Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý để nâng cao độ chính xác kết quả phân loại lớp phủ thực vật khu vực tây bắc

Đ Ạ Ĩ H Ọ C Q U Ó C G IA H À N Ộ I T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N Đề tài ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THƠNG TIN ĐỊA LÝ ĐẺ NÂNG CAO Đ ộ CHÍNH XÁC KÉT QUẢ PHÂN LOẠI LỚP PHỦ T H ựC VẬT KHU vực TÂY BẲC MÃ s ỏ QT-08-35 CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: PGS.TS NGUYẺN NGỌC THẠCH CÁC CÁN BỌ THAM GIA : THS PHẠM NGỌC HÀI THS LƯƠNG CHI LAN D ĩ/ m H N ội - 2009 BÁO CÁO TÓM TẤT a Tên đ tài: ứ n g dụng viển thám hệ thông tin địa lý đế nâng cao độ xa kết phân loại lóp phù thực vật khu vực Tây Bắc M số: QT-08-35 b Chủ ti đề tải: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch c Các c tham gia: ThS Phạm Ngọc Hải ThS Lương Chi Lan (ỉ Mục tĩu nội dung nghiên cứu • Mic tiêu: - Xw dựng quy trình cơng nghệ phân loại ảnh vệ tinh quang học có độ phân gu trung bình phục vụ cho thành lập bàn đồ lớp phù mặt đất địa hình vùg núi - Cug cấp kết quà nghiên cứu phục vụ công tác quàn lý tài nguyên rừng vừg Tây Bắc, đặc biệt vùng phòng hộ sơng Đà - G ọ phần nâng cao chất lượng công tác đào tạo chuyên ngành đồ vin thám Khoa Địa lý - trường Đại học Khoa học Tự nhiên • Ni dung nghiên cứu: - x.y dựng quy trình xừ lý ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình phục vụ xây dụg đồ lớp phủ mặt đất - Ht thống hoá đặc điểm nguồn tư liệu viễn thám sử dụng nghiên cứu là-.nh Landsat ảnh Spot - H thống hoá đặc điểm tự nhiên lớp phù thực vật khu vực Tây Bắc - Đnh giá trạng biến động lớp phú mặt đất khu vực nghiên cứu giai đon 1995 -2003 e Các kết đạt Quy trình nghiên cứu thích hợp vả ưu phân loại ỉớp phú dịa hình vùng núi Việt Nam Báo cáo khoa học tông hợp kêt nghiên cứu Báo cáo khoa học trình bày hội nghị Quốc tế trượt lở đất Nhật Bàn tháng 11/2008 Ket quà đào tạo: hướng dan 16 sinh viên lớp đồ viễn thám thực tập thực tế xử lý thơng tin phòng thí nghiệm mơn học Thực tập chuyên ngành viễn thám - GIS ứng dụng Cung cấp sở lịêu cho ngành lâm nghiệp việc quàn lý tài nguyên rừng phòng hộ sơng Đà f Tình hình kinh phí đề tà i Đã toán đầy đủ theo quy định dự toán XÁC NHẬN CỦA BAN CHỦ NHIỆM KHOA 0HĨ Hiệu TRUỎNG CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI SUMMARY REPORT a Research Title: Application of Remote Sensing and GIS for improving of classified accuracy for land cover in the Northern West region Code: QT - 08 - 35 b Principle Investigation: Prof Dr Nguyen Ngoc Thach Faculty of Geography, Hanoi University o f Science, National University Hanoi c P articipant M em bers: Msc Pham Ngoc Hai Msc Luong Chi Lan d Research objectives and Contents • Research Actions: - To establish the scientific model for image classification tor land cover mapping in the Northern West region - Supplying the research result for the project o f forestry management in the Black river catchments region - Contribution for improving quality o f education in the field o f Remote Sensing and Cartography at the Faculty of Geography - Hanoi University of Science • Research contents: - To systematic characteristic of Remote Sensing data which were used for the study, it was Landsat and Spot images - Establishing the procedure for image processing with the medium resolution images for land cover mapping - To systematic characteristic of natural resources and forest cover especially in the study area - To assessment existing condition o f land cover and its changing during period from 1995 - 2003 e Result of study Optional procedure