Chương 1. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT
1.2. Các phương pháp nghiên cứu biến động hiện trạng sử dụng đất
1.2.3. Các phương pháp nghiên cứu biến động hiện trạng sử dụng đất
Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại bởi sử dụng các phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng của hai thời điểm khác nhau, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm. Sau đó, chồng ghép bản đồ hiện trạng để tính toán, thành lập bản đồ biến động sử dụng công nghệ GIS.
Đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, dễ hiểu và được sử dụng rộng rãi.
Sau khi ảnh tại hai thời điểm sẽ được phân loại riêng rẽ, thành lập hai bản đồ hiện trạng. Hai bản đồ này được so sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến động.
Hình 1.1: Phương pháp so sánh sau phân loại
Ưu điểm của phương pháp này là cho biết sự thay đổi hình thái lớp phủ từ đối tượng này sang đối tượng khác, hơn nữa chúng ta cũng có thể sử dụng các bản đồ lớp phủ đã được thành lập trong quá trình thành lập bản đồ biến động.
Nhược điểm của phương pháp này là phải phân loại độc lập từng ảnh, nên độ chính xác phụ thuộc vào phương pháp phân loại, thông thường thì độ chính xác không cao vì sai sót trong quá trình phân loại vẫn được giữ trong kết quả bản đồ biến động.
1.2.3.2. Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian
Phương pháp này thực chất là chồng xếp các ảnh đa thời gian của một khu vực, tạo thành ảnh biến động sử dụng phần mềm xử lý ảnh. Sau đó tiến hành phân loại trên ảnh biến động và thành lập bản đồ biến động.
Ưu điểm của phương pháp này là không phải phân loại ảnh của từng thời điểm.
Ảnh thời điểm 1
Ảnh thời điểm 2
Phân loại 1
Phân loại 2
Bản đồ hiện trạng 1
Bản đồ hiện trạng 2
Bản đồ biến động
Hình 1.2: Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian
Nhược điểm của phương pháp này là phân loại ảnh biến động không đơn giản, đặc biệt là đối với các vùng mẫu biến động và cách lựa chọn mẫu. Ảnh có được nếu rơi vào các mùa khác nhau thì khó xác định biến động, và ảnh hưởng của khí quyển vào các mùa khác nhau cũng khó loại trừ. Do đó, độ chính xác của phương pháp là không cao. Bản đồ biến động được thành lập theo phương pháp này chỉ cho ta biết vùng biến động, không cung cấp thông tin về xu hướng biến động.
1.2.3.3. Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ
Khi có sự biến động tại một điểm nào đó, sự thay đổi đó được thể hiện bằng sự khác biệt về giá trị phổ giữa hai thời điểm.
biến độngẢnh
Phân loại Thời điểm 1
Thời điểm 2
Bản đồ biến động
Hình 1.3: Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ
Giả sử xác định được giá trị phổ trên 2 kênh X, Y tại hai thời điểm 1 và 2.
Vector 1-2 chính là vector thay đổi phổ, được biểu thị bởi giá trị tuyệt đối (khoảng cách từ 1 đến 2) và góc thay đổi θ.
Thông tin về sự thay đổi sẽ được thể hiện bằng màu sắc của các pixel tương ứng với các mã đã quy định. Trên ảnh đa phổ, sự thay đổi này bao gồm cả hướng và giá trị của vector thay đổi phổ. Sự thay đổi có hay không được quyết định bởi việc quy định ngưỡng của vector thay đổi phổ. Giá trị ngưỡng được xác định từ kết quả thực nghiệm dựa vào các mẫu biến động và không biến động[9].
Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ được ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu biến động rừng, nhất là đối với rừng ngập mặn. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là việc xác định ngưỡng của sự biến động.
1.2.3.4. Phương pháp số học
Đây là phương pháp nghiên cứu đơn giản. Để xác định biến động giữa hai thời điểm sử dụng tỉ số giữa các ảnh trên cùng một kênh hoặc sự khác nhau trên cùng một kênh của các thời điểm ảnh. Sử dụng các phép biến đổi số học để thành lập bản đồ biến động, các phép tính được sử dụng ở đây là phép trừ và phép chia. Nếu ảnh thay đổi là kết quả của phép trừ thì khi đó giá trị độ xám của các pixel trên ảnh là dãy số âm và dương. Các kết quả âm và dương biểu thị mức độ biến đổi của các vùng, giá trị 0 biểu thị sự không biến động. Với giá trị độ xám từ 0 đến 255 thì giá
2
1 X
Y θ
trị pixel thay đổi trong khoảng từ -255 đến +255. Thông thường để tránh kết quả giá trị âm thì thường cộng thêm một hằng số không đổi.
Ảnh thay đổi được tạo ra bằng cách tổ hợp giá trị độ xám theo luật phân bố chuẩn Gauss. Vị trí nào có pixel không thay đổi, độ xám biểu diễn xung quanh giá trị trung bình, vị trí nào có pixel thay đổi được biểu diễn bên phần biên của đường phân bố.
Tương tự như trên, nếu ảnh được tạo ra từ phép chia thì giá trị các pixel được tạo ra trên ảnh mới là một tỷ số chứng tỏ sự thay đổi ở đó, nếu giá trị tỷ số là 1 thì không có sự thay đổi.
Giá trị giới hạn thay đổi (đối với ảnh tạo bởi phép trừ) và ảnh tỷ số kênh sẽ quyết định ngưỡng ranh giới giữa sự thay đổi và không đổi, và được biểu thị bằng biểu đồ độ xám của ảnh biến động.
Thông thường độ lệch chuẩn được lựa chọn và kiểm tra theo kinh nghiệm.
Nhưng ngược lại, hầu hết các nhà phân tích đều sử dụng phương pháp thử nghiệm nhiều hơn là phương pháp kinh nghiệm. Giá trị ngưỡng thay đổi sẽ được xác định khi gặp giá trị thay đổi trên thực tế.
Vì vậy, để xác định được ta cần phải hiểu rõ về khu vực nghiên cứu, thậm chí phải lựa chọn một số vùng biến động và ghi lại để hiển thị trên vùng nghiên cứu.
Tuy nhiên, phương pháp này có thể kết hợp với các phương pháp khác để nghiên cứu biến động và thành lập bản đồ biến động có hiệu quả.