ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆ HÀ NỘ

Header Page of 161 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TR TRƯỜNG ĐẠI HỌC ỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NG HÀ H NỘI ========o0o======== Bùi Thanh Hương ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ ARCGIS ĐÁNH ÁNH GIÁ BIẾN BI ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆ ỆP KHU VỰC HUYỆN TỪ LIÊM THÀNH PH PHỐ HÀ NỘ ỘI GIAI ĐOẠN 1996 – 2013 Chuyên ngành: Trắc địa – Bản đồ Mã ssố: Giáo viên hướng h dẫn: TS Nguyễn Tiếnn Thành HÀ NỘI - 2015 Footer Page of 161 Header Page of 161 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày đồ án thật chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả đồ án Bùi Thanh Hương Footer Page of 161 Header Page of 161 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I- TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP 14 1.1 Tổng quan viễn thám 14 1.1.1 Nguyên lý viễn thám 14 1.1.2 Phân loại viễn thám 16 1.1.3 Ưu nhược điểm viễn thám 17 1.2 Tổng quan hệ thống thông tin địa lý (GIS) 18 1.2.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý 18 1.2.2 Các thành phần hệ thống thông tin địa lý 21 1.2.3 Chức GIS 22 1.3 Tình hình ứng dụng viễn thám GIS biến động đất nông nghiệp 22 CHƯƠNG II- QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ PHẦN MỀM ARCGIS 25 2.1 Giới thiệu đồ biến động 25 2.2 Các phương pháp thành lập đồ biến động 25 2.2.1 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa 25 2.2.2 Phương pháp thành lập đồ biến động tư liệu viễn thám kết hợp GIS 25 2.3 Phần mềm xử lý 26 Footer Page of 161 Header Page of 161 2.3.1 Phần mềm ERDAS 26 2.3.2 Phần mềm ARGIS 26 2.4 Quy trình công nghệ thành lập đồ biến động đất nông nghiệp tư liệu ảnh vệ tinh LANDSAT phần mềm ArcGIS 27 2.4.1 Quy trình thành lập đồ biến động đất nông nghiệp 27 2.4.2 Ứng dụng phần mềm ERDAS xử lý ảnh vệ tinh 29 2.4.3 Ứng dụng phần mềm ArcGIS đánh giá biến động đất nông nghiệp 31 CHƯƠNG III- THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ PHẦN MỀM ARCGIS KHU VỰC HUYỆN TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 1996 - 2013 33 3.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 33 3.1.1 Điều kiện tự nhiên 33 3.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 35 3.2 Tư liệu sử dụng 36 3.2.1 Ảnh vệ tinh LANDSAT 36 3.2.2 Các tài liệu số liệu thống kê 38 3.3 Quy trình thực 38 3.3.1 Sử dụng phần mềm ERDAS xử lý ảnh vệ tinh LANDSAT 38 3.3.2 Ứng dụng phần mềm ArcGIS đánh giá biến động 51 3.4 Kết thảo luận 57 3.4.1 Bản đồ lớp phủ đất nông nghiệp khu vực huyện Từ Liêm thành phố Hà Nội năm 1996 năm 2013 57 3.4.2 Bản đồ biến động đất nông nghiệp khu vực huyện Từ Liêm thành phố Hà Nội giai đoạn 1996 - 2013 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 Footer Page of 161 Header Page of 161 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Viết tắt cụm từ ETM Enhanced Thematic Mapper ERTS Earth Remote Sensing Satelitte ESRI Viện nghiên cứu hệ thống môi trường Mỹ DCM Data Continuity Mission GIS NASA TM Footer Page of 161 Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý National Aeronautics and Space Administration Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ - NASA Thematic Mapper Header Page of 161 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ BẢNG BIỂU Sơ đồ 2.1 Quy trình công nghệ thành lập đồ biến động 28 Bảng 3.1 Các hệ vệ tinh LANDSAT 36 Bảng 3.2 Thông tin ảnh vệ tinh LANDSAT 37 Bảng 3.4 Các mẫu khóa ảnh năm 1996 năm 2013 41 Bảng 3.5 Ma trận đánh giá độ xác ảnh phân loại năm 1996 47 Bảng 3.6 Ma trận đánh giá độ xác ảnh phân loại năm 2013 48 Bảng 3.7 Diện tích lớp phủ khu vực huyện Từ Liêm năm 1996 năm 2013 59 Bảng 3.8 Bảng thống kê biến động đất nông nghiệp huyện Từ Liêm giai đoạn 1996 – 2013 60 Footer Page of 