Phần 4 Kết quả và thảo luận
4.2. Xây dựng bản đồ sử dụng đất huyện Tam Nông năm 2005, 2010 và 2015
4.2.2. Giải đoán ảnh vệ tinh và xây dựng bản đồ sử dụng đất
4.2.2.1. Nhập ảnh
Đây là công đoạn chuyển ảnh từ các khuôn dạng khác nhau về khuôn dạng của chương trình ErDAS để tiến hành các bước tiếp theo.
Khuôn dạng ảnh trong ErDAS là image. Thông thường dữ liệu viễn thám được lưu dưới 3 dạng cơ bản:
- Dạng BSQ: các kênh được ghi nối tiếp nhau
- Dạng BIP: ghi lần lượt liên tiếp các pixel của các kênh - Dạng BIL: ghi lần lượt các dòng của các kênh
Do số kênh phổ của 2 thế hệ vệ tinh là khác nhau và dữ liệu tải về là ảnh đơn kênh nên phải tiến hành cộng gộp các kênh ảnh. Vì vậy với Landsat 5 lựa chọn kênh 1, 2, 3, 4, 5, 7, Landsat 8 lựa chọn kênh 2, 3, 4, 5, 6, 7. Việc cộng gộp các kênh được thực hiện bởi công cụ Layer Stack trên phần mềm ErDAS 2014.
Hình 4.2. Cộng gộp kênh ảnh Landsat 5
Hình 4.3. Cộng gộp kênh ảnh Landsat 8
4.2.2.2. Tăng cường chất lượng ảnh
Sử dụng công cụ Multispectral nhằm tăng cường chất lượng hình ảnh và tạo ra ảnh có chất lượng tốt hơn, các đối tượng trên ảnh sẽ có độ tương phản cao hơn phục vụ công tác giải đoán ảnh.
4.2.2.3. Hiệu chỉnh hình học ảnh
Nguồn ảnh Landsat lấy từ trang web earthexplorer.usgs.gov đã được hiệu chỉnh hình họa về hệ tọa độ WGS84.
4.2.2.4. Cắt ảnh
Từ file ranh giới hành chính thu thập được có định dạng *.shp tiến hành chuyển đổi sang định dạng *aoi, sau đó sử dụng công cụ Subset để cắt ảnh.
Hình 4.4. Ảnh sau khi cắt theo địa giới hành chính
4.2.2.5. Xây dựng tệp mẫu ảnh
Các bước tiến hành phân loại như sau:
- Xác định các loại đất: Vì tư liệu ảnh vệ tinh luôn phản ánh trung thực, khách quan bề mặt đất tại thời điểm chụp ảnh, nên bản đồ xây dựng được sau khi giải đoán là bản đồ sử dụng đất. Để phục vụ cho việc xây dựng khoá giải đoán ảnh, trước tiên cần xác định các loại đất theo mục đích sử dụng trên khu vực nghiên cứu. Căn cứ vào hiện trạng sử dụng đất, đặc điểm của tư liệu ảnh vệ tinh, độ phân giải ảnh, xây dựng được bảng phân loại các loại hình sử dụng đất sau:
Bảng 4.5. Các loại hình sử dụng đất trên địa bàn khu vực nghiên cứu
STT Loại hình sử dụng đất Ký
hiệu Mô tả
1 Đất chuyên trồng lúa LUA Đất chuyên trồng lúa, đất trồng lúa khác 2 Đất trồng cây hàng năm khác BHK Đất trồng cây hàng năm khác, đất trồng cây lâu năm, đất cỏ dùng vào chăn nuôi 3 Đất mặt nước DMN Đất có mặt nước chuyên dùng, đất nuôi trồng thủy sản 4 Đất lâm nghiệp DLN Đất rừng sản xuất, đất rừng phòng hộ, đất rừng đặc dụng
5 Đất sông suối SON Đất sông suối
6 Đất xây dựng DXD
Đất ở, đất khu công nghiệp, đất cơ sở sản xuất kinh doanh, công trình sự nghiệp, đất chợ, đình chùa, nghĩa trang, nghĩa địa…
- Xây dựng tệp mẫu các loại đất: việc chọn vùng mẫu có tính chất quyết định tới kết quả phân loại. Để đảm bảo độ chính xác khi lựa chọn vùng mẫu phải chú ý các yêu cầu sau:
+ Số lượng các vùng lấy mẫu của mỗi loại đối tượng cần phải phù hợp: Số lượng vùng mẫu quá ít sẽ không đảm bảo độ chính xác, ngược lại nếu nhiều quá sẽ làm tăng khối lượng tính toán lên rất nhiều, đôi khi làm nhiễu kết quả tính toán.
