Nghiên cứu và phát triển phương pháp phân lớp lúa ở đồng bằng sông hồng sử dụng ảnh vệ tinh landsat 8 (tt)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN HOÀNG ANH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP LÚA Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÃ SỐ: LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BÙI QUANG HƯNG MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lúa nước trồng quan trọng toàn cầu, chiếm 11% diện tích đất trồng trọt tồn cầu (Maclean, Instutute et al.2002), cung cấp 481 triệu gạo năm toàn giới(FAOSTAST 2010) Đối với phân bố không gian ruộng lúa cần thiết để ước lượng gạo hàng năm sản xuất, sử dụng nước thủy lợi, tài nguyên nước quản lý sử dụng đất Việc điều tra nông sản chủ yếu dựa vào số liệu thống kê sở lấy mẫu hạn chế thực cấp sở cho phép ngoại suy để cung cấp(diện tích, suất, sản xuất) liệu huyện , tỉnh quy mô quốc gia(Sun, huang et al.2009) Mặc dù điều tra cung cấp ước tính thơng kê, liệu cung cấp thông tin kịp thời Trong trường hợp Việt Nam, số liệu lúa cung cấp hai nguồn: số liệu điều tra hàng năm từ quan thống kê(Tổng cục Thống kê- GSo) chi cục thống kê – DSO; liệu thống kê kiểm kê đất toàn quốc với chu kỳ năm năm lần( MPI 2004) Rất khó để có theo dõi lúa liên tục kịp thời, điều quan trọng việc nay, lý gạo ảnh hưởng đển quan trọng an ninh, lương thực, tài nguyên nước, thay đổi thường xuyên theo mùa không gian Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu phát triển thuật toán phân lớp lúa cho hình ảnh vệ tinh Landsat Đồng châu thổ Sơng Hồng Việt Nam Mục đích việc để xây dựng phân bố không gian vùng trồng lúa đồng sông Hồng thể khoảng thời gian năm 20132016 sử dụng phương pháp để kết hợp nguồn liệu viễn thám khác nhằm nâng cao độ xác việc chiết xuất lúa từ liệu Landsat PHẦN I, TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu viễn thám viễn thám môn khoa học nghiên cứu việc đo đạc, thu thập thông tin đối tượng, vật cách sử dụng thiết bị đo qua tác động cách gián tiếp (ví dụ qua bước sóng ánh sáng) với đối tượng nghiên cứu[7] Viễn thám khơng tìm hiểu bề mặt Trái Đất hay hành tinh mà cịn thăm dò lớp sâu bên hành tinh Trên Trái Đất, người ta sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay vệ tinh nhân tạo để thu phát ảnh viễn thám[7] Có hai loại viễn thám viễn thám thụ động viễn thám chủ động Các cảm biến thụ động thu nhận xạ tự nhiên phát phản xạ từ vật thể khu vực xung quanh Phản xạ ánh sáng mặt trời nguồn phổ biến mà cảm biến thụ động thu nhận Ví dụ, cảm biến viễn thám thụ động phim nhiếp ảnh hồng ngoại, thiết bị tích hợp sạt máy đo sóng radio Thu nhận liệu chủ động ghi nhận bước sóng điện từ nguồn chủ động phát ra, chúng đến đối tượng phản xạ lại sau cảm biến thu nhận tín hiệu RADAR LiDAR ví dụ cảm biến chủ động có thời gian trễ lúc phát thu nhận sóng điện từ q trình đo đạc để xác định vị trí, vận tốc phương hướng di chuyển đối tượng[7] • Cảm biến viễn thám: Cảm biến thiết bị tạo ảnh phân bố lượng phản xạ hay phát xạ vật thể từ mặt đất theo phần định quang phổ điện từ[7] Việc phân loại cảm biến dựa theo dãi sóng thu nhận, chức hoạt động, phân loại theo kết cấu • Cảm biến chia cảm biến chủ động cảm biến bị động Cảm biến bị động thu nhận xạ vật thể phản xạ phát xạ từ nguồn phát tự nhiên Mặt Trời Cảm biến chủ động lại thu lượng vật thể phản xạ từ nguồn cung cấp nhân tạo[1] 1.2 Phân loại ảnh viễn thám • Ảnh quang học: loại ảnh tạo việc thu nhận bước sóng ánh sáng nhìn thấy (bước sóng 0.4-0.76 micromet) • Ảnh hồng ngoại: loại ảnh tạo việc thu nhận bước sóng hồng ngoại phát từ vật thể (bước sóng 8-14 micromet) • Ảnh radar: loại ảnh tạo việc thu nhận bước sóng dãi sóng siêu cao tần (bước sóng lớn cm) • Ảnh thu sóng địa chấn loại ảnh viễn thám Ảnh viễn thám lưu theo kênh ảnh đơn (trắng đen) dạng số máy tính kênh ảnh tổ hợp (ảnh màu) in giấy, tùy theo mục đích người sử dụng.