ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để quy hoạch thị trấn bắc sơn huyện bắc sơn tỉnh lạng sơn”

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 tính cấp thiết đề tài Ngày kinh tế xã hội ngày phát triển việc xây dựng sở hạ tầng quy hoạch ô thị cách khoa học việc làm thiếu công tác quy hoạch ồng thời xếp bố trí đối tượng cho phù hợp cho phát triển kinh tế xã hội Công nghệ viễn thám , thành tựu khoa học kỹ thuật vũ trụ đạt đến trình độ cao trở thành kỹ thuật phổ biến , ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực , đặc biệt ứng dụng có hiệu công nghệ viễn thám vào điều tra , nghiên cứu , khai thác, sử dụng quản lý tài nguyên thiên công tác quy hoạch với khả cung cấp thông tin đa dạng cà cập nhật công nghệ viễn thám , khả tích hợp , phân tích thơng tin GIS kết hợp với phương pháp truyền thống việc nghiên cứu thành lập đồ quy hoạch đạt hiệu cao Bên cạnh việc tự phát xây dựng cơng trình người dân khơng theo quy hoạch ảnh hứng xấu tới mỹ quan đô thị phát triển kinh tế xã hội tương lai, xuất phát từ thực tiễn tơi định chọn đề tài :” ứng dụng công nghệ viễn thám GIS để quy hoạch thị trấn Bắc Sơn huyện Bắc Sơn tỉnh Lạng Sơn” 1.2 mục đích đề tài - tìm hiểu cơng nghệ viễn thám ứng dụng quy hoạch quản lý đô thị - thành lập đồ quy hoạch dựa công nghệ viễn thám kết hợp với phần mền hệ thống thông tin địa lý GIS Tổng Quan 2.1 công nghệ viễn thám 2.1.1 khái niệm chung công nghệ viễn thám Viễn thám (Remote senting) khoa học công nghệ mà nhờ tính chất vật thể quan sát xác định đo đạc phân tích mà khơng cần tiếp xúc trực tiếp với chúng hay hiểu đơn giản viễn thám thăm dò từ xa đối tượng mà khơng có tiếp xúc trực tiếp với đối tượng tượng Có nhiều định nghĩa viễn thám : Theo Ficher mà nnk 1976: viễn thám công nghệ , khoa học , nói nhiều vật khơng cần chạm vào vật Theo Flo sabin 1987 : phương pháp viễn thám phương pháp sử dụng lượng điện từ ánh sáng , nhiệt , sóng cực ngắn phương tiện đề điều tra đo đạc đặc tính đối tượng… Tuy nhiên , định nghĩa có nét chung mạnh viễn thám khoa học thu nhận từ xa thông tin đối tượng , tượng trêm trái đất Về chất viễn thám công nghệ nhằm xác định nhận biết đối tượng điều kiện môi trường thông qua đặc trưng riêng phản xạ xạ điện từ nhiên lượng từ trường ,trọng trường sử dụng Thiết bị dùng để cảm nhận són điện từ phản xạ hay xạ từ đối tượng gọi cảm phương tiện dùng để mang cảm gọi vật mang , vật mang khinh khí cầu, máy bay vệ tinh 2.1.2 nguyên lý viễn thám Viễn thám nghiên cứu đối tượng giải đốn tách lọc thơng tin giải đốn tư liệu ảnh hàng khơng ảnh vệ tinh dạng số liệu dạng ảnh chụp ảnh số thu nhận dựa việc ghi nhận lượng xạ sóng phản hồi phát xạ từ vật thể khảo sát Năng lượng phổ dạng sóng điện từ , nằm dải phổ khác nhau, cho thông tin vật thể từ nhiều góc độ góp phần giải đốn đối tượng cách xác Hình nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám Giải đốn, tách lọc thơng tin từ liệu ảnh viễn thám thực dựa cách tiếp cận khác nhau, kể đến là: - đa phổ : sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ dải phổ từ nhìn thấy đến cận hồng ngoại - đa nguồn liệu : liệu ảnh thu nhận từ nguồn khác độ cao khác , ảnh chụp mặt đất, chụp khinh khí cầu, chụp từ máy bay đến vệ tinh Hình nguồn liệu viễn thám - Đa thời gian : liệu ảnh thu nhận vào thời gian khác Đa độ phân giải: liệu ảnh có độ phân giải khác không gian , phổ thời - gian