Nội dung

z BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT ĐỂ KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT QUẬN THỦ ĐỨC - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Họ và tên sinh viên: HUỲNH TẤN PHÁT Ngành: Hệ thống thông tin địa lý Niên khoá: 2012-2016 Tháng 06/2016 i ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT ĐỂ KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT QUẬN THỦ ĐỨC – THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tác giả HUỲNH TẤN PHÁT Tiểu luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kĩ sư ngành Hệ thống Thông tin Địa lý Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Huyền Tháng 06, năm 2016 i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, các quý thầy cô, đặc biệt là thầy PGS. TS Nguyễn Kim Lợi, ThS. Nguyễn Thị Huyền, KS. Nguyễn Duy Liêm, KS. Lê Hoàng Tú Bộ môn Tài nguyên và GIS đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho tôi trong suốt bốn năm học. Em xin chân thành cảm ơn cô ThS. Nguyễn Thị Huyền, giảng viên Bộ môn Hệ thống Thông tin Địa lý và Tài nguyên - Khoa Môi trường và Tài nguyên - Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, người đã hướng dẫn, góp ý để em có thể hoàn thành bài tiểu luận này. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của tập thể lớp DH12GI trong những ngày tháng ngồi dưới giảng đường đại học. Cuối cùng, để có được thành quả như ngày hôm nay con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ đã nuôi dạy con thành người, tạo điều kiện cho con được học tập và động viên con để con hoàn thành luận văn này. Huỳnh Tấn Phát Bộ môn Tài nguyên và GIS Khoa Môi trường và Tài nguyên Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh ii TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng ảnh vệ tinh Landsat để khảo sát nhiệt độ bề mặt quận Thủ Đức – Tp Hồ Chí Minh” đã được thực hiện trong khoảng thời gian từ ngày 10/03/2016 đến ngày 01/06/2016 với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM+ và Landsat8. Đề tài thực hiện nghiên cứu về nhiệt độ của quận Thủ Đức và thực phủ, và mói liên hệ của thực phủ và nhiệt độ. Đề tài đã đạt được kết quả cụ thể: Xây dựng bản đồ nhiệt độ quận Thủ Đức năm 1999, 2016. Xây dựng bản đồ thực phủ quận Thủ Đức năm 1999, 2016. Đánh giá sự thay đổi nhiệt độ qua các mốc thời gian 1999, 2016. iii MỤC LỤC Trang tựa...........................................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii TÓM TẮT...................................................................................................................... iii MỤC LỤC ......................................................................................................................iv DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... viii CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ........................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................................. 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................2 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................................................3 2.1. Đặc điểm tự nhiên.................................................................................................... 3 2.1.1. Vị trí địa lý .....................................................................................................3 2.1.2. Khí hậu ...........................................................................................................3 2.1.2.1. Nhiệt độ ...................................................................................................4 2.1.2.2. Lượng mưa .............................................................................................. 4 2.1.2.3. Độ ẩm ......................................................................................................4 2.1.2.4. Lượng bốc hơi ......................................................................................... 4 2.1.2.5. Nắng ........................................................................................................4 2.2. Hệ thống sông ngòi .................................................................................................. 5 CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................6 3.1. Khái niệm viễn thám và nguyên lý hoạt động ......................................................... 6 3.1.1. Khái niệm .......................................................................................................6 3.1.2. Nguyên lý hoạt động ...................................................................................... 6 3.1.3. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên ..........................................7 3.1.4. Viễn thám hồng ngoại nhiệt ...........................................................................9 3.1.4.1. Khái niệm ................................................................................................ 9 iv 3.1.4.2. Nguyên lý bức xạ nhiệt của vật chất ....................................................... 9 3.1.4.3. Các ảnh hưởng của khí quyển tới việc quét tạo ảnh hồng ngoại ...........10 3.1.4.4. Phương pháp thu và đặc điểm ảnh hồng ngoại nhiệt ............................ 11 3.1.5. Lớp phủ mặt đất ........................................................................................... 11 3.1.5.1. Lớp phủ mặt đất (Lớp thực phủ - Land cover) ......................................11 3.1.5.2. Phân loại lớp phủ mặt đất ......................................................................11 3.1.6. Giải đoán, phân tích dữ liệu viễn thám ........................................................ 12 3.1.6.1. Giải đoán và trắc địa ảnh .......................................................................12 3.1.6.2. Tiền xử lý ảnh số ................................................................................... 13 3.1.6.3. Tăng cường chất lượng ảnh và trích xuất đối tượng ............................. 13 3.1.5.4. Phân loại ảnh ......................................................................................... 13 3.2. Giới thiệu ảnh vệ tinh Landsat7 ETM+ và Landsat8 ............................................ 14 3.2.1. Giới thiệu về ảnh Landsat 7 .........................................................................14 3.2.2. Giới thiệu về ảnh Landsat 8 .........................................................................14 3.2.3. Thông số Landsat7 ETM+ và Landsat8 ....................................................... 15 CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................... 16 4.1. Tiến trình nghiên cứu ............................................................................................ 16 4.2. Thu thập dữ liệu ..................................................................................................... 16 4.3. Khảo sát thực địa ................................................................................................... 17 4.4. Cắt ảnh, tăng cường độ phân giải .......................................................................... 19 4.5 Giải đoán ảnh .......................................................................................................... 20 4.6. Các tổ hợp kênh phục vụ việc giải đoán................................................................ 21 4.7. Phương pháp xử lý nhiệt độ bề mặt ảnh Landsat .................................................. 21 4.7.1. Dữ liệu ..........................................................................................................21 4.7.2. Phương pháp xử lý nhiệt ..............................................................................22 4.8. Phương pháp phân loại thực phủ ........................................................................... 23 4.9. Đánh giá độ chính xác sau phân loại ..................................................................... 24 CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ............................................................................27 5.1. Phân tích kết quả nhiệt độ bề mặt quận Thủ Đức.................................................. 27 5.1.1. Kết quả bản đồ nhiệt độ bề mặt....................................................................27 5.1.2. Nhiệt độ trên ảnh .......................................................................................... 28 v 5.1.3. Sai sót trên ảnh ............................................................................................. 29 5.1.4 Nhận xét ........................................................................................................29 5.2. Phân tích kết quả phân loại thực phủ..................................................................... 30 5.2.1 Kết quả bản đồ phân loại thực phủ ............................................................... 30 5.2.2 Đánh giá độ chính xác ................................................................................... 32 5.3. So sánh tương quan giữa thực phủ và nhiệt độ bề mặt.......................................... 34 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN ............................................................................................. 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 38 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1. Dữ liệu thu thập ............................................................................................. 17 Bảng 4.2. Bảng thống kê từng loại thực phủ ............................................................... 18 Bảng 4.3. Một số điểm mẫu đặc trưng ..........................................................................18 Bảng 4.4. Khóa giải đoán .............................................................................................. 20 Bảng 4.5. Bảng ma trận sai số phân loại .......................................................................25 Bảng 5.1. Bảng đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện .................................................32 Bảng 5.2. Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại .................................................... 33 Bảng 5.3. Bảng đánh giá sự khác biệt mẫu huấn luyện .................................................33 Bảng 5.4. Bảng đánh giá độ chính xác sau phân loại .................................................... 