Luận văn thạc sĩ hus ứng dụng ảnh phân giải cao spot để nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện thường tín giai đoạn 2000 2011 và đưa ra dự báo tốc độ phát triển năm 2015

Nghiên cứu ứng dụng ảnh phân giải cao SPOT để phân tích biến động sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000-2011 và dự báo năm 2015.

• Tác giả: Nguyễn Tân Duy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Lâm
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
• Đề tài: Ứng dụng ảnh phân giải cao SPOT để nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000 – 2011 và đưa ra dự báo tốc độ phát triển năm 2015
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM
• 1.1. Những khái niệm cơ bản về công nghệ viễn thám
• 1.1.1. Khái niệm về hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám
• 1.2. Cơ sở phương pháp viễn thám
• 1.3. Bức xạ điện từ
• 2. CHƢƠNG 2: KHẢ NĂNG GIẢI ĐOÁN ẢNH VỆ TINH SPOT ĐỐI VỚI VIỆC NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT
• 2.1. Phân loại đối tƣợng sử dụng đất trong bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo luật đất đai năm 2003
• 2.2. Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh SPOT đối với việc nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất
• 2.3. Phƣơng pháp phân loại đối tƣợng sử dụng đất
• 2.4. Phương pháp giải đoán ảnh
• 2.5. Phương pháp phân loại ảnh
• 2.6. Lẫy mẫu đối tượng sử dụng đất trên ảnh và kiểm tra ngoài thực địa
• 3. CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH SPOT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG CÁC LOẠI HÌNH SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC HUYỆN THƢỜNG TÍN GIAI ĐOẠN 2001 – 2011 VÀ DỰ BÁO TỐC ĐỘ PHÁT TRIỂN NĂM 2015
• 3.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 3.1.3. Tình hình sử dụng đất đai của huyện Thường Tín
• 3.2. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện Thƣờng Tín
• 3.2.1. Các phương pháp nghiên cứu biến động bằng ảnh viễn thám
• 3.2.2. Mô tả các bước quy trình công nghệ
• 3.3. Kết quả phân loại ảnh SPOT và bản đồ biến động sử dụng đất huyện Thƣờng Tín giai đoạn 2001 - 2011
• 3.4. Ứng dụng hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu phân tích biến động diện tích các loại hình sử dụng đất huyện Thƣờng Tín
• 3.5. Phân tích đánh giá sơ bộ nguyên nhân biến động của các đối tƣợng sử dụng đất
• 3.6. Dự báo tốc độ phát triển các loại hình sử dụng đất huyện Thƣờng Tín năm 2015 bằng mô hình dự báo MARKOV
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến động sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000 2011

Biến động sử dụng đất tại huyện Thường Tín trong giai đoạn 2000-2011 đã phản ánh rõ nét sự thay đổi trong cơ cấu kinh tế và nhu cầu sử dụng đất. Huyện Thường Tín, nằm trong vùng ngoại thành Hà Nội, đã trải qua nhiều biến đổi do quá trình đô thị hóa và phát triển kinh tế. Việc nghiên cứu biến động này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tình hình sử dụng đất mà còn hỗ trợ cho công tác quy hoạch và quản lý đất đai hiệu quả hơn.

1.1. Tình hình sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000 2011

Trong giai đoạn này, huyện Thường Tín đã chứng kiến sự gia tăng diện tích đất sử dụng cho mục đích công nghiệp và dịch vụ. Theo số liệu thống kê, diện tích đất nông nghiệp giảm dần, trong khi đó, đất ở và đất công nghiệp tăng lên đáng kể. Điều này cho thấy sự chuyển dịch trong cơ cấu sử dụng đất, phản ánh nhu cầu phát triển kinh tế và đô thị hóa.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất

Nhiều yếu tố đã tác động đến biến động sử dụng đất tại huyện Thường Tín, bao gồm sự gia tăng dân số, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, và các chính sách phát triển kinh tế của địa phương. Những yếu tố này đã tạo ra áp lực lớn lên quỹ đất, dẫn đến sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất từ nông nghiệp sang công nghiệp và dịch vụ.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý sử dụng đất huyện Thường Tín

Quản lý sử dụng đất tại huyện Thường Tín đang đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng. Việc thiếu thông tin chính xác về tình hình sử dụng đất và các biến động liên quan đã gây khó khăn cho công tác quy hoạch và quản lý. Hơn nữa, sự gia tăng nhu cầu sử dụng đất cho các mục đích khác nhau đã dẫn đến tình trạng tranh chấp đất đai.

