Thiết kễ bộ mGiải đoán bằng máy
3.4. Đánh giá tình hình sử dụng đấthuyện Kim Sơn năm 2001.
Kim Sơn là một huyện ven biển nên một đặc tr−ng đầu tiên của khu vực là rất phát triển trong nghề trồng cói. Diện tích trồng cói của khu vực khá lớn chiếm 3088.61 ha . Nghề nuôi trồng thuỷ hải sản đặc biệt là nuôi tôm rất phổ biến và phát triển trên một phạm vi rộng chiếm 1540.91 ha. Với đặc điểm về vị trí địa lý là nằm trong khu vực châu thổ sông Hồng đ−ợc phù sa bồi đắp nên diện tích đất trồng lúa rất lớn chiếm7995.21ha. Do những hạn chế về điều kiện tài nguyên khoáng sản cũng nh− các nguyên vật liệu xây dựng, nên trong khu vực huyện diện tích đất xây dựng cũng nh− những khu công nghiệp là hầu nh− rất ít chỉ chiếm khoảng 1410 ha nằm xen lẫn trong khu dân c− chính vì vậy trong bảng thống kê ở trên thì một phần diện tích của đất xây dựng bị tính lẫn vào diện tích đất ở. Dân c− ở đây chủ yếu sống bằng nghề nông nghiệp nên loại hình sử dụng đất ở của khu vực chủ yếu là đất ở nông thôn, chiếm tới 4.57% diện tích toàn huyện, trong khi đất ở đô thị chỉ chiếm 0.43% diện tích toàn huyện. Hệ thống kênh m−ơng của khu vực khá dày đặc chiếm 1138.06 ha, diện tích đất giao thông của khu vực t−ơng đối phát triển chiếm 1000 ha. Kim Sơn chủ yếu là nơi tập trung ng−ời đi đạo chính vì vậy diện tích đất chuyên dùng cũng nh− diện tích đất di tích lịch sử là khá nhiều.
D−ới đây là biểu đồ thể hiện cơ cấu và diện tích các loại hình sử dụng đất của huyện năm 2001.
Ch−ơng 4
Nghiên cứu tình hình biến động sử dụng đất huyện kim sơn
giai đoạn 1995-2001.
4.1. Cơ sở lý thuyết của ph−ơng pháp nghiên cứu biến động sử dụng đất.
* Khái niệm chung về biến động: Cụm từ biến động đ−ợc nhắc đến ở mọi nơi, mọi lúc ví nh−: Biến động thị tr−ờng, biến động giá cả, biến động không gian, biến động dân số, biến động tâm lí... Nh− vậy, biến động đ−ợc hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác liên tục của các sự vật, hiện t−ợng tồn tại trong môi tr−ờng tự nhiên cũng nh− môi tr−ờng xã hội.
* Biến động về diện tích đối t−ợng (biến động l−ợng).
Giả sử cùng đối t−ợng A ở thời điểm T1 có diện tích là S1, ở thời điểm T2 có diện tích là là S2. (đối t−ợng A thu nhận đ−ợc từ hai ảnh vệ tinh có thời đIểm chụp khác nhau) nh− vậy ta nói rằng A bị biến đổi diện tích ở thời điểm T1 so với T2 (sự biến đổi này có thể bằng nhau, lớn hay nhỏ hơn) nếu ta dùng kĩ thuật để chồng xếp hai lớp thông tin này thì phần diện tích của phần trùng nhau sẽ đ−ợc gán giá trị cũ của đối t−ợng A, còn giá trị khác sẽ là giá trị của phần biến động. Giá trị biến động này là bao nhiêu tăng hay giảm phụ thuộc vào thuật toán đ−ợc sử dụng.
* Biến động về bản chất đối t−ợng.
Trên 2 ảnh Viễn thám chụp cùng một khu vực ở hai thời điểm khác nhau, diện tích A ở thời điểm T1 có giá trị M1, ở thời điểm T2 có giá trị M2 (M1, M2 là giá trị phổ), ta sử dụng thuật toán chồng ghép hai lớp thông tin tại hai thời điểm T1,T2 sẽ xuất hiện giá trị M khác M1, M2, Giả sử diện tích A không đổi ta nói rằng có sự thay đổi về chất của A, trên thực tế đây là sự thay đổi loại hình sử dụng đất.
* Nguyên tắc nghiên cứu biến động bằng GIS. (5)
Ta có thể biểu hiện nghiên cứu biến động nh− sau: Cùng một đối t−ợng trên mặt đất đ−ợc phản ánh trên hai lớp thông tin khác nhau sẽ cho một giá trị nh− nhau, tất nhiên có sự giới hạn về chu vi và diện tích có thể biến đổi (bằng nhau, lớn hơn hay nhỏ hơn) nếu ta chồng xếp hai lớp thông tin đó thì phần diện tích trùng nhau của đối t−ợng sẽ đ−ợc gán giá trị cũ, còn các giá trị khác sẽ là các giá trị của các lớp thông tin biến động, tuỳ theo phép toán sử dụng trên lớp thông tin về chúng kết quả sẽ thể hiện sự tăng hoặc giảm về mặt diện tích của đối t−ợng trên thực tế:
C
A
A C
Hình9. Nguyên tắc nghiên cứu biến động trong GIS.