[7] 1.3 Đặt vấn đề xác định tốn Đồng sơng Hồng trải rộng từ vĩ độ 21°34´B (huyện Lập Thạch) tới vùng bãi bồi khoảng 19°5´B (huyện Kim Sơn), từ 105°17´Đ (huyện Ba Vì) đến 107°7´Đ (trên đảo Cát Bà) Tồn vùng có diện tích: 15.000 km², chiếm 4,6% diện tích nước Phía bắc đơng bắc Vùng Đơng Bắc (Việt Nam), phía tây tây nam vùng Tây Bắc, phía đơng vịnh Bắc Bộ phía nam vùng Bắc Trung Bộ Đồng thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, từ thềm phù sa cổ 10 - 15m xuống đến bãi bồi - 4m trung tâm bãi triều hàng ngày cịn ngập phục vụ mục đích cụ thể lớp thông tin lớp phủ mặt đất lớp PHẦN III: NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM PHÂN LỚP LÚA CHO ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 3.1 Khu vực nghiên cứu liệu ảnh vệ tinh 3.1.1: Đặc điểm tự nhiên đồng sơng Hồng Hình 3.1 Bản đồ vùng đồng sơng Hồng 3.1.2 Dữ liệu ảnh vệ tinh 3.2 Dữ liệu phụ trợ 3.2.1 Dữ liệu thống kê tình hình sản xuất lúa a,Vụ lúa đông xuân b, Vụ lúa mùa 3.2.2 Dữ liệu thống kê diện tích sản xuất lúa Diện tích sản xuất lúa đồng sơng Hồng thu thập từ nguồn 3.3 Thu thập liệu tiền xử lý liệu ảnh Landsat 3.3.1 Thu thập ảnh Landsat Hình 3.5 Dữ liệu giải nén cảnh ảnh 2014045-076 Landsat Hình 3.6 Footprint ảnh earthexplorer cung cấp Thống kê số lượng ảnh từ năm 2013-2016 STT Năm 2013 2014 2015 2016 Số lượng ảnh 61 91 93 92 Hình 3.7 3.3.2.Cắt ảnh Cắt ảnh landsat theo địa giới đồng sơng Hồng Hình 3.8 Ảnh LC81260452014172SC20170227074935 3.3.3 xử lý ảnh mặt nạ mây (CloudMask) Kết đánh giá: Hình ảnh 3.12: Ảnh LC81260452013105SC20170307115107 3.3.4 Ghép ảnh hồn thiện tiền xử lý Hình 3.13 : Hình footprint landsat ĐBSH b, tiến hành ghép ảnh 3.4 Phương thức phân loại lớp Lúa Kết : a ,Phân tích đặc tính sinh trưởng lúa Một đặc điểm vật lý dùng để phân biệt lúa vùng che phủ khác Hình Sự thay đổi số thực vật theo thời gian Trong ρnir, ρred, ρblue, ρswir số kênh cận hồng ngoại, kênh đỏ, kênh xanh dương kênh trung hồng ngoại b Mô tả thuật toán(Thuật toán ngưỡng) Thuật toán miêu tả vắn tắt qua sơ đồ khối sau: Hình Mơ tả thuật toán sử dụng ngưỡng sau: Phần IV:Tổng kết Tham khảo : [1]An assessment of the effectiveness of decision tree methods for land cover classification - Mahesh Pal, Paul M Mather [2]Mapping rice paddy extent and intensification in the Vietnamese Mekong River Delta with dense time stacks of landsat data –Caitlin Kontgis,Annemarie,Mutlu Ozdogan [3]Evolution of regional to global paddy rice mapping methods: A review – Jinwei Dong, xiangming Xiao [4]Nghiên cứu phương pháp sử dụng ảnh MODIS để phân lớp khu vực trồng lúa Đồng sông Hồng Nguyễn Xuân Đức, Lê Hồng Quang, Trần Lê Minh Nhật K58CA - Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Huete, A., et al, Overview of the radio metricand biophysical performance of the MODIS vegetation indices Remote Sensing of Environment (2002), 83, Elsevier-USA, pp 195– 213 [6] http://desktop.arcgis.com/en/arcmap [7] nghiên cứu giải đoán ảnh vệ tinh để lấy thông tin phù sa vùng đbscl- PGS.TS Lê Mạnh Hùng, TS Nguyễn Nghĩa Hùng [8] Kết nghiên cứu ứng dụng công nghệ gis công nghệ viễn xuất thám vào quản lúa vùng đồng sông cửu lý sản long- TSKH Nguyễn Đăng Vỹ [9] Ứng dụng liệu ảnh modis đa thời gian lập đồ diện tích trồng lúa tỉnh ninh bình - Lê Văn Dũng , Lê Phương Thảo -Khoa Công nghệ Thông tin, Học viện Nông nghiệp Việt Nam [10]Ứng dụng liệu viễn thám hồng ngoại nhiệt Landsat nghiên cứu độ ẩm đất sở số khô hạn nhiệt đột thực vật [11] https://vi.wikipedia.org/ [12]https://landsat.usgs.gov/using-usgs-landsat8-product [13] LANDSAT (L8) DATA USERS HANDBOOK- Department of the Interior U.S Geological Survey [14] http://www.gdal.org/gdal_tutorial.html ... PHẦN III: NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM PHÂN LỚP LÚA CHO ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 3.1 Khu vực nghiên cứu liệu ảnh vệ tinh 3.1.1: Đặc điểm tự nhiên đồng sơng Hồng Hình 3.1 Bản đồ vùng đồng sông Hồng 3.1.2... trung vào nghiên cứu phát triển thuật toán phân lớp lúa cho hình ảnh vệ tinh Landsat Đồng châu thổ Sơng Hồng Việt Nam Mục đích việc để xây dựng phân bố không gian vùng trồng lúa đồng sông Hồng. .. lượng ảnh 61 91 93 92 Hình 3.7 3.3.2.Cắt ảnh Cắt ảnh landsat theo địa giới đồng sông Hồng Hình 3 .8 Ảnh LC81260452014172SC20170227074935 3.3.3 xử lý ảnh mặt nạ mây (CloudMask) Kết đánh giá: Hình ảnh