2.1. Thiếu thông tin và dữ liệu chính xác

Một trong những thách thức lớn nhất trong quản lý sử dụng đất là việc thiếu thông tin và dữ liệu chính xác về tình hình sử dụng đất. Điều này gây khó khăn cho việc đưa ra các quyết định quy hoạch hợp lý và hiệu quả.

2.2. Tình trạng tranh chấp đất đai

Sự gia tăng nhu cầu sử dụng đất đã dẫn đến tình trạng tranh chấp đất đai giữa các cá nhân và tổ chức. Việc giải quyết các tranh chấp này đòi hỏi sự can thiệp của chính quyền địa phương và các cơ quan chức năng.

III. Phương pháp nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện Thường Tín

Để nghiên cứu biến động sử dụng đất tại huyện Thường Tín, phương pháp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã được áp dụng. Việc sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao SPOT giúp theo dõi và phân tích tình hình sử dụng đất một cách hiệu quả. Phương pháp này cho phép thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng, hỗ trợ cho công tác quy hoạch và quản lý đất đai.

3.1. Ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu

Công nghệ viễn thám đã được sử dụng để thu thập dữ liệu về tình hình sử dụng đất. Ảnh vệ tinh SPOT cung cấp thông tin chi tiết về các loại hình sử dụng đất, từ đó giúp phân tích biến động một cách chính xác.

3.2. Phân tích dữ liệu bằng hệ thống thông tin địa lý GIS

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) được sử dụng để phân tích và trực quan hóa dữ liệu về biến động sử dụng đất. Phương pháp này cho phép đánh giá tình hình sử dụng đất một cách tổng thể và hiệu quả.

IV. Kết quả nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện Thường Tín

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự biến động rõ rệt trong cơ cấu sử dụng đất tại huyện Thường Tín trong giai đoạn 2000-2011. Diện tích đất nông nghiệp giảm, trong khi đất ở và đất công nghiệp tăng lên đáng kể. Những kết quả này không chỉ phản ánh tình hình phát triển kinh tế mà còn chỉ ra những thách thức trong quản lý đất đai.

4.1. Biến động diện tích các loại hình sử dụng đất

Theo số liệu thống kê, diện tích đất nông nghiệp đã giảm khoảng 15% trong giai đoạn 2000-2011, trong khi đó, diện tích đất công nghiệp và đất ở tăng lên đáng kể. Điều này cho thấy sự chuyển dịch trong cơ cấu sử dụng đất.

4.2. Đánh giá tác động của biến động sử dụng đất

Biến động sử dụng đất đã ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực, từ kinh tế đến môi trường. Việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất cần được quản lý chặt chẽ để đảm bảo phát triển bền vững.

V. Dự báo tình hình sử dụng đất huyện Thường Tín năm 2015

Dựa trên các mô hình dự báo, tình hình sử dụng đất huyện Thường Tín trong năm 2015 dự kiến sẽ tiếp tục có sự biến động. Mô hình MARKOV được áp dụng để dự báo các loại hình sử dụng đất, từ đó giúp các nhà quy hoạch có cái nhìn tổng quan về xu hướng phát triển trong tương lai.

5.1. Mô hình dự báo MARKOV trong nghiên cứu

Mô hình MARKOV đã được sử dụng để dự báo tình hình sử dụng đất trong năm 2015. Mô hình này cho phép phân tích các xu hướng biến động và đưa ra dự báo chính xác về các loại hình sử dụng đất.

5.2. Kết quả dự báo và ứng dụng thực tiễn

Kết quả dự báo cho thấy diện tích đất công nghiệp và đất ở sẽ tiếp tục tăng, trong khi diện tích đất nông nghiệp sẽ giảm. Những thông tin này sẽ hỗ trợ cho công tác quy hoạch và quản lý đất đai trong tương lai.

VI. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Nghiên cứu biến động sử dụng đất huyện Thường Tín giai đoạn 2000-2011 đã chỉ ra những thay đổi quan trọng trong cơ cấu sử dụng đất. Để đảm bảo phát triển bền vững, cần có các chính sách quản lý đất đai hợp lý và hiệu quả. Hướng phát triển tương lai cần tập trung vào việc nâng cao nhận thức về quản lý đất đai và ứng dụng công nghệ trong quy hoạch.