Một trong các ph−ơng pháp nghiên cứu biến động là thiết lập ma trận biến động (ma trận hai chiều). Trong các phần mềm xử lí chuyên dụng ( AcrGIS,
ILLWIS, IDRISI), ma trận đ−ợc thực hiện trong chức năng CROSSING. Nguyên tắc của CROSSING là tạo bản đồ mới thể hiện sự biến động về số l−ợng giữa các đối t−ợng, sự biến động đó đ−ợc thể hiện bằng một bảng thống kê hai chiều một cách rõ ràng.
Giả sử có hai bản đồ Avà B, thể hiện hiện trạng lớp phủ bề mặt của cùng một khu vực nh−ng ở hai thời điểm khác nhau, khi đó ma trận biến động đ−ợc thành lập sẽ có dạng nh− sau:
B 1 2 3 4 5 1 1 12 13 14 15 2 21 2 23 24 25 3 31 32 3 34 35 4 41 42 43 4 45 5 51 52 53 54 5 Hình10. Ma trận biến động.
Ghi chú: A bản đồ thời điểm A. B bản đồ thời điểm B.
1, 2, 3, 4... các đơn vị thuộc thời điểm gốc A, B. 12, 13, 14... các đơn vị biến động.
Các đơn vị nằm theo đ−ờng chéo của ma trận là các đơn vị không biến động, các đơn vị bản đồ khác nằm ngoài động chéo nói lên tính chất của sự biến động ví dụ đơn vị biến động 12, 13, 45, 54...
Nh− vậy, với n đối t−ợng trên bản đồ thành phần sẽ có n*n đối t−ợng trên bản đồ biến động. Kết quả thu đ−ợc là bản đồ đ−ợc thể hiện đầy đủ số l−ợng pixel của các loại hình biến động và diện tích của từng đối t−ợng biến động (đơn vị tính diện tích m2 hoặc ha). Thông th−ờng bản đồ CROSSING đ−ợc xử lí rất nhanh d−ới dạng Rastor bằng các phần mềm chuyên dụng với độ chính xác đạt tới 80%-90%. Để tăng độ chính xác có thể kết hợp xử lí lớp tin d−ới dạng Vector.
* Phân tích Vector.
Các đối t−ợng địa lí dù đơn giản hay phức tạp đều đ−ợc quy thành 3 dạng: Điểm (point), đ−ờng (line, polyline), vùng (polygon). Trong đó:
Điểm (point): Thể hiện một phần tử của dữ liệu gắn với một vị trí xác định trong không gian 2 hoặc 3 chiều.(5)
Đ−ờng (line, polyline): Thể hiện đối t−ợng địa lí phân bố theo tuyến, đ−ợc mô tả bằng một chuỗi toạ độ kế tiếp nhau trong không gian.
Vùng (polygon): Trong đó vị trí và phạm vi phân bố các phần tử dữ liệu đ−ợc mô tả bằng một chuỗi các toạ độ không gian khép kín, có toạ độ điểm đầu và điểm cuối trùng nhau.
* Nguyên tắc nghiên cứu biến động bằng Viễn thám - Khái niệm NDVI (Normal Differren Vegetation Index): Chỉ số khác nhau tự nhiên của thực vật (5)
Bản chất của Viễn thám là sự thu nhận thông tin phản xạ từ các đối t−ợng trên mặt đất d−ới tác dụng của năng l−ợng điện từ. Nh− vậy, các gía trị độ xám của mỗi pixel (DN) có thể khác nhau giữa hai thời kỳ, tuỳ thuộc vào bản chất của pixel đó. ảnh biến động đ−ợc xây dựng sẽ thể hiện đ−ợc sự thay đổi trị số DN của từng pixel ảnh. Giá trị đó có thể nêu lên nhiều tính chất khác nhau của đối t−ợng ví dụ tính chất của n−ớc, của đất đá, của các công trình xây dựng. Đặc biệt sự biến động đó đ−ợc ứng dụng trong nghiên cứu biến động của hàm l−ợng Chlorophyl của thực vật.
Nh− đã biết, thực vật phản xạ mạnh ở vùng cận hồng ngoại và hấp thụ mạnh ở vùng ánh sáng đỏ, mức độ chênh lệch giữa hệ số phản xạ ở hai vùng ánh sáng này mang tính đặc tr−ng cho các đối t−ợng tự nhiên, đặc biệt là thực vật. Ng−ời ta th−ờng lấy mức độ chênh lệch phản xạ ở hai vùng làm chỉ tiêu để đánh giá trạng thái lớp phủ thực vật. Có nhiều loại chỉ số thực vật, trong đó chỉ số NDVI là chỉ số thực vật quy chuẩn và hay đ−ợc sử dụng nhất, NDVI đ−ợc tính theo công thức:
NDVI= (NIR-Red)/(NIR+Red)
Trong đó NIR: Giá trị phản xạ phổ trong vùng cận hồng ngoại. Red: Gía trị phản xạ phổ trong vùng ánh sáng đỏ.