for study o f land cover classification in mountainous region of Vietnam Scientific report which present researched result Scientific report which has been presented at the international conference on landslide - Sendai, Japan (11, 2008) and the international Conference on Natural hazard prevention (Hanoi, 12/2008) Guider for 16 students of Department of Remote Sensing and Cartographic Faculty o f Geography to study topic Remote Sensing and GIS application Supplying data for Forest Agency in the protect of forestry management in the Black river catchments region f Finance Finance has been complicated following the rule Certification of faculty Principle investigation Prof.Dr Nguyen Ngoc Thach CERTIFICATION OF HUS M ỤC LỤC 'rang Khái quít chung đề tài Chương Đặc điểm khu vực nghiên cứu Vị trí địa lý 4 12 Đặc điểm địa hình, địa mạo, thổ nhưỡng 13 Đặc điểm khí h ậ u .6 14 Đặc điểm thảm thực vật Chương II Nguồn tư liệu viễn thám sử dụng nghiên cứu 18 111.Số lượng ảnh sử dụng 18 1}.2 Đặc điểm ảnh vệ tinh sử dụng nghiên cứu , 20 1121.Ảnh vệ tinh LandSat 20 112.1.2 Vệ tinh Landsat ỉ, 2, 22 /7.2.1.2 Vệ tinh Landsat-4 -5 27 U.2.1.3 Vệ tinh Landsíit-6 -7 31 Vệ tinh SPOT 32 1122 [12.2.1 SPOT-1, 2, ,.3 112.2.2 SPO T-4 35 112.2.3 SPOT-5 36 Chươn£ II Xử lý ảnh vệ tinh Thành lập đồ lóp phù thực vật 40 ID .Quv trình phân loại 40 in.: Đánh giá độ xác kêt phân loại 51 11.2.1 Điện Biên -1995 , 65 11.2.2 Scm La 1995 11.2.3 Hồ Bình 1995 .67 68 III 2.4 Điện Biên 2000 ỉ/1.2.5 Sơn La năm 2000 II1.2.6 Hòa Bình 2000 II 1.2.7 Hỏa Bình 2003 K ết luận chung Tài liệu tham khảo ĐẺ TÀI: Í NG DỤNG VIẺN THÁM VÀ HỆ THƠNG TÍN ĐỊA LÝ Đ: n â n g c a o Đ ộ c h í n h x c k é t q u ả p h â n l o i LỚP PHỦ THỤC VẬT KHU vực TÂY BẢC MẢ SỐ QT-08-35 KHÁI QUÁT CHUNG VÈ ĐẺ TÀI Hin kỹ thuật viễn thám đặc biệt phân loại xử lý số ứng dụn rộng rãi nhiều lĩnh vực thành lập đồ chuyên đề, đặc biệt thành lập ổ lớp phủ bề mặt Phân loại ảnh số trở thành công việc phổ biển với quy trìnlthao tác định hình rõ nét thành quy trình, bao gồm bước bản: +^an chinh hình học + Iịêu chinh phơ + ,ựa chọn hệ thống phân loại + 'họn mẫu xây dựng tập mẫu + ’hân loại ảnh theo thuật tốn khác + ,oại bò nhiễu + lồn chinh đồ sản phâm Cỏ ri nhiều phần mềm chuyên dụng với chức phân loại đa phổ Tuy nhiên, k- phân loại xử lý phổ có xác hay khơng phụ thuộc vào nhiẽ kỹ thuật qúa trinh thao tác cuà người điều hành Đáng tiếc thực tế ,ỉộ xác cùa kết phân loại thường khơng phân tích đánh giá cách chỉđáo Vì vậy, mục đích cùa đề tài xây dựng quy trình cơng nghệ phù hợp q t trinh phán loại đê đảm bảo kết q có độ xác cao, đáp ứng yêu càu cùa công táchành lập bán đồ chuyên đe lớp phủ mặt đất Khu ực nghiên cứu tinh Điện Biên, Sơn La, Hồ Bình thuộc diện tích phòng hộ ing Đà v ề mặt tự nhiên dây tinh tạo thành khu vực có tinh đa dạng cao nt dịa hình, tài nguyên đặc điểm lớp phù mặt đất Vi kết I nghiêncứu cung cấp sờ khoa học thực tiễn để hoàn chinh mục tiêu nghicn cứu Hện nay, dể theo dõi diển biến tài nguycn rừng viễn thám trở nên phrơng pháp nghiên cứu có hiệu ưu vốn có cùa mà Iguồn tư liệu phương pháp nghiên cứu thông dụng khơng thể có NhữngJU thé thể tính chất bàn sau: Tí-h chất cập nhật thông tin (existing data) vùng hay tồn lãnh thổ Iĩột thời gian Tín chất đa thời kỳ tư liệu (mutil-temporal data) 'ính chất phong phú thông tin đa phổ (mutilsspeetral data) với dãi phố ngày cng mớ rộng 'ính chất đa dạng cùa nhiều tầng, nhiêu dạng thông tin ảnh hàng khơng (aerial photogaph), tín hiệu phổ hàng khơng (spectral signatures), hình ảnh chụp từ vũ trụ (multị /pe o f data), toàn