Ứng dụng ảnh viễn thám và phần mềm arcgis để xác định hiện trạng các loại đất ngập nước ven biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ THỊ HẢI NHƯ ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM V À PHẦN MỀM ARCGIS ĐỂ XÁC ĐỊNH HIỆN TRẠNG CÁC LOẠI ĐẤT NGẬP NƯỚC VEN BIỂN Chuyên ngành : Kỹ thuật trắc địa Mã số : 60.52.85 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS, TS Phạm Vọng Thành Hµ néi - 2008 -1- LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, cơng tr ình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu thực nghiệm đưa luận văn hoàn toàn trung thực trực tiếp tham gia chưa cơng bố cơng trình TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lê Thị Hải Như -2- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN 16 CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA VIỄN THÁM V À PHẦN MỀM ARCGIS…………………………………………………………… 17 1.1 Cơ sở viễn thám 17 1.1.1 Khái niệm viễn thám 17 1.1.2 Nguyên lý chung viễn thám 17 1.1.3 Đặc trưng phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 18 1.1.4 Các nguồn sai số ảnh viễn thám 20 1.2 Kỹ thuật xử lý phân loại ảnh số viễn thám 22 1.2.1 Ảnh số 22 1.2.2 Các phép xử lý ảnh 22 1.2.3 Các phép phân tích ảnh 24 1.2.4 Phân loại ảnh số viễn thám 25 1.2.5 Một số phần mềm chuyên xử lý phân tích ảnh viễn thám để chiết tách thông tin loại h ình đất ngập nước 29 1.2.6 Khả thông tin số loại ảnh vệ tinh loại h ình đất ngập nước ven biển 35 1.3 Ứng dụng phần mềm ArcGis thành lập sở liệu đồ chuyên đề 37 -3- 1.3.1 Ứng dụng phần mềm ArcGis th ành lập đồ chuyên đề 37 1.3.2 Kết hợp liệu viễn thám v Gis 38 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ VIỆC TH ÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG CÁC LOẠI ĐẤT NGẬP N ƯỚC VEN BIỂN 39 2.1 Khái niệm đất ngập nước 39 2.1.1 Định nghĩa đất ngập nước 39 2.1.2 Đặc điểm tự nhiên chủ yếu hình thành đất ngập nước Việt Nam 40 2.1.3 Phân loại đất ngập nước Việt Nam 42 2.2 Tầm quan trọng đất ngập nước kinh tế quốc dân 44 2.3 Tình hình thành lập đồ trạng đất ngập nước ven biển Việt Nam 46 2.4 Tình hình thành lập đồ trạng đất ngập nước ven biển giới 47 2.5 Các phương pháp thành lập đồ trạng đất ngập nước ven biển 48 2.5.1 Đo đạc trực tiếp thực địa: 48 2.5.2 Phương pháp đo vẽ, chỉnh lý tài liệu đồ có: 49 2.5.3 Sử dụng ảnh viễn thám GIS 49 CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH HIỆN TRẠNG CÁC LOẠI NƯỚC VEN BIỂN ARCGIS ĐẤT NGẬP BẰNG ẢNH VIỄN THÁM V À PHẦN MỀM 50 3.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 50 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 50 3.1.2 Đặc điểm đa dạng sinh học 54 3.1.3 Đặc điểm kinh tế – xã hội 55 3.2 Quy trình xác định trạng loại đất ngập nước ven biển ảnh viễn thám phần mềm ArcGis 57 -4- 3.2.1 Mục đích ý nghĩa 57 3.2.2 Quy trình xác định trạng loại đất ngập n ước ven biển ảnh viễn thám phần mềm ArcGis 58 3.3 Thực nghiệm kết thống kê diện tích loại đất ngập nước ven biển 60 3.3.1 Dữ liệu đầu vào 60 3.3.2 Thành lập bình đồ ảnh 62 3.3.3 Thành lập đồ 70 3.3.4 Chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám 70 3.3.5 Kết hợp tư liệu viễn thám hệ thống thông tin địa lý để th ành lập đồ trạng