+ Diện tích các vùng lấy mẫu đủ lớn, đồng thời các vùng mẫu không được nằm gần ranh giới giữa các lớp đối tượng với nhau.
+ Vùng mẫu được chọn phải đặc trưng cho đối tượng phân loại và phân bố đều trên khu vực nghiên cứu.
Quá trình xây dựng tệp mẫu ảnh vệ tinh được thực hiện nhờ đi thực địa với sự trợ giúp của GPS cầm tay. Sau khi cài đặt các thông số hệ tọa độ WGS-84 cho GPS cầm tay, với độ chính xác 8 – 10 m, tiến hành đi thực địa cho 6 loại hình sử dụng đất ở trên với tổng số mẫu là 54 mẫu, trong đó: Đất chuyên trồng lúa (8 mẫu); Đất trồng cây hàng năm khác (17 mẫu), trong đó: Đất trồng ngô 5 mẫu, đất trồng sắn 2 mẫu, đất trồng khoai 2 mẫu, đất trồng đậu 3 mẫu, đất trồng lạc 3 mẫu, đất trồng vừng 2 mẫu); Đất mặt nước (8 mẫu); Đất lâm nghiệp (5 mẫu); Đất sông suối (6 mẫu); Đất xây dựng (10 mẫu).
Các khoảnh đất được chọn là các khoảnh đất ít có biến động về thay đổi sử dụng đất. Kết thúc quá trình đi thực địa, toàn bộ số liệu được chuyển vào máy tính và hiển thị trên nền ảnh vệ tinh. Dựa vào các thông tin thuộc địa và ảnh chụp... tiến hành số hóa mẫu các loại đất.
Bảng 4.6. Mẫu giải đoán ảnh vệ tinh
STT Loại đất Ảnh 2005 Ảnh 2010 Ảnh 2015 Ảnh thực địa 1 Đất trồng lúa 2 Đất trồng cây hàng năm khác 3 Đất mặt nước 4 Đất lâm nghiệp 5 Đất sông suối 6 Đất xây dựng
Tiến hành gộp các mẫu thành 6 loại hình sử dụng đất:
4.2.2.6. Đánh giá tệp mẫu các loại đất
Mỗi lần xây dựng tệp dữ liệu mẫu, chúng ta cần đánh giá, khẳng định tính chính xác của mẫu các loại đất. Dựa vào đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên, chúng ta đánh giá độ chính xác theo phương pháp phân tích Separability.
Qua hình trên cho thấy các loại sử dụng đất trong tệp mẫu có sự phân biệt tốt, khi giải đoán ảnh không bị nhầm lẫn các loại hình sử dụng đất. Với cách làm tương tự, kết quả phân tích Separability của tệp năm 2005 và 2010 đều đạt yêu cầu, có thể dùng để phân loại ảnh số (Phụ lục 2).
4.2.2.7. Phân loại ảnh
Kết quả tiến hành phân loại ảnh với các mẫu đã chọn bằng phương pháp xác suất cực đại. Thu được ảnh phân loại năm 2015 với 6 loại sử dụng đất thu được ảnh phân loại năm 2015 như hình 4.6. Tương tự ta cũng thu được ảnh phân loại năm 2010 và 2005 với 6 loại sử dụng đất.
Hình 4.6. Ảnh năm 2015 sau khi phân loại
4.2.2.8. Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại ảnh
Để đánh giá kết quả phân loại, chúng tôi tiến hành kiểm tra thực địa với sự trợ giúp của GPS cầm tay. Tổng số điểm GPS kiểm tra là 50 điểm.
a. Xây dựng ma trận nhầm lẫn
Ma trận nhầm lẫn được xây dựng dựa vào điểm đi thực địa các loại sử dụng đất và số lượng điểm đúng các loại đất sau phân loại. Ma trận nhầm lẫn được xây dựng ở bảng 4.7.
