Ứng dụng viễn thám và GIS phân tích tương quan giữa nhiệt độ bề mặt đệm với hiện trạng sử dụng đất của thành phố tam kỳ tỉnh quảng nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA ĐỊA LÝ NGUYỄN THỊ THU THỦY ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN GIỮA NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐỆM VỚI HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT CỦA THÀNH PHỐ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA ĐỊA LÝ

NGUYỄN THỊ THU THỦY

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN GIỮA NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐỆM VỚI HIỆN TRẠNG

SỬ DỤNG ĐẤT CỦA THÀNH PHỐ TAM KỲ, TỈNH

QUẢNG NAM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐÀ NẴNG - 4/2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ThS Lê Ngọc Hành Nguyễn Thị Thu Thủy

ĐÀ NẴNG – 4/2018

Nhân dịp này em xin gửi đến thầy giáo Thạc Sĩ Lê Ngọc Hành - người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn em thực hiện đề tài này và các thầy cô trong khoa lòng biết ơn và lời cảm ơn sâu sắc nhất

Xin được gửi lời cám ơn gia đình, bạn bè và những đồng nghiệp đã động viên, giúp

đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2018 Tác giả khóa luận

MỤC LỤC

Trang

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.LÝDOCHONĐỀTÀI 1

2.MỤCTIÊUVÀNHIỆMVỤCỦAĐỀTÀI 1

2.1 Mục tiêu của đề tài 1

2.2 Nhiệm vụ của đề tài 1

3.ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4.NỘIDUNGNGHIÊNCỨU 2

5.LỊCHSỬNGHIÊNCỨU 2

6.PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 3

6.1 Phương pháp thu thập số liệu 3

6.2 Phương pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu 4

6.3 Phương pháp bản đồ và GIS và viễn thám 4

6.4 Phương pháp thực địa 4

7.ÝNGHĨAKHOAHỌCVÀTHỰCTIỄNCỦAĐỀTÀI 4

7.1 Ý nghĩa khoa học 4

7.2 Ý nghĩa thực tiễn 5

B PHẦN NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1.NGHIÊNCỨUNHIỆTĐỘBỀMẶTBẰNGẢNHVỆTINH 6

1.1.1 Nghiên cứu độ phát xạ 6

1.1.2 Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt 6

1.2 CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG SỬ DỤNGĐẤT 9

1.2.1 Hệ thống thông tin địa lý – GIS 9

1.2.2 Công nghệ viễn thám 16

1.2.3 Đặc trưng phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên 18

1.2.4 Mối quan hệ giữa việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất với phương pháp viễn thám 20

1.3.NGHIÊNCỨUTƯƠNGQUANGIỮAHIỆNTRẠNGSỬDỤNGĐẤTVÀNHIỆTĐỘ BỀMẶT 21

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU 23

2.1.KHÁIQUÁTVỀ ĐIỀUKIỆNTỰNHIÊN VÀKINHTẾXÃ HỘICỦA THÀNH

PHỐTAMKỲ 23

2.1.1 Vị trí địa lý 23

2.1.2 Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên thành phố Tam Kỳ 25

2.1.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội 28

2.1.4 Đặc trưng của đô thị 31

2.2 TỔNG QUAN VỀ DỮ LIỆU VÀ QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNGSỬDỤNGĐẤT 32

2.2.1 Tổng quan về dữ liệu nghiên cứu 32

2.2.2 Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 33

2.3.XÂYDỰNG BẢNĐỒ HIỆN TRẠNGSỬDỤNG ĐẤTTHÀNHPHỐ TAMKỲ NĂM2015 34

2.3.1 Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 34

2.3.2 Thành lập bản đồ bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của thành phố Tam Kỳ 44

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA NHIỆT ĐỘ VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT CỦA THÀNH PHỐ TAM KỲ 46

3.1 XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ THÀNH PHỐ TAM KỲ TẠI MỘT THỜI ĐIỂMNĂM2015 47

3.1.1 Quy trình thành lập bản đồ nhiệt độ bề mặt 47

3.1.2 Thành lập bản đồ bản đồ nhiệt độ bề mặt tại một thời điểm ở thành phố Tam Kỳ 50

3.2 PHÂN TÍCH MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA NHIỆT ĐỘ VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNGĐẤTCỦATHÀNHPHỐTAMKỲ 51

3.2.1 Thành lập bản đồ tác động của bề mặt đệm đến thay đổi nhiệt độ thành phố Tam Kỳ 51

3.2.2 Phân tích tác động của bề mặt đệm đến thay đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng 53

3.2.3 Đánh giá chung về tác động của biến động sử dụng đất đến thay đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng 53

3.3.ĐỀXUẤTMỘTSỐGIẢIPHÁPHẠNCHẾVÀTHÍCHỨNG 55

3.3.1 Cơ sở của việc đề xuất 55

3.3.2 Những giải pháp thích ứng với nhiệt độ tăng vào công tác quy hoạch đô thị 56

C KẾT LUẬN 58

D TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: So sánh 2 mô hình Raster và Vector 12

Bảng 2.1: Dân số thành số Tam Kỳ từ giai đoạn 2007-2011 (nghìn người) 29

Bảng 2.2: Hiện trạng phân bố dân cư theo đơn vị hành chính 29

Bảng 2.3: Hiện trạng lao động nội thị 30

Bảng 2.4: Dấu hiệu nhận biết các đối tượng 38

Bảng 3.1: Các hệ số chuyển đổi đơn vị của dữ liệu Landsat ETM+ 48

Bảng 3.2: Kịch bản thay đổi nhiệt độ chung cho khu vực Nam Trung Bộ Việt Nam 55

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.5: Các thành phần của GIS 10

Hình 1.6: Mô hình dữ liệu raster 12

Hình 1.7: Mô hình dữ liệu vector 13

Hình 1.8: So sánh 2 mô hình Raster và Vector 14

Hình 1.9: Đặc điểm phổ phản xạ của các nhóm đối tượng tự nhiên chính 19

Hình 1.10: Bản đồ hành chính thành phố Tam Kỳ 24

Hình 2.1: Bản đồ độ cao thành phố Tam Kỳ - Quảng Nam 26

Hình 2.2: Các kênh ảnh viễn thám 34

Hình 2.3: Ghép các kênh ảnh 34

Hình 2.4: Hiệu chỉnh các thuộc tính của ảnh Landsat 34

Hình 2.5: Mở ảnh vector khu vực nghiên cứu 35

Hình 2.6: Cắt ảnh theo khung 35

Hình 2.7: Cắt ảnh theo ranh giới 36

Hình 2.8: Tăng cường chất lượng hình ảnh 36

Hình 2.9: Phân loại Maximum Likelihood 40

Hình 2.10: Ảnh sau khi phân loại 40

Hình 2.11: Phân tích sau phân loại 42

Hình 2.12:Chỉ số Kappa của kết quả phân loại theo mẫu giải đoán năm 2015 44

Hình 2.13 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Tam Kỳ năm 2015 45

