Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1 10 000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh

Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ở tỉnh Bắc Ninh, với mong muốn tạo ñược bước ñột phá mới trong công tác thành lập bản ñồ ở ñịa phương mình, tôi ti

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

MAI VĂN THANH

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ðỊA LÝ (GIS) LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT TỶ LỆ 1:10 000 HUYỆN LƯƠNG TÀI, TỈNH BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI

Mã số : 60850103

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

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan:

- Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

- Các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

là ñúng sự thật

Tác giả luận văn

Mai Văn Thanh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Vọng Thành - Bộ môn ðo ảnh và Viễn thám, khoa Trắc ñịa, trường ðại học Mỏ ñịa chất - người ñã hướng dẫn, giúp ñỡ tôi rất tận tình trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học

ðể hoàn thành ñược bản luận văn này, tôi ñã nhận ñược sự quan tâm, tạo ñiều kiện của Trung tâm viễn thám Quốc gia, sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Lương Tài, các thầy cô giáo Viện sau ñại học, bộ môn Trắc ñịa bản ñồ và Hệ thống thông tin ñịa lý, khoa Tài nguyên và Môi trường, ñã tạo ñiều kiện cho tôi học tập và giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện ñề tài

Tôi xin gửi tới gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp nơi tôi ñang sống và làm việc ñã giúp ñỡ, ñộng viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện ñề tài

Tác giả luận văn

Mai Văn Thanh

MỤC LỤC

Danh mục các chữ viết tắt Error! Bookmark not defined

1 MỞ ðẦU i

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 4

2.1 Những vấn ñề chung về viễn thám 4

2.1.1 Khái niệm về viễn thám 4

2.1.2 Phương pháp xử lý thông tin Viễn thám 14

2.1.3 Một số ứng dụng của Viễn thám 16

2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) 20

2.2.1 Khái quát chung về GIS 20

2.2.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong quản lý ñất ñai 23

2.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở nước ta 26

2.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên thế giới 26

2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS ở Việt Nam 28

2.4 Khái quát chung về bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 34

2.4.1 ðịnh nghĩa bản ñồ HTSDð 34

2.4.2 Các phương pháp thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 34

2.4.3 Quy trình thành lập bản ñồ HTSDð bằng tư liệu Viễn thám và GIS 42

3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46

3.1 đối tượng và ựịa ựiểm nghiên cứu 46

3.1.1 đối tượng nghiên cứu của ựề tài 46

3.1.2 địa ựiểm nghiên cứu 46

3.2 Nội dung nghiên cứu 46

3.3 Phương pháp nghiên cứu 46

3.3.1 Phương pháp ựiều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp 46

3.3.2 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 47

3.3.3 Phương pháp ựiều tra, khảo sát thực tế cơ sở 47

3.3.4 Phương pháp minh hoạ trên bản ựồ, biểu ựồ 47

3.3.5 Phương pháp giải ựoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số 47

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 49

4.1 điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội 49

4.1.1 điều kiện tự nhiên 49

4.1.2 điều kiện kinh tế - xã hội 53

4.1.3 Thực trạng công tác quản lý và sử dụng ựất của huyện Lương Tài 58

4.2 Trình tự, nội dung xử lý ảnh viễn thám ựể lập bản ựồ HTSDđ 61

4.2.1 Thu thập tư liệu 61

4.2.2 Nhập ảnh 61

4.2.3 Tăng cường chất lượng ảnh 61

4.2.4 Nắn chỉnh tư liệu ảnh 62

4.2.5 Phân loại ảnh 62

4.2.6 đánh giá ựộ chắnh xác của kết quả phân loại 70

4.3 Thảo luận về kết quả thực nghiệm 81

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 Bð HTSDð - Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

2 GIS, HTTðL - Hệ thông tin ñịa lý

3 NDVI - Chỉ số thực vật

4 DBMS - Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

5 KTNN - Khí tượng nông nghiệp

6 GCNQSDð - Giấy chứng nhận quyền sử dụng ñất

7 NTTS - Nuôi trồng thuỷ sản

8 MNCD - Mặt nước chuyên dùng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 ðặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám 6

Bảng 2.2 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh 7

Bảng 2.3 ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian 8

Bảng 2.4 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh SPOT 9

Bảng 2.5 ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian 9

Bảng 2.6 ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian 10

Bảng 2.7 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS 10

Bảng 2.8 ðặc trưng chính và độ phân giải khơng gian 11

Bảng 2.9 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS 11

Bảng 2.10 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS 12

Bảng 4.1 Hiện trạng sử dụng đất của huyện 60

Bảng 4.2 Các tệp mẫu ảnh xây dựng 65

Bảng 4.4 Mơ tả các loại hình sử dụng đất 67

Bảng 4.5 Mẫu giải đốn ảnh vệ tinh 68

Bảng 4.6 Ma trận sai số phân loại ảnh 72

Bảng 4.7 ðộ chính xác phân loại ảnh 73

Bảng 4.8 Thống kê diện tích theo bản đồ giải đốn 78

Bảng 4.9 Chênh lệch diện tích giải đốn và diện tích kiểm kê 79

DANH MỤC BIỂU ðỒ

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 4

Hình 2.2 Các bước tiến hành giải đốn ảnh bằng mắt 14

Hình 2.3 Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số 16

Hình 2.4 Phát hiện ơ nhiễm mơi trường khơng khí bằng ảnh vệ tinh SPOT[3] 16

Hình 2.5 Phổ phản xạ của thực vật, đất và nước 18

Hình 2.6 Nhiều lớp thơng tin khác nhau tổng hợp thành bản đồ 22

Hình 2.7 Các thành phần của hệ GIS 22

Hình 2.8 Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia 29

Hình 2.9 Trình tự phân loại tư liệu viễn thám 44

Hình 3.1 Trình tự giải đốn ảnh viễn thám bằng cơng nghệ số 48

Hình 4.2 Ảnh Spot huyện Lương Tài năm 2010 đã cắt theo ranh giới huyện 61

Hình 4.3 Xây dựng tệp mẫu cho ảnh 64

Hình 4.4 Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất 65

Hình 4.5 Ảnh phân loại theo mẫu 70

Hình 4.6 Ảnh phân loại sau khi loại lọc nhiễu 75

Hình 4.7 Bản đồ HTSDð thu nhỏ thành lập trên Mapinfo 77

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất (HTSDð) ñược coi như loại bản ñồ thường trực làm căn cứ ñể thu thập các thông tin hiện thời về bề mặt lớp phủ

và 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 Bên cạnh ñó, bản ñồ HTSDð còn là căn cứ ñể ñánh giá thực trạng sử dụng ñất, quản lý và khai thác nguồn tài nguyên và môi trường, lập quy hoạch chuyên ngành,…

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 (do dữ liệu ñầu vào không ñồng bộ) Hơn nữa, việc thành lập bản ñồ theo phương pháp truyền thống như hiện nay ñôi khi không ñáp ứng kịp yêu cầu của công tác quản lý sử dụng ñất