Đa phương pháp : phân tích ảnh phương pháp số mắt 2.1.3 phương pháp xử lý thông tin viễn thám a, khái niệm giải đoán ảnh viễn thám giải đốn ảnh viễn thám q trình chiết tách thơng tin định tính định lượng từ ảnh hình dạng , vị trí , cấu trúc , đặc điểm , chất lượng điều kiện mối qua hệ tương hỗ đối tượng dựa tri thức chuyên ngành kịnh nghiệm người giải đoán ảnh việc tách thơng tin viễn thám chia thành loại cụ thể: - Phân loại đa phổ : q trình tách gộp thơng tin dựa tính chất phổ, khơng - gian thời gian đối tượng Phát biến động: phát tách biến động dựa tư liệu ảnh đa thời - gian ( ví dụ : xác định biến động thổ nhưỡng) Chiết tách số : việc tính tốn số mới( ví dụ: số thực vật , số ô - nhiễm) Xác định đối tượng đặc biệt : xác định đặc tính tượng đặc biệt thiên tai, cháy rừng, đường đứt gãy, đặc điểm khảo cổ… b, giải đoán ảnh mắt phân tích ảnh mắt thực với tư liệu hình ảnh phân tích ảnh mắt có kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức chun mơn Của người phân tích để từ khái thác thơng tin có tư liệu ảnh Do kết giải đốn phụ thuộc nhiều vào khả người phân tích hạn chế giải đốn mắt khơng nhận biết hết đặc tính phổ đối tượng , nguyên nhân khả phân biệt khác biệt phổ cảu mắt người hạn chế tối đa 12-14 mức đoán đọc mắt sử dụng mắt thường có trợ giúp cỉa dụng cụ quang học học kính lúp Kính lập thể, máy tổng hợp màu… sở để đoán đọc chuẩn đoán đọc mẫu đoán đọc c, giải đoán công nghệ số xử lý ảnh số phương pháp phân tích tư liệu phổ dạng hình ảnh số dạng ảnh tương tự ưu điểm phương pháp phân tích tín hiệu phổ cách chi tiết (256 mức hơn) phương pháp với trợ giúp máy tính phần mềm chuyên dụng tách chi tiết nhiều thông tin phổ đối tượng , từ nhận biết đối tượng cách tự động.tuy nhiên q trình sử lý ảnh số cần có kết hợp nhần nhuyễn kiến thức chuyên môn với hiểu biết đối tượng người phân tích Bảng so sánh hai phương pháp giải đoán ảnh viễn thám Phương pháp Giải đoán mắt Ưu điểm sử dụng kinh nghiệm cảu người điều vẽ có sư hiểu biết ảnh phức hợp tốt - phân tích thơng tin phân bố khơng gian Giải đốn công Thời gian xử lý ngắn nghệ số Kết xử lý chuẩn hóa Chiết xuất đặc tính vật lý Năng suất cao , đo số đặc trưng tự nhiên 2.1.4 ứng dụng công nghệ viễn thám Nhược điểm tốn thời gian Địi hỏi người có hiểu biết kinh nghiệm để điều vẽ - Kết thu không đồng Rất khó ứng dụng kinh nghiệm người điều vẽ Chiết xuất thơng tin bối cảnh Kết phân tích thơng tin Khí tượng : dùng để dự báo thời tiết thiên tai liên quan đến biến đổi nhiệt bề • mặt đất Bản đồ : công cụ đắc lực phục vụ cho ngành đồ thành lập loại đồ • địa hình , đồ chuyên đề nhiều tỉ lệ Nông-lâm-nghiệp: theo dõi mức độ biến đổi thảm phủ thực vật độ che phủ • rừng Địa chất: phân tích cấu trúc địa chất mặt lịng • đất( vỏ trái đất) Mơi trường: giám sát biến động nhiễm rị gỉ dầu mặt ( thơng qua thị • thực vật) Quản lý thị: quản lý sở hạ tầng đô thị, theo dõi biến động thị, quy • hoạch thị, nghiên cứu tượng đảo nhiệt đô thị,… Y tế chăm sóc sức khỏe cộng đồng: theo dõi diến biến khí hậu, thời tiết • (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa,…), thay đổi chất lượng môi trường (không khí, nước, …)… qua đánh giá, dự báo tác động đến sức khỏe cộng đồng 2.2 hệ thống thông tin địa lý (GIS) 2.2.1 khái quát chung GIS a, định nghĩa GIS hệ thống thông tin địa lý (GIS) tập công cụ để thu thập , lưu tìm kiếm , biến đổi hiển thị liệu không gian từ giới thực nhằm phục vụ thực mục đích cụ thể hệ thống thể thể đối tượng từ giới thực thơng qua: - Vị trí địa lý đối tượng thông qua tọa độ Cá thuộc tính chúng mà khơng phụ thuộc vào vị trí Các mối quan hệ khơng gian đối tượng ( quan hệ topo) Có nhiều định nghĩa khác hệ thống thông tin địa lý Căn vào nguồn gốc đối tượng , mục tiêu, thành phần hệ thống hay phân tích khác mà có quan điểm khác để định nghĩa GIS Một số định nghĩa GIS: - Hệ thống thông tin địa lý hệ thống bao gồm phần mềm , phần cứng máy tính sở liệu đủ lớn , có chức thu thập , cập nhật , quản trị phân tích , biểu diễn liệu địa lý phục vụ giải lớp rộng lớn toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý bề mặt trái đất - Hệ thống thông tin địa lý tập hợp nguyên lý , trì chuyển đổi phân tích , mơ hình hóa , mơ , làm đồ tượng q trình phân bố khơng gian địa lý… Những khả phân biệt GIS với hệ thống thông tin địa lý khác khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng nhiều lĩnh vực khác ( phân tích điều kiện , dự đoán tác động hoạch định chiến lược ) GIS lưu giữ thông tin giới thực dạng tập hợp lớp chuyên đề liên kết với nhờ đặc điểm địa lý Hình đồ GIS tổng hợp nhiều thông tin khác Tùy theo chức năng, nhiệm vụ hệ thống thông tin địa lý mà có nhiều định nghĩa khác GIS : định nghĩa theo chức định nghĩa GIS tập hợp thuật toán , định nghĩa theo mơ hình cấu trúc liệu nhiên khái niệm GIS dựa yếu tố quan trọng liệu đầu vào , hệ thống vi tính số kỹ thuật cao có khả phân tích số liệu khơng gian b, thành phần GIS hệ thống thơng tin địa lý kết hợp thành phần là: - Phần cứng Phần mềm Dữ liệu Người sử dụng Phương pháp * phần cứng : Phần cứng hệ thống GIS gồm máy tính , cấu hình mạng cơng việc máy tính , thiết bị ngoại vi nhập xuất liệu lưu trữ liệu ngày , phần mềm GIS có khả chạy nhiều dạng phần cứng , từ máy chủ trung tâm đến máy trạm hoạt động độc lập liên kết mạng * phầm mềm Phần mềm GIS cung cấp chứng công cụ cần thiết để lưu giữ phân tích hiển thị thơng tin địa lý thành phần phân mềm GIS là: công cụ nhập thao tác thông tin địa lý ; hệ quản trị sở liệu ; công cụ hỗ trợ hỏi đáp , phân tích hiển thị địa lý ; giao diện đồ họa người – máy để truy cập cơng cụ dễ dàng * liệu Có thể coi thành phần quan trọng hệ GIS liệu liệu địa lý liệu thuộc tính liên quan người sử dụng tự tập hợp mua từ nhà cung cấp liệu thương mại hệ GIS kết hợp liệu không gian với nguồn liệu khác, chí sử dụng DBMS để tổ chức lưu trữ quản lý liệu * người sử dụng Công nghệ GIS bị hạn chế người tham gia quản lý hệ thống phát triển ứng dụng GIS thực người sử dụng GIS la chuyên gia kỹ thuật , người thiết kế trì hệ thống người dùng GIS để giải đề công việc * phương pháp : Mỗi dự án GIS thành công quản lý tốt người sử dụng hệ thống phải có kỹ tốt , nghĩa phải có phối hợp tốt cơng tác quản lý công nghệ GIS 10 2.2.2 ứng dụng tiêu biểu GIS a Ứng dụng GIS quy hoạch sử dụng đất: Một ứng dụng quan trọng GIS sản xuất nông lâm nghiệp quy hoạch sử dụng đất Ứng dụng GIS quy hoạch sử dụng đất đai tuỳ thuộc vào quy mô mức độ khác Có mức độ phân tích: khái quát (Mega), khái quát (Macro), trung bình (Meso) chi tiết (Micro); mức độ phân tích hệ thống GIS vào quy mơ diện tích vùng nghiên cứu Khi phân tích thơng tin từ mức Mega đến mức Micro, số lượng thông tin đưa vào xử lý lớn Khả tổng hợp phân tích sâu thơng tin vùng lãnh thổ nhỏ ngược lại, khái quát mức cao cho vùng rộng