Hình 3.1: Quy trình thành lập bản đồ nhiệt độ thành phố Tam Kỳ 47

Hình 3.2 Bản đồ nhiệt độ thành phố Tam Kỳ lúc 10h ngày 1/5/2015 50

Hình 3.3: Thành lập bản đồ tác động của BĐSDĐ đến thay đổi nhiệt độ 51

Hình 3.4 Bản đồ tương quan giữa hiện trạng sử dụng đất và nhiệt độ của thành phố

Hình 3.5: Biểu đồ tác động của hiện trạng sử dụng đất đến thay đổi nhiệt độ giai đoạn

2015 tại thành phố Tam Kỳ 53

Hình 3.6: Biểu đồ thay đổi nhiệt độ theo đơn vị hành chính 54

PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, biến đổi khí hậu đang làm thay đổi mọi nơi trên Trái Đất, đặt biệt là sự nóng lên toàn cầu Mối quan ngại này đã được đặt lên bàn nghị sự của mỗi quốc gia, được nhiều nhà khoa học quan tâm, ra sức nghiên cứu Trong đó nhiệt độ bề mặt đất là một thông số quan trọng trong việc nghiên cứu hiện trạng môi trường

Thành phố Tam Kỳ là trung tâm hành chính của tỉnh Quảng Nam Với nhiều tiềm năng và lợi thế về nguồn lực tài nguyên và con người để phát triển kinh tế, Với quá trình toàn cầu hóa diễn ra mạnh mẽ thì thành phố Tam Kỳ không là ngoại lệ khi phải đối mặt các tác động về tăng dân số, công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng Nguyên nhân này đã làm cho nhiệt độ bề mặt của địa bàn thành phố ngày một tăng lên Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thám, việc sử dụng ảnh vệ tinh ngày càng đa dạng, cũng có nhiều thông tin mà trước kia không thể có và được xem là công

cụ mạnh mẽ trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên, đánh giá biến động, trính xuất các dữ liệu trên ảnh vệ tinh nhanh chóng và chính xác khiến viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Với khả năng cung cấp thông tin đa thời gian, nhanh chóng, chính xác của ảnh vệ tinh cùng với công cụ xử lý năng động nên tôi đã lựa chọn viễn thám để phân tích sự biến đổi bề mặt nhiệt độ thành phố Tam Kỳ

Vì vậy việc nghiên cứu đề tài “Ứng dụng viễn thám và GIS phân tích tương quan giữa nhiệt độ bề mặt đệm với hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ - Tỉnh Quảng Nam” là việc làm thiết thực và cấp bách

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

2.1 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu, đánh giá mối tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất bằng công nghệ viễn thám và GIS ở thành phố Tam Kỳ, phục vụ quy hoạch đô thị trong thời gian đến

2.2 Nhiệm vụ của đề tài

- Khái quát những cơ sở lý luận liên quan đến đề tài

- Tìm hiểu về điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của thành phố Tam Kỳ

- Tìm hiểu về công nghệ GIS và viễn thám

- Xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt và bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Tam

- Đánh giá tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam

Kỳ

- Đề xuất các giải pháp hạn chế và thích ứng

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu những vấn đề về lý luận và thực tiễn về mối tương quan giữa nhiệt độ

và hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ Đối tượng nghiên cứu cụ thể của đề tài là nhiệt độ không khí và toàn bộ diện tích đất liền (trừ đất sông suối, mặt nước) trên địa bàn thành phố

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Tam Kỳ

- Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ năm 2015

- Thành lập bản đồ nhiệt độ thành phố Tam Kỳ tại một thời điểm năm 2015

- Đánh giá mối tương quan giữa nhiệt độ và lớp phủ bề mặt của thành phố Tam Kỳ

- Đề xuất một số giải pháp thích ứng

5 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Vấn đề tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới, có thể đề cập đến các nghiên cứu sau:

Javed Mallick, Yogesh Kant và B.D.Bharath (2008) đã sử dụng ảnh Landsat ETM+

để ước tính nhiệt độ bề mặt đất của thành phố Delhi Kết quả cho thấy sự thay đổi nhiệt độ bề mặt (LST) liên quan chặt chẽ đến các loại che phủ đất khác nhau Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt có thể ước tính được nếu tính được giá trị NDVI Tương quan mạnh mẽ giữa nhiệt độ bề mặt với NDVI được quan sát thấy trên thảm thực vật dày đặc, thảm thực vật thưa thớt và đất trồng trọt nông nghiệp

Các tác giả Enric Valor và Vicente Caselles (1996) nghiên cứu phát xạ bề mặt từ chỉ

số NDVI: Ứng dụng cho châu Âu, châu Phi và khu vực Nam Mỹ Kết quả cho thấy giữa giá trị phát xạ và chỉ số NDVI có quan hệ rất mật thiết với nhau và đã đề xuất mô

hình lý thuyết để tính giá trị phát xạ Việc tính toán này dựa trên những bề mặt đệm có tính chất đồng nhất

Vấn đề nghiên cứu tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất ở Việt Nam cũng đã có vài nghiên cứu điển hình trong lĩnh vực này ở nước ta, có thể kể đến như:

- Trần Thị Ân, Nguyễn Thị Diệu và Trương Phước Minh (2011) đã sử dụng ảnh Landsat ETM+ để thành lập nhiệt độ bề mặt TP Đà Nẵng Giá trị phát xạ được sử dụng trong đề tài là giá trị chung của toàn bộ mặt đệm [1]

- Lê Văn Trung và Nguyễn Thanh Minh (2004) đã sử dụng hai thuật toán: thuật toán kênh tham chiếu (Reference Channel Method, REF) và thuật toán chuẩn hóa giá trị phát xạ (Emissivity Normalization Method, NOR) để tính toán nhiệt độ bề mặt của khu vực thành phố Hồ Chí Minh Kết quả đề tài đã thành lập được bản đồ giá trị nhiệt

bề mặt (LST) khu vực nghiên cứu theo phương pháp REF và NOR Đề tài cũng đã so sánh sự khác nhau giữa hai thuật toán và nhóm tác giả đưa đến kết luận thuật toán NOR có tính hợp lý hơn so với thuật toán REF nếu giả thiết hằng số trị phát xạ tại vị trí của các pixel [9]

- Nhóm tác giả Trần Thị Vân, Hoàng Thái Lan và Lê Văn Trung (2009) đã trình bày kết quả nghiên cứu xác định nhiệt độ bề mặt cho đô thị thành phố Hồ Chí Minh, có tính đến việc hiệu chỉnh kết quả tính toán thông qua việc xác định ĐPX bề mặt từ phương pháp NDVI Nghiên cứu đã thử nghiệm thực hiện trên 2 dòng ảnh vệ tinh Landsat và ASTER có các kênh hồng ngoại nhiệt với độ phân giải không gian trung bình, thích hợp cho các nghiên cứu về các quá trình nhiệt ở các khu đô thị Kết quả tính toán được đối sánh với số liệu đo thực tế của 10 điểm quan trắc nhiệt độ và phân tích sai số theo nhiều phương pháp khác nhau để chứng minh tính ưu việt của phương pháp trong điều kiện thực tế của khu vực nghiên cứu nói riêng cũng như của Việt Nam nói chung

