2.3. Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ hiện trạng, bản đồ biến động
2.3.1. Mục tiêu thực hiện
Để đạt được mục tiêu đề ra đề tài tập trung vào một số nội dung sau:
- Xây dựng bản đồ hiện trạng đất mặt nước sông, hồ trên cơ sở giải đoán ảnh vệ tinh trên từng năm một.
- Sử dụng công nghệ GIS và công nghệ viễn thám để xử lý bản đồ, kiểm tra, chỉnh lý bản đồ, thành lập bản đồ biến động theo từng giai đoạn 1995-2003; 2003-2011 và giai đoạn tổng hợp 1995-2003-2011.
- Sử dụng công nghệ GIS xây dựng cơ sở dữ liệu, được tổ chức trong hệ thống theo không gian và thời gian, đây là hệ thống mở có khả năng theo dõi, thường xuyên cập nhật đáp ứng được những nhu cầu cần thiết cho công tác quản lý tài nguyên nước nói riêng phục vụ cho ngành quản lý đất đai nói chung.
- Phân tích, đánh giá những biến động diện tích đất mặt nước ở giai đoạn tổng hợp thông qua việc chồng xếp bản đồ hiện trạng đất mặt nước.
- Kết quả gồm:
+ Bản đồ hiện trạng đất mặt nước sông, hồ từng năm, bản đồ biến động đất mặt nước sông, hồ từng giai đoạn và giai đoạn tổng hợp
2.3.2. Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ hiện trạng đất mặt nước sông, hồ bằng ảnh viễn thám
Các phương pháp nghiên cứu biến động khác nhau sẽ cho những bản đồ biến động khác nhau. Nhưng phương pháp phân tích biến động sau phân loại là phù hợp cho đối tượng nghiên cứu theo yêu cầu của đề tài
Hình 2.8. Sơ đồ tổng qt quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ biến động đất mặt nước sông, hồ bằng tư liệu viễn thám có sử dụng phương pháp sau phân loại
Bản đồ địa hình Ảnh vệ tinh Số liệu điều tra thực địa, các
tư liệu khác Thành lập bản đồ nền Tổ hợp màu Tăng cường chất lượng ảnh Nắn chỉnh hình học Cắt ảnh Theo ranh giới
Phân loại ảnh Đánh giá độ chính xác phân loại Thành lập bản đồ hiện trạng Thành lập bản đồ biến động Đánh giá biến động
Trong phương pháp này có thể sử dụng các loại ảnh khác nhau với các phương pháp xử lý khác nhau. Ở đây, người ta có thể thành lập bản đồ hiện trạng đất mặt nước cho từng thời kỳ, sau đó sẽ tiến hành chồng xếp lớp bản đồ của các thời kỳ để phân tích biến động. Nói chung, đây là phương pháp được sử dụng khá phổ biến trong thực tế.
* Tóm tắt quá trình ứng dụng phần mềm ENVI để phân loại biến động đất mặt nước sông, hồ
Phần mềm ENVI (Environment for Visualizing Images) là phần mềm của hãng Research Systems Inc (Mỹ) chuyên về xử lý ảnh đối với các loại ảnh vệ tinh như SPOT, LANDSAT, ASAR…
Trong ENVI, ta có thể sử dụng một số công cụ như kỹ thuật tính tốn kênh ảnh (Band Math) hoặc kỹ thuật phân tích thành phần chính (Principal Components Analysis) hay kết hợp cả 2 phương pháp này để phân tích biến động. Cụ thể, ENVI cung cấp cơng cụ (hình 2.9): Basic Tools Change Detection để phân tích biến động: sử dụng cơng cụ Change Detection Statistics đối với ảnh sau phân loại và công cụ Compute Difference Map đối với các kênh ảnh đơn.
Hình 2.9. Cơng cụ phân tích biến động trong ENVI
Dựa trên đặc tính phản xạ phổ của nước như ở phần trên đã nói, chúng ta sử dụng cơng cụ Compute Difference Map cho các kênh ảnh đơn (hồng ngoại) để nghiên cứu biến động đất mặt nước.
