Luận văn Thạc sĩ Kiểm soát và Bảo vệ môi trường: Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá biến động đất đai dưới tác động của đô thị hóa tại thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình giai đoạn 2001 - 2014

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là đánh giá biến động đất đai dưới tác động của đô thị hóa dựa trên cơ sở phân tích tư liệu viễn thám đa thời gian và kỹ thuật GIS làm cơ sở cho việc theo dõi những tác động của quá trình đô thị hóa và đưa ra giải pháp quản lý đất đai thích hợp trong tương lai ở thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kiểm soát và Bảo vệ môi trường: Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá biến động đất đai dưới tác động của đô thị hóa tại thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình giai đoạn 2001 - 2014

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: - Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. - Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc là đúng sự thật. Tác giả luận văn Dương Chí Nhân PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Văn Lợi, người đã hướng dẫn, giúp đỡ rất tận tình trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp cao học. Để hoàn thành được bản luận văn này, tôi đã nhận được sự quan tâm, tạo điều kiện của Sở tài nguyên và môi trường tỉnh Quảng Bình, Văn phòng đăng ký quyền sử dụng đất thành phố Đồng Hới, các thầy cô giáo khoa Tài nguyên và Môi trường, đã tạo điều kiện cho tôi học tập và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Tôi xin gửi tới gia đình, bạn bè và cộng sự nơi tôi đang sống và làm việc đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tác giả luận văn Dương Chí Nhân PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iii TÓM TẮT Đô thị hóa luôn có những mặt tích cực và tiêu cực của nó nhất là trong lĩnh vực quản lý đất đai mà hệ quả dễ thấy là các biến động sử dụng đất đất và quỹ đất. Trước thực trạng đó, đề tài nghiên cứu với mục đích đánh giá biến động đất đai dưới tác động của đô thị hóa dựa trên cơ sở phân tích tư liệu ảnh vệ tinh Landsat đa thời gian và kỹ thuật GIS từ đó làm cơ sở cho việc theo dõi những tác động của quá trình đô thị hóa và đưa ra giải pháp quản lý đất đai thích hợp trong tương lai ở thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình trong giai đoạn 2001 – 2014. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng bào gồm phương pháp thu thập số liệu, tài liệu, phương pháp thống kê, phương pháp viễn thám và GIS, phương pháp xử lý và phân tích số liệu. Trong đó điểm nhấn là phương pháp viễn thám và GIS được lồng ghép, kết hợp để hạn chế những khuyết điểm riêng biệt của từng phương pháp từ đó hoàn thiện và tăng độ chính xác của kết quả nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu chỉ ra được những yếu tố tác động đến quá trình đô thị hóa và biến động đất đai của thành phố Đồng Hới. Thành lập được bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2001 và năm 2014 thành phố Đồng Hới trên cơ sở giải đoán ảnh Landsat đã được trộn kênh ảnh tăng độ phân giải lên 15x15m. Từ các bản đồ hiện trạng đã có tiếp tục thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2001 – 2014 của thành phố Đồng Hới. Ngoài ra, nghiên cứu chỉ ra, đánh giá và phân tích những nguyên nhân của sự biến động đất đai và từ đó đưa ra những giải pháp góp phần nâng cao hiệu quả trong quản lý đất đai. Cuối cùng, nghiên cứu đưa ra được quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ ảnh viễn thám nói chung kết hợp với công nghệ GIS theo các bước cụ thể rõ ràng. Công nghệ viễn thám và GIS ngày càng bộc lộ những ưu thế trong lĩnh vực quản lý đất đai nói chung và đánh giá biến động sử dụng đất nói riêng. Với thời đại hội nhập, khoa học công nghệ phát triển, đầu tư và triển khai công nghệ này sẽ mang lại hiệu quả lớn về kinh tế, tiến độ công việc, tính xác thực hơn so với các phương pháp truyền thống. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii TÓM TẮT .................................................................................................................... iii MỤC LỤC .....................................................................................................................iv DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ................................................................. vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU ...................................................................................... viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH ...........................................................................................ix MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................1 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................................1 2.1. Mục tiêu chung .........................................................................................................1 2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................................2 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .................................................................2 3.1. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................................2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................................2 Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................3 1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................3 1.1.1. Định nghĩa về đất đai .............................................................................................3 1.1.2. Đô thị và đô thị hóa ............................................................................................... 3 1.1.3. Tổng quan về viễn thám ........................................................................................4 1.1.4. Tổng quan về GIS ................................................................................................ 15 1.1.5. Tổng quát về bản đồ và bản đồ biến động sử dụng đất .......................................18 1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN .............................................................................................. 18 1.2.1. Tình hình ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS ở một số nước trên thế giới ....18 1.2.2. Tình hình sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá đô thị hóa ở Việt Nam ............................................................................................................................... 19 1.3. NHỮNG CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN.................................20 1.3.1. Ở Việt Nam..........................................................................................................20 1.3.2. Ở Trên thế giới ....................................................................................................21 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
v Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................................................23 2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................................23 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................23 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 23 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................23 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................24 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu .................................................................24 2.3.2. Phương pháp thống kê .........................................................................................25 2.3.3. Phương pháp viễn thám và GIS. ..........................................................................25 2.3.4. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu. ............................................................. 28 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................................29 3.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KINH TẾ-XÃ HỘI VÀ THỰC TRẠNG QUỸ ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN NGHIÊN CỨU ...............................................29 3.1.1. Đặc điểm, điều kiện tự nhiên ...............................................................................29 3.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ......................................................................................32 3.1.3. Quỹ đất đô thị ......................................................................................................37 3.2. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT NĂM 2001, 2014 VÀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT GIAI ĐOẠN 2001 - 2014 ..........................39 3.2.1. Kết quả chọn vùng nghiên cứu ............................................................................39 3.2.2. Chọn mẫu phân loại và xây dựng khóa ảnh ........................................................40 3.2.3. Xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2001, 2014 từ ảnh Landsat. ......46 3.2.4. Xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2001 – 2014 ........................59 3.3. ĐÁNH GIÁ VỀ BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA ĐÔ THỊ HÓA . 63 3.3.1. Nhóm đất lâm nghiệp ..........................................................................................63 3.3.2. Nhóm đất nông nghiệp ........................................................................................67 3.3.3. Đất xây dựng .......................................................................................................72 3.3.4. Đánh giá sự biến động đất đai với quy hoạch sử dụng đất ..................................76 3.3.5. Các vấn đề còn tồn tại .........................................................................................79 3.4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIÚP QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI HỢP LÝ ...................80 3.5. XÂY DỰNG QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT TỪ ẢNH VIỄN THÁM KẾT HỢP VỚI CÔNG NGHỆ GIS ............................. 