Đang tải... (xem toàn văn)
“Ứng dụng công nghệ viễn thám thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất Huyện Đô Lương - tỉnh Nghệ An giai đoạn 2013 - 2015” ứng dụng của viễn thám
PHẦN A: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đất đai tài nguyên thiên nhiên quý giá quốc gia yếu tố mang tính định tồn phát triển người sinh vật khác trái đất Ngày việc sử dụng đất đai được đa dạng hóa về mục đích sử dụng, chủ sử dụng và các yếu tố khác liên quan đến đất Do đó việc quản lý đất đai đòi hỏi phải bắt kịp với nhu cầu phát triển của xã hội, đáp ứng kịp thời và có hiệu quả nhu cầu sử dụng đất của người Công nghệ thông tin đà phát triển mạnh nên việc áp dụng nó vào công tác quản lý đất đai là xu hướng tất yếu Công nghệ viễn thám, thành tựu khoa học vũ trụ đạt đến trình độ cao trở thành kỹ thuật phổ biến ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kinh tế- xã hội nhiều nước giới Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên môi trường ngày gia tăng nhanh chóng khơng phạm vi Quốc gia, mà phạm vi Quốc tế Cùng với xu thế ứng dụng công nghệ viễn thám thế giới, nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng viễn thám nhiều lĩnh vực Điển hình là quản lý tài nguyên môi trường nói chung và quản lý đất đai nói riêng Với phát triển mạnh mẽ khoa học vũ trụ ảnh viễn thám xuất ngày tỏ rõ tính ưu việt công tác điều tra, quản lý tài nguyên Đặc biệt xuất tư liệu viễn thám như: SPOT, LANDSAT, ASTER… có độ phân giải không gian phân giải phổ cao Một số tư liệu viễn thám cịn có khả chụp lập thể, đặc biệt cập nhật thơng tin nhanh chóng thơng qua việc thu nhận xử lý ảnh vệ tinh nhiều thời điểm khác tạo thành ảnh đa thời gian dạng số, sản phẩm dễ dàng sử dụng phần mềm phân tích ảnh đại có khả tích hợp thuận tiện hệ thống thông tin địa lý GIS Đặc biệt việc phóng vệ tinh VINASAT-1 vào ngày 12/4/2008, mở hướng ứng dụng ảnh viễn thám Việt Nam Huyện Đô Lương huyện nằm trung tâm tỉnh Nghệ An có vị trí thuận lợi cho phát triển kinh tế xã hội tỉnh Nghệ An Việc đánh giá tình hình quản lý sử dụng đất Huyện cần thiết Nhận thấy ứng dụng công nghệ viễn thám là một bước phát triển cho công tác quản lý đất đai địa phương nên em chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám thành lập đồ trạng sử dụng đất Huyện Đô Lương tỉnh Nghệ An giai đoạn 2013 - 2015” Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Mục đích: Xây dựng đồ biến động sử dụng đất huyện Đô Lương, tỉnh Nghệ An phương pháp ứng dụng GIS viễn thám - Nhiệm vụ + Tìm hiểu đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội + Nghiên cứu khả khai thác sử dụng tư liệu ảnh viễn thám thành lập đồ biến động sử dụng đất + Nghiên cứu quy trình thành lập đồ biến động sử dụng đất phương pháp viễn thám + Biết sử dụng phần mềm ENVI ARCGIS để thành lập đồ trạng sử dụng đất, đồ biến động sử dụng đất Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài huyện Đô Lương, tỉnh Nghệ An Giới hạn đề tài Về không gian: Phạm vi mà đề tài thực địa bàn huyện Đô Lương, tỉnh Nghệ An Về thời gian: Ảnh landsat với độ phân giải 30m dùng làm liệu giải đoán thu thập vào năm 2013 2015 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp viễn thám GIS: phương pháp sử dụng phần mềm phân tích giải đốn ảnh viễn thám ENVI 4.5 phần mềm Arcgis sử dụng để biên tập lưu trữ đồ - Phương pháp tổng hợp xử lý thông tin: phương pháp vận dụng để phân tích,tổng hợp xử lý tài liệu thu thập để thấy biến động sử dụng loại đất địa bàn huyện Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học Đề tài nghiên cứu cho thấy đa dạng việc kết hợp Viễn thám hệ thống thông tin địa lý để