đất ngập n ước ven biển 72 3.3.6 In đồ bảng thống kê diện tích loại đất ngập n ước ven biển 73 3.4 Sản phẩm tạo trình thực nghiệm 73 3.4.1 Bản đồ đất ngập nước ven biển tỷ lệ 1/100 000 73 3.4.2 Bảng tổng hợp diện tích loại h ình đất ngập nước ven biển có khu vực thực nghiệm 74 3.4.3 Nhận xét kết thực nghiệm 74 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Phụ lục 80 -5- DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ĐNN Đất ngập nước ĐNNVB Đất ngập nước ven biển CNES Trung tâm nghiên cứu không gian (Centre National d'Etudes Spatiales ) DN Giá trị phổ ĐDSH Đa dạng sinh học GIS Hệ thống thông tin địa lý HRG Ảnh độ phân giải cao (High Resolution Geometric) HST Hệ sinh thái VVB Vùng ven biển IUCN Tổ chức Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế LANDSAT Vệ tinh tài nguyên Mỹ NDVI Chỉ số thực vật RAMSAR Các vùng đất ngập nước có tầm quan trọng quốc tế RGB Tổ hợp màu Đỏ - Xanh lục – Chàm RNM Rừng ngập mặn SPOT Hệ thống vệ tinh quan trắc Trái đất Pháp VQG Vườn quốc gia WWF Quĩ Quốc tế Bảo vệ Thiên nhiên -6- DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám 17 Hình 1.2: Khả phản xạ phổ đối t ượng tự nhiên 18 Hình 1.3: Biến dạng chuyển động Trái đất 20 Hình 1.4: Đặc tính phản xạ phổ số đối t ượng tự nhiên kênh phổ ảnh SPOT 25 Hình 3.1: Qui trình cơng ngh ệ xác định trạng loại hình ĐNNVB ảnh viễn thám phần mềm ArcGis 58 Hình 3.2: Ảnh vệ tinh SPOT5 độ phân giải 10m 60 Hình 3.3: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/100 000 61 Hình 3.4: Bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ 1/50 000 62 Hình 3.5: Ảnh khu vực thử nghiệm 63 Hình 3.6: Phương pháp phân ngưỡng mức độ xám 64 Hình 3.7: Phương pháp cắt mức độ xám 65 Hình 3.8: Phương pháp giãn cân 66 Hình 3.9: Phương pháp lọc ảnh 67 Hình 3.10: Phương pháp chuyển đổi khơng gian màu 68 Hình 3.11: Ảnh số thực vật NDVI 69 Hình 3.12: Phân tích thành phần 70 Hình 3.13: Các bước tiến hành phân loại khơng có giám định 71 Hình 3.14: Kết phân loại không giám định 72 Hình 3.15: Báo cáo trạng ĐNNVB 73 Hình 3.16: Bản đồ đất ngập nước tỷ lệ 1/100 000 73 -7- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Khả xác định loại h ình ĐNN ảnh vệ tinh SPOT-5 36 Bảng 2.1: Hệ thống khu ĐNN cửa sông ven biển Việt Nam 41 Bảng 3.1: Bảng tổng hợp diện tích loại h ình ĐNNVB 74 -8- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất ngập nước ven biển (ĐNNVB) hệ sinh thái nhạy cảm dễ bị đe doạ, có ý nghĩa qu an trọng phát triển kinh tế -xã hội, bảo vệ môi trường đa dạng sinh học Đất ngập n ước ven biển Việt Nam đa dạng kiểu, loại hình cảnh quan sinh thái, phong phú v ề tài nguyên đa dạng sinh học Đất ngập nước ven ven biển có nhiều chức n ăng quan trọng như: nạp tiết nước ngầm, điều hịa khí hậu, sản xuất sinh khối, hạn chế lũ lụt, phục vụ du lịch giải trí, nghi ên cứu khoa học, trì tính đa dạng sinh học, cung cấp chất đốt tạo môi tr ường hoạt động cho nhiều ngành kinh tế thủy sản, lâm nghiệp, giao thông vận tải thủy, sản xuất lượng, du lịch, khai khoáng Đặc biệt, ĐNNVB đ ã đóng vai trị quan trọng bảo vệ mơi trường phịng chống thiên tai cho vùng cửa sông ven biển, cụ thể là: chắn sóng gió bão, chống xói lở ổn