Luận văn Ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2004-2009 trên địa bàn huyện Buôn Đôn, tỉnh Đắk Lắk

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -------------------o0o------------------ ®ç tiÕn thuÊn ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT GIAI ĐOẠN 2004-2009 TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BUÔN ĐÔN, TỈNH ĐẮK LẮK LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -------------------o0o------------------ ®ç tiÕn thuÊn ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT GIAI ĐOẠN 2004-2009 TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BUÔN ĐÔN, TỈNH ĐẮK LẮK LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Mã số : 60.62.16 Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NguyÔn kh¾c Thêi HÀ NỘI - 2010 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2010 Tác giả luận văn Đỗ Tiến Thuấn ii LỜI CẢM ƠN §Ó hoµn thµnh ®−îc b¶n luËn v¨n nµy, t«i ®· nhËn ®−îc sù gióp ®ì tËn t×nh cña PGS.TS. NguyÔn Kh¾c Thêi – Phã chñ nhiÖm khoa Tµi nguyªn vµ M«i tr−êng, sù quan t©m t¹o ®iÒu kiÖn cña Phßng Tµi nguyªn vµ M«i tr−êng huyÖn Bu«n §«n, ViÖn ®µo t¹o sau ®¹i häc, Ban chñ nhiÖm Khoa Tµi nguyªn vµ M«i tr−êng, tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp Hµ Néi ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i häc tËp vµ gióp ®ì t«i trong suèt thêi gian thùc hiÖn ®Ò tµi. T«i xin göi tíi gia ®×nh, b¹n bÌ, nh÷ng ng−êi th©n vµ ®ång nghiÖp n¬i t«i ®ang c«ng t¸c ®· gióp ®ì, ®éng viªn t«i trong suèt qu¸ tr×nh häc tËp vµ thùc hiÖn ®Ò tµi. Tù ®¸y lßng m×nh, t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù gióp ®ì tËn t×nh vµ quý b¸u ®ã! Hµ Néi, ngµy 12 th¸ng 12 n¨m 2010 T¸c gi¶ §ç TiÕn ThuÊn iii MỤC LỤC Trang PHẦN 1. MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................... 1 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ............................................................................... 2 1.3 YÊU CẦU .......................................................................................................... 3 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................................................. 3 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ........................................................... 3 PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................................... 4 2.1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM ........................................................................ 4 2.1.1 Khái niệm về viễn thám ................................................................................ 4 2.1.2 Vệ tinh sử dụng trong viễn thám................................................................... 6 2.1.3 Tư liệu sử dụng trong viễn thám ................................................................... 8 2.1.4 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên ...................................... 9 2.1.5 Giải đoán ảnh viễn thám ............................................................................ 13 2.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ..................................... 17 2.2.1 Định nghĩa về hệ thống thông tin địa lý...................................................... 17 2.2.2 Các thành phần chính của hệ thống thông tin địa lý .................................. 18 2.2.3 Ứng dụng của GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ................ 19 2.3 TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS .................................................... 20 2.3.1 Khái niệm .................................................................................................. 20 2.3.2 Tại sao phải tích hợp ................................................................................. 20 2.3.3 Khả năng ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS .............. 24 2.3.4 Một số ứng dụng của viễn thám và GIS ở Việt Nam ................................... 25 2.4 KHÁI QUÁT VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT .............................. 26 2.4.1 Bản đồ biến động sử dụng đất và các phương pháp thành lập.................... 26 2.4.2 Tình hình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất ..................................... 37 2.4.3 Tình hình sử dụng đất Việt Nam trong những năm gần đây ........................ 41 PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 42 3.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU .................................................. 42 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 42 3.1.2 Địa điểm nghiên cứu .................................................................................. 42 3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................ 42 3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................... 