ứng dụng tư liệu viễn thám và gis phục vụ công tác quản lý đất đai trên địa bàn quận hoàn kiếm, thành phố hà nội

ðặc biệt là sự xuất hiện của các tư liệu viễn thám mới như: SPOT, LANDSAT, ASTER… có ñộ phân giải không gian và phân giải phổ cao có khả năng chụp lập thể, ñặc biệt là có thể cập nhật th

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

-

NGUYỄN ðỨC CÔNG

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ ðẤT ðAI TRÊN ðỊA BÀN QUẬN HOÀN KIẾM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI – 2011

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

-

NGUYỄN ðỨC CÔNG

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ ðẤT ðAI TRÊN ðỊA BÀN QUẬN HOÀN KIẾM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành: QUẢN LÝ ðẤT ðAI

Mã số: 60.62.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ MINH TÁ

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một công trình nghiên cứu hay học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin ñược trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Nguyễn ðức Công

LỜI CẢM ƠN

để có ựược kết quả nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi ựã nhận ựược sự giúp ựỡ từ nhiều các ựơn vị và cá nhân Tôi xin ghi nhận và bày tỏ lòng biết ơn tới những tập thể, cá nhân ựã dành cho tôi sự giúp

Tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến ựóng góp của các thầy cô trong Khoa Tài nguyên và Môi trường và các thầy cô trong Viện đào tạo Sau ựại học

Và cuối cùng, tôi xin cám ơn nhóm công tác viên ựã nhiệt tình giúp ựỡ, cảm ơn sự cổ vũ, ựộng viên và giúp ựỡ của gia ựình, bạn bè trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận văn

Nguyễn đức Công

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2 Mục ñích và yêu cầu của ñề tài 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 2

2.1 Cơ sở lý luận về nguồn tài nguyên ñất ñai 3

2.2 Cơ sở lý luận về ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý dữ liệu ñất 7

2.3 Tổng quan về kỹ thuật viễn thám 11

2.5 Tổng quan về hệ thống CSDL 49

3 ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

3.1 ðối tượng, phạm vi nghiên cứu 57

3.2 Nội dung nghiên cứu 57

3.3 Phương pháp nghiên cứu 57

4.1 Khái quát ñiều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 59

4.1.1 Lịch sử hình thành 60

4.1.2 ðiều kiện tự nhiên 61

4.1.3 ðiều kiện kinh tế, xã hội 62

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

FAO Tổ chức lương thực và nông nghiệp thế giới

GIS Hệ thống thông tin ñịa lý

MCDS Hệ thống hỗ trợ ra quyết ñịnh ña mục tiêu

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 ðất và các thành phần cơ bản 4

Hình 2.2 Cấu tạo phẫu diện ñất vùng ñồi núi 6

Hình 2.3 Cấu tạo phẫu diện ñất lúa nước 6

Hình 2.4 Các kênh sử dụng trong viễn thám 13

Hình 2.5 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám 14

Hình 2.6 Bức xạ ñiện từ 18

Hình 2.7 ðặc ñiểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT 20

Hình 2.8 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 22

Hình 2.9 ðặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 23

Hình 2.10 Quy trình công nghệ xây dựng CSDL nền thông tin ñịa lý 41

Hình 2.11 Bảng dữ liệu của một mô hình dữ liệu vật lý 52

Hình 2.12 Cây nhị phân (Binary tree) 53

Hình 2.13 Giao diện ArcGis 55

Hình 4.1 Bản ñồ vị trí khu vực nghiên cứu 59

Hình 4.4 Bảng chắp của quận Hoàn Kiếm 72

Hình 4.5 Ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 73

Hình 4.6 Sơ ñồ các bước số hóa bản ñồ 74

Hình 4.7 Bản ñồ ñịa hình 1/2000 ñã số hóa phường Chương Dương 75

Hình 4.8 Chồng ghép bản ñồ ñịa hình 1/2000 lên ảnh vệ tinh 76

Hình 4.9 Cập nhật trực tiếp thay ñổi lên bản ñồ 77

Hình 4.10 Quy trình ñiều tra ngoại nghiệp 77

Hình 4.11 Quy trình thành lập CSDL thông tin ñịa lý 79

Hình 4.12 Giao diện ArcToolBox 80

Hình 4.13 Giao diện IGDS to Coverage Wizard 1 81

Hình 4.14 Giao diện IGDS to Coverage Wizard 2 81

Hình 4.15 Giao diện IGDS to Coverage Wizard 3 82

Hình 4.16 Giao diện IGDS to Coverage Wizard 4 82

Hình 4.17 Giao diện IGDS to Coverage Wizard 5 83

Hình 4.18 Giao diện IGDS to Coverage Wizard 6 84

Hình 4.19 Giao diện IGDS to Coverage Wizard 7 84

Hình 4.20 Giao diện ArcCatalog 85

Hình 4.21 Giao diện Coverage Properties 85

Hình 4.22 Giao diện Define Projection Wizard 1 86

Hình 4.23 Giao diện Define Projection Wizard 2 87

Hình 4.24 Giao diện Define Projection Wizard 3 88

Hình 4.25 Giao diện Define Projection Wizard 4 88

Hình 4.26 Giao diện Define Projection Wizard 5 89

Hình 4.27 Mô hình CSDL tổng quát 90

Hình 4.28 Cấu trúc lớp dữ liệu ñịa giới hành chính 90

Hình 4.29 Cấu trúc lớp dữ liệu thủy hệ 90

Hình 4.30 Cấu trúc lớp dữ liệu dân cư 91

Hình 4.31 Cấu trúc lớp dữ liệu giao thông 92

Hình 4.32 Dữ liệu không gian sau khi ñược chuyển ñổi 93

Hình 4.33 CSDL thông tin ñịa lý hoàn chỉnh 95

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Kênh phổ của MSS 14

Bảng 2.2 Kênh phổ của TM 15

Bảng 2.3 Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT - 3 16

Bảng 2.4 Phân loại sóng ñiện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám 19

Bảng 4.1 Cơ cấu và biến ñộng ñất ñai 69

Bảng 4.2 Phiên hiệu các mảnh bản ñồ 1/2000 VN-2000 khu vực nghiên cứu 71

Bảng 4.3 Mẫu phiếu ñiều tra ngoại nghiệp 78

Bảng 4.4 Thống kê số lượng thông tin ñịa lý ñiều tra 94

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

ðất ñai là tài nguyên quý giá mà thiên nhiên ban tặng cho con người, là thành phần quan trọng hàng ñầu của môi trường sống, là tư liệu sản xuất ñặc biệt

và không thể thay thế trong sản xuất nông nghiệp, là ñịa bàn phân bố dân cư, xây dựng các cơ sở văn hóa, kinh tế, an ninh

Ngày nay, cùng với sự phát triển của ñất nước, nhu cầu về ñất ñai của tất

cả các ngành, các lĩnh vực ngày càng cao tạo nên sự thay ñổi khá lớn về cơ cấu các loại hình sử dụng ñất theo thời gian ðối với công tác quản lý ñất ñai, việc tìm hiểu rõ và thường xuyên nắm chắc quá trình biến ñộng ñất ñai, việc sử dụng ñất diễn biến như thế nào trong các giai ñoạn phát triển khác nhau là một nhiệm

vụ hết sức quan trọng, bởi việc này góp phần cung cấp các thông tin cần thiết, cập nhật, mang tính chính xác cao cho hoạt ñộng quản lý, phân tích cũng như ñánh giá những tác ñộng ñến nguồn tài nguyên ñất, từ ñó ñưa ra những chính sách sử dụng ñất ñai phù hợp nhằm nâng cao mức sống người dân, ñem lại hiệu quả cao hơn cả về kinh tế - xã hội và môi trường

