Bản đồ lớp phủ mặt đất là sự biểu thị khái quát, thu nhỏ tất cả các thành phần vật chất tự nhiên và nhân tạo bao phủ trên bề mặt trái đất bao gồm các yếu tố thực vật (mọc tự nhiên hoặc được trồng), các công trình kinh tế xã hội được xây dựng của con người, thổ nhưỡng, nước, dải đất cát…trên mặt phẳng trong một phép chiếu xác định.
Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá, trên 39 triệu ha đất tự nhiên trong đó diện tích đất sử dụng vào các mục đích kinh tế - xã hội, là môi trường sống của con người và sinh vật Nằm trong vùng nhiệt đới ẩm nên Việt Nam có nguồn nước mặt phong phú, mạng lưới sông ngòi dầy đặc, hệ động thực vật đa dạng nhiều loại động/thực vật quý hiếm được ghi vào danh sách bảo tồn Đặc điểm địa hỡnh Việt Nam cú hơn ắ diện tớch là đồi nỳi và rừng che phủ hơn 30%, rừng Việt Nam là kho tài nguyên quý báu, là bộ phận quan trọng của môi trường sinh thái.
Là một nước đang trong kì hội nhập và phát triển, quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ ở Việt Nam Những năm gần đây, dân số Việt Nam tăng một cách nhanh chóng, đồng thời sự phát triển kinh tế góp phần đẩy mạnh lĩnh vực kinh tế - xã hội, an ninh quốc phòng Các yếu tố trên (bao gồm yếu tố tự nhiên và nhân tạo) đã tạo nên bề mặt lớp phủ da dạng, phong phú ở Việt Nam
Theo thời gian lớp phủ mặt đất biến động không ngừng cùng với sự phát triển của xã hội Đây là nguồn tài nguyên đặc biệt có thể khai thác sử dụng nhưng không thể tăng thêm về mặt số lượng Do đó việc theo dõi, nghiên cứu, quản lý và sử dụng các loại tài nguyên này một cách hiệu quả và hợp lý là một vấn đề quan trọng.
Ngày nay khoa học công nghệ và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật giúp con người quản lý tốt hơn các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong đó có kỹ thuật viễn thám Công nghệ viễn thám đang được sử dụng để theo dõi và đánh giá những biến đổi của bề mặt trái đất, quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường. Nhờ dữ liệu ảnh viễn thám chúng ta có thể xây dựng thành lập bàn đồ lớp phủ mặt đất từ đó tiến hành giải đoán, phân tích, đánh giá biến động của lớp phủ theo thời gian và không gian.
Bản đồ lớp phủ mặt đất là sự biểu thị khái quát, thu nhỏ tất cả các thành phần vật chất tự nhiên và nhân tạo bao phủ trên bề mặt trái đất bao gồm các yếu tố thực vật (mọc tự nhiên hoặc được trồng), các công trình kinh tế - xã hội được xây dựng của con người, thổ nhưỡng, nước, dải đất cát…trên mặt phẳng trong một phép chiếu xác định
Bản đồ lớp phủ là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà hoạch định, quy hoạch có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ qua từng thời kì Do tính chất thay đổi của bề mặt lớp phủ trong quá trình phát triển kinh tế xã hội và đô thị hóa của từng địa phương nên việc xây dựng bản đồ lớp phủ là một việc làm cần thiết. Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách đầy đủ, nhanh chóng và chính xác nhất nên việc áp dụng phương pháp thành lập bản đồ lớp phủ sử dụng tư liệu ảnh
1 viễn thám kết hợp với các công cụ phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành lập bản đồ trở thành phương pháp thành lập bản đồ có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa học cao Ứng dụng công nghệ viễn thám với nhiều loại ảnh vệ tinh khác nhau đã tạo một bước tiến mới trong qua trình thành lập bản đồ.
Bản đồ lớp phủ là bản đồ xác định các đơn vị phân bố trong không gian, được sắp xếp theo một hệ thống nhất định Thành lập bản đồ lớp theo phương pháp thủ công sẽ gặp nhiều khó khăn, do không có đủ điều kiện để tiến hành lấy mẫu phân tích đều khắp vùng. Ảnh vệ tinh với hàm lượng thông tin lớn đang là nguồn dữ liệu phong phú và trực quan giúp cho các nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt đất một cách hiệu quả.
Hiện nay việc áp dụng phương pháp xây dựng thành lập bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám( sử dụng ảnh vệ tinh) là một phương pháp hiện đại, có nhiều ưu thế vượt trội so với các phương pháp truyền thống như tiết kiệm kinh phí, thời gian, sức lao động và đem lại hiệu quả cao Nó trở thành một nhu cầu thiết yếu trong công tác nghiên cứu khoa học, đặc biệt là nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên và địa lý. Trong đó, các loại tài nguyên đất, nước và các vấn đề môi trường là một trong những hướng được quan tâm nhiều Việc xây dựng bản đồ lớp phủ sẽ là cơ sở cho công tác quy hoạch tổng thể kinh tế xã hội của các địa phương đặc biệt Tuy nhiên việc ứng dụng kiến thức đã học của sinh viên ra thực tế còn rất hạn chế.