Bảng 4.7. Đánh giá kết quả phân loại bản đồ sử dụng đất năm 2015 Loại đất -1 -2 -3 -4 -5 -6 Tổng Loại đất -1 -2 -3 -4 -5 -6 Tổng cột Độ CX nhầm lẫn Đất chuyên trồng lúa (1) 8 1 0 0 0 0 9 88.89 Đất trồng cây hàng năm khác (2) 0 9 0 1 0 0 10 90 Đất mặt nước (3) 1 0 7 0 0 0 8 87.5 Đất lâm nghiệp (4) 0 1 0 8 0 0 9 88.89 Đất sông suối (5) 0 0 0 0 4 0 4 100 Đất xây dựng (6) 0 1 0 0 0 9 10 90 Tổng hàng 9 12 7 9 4 9 50 Độ CX bỏ sót 88.89 75 100 88.89 100 100 90%
- Tổng hàng: số điểm kiểm tra của các loại đất.
- Ô chữ đậm (đường chéo): số điểm kiểm tra đúng; các ô còn lại: các điểm kiểm tra nhầm lẫn sang loại đất khác.
- Độ chính xác phân loại (%): số điểm kiểm tra đúng/số điểm kiểm tra tương ưng của các loại đất x 100
(Độ chính xác phân loại (%) = số điểm đúng/tổng hàng x 100) - Tổng cột: số điểm trên thự c tế của các loại đất khi đi kiểm tra: 50
- Độ chính xác sử dụng (%): số điểm kiểm tra đúng/số điểm kiểm tra thực tế của loại đất đó x 100
Độ chính xác sử dụng (%) = số điểm đúng/tổng cột x 100
- Độ chính xác bản đồ: là tỷ số giữa tổng số điểm kiểm tra đúng với tổng số điểm kiểm tra.
Tổng số điểm đúng (chữ đậm): 45 Tổng số điểm kiểm tra: 50
Độ chính xác bản đồ (%) = 45/50x100 = 90% b. Phương pháp tính chỉ số Kappa
Chỉ số này nằm trong phạm vi từ 0 đến 1 và biểu thị sự giảm theo tỷ lệ về sai số được thực hiện bằng một yếu tố phân loại hoàn toàn ngẫu nhiên.
∑ ∑ ∑ = + + = = + + − − = r i i i r i r i i i ii x x N x x x N 1 2 1 1 ) . ( ) . ( κ Trong đó:
N: Tổng số điểm lấy mẫu ngoài thực địa r: Số loại hình sử dụng đất phân loại
xii: Số điểm đúng của loại hình sử dụng đất thứ i
xi+: Tổng số điểm của loại hình sử dụng đất thứ i của mẫu x+i: Tổng số điểm của loại hình sử dụng đất thứ i sau phân loại Kết quả tính chỉ số Kappa theo công thức: κ = 0.8442
Với cách làm hoàn toàn tương tự, độ chính xác bản đồ giải đoán năm 2005 là 86.5%, của bản đồ năm 2010 là 87.5% (Phụ lục 3).
4.2.2.9. Xây dựng bản đồ sử dụng đất
Để biên tập và thành lập bản đồ hiện trạng, từ kết quả phân loại ảnh ta phải chuyển kết quả phân loại sang dạng vector. Ảnh vệ tinh năm 2005, năm 2010 và năm 2015 sau khi phân loại được chuyển sang dạng vector và lưu file ở định dạng *.shp.
Ảnh phân loại sau khi được chuyển sang dạng vector xuất sang định dạng Shapefile và được được nhập vào phần mềm Arcgis để biên tập thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Tiến hành trình bày màu sắc theo quy định, thêm các lớp cần thiết, kết quả thu được ba bản đồ sử dụng đất năm 2005, 2010 và 2015 được thể hiện ở hình 4.7, 4.8 và 4.9.
Hình 4.7. Bản đồ sử dụng đất Huyện Tam Nông – Tỉnh Phú Thọ 2005
Hình 4.8. Bản đồ sử dụng đất Huyện Tam Nông – Tỉnh Phú Thọ 2010
Hình 4.8. Bản đồ sử dụng đất Huyện Tam Nông – Tỉnh Phú Thọ 2015