Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC 1. Tính cấp thiết của đề tài. 5 2. Mục tiêu và nhiệm vụ. 6 a. Mục tiêu : 6 b. Nhiệm vụ : 6 3. Phương pháp nghiên cứu. 6 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 6 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 6 6. Bố cục đồ án. 7 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS. 8 1.1. VIỄN THÁM. 8 1.1.1. Giới thiệu chung về viễn thám. 8 1. Khái niệm về viễn thám. 8 2. Phân loại viễn thám. 11 3. Giới thiệu một số hệ thống viễn thám. 12 4. Một số ứng dụng của viễn thám. 17 1.1.2. Công nghệ viễn thám trong theo dõi lớp phủ mặt đất. 18 1. Cơ sở vật lý và nguyên lý thu nhận ảnh vệ tinh. 18 2. Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng nghiên cứu. 21 1.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS). 26 1.2.1. Tổng quan về GIS. 26 1. GIS là gì? 26 2. Các thành phần của GIS. 27 3. Nhiệm vụ của GIS. 28 4. Các đặc điểm của GIS. 31 5. Dữ liệu GIS. 34 6. Ứng dụng của hệ thông tin địa lý. 35 1.2.2. Cơ sở GIS trong nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất. 37 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT 39 2.1. KHÁI QUÁT LỚP PHỦ MẶT ĐẤT VÀ NHỮNG BIẾN ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ MẶT ĐẤT. 39 2.1.1. Khái niệm chung về lớp phủ mặt đất. 39 1. Khái niệm lớp phủ mặt đất. 39 2. Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất. 43 2.1.2. Khái niệm chung về biến động. 45 2.1.3. Các phương pháp nghiên cứu biến động. 47 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT BẰNG VIỄN THÁM VÀ GIS. 49 2.2.1. Quy trình công nghệ. 49 2.2.2. Quy trình xử lý ảnh bằng viễn thám 50 1. Chọn tư liệu ảnh viễn thám. 50 2. Nắn chỉnh hình học. 51 3. Đồng nhất về độ phân giải của các ảnh tư liệu. 51 4. Phân loại ảnh viễn thám. 52 5. Kiểm chứng. 58 6. Kết quả phân loại. 58 2.2.3.Thành lập bản đồ biến động và tính biến động lớp phủ mặt đất bằng GIS. 58 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN KINH MÔN – TỈNH HẢI DƯƠNG. 58 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG HUYỆN KINH MÔN, TỈNH HẢI DƯƠNG. 58 3.1.1. Giới thiệu chung. 58 3.1.2. Vị trí địa lý. 59 3.1.3. Các tài nguyên. 60 3.1.4. Kinh tế. 60 3.1.5. Du lịch. 62 3.1.6.Văn hóa – Giáo dục. 62 3.2. Sử dụng phần mềm ENVI và ArcGIS thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương. 63 3.2.1. Dữ liệu thu thập. 63 3.2.2. Quá trình thực nghiệm. 63 1. Nhập ảnh. 63 2. Cắt ảnh theo file danh giới huyện Kinh Môn trên phần mềm ENVI. 63 3. Phân loại ảnh. 64 3. Biên tập và trình bày bản đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn. 70 3.2.3. Đánh giá chung về tình hình biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương. 75 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 77 1.Kết luận 77 2. Kiến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78
LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Phạm Thị Làn, người tận tình bảo, động viên, hướng dẫn giúp đỡ em suốt q trình nghiên cứu hồn thiện đồ án tốt nghiệp Em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy cô Bộ môn chuyên ngành Trắc Địa Mỏ, thầy cô Trắc địa, thầy cô khác Trường Đại Học Mỏ Địa Chất , gia đình, bạn bè hỗ trợ, động viên khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Minh Khiêm MỤC LỤC Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nhiệm vụ a Mục tiêu : b Nhiệm vụ : Phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Bố cục đồ án CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS 1.1 VIỄN THÁM 1.1.1 Giới thiệu chung viễn thám Khái niệm viễn thám Phân loại viễn thám 12 Giới thiệu số hệ thống viễn thám 13 Một số ứng dụng viễn thám 18 1.1.2 Công nghệ viễn thám theo dõi lớp phủ mặt đất 18 Cơ sở vật lý nguyên lý thu nhận ảnh vệ tinh .18 Đặc trưng phản xạ phổ đối tượng nghiên cứu 22 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 26 1.2.1 Tổng quan GIS 26 GIS gì? 26 Các thành phần GIS 27 Nhiệm vụ GIS 28 Các đặc điểm GIS 31 Dữ liệu GIS 34 Ứng dụng hệ thông tin địa lý 35 1.2.2 Cơ sở GIS nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất 37 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT 38 2.1 KHÁI QUÁT LỚP PHỦ MẶT ĐẤT VÀ NHỮNG BIẾN ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ MẶT ĐẤT 39 2.1.1 Khái niệm chung lớp phủ mặt đất 39 Khái niệm lớp phủ mặt đất 39 Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất 44 2.1.2 Khái niệm chung biến động 46 2.1.3 Các phương pháp nghiên cứu biến động 48 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT BẰNG VIỄN THÁM VÀ GIS 51 2.2.1 Quy trình cơng nghệ 51 2.2.2 Quy trình xử lý ảnh viễn thám 52 Chọn tư liệu ảnh viễn thám 52 Nắn chỉnh hình học 53 Đồng độ phân giải ảnh tư liệu 53 Phân loại ảnh viễn thám 54 Kiểm chứng 60 Kết phân loại 60 2.2.3.Thành lập đồ biến động tính biến động lớp phủ mặt đất GIS 60 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT HUYỆN KINH MÔN – TỈNH HẢI DƯƠNG 60 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG HUYỆN KINH MÔN, TỈNH HẢI DƯƠNG 60 3.1.1 Giới thiệu chung 60 3.1.2 Vị trí địa lý 61 3.1.3 Các tài nguyên 62 3.1.4 Kinh tế 62 3.1.5 Du lịch 64 3.1.6.Văn hóa – Giáo dục 64 3.2 Sử dụng phần mềm ENVI ArcGIS thành lập đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương 65 3.2.1 Dữ liệu thu thập 65 3.2.2 Quá trình thực nghiệm 65 Nhập ảnh 65 Cắt ảnh theo file danh giới huyện Kinh Môn phần mềm ENVI 65 Phân loại ảnh 66 Biên tập trình bày đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn .72 77 3.2.3 Đánh giá chung tình hình biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương 77 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .79 1.Kết luận 79 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Đặc điểm hệ thống máy chụp ảnh vùng nhìn thấy có độ phân giải cao vệ tinh SPOT 15 Bảng 1.2: Các băng phổ ảnh đa phổ ảnh vệ tinh QuikBird 17 Bảng 1.3: Các băng phổ ảnh đa phổ vệ tinh phân giải siêu cao IKONOS 17 Bảng 1.4: Các vùng sóng có cửa sổ khí .20 Bảng 2.1: Sơ đồ tổng quát lớp phủ mặt đất .41 Bảng 2.2: Các loại lớp phủ huyện Kinh Môn .46 Bảng 2.3: Sơ đồ phương pháp phân tích sau phân loại 48 Bảng 2.5: Sơ đồ phương pháp nhận biết thay đổi phổ 49 Bảng 2.6: Sơ đồ phương pháp kết hợp 50 Bảng 2.7 : Quy trình cơng nghệ nghiên cứu biến động viễn thám GIS .51 Bảng 3.1 Thông số ảnh vệ tinh .65 Bảng 3.2: Ma trận chuyển đổi diện tích lớp phủ giai đoạn 2006 – 2016 (đơn vị: m2 ) 76 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Nguyên lý thu nhận liệu sử dụng viễn thám 11 Hình 1.2: Các thành phần hệ thống viễn thám 13 Hình 1.3: Biểu đồ thể tỷ lệ ứng dụng viễn thám .18 Hình 1.4: Cửa sổ khí .20 Hình 1.5: Cơ chế thu ảnh quang học 