Sử dụng công cụ Compute Difference Map để tạo ra ảnh biến động giữa 2 thời điểm. Dữ liệu ảnh ban đầu phải là các
kênh ảnh đơn. Vùng biến động được tính tốn bởi phép trừ ảnh của 2 thời điểm dựa trên ngưỡng biến động. Những pixel thể hiện vùng biến động sẽ có độ xám phân biệt với những pixel của vùng ổn định.
Từ thanh menu chính của ENVI, chọn Basic Tools → Change Detection → Compute Difference Map.
Hộp thoại Select the 'Initial
Ta lựa chọn kênh R của ảnh năm 1995 làm thời kỳ đầu. Tiếp theo, hộp thoại Select the 'Final State’ Image xuất hiện:
Hình 2.11. Hộp thoại Select the 'Final State’ Image
Ta lựa chọn kênh R của ảnh năm 2003 làm thời kỳ sau.
Hộp thoại Compute Difference Map Input Parameters xuất hiện:
Hình 2.14. Bảng phân lớp màu của ảnh biến động 1995-2003 ảnh biến động 1995-2003
Phần mềm ENVI sẽ mặc định cho ta 11 lớp biến động, có giá trị dao động trong khoảng (-)1 đến (+)1 và lớp 6 có giá trị bằng 0 chính là ngưỡng biến động (hình 2.13).
Hình 2.13. Hộp thoại xác định ngưỡng biến động
Trong bước tiền xử lý dữ liệu ảnh (Data Pre-Processing), có 2 tùy chọn:
Normalize Data Range - Chuẩn hóa dữ liệu theo cơng thức:
min max min DN
Trong đó: DN: Digital Number – giá trị độ xám của pixel trong ảnh số Min: giá trị độ xám nhỏ nhất
Max: giá trị độ xám lớn nhất
Standardize to Unit Variance - Chuẩn
hóa dữ liệu theo cơng thức:
stdev mean DN Trong đó: Mean: trị trung bình
Stdev: độ lệch chuẩn Kết quả của việc phân tích biến động đất mặt nước giữa 2 thời điểm ảnh 1995 và 2003 cho ta 1 ảnh phân loại có sắc màu biểu thị theo cường độ biến động. Các vùng mới hình thành sẽ có màu đỏ, các vùng mất đi sẽ có màu xanh và vùng ổn định có màu xám (hình 2.14). Dữ liệu ảnh biến động đất mặt nước 1995 - 2003 có thể chuyển sang khn dạng shape file phục vụ cho việc tính tốn và thống kê.
biến động mang tính khách quan thì tư liệu ảnh vệ tinh của các thời kỳ phải cùng của một loại vệ tinh và được thu nhận trong cùng một điều kiện khí hậu như nhau (lý tưởng là cùng tháng trong năm). Do độ chính xác khơng cao nên nó khơng được sử dụng làm kết quả của luận văn, chỉ có tác dụng hỗ trợ trong cơng tác suy giải ảnh bằng mắt.
Dưới đây tác giả xin đưa ra quy trình thực hiện trong luận văn bằng công tác suy giải ảnh bằng mắt kết hợp với đi thực địa và tư liệu khác đạt độ chính xác cao hơn.