81 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vi 3.5.1. Các bước xử lý ảnh viễn thám .............................................................................82 3.5.2. Các bước xử lý dữ liệu trên GIS ..........................................................................83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................84 1. Kết luận......................................................................................................................84 2. Kiến nghị ...................................................................................................................85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 86 PHỤ LỤC .....................................................................................................................89 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vii DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nghĩa của từ 1 ENVI Environment for Visualizing Images 2 ERTS Earth Resources Technology Satellite 3 ETM Enhanced Thematic Mapper 4 GDP Gross Domestic Product 5 GIS Geographical information system 6 GPS Global Positioning System 7 HRV High Resolution Visible imaging system 8 HTSDĐ Hiện trạng sử dụng đất 9 MSS Multispectral Scanner 10 OLI Operational Land Imager 11 OSA Optical sensor assembly 12 SPOT Systeme Pour L’observation de La Terre 13 TIRS Thermal Infrared Sensor 14 TM Thematic Mapper PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Đặc điểm của giải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám. .................6 Bảng 1.2. Các thế hệ vệ tinh Landsat. .............................................................................8 Bảng 3.1. Khóa giải đoán ảnh viễn thám năm 2001......................................................41 Bảng 3.2. Khóa giải đoán ảnh viễn thám năm 2014......................................................43 Bảng 3.3. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2001.........................................................47 Bảng 3.4. Đánh giá độ chính xác phân loại ảnh năm 2001 ...........................................48 Bảng 3.5. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2014.........................................................49 Bảng 3.6. Bảng đánh giá độ chính xác phân loại ảnh năm 2014...................................50 Bảng 3.7. Quy ước về ID với loại hiện trạng cho các bản đồ. ......................................51 Bảng 3.8. Cấu trúc dữ liệu thuộc tính xây dựng cho các bản đồ. ..................................52 Bảng 3.9. Hiện trạng sử dụng đất tại thành phố Đồng Hới năm 2001 .........................53 Bảng 3.10. Hiện trạng sử dụng đất tại thành phố Đồng Hới năm 2014 .......................54 Bảng 3.11. Ma trận biến động sử dụng đất giai đoạn 2001 - 2014 ............................... 60 Bảng 3.12. Sự thay đổi diện tích đất lâm nghiệp giai đoạn 2001 – 2014 ......................63 Bảng 3.13. Sự chu chuyển diện tích đất lâm nghiệp giai đoạn 2001 - 2014 .................64 Bảng 3.14. Sự thay đổi diện tích đất nông nghiệp giai đoạn 2001 – 2014 ....................67 Bảng 3.15. Sự chu chuyển diện tích đất nông nghiệp giai đoạn 2001 – 2014 ..............68 Bảng 3.16. Sự thay đổi diện tích đất xây dựng giai đoạn 2001 - 2014 .........................72 Bảng 3.17. Sự chu chuyển diện tích đất xây dựng giai đoạn 2001 - 2014 ....................73 Bảng 3.18. Diện tích một số loại hình sử dụng đất trong kỳ quy hoạch. ......................78 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ix DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1. Bản đồ địa chính được chồng lên ảnh IKONOS ...........................................10 Hình 1.2. Đặc tính phản xạ phổ của thực vật ................................................................ 12 Hình 1.3. Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước .........................................................13 Hình 1.4. Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng ...........................................................13 Hình 1.5. Mô hình tổ chức của hệ thống thông tin địa lý. .............................................15 Hình 1.6. Sơ đồ mô tả quy trình công nghệ của GIS.....................................................16 Hình 2.1. Sơ đồ trình tự các bước ứng dụng ảnh Landsat và GIS xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất tại thành phố Đồng hới giai đoạn 2001 - 2014 .................................27 Hình 3.1. Vị trí địa lý của thành phố Đồng Hới trong tỉnh Quảng Bình .......................29 Hình 3.2. Hộp thoại danh sách và sai số RMS tương ứng các điểm nắn ảnh Landsat năm 2014 .......................................................................................................................39 Hình 3.3. Ảnh Landsat năm 2014 trước và sau khi đã được tăng độ phân giải ............39 Hình 3.4. Kết quả cắt ảnh theo ranh giới của thành phố Đồng Hới năm 2001 và 2014. ...... 