Tải bản đầy đủ

Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất đến năm 2010 tỷ lệ 1 10 000 thị xã cửa lò tỉnh nghệ an



BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI










CHẾ THÙY LINH


ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ
HỆ THỐNGTHÔNG TIN ðỊA LÝ ðỂ THÀNH LẬP BẢN ðỒ
HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT NĂM 2010 TỶ LỆ 1:10 000
THỊ XÃ CỬA LÒ - TỈNH NGHỆ AN



LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ðẤT ðAI



Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI
Mã số : 60850103

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHẠM VỌNG THÀNH


HÀ NỘI – 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ðề tài “Ứng dụng tư liệu Viễn thám và Hệ thống thông tin
ñịa lý ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2010 tỷ lệ 1: 10 000 thị xã
Cửa Lò – tỉnh Nghệ An” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ
một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều có xuất xứ,
nguồn gốc cụ thể. Việc sử dụng các thông tin này trong quá trình nghiên cứu là
hoàn toàn hợp lệ.
Tác giả


Chế Thùy Linh


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

ii

LỜI CẢM ƠN



Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñối với Phó giáo sư, Tiến sỹ Phạm Vọng
Thành - Người ñã hết lòng tận tụy hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện
Luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong Khoa Tài nguyên và Môi trường -
Viện ðào tạo sau ñại học – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tạo mọi ñiều
kiện thuận lợi và giúp ñỡ tôi thực hiện hoàn thành Luận văn.
Tôi xin cảm ơn các cơ quan chức năng và cá nhân có liên quan thuộc tỉnh
Nghệ An ñã cung cấp tài liệu và giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu ñề
tài; xin cảm ơn các bạn học viên Cao học ngành Quản lý ñất ñai Khóa 19 Nghệ An
ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận văn; xin cảm ơn bạn bè tôi, những
người thân trong gia ñình tôi ñã luôn cổ vũ, ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện Luận văn này.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả


Chế Thùy Linh
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

iii

MỤC LỤC
Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các từ viết tắt v
Danh mục bảng vi
Danh mục hình ảnh viii
1. MỞ ðẦU 1
1.1. Tính cấp thiết của ñề tài 1
1.2. Mục ñích, yêu cầu 2
1.2.1. Mục ñích: 2
1.2.2. Yêu cầu: 2
2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3
2.1. Những vấn ñề chung về viễn thám 3
2.1.1. Nguyên lý cơ bản của viễn thám 3
2.1.2. Phương pháp xử lý thông tin viễn thám. 7
2.1.3. Một số ứng dụng của viễn thám 12
2.2. Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) 13
2.2.1. Khái quát chung về GIS 13
2.2.2. Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong nghiên cứu sử dụng ñất ñai 17
2.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám, GIS trong và
ngoài nước 23
2.3.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên thế giới 23
2.3.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS ở Việt
Nam 24
2.4. Khái quát chung về bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất (BðHTSDð) 27
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

iv

2.4.1. ðịnh nghĩa BðHTSDð 27
2.4.2. Quy trình thành lập BðHTSDð 27
3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31
3.1. ðối tượng và ñịa ñiểm nghiên cứu 31
3.1.1. ðối tượng nghiên cứu của BðHTSDð 31
3.1.2. ðịa ñiểm nghiên cứu 31
3.2. Nội dung nghiên cứu 31
3.2.1 ðánh giá ñiều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội thị xã Cửa Lò 31
3.2.2 Khái quát chung về tình hình quản lý và sử dụng ñất trên ñịa bàn; 31
3.2.3 Ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám ñánh giá hiện trạng sử dụng ñất
thị xã Cửa Lò 31
3.2.4 Tích hợp với tư liệu bản ñồ và hệ thống thông tin ñịa lý ñể thành
lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 31
3.2.5 ðề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước về ñất ñai
trên ñịa bàn. 31
3.3. Phương pháp nghiên cứu 31
3.3.1. Phương pháp ñiều tra, thu thập số liệu sơ cấp, thứ cấp và kế thừa
các tư liệu có sẵn 31
3.3.2. Phương pháp thống kê xử lý số liệu 33
3.3.3. Phương pháp giải ñoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số. 33
3.3.4. Phương pháp giải ñoán ảnh số 34
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39
4.1. ðiều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội 39
4.1.1. ðiều kiện tự nhiên 39
4.1.2. ðiều kiện kinh tế - xã hội 42
4.1.3. Thực trạng công tác quản lý ñất ñai của thị xã Cửa Lò, tỉnh Nghệ
An trong những năm qua. 47
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

v

4.2. Thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 51
4.2.1. Thu thập tư liệu 52
4.2.2. Nhập ảnh, tăng cường chất lượng ảnh, nắn chỉnh tư liệu ảnh 52
4.2.3. Xử lý ảnh 56
4.2.4. ðánh giá ñộ chính xác của kết quả phân loại 62
4.2.5. Sản phẩm tạo ra trong quá trình thực nghiệm 65
4.3. Kết quả kiểm kê ñất ñai 67
4.3.1. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2010 67
4.3.2. So sánh ñộ chính xác giữa phương pháp ñề xuất và phương pháp
truyền thống 68
4.4. Phân tích ñánh giá hiệu quả 69
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72
5.1. Kết luận 72
5.2. Kiến nghị 72









Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Band: Kênh ảnh (Band).
HTSDð: Hiện trạng sử dụng ñất
CSDL: Cơ sở dữ liệu
DGN: Cấu trúc file lưu trữ dữ liệu ñồ họa của phần mềm Microstation
FAO: Tổ chức Nông lương thế giới (Food and Agriculture Organization)
GCP: ðiểm khống chế mặt ñất (Ground Control Point)
GIS: Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System)
GPS: Hệ thống ñịnh vị toàn cầu (Global Positioning System)
Pixel: ðiểm ảnh. Trong ảnh viễn thám ñiểm ảnh là ñơn vị nhỏ nhất thể hiện
trên ảnh
UNDP: Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc (United National Development
Programme)
UTM: Hệ lưới chiếu (Universal Transverse Mercator)
WGS 84: Hệ tọa ñộ thế giới xây dựng năm 1984 (World Geodetic System)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

vii

DANH MỤC BẢNG
STT Tên bảng Trang

Bảng 2.1 ðặc ñiểm của dải phổ ñiện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám 6
Bảng 3.1 Thông tin dữ liệu ảnh vệ tinh 32
Bảng 4.1: Bảng phân loại ñất thị xã Cửa Lò 42
Bảng 4.2 : Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2010 64
Bảng 4.3: ðánh giá kết quả phân loại năm 2010 64
Bảng 4.4: Thống kê diện tích giải ñoán năm 2010 66
Bảng 4.5: Hiện trạng sử dụng ñất năm 2010 67
Bảng 4.6: Chênh lệch diện tích giải ñoán và diện tích kiểm kê 68



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT Tên hình Trang

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 4
Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống thông tin ñịa lý GIS 14
Hình 2.3: Vai trò của viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật cơ sở dữ
liệu GIS 19
Hình 2.4: ðộ chính xác của ảnh vệ tinh và yêu cầu cập nhật dữ liệu 20
Hình 2.5: Vai trò của GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết ñịnh 21
Hình 4.1: Trình tự giải ñoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số 51
Hình 4.2 Ảnh năm 2010 trước khi nắn 52
Hình 4.3 Thực hiện nắn ảnh theo bản ñồ trên Envi 53
Hình 4.4 Lựa chọn các thông số ñể nắn ảnh trên Envi 53
Hình 4.5 Bảng nhập tọa ñộ các ñiểm khống chế nắn ảnh 54
Hình 4.6 Các ñiểm khống chế dùng nắn ảnh 2010 54
Hình 4.7 Lựa chọn phương pháp tái chia mẫu 55
Hình 4.8 Bảng sai số RMS sau khi nắn ảnh 55
Hình 4.9 Ảnh ñược cắt theo ranh giới thị xã cửa Lò năm 2010 56
Hình 4.10 Xây dựng tệp mẫu cho ảnh 57
Hình 4.11 Bảng xây dựng tệp mẫu ảnh năm 2010 57
Hình 4.12 So sánh sự khác biệt giữa các mẫu giải ñoán ảnh năm 2010 58
Hình 4.13 Mẫu giải ñoán ảnh vệ tinh 60
Hình 4.14 Lựa chọn phương pháp phân loại 61
Hình 4.15 Kết quả phân loại và xử lý lọc nhiễu ảnh 2010 61
Hình 4.16 Chuyển sang dạng vector ảnh 2010 62
Hình 4.17 Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2010 trên phần mềm
ARCMAP 65
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

1

1. MỞ ðẦU
1.1. Tính cấp thiết của ñề tài
Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất (HTSDð) là một trong những nguồn tài
liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các nhà hoạch ñịnh chính sách có cái
nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt ñất qua từng thời kỳ. Do tính chất
liên tục thay ñổi của bề mặt ñất trong quá trình phát triển kinh tế, xã hội và ñô
thị hoá của từng ñịa phương nên việc xây dựng bản ñồ HTSDð là một việc
làm cần thiết.
Hiện nay, ña số các ñịa phương trong cả nước vẫn sử dụng các phương
pháp thành lập bản ñồ HTSDð theo phương pháp truyền thống, quá trình cập
nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản ñồ
có ñộ chính xác không cao và không thống nhất. Những hạn chế này ảnh
hưởng lớn tới công tác quản lý tài nguyên ñất ñai trong giai ñoạn hiện nay.
Trong vòng nửa thế kỷ trở lại ñây, công nghệ viễn thám và hệ thông tin
ñịa lý (GIS) ñược ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái ñất
cũng như công tác thành lập bản ñồ HTSDð. Việc áp dụng phương pháp
thành lập bản ñồ HTSDð bằng tư liệu ảnh viễn thám và GIS cho phép chúng
ta xác ñịnh nhanh chóng về vị trí không gian và tính chất của ñối tượng. ðồng
thời dựa trên các ñộ phân giải phổ, ñộ phân giải không gian và ñộ phân giải
thời gian của tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác ñịnh ñược thông tin của
ñối tượng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những vùng sâu,
vùng xa. Nhờ ñó tư liệu viễn thám và GIS ñã ñem lại khả năng mới cho công
tác quản lý ñất ñai.
Việc ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS, cùng với các công cụ phần mềm hỗ
trợ ñã tạo ñược một bước tiến mới trong quy trình thành lập bản ñồ HTSDð.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