- Theo Trần Thị Vân (2006), phản hồi năng lượng nhiệt của các loại mặt đệm có sự khác nhau Nhiệt độ bề mặt đất được chiết tách từ kênh nhiệt 6 của Landsat ETM+ Phân tích từ ảnh cho biết các khu vực công nghiệp, dân cư là những nơi có nhiệt độ bề mặt cao nhất so với những nơi có thực vật và mặt nước thể hiện nhiệt độ thấp hơn

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

6.1 Phương pháp thu thập số liệu

Là phương pháp thu thập tất cả những số liệu, thông tin có liên quan đến đề tài, sau

đó sẽ tiến hành tiến hành xử lý, đánh giá các số liệu, thông tin thu thập được Mục đích

khác những thông tin qua các kênh thông tin, đặc biệt là internet, sách báo Đề tài đã thu thập những số liệu sau:

- Số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của TP Tam Kỳ: Thu thập các số liệu

về điều kiện tự nhiên (địa hình, khí hậu, thủy văn, thổ nhưỡng,…), tình hình sử dụng đất, thu thập tình hình kinh tế - xã hội (dân số, lao động,…) Các tài liệu này thu thập, thông kê qua các báo cáo của UBND TP Tam Kỳ

- Tư liệu ảnh viễn thám: Đề tài đã sử dụng các ảnh Landsat OLI and TIRs để nghiên cứu mối tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất ở TP Tam Kỳ

6.2 Phương pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu

Với các số liệu thu thập được cần phải tổng hợp, xử lý và phân tích để nghiên cứu

đề tài Xử lý và phân tích số liệu hay dữ liệu là một trong các bước cơ bản của một nghiên cứu Bản thân số liệu chỉ là các số liệu thô, qua xử lý, phân tích trở thành thông tin và sau đó trở thành tri thức

Xử lý và phân tích số liệu bao gồm xác định vấn đề nghiên cứu; thu thập số liệu; xử lý số liệu; phân tích số liệu và báo cáo kết quả Để có cơ sở phân tích số liệu tốt thì trong quá trình thu thập số liệu phải xác định trước các yêu cầu của phân tích để có thể thu thập đủ và đúng số liệu như mong muốn của đề tài hướng đến

6.3 Phương pháp bản đồ và GIS và viễn thám

Từ các số liệu, ảnh vệ tinh và bản đồ thu thập được trong quá trình nghiên cứu Với

sự hỗ trợ của các phần mềm viễn thám (ENVI) và GIS (ArcGIS) để xử lý và thiết lập các bản đồ thành phần Từ đó thành lập bản đồ tương quan giữa nhiệt độ và bề mặt đệm của thành phố Tam Kỳ Đây chính là phương pháp chủ đạo của đề tài

6.4 Phương pháp thực địa

Khảo sát thực địa là phương pháp tốt nhất để kiểm chứng độ chính xác của các tài liệu, số liệu thu thập được Đồng thời phương pháp này giúp thu thập các thông tin bổ sung cần thiết cho đề tài mà phương pháp thu thập chưa đạt yêu cầu

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã đi lấy mẫu viễn thám phục vụ cho quá trình giải đoán ảnh ở thành phố Tam Kỳ

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

7.1 Ý nghĩa khoa học

- Tạo cơ sở khoa học về việc ứng dụng viễn thám kết hợp với GIS trong hỗ trợ quan trắc, đánh giá các yếu tố khí tượng và môi trường đất

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần khẳng định việc nghiên cứu tương quan giữa nhiệt độ và lớp phủ bề mặt dưới sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS là rất hiệu quả và cần thiết trong giai đoạn quy hoạch thích ứng với biến đổi khí hậu hiện nay

B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 NGHIÊN CỨU NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BẰNG ẢNH VỆ TINH

Mỗi một vật thể sẽ phát ra bức xạ riêng tùy theo khả năng hấp thụ của nó, do đó giá trị độ phát xạ của vật thể khác nhau sẽ khác nhau Tuy nhiên, trên ảnh vệ tinh đối tượng bề mặt đất được cảm nhận theo từng pixel có kích thước liên quan đến độ phân giải ảnh Vì vậy, trong một pixel ảnh thường là hỗn hợp của hai hoặc vài đối tượng bên trong, và lúc đó giá trị độ phát xạ sẽ là hỗn hợp của các đối tượng này hợp lại

1.1.2 Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt

Nhiệt độ bề mặt đất được coi là nhiệt độ của lớp nằm giữa bề mặt đất và khí quyển, được duy trì bởi thành phần đến của bức xạ Mặt trời, bức xạ sóng dài, thành phần thoát

đi của bức xạ hồng ngoại từ mặt đất, thông lượng nhiệt hiện và nhiệt ẩn, thông lượng nhiệt đi vào mặt đất Nhiệt độ bề mặt đất là một trong các chỉ số vật lý về quá trình cân bằng năng lượng trên bề mặt trái đất, là yếu tố cơ bản quyết định các hiện tượng nhiệt trên mặt đất…

Nhiệt độ bề mặt đất còn là một chỉ thị quan trọng của sự cân bằng năng lượng trên

bề mặt Trái đất cũng như của hiệu ứng nhà kính Ở vĩ độ trung bình đến vĩ độ cao, nhiệt độ bề mặt đất có thể thay đổi quanh năm Độ cao cũng đóng một vai trò rõ ràng trong nhiệt độ, như khu vực đồi núi luôn mát hơn các khu vực khác dù ở cũng vĩ độ Nhiệt độ bề mặt đất có mối liên hệ chặt chẽ với các quá trình biến đổi của môi trường đất, là yếu tố môi trường quan trọng tác động tới các hoạt động sống của sinh vật Do

độ nhạy của nhiệt độ bề mặt đất với độ ẩm đất và lớp phủ thực vật, nên nó còn là thành

phần quan trọng trong rất nhiều ứng dụng nghiên cứu về khí tượng, thuỷ văn, sinh thái học và sinh địa hoá

Nhiệt độ bề mặt đất khác với nhiệt độ không khí, vì bề mặt đất nóng và lạnh nhanh hơn không khí Mặc dù vậy vẫn có mối quan hệ chặt chẽ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ bề mặt đất Nhiệt độ không khí thường không biến đổi theo không gian như nhiệt độ bề mặt đất nên có thể đo được dễ dàng hơn, điều này rất cần thiết trong việc nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ không khí và dữ liệu nhiệt độ bề mặt đất thu nhận được từ ảnh vệ tinh Nhiệt độ bề mặt đất được tính toán trên cơ sở phát xạ của các đối tượng bề mặt (cây cối, đất đai, nhà cửa, …) quan sát bởi bộ cảm tại các góc nhìn tức thời và năng lượng điện từ đo được trên băng nhiệt hồng ngoại của các bộ cảm đặt trên vệ tinh Nhiệt độ bề mặt đất được tính toán để hỗ trợ các nghiên cứu về thay đổi bề mặt đất như quá trình đô thị hóa, sa mạc hóa, theo dõi hỏa hoạn và các đám cháy rừng, nghiên cứu lớp phủ bề mặt,…

