Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh landsat trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện ba vì, thành phố hà nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI NHÂM THỊ TÚ ANH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN BA VÌ – THÀNH PHỐ HÀ NỘI i 2015 Hà Nội, TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI NHÂM THỊ TÚ ANH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN BA VÌ – THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành : Quản lý đất đai Mã ngành : 52850103 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS Dương Đăng Khôi Hà Nội, ii 2015 LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Dương Đăng Khôi, trưởng Bộ môn Khoa học đất - Khoa Quản lý đất đai - Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em thời gian thực đề tài, trình hoàn chỉnh đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Quản lý đất đai giảng dạy em suốt thời gian học tập trường tập thể lớp ĐH1QĐ3 bên cạnh giúp đỡ, chia sẻ, động viên em Em xin trân trọng cảm ơn cán bộ, nhân dân huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội nơi em tiến hành điều tra tận tình giúp đỡ để em hoàn thành công việc Cuối cùng, xin nói lời cảm ơn sâu sắc tới cha mẹ chăm sóc, nuôi dạy thành người động viên tinh thần cho để yên tâm học tập Hà Nội, ngày tháng Sinh viên Nhâm Thị Tú Anh iii năm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm nghiên cứu, tìm hiểu riêng cá nhân Trong toàn nội dung luận văn, điều trình bày cá nhân tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Hà Nội, ngày tháng Người cam đoan Nhâm Thị Tú Anh iv năm MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng, biểu đồ Danh mục hình ĐẶT VẤN ĐỀ Error! Bookmark not defined Tính cấp thiết đề tài Error! Bookmark not defined Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined Yêu cầu Error! Bookmark not defined Ý nghĩa nghiên cứu đề tài Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 1.1 Khái quát đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 1.1.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 1.1.2 Cơ sở toán học đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 1.1.3 Nội dung đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 1.1.4 Bản đồ trạng sử dụng đất dạng số 1.2 Các phương pháp thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 1.2.1 Phương pháp đo vẽ trực tiếp Error! Bookmark not defined 1.2.2 Phương pháp sử dụng đồ địa đồ địa sở Error! Bookmark not defined 1.2.3 Phương pháp chỉnh đồ trạng sử dụng đất có năm trước v 1.2.4 Phương pháp sử dụng liệu viễn thám Error! Bookmark not defined 1.3 Tổng quan viễn thám hệ thống thông tin địa lý GIS 10 1.3.1 Khái niệm viễn thám 10 1.3.2 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (GIS) .Error! Bookmark not defined 1.3.3 Vai trò viễn thám hệ thống thông tin địa lý (GIS) thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 1.3.4 Phương pháp giải đoán ảnh thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 1.4 Một số loại ảnh vệ tinh phổ biến Error! Bookmark not defined 1.4.1 Ảnh Landsat Error! Bookmark not defined 1.4.2 Ảnh SPOT Error! Bookmark not defined 1.4.3 Ảnh MODIS Error! Bookmark not defined 1.4.4 Ảnh Aster Error! Bookmark not defined 1.4.5 Ảnh IKONOS Error! Bookmark not defined 1.4.6 Ảnh VHARR 29 1.4.7 Ảnh QuickBird Error! Bookmark not defined 1.4.8 Ảnh SPIN Error! Bookmark not defined 1.4.9 Ảnh OrbView Error! Bookmark not defined 1.4.10 Ảnh ARIES Error! Bookmark not defined 1.5 Một số phần mềm ứng dụng công nghệ viễn thám GIS xử lý ảnh vệ tinh thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 1.5.1 Phần mềm ArcGIS Error! Bookmark not defined 1.5.2 Phần mềm ENVI Error! Bookmark not defined 1.5.3 Phần mềm GRASS Error! Bookmark not defined 1.5.4 Phần mềm IDRISI Error! Bookmark not defined 1.5.5 Phần mềm MicroStation 38 vi CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 39 2.2 Nội dung nghiên cứu 39 2.3 Phương pháp nghiên cứu 39 2.3.1 Dữ liệu thu thập 39 2.3.2 Điều tra thực địa Error! Bookmark not defined 2.3.3 Xử lý ảnh vệ tinh Landsat thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 2.3.4 Phương pháp đánh giá độ xác Error! Bookmark not defined CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội 49 3.1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên 49 3.1.2 Khái quát điều kiện kinh tế - xã hội Error! Bookmark not defined 3.1.3 Đánh giá chung điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội Error! Bookmark not defined 3.2 Tình hình sử đụng đất khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined 3.3 Giải đoán ảnh vệ tinh thành lập đồ trạng sử dụng huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội 58 3.3.1 Nắn chỉnh tư liệu ảnh 58 3.3.2 Tăng cường chất lượng ảnh Error! Bookmark not defined 3.3.3 Xây dựng khóa giải đoán ảnh cho loại hình sử dụng đất Error! Bookmark not defined 3.3.4 Kết giải đoán ảnh thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined 3.3.5 Đánh giá độ xác kết phân loại Error! Bookmark not defined 3.3.6 Thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined vii 3.4 Nhận xét phương pháp ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat GIS thành lập đồ trạng sử dụng đất 80 3.4.1 Một số ưu điểm hạn chế 80 3.4.2 Nhận xét kết thành lập đồ trạng sử dụng đất huyện Ba Vì 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined Kết luận Error! Bookmark not defined Kiến nghị Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu TM Thematic Mapper Bản đồ chuyên đề ETM Enhance Thematic Mapper Bản đồ chuyên đề tăng cường NDVI Normalized Difference Chỉ số thực vật Vegetation Index EVI Enhanced Vegetation Index Chỉ số khác biệt thực vật nâng cao MLC Phân loại gần Maximum Likelihood Classification ix DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ Bảng 1.1 Tỷ lệ thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined Bảng 1.2 Bảng so sánh hai phương pháp giải đoán ảnh viễn thám Error! Bookmark not defined Bảng 1.3 Một số thông số kênh phổ ảnh Landsat ETM+, Landsat -7 Error! Bookmark not defined Bảng 1.4 Độ phân giải phổ ảnh nguồn vệ tinh SPOT từ đến Error! Bookmark not defined Bảng 1.5 Một số thông số kênh phổ ảnh MODIS Error! Bookmark not defined Bảng 1.6 Một số thông số kênh phổ ảnh ASTER Error! Bookmark not defined Bảng 1.7 Một số thông số kênh phổ ảnh IKNONOS Error! Bookmark not defined Bảng 1.8 Một số thông số kênh phổ ảnh NOAA .Error! Bookmark not defined Bảng 1.9 Tổng hợp số thông số kỹ thuật ứng dụng chủ yếu số Error! Bookmark not defined Bảng 1.10 Các phương pháp phân loại GRASS Error! Bookmark not defined Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật kênh phổ ảnhLandsat 39 Bảng 2.2 Thống kê số điểm mẫu trình khảo sát thực địa Error! Bookmark not defined Biểu đồ 3.1 Cơ cấu sử dụng đất huyện Ba Vì năm 2014 .Error! Bookmark not defined x Bảng 3.1 Cơ cấu, diện tích đất đai huyện Ba Vì đến ngày 1/1/2014 Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Tọa độ điểm khống chế ảnh 59 Bảng 3.3 Bảng phân loại loại hình sử dụng đất khu vực nghiên cứu 65 Bảng 3.4 Khóa giải đoán ảnh cho khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Kết phân loại loại hình sử dụng đất huyện Ba Vì năm 2014 73 Bảng 3.6 Kết đánh giá độ xác sau phân loại ảnh Error! Bookmark not defined xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Một đồ GIS tổng hợp nhiều lớp thông tin khác Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Ảnh Landsat khu vực nghiên cứu năm 2014 .Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Các điểm mẫu khảo sát thực địa Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Sơ đồ quy trình xử lý ảnh vệ tinh Landsat thành lập đồ trạng sử dụng đất Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 49 Hình 3.2 Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh 60 Hình 3.3 Lưu ảnh nắn IrasC 60 Hình 3.3 Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Cắt ảnh ArcGIS 61 Hình 3.5 Tổ hợp màu ảnh ArcGIS 62 Hình 3.6 Tăng cường độ phân giải không gian ArcGIS 63 Hình 3.7 Ảnh huyện Ba Vì tăng cường độ phân giải không gian với tổ hợp màu: a – Tổ hợp màu 4-3-2; b – Tổ hợp màu 5-4-3; c – Tổ hợp màu 6-5-2 64 Hình 3.8 Xây dựng mẫu huấn luyện phục vụ phân loại