40 Hình 3.5. Sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh Landsat năm 2001 ................45 Hình 3.6. Sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh Landsat năm 2014 ................45 Hình 3.7. Kết quả giải đoánh ảnh Landsat năm 2001 và năm 2014 ............................ 46 Hình 3.8. Đối chiếu dữ liệu trên ảnh vệ tinh Landsat và ảnh có độ phân giải cao trên Google earth để tiến hành điều chỉnh. ..........................................................................52 Hình 3.9. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Đồng Hới năm 2001 ....................55 Hình 3.10. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Đồng Hới năm 2014 ..................56 Hình 3.11. Biểu đồ so sánh diện tích hiện trạng sử dụng đất năm 2001 và 2014 .........57 Hình 3.12. Biểu đồ so sánh diện tích giải đoán hiện trạng sử dụng đất năm 2014 với số liệu kiểm kê ...................................................................................................................58 Hình 3.13. Bản đồ biến động sử dụng đất thành phố Đồng Hới giai đoạn 2001 – 2014 ...... 62 Hình 3.14. Biểu đồ so sánh diện tích giải đoán hiện trạng sử dụng đất năm 2014 với kế hoạch sử dụng đất 2014 ............................................................................................ 76 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với sự hội nhập vào nền kinh tế toàn cầu thì đất đai ngày càng có giá trị và trở nên khan hiếm. Kèm theo đó là quá trình đô thị hóa mạnh mẽ ở các vùng miền, sự gia tăng dân số, đã và đang gây sức ép rất lớn tới tài nguyên đất. Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ và nhất là công nghệ thông tin góp phần tạo ra sự đột phá mới cho công tác quản lý đất đai nói chung và việc đánh giá về quá trình đô thị hóa nói riêng. Việc tích hợp công nghệ viễn thám với hệ thống thông tin địa lý đang được sử dụng ngày càng rộng rãi không chỉ ở các nước đi đầu về khoa học công nghệ như: Mỹ, Nga, Đức, Nhật Bản…mà ngay ở các nước đang phát triển. Với sự phát triển của khoa học vũ trụ ngày nay, chất lượng ảnh viễn thám ngày càng được nâng cao, góp phần phục vụ cho công tác quản lý tài nguyên đất và tiết kiệm được thời gian, chi phí so với các phương pháp khác. Ảnh viễn thám cũng như các tư liệu về viễn thám có khả năng cung cấp nhanh chóng và chính xác sự biến đổi của các đối tượng theo không gian và thời gian thông qua giải đoán ảnh. Bên cạnh đó GIS lại có khả năng tích hợp tốt với dữ liệu viễn thám giúp xử lý, phân tích không gian cũng như cập nhật, sửa đổi thông tin thuộc tính một cách dễ dàng. Các dữ liệu thuộc tính và không gian trong GIS được liên kết với nhau một cách chặt chẽ và khoa học. Đồng Hới là thành phố tỉnh lỵ của tỉnh Quảng Bình, được thành lập ngày 16/8/2004 trên cơ sở toàn bộ diện tích tự nhiên, dân số và các đơn vị hành chính trực thuộc thị xã Đồng Hới cũ. Thành phố là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa xã hội, khoa học kỹ thuật, có vai trò là động lực phát triển kinh tế của tỉnh Quảng Bình. Bởi vậy, tốc độ đô thị hóa của thành phố hiện đang ở mức rất nhanh. Quá trình đô thị hóa luôn kéo theo hàng loạt vấn đề quan trọng như: quỹ đất, quy hoạch đô thị, môi trường cảnh quan, giao thông, kinh tế xã hội,… mà đòi hỏi cần có sự nghiên cứu kỹ lưỡng và khoa học để phục vụ cho công tác quản lý đất đai và bố quy hoạch hợp lý. Xuất phát từ những lí do trên, tôi xin được thực hiện đề tài: “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá biến động đất đai dưới tác động của đô thị hóa tại thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình giai đoạn 2001 - 2014” 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Mục tiêu chung Đánh giá biến động đất đai dưới tác động của đô thị hóa dựa trên cơ sở phân tích tư liệu viễn thám đa thời gian và kỹ thuật GIS làm cơ sở cho việc theo dõi những PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