Hiện nay, rất nhiều ảnh viễn thám có kênh nhiệt Chúng có độ phân giải từ thấp đến trung bình Các ảnh có độ phân giải thấp khoảng 1km thường được sử dụng cho mục đích nghiên cứu ở mức vĩ mô như quốc gia hay toàn cầu Các ảnh có kênh nhiệt ở độ phân giải trung bình như ASTER và Landsat thường được sử dụng để nghiên cứu ở những khu vực có diện tích nhỏ hơn như tỉnh hay huyện

Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng kênh nhiệt từ ảnh Landsat để tính nhiệt độ bề mặt TP Tam Kỳ

1.1.2.1 Cân bằng nhiệt của mặt đất

Cân bằng nhiệt của mặt đất được định nghĩa là hiệu số giữa phần năng lượng nhận được và mất đi của mặt đất Nếu cân bằng nhiệt có giá trị dương, mặt đất nóng lên, còn nếu có giá trị âm thì mặt đất sẽ bị lạnh đi Để hiểu được nguyên nhân của sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đất, cần phải xem xét quá trình thu – nhận năng lượng của bề mặt đất Phương trình cân bằng nhiệt mặt đất được viết dưới dạng [3]:

B’ = B – LE + V + P,(1.1)

trong đó:

B: Bức xạ thuần (net radiation)

L: Tiềm nhiệt bốc hơi (latent heat)

E: Lượng nước bốc hơi (evaporation)

V: Lượng nhiệt trao đổi với khí quyển (sensible heat) P: Lượng nhiệt trao đổi với

Ban ngày: B>0; LE, V và P<0; B’>0 Ban đêm: B<0; LE, V, và P>0; B’<0 Vào ban ngày B’ có giá trị dương do nhận được nhiều năng lượng bức xạ từ mặt trời dẫn đến mặt đất nóng lên Còn vào ban đêm, B’ có giá trị âm do ban đêm mặt đất nhận được năng lượng rất ít không bù được phần năng lượng mất đi do bức xạ sóng dài [3]

Thông thường trong quá trình một ngày một đêm, lượng nhiệt truyền vào sâu bên trong bề mặt đất vào ban ngày gần bằng lượng nhiệt từ các lớp đất sâu truyền ra ngoài vào ban đêm Những biến đổi theo mùa của lượng nhiệt thu vào – tỏa ra trong

bề mặt đất trong một năm hầu như được cân bằng Nhiệt độ trung bình/năm của mặt đất do đó ít biến đổi từ năm này sang năm khác

1.1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất

Trong thực tế, năng lượng bức xạ trên một vùng rộng là như nhau, song nhiệt độ đất trên từng loại bề mặt đất trong vùng đó lại khác nhau Sự khác biệt đó là do khả năng hấp thụ nhiệt của từng loại đất Sau đây là một số nguyên nhân chính gây nên sự khác biệt giữa nhiệt độ bề mặt đất ở từng khu vực:

a Độ dẫn nhiệt của đất

Độ dẫn nhiệt của đất là đại lượng dùng để đánh giá khả năng truyền nhiệt của các loại đất Nó có giá trị bằng lượng nhiệt đi qua một đơn vị diện tích là 1cm2 trong một giây làm cho nhiệt độ giảm đi một độ trên 1cm Độ dẫn nhiệt của đất càng lớn thì nhiệt

độ của nó biến thiên càng ít

Các loại đất khác nhau thì độ dẫn nhiệt cũng khác nhau, nó phụ thuộc vào các chất cấu tạo nên đất, các loại khoáng trong đất, độ ẩm và độ xốp của đất

b Nhiệt dung thể tích của đất

Nhiệt dung thể tích của đất là nhiệt lượng cần thiết để 1cm3 đất tăng lên hay giảm

đi một độ Đất có nhiệt dung càng lớn thì biến thiên nhiệt độ đất sẽ càng nhỏ Do sự khác biệt giữa nhiệt dung thể tích của nước và nhiệt dung thể tích của không khí nên nhiệt dung của đất phụ thuộc vào lượng nước và lượng không khí chứa trong đất

c Hàm lượng mùn trong đất

Mùn là tác nhân làm giảm nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của đất, tăng khả năng giữ nước và hấp thụ bức xạ mặt trời Ở vùng nhiệt đới ẩm, chế độ nhiệt của đất mùn tương đối ôn hòa do có độ ẩm cao, tuy nhiên, nếu là đất mùn thiếu ẩm sẽ có biên độ nhiệt độ cao hơn

d Lớp phủ bề mặt đất

Lớp phủ bề mặt đất là tất cả các thành phần vật chất tự nhiên và nhân tạo bao phủ trên bề mặt trái đất bao gồm các yếu tố thực vật (mọc tự nhiên hoặc được trồng), các

công trình kinh tế – xã hội được xây dựng của con người, thổ nhưỡng, nước, đá, đá cẩm thạch, bề mặt cát [4]… Qua từng năm tháng, lớp phủ bề mặt đất không ngừng biến đổi đặc biệt dưới tác động mạnh mẽ của thiên tai, con người – đó là các hoạt động phát triển kinh tế – xã hội

e Địa hình và địa thế của đất

Trên bề mặt lồi nhiệt độ bề mặt đất sẽ biến thiên ít hơn so với ở bề mặt lõm Ở Bắc bán cầu, đất dốc hướng Nam luôn có nhiệt độ cao hơn hướng Bắc và ngược lại ở Nam bán cầu Đất dốc có nhiệt độ cao hơn đất bằng phẳng

g Mục đích sử dụng đất

Việc sử dụng đất đai cũng có ảnh hưởng lớn đối với nhiệt độ bề mặt Lượng phát thải khí nhà kính do sử dụng đất và thay đổi mục đích sử dụng đất cũng là nguyên nhân đối với sự gia tăng nhiệt độ bề mặt đất mà nạn chặt phá rừng vẫn còn diễn ra dẫn đến suy thoái rừng là một trong những nguyên nhân chính

Bên cạnh đó, nhiệt độ bề mặt đất còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như:

Biện pháp canh tác đất đai: Đất trồng trọt có biên độ nhiệt độ bề mặt đất cao hơn so với đất không trồng trọt

Màu sắc của bề mặt đất: Bề mặt đất có màu sắc càng tối thì sẽ càng hấp thụ được nhiều nhiệt, nên nhiệt độ của nó sẽ biến thiên càng nhanh và ngược lại

Độ cao của bề mặt đất so với mực nước biển: Càng lên cao biến thiên nhiệt độ mặt đất càng nhỏ

1.2 CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT

1.2.1 Hệ thống thông tin địa lý – GIS

1.2.1.1 Khái niệm

Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) là một tập hợp có tổ

chức, bao gồm hệ thống phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích, và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý

1.2.1.2 Các thành phần và chức năng của GIS

a Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Hệ thống thông tin địa lý gồm 5 bộ phận cấu thành:

Hình 1.5 Các thành phần của GIS

- Phần cứng: bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi

- Phần mềm: là bộ não của hệ thống, phần mềm GIS rất đa dạng và có thể chia làm

3 nhóm (nhóm phần mềm quản đồ họa, nhóm phần mềm quản trị bản đồ và nhóm phần mềm quản trị, phân tích không gian)

- Dữ liệu: bao gồm dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian) Dữ liệu không gian miêu tả vị trí địa lý của đối tượng trên bề mặt Trái đất Dữ liệu thuộc tính miêu tả các thông tin liên quan đến đối tượng, các thông tin này có thể được định lượng hay định tính