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ thì ảnh viễn thám cũng ñã xuất hiện và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong công tác ñiều tra, quản

lý tài nguyên ðặc biệt là sự xuất hiện của các tư liệu viễn thám mới như: SPOT, LANDSAT, ASTER… có ñộ phân giải không gian và phân giải phổ cao có khả năng chụp lập thể, ñặc biệt là có thể cập nhật thông tin nhanh chóng thông qua việc thu nhận và xử lý ảnh vệ tinh ở nhiều thời ñiểm khác nhau tạo thành ảnh ña thời gian ở dạng số ðây là sản phẩm dễ dàng sử dụng trong các phần mềm phân tích ảnh hiện ñại và có khả năng tích hợp thuận tiện trong hệ thống thông tin ñịa lý GIS Việc phóng vệ tinh VINASAT-1 ñầu tiên vào ngày 12/4/2008, ñã mở ra một hướng ñi mới trong ứng dụng ảnh viễn thám ở Việt Nam

Nhận thức ñược tầm quan trọng của sự thay ñổi trong quá trình sử dụng ñất với sự thay ñổi khí hậu và chất lượng của cuộc sống, tôi tiến hành nghiên

cứu ñề tài: “Ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS phục vụ công tác quản lý ñất

ñai trên ñịa bàn quận Hoàn Kiếm, thành phố Hà Nội”

1.2 Mục ñích và yêu cầu của ñề tài

1.2.2 Yêu cầu của ñề tài

- Nắm vững công nghệ viễn thám và GIS, quy trình xây dựng CSDL thông tin ñịa lý

- Các số liệu ñiều tra, thu thập chính xác, ñầy ñủ và phản ánh trung thực, khách quan

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

- Mô hình thành lập CSDL thông tin ñịa lý sẽ giúp quản lý dữ liệu một

cách có hệ thống và ñáp ứng ñược những yêu cầu về dữ liệu hiện nay

2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Cơ sở lý luận về nguồn tài nguyên ñất ñai

2.1.1 Tổng quan về nguồn tài nguyên ñất ñai

2.1.1.1 Khái niệm

Trên mặt ñịa cầu có chỗ là một khối rắn chắc, có chỗ là bãi cát mênh mông hoang mạc, có chỗ cây cối mọc xanh tươi bát ngát Loài người gọi vùng thứ nhất là ñá (nham thạch), vùng thứ hai là sa mạc, vùng thứ ba là thổ nhưỡng Như vậy thổ nhưỡng là ñất mặt tơi xốp của vỏ lục ñịa, có ñộ dầy khác nhau

Nguồn gốc của ñất là từ các loại "ñá mẹ" nằm trong thiên nhiên lâu ñời bị phá huỷ dần dần dưới tác dụng của yếu tố lý học, hóa học và sinh học Tiêu chuẩn cơ bản ñể phân biệt giữa "ñá mẹ" và ñất là ñộ phì nhiêu, nếu chưa có ñộ phì nhiêu, thực vật thượng ñẳng chưa sống ñược

Do yêu cầu sử dụng ñất khác nhau, loài người ñã dùng các phương pháp nghiên cứu ñất khác nhau và tích luỹ ñược rất nhiều kiến thức về ñất Nhưng cũng có các nhận thức khác nhau về ñất Ví dụ ñối với các công trình xây dựng nhà cửa, ñường sá, thuỷ lợi thì ñất chỉ là nguyên liệu chịu lực cho nên các cán

bộ thuỷ lợi và xây dựng thường coi ñất là một loại nguyên liệu, chỉ quan tâm ñến các tính chất vật lý và cơ lý của ñất Còn trong sản xuất nông nghiệp ñất là

cơ sở sinh sống và phát triển cây trồng

2.1.1.2 Nguồn gốc và thành cơ bản của ñất ñai

Các loại ñá nằm trong thiên nhiên chịu tác dụng lý học, hóa học và sinh học dần dần bị phá huỷ thành một sản phẩm ñược gọi là mẫu chất Trong mẫu chất mới chỉ có các nguyên tố hóa học chứa trong ñá mẹ sinh ra nó, còn thiếu một số thành phần quan trọng như chất hữu cơ, ñạm, nước… vì thế thực vật thượng ñẳng chưa sống ñược Trải qua một thời gian dài nhờ tác dụng của sinh vật tích luỹ ñược chất hữu cơ và ñạm, thực vật thượng ñẳng sống ñược, có nghĩa

là ñã hình thành thổ nhưỡng Như vậy có thể nói nguồn gốc ban ñầu của ñất là

từ ñá mẹ Thí dụ ở nước ta có ñất nâu ñỏ trên ñá bazan, ñất nâu ñỏ trên ñá vôi,

ñất vàng ñỏ trên phiến thạch sét hoặc ñá biến chất như phiến thạch Mica, Gơnai…

Dù là ñất nông nghiệp, ñất lâm nghiệp, ñất ñồng cỏ, thậm chí ñất hoang ñều gồm có các thành phần cơ bản sau ñây:

vô cơ

nhiều bởi vì hai thành phần này tồn tại trong các khe hở của đất, nĩ khơng những phụ thuộc độ chặt, độ xốp mà cịn phụ thuộc độ ẩm của đất Cả hai thành phần này cộng lại cĩ thể chiếm trên 50% thể tích đất

Tầng đất là những lớp đất nằm song song hay gần song song với bề mặt đất, các tầng đất được phân biệt với nhau bởi các dấu hiệu cĩ thể quan sát, đo đếm tại thực địa hoặc thơng qua phân tích trong phịng

Tầng đất trong phẫu diện là kết quả của một hay một số quá trình hình thành hoặc biến đổi diễn ra trong đất, vì vậy tầng đất thường được gọi là tầng phát sinh Như vậy, nghiên cứu phẫu diện đất giúp ta chẩn đốn được quá trình phát sinh đất Tầng phát sinh là cơ sở để tiến hành phân loại đất theo phát sinh, tầng phát sinh được định lượng các tính chất gọi là tầng chẩn đốn trong phân loại đất theo phương pháp định lượng

V.V Docuchaev là người đầu tiên dùng các ký tự là chữ cái in hoa ký hiệu cho các tầng đất, theo ơng từ trên mặt xuống dưới sâu cĩ 3 tầng cơ bản là

A, B, C Tầng A là lớp đất trên cùng (cịn gọi là tầng mặt, tầng canh tác), đây là tầng tích lũy chất hữu cơ và mùn, đồng thời tầng A cũng là tầng rửa trơi, tuỳ mức độ nghiên cứu mà tầng A được chia thành Aoo, Ao(tầng thảm mục), A1,

A2, A3 Tầng B là tầng tích tụ các chất rửa trơi từ tầng A xuống, cĩ thể được chia thành B1, B2, B3 Tầng C là tầng mẫu chất nằm ngay trên đá mẹ phát sinh ra đất