6.1. Đề xuất chính sách quản lý đất đai

Cần xây dựng các chính sách quản lý đất đai phù hợp với tình hình thực tế, nhằm đảm bảo sử dụng đất hiệu quả và bền vững.

6.2. Tương lai của nghiên cứu biến động sử dụng đất

Nghiên cứu biến động sử dụng đất sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong công tác quy hoạch và quản lý đất đai. Việc ứng dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả nghiên cứu và quản lý.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa tại vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, đặc biệt sau sự kiện mở rộng địa giới hành chính Thủ đô Hà Nội vào ngày 01 tháng 08 năm 2008, đã tạo ra sức ép chuyển dịch cơ cấu sử dụng đất vô cùng mạnh mẽ. Huyện Thường Tín – cửa ngõ phía Nam của Thủ đô – là khu vực chịu tác động trực tiếp với sự thay đổi nhanh chóng của diện tích đất nông nghiệp sang đất công nghiệp, dịch vụ và hạ tầng khu dân cư. Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán giám sát, phân tích biến động không gian sử dụng đất và xây dựng mô hình dự báo xu thế phát triển quỹ đất trên địa bàn huyện trong giai đoạn 11 năm (2000 – 2011), định hướng đến năm 2015.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là thiết lập quy trình công nghệ chuẩn hóa trong việc khai thác tư liệu ảnh viễn thám quang học độ phân giải cao SPOT kết hợp với Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) nhằm đánh giá định lượng biến động lớp phủ bề mặt. Không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ diện tích tự nhiên huyện Thường Tín với quy mô phủ ảnh 60x60 km của vệ tinh SPOT. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc cung cấp bản đồ chuyên đề biến động tỷ lệ 1/25.000 cùng các chỉ số định lượng có độ tin cậy vượt trội so với phương pháp thống kê thủ công, giúp các nhà quản lý tiết kiệm khoảng 40% thời gian điều tra và nâng cao hiệu quả hoạch định quy hoạch sử dụng đất bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết chuyên ngành:

• Lý thuyết bức xạ điện từ và đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên: Nguyên lý cơ bản khẳng định mỗi loại lớp phủ bề mặt (thực vật, thổ nhưỡng, nước, công trình nhân tạo) đều có đường cong phản xạ phổ đặc trưng. Thực vật xanh phản xạ mạnh ở dải cận hồng ngoại (bước sóng 0,78 – 0,89 µm) và hấp thụ mạnh ở dải sóng ánh sáng đỏ (0,61 – 0,68 µm) do sắc tố diệp lục; thổ nhưỡng có độ phản xạ tăng dần theo chiều dài bước sóng; trong khi nước hấp thụ hầu hết bức xạ ở dải cận hồng ngoại và phản xạ phân tán ở dải ánh sáng nhìn thấy (0,50 – 0,59 µm).
• Lý thuyết phân loại ảnh viễn thám số: Vận dụng các thuật toán nhận dạng mẫu phổ không gian để nhóm các giá trị mức xám (pixel) của ảnh đa phổ thành các lớp thông tin chuyên đề tương ứng theo phân loại chuẩn của Luật Đất đai năm 2003 (gồm nhóm đất nông nghiệp, nhóm đất phi nông nghiệp và đất chưa sử dụng).
• Lý thuyết chuỗi Markov trong mô hình hóa động thái sử dụng đất: Mô hình toán học ngẫu nhiên biểu diễn quá trình biến đổi của các loại hình sử dụng đất qua ma trận xác suất chuyển trạng thái, cho phép dự báo cấu trúc diện tích trong tương lai dựa trên dữ liệu biến động lịch sử.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào chính bao gồm tư liệu ảnh vệ tinh SPOT 4 (chụp năm 2001) và SPOT 5 (chụp năm 2011) với độ phân giải không gian đa phổ 10m và kênh toàn sắc 2,5m, kết hợp bản đồ địa hình và số liệu thống kê kiểm kê đất đai huyện Thường Tín.

Phương pháp lấy mẫu được tiến hành theo nguyên tắc chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng (stratified random sampling) trên toàn bộ địa bàn huyện. Cỡ mẫu thực nghiệm gồm 120 điểm kiểm tra thực địa đại diện cho 5 nhóm đối tượng chính: đất trồng lúa, đất trồng cây hàng năm khác, đất ở, đất khu công nghiệp và đất mặt nước (sông hồ ao). Tọa độ các điểm mẫu được định vị chính xác bằng thiết bị định vị vệ tinh GPS cầm tay để làm chìa khóa giải đoán và kiểm chứng độ chính xác.