ảnh vệ tinh 69 Hình 3.9 Bộ mẫu giải đoán ảnh vệ tinh 69 Hình 3.10 Bản đồ số thực vật NDVI khu vực nghiên cứu năm 2014 70 Hình 3.11 Quá trình phân loại khu vực nghiên cứu thu sơ đồ ảnh với: a – Kết phân loại ảnh; b – Kết phân loại ảnh sau tiến hành lọc Majority 72 Hình 3.12 Thanh công cụ Linear Elements Polygons 76 Hình 3.13 Thiết kế ký hiệu thư viện chứa cell 76 Hình 3.14 Bản đồ đổ màu gán nhãn đất 78 Hình 3.15 Bản đồ trạng sử dụng đất huyện Ba Vì năm 2014 79 xii xiii ĐẶT VẤN ĐỀ Tính cấp thiết đề tài: Công nghệ viễn thám, thành tựu khoa học không gian vũ trụ đạt đến trình độ cao trở thành kỹ thuật phổ biến áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội nhiều nước giới Công nghệ viễn thám ngày sử dụng rộng rãi nhiều ngành, lĩnh vực từ khí tượng, thủy văn, địa chất, môi trường nông – lâm – ngư nghiệp, có ứng dụng ảnh viễn thám để thành lập đồ trạng sử dụng đất với độ xác cao, từ giúp nhà quản lý có thêm nguồn tư liệu để giám sát biến động sử dụng đất Bản đồ trạng sử dụng đất tài liệu quan trọng cần thiết cho công tác quản lý nhà nước đất đai, lập quy hoạch - kế hoạch sử dụng đất, điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất nhiều mục đích chuyên ngành khác; cần thiết cho việc quản lý, định hướng phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng Bản đồ trạng sử dụng đất thành lập kỳ kiểm kê đất đai theo chu kỳ năm năm lần Việc lập đồ trạng sử dụng đất theo phương pháp truyền thống tồn từ lâu bộc lộ nhiều hạn chế thực hiện, đòi hỏi đầu tư lớn thời gian, nhân lực, kinh phí công tác thu thập, tổng hợp số liệu đo vẽ đồ, thông tin đồ lạc hậu tính xác chưa cao Trong đó, việc thành lập đồ trạng sử dụng đất phương pháp giải đoán ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) xem có hiệu cao xử lý thông tin, giám sát trình thay đổi, giúp cập nhật thông tin đánh giá biến động sử dụng đất Với ưu điểm như: chi phí rẻ, khả cập nhập thông tin dễ dàng, nhanh chóng, xác, diện tích vùng phủ rộng, tính chất đa thời kỳ tư liệu, tính chất phong phú thông tin đa phổ, chụp ảnh khu vực mà việc lại khó khăn đầm lầy, núi cao, hải đảo,… kết hợp thông tin viễn thám với công nghệ GIS áp dụng nhiều khu vực mà phương pháp truyền thống thực Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thông tin cách đầy đủ, nhanh chóng xác loại hình sử dụng đất, việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với công nghệ GIS để xử lý ảnh thành lập đồ trở thành phương pháp có ý nghĩa thực tiễn mang tính khoa học cao Xuất phát từ thực tiễn người viết thực đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat thành lập đồ trạng sử dụng đất huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội” nhằm góp phần bổ sung hiểu biết công nghệ viễn thám GIS việc thành lập đồ trạng sử dụng đất để phục vụ công tác quản lý sử dụng đất địa phương nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu khả thành lập đồ trạng sử dụng đất sở tư liệu ảnh viễn thám, phương pháp thành lập - Thành lập đồ trạng sử dụng đất dựa tư liệu ảnh vệ tinh Landsat huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội Yêu cầu: - Bản đồ thành lập phải bảo đảm quy định thành lập đồ trạng hành, quy định chuẩn hóa đồ trạng sử dụng đất - Nắm vững phương pháp giải đoán ảnh viễn thám, tích hợp tư liệu viễn thám vào GIS - Nắm vững cách sử dụng phần mềm xủ lý ảnh vệ tinh Landsat Ý nghĩa nghiên cứu đề tài: - Củng cố kiến thức tiếp thu nhà trường kiến thức thực tế sinh viên trình thực tập sở - Nâng cao khả tiếp cận, thu thập số liệu xử lý thông tin sinh viên trình làm đề tài - Góp phần xác lập hướng tiếp cận, quy trình phương pháp xử lý ảnh vệ tinh kết hợp với hệ thống thông tin địa lý để thành lập đồ trạng sử dụng đất - Trên sở nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat kết hợp với công nghệ GIS từ thành lập đồ trạng sử dụng đất huyện Ba Vì có ý nghĩa thực tiễn công tác quản lý sử dụng đất Cấu trúc đề tài: Cấu trúc đề tài bao gồm phần mở đầu, phần kết luận nội dung trình bày chương: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: Đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận [...]