Sự thay ñổi về loại hình sử dụng ñất không ñược cập nhật thường xuyên sẽ gây khó khăn cho công tác thống kê, kiểm kê ñất ñai, ảnh hưởng tới công tác quản lý tài nguyên ñất ñai nói chung và công tác quy hoạch sử dụng ñất, công tác nghiên cứu các lĩnh vực chuyên ngành nói riêng

Phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ viễn thám nói riêng phục vụ công tác quản lý các nguồn tài nguyên, giám sát môi trường, thành lập bản ñồ chuyên ñề, bản ñồ HTSDð, … ñóng vai trò quan trọng cho sự nghiệp phát triển ñất nước 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 sử dụng tư liệu ảnh viễn thám tích hợp với GIS cho phép chúng ta xác ñịnh nhanh chóng vị trí không gian và tính chất của ñối

tượng ðồng thời, dựa trên 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

Trước yêu cầu ñòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách ñầy ñủ, nhanh chóng và chính xác nhất về các loại hình sử dụng ñất, nên việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành lập bản ñồ ñã trở thành một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa học cao

Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

ở tỉnh Bắc Ninh, với mong muốn tạo ñược bước ñột phá mới trong công tác thành lập bản ñồ ở ñịa phương mình, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:

“Ứng dụng tư liệu Viễn thám và Hệ thông tin ñịa lý (GIS) lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tỷ lệ 1:10 000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh”

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, các phương pháp thành lập bản ñồ HTSDð;

+ Nghiên cứu khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin ñịa lý

ñể thành lập bản ñồ HTSDð; ñưa ra quy trình công nghệ thành lập và ñề xuất,

áp dụng cho việc thành lập bản ñồ HTSDð ở ñịa phương;

+ Tạo ra ñược bản ñồ HTSDð làm tài liệu phục vụ cho các mục ñích lập quy hoạch chuyên ngành, quy hoạch sử dụng ñất, quản lý lãnh thổ, sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường

- Kết quả bản đồ thành lập là tài liệu phục vụ xây dựng quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất và kiểm tra thực hiện quy hoạch sử dụng đất đã được phê duyệt của các địa phương và các ngành kinh tế;

- Cần nắm được tình hình quản lý sử dụng đất, cĩ được các thơng tin quan sát thực tế nhằm bổ trợ cho quá trình giải đốn ảnh;

- Các số liệu điều tra, thu thập phục vụ nghiên cứu phải đầy đủ, chính xác, phản ánh trung thực và khách quan

2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

b Nguyên lý cơ bản của viễn thám

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 Bộ cảm biến ñược ñặt trên vật mang như: máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh…

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 sĩng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được

bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận

Thơng tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu nhận và xử lý tự động trên máy hoặc giải đốn trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia Các dữ liệu hoặc thơng tin liên quan đến các vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Nơng lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, mơi trường, Tồn bộ quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám cĩ 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 đất

- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh

- Hiển thị ảnh số cho việc giải đốn và xử lý

Năng lượng của sĩng điện từ khi lan truyền qua mơi trường khí quyển

sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng bước sĩng cụ thể Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sĩng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sĩng điện từ với khí quyển sẽ cĩ tác động mạnh đến thơng tin do bộ cảm biến thu nhận được[6]

ðể hiểu rõ sự tượng tác giữa sĩng điện từ và khí quyển với việc chọn phổ điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, bảng 2.1 thể hiện đặc điểm của dải phổ điện từ thường được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám

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

Tia nhìn thấy 0,4 µm ÷ 0,76 µm

Rất ít bị hấp thụ bởi oxy, hơi nước và năng lượng phản xạ cực ñại ứng với bước sóng 0,5 µm trong khí quyển Năng lượng do dải sóng này cung cấp giữ vai trò trong viễn thám

Cận hồng ngoại

Hồng ngoại trung

0,77 µm ÷ 1,34

µm 1,55 µm ÷ 2,4 µm

Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước sóng hồng ngoại gần từ 0,77 µm ÷ 0,9 µm Sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại theo dõi sự biến ñổi thực vật từ 1,55 µm ÷ 2,4 µm

c Vấn ñề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám

Bộ cảm giữ nhiệm vụ thu nhận các năng lượng bức xạ do vật thể phản

xạ từ nguồn cung cấp tự nhiên (mặt trời) hoặc nhân tạo do (do vệ tinh phát) Năng lượng này ñược chuyển thành tín hiệu số tương ứng với năng lượng bức

xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm nhận ñược trong dải phổ ñã ñược xác ñịnh

Có 2 loại: 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[6]

d Vệ tinh viễn thám và một số tư liệu sử dụng trong Viễn thám

* Vệ tinh viễn thám:

- Vệ tinh Landsat: Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài nguyên ñầu

tiên ñược phóng lên quỹ ñạo năm 1972, cho ñến nay ñã có 7 thế hệ vệ tinh Landsat ñã ñược phóng lên quỹ ñạo và dữ liệu ñã ñược sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat ñược cung cấp từ 15 trạm thu nhằm phục vụ quản lý tài nguyên và giám sát môi trường

Vệ tinh Landsat ñược thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185km và có thời ñiểm bay qua xích ñạo là 9h39’sáng Dữ liệu do 2 bộ cảm biến TM và MSS thu nhận ñược chia thành các cảnh phủ một vùng trên mặt ñất 185×170km ñược ñánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến

và hàng Các giá trị của pixel ñược mã hoá 8 bit tức là cấp ñộ xám ở quỹ ñạo trong khoảng 0÷255[6]

ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh Landsat gồm:

Bảng 2.2 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh

ðộ cao bay 915 km (Landsat -1-3)

705km (Landsat -4,5,7) Quỹ ñạo ðồng bộ mặt trời

Chu kỳ lặp 18 ngày (Landsat -1-3)

16 ngày (Landsat -4,5,7) Thời gian hoàn tất

Chu kỳ quỹ ñạo

Khoảng 103 phút (Landsat -1-3) khoảng 99 phút (Landsat -4,5,7)

Năm phóng vào quỹ ñạo

1972 (Landsat -1) 1975 (Landsat -2)

1978 (Landsat -3) 1982 (Landsat -4)

1984 (Landsat -5) 1999 (Landasat -7)

Bảng 2.3 ðặc trưng chính của bộ cảm và ñộ phân giải không gian

Loại bộ cảm Kênh Bước sóng

ðộ phân giải không gian

0,45 ÷ 0,52 0,52 ÷ 0,60 0,63 ÷ 0,69 0,76 ÷ 0,90 1.55 ÷ 1,75 10,4 ÷ 12,5 2,08 ÷ 2,35

Chàm Lục ñỏ

ðỏ Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại trung

Multi Spectral

Scanner

(Landsat-1-5)