Thuật toán phân loại có kiểm định theo nguyên tắc xác suất cực đại (Maximum Likelihood Classification) được lựa chọn làm phương pháp phân tích chính. Lý do lựa chọn thuật toán này là khả năng tính toán ma trận phương sai - hiệp phương sai của từng lớp phổ, giúp tối ưu hóa khả năng phân tách giữa các nhóm đối tượng có phổ phản xạ gần nhau như đất trống và đất phi nông nghiệp. Quy trình xử lý không gian được thực hiện thông qua công cụ chồng ghép dữ liệu (GIS Overlay) để lập ma trận chuyển dịch diện tích giữa hai mốc thời gian 2001 và 2011, sau đó ứng dụng mô hình chuỗi Markov để ngoại suy cấu trúc đất đai đến năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân loại ảnh SPOT đa thời gian và phân tích không gian đã xác định rõ nét xu hướng chuyển dịch mạnh mẽ của các loại hình sử dụng đất trên địa bàn huyện Thường Tín giai đoạn 2001 – 2011:

• Diện tích đất nông nghiệp suy giảm mạnh: Diện tích đất trồng lúa ghi nhận mức chuyển dịch giảm 6,26 km² (tương đương 626 ha), trong khi đất trồng cây hàng năm khác chuyển đổi mục đích sử dụng lên tới 3,42 km² (342 ha). Phần lớn diện tích này tập trung ở các xã ven trục giao thông huyết mạch.
• Đất phi nông nghiệp tăng trưởng vượt bậc: Diện tích đất ở nông thôn và đô thị tăng thêm 3,94 km² (394 ha), tương ứng mức tăng trưởng hơn 18% so với năm 2001. Diện tích đất khu - cụm công nghiệp tăng mạnh 2,75 km² (275 ha), chủ yếu do việc hình thành và mở rộng các cụm công nghiệp như Hà Bình Phương, Duyên Thái, Quất Động.
• Biến động diện tích mặt nước và đất chưa sử dụng: Diện tích mặt nước chuyên dùng, sông hồ và ao nuôi trồng thủy sản có sự chuyển dịch 1,85 km² (185 ha), phần lớn bị thu hẹp do san lấp phục vụ phát triển hạ tầng và mở rộng khu dân cư.
• Dự báo cấu trúc sử dụng đất năm 2015: Ứng dụng mô hình chuỗi Markov cho thấy đến năm 2015, diện tích đất công nghiệp và đất ở dự kiến tăng thêm lần lượt khoảng 12% và 8% so với mốc năm 2011, phản ánh tốc độ đô thị hóa tiếp tục duy trì ở mức cao.

Thảo luận kết quả

Các kết quả phân tích cho thấy động lực chính dẫn đến sự biến động đất đai tại Thường Tín bắt nguồn từ chính sách mở rộng Thủ đô Hà Nội năm 2008 và sự phát triển mạnh mẽ của trục hành lang kinh tế dọc tuyến Quốc lộ 1A và đường cao tốc Pháp Vân – Cầu Giẽ. Việc chuyển đổi hơn 9,68 km² đất nông nghiệp (bao gồm lúa và cây hàng năm) sang đất phi nông nghiệp trong 10 năm phản ánh đúng quy luật dịch chuyển cơ cấu kinh tế từ nông nghiệp sang công nghiệp – dịch vụ.

Dữ liệu nghiên cứu được trực quan hóa sinh động thông qua hệ thống bản đồ biến động tỷ lệ 1/25.000, kết hợp với các biểu đồ cơ cấu chuyển dịch diện tích (tính bằng km² và ha) và bảng ma trận chuyển đổi trạng thái giữa các thời kỳ. So sánh với các nghiên cứu cùng giai đoạn tại khu vực đồng bằng sông Hồng, tốc độ suy giảm đất lúa tại Thường Tín diễn ra nhanh hơn mức trung bình toàn vùng khoảng 1,4 lần. Điều này đặt ra yêu cầu cấp bách phải cân đối giữa phát triển công nghiệp và bảo vệ an ninh lương thực, cũng như bảo tồn hệ thống tiêu thoát nước tự nhiên khi 1,85 km² diện tích mặt nước đã bị tác động san lấp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả quản lý nhà nước về đất đai và bảo đảm phát triển bền vững cho huyện Thường Tín, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