2.3.3. Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ biến động đất mặt nước sông, hồ bằng ảnh viễn thám và GIS bằng ảnh viễn thám và GIS
Qua các ưu và nhược điểm của công nghệ thành lập bản đồ biến động bằng tư liệu ảnh viễn thám tác giả xin đưa ra quy trình thành lập bản đồ biến động mặt nước sông, hồ bằng viễn thám và GIS như sau:
Hình 2.15. Quy trình thành lập bản đồ biến động mặt nước sông, hồ bằng viễn thám và GIS
Các bước thực hiện của quy trình này sẽ được áp dụng trong chương 3 của luận văn. Thu thập, xử lý tài liệu, thiết kế kỹ thuật
Bản đồ địa hình Ảnh viễn thám đã được xử lý Các tư liệu
khác Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh
Thành lập bản đồ nền
Chuyển vẽ, số hoá, biên tập Điều vẽ nội nghiệp
Thành lập bản đồ hiện trạng
Chuẩn hoá dữ liệu hiện trạng
Xây dựng CSDL
Số liệu biến động
Giao nộp sản phẩm Bản đồ biến động
Kiểm tra nghiệm thu Phân tích diễn biến Xây dựng đề cương
CHƢƠNG 3
ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG ĐẤT MẶT NƢỚC SÔNG, HỒ TỶ LỆ 1:50.000 THỜI KỲ 1995-2003-2011 KHU VỰC
HUYỆN BA VÌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
3.1. Các yếu tố hình thành và ảnh hƣởng tới đất mặt nƣớc sơng, hồ khu vực nghiên cứu cứu
3.1.1. Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên - các yếu tố hình thành đất mặt nước sơng, hồ khu vực nghiên cứu khu vực nghiên cứu
Ba Vì là huyện thuộc vùng bán sơn địa, nằm về phía Tây Bắc thủ đơ Hà Nội có toạ độ địa lý: 21°8'54"N 105°22'56"E Với tổng diện tích tự nhiên là 428km2, phía Đơng giáp thị xã Sơn Tây, phía Đơng Nam giáp huyện Thạch Thất. Phía Nam giáp các huyện Lương Sơn và huyện Kỳ Sơn của tỉnh Hịa Bình. Phía Bắc giáp thành phố Việt Trì tỉnh Phú Thọ. Thực hiện Nghị quyết 15 của Quốc Hội khóa XII, Ba Vì tái nhập thủ đô Hà Nội tháng 8 năm 2008.
Về địa hình của huyện thấp dần từ
phía Tây Nam sang phía Đơng Bắc, chia
thành 3 tiểu vùng khác nhau: Vùng núi, vùng đồi, vùng đồng bằng ven sơng Hồng. Núi Ba Vì là cái nơi của huyền thoại Sơn Tinh, Thuỷ Tinh - Thần Tản Viên và thần Sông nước (sơng Đà). Xung quanh núi Ba Vì có nhiều nơi thờ Sơn Tinh - vị thánh đứng đầu trong Tứ Bất Tử mà điển hình là: Đền Thượng, Đền Trung, Đền Hạ, Đình Tây Đằng (Bắc Cung), Đền Và - Sơn Tây (Đông Cung), Đền Bố - Tản Lĩnh (Nam Cung), Đền La Phù - Phú Thọ (Tây Cung),…
Về khí hậu Ba Vì nằm trong vùng đồng bằng sơng Hồng chịu ảnh hưởng khí hậu
nhiệt đới gió mùa. Các yếu tố khí tượng trung bình nhiều năm ở trạm khí tượng Ba Vì cho thấy:
Mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10 với nhiệt độ trung bình 230C, tháng 6 và tháng 7 có nhiệt độ trung bình cao nhất là 28,60c. Tổng lượng mưa là 1832,2mm (chiếm 90,87% lượng mưa cả năm). Lượng mưa các tháng đều vượt trên 100mm với 104 ngày mưa và tháng mưa lớn nhất là tháng 8 (339,6mm).
Mùa khô bắt đầu từ tháng 11 và kết thúc vào tháng 3 với nhiệt độ xấp xỉ 200C , tháng 1 có nhiệt độ thấp nhất 15,80C; Lượng mưa các tháng biến động từ 15,0 đến
64,4mm và tháng mưa ít nhất là tháng 12 chỉ đạt 15mm.
Về đất đai huyện Ba Vì được chia làm 2 nhóm, nhóm vùng đồng bằng và nhóm đất
vùng đồi núi. Nhóm đất vùng đồng bằng có 12.892 ha bằng 41,1% diện tích đất đai tồn huyện. Nhóm đất vùng đồi núi: 18.478 ha bằng 58,9% đất đai của huyện.