nghiên thành lập đồ trạng sử dụng đất đồ chuyên đề khác Ý nghĩa thực tiễn + Đề tài tiến hành thành lập đồ trạng sử dụng đất, tư liệu hữu ích phục vụ cho công tác quản lý quy hoạch đất + Giúp nhà quản lý dễ dàng kiểm soát, đề biện pháp sửu dụng đất hợp lý, tránh lãng phí tài ngun, giúp bảo vệ mơi trường phát triển triển bền vững + Việc xây dựng đồ trạng sử dụng đất đồ biến động sử dụng đất giúp cho quy hoạch sử dụng đất dễ dàng, đạt hiệu cao Cấu trúc đề tài gồm có chương sau: CHƯƠNG 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu CHƯƠNG 2: Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Đô Lương, tỉnh Nghệ An CHƯƠNG 3: Thành lập đồ biến động sử dụng đất huyện Đô Lương, tỉnh Nghệ An phương pháp viễn thám PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Bản đồ biến động sử dụng đất 1.1.1 Các vấn đề chung đồ biến động sử dụng đất Biến động biến đổi, thay đổi, thay trạng thái trạng thái khác liên tục vật tượng tồn môi trường tự nhiên môi trường xã hội Để nghiên cứu biến động sử dụng đất người ta sử dụng nhiều phương pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác như: số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiêm kê từ điều tra Các phương pháp có độ xác khơng cao, tốn nhiều thời gian kinh phí, đồng thời chúng khơng thể thay đổi sử dụng đất từ loại đất sang loại đất khác vị trí khơng gian thay đổi Thành lập đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu viễn thám đa thời gian khắc phục nhược điểm Đất đai tài nguyên quốc gia vô quý giá, tư liệu sản xuất đặc biệt, nguồn nội lực, nguồn vốn to lớn đất nước, thành phần quan trọng hàng đầu môi trường sống, địa bàn phân bố khu dân cư, xây dựng sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh quốc phịng Đất đai có ý nghĩa kinh tế, trị, xã hội sâu sắc nghiệp xây dựng bảo vệ Tổ quốc Kinh tế xã hội phát triển mạnh, với bùng nổ dân số làm cho mối quan hệ người đất đai ngày trở nên căng thẳng Vấn đề tổ chức sử dụng đất theo quan điểm sinh thái phát triển bền vững trở nên quan trọng, xúc mang tính tồn cầu Bản đồ biến động sử dụng đất yếu tố nội dung bẩn đồ chuyên đề như: đồ địa hình, địa vật, giao thơng, thủy văn… phải thể biến động sử dụng đất theo thời gian Các thơng tin tình hình sử dụng đất, biến động sử dụng đất kết hợp với thơng tin có liên quan yếu tố quan trọng phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch quản lý đất đai để đảm bảo sử dụng đất bền vững, hiệu quả, thân thiện môi trường quan trọng đảm bảo an ninh lương thực Ưu điểm đồ biến động sử dụng đất thể rõ biến động theo khơng gian theo thời gian Diện tích biến động thể rõ ràng đồ, đồng thời cho biết có biến động hay khơng biến động, hay biến động từ loại đất sang loại đất Nó kết hợp với nhiều nguồn liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu cho nhiều mục đích khác quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê đất đai Về bản, đồ biến động sử dụng đất thành lập sở hai đồ trạng sử dụng đất hai thời điểm nghiên cứu độ xác đồ phụ thuộc vào độ xác đồ trạng sử dụng đất hai thời điểm nghiên cứu 1.1.2 Các phương pháp thành lập đồ biến động sử dụng đất Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động quan trọng Trước tiên, phải xác định phương pháp phân loại ảnh sử dụng Sau cần xác định rõ yêu cầu nghiên cứu có cần biết xác thơng tin nguồn gốc biến động hay không Từ có lựa chọn phương pháp thích hợp Tuy nhiên tất nghiên cứu cho thấy rằng, kết biến động phải thể đồ biến động bảng tổng hợp Các phương pháp nghiên cứu biến động khác cho đồ biến động khác Có nhiều phương pháp nghiên cứu biến động thường sử dụng Dưới số phương pháp sử dụng