10. Lời cảm ơn
1.2.3.Các phương pháp nghiên cứu biến ñộ ngl ớp phủ và sử dụng ñấ t
Dưới tác động khơng ngừng của yếu tố tự nhiên và yếu tố phát kinh tế - xã hội, các đối tượng trên bề mặt Trái đất luơn luơn biến động. Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự khác biệt về trạng thái của một đối tượng hoặc hiện tượng bằng cách quan sát chúng theo khơng gian và thời gian. Phát hiện kịp thời và chính xác quá trình biến động sẽ cung cấp thơng tin đầy đủ hỗ trợ cho sự hiểu biết tốt hơn về mối quan hệ và sự tương tác giữa con người với các hiện tượng tự nhiên, từ đĩ đưa ra các quyết định hợp lý cho sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Viễn thám và GIS là hai cơng cụ quan trọng cho phép xác định được biến động theo khơng gian và thời gian một cách hiệu quả [109].
Trong phân tích thay đổi sử dụng đất và lớp phủ bề mặt, điều đầu tiên cần phải lưu ý đến là ý nghĩa của khái niệm để xác định được sự thay đổi trong một trường hợp cụ thể. Đối với lớp phủ bề mặt bao gồm hai kiểu biến đổi: chuyển đổi và sửa đổi [154]. Chuyển đổi lớp phủ bề mặt bao gồm thay đổi từ lớp phủ bề mặt này sang lớp phủ bề mặt khác. Cịn sửa đổi liên quan đến sự thay đổi tự thân về cấu trúc trong một loại lớp phủ bề mặt mà khơng cĩ sự chuyển đổi từ lớp này sang lớp khác, cĩ thể là những thay đổi về năng suất, sinh khối,…[142]. Thay đổi lớp phủ bề mặt là kết quả của các quá trình hoạt động tự nhiên và phát triển kinh tế - xã hội,… Tuy vậy, nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy rằng: hầu hết các thay đổi bề mặt lớp phủ và sử dụng đất ở hiện tại cũng như trong quá khứ là do sự tác động của con người thơng qua hoạt động sản xuất [154]. Cho nên, thay đổi sử dụng đất cũng bao gồm
chuy n i t l p s d ng t này sang l p s d ng t khác và thay i n i t i trong t ng lo i hình s d ng t.
K thuật đánh giá biến động sử dụng tư liệu viễn thám được chia thành hai nhĩm phương pháp chính: đánh giá trước phân loại và đánh giá sau phân loại [133]. Các phương pháp đánh giá biến động được tổng hợp từ các tác giả Ashbinhdu Singh (1989), David A. Mouat (1993), Ross S. Lunetta (1993), Vittorio Castelli và cộng sự (1993), D. Lu và cộng sự (2004) và Gong Jiannya (2008) [39, 78, 109, 133, 141] thể hiện ở hình 1.4.
Hình 1. 4. Các phương pháp xác định biến động
Phân tích biến động trước phân loại:
Phân tích trước phân loại dựa trên phản xạ phổ hoặc những đặc trưng của đối tượng trong khu vực nghiên cứu, phương pháp này cĩ ưu điểm là cho ra phân tích nhanh chĩng. Các phương pháp phân tích trước phân loại được áp dụng phổ biến là phương xử lý dữ liệu số bán tự động tiếp cận phân tích gộp ảnh gốc [172] và phân tích thành phần chính (PCA) [23, 102, 132], tỉ số kênh phổ (band ratio), chỉ số thực vật (NDVI), và chuyển đổi các tasseled-cap [34, 76],... Phương pháp này cung cấp thơng tin thay đổi hoặc khơng thay đổi của các đối tượng. Việc xác định ngưỡng của phương pháp này là một thách thức lớn cần phải giải quyết, phương pháp phân
Trước phân loại
Đại số Chuyển đổi Mơ hình
Ảnh hai thời điểm
Sau phân loại
Kết hợp
ng ng c s d ng nhi u nh t là phân tích hàm phân b c a ảnh bi n ng. Hình 1.5 th hi n ph ng pháp phân tích tr c phân lo i.
Hình 1. 5. Phân tích trước phân loại
Các ph ng pháp phân tích bi n ng tr c phân lo i c g p thành ba nhĩm bao g m: i s , chuy n i và mơ hình.