- Phương pháp: một phần quan trọng để đảm bảo sự hoạt động liên tục và có hiệu quả của hệ thống phục vụ cho mục đích của người sử dụng

- Con người: Trong GIS, thành phần con người là thành phần quan trọng nhất bởi con người tham gia vào mọi hoạt động của hệ thống GIS (từ việc xây dựng cơ sở dữ liệu, việc tìm kiếm, phân tích dữ liệu …) Có 2 nhóm người quan trọng là người sử dụng và người quản lý GIS

b Các chức năng của GIS

GIS có 5 chức năng chủ yếu:

- Thu thập dữ liệu: là công việc khó khăn và nặng nề nhất trong quá trình xây dựng một ứng dụng GIS Các dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau như dữ liệu

đo đạc từ thực địa, dữ liệu từ các loại bản đồ, dữ liệu thống kê…

- Thao tác dữ liệu: vì các dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn có định dạng khác nhau và có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để tương thích với hệ thống Ví dụ: các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (lớp dân cư trên bản đồ địa chính được thể hiện chi tiết hơn trong bản đồ địa hình) Trước khi các thông tin này được tích hợp với nhau

thì chúng phải được chuyển về cùng một tỷ lệ (cùng mức độ chi tiết hoặc mức độ chính xác) Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích

- Quản lý dữ liệu: là một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu đồng thời quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật tự rõ ràng Một yếu

tố quan trọng của GIS là khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu (sự liên kết giữa dữ liệu không gian và thuộc tính của đối tượng) Các dữ liệu thông tin mô tả cho một đối tượng bất kỳ có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng Sự liên kết đó là một ưu thế nổi bật của việc vận hành GIS

- Hỏi đáp và phân tích dữ liệu: GIS cung cấp khả năng hỏi đáp, tìm kiếm, truy vấn đơn giản “chỉ nhấn và nhấn” và các công cụ phân tích dữ liệu không gian mạnh mẽ để cung cấp thông tin một cách nhanh chóng, kịp thời, chính xác, hỗ trợ ra quyết định cho những nhà quản lý và quy hoạch

- Hiển thị dữ liệu: GIS cho phép hiển thị dữ liệu tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Ngoài ra còn có thể xuất dữ liệu thuộc tính ra các bảng excel, tạo các bản báo cáo thống kê, hay tạo mô hình 3D, và nhiều dữ liệu khác

- Nông nghiệp: GIS có thể phục vụ cho các công tác quản lý sử dụng đất, nghiên cứu về đất trồng, có thể kiểm tra được nguồn nước

- Dịch vụ tài chính: GIS được ứng dụng trong việc xác định các chi nhánh mới của ngân hàng…

- Y tế: Ứng dụng GIS trong quản lý bệnh dịch, GIS có thể dẫn đường nó có thể đưa

ra được lộ trình giữa xe cấp cứu và bện nhân cần cấp cứu qua đó giúp xe cấp cứu có thể nhanh nhất đến với vị trí của bệnh nhân làm tăng cơ hội sống sót của người bện, ngoài ra nó còn được dùng trong nghiên cứu các dịch bệnh nó có thể phân tích nguyên nhân bùng phát và lan truyền của bệnh dịch

- Giao thông: Ứng dụng GIS trong quy hoạch giao thông Hệ thông tin địa lý GIS có thể được ứng dụng trong định vị trong vận tải hàng hóa, cũng như việc xác định lộ trình đường đi ngắn nhất, cũng như việc quy hoạch giao thông

1.2.1.3 Mô hình Vector và Raster

a Mô hình Raster

Raster là một ma trận của những ô vuông, dùng để thể hiện chủ đề, phổ ánh sáng hoặc dữ liệu hình ảnh Dữ liệu raster có thể dùng để biểu diễn mọi thứ từ độ cao của mặt đất, loại cây cỏ cho tới ảnh vệ tinh, ảnh quét bản đồ Kích thước của pixel càng nhỏ thì thể hiện chính xác và hình ảnh nó thể hiện càng chi tiết và sắc nét nhưng dữ liệu lưu trữ rất lớn

Hình 1.6 Mô hình dữ liệu raster

b Mô hình Vector

Mô hình Vector có một số đặc điểm sau:

- Thể hiện vị trí chính xác trong không gian

- Mức độ chính xác được giới hạn bởi số chữ số dùng để thể hiện một giá trị trong máy tính, tuy nhiên nó chính xác hơn rất nhiều so với mô hình dữ liệu raster

- Một đối tượng dạng điểm (point feature) được xác định bởi cặp tọa độ x, y;

- Một đối tượng dạng đường (line feature) được xác định bởi một chuỗi cặp tọa độ

x, y;

Bảng 1.1 So sánh 2 mô hình Raster và Vector

Mô hình Raster Mô hình Vector

- Một đối tƣợng dạng vùng (polygon feature) đƣợc xác định bởi một chuỗi các cặp tọa độ x,y trong đó cặp đầu tọa độ trùng với cặp tọa độ cuối

Hình 1.7 Mô hình dữ liệu vector

- Đồ hoạ chính xác

- Tìm kiếm, cập nhật, khái quát hoá các đối tƣợng

Nhƣợc điểm

- Dung lƣợng của dữ liệu lớn

- Khi giảm độ phân giải để giảm dung

lƣợng thì làm giảm chi tiết của thông tin

- Không thể hiện rõ liên hệ hình học

- Các bản đồ raster thô và không đẹp

Hình 1.8 So sánh 2 mô hình Raster và Vector 1.2.1.4 Các đặc điểm của GIS

a Khả năng chồng xếp các bản đồ (Map Overlaying)

Việc chồng lắp các bản đồ trong kỹ thuật GIS là một khả năng ưu việt của GIS trong việc phân tích các số liệu thuộc về không gian, để có thể xây dựng thành một bản đồ mới mang các đặc tính hoàn toàn khác với bản đồ trước đây Dựa vào kỹ thuật chồng lắp các bản đồ mà ta có các phương pháp sau:

- Phương pháp cộng (sum)

- Phương pháp nhân (multiply)

- Phương pháp trừ (substract)

- Phương pháp chia (divide)

- Phương pháp tính trung bình (average)

- Phương pháp hàm số mũ (exponent)

- Phương pháp che (cover)

- Phương pháp tổ hợp (crosstabulation)

b Khả năng phân loại các thuộc tính (Reclassification)

Một trong những điểm nổi bật trong tất cả các chương trình GIS trong việc phân tích các thuộc tính số liệu thuộc về không gian là khả năng của nó để phân loại các thuộc tính nổi bật của bản đồ Nó là một quá trình nhằm chỉ ra một nhóm thuộc tính thuộc về một cấp nhóm nào đó Một lớp bản đồ mới được tạo ra mang giá trị mới, mà

nó được tạo thành dựa vào bản đồ trước đây

Việc phân loại bản đồ rất quan trọng vì nó cho ra các mẩu khác nhau Một trong những điểm quan trọng trong GIS là giúp để nhận biết được các mẩu đó Đó có thể là những vùng thích nghi cho việc phát triển đô thị hoặc nông nghiệp mà hầu hết được chuyển sang phát triển dân cư Việc phân loại bản đồ có thể được thực hiện trên một hay nhiều bản đồ

c Khả năng phân tích (SPATIAL ANALYSIS)