161 Header Page of 161 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mô thu nhận liệu không gian theo viễn thám 14 Hình 1.2 Phản xạ quang phổ nước, đất thực vật 15 Hình 1.3 Bức xạ vật thể đen 15 Hình 1.4 Mối quan hệ quang phổ điện từ cảm biến 16 Hình 1.5 Phân loại theo nguồn tín hiệu 16 Hình 1.6 Mô hệ thống thông tin địa lý 19 Hình 1.7 Các lớp thông tin hệ thống 20 Hình 1.8 Mô thành phần GIS 21 Hình 3.1 Vị trí huyện Từ Liêm đồ hành Hà Nội 33 Hình 3.2 Nhập ảnh khu vực nghiên cứu 38 Hình 3.3 Ranh giới huyện Từ Liêm 39 Hình 3.4 Bảng hộp thoại Subset 39 Hình 3.5 Ảnh cắt huyện Từ Liêm năm 1996 40 Hình 3.6 Ảnh cắt huyện Từ Liêm năm 2013 40 Hình 3.7 Bảng hộp thoại Signature Editor 42 Hình 3.8 Thanh công cụ AOI 42 Hình 3.9 Bảng lấy mẫu đối tượng lớp phủ 43 Hình 3.10 Ảnh phân loại lớp phủ huyện Từ Liêm năm 1996 44 Hình 3.11 Ảnh phân loại lớp phủ huyện Từ Liêm năm 2013 45 Hình 3.12 Đánh giá độ xác 46 Hình 3.13 Bảng hộp thoại Contingency Matrix 46 Hình 3.14 Bảng hộp thoại Raster to Vector 50 Hình 3.15 Nhập liệu 51 Hình 3.16 Bảng hộp thoại Add Data 51 Hình 3.17 Bảng hộp thoại Union 52 Hình 3.18 Kết chồng xếp trạng lớp phủ huyện Từ Liêm năm 1996 năm 2013 52 Footer Page of 161 Header Page of 161 Hình 3.19 Mở bảng thuộc tính Attribute 53 Hình 3.20 Bảng thuộc tính Atribute 53 Hình 3.21 Bảng Field Calculator 54 Hình 3.22 Bảng Layer Properties 54 Hình 3.23 Bản đồ biến động lớp phủ khu vực huyện Từ Liêm giai đoạn 1996 – 2013 55 Hình 3.24 Bảng hộp thoại Data Frame Properties 56 Hình 3.25 Menu để biên tập đồ 56 Hình 3.26 Bản đồ đất nông nghiệp huyện Từ Liêm năm 1996 57 Hình 3.27 Bản đồ đất nông nghiệp huyện Từ Liêm năm 2013 58 Hình 3.28 Biểu đồ diện tích lớp phủ TP.Hà Nội năm 2007 2013 (hecta) 59 Hình 3.29 Bản đồ biến động đất nông nghiệp huyện Từ Liêm giai đoạn 1996 – 2013 61 Footer Page of 161 Header Page of 161 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất đai tài nguyên vô quý giá, tư liệu sản xuất đặc biệt, nguồn sống, môi trường, môi sinh quan trọng cho đời sống người, cho sinh hoạt xã hội cho hoạt động sản xuất kinh doanh Đất đai tài nguyên vô quan trọng chiến lược phát triển quốc gia, có đặc trưng khiến không giống với loại tư liệu sản xuất Đất đai có hạn số lượng khả tái sinh; có vị trí cố định không gian, di chuyển theo ý muốn chủ quan người… Chính từ đặc trưng làm cho đất đai đặt giá trị Từ nhiều đời nay, ông cha ta nói "tấc đất tấc vàng", câu nói ngày xã hội Trên giới nói chung nước Việt Nam ta nói riêng đối mặt với sức ép gia tăng dân số với việc sử dụng đất đai thiếu bền vững gây sức ép lớn lên trình sử dụng đất vấn đề sử dụng đất đai trở thành vấn đề sống quốc gia, dân tộc Vì nghiên cứu thay đổi trình sử dụng đất khoa học để đưa sách sử dụng đất đai phù hợp cho tiết kiệm có hiệu việc xác định biến động đất đai trở nên cấp thiết Công nghệ viễn thám, thành tựu khoa học vũ trụ đạt đến trình độ cao, phát triển nhanh chóng áp dụng nhiều lĩnh vực phổ biến rộng rãi khắp giới Công nghệ viễn thám trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác điều tra, nghiên cứu, khai thác, sử dụng quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên môi trường cấp độ nước, khu vực phạm vi toàn cầu Khả ứng dụng công nghệ viễn thám ngày nâng cao trở thành kỹ thuật phổ biến, ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Việc sử dụng tư liệu viễn thám để thành lập đồ biến động đất Việt Nam lâu với ưu mà nguồn tư liệu phương pháp nghiên cứu thông dụng có như: tính chất cập nhật Footer Page of 161 Header Page 10 of 161 thông tin, tính chất phong phú thông tin đa phổ, tính đa dạng tư liệu… Một vai trò quan trọng công nghệ viễn thám góp phần tích cực việc nghiên cứu, xác định trạng thay đổi yếu tố sử dụng đất nhiều nguyên nhân chuyển đổi canh tác, mở rộng vùng dân cư, làm nương rẫy… Với phát triển mạnh