21 Hình 1.6: Đặc tính phản xạ phổ sô đối tượng tự nhiên 23 Hình 1.7: Đặc tính phản xạ phổ thực vật 23 Hình 1.8: Đặc tính hấp thụ nước .24 Hình 1.9: Đặc tính phản xạ phổ thực vật 25 Hình 1.10: Các thành phần GIS .27 Hình 1.11: Dữ liệu GIS 29 Hình 1.12: Vùng đệm GIS .30 Hình 1.13: Phân lớp thơng tin mơ hình chồng xếp 31 Hình 1.14: Sự thể quang cảnh vật lớp đồ khác 32 Hình 1.15: Nguyên lý chồng lắp đồ .32 Hình 1.16: Việc chồng lắp đồ theo phương pháp cộng 33 Hình 1.17: Một thí dụ việc chồng lắp đồ .33 Hình 1.18: Một thí dụ việc phân loại lại đồ 34 Hình 1.19: Ví dụ đồ 34 Hình 1.20: Ví dụ đồ liệu thương mại 35 Hình 1.21: Ví dụ đồ liệu môi trường .35 Hình 1.22: Ví dụ đồ tham khảo chung 35 Hình 3.1: Tượng đài Trần Hưng Đạo - Núi An Phụ - Kinh Mơn 61 Hình 3.2: Ảnh năm 2006 năm 2016 sau tổ hợp kênh ảnh 66 Hình 3.3: Ảnh sau cắt năm 2006 năm 2016 66 Hình 3.4: Kết lấy mẫu năm 2006 năm 2016 .67 Hình 3.5: Kết tính tốn độ tách biệt mẫu ảnh 2006 ảnh 2016 68 Hình 3.6: Độ trực quan độ tách biệt mẫu năm 2006 năm 2016 69 Hình 3.7: Bảng ma trận kappa năm 2006 năm 2016 70 Hình 3.8: Ảnh sau phân loại năm 2006 năm 2017 71 Hình 3.9: Sửa lớp dân cư bị nhầm lẫn năm 2006 71 Hình 3.10: Sửa lớp dân cư bị nhầm lẫn năm 2016 72 Hình 3.11: Quy trình thành lập đồ biến động lớp phủ 72 Hình 3.12: Sơ đồ đánh giá biến động 73 Hình 3.13: Bản đồ biến động lớp phủ huyện Kinh Môn .74 75 Hình 3.14: Bảng thống kê diện tích lớp phủ năm (m2) 75 Hình 3.15: Biểu đồ biến động diện tích lớp phủ (ha) .75 Hình 3.16 : Biểu đồ biến động diện tích lớp phủ theo ma trận biến động .77 giai đoạn năm 2006 năm 2016 77 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước ta nước nông nghiệp Với tốc độ thị hóa nhanh nay, diện tích đất nơng nghiệp ngày bị thu hẹp chia cắt Thay vào khu cơng nghiệp, khu thị bước hình thành Sự biến động có thuận lợi song có khó khăn phức tạp có tác động đến tất lĩnh vực kinh tế-văn hóa, xã hội, tập quán nhân dân Những mặt tiêu cực q trình thị hóa mang lại giảm dần hoạt động nông nghiệp phát triển hoạt động phi nông nghiệp khác, gia tăng vấn đề xã hội, môi trường vấn đề sở hạ tầng chưa kịp đáp ứng đòi hỏi xuất Do đó, cần phải có định hướng,theo dõi, đánh giá, kiểm kê, quản lý biến động lớp phủ mặt đất Mặc dù hàng năm có báo cáo trạng tình hình biến động lớp phủ mặt đất báo cáo chủ yếu dựa phương pháp truyền thống đo vẽ, thành lập đồ, tính tốn diện tích đất, cơng việc phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian Hơn nữa, sử dụng tài liệu thống kê tài liệu đồ khơng phải khai thác thơng tin thời việc sử dụng đất biến động Phương pháp Viễn Thám thông tin địa lý GIS dần khắc phục nhược điểm Kỹ thuật viễn thám với khả quan sát đối tượng độ phân giải phổ khơng gian từ trung bình đến siêu cao chu kỳ chụp lặp lại từ tháng đến ngày kết hợp với liệu GIS cho phép quan sát xác định nhanh chóng lượng vị trí thơng tin biến động lớp phủ mặt đất đặc biệt xu hướng biến động Đối với nhà quản lý, thông tin tầng vĩ mơ cần thiết, kết quan sát biến động lớp phủ mặt đất trợ giúp họ mặt khoa học quản lý vĩ mô, quy hoạch sử dụng đất… Các kết phân loại từ viễn thám tích hợp với liệu thống kê kinh tế xã hội môi trường GIS, thực chức phân tích khơng gian tìm kiếm liệu giúp ta đưa phân tích nhận định nguyên nhân, ảnh hưởng, xu hướng biến động lớp phủ mặt đất Chính vậy, phương