luận văn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI --------------- TRÇN XU¢N BI£N KHẢ NĂNG CUNG CẤP DỮ LIỆU TỪ CÁC NGUỒN ẢNH VỆ TINH CÓ SẴN TRÊN MẠNG INTERNET PHỤC VỤ CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN TÀI NGUYÊN ðẤT ðAI TRÊN ðỊA BÀN HUYỆN GIA LÂM THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI Mã số : 60.62.16 Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN DUY BÌNH HÀ NỘI – 2010 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip . i Lời cam đoan Lời cam đoanLời cam đoan Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Trần Xuân Biên Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip . ii Lời cảm ơn ! Lời cảm ơn !Lời cảm ơn ! Lời cảm ơn ! Để có đợc kết quả nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận đợc sự giúp đỡ từ rất nhiều đơn vị và cá nhân. Tôi xin ghi nhận và bày tỏ lòng biết ơn tới những tập thể, cá nhân đã dành cho tôi sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng sự giúp đỡ nhiệt tình của TS. Nguyễn Duy Bình ngời đã trực tiếp hớng dẫn đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô trong Khoa Tài nguyên và Môi trờng, các thầy cô trong Viện đào tạo Sau đại học. Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng chí lãnh đạo UBND huyện Gia Lâm, các đồng chí lãnh đạo, chuyên viên Phòng NN PTNT, Phòng Tài nguyên và Môi trờng, Phòng Thống kê và UBND các xã đã tạo điều kiện về thời gian và cung cấp số liệu giúp tôi thực hiện đề tài này. Cám ơn sự cổ vũ động viên và giúp đỡ của gia đình, các anh chị đồng nghiệp, bạn bè trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Hà nội. ngày tháng năm 2010 Tác giả luận văn Trần Xuân Biên Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . iii MỤC LỤC Lời cam ñoan .i Lời cảm ơn .ii Mục lục .iii Danh mục các chữ viết tắt vii Danh mục bảng .viii Danh mục hình ix 1. MỞ ðẦU 1 1.1. ðặt vấn ñề 1 1.2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài .3 1.3. Ý nghĩa khoa học của ñề tài 4 2. TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU .5 2.1. Cơ sở lý luận về nguồn tài nguyên ñất 5 2.2. Cơ sở lý luận về ứng dụng CNTT trong quản lý dữ liệu ñất 9 2.3. Tổng quan về công nghệ ảnh viễn thám và GIS 14 2.4. Tổng quan về hệ thống cơ sở dữ liệu 42 3. ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .49 3.1. Nội dung nghiên cứu 49 3.2. Phương pháp nghiên cứu 51 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .52 4.1. ðiều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu .52 4.1.1. Vị trí ñịa lý .52 4.1.2. ðịa hình 53 4.1.3 Khí hậu, thủy văn .53 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . iv 4.1.4 Tài nguyên ñất và các vùng sinh thái. .54 4.2. Một số ñặc ñiểm của các nguồn ảnh vệ tinh trên mạng internet .49 4.3 ðánh giá một số ñặc ñiểm, chất lượng nguồn ảnh vệ tinh từ các Webside 50 4.4 Tổng hợp một số loại ảnh trên mạng internet 68 4.4.1 ðánh giá ñộ chính xác kết quả giải ñoán ảnh .68 4.4.2 Công thức tính hệ số Kappa .68 4.5 Phương pháp xử lý thông tin ảnh 72 4.6 Xử lý ảnh trên phần mềm ENVI .73 4.6.1 Nhập ảnh 73 4.6.2 Tăng cường chất lượng ảnh. .73 4.6.3 Nắn chỉnh hình học .74 4.6.4 Ghép mảnh trên ENVI 76 4.7 Phân loại ảnh 77 4.8 ðánh giá ñộ chính xác của kết quả phân loại 80 4.9 Một số kỹ thuật sau phân loại. 83 4.10 Thành lập hệ thống bản ñồ từ nguồn ảnh vệ tinh .84 4.11 Thống kê diện tích một số các loại ñất trên bản ñồ .84 4.12 Thành lập bản ñồ biến ñộng ñất ñai 85 4.13 Nhận xét về kết quả thực nghiệm 86 5 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Chữ viết ñầy ñủ CNTT Công nghệ thông tin CSDL Cơ sở dữ liệu ENVI Phần mềm ENVI FAO Tổ chức lương thực và nông nghiệp thế giới GIS Hệ thống thông tin ñịa lý HTSDð Hiện trạng sử dụng ñất Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1. Kênh phổ của MSS 17 2.2. Kênh phổ của TM 18 2.3. Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT - 3 19 2.4. Phân loại sóng ñiện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám 22 4.1. Tổng hợp một số nguồn ảnh 60 4.2. Mô tả các loại ñất 78 4.3. Mẫu giải ñoán ảnh vệ tinh 79 4.4. Ma trận sai số phân loại ảnh 82 4.5. ðộ chính xác phân loại ảnh vệ tinh 82 4.6. Thống kê một số các loại ñất chính trên ñịa bàn nghiên cứu thông qua chương trình Arcgis. 85 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 2.1. ðất và các thành phần cơ bản 6 2.2. Cấu tạo phẫu diện ñất vùng ñồi núi 8 2.3. Cấu tạo phẫu diện ñất lúa nước 8 2.4. Các kênh sử dụng trong viễn thám 15 2.5. Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám 16 2.6. Bức xạ ñiện từ 21 2.7. ðặc ñiểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT 24 2.8. Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 25 2.9. ðặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 27 2.10. Bảng dữ liệu của một mô hình dữ liệu vật lý 46 2.11. Cây nhị phân (Binary tree) 46 2.12. Giao diện ArcGis 48 4.1. Sơ ñồ vị trí huyện Gia Lâm 52 4.2. Sơ ñồ ñăng nhập khai thác ảnh 69 4.3. Sơ ñồ nhập tọa ñộ khai thác ảnh trên Mapmart 70 4.4. Sơ ñồ các bước xử lý ảnh số 74 4.5. Toạ ñộ và sai số của ñiểm khống chế nắn ảnh vệ tinh 75 4.6. Sơ ñồ ghép ảnh trên ENVI 76 4.7. Ảnh phân loại ảnh vệ tinh 81 4.8. Sơ ñồ số hóa ảnh 84 4.9. Quy trình thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất 86 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . 1 1. MỞ ðẦU 1.1. ðặt vấn ñề Việc sử dụng kết hợp Viễn thám và GIS cho nhiều mục ñích khác nhau ñã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới trong khoảng 30 năm trở lại ñây. GIS bắt ñầu ñược xây dựng ở Canada từ những năm 60 của thế kỷ XX và ñã ñược ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới. Sau khi vệ tinh quan sát trái ñất Landsat ñầu tiên ñược phóng vào năm 1972, các dữ liệu viễn thám ñược xem là nguồn thông tin ñầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ thuật của nó. Ngày nay, Trái ñất ñược nghiên cứu thông qua một dải quang phổ rộng với nhiều bước sóng khác nhau từ dải sóng nhìn thấy ñược ñến dải sóng hồng ngoại nhiệt. Các thế hệ vệ tinh mới ñược bổ sung thêm các tính năng quan sát trái ñất tốt hơn với những quy mô không gian khác nhau. Vệ tinh cung cấp một lượng thông tin khổng lồ và phong phú về các phản ứng quang phổ của các hợp phần của trái ñất như: ñất, nước, thực vật. Chính các phản ứng này sau ñó sẽ phản ánh bản chất sinh lý của trái ñất và các hiện tượng diễn ra trong tự nhiên bao gồm cả các hoạt ñộng của con người. Chủ ñề phát triển chính của viễn thám trong một thời gian dài chính là môi trường và tầm quan trọng của nó trong lĩnh vực này ñã tăng lên nhanh chóng trong một vài năm gần ñây (Askne, 1995). Trong khi ñó mục tiêu chính của việc sử dụng GIS là tạo ra những giá trị mới cho các thông tin hiện có thông qua phân tích không gian - thời gian hoặc mô hình hoá các dữ liệu có toạ ñộ. Nhờ khả năng phân tích không gian - thời gian và mô hình hoá, GIS cho phép tạo ra những thông tin có giá trị gia tăng cho các thông tin ñược chiết xuất từ dữ liệu vệ tinh (Burrough và cộng sự.,1998) [6]. Từ khi viễn thám lần ñầu tiên ñược sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ XX, các nước ñang phát triển là ñối tượng chính ñược quan sát bằng công nghệ này. Nền kinh tế của những nước này thường dựa vào các hoạt ñộng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp . 2 khai thác tài nguyên thiên nhiên, ñôi khi, các bản ñồ hoặc các dữ liệu sẵn có không chính xác hoặc ñã lỗi thời, yêu cầu về ñộ chính xác cũng thấp hơn các bản ñồ của các nước công nghiệp hoá và tương thích với dữ liệu của các vệ tinh thế hệ ñầu tiên. Những biến ñổi về môi trường ñang diễn ra rất nhanh chóng (ví dụ: hoạt ñộng tàn phá rừng, sự mở rộng các ñô thị) do ñó cần phải có những quan trắc ñầy ñủ. Áp lực quốc tế lên các hoạt ñộng quan trắc này khá lớn (bảo vệ những rừng, thúc ñẩy nền dân chủ…) trong giai ñoạn toàn cầu hoá Việt Nam không phải là một ngoại lệ. Hơn 10 năm sau khi chính sách ñổi mới nền kinh tế ñược thực hiện, nền kinh tế của Việt Nam cũng ñã ñạt ñược những thành tựu và cũng còn nhiều thách thức như những vấn ñề mới nảy sinh trong quản lý môi trường và tài nguyên thiên nhiên. Chính phủ ñã nhận ra rằng, phát triển kinh tế phải ñược kết hợp thực hiện với quản lý môi trường và tài nguyên thông qua một kế hoạch hành ñộng bền vững. Một câu hỏi ñặt ra là: Công nghệ Viễn thám và GIS có thể ñóng góp những gì nhằm hỗ trợ quá trình ra quyết ñịnh ở Việt Nam? Nghiên cứu hiện trạng lớp phủ thổ nhưỡng và hiện trạng sử dụng ñất là những ứng dụng phổ biến nhất, chúng ta có các ảnh viễn thám chụp Việt Nam ở những tỷ lệ khác nhau từ 1:25.000 (với ảnh SPOT và ASTER), 1:50.000, 1:250.000 (với ảnh Landsat) ñến 1:1.000.000 (với ảnh NOAA AVHRR và MODIS). FIPI và NIAPP (Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp) là hai ñối tượng chính sử dụng công nghệ này từ những năm 80. Trong suốt thập niên cuối của thế kỷ XX, các dữ liệu viễn thám ñã ñược sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nghiên cứu ñịa chất, lũ lụt, nghiên cứu phân bố lúa và cháy rừng, bảo tồn các vùng ñất ngập nước, quản lý tổng hợp ñới bờ, quan trắc các vùng ñô thị mở rộng một cách tự phát,… Hiện nay, ñối tượng sử dụng công nghệ này rất ña dạng, họ có thể từ các bộ, ngành ở Trung ương và ñịa phương và ñặc biệt là các dự án nghiên cứu cũng ñược liệt kê trong danh sách những người sử dụng. Trên thực tế quản lý tài nguyên ñất ñai và tài nguyên nước có thể ñược tiếp