Vì vậy việc nghiên cứu thành lập bản đồ lớp phủ khu vực thành phố Huế bằng kỹ thuật phân loại giám sát có tính ứng dụng thực tiễn cao.
Mục tiêu của đề tài
- Thành lập bản đồ lớp phủ Thành Phố Huế
- Khảo sát khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh Landsat 8 trong thành lập bản đồ lớp phủ.
- Ứng dụng viễn thám và GIS trong việc thành lập bản đồ lớp phủ.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về thực phủ, viễn thám và GIS.
- Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh, các số liệu thống kê từ đó tiến hành giải đoán thành lập bản đồ lớp phủ.
- Rút ra các kết luận về kết quả đạt được và đánh giá phương pháp thực hiện.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu: Thu thập, tổng hợp các thông tin và tài liệu có liên quan Xử lý logic các tài liệu để định hướng giải quyết các vấn đề đặt ra.
- Phương pháp kế thừa: Tiếp thu và vận dụng các kết quả đã có về cơ sở dữ liệu nền địa lý và các kĩ thuật phân tích.
- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thử nghiệm lấy các số liệu thực tế làm sáng tỏ cơ sở lý thuyết đặt ra.
Cơ sở dữ liệu
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hệ thống thông tin địa lý
1.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – gọi tắt là GIS) được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rộng rãi trong 10 năm trở lại đây GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, cá nhân,… đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập,quản lý, truy vấn, phân tích, tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học(bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào [3].
Có nhiều cách tiếp cần khác nhau khi định nghĩa GIS Nếu xét dưới góc độ hệ thống, thì GIS có thể được hiểu như một hệ thống gôm các thành phần, thì GIS có thể được hiểu như hệ thống gồm các thành phần: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình kiến thức chuyên gia, nơi tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công nghệ thông tin.
Khi xây dựng một hệ thống GIS ta phải quyết định xem GIS sẽ được xây dựng theo mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện nào Chỉ trên cơ sở đó người ta mới quyết định xem GIS định xây dựng sẽ phải đảm đương các chức năng trợ giúp quyết định gì và cũng có thể có các quyết định về nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống cũng như cơ cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển hệ thống GIS Với một xã hội có sự tham gia của người dân và quá trình quản lý thì sự đóng góp tri thức từ phía cộng đồng đang ngày càng trở nên quan trọng và càng ngày càng có vai trò không thể thiếu.
1.2.2 Một số thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý
Công nghệ GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là:
Hình 1.10 Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS
Một cách chi tiết có thể giải thích bao gồm các hợp phần như sau:
Hình 1.11 Các thành phần thiết bị cơ bản của GIS
Thiết bị bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy in (printer), bàn số hóa (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện lưu trữ số liệu (Floppy diskettes, optical catridges, C.D ROM,…) a Bộ xử lý trung tâm (CPU)
Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng nhất của máy vi tính CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu, mà còn điều khiển sắp đặt phần cứng khác mà nó thì cần thiết cho việc quản lý thông tin theo sau thông qua hệ thống Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhì nó có khả năng thực hiện hàng ngàn, hoặc ngay cả hàng triệu thông tin trong một giây (the Cyber 250,máy vi tính siêu hạng) có thể thực hiện 200 triệu thông tin trên giây) b Bộ nhớ trong (RAM)
Tất cả máy tính có một bộ nhớ trong mà chức năng như là “không gian làm việc” cho chương trình và dữ liệu Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) này có khả năng giữ
1 giới hạn số lượng dữ liệu ở một số hạng thời gian (ví dụ, hệ điều hành MS – DOS mẫu có 640Kb ở RAM) Điều này có nghĩa nó sẽ ít có khả năng thực hiện điều hành phức tạp trên bộ dữ liệu lớn trong hệ điều hành. c Bộ sắp xếp và lưu trữ ngoài (diskette, harddisk, CD – ROM)
Băng có từ tính được giữ không những trong cuộn băng lớn (giống trong cuộn băng máy hát đĩa) mà còn trong cuộn băng nhỏ (giống như cuốn băng được dùng trong máy hát nhạc) Thuận lợi của dây băng có từ tính là nó có thể lưu trữ một số lượng lớn dữ liệu (ví dụ toàn bộ landsat MSS đòi hỏi 8MB của khả năng lưu trữ trên một băng).
Sự gia tăng khả năng lưu trữ thực hiện bằng các đĩa có từ tính Các đĩa cứng với khả năng lưu trữ rất lớn (được sử dụng trên PCS phổ biến 20 hoặc30Mb) mà còn ở các đĩa mềm với khả năng giới hạn (2.25 inch, với 360kb hoặc 1.2 Mb hay 3.5inch với 720Kb hoặc 1.4Mb) Đĩa cứng thông thường được sử dụng cho lưu trữ tạm thời mà thông qua quá trình xử lý, sau khi dữ liệu được gán trong đĩa floppy hoặc dây băng có từ tính. d Các bộ phận dung để nhập dữ liệu (INOUT DEVICES)
Digitizer: Bảng số hóa bản đồ bao gồm 1 bảng hoặc bàn viết, mà bản đồ được trải rộng ra, và 1 cursor có ý nghĩa của các đường thẳng và các điểm trên bản đồ được định vị Trong toàn bộ bàn số hóa (digitizer) việc tổ chức được ghi bởi phương pháp của một cột lưới tốt đã gắn vào trong bảng Dây tóc của cursor phát ra do sự đẩy của từ tính điện mà nó được tìm thấy bởi cột lượt sắt và được chuyển giao đến máy vi tính như một cặp tương xứng (mm trên 1 bảng XY hệ thống tương hợp) Hầu như các cursor được vừa vặn với 4 hoặc nhiều nút cho việc chuyển các tín hiệu đặc biệt cho việc điều khiển chương trình, ví dụ để chỉ ra điểm cuối của đường thẳng.