ảnh NDVI tạo thành từ hai band đ−ợc tính theo công thức: NDVI=(band2-band1)/(band2+band1)*100.
Trong đó:
band 1 là gía trị phản xạ phổ trong vùng ánh sáng nhìn thấy (band 3). band 2 là giá trị phản xạ phổ trong vùng cận hồng ngoại (band 4).
Biến động của rừng đ−ợc thể hiện qua hai hình thức chính nh− sau:
Biến động về diện tích: Biến động về diện tích thể hiện qua các thời gian khác nhau.
Biến động về sinh khối của lá: Biến động của chất l−ợng lá và tán lá qua các giai đoạn sinh tr−ởng khác nhau, hoặc qua các thời kỳ có khí hậu khác nhau (biến động giữa các mùa). Sự khác biệt về sinh khối còn liên quan tới nhiều vấn đề khác của rừng nh−: Tình trạng sâu bệnh, năng suất sinh học của thảm rừng ...
Để thực hiện việc nghiên cứu biến động rừng, có nhiều ph−ơng pháp khác nhau. Dựa theo kinh nghiệm và thực nghiệm ng−ời ta đ−a ra nhiều chỉ số khác nhau để so sánh. Có thể liệt kê một số ph−ơng pháp tự động hóa nghiên cứu biến động nh− sau:
Nghiên cứu biến động sau phân loại tiến hành nh− sau:
+ Lựa chọn hai t− liệu ảnh của hai năm đ−ợc thu cùng mùa khí hậu (tốt nhất là cùng tháng trong năm), cắt và nắn theo cùng tọa độ chung.
+ Tiến hành phân loại theo hệ thống phân loại giống nhau. Những đơn vị khác nhau giữa hai bảng phân loại phải là những đơn vị mới xuất hiện ở trên ảnh này mà không có ở ảnh kia.
+ Tiến hành phép toán chéo (crossing) để thành lập bản đồ biến động và ma trận biến động. Trên ma trận này, các đơn vị của bản đồ nằm trên đ−ờng chéo của ma trận là những đơn vị không biến động, còn về hai phía đ−ờng chéo là những đơn vị biến động với những tính chất cụ thể của quá trình biến động.
Nghiên cứu biến động của các chỉ số thực vật VI( Vegetable index): Đ−ợc xác định dựa vào các giá trị phổ của 2 kênh phổ đặc tr−ng cho thực vật là kênh đỏ (Red) và kênh hồng ngoại phản xạ (NIR) hoặc kênh đỏ (Red) và kênh lục (Green). Ngoài ra, nhiều chỉ số khác cũng đ−ợc áp dụng trong nghiên cứu biến động.
Nghiên cứu biến động bằng các chỉ số khác :
Ngoài chỉ số thực vật, trong viễn thám còn có nhiều chỉ số khác cũng đ−ợc sử dụng để nghiên cứu lớp phủ bề mặt.
Bảng 6. Các loại chỉ số thực vật phổ biến (trong đó L là số hiệu chỉnh đ−ợc đặt giá trị 0.5; a, b là các chỉ số gain và offset ) (4)
Các chỉ số Công thức tính Ng−ời phát triển
NDVI Chỉ số khác biệt của thực vật (normal different vegetable index) RED NIR RED NIR NDVI + − = Rouse et al. (1973) RVI Chỉ số tỉ số thực vật RED NIR RVI = Jordan (1969) SAVI Chỉ số điều chỉnh của đất ) 1 ( ) ( ) ( L L RED NIR RED NIR SAVI + + + − = Huete (1988)
(với chỉ số L đ−ợc tính từ 0 – 1, trung bình là 0,5) SAVI2 Chỉ số điều chỉnh của chỉ số thực vật ) / ( 2 a b RED NIR SAVI + = Major et al. (1990) DVI Chỉ số khác biệt của chỉ số thực vật RED NIR DVI = − Tucker (1979) PVI Chỉ số thực vật vuông góc, với
a: gain của kênh b: of set của kênh
21 a 1 a b aRED NIR PVI + − − = Richardson và Wiegand (1971)
Ngoài ra còn nhiều chỉ số khác tính toán cho kênh ảnh màu lục (green) với λ = 0,5 – 0,6 àm.
Với các chỉ số tính toán nh− trên, các ảnh đ−ợc tạo thành và có thể so sánh để có thông tin về sự biến động của thực vật.
Tóm lại: Khi kết hợp giữa Viễn thám và GIS, có thể xử lý đồng thời cả ảnh và
bản đồ để theo dõi và thống kê đ−ợc sự biến động của rừng nói chung hay của thảm thực vật nói riêng. Công việc này đã, đang và sẽ đ−ợc thực hiện ở nhiều quy mô khác nhau và với mức độ chi tiết khác nhau. Do đặc điểm cũng nh− khả năng sẵn có của tài liệu, trong đề tài này tôi sử dụng ph−ơng pháp nghiên cứu biến động trên cơ sở các bản đồ và ph−ơng pháp thành lập bản đồ biến động (Thành lập bản đồ “chéo” bằng ph−ơng pháp “Crossing” )