2 tác động của quá trình đô thị hóa và đưa ra giải pháp quản lý đất đai thích hợp trong tương lai ở thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình 2.2. Mục tiêu cụ thể - Xây dựng được các bản đồ hiện trạng và biến động sử dụng đất thành phố Đồng Hới năm 2001, 2014 và giai đoạn 2001 – 2014. - Xây dựng được quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ ảnh viễn thám kết hợp công nghệ GIS - Xác định được mối liên hệ giữa quá trình đô thị hóa trong thực tế và trên quy hoạch 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3.1. Ý nghĩa khoa học Góp phần bổ sung và hoàn thiện phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong theo dõi và đánh giá sự phát triển đô thị về cả không gian và thời gian. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS góp phần nâng cao độ chính xác, giảm chi phí về tiền bạc, công sức, thời gian trong công tác điều tra, giám sát, theo dõi và đánh giá sự phát triển đô thị của thành phố Đồng Hới. - Kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo giúp các nhà quản lý và hoạch định chính sách ở thành phố Đồng Hới nắm được thực trạng và những bất cập trong quá trình đô thị hóa để làm căn cứ triển khai quy hoạch, kế hoạch và định hướng phát triển đô thị thành phố phù hợp trong giai đoạn tiếp theo. - Có được cái nhìn tổng quan về mức độ đô thị hóa trên địa bàn thành phố, từ đó có những đề xuất sử dụng quỹ đất một cách phù hợp, đúng quy hoạch. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
3 Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.1. Định nghĩa về đất đai Đất được hiểu bao gồm có hai nghĩa, một nghĩa về thổ nhưỡng, hay mặt bằng để sản xuất nông lâm nghiệp…và một nghĩa là đất đai. Có thể hiểu đơn giản trong từ đất đai, “đai” được xem như là vành đai xung quanh khu đất, thửa đất và làm cho nó có một phạm vi không gian cụ thể. Luật đất đai 2013 có nêu rõ: “Thửa đất là phần diện tích đất được giới hạn bởi ranh giới xác định trên thực địa hoặc được mô tả trên hồ sơ”. Như vậy việc tách biệt về nghĩa giữa đất nói chung, và đất đai nói riêng là thực sự cần thiết trong công tác quản lý đất đai. Nó thể hiện tính chặt chẽ và pháp lý khi đề cập tới một thửa đất hay công tác quản lý đất đai. 1.1.2. Đô thị và đô thị hóa 1.1.2.1. Đô thị Đô thị là điểm tập trung dân cư với mật độ cao, chủ yếu là lao động phi nông nghiệp, có hạ tầng cơ sở thích hợp, là trung tâm tổng hợp hay trung tâm chuyên ngành, có vai trò thúc đẩy sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội của cả nước, của một miền lãnh thổ, của một tỉnh, của một huyện hoặc một vùng trong tỉnh, trong huyện [6]. Đô thị tại Việt Nam được quy định bao gồm: thành phố, thị xã, thị trấn. Tùy theo mỗi loại đơn vị mà có các phân chia vùng lãnh thổ và đơn vị hành chính tương ứng như sau: - Thành phố: bao gồm khu vực nội thành và khu vực ngoại thành. Thành phố trực thuộc trung ương còn có thêm thị xã - Thị xã: bao gồm khu vực nội thị được chia thành các phường và khu vực ngoại thị được chia thành các xã. - Thị trấn: chỉ có khu vực nội thị. Thị trấn không có khu vực ngoại thị 1.1.2.2. Đô thị hóa Đô thị hóa là một xu thế tất yếu, đó là một quá trình phát triển của xã hội mang tính chất toàn cầu và diễn ra ngày càng mạnh mẽ ở tất cả các quốc gia trên toàn thế giới, không một quốc gia nào đạt mức tăng trưởng cao mà không trải qua quá trình đô thị hóa. Trên quan điểm một vùng: đô thị hóa là một quá trình hình thành, phát triển các hình thức và điều kiện sống theo kiểu đô thị. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
4 Trên quan điểm kinh tế quốc dân: đô thị hóa là một quá trình phát triển biến đổi về sự phân bố các yếu tố lực lượng sản xuất, bố trí dân cư những vùng không phải đô thị thành đô thị. Tóm lại, đô thị hóa là một quá trình phát triển trong đó bao gồm phát triển về dân số đô thị, cơ sở hạ tầng kể cả số lượng, quy mô cũng như chất lượng. Đô thị hóa làm dân cư đô thị tăng lên, làm mở rộng không gian đô thị, không gian kiến trúc, tăng quy mô diện tích và mật độ xây dựng của đô thị. Cuối cùng, đô thị hóa làm thay đổi cơ cấu kinh tế theo hướng phi nông nghiệp hóa và thay đổi lối sống theo kiểu đô thị [6]. 1.1.3. Tổng quan về viễn thám 1.1.3.1. Khái niệm về viễn thám Định nghĩa về viễn thám: Viễn thám (Remote sensing) là một bộ môn khoa học sử dụng công nghệ tin học và vũ trụ kết hợp với kiến thức chuyên môn của các chuyên gia nhằm thu nhận các thông tin về các vật thể hoặc các hiện tượng xảy ra trên Trái Đất và khí quyển thông của các ảnh chụp các vật thể, hiện tượng thu được từ các bộ cảm trên vệ tinh và kỹ nghệ RADAR mà không cần tiếp xúc trực tiếp vào các vật và các hiện tượng đó [18]. 1.1.3.2. Lịch sử phát triển của viễn thám Từ thế kỷ 19, Những ảnh chụp photo đã được sử dụng cho nghiên cứu mặt đất. Điều này cho thấy viễn thám có lịch sử phát triển khá lâu đời. Các ảnh chụp về bề mặt trái đất từ khinh khí cầu bắt đầu sử dụng từ năm 1858. Trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 – 1918), kỹ thuật giải đoán không ảnh và đo đạc từ ảnh đã phát triển mạnh tạo nên sự hình thành một ngành khoa học mới tên là đo đạc ảnh. Trong chiến tranh thế giới thứ hai (1939-1945) ảnh RADAR và ảnh đã được sử dụng cho phép triết lọc thông tin nhiều hơn. Năm 1961, Liên Xô phóng tàu vũ trụ có người lái và chụp ảnh Trái Đất từ ngoài vũ trụ đánh dấu cột mốc quan trọng cho sự phát triển của khoa học vũ trụ và viễn thám. Sau đó, những thành tựu trong việc chế tạo các bộ cảm biến và các tàu vũ trụ, các vệ tinh nhân tạo như Landsat, SPOT, IKONOS… đã cung cấp khả năng thu nhận hình ảnh và cho phép nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau. Ngày nay với sự phát triển của Internet và công nghệ tin học, việc xử lý ảnh số được tích hợp với hệ thống thông tin địa lý là một phương pháp hứu hiệu có tính ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực [18]. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