- Tìm kiếm (Searching): Nếu dữ liệu được mã hoá trong hệ Vector sử dụng cấu trúc lớp hoặc lớp phủ, thì dữ liệu được nhóm lại với nhau sao cho có thể tìm kiếm một lớp một cách dễ dàng

Trong GIS phương pháp này khó khăn khi mỗi một thành phần có nhiều thuộc tính Một hệ lớp đơn giản yêu cầu dữ liệu đối với mỗi lớp phải được phân lớp trước khi đưa vào

- Phép logic: Các thủ tục tìm kiếm dữ liệu sử dụng các thuật toán logic Boole để thao tác trên các thuộc tính và đặc tính không gian Đại số Boole sử dụng các toán tử AND, OR, NOT tuỳ từng điều kiện cụ thể cho giá trị đúng, sai

Các phép toán logic không có tính chất giao hoán, chỉ có mức độ ưu tiên cao hơn

Nó không chỉ được áp dụng cho các thuộc tính mà cho các đặc tính không gian

- Vùng đệm (Buffer zone): Nếu đường biên bên trong thì gọi là lõi còn nếu bên ngoài đường biên thì gọi là đệm (Buffer) Vùng đệm sử dụng nhiều thao tác phân tích

và mô hình hoá không gian

- Nội suy (Spatial Interpolation): Trong tình huống thông tin cho ít điểm, đường hay vùng lựa chọn thì nội suy hay ngoại suy phải thực hiện để có nhiều thông tin hơn Nghĩa là phải giải đoán giá trị hay tập giá trị mới, phần này mô tả nội suy hướng điểm,

có nghĩa một hay nhiều điểm trong không gian được sử dụng để phát sinh giá trị mới cho vị trí khác nơi không đo dữ liệu được trực tiếp

- Tính diện tích (Area Calculation)

Phương pháp thủ công:

+ Đo thước tỷ lệ

Phương pháp GIS:

+ Dữ liệu Vector: Chia nhỏ bản đồ dưới dạng đa giác

+ Dữ liệu Raster: Tính diện tích của 1 ô, sau đó nhân diện tích này với số lượng ô của bản đồ

1.2.2 Công nghệ viễn thám

1.2.2.1 Khái niệm

Phương pháp viễn thám hồng ngoại nhiệt là phương pháp quét với thiết bị quét nhiệt có độ nhạy cao Viễn thám hồng ngoại nhiệt hoạt động với dải sống từ 3 - 15 µm Ảnh hồng ngoại nhiệt là ảnh dạng số với độ phân giải thấp hơn nhiều so với ảnh số thu nhận trong dải phổ quang, tuy nhiên nó có ưu thế là cung cấp thông tin về nhiệt của vật chất và môi trường ở trên trái đất (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)

1.2.2.2 Nguyên lý bức xạ nhiệt của vật chất

a Nhiệt độ Kinetic và sự bức xạ

Nhiệt độ của vật chất đo được khi tiếp xúc hoặc đặt chìm vào bên trong vật chất được quan niệm là nhiệt độ bên trong của vật chất gọi là nhiệt độ Kinetic Nhiệt độ Kinetic thể hiện sự trao đổi năng lượng của quá trình phát xạ nhiệt của các vật chất điển hình các phân tử cấu tạo nên vật chất Khi bức xạ, vật chất có một nhiệt độ khác gọi là nhiệt đô bên ngoài của vật chất, viễn thám ghi nhận thông tin về nhiệt độ bên ngoài của vật chất, cũng có nghĩa là ghi nhận thông tin về sự bức xạ của vật chất (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)

b Sự bức xạ vật đen tuyệt đối

Tính chất bức xạ nhiệt của các đối tượng tự nhiên dựa vào nguyên tắc bức xạ của các vật đen tuyệt đối

Khi nhiệt độ của một vật lớn hơn nhiệt độ 0oK (-2730C) thì nó sẽ phát ra một bức

xạ nhiệt Cường độ bức xạ và tính chất phổ của bức xạ là một hàm của thành phần vật chất tại thời điểm đó Các đường cong phân bố năng lượng có hình dạng giống nhau như các tia của chúng có xu hướng chuyển dịch về phía có bước sóng ngắng hơn khi nhiệt độ tăng cao (Nguyễn Ngọc Thach, 2005)

Phân bổ phổ của năng lượng bức xạ của vật đen tại cac nhiệt độ khác nhau:

Trong đó M là bước sóng mà ở đó có bước xạ cực đại, A = 2.898 µm (hệ số),

K là hằng số, T là nhiệt độ Kinetic

c Sự phát xạ nhiệt từ các vật chất thực

Với vật đen tuyệt đối, nó phát xạ toàn bộ năng lượng rơi vào nó khi làm cho nhiệt

độ nó tăng lên, còn vật chất thực chỉ phát ra một phần năng lượng rơi vào nó Khả năng phát xạ nhiệt gọi là độ phát xạ nhiệt ()

= Năng lượng nhiệt phát ra của vật tại một nhiệt độ nào đó/ Năng lượng phát

ra của vật đen tại cùng nhiệt độ đó

có giá trị từ 0 - 1 giá trị khác nhau tùy thuộc vào thành phần vật chất ở các nhiêt độ khác nhau thì sự phát xạ củng khác nhau Ngoài ra, sự phát xạ còn khác nhau ở dải sóng và góc phát xạ

Một vật gọi là vật xám thì có độ phát xạ nhỏ hơn 1 nhưng sự phát xạ là đều ở một bước sóng tương tự như của vật đen tuyệt đối Một vật có sự phát xạ khác nhau ở các dải sóng khác nhau thì gọi là vật phát xạ lựa chọn Rất nhiều vật chất có sự phát xạ giống như vật đen, ví dụ nước 0,98 – 0,99 và phát xạ ở dải sóng 6 - 14µm Nhiều vật chất khác có sự phát xạ lựa chọn

Dải sóng từ 8 - 14µm có đặc điểm là ngoài việc thể hiện sự phát xạ của khí quyển còn thể hiện sự phát xạ của các đối tượng ở trên bề mặt trái đất với nhiệt độ trung bình khoảng 3000K, ở đó nhiệt độ cực đại ở 9,7µm Vì lí do đó, hầu hết các thiết bị viễn thám hoạt động ở dải sóng 8- 14µm và ở dải sóng đó các đối tượng tự nhiên trên bề mặt trái đất có sự phát xạ nhiệt rất khác nhau Sự khác biệt đó liên quan đến thành phần vật chất và trạng thái cấu trúc của đối tượng (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)