pháp viễn thám GIS phương pháp quan trọng cấu trúc hệ thống quan trắc biến động lớp phủ mặt đất Mục tiêu nhiệm vụ a Mục tiêu : Thành lập đồ biến động nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương b Nhiệm vụ : Dựa mục tiêu đề ra, cần thực nhiệm vụ sau: - Thu thập tài liệu liệu ảnh viễn thám đa thời gian có liên quan - Nghiên cứu tổng quan phương pháp viễn thám nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất - Nghiên cứu sở phản xạ đối tượng - Xử lý liệu phòng kết hợp điều tra thực địa - Tiến hành phân loại ảnh - Giải thích kết - Phân tích biến động lớp phủ mặt đất đánh giá biến động qua năm 2006 năm 2016 khu vực huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập thông tin, tài liệu : phương pháp sở mục đích, yêu cầu đề tài đề để sưu tầm tài liệu có liên quan Từ chọn lọc, xếp, thống kê tài liệu theo yêu cầu đề tài - Phương pháp phân tích tổng hợp đánh giá : phương phương pháp sở tài liệu thu thập được, tiến hành phân tích, tổng hợp từ rút nhận định cần thiết - Phương pháp đồ : phương pháp sử dụng tranh ảnh, bảng số liệu …để phân tích, đánh giá thành lập đồ biến động Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương Ý nghĩa khoa học thực tiễn Trong năm qua,tình trạng sử dụng đất không theo quy hoạch xảy phổ biến nhiều nơi nước ta, điều gây nhiều khó khăn cơng tác quản lý đất đai Đặc biệt vùng núi hay vùng sâu, vùng xa làm tác động xấu tới bền vững nguồn tài nguyên đất đai giảm thiểu độ che phủ rừng, nguồn nước ngầm cung cấp cho sinh hoạt canh tác giảm mạnh … Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật, việc sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ có độ phân giải cao việc tìm hiểu biến động lớp phủ mặt đất giúp tiến hành đánh giá trình tác động người tới thảm thực vật nhiều năm, để từ kết hợp với nghiên cứu đa nghành khác phục vụ trình sử dụng đất tốt Những kết nghiên cứu đề tài góp phần cho cơng tác điều tra tài ngun vùng đất, rút kết luận khoa học khả ứng dụng viễn thám gis nghiên cứu, đánh giá biến động lớp phủ mặt đất qua nhiều giai đoạn để phục vụ cho công tác quản lý đất đai, đẩy mạnh phát triển kinh tế xã hội nước ta Bố cục đồ án Toàn đồ án phần mở đầu kết luận trình bày chương: + Chương 1: Tổng quan GIS Viễn thám + Chương 2: Cơ sở khoa học phương pháp nghiên cứu lớp phủ mặt đất + Chương 3: Ứng dụng phương pháp GIS Viễn thám nghiên cứu lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS 1.1 VIỄN THÁM 1.1.1 Giới thiệu chung viễn thám Khái niệm viễn thám Sự phát triển viễn thám gắn liền với phát triển công nghệ vũ trụ, phương pháp chụp ảnh thu nhận thông tin đối tượng mặt đất Hiện nay, ảnh vệ tinh độ phân giải cao (1 ÷ 4m) chuyên gia sử dụng theo hướng tích hợp với GPS (Global Positioning System) GIS (Goegraphical Information System), nhằm khai thác liệu không gian hiệu phục vụ công tác thành lập đồ thành phố, quy hoạch giao thông, giám sát biến động sử dụng đất… Trong đó, vệ tinh Ikonos phóng vào tháng năm 1999 cung cấp ảnh với độ phân giải không gian 1m đặc biệt vệ tinh Quickbird phóng vào tháng 10 năm 2001 cung cấp ảnh với độ phân giải không gian 0.61m Ảnh đa phổ độ phân giải khơng gian cao góp phần quan trọng việc phát triển ứng dụng viễm thám nhiều lĩnh cực, đáp ứng đòi hỏi mức độ cung cấp thơng tin chi tiết xác Ngồi việc thu thập thơng tin từ ảnh đa phổ độ phân giải cao, ảnh rada thu thập kỹ thuật viễn thám siêu cao tần sử dụng phổ biến từ đầu kỷ a Viễn thám gì? o Khái niệm viễn thám : Viễn thám định nghĩa khoa học nghiên cứu phương pháp thu thập, đo lường phân tích thơng tin vật thể quan sát mà khơng cần tiếp xúc trực tiếp với chúng Thuật ngữ viễn thám sử dụng Mỹ vào năm 1960, bao gồm tất lĩnh vực không ảnh, giải đoán ảnh, địa chất ảnh… Về chất, tính chất vật thể xác định thông qua lượng xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám công nghệ nhằm xác định nhận biết đối tượng điều kiện môi trường thông qua đặc trưng riêng phản xạ xạ b Phương pháp viễn thám Phương pháp viễn thám phương pháp sử dụng xạ điện từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) phương tiện để điều tra đo đạc đặc tính đối tượng c Bộ cảm biến Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay xạ từ vật thể gọi cảm biến (Sensor) Bộ cảm biến máy chụp ảnh máy quét d Vật mang Phương tiện đưa cảm biến (sensors) tới độ cao, vị trí mong muốn để thu nhận lượng xạ hay phản xạ từ vật thể bề mặt đất tạo ảnh quang học hay ảnh Radar gọi vật mang Vật mang máy bay, khinh khí cầu, tàu thoi vệ tinh Nguồn lượng thường sử dụng viễn thám xạ mặt trời, lượng sóng điện từ vật thể phản xạ hay xạ thu nhận cảm biến đặt vật mang Chụp ảnh máy bay dạng viễn thám, tồn phương pháp sử dụng rộng rãi giới Việc phân tích ảnh hàng khơng góp phần đáng kể việc phát nhiều mỏ dầu khống sản trầm tích Sự thành cơng sử dụng dải nhìn thấy sóng điện từ hiệu sử dụng dải sóng khác Từ 1960, tiến khoa học kỹ thuật cho phép thu hình ảnh dải sóng khác nhau, bao gồm dải sóng hồng ngoại cực ngắn Sự phát triển sử dụng loại tàu vũ trụ có người điều khiển vệ tinh khơng có người điều khiển 1960 cung cấp khả từ quỹ đạo thu hình ảnh trái đất Thơng tin lượng phản xạ vật thể ghi nhận ảnh viễn thám thông qua xử lý tự động máy giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa kinh nghiệm chuyên gia Cuối cùng, liệu thông tin liên quan đến vật thể tượng khác mặt đất ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác như: nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, mơi trường… 10 Hình 3.2: Ảnh năm 2006 năm 2016 sau tổ hợp kênh ảnh Hình 3.3: Ảnh sau cắt năm 2006 năm 2016 Phân loại ảnh -Phân loại ảnh vệ tinh q trình tách hay gộp thơng tin dựa tính chất phổ, khơng gian vào thời gian cho ảnh đối tượng 66 -Trong nội dung phần thực nghiệm em áp dụng phương pháp phân loại có kiểm định Đây hình thức phân loại mà tiêu phân loại xác lập vùng mẫu dùng luật định dựa thuật tốn thích hợp để gán nhãn pixel ứng với vùng ảnh cụ thể Việc chọn mẫu dựa vào kết khảo sát thực địa từ nguồn thông tin liên qua khác đồ có sẵn (bản đồ trạng sử dụng đất, đồ địa hình, đồ địa chính…), tài liệu, bao cáo… a.Phân tích, phân loại đối tượng ảnh viễn thám Phân tích, phân loại lớp đối tượng có ảnh thao tác cần phải tiến hành trước bước vào q trình phân loại ảnh vệ tinh Thơng qua phương pháp giải đoán ảnh mắt, dựa vào chuấn giải đoán, hiểu biết đặc điếm chung loại lớp phủ, để bước đầu xác định lớp đối tượng ảnh (Bảng 2.2) b Chọn vùng mẫu ảnh Để chọn vùng mẫu cần phải hiển thị ảnh cần phân loại, chọn vùng ảnh tương ứng với lớp đối tượng xác định Tùy vào chất lượng ảnh vệ tinh có mà lớp đối tượng dc phân thành lớp nhỏ Và sau phân loại gộp lớp nhỏ tính chất thành lớp đối tượng xác định Hình 3.4: Kết lấy mẫu năm 2006 năm 2016 c Đánh giá độ xác phân loại Các mẫu sau chọn phải kiểm tra độ lệch chuẩn độ tách biệt chúng Việc giúp ta kiểm tra vùng mẫu chọn có tách biệt hay lẫn -Nếu độ tách biệt mẫu chọn nằm khoảng 1.9 ÷ 2.0 mẫu có độ tách biệt tốt 67 -Nếu độ tách biệt nằm khoản 1.0 ÷ 1.9 nên chọn lại mẫu cho tốt mẫu có độ tách biệt chưa rõ ràng -Nếu độ tách biệt < 1.0 chứng tỏ ta chọn mẫu không tốt nên gộp mẫu lại độ tách biệt khơng cao Nếu để mẫu pixel lớp mẫu lẫn vào làm cho pixel không phân loại vào lớp đối tượng dẫn đến làm sai kết phân loại Hình 3.5: Kết tính tốn độ tách biệt mẫu ảnh 2006 ảnh 2016 Từ bảng độ tách biệt ta thấy mẫu nằm khoảng 1.7 ÷ 2.0 mẫu có tách biệt tương đối tốt Một số loại độ tách biệt thấp Dân cư – Đất nơng nghiệp : 1.4 ÷ 1.6 ; 1.6 ÷ 1.3 ; 1.1 ÷ 1.4 khu dân cư xen lẫn đất nông nghiệp với mật độ dày nên ảnh vệ tinh hiển thị dải màu tương đối giống nhau,khó phân biệt Ta kiểm tra trực quan độ tách biệt mẫu: 68 Hình 3.6: Độ trực quan độ tách biệt mẫu năm 2006 năm 2016 d Tiến hành phân loại Trong phương pháp có kiểm định gồm có thuật toán phân loại sau: -Maximum Likelihood (Xác xuất cực đại) -Minimum Distance (Khoảng cách tối thiểu) -Parallelepiped ( Hình hộp) -Mahalanobis (Sử dụng khoảng cách Mahalanobis) → Trong trình phân loại ảnh em dùng thuật toán Maximum Likelihood phương pháp cho độ xác cao Độ xác kết phân loại yếu tố định đến việc phân tích nội dung chuyên đề hay sai Kiểm tra độ xác kết phân loại ma trận sai số hệ số Kappa Hệ số Kapa tính tốn theo cơng thức: Trong đó: • r số hàng ma trận (số lớp đối tượng phân loại) • N tổng số pixel lấy mẫu • xi tổng pixel theo hàng thứ i (lớp thứ i mẫu) • x+i tổng pixel theo cột thứ i (lớp thứ i sau phân loại) • xii số giá trị hàng i cột i (số pixel lớp thứ i) - Để đánh giá độ xác kết phân loại ta dùng ma trận Kappa: 69 Hình 3.7: Bảng ma trận kappa năm 2006 năm 2016 Phương pháp Maxximum Likelihood có kênh phổ coi có phân bố chuẩn pixel phân loại vào lớp mà có xác suất cao Việc tính tốn khơng dựa vào khoảng cách mà dựa vào xu biến thiên độ xám lớp Ảnh phân loại phân loại đầy đủ, khơng bỏ sót khu vực, có chỗ bị phân loại sai Phương pháp phân loại xác nhiều thời gian khối lượng tính tốn phụ thuộc vào phân bố chuẩn dự liệu Giá trị hệ số Kappa thể độ xác kết phân loại sau: Độ xác thấp: < 0.20 Độ xác thấp: 0.20 – 0.40 Độ xác trung bình: 0.40 - 0.60 Độ xác cao: 0.60 - 0.80 Độ xác cao: 0.80 – 1.00 Từ bảng ta có nhận xét : Độ xác toàn cục ảnh 2006 : 92.8721% hệ số kappa K= 0.9027 Độ xác tồn cục ảnh 2016 : 97.2464% hệ số kappa K= 0.9558 Kết phân loại tốt, mẫu có tách biệt cao bị nhầm lẫn, có số đối tượng bị lẫn bị bỏ sót 70 Hình 3.8: Ảnh sau phân loại năm 2006 năm 2017 *Sau phân loại ENVI ta xuất ảnh phân loại ảnh gốc cắt năm sang ARCGIS để sửa vùng bị khoanh nhầm lẫn cách gán lớp đối tượng theo mã : + dancu : + datnongnghiep : + datrung: + matnuoc: +dattrong: Sau cắt sửa lớp đối tượng năm Hình 3.9: Sửa lớp dân cư bị nhầm lẫn năm 2006 71 Hình 3.10: Sửa lớp dân cư bị nhầm lẫn năm 2016 Biên tập trình bày đồ biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn Bản đồ phân loại năm 2016 Bản đồ phân loại năm 2006 Biên tập Biên tập Bản đồ lớp phủ năm 2006 Bản đồ lớp phủ năm 2016 Chồng xếp Bản đồ biến động lớp phủ giai đoạn 2006 - 2016 Hình 3.11: Quy trình thành lập đồ biến động lớp phủ Tiến hành xác định biến động phần mềm Arcgis cách chồng xếp thơng tin chuẩn hóa mặt hệ quy chiếu thống nội dung đối 72 tượng phản ánh đến đối tượng nghiên cứu mà cho phép biết mức biến động năm 2006 2016 Dữ liệu trạng thời kỳ Dữ liệu trạng thời kỳ Chồng xếp liệu (Overlay/Intersect) Ma trận biểu đồ biến động Bản đồ biến động Đánh giá biến động Hình 3.12: Sơ đồ đánh giá biến động Kết chồng xếp tạo ảnh biến động hai thời điểm kết hợp với biên tập ta đồ biến động lớp phủ mặt đất giai đoạn 2006-2016 73 Hình 3.13: Bản đồ biến động lớp phủ huyện Kinh Mơn 74 Hình 3.14: Bảng thống kê diện tích lớp phủ năm (m2) Từ bảng thống kê ta thấy tổng diện tích năm 2016 so với năm 2006: lớp dân cư tăng 6299368.694m2, lớp đất nông nghiệp giảm 3026801.666m2, lớp đất rừng giảm 3732331.494m2, lớp mặt nước tăng 2572394.896m2 lớp đất trống giảm 2125264.445m2 Hình 3.15: Biểu đồ biến động diện tích lớp phủ (ha) 75 Bảng 3.2: Ma trận chuyển đổi diện tích lớp phủ giai đoạn 2006 – 2016 (đơn vị: m2 ) Năm 2006 Lớp phủ Năm 2016 Tổng năm 2006 Diện tích biến động Diện tích biến động (%) Tổng năm 2016 15558426 23927117 1508649 385869.3 1115330.7 42495392 19147360 69176002 4113683 2356996 1431179.1 96225220 531810 1525590 9936900 75600 82800 12152700 915204 3888902 162000 7026439 508454.74 12501001 43200 726300 163800 79200 198000 1210500 36196000 99243912 15885031 9924105 3335764.5 6299392 -3018692 -3732332 2576896 -2125265 17.40% -3.04% -23.40% 25.96% -63.70% 76 Hình 3.16 : Biểu đồ biến động diện tích lớp phủ theo ma trận biến động giai đoạn năm 2006 năm 2016 3.2.3 Đánh giá chung tình hình biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương Từ đồ, ma trận biến động biểu đồ thể rõ biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn Giai đoạn 2006 - 2016 có biến đổi lớn diện tích phân bố không gian đối tượng, thể rõ qua Bảng 3.2, Hình 3.13, Hình 3.14, Hình 3.15 Hình 3.16 để rút đánh giá việc thay đổi mục đích sử dụng đất khu vực sau: So với năm 2006, diện tích lớp phủ năm 2016 : + Lớp dân cư : tăng 17.4% dân số ngày tăng, đồng thời điều kiện tự nhiên tốt tạo điều kiện thuận lợi cho doanh nghiệp đầu tư khai thác, … + Lớp đất nông nghiệp: Giảm nhẹ 3.04%, điều kiện sống kinh tế nước ngày phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa nên phần đất nơng 77 nghiệp lấy vào mục đích sử dụng khác : xây dựng nhà ở, khu cơng nghiệp, cơng trình cơng cộng… + Lớp đất rừng: giảm 23.4%, nhu cầu người ngày cao nên việc khai thác lấy đất, đặc biệt khu núi đá ( sản xuất xi măng, vơi ….) làm giảm diện tích rừng nhanh đồng thời nạn chặt phá rừng bừa bãi lấy gỗ nguyên nhân chính… + Lớp mặt nước: tăng 25.96% diện tích ni trồng thủy sản vùng ven sông tăng + Lớp đất trống: Giảm nhiều 63.7%, khai thác tận dụng nhiều *Từ bảng thống kê diện tích sử dụng đất khu vực huyện Kinh Môn ta thấy biến động hợp lý trạng chung nước ta Sự phát triển không ngừng mặt kinh tế - xã hội nguyên nhân chủ yếu nhằm phục vụ lợi ích trực tiếp cho người Nhưng mà việc chuyển đổi sử dụng đất việc khai thác mức khiến cho môi trường tự nhiên ngày bị thu hẹp → Khẳng định tầm quan trọng việc thành lập đồ biến động lớp phủ, khẳng định ưu điểm công nghệ viễn thám, gis 78 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Sau thời gian nguyên cứu thực hiên đề tài, em xin đưa số kết luận kiến nghị sau: 1.Kết luận Qua kết thực đề tài, em rút số kết luận sau: - Nghiên cứu đánh giá biến động sử dụng đất từ thông tin viễn thám kết hợp với GIS cho ta thấy biến động thông tin khơng gian theo thời gian có tính liên tục, trực quan, sinh động phương pháp cịn có hạn chế kỹ thuật xử lý ảnh người xử lý chưa cao - Ngày với phát triển khơng ngừng khoa học cơng nghệ nói chung cơng nghệ viễn thám nói riêng tạo nhiều tiện ích có hiệu cao việc sử dụng kết hợp loại tư liệu tư liệu viễn thám GIS để phân tích đối tượng bề mặt hiệu Do việc sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian GIS hoàn toàn cho phép xác định theo dõi biến động lớp phủ mặt đất Kiến nghị - Trong đồ án, việc nghiên cứu đánh biến động sử dụng đất khu vực mang tính chất tổng quan cho toàn đối tượng mà chưa nghiên cứu cụ thể lớp phủ mặt đất - Tiếp tục nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám để xác định mức độ biến động loại địa hình khác phục vụ trực tiếp cho công tác quản lý đất đai - Kết nghiên cứu khuyến cáo áp dụng cho vùng tương tự để xác định biến động loại lớp phủ khác - Phương pháp kết hợp công nghệ viễn thám với GIS nghiên cứu biến động đất đai có độ tin cậy cao Tuy nhiên để xác định xác biến động nên chọn ảnh thu nhận mùa năm, điều khó thực nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới Việt Nam, mây sương mù phổ biến - Trong giai đoạn 2006 – 2016 tốc độ đô thị hố huyện Kinh Mơn diễn mạnh nhanh dẫn tới biến động lớp phủ, thể rõ qua lớp phủ mặt đất em nghiên cứu: lớp dân cư, lớp đất rừng, lớp đất nơng nghiệp,đất trống mặt nước Chính quyền địa phương cần có sách cụ thể hỗ trợ việc làm, vốn để người dân ổn định sản xuất nâng cao đời sống 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.PGS.TS Phạm 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 2.PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch (2005), Ứng dụng Viễn Thám hệ thông tin địa lý nghiên cứu biến động sử dụng đât, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội Nguyễn Văn Khánh, Ứng dụng Viễn Thám hệ thông tin địa lý nghiên cứu biến độngnơng nghiệp khu vực tỉnh Bình Dương, Luận Văn Thạc Sĩ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội T.S Trần Vân Anh, Hướng dẫn sử dụng Envi 4.3, Trường Đại học Mỏ- Địa chất Hà Nội PGS.TS Phạm Vọng Thành, Ứng dụng viễn thám GIS thành lập đồ, Trường Đại học Mỏ- Địa chất Hà Nội Trần Đình Trí “Sử dụng tư liệu viễn thám để thành lập đồ động thái nghiên cứu biến động đối tượng bề mặt địa hình” - Luận văn thạc sỹ 7.http://haiduong.gov.vn/thongtintongquan/huyentp/Pages/Huy%E1%BB%87nKinhM %C3%B4n.aspx http://www.gis.downappz.com/vn/hai-duong/kinh-mon.html http://text.xemtailieu.com/tai-lieu/ 10 https://earthexplorer.usgs.gov/ 80 ... GIS nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất 37 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ MẶT ĐẤT 38 2.1 KHÁI QUÁT LỚP PHỦ MẶT ĐẤT VÀ NHỮNG BIẾN ĐỘNG... pháp đồ : phương pháp sử dụng tranh ảnh, bảng số liệu …để phân tích, đánh giá thành lập đồ biến động Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương. .. VÀ NHỮNG BIẾN ĐỘNG CỦA LỚP PHỦ MẶT ĐẤT 2.1.1 Khái niệm chung lớp phủ mặt đất Khái niệm lớp phủ mặt đất Lớp phủ mặt đất trạng thái vật chất bề mặt trái đất, kết hợp nhiều thành phần thực phủ, thổ