Scaner: Máy ghi scaner sẽ chuyển các thông tin trên bản đồ tương xứng 1 cách tự động dưới dạng hệ thống raster Một cách luân phiên nhau, bản đồ có thể được trải rộng ra trên bàn mà đầu scaning di chuyển trong 1 loạt đường thẳng song song nhau. Các đường quét (Scan) phải được vector hóa trước khi chúng được đưa vào hệ thống cơ sở dữ liệu vector.
-Các bộ phận để in ấn (OUTOUT DEVICES)
Là bộ phận dung để in ấn các thông tin, bản đồ, dưới nhiều kích thước khác nhau tùy theo yêu cầu của người sử dụng, thông thường máy in có khổ từ A3 đến A4 Máy in có thể là máy màu hoặc trắng đen, hoặc là máy in phun mực, Laser, hoặc máy in.
Máy vẽ (plotter): Đối với những yêu cầu cần thiết phải in các bản đồ có kích thước lớn thường máy in không đáp ứng được mà ta phải dung đến mấy plotter Máy vẽ thường có kích thước của khổ A1 hoặc A0.
Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ các định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:
_ Nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích.Đây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý
ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu Ảnh viễn thám Landsat 8 khu vực thành phố Huế
Diện tích lớp phủ bề mặt thành phố Huế.
- Phạm vi không gian: Thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế.
Nội dung nghiên cứu
- Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và tình hình sử dụng đất tại thành phố Huế;
- Xây dựng bản đồ lớp phủ bề mặt thành phố Huế năm 2022;
- Đề xuất định hướng sử dụng đất hợp lý tại thành phố Huế.
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp thu thập số liệu
- Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp:
Các số liệu về điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội, các báo cáo quy hoạch và các công trình nghiên cứu có liên quan đến thành phố Huế.
Thu thập các loại bản đồ có liên quan như bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ ranh giới hành chính.
Thu thập dữ liệu ảnh Landsat 8.
Bảng 2.1 Thông tin các kênh ảnh của Landsat
Kờnh 1 (0.45-0.52 àm, Lam) Đây là dải bước sóng ngắn, ánh sáng có thể xuyên qua mặt nước Băng này được sử dụng để nghiên cứu các vật thể trong nước, các hệ sinh thái ngập nước Sử dụng băng 1 để nghiên cứu dòng phù sa, rạn san hô, độ sâu của nước Vì bước sóng ngắn cho nên Băng 1 hay bị nhiễu, ảnh của băng 1 hay bị nhám, không sắc nét như các băng khác
Chất lượng băng này gần giống như Băng 1, và được chọn để nghiên cứu thảm thực vật vì bước sóng ánh sáng thể hiện mầu xanh gần giống mầu xanh của thảm thực vật.
Dải bước sóng của băng này bị thực vật hấp thụ (Băng này được gọi là băng hấp thụ diệp lục) Băng 3 dùng để phân biệt giữa thực vật và đất Dùng để nghiên cứu về thực vật (rừng tốt, xấu).
Kờnh 4 (0.76-0.90 àm, Cận hồng ngoại)
Băng 4 bị nước hấp thụ vì thế ảnh của băng này mặt nước có mầu đen, thể hiện ánh sáng phản xạ từ mặt nước rất yếu Băng này được sử dụng để phân biệt giữa mặt nước và đất.
Kờnh 5 (1.55-1.75 àm, Hồng ngoại trung)
Băng này rất nhạy cảm với độ ẩm vì thế được sử dụng để nghiên cứu thảm thực vật và độ ẩm đất, băng 5 còn được sử dụng trong nghiên cứu mây mà băng tuyết
Kờnh 6 (10.40-12.50 àm, Hồng ngoại nhiệt) Đây là băng Hồng ngoại nhiệt, được sử dụng để nghiên cứu nhiệt độ mặt đất Những ứng dụng của băng này bao gồm nghiên cứu địa chất, tính toán quá trình hấp thụ nhiệt của thực vật, nghiên cứu sự ảnh hưởng của mây tới nhiệt độ mặt đất.
Sự khác biệt của băng 6 với các băng khác là độ phân giải giảm đi 1 nửa so với các băng khác của Landsat (60m)
Kờnh 7 (2.08-2.35 àm Hồng ngoại xa)
Băng này cũng dùng để nghiên cứu độ ẩm của thảm thực vật giống như Băng 5, nó dùng để nghiên cứu địa chất và thổ nhưỡng
- Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp
Thu thập các điểm mẫu khóa ảnh kèm tọa độ ứng dụng các phần mềm GPS trên điện thoại di động.
2.3.2 Phương pháp xây dựng bản đồ lớp phủ thành phố Huế
Toàn bộ các bước tiến hành nghiên cứu này được tóm tắt trong sơ đồ dưới đây:
Hình 2.1 Quy trình thành lập bản đồ lớp phủ
Xây dựng hệ thống phân loại
Chọn mẫu Tính toán sự khác biệt giữa các mẫu Phân loại Maximum Likelihood
Xử lý sau phân loại
Cắt ghép ảnh theo ranh giới
- Gom nhóm kênh ảnh: Dữ liệu thu nhận được bao gồm các kênh phổ riêng lẻ, không thể sử dụng để tổ hợp màu, phục vụ cho việc giải đoán Do đó phải tiến hành gom nhóm kênh ảnh.
- Cắt ảnh: Do khu vực nghiên cứu chỉ là 1 phần của tờ ảnh nên cần phải tiến hành cắt ảnh Một file chứa ranh giới khu vực huyện Thành phố Huế được sử dụng để cắt khu vực nghiên cứu. Ảnh sau khi được download về trên mạng internet là một khu vực rất rộng lớn ta tiến hành cắt ảnh để thu được khu vực nghiên cứu mình mong muốn Cắt ảnh giúp cho ảnh nhẹ bớt phần dung lượng thừa và để làm việc với ảnh dễ dàng hơn.
Có hai phương pháp cắt ảnh thông thường trong ENVI là cắt ảnh sơ bộ và cắt ảnh theo ranh giới hành chính.
Cắt ảnh sơ bộ: ảnh sau khu download về là một khu vực rất rộng lớn nên ta tiến hành cắt sơ bộ để lọc ra khu vực mình muốn nghiên cứu.
Cắt ảnh theo ranh giới hành chính: muốn cắt ảnh theo ranh giới hành chính ta cần có một file vector ranh giới hành chính khu vực nghiên cứu file này có đuôi evf. Ảnh sẽ được cắt theo đúng ranh giới hành chính của khu vực đó có thể là ranh giới cấp thành phố, quận-huyện, phường xa…
Mục đích của việc nắn chỉnh ảnh nhằm:
+ Khắc phục các sai số về hình học ảnh.
+ Đưa ảnh về hệ tọa độ VN2000.
+ Đưa ảnh về tỷ lệ bản đò cần thành lập. Để làm được điều này, ta cần sử dụng một hệ thống các điểm khống chế mặt đất (GCPs: Ground Control Points) để nắn ảnh Đây là những điểm trên bề mặt trái đất đã biết toạ độ và dễ dàng nhận ra trên ảnh vệ tinh Việc nắn chỉnh hình học bằng phần mềm ENVI được thực hiện theo hai phương thức: Nắn ảnh theo ảnh và nắn ảnh theo bản đồ.
Mở ảnh cần nắn và ảnh gốc dùng để tham chiếu Chọn phương pháp nắn ảnh theo ảnh bằng cách vào Map/Registration/Select GSPs: Image to Image.
Trên màn hình sẽ xuất hiện hộp thoại Image to Image Registration Chọn ảnh tham chiếu ở hộp Base Image, chọn ảnh cần nắn chỉnh hình học ở hộp Warp Image.
Chọn từng cặp điểm khống chế tương ứng trên hai ảnh, nhấn Add trên hộp thoại Ground Control Points để chấp nhận Chú ý nên chọn sao cho các điểm khống chế phân bố đều trên toàn ảnh, sai số - RMS ở cuối hộp thoại Ground Control Points Selection cố gắng đạt mức nhỏ hơn 1 pixel và chọn tối thiểu 4 điểm cho phương pháp nắn đơn giản nhất.
Sau khi chọn đủ số điểm, ta chọn Options/Warp File trong hộp thoại Ground Control Points Selection, chọn tiếp file tương ứng và chọn một trong ba phương pháp nắn – Warp Method để tiến hành nắn ảnh.
Phương pháp RST – Rotating, Scaling, Translation: chỉ thực hiện những chuyển dịch đơn giản: xoay, xác định tỷ lệ và tịnh tiến ảnh.
Phương pháp Polynomial – Hàm đa thức: phương pháp này cho kết quả tốt hơn phươngpháp RST, với yêu cầu số về số điểm khống chế N tương ứng với bậc của hàm.
Nắn ảnh theo bản đồ.
Mở ảnh cần nắn Lựa chọn phương pháp nắn ảnh theo bản đồ: chọn
Map/Registration/Select GCPs: Image to Map để chọn các điểm khống chế mặt đất.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Tổng quan về khu vực nghiên cứu
Thành phố Huế nằm ở trung tâm tỉnh Thừa Thiên Huế, địa bàn nằm trải dài theo dòng sông Hương và có vị trí địa lý:
Phía Đông giáp thị xã Hương Thủy và huyện Phú Vang.
Phía Tây giáp thị xã Hương Trà.
Phía Nam giáp thị xã Hương Thủy.
Phía Bắc giáp huyện Quảng Điền và biển Đông.
Thành phố có diện tích 265,99 km², dân số năm 2020 là 652.572 người, mật độ dân số đạt 2.453 người/km² [11].
Thành phố nằm cách thủ đô Hà Nội 668 km về phía nam, cách Thành phố Hồ Chí Minh 1039 km về phía bắc và cách Đà Nẵng 95 km về phía Bắc.
Nằm gần dãy núi Trường Sơn, khu vực thành phố Huế là đồng bằng thuộc vùng hạ lưu sông Hương và sông Bồ, có độ cao trung bình khoảng 3 – 4 m so với mực nước biển và thường bị ngập lụt khi đầu nguồn của sông Hương (trên Dãy Trường Sơn) xảy ra mưa vừa và lớn Khu vực đồng bằng này tương đối bằng phẳng, tuy trong đó có xen kẽ một số đồi, núi thấp như núi Ngự Bình, Đồi Vọng Cảnh
Vị trí địa lý của Thừa Thiên Huế đối với cả nước và khu vực tạo cho Thừa Thiên Huế những lợi thế so sánh, những cơ hội to lớn trở thành trung điểm của những con đường giao lưu, hội nhập trong quá khứ, hiện tại cũng như tương lai Các con đường từ Bắc vào Nam, từ Nam ra Bắc như quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh - đường Trường Sơn công nghiệp hóa và đường sắt thống nhất, đều đi qua địa phận Thừa Thiên Huế. Theo trục Nam Bắc, tính theo đường bộ, dọc quốc lộ 1A, Thừa Thiên Huế cách thủ đô
Hà Nội 658km và cách thành phố Hồ Chí Minh 1075km Còn theo trục Đông Tây, Thừa Thiên Huế cách cửa khẩu Lao Bảo - tỉnh Quảng Trị, một trong những cửa mở chính của Việt Nam về phía Tây, qua các nước trong tiểu vùng sông Mê Kông là Lào, Thái Lan, Myanmar - 150km và nối với Ấn Độ và các nước Nam Á; Bờ biển Thừa Thiên Huế cách đường hàng hải nội địa 25km và cách đường hàng hải quốc tế 170km.
Dãy Trường Sơn Bắc chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam đến địa phận huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế thì đổi hướng đâm ra biển cho ba nhánh, mà lớn nhất và có ý nghĩa nhất là dãy Bạch Mã Hai nhánh nhỏ hơn là Phước Tượng và Phú Gia đâm ra biển thành hai mũi Chân Mây Tây và Chân Mây Đông ôm lấy vịnh Chân Mây hướng ra biển mở Với độ sâu trung bình 14m, độ sâu tự nhiên từ biển vào đạt đến 22m, có mũi Chân Mây Đông che chắn nên kín gió về mùa đông, nền đáy cát mịn, không bị bồi lấp, vịnh Chân Mây là địa điểm lý tưởng để xây dựng cảng biển nước sâu
- những tiền đề cho một cửa ngõ của tiểu vùng sông Mê Kông ra Thái Bình Dương.
Hình 3.1 Bản đồ hành chính thành phố Huế 3.1.1.2 Địa hình, địa mạo
Dưới tác động của các quá trình thành tạo địa hình nội sinh và ngoại sinh đối lập nhau, địa hình Thừa Thiên Huế bị biến đổi không ngừng trong lịch sử tồn tại và phát triển kéo dài hàng trăm triệu năm, đặc biệt là trong giai đoạn tân kiến tạo cho đến hiện tại Xét về vị trí, địa hình hiện tại lãnh thổ Thừa Thiên Huế được xem như là tận cùng phía Nam của dãy núi trung bình Trường Sơn Bắc, phát triển theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Đến phía Nam tỉnh, kiến trúc và định hướng Tây Bắc – Đông Nam của dãy Trường Sơn Bắc hoàn toàn bị biến đổi do khối núi trung bình á vĩ tuyến đâm ngang ra biển Bạch Mã - Hải Vân xuất hiện đột ngột Đặc trưng chung về địa hình của dãy Trường Sơn Bắc là sườn phía Tây thoải, thấp dần về phía sông Mêkông, còn sườn phía Đông khá dốc, bị chia cắt mạnh thành các dãy núi trung bình, núi thấp, gò đồi và tiếp nối là đồng bằng duyên hải, đầm phá, cồn đụn cát chắn bờ và biển Đông, trong đó khoảng 75% tổng diện tích là núi đồi, 24,9% diện tích là đồng bằng duyên hải, đầm Địa hình Thừa Thiên Huế được chia thành các loại:
- Địa hình khu vực núi trung bình;
- Địa hình khu vực núi thấp và gò đồi;
- Địa hình khu vực đồng bằng duyên hải;
- Địa hình khu vực đầm phá và biển ven bờ.
3.1.1.3 Đặc điểm khí hậu – thủy văn a Đặc điểm khí hậu
Vĩ tuyến 16 độ vĩ Bắc nằm chính giữa vành đai nội chí tuyến Bắc bán cầu, nơi giao thoa của hai miền khí hậu nhiệt đới ở phía Nam và á nhiệt đới ở phía Bắc Đó cũng chính là điều đặc biệt của vị trí địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế xét trên phương diện tự nhiên Chính vị trí đặc biệt cùng với sự đa dạng của địa hình tương phản trên một mảnh đất hẹp đã làm cho Thừa Thiên Huế có nhiều đặc điểm nổi bật về tự nhiên và giàu có về tài nguyên thiên nhiên [11].
Sự trùng hợp lạ lùng đã xảy ra khi hai miền khí hậu gặp nhau đúng vào vị trí của dãy núi Bạch Mã tách ra khỏi phương Tây Bắc - Đông Nam của dãy Trường Sơn, đâm ngang ra tận bờ biển Đông, trở thành một ranh giới tự nhiên của hai miền khí hậu. Khối núi Bạch Mã dạng vòm theo hướng á vĩ tuyến, với những đỉnh núi cao trung bình khoảng 1.250 mét, đóng vai trò một bức tường thiên nhiên ngăn chặn gió mùa Đông Bắc không cho vượt vào Nam, làm cho vùng Nam Đông - Phú Lộc nói riêng và Thừa Thiên Huế nói chung trở thành trung tâm mưa lớn nhất nước [11].
Cũng chính do vị trí địa lý và địa hình đặc biệt mà Thừa Thiên Huế có chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm đặc trưng với nền nhiệt độ cao, bức xạ dồi dào, và đặc biệt là chế độ mưa của vùng đất này không giống bất kỳ nơi nào khác ở Việt Nam Một là, Thừa Thiên Huế là một trong số ít tỉnh có lượng mưa nhiều nhất nước Lượng mưa trung bình hàng năm của toàn tỉnh đều trên 2.700mm, có nơi trên 4.000mm như Bạch
Mã, Thừa Lưu Hai là, lượng mưa lớn đó lại chỉ tập trung trong một thời gian ngắn, từ 3 đến 4 tháng, trong năm Lượng mưa tập trung trong thời kỳ này của năm chiếm khoảng 70% tổng lượng mưa trong năm Nếu chỉ tính 2 tháng cao điểm là tháng 10 và tháng 11 thì lượng mưa có thể lên tới 53% tổng lượng mưa trong năm Ba là, mùa mưa ở Thừa Thiên Huế lệch với hai miền Nam, Bắc Trong khi hai miền Nam, Bắc là mùa mưa thì Thừa Thiên Huế đang nắng, nóng và ngược lại Có khi ở hai đầu đất nước đang ra sức chống hạn, thì Thừa Thiên Huế chịu những cơn mưa "thối đất" [11]. b Thủy văn
Hệ thống thuỷ văn ở Thừa Thiên Huế hết sức phức tạp và độc đáo Tính phức tạp và độc đáo thể hiện ở chỗ hầu hết các con sông đan nối vào nhau thành một mạng lưới chằng chịt: sông Ô Lâu - phá Tam Giang - sông Hương- sông Lợi Nông - sông Đại
Giang - sông Hà Tạ - sông Cống Quan - sông Truồi - sông Nong - đầm Cầu Hai Tính độc đáo của hệ thống thuỷ văn Thừa Thiên Huế còn thể hiện ở chỗ nơi hội tụ của hầu hết các con sông trước khi ra biển là một vực nước lớn, kéo dài gần 70km dọc bờ biển, có diện tích lớn nhất Đông Nam Á (trừ sông A Sáp chạy về phía tây, và sông Bu Lu chảy trực tiếp ra biển qua cửa Cảnh Dương) Đó là hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, đầm phá tiêu biểu nhất trong 12 vực nước cùng loại ven bờ biển Việt Nam và là một trong những đầm phá lớn nhất thế giới [11].
Hệ thống sông ngòi phân bố tương đối đồng đều, nhưng phần lớn là ngắn, lưu vực hẹp Đại bộ phận sông suối chính chảy theo hướng từ Tây - Tây Nam về Bắc - Đông Bắc, đổ vào phá Tam Giang - Cầu Hai trước khi chảy ra Biển Đông Một số sông ở phía nam như sông Bù Lu chảy trực tiếp ra Biển Đông Riêng sông A Sáp chảy về hướng tây vào nước bạn Lào Nếu tính đến cửa sông và các chi lưu với chiều dài trên 10km thì tổng chiều dài sông suối và sông đào đạt tới 1.055km, tổng diện tích lưu vực tới 4.195km 2 Mật độ sông suối dao động trong khoảng 0,3-1km/km 2 , có nơi tới 1,5-2,5km/km 2 Độ dốc lòng sông trong phạm vi lãnh thổ đồi núi rất lớn (10-129m/km), nhưng lại quá thoải ở đồng bằng duyên hải (dưới 0,1m/km) [11].
Trên lãnh thổ Thừa Thiên Huế từ bắc vào nam có các sông chính sau:
Trong đó sông Hương là con sông lớn nhất, có hai nguồn chính và đều bắt nguồn từ dãy núi Trường Sơn Dòng chính của Tả Trạch dài khoảng 67 km, bắt nguồn từ dãy Trường Sơn Đông, ven khu vực vườn quốc gia Bạch Mã chảy theo hướng tây bắc với
55 thác nước hùng vĩ, qua thị trấn Nam Đông rồi sau đó hợp lưu với dòng Hữu Trạch tại ngã ba Bằng Lãng (khoảng 3 km về phía bắc khu vực lăng Minh Mạng) Hữu Trạch dài khoảng 60 km là nhánh phụ, chảy theo hướng bắc, qua 14 thác nguy hiểm và vượt qua phà Tuần để tới ngã ba Bằng Lãng, nơi hai dòng này gặp nhau và tạo nên sông Hương.Từ Bằng Lãng đến cửa sông Thuận An, sông Hương dài 33 km và chảy rất chậm (bởi vì mực nước sông không cao hơn mấy so với mực nước biển).
Ngoài các sông thiên nhiên, xung quanh thành phố Huế còn gặp nhiều sông đào như:
- Sông An Cựu (có tên là Lợi Nông) dài 27km nối sông Hương với đầm Cầu Hai ở Cống Quan thông qua sông Đại Giang;
- Sông Đông Ba dài khoảng 3km là sông đào từ cầu Gia Hội đến Bao Vinh;
Xây dựng bản đồ lớp phủ thành phố Huế năm 2022
ENVI (the Enviroment for Visualizing Images) là một hệ thống xử lý ảnh khá mạnh Ngay từ đầu, ENVI được thiết kế để đáp ứng yêu cầu của các nhà nghiên cứu có nhu cầu sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám (Remote Sensing - RS), bao gồm các loại ảnh vệ tinh (satellite) và ảnh máy bay (aircraft) ENVI hỗ trợ hiển thị dữ liệu và phân tích các dữ liệu ảnh ở mọi kích thước và ở nhiều kiểu định dạng khác nhau - tất cả trong một môi trường thân thiện với người sử dụng
ENVI có một thư viện khá đầy đủ các thuật toán xử lý dữ liệu ảnh cùng với giao diện cửa sổ đồ họa - tương tác thân thiện với người sử dụng Phần mềm đã hỗ trợ các công cụ để thực hiện một số chức năng chính như: chuyển đổi dữ liệu(transforms), lọc ảnh (filtering), phân loại ảnh (classification), đăng ký hệ lưới chiếu (registration) và hiệu chỉnh hình học (geometric corrections), các công cụ để phân tích ảnh có độ phân giải phổ cao, các công cụ sử dụng cho ảnh radar
ENVI được thiết kế dựa trên ngôn ngữ lập trình IDL (Interactive Data Language). IDL là một ngôn ngữ lập trình có cấu trúc và hỗ trợ cho xử lý ảnh tích hợp Tính mềm dẻo và linh hoạt của ENVI là nhờ phần lớn vào khả năng của IDL Khi cài đặt phần mềm, có 2 lựa chọn: đó là ENVI với phiên bản đầy đủ của IDL, và ENVI RT ENVI RT là IDL phiên bản thời gian thực Người sử dụng có thể sử dụng IDL để tùy biến các chức năng từ dòng lệnh ENVI RT cung cấp đầy đủ các chức năng của ENVI nhưng lại không hỗ trợ để viết các thường trình của người dùng.
GIS là một công nghệ mới, phát triển nhanh và có nhiều ứng dụng rộng rãi cho đời sống con người, bởi vậy có nhiều định nghĩa khác nhau về GIS.
GIS là một hệ thống máy tính có khả năng giữ và sử dụng thông tin liên quan đến các vị trí trên Trái đất.
GIS là một hệ thống dựa trên máy tính cung cấp bốn chức năng để xử lý dữ liệu địa quy chiếu: nhập dữ liệu, quản lý dữ liệu (lưu trữ và truy cập số liệu), vận dụng và phân tích dữ liệu, xuất dữ liệu.
GIS là phần mềm bản đồ dùng để kết nối thông tin về vị trí địa lý của các đối tượng với tất cả các dạng thông tin khác có liên quan đến tất cả các dạng thông tin đó.
Xử lý thông tin không gian là một trong những chức năng chính của GIS Tiến trình xử lý dữ liệu không gian được thực hiện bởi các phép toán phân tích trên một lớp và phân tích trên nhiều lớp dữ liệu Phân tích một lớp thường được thực hiện trước khi tiến hành phân tích nhiều lớp Phép toán phân tích một lớp còn được gọi là phép toán phân tích ngang Bởi vì trong quá trình phân tích chỉ xử lý trên 1 lớp dữ liệu đầu vào.Lớp đối tượng được xử lý chỉ chứa một kiểu đói tượng duy nhất điểm/đường/vùng.
3.2.2 Thông tin ảnh viễn thám khu vực nghiên cứu Đề tài chọn ảnh Landsat 8 OLI năm 2022 tại khu vực nghiên cứu Chi tiết như bảng dưới
Bảng 3.1 Thông số ảnh viễn thám ở khu vực nghiên cứu
STT Nội dung Thông tin
1 Loại ảnh Landsat 8 OLI/TIRS
3 Hệ toạ độ UTM WGS84
4 Độ phân giải không gian 30 m
3.2.3 Kết quả xây dựng bản đồ lớp phủ bề mặt thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế năm 2022
3.2.3.1 Chuẩn bị dữ liệu đầu vào
- Ảnh Landsat 8 được tải miễn phí tại các trang web earthexplorer.usgs.gov
Hình 3.2 Ảnh vệ tinh Landsat OLI 8 3.2.3.2 Cắt ghép ảnh theo ranh giới
Khu vực thành phố Huế nằm trên 1 ảnh Để làm nổi bật khu vực nghiên cứu và tăng tốc độ xử lý ảnh, tiến hành cắt ảnh theo ranh giới hành chính mới nhất Mục đích của cắt ảnh là cắt và thu nhỏ lãnh thổ mà mình định cắt và nghiên cứu.
Hình 3.3 Ảnh Cắt theo ranh giới hành chính thành phố Huế 3.2.3.3 Tăng cường chất lượng ảnh
Những tổ hợp màu được sử dụng phổ biến trên thế giới và tại Việt Nam phục vụ nghiên cứu lớp phủ bao gồm: tổ hợp màu thật 4-3-2.
Trong đề tài sử dụng phương pháp phân loại xác suất cực đại (Maximum Likelihood) Là phương pháp thông dụng nhất, sử dụng các thống kê (mean, variance - covariance) trong không gian phổ để xây dựng thuật toán Giả định các giá trị phổ (đa chiều) trong mỗi lớp đều có phân bố chuẩn (normal distribution) Đây là phương pháp phân loại được coi là chặt chẽ và thường được sử dụng trong xử lý ảnh viễn thám Ở dạng cơ bản, phương pháp này còn được gọi là xác suất cực đại không điều kiện (Unconditional Maximum Likelihood) Phương pháp này sử dụng các số liệu mẫu để xác định hàm mật độ phân bố xác suất của mỗi lớp cần phân loại, sau đó mỗi Pixel được tính xác xuất mà nó thuộc vào một lớp nào đó và Pixel đó sẽ được gán vào lớp mà xác suất thuộc vào lớp đó là lớn nhất
Nhận xét: Phương pháp phân loại xác suất cực đại có cơ sở toán học chặt chẽ, để kết quả phân loại đạt độ chính xác cao, cần có điều kiện:
- Các lớp cần có phân bố chuẩn, vì vậy hệ thống phân loại phải dựa trên các lớp phổ
- Số liệu mẫu phải thực sự đại diện cho các lớp, cho phép xác định đúng hàm phân bố của mỗi lớp.
Xây dựng hệ thống phân loại : Hệ thống phân loại cần được xây dựng phù hợp với đặc điểm lớp phủ của vùng nghiên cứu và phù hợp với khả năng ứng dụng của ảnh Landsat có độ phân giải là 30m Trong đề tài gồm các lớp :
Bảng 3.2 Hình ảnh mẫu phân loại
Mô tả đối tượng năm 2022 Ảnh thực địa
1 Mặt nước Màu xanh thẫm, mịn
2 Đất dân cư Mẫu hồng nhạt bị lẫn nhiều màu
3 Đất trồng lúa Màu xanh lá cây lẫn nhiều màu
4 Đất rừng Mẫu xanh lá cây
5 Đất trống Màu trắng hồng
Phân loại có chọn mẫu là phương pháp phân loại ảnh số dựa trên các pixel mẫu đã được chọn sẵn bởi người thực hiện công tác phân loại Bằng cách chọn mẫu người phân loại đã chỉ ra giúp phần mềm xác định những Pixel có cùng một số đặc trưng đối tượng về phổ phản xạ, từ đó gộp những đối tượng có chung đặc điểm về thành một lớp. Để phân loại theo phương pháp này chúng ta bắt buộc phải xác định xem sẽ phân làm mấy loại đất từ đó đi chọn mẫu cho các loại đất đó, việc này có thể được tiến hành ngay trên ảnh hoặc tiến hành ngoài thực địa, để hạn chế sai số, đảm bảo khách quan chính xác thì chúng ta phải đi thực địa để lấy mẫu là tốt nhất.
Trong giới hạn đề tài xin trình bày phương pháp phân loại có chọn mẫu sử dụng thuật toán Maximum Likelihood vì nó đạt độ chính xác hơn so với cách phân loại không chọn mẫu Phương pháp này bao gồm hai giai đoạn cụ thể là chọn mẫu phân loại và tiến hành phân loại.
Hình 3.4 Kết quả chọn vùng mẫu
Tính toán sự khác biệt giữa các mẫu
Hình 3.5 Bảng đánh giá độ chính xác giữa các mẫu
Quan sát các giá trị trong hộp thoại này ta thấy mỗi mẫu phân loại sẽ được so sánh lần lượt với các mẫu còn lại Cặp giá trị thể hiện sự khác biệt, được đặt trong dấu ngoặc đơn sau các mẫu Với ý nghĩa như sau:
Nếu cặp giá trị này nằm trong khoảng 1.9 đến 2.0 chứng tỏ các mẫu được chọn có sự khác biệt tốt
Nếu cặp giá trị này nằm trong khoảng từ 1.0 đến 1.9 thì nên chọn lại sao mẫu đó có sự khác biệt tốt hơn
Nếu có giá trị nhỏ hơn 1 ta nên gộp hai mẫu đó lại với nhau để tránh hiện tượng phân loại nhầm lẫn
Chạy thuật toán Maximum Likelihood, ta được các kết quả phân loại như sau:
Hình 3.6 Kết quả chọn mẫu phân loại
Xử lý sau phân loại
Hình 3.7 Ảnh sau khi thay đổi màu
Loại bỏ các pixel đơn lẻ
Hình 3.8 Hình ảnh xử lý sau khi lọc nhiễu Đánh giá độ chính xác
Có 2 cách để đánh giá độ chính xác: Đem ảnh phân loại ra thực địa để đối chiếu, đây là cách tin cậy nhất.
Nếu không thể đi thực địa, có thể dựa vào dữ liệu tham khảo, ví dụ: dựa vào ảnh Google Earth, ảnh hàng không, bản đồ sử dụng đất, bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng rừng,…