mẽ khoa học vũ trụ ảnh viễn thám xuất ngày tỏ rõ tính ưu việt công tác điều tra, quản lý tài nguyên Việc sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập đồ biến động lớp phủ sở nghiên cứu, sở sản xuất nước ta áp dụng quan tâm đặc biệt năm gần Viễn thám (sử dụng tư liệu độ phân giải cao) kết hợp hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Geographic Information System tạo đồ hay quy trình thứ cấp hỗ trợ đưa định sở độ xác cao, nhanh chóng giá thành rẻ Tuy nhiên, phát triển, nghiên cứu ứng dụng viễn thám GIS cần đến kinh nghiệm hiểu biết chuyên sâu Trong tương lai gần, với dự án đầu tư số lượng loại hình vệ tinh, việc sử dụng kết dự báo xu hay trạng tức thời lớp phủ ngày dễ dàng xác Hiện nay, để thực ý tưởng này, phương pháp sử dụng kết hợp công nghệ viễn thám công nghệ hệ thông tin địa lý Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng thực tế, em thực đồ án tốt nghiệp với đề tài “Ứng dụng ảnh vệ tinh LANDSAT ArcGIS đánh giá biến động đất nông nghiệp khu vực huyện Từ Liêm thành phố Hà Nội giai đoạn 1996 2013” Mục tiêu ý nghĩa đề tài • Mục tiêu đề tài − Ứng dụng tư liệu viễn thám GIS để đánh giá biến động đất nông nghiệp khu vực huyện Từ Liêm, thành phố Hà Nội giai đoạn 1996 – 2013 • Ý nghĩa đề tài − Trong bối cảnh ứng dụng công nghệ không gian tin học phát Footer Page 10 of 161 10 Header Page 11 of 161 triển bùng nổ Thế giới, việc triển khai nghiên cứu sử dụng thông tin viễn thám GIS ngành khoa học Trái đất Việt Nam có ý nghĩa khoa học to lớn, thực góp phần rút ngắn khoảng cách chênh lệch trình độ công nghệ nước ta so với nước khu vực quốc tế − Theo thời gian, việc sử dụng đất người làm thay đổi diện tích đất nông nghiệp Việc ứng dụng công nghệ viễn thám GIS có hiệu nghiên cứu, rút ngắn nhiều thời gian so với phương pháp truyền thống trước đây, đem lại độ xác cao Nội dung nghiên cứu − Nghiên cứu tình hình ứng dụng công nghệ viễn thám GIS nghiên cứu biến động đất nông nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng − Đặc điểm chung điều kiện kinh tế - xã hội khu vực huyện Từ Liêm − Xử lý ảnh vệ tinh khu vực huyện Từ Liêm thu thập − Đánh giá biến động lớp phủ mặt đất Đối tượng phạm vi nghiên cứu • Phạm vi khu vực nghiên cứu: Huyện Từ Liêm • Đối tượng: Đất nông nghiệp Phương pháp nghiên cứu • Điều tra thực địa: Nhằm bổ sung xác thông tin thực tế khu nghiên cứu, đánh giá độ xác kết nghiên cứu • Thu thập tổng hợp tài liệu: Thu thập nguồn tài liệu có khu vực nghiên cứu nhiều thời điểm khác nhau, báo chí, mạng Internet, báo cáo huyện Từ Liêm… • Phương pháp phần mềm: Xử lý ảnh vệ tinh LANDSAT phần mềm ERDAS đánh giá biến động phần mềm ArcGIS Bố cục đồ án Luận văn bao gồm phần mở đầu, chương, phần kết luận kiến nghị Chương I: Tổng quan ứng dụng viễn thám hệ thống thông tin địa lý Footer Page 11 of 161 11 Header Page 12 of 161 xác định biến động đất nông nghiệp Chương II: Quy trình đánh giá biến động đất nông nghiệp sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT phần mềm ArcGIS Chương III: Thực nghiệm đánh giá biến động đất nông nghiệp sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT phần mềm ArcGIS khu vực huyện Từ Liêm thành phố Hà Nội giai đoạn 1996 – 2013 Footer Page 12 of 161 12 ... biến động đất nông nghiệp Chương II: Quy trình đánh giá biến động đất nông nghiệp sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT phần mềm ArcGIS Chương III: Thực nghiệm đánh giá biến động đất nông nghiệp sử dụng ảnh. .. xử lý ảnh vệ tinh 29 2.4.3 Ứng dụng phần mềm ArcGIS đánh giá biến động đất nông nghiệp 31 CHƯƠNG III- THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT VÀ PHẦN MỀM... thành lập đồ biến động đất nông nghiệp tư liệu ảnh vệ tinh LANDSAT phần mềm ArcGIS 27 2.4.1 Quy trình thành lập đồ biến động đất nông nghiệp 27 2.4.2 Ứng dụng phần mềm ERDAS xử lý ảnh