Kênh 4 Kênh 5 Kênh 6 Kênh 7

0,5 ÷ 0,6 0,6 ÷ 0,7 0,7 ÷ 0,8 0,8 ÷ 1,1

Lục

ðỏ Cận hồng ngoại Cận hồng ngoại

0,45 ÷ 0,52 0,53 ÷ 0,61 0,63 ÷ 0,69 0,75 ÷ 0,90 1.55 ÷ 1,75 10,4 ÷ 12,5 2,09 ÷ 2,35 0,52 ÷ 0,9

Chàm Lục ñỏ

ðỏ Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại trung Lục ñến cận hồng ngoại

ðối với vệ tinh SPOT- 5, ñược trang bị một cặp ñầu thu HRG (High Resolution Geometric) là loại ñầu thu ưu việt hơn so với các loại trước ñó Mỗi một ñầu thu HRG có thể thu ñược ảnh với ñộ phân giải 5m ñen - trắng và

10m mầu Với kỹ thuật xử lý ảnh ñặc biệt, có thể ñạt ñược ảnh ñộ phân giải 2,5m, trong khi ñó dải chụp phủ mặt ñất của ảnh vẫn ñạt 60km ñến 80km ðây chính là ưu ñiểm của ảnh SPOT-5, ñiều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời khác ở ñộ phân giải này ñều không ñạt ñược

Bảng 2.4 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh SPOT

Thời gian hoàn tất quỹ ñạo Khoảng 101 phút

Năm phóng vào quỹ ñạo

Bảng 2.5 ðặc trưng chính của bộ cảm và ñộ phân giải không gian

Tên bộ cảm Kênh Bước sóng

ðộ phân giải không gian SPOT -1-3

HRV-XS:

Vùng nhìn thấy ñộ phân

giải cao ða phổ

kênh 1 kênh 2 kênh 3

0,50 ÷ 0,59 0,61 ÷ 0,68 0,79 ÷ 0,89

Lục ñến vàng

ðỏ Cận hồng ngoại

20 m

20 m

20 m HRV-P: Nhìn thấy, ñộ

phân giải cao, toàn sắc P 0,51÷ 0,73 Lục ñến ñỏ 10m

0,50 ÷ 0,59 0,61 ÷ 0,68 0,79 ÷ 0,89 1,58 ÷ 1,75

Lục ñến vàng

ðỏ Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung

20 m

20 m

20 m

20 m SPOT-5

HRG

ðộ phân giải cao, toàn sắc

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3

0,5÷0,59 0,61-0,68 0,51-0,75

Lục ñến ñỏ

2,5m 10m 5m

MESSR:

Bức xạ kế tự quét

ða phổ

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

0,51 ÷ 0,59 0,61 ÷ 0,69 0,72 ÷ 0,80 0,80 ÷ 1,10

Lục

ðỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại gần

50 m

50 m

50 m

50 m MSR:

Bức xạ kế quét

Vô tuyến tần cao

23 ± 0,2 GHz 31,4 ± 0,25 GHz

Vô tuyến cao tần

Vô tuyến cao tần

32 km

23 km VTIR:

Nhìn thấy và nhiệt

Bức xạ kế hồng

ngoại

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

0,5 ÷ 0,7 6,0 ÷ 7,0 10,5 ÷ 11,5 11,5 ÷ 12,5

Nhìn thấy Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại nhiệt

Thời gian hoàn tất chu kỳ quỹ ñạo Khoảng 103 phút

Năm phóng vào quỹ ñạo 1987 (MOS -1)

1990 (MOS -1b)

Bảng 2.8 ðặc trưng chính và ñộ phân giải không gian

Loại bộ cảm Kênh

Bước sóng (µm)

Loại

ðộ phân giải (IRS 1C)

ðộ phân giải (IRS 1D) PAN

Bộ cảm toàn sắc P

0,50 ÷0,75 Nhìn thấy (lục ñến cận

hồng ngoại) 5,8 m 5,2 ÷ 5,8 m LISS -3

Bộ cảm trợ quét

ảnh tuyến tính

Kênh2 Kênh3 Kênh4 Kênh5

0,52 ÷0,59 0,62 ÷0,68 0,77 ÷0,86 1,55 ÷1,70

Nhìn thấy(lục ñến vàng) Nhìn thấy (lục ñến ñỏ ) Cận hồng ngoại

- Vệ tinh IKONOS

IKONOS là loại vệ tinh thương mại ñầu tiên có ñộ phân giải cao (1m) ñược ñưa vào không gian tháng 9/1999 Bộ cảm biến OSA (Optical sensor assembly) của vệ tinh IKONOS sử dụng nguyên lý quét ñiện tử và có khả năng thu ñồng thời ảnh toàn sắc và ña phổ Ngoài khả năng tạo ảnh có ñộ phân giải cao nhất vào thời ñiểm năm 2000, ảnh IKONOS còn có ñộ phân giải bức xạ rất cao ñể ghi nhận năng lượng phản xạ Nhiều ứng dụng cho việc quản lý ñô thị và quy hoạch tại các thành phố lớn trên thế giới ñã chứng minh cho ưu thế của ảnh IKONOS ñộ phân giải cao, trong tương lai ảnh ñộ phân giải cao sẽ giữ vai trò quan trọng trong việc thành lập bản ñồ và quan sát thành phố[6]

Bảng 2.10 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh IKONOS

Tên của cảm biến Kênh Bước sóng (µm) ðộ phân giải OSA:

Bộ cảm toàn sắc

ða phổ

P Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

0,45 ÷ 0,90 0,45 ÷ 0,52 0,52 ÷ 0,60 0,63 ÷ 0,69 0,76 ÷ 0,90

1 m

4 m

Ảnh IKONOS ñược sử dụng không chỉ ñể thành lập và cập nhật bản ñồ ñịa hình tỷ lệ trung bình, giám sát phân tích biến ñộng mà còn có thể tạo ra hình ảnh thực cho khu vực phục vụ dịch vụ kinh doanh và du lịch Các loại ảnh vệ tinh thương mại có ñộ phân giải cao khác có thể sử dụng hiện nay như: Orbvieww-3, Quickbird, và EROS-A1

- 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 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

+ Chu kỳ: 1,1 ngày hoặc ít hơn và 3,7 ngày ở 200

+ Các kênh phổ: Toàn sắc; 8 kênh ña phổ (4 kênh màu chuẩn: ñỏ, lục, chàm, cận hồng ngoại-1 và 4 kênh màu mới: ðỏ ñậm, chàm tím, vàng, cận hồng ngoại-2);

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

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[1]

- 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 ….[1]

2.1.2 Phương pháp xử lý thơng tin Viễn thám

a Khái niệm giải đốn ảnh Viễn thám

Giải đốn ảnh vệ tinh được định nghĩa như là một quá trình tách thơng tin định tính cũng như định lượng từ ảnh viễn thám tạo ra bản đồ chuyên đề dựa trên các tri thức chuyên mơn hoặc kinh nghiệm của người giải đốn[6]