Về thuỷ văn huyện Ba Vì là nơi có mạng lưới thủy văn hết sức độc đáo, xung quang
gần như được bao bọc bởi hai dịng sơng lớn là sơng Hồng và sơng Đà. Ngồi ra trong khu vực cịn có nhiều các dịng suối nhỏ bắt nguồn từ trên đỉnh núi xuống, mùa mưa lượng nước lớn tạo ra các thác nước đẹp như thác Ao Vua, thác Ngà, thác Khoang Xanh... Đứng trên đỉnh núi Ba Vì ta có thể quan sát được tồn cảnh non nước của vùng. Phía Tây là dịng sơng Đà chảy sát chân núi. Phía Đơng là hồ Đồng Mơ, phía Bắc là Hồ Suối Hai, xa hơn là dịng sơng Hồng. Tất cả tạo nên cảnh trí non nước hữu tình thơ mộng hiếm có của vùng núi Ba Vì.
3.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội – các yếu tố ảnh hưởng tới đất mặt nước sông, hồ khu vực nghiên cứu vực nghiên cứu
Dân số của huyện thông kê năm 2009 là hơn 265 nghìn người gồm các dân tộc
Kinh, Mường, Dao, mật độ dân số là 567 người/km2, tồn huyện có 30 xã, 1 thị trấn (thị trấn Tây Đằng), trong đó có 7 xã miền núi, một xã giữa sông Hồng
Giao thông huyện Ba Vì có một hệ thống đường giao thơng thuỷ bộ rất thuận lợi
nối liền các tỉnh Tây Bắc, Việt Bắc với tồn bộ đồng bằng Bắc Bộ, trong đó có thủ đơ Hà Nội - Trung tâm kinh tế, chính trị, văn hố của cả nước. Từ trung tâm huyện lỵ theo quốc lộ 32 đi Sơn Tây về Hà Nội và các tỉnh đồng bằng Bắc bộ hoặc ngược Trung Hà đi Tây Bắc, Việt Bắc. Đồng thời cũng từ trung tâm huyện lỵ theo sông Hồng ngược Trung Hà theo sông Lô, sông Thao lên Tây Bắc, hoặc theo sơng Đà đi Hồ Bình - cửa ngõ Tây Bắc của Tổ quốc. Ngoài ra trên địa bàn huyện cịn có một số tuyến đường Tỉnh lộ như 411A,B,C; 412, 413, 414, 415 và các đường liên huyện, đê sông Hồng, sông Đà... thông thương giữa các vùng, miền, các tỉnh, huyện bạn. Với những lợi thế về giao thơng đường thủy, đường bộ, Ba Vì có điều kiện khá thuận lợi trong giao lưu kinh tế, văn hóa với bên ngồi, tiếp thu những tiến bộ khoa học - kỹ thuật để phát triển kinh tế với cơ cấu đa dạng: nông nghiệp, dịch vụ, du lịch, công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp.
Du lịch huyện Ba Vì được thiên nhiên ưu đãi ban tặng cả bức tranh sơn thuỷ hữu
tình, với hệ sinh thái phong phú, thảm thực vật đa dạng, được coi là "lá phổi xanh" phía Tây thủ đơ Hà Nội, là điểm đến của khách du lịch trong và ngồi nước. Đó chính là Vườn Quốc Gia Ba Vì. Nơi đây có rất nhiều cảnh quan thiên nhiên tươi đẹp như: Núi, rừng, Thác, suối, Sông, Hồ cùng với các danh lam thắng cảnh nổi tiếng như: Ao Vua, Khoang Xanh - Suối Tiên, Hồ Tiên Sa, Thiên Sơn - Suối Ngà, Khu du lịch Tản Đà, Thác Đa, Hồ Suối Hai, Hồ Cẩm Quỳ, Rừng nguyên sinh Bằng Tạ - Đầm Long, Đồi cị Ngọc Nhị... Nơi có nhiều trang trại đồng quê, nhiều sản phẩm nơng nghiệp phong phú. Có nguồn nước khống nóng thiên nhiên tại Thuần Mỹ rất thuận lợi cho phát triển du lịch nghỉ dưỡng.
