Hệ thống mẫu giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu

Bảng 3 .2 Hệ thống chú giải của ảnh lớp phủmặt đất trong khu vực nghiên cứu

Bảng 3.3 Hệ thống mẫu giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu

3.2.4.2. Phân loại đối tượng từ ảnh SPOT các năm 1995, 2002 và 2009

Để phân loại đất ở khu vực huyện Từ Liêm - Hà Nội, tác giả sử dụng phân mềm MaDCAT (Mapping Device – Change Analysis Tool).

1. Tổng quan về phần mềm MaDCAT: MaDCAT (Mapping Device – Change

Analysis Tool) là một trình ứng dụng đƣợc xây dựng với 2 chức năng chính:

- Xây dựng bản đồ lớp phủ: Phần mềm cho phép ngƣời dùng tạo ra dữ liệu lớp phủ dƣới dạng vectorr sử dụng nhiều kỹ thuật giải đoán khác nhau nhƣ giải đoán bằng mắt, bán tự động hoặc tự động hoàn toàn.

- Phát hiện và chuẩn hóa biến động dựa trên thống kê hoặc sự biến đổi lớp phủ. Chức năng phát hiện biến động sẽ đƣợc thực hiện theo 2 chế độ:

a. Dựa trên những lớp vector đã có (tồn bộ khu vực dựa trên những vùng đƣợc chọn bằng phép lọc nhận dạng cấu trúc)

b. Dựa trên thống kê đầy đủ của những vùng mẫu

Phần mềm MaDCAT nằm trong bộ phần mềm do hãng TERRA NOVA Geographical Information System phát triển và đƣợc Tổ chức Nông lƣơng Thế giới nắm giữa quyền phân phối. Từ năm 2002, Tổ chức Nơng lƣơng Thế giới (FAO) và Chƣơng trình Mơi trƣờng Liên hợp quốc (UNEP) đã thực hiện chƣơng trình Mạng lƣới lớp phủ mặt đất toàn cầu (Global Land Cover Network (GLCN)). Chƣơng trình này cung cấp bộ phần mềm để thực hiện các dự án của mình. Các phần mềm đó là LCCS, GeoVis/Map, ADG, VEDAS, Dynamic Atlas và MaDCAT. MaDCAT nằm trong hệ thống phần mềm xây dựng lớp phủ mặt đất, nó có thể liên kết trực tiếp với LCCS2 (Land Cover Classification System) để quản lý các lớp và chuẩn hóa dữ liệu bản đồ.

MaDCAT cùng với các phần mềm khác trong bộ phần mềm GLCN có khả năng cung cấp một giải pháp toàn diện để xây dựng bản đồ lớp phủ và phân tích phát hiện biến động phục vụ công tác quản lý và giám sát.

Hình 3.4: Giao diện phần mềm MaDCAT

Điểm khác biệt lớn của MaDCAT là cung cấp khả năng chiết tách thông tin dựa trên phƣơng pháp phân loại hƣớng đối tƣợng, sử dụng segmentation để phân tách ảnh.

Đối với phƣơng pháp này dữ liệu sẽ qua các bƣớc xử lý cơ bản: - Segmentation: phân tách ảnh thành những vùng đồng nhất - Clustering: gộp các vùng đồng nhất vào các lớp

- Labeling: gán nhãn các lớp dƣới dạng các lớp phủ - Change detection: phát hiện và phân tích biến động - Report: báo cáo

2. Các bƣớc tiến hành a. Segmentation.

- Thiết lập một project: vào menu project management -> new project

- Tiến hành mở ảnh: vào menu project management-> Raster manager - >Load raster

Hình 3.5: Ảnh mở bằng cơng cụ Raster manager

- Vào công cụ segmentation: chọn segment to raster. Bảng tùy chọn các tham số đầu vào hiện ra. Có 5 thơng số nhƣ đã giải thích ở trên, tùy theo kích thƣớc, độ phân giải, đặc điểm khu vực nghiên cứu và kinh nghiệm của ngƣời dùng mà đặt các giá trị cho các tham số. Thậm chí cơng việc có thể tiến hành lặp lại nhiều lần đề có kết quả mong muốn.