lớn ưu điểm GIS Bằng ứng dụng GIS, quy hoạch sử dụng đất đai vùng lãnh thổ lớn hay việc xây dựng dự án phát triển sản xuất nông lâm nghiệp khu vực nhỏ cung cấp khối lượng thơng tin tồn diện - tổng hợp kịp thời theo yêu cầu; từ sở liệu cung cấp việc hoạch định bước cụ thể cần thiết (như điều tra bổ sung, thu thập mẫu…) nhanh chóng xác định Một điều quan trọng GIS so với đồ GIS thể lớp đồ vùng nghiên cứu Khơng bề mặt mà cịn cho thấy tầng đá gốc, loại đất, thảm thực vật nhiều vấn đề khác Nó hữu ích nghiên cứu vùng đất cho sản xuất nông lâm nghiệp, đỡ tốn tiền của nơng dân, thay phải làm thí nghiệm đất tất số liệu cấu trúc đất bên lưu trữ máy tính 11 b, Ứng dụng quy hoạch quản lý sản xuất: GIS sử dụng để dự đoán vụ mùa cho trồng Nó dự đốn cách khơng xem xét khí hậu vùng mà cịn cách theo dõi sinh trưởng phát triển trồng, dự đốn thành cơng mùa vụ GIS giúp tìm thể thay đổi trồng giai đoạn sinh trưởng phát triển Với tính ưu việt công nghệ GIS viễn thám, ngành lâm nghiệp ứng dụng công tác quy hoạch phát triển rừng, phục vụ công tác thiết kế, khai thác trồng rừng Ngồi người ta cịn sử dụng GIS việc theo dõi, đánh giá diễn biến tài nguyên rừng, xác định vùng thích nghi cho lâm nghiệp C, Ứng dụng GIS quản lý bảo vệ thực vật: Việc kết hợp ứng dụng viễn thám với GIS cung cấp cách nhanh chóng, xác đồ cỏ dại thời kỳ Điều quan trọng nhà nông học Họ sử dụng thơng tin thu thập để ngăn ngừa lan tràn lồi cỏ dại phá hoại mùa màng Cỏ dại khơng phải vấn đề GIS giải quyết, thực tế GIS giải nhiều vấn đề khác Nó hữu ích biện pháp phịng ngừa tích cực Nếu loại động vật hay côn trùng phá hoại đồng ruộng, với GIS bị theo dõi tìm dấu vết d Ứng dụng cơng tác phịng chống cháy bảo vệ rừng: Công nghệ GIS ứng dụng để: cảnh báo cháy rừng; phân vùng trọng điểm cháy rừng; ứng dụng ảnh viễn thám MODIS để phát sớm cháy rừng sử dụng công nghệ GIS để tơ mầu khu vực rừng có cấp cảnh báo khác cập nhật hàng ngày thơng số khí tượng: Nhiệt độ, độ ẩm khơng khí lượng mưa từ 100 trạm khí tượng tồn quốc GIS theo dõi diễn biến rừng đất lâm nghiệp nắm vững diện tích loại rừng, đất lâm nghiệp có phân chia theo chức sử dụng rừng loại chủ quản lý; lập đồ trạng rừng cấp xã tỷ lệ 1/25.000 hay 1/10.000 nhằm giúp hoạch định sách lâm nghiệp địa phương trung ương phục công tác bảo vệ phát triển rừng e, GIS cơng tác quản lý hoạch định sách: GIS sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hiệu cho nhà hoạch định sách Các quan phủ dùng GIS quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, hoạt động quy hoạch, mơ hình hố quan trắc 12 Trung tâm tích hợp liệu, quản lý sở liệu GIS tích hợp vào khơng gian sở liệu chuyên ngành khác nơi cung cấp thông tin tổng hợp phục vụ nhà hoạch định sách ĐỐI TƯỢNG ĐỊA ĐIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1.1 đối tượng nghiên cứu nghiên cứu Nghiên cứu đề lý luận thực tiễn ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với GIS để thành lập đồ quy hoạch , đối tượng nghiên cứu địa bàn thị trấn văn quan 3.1.2 phạm vi nghiên cứu Do hạn chế thời gian kinh phí nên đề tài giới hạn tập trung nghiên cứu địa bàn huyện 3.2 phương pháp nghiên cứu a, phương pháp điều tra thu thập số liệu sơ cấp b phương pháp thống kê xử lý số liệu phương pháp sử dụng cá phần mềm , thuật toán để thu số liệu phục vụ cho đề tài nghiên cứu c phương pháp điều tra , khảo sát thực tế sở phương pháp tiến hành thực