cảnh satellites image, space photographs 'inh chat đa dạng tư liệu: băng từ, film, ảnh (print), đĩa từ ■• lit in limestone sedtmeniarv areas ill Thelandslidephenomena: Normallyoccursinthenon-carbonaiesedimentaryrockies ageofT- dg Tjdg, - The The relationship o f wealherinj> crtisl Thelandslidephenomenathatoccurstronglybelong(O[hethickweatheringlayersandreducein thethinweatheringlayers Thethickweatheringlayersarcformednormallyinnon-carbonaterookies Thesubsidencephenomenaoccur inthethickweatheringlayersbut bedrockislimestoneand alluvial sediment at the acent lakes - The relationship of Fault density Apart from the main faults run in Northwestern - Southeastern direction in study area that contains lineament system, faults to run in N E-SW , SN direction to form the thick lineament system to control geomorphological and structural elements and underground karstic system such as In general calculation, the fault density that is divided has several levels Level 1,2,3.4,5 with value range as : >=0,6 km/km; 0.5 lo 0.6-0.4 to 0.5 -0.3 to 0.4 and 0.2 to 0.3 km/km2 Ingeneral, therulethat is wherehavinghighlineament dense iseasy tocause thelarge number of landslide -Therelationshipofroadsystem According to the general rule, when the road that is opened changes slope surface, is easy to cause the landslide The road walls that are positive or negative cause the landsỉide (especially for positive walls) Landslide is seriously at posisions where the rosck dip slope are the same direction of slope road wall The re lationship o f H ydrological networks Existing very little hydrological system in the area, although streams and rivers also occur in carbonate area In this area, where the hydrological network o f high density special in the first or secondOderofriverorstream,landslidearehighlyoccurent -TherelationshipofSlope: According to the general rule, the landslide phenomena increase with the increasing of slope In opposite , undergroundsubsidence appear onlyat the gentle slope areas.Inthefield, where topographicalsloperangingfrom25-35°iseasytocauselandslide -The relationship o f vegetation cover From crossing map between the landcover map and landslide map, areas o f hight probability of landslide arc take place at some type o f landcover such as : grass land, bush, newplantation, bare land Vegetated cover and land use The vegetated cover is effected actively by collapse phenomena When vegetated covers that develop cause chemical dissolution to strengthen collapse phenomena Whereas, wooden covered limestone mountains reduce the damages due to the protection o f wooden bodies in collapse process • C alcu late and m apping of the landslide sensitivity m ap -the estim ated maps It isthe mapwithareas that havehighprobabilityof hazardarethe highlynumerable importantareasofnaturalelements.Themapis output ofthebelowcalculation: E = 1/n I (a A + s B + Ỵc ) / Where : probability to landslide E: The Vulnerability hazard map - output layer with maximum value of n:informationn°(from1-n) a , 5, y : weighted values of separeted layer A , B, G : layers o f separeted factor In the map, there are hazard types has been contoured as: Collapse, undergroundsubsidence and landslide in range from 1-5 level Every type has levels o f high and average probability (level and4intheconsideredlevels) Particularly, thezonesthatcausethecollapsehighlyandnormallyare the carbonate areas anddiffer fromthis particular point tothe other Fault density, slope and a vegetatedcover is thesame, the landsliderelates closely10thefault