rộng rãi để nghiên cứu biến động thành lập đồ biến động: Thành lập đồ biến động phương pháp so sánh sau phân loại Bản chất phương pháp từ kết phân loại ảnh hai thời điểm khác ta thành lập đồ trạng sử dụng đất hai thời điểm Sau chồng ghép hai đồ trạng để xây dựng đồ biến động Các đồ trạng thực dạng đồ raster Quy trình thành lập đồ biến động sử dụng đất theo phương pháp tóm tắt hình 1.1 Bản đồ Ảnh Phân loại trạng Bản đồ biến động Bản đồ Ảnh Phân loại trạng Hình 1.1 Ảnh lập đồ biến động phương pháp so sánh sau phân loại Phương pháp so sánh sau phân loại sử dụng rộng rãi nhất, đơn giản, dễ hiểu dễ thực Sau ảnh vệ tinh nắn chỉnh hình học tiến hành phân loại độc lập để tạo thành hai đồ Hai đồ so sánh cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến động Theo J Jensen [13] ưu điểm phương pháp cho biết thay đổi từ loại đất sang loại đất sử dụng đồ trạng sử dụng đất thành lập trước Nhược điểm phương pháp phải phân loại độc lập ảnh viễn thám nên độ xác phụ thuộc vào độ xác phép phân loại thường độ xác khơng cao sai sót q trình phân loại ảnh giữ nguyên đồ biến động Thành lập đồ biến động phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian Phương pháp thực chất chồng xếp hai ảnh với để tạo thành ảnh biến động Sau dựa vào ảnh biến động ta tiến hành phân loại thành lập đồ (hình 1.2) Kênh Kênh Ảnh thời điểm Kênh Kênh Ảnh thời điểm Kênh Kênh Ảnh biến động Phân loại Bản đồ biến động Hình 1.2 Thành lập đồ biến động phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian Ưu điểm phương pháp phải phân loại lần Nhưng nhược điểm lớn phức tạp lấy mẫu phải lấy tất mẫu biến động không biến động Hơn nữa, ảnh hưởng thay đổi theo thời gian (các mùa năm) ảnh hưởng khí ảnh thời điểm khác không dễ loại trừ, ảnh hưởng đến độ xác phương pháp Thêm vào đồ biến động sử dụng đất thành lập theo phương pháp cho ta biết chỗ biến động chỗ không biến động không cho biết biến động theo xu hướng Thành lập đồ biến động phương pháp phân tích véctơ thay đổi phổ Khi khu vực nghiên cứu có biến động xảy thể khác biệt phổ hai thời điểm trước sau biến động Giả sử xác định giá trị phổ hai kênh x y hai thời điểm trước sau biến động biểu đồ hình 1.3 Kênh y θ Kênh x Hình 1.3 Véc tơ thay đổi phổ Điểm biểu thị giá trị phổ thời điểm trước xảy biến động, điểm biểu thị giá trị phổ thời điểm sau xảy biến động Khi véc tơ 12 véc tơ thay đổi phổ, biểu thị giá trị (khoảng cách từ đến 2) hướng thay đổi (góc θ ) Giá trị véc tơ thay đổi phổ tính tồn cảnh theo cơng thức : CMpixel = ∑ [ BV n k =1 i , j ,k (1) − BV i , j ,k (2) ] Trong đó: CMpixel giá trị véc tơ thay đổi phổ, BVi,j,k(1), BVi,j,k(2) giá trị phổ pixel ij, kênh k ảnh trước sau xảy biến động Việc phân tích véc tơ thay đổi ghi lại thành hai tệp liệu: tệp chứa mã khu vực, tệp chứa độ lớn véc tơ thay đổi phổ Thông tin thay đổi tạo từ hai tệp liệu thể màu sắc pixel tương ứng với mã quy định Trên ảnh đa phổ thay đổi kết hợp hướng giá trị véc tơ thay đổi phổ Sự thay đổi có xảy hay khơng định véc tơ thay đổi phổ có vượt khỏi ngưỡng quy định hay không Giá trị ngưỡng xác định từ kết thực nghiệm dựa vào mẫu biến động khơng biến động Trên hình 1.4 thể thuật tốn phân tích thay đổi phổ Kênh y Kênh y Không thay đổi thay đổinhỏ Thời điểm2 Thời điểm1 Ngưỡng Kênh y Thời điểm2 Thời điểm1 Kênh x a Thay đổi Thay đổi Thời điểm1 Kênh x b Thời điểm2 Kênh x c Hình 1.4 Thuật tốn phân tích thay đổi phổ Trường hợp a, không xảy biến động biến động nhỏ véc tơ thay đổi phổ khơng vượt khỏi giá trị ngưỡng, trường hợp b, c có xảy biến động hướng véc tơ thay đổi phổ thể tính chất biến động trường hợp b khác trường hợp c, ví dụ trường hợp b xảy biến thực vật, trường hợp c khác biệt giai đoạn tăng trưởng trồng Sau lớp thông tin thể thay đổi hay không thay đổi đặt lên ảnh để thành lập đồ biến động Phương pháp phân tích véc tơ thay đổi phổ ứng dụng hiệu nghiên cứu biến động rừng biến động hệ sinh thái rừng ngập mặn Nhưng nhược điểm phương pháp khó xác định ngưỡng biến động Thành lập đồ biến động phương pháp sử dụng mạng nhị phân Đây phương pháp xác định biến động hiệu [10] Đầu tiên tiến hành lựa chọn để phân tích ảnh thứ thời điểm n Ảnh thứ sớm ảnh thứ (n-1) muộn (n+1) Các ảnh nắn chỉnh hệ tọa độ Tiến hành phân loại ảnh thứ theo phương pháp phân loại thông thường Tiếp theo chọn kênh (ví dụ kênh 3) từ hai ảnh để tạo tệp liệu Các tệp liệu phân tích phép biến đổi số học (như tỷ số kênh, phép cộng, trừ, nhân, chia để tạo khác ảnh phương pháp phân tích thành phần chính) để tính tốn số tạo ảnh Sau sử dụng kỹ thuật phân ngưỡng để xác định vùng thay đổi không thay đổi ảnh theo phương pháp số học trình bày Ảnh thay đổi ghi lại tệp "mạng nhị phân" có hai giá trị "thay đổi" "khơng thay đổi" Và phải cẩn thận việc thành lập mạng lưới Sau mạng nhị phân chồng phủ lên ảnh thứ hai để phân tích pixel thay đổi Khi có pixel xác định có thay đổi phân loại ảnh thứ hai Sau đó, phương pháp so sánh sau phân loại truyền thống ứng dụng để tìm thơng tin biến động Ưu điểm phương pháp giảm sai số xác định biến động bỏ sót cộng thêm vào cung cấp cụ thể thông tin biến động từ loại sang loại Phương pháp phân tích số lượng nhỏ vùng thay đổi hai thời điểm Ở hầu hết vùng nghiên cứu, giai đoạn từ 1-5 năm diện tích biến động thường khơng lớn q 10% diện tích tồn vùng nghiên cứu, phương pháp thích hợp để thành lập đồ vùng có biến động nhỏ Nhưng bất lợi lớn phương pháp phức tạp, đỏi hỏi số bước thực kết cuối phụ thuộc vào chất lượng mạng nhị phân sử dụng để phân tích Tuy nhiên để nghiên cứu biến động thành lập đồ biến động phương pháp hữu dụng Thành lập đồ biến động phương pháp chồng xếp ảnh phân loại lên đồ có Trong số trường hợp mà khu vực nghiên cứu có đồ trạng thành lập từ ảnh viễn thám (ví dụ ảnh hàng khơng) có đồ số hóa thay sử dụng ảnh viễn thám thời điểm sử dụng nguồn liệu sẵn có Tiến hành phân loại ảnh thời điểm thứ hai, sau tiến hành so sánh pixel tương tự phương pháp so sánh sau phân loại để tìm biến động thơng tin biến động 10 67 3.3.2 Thành lập đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013-2015 Bước 1: Khởi động arcgis - Trên cơng cụ arcgis ấn vào dấu + /add file trạng sử dụng đất có đuôi shp - Ấn vào bồ trạng giai đoạn 2013/chuột phải chọn open Attribute_table để mở bảng thuộc tính Bước 2: gắn mã - Chèn thêm cột ma2013: chuột phải chọn add field/xhht add fiels name gõ ma2013, type chọn foalt 68 - Trong bảng thuộc tính chọn options vào select by Attribute xhht Method chọn class name chọn get unique values để xuất thuộc tính/apply - Ấn vào cột ma2013 chuột phải chọn field calculator /xhht - Làm tương tự quy định BCS =1; LUC = 2; ONT,SON =3; RSX=4; ta kết sau: 69 - Tiếp tục thêm cột gopten2005 với trường text , cỡ 10 - Trong bảng thuộc tính chọn options vào select by Attribute xhht - Ấn vào cột gopten2005 chuột phải chọn field calculator /xhht 70 - Làm tương tự với mã lại quy định : BCS =1 CSD ; LUC = NNP; ONT,SON = PNN; RSX=4 LNP - Tương tự bước găn hết cho tất lớp đât làm cho đồ năm xong gắn mã Bước 3: Chồng xếp đồ trạng thời kỳ - Analysis Tools/ Overlay/ Intersect/ HTTXH… 71 Sau chồng xong ta có kết - Chèn thêm trường Ma_chuyendoi bảng thuộc tính đồ biến động….chon optionts/Addfeld/ gõ tên vào / chon kieu Float/ chọn độ dài trường kết quả: 72 - Tính mã chuyển đổi chon chuột phải vào trừng Ma_chuyendoi/ Fiele calculater kết chọn theo hình dười - Tạo thêm trường DT_c.doi….bấm chuột phải vào trừơng DT_c.doi/ calculatorgeometri theo hình sau 73 Bước 4: Chuyển dự liệu sang Excell để thống kê biến động lập ma trận biến động (Chọn menu Tools/ Extensions kích hoạt Data Interoperabiliti/) chọn Data Interoperabiliti tool/ Quick Export/ liễu đầu XLS Bản đồ biến động 2013 -2015 74 75 3.3.3 Đánh giá công tác nghiên cứu đề tài a Thành công - Đã biên tập đồ trang sử dụng đất 2013, 2015 theo yêu cầu - Đã xây dựng đồ biến động sử dụng đất việc chồng xếp đồ trang 2013 2015 - Bản đồ thể rõ yếu tố giải đoán - Các phần mềm sử dụng triệt để có hiệu b Hạn chế - Cơng tác tìm tư liệu ảnh đạt yêu cầu rõ nét mây khó Ảnh viễn thám chụp đối tượng mặt đất khách quan lại chịu ảnh hưởng yếu tố bay chụp độ cao, tốc độ, góc nghiêng, điều kiện thời tiết thời điểm bay chụp gây sai số vị trí điểm ảnh so với thực tế - Phân loại nhầm lẫn đối tượng khác mặt đất giá trị phổ với - Kết giải đoán đối tượng xác hay khơng phụ thuộc gần vào độ phân giải ảnh 76 PHẦN C: KẾT LUẬN Kết luận Qua trình thực đề tài cho thấy khả xây dựng đồ biến đông sử dụng đất nói riêng đồ nói chung ảnh viễn thám kết hợp với phần mềm giải đoán xử lý ảnh ENVI biên tập arcgis hướng thực - Bản đồ xây dựng phướng pháp đảm bảo tính khách quan, nhanh chóng Tuy nhiên mức độ chi tiết độ xác loại đất sau phân loại tùy thuộc vào độ phân giải ảnh, độ phân giải ảnh cao việc phát loại đất dễ dàng, chi tiết ngược lại - Phần mềm ENVI có ưu điểm xử lý nhanh chóng, khách quan, xác, giao diện đơn giản ENVI có nhiều chức nhiều lựa chọn để xử lý, đọc tất định dạng file ảnh hành, chuyển đổi sang phần mềm khác để biên tập thành đồ hoàn chỉnh, đồng thời cho phép đọc nhiều dạng liệu từ phần mềm khác Như vậy, ENVI phần mềm hoạt động độc lập mà có thểtrao đổi liệu với phần mềm khác phần mểm Mapinfo, Microstation, Arcgis, Arcview, arcmap… - Bản đồ biến động sử dụng đất thành lập ảnh viễn thám cập nhật chỉnh lý có thay đổi mục đích sử dụng đất mà thay vào ta phải thực lại tất trình Kiến nghị - Kết hợp với công tác đo vẽ thành lập đồ với ứng dụng công nghệ viễn thám quản lí nhà nước đất đai Những nơi khó tiến hành đo vẽ tốn nhiều chi phí để thành lập đồ trạng sử dụng đất ứng dụng cơng nghệ viễn thám giúp thành lập đồ đáp ứng yêu cầu tốn chi phí - Đào tạo cán chuyên ứng dụng công nghệ viễn thám để giảm áp lực cho cơng tác đo vẽ tiết kiệm chi phí đo vẽ thành lập đồ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Ngọc Thạch Cơ sở viễn thám NXB Đại học quốc gia Hà Nội năm 2005 Lê Văn Trung Viễn Thám NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh năm 2005 Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Đình Hịe, Trần Văn Thụy, ng Đình Khang, Lại Vĩnh Cẩm Viễn thám nghiên cứu tài nghiên môi trường NXB Khoa học Kỹ thuật năm 1997 Trần Hùng, Phạm Quang Lợi Tài liệu hướng dẫn thực hành xử lý phân tích liệu viễn thám với phần mềm ENVI Trần Thống Nhất, Nguyễn Kim Lợi,2009, Viễn thám bản, NXB Nông Nghiệp http://earthexplorer.usgs.gov/ http://vi.wikipedia.org/doluong MỤC LỤC Trang 78 PHẦN A: MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài 3.2 Xử lý ảnh ENVI 57 3.3.2 Thành lập đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013-2015 68 3.3.3 Đánh giá công tác nghiên cứu đề tài .76 Kiến nghị 77 DANH MỤC HÌNH, BẢNG Trang PHẦN A: MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài 3.2 Xử lý ảnh ENVI 57 3.3.2 Thành lập đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2013-2015 68 3.3.3 Đánh giá công tác nghiên cứu đề tài .76 Kiến nghị 77 79