5 1.1.3.3. Nguyên lý cơ bản của viễn thám Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định. Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể. Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến. Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét. Phương tiện mang các bộ cảm biến được gọi là vật mang (máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh…) [18]. 1.1.3.4. Nguyên tắc xử lý ảnh viễn thám - Nguyên tắc chung: Ảnh vệ tinh thực chất là sản phẩm phản ánh năng lượng bức xạ còn ảnh RADAR là sóng phản hồi phát ra từ vật thể khi khảo sát. Năng lượng phổ dưới dạng sóng điện từ nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán vật thể một cách chính xác hơn. Nếu biết trước phổ phát xạ hoặc bức xạ của vật thể trong phòng thí nghiệm bằng các máy đo phổ và ghi nhận các đường cong thể hiện cường độ của ánh sáng bức xạ hoặc phản xạ bởi vật thể ta có thể giải đoán vật thể bàng cách phân tích đường cong phổ thu được từ ảnh vệ tinh [18]. Việc giải đoán về các vật thể trên trái đất cần phải xem xét trên khía cạnh viễn thám, cần phải được thực hiện trên các quan niệm của các cách tiếp cận khác nhau là: 1. Đa phổ: nghiên cứu vật bằng nhiều kênh phổ khác nhau. 2. Đa nguồn: từ dữ liệu chụp trên mặt đất, khinh khí cầu, máy bay đến các ảnh vệ tinh có người điều khiển hay tự động. 3. Đa thời gian: chụp vào các thời điểm, giai đoạn khác nhau. 4. Đa độ phân giải: không gian từ độ phân cao đến độ phân giải thấp. 5. Đa phương pháp: xử lý ảnh bằng mắt hoặc bằng số. Đối với viễn thám quang học, nguồn năng lượng cung cấp chủ yếu là do mặt trời và sự thay đổi của các phân tử nước và khí có trong lớp khí quyển là nguyên nhân gây chính gây nên sự biến đổi năng lượng phản xạ từ mặt đất đến bộ cảm biến. Khoảng 75% năng lượng mặt trời luôn bị khí quyển hấp thụ, tán xạ và khúc xạ trước khi đến bộ cảm biến. Hiểu rõ cơ chế tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển và việc PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
6 chọn phổ điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám cần phải biết được đặc điểm của dải phổ điện từ thường được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám [18]. Bảng 1.1. Đặc điểm của giải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám. Giải phổ Bước sóng Đặc điểm điện từ Hấp thụ mạnh bởi lớp khí quyển ở tầng cao (tầng ôzôn), không thể thu nhận năng lượng do dải sóng này Tia cực tím 0,3 ÷ 0,4μm cung cấp nhưng hiện tượng này lại bảo vệ con người tránh tác động của tia cực tím. Rất ít bị hấp thụ bởi oxy, hơi nước và năng lượng phản xạ cực đại ứng với bước sóng 0,5μm trong khí Tia nhìn thấy 0,4 ÷ 0,76μm quyển. Năng lượng do dải sóng này cung cấp giữ vai trò trong viễn thám. Cận hồng Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước sóng cận ngoại, 0,77÷1,34μm hồng ngoại từ 0,77 ÷ 0,9μm. Sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại 1,55 ÷ 2,4μm hồng ngoại theo dõi sự biến đổi thực vật từ 1,55 ÷ trung 2,4μm Một số vùng bị hơi nước hấp thụ mạnh, giải sóng này Hồng ngoại giữ vai trò trong phát hiện cháy rừng và hoạt động núi 3 ÷ 22μm nhiệt lửa. Bức xạ nhiệt của trái đất của năng lượng cao nhất tại bước sóng 10μm Khí quyển không hấp thụ mạnh năng lượng các bước sóng lớn hơn 2cm, cho phép thu nhận năng lượng cả Vô tuyến (rada) 1mm ÷ 30cm ngày lẫn đêm, không bị ảnh hưởng của mây, sương mù hay mưa. - Nguyên tắc khi sử dụng ảnh viễn thám để theo dõi biến động + Khu vực nghiên cứu của ảnh phải như nhau Các ảnh phải được chụp trên cùng một khu vực nghiên cứu và được cắt theo cùng một ranh giới hành chính như nhau. Ranh giới hành chính phải được mở rộng ít nhất là trên 30m (với ảnh có độ phân giải 30x30m) và được cắt chính xác lại sau bước xử lý cuối cùng nhằm tránh thất thoát các pixcel ảnh trong quá trình giải đoán và xử lý. + Các ảnh được sử dụng phải có cùng độ phân giải như nhau Ảnh có độ phân giải càng cao thì thông tin về các đối tượng càng chi tiết và ngược lại. Tuy nhiên các ảnh có độ phân giải như nhau sẽ cho phản xạ phổ gần như nhau nên kết quả biến động các đối tượng khi chồng ghép sẽ chính xác hơn. + Các ảnh phải được giải đoán ở các bước sóng như nhau hay cùng phương pháp phối Band ảnh như nhau PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