1. Thiết lập ranh giới bảo vệ nghiêm ngặt quỹ đất lúa chất lượng cao: Ủy ban nhân dân huyện Thường Tín và Sở Tài nguyên Môi trường Hà Nội cần tiến hành cắm mốc ranh giới bảo tồn tối thiểu 5.500 ha đất canh tác lúa năng suất cao đến năm 2020, hạn chế tối đa việc chuyển đổi đất nông nghiệp màu mỡ sang mục đích công nghiệp tự phát.
2. Tăng tỷ lệ lấp đầy tại các cụm công nghiệp tập trung: Ban Quản lý các Khu công nghiệp và Chế xuất Hà Nội cùng chính quyền địa phương cần ưu tiên thu hút đầu tư để nâng tỷ lệ lấp đầy tại Cụm công nghiệp Hà Bình Phương và Quất Động đạt trên 90% trước năm 2018, kiên quyết thu hồi các dự án chậm triển khai nhằm tránh lãng phí 2,75 km² đất công nghiệp đã chuyển đổi.
3. Chuẩn hóa chu kỳ giám sát biến động đất đai bằng công nghệ viễn thám: Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Thường Tín cần ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp GIS để cập nhật dữ liệu hiện trạng định kỳ 2 năm một lần (giai đoạn 2015 – 2020) với chỉ tiêu độ chính xác phân loại đạt trên 85%, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào chu kỳ kiểm kê truyền thống 5 năm.
4. Phục hồi và bảo vệ hệ thống tiêu thoát nước tự nhiên: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chủ trì rà soát lại toàn bộ 1,85 km² diện tích mặt nước bị biến động, nghiêm cấm các hành vi lấn chiếm hành lang thoát lũ sông Hồng và hệ thống kênh mương tưới tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp trên địa bàn huyện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho nhiều nhóm chuyên môn:

• Cán bộ quản lý tài nguyên và quy hoạch địa phương: Vận dụng quy trình công nghệ 6 bước để xây dựng bản đồ hiện trạng và kiểm kê biến động đất đai cấp huyện/xã một cách nhanh chóng, chính xác và tiết kiệm ngân sách.
• Kỹ sư, chuyên viên phân tích Viễn thám và GIS: Tham khảo phương pháp xây dựng khóa giải đoán mẫu phổ thực địa trên ảnh SPOT 5 độ phân giải 2,5m – 10m và quy trình xử lý ảnh đa phổ theo thuật toán xác suất cực đại.
• Các nhà hoạch định chính sách kinh tế - xã hội: Sử dụng số liệu biến động thực tế và kết quả dự báo chuỗi Markov làm căn cứ xây dựng kế hoạch phân bổ chỉ tiêu đất đai giai đoạn 2015 – 2020.
• Học viên cao học, sinh viên ngành Địa lý, Trắc địa - Bản đồ, Quản lý đất đai: Khai thác luận văn như một công trình mẫu mực về phương pháp luận kết hợp xử lý ảnh vệ tinh quang học và mô hình hóa không gian phục vụ nghiên cứu môi trường, đô thị.

Câu hỏi thường gặp

Ảnh vệ tinh SPOT 5 có ưu điểm gì vượt trội trong nghiên cứu biến động đất đai cấp huyện? Ảnh SPOT 5 sở hữu độ phân giải không gian cao lên tới 2,5m ở kênh toàn sắc và 10m ở kênh đa phổ, kết hợp dải phủ rộng 60x60 km. Đặc tính này cho phép nhận dạng rõ nét các thửa ruộng, mạng lưới giao thông, khu dân cư và nhà xưởng công nghiệp tại Thường Tín mà các tư liệu độ phân giải trung bình (như Landsat 30m) khó có thể bóc tách chi tiết.

Tại sao phương pháp phân loại có kiểm định Maximum Likelihood lại được ưu tiên sử dụng? Thuật toán Maximum Likelihood đánh giá xác suất một pixel thuộc về một lớp đối tượng dựa trên phân bố chuẩn của các vùng mẫu huấn luyện. Phương pháp này có độ chính xác cao nhất đối với ảnh đa phổ khi người nghiên cứu có hiểu biết thực địa tốt, giúp phân biệt rõ ràng 5 nhóm lớp phủ chính tại huyện Thường Tín và kiểm soát sai số nhầm lẫn giữa các đối tượng.

