CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ VỀ ĐẶC ĐIỂM VÀ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ ĐỊA LÝ PHỤC VỤ ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG BỀN VỮNG TÀI NGUYÊN ĐẤT NGẬP NƯỚC THỊ XÃ QUẢNG YÊN, TỈNH QUẢNG NINH
3.1. Ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu
3.1.2. Quy trình thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất thị xã Quảng Yên tỉnh Quảng Ninh
3.1.2.1. Cơ sở dữ liệu
Hiện nay, có rất nhiều loại ảnh vệ tinh với các đặc điểm hỗ trợ khác nhau đắc lực trong quản lý đất đai, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và nghiên cứu biến động. Các đặc điểm này được xác định dựa trên sự chuyển động của vệ tinh như độ cao, quỹ đạo và tốc độ chuyển động. Ảnh vệ tinh nói chung và ảnh SPOT nói riêng có thể được sử dụng trực tiếp trong quá trình xử lý ảnh, hệ thông tin địa lý hoặc thành lập bản đồ. Chúng dễ dàng cho xử lý và kết hợp với dữ liệu địa lý khác một cách chính xác.
SPOT là vệ tinh do cơ quan vũ trụ Pháp phóng lên, có độ cao 830km với quỹ đạo đồng trục (quỹ đạo gần cực với góc mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 98,20) . SPOT sử dụng một hệ thống toàn ảnh đơn sắc có độ phân giải cao 10m và hệ thống toàn ảnh đa phổ 20m, diện tích chụp 60km x 60km. Mỗi thế hệ SPOT có những cải tiến và nâng cao về độ phân giải không gian, SPOT5 có độ phân giải không gian 2,5m.
Bảng 3.1: Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT-5
Bộ cảm Phổ điện từ Độ phân giải Bước song
SPOT-5
Panchromatic (Toàn sắc) B1: Green (Xanh lục) B2: Red (Đỏ)
B3: Near infrared (Cận hồng ngoại) B4: Mid infrared (MIR)
2,5m hoặc 5m 10m 10m 10m 20m
0,48 - 0,71 μm 0,50 - 0,59 μm 0,61 - 0,68 μm 0,78 - 0,89 μm 1,58 - 1,75 μm
57
Với các ứng dụng của ảnh SPOT, đề tài chọn ảnh SPOT đa thời gian với độ phân giải không gian và độ phân giải phổ khác nhau làm cơ sở dữ liệu.
- Tư liệu ảnh vệ tinh: Ảnh SPOT-5 chụp khu vực nghiên cứu năm 2004 và năm 2010.
- Bản đồ địa hình Quảng Yên tỉ lệ 1:50.000 năm 2001 của Nhà xuất bản Bản đồ - Bộ Tài nguyên và Môi trường.
- Niêm giám thống kê thị xã Quảng Yên năm 2004 và năm 2010.
3.1.2.2. Quy trình thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất thị xã Quảng Yên giai đoạn 2004 – 2010
58
Sơ đồ Quy trình thành lập Bản đồ biến động lớp phủ mặt đất trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS
1. Nắn chỉnh hình học
Trong quá trình thu nhận ảnh luôn có sự sai lệch về vị trí giữa tọa độ ảnh đo được và tọa độ ảnh lý tưởng được tham chiếu với hệ tọa độ biết trước dung cho Trái đất. Ảnh vệ tinh SPOT-5 khu vực thị xã Quảng Yên được cung cấp có khuôn dạng dữ liệu *.tif (file ảnh) nên cần phải tiến hành công tác nắn ảnh và gắn tọa độ địa lý.
Mục đích thành lập BĐ
Tư liệu viễn thám
Ảnh SPOT-5 năm 2004 Ảnh SPOT-5 năm 2010
Nắn chỉnh hình học
Bản đồ Hiện trạng lớp phủ mặt đất năm 2004
Bản đồ Hiện trạng lớp phủ mặt đất năm 2010 Giải đoán, phân loại các
đối tượng trên ảnh
Kiểm chứng
Bản đồ Biến động lớp phủ mặt đất
Đánh giá biến động
59
Trong ArcCatalog, ta thực hiện đặt hệ tọa độ địa lý cho ảnh vệ tinh, lựa chọn lưới chiếu WGS 1984 UTM Zone 48N.
Hình 3.1: Đặt hệ tọa độ địa lý trong ArcCatalog
Khởi động ArcMap → bấm nút Add Data để thêm file ảnh trên hiển thị lên màn hình. Nắn ảnh vệ tinh (đăng kí tọa độ) bằng công cụ Georeferencing: bấm nút Add Control Points, chọn Input X and Y, nhập lần lượt tọa độ của các điểm khống chế trong hệ tọa độ mặt đất; chọn View Link Table để hiển thị bảng tọa độ điểm nắn. Sau khi nắn, ta thu được ảnh chuẩn có tọa độ đầy đủ.