địa nhằm kiểm tra lại thông tin - Khảo sát thực địa: vạch tuyến khảo sát chọn ô khảo sát Ghi chép phiếu mô - tả lại ô khảo sát , chụp ảnh thực địa , xác định tọa độ GPS Phỏng trực tiếp cán địa cấp huyện cấp xã vùng nghiên cứu d phương pháp minh họa đồ phương pháp nhằm thể thông tin , số liệu điều tra trình nghiên cứu đồ thích hợp KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 điều kiện tự nhiên- kinh tế xã hội 4.1.1 điều kiện tự nhiên a vị trí địa lý Huyện Bắc sơn nằm phía Tây Nam tỉnh Lạng Sơn, có vị trí toạ độ địa lý: Từ 21040’5” đến 21057’48” vĩ độ Bắc từ 10605’33,8” đến 10602524”’ kinh độ Đơng, Tổng diện tích đất tự nhiên có: 69.942,56 ha, gồm 19 xã thị trấn, Trụ sở UBND huyện đặt trung tâm huyện, cách thành phố Lạng Sơn 85 km theo quốc lộ 1B 13 cách thành phố Thái Nguyên 75 km phía Tây Nam, Vị trí tiếp giáp huyện sau: - Phía Đơng giáp huyện Văn Quan; - Phía Tây giáp huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên; - Phía Bắc giáp huyện Bình Gia; - Phía Nam giáp huyện Hữu Lũng b.Địa hình,địa mạo Địa hình Bắc Sơn phức tạp có nhiều núi đá thuộc khối núi Bắc Sơn, địa hình chủ yếu kiểu cácxtơ (karst), núi đá vơi, xen núi đất cánh đồng cacxtơ hình lịng chảo Tạo thành vịng cung dốc nghiêng phía Tây Nam Các khối núi đá vôi cấu tạo chủ yếu đá vôi cácbon Pecmi, có nơi đá vơi bị xói mịn đến tận gốc, để lộ đá phiến Đêvơn ngồi rìa chủ yếu đá phiến phun trào Triat Theo đặc điểm địa hình, địa mạo tồn huyện chia thành loại sau: Kiểu địa hình núi đá vơi (karst) Địa hình núi đá vơi bị chia cắt mạnh, với vách đá dựng đứng, xếp lớp, đỉnh lởm chởm, thường kèm theo trình karst hồ tan ngưng đọng carbonat hình thành nên nhũ đá, măng đá, nấm đá, chuông đá, cột đá đa dạng, phức tạp, đẹp kỳ diệu hang động Nhiều nơi đá bị mài mòn tạo nên cổng trời, rừng đá, cầu đá, giếng đá kỳ thú, đỉnh núi cao điển hình 400-500 m tạo thành dải gần liên tục Dạng địa hình, địa mạo núi cao trung bình Dạng địa hình phân bố phía Tây Bắc huyện Bắc Sơn, độ cao trung bình từ 400-700 m đỉnh cao đỉnh Khau Kiêng cao 1.107m Dạng địa hình có độ dốc lớn, mức độ chia cắt mạnh Dạng địa hình Thung lũng kiến tạo - xâm thực Kiểu địa hình chiếm diện tích nhỏ có nhiều thuận lợi cho khai thác nơng nghiệp, Xen dãy đồi núi dải đất thấp phẳng trồng lúa, màu tốt Tuy nhiên, chênh lệch độ cao tương đối, chế độ nước bậc địa hình khác dẫn đến phương thức sử dụng khác tạo nên đa 14 dạng sử dụng đất với nhiều loại trồng lúa, ngô, khoai, rau màu vườn ăn c.Khí hậu: Đặc điểm khí hậu Bắc Sơn nằm vùng có mùa đơng lạnh khô nước ta, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ gió mùa Đơng Bắc Khí hậu phân mùa rõ rệt, mùa khác nhiệt độ phân bố không đồng phức tạp địa hình miền núi biến tính nhanh chóng khơng khí lạnh q trình di chuyển vùng nội chí tuyến gây nên chênh lệch đáng kể chế độ nhiệt tiểu vùng - Nhiệt độ: Về bản, khí hậu Bắc Sơn khí hậu nhiệt đới với tổng nhiệt độ năm >75600C, số nắng 1400-1450 giờ, xạ tổng cộng 110-120kcal/cm 2/năm, nhiệt độ TB năm 210C, thấp nơi khác miền Bắc, Nhưng nhiệt độ cao tuyệt đối lên 37,30C nhiệt độ thấp tuyệt đối xuống -1,4 0C, Chế độ nhiệt phân hố thành mùa: mùa đơng đến sớm nơi khác miền Bắc từ nửa tháng đến tháng kéo dài 5-6 tháng Mùa đông lạnh nước chịu ảnh hưởng mạnh mẽ gió mùa Đơng Bắc với tần suất 20- 22 lần tràn sang năm Nhiệt độ mùa đông thấp nơi khác từ 1-3 0C, nhiều ngày nhiệt độ