Hiện nay, các nhà khoa học đất đề nghị bổ sung thêm một số tầng đất Theo Soil Taxonomy và FAO-UNESCO, trong phẫu diện cĩ các tầng lần lượt từ trên xuống dưới như sau: tầng O, tầng H, các loại tầng A, tầng E, các loại tầng B

và tầng C (một phẫu diện đất khơng nhất thiết phải đủ tầng đất nêu trên)

+ Vùng ñồi núi: Phẫu diện ñiển hình có 3 tầng cơ bản là A,

B, C (ñá mẹ ký hiệu là C, tầng B thường có ñộ dày lớn nhất)

Chú ý: ðộ dày từ mặt xuống tới ñá mẹ ñược gọi là ñộ dày ñất, còn quen gọi là ñộ dày tầng ñất

Hình 2.2 Cấu tạo phẫu diện ñất vùng ñồi núi

+ Vùng ñồng bằng: ðiển hình là phẫu diện ñất lúa nước AC: Tầng canh tác (còn gọi là tầng A), tầng này càng dày, ñất càng tốt

P: Tầng ñế cày: nằm ngay dưới tầng canh tác B: Tầng tích tụ có màu loang lổ ñỏ vàng, tầng này tích tụ các chất rửa trôi từ trên xuống, ngoài ra còn tích tụ một số chất từ nước ngầm ñem lên, nên tầng B ñất ñồng bằng có tích tụ 2 chiều

G: Tầng glay có màu xanh xám hoặc xám xanh

Hình 2.3 Cấu tạo phẫu diện ñất lúa nước

2.1.2 Dữ liệu ñất

Các thành phần cấu thành của CSDL tài nguyên ñất nói chung bao gồm: Thông tin về hệ thống quy chiếu; thông tin về hệ tọa ñộ, ñộ cao nhà nước; thông tin về hệ thống bản ñồ ñịa hình cơ bản; Thông tin về ñường biên giới và ñịa giới hành chính; Thông tin về mô hình ñộ cao ñịa hình; thông tin về các loại ñất phân theo tính chất ñất; Thông tin về các loại sử dụng ñất phân theo hiện trạng sử dụng; Thông tin về bản ñồ thửa ñất - bao gồm nhà cửa, tài sản trên ñất; Thông tin về chủ sử dụng ñất; và thông tin về các dữ liệu có liên quan khác

Như vậy, dữ liệu ñất là một thành phần trong hệ thống CSDL tài nguyên ñất ñai Dữ liệu về ñất cũng gồm rất nhiều các thành phần riêng như là vị trí ñất, nguồn gốc hình thành, các tính chất hóa học, sinh học, vật lý…

CSDL ñất nói riêng cũng tương tự như nhiều CSDL khác, ñược phân loại theo dạng thông tin gồm: CSDL không gian (ñồ họa) và CSDL thuộc tính (văn bản) CSDL ñất phân loại theo nguồn thông tin gồm: Thông tin ñầu vào như dữ

liệu bản ñồ (thu thập từ bản ñồ trên giấy, bản ñồ số, số liệu ño mặt ñất, số liệu

ño ảnh hàng không, vũ trụ…); Dữ liệu thuộc tính (thu thập từ nội dung bản ñồ

cũ, ñiều tra thực ñịa, sổ sách tài liệu, hồ sơ, số liệu ñiều tra cơ bản); Thông tin ñầu ra phục vụ yêu cầu quản lý của các cơ quan nhà nước, của ngành Tài nguyên và môi trường, các ngành khác và phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của người dân

2.2 Cơ sở lý luận về ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý dữ liệu ñất

2.2.1 Khái niệm chung về công nghệ thông tin

Từ những năm 50 - thế kỷ XX con người bắt ñầu cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ hai có bản chất là quá trình tin học hóa nội dung là sử dụng

"công nghệ thông tin" ñể thay thế một phần lao ñộng trí óc, ñể trợ giúp phần ñiều khiển bằng trí tuệ của con người

Công nghệ thông tin là tập hợp các ngành khoa học kỹ thuật nhằm giải quyết vấn ñề thu nhận thông tin, quản lý thông tin, xử lý thông tin, truyền thông tin và cung cấp thông tin ðể giải quyết những vấn ñề này, người ta ñã tập trung vào các nội dung sau ñây:

- Xác ñịnh hệ thống thông tin: các thể loại thông tin, yêu cầu về chất lượng, các chuẩn thông tin…;

- Xác ñịnh hệ thống phần cứng và phần mềm hệ thống, xây dựng tổ chức cho toàn hệ thống;

- Thu nhận thông tin: sử dụng kỹ thuật ño ñạc ñể lấy số liệu, tổ chức hệ thống thống kê số liệu thông qua bộ máy quản lý của ngành, tổ chức hệ thống cập nhật dữ liệu;

- Quản lý thông tin, xây dựng hệ thống CSDL, hệ quản trị CSDL, xử lý thông tin, phân tích và tổng hợp hệ thống thông tin, giải các bài toán ứng dụng chuyên ngành;

- Truyền thông tin: xây dựng hệ thống ñường truyền thông tin, giải pháp truyền thông tin trên mạng, hệ quản trị mạng thông tin, bảo vệ an toàn trên

ñường truyền thông tin, bảo mật thông tin, cung cấp thông tin, xây dựng giao diện với người sử dụng, hiển thị thông tin theo nhu cầu, tổ chức mạng dịch vụ thông tin…

Ở Việt Nam thì khái niệm công nghệ thông tin ñược hiểu và ñịnh nghĩa trong nghị quyết 49/CP ký ngày 04/08/1993 về phát triển công nghệ thông tin của chính phủ Việt Nam, như sau: “Công nghệ thông tin là tập hợp các phương pháp khoa học, các phương tiện và công cụ ký thuật hiện ñại - chủ yếu là kỹ thuật máy tính và viễn thông - nhằm tổ chức khai thác và sử dụng có hiệu quả các nguồn tài nguyên thông tin rất phong phú và tiềm năng trong mọi lĩnh vực hoạt ñộng của con người và xã hội.”

2.2.2 Khái niệm về quản lý dữ liệu

Quản lý dữ liệu là quá trình chăm sóc, bảo trì các dữ liệu Nó bao gồm một loạt các hoạt ñộng từ khi nhập dữ liệu vào hệ thống, kiểm tra, sắp xếp và phân loại dữ liệu Dữ liệu có thể ñược lưu trữ một cách an toàn, hạn chế thấp nhất gặp phải những sự cố kỹ thuật gây phá hỏng thiết bị, hoặc do sự cạnh tranh không lành mạnh của con người, hay do thời gian gây ra Quản lý dữ liệu không cho phép những cá nhân xâm phạm bản quyền có thể thay ñổi nội dung của dữ liệu Khuôn dạng dữ liệu cho phép có khả năng phân tích và xử lý dữ liệu ñể tạo

ra sản phẩm khi có các yêu cầu về thông tin

2.2.3 Một số ứng dụng CNTT trong quản lý dữ liệu nguồn tài nguyên ñất 2.2.3.1 Trên thế giới

Trên thế giới có rất nhiều các quốc gia, các tổ chức, các cơ quan ñã ñưa CNTT ñể xây dựng và quản lý dữ liệu ñất nói riêng và ñất ñai nói chung Tổ chức nông lương thế giới FAO chính là tổ chức có những ứng dụng lớn nhất về công nghệ thông tin trong quản lý tài nguyên