42 3.3.1 Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu, số liệu ........................... 42 3.2.2 Phương pháp xây dựng bản đồ từ ảnh viễn thám ....................................... 43 3.2.3 Phương pháp chồng ghép bản đồ ............................................................... 43 PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 44 4.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ-Xà HỘI ................................................... 44 4.1.1 Điều kiện tự nhiên ...................................................................................... 44 4.1.2 Thực trạng phát triển kinh tế-xã hội ........................................................... 49 4.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................ 51 iv 4.2.1 Hiện trạng sử dụng đất .............................................................................. 51 4.2.2 Biến động sử dụng đất giai đoạn 2004-2009 .............................................. 53 4.3 GIẢI ĐOÁN ẢNH VỆ TINH, THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT NĂM 2004 VÀ NĂM 2009 ................................................................ 55 4.3.1 Thu thập tư liệu .......................................................................................... 56 4.3.2 Nhập ảnh ................................................................................................... 57 4.3.3 Tăng cường chất lượng ảnh ....................................................................... 57 4.3.4 Nắn chỉnh tư liệu ảnh, cắt ảnh ................................................................... 57 4.3.5 Phân loại ảnh ............................................................................................ 63 4.3.6 Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2004 và 2009 ..................... 74 4.4 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT GIAI ĐOẠN 2004-2009 ........ 78 4.5 NHẬN XÉT VỀ KẾT QUẢ .............................................................................. 81 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 83 5.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 83 5.2 KIẾN NGHỊ ..................................................................................................... 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 85 v DANH MỤC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1 Kênh phổ của MSS ......................................................................................................... 6 Bảng 2.2 Kênh phổ của TM ............................................................................................................ 6 Bảng 2.3. Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT-3 ........................................................................... 7 Bảng 2.4 Biến động sử dụng đất Việt Nam giai đoạn 2005-2007 ............................................... 41 Bảng 4.1 Tổng GTSX và cơ cấu kinh tế thời kỳ 2000-2009 huyện Buôn Đôn .......................... 49 Bảng 4.2 Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp huyện Buôn Đôn ................................................ 52 Bảng 4.3 Hiện trạng sử dụng đất phi nông nghiệp huyện Buôn Đôn .......................................... 53 Bảng 4.4 Biến động sử dụng đất giai đoạn 2004-2009 huyện Buôn Đôn ................................... 54 Bảng 4.5 Mô tả các loại đất ........................................................................................................... 64 Bảng 4.6 Mẫu giải đoán ảnh vệ tinh ............................................................................................. 65 Bảng 4.7 Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2004 ......................................................................... 70 Bảng 4.8 Bảng đánh giá độ chính xác phân loại ảnh năm 2004 .................................................. 70 Bảng 4.9 Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2009 ......................................................................... 71 Bảng 4.10 Bảng đánh giá kết quả phân loại năm 2009 ................................................................ 71 Bảng 4.11 Thống kê diện tích đất giải đoán năm 2004 ................................................................ 76 Bảng 4.12 Thống kê diện tích đất giải đoán năm 2009 ................................................................ 76 Bảng 4.13 So sánh giữa diện tích giải đoán và thống kê năm 2009 ............................................ 77 Bảng 4.14 Biến động sử dụng đất giai đoạn 2004-2009 huyện Buôn Đôn ................................ 79 Bảng 4.15 Diện tích biến động từng loại đất giai đoạn 2004 - 2009 ........................................... 79 Bảng 4.16 So sánh sự thay đổi diện tích các loại đất từ 2004-2009 ............................................ 80 vi DANH MỤC HÌNH Tên hình Trang Hình 2.1 Các kênh sử dụng trong viễn thám .................................................................................. 