7 Với các bước sóng khác nhau thì các đối tượng sẽ cho phản xạ khác nhau, dẫn đến các kết quả biến động không chính xác. + Các ảnh phải có cùng hệ tọa độ và lưới chiếu Nếu các ảnh không có cùng hệ tọa độ và lưới chiếu hoặc không được hiểu chỉnh để trùng khớp nhau thì trong quá trình chồng ghép kết quả để nghiên cứu biến động sẽ không thể thực hiện được. - Các chuẩn điều vẽ đoán đọc ảnh vệ tinh bằng mắt Đoán đọc điều vẽ bằng mắt là việc sử dụng mắt người cùng với các dụng cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp mầu để xác định các đối tượng trên cơ sở các chuẩn đoán đọc và mẫu đoán đọc điều vẽ. + Chuẩn kích thước. Cần phải chọn một tỷ lệ ảnh phù hợp để đoán đọc điều vẽ. Kích thước của đối tượng có thể xác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với mẫu số tỷ lệ ảnh. + Chuẩn hình dạng. Hình dạng có ý nghĩa quan trọng trong đoán đọc ảnh. Hình dạng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên cao xuống và được coi là chuẩn đoán đọc quan trọng. + Chuẩn bóng. Bóng của vật thể dễ dàng nhận thấy khi nguồn sáng không nằm chính xác ở đỉnh đầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên. Dựa vào bóng của vật thể có thể xác định được chiều cao của nó. + Chuẩn độ đen. Độ đen trên ảnh đen trắng biến thiên từ trắng đến đen. Mỗi vật thể được thể hiện bằng một cấp độ sáng nhất định tỷ lệ với cường độ phản xạ ánh sáng của nó. Ví dụ cát khô phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng có mầu trắng, trong khi đó cát ướt do độ phản xạ kém hơn nên có mầu tối hơn trên ảnh đen trắng. Trên ảnh hồng ngoại đen trắng do cây lá nhọn phản xạ mạnh tia hồng ngoại nên chúng có mầu trắng và nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sóng này nên bao giờ cũng có mầu đen. + Chuẩn mầu sắc Mầu sắc là một chuẩn rất tốt trong việc xác định các đối tượng. Ví dụ các kiểu loài thực vật có thể được phát hiện dễ dàng ngay cả cho những người không có nhiều kinh nghiệm trong đoán đọc điều vẽ ảnh khi sử dụng ảnh hồng ngoại mầu. Các đối tượng khác nhau cho các tông mầu khác nhau đặc biệt khi sử dụng ảnh đa phổ tổng hợp mầu. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
8 + Chuẩn cấu trúc Cấu trúc là một tập hợp của nhiều hình mẫu nhỏ. Ví dụ một bãi cỏ không bị lẫn các loài cây khác cho một cấu trúc mịn trên ảnh, ngược lại rừng hỗn giao cho một cấu trúc sần sùi. Đương nhiên điều này còn phụ thuộc vào tỷ lệ ảnh được sử dụng. + Chuẩn phân bố Chuẩn phân bố là một tập hợp của nhiều hình dạng nhỏ phân bố theo một quy luật nhất định trên toàn ảnh và trong mối quan hệ với đối tượng cần nghiên cứu. Ví dụ hình ảnh của các dãy nhà, hình ảnh của ruộng lúa nước, các đồi trồng chè... tạo ra những hình mẫu đặc trưng riêng cho các đối tượng đó. + Chuẩn mối quan hệ tương hỗ Một tổng thể các chuẩn đoán đọc điều vẽ, môi trường xung quanh hoặc mối liên quan của đối tượng nghiên cứu với các đối tượng khác cung cấp một thông tin đoán đọc điều vẽ quan trọng [18]. 1.1.3.5. Một số vệ tinh sử dụng trong viễn thám - Vệ tinh Landsat Là vệ tinh được phóng để phục vụ chương trình nghiên cứu thăm dò tài nguyên trái đất ERTS (ERTS - Earth Resources Technology Satellite: Vệ tinh kỹ thuật thăm dò tài nguyên trái đất) do tổ chức hàng không và vệ tinh quốc gia Mỹ (NASA) tiến hành. Vệ tinh ERTS-1 được phóng vào ngày 23/6/1972. Sau đó NASA đổi tên ERTS- 1 thành Landsat 1. Vệ tinh Landsat bay qua xích đạo lúc 9h39 phút sáng. Từ đó đến nay, NASA đã phóng được 8 vệ tinh trong hệ thống Landsat [18]. Bảng 1.2. Các thế hệ vệ tinh Landsat. Vệ tinh Ngày phóng Ngày ngừng hoạt động Bộ cảm Landsat1 23/6/1972 6/1/1978 MSS Landsat2 22/1/1975 25/2/1982 MSS Landsat3 05/3/1978 31/3/1983 MSS Landsat4 16/7/1982 15/6/2001 TM, MSS Landsat5 01/3/1984 5/6/2013 TM, MSS Landsat6 05/3/1993 Bị hỏng ngay khi phóng ETM Landsat7 15/4/1999 Đang hoạt động ETM+ Landsat8 12/2/2013 Đang hoạt động OLI&TIRs PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
9 Trên vệ tinh Landsat bộ cảm có ý nghĩa quan trọng nhất và được sử dụng nhiều nhất là TM. Vệ tinh Landsat TM, ETM bay ở độ cao 705 km, mỗi cảnh TM có độ phủ là 185x170 (km), chu kỳ lặp là 16 ngày [7]. Với vệ tinh Landsat 8 mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI - Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS - Thermal Infrared Sensor). Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat trước. So với Landsat 7, vệ tinh Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại. Tuy nhiên, bộ cảm OLI thu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải phổ mới nhằm phục vụ quan sát mây ti và quan sát chất lượng nước ở các hồ và đại dương nước nông ven biển cũng như sol khí. Bộ cảm TIRs thu nhận dữ liệu ở 2 dải phổ hồng ngoại nhiệt, phục vụ theo dõi tiêu thụ nước, đặc biệt ở những vùng khô cằn thuộc miền tây nước Mỹ. - Vệ tinh SPOT Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km, nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo 98o7, bay qua xích đạo lúc 10h30' sáng với chu kỳ lặp lại là 23 ngày. Mỗi cảnh có độ phủ là 60 km x 60 km. Tư liệu SPOT được sử dụng nhiều không chỉ cho việc nghiên cứu tài nguyên mà còn sử dụng cho công tác xây dựng, hiệu chỉnh bản đồ và quy hoạch sử dụng đất. Trên mỗi vệ tinh Spot được trang bị một hệ thống tạo ảnh nhìn thấy có độ phân giải cao HRV (High Resolution Visible imaging system). Năm 1998 Pháp