1.2.2.3 Các ảnh hưởng của khí quyển tới việc quét tạo ảnh hồng ngoại

Khí quyển có ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình thu nhận tín hiệu bức xa nhiệt Do ảnh hưởng của các thành phần nhỏ bé trong khí quyển mà nó có thể hấp thụ bớt một phần tín hiệu truyền từ đối tượng trên mặt đất, trước khi các đối tượng trên mặt đất, trước khi các tín hiệu đó tới được thiết bị thu Ngược lại, chúng cũng có thể phát ra tín hiệu bức xạ về nhiệt của chính các vật chất đó rồi bổ sung vào các tín hiệu khi truyền tới thiết bị thu nhận Do đó, trong thực tế do ảnh hưởng của khí quyển mà nhiều đối tượng lại được thể hiện có nhiệt độ lạnh hơn hoặc ấm hơn so với nhiệt độ thực của chúng ảnh hưởng đó làm sai lệch thông tin kết quả

1.2.2.4 Phương pháp thu và đặc điểm ảnh hồng ngoại nhiệt

- Phương pháp thu

Do tín hiệu là thấp và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố môi trường nên phương pháp thu ảnh nhiệt được áp dụng là phương pháp quét với các sensor nhiệt, có trường

Rất hay bị méo do ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như gió, mưa, mưa, mây, thực vật

Rất khác nhau giữa ảnh ban ngày và ban đêm phụ thuộc vào mô hình nhiệt của các vật chất khác nhau

Nhiệt độ cực đại, tốc độ nóng lên hoặc lạnh đi của một đối tượng phụ thuộc vào thành phần vật chất và trạng thái của đối tượng (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)

1.2.3 Đặc trưng phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên

Các đối tượng tự nhiên bao gồm tất cả các đối tượng thuộc lớp phủ bề mặt Trái Đất, rất đa dạng và phức tạp Đặc tính phản xạ phổ của các nhóm đối tượng phụ thuộc vào bước sóng và thường chia ra làm 3 nhóm đối tượng chính

xạ ở các dải tần số khác nhau, nên thông tin nhận được của cùng một đối tượng trên các tư liệu viễn thám cũng sẽ khác nhau Chính vì thế, khi nghiên cứu phổ phản xạ của các đối tượng cần lưu ý và làm rõ hai vấn đề là cơ chế phản xạ phổ của các nhóm đối tượng và đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng thu nhận được trên một loại tư liệu viễn thám cụ thể (LANDSAT, SPOT hoặc MODIS) Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt trái đất là thông tin quan trọng nhất trong viễn thám Do các thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng nên việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng hiệu quả phương pháp viễn thám

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả giải đoán các thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết mối tương quan giữa các đặc trưng phản xạ phổ với bản chất và trạng thái các đối tượng tự nhiên Đồng thời đó cũng là cơ sở dữ liệu để phân tích các tính chất của đối tượng tiến tới phân loại đối tượng đó Đặc trưng phản xạ phổ của đối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố, các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trường khí quyển, bề mặt đối tượng cũng như bản thân đối tượng Khả năng phản

xạ phổ của đối tượng phụ thuộc vào bản chất, trạng thái, độ nhẵn bề mặt, màu sắc, độ cao mặt trời trên đường chân trời và hướng chiếu sáng của đối tượng Khả năng phản

xạ phổ của đối tượng được chụp ảnh còn phụ thuộc vào trạng thái khí quyển và các mùa trong năm Đồ thị phản xạ phổ (đường cong phổ phản xạ) được xây dựng với chức năng là một hàm số của giá trị phổ phản xạ và bước sóng Hình dáng của đường cong phổ phản xạ cho biết một cách tương đối rõ ràng tính chất phổ của một đối tượng

và hình dạng đường cong phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn các dải sóng mà ở đó thiết bị viễn thám có thể ghi nhận được các tín hiệu phổ (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)

Hình 1.9 Đặc điểm phổ phản xạ của các nhóm đối tượng tự nhiên chính

Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của các đối tượng Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tượng khác nhau, của một nhóm đối tượng cũng rất khác nhau, song về cơ bản chúng dao động quanh giá trị trung bình Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng lớp phủ mặt đất trên ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ

1.2.4 Mối quan hệ giữa việc thành lập bản đồ sử dụng đất với phương pháp viễn thám

Phương pháp viễn thám được ứng dụng rất có hiệu quả cho việc nghiên cứu bản đồ hiện trạng sử dụng đất vì những lý do sau:

- Các ảnh của một vùng rộng lớn có thể thu nhận sự thay đổi một cách rất nhanh chóng

- Các ảnh có độ phân giải thích hợp với việc phân loại các đối tượng trong việc quan sát đo vẽ

- Ảnh viễn thám có thể giải quyết các công việc mà thông thường quan sát trên mặt đất rất khó khăn

- Phân tích ảnh để thành lập bản đồ HTSDĐ nhanh hơn và rẻ hơn rất nhiều so với quan sát thực địa

- Ảnh viễn thám cung cấp các thông tin mà có thể bị bỏ sót trong quan sát thực địa

- Các ảnh có thể cung cấp một tập hợp các thông tin (Multidata) để đối chiếu, so sánh các hiện tượng có sự thay đổi lớn như: sử dụng đất, lớp phủ mặt đất như: rừng, nông nghiệp, thủy văn và sự phát triển đô thị

Tuy nhiên, một số hạn chế của phân tích ảnh viễn thám là:

- Nhiều dạng khác nhau của sử dụng đất có thể không được phân biệt trên ảnh

- Đối với một vùng nhỏ thì chi phí cho sự nghiên cứu viễn thám trở nên đắt hơn các phương tiện truyền thống, vì vậy sẽ không kinh tế

Kết quả phân tích viễn thám cần phải được kiểm tra bằng các thông tin mặt đất tại các điểm điển hình, như vậy kết quả sẽ trở nên rất chính xác

Trong quá trình ứng dụng phương pháp viễn thám vào việc thành lập các bản đồ HTSDĐ, người nghiên cứu bắt buộc phải thực hiện các công việc sau:

1.2.4.1 Xác định hệ thống phân loại

Hệ thống phân loại được xác định dựa vào kiến thức về sử dụng đất như đã trình bày ở phần trên Khi ứng dụng phương pháp viễn thám, hệ thống phân loại phải phù hợp với khả năng cung cấp thông tin của các tư liệu viễn thám Xác định hệ thống phân loại đồng thời cũng chính là quá trình thành lập hệ thống chú giải cho bản đồ HTSDĐ

1.2.4.2 Xác định các dấu hiệu giải đoán

Công tác tiếp theo của việc thành lập hệ thống chú giải là xác định các dấu hiệu giải đoán (chìa khóa giải đoán) Đối với xử lý ảnh số, đó là việc xác định các ô thử nghiệm (hay còn gọi là ô mẫu) Từ các ô mẫu đó, có thể mở rộng cho toàn hình ảnh

Khi giải đoán cần quan tâm đến các nguyên tắc sau [8]:

- Xác định điều kiện sinh thái nơi tồn tại của các loại hình sử dụng đất để đưa ra những giả thuyết thích hợp về tên gọi của chúng

- Xác định các chìa khóa giải đoán (tone ảnh, cấu trúc ảnh, vị trí, hình dạng, màu sắc,…) từ đó mở rộng ra các vùng khác

- Tổ hợp suy luận và định loại, đưa ra những giả thuyết và kết luận

- Phải kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức thực tế và kiến thức về sinh thái, cảnh quan