Sơ đồ tổng quát cho việc giải đốn được thể hiện như sau:

Hình 2.2 Các bước tiến hành giải đốn ảnh bằng mắt

b Giải đốn ảnh bằng mắt

Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh Phân tích ảnh bằng mắt cĩ sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức chuyên mơn của người phân tích để từ đĩ khai thác được các thơng tin cĩ trong tư liệu ảnh Kết

Tạo khố giải đốn (hình dạng, kích thước , màu sắc )

ðo đạc các yếu tố định lượng (đo dài, độ cao,vị trí )

Tách gộp các yếu tố của đối tượng và gán thuộc tính

Trình bày các kết quả giải đốn và thể hiện trên bản đồ

quả giải đốn phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích Hạn chế của giải đốn bằng mắt là khơng nhận biết được hết các đặc tính phổ của đối tượng, nguyên nhân do khả năng phân biệt về phổ của mắt người hạn chế tối

c Giải đốn ảnh bằng cơng nghệ số

Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu được trong kỹ thuật viễn thám thường dưới dạng số và được xử lý bằng máy tính để tạo ảnh đã được giải đốn ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau

Phương pháp với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng cĩ thể tách chiết rất nhiều thơng tin phổ của đối tượng, từ đĩ nhận biết các đối tượng một cách tự động Tuy nhiên, quá trình xử lý ảnh số cần cĩ sự kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức chuyên mơn với hiểu biết về đối tượng của người phân tích

Các dữ liệu thu được trong viễn thám thường được lưu dưới dạng ảnh

số nên vấn đề xử lý ảnh số trong viễn thám giữ vai trị quan trọng trong việc tách thơng tin hữu ích phục vụ cho rất nhiều chuyên ngành khác nhau Nội dung các thành phần xử lý cơ bản và trình tự tiến hành cĩ thể hệ thống và tĩm tắt như sau[6]:

Hình 2.3 Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số

2.1.3 Một số ứng dụng của Viễn thám

- Ứng dụng trong nghiên cứu môi trường:

Công nghệ viễn thám ñã trở thành phương tiện chủ ñạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp ñộ từng nước, từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu nhờ các khả năng ưu việt của Viễn Thám, như: + ðộ phủ trùm không gian lớn;

+ Có khả năng giám sát sự biến ñổi của tài nguyên, môi trường trái ñất

do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục;

+ Sử dụng các dải phổ khác nhau ñể quan trắc các ñối tượng[10]

Hình 2.4 Phát hiện ô nhiễm môi trường không khí bằng ảnh vệ tinh SPOT [3]

Ứng dụng công nghệ Viễn Thám ựể nghiên cứu môi trường và sự biến ựổi môi trường bao gồm: điều tra về sự biến ựổi sử dụng ựất và lớp phủ; vẽ bản ựồ thực vật; nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; giám sát thiên tai (hạn hán, cháy rừng, bão, mưa ựá ); nghiên cứu ô nhiễm nước và không khắ; nghiên cứu môi trường biển (ựo nhiệt ựộ, màu nước biển, gió sóng)

Các công trình nghiên cứu của Việt Nam về ô nhiễm môi trường không khắ mới dừng ở mức xử lý các số liệu từ các trạm quan trắc mặt ựất Theo nghiên cứu mới nhất của trường đại học Giao thông, thiệt hại do khắ phát thải của xe cơ giới ở 5 thành phố Hà Nội, Hải Phòng, đà Nẵng, TP Hồ Chắ Minh

và Cần Thơ chiếm vào khoảng 0,3%-0,6% GDP của thành phố

Với việc xây dựng Hệ thống trạm thu ảnh vệ tinh mặt ựất (2005-2007) thuộc dự án ỘXây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường Việt NamỢ do Trung tâm Viễn thám quốc gia thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì, ựã tạo ra những khả năng và ựiều kiện mới thực hiện công tác giám sát tài nguyên và môi trường đẤT - NƯỚC - KHÔNG KHÍ nhanh hơn, chắnh xác hơn và ựầy ựủ hơn[3]

- Ứng dụng trong nghiên cứu thực vật rừng:

Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn cầu nghiên cứu lớp phủ thực vật theo ngày, mùa vụ, năm, tháng và theo giai ựoạn; ựiều tra phân loại rừng, diễn biến của rừng; nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng

Tư liệu viễn thám ựược ghi nhận trên nhiều kênh phổ, ựiều ựó giúp cho công tác giải ựoán các yếu tố nội dung của bản ựồ một cách thuận lợi, ựặc biệt

là khi giải ựoán về các loại thực vật, thổ nhưỡng Tuỳ thuộc vào bước sóng ựiện từ phản xạ hay bức xạ từ các vật thể sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu sắc khác nhau

Phản xạ phổ ứng với từng lớp phủ mặt ựất cho thấy có sự khác nhau do

sự tương tác giữa các bức xạ ựiện từ và vật thể, ựiều này cho phép viễn thám

có thể xác ựịnh hoặc phân tắch ựược ựặc ựiểm của lớp phủ thông qua việc ựo lường phản xạ phổ[6].

Hình 2.5 Phổ phản xạ của thực vật, ñất và nước

- Ứng dụng trong nghiên cứu thuỷ văn:

ðể phục vụ các mục ñích quản lý và khai thác tài nguyên nước phải ñiều tra và giám sát sự phân bố các ñối tượng thủy văn và các nguồn nước ngầm, khối lượng và chất lượng cũng như diễn biến theo mùa, theo thời gian của chúng, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan như lũ lụt, nhiễm mặn, biến ñộng lòng sông, lòng hồ,…

Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể ñem lại nhiều thông tin trực tiếp và gián tiếp về các nguồn nước mặt cũng như nước ngầm Các thông tin về chất lượng nước và về nước ngầm cũng cần ñược nghiên cứu áp dụng, khai thác từ ảnh

vệ tinh Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, giám sát tài nguyên nước là một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất

Ảnh vệ tinh ñã ñược một số cơ quan sử dụng ñể khảo sát, thành lập bản

ñồ biến ñộng lòng sông ở các tỉ lệ khác nhau, từ 1:100 000 ñến 1:25 000 cho

hệ thống sông Cửu Long, một số sông ở miền Trung và sông Hồng Ảnh vệ tinh hiện nay có khả năng sử dụng ñể ñiều tra giám sát chất lượng nước như

ñộ mặn, mức ñộ ô nhiễm do chất thải công nghiệp và ñể ñiều tra, quản lí tổng hợp các lưu vực sông

Về mặt nước ngầm, các nhà ñịa chất - thuỷ văn ñã tiến hành một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với các phương pháp truyền thống ñể ñiều tra, thành lập bản ñồ nước ngầm Một trong những công trình ñầu tiên về mặt

này ở nước ta là bản đồ nước ngầm Tây Nguyên tỉ lệ 1: 250 000 được thành lập trong khuơn khổ chương trình điều tra tổng hợp vùng Tây Nguyên[10].