định bờ biển, ngăn ngừa ô nhiễm Mặt khác, ĐNNVB Việt Nam l nơi cung cấp sinh kế chủ yếu cho ng ười dân nghèo ven biển Năm 1989, Chính phủ Việt Nam ký kết Cơng ước Ramsar - Công ước bảo vệ vùng ĐNN có ý nghĩa tồn cầu Việt Nam thành viên thứ 50 giới, Quốc gia Đông Nam Á tham gia Công ước Điều thể tâm Chính phủ Việt Nam muốn sử dụng lâu bền v ùng ĐNNVB Quốc gia Nước ta trình phát triển kinh tế xã hội với tốc độ nhanh nên tạo tác động tiêu cực đến chức v giá trị vùng đất ngập nước (ĐNN) nói chung ĐNNVB nói riêng Vi ệt Nam có nhiều cố gắng phương diện quản lý nghiên cứu, kiểm kê, ĐNNVB bị suy thoái số lượng chất lượng, chức năng, giá trị, đa dạng sinh học ảnh h ưởng xấu đến phát triển bền vững Quốc gia Nguồn t ài nguyên nhiều bộ, ngành quan tâm để góp phần ngăn chặn xu suy thoái ĐNNVB Việt Nam v sử dụng bền vững tài nguyên Tuy nhiên thời điểm nay, ch ưa có cơng trình điều tra, kiểm kê toàn ĐNNVB Việt Nam n thực hiện, -9- chưa thể có số diện tích đất ngập nước ven ven biển tồn lãnh thổ Vì vậy, việc nghiên cứu thành lập đồ trạng ĐNNVB để xác định trạng loại ĐNNVB phục vụ cho việc qui hoạch tổng thể, nhằm bảo tồn v sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nhiệm vụ quan trọng v cấp thiết Hiện Việt Nam có đầy đủ loại ảnh viễn thám từ nhiều nguồn khác Từ loại ảnh vệ tinh có độ phân giải trung b ình ảnh LANDSAT đến loại ảnh vệ tinh SPOT 4, SPOT v ảnh Quickbird có độ phân giải cao v siêu cao phủ trùm lãnh thổ Việt Nam Với loại ảnh n ày kết hợp với phần mềm ArcGIS, hồn tồn thành lập đồ trạng ĐNNVB nhiều cấp khác từ cấp huyện, cấp tỉnh, cấp v ùng đến nước cách nhanh chóng, xác đồng Đây lợi to lớn thông tin ảnh viễn thám cần đ ược khai thác để sớm có thơng tin đầy đủ vùng ĐNNVB Việt Nam, để bảo vệ, ngăn chặn xu suy thoái ĐNNVB v sử dụng bền vững tài ngun Với tính cấp thiết đó, tơi đ ã chọn đề tài luận văn thạc sỹ : “Ứng dụng ảnh viễn thám phần mềm ArcGis để xác định trạng loại đất ngập nước ven biển ” Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám v phần mềm ArcGis để xác định trạng loại hình đất ngập nước ven biển cho kết nhanh v đảm bảo tin cậy so với phương pháp khác - Thành lập đồ trạng loại đất ngập n ước ven biển phục vụ qui hoạch, kế hoạch bảo tồn phát triển bền vững tài nguyên Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Nghiên cứu thành lập đồ trạng ĐNN ven biển tỷ lệ 1/100 000 khu vực ven biển miền Bắc thuộc tỉnh Nam Định, Thái B ình Đây khu vực có nhiều loại hình ĐNN đa dạng Ảnh vệ tinh sử dụng để nghiên cứu ảnh vệ tinh SPOT-5 đa phổ có độ phân giải 10m ... ? ?Ứng dụng ảnh viễn thám phần mềm ArcGis để xác định trạng loại đất ngập nước ven biển ” Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám v phần mềm ArcGis để xác định trạng loại hình đất ngập. .. trình xác định trạng loại đất ngập nước ven biển ảnh viễn thám phần mềm ArcGis 57 -4- 3.2.1 Mục đích ý nghĩa 57 3.2.2 Quy trình xác định trạng loại đất ngập n ước ven biển ảnh viễn. .. tài liệu đồ có: 49 2.5.3 Sử dụng ảnh viễn thám GIS 49 CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH HIỆN TRẠNG CÁC LOẠI NƯỚC VEN BIỂN ARCGIS ĐẤT NGẬP BẰNG ẢNH VIỄN THÁM V À PHẦN MỀM 50 3.1 Tổng quan khu vực nghiên