Hình 3.2: Công cụ Georeferencing nắn ảnh vệ tinh trong ArcMap 2. Giải đoán ảnh vệ tinh
Các đối tượng trên ảnh được giải đoán dựa vào màu sắc, cấu trúc, hình dạng, quan hệ không gian…(chìa khóa giải đoán). Công tác kiểm tra đối chiếu các kết quả
60
giải đoán nội nghiệp sơ bộ, chỉnh lý và bổ sung các kết quả giải đoán cho phù hợp với thực tế, bổ sung thu thập các tư liệu khác như số liệu thống kê…Công việc này giúp ta thấy được những biến động trên mặt đất tại thời điểm chụp ảnh với thời điểm tiến hành công tác điều tra khảo sát, chính xác hóa kết quả giải đoán ảnh vệ tinh trong phòng; ngoài ra còn nhằm mục đích cập nhật thông tin cho bản đồ kết quả.
61
Bảng 3.2: Một số mẫu giải đoán ảnh vệ tinh bằng mắt
Ảnh SPOT-5 Ảnh thực địa Tên mẫu
Đất nông nghiệp trồng
lúa Đất trồng
hoa màu
Đất ở nông thôn Rừng ngập
mặn Đất nuôi trồng thủy
sản
Sông
Đất trống
Rừng trồng
Bãi bùn
62
3. Phân loại các đối tượng trên ảnh bằng Ecognition
Ecognition là phần mềm thương mại đầu tiên cung cấp hệ thống đọc ảnh dựa trên định hướng đối tượng. Phần mềm này cho phép mở rộng các ý tưởng kiến thức cơ bản về mạng lưới ngữ cảnh bằng cách mở rộng cách tiếp cận thông qua hệ thống gọi là mạng lưới phân cấp.
Hiển thị và quản lý dữ liệu
Trộn ảnh và tăng cường chất lượng ảnh
Phân mảnh các đối tượng ảnh Thiết lập chú giải các lớp phân loại
Tiến hành phân loại
Sơ đồ Quá trình phân loại định hướng đối tượng trên ECognition
Trước khi tiến hành phân loại đối tượng, tiến hành quá trình trộn ảnh và tăng cường chất lượng ảnh giúp mắt người có thể nhận biết tốt nhất đối tượng trên ảnh cần chiết tách
Sử dụng thuật toán Segmentation cho sự phân mảnh đối tượng ảnh: sử dụng thanh công cụ Process->Process tree ->->Insert Child
Chỉnh sửa kết quả phân loại Đánh giá kết quả và xuất kết quả
63
Hình 3.3: Kết quả phân mảnh đối tƣợng
Tạo các lớp chú giải và chọn mẫu phân loại - Luận văn thiết lập 10 chú giải để phân loại
Hình 3.4: Tạo lớp chú giải để phân loại
- Chọn mẫu để phân loại: Show or Hide Outlines trên thanh công cụ.
Để lấy mẫu cho từng đối tượng , click chuột vào lớp chú giải, từ thanh công cụ Classification -> Sample-> Select Sample
64
Hình 3.5: Chọn mẫu phân loại
Tiến hành phân loại
- Đưa mẫu phân loại vào tính toán: Áp dụng tiêu chuẩn người hàng xóm láng giềng gần nhất cho các lớp.
- Chạy phân loại: Trên cửa sổ Process Tress, tạo lớp tên chứa thuật toán phân loại có tên là Phanloai -> Excute
65
Hình 3.6: Hiển thị kết quả phân loại
Chỉnh sửa kết quả sau phân loại
Sau khi chạy phân loại có một số đối tượng bị lẫn cần tiến hành chỉnh sủa bằng tay. Công cụ Chỉnh sửa bằng tay bao gồm: gộp đối tượng (Merge Objects Manually), phân loại đối tượng ảnh (Classify Image Objects Manually) và chia nhỏ một đối tượng ảnh (Cut an Object Manually).
Xuất kết quả
Dữ liệu sau khi được phân tích có thể được xuất ra thành dạng vector (Shapefile).
Bản đồ hiện trạng lớp phủmặt đất năm 2004 và năm 2010thị xã Quảng Yên
66
Hình 3.7: Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất năm 2004
67
Hình 3.8: Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất năm 2010
68
Bản đồ Biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 2004 -2010thị xã Quảng Yên Dữ liệu viễn thám sau khi được hiệu chỉnh hình học và phân loại thống nhất ở khuôn dạng raster, tính toán biến động trên phần mềm IDRISI. Kết quả thu được Bản đồ biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 2004-2010.