2

Trước yêu cầu ñòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách ñầy ñủ, nhanh
chóng và chính xác nhất về HTSDð nên việc áp dụng tư liệu ảnh viễn thám
kết hợp với các công cụ phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành
lập bản ñồ ñã trở thành một phương pháp thành lập bản ñồ có ý nghĩa thực
tiễn và mang tính khoa học cao.
Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản ñồ HTSDð ở tỉnh Nghệ
An, với mong muốn tạo ñược bước ñột phá mới trong công tác thành lập bản
ñồ HTSDð ở ñịa phương mình, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:
“Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý ñể thành
lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2010 tỷ lệ 1:10 000 thị xã Cửa Lò,
tỉnh Nghệ An”
1.2. Mục ñích, yêu cầu
1.2.1. Mục ñích:
+ Nghiên cứu khả năng thành lập bản ñồ HTSDð trên cơ sở các tư liệu
ảnh viễn thám;
+ Nghiên cứu khả năng kết hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin ñịa lý
ñể thành lập bản ñồ HTSDð thị xã Cửa Lò – Nghệ An; ñưa ra quy trình công
nghệ thành lập áp dụng cho việc thành lập bản ñồ HTSDð ở ñịa phương.
1.2.2. Yêu cầu:
- Nắm ñược các phương pháp giải ñoán ảnh viễn thám, các ứng dụng
của tư liệu viễn thám và GIS trong thành lập bản ñồ HTSDð;
- Nắm ñược tình hình quản lý, sử dụng ñất ñai trên ñịa bàn nghiên cứu;


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

3

2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
2.1.Những vấn ñề chung về viễn thám.
2.1.1. Nguyên lý cơ bản của viễn thám
Viễn thám ñược ñịnh nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương
pháp thu thập và phân tích thông tin của ñối tượng (vật thể) mà không có
những tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Khi vệ tinh Lansat-1 ñược phóng vào năm 1972, những ứng dụng của kỹ
thuật viễn thám trong lĩnh vực giám sát môi trường và quản lý tài nguyên
thiên nhiên ñã trở nên khá phổ biến và trở thành một phương pháp rất hiệu
quả trong việc cập nhật thông tin của một vùng hay toàn lãnh thổ phục vụ cho
công tác khai thác và quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát biến ñộng và
nghiên cứu môi trường, nghiên cứu hệ sinh thái và thành lập bản ñồ lớp phủ
cũng như bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ….[3].
Sóng ñiện từ ñược phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp
thông tin chủ yếu về ñặc tính của ñối tượng. Ảnh viễn thám cung cấp thông
tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng
ñã xác ñịnh. ðo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh
viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt ñất khác nhau
do sự tương tác giữa bức xạ ñiện từ và vật thể.
Thiết bị dùng ñể cảm nhận sóng ñiện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
ñược gọi là bộ cảm biến.Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy
quét.Phương tiện mang các bộ cảm biến ñược gọi là vật mang ( máy bay,
khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh…).Hình 1.1 thể hiện sơ ñồ nguyên lý
thu nhận ảnh viễn thám.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

4


Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt
trời, năng lượng của sóng ñiện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ ñược bộ
cảm biến ñặt trên vật mang thu nhận.
Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể ñược ảnh viễn thám thu
nhận và xử lí tự ñộng trên máy hoặc giải ñoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh
nghiệm của chuyên gia.Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan ñến
các vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt ñất sẽ ñược ứng dụng vào trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như: nông lâm nghiệp, ñịa chất, khí tượng, môi
trường…
Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5
bước cơ bản như sau:
- Nguồn cung cấp năng lượng.
- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển
- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt ñất
- Chuyển ñổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh
- Hiển thị ảnh số cho việc giải ñoán và xử lí.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

5

Năng lượng của sóng ñiện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển
sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào
từng bước sóng cụ thể.Trong viễn thám, người ta thường quan tâm ñến khả
năng truyền sóng ñiện từ trong khí quyển, vì các hiện tưọng và cơ chế
tương tác giữa sóng ñiện từ với khí quyển sẽ có tác ñộng mạnh ñến thông
tin do bộ cảm biến thu nhận ñược.Khí quyển có ñặc ñiểm quan trọng ñó là
tương tác khác nhau ñối với bức xạ ñiện từ có bước sóng khác nhau. ðối
với viễn thám quang học, nguồn năng lượng cung cấp chủ yếu là do mặt
trời và sự có mặt cũng như thay ñổi các các phân tử nước và khí (theo
không gian và thời gian) có trong lớp khí quyển là nguyên nhân gây chủ
yếu gây nên sự biến ñổi năng lượng phản xạ từ mặt ñất ñến bộ cảm biến.
Khoảng 75% năng lượng mặt tròi khi chạm ñến lớp ngoài của khí quyển
ñược truyền xuống mặt ñất và trong quá trình lan truyền sóng ñiện từ luôn
bị khí quyển hấp thụ, tán xạ và khúc xạ trước khi ñến bộ cảm biến. Các loại
khí như oxy, nitơ, cacbonic, ôzôn, hơi nước… và các phân tử lơ lửng trong
khí quyển là tác nhân chính ảnh hưỏng ñến sự suy giảm năng lưọng sóng
ñiện từ trong quá trình lan truyền.
ðể hiểu rõ cơ chế tương tác giữa sóng ñiện từ và khí quyển và việc chọn
phổ ñiện từ ñể sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, bảng 2.1 thể hiện
ñặc ñiểm cuả dải phổ ñiện từ thường ñược sử dụng trong kỹ thuật viễn thám.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

6

Bảng 2.1 ðặc ñiểm của dải phổ ñiện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám
Dải phổ sóng
ñiện từ
Bước
sóng
ðặc ñiểm


Tia cực tím

0,3 ÷
0,4µm
Hấp thụ mạnh bởi lớp khí quyển ở tầng cao(tầng ôzôn),
không thể thu nhận năng lượng do dải sóng này cung cấp
nhưng hiện tượng này lại bảo vệ con người tránh bị tác
ñộng của tia cực tím.

Tia nhìn thấy

0,4 ÷
0,76µm
R
ất ít bị hấp thụ bởi oxy, hơi nước và năng lượng phản xạ
c
ực ñại ứng với bước sóng 0,5µm trong khí quyển. Năng

ợng do dải sóng này cung cấp giữ vai trò trong viễn
thám.

Cận hồng
ngoại
Hồng ngoại
trung
0,77 ÷
1,34µm
1,55 ÷
2,4µm
Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước sóng hồng
ngoại gần từ 0,77 ÷ 0,9µm. Sử dụng trong chụp ảnh hồng
ngoại theo dõi sự biến ñổi thực vật từ 1,55 ÷ 2,4µm
Hồng ngoại
nhiệt
3 ÷
22µm
Một số vùng bị hơi nước hấp thụ mạnh,dải sóng này giữ
vai trò trong phát hiện cháy rừng và hoạt ñộng núi lửa.
Bức xạ nhiệt của trái ñất năng lượng cao nhất tại bước
sóng 10µm
Vô tuyến
(rada)
1mm ÷
30cm
Khí quyển không hấp thụ mạnh năng lượng các bước
sóng lớn hơn 2cm, cho phép thu nhận năng lượng cả ngày
lẫn ñêm không bị ảnh hưởng của mây, sương mù hay
mưa.


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

7

c. Hệ thống thu nhận tư liệu viễn thám.
- Bộ cảm viễn thám: là các thiết bị tạo ra ảnh về sự phân bố năng lượng
phản xạ hay phát xạ của các vật thể từ mặt ñất theo những phần nhất ñịnh của
quang phổ ñiện từ. Việc phân loại các bộ cảm dựa theo dãi sóng thu nhận,
chức năng hoạt ñộng, cũng có thể phân loại theo kết cấu.
- Bộ cảm chia ra là bộ cảm chủ ñộng và bộ cảm bị ñộng:
+ Bộ cảm bị ñộng thu nhận bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát xạ từ
nguồn phát tự nhiên là mặt trời.
+ Bộ cảm chủ ñộng lại thu năng lượng do vật thể phản xạ từ một nguồn
cung cấp nhân tạo.
2.1.2. Phương pháp xử lý thông tin viễn thám.
a. Khái niệm giải ñoán ảnh viễn thám
Giải ñoán ảnh Viễn thám là quá trình tách thông tin ñịnh tính cũng như
ñịnh lưọng về ảnh dựa trên tri thức chuyên ngành hoặc kinh nghiệm của
người ñoán ñọc ñiều vẽ[1].
Việc tách thông tin có thể phân làm 5 loại:
- Phân loại ña phổ: Quá trình tách gộp thông tin dựa trên tính chất không
gian phổ
- Phát hiện biến ñộng: Phát hiện biến ñộng dựa trên tư liệu ảnh ña thời
gian
- Chiết tách thông tin: Tương ứng với ño nhiệt ñộ trạng thái khí quyển
- Xác ñịnh chỉ số: Việc tính toán chỉ số mới, xác ñịnh hiện tượng ñặc
biệt
- Xác ñịnh các ñối tượng ñặc biệt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

8

b. Giải ñoán ảnh bằng mắt
Giải ñoán ảnh bằng mắt có thể áp dụng trong mọi ñiều kiện trang thiết
bị. Giải ñoán ảnh bằng mắt là việc sử dụng mắt thường cùng với các dụng cụ
quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu ñể xác ñịnh các ñối
tượng. Cơ sở ñể giải ñoán ảnh bằng mắt là các chuẩn giải ñoán ảnh và khóa
giải ñoán ảnh.
* Các chuẩn giải ñoán ảnh:
ðể giải ñoán ảnh, người giải ñoán căn cứ vào một số chuẩn giải ñoán,
ñặc trưng của các ñối tượng cũng như kinh nghiệm của các chuyên gia. Ngoài
ra, kết quả giải ñoán ảnh phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố chủ quan của con
người, nên ñể có kết quả tốt cần phải có cơ sở thống nhất kết quả từ nhiều
nguồn giải ñoán khác nhau[2]. Nhìn chung, có thể chia các chuẩn giải ñoán
thành 8 nhóm chính sau:
- Kích thước: Kích thước của ñối tượng tuỳ thuộc vào tỷ lệ ảnh, kích
thước có thể xác ñịnh nếu lấy kích thước ño ñược trên ảnh nhân với mẫu số tỷ
lệ của ảnh (cần phải chọn một tỷ lệ ảnh phù hợp ñể giải ñoán).
-Hình dạng: Là ñặc trưng bên ngoàI tiêu biểu cho ñối tượng và có ý
nghĩa quan trọng trong giải ñoán ảnh. Hình dạng ñặc trưng cho mỗi ñối tượng
khi nhìn từ trên cao xuống ñược coi là chuẩn giải ñoán ảnh quan trọng (ruộng
thường có dạng hình vuông hay chữ nhật, khu vực chung cư cao tầng khác với
nhà riêng lẻ )
-Bóng râm: Khi nguồn phát năng lượng (mặt trời hay rada) không nằm
ngay trên ñỉnh ñầu hoặc trong trưòng hợp nghiêng sẽ xuất hiện bóng của ñối
tượng. Căn cứ theo bóng của vật thể có thể xác ñịnh ñược chiều cao của vật
thể, trong ảnh rada bóng râm là yếu tố giúp cho việc xác ñịnh ñịa hình và hình
dạng mặt ñất. Tuy nhiên, bóng râm trong ảnh vệ tinh quang học thường làm
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

9

giảm khả năng giải ñoán ñối với khu vực nhiều nhà cao tầng, rất khó khăn
trong việc xác ñịnh diện tích của vật thể.
- ðộ ñen: Là tổng hợp năng lượng phản xạ của bề mặt của ñối tượng.
Mỗi vật thể ñược thể hiện bằng một cấp ñộ ánh sáng nhất ñịnh tỷ lệ với cường
ñộ phản xạ ánh sáng của nó (ảnh ñen trắng biến thiên từ màu trắng ñến màu
ñen, ảnh màu thì tôn ảnh sẽ cho ñộ ñậm nhạt màu ñể phân biệt vật thể khác
nhau).Ví dụ, cát khô phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng có màu
trắng, trong khi ñó cát ướt do ñộ phản xạ kém hơn nên có màu tối hơn trên
ảnh ñen trắng. Trên ảnh hồng ngoại ñen trắng, do thực vật phản xạ mạnh hơn
nên chúng có màu trắng và nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sóng này
nên bao giờ cũng có màu ñen. ðộ ñậm nhật (nền ảnh) là yếu tố rất quan trọng
và cơ bản trong việc giải ñoán ảnh.
- Màu sắc: Là một yếu tố rất thuận lợi trong việc xác ñịnh chi tiết các ñối
tượng. Ví dụ, các kiểu loài thực vật có thể ñược phát hiện dễ dàng thông qua
màu sắc (ngay cả cho những người không có nhiều kinh nghiệm). Trong giải
ñoán ảnh khi sử dụng ảnh hồng ngoại màu, các ñối tượng khác nhau sẽ cho
các tông màu khác nhau, ñặc biệt khi sử dụng ảnh ña phổ tổ hợp màu. Tuỳ
theo mục tiêu giải ñoán, việc chọn lựa các kênh phổ thích hợp ñể tổ hợp màu
sẽ hiển thị rõ nhất các ñối tượng mà người giải ñoán quan tâm.
- Cấu trúc: là tấn số lặp lại của sự thay ñổi tông ảnh cho một khu vực cụ
thể trên một vùng ảnh mà trong mối quan hệ với ñối tượng ñó có cấu trúc là
mịn hay sần sùi. Ví dụ, hình ảnh của các dãy nhà, hình mẫu của ruộng nước,
ñồi chè… tạo ra những hình mẫu ñặc trưng riêng cho các ñối tượng ñó (cỏ
cho cấu trúc mịn, rừng cho cấu trúc thô). Chú ý, chuẩn cấu trúc cũng tuỳ
thuộc vào tỷ lệ ảnh và cấu trúc mịn thường thể hiện ñối tượng là ñồng chất
hoặc có bề mặt bằng phẳng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

10

- Hình mẫu: Liên quan ñến việc sắp xếp của ñối tượng về mặt không
gian mà mắt người giải ñoán có thể phân biệt ñược. ðây là dạng tương ứng
với vật thể theo một quy luật nhất ñịnh, nghĩa là sự lặp lại theo trật tự cụ thể
của tông ảnh hay cấu trúc sẽ tạo ra sự phân biệt và ñồng thời có thể nhận biết
ñược hình mẫu, ví dụ các dãy nhà, giao lộ, hay dễ dàng phân biệt cây ăn trái
khác với cây rừng hay cây ñược trồng trong thành phố…Hình mẫu cung cấp
thông tin từ sự ñồng nhất về hình dạng của chúng.
- Mối quan hệ: Sự phối hợp tất cả các yếu tố giải ñoán, môi trường xung
quanh hoặc mối liên quan của ñối tượng nghiên cứu với các ñối tượng khác sẽ
cung cấp một thông tin giải ñoán quan trọng ñể giảm nhẹ việc xác ñịnh chính
xác ñối tượng. Ví dụ, khu vực thương mại sẽ liên quan ñến các ñường giao
thông lớn; khu dân cư sẽ có nhiều trường học, công viên…
* Khoá giải ñoán ảnh:
Khoá giải ñoán ảnh là chuẩn giải ñoán cho ñối tượng nhất ñịnh bao gồm
tập hợp các yếu tố và dấu hiệu do nhà giải ñoán kinh nghiệm thiết lập, nhằm
trợ giúp cho công tác giải ñoán nhanh và chính xác, cũng như ñồng nhất kết
quả giải ñoán của nhiều người khác nhau.
Kết quả giải ñoán chủ yếu phụ thuộc vào khoá giải ñoán, thông thường
khóa giải ñoán do những người có nhiều kinh nghiệm và hiểu biết thành lập
dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm ñã ñược ñiều tra kỹ lưỡng. Bằng
cách sử dụng khoá giải ñoán, người giải ñoán có thể phát triển mở rộng và
phân tích cho nhiều vùng khác nhau trên cơ sở cùng một loại dữ liệu (cùng là
ảnh Landsat, SPOT hay IKONOS) cũng như cùng mùa và thời gian chụp ảnh,
do ñó, giúp cho công tác giải ñoán ảnh nhanh hơn và ñảm bảo ñược tính
thống nhất trong quá trình giải ñoán.
Tất cả 8 yếu tố giải ñoán ảnh nêu trên cùng với các thông tin về thời gian
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

11

chụp ảnh, mùa, loại phim, tỷ lệ ảnh ñều phải xem xét cẩn thận trước khi thiết
lập khoá giải ñoán. Một bộ khoá giải ñoán phải bao gồm cả phần mô tả ảnh và
phần thuyết minh. ðây là tiêu chuẩn ñể phân biệt một ñối tượng nào ñó tương
ứng với các chuẩn giải ñoán về ñối tượng ñó.
c. Giải ñoán ảnh bằng công nghệ số
* Hiệu chỉnh bức xạ:
Do nhiều nguyên nhân khác nhau như: do ảnh hưởng của bộ cảm biến
hoặc có thể do ảnh hưởng của ñịa hình và góc chiếu của mặt trời hoặc do ảnh
hưởng của khí quyển,…làm ảnh hưởng rất lớn ñến chất lượng ảnh thu ñược.
ðể ñảm bảo nhận ñược những giá trị chính xác của năng lượng bức xạ và
phản xạ của vật thể trên ảnh vệ tinh, cần phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ
nhằm loại trừ các nhiễu trước khi sử dụng ảnh.
* Hiệu chỉnh hình học ảnh:
Bản chất các biến dạng hình học của ảnh ñược hiểu như là sự sai lệch vị
trí giữa tọa ñộ ảnh thực tế (ño ñược) và tọa ñộ ảnh lý tưởng ñược tạo bởi một
bộ cảm biến có thiết kế hình học chính xác và trong ñiều kiện thu nhận lý
tưởng, nhằm loại trừ sai số giữa tọa ñộ ảnh thực tế và tọa ñộ lý tưởng cần phải
tiến hành hiệu chỉnh hình học. Nguyên nhân gây ra biến dạng hình học có thể
là do nội sai, tức là do tính chất hình học của bộ cảm hoặc do ngoại sai gây ra
bởi vị thế của vật mang và hình dáng của vật thể. Ngoài ra sự biến dạng của
ñịa hình cũng gây nên biến dạng hình học của ảnh, trong ñó ảnh hưởng do sự
thay ñổi ñịa hình gây nên biến dạng tăng dần từ tâm ảnh ra các biên, các ñiểm
trên mặt ñất có ñộ cao thấp hoặc cao hơn ñộ cao chuẩn tham chiếu (trong lúc
chụp ảnh) ñều bị biến dạng. Chính vì vậy, hiệu chỉnh hình học cần phải ñược
thực hiện ñể loại trừ sự biến dạng hình học của ảnh. Bản chất của hiệu chỉnh
hình học là xây dựng mối quan hệ giữa hệ tọa ñộ ảnh và hệ tọa ñộ quy chiếu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

12

chuẩn (có thể là hệ tọa ñộ mặt ñất vuông góc hoặc ñịa lý) dựa vào các ñiểm
khống chế mặt ñất, vị thế của sensor, ñiều kiện khí quyển,… ðể hiệu chỉnh
hình học ảnh vệ tinh cần phải dựa trên bản chất của biến dạng ñể có phương
pháp hiệu chỉnh cho phù hợp.
* Tăng cường chất lượng ảnh:
ðấy là phương pháp thường ñược sử dụng ñể làm nổi bật hình ảnh sao
cho người giải ñoán ảnh dễ ñọc, dễ nhận biết nội dung trên ảnh hơn so với
ảnh gốc. Phương pháp thường sử dụng là biến ñổi cấp ñộ xám, biến ñổi
histogram, biến ñổi ñộ tương phản, lọc ảnh, tổ hợp màu…
* Biến ñổi giữa các ảnh:
Biến ñổi giữa các ảnh liên quan ñến việc tạo ra ảnh mới từ việc xử lý các
ảnh ña phổ hoặc ña thời gian bằng các thuật toán ñược áp dụng trên nguồn
ảnh gốc ñã có, tùy thuộc vào yêu cầu thực tế ứng dụng, các kênh của ảnh ña
phổ hoặc các ảnh ña thời gian (chụp ở thời ñiểm khác nhau) ñược phối hợp rất
ña dạng ñể tạo ảnh mới nhằm nhấn mạnh các ñối tượng ñược quan tâm trên
ảnh hoặc cho phép chiết tách ñược ñặc tính của các ñối tượng nhanh chóng và
chính xác hơn so với việc thực hiện trên nguồn ảnh gốc. Phương pháp biến
ñổi giưa các ảnh thường ñược sử dụng là phương pháp biến ñổi số học, trong
phương pháp này có hai phương pháp thường ñược sử dụng là biến ñổi tạo
ảnh dựa trên chỉ số thực vật NDVI và biến ñổi tạo ảnh tỷ số.
2.1.3. Một số ứng dụng của viễn thám
- Ứng dụng trong khí tượng: dùng ñể dự báo thời tiết, dự báo thiên tai
liên quan ñến biến ñổi nhiệt ñộ bề mặt ñất, mây, ….
- Ứng dụng trong bản ñồ: là công cụ ñắc lực phục vụ cho ngành bản ñồ,
thành lập các loại bản ñồ ñịa hình và bản ñồ chuyên ñề ở nhiều tỉ lệ khác nhau.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

13

- Ứng dụng trong nông – lâm nghiệp: theo dõi mức ñộ biến ñổi thảm phủ
thực vật, ñộ che phủ rừng, ….
- Ứng dụng trong ñịa chất: Theo dõi tốc ñộ sa mạc hoá, tốc ñộ xâm thực
bờ biển, phân tích những cấu trúc ñịa chất trên mặt cũng như bên trong lòng
ñất (vỏ trái ñất), ….
2.2. Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS)
2.2.1. Khái quát chung về GIS
a. ðịnh nghĩa về GIS
Hiện nay có khá nhiều ñịnh nghĩa về GIS, song có thể thống nhất chung
về ñịnh nghĩa như sau: “GIS là một tổ chức tổng thể của 4 hợp phần: phần cứng
(máy tính và các thiết bị ngoại vi), phần mềm, dữ liệu ñịa lý và người ñiều hành
ñược thiết kế hoạt ñộng một cách có hiệu quả nhằm thu nhận, lưu trữ, ñiều
khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu ñịa lý. GIS có mục tiêu ñầu
tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian ñịa lý” [5].
b. Các thành phần chính của GIS
GIS bao gồm các hợp phần cơ bản sau: dữ liệu, người ñiều hành, phần
cứng, phần mềm.
+ Dữ liệu
Dữ liệu có thể ñến từ nhiều nguồn như số liệu tính toán thống kê, các
quan trắc thực ñịa, ảnh viễn thám, bản ñồ giấy. Với kỹ thuật hiện ñại ngày
nay, viễn thám và GIS có khả năng cung cấp thông tin bao gồm các thuộc tính
ñịa lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản ñồ và các số liệu ño ñạc. Việc tích hợp
các tư liệu ñịa lý từ nhiều nguồn khác nhau trong ñó có tư liệu viễn thám là
ñặc ñiểm cơ bản của một phần mềm GIS.
- Có kiến thức cơ bản về ñịa lý, bản ñồ, máy tính và công nghệ thông tin.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

14

- Việc ñào tạo cơ bản về ñịa lý cung cấp khả năng khai thác các ñặc
ñiểm không gian và ñồng thời phát hiện ñược mối quan hệ không gian giữa
các hợp phần.





Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống thông tin ñịa lý GIS
- Khoa học về máy tính và thông tin cung cấp các kiến thức cơ bản về
phần cứng máy tính và vận hành thông thạo các chương trình liên kết phần
cứng.
- Có kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm GIS. Việc ñào tạo
sử dụng các phần mềm chủ yếu thường tập trung vào việc xử lý GIS, lập trình
cơ bản, quản lý cơ sở dữ liệu và một số công việc khác có liên quan ñến tích
hợp thông tin.
- Có hiểu biết nhuần nhuyễn về dữ liệu. Hiểu về nguồn tư liệu, nội
dung và ñộ chính xác của dữ liệu và các số liệu ño ñạc của tập dữ liệu, cấu
trúc của dữ liệu.
- Có khả năng phân tích không gian. Yêu cầu ñược ñào tạo về phương
pháp xử lý thống kê, việc ñào tạo cho người xử lý có thể lựa chọn phương
pháp tốt nhất ñể phân tích và áp dụng nhằm ñưa ra kết quả tốt nhất.
Các yêu cầu trên là cần thiết ñối với người ñiều hành GIS, các huấn
luyện chi tiết sẽ tùy thuộc nội dung và mục tiêu cũng như khả năng của máy
NGƯỜI
ðIỀU HÀNH
PH
ẦN

CỨNG
PHẦN

MỀM
CƠ SỞ DỮ LIỆU
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

15

tính và phần mềm ñể lựa chọn những chương trình ñào tạo thích hợp.
+ Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi):
Phần cứng của một GIS bao gồm các hợp phần sau: bộ xử lý trung tâm,
thiết bị nhập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, thiết bị hiển thị và xuất dữ liệu.
- Bộ xử lý trung tâm: hệ thống ñiều khiển, bộ nhớ, tốc ñộ xử lý là
những yếu tố quan trọng nhất của CPU.
- Các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập dữ liệu: bàn số hóa, máy
quét ñể chuyển ñổi dữ liệu tương tự thành dạng số. Các phương tiện lưu trữ
thông dụng là ổ ñĩa cứng, ổ ñọc băng, ổ ñĩa quang có thể ghi và xóa dữ liệu.
Thiết bị hiển thị và xuất dữ liệu bao gồm màn hình, máy in. Hiện nay, với sự
phát triển của công nghệ tin học và công nghệ thông tin, ñặc biệt là khi có
thiết bị mạng cho phép chia sẻ các chức năng và trao ñổi giữa những người sử
dụng, càng tạo ñiều kiện cho GIS phát triển.
+ Phần mềm:
Một hệ thống phần mềm xử lý GIS yêu cầu phải có ñầy ñủ hai hợp
phần, ñó là tự ñộng hóa thành lập bản ñồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Sự phát
triển kỹ thuật GIS hiện ñại liên quan ñến sự phát triển của hai hợp phần này.
Bản ñồ học là môn khoa học về ñịa lý, về tính chất, phương pháp xây
dựng và sử dụng chúng, bản ñồ học bao gồm nhiều bộ môn khoa học và kỹ
thuật quan hệ chặt chẽ với nhau. Do ñó, tự ñộng hóa thiết lập bản ñồ là thành
lập bản ñồ với sự trợ giúp của máy tính. Bản ñồ là sự thể hiện bằng ñồ họa
mối quan hệ không gian và là sự mô hình hóa thực tế theo những tỷ lệ nhất
ñịnh thông qua các công ñoạn lựa chọn, phân loại, làm ñơn giản hóa và tạo
mẫu ký tự.
Các phần mềm tiện ích thông qua máy tính trợ giúp cho việc thành lập
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

16

bản ñồ trên nhiều phương diện như sau:
- Thứ nhất, bản ñồ trong máy tính là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa làm
cho bản ñồ ñược hoàn thiện và lượng thông tin sẽ ñược nâng lên. ðặc biệt,
việc bổ sung thông tin cho bản ñồ cũng dễ dàng thực hiện ñược.
- Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn trên bản ñồ ñược thao
tác với tốc ñộ nhanh nên giá thành thấp. Việc lựa chọn, phân loại và làm ñơn
giản hóa các ñặc ñiểm bản ñồ cũng ñược thực hiện một cách khoa học. Các
chức năng cụ thể của phần mềm trợ giúp cho phép quá trình thiết kế và khái
quát hóa bản ñồ ñược thực hiện. Kết quả như mong muốn có thể ñạt ñược bởi
nhiều cán bộ bản ñồ hoặc do chính một cán bộ bản ñồ làm trong nhiều thời
gian khác nhau.
- Thứ ba, thiết kế bản ñồ có thể ñược hoàn thiện hơn qua việc thử và
chỉnh sửa lỗi. Kích thước, hình dạng hoặc vị trí của chữ hoặc ký hiệu trên bản
ñồ có thể dễ dàng thay ñổi ñược và ñưa về vị trí chính xác như mong muốn.
Chức năng thứ hai của phần mềm GIS là hệ thống quản lý dữ liệu
(DBMS). GIS phải có khả năng ñiều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu ñịa
lý ñồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu theo một trật
tự rõ ràng.
Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm GIS là cho khả năng liên kết
hệ thống giữa việc tự ñộng hóa bản ñồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Các tài liệu
mô tả cho một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không
gian của chúng. Sự liên kết ñó là một ưu thế của việc vận hành GIS:
+ Một là: các dữ liệu thuộc tính nhất thiết phải ñược thể hiện liên kết
với các ñối tượng trên bản ñồ. Ví dụ, số liệu về dân số của một thành phố
ñược gọi ra một cách tự ñộng mà không cần phải có một sự tra cứu nào khác.
ðối với bản ñồ truyền thống thì công việc tra cứu thường phải làm ñộc lập,

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×