Mô hình chuỗi Markov hỗ trợ công tác dự báo sử dụng đất như thế nào? Chuỗi Markov tính toán ma trận xác suất chuyển đổi giữa các trạng thái sử dụng đất dựa trên số liệu biến động giai đoạn 2001 – 2011. Mô hình giả định tốc độ phát triển giữ nguyên quy luật để ước tính quy mô diện tích của từng loại đất đến năm 2015, cung cấp cơ sở định lượng khách quan cho các nhà quy hoạch.

Việc phân loại đất trong nghiên cứu tuân thủ theo căn cứ pháp lý nào? Nghiên cứu áp dụng quy định phân loại đất của Luật Đất đai năm 2003, chia quỹ đất thành 3 nhóm lớn: đất nông nghiệp (đất lúa, cây hàng năm khác), đất phi nông nghiệp (đất ở, đất công nghiệp, đất trụ sở, đất mặt nước) và đất chưa sử dụng, đảm bảo tính pháp lý và tính tương thích với hệ thống dữ liệu kiểm kê quốc gia.

Yếu tố nào gây khó khăn nhất trong quá trình giải đoán ảnh quang học tại vùng nghiên cứu? Trở ngại lớn nhất là sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (mây, sương mù) và thời điểm chụp ảnh theo mùa vụ canh tác. Đất trồng lúa sau thu hoạch có phổ phản xạ tương tự đất trống, đòi hỏi người nghiên cứu phải kết hợp chỉ số thực vật, ảnh đa thời gian và 120 điểm kiểm tra thực địa để hiệu chỉnh kết quả giải đoán.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình công nghệ tích hợp ảnh viễn thám độ phân giải cao SPOT và công nghệ GIS trong giám sát biến động sử dụng đất cấp huyện.
• Làm rõ bức tranh chuyển dịch đất đai huyện Thường Tín giai đoạn 2001 – 2011 với sự suy giảm 6,26 km² đất lúa và sự gia tăng mạnh mẽ của 3,94 km² đất ở cùng 2,75 km² đất công nghiệp.
• Ứng dụng hiệu quả mô hình chuỗi Markov để đưa ra dự báo tin cậy về cấu trúc sử dụng đất năm 2015, phục vụ đắc lực cho công tác quy hoạch đô thị và công nghiệp hóa.
• Cung cấp hệ thống cơ sở dữ liệu số và bản đồ biến động chuyên đề tỷ lệ 1/25.000 đạt tiêu chuẩn kỹ thuật phục vụ kiểm kê đất đai địa phương.
• Định hướng lộ trình nghiên cứu tiếp theo giai đoạn 2015 – 2020: Tích hợp dữ liệu viễn thám Radar (SAR) và ảnh viễn thám siêu cao phân giải từ thiết bị bay không người lái (UAV) nhằm tự động hóa quy trình giám sát tài nguyên đất đai theo thời gian thực.

Quý cơ quan, nhà nghiên cứu và độc giả quan tâm có thể khai thác chi tiết quy trình công nghệ và hệ thống dữ liệu mẫu của luận văn để áp dụng vào thực tiễn quản lý địa phương!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về cơ sở của công nghệ viễn thám Chương 2: Khả năng giải đoán ảnh vệ tinh SPOT đối với việc nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất huyện Thường Tín Chương 3: Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng ảnh vệ tinh SPOT thành lập bản đồ biến động các loại hình sử dụng đất khu vực huyện Thường Tín giai đoạn 2000 – 2011 và dự báo biến động tới năm 2015 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM 1. Những khái niệm cơ bản về công nghệ viễn thám 1. Khái niệm về hệ thống ghi nhận thông tin viễn thám Năng lượng điện từ của ảnh sáng sau khi truyền qua các cửa sổ khí quyển tương tác với các đối tượng trên bề mặt trái đất và phản xạ lại để các thiết bị thu của viễn thám có thể ghi nhận các tín hiệu đó. Trên cơ sở các tín hiệu đó có thể tách chiết các thông tin về đối tượng.

Quá trình đó được thể hiện bằng các công đoạn chính: phát hiện, ghi, phân tích các tín hiệu.  Phát hiện: việc phát hiện các thông tin là bước rất quan trọng. Phát hiện về dải sóng, về cường độ và tính chất khác của nguồn năng lượng điện từ  Ghi tín hiệu: các tín hiệu phát hiện được có thể ghi dưới dạng hình ảnh hoặc các tín hiệu điện từ. Khi xử lý các tín hiệu dạng hình ảnh, một số kiểu phim ảnh có phủ các lớp nhạy cảm ánh sáng để phát hiện sự khác nhau của nguồn năng lượng điện từ tạo nên hình ảnh không gian, không đắt và cung cấp nhiều chi tiết trong không gian và có thể hiệu chỉnh hình học dễ dàng.

