BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH **************** Ngành: Quản lý Đất đai Môn học: Viễn Thám Giảng viên: TS Nguyễn Văn Tân Lớp: Cao học QLĐĐ Niên khóa: 2011-2013 Học viên: Nguyễn Thanh Phong TIỂU LUẬN MÔN HỌC VIỄN THÁM CHUYÊN ĐỀ: ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐÔ THỊ CỦA THÀNH PHỐ VINH, TỈNH NGHỆ AN Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1/2013 Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị I ĐẶT VẤN ĐỀ Tốc độ q trình thị hố thành phố Vinh diễn nhanh Ðất canh tác bị thu hẹp đáng kể nhường chỗ cho khu công nghiệp, khu dân cư công trình cơng cộng Nghiên cứu biến động đất thị nhằm mục đích theo dõi xu hướng phát triển vùng đất ven đô thành phố Mục tiêu nghiên cứu theo dõi biến động đất đô thị thành phố Vinh công nghệ viễn thám Dữ liệu viễn thám với đặc điểm đa thời gian, xử lý ngắn phủ trùm khu vực rộng công cụ hữu hiệu cho việc theo dõi biến động trạng sử dụng đất, nói chung, đất thị nói riêng Khi đề cập đến ngun nhân phát triển đô thị, phát triển kinh tế song hành với gia tăng dân số nguyên nhân chủ đạo [1] Gia tăng dân số ngun nhân thúc đẩy q trình thị hóa thành phố Vinh Các số liệu thống kê cho thấy khuynh hướng gia tăng dân số kèm với mở rộng ranh giới nội thị Từ vài năm gần đây, dân số thành phố Vinh có nhiều thay đổi thay đổi cấu dân số Bảng Tình hình thành phố Vinh Năm Diện tích (ha) Đơn vị hành Tổng số dân (người) 1976 5487,383 10 xã, khu phố 101.435 1992 xã, 12 phường 184.753 2000 xã, 13 phường 216.304 xã, 15 phường 237.206 2005 6751 Nguồn: Phòng thống kê TP Vinh II VÙNG NGHIÊN CỨU Thành phố Vinh thuộc tỉnh Nghệ An, giới hạn khung tọa độ: 18o38’50”-18o43’38” B 105o56’30” -105o49’50” Đ, có diện tích đất tự nhiên 6751 ha, đất nông nghiệp chiếm 49%, đất chiếm 13,4%, đất lâm nghiệp chiếm 1,6%, đất chuyên dùng chiếm 28,5%, đất chưa sử dụng chiếm 1,6% [5] III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Xét đặc điểm phản xạ đặc điểm độ xám liệu viễn thám, đối tượng đất đô thị nhận biết đối tượng đất trống [2] Do đó, việc nhận biết khoanh định vùng đô thị thành phố Vinh cần xác định tiêu chí pháp nhân hành chính, nghĩa việc phân loại đối tượng đô thị dựa định nghĩa đô thị theo nghị định số 72/2001/NĐ-CP ngày 05/10/2001 Chính phủ việc phân loại thị cấp quản lý đô thị [4] Để đạt mục tiêu đề ra, ngồi việc tìm hiểu khái niệm đô thị (khái niệm, Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị chức năng, không gian…) phương pháp nghiên cứu viễn thám theo dõi biến động tạo ảnh chéo (crossing image) từ hai ảnh phân loại [2], liệu ảnh vệ tinh số thời điểm chụp vùng nghiên cứu (năm 1992, 2000, 2005) xử lý phương pháp chọn mẫu luận giải thông qua phân loại mắt thường, phân loại có kiểm định, phân tích sau phân loại, điều tra thực địa áp dụng phương pháp thành lập đồ Những phương pháp lựa chọn dựa sở: xê dịch bình đồ không gian; xạ “đất đô thị” ảnh viễn thám [2]; tách thông tin cần thiết tư liệu viễn thám thơng qua phân loại Hình Sơ đồ xử lý liệu viễn thám theo dõi biến động đất đô thị TP Vinh Phần mềm ENVI 4.2 sử dụng để tiến hành phân loại ảnh vệ tinh ENVI phần mềm xử lý ảnh viễn thám mạnh, với đặc điểm như: + Hiển thị phân tích ảnh với nhiều kiểu liệu; + Môi trường giao diện thân thiện; + Cho phép làm việc với kênh phổ riêng lẻ tồn ảnh Phương pháp phân loại có kiểm định Thuật tốn sử dụng phân loại có kiểm định phân loại theo xác suất cực đại (maximum likelihood) Việc lựa chọn tập mẫu tiến hành thông qua khảo sát biểu đồ hình cột (histogram) ảnh vệ tinh cho đối tượng kết Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị hợp với hiểu biết vùng nghiên cứu [2] Thành phố Vinh vùng có tình trạng sử dụng đất manh mún, pixel ảnh bao gồm nhiều loại đối