systemInanother word, [lie landslideisafunctionofslope,thickweatheringlayeffaultdensity, vegetatedcover predition map for landslide hazard Figure Predicted map for landslide for Hoa Binh A ccording to the estimated maps, three ares with high probability of gravitational falling slide types V Estim ating Flash flood and other floods haza rd by G IS processing W ith Concepts as : GeomorphoIogicaJ historical signatures, hydrological catchment process , topology o f catchment ( lengh, slope,drainage □), wetness index , surface structure and its characteristic , metereological condition □ ( fig ) The stream network extracted directly from the program with a threshold value o f 45000 grid cell represents only the major wadis with no fine tributaries, for this reason, we tried to extract the network directly from the flow accumulation map by using r.mapcalc module by calculating the logarithm of the flow accumulation area and taking the logarithm that is greater than a threshold value T o obtain good results with more network densities the threshold value was Lower values results in merging the network in flat areas, while higher values results in lower densities The resulted stream network map is shown below fig8.Wetnetmapextractedfromelevationdata All gridcells flowingtowards aspecificstreamlinkconstituteits watershedor drainagearea The thresholdvalueoftheaccumulationgriddeterminesthesmallest watershedthat maycontributetothat hydrographicbasin Lowthresholdvaluesresults inpartitioningtheterrainintosmall watershedsand hishei valuesyieldslargebasins Inorderto'Jelme;itethewatershedboundary, [lieIilgonthindetect.' theouiler of the watershed, withwhich, flowpathsaretracedfromeachDEMcell usingtheHow directioncomputedlobuildthewatershed Eachbasinwill begivenauniquepositiveeveninteger Thepredictedfloodmapcanbeextblishedbycombinationfromsomelayersas : geomorphology, wetneet, rainfall_( figure ) Intheresult map,differencetypeoffloodcanbedislinguesed:rocky- VI A p plicatio n o f the results o f project mineral resources, gravitational landslide hazard study but also for many goals o f teưitory management and environment 1- Toestablish thedatabase of environment and not onlyfor the 2- Theobjectiveinformationofquantitativeandqualitativeis shownintheestimated map It w ill be the most effective information to extract and manage environment 3- Whereas, duetotheaveragescaleofstudyleveltheresultsthat gainedareshownup in the orientation for planning activities and manage environment in Son La city as : make constructions for angtylandslide, movelivinghouseofpeopletonewsafetyplaces, planing for plantation,creatingofearlywarningsystem V Conclusion B y using remote sensing and GIS techniques, landslide can be maped and the relationship between landslide also can be assessed For predition o f landslide, weighted values and rating for map unitsare veryimportancevalues, theseparameterscanbedirectly calculetedbyspatial analysistool in GIS Difference to the geoenginering methods, the remote sensing and G IS method is a advanced tool forquicklyandearlyapplyforassessement of landslidehazardandfloodsinmountaineosarea, wherethetradictionalmethodcannotbeappliedperfectly References Dovjcor Geological mapofVietnamNorthPart,scale1:500.000 Vu Khuc, Bui Phu M y (chief in editor) and a] et 1989 Vietnam geology, volume I StratigraphyMiningandGeologicalDepartment, Hanoi, page359 Ngo Quang Toan, 1999 Weathering crust and Vietnam Quarterly Sediment Scale 1: 0 0 0 CT VANWESTEN ÍỈISI7 Ti.ii.nii! p.iU.i?.