo phương pháp Affine với số lượng điểm nắnkhông hạn chế hoặc tối thiểu là 4 điểm trải đều trên nền ảnh

Độ chính xác của phương pháp thể hiện qua giá trị Standard errors và sai sốtổng bình phương nhỏ nhất (SSE) nếu nắn chỉnh bằng phần mềm IrasC Cũng cóthể tiến hành nắn chỉnh ảnh Affine bậc 2, bậc 3 khi muốn nâng cao độ chính xác

Cơ sở để giải đoán ảnh vệ tinh:

Giải đoán ảnh vệ tinh có nhiều phương pháp Tuy nhiên, việc giải đoán ảnh

dụng trong mọi điều kiện trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Việc giải đoánbằng mắt là sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết các thông tin từ tư liệuviễn thám dạng hình ảnh Cơ sở để giải đoán bằng mắt là dựa vào các dấu hiệu giảiđoán trực tiếp hoặc gián tiếp và chuẩn giải đoán tổng hợp.

Phân tích ảnh bằng mắt là công việc tổng hợp, kết hợp nhiều thông số củaảnh, bản đồ, tài liệu thực địa và kiến thức chuyên môn Sau đây là tổng hợp một sốnguyên tắc giải đoán ảnh

Các dấu hiệu giải đoán ảnh:

Về nguyên tắc chung, các dấu hiệu giải đoán được xếp thành hai nhóm.Chính là các yếu tố ảnh và các yếu tố địa kỹ thuật

Các yếu tố ảnh (photo elements)

Tone ảnh: là tổng hợp lượng ánh sáng được phản xạ từ về mặt đối tượng, là

dấu hiệu hết sức quan trọng để xác định đối tượng Tone ảnh được chia ra nhiều cấpkhác nhau, trong giải đoán bằng mắt thường có 10 – 12 cấp Sự khác biệt của tone

ảnh phụ thuộc vào nhiều tính chất khác nhau của đối tượng (Hình 2.7)

Hình 2.7 - Thang độ sáng (hay độ xám) của ảnh đen trắng (10 cấp).

- Cấu trúc ảnh (texture): cấu trúc ảnh được hiểu là tần số lập lại của sự thay

đổi tone ảnh, gây ra bởi tập hợp của nhiều đặc tính rất rõ ràng của nhiều cá thể riêngbiệt

- Hình dạng(shape): là hình ảnh bên ngoài của đối tượng, thông thường đó là

hình ảnh 2 chiều Đối với ảnh lập thể có thể nhìn thấy cả chiều cao của đối tượng.Hình dáng là yếu tố đầu tiên giúp cho người phân tích có thể phân biệt các đốitượng khác nhau

- Kích thước (Size): là thông số về độ lớn, độ dài, độ rộng của đối tượng.

Kích thước liên quan đến tỉ lệ của ảnh Về hình dạng có thể giống nhau nhung kíchthước khác nhau thì có thể là hai đối tượng khác nhau

- Mẫu (Pattern): là sự sắp xếp trong không gian của các đối tượng Một dạng

địa hình đặc trưng sẽ bao gồm sự sắp xếp theo một quy luật đặc trưng của các đốitượng tự nhiên, là hợp phần của dạng địa hình đó Ví dụ: Khu đô thị là tập trung củanhà xây, đường phố, cây xanh tạo nên một mẫu đặc trưng của cấu trúc đô thị.Ruộng trồng lúa có hình mẫu ô thửa đặc trưng khác với vườn cây ăn quả, có cấutrúc dạng đốm

- Kiến trúc (Texture): là tần số thay đổi của độ sáng (tone) trên ảnh Đó là sự

tập hợp các điểm của hình ảnh như hình dạng, kích thước, mẫu để tạo nên một đặcđiểm riêng biệt của đối tượng hay nhóm đối tượng Cấu trúc là đặc điểm tương đốikhái quát song lại rất đặc trưng, giúp cho người phân tích có thể nhận diện và phânbiệt một cách nhanh chóng từng đối tượng tập hợp thành một dạng địa hình đặctrưng Về cấu trúc có các khái niệm: thô, mịn, đồng tâm, tỏa tia, vòm, phân nhánh…

Ví dụ: Cấu trúc mịn đặc trưng cho tầm tích bở rời, cấu trúc thô cho đặc trưng

đá ma81cma; cấu trúc dạng dải đặc trưng cho đá trầm tích biến chất cao, từ đó, cóthể phân biệt được các loại đá khác nhau…

- Bóng (Shadow): là phần bị che lấp, không có ánh sáng mặt trời chiếu tới

(hoặc nguồn chủ động), do đó, không có ánh sáng phản hồi tới thiết bị thu Bóngthường được thể hiện bằng tone ảnh đen trắng và màu xẫm đến đen trên ảnh màu.Bóng có thể phản ánh lên độ cao của đối tượng Bóng là yếu tố quan trọng tạo nêncấu trúc đặc trưng cho các đối tượng Tuy nhiên, bóng cũng là phần mà thông tin vềđối tượng không có hoặc rất ít, vì vậy phải bổ sung lượng thông tin ở vùng bóng

- Vị trí (Site): vị trí của đối tượng trong không gian địa lý của vùng nghiên

cứu là thông số rất quan trọng giúp cho người giải đoán có thể phân biệt đối tượng.rất nhiều trường hợp cùng một dấu hiệu ảnh, song ở vị trí khác nhau lại là các đốitượng khác nhau (đặc biệt là khi giải đoán bằng mắt, mắt người không phân biệtđược rõ các mức khác nhau của yếu tố ảnh)

Ví dụ: Bãi bồi không thể có sườn núi mặc dù vài đặc điểm trên ảnh trông rất

giống dấu hiệu của nó Các bãi bồi chỉ phân bố ở hai bên bờ sông suối, có màu