• i s
Phân tích i s bao g m các ph ng pháp s khác bi t ảnh (image differencing), h i quy ảnh (image regression), t s ảnh (image ratioing), khác bi t ch s th c vật (vegetation index differencing), phân tích vector thay đổi (change vector analysis (CVA) và hiệu nền (background subtraction). Thuật tốn của nhĩm này là tương đối đơn giản, dễ thực hiện và dễ giải thích, nhưng chúng lại khơng cung cấp ma trận đầy đủ các thơng tin thay đổi (ngoại trừ phương pháp CVA). Một bất lợi nữa của nhĩm đại số là khĩ khăn trong việc lựa chọn kênh ảnh, chỉ số và ngưỡng phù hợp để xác định khu vực biến động.
• Chuyển đổi
Nhĩm chuyển đổi bao gồm các phương pháp PCA, Gramm-Schmidt (GS) và biến đổi Chi bình phương (Chi-square). Ưu điểm của nhĩm này là giảm dữ liệu thừa giữa các kênh ảnh và nhấn mạnh thơng tin khác nhau trong các thành phần phân tích. Tuy nhiên, cách tiếp cận này cũng khơng cung cấp ma trận biến động chi tiết và tương đối khĩ khăn khi xác định ngưỡng của khu vực thay đổi. Thêm vào đĩ, việc giải đốn và xác định thơng tin thay đổi trên ảnh chuyển đổi khá phức tạp.
• Mơ hình
Các mơ hình phát hiện thay đổi cơ bản bao gồm mơ hình phản xạ Li-Strahler, mơ hình hỗn hợp quang phổ và mơ hình lý sinh ước lượng tham số. Với cách tiếp cận này, các giá trị phản xạ phổ thường được biến đổi sang các thơng số vật lý dựa
Ảnh 1
Ảnh 2
Đánh giá biến động Tính tốn khác biệt
vào mơ hình tuy n tính ho c phi tuy n. Ưu i m c a ph ng pháp là các thơng s chuy n i tr c quan h n cho vi c nhận dạng và chiết tách thơng tin thực vật hơn là dấu hiệu phổ. Nhược điểm của những phương pháp này tốn nhiều thời gian và khĩ khăn trong việc phát triển mơ hình phù hợp cho chuyển đổi các giá trị phản xạ phổ thành các thơng số lý sinh.
Phân tích biến động sau phân loại
Ưu điểm của phương pháp đánh giá sau phân loại là cho ra ma trận biến động chi tiết và kết quả chứa thơng tin thay đổi từ lớp này sang lớp khác [133, 141]. Phương pháp phân tích bằng mắt được sử dụng trước những năm 1970, nhược điểm của phương pháp này là tốn thời gian cho việc phát hiện biến động và khĩ cập nhật các kết quả thay đổi. Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật máy tính và các phương pháp phân loại, phương pháp sử lý số được sử dụng hầu như trong tồn bộ các nghiên cứu về biến động sử dụng đất và lớp phủ. Kỹ thuật phân tích biến động sau phân loại bao gồm: đánh giá biến động từ hai ảnh được phân loại riêng rẽ và đánh giá biến động từ kết quả phân loại ảnh đa thời gian được thể hiện ở hình 1.6.
Đánh giá biến động từ hai ảnh được phân loại riêng rẽ: đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện. Ảnh chụp ở hai thời kỳ khác nhau được phân loại độc lập. Phương pháp này, thường sử dụng ma trận chéo để tính tốn tương quan biến động giữa các đối tượng, lập được các báo cáo số liệu thống kê và bản đồ biến động. Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc chặt chẽ vào độ chính xác của từng phép phân loại độc lập, các sai số xuất hiện ở mỗi lần phân loại ảnh sẽ bị lẫn trong quá trình điều tra biến động.
Đánh giá biến động từ kết quả phân loại ảnh đa thời gian là phương pháp ghép hai ảnh vào nhau thành ảnh đa thời gian trước khi phân loại. Hai ảnh cĩ N kênh được chồng phủ lên tạo ra một ảnh cĩ 2N kênh. Sau đĩ phân loại trên ảnh đa thời gian. Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào sự khác biệt phổ giữa các lớp cĩ thay đổi và khơng thay đổi. Nhược điểm của phương pháp này nếu số lượng chú giải nhiều thì phương pháp này trở nên rất phức tạp.
Hình 1. 6. Phân tích sau phân loại (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết hợp các phương pháp trong phân tích biến động
Hình 1. 7. Phương pháp kết hợp
Ph ng pháp này cập đến việc sử dụng kết hợp của hai hoặc nhiều phương pháp nêu trên để xác định biến động. Lợi thế của phương pháp này là khả năng tận dụng tối đa các ưu điểm của nhiều thuật tốn để cĩ được kết quả tốt hơn so với phương pháp duy nhất. Tuy nhiên, để áp dụng cho từng trường hợp cụ thể thì cách lựa chọn phương pháp kết hợp là rất khĩ và cĩ thể làm cho kết quả phát hiện biến động bị xung đột xuất phát từ các phương pháp khác nhau. Phương pháp kết hợp giữa phân loại và phương pháp đại số là được sử dụng phổ biến thể hiện ở hình 1.7.