Trong thời gian ba thập kỷ qua, bộ phận phát triển tài nguyên ñất và nước (Land and Water Development Division - AGL) của FAO ñã dẫn ñầu về phát triển và ứng dụng máy tính dựa trên phân tích dữ liệu và hệ thống thông tin ñể

hỗ trợ các quyết ñịnh về các vấn ñề ñất nông nghiệp, quy hoạch và quản lý tài

nguyên nước Các hệ thống thơng tin đất và nước đã được thiết lập, cĩ ba dạng

hệ thống thơng tin trong AGL là: Hệ thống đánh giá tài nguyên đất đai; Hệ thống đánh giá tài nguyên nước; Hệ thống quản lý thuỷ lợi Trọng tâm của các

hệ thống thơng tin đất là các phương pháp và cơng cụ để đánh giá các tiềm năng, nguồn lực về đất và đất đai trên tồn cầu, hay cho từng quốc gia, khu vực Hệ thống thơng tin tài nguyên nước thì quan tâm tới các hệ thống thuỷ lợi, việc quản lý sử dụng nước với các mức độ canh tác ở từng khu vực và đánh giá tài nguyên nước của mỗi quốc gia

Các cơng cụ tích hợp hệ thống gồm năm nhĩm chủ yếu sau:

* Cơng cụ về CSDL: Bao gồm các vỏ chương trình CSDL (database program shells) để tạo CSDL đất, địa hình, nước, khí hậu, mùa vụ và sử dụng đất; cũng cĩ thể một số CSDL đã được tạo ra bằng cách sử dụng các chương trình

* Cơng cụ mơ hình

- Các mơ hình tăng trưởng cây trồng, và dự đốn cả năng suất tiềm năng

và năng suất thực

- Các mơ hình về các dự tốn rủi ro mất đất và đánh giá suy thối đất đai;

- Các mơ hình cân bằng nước, yêu cầu nước tưới tiêu mùa vụ và các yêu cầu về thủy lợi

- Các mơ hình cân bằng dinh dưỡng cho cây trồng và các yêu cầu

* Các cơng cụ hỗ trợ ra quyết định: cĩ hai loại

- Hệ thống các cơng cụ chuyên biệt để hỗ trợ cho việc đánh giá đất dựa trên các thơng tin và kiến thức sẵn cĩ

- Hệ thống hỗ trợ ra quyết định đa mục tiêu (Multi-criteria decision - support systems - MCDS) để phân tích tối ưu kịch bản sử dụng đất đai và nước Các cơng cụ MCDS tương tác tạo so sánh về các điều kiện sử dụng đất và nước

Từ đĩ tìm thấy một hiệu quả và cĩ thể chấp nhận được sự cân bằng giữa các yêu cầu của các bên liên quan trong tài nguyên đất và nước

* Các tài liệu và các ấn phẩm

AGL có một trung tâm tài liệu thu thập và duy trì hai loại tài liệu: tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của FAO và ngoài FAO (thông tin quốc gia, tài liệu chuyên biệt); bộ sưu tập hàng ngàn bản ñồ ñã ñược sử dụng trong biên soạn Bản ñồ thế giới ñất của FAO-UNESCO, và tiếp tục ñược làm phong phú với bản ñồ mới

* Công cụ truyền thông ña phương tiện

AGL sử dụng cơ sở Internet và Intranet ñể phổ biến các thông tin theo Trung tâm thông tin Nông nghiệp thế giới (Worl Agriculture Information Centre

- WAICENT) và hệ thống thành viên phổ biến thông tin của FAO Bằng cách này, AGL ñạt các mục tiêu tiếp cận khán giả hiệu quả hơn, giảm chi phí trong tất

cả các giai ñoạn tiếp nhận, xử lý và phổ biến thông tin về tài nguyên ñất và nước

2.2.3.2 Tại Việt Nam

Hệ thống thông tin ñất ñai Việt Nam (Vietnam Land Information System

- VILIS)

Nguồn gốc xuất xứ của phần mềm

ðể tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin, công nghệ GIS trong công tác quản lý ñất ñai, năm 2000, Bộ Tài nguyên và Môi trường ñã giao cho Viện Nghiên cứu ðịa chính thực hiện ñề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước "Xây dựng mô hình CSDL ñất ñai cấp tỉnh" với chủ nhiệm ñề tài là TS Lê Minh, ñề tài ñược nghiệm thu với sản phẩm chính là phần mềm hệ thống thông tin ñất ñai

ña mục tiêu VILIS

Năm 2005, Bộ Tài nguyên và môi trường ñã chính thức giao cho Trung tâm Viễn thám tiếp tục thực hiện hoàn thiện, nâng cấp và triển khai áp dụng phần mềm VILIS trong lĩnh vực quản lý ñất ñai Tên chính thức của phần mềm

là Vietnam Land Information System - VILIS

Chức năng cơ bản của phần mềm VILIS

VILIS là một phần mềm hệ thống thông tin ñất ñai ña mục tiêu, cung cấp ñầy ñủ những công cụ, chức năng ñể thực hiện các công tác nghiệp vụ chuyên môn của công tác quản lý ñất ñai

VILIS là một phần mềm bao gồm nhiều mô ñun, mỗi mô ñun bao gồm các chức năng hỗ trợ một nội dung của công tác quản lý Nhà nước về ñất ñai:

- Mô ñun quản lý cơ sở toán học của bản ñồ, hệ thống lưới tọa ñộ - ñộ cao các cấp, mốc ñịa giới hành chính;

- Mô ñun quản lý CSDL ñất ñai: bản ñồ ñịa chính, hồ sơ ñịa chính, bản ñồ trực ảnh, bản vẽ kỹ thuật…

- Mô ñun ñăng ký ñất ñai: quản lý hồ sơ, bản ñồ ñịa chính và kê khai ñăng

ký, in GCNQSDð, cập nhật và quản lý biến ñộng ñất ñai;

- Mô ñun Hỗ trợ thống kê, kiểm kê ñất ñai, thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất từ bản ñồ ñịa chính

- Mô ñun quản lý hệ thống tài nguyên ñất ñai

- Mô ñun hiển thị, tra cứu và phân phối thông tin ñất ñai, giao dịch ñất ñai trên mạng internet/intranet theo giao diện web

2.3 Tổng quan về kỹ thuật viễn thám

2.3.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám

Viễn thám ñược ñịnh nghĩa như là một khoa học công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát ñược xác ñịnh, ño ñạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng

Sóng ñiện từ hoặc ñược phản xạ hoặc ñược bức xạ từ vật thể thường là nguồn tài liệu chủ yếu trong viễn thám Những năng lượng từ trường, trọng trường cũng có thể ñược sử dụng

Thiết bị dùng ñể cảm nhận sóng ñiện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể ñược gọi là bộ cảm

Phương tiện dùng ñể mang các bộ cảm ñược gọi là vật mang, gồm khí cầu, máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ

Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin các ñối tượng trên mặt ñất Từ năm 1858 người

ta ñã bắt ñầu sử dụng khinh khí cầu ñể chụp ảnh nhằm mục ñích thành lập bản

ñồ ñịa hình Những bức ảnh hàng không ñầu tiên chụp từ máy bay ñược Wilbur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia Từ ñó ñến nay, phương pháp sử dụng ảnh hàng không là phương pháp ñược sử dụng rộng rãi nhất Trên thế giới, việc phân tích ảnh hàng không ñã góp phần ñáng kể trong việc phát hiện nhiều mỏ dầu và khoáng sản trầm tích

Vào giữa những năm 1930, người ta ñã có thể chụp ảnh mầu và ñồng thời thực hiện nhiều cuộc nghiên cứu nhằm tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức

xạ gần hồng ngoại có tác dụng hữu hiệu trong việc loại bỏ ảnh hưởng tán xạ và

mù của khí quyển Từ năm 1960, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho phép thu ñược hình ảnh ở các dải sóng khác nhau bao gồm cả dải sóng hồng ngoại và sóng cực ngắn Sau ñó sự thành công trong việc chế tạo các bộ cảm biến và các tàu vũ trụ, các vệ tinh nhân tạo ñã cung cấp khả năng thu nhận hình ảnh của trái ñất từ trên quỹ ñạo góp phần hữu ích cho việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, biến ñộng sử dụng ñất, cấu trúc ñịa mạo, nhiệt ñộ, gió trên bề mặt ñại dương …

Viễn thám có thể phân loại làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần

Hình 2.4 Các kênh sử dụng trong viễn thám

Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500mµ Tư liệu viễn thám thu ñược trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái ñất Vì vậy, các thông tin về vật thể có thể ñược xác ñịnh

từ các phổ phản xạ Tuy nhiên, radar sử dụng tia laser là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra Mỗi vật thể trong nhiệt ñộ bình thường ñều phát ra một bức xạ có ñỉnh tại bước sóng 10.000mµ

Trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ ñộng và bị ñộng Trong viễn thám siêu cao tần bị ñộng thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra ñược ghi lại, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ ñộng lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể

Hình 2.5 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám

2.3.2 Vệ tinh viễn thám và tư liệu sử dụng trong viễn thám

2.3.2.1 Vệ tinh Landsat

Vệ tinh Landsat là vệ tinh tài nguyên của Hoa Kỳ ñược phóng lên quỹ ñạo lần ñầu tiên vào năm 1972, cho ñến nay ñã có 7 thế hệ vệ tinh Landsat ñược phóng lên quỹ ñạo ðộ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980, quỹ ñạo ñồng bộ mặt trời, chu kỳ lặp 18 ngày, bề rộng tuyến chụp 185km

Hai bộ cảm của vệ tinh Landsat ñều là máy quét quang cơ: MSS (Multispectral scanner) và TM (Thematic mapper)

Bộ cảm MSS hoạt ñộng ở dải phổ nhìn thấy và hồng ngoại (bảng 2.1)

ðặc ñiểm của MSS là sử dụng 4 băng phổ, mỗi băng phổ có trang bị 6

bộ thu sử dụng sợi quang học ðộ phân giải mặt ñất từ 40m ñến 80m, ñộ rộng ñường quét 185km

Bộ cảm TM sử dụng vùng phổ nhìn thấy, hồng ngoại gần và hồng ngoại nhiệt (bảng 2.2)

Các thông số của ảnh vệ tinh SPOT - 3 như trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT - 3

0,61 - 0,68 µm 0,79 - 0,89 µm

Ảnh vệ tinh Cosmos của Nga có hai loại: ảnh có ñộ phân giải cao và ảnh

có ñộ phân giải trung bình Ảnh vệ tinh ñộ phân giải cao có kích thước ảnh 30x30cm, ñộ phân giải mặt ñất 6-7m, ñộ phủ dọc >60% Ảnh Cosmos ñộ phân giải trung bình có kích thước ảnh 18x18cm, ñộ phân giải mặt ñất 30m, ñộ phủ dọc >60%

Hiện nay tư liệu ảnh vệ tinh Landsat, Spot, Cosmos ñược sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt nam

2.3.2.4 Vệ tinh Quickbird

Quickbird ñánh dấu một bước quan trọng của dạng tư liệu viễn thám phân giải cao ñược thương mại hoá Lần ñầu tiên phóng vào năm 2000 và bị thất bại, lần thứ hai ñược phóng lên với ñộ phân giải cao (ảnh PAN – 0,6m và ảnh ña phổ 2,4m) vào 18/10/2001 Vệ tinh ñược phóng lên quỹ ñạo ñồng bộ mặt trời, ñộ cao 450km, ñộ nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980 Các kênh phổ của vệ tinh là xanh chàm 450-520 mµ, xanh lục 520-600 mµ, ñỏ 630-690 mµ và hồng ngoại gần 760-900mµ

2.3.2.5 Tư liệu sử dụng trong viễn thám

a Ảnh tương tự

Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp cảm quang halogen bạc, ảnh tương tự thu ñược từ các bộ cảm tương tự dùng phim chứ không sử dụng các hệ

thống quang ñiện tử Những tư liệu này có ñộ phân giải không gian cao nhưng kém về ñộ phân giải phổ

Vệ tinh Cosmos của Nga thường sử dụng bộ cảm tương tự

b Ảnh số

Ảnh số là dạng tư liệu ảnh không lưu trữ trên giấy ảnh hoặc phim Ảnh số ñược chia thành nhiều phần tử nhỏ gọi là pixel Mỗi pixel tương ứng với một ñơn vị không gian Quá trình chia mỗi ảnh tương tự thành các pixel ñược gọi là chia mẫu và quá trình chia các ñộ xám liên tục thành một số nguyên hữu hạn gọi

là lượng tử hóa

Ảnh số ñược ñặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học, bức xạ

như trường nhìn không ñổi, góc nhìn tối ña, ñộ phân giải mặt ñất

c Số liệu mặt ñất

Số liệu mặt ñất là tập hợp các quan sát mô tả, ño ñạc về các ñiều kiện thực

tế trên mặt ñất của các ñịa vật cần nghiên cứu nhằm xác ñịnh mối tương quan giữa tín hiệu thu ñược và bản thân các ñối tượng Các số liệu ñó bao gồm thông tin tổng quan về ñối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái, tính chất phản

xạ, hấp thụ phổ, nhiệt ñộ … và thông tin về môi trường xung quanh như góc chiếu, ñộ cao mặt trời, cường ñộ chiếu sáng, trạng thái khí quyển, nhiệt ñộ, ñộ

ẩm không khí, hướng và tốc ñộ gió …

ðể phục vụ mục ñích thiết kế các bộ cảm, kiểm ñịnh các thông số kỹ thuật của bộ cảm, thu thập thông tin bổ trợ cho quá trình phân tích và hiệu chỉnh số liệu, các số liệu mặt ñất phải ñược thu thập ñồng thời với số liệu vệ tinh hoặc trong một khoảng thời gian sao cho sự thay ñổi của các ñối tượng nghiên cứu trong thời gian ñó không ảnh hưởng tới việc xác ñịnh mối quan hệ cần tìm

d Số liệu ñịnh vị mặt ñất

ðể thu thập số liệu ñịnh vị mặt ñất hiện nay chúng ta thường sử dụng hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS Những ñiểm ñịnh vị mặt ñất phục vụ quá trình hiệu

chỉnh hình học ảnh vệ tinh thường ñược bố trí tại những nơi mà vị trí của nó có thể thấy ñược dễ dàng trên ảnh vệ tinh và bản ñồ

e Bản ñồ và số liệu ñịa hình

ðể phục vụ cho mục ñích nghiên cứu của viễn thám ngoài những tư liệu trên cần phải có các tài liệu ñịa hình và chuyên ñề như bản ñồ ñịa hình, bản ñồ chuyên ñề sử dụng ñất, rừng, ñịa chất, bản ñồ kinh tế xã hội, mô hình số ñịa hình

Tất cả các vật thể ñều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng ñiện từ theo các cách khác nhau và ñặc trưng này ñược gọi là ñặc trưng phổ

Bảng 2.4 Phân loại sóng ñiện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám

0.75 - 1.3 µm 1.3 – 3 µm

Sóng

Radio

Sóng Micro

30 - 300 GHz

3 - 30 GHz 0.3 - 3 GHz Sóng cực ngắn (VHF)

Sóng ngắn (HF) Sóng trung (MF) Sóng dài (LF) Sóng rất dài (VLF)

1 - 10 m

10 - 100 m 0.1 - 1 km

1 - 10 km

10 - 100 km

30 - 300 MHz

3 - 30 MHz 0.3 - 3 MHz

30 - 300 KHz

3 - 30 KHz Hiện tượng phản xạ phổ có liên quan mật thiết với môi trường mà trong môi trường ñó sóng ñiện từ lan truyền, vì năng lượng truyền trong không gian ở dạng sóng ñiện từ Dải sóng ñiện từ ñược coi là dải sóng từ 0,1µm ñến 10km

Dải sóng nhìn thấy còn gọi là vùng sóng chụp ảnh ñược, tức là sóng ñiện

từ ở vùng này có thể ghi nhận ñược lên phim ảnh, khi ñó thông tin phản xạ phổ của các ñối tượng ở dạng liên tục

Ngoài dải phổ nhìn thấy, thông tin về năng lượng phản xạ phổ của các ñối tượng ñược ghi nhận bằng số rời rạc và ñược hiển thị tiếp theo dưới dạng ảnh

qua thiết bị biến ñổi thông tin rời rạc thành thông tin liên tục

2.3.3.2 ðặc trưng phản xạ phổ của các ñối tượng tự nhiên

ðặc trưng phản xạ phổ của các ñối tượng trên bề mặt trái ñất là thông số quan trọng nhất trong viễn thám Do các thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp ñến năng lượng phản xạ từ các ñối tượng nên việc nghiên cứu các ñặc trưng

phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đĩng vai trị hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng hiệu quả phương pháp viễn thám

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả giải đốn các thơng tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết mối tương quan giữa các đặc trưng phản xạ phổ với bản chất và trạng thái các đối tượng tự nhiên ðồng thời đĩ cũng là CSDL để phân tích các tính chất của đối tượng tiến tới phân loại đối tượng đĩ

ðặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu

tố Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, mơi trường khí quyển,

bề mặt đối tượng cũng như bản thân đối tượng

Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng phụ thuộc vào bản chất vật chất của các đối tượng, phụ thuộc vào trạng thái và độ nhẵn bề mặt của các đối tượng, phụ thuộc vào màu sắc của đối tượng, phụ thuộc vào độ cao mặt trời trên đường chân trời và hướng chiếu sáng Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng được chụp ảnh cịn phụ thuộc vào trạng thái khí quyển và các mùa trong năm

Hình 2.7 ðặc điểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT

- ðặc trưng phản xạ phổ của thực vật

Thực vật khỏe mạnh chứa nhiều diệp lục tố phản xạ rất mạnh ánh sáng cĩ bước sĩng từ 0,45-0,67µm (tương ứng với dải sĩng màu lục) vì vậy ta nhìn thấy chúng cĩ màu xanh lục Khi diệp lục tố giảm đi thực vật chuyển sang cĩ khả

Tuyết Thực vật Cát Nước

µm

năng phản xạ ánh sáng màu ñỏ trội hơn dẫn ñến lá cây có màu vàng ñỏ (do tổ hợp màu lục và ñỏ) hoặc màu ñỏ

Ở vùng hồng ngoại, thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh Khi sang vùng hồng ngoại nhiệt và vi sóng một số ñiểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của nước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm

ñi rõ rệt và ngược lại khả năng hấp thụ ánh sáng lại tăng lên Khả năng phản

xạ phổ của mỗi loại thực vật khác nhau không như nhau và ñặc tính chung nhất

Thực vật nói chung khả năng phản xạ của chúng phụ thuộc vào giống loại, giai ñoạn sinh trưởng và trạng thái phát triển của cây

- ðặc trưng phản xạ phổ của nước

ðặc tính chung nhất của nước là khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều dài bước sóng

Trên hình 2.8 dẫn ra hai ñường cong thể hiện khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều dài bước sóng

Hình 2.8 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước

Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sĩng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất cĩ trong nước Khả năng phản xạ phổ cịn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện ra rất dễ dàng, cịn một số đặc tính của nước cần phải sử dụng dải sĩng nhìn thấy để nhận biết

Trong điều kiện tự nhiên mặt nước sẽ hấp thụ rất mạnh năng lượng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại, do vậy năng lượng phản xạ sẽ rất ít

Vì khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sĩng dài khá nhỏ, nên việc sử dụng các kênh sĩng dài để chụp cho ta khả năng đốn đọc thủy văn, ao hồ…

Ở dải sĩng nhìn thấy, khả năng phản xạ phổ của nước tương đối phức tạp Tuy nhiên, nước trong điều kiện tự nhiên khơng phải lúc nào cũng lý tưởng như nước cất Thơng thường nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vơ cơ, vì vậy khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước Các nghiên cứu cho thấy nước đục cĩ khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong, nhất là những dải sĩng dài Với độ sâu tối thiểu là 30m, nồng độ tạp chất gây đục là 10mg/l thì khả năng phản xạ phổ lúc đĩ là hàm số của thành phần nước chứ khơng cịn là ảnh hưởng của chất đáy

Người ta ñã chứng minh ñược rằng khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc rất nhiều vào ñộ ñục của nước, ở dải sóng 0,6-0,7µm thì ñộ ñục của nước

và khả năng phản xạ phổ có mối liên hệ tuyến tính

Hàm lượng diệp lục tố trong nước cũng là một yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ của nước ở bước sóng ngắn và làm tăng khả năng phản xạ phổ của nước ở bước sóng có màu xanh lá cây

Ngoài ra, một số yếu tố khác có ảnh hưởng lớn ñến khả năng phản xạ phổ của nước nhưng cũng có nhiều ñặc tính quan trọng khác của nước không thể hiện ñược rõ qua sự khác biệt về phổ như ñộ mặn của nước biển, hàm lượng khí mêtan, ôxi, nitơ, cacbonic

- ðặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

ðặc tính chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo ñộ dài bước sóng, sự khác nhau về khả năng phản xạ phổ thấy rõ nhất ở khoảng phổ hẹp màu ñỏ

Trên hình 2.9 chỉ ra khả năng phản xạ phổ của 3 loại ñất khô là ñất mùn, ñất bụi và ñất cát

2

3

2

Thổ nhưỡng chỉ cĩ năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ mà khơng

cĩ năng lượng thấu quang Các loại đất cĩ thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ

và vơ cơ khác nhau thì khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau

Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, hợp chất vơ cơ

Với đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ vì chúng ở sít nhau hơn Với hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn do vậy khả năng vận chuyển khơng khí và độ ẩm cũng dễ dàng hơn Khi ẩm ướt trên mỗi hạt cát sẽ bọc một màng mỏng nước do vậy độ ẩm và lượng nước trong trong loại đất này sẽ cao hơn và

do đĩ ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của chúng

Khi độ ẩm tăng, khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm do vậy khi hạt nước rơi vào cát khơ ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn Tuy nhiên cát đã ẩm thì nếu hạt nước rơi vào cũng khơng cĩ sự khác biệt nhiều

Một yếu tố nữa ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ là hợp chất hữu cơ trong đất

Với hàm lượng hữu cơ từ 0,5 – 5,0% đất cĩ màu nâu xẫm Nếu hàm lượng hữu cơ thấp hơn đất sẽ cĩ màu nâu sáng

Ơ xít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của đất Khả năng phản xạ phổ tăng khi hàm lượng ơ xít sắt giảm xuống nhất là ở vùng phổ nhìn thấy (cĩ thể làm giảm tới 40% khả năng phản xạ phổ khi hàm lượng ơ xít sắt tăng lên) Khi loại bỏ ơ xít sắt ra khỏi đất thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên rõ rệt ở dải sĩng từ 0,5 – 1,4µm

Các vùng phản xạ và bức xạ phổ cĩ thể sử dụng ghi nhận thơng tin về đất, cịn hình ảnh ở hai vùng này là dấu hiệu để đốn đọc các đặc tính của đất

2.3.4 ðốn đọc ảnh viễn thám

ðốn đọc ảnh là quá trình chiết tách các thơng tin định tính cũng như định lượng từ ảnh

Cĩ hai phương pháp đốn đọc ảnh viễn thám đĩ là thực hiện bằng mắt hay bằng xử lý số

2.3.4.1 ðốn đọc ảnh bằng mắt

Trong việc xử lý thơng tin viễn thám thì đốn đọc bằng mắt là cơng việc đầu tiên, phổ biến nhất và cĩ thể áp dụng trong mọi điều kiện trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp và cĩ thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau như địa lý, địa chất, nơng nghiệp, thủy văn, mơi trường…

ðốn đọc bằng mắt là sử dụng mắt thường cĩ sự trợ giúp của các dụng cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu … Cơ sở để đốn đọc

là các chuẩn đốn đọc vẽ và mẫu đốn đọc

Các chuẩn đốn đọc bao gồm:

Chuẩn kích thước: Kích thước của một đối tượng được xác định theo tỷ lệ ảnh và kích thước đo được trên ảnh Dựa vào thơng tin này cũng cĩ thể phân biệt được các đối tượng trên ảnh

Chuẩn hình dạng: Hình dạng là những đặc trưng bên ngồi tiêu biểu cho từng đối tượng vì vậy nĩ cĩ ý nghĩa quan trọng trong đốn đọc Ví dụ hồ hình mĩng ngựa là các khúc sơng cụt, dạng chổi sáng màu là các cồn cát…

Chuẩn bĩng: Bĩng của vật thể cĩ thể dễ dàng nhận thấy khi khi nguồn sáng khơng nằm chính xác ở đỉnh đầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên Dựa vào bĩng của vật thể cĩ thể xác định được chiều cao của đối tượng

Chuẩn độ đen: ðộ đen là một chuẩn quan trọng để xác định tính chất của đối tượng Cát khơ phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng cĩ màu trắng, trong khi đĩ cát ướt cĩ màu tối hơn trên ảnh đen trắng Trên ảnh hồng ngoại đen trắng, cây lá nhọn phản xạ mạnh tia hồng ngoại nên cĩ màu trắng cịn nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sĩng này nên bao giờ cũng cĩ màu đen

Chuẩn màu sắc: Màu sắc giúp cho người đốn đọc dễ dàng xác định được các đối tượng trên ảnh là thực vật, nước, đất trống, đất đơ thị, hoặc xác định được ngay đĩ là kiểu lồi thực vật gì

Chuẩn cấu trúc: Cấu trúc là tập hợp của nhiều đặc tính rất rõ ràng trên ảnh, ví dụ một bãi cỏ khơng bị lẫn các lồi cây khác cho một cấu trúc mịn trên ảnh, ngược lại rừng hỗn giao cho một cấu trúc sần sùi

Chuẩn phân bố: Là tập hợp của nhiều hình dạng nhỏ phân bố theo một quy luật nhất định trên tồn cảnh và trong mối quan hệ tương hỗ với đối tượng cần nghiên cứu Hình ảnh của các dãy nhà, ruộng lúa nước, đồi chè tạo ra những hình mẫu riêng đặc trưng cho các đối tượng

Chuẩn mối quan hệ tương hỗ: Một tổng thể các chuẩn đốn đọc, mơi trường xung quanh hoặc mối liên quan của các đối tượng cung cấp thơng tin đốn đọc quan trọng

ðể trợ giúp cho cơng tác đốn đọc người ta thành lập các mẫu đốn đọc Tất cả các chuẩn đốn đọc cùng với các thơng tin về thời gian chụp, mùa chụp,

tỷ lệ ảnh đều phải đưa vào mẫu đốn đọc Một bộ mẫu đốn đọc khơng chỉ gồm phần ảnh mà cịn mơ tả bằng lời

+ Hiệu chỉnh bức xạ: Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu một mức ñộ nhiễu xạ nhất ñịnh Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải thực hiện một số phép tiền xử lý Khi thu các bức xạ từ mặt ñất trên các vật mang trong vũ trụ, người ta thấy chúng có một số sự khác biệt so với trường hợp quan sát cùng ñối tượng ñó ở khoảng cách gần ðiều này chứng tỏ ở những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất ñịnh gây bởi ảnh hưởng của góc nghiêng

và ñộ cao mặt trời, một số ñiều kiện quang học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ,

ñộ mù Chính vì vậy, ñể bảo ñảm ñược sự tương ñồng nhất ñịnh về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ

+ Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên ñường truyền xuống mặt ñất

bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất ñịnh trước khi tới ñược mặt ñất và bức xạ phản

xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới ñược bộ cảm Do vậy, bức

xạ mà bộ cảm thu ñược chứa ñựng không phải chỉ riêng năng lượng hữu ích mà còn nhiều thành phần nhiễu khác Hiệu chỉnh khí quyển là một công ñoạn tiền

xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ không mang thông tin hữu ích

+ Hiệu chỉnh hình học: Méo hình hình học ñược hiểu như 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

có thiết kế hình học lý tưởng và trong các ñiều kiện thu nhận lý tưởng Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng ñược mối tương quan giữa hệ toạ ñộ ảnh ño

và hệ toạ ñộ quy chiếu chuẩn Hệ toạ ñộ quy chiếu chuẩn có thể là hệ toạ ñộ mặt ñất (hệ tọa ñộ vuông góc hoặc hệ tọa ñộ ñịa lý) hoặc hệ toạ ñộ ảnh khác

- Biến ñổi ảnh: Bao gồm các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng ảnh, biến ñổi tuyến tính

+ Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách ñặc tính

Tăng cường chất lượng có thể ñược ñịnh nghĩa như một thao tác chuyển ñổi nhằm thể hiện ảnh với cường ñộ, ñộ tương phản phù hợp với thiết bị hiển thị ảnh Chiết tách ñặc tính là một thao tác nhằm phân loại, sắp xếp các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉ tiêu ñưa ra dưới dạng các hàm số