tượng khác nhau; số nơi, đối tượng khác có giá trị phổ giống khó khăn để có kết phân loại xác Đánh giá xác độ phân loại Hệ số Kappa = A/B, đó: A = số pixel phân loại - số pixel phân loại sai B = tổng số pixel phân loại Khi Kappa = 1: độ xác phân loại tuyệt đối Ngồi hệ số Kappa, độ xác phân loại số đánh giá dựa vào ma trận sai số, hay ma trận nhầm lẫn Ma trận so sánh sở loại IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Kết phân loại Kết phân loại chiết xuất từ phần mềm Envi 4.2 Bảng 2: Bảng Kết đánh giá độ xác (%) sau phân loại ảnh Landsat 1992 Hệ số Kappa = 0,7200 Lớp Mặt nước Mặt nước Đất xây dựng Thực vật Đất dân cư Đất trống 2,16 0,56 0,00 0,00 95,40 Đất xây dựng 2,69 Thực vật 1,79 60,79 3,30 0,43 11,37 4,07 3,09 18,51 26,40 86,98 10,42 Đất dân cư 0,11 8,55 7,36 100,00 1,62 100,00 80,35 5,19 100,00 Đất trống Tổng 0,00 100,00 68,87 100,00 Bảng Kết đánh giá độ xác (%) sau phân loại ảnh Landsat 2000 Hệ số Kappa = 0,6821 Lớp Mặt nước Mặt nước Đất xây dựng Thực vật 0,27 0,00 97,45 Đất dân cư 0,05 Đất trống 0,00 0,99 11,08 0,25 5,94 27,41 1,02 Đất xây dựng 1,84 Thực vật 0,71 41,33 0,53 Đất dân cư 0,00 52,00 81,67 8,27 Đất trống 0,00 5,87 9,07 80,29 2,64 100,00 100,00 100,00 100,00 Tổng Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM 71,32 100,00 Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị Bảng Kết đánh giá độ xác (%) sau phân loại ảnh SPOT 2005 Hệ số Kappa = 0,9024 Lớp Mặt nước Đất xây dựng Thực vật Đất dân cư Đất trống Mặt nước 97,88 0,00 2,04 0,00 0,00 Đất xây dựng 0,88 96,39 2,38 12,36 0,84 Thực vật 1,23 0,00 83,70 0,00 10,06 Đất dân cư 0,02 1,93 0,00 86,71 3,63 Đất trống 0,00 1,68 11,88 0,93 85,47 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 Tổng Bàn luận sau phân loại Đối với ảnh Landsat năm 1992 năm 2000 có độ phân giải trung bình (28,5 m) độ xác phân loại chưa cao Tỷ lệ sai lẫn mẫu cao, có tỷ lệ sai lẫn lên tới 52%, cặp đối tượng có lẫn phản xạ phổ: đất trống với thực vật, đất dân cư thực vật Với ảnh SPOT năm 2005 có độ phân giải 10 m độ xác sau phân loại tốt so với hai ảnh Landsat 1992 2000, tỷ lệ sai lẫn mẫu giảm đáng kể Tồn tỷ lệ sai lẫn cặp đối tượng thực vật đất trống, cao 11,88% Mục đích nghiên cứu chủ yếu phân tích thay đổi đất đô thị theo thời gian Sau phân loại xong với lớp đối tượng: dân cư, đất xây dựng, thực vật, đất trống mặt nước với độ xác tương đối tiến hành xếp nhóm đối tượng: dân cư, đất xây dựng vào nhóm đất thị; đối tượng: thực vật, mặt nước, đất trống vào nhóm đất khác Qua đó, biến động đất đô thị theo thời điểm xác định rõ ràng mặt không gian Cụ thể tăng diện tích đất thị năm 2000 2005 so với năm 1992 Điều nói lên đất trống, mặt nước hay thực vật thay phát triển dân cư hay đất đô thị Kết biến động đất đô thị Biến động đô thị đánh giá phương pháp xây dựng bảng chéo từ kết phân loại Các liệu ảnh vệ tinh có cho phép xây dựng đồ trạng lớp phủ năm 1992, 2000 2005 Vì đánh giá biến động thị vùng nghiên cứu tiến hành qua giai đoạn tương ứng 1992-2000, 2000-2005 1992-2005 Kết đánh giá biến động cho phép theo dõi diễn tiến theo thời gian không gian loại hình thị Đất thị loại hình Đất khác (không phải đô thị) vùng nghiên cứu Từ chuỗi liệu kết phân loại trạng năm 1992, 2000, 2005, tiến hành chồng ghép, thành lập đồ tổng quan phát triển đất đô thị cho thành phố Vinh Các kết chiết xuất trực tiếp phần mềm Envi 4.2 Bảng Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị Bảng Kết biến động đất đô thị TP Vinh giai đoạn 1992-2000 Đất đô thị Đất khác Tại thời điểm năm 1992 19,7% (1131,9 ha) 79,9% (4584,9 ha) Tại thời điểm năm 2000 67,3% (1431,6 ha) 32,6% (694,6 ha) 20,6% (439,0 ha) - 7,7% (- 2471,7 ha) Biến đổi Hình Bản đồ biến động đất đô thị TP Vinh giai đoạn 1992 - 2000 Kết thống kê cho thấy tốc độ đô thị hố phát triển bình thường giai đoạn 1992-2000 Diện tích thị, đất thổ cư phát triển thêm 20,6 % tương đương 439,0 Các loại đất khác giảm 7,742% (2471,7 ha) Khảo sát thực địa, ta thấy diện tích đất thổ cư mở rộng phía bắc, phía đơng, phía tây thành phố Bảng Kết biến động đất đô thị TP Vinh giai đoạn 2000-2005 Đất đô thị Đất khác Tại thời điểm năm 2000 43,9% (2324,2 ha) 55,8% (2956,7 ha) Tại thời điểm năm 2005 89% (2284,0 ha) 10,9% (280,7 ha) Biến đổi 79,71% (2046,4 ha) - 38,4% (- 2033,5 ha) Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị Kết thống kê cho thấy tốc độ thị hố giai đoạn 2000-2005 cao Diện tích thị, đất thổ cư phát triển thêm 79,71%, tương đương 2046,4 Khảo sát thực địa ta thấy, không gian, xu hướng chung mở rộng phía đơng phía ĐB thành phố thể rõ nét Bảng Kết biến động đất đô thị TP Vinh giai đoạn 1992-2005 Đất đô thị Đất khác Tại thời điểm năm 1992 48,7% (1796,1 ha) 50,7% (2909,3 ha) Tại thời điểm năm 2005 84,4% (2796,5 ha) 15,4% (328,4 ha) Biến đổi 16,1% (2470,1 ha) - 43,0% (- 2471,2 ha) Ngồi ra, phía tây phía bắc thể xu mở rộng thành phố Trong 14 năm (1992-2005), tốc độ thị hố thành phố Vinh phát triển cao Diện tích đất thị mở rộng thêm 16,06%, tương đương với 2470,1 ha, đồng thời giảm diện tích loại hình đất khác 43,04%, tương đương với 2471,2 Kết đồ biến động kết hợp với khảo sát thực địa cho thấy phạm vi đô thị chủ yếu phát triển phía bắc ĐB thành phố Các khu dân cư phát triển bám theo trục giao thơng Tuy nhiên, tồn phát triển manh mún, tự phát vùng phía tây thành phố Hình Bản đồ biến động đất đô thị TP Vinh giai đoạn 2000-2005 Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất thị Hình Bản đồ biến động đất đô thị TP Vinh giai đoạn 1992-2005 V KẾT LUẬN Áp dụng định nghĩa đô thị xử lý ảnh viễn thám điều cần thiết Nếu không rõ khái niệm “đô thị” mà nhà quản lý đưa đối tượng thị tập hợp pixel có đặc trưng phổ phản xạ đất khơng có thực vật Việc áp dụng định nghĩa “đô thị” theo cách hiểu hành cần thiết cho việc số hố biến động khơng gian pixel nhận dạng đất thị sau q trình phân loại ảnh số tiêu chí quan trọng đánh giá biến động đa thời gian Các liệu sử dụng báo có độ phân giải không gian khác (10 m, 28,5 m) nguyên nhân khác độ xác kết phân loại Trong 14 năm qua (1992-2005), thành phố Vinh phát triển khơng gian theo hai hướng chính: phía bắc, đơng bắc Vùng nội thành ngoại vi thành phố có tăng lên đáng kể mật độ dân cư, thể rõ ràng ảnh hưởng trình tăng dân số tới q trình biến động thị Diện tích đất mở rộng thêm 16,06% tương đương với 2470,1 ha, đồng thời giảm diện tích loại hình đất khác 43,04% tương đương với 2471,2 Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị TÀI LIỆU THAM KHẢO Leaf M., 2003 Nghèo đô thị - Những học kinh nghiệm quốc tế Lưu trữ ĐH Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Ngọc Thạch, 2005 Cơ sở viễn thám Nxb ĐHQG Hà Nội Hà Nội Văn phòng Chính phủ, 2001 Nghị đinh số 72/2001/NĐ-CP ngày 05/10/2001 Chính phủ việc phân loại thị cấp quản lý đô thị Website: http://www Vinhcity gov Vn Nguyễn Ngọc Phi, Tạp chí địa chất Số 310/ tháng 1-2/2009 Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM ... cơng cộng Nghiên cứu biến động đất thị nhằm mục đích theo dõi xu hướng phát triển vùng đất ven đô thành phố Mục tiêu nghiên cứu theo dõi biến động đất đô thị thành phố Vinh công nghệ viễn thám Dữ... Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị chức năng, không gian…) phương pháp nghiên cứu viễn thám theo dõi biến động tạo ảnh. .. (histogram) ảnh vệ tinh cho đối tượng kết Nguyễn Thanh Phong – Cao học QLĐĐ 2011 – ĐH Nông Lâm TP HCM Ứng dụng ảnh viễn thám nghiên cứu biến động đất đô thị hợp với hiểu biết vùng nghiên cứu [2] Thành phố