- Sử dụng tư liệu viễn thám để thành lập bản đồ HTSDð, phát hiện biến động lớp phủ bề mặt

Hiện nay, trong cơng tác thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất người ta đã sử dụng rộng rãi các tư liệu viễn thám vì tư liệu viễn thám cĩ khả năng trùm phủ lớn, thơng tin thu nhận ở trên một diện tích rộng từ 185 km x185 km đến 11 km x 11 km Tư liệu viễn thám cĩ độ phân giải cao từ 0,5m cho đến 80m cho nên thỏa mãn các nhu cầu thành lập các loại bản đồ chuyên

đề ở tỷ lệ khác nhau Phần lớn tư liệu viễn thám đều ở dạng số cho nên việc lưu trữ, khai thác, phân tích chúng rất dễ dàng Các đặc trưng của tư liệu viễn thám như tính đa thời gian, đa phổ, đặc trưng cấu trúc và các chỉ số như NDVI … giúp ích rất nhiều trong việc giải đốn tự động trên máy tính để

thành lập bản đồ chuyên đề một cách nhanh chĩng, chính xác

Ở nước ta, cơng nghệ viễn thám và hệ thơng tin địa lý đã được ứng dụng trong cơng tác thành lập bản đồ HTSDð, nghiên cứu biến động sử dụng đất và đã bước đầu đã thu được những kết quả đáng khích lệ

Một số tư liệu ảnh vệ tinh phổ biến trong cơng tác thành lập bản đồ như:

- Tư liệu ảnh Landsat MSS: ðược sử dụng để tạo ra các sản phẩm bản

đồ ảnh, một số loại bản đồ chuyên đề, cập nhật và hiệu chỉnh các loại bản đồ cảnh quan, bản đồ bay, bản đồ địa hình và đồng thời biên vẽ lược đồ nơng sâu của biển bởi vì vệ tinh Landsat cĩ thể cung cấp lượng thơng tin vơ cùng phong phú bao phủ diện tích lớn trong thời gian ngắn Tư liệu MSS trở thành nguồn dữ liệu mới cho các mục đích thành lập bản đồ[11]

- Tư liệu ảnh Landsat TM, Spot và Mapsat:

+ Ảnh Landsat TM cĩ độ phân giải cao, độ chính xác mặt bằng hình ảnh sau khi xử lý cĩ thể đáp ứng cơng tác thành lập hoặc hiệu chỉnh bản đồ tỷ

lệ 1/50.000

+ Ảnh Spot có thể sử dụng ñể thành lập các loại bản ñồ tỷ lệ ñến 1/25.000 với khoảng cao ñều 20-25m

+ Ảnh ña phổ Mapsat của Mỹ: Có thể dùng ñể thành lập bản ñồ tỷ lệ 1/50.000 (mô hình số ñộ cao) với khoảng cao ñều 20m ðộ phân giải mặt ñất

là 10m ñối với ảnh toàn sắc và 30m ñối với ảnh ña phổ

+ Ảnh Radar: Có khả năng thể hiện các thông tin về ñịa hình, ñịa chất, thực vật và lớp ñất mỏng Năm 1968, ảnh radar ñã ñược sử dụng ñể xây dựng bản ñồ tỷ lệ 1/1000.000 ở Panama ñã gây một chú ý lớn trong lĩnh vực Trắc ñịa - bản ñồ Tiếp sau ñó ảnh radar ñược sử dụng thành lập bản ñồ vùng Nam

Mỹ và thu ñược những thành tựu rất lớn Các sản phẩm bản ñồ ñược thành lập

từ ảnh Radar ở tỷ lệ 1/250.000 ñược sử dụng phổ biến trong thực tế cho nên

tư liệu ảnh Radar ñược xem là những tư liệu bổ sung cho việc thành lập bản

ñồ tỷ lệ nhỏ và trung bình[11]

ðể ñáp ứng nhu cầu về tư liệu viễn thám, nước ta ñã có một số trạm thu ảnh vệ tinh khí tượng và ảnh vệ tinh quang học Cùng với việc ứng dụng công nghệ viễn thám, công tác nghiên cứu triển khai phát triển phần mềm, chế tạo thiết bị cũng như xây dựng quy trình công nghệ xử lý và sử dụng ảnh vệ tinh

ñã ñược tiến hành ở một số cơ quan Những công trình này có ý nghĩa thúc ñẩy sự phát triển công nghệ viễn thám ở nước ta, song kết quả thu ñược còn ở mức ñộ khiêm tốn[10]

2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS)

2.2.1 Khái quát chung về GIS

a Khái niệm chung về GIS

Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Infomation System) là hệ thống thông tin có khả năng truy nhập, tìm kiếm, xử lý, phân tích và truy xuất dữ liệu ñịa lý hoặc dữ liệu không gian nhằm hỗ trợ quy hoạch ñô thị, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường[8]

ðây là ngành khoa học có tính chất liên ngành, liên quan ñến các chuyên ngành ñịa lý, công nghệ thông tin, toán ứng dụng, tài nguyên thiên

nhiên, môi trường, khoa học ñất, quản lý ñất ñai, lâm nghiệp… GIS ngày nay

là công cụ trợ giúp quyết ñịnh trong nhiều hoạt ñộng kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân ñánh giá ñược hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy cập, phân tích và tích hợp các thông tin ñược gắn với một nền hình học (bản ñồ) nhất quán trên cơ sở toạ ñộ của các

dữ liệu ñầu vào Theo cách tiếp cận truyền thống, GIS là một công cụ máy tính ñể lập bản ñồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái ñất

Một ñặc ñiểm nổi bật của GIS là cho phép xác ñịnh các mối quan hệ không gian giữa các hình ảnh và ñối tượng bản ñồ quản lý trong hệ thống GIS không quản lý các hình ảnh cụ thể mà nó quản lý một cơ sở dữ liệu, thường là cơ sở dữ liệu quan hệ tập trung ñược tạo lập bởi các dữ liệu không gian trong thế giới thực ñi kèm theo thông tin thuộc tính của chúng Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS

có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Có nhiều ñịnh nghĩa khác nhau về hệ thống thông tin ñịa lý, song có thể ñịnh nghĩa như sau:

Hệ thống thông tin ðịa lý là một hệ thống bao gồm các phần mềm, phần cứng máy tính và một cơ sở dữ liệu ñủ lớn, có các chức năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu ñịa lý phục vụ giải quyết lớp rộng lớn các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí ñịa lý trên

bề mặt trái ñất[9]

Hình 2.6 Nhiều lớp thông tin khác nhau tổng hợp thành bản ñồ

c Ứng dụng của hệ thống thơng tin địa lý trong quản lý tài nguyên

thiên nhiên và mơi trường

GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu khơng gian, nĩ cĩ rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, như: ðo đạc địa lý, quản

lý tài nguyên thiên nhiên, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên mơi trường, Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS đĩng vai trị như là một cơng cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động[1] Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ mơi trường Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của

Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, đến mơ hình hố quản lý các sự cố mơi trường hiện đang được phát triển, cơng nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mơi trường ngày càng hữu hiệu hơn Với mức đơn giản nhất cĩ thể sử dụng GIS để đánh giá mơi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của cây rừng Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mơ hình hĩa các quá trình xĩi mịn đất, sự lan truyền ơ nhiễm trong mơi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sơng dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn, hay trong lĩnh vực nghiên cứu khí tượng thủy văn, GIS được dùng như

là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đốn các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ

đĩ đưa ra các biện pháp phịng chống kịp thời [8]

Tại Việt Nam cơng nghệ GIS được thí điểm khá sớm và đến nay được ứng dụng trong khá nhiều ngành và đã mang lại hiệu quả bước đầu cho hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, an ninh quốc phịng của nước ta và đang cĩ nhiều triển vọng phát triển nhanh trong thời gian sắp tới[4]

2.2.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong quản lý đất đai

a Khái niệm về tích hợp

Tích hợp cĩ nghĩa là hợp thành một thể thống nhất, bổ sung thành một thể thống nhất Như vậy, cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS là cơng

nghệ hợp nhất các ưu ñiểm của hai loại tư liệu viễn thám và GIS, ñồng thời tìm cách hạn chế các yếu ñiểm của hai loại tư liệu này ðây là một công nghệ tiên tiến thường ñược sử dụng trong công tác thành lập và hiện chỉnh bản ñồ trong những năm gần ñây[7]

b Khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và GIS

Trong hệ thống thông tin ñịa lý, hai mô hình dữ liệu vector và raster thường ñược sử dụng lưu trữ dữ liệu không gian, trong khi ñó dữ liệu viễn thám ñược xử lý và lưu trữ dưới dạng raster, do ñó có sự tương thích giữa tư liệu viễn thám và GIS, vì:

- Dữ liệu viễn thám ñược xử lý và lưu trữ dưới dạng cấu trúc raster: Hai mô hình dữ liệu vector và raster thường ñược sử dụng trong GIS ñể lưu trữ dữ liệu không gian, do ñó việc tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS rất

dễ dàng thực hiện Ví dụ, lớp thông tin chuyên ñề về chỉ số thực vật (NDVI)

sẽ là nguồn cung cấp thông tin phong phú cho lớp thực phủ của GIS Ngược lại, lớp dữ liệu về danh giới, ñộ cao… ñược lưu trong GIS sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc phân loại và xử lý ảnh

- Ảnh viễn thám chuyển ñổi dễ dàng vào dữ liệu GIS mong muốn: Với công nghệ hiện nay, các phần mềm GIS ñều có module chuyển ñổi

dữ liệu từ vector sang raster và từ raster sang vector bảo ñảm tính chính xác

và không mất mát thông tin Ngoài ra chức năng chồng ghép các lớp dữ liệu cho phép tích hợp và hiển thị ñồng thời cả hai lớp vector và raster, ñiều này cho phép cập nhật nhanh các lớp dữ liệu về giao thông, thủy hệ, thực phủ, trong dữ liệu nền, cũng như các lớp dữ liệu chuyên ñề của GIS (hiện trạng sử dụng ñất, biến ñổi bờ dọc sông…) ở nhiều tỷ lệ khác nhau và cấp ñộ cập nhật khác nhau

- Dữ liệu viễn thám và nguồn dữ liệu GIS có cùng tọa ñộ tham chiếu:

Sự tương ñồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS ñó là trong thực tế cả hai kỹ thuật này ñều xử lý dữ liệu không gian và có thể thành lập

bản đồ số ðiều này cho thấy yêu cầu dữ liệu trên cùng khu vực sẽ cĩ cùng tọa độ tham chiếu, nên về khía cạnh cơ sở tốn học dữ liệu tương ứng của hai cơng nghệ sẽ tham chiếu cùng một hệ tọa độ và cao độ thống nhất Do đĩ, tính hiệu quả trong vận hành, phân tích và hiển thị dữ liệu sẽ được nâng cao đáng kể cho người sử dụng, đồng thời bảo đảm tính thống nhất của dữ liệu

- Dữ liệu tích hợp tạo thuận lợi trong xây dựng và cập nhật dữ liệu: Cơng nghệ viên thám cho phép thành lập bản đồ tự động trên một phạm

vi rộng lớn và cập nhật nhanh dữ diệu Các thơng tin chuyên đề tạo ra ở dạng

số từ cơng nghệ viễn thám dễ dàng được tổ chức thành các lớp thơng tin hợp

lý cho việc lưu trữ, quản lý, phân tích và hiển thị trong mơi trường GIS Ngược lại, nguồn dữ liệu sẵn cĩ trong GIS luơn được cập nhật để đảm bảo tính hiện thời nhằm phản ánh chính xác thế giới thực sẽ là nguồn thơng tin bổ trợ rất tốt cho việc nắn chỉnh hình học, tạo dữ liệu mẫu, phân loại và đánh giá chất lượng sau khi xử lý ảnh Do đĩ, giải pháp xử lý tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS là phối hợp ưu thế của hai cơng nghệ trong việc thu thập, lưu trữ, phân tích và xử lý dữ liệu địa lý để nâng cao hiệu năng trong việc xây dựng

và cập nhật dữ liệu khơng gian Người sử dụng cĩ thể chuyển đổi qua lại giữa hai định dạng vector và raster hoặc phối hợp chúng trên cùng khu vực để thành lập các loại bản đồ chuyên đề

Quy trình xử lý và giải đốn ảnh vệ tinh rất ít sử dụng dữ liệu dạng vector, do đĩ các hệ thống xử lý ảnh viễn thám thường khơng đủ chức năng

xử lý dữ liệu vector như GIS (Vector overlay, vector buffer…) Tuy nhiên, những dữ liệu dạng vector sẵn cĩ trong GIS như điểm khống chế mặt đất rất cần thiết cho nắn chỉnh hình học tạo bình đồ ảnh, lớp polygon về ranh giới hành chính, loại hình sử dụng đất rất quan trọng cho cơng tác giải đốn ảnh Nĩi chung, độ chính xác về khơng gian và thời gian của dữ liệu địa lý phụ thuộc chủ yếu vào độ phân giải khơng gian và thời gian của ảnh vệ tinh được

sử dụng và tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, cơng nghệ tích hợp viễn thám và

GIS sẽ cập nhật hay xây dựng cơ sở dữ liệu GIS có yêu cầu tương ứng với ñộ chính xác trên diện rộng và tiết kiệm rất nhiều công lao và thời gian thực hiện

2.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở nước ta

2.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên thế giới

Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển nhưng ñã nhanh chóng ñược áp dụng trong nhiều lĩnh vực và ñược phổ biến rộng rãi ở các nước phát triển Công nghệ viễn thám ñã trở thành phương tiện chủ ñạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp

ñộ từng nước, từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu[10]

Khi vệ tinh Landsat-1 ñược phóng vào năm 1972, những ứng dụng của

kỹ thuật viễn thám trong lĩnh lực giám sát môi trường và quản lí 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 một 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… Các tư liệu viễn thám ñược xem là nguồn thông tin ñầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ thuật của nó[6]

Việc kết hợp tư liệu viễn thám và GIS phục vụ nghiên cứu cho nhiều mục ñích khác nhau ñã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới, ñặc biệt trong công tác thành lập các loại bản ñồ chuyên ñề, bản ñồ HTSDð,

* Một số ứng dụng công nghệ viễn thám trên thế giới:

- Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến ñổi môi trường bao gồm: ðiều tra về sự biến ñổi sử dụng ñất và lớp phủ; vẽ bản ñồ thực vật; nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; giám sát thiên tai (hạn hán, lũ lụt, cháy rừng, bão, mưa ñá, sương mù, sương muối,…); nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí

- Viễn thám ứng dụng trong ñiều tra ñất bao gồm: Xác ñịnh và phân

loại các vùng thổ nhưỡng; ựánh giá mức ựộ thoái hoá ựất, tác hại của xói mòn, quá trình muối hoá

- Viễn thám trong lâm nghiệp, diễn biến của rừng bao gồm: điều tra phân loại rừng, diễn biến của rừng; nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng, cháy rừng

- Viễn thám trong quản lý sử dụng ựất bao gồm: Thống kê và thành lập bản ựồ sử dụng ựất; ựiều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật

- Ứng dụng viễn thám trong ựịa chất bao gồm: Thành lập bản ựồ ựịa chất; lập bản ựồ phân bố khoáng sản; lập bản ựồ phân bố nước ngầm; lập bản

- Viễn thám trong khắ tượng nông nghiệp (KTNN): Ứng dụng của viễn thám trong KTNN có thể phân thành 4 loại chắnh:

+ điều tra và ựánh giá tài nguyên khắ hậu nông nghiệp, sự biến ựổi tình hình sử dụng ựất và lớp ựất phủ, và sự thay ựổi của chúng theo từng thời gian nhất ựịnh

+ đánh giá những tác ựộng của ngoại cảnh liên quan ựến sản xuất nông nghiệp Bao gồm ựiều kiện môi trường phát triển nông nghiệp, sự phát sinh phát triển (diện tắch, mức ựộ) của những tác hại và nguy hiểm của thời tiết,

khí hậu và môi trường ñến sản xuất nông nghiệp

+ Tính toán các trường yếu tố khí hậu nông nghiệp bề mặt như: Bức xạ, phát xạ, nhiệt ñộ, ñộ ẩm, bốc thoát hơi…làm cơ sở cho việc phân vùng khí hậu nông nghiệp

+ Dự báo KTNN bao gồm dự báo năng suất cây trồng, sâu bệnh, hạn hán, úng lụt…Do số liệu viễn thám ñược cập nhật nhanh, khách quan và chi tiết vì vậy ñáp ứng kịp thời và chính xác trong nghiệp vụ dự báo KTNN[3]

* Những ứng dụng của GIS:

GIS là công cụ dựa trên máy tính dùng cho việc thành lập bản ñồ và phân tích các ñối tượng tồn tại và các sự kiện bao gồm ñất ñai, sông ngòi, khoáng sản, con người, khí tượng thuỷ văn, môi trường nông nghiệp… xảy ra trên trái ñất Công nghệ GIS dựa trên các cơ sở dữ liệu quan trắc, viễn thám ñưa ra các câu hỏi truy vấn, phân tích thống kê ñược thể hiện qua phép phân tích ñịa lý Những sản phẩm của GIS ñược tạo ra một cách nhanh chóng, nhiều tình huống có thể ñược ñánh giá một cách ñồng thời và chi tiết Hiện nay nhu cầu ứng dụng công nghệ GIS trong lĩnh vực ñiều tra nghiên cứu, khai thác sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ngày càng gia tăng không những trong phạm vi quốc gia mà cả phạm vi quốc tế Tiềm năng

kỹ thuật GIS trong lĩnh vực ứng dụng có thể chỉ ra cho các nhà khoa học và các nhà hoạch ñịnh chính sách, các phương án lựa chọn có tính chiến lược về

sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường[4]

2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS ở Việt Nam

Ở Việt nam, năm 1979-1980, các cơ quan của nước ta bắt ñầu tiếp cận công nghệ viễn thám Trong 10 năm tiếp theo (1980-1990), ñã triển khai các nghiên cứu - thử nghiệm nhằm xác ñịnh khả năng và phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám ñể giải quyết các nhiệm vụ của mình Từ những năm 1990-

1995, bên cạnh việc mở rộng công tác nghiên cứu - thử nghiệm, nhiều ngành

ñã ñưa công nghệ viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn và ñến nay ñã thu

được một số kết quả rõ rệt về khoa học- cơng nghệ và kinh tế Trong các ứng dụng thực tế, ngồi ảnh vệ tinh khí tượng NOAA và GMS, các cơ quan đã sử dụng nhiều loại ảnh vệ tinh quang học như Landsat, SPOT, KFA-1000, ADEOS, cịn ảnh vệ tinh rada như RADASAT, ERS mới được ứng dụng thử nghiệm trong những năm gần đây Riêng ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao (1÷2m) hầu như chưa được sử dụng phổ biến[6] ðể đáp ứng nhu cầu về tư liệu viễn thám, ngày 09/7/2009, Trạm thu ảnh vệ tinh Việt Nam và Trung tâm

dữ liệu viễn thám Quốc gia chính thức đi vào hoạt động ðây khơng chỉ là niềm tự hào của những cơ quan, đơn vị tham gia xây dựng, cung cấp thiết bị cơng nghệ, quản lý, vận hành, khai thác sử dụng mà cịn là niềm tự hào của đất nước ta Là trạm thu thứ 5 trong khối ASEAN nhưng Trạm thu ảnh vệ tinh Việt Nam được lắp đặt các thiết bị kỹ thuật sử dụng cơng nghệ mới nhất từ Châu Âu, Mỹ và những thiết bị chuyên ngành do Tập đồn hàng khơng vũ trụ quốc phịng EADS-DSC (Pháp) lập riêng cho dự án, đã tạo ra tính năng tự động cao Trạm thu được 5 loại ảnh vệ tinh là Spot 2, Spot 4, Spot 5, ENVISAT ASAR và ENVISAT MERIS cĩ độ phân giải 2,5m, 10m, 20m, 30m…cĩ thể phục vục cho nhiều nhiệm vụ trong lĩnh vực điều tra cơ bản, giám sát tài nguyên thiên nhiên và mơi trường[10]

Hình 2.8 Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia

Sự kết hợp giữa viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñã ñem lại nhiều ứng dụng có hiệu quả cho công tác quản lý tài nguyên và môi trường,

cụ thể:

- Sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, giám sát tài nguyên ñất:

Hiện nay, ảnh vệ tinh ñã ñược nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất Những bản ñồ này phủ trùm các vùng lãnh thổ khác nhau, từ khu vực hẹp ñến tỉnh, vùng và toàn quốc

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất toàn quốc năm 1990 tỷ lệ 1: 1 000 000 ñược thành lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong ñó có ảnh vệ tinh Landsat -

TM Bản ñồ này do Tổng cục Quản lý Ruộng ñất (nay thuộc Bộ Tài nguyên

và Môi trường), cùng một số các cơ quan khác thực hiện Bên cạnh ñó, năm

1993 Tổng cục Quản lý Ruộng ñất, Cục ðo ñạc và Bản ñồ Nhà nước (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện ðiều tra Quy hoạch rừng, Viện Thiết kế và Quy hoạch Nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) ñã thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất toàn quốc tỉ lệ 1: 250 000 bằng ảnh Landsat - TM[10] Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất của các vùng như Tây Nguyên, ñồng bằng sông Cửu Long, ñồng bằng sông Hồng,… ñược thành lập trong khuôn khổ các chương trình ñiều tra tổng hợp, ñều ñã sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính Những bản ñồ này ñược thành lập trong những năm

1989, 1990 của thế kỉ trước và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và ñiều tra cơ bản thực hiện Bản ñồ ñược thành lập chủ yếu ở tỷ lệ 1: 250 000[10]

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn của một

số ñịa phương cũng ñược thành lập bằng ảnh vệ tinh Những bản ñồ này thường ñược thành lập ở các tỷ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) ñến 1: 25 000 (khu vực

cụ thể) và do các Viện thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp, Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường và một số Trường ðại học thực hiện

trong khuôn khổ các ñề tài nghiên cứu và các dự án

Nhằm ñưa công nghệ viễn thám về các Sở Tài nguyên và Môi trường, phục vụ công tác quản lý tài nguyên ñất vào dịp tổng kiểm kê ñất năm 2000, Trung tâm Viễn thám ñã có những cố gắng ban ñầu ñể một số Sở tiếp cận với công nghệ viễn thám, ñã xây dựng quy trình thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất bằng ảnh vệ tinh và tiến hành thử nghiệm ở một số ñịa phương Trung tâm Viễn thám ñã thành lập bình ñồ ảnh vũ trụ tỷ lệ 1: 10 000 phục vụ kiểm kê ñất ñai của 13 tỉnh trong ñợt kiểm kê ñất ñai năm 2005

Như vậy, cho ñến nay nhiều cơ quan ở nước ta ñã sử dụng ảnh vệ tinh

ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất nhằm phục vụ các mục ñích khác nhau Kế hoạch sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, thành lập bản ñồ hiện trạng

sử dụng ñất một cách hệ thống theo quy ñịnh của tổng kiểm kê ñất thuộc ngành ñịa chính, cũng như ñể giám sát và cập nhật biến ñộng về sử dụng ñất ñai một cách liên tục theo các chu kì ngắn hạn ñang ñược Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường nghiên cứu ñưa vào thực hiện trong thời gian tới[10]

Về mặt thổ nhưỡng, ảnh vệ tinh có thể ñược sử dụng trong công tác ñiều tra, thành lập bản ñồ thổ nhưỡng, nghiên cứu, giám sát quá trình suy thoái ñất do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra như xói mòn, nhiễm mặn, cát lấn,… ở nước ta, ảnh vệ tinh mới ñược sử dụng như tài liệu hỗ trợ ñể thành lập một số bản ñồ thổ nhưỡng như bản ñồ thổ nhưỡng Tây Nguyên tỷ lệ 1: 250 000, bản ñồ thổ nhưỡng ñồng bằng sông Cửu Long tỷ lệ 1: 250 000 thuộc các chương trình ñiều tra tổng hợp các vùng này Bên cạnh ñó, một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh và GIS ñể thành lập bản ñồ xói mòn ñất ở tỉ

lệ nhỏ cũng ñã ñược thực hiện[10]

- Sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, giám sát tài nguyên nước

Nhằm ñẩy mạnh công tác giám sát tài nguyên nước, Trung tâm Viễn thám Quốc gia sẽ tăng cường phối hợp với Cục Quản lý Tài nguyên nước

trong ứng dụng cơng nghệ viễn thám ðược biết đây là dự án mà Trung tâm Viễn thám Quốc gia đã xây dựng để duy trì việc mua tín hiệu ảnh từ các vệ tinh SPOT4, SPOT5, ENVISAT ASAR ðối với việc ứng dụng cơng nghệ viễn thám trong đánh giá tài nguyên nước, Trạm thu ảnh vệ tinh thuộc Trung tâm Viễn thám Quốc gia hiện đã thu nhận được khối lượng lớn ảnh SPOT2 và SPOT4 trong khu vực thu nhận của Trạm thu

Trạm Thu ảnh vệ tinh cịn thu nhận ảnh radar ENVISAT ASAR Mặc

dù độ phân giải của ảnh ASAR là khơng cao nhưng ảnh này cĩ ưu điểm nổi trội so với ảnh quang học là việc chụp ảnh khơng phụ thuộc vào điều kiện của thời tiết Như vậy, sự biến động của tài nguyên nước trong mùa mưa và mùa khơ cĩ thể được xác định bằng loại ảnh này, nhất là với các khu vực ngập lụt thường xuyên với diện tích rộng như một số tỉnh phía nam

Bộ Tài nguyên và Mơi trường tiếp tục đẩy mạnh các đề tài nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ viễn thám để giám sát tài nguyên nước như: Ứng dụng

dữ liệu ảnh viễn thám và hệ thống thơng tin địa lý (GIS) để xác định trữ lượng nước tại các hồ chứa; Ứng dụng cơng nghệ viễn thám và GIS để giám sát mực nước tại một số hồ thủy điện, giám sát tàu thuyền trên biển [10]

- Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát mơi trường

ðiều tra, giám sát mơi trường là nhiệm vụ liên quan đến nhiều ngành

Vì vậy, trong những năm qua, ngồi cơ quan quản lý mơi trường, nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học, điều tra cơ bản của nhiều ngành cũng như một số Trường ðại học ở nước ta đã quan tâm đến ứng dụng cơng nghệ viễn thám để thực hiện nhiệm vụ này như các Viện ðịa lý, ðịa chất, Vật lý, Nghiên cứu biển thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ Quốc gia, Trung tâm Viễn thám, Liên đồn Bản đồ ðịa chất thuộc Bộ Tài nguyên và Mơi trường, Viện ðiều tra và Quy hoạch rừng thuộc Bộ Nơng nghiệp và Phát triển Nơng thơn, Trường ðại học Khoa học Tự nhiên (ðại học Quốc gia Hà Nội),… Các

cơ quan này đã tiến hành nhiều thử nghiệm, dưới dạng các đề tài nghiên cứu,