69
Hình 3.9: Bản đồ biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 2004 - 2010
70
Bảng 3.3: Ma trận biến động diện tích các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2004-2010 khu vực nghiên cứu
Năm 2010 Bãi bùn
Cây bụi và hoa
màu
Đất ở và chuyên
dùng
Đất trống
Lúa Mặt
nước
Nuôi trồng thủy sản
Rừng ngập nước
Rừng trồng Năm 2004
Bãi bùn 61,88 1,25 5,44 59,74 2,77 1,24 114,02 78,1 0
Cây bụi và hoa màu
2,4 1379,61 239,83 83,54 4,6 5,8 5,72 1,49 40,82
Đất ở và chuyên dùng
0,98 23,71 2101,71 8,46 0 15,43 2,87 0 0
Đất trống 6,2 66,06 5,69 814,57 0 0,54 257,45 1,3 5,4
Lúa 1,69 317,78 236,25 7,2 6109,83 4,5 12,3 0 1,19
Mặt nước 5,3 0 0,2 0,13 0 5984,64 0,19 0,4 0
Nuôi trồng thủy sản
2,8 0,23 12,32 3,8 0 0,84 8298,47 3,4 0
Rừng ngập nước 1,99 0,78 0 3,67 0 1,87 0,67 1054,8 0
Rừng trồng 0,16 6,32 10,84 46,38 0,27 0,35 0 0 1894,02
Theo kết quả biến động (bảng 3.3.), quá trình đô thị hóa diễn ra khá nhanh chóng tập trung ở các khu vực chính là đô thị Quảng Yên, các xã Tiền An, Tân An và khu vực bán đảo Hà Nam. Các khu vực này có sự biến đổi về mục đích sử dụng đất từ trồng lúa và hoa màu sang diện tích đất ở; hoặc đổ đất, san lấp một phần diện tích ĐNN để hình thành các khu vực quần cư, sản xuất công nghiệp.
Khu vực ĐNN phát triển rừng ngập mặn chủ yếu chỉ còn tập trung ở khu vực bãi triều đầm Nhà Mạc, một diện tích nhỏ ở khu Hoàng Tân và rải rác ở các khu vực bãi triều khác nhưng chủ yếu là các trảng cây bụi rậm thấp được sử dụng kết hợp để nuôi trồng thủy sản. Diện tích rừng ngập mặn trong khu vực có xu hướng giảm khá rõ rệt.
ĐNN chưa sử dụng phân bố diện tích nhỏ ở khu vực bãi triều phường Minh Thành. Đây là diện tích đất bỏ hoang chưa được khai thác sử dụng trong khu vực
71
nghiên cứu, hình thành do người dân địa phương không sử dụng diện tích để nuôi trồng thủy sản mà đang có xu hướng chuyển sang loại hình sử dụng đất khác.
Khu vực ĐNN có rừng ngập mặn và ĐNN nuôi trồng thủy sản có sự biến đổi nhiều về diện tích. Rừng ngập mặn chuyển phần lớn diện tích sang mục đích nuôi trồng thủy sản và một phần chuyển thành mặt nước. Sự biến đổi này tập trung ở khu vực đầm nhà Mạc và đảo Hoàng Tân. Diện tích nuôi trồng thủy sản cũng được mở rộng khá đáng kể tại phía đông Quảng Yên và phía nam đầm nhà Mạc. Như vậy, khu vực ĐNN nuôi trồng thủy sản chủ yếu phân bố trên các bãi triều khu vực đầm nhà Mạc, đầm Liên Hòa và bãi triều của các xã/phường Hà An, Tân An, Hoàng Tân và Minh Thành. ĐNN nuôi trồng thủy sản tăng diện tích phần lớn từ ĐNN có rừng ngập mặn và thêm hàng trăm ha nuôi trồng thủy sản khác được chuyển từ mặt nước.
Bên cạnh đó, một diện tích lớn đất trống trên đất mặn cũng đã được cải tạo thành các khu vực nuôi trồng thủy sản. Đây là một sự biến đổi theo chiều hướng tích cực nhằm làm giảm diện tích đất bỏ hoang. Có thể nói rằng, sự mở rộng các đầm nuôi trồng thủy sản với quy mô lớn là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm đáng kể cả về số lượng và chất lượng rừng ngập mặn ở khu vực nghiên cứu. Hiện nay, diện tích các đầm nuôi vẫn tiếp tục được mở rộng mạnh mẽ và hình thành những khu vực nuôi trồng thủy sản mới.