II.2. Đánh giá biến động đất đai bằng phương pháp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
II.2.5. Đánh giá biến động
1. Lý thuyết chung về đánh giá biến động đất đai - Khái niệm biến động sử dụng đất
Biến động sử dụng đất là sự thay đổi từ một loại hình sử dụng đất này sang một loại hình sử dụng đất khác qua các thời kì, trong một khung cảnh
- Trang 50 -
không gian nào đó.
- Tạo ảnh nghiên cứu sự biến động
Nghiên cứu sự biến động theo thời gian (Multitemporal Change) là một hướng nghiên cứu cần thiết của nhiều lĩnh vực điều tra, quản lý tài nguyên, môi trường như: lâm nghiệp, thuỷ văn, nông nghiệp.
Yêu cầu về tư liệu tạo ảnh biến động
¯ Tư liệu của cùng một khu vực.
¯ Tư liệu phải là cùng loại hoặc có tính chất tương tự như nhau.
¯ Ảnh phải được chụp trong các thời gian khác nhau.
Các phương pháp tạo ảnh biến động
Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự khác biệt về trạng thái của một đối tượng hay hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại những thời điểm khác nhau. Tiền đề cơ bản để sử dụng dữ liệu viễn thám cho việc phát hiện biến động là những sự thay đổi về lớp phủ phía trên bề mặt đất phải đưa đến sự thay đổi về giá trị bức xạ và những sự thay đổi về bức xạ do sự thay đổi lớp phủ mặt đất phải lớn so với những sự thay đổi về bức xạ gây ra bởi các yếu tố khác. Những yếu tố khác bao gồm:
(1) Sự khác biệt về điều kiện khí quyển (2) Sự khác biệt về góc mặt trời
(3) Sự khác biệt về độ ẩm của đất. Ảnh hưởng của các yếu tố này có thể được giảm từng phần bằng cách chọn dữ liệu thích hợp.
Nhiều phương pháp phát hiện biến động lớp phủ sử dụng dữ liệu số đã được đề xuất. Theo Singh (1989), chúng bao gồm: so sánh các phân loại lớp phủ; phân loại ảnh đa thời gian; ảnh hiệu hoặc ảnh chia; sự khác biệt về chỉ số thực phủ; phân tích thành phần chính. Phân tích kết quả thực hiện từ các nghiên cứu đã công bố cho thấy các phương pháp phát hiện biến động khác nhau tạo ra các bản đồ biến động khác nhau. Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy:
+ Không có phương pháp nào thực sự vượt trội;
+ Các phương pháp phát hiện biến động - trừ phương pháp so sánh sau phân loại và phương pháp phân loại đa thời gian trực tiếp - đều phải xác định ngưỡng phân chia bằng thực nghiệm để tách các pixels biến động và không biến động. Trong thực tế, việc xác định ngưỡng phân chia chính xác không là vấn đề đơn giản;
+ Phương pháp phân loại sử dụng tập các kênh đa phổ ở các thời điểm khác nhau để phát hiện biến động đòi hỏi phải chọn được các vùng mẫu thể hiện các vùng biến động và không biến động một cách phù hợp. Và điều này cũng không là vấn đề đơn giản đối với người xử lý là nhân viên ở các cơ quan không chuyên trong lãnh vực xử lý ảnh số;
+ Trong phương pháp so sánh sau phân loại ảnh từng thời điểm được phân loại độc lập nên tránh được nhiều vấn đề - thí dụ như không phải chuẩn hóa ảnh hưởng của khí quyển và bộ cảm ứng điện từ trên ảnh chụp tại các thời điểm khác nhau, không phải ghi nhận chính xác các ảnh đa thời gian với nhau, không phải lấy mẫu lại kích thước pixel trong trường hợp dữ liệu đa thời
- Trang 51 -
gian không cùng độ phân giải không gian. Bên cạnh ưu điểm này, việc hướng dẫn cho các nhân viên chuyên ngành thực hiện công việc phân loại ảnh cũng tương đối đơn giản. Ngoài ra phương pháp này cũng là phương pháp phù hợp cho việc chuyển kết quả qua hệ thông tin địa lý GIS để phân tích biến động sau phân loại.
Từ các phân tích trên, phương pháp nghiên cứu được đề xuất sử dụng là phương pháp phân tích biến động sau phân loại. Áp dụng phương pháp này, tập dữ liệu đa phổ của từng thời điểm được tiến hành phân loại độc lập để cho ra bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại 2 thời điểm. Sau đó tiến hành đánh giá biến động bằng cách so sánh bản đồ hiện trạng thành lập tại 2 điểm thời gian trong GIS.
Để áp dụng phương pháp này, để có kết quả chính xác và tiện so sánh, việc phân loại phải thực hiện theo nguyên tắc hai cùng: cùng hệ thống phân loại và cùng cách (phương pháp) phân loại và tốt nhất là phải thực hiện việc phân loại trên cùng một phần mềm Nghiên cứu biến động so sánh sau phân loại tiến hành như sau:
Bước 1: Lựa chọn hai tư liệu ảnh của hai năm được thu cùng mùa khí hậu (tốt nhất là cùng tháng trong năm), cắt và nắn theo cùng tọa độ chung.
Bước 2: 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.
Bước 3: 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 đường chéo của ma trận là những đơn vị không biến động, còn về hai phía đường chéo là những đơn vị biến động với những tính chất cụ thể của quá trình biến động.
- Ứng dụng GIS trong nghiên cứu biến động sử dụng đất
Các thao tác GIS sẽ cho chúng ta kết quả nghiên cứu biến động một cách nhanh chóng và chính xác. Chính khả năng chồng xếp dữ liệu không gian đã cho chúng ta cái nhìn tổng quát về lớp phủ mặt đất. Việc chồn xếp các dữ liệu đa thời gian cũn cho chỳng ta biết rừ về hướng biến đổi của đối tượng cũng như tớch chất của sự biến đổi đó.
Có thể mô tả quá trình nghiên cứu đó bằng sơ đồ sau:
- Trang 52 -
Hình : Ứng dụng GIS trong nghiên cứu biến động
Hình II.22: Ứng dụng GIS trong nghiên cứu biến động
Thao tác chồng xếp dữ liệu đã cho ta kết quả nghiên cứu biến động pixel 1 với loại hình sử dụng đất L1 năm 1995 đã chuyển sang pixel 2 với loại hình sử dụng đất L2 năm 2005.
Qua đó ta có thể tạo ra bảng ma trận biến động và thống kê được diện tích chu chuyển trong thời kỳ 1995-2005.
Bảng II.7: Bảng ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 1995-2005
L1 L2 L3 L4 L5
L1 L11 L21 L31 L41 L51
L2 L12 L22 L32 L42 L52
L3 L12 L23 L33 L43 L53
L4 L14 L24 L34 L44 L54
L5 L15 L25 L35 L45 L55
- Trang 53 -
1
1
2
2-1
2005 1995
Trên ma trận, theo cột và theo hàng là tên các đơn vị đã dược phân loại theo hai thời điểm 1995 và 2005. Theo đường chéo là các đơn vị không có sự biến động, còn lại là những biến động chi tiết của từng đơn vị, ví dụ: L23 là đơn vị L2 của thời điểm 1995 biến thành đơn vị L3 của thời điểm 2005. Trong các phần mềm có chức năng crossing thì diện tích của các đơn vị biến động cũng được tự động tính toán.