5 Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám ............................................................... 5 Hình 2.3 Đặc điểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT............................................................ 9 Hình 2.4 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước ......................................................................... 11 Hình 2.5 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng .......................................................................... 12 Hình 2.6 Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau ....................... 18 Hình 2.7 Các thành phần chính của GIS ..................................................................................... 18 Hình 2.8 Vai trò của viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật .............................................. 21 Hình 2.9 Độ chính xác của ảnh vệ tinh và yêu cầu cập nhật dữ liệu .......................................... 22 Hình 2.10 Vai trò của GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết định .................................. 23 Hình 2.11 Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng phương pháp ..................................... 29 Hình 2.12 Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng phương pháp ..................................... 29 phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian ............................................................................................... 29 Hình 2.13 Vector thay đổi phổ ...................................................................................................... 30 Hình 2.14 Thuật toán phân tích thay đổi phổ ............................................................................... 31 Hình 2.15 Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng phương pháp ..................................... 34 Hình 2.16 Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng phương pháp ..................................... 35 Hình 4.1 Sơ đồ vị trí huyện Buôn Đôn ......................................................................................... 44 Hình 4.2 Trình tự giải đoán ảnh vệ tinh, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ biến động sử dụng đất ............................................................................................................................ 55 Hình 4.3 Ảnh SPOT5 của huyện Buôn Đôn năm 2004 .............................................................. 56 Hình 4.4 Ảnh SPOT5 của huyện Buôn Đôn năm 2009 .............................................................. 56 Hình 4.5 Thực hiện nắn ảnh theo các điểm GPS trên ENVI ....................................................... 59 Hình 4.6 Lựa chọn thông số để nắn ảnh trên ENVI ..................................................................... 59 Hình 4.7 Bảng nhập toạ độ các điểm khống chế để nắn ảnh ....................................................... 59 Hình 4.8 Tọa độ và sai số của điểm khống chế nắn ảnh năm 2004 ............................................. 60 Hình 4.9 Lựa chọn phương pháp tái chia mẫu ............................................................................. 60 Hình 4.10 Toạ độ và sai số các điểm khống chế để nắn ảnh 2009 .............................................. 61 Hình 4.11 Ảnh 2004 đã được cắt theo ranh giới huyện Buôn Đôn ............................................. 62 Hình 4.12 Ảnh 2009 đã được cắt theo ranh giới huyện Buôn Đôn ............................................. 62 Hình 4.13 Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất năm 2004 ...................................................... 66 Hình 4.14 Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất năm 2009 ...................................................... 66 vii Hình 4.15 Sự khác biệt giữa các mẫu giải đoán ảnh 2004 ......................................................... 67 Hình 4.16 Sự khác biệt giữa các mẫu giải đoán ảnh 2009 ......................................................... 67 Hình 4.17 Kết quả phân loại ảnh 2004 đã được lọc nhiễu ........................................................... 68 Hình 4.18 Kết quả phân loại ảnh 2009 đã được lọc nhiễu ........................................................... 68 Hình 4.19 Kết quả phân loại ảnh 2004 được xuất sang dạng Vector ......................................... 73 Hình 4.20 Kết quả phân loại ảnh 2009 được xuất sang dạng Vector ......................................... 73 Hình 4.21 Sơ đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2004 thành lập trên ArcView .............................. 74 Hình 4.22 Sơ đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2009 thành lập trên ArcView .............................. 