Hình 3.6: Lựa chọn thơng số cho phân tách ảnh segmentation.

- Sau khi máy tính tốn xong, ta có một lớp segmentation gồm các vùng đồng nhất và đƣợc lƣu trữ dƣới dạng *.shp file.

Hình 3.7: Kết quả phân tách ảnh thành các vùng

- Ta có thể dùng công cụ Reports and exporting data để lƣu thành file.

- Để có thể tiến hành phân loại kết quả tách vùng nhƣ trên, ta cần xây dựng mẫu các đối tƣợng cần phân loại trên hệ thống LCCS ( Land Cover Classification System).

- Hệ thống phân loại lớp phủ này đƣợc phân chia nhƣ sau:

- Trong giới hạn của đề tài, chỉ chọn các lớp đối tƣợng: Đất ở và xây dựng, đất nông nghiệp, mặt nƣớc, đất trống và bãi bồi.

- Sau khi lựa chọn các lớp đối tƣợng sẽ xác định xem lớp đối tƣợng đó đơn thuần là đối tƣợng đồng nhất hay đƣợc gộp bởi một số đối tƣợng.

- Sau khi chọn các lớp đƣợc đối tƣợng, có thể xác định các thuộc tính đối tƣợng cho dễ hiểu theo ngƣời dùng, hiển thị các mơ tả mẫu đó.

- Khi đã có đƣợc bảng mẫu đối tƣợng cần phân loại ta xuất kết quả các bảng mẫu đó, có thể đƣa sang các định dạng khác nhau

- Dƣới đây là bảng mẫu đối tƣợng đƣợc xuất sang dạng Excel

Cultivated and managed areas

Cultivated and Managed Area(s) AG Artificial surfaces and associates

area(s)

Urban Areas(s) URB

Bare area(s)

Bare Soil BS

Water bodies, snow and ice

Natural and Artificial Waterbodies WAT

Bảng 3.4: Các đối tượng cần phân loại

- Tiến hành phân loại trong phần mềm MADCAT, sử dụng công cụ Automatic

- Sử dụng chức năng Classify polygons by pixel để phân loại các vùng sẵn có dựa vào giá trị phổ của các vùng đó.

- Để làm đƣợc điều này cần phải tạo vùng mẫu Training Areas cho các lớp đối tƣợng và bảng thuộc tính nhƣ sau:

Hình 3.10: Tạo vùng mẫu

Sau khi đã có tên và bảng thuộc tính, ta tiến hành chọn mẫu nhờ vào cơng cụ

Edit Polygons

- Các vùng mẫu đƣợc chọn dựa vào bảng khóa giải đốn đối tƣợng đã xây dựng ở trên.

STT Tên đối tƣợng Mẫu trên ảnh

1 Đất ở và xây dựng

2 Nông nghiệp

3 Mặt nƣớc

4 Đất trống và bãi bồi

Bảng 3.5: Mẫu phân loại các đối tượng

- Thuật tốn đƣợc sử dụng để phân loại có kiểm định là Maximum Likelihood. - Sau khi tiến hành phân loại đối với các ảnh của các thời điểm 1995, 2002,

và thống kê cơ cấu lớp phủ của từng thời điểm. Cụ thể nhƣ sau:

Hình 3.12: Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm năm 1995 (Thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1: 65 000) (Thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1: 65 000)

Hình 3.14: Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm năm 2009 (Thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1: 65 000) (Thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1: 65 000)

1995 24% 64% 10% 2% Đất ở và xd Nông nghiệp Mặt nước Đất trống

Hình 3.15: Cơ cấu lớp phủ thời điểm 1995

2002 31% 58% 9% 2% Đất ở và xd Nơng nghiệp Mặt nước Đất trống

Hình 3.16: Cơ cấu lớp phủ thời điểm 2002

2009 45% 43% 9% 3% Đất ở và xd Nơng nghiệp Mặt nước Đất trống

3.3. Phân tích, thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm giai đoạn 1995 - 2002 – 2009 đoạn 1995 - 2002 – 2009

Trên cơ sở các ảnh hiện trạng lớp phủ mặt đất đã xây dựng tại các năm 1995, 2002 và 2009, tiến hành thành lập, biên tập các bản đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm Hà Nội giai đoạn 1995 – 2002, 2002 - 2009 (xem các bản đồ kết quả về biến động lớp phủ mặt đất) với sự trợ giúp của phần mềm arcgis.

- Dữ liệu đầu vào: file vector kết quả phân loại 3 thời kì: kqpl95, kqpl02, kqpl09 - Tiến hành chồng xếp 2 kết quả phân loại 2 thời điểm 1995 và 2002: Trong phần mềm arcMap, vào ArcToolbox - Analysis tool -> Overlay – Union: chọn đƣờng dẫn tới file đầu vào và kết quả: kqpl95_02_union -> ok

Hình 3.18: Chồng xếp kết quả phân loại thời điểm 1995 và 2002

- Sau đó tạo biểu tƣợng cho các đối tƣợng, biên tập các bản đồ biến động

Hình 3.21: Bản đồ biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 2002 – 2009 (Thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1: 65 000) (Thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1: 65 000)

Trên cơ sở phân tích các bản đồ biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 1995 – 2002, 2002 - 2009 đã thành lập (xem các bản đồ kết quả về biến động lớp phủ mặt đất) với sự trợ giúp của phần mềm ArcGis, tiến hành đánh giá biến động đƣợc thể hiện trong các bảng ma trận biến động (bảng 3.6, 3.7), bảng thống kê diện tích các thời điểm (bảng 3.8) và biểu đồ hình 3.24.

Bảng 3.6: Bảng ma trận biến động diện tích lớp phủ mặt đất giai đoạn 1995 – 2002

Năm 1995 - 2002 (đơn vị: ha)

TT Loại lớp phủ Đất ở và xây dựng Nông nghiệp Mặt nƣớc Đất trống 1 Đất ở và xd 1690,12 624,72 71,8 0,44 2 Nông nghiệp 1131,08 3174,2 130,56 64,32 3 Mặt nƣớc 119,48 95,32 393,64 94,8 4 Đất trống 38,96 25,72 62,76 21,72

Bảng 3.7: Bảng ma trận biến động diện tích lớp phủ mặt đất giai đoạn 2002 – 2009

Năm 2002 - 2009 (đơn vị: ha)

TT Loại lớp phủ Đất ở và xây dựng Nông nghiệp Mặt nƣớc Đất trống 1 Đất ở và xd 3225,84 268,64 25,08 17,24 2 Nông nghiệp 897,92 2249,48 104,32 61,84 3 Mặt nƣớc 101,36 67,28 413,68 81,04 4 Đất trống 49,48 8,84 100,28 67,48

Bảng 3.8: Bảng thống kê diện tích lớp phủ mặt đất các thời điểm

Loại lớp phủ Năm 1995 Năm 2002 Năm 2009

TT Đất ở và xd 1831,44 2387,12 3536,80 1 Nông nghiệp 4962,60 4500,16 3313,52 2 Mặt nƣớc 809,04 703,24 663,32 3 Đất trống 136,60 149,16 226,08 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Đất ở và xd Nông nghiệp Mặt nước Đất trống

1995 2002 2009

Chƣơng 4. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

4.1. Tầm quan trọng của công tác đánh giá biến động lớp phủ mặt đất

Công tác theo dõi diễn biến lớp phủ mặt đất cũng nhƣ hiện trạng sử dụng đất có ý nghĩa hết sức quan trọng, phục vụ đắc lực cho công tác điều tra, giám sát tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ mơi trƣờng nhằm mục đích phát triển bền vững. Chính vì vậy, việc đánh giá biến động có ý nghĩa quan trọng; từ các kết quả đó đề ra phƣơng hƣớng giải quyết thực trạng lớp phủ trong khu vực một cách hợp lý nhất, phù hợp với thực trạng xã hội mà vẫn hƣớng tới phát triển bền vững.