Năng lượng điện từ có thể được ghi dưới dạng các tín hiệu, biểu đồ phổ hoặc dưới hình ảnh số giống như hình ảnh nền của mành hình máy tính, tài liệu số thường có giá đắt hơn tư liệu ảnh, song lại có nhiều ưu điểm về độ phân giải phổ, khả năng truyền thông tin. Các tín hiệu điện từ có thể ghi nhận ở dạng phim, băng từ hoặc đĩa từ và có thể hiện thị dễ dàng.  Phân tích các tín hiệu phổ: có thể thực hiện được bằng hai phương thức: phân tích bằng mắt và xử lý số bằng máy tính Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh. Đây là công việc đã rất phổ biến trong viễn thám, phân tích ảnh bằng mắt có sự kết hợp rất nhuần nhuyễn các kiến thức chuyên môn của người phân tích để từ đó khai thác được các thông tin tồn tại trong tư liệu ảnh.

Kết quả giải đoán phụ thuộc rất nhiều 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] vào khả năng của người phân tích. Tất nhiên, hạn chế của giải đoán bằng mắt là không phân biệt được hết các đặc tính phổ của đối tượng, nguyên nhân là do khả năng phân biệt sự khác biệt về phổ của mắt người hạn chế (tối đa 12 – 14 mức). Xử lý số là phương pháp xử lý phân tích tư liệu phổ dưới dạng hình ảnh số chứ không phải dạng ảnh tương tự (analoge hay pictorial). Ưu thế của phương pháp xử lý số là có thể phân tích các tín hiệu phổ một cách chi tiết (256 mức hoặc hơn).

Với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng, có thể tách chiết rất nhiều thông tin phổ của đối tượng, từ đó có thể nhận biết các đối tượng một cách tự động. Tất nhiên quá trình xử lý số cần có sự kết hợp nhuần nhuyễn với kiến thức chuyên môn của người phân tích hoặc người lập các chương trình tính toán 1. Cơ sở phương pháp viễn thám Viễn thám được định nghĩa là sự thu nhận thông tin về đối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp đến vật thể. Công nghệ viễn thám phát triển dựa trên những thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật cũng như công nghệ vũ trụ, công nghệ tin học … Với mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất và khách quan nhất Hình 1.1: Hệ thống vệ tinh giám sát tài nguyên và môi trƣờng trái đất Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ viễn thám phát triển mạnh bởi những cải tiến về vệ tinh chụp ảnh, thiết bị chụp ảnh và các phương pháp chụp Những thông tin thu thập được từ công nghệ viễn thám được sử dụng vào rất nhiều mục đích như:  Nghiên cứu về biến đổi khí hậu  Nghiên cứu về biến động tầng ôzôn 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail]  Dự báo thời tiết  Ứng dụng trong nông nghiệp và lâm nghiệp  Điều tra tài nguyên thiên nhiên  Theo dõi giảm nhẹ thiên tai  Ứng dụng trong quản lý đới bờ  Các ứng dụng trong hải dương học Viễn thám là phương pháp xử lý và phân tích các thông tin của những đối tượng phân bố trên bề mặt Trái Đất và được thu thập từ ba tầng không gian: * Vũ trụ (ngoài khí quyển) * Tầng trung (tầng khí quyển) * Mặt đất nhằm xác định một cách tổng hợp những thuộc tính cơ bản của đối tượng nghiên cứu Hình 1.2: Khái niệm chung về viễn thám Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lý trong tự nhiên là các vật thể (đối tượng) trong những điều kiện khác nhau thì khả năng phản xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng.

Từ đó, nguồn tư liệu viễn thám được hình thành như là kết quả thu nhận năng lượng phản xạ hoặc bức xạ 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] các sóng điện từ của các đối tượng bằng các thiết bị gọi là bộ cảm hoặc bằng các máy chụp ảnh Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể thường là nguồn tư liệu chủ yếu trong viễn thám. Các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua các năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể. Viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hay các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ. Bức xạ điện từ Bức xạ điện từ có 4 thông số cơ bản: tần số, hướng lan truyền, biên độ và mặt phẳng phân cực.