Tổng hợp trên đây cho thấy cĩ rất nhiều phương pháp đánh giá biến động, mỗi phương pháp cĩ ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng riêng vì thế khĩ thể nĩi phương pháp nào là chuẩn mực để áp dụng cho mọi khu vực, mọi vùng. Việc lựa chọn một phương pháp đánh giá biến động phù hợp địi hỏi phải xem xét cẩn thận
Ảnh 1 Ảnh 2 Phân loại Đánh giá biến động Ảnh 1 Ảnh 2 Phân loại Phân loại Đánh giá biến động Đánh giá biến động từ 2 ảnh được phân loại riêng rẽ
Đánh giá biến động từ kết quả phân loại ảnh đa thời gian Ảnh 1 Ảnh 2 Phân loại Phân loại Đánh giá biến động Phân loại
các y u t ảnh h ng chính c a t ng ph ng pháp. Trong th c t , cĩ m t s ph ng pháp xác nh bi n ng th ng c s d ng mà k t quả c a chúng c ánh giá là t t và phù h p trong phân tích bi n ng nh ph ng pháp khác bi t
ảnh, PCA và ph ng pháp sau phân lo i [20, 44, 80, 81, 181]. Nh ng ph ng pháp ánh giá bi n ng này c tích h p v i h thơng tin a lý (GIS) làm t ng chính xác trong phát hi n bi n ng [109, 130, 140].
1.3. Quan điểm và phương pháp nghiên cứu của luận án
K t quả nghiên c u c ch tác ng c a các y u t t nhiên và kinh t - xã h i c a quá trình ơ th hĩa i v i thay i s d ng t, khảo sát các ph ng pháp ánh giá tác ng ã cho phép luận án lựa chọn được một cách tiếp cận và phương pháp mới trong việc xác định mối quan hệ giữa yếu tố tác động của đơ thị hĩa làm thay đổi sử dụng đất nơng nghiệp nĩi chung và của huyện Đơng Anh (khu vực ven đơ của thành phố Hà Nội) nĩi riêng.
1.3.1. Quan điểm nghiên cứu
1. Quan điểm về đơ thị hĩa
Tổng quan các quan điểm về đơ thị hĩa cho thấy đây là một vấn đề phức tạp và đa chiều. Khi đề cập đến vấn đề đơ thị hĩa cần phải cĩ quan điểm phù hợp với mục đích nghiên cứu. Với đặc thù của đơ thị hĩa vùng ven đơ, trong nghiên cứu này, quan điểm và các tiêu chí về đơ thị hĩa dựa trên khía cạnh: nhân khẩu học, kinh tế học và địa lý học. Đối với khu vực ven đơ, đơ thị hĩa đồng nghĩa với sự lan truyền tính đơ thị vào khu vực nơng thơn, quan điểm thể hiện thơng qua các nhĩm tiêu chí như sau:
- Cơ cấu kinh tế (chuyển đổi nền kinh tế nơng nghiệp sang cơng nghiệp, dịch vụ) - Cơ cấu lao động (từ nơng nghiệp sang cơng nghiệp, dịch vụ)
- Tăng mật độ dân số, mức sống
2. Các y u t c a ơ th hĩa ảnh h ng n s d ng t
T ng quan cho th y cĩ r t nhi u y u t c a ơ th hĩa ảnh h ng n s d ng t và chúng c chia thành hai nhĩm: y u t n i sinh và y u t ngo i sinh. Khi nghiên c u tác ng c a ơ th hĩa t i s d ng t, c n thi t phải cĩ s ánh giá t t ng th n chi ti t t ng tiêu chí c a ơ th hĩa t i s d ng t. Ngồi các tiêu chí c a ơ th hĩa khu v c ven ơ nêu trên, các y u t t nhiên nh : khoảng cách t i trung tâm, khoảng cách t i ng giao thơng, hay khoảng cách t i khu v c dân c ,… c ng là các y u t liên quan n bi n ng s d ng
t c n c xem xét.
3. V thơng tin s d ng t:
T li u vi n thám mang thơng tin phong phú v l p ph và s d ng t. S d ng t li u vi n thám chi t tách c thơng tin s d ng t thơng qua m i quan h ch t ch gi a l p ph b m t và lo i hình s d ng t.