phóng vệ tinh SPOT 4 với hai bộ cảm HRVIR và thực vật (Vegetation Instrument). Ba kênh phổ đầu của HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV. Năm 2002 Pháp đã phóng thành công vệ tinh SPOT 5 với độ phân giải cao hơn là 2,5 m; 5m; 10m [18]. - Vệ tinh IKONOS Vệ tinh IKONOS được đưa vào không gian vào tháng 9/1999 bởi Công ty Space Imaging (Hoa Kỳ), và là loại vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao (1m). Bộ cảm biến OSA (Optical sensor assembly) của vệ tinh IKONOS có khả năng thu đồng thời ảnh toàn sắc và đa phổ. Ngoài khả năng tạo ảnh có độ phân giải cao, ảnh IKONOS còn có độ phân giải bức xạ rất cao. IKONOS chuyển động theo quỹ đạo đồng bộ mặt trời ở độ cao 680 km và góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo là 98,2 độ. Vệ tinh IKONOS có chu kỳ lặp lại 14 ngày, đi qua xích đạo lúc 10h30 sáng, bề rộng tuyến chụp là 11km. Ảnh IKONOS được sử dụng không chỉ để thành lập và cập nhật bản đồ địa hình tỷ lệ trung bình, giám sát phân tích biến động mà còn có thể tạo ra hình ảnh thực cho khu vực phục vụ dịch vụ kinh doanh và du lịch. Các loại ảnh vệ tinh thương mại có độ phân giải cao khác có thể sử dụng hiện nay như: Orbvieww-3, Quickbird, và EROS-A1 [18]. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
10 Hình 1.1. Bản đồ địa chính được chồng lên ảnh IKONOS 1.1.3.6. Tư liệu sử dụng trong viễn thám - Ảnh tương tự Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp cảm quang halogen bạc, ảnh tương tự không sử dụng các hệ thống quang điện tử mà được thu từ các bộ cảm tương tự dùng phim. Tuy các tư liệu này có độ phân giải không gian cao nhưng lại kém về độ phân giải phổ. Vệ tinh Cosmos của Nga thường sử dụng bộ cảm tương tự. - Ảnh số Ảnh số là dạng tư liệu ảnh không lưu trữ trên giấy ảnh hoặc phim. Ảnh số được chia thành nhiều phần tử nhỏ gọi là pixel. Mỗi pixel tương ứng với một đơn vị không gian. Quá trình chia mỗi ảnh tương tự thành các pixel được gọi là chia mẫu và quá trình chia các độ xám liên tục thành một số nguyên hữu hạn gọi là lượng tử hóa. Độ lớn pixel quá lớn đồng nghĩa với chất lượng ảnh kém và ngược lại, pixel nhỏ thì chất lượng ảnh tốt hơn nhưng dung lượng thông tin rất lớn [18]. Ảnh số được đặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học, bức xạ như trường nhìn không đổi, góc nhìn tối đa, độ phân giải mặt đất. - Số liệu mặt đất Số liệu mặt đất là tập hợp các quan sát mô tả, đo đạc về các điều kiện thực tế trên mặt đất của các địa vật cần nghiên cứu nhằm xác định mối tương quan giữa tín hiệu thu được và bản thân các đối tượng. Các số liệu đó bao gồm thông tin tổng quan về đối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái, tính chất phản xạ, hấp thụ phổ, nhiệt độ… và thông tin về môi trường xung quanh như góc chiếu, độ cao mặt trời, cường độ chiếu sáng, trạng thái khí quyển, nhiệt độ, độ ẩm không khí, hướng và tốc độ gió… PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
11 Để phục vụ mục đích thiết kế các bộ cảm, kiểm định các thông số kỹ thuật của bộ cảm, thu thập thông tin bổ trợ cho quá trình phân tích và hiệu chỉnh số liệu, các số liệu mặt đất phải được thu thập đồng thời với số liệu vệ tinh hoặc trong một khoảng thời gian sao cho sự thay đổi của các đối tượng nghiên cứu trong thời gian đó không ảnh hưởng tới việc xác định mối quan hệ cần tìm. - Số liệu định vị mặt đất Để thu thập số liệu định vị mặt đất hiện nay chúng ta thường sử dụng Hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Những điểm định vị mặt đất phục vụ quá trình hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh thường được bố trí tại những nơi mà vị trí của nó có thể thấy được dễ dàng trên ảnh vệ tinh và bản đồ. - Bản đồ và số liệu địa hình Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu của viễn thám ngoài những tư liệu trên cần phải có các tài liệu địa hình và chuyên đề như bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề sử dụng đất, rừng, địa chất, bản đồ kinh tế xã hội, mô hình số địa hình [18]. 1.1.3.7. Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả giải đoán các thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối liên hệ giữa các đặc trưng phản xạ phổ với bản chất và trạng thái thực tế của các đối tượng tự nhiên. Đó là cơ sở dữ liệu để phân tích các tính chất của đối tượng phục vụ việc phân loại đối tượng đó. - Đặc tính phản xạ phổ của thực vật Khả năng phản xạ phổ của lá cây phụ thuộc vào các yếu tố chính là sắc tố, cấu trúc tế bào và thành phần nước. Trong vùng sóng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất clorophin trong lá cây. Clorophin (diệp lục tố) phản xạ mạnh ánh sáng có bước sóng 0,54μ, tức là vùng sóng ánh sáng lục. Do đó lá cây tươi được mắt ta cảm nhận có màu lục. Khi lá úa hoặc có bệnh, hàm lượng clorophin trong lá giảm đi lúc đó khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị thay đổi và lá cây sẽ có mầu vàng đỏ [18]. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma