Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 7 CHƯƠNG 1: 9 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM TRONG KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ HÀ NỘI 9 1.1.Những vấn đề chung về bề mặt không thấm 9 1.1.1. Khái niệm, đặc điểm 9 1.1.2. Các nguyên nhân và ảnh hưởng của quá trình biến động bề mặt không thấm tới môi trường 10 1.2. Các phương pháp xác định bề mặt không thấm 13 1.2.1. Phương pháp đo đạc truyền thống 13 1.2.2. Phương pháp đo đạc trên ảnh hàng không 13 1.2.3. Phương pháp đo đạc trên ảnh viễn thám 14 1.3. Xu hướng gia tăng bề mặt không thấm quận Hoàng Mai 15 1.3.1. Vị trí địa lý khu vực quận Hoàng Mai 15 1.3.2. Tình hình kinh tế xã hội 15 1.3.3. Hiện trạng bề mặt không thấm 16 Kết luận chương 1…………………………………………………………………….17 CHƯƠNG 2 17 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 17 CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 17 2.1. Tổng quan về viễn thám 17 2.1.1. Định nghĩa 17 2.1.2. Cơ sở khoa học về viễn thám 18 2.1.3. Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 19 2.1.4. Đặc điểm dữ liệu ảnh viễn thám 23 2.1.5. Một số vệ tinh viễn thám cơ bản 25 2.2. Ứng dụng tư liệu viễn thám trong xác định bề mặt không thấm 30 2.2.1. Phân loại bằng mắt 31 2.2.2. Phân loại ảnh vệ tinh bằng phương pháp xử lý số 34 2.2.3. So sánh hai phương pháp phân loại định hướng đối tượng và phân loại dựa trên pixel 40 Kết luận chương 2……………………………………………………………………36 CHƯƠNG 3 41 ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA QUẬN HOÀNG MAI HÀ NỘI TỪ CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 41 3.1. Dữ liệu thực nghiệm 41 3.1.1. Tư liệu sử dụng 41 3.1.2. Đặc điểm của dữ liệu ảnh sử dụng 42 3.1.3. Dữ liệu khác 43 3.2. Xây dựng bảng chú giải 43 3.3. Quy trình nghiên cứu 45 3.3.1. Tiền xử lý ảnh 46 3.3.2. Phân loại ảnh 47 3.3.3. Kiểm tra độ chính xác phân loại ảnh vệ tinh 52 3. 4. Xây dựng bản đồ hiện trạng bề mặt không thấm 57 3.5. Thành lập bản đồ biến động bề mặt không thấm 59 3.6. Đánh giá quá trình mở rộng đô thị Quận Hoàng Mai Hà Nội ………………… 52 Kết luận chương 3…………………………………………………………………….54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65
Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: 12 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM TRONG KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ HÀ NỘI 12 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM 1.1.1 KHÁI NIỆM, ĐẶC ĐIỂM 1.1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM TỚI MÔI TRƯỜNG 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BỀ MẶT KHÔNG THẤM 1.2.1 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRUYỀN THỐNG 1.2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRÊN ẢNH HÀNG KHÔNG 1.2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRÊN ẢNH VIỄN THÁM 1.3 XU HƯỚNG GIA TĂNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM QUẬN HOÀNG MAI 1.3.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ KHU VỰC QUẬN HOÀNG MAI 1.3.2 TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI 1.3.3 HIỆN TRẠNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM 12 12 13 16 16 17 17 18 18 19 19 CHƯƠNG 21 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 21 CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 21 2.1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 2.1.1 ĐỊNH NGHĨA 2.1.2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM 2.1.3 ĐẶC ĐIỂM PHẢN XẠ PHỔ CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG TỰ NHIÊN 2.1.4 ĐẶC ĐIỂM DỮ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM 2.1.5 MỘT SỐ VỆ TINH VIỄN THÁM CƠ BẢN 2.2 ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM TRONG XÁC ĐỊNH BỀ MẶT KHÔNG THẤM 2.2.1 PHÂN LOẠI BẰNG MẮT 2.2.2 PHÂN LOẠI ẢNH VỆ TINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ 2.2.3 ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN THỨC TẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI PHÙ HỢP 21 21 21 22 27 29 34 35 38 42 CHƯƠNG 43 ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA QUẬN HOÀNG MAI, HÀ NỘI TỪ CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 43 3.1 DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM 3.1.1 TƯ LIỆU SỬ DỤNG 3.1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA DỮ LIỆU ẢNH SỬ DỤNG 3.1.3 DỮ LIỆU KHÁC 3.2 XÂY DỰNG BẢNG CHÚ GIẢI 3.3 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 3.3.1 TIỀN XỬ LÝ ẢNH 3.3.2 PHÂN MẢNH ẢNH VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG ĐỐI TƯỢNG ẢNH 3.3.4 KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC PHÂN LOẠI ẢNH VỆ TINH 43 43 44 45 45 47 47 49 54 BẢNG 3.3.2: BẢNG MA TRẬN LẪN 2009 58 KẾT QUẢ BẢN ĐỒ PHÂN BỐ BỀ MẶT KHÔNG THẤM QUẬN HOÀNG MAI - HÀ NỘI 3.5 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM SV: Lê Thanh Huỳnh 60 61 Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 65 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: 12 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM TRONG KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ HÀ NỘI 12 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM 1.1.1 KHÁI NIỆM, ĐẶC ĐIỂM 1.1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM TỚI MÔI TRƯỜNG 12 12 13 Hình1.1: Nguyên nhân làm gia tăng bề mặt không thấm .13 Hình1.2: Ảnh hưởng bề mặt không thấm đến môi trường đô thị .14 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BỀ MẶT KHÔNG THẤM 1.2.1 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRUYỀN THỐNG 1.2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRÊN ẢNH HÀNG KHÔNG 1.2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRÊN ẢNH VIỄN THÁM 1.3 XU HƯỚNG GIA TĂNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM QUẬN HOÀNG MAI 1.3.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ KHU VỰC QUẬN HOÀNG MAI 16 16 17 17 18 18 Hình1.3: Ranh giới quận Hoàng Mai .18 1.3.2 TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI 1.3.3 HIỆN TRẠNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM 19 19 CHƯƠNG 21 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 21 CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 21 2.1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 2.1.1 ĐỊNH NGHĨA 2.1.2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM 21 21 21 Hình 2.1: Mô hình nguyên tắc hoạt động viễn thám 22 2.1.3 ĐẶC ĐIỂM PHẢN XẠ PHỔ CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG TỰ NHIÊN 22 Hình 2.2: Đường cong phản xạ phổ đối tượng 23 Hình 2.4: Đường cong phản xạ phổ đối tượng đô thị .25 Hình 2.5: Đường cong phản xạ phổ thực vật .26 2.1.4 ĐẶC ĐIỂM DỮ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM 27 Hình 2.6: Độ phân giải không gian 28 Hình 2.7: Độ phân giải phổ 28 Hình 2.8: Phân giải thời gian 29 2.1.5 MỘT SỐ VỆ TINH VIỄN THÁM CƠ BẢN 29 Hình 2.9: Ảnh vệ tinh Spot .30 Hình 2.10: Hình vệ tinh Landsat ảnh chụp 32 Hình 2.11: Vệ tinh QuickBird 33 2.2 ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM TRONG XÁC ĐỊNH BỀ MẶT KHÔNG THẤM 2.2.1 PHÂN LOẠI BẰNG MẮT 34 35 Hình 2.12: Kích thước hình dạng nhà khác nhau: nhà ở, sân vận động, sân tennis, bụi cây… 36 Hình 2.13: Bóng đối tượng 36 Hình 2.14: Độ đậm nhạt màu sắc của: nước biển, nước hồ, rừng… 37 Hình 2.15: Cấu trúc mịn nước biển cỏ, cấu trúc thô 37 Hình 2.16: Hình mẫu nhà khu dân cư, hình mẫu không công viên dọc đường giao thông 38 Hình 2.17: Chiều cao, vị trí, kết hợp 38 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp 2.2.2 PHÂN LOẠI ẢNH VỆ TINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ 2.2.3 ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN THỨC TẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI PHÙ HỢP Đ án t ốt 38 42 CHƯƠNG 43 ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA QUẬN HOÀNG MAI, HÀ NỘI TỪ CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 43 3.1 DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM 3.1.1 TƯ LIỆU SỬ DỤNG 43 43 Hình 3.1: Dữ liệu ảnh năm: (a) Năm 2003; (b) Năm 2009 .44 3.1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA DỮ LIỆU ẢNH SỬ DỤNG 3.1.3 DỮ LIỆU KHÁC 3.2 XÂY DỰNG BẢNG CHÚ GIẢI 3.3 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 44 45 45 47 Hình3.2: Sơ đồ quy trình thực 47 3.3.1 TIỀN XỬ LÝ ẢNH 3.3.2 PHÂN MẢNH ẢNH VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG ĐỐI TƯỢNG ẢNH 47 49 Hình 3.4: Tăng cường chất lượng ảnh để việc khảo sát đạt hiệu tốt 50 Hình 3.5: Thiết kế thông số phân mảnh cho đối tượng 50 Hình 3.6: Thiết kế lớp cho đối tượng cần khảo sát 51 3.3.3.Phân loại theo định hướng đối tượng 51 Hình 3.7: Sử dụng số đất, nước, thực vật để chiết tách đối tượng riêng biệt với 52 Hình 3.8: Kết phân loại tự động theo đối tượng phần mềm eCognition .54 Hình 3.9: so sánh kết phân loại tự động so với ảnh thực tế chỉnh sửa tay 54 3.3.4 KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC PHÂN LOẠI ẢNH VỆ TINH 54 Hình 3.10: Một số hình ảnh thực địa : (a) – khu đô thị Linh Đàm, (b) – hồ Linh Đàm, (c)-đường Định Công Thượng 56 BẢNG 3.3.2: BẢNG MA TRẬN LẪN 2009 58 KẾT QUẢ BẢN ĐỒ PHÂN BỐ BỀ MẶT KHÔNG THẤM QUẬN HOÀNG MAI - HÀ NỘI 60 Hình 3.11: Bản đồ trạng bề mặt không thấm năm 2003 60 61 Hình 3.11: Bản đồ trạng bề mặt không thấm năm 2009 61 3.5 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM 61 Hình 3.14.1 Biểu đồ biến động bề mặt quận Hoàng Mai giai đoạn năm 2003 - 2009 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 65 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Lê Thanh Huỳnh nghiệp Đ án t ốt Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: 12 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM TRONG KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ HÀ NỘI 12 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM 1.1.1 KHÁI NIỆM, ĐẶC ĐIỂM 1.1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM TỚI MÔI TRƯỜNG 12 12 13 Hình1.1: Nguyên nhân làm gia tăng bề mặt không thấm .13 Hình1.2: Ảnh hưởng bề mặt không thấm đến môi trường đô thị .14 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BỀ MẶT KHÔNG THẤM 1.2.1 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRUYỀN THỐNG 1.2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRÊN ẢNH HÀNG KHÔNG 1.2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC TRÊN ẢNH VIỄN THÁM 1.3 XU HƯỚNG GIA TĂNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM QUẬN HOÀNG MAI 1.3.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ KHU VỰC QUẬN HOÀNG MAI 16 16 17 17 18 18 Hình1.3: Ranh giới quận Hoàng Mai .18 1.3.2 TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI 1.3.3 HIỆN TRẠNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM 19 19 CHƯƠNG 21 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 21 CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 21 2.1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 2.1.1 ĐỊNH NGHĨA 2.1.2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM 21 21 21 Hình 2.1: Mô hình nguyên tắc hoạt động viễn thám 22 2.1.3 ĐẶC ĐIỂM PHẢN XẠ PHỔ CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG TỰ NHIÊN 22 Hình 2.2: Đường cong phản xạ phổ đối tượng 23 Hình 2.4: Đường cong phản xạ phổ đối tượng đô thị .25 Hình 2.5: Đường cong phản xạ phổ thực vật .26 2.1.4 ĐẶC ĐIỂM DỮ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM 27 Hình 2.6: Độ phân giải không gian 28 Hình 2.7: Độ phân giải phổ 28 Hình 2.8: Phân giải thời gian 29 2.1.5 MỘT SỐ VỆ TINH VIỄN THÁM CƠ BẢN 29 Hình 2.9: Ảnh vệ tinh Spot .30 Bảng 2.1: Một số thông số kênh phổ ảnh SPOT 30 Hình 2.10: Hình vệ tinh Landsat ảnh chụp 32 Bảng 2.2: Một số thông số kênh phổ ảnh Landsat TM, ETM, OLI .32 Hình 2.11: Vệ tinh QuickBird 33 Bảng 2.3: Một số thông số kênh phổ ảnh IKONOS 34 2.2 ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM TRONG XÁC ĐỊNH BỀ MẶT KHÔNG THẤM 2.2.1 PHÂN LOẠI BẰNG MẮT 34 35 Hình 2.12: Kích thước hình dạng nhà khác nhau: nhà ở, sân vận động, sân tennis, bụi cây… 36 Hình 2.13: Bóng đối tượng 36 Hình 2.14: Độ đậm nhạt màu sắc của: nước biển, nước hồ, rừng… 37 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt Hình 2.15: Cấu trúc mịn nước biển cỏ, cấu trúc thô 37 Hình 2.16: Hình mẫu nhà khu dân cư, hình mẫu không công viên dọc đường giao thông 38 Hình 2.17: Chiều cao, vị trí, kết hợp 38 2.2.2 PHÂN LOẠI ẢNH VỆ TINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ 2.2.3 ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN THỨC TẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI PHÙ HỢP 38 42 CHƯƠNG 43 ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA QUẬN HOÀNG MAI, HÀ NỘI TỪ CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 43 3.1 DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM 3.1.1 TƯ LIỆU SỬ DỤNG 43 43 Hình 3.1: Dữ liệu ảnh năm: (a) Năm 2003; (b) Năm 2009 .44 3.1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA DỮ LIỆU ẢNH SỬ DỤNG 44 Bảng 3.1: Một số thông số kênh phổ ảnh SPOT .45 3.1.3 DỮ LIỆU KHÁC 3.2 XÂY DỰNG BẢNG CHÚ GIẢI 45 45 Bảng 3.2 Hệ thống giải lớp phủ bề mặt khu vực quận Hoàng Mai, Hà Nội 46 3.3 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 47 Hình3.2: Sơ đồ quy trình thực 47 3.3.1 TIỀN XỬ LÝ ẢNH 3.3.2 PHÂN MẢNH ẢNH VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG ĐỐI TƯỢNG ẢNH 47 49 Hình 3.4: Tăng cường chất lượng ảnh để việc khảo sát đạt hiệu tốt 50 Hình 3.5: Thiết kế thông số phân mảnh cho đối tượng 50 Hình 3.6: Thiết kế lớp cho đối tượng cần khảo sát 51 3.3.3.Phân loại theo định hướng đối tượng 51 Hình 3.7: Sử dụng số đất, nước, thực vật để chiết tách đối tượng riêng biệt với 52 Hình 3.8: Kết phân loại tự động theo đối tượng phần mềm eCognition .54 Hình 3.9: so sánh kết phân loại tự động so với ảnh thực tế chỉnh sửa tay 54 3.3.4 KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC PHÂN LOẠI ẢNH VỆ TINH 54 Hình 3.10: Một số hình ảnh thực địa : (a) – khu đô thị Linh Đàm, (b) – hồ Linh Đàm, (c)-đường Định Công Thượng 56 BẢNG 3.3.2: BẢNG MA TRẬN LẪN 2009 58 Bảng 3.4: Bảng kết đánh giá độ xác kết phân loại 59 KẾT QUẢ BẢN ĐỒ PHÂN BỐ BỀ MẶT KHÔNG THẤM QUẬN HOÀNG MAI - HÀ NỘI 60 Hình 3.11: Bản đồ trạng bề mặt không thấm năm 2003 60 61 Hình 3.11: Bản đồ trạng bề mặt không thấm năm 2009 61 Bảng 3.5: Diện tích bề mặt lớp phủ chiết tách từ kết phân loại ảnh vệ tinh 61 3.5 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG BỀ MẶT KHÔNG THẤM 61 Hình 3.14.1 Biểu đồ biến động bề mặt quận Hoàng Mai giai đoạn năm 2003 - 2009 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 65 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt LỜI CẢM ƠN Được phân công Khoa Trắc địa Trường đại học Mỏ - Địa chất, đồng ý Giáo viên ThS.Phạm Thị Làn nhóm sinh viên thực đề tài “Chiết tách bề mặt không thấm từ tư liệu viễn thám đa thời gian nhằm nghiên cứu trình mở rộng đô thị quận Hoàng Mai, Hà Nội” Trong suốt trình thực đề tài nhóm sinh viên xin chân thành cảm ơn giúp đỡ cán thuộc phòng Công nghệ Viễn thám, GIS & GPS thuộc viện Công nghệ vũ trụ Việt Nam Xin chân thành cảm ơn Giáo viên hướng dẫn ThS.Phạm Thị Làn, thầy cô Bộ môn trắc địa Mỏ giúp đỡ tận tình suốt trình học tập thời gian thực đề tài SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đ án t ốt nghiệp Mặc dù sinh viên cố gắng thực đề tài cách hoàn chỉnh thời gian thực có hạn, hạn chế việc tiếp cận với thực tế sản xuất hạn chế kiến thức kinh nghiệm chuyên môn nên tránh khỏi thiếu sót định Nhóm sinh viên mong nhận đóng góp quý Thầy, Cô giáo bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Bề mặt không thấm bề mặt người tạo ra, bao gồm loại bề mặt ngăn chặn trình nước xâm nhập vào đất, chẳng hạn đường giao thông, vỉa hè, bãi đậu xe, mái nhà, v.v Trong năm gần đây, bề mặt không thấm lên không số mức độ đô thị hóa, mà số chất lượng môi trường Sự gia tăng bề mặt không thấm dẫn đến gia tăng quy mô, thời gian cường độ dòng chảy đô thị Gia tăng biện tích bề mặt không thấm tác động gây ô nhiễm nguồn nước, bao gồm tác nhân gây bệnh, chất độc hại gây ô nhiễm nước mặt nước ngầm Ngoài ra, gia tăng làm giảm diện tích thảm thực vật khu đô thị Sự xuất với mức độ dày đặc không gian bề mặt không thấm ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu đô thị SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt cách thay đổi luồng nhiệt hợp lý tiềm ẩn nguy gây gia tăng nhiệt độ đô thị dẫn đến tượng đảo nhiệt đô thị Do đó, bề mặt không thấm chủ đề nghiên cứu thống cho tất người tham gia tất lĩnh vực, bao gồm nhà hoạch định sách, kỹ sư, kiến trúc sư cảnh quan, nhà khoa học xã hội, nhà khoa học tự nhiên quan chức địa phương Bởi vì, đồ phân bố không gian khu vực bề mặt không thấm từ nghiên cứu cung cấp đầu vào hữu ích cho hoạt động lập kế hoạch quản lý thành phố với quy mô cấp khu vực Vì vậy, việc lựa chọn phương pháp thuật toán tối ưu để chiết tách xác bề mặt không thấm từ liệu viễn thám đặt ra, đặc biệt việc chiết tách bề mặt không thấm dựa liệu ảnh vệ tinh SPOT, loại liệu có độ phân giải không gian lớn độ phân giải thời gian ngắn phù hợp để nghiên cứu yếu tố môi trường bề mặt đất.Trong nghiên cứu này, tìm hiểu lựa chọn phương pháp phân loại theo hướng đối tượng sử dụng phần mềm eCognition để chiết tách bề mặt không thấm từ ảnh vệ tinh SPOT khu vực quận Hoàng Mai, Hà Nội Mục tiêu đề tài Phân tích trình đô thị hóa quận Hoàng Mai-Hà Nội dựa sở chiết tách thông tin bề mặt không thấm Nhiệm vụ đề tài - Thu thập liệu khu vực quận Hoàng Mai (vị trí địa lý, tình hình kinh tế xã hội, dân cư…) - Thu thập tài liệu đồ nền, ảnh viễn thám khu vực quận Hoàng Mai - Tổng quan vấn đề chung bề mặt không thấm tác động bề mặt không thấm tới môi trường đô thị - Tổng quan phương pháp phân loại ảnh viễn thám (đặc điểm, ưu nhược điểm phương pháp …) - Thực nghiệm phương pháp phân loại kiểm chứng kết phân loại - Đánh giá, phân tích trình đô thị hóa từ việc xác định biến động bề mặt không thấm khu vực quận Hoàng Mai-Hà Nội giai đoạn 2003-2009 Giới hạn đề tài Phạm vi không gian: Giới hạn khu vực nghiên cứu lãnh thổ hành quận Hoàng Mai-Hà Nội Phạm vi thời gian: Từ năm 2003 đến năm 2009 Phương pháp nghiên cứu Phân loại ảnh viễn thám phương pháp phân loại định hướng đối tượng (sử dụng phần mềm eCognition) Ý nghĩa đề tài SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đ án t ốt nghiệp Hình 3.7.1 Sơ đồ quy tắc phân loại năm 2003 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đ án t ốt nghiệp Hình 3.8: Kết phân loại tự động theo đối tượng phần mềm eCognition Sau phân loại tự động xong có số đối tượng bị lẫn trình phân loại chưa đạt giá trị tuyệt đối, ảnh hưởng điều kiện thời thiết mây sương mù khiến cho trình phân loại ảnh đạt độ xác chưa cao Vì ta cần phải tiến hành phân loại tay phần mềm ArcGIS a) Kết phân loại tự động b) Kết chỉnh sửa tay Hình 3.9: so sánh kết phân loại tự động so với ảnh thực tế chỉnh sửa tay 3.3.4 Kiểm tra độ xác phân loại ảnh vệ tinh Để kiểm chứng lại kết phân loại phương pháp hiệu xác kiểm tra thực địa, mẫu kiểm tra thực địa không trùng với vị trí mẫu giám định sử dụng trình phân loại đảm bảo phân bố khu vực nghiên cứu Sau tiến hành tính toán lại SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đ án t ốt nghiệp a) b) SV: Lê Thanh Huỳnh c) Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt Hình 3.10: Một số hình ảnh thực địa : (a) – khu đô thị Linh Đàm, (b) – hồ Linh Đàm, (c)-đường Định Công Thượng Hình 3.10.1 Sơ đồ tuyến thực địa khu vực quận Hoàng Mai Độ xác phân loại phụ thuộc vào độ xác vùng mẫu mà phụ thuộc vào mật độ phân bố ô mẫu lựa chọn Trong đó, độ xác mẫu giám định thể qua ma trận sai số Ma trận thể sai số bỏ sót lớp mẫu theo cột sai số định nhầm sang lớp khác theo hàng Độ xác toàn tính tổng số Pixel toàn mẫu Có hai độ xác dó độ xác sản xuất (do sai số bỏ sót gây lên) độ xác sử dụng (do sai số định nhầm lớp gây lên) Kết kiểm chứng ảnh thể ma trận sai số bên cạnh có phương pháp để đánh giá độ xác dựa vào mối quan hệ kết phân loại ngẫu nhiên mẫu kiểm chứng thực địa người ta đưa số thống kê kappa sau: r K^ = r N ∑ xii − ∑ ( xi + x+i ) i =1 r i =1 N − ∑ ( xi + x+i ) Trong đó: i =1 r : Số hàng ma trận sai số xii: phần tử hàng chéo xi+: tổng phần tử hàng i kể từ đường chéo sang phía phải SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt x+i: tổng phần tử hàng i kể từ đường chéo xuống phía N: tổng số pixel mẫu kiểm chứng + Độ xác kết phân loại ảnh năm 2003 phương pháp phân loại dựa pixel Hệ số Kappa = 0.5036 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt Bảng 3.3.1: Bảng ma trận lẫn 2003 + Độ xác kết phân loại ảnh năm 2009 phương pháp phân loại định hướng đối tượng Hệ số Kappa = 0.8954 Bảng 3.3.2: Bảng ma trận lẫn 2009 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đ án t ốt nghiệp Sơ đồ đánh giá độ xác bề mặt không thấm Tương tự, việc kiểm tra đối chiếu kết với 35 ô mẫu thực địa ta thu kết đánh giá độ xác kết phân loại qua năm sau: Bảng 3.4: Bảng kết đánh giá độ xác kết phân loại STT Kết phân loại Năm 2003 Năm 2009 SV: Lê Thanh Huỳnh Độ xác Kappa 83.504% 81.258% Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt Kết đồ phân bố bề mặt không thấm Quận Hoàng Mai - Hà Nội Hình 3.11: Bản đồ trạng bề mặt không thấm năm 2003 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt Hình 3.11: Bản đồ trạng bề mặt không thấm năm 2009 Bảng 3.5: Diện tích bề mặt lớp phủ chiết tách từ kết phân loại ảnh vệ tinh 3.5 Thành lập đồ biến động bề mặt không thấm Sau thu đồ trạng bề mặt không thấm từ năm 2003 đến năm 2009 sinh viên tiến hành xác định biến động phần mềm ArcGIS Bằng cách chồng xếp thông tin chuẩn hóa mặt hệ quy chiếu thống nội dung đối tượng phản ánh đến đối tượng nghiên cứu mà cho phép biết mức biến động giai đoạn năm 2003 đến năm 2009 SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đ án t ốt nghiệp Quy trình đánh giá biến động bề mặt không thấm SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt Hình 3.14.Bản đồ biến động bề mặt quận Hoàng Mai giai đoạn 2003-2009 Hình 3.14.1 Biểu đồ biến động bề mặt quận Hoàng Mai giai đoạn năm 2003 - 2009 Từ bảng 3.5 hình 3.14 cho thấy diện tích bề mặt không thấm có biến động diện tích tương đối lớn, diện tích tăng từ năm 2003 654.58 tăng lên 892.09 năm 2009 Tốc độ trung bình tăng qua năm 29.688 ha/ năm Diện tích bề mặt không SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đ án t ốt nghiệp thấm giai đoạn chủ yếu diện tích lớp phủ thực vật chuyển sang đồng thời lớp phủ bề mặt khác có xu hướng giảm xuống 3.6 Đánh giá trình mở rộng đô thị Quận Hoàng Mai-Hà Nội qua gia tăng bề mặt không thấm Diện tích bề mặt không thấm định nghĩa diện tích bề mặt đường xá, cầu cống, nhà khu dân cư hay bãi đỗ xe, công trình công nghiệp… Trong giai đoạn từ năm 2003-2009 có tăng lên rõ rệt diện tích bề mặt không thấm nhu cầu nhà cho người dân ngày tăng dẫn đến xuất khu đô thị mới.Cùng với mở rộng khu dân cư từ đơn lẻ thành cụm dân cư đông đúc mở rộng theo chiều ngang dọc theo tuyến đường Quá trình đô thị hóa với việc phát triển mở rộng đường giao thông : đường Giải Phóng,đường Kim Đồng,đường 2,5(đoạn từ cầu Đền Lừ đến ngã hồ Đền Lừ),xây dựng nhiều bãi đỗ xe nhằm đáp ứng nhu cầu lại người dân Hay xuất ngày nhiều công trình công cộng trường học, bệnh viện, công viên nhằm đáp ứng nhu cầu đời sống người dân Những điều dẫn đến gia tăng bề mặt không thấm nước Phần lớn diện tích bề mặt không thấm chuyển từ diện tích lớp phủ thực vật định thu hồi đất nông nghiệp để thực dự án đầu tư xây dựng khu đô thị như:khu đô thị Định Công,khu đô thị Thịnh Liệt,khu đô thị Đại Kim,…, giao thông, công trình công cộng Như ta khẳng định việc gia tăng bề mặt không thấm đồng thời khẳng định tốc độ đô thị hóa khu vực quận Hoàng Mai giai đoạn từ năm 2003 đến năm 2009 Tốc độ đô thị hóa diễn chủ yếu khu vực phía Tây quận Hoàng Mai Tuy nhiên ta thấy thay đổi mặt diện tích bề mặt không thấm, để có nhận định xác biến động bề mặt trình đô thị hóa ta phân tích sâu thay đổi hình thái, cấu trúc cảnh quan bề mặt không thấm thông qua việc phân tích trắc lượng hình thái đối tượng bề mặt không thấm khu vực quận Hoàng Mai SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong đề tài cho ta thấy việc lựa chọn liệu ảnh vệ tinh đa phổ đa thời gian giúp cho việc phân loại đối tượng cách dễ dàng xác định xu hướng biến đổi lớp phủ bề mặt không thấm qua năm Kết phân loại chứng tỏ khả ưu việt phương pháp phân loại định hướng đối tượng phần mềm eCognition nghiên cứu đối tượng bề mặt không thấm không gian đô thị Thêm vào đó, việc lựa chọn ngưỡng cho số Brightness, Maxdiff, NDVI trình chiết tách đối tượng từ ảnh viễn thám cần thiết, nhằm nâng cao độ xác kết phân loại Với trợ giúp Patch analyst phần mềm ArcGIS ta xác định thay đổi số hình thái lớp phủ từ phân tích thay đổi bề mặt không thấm diện tích, hình dạng, kích thước, độ phân mảnh…trên địa phận quận Hoàng Mai Từ kết ta thấy việc theo dõi yếu tố biến động theo thời gian không gian, cấu trúc hình thái bề mặt không thấm hữu ích giúp nhà quản lý quy hoạch có biện pháp phù hợp cho phát triển đô thị bền vững quy hoạch nguồn tài nguyên thiên nhiên cách hợp lý Như ta khẳng định việc gia tăng bề mặt không thấm đồng thời khẳng định tốc độ đô thị hóa khu vực quận Hoàng Mai giai đoạn từ năm 2003 đến năm 2009 Tốc độ đô thị hóa diễn nhanh giai đoạn từ năm 20032009 Diễn chủ yếu khu vực phía Tây Quận Hoàng Mai Tuy nhiên ta thấy thay đổi mặt diện tích bề mặt không thấm, để có nhận định xác biến động bề mặt trình đô thị hóa ta phân tích sâu thay đổi hình thái, cấu trúc cảnh quan bề mặt không thấm thông qua việc phân tích trắc lượng hình thái đối tượng bề mặt không thấm khu vực quận Hoàng Mai Kiến nghị Việc nghiên cứu bề mặt không thấm cần kết hợp với nghiên cứu thay đổi dân số trình phát triển kinh tế để thể đánh phân tích trình đô thị hóa cách xác SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt Với tốc độ phát triển kinh tế thị trường, tốc độ đô thị hóa xu gia tăng bề mặt không thấm ngày thay dần cho loại lớp phủ khác không khu vực quận Hoàng Mai mà tất khu vực khác địa bàn Hà Nội khu đô thị Việt Nam Vì nhà nước ta cần có biện pháp quản lý chặt chẽ, theo dõi liên lục để quản lý cách có hiệu nguồn tài nguyên đất đai Góp phần thúc đẩy kinh tế văn hóa xã hội đất nước SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất nghiệp Đ án t ốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Vân Anh, giảng sở viễn thám, Trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội [2] Hai Pham Minh and Yasushi Yamaguchi , A case study on the relation between urban growth and city planning using remote sensing and spatial metrics, Nagoya university, Japan [3] Nguyễn Ngọc Thạch (chủ biên), (1997), Viễn thám GIS nghiên cứu tài nguyên môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia, Hà Nội [4] Nguyễn Trường Xuân, Giáo trình Hệ thông tin địa lý, Trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội [5] Impervious surfaces and the quality of natural and built environonments by Kent B Barnes, John M Morgan III, and Martin C Roberge Department of Geography and Environmental Planning Towson University 8000 York Road Baltimore, Maryland 21252-0001 [6] Quy phạm thành lập đồ trạng sử dụng đất, (2007), NXB Bản đồ Một số trang wed: [7] http://www.hids.hochiminhcity.gov.vn [8] http://ashui.com/mag/tuongtac/phanbien/6483-vai-tro-cua-quy-hoach-do-thi- trong-viec-giai-quyet-ngap-lut-tai- tphcm.html?tmpl=component&print=1&page [9] http://123doc.org/document/2604537-nghien-cuu-qua-trinh-do-thi-hoa-phuc-vu- cho-quan-ly-dat-do-thi-o-quan-hoang-mai-ha-noi.htm [10] http://luanan.nlv.gov.vn/luanan SV: Lê Thanh Huỳnh Trắc Địa Mỏ - CT K56