4. V cách ti p cận trong nghiên cứu đánh giá tác động của đơ thị hĩa đến đất nơng nghiệp
Luận án sử dụng cách tiếp cận liên ngành để đánh giá tác động của đơ thị hĩa đến sử dụng đất. Tiếp cận liên ngành thơng qua phân tích thống kê và mơ hình hĩa khơng gian đang là phương pháp tiếp cận hiện đại, sâu sắc và tồn diện hơn để giải quyết các bài tốn phức tạp liên quan đến khoa học khơng gian và khoa học xã hội. Với cách tiếp cận này thì các yếu tố tác động của đơ thị hĩa đến sử dụng đất cĩ thể được biểu diễn một cách định lượng và khơng gian hĩa.
1.3.2. Phương pháp nghiên cứu
Viễn thám và GIS là các cơng cụ chủ đạo được sử dụng theo dõi, đánh giá biến động sử dụng đất của khu vực nghiên cứu. Phương pháp thống kê và mơ hình hĩa khơng gian dùng để đánh giá mức độ đơ thị hĩa và phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đơ thị hĩa đến biến động sử dụng đất. Hình 1.8 thể hiện các bước nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu.
Hình 1. 8. Các bước nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
1. Chi t tách thơng tin và ánh giá bi n ng s d ng t
Chi t xu t thơng tin s d ng t c a khu v c nghiên c u c ti p cận theo quy mơ tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
Tư liệu viễn thám Sử dụng đất Điều kiện kinh tế - xã hội Điều kiện tự nhiên Mức độđơ thị hĩa Biến động sử dụng đất Phân loại mờ tiếp cận đối tượng Phân tích PCA
Phân tích hồi quy logistic
Yếu tố của đơ thị hĩa tác động tới biến động sử dụng đất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mơ hình hĩa
Khơng gian thay đổi sử dụng đất
Phân tích khơng gian GIS
- Quy mơ ti p cận:
Quy mơ tiếp cận dựa trên lượng thơng tin viễn thám cho phép đánh giá theo hai hướng: khơng gian và thời gian. Tiếp cận khơng gian cho phép chiết xuất thơng tin từ ảnh ở quy mơ đối tượng (tập hợp các pixel) giống thực thể địa lý thơng qua ưu điểm nội trội về các thơng số bổ trợ sử dụng cho chiết tách thơng tin từ ảnh. Tiếp cận theo thời gian để đánh giá biến động sử dụng đất từ các ảnh viễn thám.
- Phương pháp nghiên cứu bao gồm: phân loại mờ và phân tích khơng gian Khu vực nghiên cứu là khu vực ven đơ, nơi chuyển tiếp giữa đơ thị và nơng thơn. Khu vực này cĩ sử dụng đất phức tạp về cấu trúc và phản xạ phổ địi hỏi xác định phương pháp chiết tách thơng tin sử dụng đất phù hợp với khu vực nghiên cứu. Phương pháp phân loại mờ tiếp cận đối tượng chiết tách thơng tin sử dụng đất cho khu vực nghiên cứu được đề xuất sử dụng trong luận án.
GIS với khả năng phân tích khơng gian được sử dụng đánh giá biến động sử dụng đất. Thơng tin sử dụng đất từ các ảnh viễn thám được chồng xếp phân tích khơng gian để xác định diện tích thay đổi và khơng gian thay đổi của từng loại hình sử dụng đất theo thời gian.
2. Đánh giá tác động của đơ thị hĩa đến biến động sử dụng đất
Đánh giá mức độ đơ thị hĩa khu vực ven đơ dựa vào các nhĩm tiêu chí đã được xác định ở trên. Khi đánh giá mức độ thị nhằm làm nổi bật được tính đơ thị trong bối cảnh của khu vực ven đơ, nơi tồn tại song hành hai tính chất nơng thơn và đơ thị, đồng thời cĩ thể đối sánh cho từng đơn vị khơng gian. Do vậy, luận án đề xuất sử dụng phương pháp phân tích PCA cho việc xác định mức độ đơ thị hĩa của từng thơn trong khu vực nghiên cứu và khơng gian hĩa bằng GIS.
Đánh giá tác động của đơ thị hĩa đến biến động sử dụng đất:
- Phương pháp phân tích hồi quy logistic với khả năng xác định mối quan hệ giữa biến phụ thuộc và biến độc lập. Biến phụ thuộc ở đây là biến động sử dụng đất, biến độc lập là các yếu tố của đơ thị hĩa. Phương pháp này được sử dụng dựa trên sự phù hợp về cấu trúc dữ liệu và kiểu biến phủ thuộc trong việc xác định và lượng