Những phép tăng cường chất lượng cơ bản thường được sử dụng là biến đổi cấp độ xám, biến đổi histogram, tổ hợp màu, chuyển đổi màu giữa hai hệ RGB và HSI

Sau khi tăng cường chất lượng ảnh, một trong những ưu điểm của phương pháp xử lý ảnh số là cĩ thể chọn các tổ hợp màu tuỳ ý Tổ hợp màu cĩ nghĩa là gán 3 màu cơ bản đỏ, lục, chàm cho ba kênh phổ nào đĩ

Nếu ta gán màu chàm cho kênh 1 (kênh chàm), màu lục cho kênh 2 (kênh lục), màu đỏ cho kênh 3 (kênh đỏ) thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu thật

Nếu ta gán màu đỏ cho kênh hồng ngoại, màu lục cho kênh đỏ, màu chàm cho kênh lục thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu giả Trong tổ hợp màu này, thực vật cĩ màu đỏ, đất trống thường cĩ cường độ rất cao nên cĩ màu trắng, nước cĩ màu xanh là tổ hợp của hai màu chàm và màu lục

- Phân loại ảnh:

Mục đích của quá trình phân loại là tự động phân loại tất cả các pixel trong ảnh thành các lớp phủ đối tượng Cĩ hai phương pháp phân loại cơ bản là phân loại khơng kiểm định và phân loại cĩ kiểm định

+ Phân loại cĩ kiểm định: ðược dùng để phân loại các đối tượng theo yêu cầu của người sử dụng Trong phân loại cĩ kiểm định người giải đốn kiểm tra quá trình phân loại pixel bằng việc quy định cụ thể theo thuật tốn máy tính các

mơ tả bằng số các loại lớp phủ mặt đất gọi là dữ liệu mẫu ðể cĩ kết quả phân loại đúng dữ liệu mẫu cần phải vừa đặc trưng vừa đầy đủ Việc phân loại thường dùng ba thuật tốn: thuật tốn phân loại theo xác suất cực đại, thuật tốn phân loại theo khoảng cách ngắn nhất, thuật tốn phân loại hình hộp

+ Trong phân loại khơng kiểm định khơng sử dụng dữ liệu mẫu làm cơ sở

để phân loại mà dùng các thuật tốn để xem xét các pixel chưa biết trên một ảnh

và kết hợp chúng thành một số loại dựa trên các nhóm tự nhiên hoặc các loại tự nhiên có trên ảnh

- Xuất kết quả: Sau khi hoàn thành tất cả các quá trình xử lý cần phải xuất kết quả Có thể lựa chọn không hạn chế các sản phẩm ñầu ra, ñó là sản phẩm bản ñồ ñồ họa, các số liệu thống kê hay các file dữ liệu số

2.3.5 Một số ứng dụng của công nghệ ảnh vệ tinh trong lĩnh vực quản lý nguồn tài nguyên ñất ñai

2.3.5.1 Ứng dụng ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

Trong những năm vừa qua Trung tâm viễn thám ñã tiến hành nhiều nghiên cứu thử nghiệm về việc sử dụng ảnh vệ tinh các loại ñể thành lập và chỉnh lý bản ñồ HTSDð các cấp Trong ñó có việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 5,7 của Mỹ ñể thành lập các bản ñồ ở tỷ lệ trung bình và nhỏ (bộ bản ñồ HTSDð tỷ lệ: 1:250.000 phủ trùm toàn quốc) Sử dụng ảnh vệ tinh KAFA-1000, KTTE-200 của Nga, ảnh SPOT của Pháp ñể thành lập bản ñồ HTSDð ở nhiều vùng khác nhau ở tỷ lệ 1:100.000 và 1:50.000 ñã tiến hành triển khai dự án sản xuất thử nghiệm thành lập bản ñồ HTSDð cấp huyện tỷ lệ 1: 25.000 và 1:50.000

ở tỉnh Cà Mau bằng ảnh vệ tinh SPOT4 ðặc biệt gần ñây ñã tiến hành thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh SPOT5 lực phân giải siêu cao ñể thành lập bản ñồ HTSDð tỷ lệ 1:5.000 và 1:10.000, tương ñương với các bản ñồ cấp xã

Các kết quả nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm nêu trên, cùng với những kinh nghiệm có ñược trong nhiều năm mà Trung tâm Viễn thám ñã thực hiện trong việc sử dụng ảnh vệ tinh ñể hiệu chỉnh và thành lập bản ñồ ñịa hình cho phép rút ra một số nhận ñịnh sau ñây:

- Sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với các tài liệu khác và kết quả ñiều tra thực ñịa có thể thành lập mới từ ñầu các bản ñồ HTSDð ở tỷ lệ 1:5.000; 1: 10.000 và

tỷ lệ nhỏ hơn

- Ảnh vệ tinh có thể dùng ñể chỉnh lý các bản ñồ HTSDð các cấp hiện ñã

có, nếu những bản ñồ này ñảm bảo ñược ñộ chính xác của bản ñồ theo qui ñịnh

và có sự thay ñổi về nội dung không lớn lắm

Về khả năng kỹ thuật của ảnh vệ tinh SPOT5 có thể ñưa ra những chỉ tiêu sau ñây:

- Về khả năng nhận biết ñược trên ảnh, có thể xác ñịnh ñược các ñối tượng có kích thước nhỏ nhất khoảng 2,5-5m trên thực ñịa Có nghĩa là ñáp ứng ñược yêu cầu về tiêu chí biểu thị trên bản ñồ

- Về khả năng thông tin có thể xác ñịnh ñược các ñối tượng trên ảnh như sau: (theo hệ phân loại cũ)

+ ðất nông nghiệp: ñất ruộng lúa, lúa màu; ñất nương rẫy (ở chỗ rõ hình ô thửa); ñất trồng cây hàng năm khác; ñất trồng cây lâu năm; ñất có mặt nước nuôi trồng thuỷ sản

+ ðất lâm nghiệp có rừng: ñất rừng, vườn ươm cây giống

+ ðất chuyên dùng: ñất xây dựng, ñất giao thông, ñất thuỷ lợi và mặt nước chuyên dùng; ñất di tích lịch sử văn hóa; ñất an ninh quốc phòng; ñất khai thác khoáng sản; ñất làm nguyên vật liệu xây dựng; ñất làm muối; ñất nghĩa trang, nghĩa ñịa

+ ðất khu dân cư: ñất khu dân cư nông thôn; ñất khu dân cư ñô thị

+ ðất chưa sử dụng: ñất bằng chưa sử dụng; ñất ñồi núi chưa sử dụng; ñất

có mặt nước chưa sử dụng; sông, suối; núi ñá không có rừng cây

Một số loại hình sử dụng ñất khó hoặc không xác ñịnh ñược trên ảnh mà phải dùng các tài liệu khác hoặc phải tiến hành ñiều tra thực ñịa ñể bổ sung gồm:

- ðất nương rẫy không có ô thửa dễ nhầm lẫn với ñất trồng cỏ cây bụi hoặc ñất rừng mới trồng

- Phân loại chi tiết ñất trồng cây hàng năm theo mùa vụ (1 vụ, 2 vụ, 3 vụ);