4.2. Đánh giá biến động các đối tƣợng

4.2.1. Đất ở và xây dựng

Với việc các khu công nghiệp vừa và nhỏ ,các trƣờng đại học, cao đẳng, … xuất hiện ngày một nhiều trên địa bàn huyện đã kéo theo rất nhiều các dịch vụ đi kèm chúng. Để đáp ứng nhƣ cầu thực tế và cải thiện đời sống, ngƣời dân khu vực này đã thay đổi mục đích sử dụng đất mà họ có trong tay. Các khu vƣờn quanh khu dân cƣ bị thay thế bằng các khu nhà trọ dành cho công nhân các khu công nghiệp, sinh viên các trƣờng đại học, cao đẳng, … Bên cạnh đó các dịch vụ ăn uống, may mặc cũng xuất hiện ngày một nhiều. Do vậy diện tích đất nơng nghiệp đã giảm dần, trong khi đó diện tích đất ở và xây dựng tăng dần. Khơng thể phủ nhận việc xuất hiện nhiều các dự án nhà cao tầng, các khu văn phòng cho thuê trên địa bàn huyện đã góp phần làm tăng diện tích đất xây dựng trong khu vực. Mặt khác, đời sống của ngƣời dân đƣợc cải thiện đáng kể, do vậy việc diện tích đất ở và xây dựng tăng lên cũng là một thực tế. Năm 1995, diện tích đất ở và xây dựng trong khu vực là 1831.44 ha. Đến năm 2002, diện tích này tăng lên thành 2387.12 ha, việc tăng diện tích đất ở trong những năm này là dấu hiệu cho việc tăng diện tích nhanh chóng trong những năm sắp tới. Nhƣ đã đƣợc dự báo, việc xuất hiện các cơng trình lớn khơng thể không kể đến nhƣ: sân vận động quốc gia Mỹ Đình; các khu chung cƣ lớn nhƣ: Mỹ Đình, Mễ Trì; Trung tâm hội nghị quốc gia, … thu hút rất nhiều dân số đến khu vực và hệ quả là đã làm gia tăng diện tích đất xây dựng trong khu vực một cách nhanh chóng. Đến năm 2009, diện tích này là 3536.80 ha. Đất ở và xây dựng trong khu vực tăng rõ rệt, và khơng có dấu hiệu suy giảm.

Đất ở và xây dựng 1831,44 2387,12 3536,8 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1995 2002 2009

Hình 4.1. Đồ thị thay đổi diện tích đất ở và xây dựng(ha)