75 Hình 4.23 Sơ đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2004-2009 được thành lập trên ArcView ...78 Hình 4.24 Sự biến động các loại đất giai đoạn 2004 -2009 ......................................................... 81 1 PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Đất đai là tư liệu sản xuất đặc biệt, không thể thay thế trong nông nghiệp, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh và quốc phòng. Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước của Đảng và Nhà nước ta trong những năm qua đã đưa nền kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân đã và đang từng bước được cải thiện, hạ tầng xã hội cũng như hạ tầng kỹ thuật được thay đổi tạo ra bộ mặt mới cho đất nước và thu hẹp dần khoảng cách đối với các nước phát triển. Song hành với sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa là sự gia tăng mạnh của nhu cầu sử dụng đất, đặc biệt là đất phi nông nghiệp trong khi quỹ đất lại có hạn. Điều này làm cho diện tích đất nông nghiệp liên tục giảm xuống do vậy cần phải quản lý chặt chẽ toàn bộ quỹ đất, đảm bảo đất đai được sử dụng tiết kiệm, hiệu quả và bền vững. Để quản lý chặt chẽ quỹ đất đang ngày càng hạn chế này ngoài việc nắm chắc được các số liệu biến động về đất đai giữa các thời kỳ thông qua số liệu thống kê, kiểm kê đất đai thì việc xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất cũng rất cần thiết. Bản đồ biến động sử dụng đất có thể được thành lập từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất hiện có song bản đồ hiện trạng sử dụng đất chỉ được thành lập 5 năm một lần vào năm kiểm kê đất đai nên khó có thể thành lập được bản đồ biến động sử dụng đất cho một giai đoạn bất kỳ, thêm vào đó chất lượng của bản đồ hiện trạng sử dụng đất được thành lập trong các kỳ kiểm kê đất đai hiện nay là chưa cao. Hiện nay ảnh vệ tinh đang được sử dụng khá rộng rãi ở nước ta trong các nghiên cứu tài nguyên-môi trường. Ảnh vệ tinh là nguồn thông tin có tính thời sự rất cao và nếu có ảnh vệ tinh ở các thời điểm khác nhau thì chúng ta còn có thể thành lập được bản đồ biến động sử dụng đất và xác định một cách khách quan được tình hình biến động sử dụng đất cho bất cứ giai đoạn nào. Nhưng việc nghiên cứu biến động sử dụng đất cũng như thành lập bản đồ biến động sử dụng đất thông qua ảnh vệ tinh còn đặt ra một số vấn đề: 2 - Mức độ chi tiết của việc thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ ảnh vệ tinh? - Nếu chỉ sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với điều tra thực địa mà không kết hợp với Hệ thống thông tin địa lý (GIS) thì có thể thành lập được bản đồ biến động sử dụng đất không? - Qui trình công nghệ lập nào là tối ưu cho việc lập bản đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu viễn thám?... Huyện Buôn Đôn cách thành phố Buôn Ma Thuột 27 km về phía Tây Bắc, là huyện có diện tích đất lâm nghiệp có rừng lớn nhất tỉnh Đắk Lắk. Trong một vài năm gần đây đất đai trên địa bàn huyện Buôn Đôn có sự biến động rất mạnh, đất sản xuất nông nghiệp, đất ở, đất chuyên dùng tăng nhanh trong khi rừng bị tàn phá mạnh. Song trên số liệu thống kê thì đất đai không có sự biến động đáng kể. Do vậy cần thiết phải xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất trên địa bàn huyện để có cái nhìn đúng đắn về sự biến động này từ đó có các biện pháp kiên quyết giữ diện tích rừng còn sót lại của huyện Buôn Đôn nói riêng, của tỉnh Đắk Lắk nói chung. Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2004-2009 trên địa bàn huyện Buôn Đôn, tỉnh Đắk Lắk”. 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Thành lập được bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2004 và năm 2009 bằng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS; - Xây dựng được bản đồ biến động đồng thời xác định được số liệu biến động sử dụng đất giai đoạn 2004-2009 ở huyện Buôn Đôn trên cở sở bản đồ hiện trạng sử dụng đất xây dựng được; - Giúp các cơ quan có liên quan ở huyện Buôn Đôn có cái nhìn xác thực nhất về biến động sử dụng đất trên địa bàn Huyện từ đó đưa ra các chính sách thích hợp về sử dụng đất ở huyện Buôn Đôn. 3 1.3 YÊU CẦU - Nắm vững công nghệ giải đoán ảnh viễn thám, tích hợp tư liệu viễn thám và GIS; - Nắm được tình hình sử dụng và biến động đất đai trên địa bàn Huyện giai đoạn 2004-2009; - Diễn giải được sự biến động sử dụng đất trên địa bàn huyện; - Các số liệu điều tra phải được thu thập chính xác, đầy đủ và phải phản ánh được một cách trung thực, khách quan. 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu toàn bộ quỹ đất trên địa bàn huyện Buôn Đôn bằng ảnh vệ tinh SPOT 5 ở hai thời điểm năm 2004 và 2009. 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Kết quả nghiên cứu góp phần khẳng tính ưu việt của phương pháp tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong công tác thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất; thành lập bản đồ biến động sử dụng đất. Đánh giá biến động một cách nhanh chóng, thuận tiện nhưng vẫn đảm bảo độ chín