-101Geographicmfomimtoii systemIII slopeunstablezones Geological HazardproceedingofBeijingInternationalSyposium Proceedingof GISIDEAInternational Sym posium on Geoinformatics for SpatialInfrastructure Developm ent in E a rlh and A llie d S ciences (G IS -ID E A S ), H o C h iM in h 2006 NguyenNgocThach.UsingofRemotesensingandG1Sforpredictionofnatural hazardin HoaBinhprovince.ScientificreportofProjectQG-00-17 HaNoi 2001 Venkatesh Raghavan Managing and Sharing Spatial Informaiion Using Open Source FreeSoftware ProceedingofGIS—IDEAconference.Hanoi 2004 -t 10 PH IÉ Ư Đ Ả N G KÝ K É T Q U Ả N G H IÊ N cứu K H O A H ỌC C Ô N G N G H Ệ T ê n đ ề t i: ủ n g d ụ n g v iễ n t h m c h í n h x c k ế t q u ả p h â n l o i lớ p p h ủ hệ t h ô n g t in đ ịa lý đ ể n â n g c a o đ ộ th ự c v ậ t k h u v ự c T â y B ắ c M ã số: Q T - -3 C o ’ q u a n c h ủ t r ì đ ề t i: K hoa Đ ịa lý, T rư n g Đ ại h ọ c K h o a h ọ c T ự nh iên , Đ ại h ọ c Q u ố c G ia H Nội Đ ịa ch i: 3 N g u y ề n T rã i, T h a n h X u ân , H N ội Tel: 5 1178 C q u a n q u ả n lý đ ề t i: T rư n g Đ ại h ọ c K h o a h ọc T ự n h iên , Đ i học Q u ố c g ia H N ội Đ ịa c h i: 3 N g u y ề n T rã i, T h a n h X uân , H N ội T ổ n g k in h p h í th ự c c h i: T n g â n s c h n h nước: K in h phí c ù a T rư n g : 0 0 0 V N Đ (H m i triệ u đ n g ) V a y tín d ụ n g : V ố n tự có: T h u hồi: T h ò i g ia n n g h iê n c ứ u : năm T hời g ia n b đ ầ u : 1/2008 T hời g ia n k ết th ú c : 12/2008 T ên c n b ộ p h ố i h ợ p n g h iên cứu T h S P h m N g ọ c H ài T h S L n g C h i Lan S ố đ ăn g k ỷ đ ề tài SỐ c h ứ n g n h ậ n đ ă n g ký k ê t q u n g h iê n u N gày: B ả o m ật: P h ô b iên rộ n g rãi : X P h ô b iên h ạn chê B ả o m ật Tóm tắ t k ết q u ả nghicn cứu: Q u y trin h n g h iê n u th íc h hợp tối ưu tro n g p h ân loại ló p p hú đ ịa h in h v ù n g n ú i V iệt N am B o c o k h o a h ọ c tổ n g h ọ p kết q u ả n g h iên c ứ u B o c o k h o a h ọ c trìn h b ày hội nghị Q u ố c tế v ề trư ợ t lở đất N h ậ t B n th n g 11/2008 K e t q u ả đ o tạo: h n g d ầ n 16 sinh v iên lớp đ v iền thám thực tậ p trê n th ự c tế v x lý thông tin tro n g p h ò n g thí n g h iệm m ôn học T h ự c tậ p c h u y ê n n g àn h v viền thám - G IS ứ n g d ụ n g Đ tạo cử n h â n v th c sỹ C u n g c ấ p c sờ d lịêu c h o ngàn h lâm ng h iệp tro n g việc q u ản lý tài n g u y ê n rừ n g p h ò n g hộ sơ n g Đà K i ế n n g h ị v ề q u y m ô v k ế t q u ả n g h iê n c ứ u C ầ n tiế p tụ c n g h iê n c ứ u sâu h n p h n g p h áp v c ô n g n g h ệ v iễn thám m ới tro n g v iệ c p h â n tíc h v giải đ o n ch ín h xác p h ụ c v ụ c h o v iệc th eo dõi d iền biến tài n g u y ê n rừ n g m ộ t c ách h iệu q u ả v kịp thời H ọ tê n C h ủ n h iệ m T h ủ trư n g C h ủ t ịc h H ộ i T h ủ trư n g đề tà i q u an ch ủ trì đ n g đ n h g iá q u a n q u n lý đề tà i c h ín h t h ứ c đ ề tài N guyễn N gọc Thạch Học hàm PG S TS Pt í i học vị Tĩ ĩlg iA m đ ỗ c _ ỊỤ.1MÃH SAM KHOA HOC • CƠH ; NSHÍ FH Ố ĨR U Ở N G BAN Ký tê n đóng da u í 5^ ...BÁO CÁO TÓM TẤT a Tên đ tài: ứ n g dụng viển thám hệ thông tin địa lý đế nâng cao độ xa kết phân loại lóp phù thực vật khu vực Tây Bắc M số: QT-08-35 b Chủ ti đề tải: PGS.TS Nguyễn... n x lý th ô n g tin (in p u t, p ro c e s s in g , o u u t ) 'ự kết hợp cùa xử lý thông tin viền thám với xir lý hệ thống thông tin địa lý (GIS), viễn thông( telecommunication), định vị vệ tinh... đưa kết phân loại loại hình rừng với độ xác phù hợp Trong phân loại phồ, sai sót kết quà tồn đặc điểm phân loại ánh chi dựa vào phổ phẩn xạ Neu sử dụng phưcmg pháp phân loại theo cấu trúc kết