... lý sử dụng đất tại địa phương nghiên cứu 2 Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu khả năng thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất trên cơ sở các tư liệu ảnh viễn thám, các phương pháp thành lập - Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất dựa trên tư liệu ảnh vệ tinh Landsat tại huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội 3 Yêu cầu: - Bản đồ được thành lập phải bảo đảm các quy định về thành lập bản đồ hiện trạng hiện hành,... xử lý ảnh và 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 đó người viết thực hiện đề tài: Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội nhằm góp phần bổ sung những hiểu biết về công nghệ viễn thám và GIS trong việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất để... sinh viên trong quá trình làm đề tài 2 - Góp phần xác lập hướng tiếp cận, quy trình và phương pháp xử lý ảnh vệ tinh kết hợp với hệ thống thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất - Trên cơ sở nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat kết hợp với công nghệ GIS từ đó thành lập được bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại huyện Ba Vì có ý nghĩa thực tiễn trong công tác quản lý sử dụng đất Cấu... ninh, quốc phòng Bản đồ hiện trạng sử dụng đất được thành lập trong các kỳ kiểm kê đất đai theo chu kỳ năm năm một lần Việc lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo phương pháp truyền thống đã tồn tại từ rất lâu nhưng bộc lộ nhiều hạn chế trong thực hiện, đòi hỏi sự đầu tư lớn về thời gian, nhân lực, và kinh phí trong công tác thu thập, tổng hợp số liệu và đo vẽ bản đồ, thông tin trên bản đồ còn lạc hậu...Bảng 3.1 Cơ cấu, diện tích đất đai của huyện Ba Vì đến ngày 1/1/2014 Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Tọa độ các điểm khống chế ảnh 59 Bảng 3.3 Bảng phân loại các loại hình sử dụng đất tại khu vực nghiên cứu 65 Bảng 3.4 Khóa giải đoán ảnh cho khu vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Kết quả phân loại các loại hình sử dụng đất huyện Ba Vì năm 2014 73 Bảng 3.6... dụng ảnh viễn thám để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất với độ chính xác khá cao, từ đó có thể giúp các nhà quản lý có thêm nguồn tư liệu để giám sát biến động sử dụng đất Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là tài liệu quan trọng và cần thiết cho công tác quản lý nhà nước về đất đai, lập quy hoạch - kế hoạch sử dụng đất, điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất cùng nhiều mục đích chuyên ngành khác; cần thiết... loại ảnh Error! Bookmark not defined xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Một bản đồ GIS là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Ảnh Landsat 8 khu vực nghiên cứu năm 2014 .Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Các điểm mẫu khảo sát thực địa Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Sơ đồ quy trình xử lý ảnh vệ tinh Landsat thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất. .. trạng hiện hành, quy định về chuẩn hóa bản đồ hiện trạng sử dụng đất - Nắm vững phương pháp giải đoán ảnh viễn thám, tích hợp tư liệu viễn thám vào GIS - Nắm vững cách sử dụng phần mềm xủ lý ảnh vệ tinh Landsat 4 Ý nghĩa nghiên cứu của đề tài: - Củng cố kiến thức đã được tiếp thu trong nhà trường và những kiến thức thực tế của sinh viên trong quá trình thực tập tại cơ sở - Nâng cao khả năng tiếp cận,... những thành tựu khoa học không gian vũ trụ đã đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nước trên thế giới Công nghệ viễn thám ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành, lĩnh vực từ khí tượng, thủy văn, địa chất, môi trường cho đến nông – lâm – ngư nghiệp, trong đó có ứng dụng ảnh viễn thám để thành lập bản đồ hiện trạng. .. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 49 Hình 3.2 Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh 60 Hình 3.3 Lưu ảnh đã nắn trong IrasC 60 Hình 3.3 Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Cắt ảnh trong ArcGIS 61 Hình 3.5 Tổ hợp màu ảnh trong ArcGIS 62 Hình 3.6 Tăng cường độ phân giải không gian trong ArcGIS 63 Hình 3.7 Ảnh huyện