Chương 1 là chương tổng quan tài liệu về các vấn đề nghiên cứu, trong đó bao gồm cơ sở lý luận về các phương pháp phân loại ảnh vệ tinh, cụ thể là phương pháp phân loại ĐHĐT. Bên cạnh đó là tổng quan phương pháp phân tích trắc lượng và mối quan hệ giữa phân tích trắc lượng và phương pháp phân loại ĐHĐT.1 Tổ ng quan tài liê ̣u về vấ n đề nghiên cứu 1. Trên Thế giới Quá trình đô thị hóa quá nhanh diễn ra ở các khu đô thị và vùng ven đô ở các nước trên Thế giới là yếu tố tác động trực tiếp đến việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất. Sự tăng trưởng đô thị trên toàn thế giới diễn ra với tốc độ rất nhanh, dự kiến 65% dân số tập trung ở khu vực đô thị vào năm 2025 [50].
Nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng những chỉ số hình thái để nghiên cứu và phân tích quá trình đô thị hóa, sự mở rộng đô thị từ ảnh viễn thám. Các chỉ số về hình thái có thể chỉ ra sự thay đổi về không gian và thời gian của cấu trúc cảnh quan, chúng cung cấp một phương pháp mới thay thế cho việc đo đạc sự thay đổi các loại đất bằng các phương pháp truyền thống [53]. Sử dụng dữ liệu viễn thám đa thời gian đa phổ, các chỉ số không gian và các mô hình để quản lý sự thay đổi và phát triển khu vực đất đô thị là một phương pháp hiệu quả, chúng cung cấp các thông tin mới một cách chi tiết và chính xác về sự phân bố theo không gian và thời gian, cấu trúc hình thái đô thị [12, 27, 29, 31, 35, 47, 49, 52]. Ở Trung Quốc, nghiên cứu quá trình đô thị hóa bằng các chỉ số hình thái thường diễn ra theo 3 loại: loại 1- đô thị tăng trưởng bình thường, loại 2- đô thị phát triển do các chính sách, loại 3- đô thị phát triển dựa trên việc định hướng đặc biệt [49].
Mỗi chỉ số cung cấp một thông tin về đặc điểm nào đó của khu vực nghiên cứu [52]. Trong một nghiên cứu ở vùng Santa Barbara, Mỹ, các chỉ số hình thái đã cho thấy quá trình đô thị hóa ở 3 khu vực khác nhau: khu vực phát triển thương mại, khu vực dân cư có mật độ cao và vùng dân cư có mật độ thấp [27]. Cũng ở Mỹ, nhưng cho vùng Arizona thì các chỉ số này lại chỉ ra sự phức tạp về cấu trúc đô thị theo mặt cắt dài 165km và rộng 15km [31]. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ở Granada, Tây Ban Nha, đặc điểm phát triển đô thị được nghiên cứu bằng các chỉ số không gian cho thấy đô thị tăng trưởng qua 3 quá trình: tập hợp, chặt chẽ và phân tán [12].
Khu vực nghiên cứu khác nhau thì việc đo đạc các chỉ số hình thái cũng khác nhau. Quá trình đô thị hóa nhanh chóng đã dẫn tới việc mất đất nông nghiệp diễn ra trên toàn Thế giới. Ở Trung Quốc, rất nhiều các tác giả đã nghiên cứu về sự mất đất nông nghiệp do quá trình đô thị hóa bằng việc phân tích các chỉ số hình thái từ ảnh viễn thám [48]. Ngoài ra quá trình đô thị hóa còn làm thay đổi không gian xanh bao gồm cả đất nông nghiệp trong hệ sinh thái đô thị [50].
Các chỉ số đã chỉ ra rằng đất nông nghiệp bị mất đi, bị phân mảnh, chuyển đổi và bị cô lập bởi quá trình đô thị hóa. Sử dụng mô hình hồi quy không gian cho thấy sự thay đổi đất nông nghiệp có mối quan hệ với những chỉ báo đô thị hóa [40]. Ở Việt Nam và Hà Nội Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa với tốc độ nhanh ở Việt Nam từ đầu những năm 1990 đã dẫn đến việc thu hồi một phần lớn diện tích đất nông nghiệp, từ năm 2001-2005 có 500.000 ha đất nông nghiệp đã được chuyển thành đất đô thị và đất công nghiệp, riêng năm 2007 mất 120.000 ha đất nông nghiệp [8]. Sự phát triển nhanh ở khu vực đô thị ảnh hưởng trực tiếp tới các vùng ven đô.
Theo quy hoạch của thành phố Hà Nội trong vòng 10 năm từ 2000-2010, 11.000 ha đất nông nghiệp được chuyển đổi thành đô thị và công nghiệp để phục vụ cho 1. Trong thực tế, từ 2000-2004, Hà Nội đã thu hồi 5.496 ha đất phục vụ cho 957 dự án [4]. Diện tích đất nông nghiệp của Hà Nội là 42.539 ha và chủ yếu nằm ở các huyện ven đô [42]. Nghiên cứu về sự mở rộng của đô thị Hà Nội bằng phương pháp sử dụng ảnh viễn thám được nhiều tác giả thực hiện [6, 28, 43].
Sử dụng các chỉ số hình thái để đo đạc sự mở rộng đô thị [36] thì thấy rằng đô thị Hà Nội phát triển nhanh chóng dọc theo các trục giao thông chính. Tuy nhiên, các nghiên cứu về sự thay đổi lớp phủ và sử dụng đất bằng ảnh viễn thám ở trên Thế giới cũng như ở Việt Nam chỉ tập trung vào khu vực đô thị [31, 52]. Cũng như nghiên cứu các mô hình biến đổi đất nông nghiệp bằng việc đo 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đạc các chỉ số hình thái chỉ tập trung ở khu vực đô thị [12, 35, 48]. Việc chuyển đổi đất nông nghiệp ở khu vực Hà Nội được các tác giả sử dụng phương pháp đo đạc các chỉ số hình thái cũng chỉ tập trung ở khu vực nội đô [28, 36].
Đối với khu vực ven đô, đặc biệt là huyện Đông Anh thì chưa có nghiên cứu nào cụ thể về sự biến đổi đất nông nghiệp bằng cách đo đạc các chỉ số hình thái từ ảnh viễn thám.2 Các nguyên tắc phân loại 1. Khái niệm cơ bản về phân loại ảnh Phân loại là kỹ thuật chiết tách thông tin phổ biến nhất trong viễn thám. Trong không gian ảnh, một đơn vị phân loại được định nghĩa là một đoạn ảnh được dùng làm quyết định phân loại. Một đơn vị phân loại có thể là một pixel, một nhóm các pixel lân cận hoặc cả ảnh.
Trong phân loại đa phổ truyền thống, các lớp được sắp xếp chỉ dựa trên dấu hiệu phổ của đơn vị phân loại. Trong phân loại theo ngữ cảnh, bên cạnh việc sử dụng các thông tin phổ của đơn vị phân loại, người ta còn sử dụng cả các thông tin về thời gian, không gian và các thông tin liên quan khác. Thông thường, đó là pixel được sử dụng làm đơn vị phân loại [2]. Phân loại ảnh có hai phương pháp: 1- có kiểm định: sử dụng các mẫu phân loại và 2- không kiểm định: chia ảnh thành các nhóm phổ và gộp các nhóm có giá trị phổ giống nhau lại.
Để hiểu rõ sự khác biệt giữa phân loại có kiểm định và không có kiểm định, ta cần biết đến hai khái niệm: lớp thông tin và lớp phổ: Lớp thông tin (Information Class): lớp đối tượng được người phân tích ảnh xác định liên quan đến các thông tin được chiết tách từ ảnh viễn thám. Lớp phổ (Spectral Class): lớp bao gồm các vectơ có giá trị xám độ tương tự nhau trong không không gian đa phổ của ảnh vệ tinh. Các nguyên tắc phân loại ảnh a- Đặc trưng phản xạ phổ Các thông tin về ảnh viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng tự nhiên trên mặt đất, nên việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò hết sức quan trọng. Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ cho phép các nhà nghiên 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cứu lựa chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin về đối tượng nghiên cứu nhất, đồng thời cũng là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng và phân tách chúng.1: Sơ đồ phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cơ bản [9] Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố của ngoại cảnh cũng như bản thân các đối tượng đó.
Do đó, các đối tượng khác nhau sẽ có khả năng phản xạ phổ khác nhau Hình 1. Trong từng nhóm đối tượng như đất, nước, thực vật. Mỗi nhóm có đặc điểm phản xạ phổ chung, ví dụ: nhóm thực vật phản xạ mạnh từ kênh đỏ trong dải nhìn thấy, nước bị hấp thụ từ kênh đỏ. Tuy nhiên từng đối tượng cụ thể khả năng phản xạ phổ khác nhau.
Ví dụ, trong nhóm đất, các loại đất phụ thuộc vào bản chất hóa lý của đất, hàm lượng hữu cơ, thành phần cơ giới. Khi tính chất của đối tượng thay đổi thì đường cong phổ phản xạ cũng bị biến đổi theo. Trong một vài trường hợp nhất định, khả năng phản xạ của các đối tượng khác nhau lại giống nhau. Khi đó, chúng ta rất khó hoặc không thể phân biệt được các đối tượng này, nghĩa là bị lẫn.
Đây là một trong những hạn chế của ảnh vệ tinh. Vì vậy, thông tin do các dữ liệu viễn thám cung cấp cần phải đi kèm với một số thông tin khác để chính xác hoá bản chất của đối tượng [5]. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com b- Dữ liệu ảnh vệ tinh Trong luận văn học viên đã sử dụng các ảnh Landsat TM, ETM, Spot 5 là các ảnh được thu trong dải sóng nhìn thấy và cận hồng ngoại. Các đặc điểm đặc trưng của ảnh Landsat TM, ETM và ảnh Spot 5 được thể hiện trong Bảng 1.1: Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat TM Bước sóng Kênh 1 0,45-0,52 Kênh 2 0,52 - 0,60 Kênh 3 0,63 - 0,67 Kênh 4 0,76 - 0,90 Kênh 5 1,55 - 1,75 Kênh 6 10,4 - 12,5 Kênh 7 2,08 - 2,35 Độ rộng cảnh 185 km Độ phân giải không 30 m x30 m (trừ kênh 6: 120 m x 120 m) gian Thời gian thu ảnh 10h30’ Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat ETM Bước sóng Kênh 1 0,450 - 0,515 Kênh 2 0,525 -0,605 Kênh 3 0,63-0,69 Kênh 4 0,775-0,9 Kênh 5 1,55-1,75 Kênh 6 10,4-12,5 Kênh 7 2,09-2,35 Kênh 8 0,52-0,9 Độ rộng cảnh 185 km 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Độ phân giải không 30m x30m (trừ kênh 6: 60m x 60m, kênh 8: 15m x 15 m) gian Thời gian thu ảnh 10h30’ Bảng 1.