Về kinh tế (số liệu hết năm 2010): Trong những năm qua, được sự quan tâm của
thành phố, sự nỗ lực của Đảng bộ, nhân dân các dân tộc huyện Ba Vì đã phấn đấu thực hiện thắng lợi Nghị quyết Đại hội Đảng bộ huyện lần thứ XX (2005-2010). Các mục tiêu
cơ bản đạt và vượt Nghị quyết đề ra. Tổng giá trị sản xuất đạt 9.116 tỷ đồng, giá trị tăng thêm đạt 4.311 tỷ đồng tăng trưởng kinh tế đạt 16%.
- Sản xuất nông lâm nghiệp thủy sản theo giá trị tăng thêm đạt 1.662 tỷ đồng, tăng 24,2% so với cùng kỳ. Nông nghiệp với hai sản phẩm đặc trưng Ba Vì đó là Chè sản lượng đạt 12.800 tấn/năm và sản lượng sữa tươi đạt 9.750 tấn/năm.
- Sản xuất công nghiệp, TTCN: Giá trị tăng thêm đạt 340 tỷ đồng, tăng 34% so với cùng kỳ. Huyện có hai cụm công nghiệp (Cam Thượng và Đồng Giai xã Vật Lại) và 12 làng nghề đang hoạt động hiệu quả.
- Dịch vụ du lịch: Giá trị tăng thêm đạt 1.803 tỷ đồng, tăng 48,4% so với cùng kỳ. Doanh thu du lịch đạt 70 tỷ đồng, thu hút 1,5 triệu lượt khách đến với Ba Vì. Huyện có 15 đơn vị hoạt động kinh doanh du lịch.
- Chính sách xã hội, lao động việc làm, nông nghiệp, nông thôn, nông dân được quan tâm giải quyết việc làm mới cho 10.750 lao động; sự nghiệp giáo dục được quan tâm đã có 18 trường trên địa bàn đạt chuẩn quốc gia; Cơng tác y tế đã có 23/31 trạm có Bác sỹ, 30/31 xã đạt chuẩn quốc gia về y tế; Về văn hóa đã có 96 làng và 45 cơ quan đạt danh hiệu văn hóa, thể dục thể thao tiếp tục phát triển.
3.2. Thu thập, đánh giá thông tin tƣ liệu
3.2.1. Tư liệu ảnh vệ tinh
Tư liệu ảnh vệ tinh đã được thu thập phủ trùm kín khu vực nghiên cứu vào thời điểm từ tháng 11 đến tháng 12.
- Thời điểm năm 2011: Ảnh vệ tinh Spot5 độ phân giải 2,5m + Cảnh ảnh 203-158 chụp ngày 02/11/2011
+ Cảnh ảnh 203-159 chụp ngày 02/11/2011 + Cảnh ảnh 203-160 chụp ngày 20/11/2011
- Thời điểm năm 2003: Ảnh vệ tinh Spot5 độ phân giải 2,5m + Cảnh ảnh 269-308 chụp ngày 10/12/2004
+ Cảnh ảnh 269-307 chụp ngày 01/11/2003 + Cảnh ảnh AST-07 chụp ngày 23/11/2003
- Thời điểm năm 1995: Ảnh vệ tinh Landsat-ETM độ phân giải 15 m + Cảnh ảnh 127-045 chụp ngày 20/12/1995
3.2.2. Tư liệu bản đồ
- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 xuất bản từ năm 2000 đến năm 2003. Đây là tư liệu chính để thành lập bản đồ nền.
- Các bản đồ tham khảo:
+ Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 25.000 do Trung tâm Viễn thám hiện chỉnh năm 2004 theo ảnh vệ tinh SPOT
+ Bản đồ hiện trạng sử dụng đất các năm 1995, 2000, 2005 và 2010. + Một số bản đồ chuyên đề khác.
3.2.3. Các tư liệu khác