để tổng hợp các dấu hiệu, từ đó mới có thể đi đến các kết luận chính xác

1.2.4.3 Tổng hợp kết quả giải đoán

Đây là bước quan trọng nhất nhằm khẳng định sự nghiên cứu, phân tích, giải đoán

và đưa đến kết quả chính thức Các công việc cần làm của khâu tổng hợp là [8]:

- Xem xét lại sự hợp lý của hệ thống chú giải khi áp dụng vào phân tích, xử lý cho một hình ảnh cụ thể, từ đó có thể hiệu chỉnh chú giải cho phù hợp

- Kiểm tra thực địa trên các vùng mẫu để xác định chính xác các tên gọi, tính chất của từng đối tượng Khi kiểm tra cần lựa chọn thời gian kiểm tra phù hợp với thời gian chụp ảnh Để đảm bảo mức độ chính xác, khi kiểm tra thực địa cần có sự mô tả, điều tra về sử dụng đất trong quá khứ (vào thời điểm có tư liệu)

- Chỉnh lý các đường contour được vẽ ra, đặt tên thống nhất cho từng contour đó (theo hệ thống chú giải)

- Xác định các code màu phù hợp cho từng đơn vị phân loại

- Tính toán diện tích bằng các kỹ thuật và công cụ đơn giản hoặc bằng việc tự động tính toán trên máy tính với các phần mềm tương ứng

1.3 NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT VÀ NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT

Nhiệt độ bề mặt chịu tác động của các yếu tố chính là bức xạ mặt trời, hoàn lưu khí quyển và bề mặt đệm Nếu bề mặt của trái đất là đồng nhất thì nhiệt độ sẽ giảm dần từ xích đạo về hai cực Tuy nhiên, bề mặt đệm của các khu vực khác nhau là không đồng nhất Vì vậy, ở những nơi cùng vĩ độ, nhưng nhiệt độ nhiều khi lại khác xa nhau Nguyên nhân của hiện tượng này có thể một phần được lý giải là do bề mặt đệm khác nhau Những khu vực có bề mặt đệm là thảm thực vật dày đặc thì nhiệt độ sẽ có sự khác biệt so với những nơi đất trống, đất xây dựng Các bề mặt đệm được hiểu theo nghĩa hẹp ở đây chính là các loại hình sử dụng đất Như vậy, các loại hình sử dụng đất

khu vực đô thị với dân cư đông, tập trung nhiều nhà máy, xí nghiệp, các công trình công cộng,… sẽ cao hơn nhiều so với đất ở khu vực nông thôn với thảm thực vật chiếm diện tích lớn

Đảo nhiệt đô thị (UHI) đã được quan tâm nghiên cứu trong hơn 40 năm trở lại đây Đây là hiện tượng tại cùng một thời điểm nhưng nhiệt độ đô thị lại cao hơn so với các khu vực khác Nó là các dạng thay đổi khí hậu địa phương do tác động của con người

Có nhiều yếu tố đóng góp vào việc hình thành UHI nhưng yếu tố đầu tiên là sự suy giảm lớp phủ thực vật và thay thế bề mặt đất bằng các vật liệu không thấm của bê tông

và đường giao thông, khiến cho lượng nước đi vào khí quyển ít hơn là từ bề mặt tự nhiên Chênh lệch nhiệt độ này là do lượng nước đi vào khí quyển của các bề mặt nhân tạo ít hơn rất nhiều so với các bề mặt tự nhiên Nhiệt của Mặt trời bị thực vật hút rất nhiều, chỉ một phần xuống mặt đất hay phản xạ lại các lớp không khí ở cao hơn, vì thế những khu vực có thảm thực vật dày có khả năng điều hòa nhiệt độ bề mặt Hơn nữa, hoạt động sản xuất, sinh hoạt trong đô thị đã thải ra ngoài một lượng lớn nhiệt dư thừa Tất cả những nguyên nhân trên đã làm nhiệt độ đô thị và các khu vực khác có sự khác biệt

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI CỦA THÀNH PHỐ TAM KỲ

2.1.1 Vị trí địa lý

Tam Kỳ thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ, Việt Nam; là thành phố tỉnh lỵ của tỉnh Quảng Nam Phía Bắc giáp huyện Thăng Bình và huyện Phú Ninh, phía Nam giáp huyện Núi Thành, phía Tây giáp huyện Phú Ninh, phía Đông giáp biển Đông

Thành phố Tam Kỳ, về Phía Bắc cách thành phố Đà Nẵng 70 km, cách sân bay Chu Lai, cảng Kỳ Hà 25 km và cách khu công nghiệp và nhà máy lọc dầu Dung Quất khoảng 40 km

- Phía Bắc: Giáp huyện Thăng Bình và Phú Ninh

- Phía Nam: Giáp huyện Núi Thành

- Phía Đông: Giáp biển Đông

- Phía Tây: Giáp huyện Phú Ninh

Diện tích tự nhiên: 100263.56 ha, bao gồm 13 đơn vị hành chính là: 9 phường (An

Mỹ, An Sơn, Hòa Hương, Phước Hòa, An Xuân, An Phú, Trường Xuân, Tân Thạnh, Hòa Thuận) và 4 xã (Tam Thăng, Tam Thanh, Tam Phú, Tam Ngọc)

Hình 2.1 Bản đồ hành chính thành phố Tam Kỳ

2.1.2 Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên thành phố Tam Kỳ

2.1.2.1 Đặc điểm địa chất công trình và địa chất thủy văn

a Địa chất thủy văn

Qua thực tế xây dựng nhận thấy nước ngầm mạch nông của khu vực Thành phố xuất hiện ở độ sâu 2 đến 10m Khi xây dựng cần khảo sát kỹ để có giải pháp hợp lý về móng công trình

b Địa chất công trình

Khu vực có cấu trúc kiến tạo Caledmi, đã trải qua thời kỳ phát triển địa chất từ Paleczoi - Kainozoi Vùng ven các sông Bàn Thạch và Tam Kỳ địa chất yếu hơn, khi xây dựng công trình tại vùng này cần khoan khảo sát kỹ

c Địa chấn

Theo tài liệu của Viện Vật lý Địa cầu, khu vực nghiên cứu nằm trong vùng dự báo

có thể xẩy ra động đất cấp 6

2.1.2.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo

Tên gọi “Tam Kỳ” cũng được định vị theo hình sông thế núi của vùng đất này, nơi

có ba gò đất cao cùng ngã ba sông Nhìn từ ngoài biển vào sẽ thấy 3 gò đất cao nhô lên thành hình tam giác: núi An Hà, Quảng Phú và Trà Cai Khi định vị từ 3 ngọn núi, thuyền sẽ vào cửa sông và gặp bến đò, nơi có ba ngả rẽ: sông Tam Kỳ, sông Trường Giang và sông Bàn Thạch Nằm ở đồng bằng ven biển, Tam Kỳ hình thành 2 vùng rõ rệt: vùng ven biển gồm các xã Tam Thanh, Tam Thăng, Tam Phú; vùng đồng bằng gồm các xã, phường nằm dọc đường quốc lộ 1A, đường sắt Tam Kỳ có nhiều núi thấp xen kẽ với đồng ruộng và khu dân cư như: núi đất Quảng Phú, An Hà (Tam Phú), núi Quánh (Tam Ngọc)