4.2.2. Đất nơng nghiệp

Là một huyện cửa ngõ phía Tây của Thủ đơ Hà Nội và cũng nhƣ các huyện khác Từ Liêm có diện tích đất nơng nghiệp khá lớn. Ngƣời dân sống chủ yếu là nhờ vào các nghề truyền thống và nông nghiệp, với nhiều nông phẩm khá phong phú. Khơng thể phủ nhận vai trị cung cấp nơng phẩm nhƣ rau sạch, hoa quả của huyện Từ Liêm cho khu vực nội thành Hà Nội; bên cạnh đó, đây cịn là khu vực vành đai xanh, góp phần vào việc điều hịa khơng khí cho thủ đơ Hà Nội. Tuy nhiên khi cơn lốc đơ thị hóa tràn qua, nhƣ bao huyện ngoại thành của các thành phố lớn khác trên tồn quốc, diện tích đất nơng nghiệp nói riêng và diện tích đất nơng nghiệp nói chung đã bị thay thế bằng các khu công nghiệp; các khu dân cƣ mới thành lập, các khu nhà xen lẫn vƣờn cây trƣớc kia bị phá bỏ và thay thế chúng là các nhà mái bằng cao tầng. Bên cạnh đó việc hình thành các khu cơng nghiệp và các trƣờng đại học, cao đẳng,… xuất hiện ngày một nhiều trên địa bàn huyện dẫn tới việc gia tăng dân số cơ giới địi hỏi đi theo nó là các dịch vụ đi kèm nhƣ: nhà ở, nhà hàng ăn uống, giải trí,… Với điều kiện đó, ban đầu là một số ngƣời và sau đó là rất nhiều ngƣời đã phá bỏ vƣờn tƣợc để xây nhà ở cho công nhân, sinh viên,… Điều này tuy đem lại cho ngƣời dân nơi đây thu nhập khá hơn trƣớc rất nhiều, nhƣng diện tích đất nơng nghiệp, cây xanh bị giảm đáng kể. Năm 1995, diện tích đất có đất nơng nghiệp trong huyện là 4962.60 ha, đến năm 2002 diện tích đó chỉ cịn 4500.16 ha; tuy nhiên trong những năm gần đây với việc đơ thị hóa cùng với việc mức sống của ngƣời dân đƣợc nâng cao, tốc độ bêtơng

hóa trong khu vực đã diễn ra rất nhanh, làm diện tích đất nơng nghiệp bị thu hẹp một cách nhanh chóng, năm 2009 diện tích này chỉ cịn 3313.52 ha. Có thể thấy rõ ràng: trong thời kì 1995-2002: diện tích đất nơng nghiệp giảm 462.44 ha, nhƣng trong thời kì 2002-2009 giảm 1186.64 ha; trong cùng một khoảng thời gian gần nhƣ bằng nhau nhƣng diện tích đất nơng nghiệp của thời kì 2002-2009 đã giảm khoảng 2.5 lần thời kì 1995-2002. Xu thế giảm của đất nông nghiệp là khá rõ rệt và nó là thực trạng khơng chỉ của Từ Liêm mà cịn của các khu vực lân cận các thành phố.

Nơng nghiệp 3313,52 4500,16 4962,6 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1995 2002 2009

Hình 4.2. Đồ thị thay đổi diện tích đất nơng nghiệp (ha)

4.2.3. Mặt nước

Cũng giống nhƣ diện tích đất nơng nghiệp trong khu vực, việc đơ thị hóa đã làm cho diện tích ao hồ trong khu vực giảm đi đáng kể. Các ao, hồ bị lấp để xây dựng các khu nhà ở, các dịch vụ nhằm đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của lƣợng dân số ngày một tăng trong khu vực. Bên cạnh đó, các dự án, các khu cơng nghiệp đã thế chỗ cho các cánh đồng ngập nƣớc_ nơi một thời đƣợc coi là “ao gạo” của huyện và rộng hơn nữa là của Hà Nội, điển hình là khu vực Mễ Trì, Mỹ Đình. Năm 1995, diện tích mặt nƣớc là 809.04 ha; diện tích bị giảm với tốc độ chóng mặt trong những năm tiếp theo, điều này có thể đƣợc lý giải là do việc san lấp ao hồ để chuẩn bị cho việc xây dựng các khu công nghiệp, các khu nhà ở, hay các cơng trình xây dựng khác. Do vậy đến năm 2002 diện tích này chỉ cịn 703.24 ha. Mặc dù vậy, trong những năm gần đây diện tích này lại có xu hƣớng giảm nhẹ hơn. Thực tế cho thấy, sau khi các khu công nghiệp, các dự án chung cƣ, các cơng trình xây dựng khác, sau khi hồn thành cần có

diện tích mặt nƣớc để điều hịa khơng khí và nƣớc. Do đó, các ao, hồ nhân tạo bắt đầu xuất hiện trong khu vực. Điều này dẫn đến diện tích mặt nƣớc trên địa bàn huyện năm 2009 là 663.32 ha. Việc xuất hiện diện tích mặt nƣớc nhân tạo đang cải thiện dần diện