33 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1. Khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 3 Hình 3.1. Nguyên lý hoạt động của viễn thám ................................................................ 6 Hình 3.2. Đặc điểm phổ phản xạ của các nhóm đối tượng tự nhiên chính ..................... 8 Hình 4.2. Các kênh phổ trên dải sóng điện từ của ảnh vệ tinh Landsat 7 và Lansat 8..15 Hình 4.1. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu .....................................................................16 Hình 4.2. Ảnh minh họa các điểm khảo sát thực địa ..................................................... 17 Hình 4.3. Ảnh trước khi cắt và sau khi cắt ....................................................................19 Hình 4.4. Ảnh sau khi tăng cường độ phân giải 15m .................................................... 19 Hình 4.5. Đối tượng đất trống sau khi tăng cường độ phân giải 15m ........................... 20 Hình 4.6. Hình ảnh của một số đối tượng tổ hợp màu Landsat 8. Tổ hợp màu tự nhiên 4-3-2(a), Tổ hợp màu đô thị 7-6-4 (b), Tổ hợp màu hồng ngoại 5-4-3 (c ), Tổ hợp màu nông nghiệp 6-5-2 (d) ....................................................................................................21 Hình 4.7. Sơ đồ phương pháp xử lý nhiệt độ bề mặt..................................................... 22 Hình 4.8. Phương pháp MLC ........................................................................................ 24 Hình 5.1. Bản đồ nhiệt quận Thủ Đức năm 1999(oC) ................................................... 27 Hình 5.2. Bản đồ nhiệt quận Thủ Đức năm 2016(oC) ................................................... 28 Hình 5.3. Nhiệt độ năm 1999 ........................................................................................ 28 Hình 5.4. Nhiệt độ năm 2016 ........................................................................................ 29 Hình 5.5. Vùng dữ liệu bị mây che ...............................................................................29 Hình 5.6. So sánh nhiệt độ của hai ảnh năm 1999 (a) và năm 2016 (b) ....................... 30 Hình 5.7 Bản đồ thực phủ quận Thủ Đức năm 1999..................................................... 31 Hình 5.8 Bản đồ thực phủ năm 2016 .............................................................................32 Hình 5.9. Thực phủ và nhiệt độ bề mặt phía Tây năm 1999 (a), Thực phủ và nhiệt độ bề mặt phía Tây năm 2016 (b) ....................................................................................... 34 Hình 5.10. Thực phủ và nhiệt độ bề mặt trung tâm năm 1999 (a) và năm 2016 (b) .....35 Hình 5.11. Thực phủ và nhiệt độ bề mặt phía bắc - tây bắc năm 1999 (a) và...............36 năm 2016 (b) ..................................................................................................................36 viii CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Khí hậu là một vấn đề đang được sự quan tâm của rất nhiều người, nó không chỉ quan trọng với các loài động - thực vật mà còn rất quan trọng với cả con người. Khí hậu thuận lợi mang lại lợi ích không những về kinh tế, trồng trọt, chăn nuôi mà còn làm cuộc sống của con người trở nên dễ chịu, thoải mái. Tuy nhiên ngày nay, biến đổi khí hậu đang làm thay đổi mọi nơi trên Trái Đất, đặt biệt là sự nóng lên toàn cầu. Mối quan ngại này đã được đặt lên bàn nghị sự của mỗi quốc gia, được nhiều nhà khoa học quan tâm, ra sức nghiên cứu. Có rất nhiều giả thiết được đặt ra để nói lên nguyên nhân cho sự tăng nhiệt độ toàn cầu hay trong một khu vực nhất định. Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh khiến bề mặt Trái Đất thay đổi một cách nhanh chóng. Một trong các bề mặt thay đổi nhiều nhất trong hành tinh là những nơi mà con người tập hợp lại và xây dựng các thành phố cho họ. Đô thị hóa đã dẫn đến sự mở rộng không gian đô thị theo yêu cầu phát triển về nhà ỡ cũng như các khu vực phục vụ cuộc sống đô thị phát triển dẫn đến ngày càng nhiều các bề mặt không thấm, đồng thời làm thay đổi các đặc tính nhiệt của đất, quỹ năng lượng ở bề mặt Trái Đất, thay đổi các tính chất tuần hoàng của khí quyển xung quanh tạo ra một lượng lớn nhiệt thải từ các hoạt động nhân sinh và dẫn đến một loạt các thay đổi trong hệ thống môi trường đô thị. Hiệu ứng này hầu hết bắt nguồn gần bề mặt Trái Đất và sẽ lan truyền lên trên vào trong khí quyển. Vì vậy nhiệt độ bề mặt là tham số quan trọng trong việc đặc trưng hóa sự trao đổi năng lượng bề mặt đất và khí quyển. Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thám và ảnh vệ tinh ngày càng đa dạng, cung có nhiều thông tin mà trước kia không thể có và được xem là công cụ mạnh mẽ trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên, đánh giá biến động, trính xuất các dữ liệu trên ảnh vệ tinh nhanh chóng và chính xác khiến viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Với khả năng cung cấp thông tin đa thời gian, nhanh chóng, chính xác của ảnh vệ tinh cùng với công cụ xử lý năng động nên viễn thám được chọn để phân tích xem nguyên do sự nóng lên của quận Thủ Đức có phải do thực trạng bề mặt của quận Thủ Đức đang thay đổi hay không. 1