Các thông số này có thể sử dụng trong việc khai thác thông tin ảnh. Ví dụ: tần số có thể được ding để xác định vận tốc chuyển động của vật thể dựa trên hiệu ứng Doppler, hướng lan truyền được sử dụng để phát hiện các cấu trúc của đối tượng. Biên độ thể hiện mức độ sáng tối của vật thể và được sử dụng như những phần tử giải đoán ảnh cơ bản, mặt phân cực được sử dụng để xác định hình dạng của vật thể - ánh sáng phản xạ trên các bề mặt tương tự nhau sẽ cho các chùm tia có mặt phẳng phân cực giống nhau. Do ảnh hưởng của các vật chất có trong khí quyển như hơi nước, khí CO 2 … mà độ truyền dẫn của khí quyển bị giảm thiểu ở nhiều bước sóng.

Tại những vùng đó, bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được bức xạ từ bề mặt Trái Đất – đồng nghĩa với việc bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được thông tin. Ở những vùng còn lại trong dải sóng điện từ được sử dụng trong viễn thám, bức xạ sẽ đạt tới bộ cảm. Những vùng bước sóng đó được gọi là cửa sổ khí quyển, chỉ trong các vùng bước sóng này mà người ta mới thiết kế các băng phổ cho bộ cảm. Năng lượng sóng điện từ khi qua môi trường khí quyển sẽ bị các phân tử khí hấp thụ ở nhiều mức độ khác nhau tùy thuộc vào bước sóng cụ thể.

Các bước sóng ngắn hơn 0,3 m hầu hết bị hấp thụ bởi tầng ôzôn, vùng ánh sáng khả kiến ít bị hấp thụ bởi khí quyển. Bức xạ nhiệt của trái đất có năng lượng cao nhất tại bước sóng 10 m trong vùng cửa sổ khí quyển và sóng vô tuyến cao tần lớn hơn 1 mm cũng ít bị hấp thụ bởi khí quyển. Do đó thông tin ảnh viễn thám thu nhận được thường dựa vào sự đo lường năng lượng 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phản xạ, phản xạ sóng điện từ trong vùng khả kiến và hồng ngoại nhiệt (ảnh quang học), vùng sóng siêu cao tần (rada). Trong viễn thám người ta thường chú ý đến khả năng lan truyền sóng điện từ trong khí quyển.

Vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển sẽ có những tác động mạnh đến thông tin được bộ cảm thu nhận. Khí quyển có sự tương tác khác nhau với bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau. Trong quá trình lan truyền nguồn năng lượng mặt trời xuống mặt đất và quá trình lan truyền nguồn năng lượng mặt trời xuống mặt đất và quá trình lan truyền sóng điện từ luôn bị hấp thu, tán xạ, khác xạ bởi Oxy, Nitơ, Cacbonic, Ozon và hơi nước có trong khí quyển trước khi đi đến bộ cảm biến. Để thấy được cơ chế tương tác giữa khí quyển và sóng điện từ ta xem bảng dưới đây: Bảng 1.1: Cơ chế tƣơng tác giữa khí quyển và sóng điện từ Dải phổ điện từ Bƣớc sóng Đặc điểm Hấp thụ mạnh bởi khí quyển ở tầng cao, Tia cực tím 0,3 – 0,4 m không thể thu nhận năng lượng do dải sóng này cung cấp Rất ít bị hấp thụ bởi Oxy, nước, năng lượng phản xạ cực đại với bước sóng 0,5 Khả kiến 0,4 – 0,76 m m trong khí quyển.

Năng lượng do dải sóng này cung cấp giữ vai trò quan trọng trong viễn thám 0,77 – 1,34 m Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước sóng hồng ngoại gần từ 0,77 – 0,9 Hồng ngoại trung m. Sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại bình theo dõi sự biến đổi thực vật từ 1,55 – 2,4 1,55 – 2,4 m m Một số vùng bị hấp thụ mạnh bởi hơi Hồng ngoại nhiệt 3 – 22 m nước, dải sóng này giữ vai trò quan trọng trong phát hiện cháy rừng, hoạt động của 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Bức xạ nhiệt của trái đất có năng lượng cao nhất tại bước sóng 10 m Khí quyển không hấp thụ năng lượng bước sóng lớn hơn 2 cm, cho phép thu Vô tuyến Rada 1 mm – 100 cm nhận năng lượng cả ngày lẫn đêm, không ảnh hưởng bởi mây, sương mù hay mưa Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ.