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

Việc ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS, cùng với các công cụ phần mềm hỗ trợ ñã tạo ñược một bước tiến mới trong quy trình thành lập bản ñồ HTSDð... Trước yêu cầu ñòi hỏi phải cập nhật t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


    -

CHẾ THÙY LINH

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ

HỆ THỐNGTHÔNG TIN ðỊA LÝ ðỂ THÀNH LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT NĂM 2010 TỶ LỆ 1:10 000

LỜI CAM ðOAN

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

Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều có xuất xứ, nguồn gốc cụ thể Việc sử dụng các thông tin này trong quá trình nghiên cứu là hoàn toàn hợp lệ

Tác giả

Chế Thùy Linh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ựối với Phó giáo sư, Tiến sỹ Phạm Vọng

Thành - Người ựã hết lòng tận tụy hướng dẫn, giúp ựỡ tôi trong quá trình thực hiện

Luận văn này

Tôi xin cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong Khoa Tài nguyên và Môi trường - Viện đào tạo sau ựại học Ờ Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội ựã tạo mọi ựiều kiện thuận lợi và giúp ựỡ tôi thực hiện hoàn thành Luận văn

Tôi xin cảm ơn các cơ quan chức năng và cá nhân có liên quan thuộc tỉnh Nghệ An ựã cung cấp tài liệu và giúp ựỡ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu ựề tài; xin cảm ơn các bạn học viên Cao học ngành Quản lý ựất ựai Khóa 19 Nghệ An

ựã giúp ựỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận văn; xin cảm ơn bạn bè tôi, những người thân trong gia ựình tôi ựã luôn cổ vũ, ựộng viên và giúp ựỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận văn này

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Chế Thùy Linh

MỤC LỤC

1 MỞ ðẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2 Mục ñích, yêu cầu 2

1.2.1 Mục ñích: 2

1.2.2 Yêu cầu: 2

2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3

2.1 Những vấn ñề chung về viễn thám 3

2.1.1 Nguyên lý cơ bản của viễn thám 3

2.1.2 Phương pháp xử lý thông tin viễn thám 7

2.1.3 Một số ứng dụng của viễn thám 12

2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) 13

2.2.1 Khái quát chung về GIS 13

2.2.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong nghiên cứu sử dụng ñất ñai 17

2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám, GIS trong và ngoài nước 23

2.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên thế giới 23

2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS ở Việt Nam 24

2.4 Khái quát chung về bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất (BðHTSDð) 27

2.4.1 định nghĩa BđHTSDđ 27

2.4.2 Quy trình thành lập BđHTSDđ 27

3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

3.1 đối tượng và ựịa ựiểm nghiên cứu 31

3.1.1 đối tượng nghiên cứu của BđHTSDđ 31

3.1.2 địa ựiểm nghiên cứu 31

3.2 Nội dung nghiên cứu 31

3.2.1 đánh giá ựiều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội thị xã Cửa Lò 31

3.2.2 Khái quát chung về tình hình quản lý và sử dụng ựất trên ựịa bàn; 31

3.2.3 Ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám ựánh giá hiện trạng sử dụng ựất thị xã Cửa Lò 31

3.2.4 Tắch hợp với tư liệu bản ựồ và hệ thống thông tin ựịa lý ựể thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất 31

3.2.5 đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước về ựất ựai trên ựịa bàn 31

3.3 Phương pháp nghiên cứu 31

3.3.1 Phương pháp ựiều tra, thu thập số liệu sơ cấp, thứ cấp và kế thừa các tư liệu có sẵn 31

3.3.2 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 33

3.3.3 Phương pháp giải ựoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số 33

3.3.4 Phương pháp giải ựoán ảnh số 34

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39

4.1 điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội 39

4.1.1 điều kiện tự nhiên 39

4.1.2 điều kiện kinh tế - xã hội 42

4.1.3 Thực trạng công tác quản lý ựất ựai của thị xã Cửa Lò, tỉnh Nghệ An trong những năm qua 47

4.2 Thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất 51

4.2.1 Thu thập tư liệu 52

4.2.2 Nhập ảnh, tăng cường chất lượng ảnh, nắn chỉnh tư liệu ảnh 52

4.2.3 Xử lý ảnh 56

4.2.4 đánh giá ựộ chắnh xác của kết quả phân loại 62

4.2.5 Sản phẩm tạo ra trong quá trình thực nghiệm 65

4.3 Kết quả kiểm kê ựất ựai 67

4.3.1 Hiện trạng sử dụng ựất năm 2010 67

4.3.2 So sánh ựộ chắnh xác giữa phương pháp ựề xuất và phương pháp truyền thống 68

4.4 Phân tắch ựánh giá hiệu quả 69

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

5.1 Kết luận 72

5.2 Kiến nghị 72

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Band: Kênh ảnh (Band)

HTSDð: Hiện trạng sử dụng ñất

CSDL: Cơ sở dữ liệu

DGN: Cấu trúc file lưu trữ dữ liệu ñồ họa của phần mềm Microstation

FAO: Tổ chức Nông lương thế giới (Food and Agriculture Organization) GCP: ðiểm khống chế mặt ñất (Ground Control Point)

GIS: Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System)

GPS: Hệ thống ñịnh vị toàn cầu (Global Positioning System)

Pixel: ðiểm ảnh Trong ảnh viễn thám ñiểm ảnh là ñơn vị nhỏ nhất thể hiện

trên ảnh UNDP: Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc (United National Development

Programme) UTM: Hệ lưới chiếu (Universal Transverse Mercator)

WGS 84: Hệ tọa ñộ thế giới xây dựng năm 1984 (World Geodetic System)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 đặc ựiểm của dải phổ ựiện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám 6

Bảng 3.1 Thông tin dữ liệu ảnh vệ tinh 32

Bảng 4.1: Bảng phân loại ựất thị xã Cửa Lò 42

Bảng 4.2 : Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2010 64

Bảng 4.3: đánh giá kết quả phân loại năm 2010 64

Bảng 4.4: Thống kê diện tắch giải ựoán năm 2010 66

Bảng 4.5: Hiện trạng sử dụng ựất năm 2010 67

Bảng 4.6: Chênh lệch diện tắch giải ựoán và diện tắch kiểm kê 68

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 4

Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống thơng tin địa lý GIS 14

Hình 2.3: Vai trị của viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu GIS 19

Hình 2.4: ðộ chính xác của ảnh vệ tinh và yêu cầu cập nhật dữ liệu 20

Hình 2.5: Vai trị của GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết định 21

Hình 4.1: Trình tự giải đốn ảnh viễn thám bằng cơng nghệ số 51

Hình 4.2 Ảnh năm 2010 trước khi nắn 52

Hình 4.3 Thực hiện nắn ảnh theo bản đồ trên Envi 53

Hình 4.4 Lựa chọn các thơng số để nắn ảnh trên Envi 53

Hình 4.5 Bảng nhập tọa độ các điểm khống chế nắn ảnh 54

Hình 4.6 Các điểm khống chế dùng nắn ảnh 2010 54

Hình 4.7 Lựa chọn phương pháp tái chia mẫu 55

Hình 4.8 Bảng sai số RMS sau khi nắn ảnh 55

Hình 4.9 Ảnh được cắt theo ranh giới thị xã cửa Lị năm 2010 56

Hình 4.10 Xây dựng tệp mẫu cho ảnh 57

Hình 4.11 Bảng xây dựng tệp mẫu ảnh năm 2010 57

Hình 4.12 So sánh sự khác biệt giữa các mẫu giải đốn ảnh năm 2010 58

Hình 4.13 Mẫu giải đốn ảnh vệ tinh 60

Hình 4.14 Lựa chọn phương pháp phân loại 61

Hình 4.15 Kết quả phân loại và xử lý lọc nhiễu ảnh 2010 61

Hình 4.16 Chuyển sang dạng vector ảnh 2010 62

Hình 4.17 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 trên phần mềm ARCMAP 65

1 MỞ ðẦU 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất (HTSDð) là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các nhà hoạch ñịnh chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt ñất qua từng thời kỳ Do tính chất liên tục thay ñổi của bề mặt ñất trong quá trình phát triển kinh tế, xã hội và ñô thị hoá của từng ñịa phương nên việc xây dựng bản ñồ HTSDð là một việc làm cần thiết

Hiện nay, ña số các ñịa phương trong cả nước vẫn sử dụng các phương pháp thành lập bản ñồ HTSDð theo phương pháp truyền thống, quá trình cập nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản ñồ

có ñộ chính xác không cao và không thống nhất Những hạn chế này ảnh hưởng lớn tới công tác quản lý tài nguyên ñất ñai trong giai ñoạn hiện nay Trong vòng nửa thế kỷ trở lại ñây, công nghệ viễn thám và hệ thông tin ñịa lý (GIS) ñược ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái ñất cũng như công tác thành lập bản ñồ HTSDð Việc áp dụng phương pháp thành lập bản ñồ HTSDð bằng tư liệu ảnh viễn thám và GIS cho phép chúng

ta xác ñịnh nhanh chóng về vị trí không gian và tính chất của ñối tượng ðồng thời dựa trên các ñộ phân giải phổ, ñộ phân giải không gian và ñộ phân giải thời gian của tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác ñịnh ñược thông tin của ñối tượng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những vùng sâu, vùng xa Nhờ ñó tư liệu viễn thám và GIS ñã ñem lại khả năng mới cho công tác quản lý ñất ñai

Việc ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS, cùng với các công cụ phần mềm hỗ trợ ñã tạo ñược một bước tiến mới trong quy trình thành lập bản ñồ HTSDð

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

Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản ñồ HTSDð ở tỉnh Nghệ

An, với mong muốn tạo ñược bước ñột phá mới trong công tác thành lập bản

ñồ HTSDð ở ñịa phương mình, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:

“Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý ñể thành

lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2010 tỷ lệ 1:10 000 thị xã Cửa Lò, tỉnh Nghệ An”

1.2 Mục ñích, yêu cầu

1.2.1 Mục ñích:

+ Nghiên cứu khả năng thành lập bản ñồ HTSDð trên cơ sở các tư liệu ảnh viễn thám;

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

ñể thành lập bản ñồ HTSDð thị xã Cửa Lò – Nghệ An; ñưa ra quy trình công nghệ thành lập áp dụng cho việc thành lập bản ñồ HTSDð ở ñịa phương

2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.1.Những vấn ñề chung về viễn thám

2.1.1 Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Viễn thám ñược ñịnh nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương pháp thu thập và phân tích thông tin của ñối tượng (vật thể) mà không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng

Khi vệ tinh Lansat-1 ñược phóng vào năm 1972, những ứng dụng của kỹ thuật viễn thám trong lĩnh vực giám sát môi trường và quản lý tài nguyên thiên nhiên ñã trở nên khá phổ biến và trở thành một phương pháp rất hiệu quả trong việc cập nhật thông tin của một vùng hay toàn lãnh thổ phục vụ cho công tác khai thác và quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát biến ñộng và nghiên cứu môi trường, nghiên cứu hệ sinh thái và thành lập bản ñồ lớp phủ cũng như bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ….[3]

Sóng ñiện từ ñược phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về ñặc tính của ñối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng

ñã xác ñịnh ðo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt ñất khác nhau

do sự tương tác giữa bức xạ ñiện từ và vật thể

Thiết bị dùng ñể cảm nhận sóng ñiện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể ñược gọi là bộ cảm biến.Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét.Phương tiện mang các bộ cảm biến ñược gọi là vật mang ( máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh…).Hình 1.1 thể hiện sơ ñồ nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám

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 lí tự động trên máy hoặc giải đốn trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia.Cuối cùng, 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 lí 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 lí

Năng lượng của sóng ñiện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển

sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng bước sóng cụ thể.Trong viễn thám, người ta thường quan tâm ñến khả năng truyền sóng ñiện từ trong khí quyển, vì các hiện tưọng và cơ chế tương tác giữa sóng ñiện từ với khí quyển sẽ có tác ñộng mạnh ñến thông tin do bộ cảm biến thu nhận ñược.Khí quyển có ñặc ñiểm quan trọng ñó là tương tác khác nhau ñối với bức xạ ñiện từ có bước sóng khác nhau ðối với viễn thám quang học, nguồn năng lượng cung cấp chủ yếu là do mặt trời và sự có mặt cũng như thay ñổi các các phân tử nước và khí (theo không gian và thời gian) có trong lớp khí quyển là nguyên nhân gây chủ yếu gây nên sự biến ñổi năng lượng phản xạ từ mặt ñất ñến bộ cảm biến Khoảng 75% năng lượng mặt tròi khi chạm ñến lớp ngoài của khí quyển ñược truyền xuống mặt ñất và trong quá trình lan truyền sóng ñiện từ luôn

bị khí quyển hấp thụ, tán xạ và khúc xạ trước khi ñến bộ cảm biến Các loại khí như oxy, nitơ, cacbonic, ôzôn, hơi nước… và các phân tử lơ lửng trong khí quyển là tác nhân chính ảnh hưỏng ñến sự suy giảm năng lưọng sóng ñiện từ trong quá trình lan truyền

ðể hiểu rõ cơ chế tương tác giữa sóng ñiện từ và khí quyển và việc chọn phổ ñiện từ ñể sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, bảng 2.1 thể hiện ñặc ñiểm cuả dải phổ ñiện từ thường ñược sử dụng trong kỹ thuật viễn thám

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

Dải phổ sóng

ñiện từ

Bước sóng

ðặc ñiểm

Tia cực tím

0,3 ÷ 0,4µm

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

Tia nhìn thấy 0,4 ÷

0,76µm

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

1,55 ÷ 2,4µm

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

Hồng ngoại

nhiệt

3 ÷ 22µm

Một số vùng bị hơi nước hấp thụ mạnh,dải sóng này giữ vai trò trong phát hiện cháy rừng và hoạt ñộng núi lửa Bức xạ nhiệt của trái ñất năng lượng cao nhất tại bước sóng 10µm

Vô tuyến

(rada)

1mm ÷ 30cm

Khí quyển không hấp thụ mạnh năng lượng các bước sóng lớn hơn 2cm, cho phép thu nhận năng lượng cả ngày lẫn ñêm không bị ảnh hưởng của mây, sương mù hay mưa

c Hệ thống thu nhận tư liệu viễn thám

- Bộ cảm viễn thám: là các thiết bị tạo ra ảnh về sự phân bố năng lượng phản xạ hay phát xạ của các vật thể từ mặt đất theo những phần nhất định của quang phổ điện từ Việc phân loại các bộ cảm dựa theo dãi sĩng thu nhận, chức năng hoạt động, cũng cĩ thể phân loại theo kết cấu

- Bộ cảm chia ra là bộ cảm chủ động và bộ cảm bị động:

+ Bộ cảm bị động thu nhận bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát xạ từ nguồn phát tự nhiên là mặt trời

+ Bộ cảm chủ động lại thu năng lượng do vật thể phản xạ từ một nguồn cung cấp nhân tạo

2.1.2 Phương pháp xử lý thơng tin viễn thám

a Khái niệm giải đốn ảnh viễn thám

Giải đốn ảnh Viễn thám là quá trình tách thơng tin định tính cũng như định lưọng về ảnh dựa trên tri thức chuyên ngành hoặc kinh nghiệm của người đốn đọc điều vẽ[1]

Việc tách thơng tin cĩ thể phân làm 5 loại:

- Phân loại đa phổ: Quá trình tách gộp thơng tin dựa trên tính chất khơng gian phổ

- Phát hiện biến động: Phát hiện biến động dựa trên tư liệu ảnh đa thời gian

- Chiết tách thơng tin: Tương ứng với đo nhiệt độ trạng thái khí quyển

- Xác định chỉ số: Việc tính tốn chỉ số mới, xác định hiện tượng đặc biệt

- Xác định các đối tượng đặc biệt

b Giải đốn ảnh bằng mắt

Giải đốn ảnh bằng mắt cĩ thể áp dụng trong mọi điều kiện trang thiết

bị Giải đốn ảnh bằng mắt là việc sử dụng mắt thường cùng với các dụng cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu để xác định các đối tượng Cơ sở để giải đốn ảnh bằng mắt là các chuẩn giải đốn ảnh và khĩa giải đốn ảnh

* Các chuẩn giải đốn ảnh:

ðể giải đốn ảnh, người giải đốn căn cứ vào một số chuẩn giải đốn, đặc trưng của các đối tượng cũng như kinh nghiệm của các chuyên gia Ngồi

ra, kết quả giải đốn ảnh phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố chủ quan của con người, nên để cĩ kết quả tốt cần phải cĩ cơ sở thống nhất kết quả từ nhiều nguồn giải đốn khác nhau[2] Nhìn chung, cĩ thể chia các chuẩn giải đốn thành 8 nhĩm chính sau:

- Kích thước: Kích thước của đối tượng tuỳ thuộc vào tỷ lệ ảnh, kích thước cĩ thể xác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với mẫu số tỷ

lệ của ảnh (cần phải chọn một tỷ lệ ảnh phù hợp để giải đốn)

-Hình dạng: Là đặc trưng bên ngồI tiêu biểu cho đối tượng và cĩ ý nghĩa quan trọng trong giải đốn ảnh Hình dạng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên cao xuống được coi là chuẩn giải đốn ảnh quan trọng (ruộng thường cĩ dạng hình vuơng hay chữ nhật, khu vực chung cư cao tầng khác với nhà riêng lẻ )

-Bĩng râm: Khi nguồn phát năng lượng (mặt trời hay rada) khơng nằm ngay trên đỉnh đầu hoặc trong trưịng hợp nghiêng sẽ xuất hiện bĩng của đối tượng Căn cứ theo bĩng của vật thể cĩ thể xác định được chiều cao của vật thể, trong ảnh rada bĩng râm là yếu tố giúp cho việc xác định địa hình và hình dạng mặt đất Tuy nhiên, bĩng râm trong ảnh vệ tinh quang học thường làm

giảm khả năng giải đốn đối với khu vực nhiều nhà cao tầng, rất khĩ khăn trong việc xác định diện tích của vật thể

- ðộ đen: Là tổng hợp năng lượng phản xạ của bề mặt của đối tượng Mỗi vật thể được thể hiện bằng một cấp độ ánh sáng nhất định tỷ lệ với cường

độ phản xạ ánh sáng của nĩ (ảnh đen trắng biến thiên từ màu trắng đến màu đen, ảnh màu thì tơn ảnh sẽ cho độ đậm nhạt màu để phân biệt vật thể khác nhau).Ví dụ, cát khơ phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng cĩ màu trắng, trong khi đĩ cát ướt do độ phản xạ kém hơn nên cĩ màu tối hơn trên ảnh đen trắng Trên ảnh hồng ngoại đen trắng, do thực vật phản xạ mạnh hơn nên chúng cĩ màu trắng và nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sĩng này nên bao giờ cũng cĩ màu đen ðộ đậm nhật (nền ảnh) là yếu tố rất quan trọng

và cơ bản trong việc giải đốn ảnh

- Màu sắc: Là một yếu tố rất thuận lợi trong việc xác định chi tiết các đối tượng Ví dụ, các kiểu lồi thực vật cĩ thể được phát hiện dễ dàng thơng qua màu sắc (ngay cả cho những người khơng cĩ nhiều kinh nghiệm) Trong giải đốn ảnh khi sử dụng ảnh hồng ngoại màu, các đối tượng khác nhau sẽ cho các tơng màu khác nhau, đặc biệt khi sử dụng ảnh đa phổ tổ hợp màu Tuỳ theo mục tiêu giải đốn, việc chọn lựa các kênh phổ thích hợp để tổ hợp màu

sẽ hiển thị rõ nhất các đối tượng mà người giải đốn quan tâm

- Cấu trúc: là tấn số lặp lại của sự thay đổi tơng ảnh cho một khu vực cụ thể trên một vùng ảnh mà trong mối quan hệ với đối tượng đĩ cĩ cấu trúc là mịn hay sần sùi Ví dụ, hình ảnh của các dãy nhà, hình mẫu của ruộng nước, đồi chè… tạo ra những hình mẫu đặc trưng riêng cho các đối tượng đĩ (cỏ cho cấu trúc mịn, rừng cho cấu trúc thơ) Chú ý, chuẩn cấu trúc cũng tuỳ thuộc vào tỷ lệ ảnh và cấu trúc mịn thường thể hiện đối tượng là đồng chất hoặc cĩ bề mặt bằng phẳng

- Hình mẫu: Liên quan đến việc sắp xếp của đối tượng về mặt khơng gian mà mắt người giải đốn cĩ thể phân biệt được ðây là dạng tương ứng với vật thể theo một quy luật nhất định, nghĩa là sự lặp lại theo trật tự cụ thể của tơng ảnh hay cấu trúc sẽ tạo ra sự phân biệt và đồng thời cĩ thể nhận biết được hình mẫu, ví dụ các dãy nhà, giao lộ, hay dễ dàng phân biệt cây ăn trái khác với cây rừng hay cây được trồng trong thành phố…Hình mẫu cung cấp thơng tin từ sự đồng nhất về hình dạng của chúng

- Mối quan hệ: Sự phối hợp tất cả các yếu tố giải đốn, mơi trường xung quanh hoặc mối liên quan của đối tượng nghiên cứu với các đối tượng khác sẽ cung cấp một thơng tin giải đốn quan trọng để giảm nhẹ việc xác định chính xác đối tượng Ví dụ, khu vực thương mại sẽ liên quan đến các đường giao thơng lớn; khu dân cư sẽ cĩ nhiều trường học, cơng viên…

* Khố giải đốn ảnh:

Khố giải đốn ảnh là chuẩn giải đốn cho đối tượng nhất định bao gồm tập hợp các yếu tố và dấu hiệu do nhà giải đốn kinh nghiệm thiết lập, nhằm trợ giúp cho cơng tác giải đốn nhanh và chính xác, cũng như đồng nhất kết quả giải đốn của nhiều người khác nhau

Kết quả giải đốn chủ yếu phụ thuộc vào khố giải đốn, thơng thường khĩa giải đốn do những người cĩ nhiều kinh nghiệm và hiểu biết thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra kỹ lưỡng Bằng cách sử dụng khố giải đốn, người giải đốn cĩ thể phát triển mở rộng và phân tích cho nhiều vùng khác nhau trên cơ sở cùng một loại dữ liệu (cùng là ảnh Landsat, SPOT hay IKONOS) cũng như cùng mùa và thời gian chụp ảnh,

do đĩ, giúp cho cơng tác giải đốn ảnh nhanh hơn và đảm bảo được tính thống nhất trong quá trình giải đốn

Tất cả 8 yếu tố giải đốn ảnh nêu trên cùng với các thơng tin về thời gian

chụp ảnh, mùa, loại phim, tỷ lệ ảnh đều phải xem xét cẩn thận trước khi thiết lập khố giải đốn Một bộ khố giải đốn phải bao gồm cả phần mơ tả ảnh và phần thuyết minh ðây là tiêu chuẩn để phân biệt một đối tượng nào đĩ tương ứng với các chuẩn giải đốn về đối tượng đĩ

c Giải đốn ảnh bằng cơng nghệ số

* Hiệu chỉnh bức xạ:

Do nhiều nguyên nhân khác nhau như: do ảnh hưởng của bộ cảm biến hoặc cĩ thể do ảnh hưởng của địa hình và gĩc chiếu của mặt trời hoặc do ảnh hưởng của khí quyển,…làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng ảnh thu được

ðể đảm bảo nhận được những giá trị chính xác của năng lượng bức xạ và phản xạ của vật thể trên ảnh vệ tinh, cần phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ nhằm loại trừ các nhiễu trước khi sử dụng ảnh

là do nội sai, tức là do tính chất hình học của bộ cảm hoặc do ngoại sai gây ra bởi vị thế của vật mang và hình dáng của vật thể Ngồi ra sự biến dạng của địa hình cũng gây nên biến dạng hình học của ảnh, trong đĩ ảnh hưởng do sự thay đổi địa hình gây nên biến dạng tăng dần từ tâm ảnh ra các biên, các điểm trên mặt đất cĩ độ cao thấp hoặc cao hơn độ cao chuẩn tham chiếu (trong lúc chụp ảnh) đều bị biến dạng Chính vì vậy, hiệu chỉnh hình học cần phải được thực hiện để loại trừ sự biến dạng hình học của ảnh Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng mối quan hệ giữa hệ tọa độ ảnh và hệ tọa độ quy chiếu

chuẩn (cĩ thể là hệ tọa độ mặt đất vuơng gĩc hoặc địa lý) dựa vào các điểm khống chế mặt đất, vị thế của sensor, điều kiện khí quyển,… ðể hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh cần phải dựa trên bản chất của biến dạng để cĩ phương pháp hiệu chỉnh cho phù hợp

* Tăng cường chất lượng ảnh:

ðấy là phương pháp thường được sử dụng để làm nổi bật hình ảnh sao cho người giải đốn ảnh dễ đọc, dễ nhận biết nội dung trên ảnh hơn so với ảnh gốc Phương pháp thường sử dụng là biến đổi cấp độ xám, biến đổi histogram, biến đổi độ tương phản, lọc ảnh, tổ hợp màu…

* Biến đổi giữa các ảnh:

Biến đổi giữa các ảnh liên quan đến việc tạo ra ảnh mới từ việc xử lý các ảnh đa phổ hoặc đa thời gian bằng các thuật tốn được áp dụng trên nguồn ảnh gốc đã cĩ, tùy thuộc vào yêu cầu thực tế ứng dụng, các kênh của ảnh đa phổ hoặc các ảnh đa thời gian (chụp ở thời điểm khác nhau) được phối hợp rất

đa dạng để tạo ảnh mới nhằm nhấn mạnh các đối tượng được quan tâm trên ảnh hoặc cho phép chiết tách được đặc tính của các đối tượng nhanh chĩng và chính xác hơn so với việc thực hiện trên nguồn ảnh gốc Phương pháp biến đổi giưa các ảnh thường được sử dụng là phương pháp biến đổi số học, trong phương pháp này cĩ hai phương pháp thường được sử dụng là biến đổi tạo ảnh dựa trên chỉ số thực vật NDVI và biến đổi tạo ảnh tỷ số

- Ứng dụng trong nông – lâm nghiệp: theo dõi mức ñộ biến ñổi thảm phủ thực vật, ñộ che phủ rừng, …

- Ứng dụng trong ñịa chất: Theo dõi tốc ñộ sa mạc hoá, tốc ñộ xâm thực

bờ biển, phân tích những cấu trúc ñịa chất trên mặt cũng như bên trong lòng ñất (vỏ trái ñất), …

2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS)

2.2.1 Khái quát chung về GIS

a ðịnh nghĩa về GIS

Hiện nay có khá nhiều ñịnh nghĩa về GIS, song có thể thống nhất chung

về ñịnh nghĩa như sau: “GIS là một tổ chức tổng thể của 4 hợp phần: phần cứng (máy tính và các thiết bị ngoại vi), phần mềm, dữ liệu ñịa lý và người ñiều hành ñược thiết kế hoạt ñộng một cách có hiệu quả nhằm thu nhận, lưu trữ, ñiều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu ñịa lý GIS có mục tiêu ñầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian ñịa lý” [5]

- Có kiến thức cơ bản về ñịa lý, bản ñồ, máy tính và công nghệ thông tin

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

Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống thông tin ñịa lý GIS

- Khoa học về máy tính và thông tin cung cấp các kiến thức cơ bản về phần cứng máy tính và vận hành thông thạo các chương trình liên kết phần cứng

- Có kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm GIS Việc ñào tạo

sử dụng các phần mềm chủ yếu thường tập trung vào việc xử lý GIS, lập trình

cơ bản, quản lý cơ sở dữ liệu và một số công việc khác có liên quan ñến tích hợp thông tin

- Có hiểu biết nhuần nhuyễn về dữ liệu Hiểu về nguồn tư liệu, nội dung và ñộ chính xác của dữ liệu và các số liệu ño ñạc của tập dữ liệu, cấu trúc của dữ liệu

- Có khả năng phân tích không gian Yêu cầu ñược ñào tạo về phương pháp xử lý thống kê, việc ñào tạo cho người xử lý có thể lựa chọn phương pháp tốt nhất ñể phân tích và áp dụng nhằm ñưa ra kết quả tốt nhất

Các yêu cầu trên là cần thiết ñối với người ñiều hành GIS, các huấn luyện chi tiết sẽ tùy thuộc nội dung và mục tiêu cũng như khả năng của máy

tính và phần mềm ñể lựa chọn những chương trình ñào tạo thích hợp

+ Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi):

Phần cứng của một GIS bao gồm các hợp phần sau: bộ xử lý trung tâm, thiết bị nhập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, thiết bị hiển thị và xuất dữ liệu

- Bộ xử lý trung tâm: hệ thống ñiều khiển, bộ nhớ, tốc ñộ xử lý là

những yếu tố quan trọng nhất của CPU

- Các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập dữ liệu: bàn số hóa, máy

quét ñể chuyển ñổi dữ liệu tương tự thành dạng số Các phương tiện lưu trữ thông dụng là ổ ñĩa cứng, ổ ñọc băng, ổ ñĩa quang có thể ghi và xóa dữ liệu Thiết bị hiển thị và xuất dữ liệu bao gồm màn hình, máy in Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ tin học và công nghệ thông tin, ñặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép chia sẻ các chức năng và trao ñổi giữa những người sử dụng, càng tạo ñiều kiện cho GIS phát triển

+ Phần mềm:

Một hệ thống phần mềm xử lý GIS yêu cầu phải có ñầy ñủ hai hợp phần, ñó là tự ñộng hóa thành lập bản ñồ và quản lý cơ sở dữ liệu Sự phát triển kỹ thuật GIS hiện ñại liên quan ñến sự phát triển của hai hợp phần này

Bản ñồ học là môn khoa học về ñịa lý, về tính chất, phương pháp xây dựng và sử dụng chúng, bản ñồ học bao gồm nhiều bộ môn khoa học và kỹ thuật quan hệ chặt chẽ với nhau Do ñó, tự ñộng hóa thiết lập bản ñồ là thành lập bản ñồ với sự trợ giúp của máy tính Bản ñồ là sự thể hiện bằng ñồ họa mối quan hệ không gian và là sự mô hình hóa thực tế theo những tỷ lệ nhất ñịnh thông qua các công ñoạn lựa chọn, phân loại, làm ñơn giản hóa và tạo mẫu ký tự

Các phần mềm tiện ích thông qua máy tính trợ giúp cho việc thành lập

bản ñồ trên nhiều phương diện như sau:

- Thứ nhất, bản ñồ trong máy tính là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa làm cho bản ñồ ñược hoàn thiện và lượng thông tin sẽ ñược nâng lên ðặc biệt, việc bổ sung thông tin cho bản ñồ cũng dễ dàng thực hiện ñược

- Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn trên bản ñồ ñược thao tác với tốc ñộ nhanh nên giá thành thấp Việc lựa chọn, phân loại và làm ñơn giản hóa các ñặc ñiểm bản ñồ cũng ñược thực hiện một cách khoa học Các chức năng cụ thể của phần mềm trợ giúp cho phép quá trình thiết kế và khái quát hóa bản ñồ ñược thực hiện Kết quả như mong muốn có thể ñạt ñược bởi nhiều cán bộ bản ñồ hoặc do chính một cán bộ bản ñồ làm trong nhiều thời gian khác nhau

- Thứ ba, thiết kế bản ñồ có thể ñược hoàn thiện hơn qua việc thử và chỉnh sửa lỗi Kích thước, hình dạng hoặc vị trí của chữ hoặc ký hiệu trên bản

ñồ có thể dễ dàng thay ñổi ñược và ñưa về vị trí chính xác như mong muốn Chức năng thứ hai của phần mềm GIS là hệ thống quản lý dữ liệu (DBMS) GIS phải có khả năng ñiều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu ñịa

lý ñồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu theo một trật

tự rõ ràng

Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm GIS là cho khả năng liên kết

hệ thống giữa việc tự ñộng hóa bản ñồ và quản lý cơ sở dữ liệu Các tài liệu

mô tả cho một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng Sự liên kết ñó là một ưu thế của việc vận hành GIS:

+ Một là: các dữ liệu thuộc tính nhất thiết phải ñược thể hiện liên kết

với các ñối tượng trên bản ñồ Ví dụ, số liệu về dân số của một thành phố ñược gọi ra một cách tự ñộng mà không cần phải có một sự tra cứu nào khác ðối với bản ñồ truyền thống thì công việc tra cứu thường phải làm ñộc lập,

không thực hiện tự ñộng ñược Ngoài ra, việc bổ sung số liệu cũng ñòi phải ñược cập nhật thường xuyên nên chỉ GIS mới có thể ñáp ứng ñược ñầy ñủ

+ Hai là: sự thay ñổi về hình học của các ñối tượng nội dung trên bản

ñồ nhất thiết phải phù hợp với sự thay ñổi về thông tin thuộc tính Ví dụ, sự thay ñổi về diện tích ñô thị về số liệu phải tương ứng với sự thay ñổi về ñường ranh giới thành phố Khi thay ñổi ranh giới thì số liệu tính toán về diện tích cũng tự ñộng ñược thay ñổi

c Ứng dụng của hệ thống thông tin ñịa lý

Ứng dụng HTTT ñịa lý ñể thành lập bản ñồ chuyên ñề

Liên kết thông tin ñịa lý và các loại thông tin khác trong phạm vi một hệ ñộc lập Nó tạo ra một cái nền nhất quán ñể phân tích dữ liệu các loại bản ñồ Bằng cách tạo ra bản ñồ và các dạng khác của các thông tin ở dạng số, GIS cho phép chúng ta tạo ra và hiển thị kiến thức về mặt ñịa lý theo những phương pháp ñã có và những phương pháp mới

Ứng dụng GIS tạo ra những liên hệ giữa các hoạt ñộng dựa trên các vùng ñịa lý, giúp chúng ta có thể nhìn thấy ñể nhận thức và quản lý các hoạt ñộng và các nguồn tài nguyên

2.2.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong nghiên cứu sử dụng ñất ñai

a Tích hợp là gì

Tích hợp tiếng Anh là Integration có nghĩa là hợp thành một thể thống

nhất, bổ sung thành một thể thống nhất, hợp nhất Như vậy, tích hợp tư liệu viễn thám và GIS là việc hợp nhất các ưu ñiểm của hai loại tư liệu viễn thám

và GIS thành một thể thống nhất, ñồng thời tìm cách hạn chế các yếu ñiểm của hai loại tư liệu nói trên

b Tại sao phải tích hợp

Người ta phải tích hợp tư liệu viễn thám và GIS vì những lý do sau:

- Viễn thám là một trong những cơng nghệ thu thập dữ liệu quan trọng và hiệu quả nhất cho việc cập nhật và xây dựng cơ sở dữ liệu GIS

- Nguồn cung cấp thơng tin địa lý là số liệu trắc địa - bản đồ, ảnh hàng khơng, ảnh viễn thám, số liệu điều tra, thống kê hữu hiệu cho việc thu thập dữ liệu để cập nhật cho GIS, nhưng những dữ liệu sẵn cĩ được lưu trữ trong GIS cũng là nguồn thơng tin bổ trợ rất tốt cho việc phân loại và xử lý ảnh viễn thám Giải pháp xử lý tích hợp 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 năng suất trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu khơng gian

- Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nhằm tạo ra cơng nghệ cung cấp

dữ liệu địa lý cần thiết cho GIS, nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng trong cơng tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát mơi trường…

- Cơng nghệ viễn thám là một trong những cơng nghệ thu thập dữ liệu khơng gian quan trọng và hiệu quả nhất Sự tích hợp tư liệu viễn thám

và GIS dựa trên tư liệu raster rất khả thi vì cấu trúc dữ liệu giống nhau, hơn nữa cĩ sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS, cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu khơng gian và cĩ thể thành lập bản đồ số, đặc biệt là cĩ cùng một số thuật tốn xử lý dữ liệu khơng gian số Khi ảnh vệ tinh đã được xử lý và cung cấp dưới dạng tương thích với GIS, những chức năng phân tích của GIS cĩ thể áp dụng hiệu quả đối với tư liệu viễn thám Ảnh số vệ tinh sau khi được giải đốn hoặc phân tích, xử lý để tạo ra

dữ liệu cĩ tỷ lệ thích hợp theo yêu cầu ứng dụng, hoặc được sử dụng để xây dựng mơ hình số độ cao (DEM), hay thành lập bản đồ hiện trạng sử

dụng ñất, bản ñồ hiện trạng lớp phủ thực vật,… sẽ là nguồn cung cấp thông tin quan trọng cho GIS

+ Với khả năng cung cấp ảnh số ñộ phân giải cao và chu kỳ lặp ngắn (cập nhật thông tin trong vài ngày), tư liệu viễn thám ñã góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng GIS trong quản lý, quy hoạch và phát triển ñô thị Ngoài

ra, tư liệu viễn thám ña thời gian là công cụ hữu hiệu cho phép chồng lớp bản ñồ và phân tích biến ñộng ñáp ứng các yêu cầu của người sử dụng

Hình 2.3: Vai trò của viễn thám trong việc xây dựng

và cập nhật cơ sở dữ liệu GIS

Mô hình số

ñộ cao

Ảnh hàng không

Ảnh số Bản ñồ giấy

Dữ liệu thực ñịa

ðo ñạc vị trí ñiểm

Mô hình toán học GIS

ðịa lý - kinh tế - xã hội

Viễn thám/

không ảnh

Hình 2.4: ðộ chính xác của ảnh vệ tinh và yêu cầu cập nhật dữ liệu

+ Việc sử dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS cho phép cập nhật, xây dựng dữ liệu và phân tích biến ñộng hiệu quả và ñóng vai trò khá quan trọng cho việc hỗ trợ ra quyết ñịnh nhanh, trên phạm vi rộng với giá thành rẻ

Với chức năng tích hợp, GIS thực hiện việc chồng xếp những lớp thông tin khác nhau thông qua việc sử dụng nguồn dữ liệu ña dạng ñược xây dựng trên một hệ quy chiếu thống nhất

Công nghệ viễn thám cho phép thành lập bản ñồ tự ñộng trên một phạm

vi rộng lớn và cập nhật nhanh dữ liệu Các thông tin chuyên ñề tạo ra ở dạng

số từ công nghệ viễn thám dễ dàng ñược tổ chức thành các lớp thông tin hợp

lý cho việc lưu trữ, quản lý, phân tích và hiển thị trong môi trường GIS

ðộ chính xác không gian (m) 0.5

ðịa hình Quy hoạch sử dụng ñất

Ảnh IKONOS SPOT LANDSAT AVHRR

Thời gian cập

nhật (năm)

Ngược lại, nguồn dữ liệu sẵn có trong GIS luôn ựược cập nhật ựể ựảm bảo tắnh hiện thời nhằm phản ánh chắnh xác thế giới thực sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc nắn chỉnh hình học, tạo dữ liệu mẫu, phân loại và ựánh giá chất lượng sau khi xử lý ảnh trong GIS như ựiểm khống chế mặt ựất rất cần thiết cho nắn chỉnh hình học, lớp polygon về ranh giới hành chắnh, loại hình

sử dụng ựất quan trọng cho công tác giải ựoán ảnh [1]

Hình 2.5: Vai trò của GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết ựịnh

Công nghệ tắch hợp tư liệu viễn thám và GIS sẽ cập nhật hay xây dựng

cơ sở dữ liệu GIS trên diện rộng và tiết kiệm nhiều công sức và thời gian thực hiện

- Mặc dù, tư liệu Viễn thám có trữ lượng thông tin khá lớn (ựộ phân giải không gian, ựộ phân giải thời gian và ựộ phân giải phổ lớn) song khi giải ựoán chúng, ựôi khi ta gặp phải trường hợp khó giải ựoán hoặc không giải ựoán ựược Những trường hợp như vậy, nếu có tư liệu GIS hỗ trợ thì việc giải ựoán chúng sẽ dễ dàng và chắnh xác hơn rất nhiều.Vắ dụ, khi giải ựoán vùng trồng ngô và vùng trồng mắa: cả hai loại cây trồng này ựều có ựiều kiện sinh trưởng, chiều cao cây, khả năng phản xạ phổ, gần như nhau nên rất khó phân biệt, thế nhưng nếu biết ựược phong tục, tập quán canh tác của cư dân vùng ựó thì sẽ có câu trả lời chắnh xác cho việc phân loại cây trồng ở vùng nói

Thống kê Hoạt ựộng của con người Thông báo cho công chúng

Tác ựộng của con người;

đô thị hoá, công nghiệp hoá; Phát triển xây dựng

Chuyển ựổi môi trường;

Biến ựộng sử dụng ựất, thay ựổi khắ hậu;

Ô nhiễm môi trường, sạt lở ựất, lũ lụt, phá rừng, thay ựổi tập quán,Ầ

Phân tắch, ựánh giá bằng GIS Giám sát bằng Viễn thám

Cơ sở dữ liệu

trên (Vắ dụ, ở vùng núi Tây Trường Sơn nên cây lương thực chủ yếu của họ là cây ngô, vùng đông Trường Sơn ựất cát pha là vùng nguyên liệu mắa, nếu biết ựược tập quán canh tác của họ thì chúng ta sẽ giải ựoán chắnh xác loại cây trồng này) Mặt khác, trong một số bài toán phân loại ảnh viễn thám, GIS là công cụ hỗ trợ ựắc lực cho các chuyên gia viễn thám trong việc cung cấp thông tin bổ trợ như ranh giới, ựộ cao, ựộ dốc

c Khả năng ứng dụng công nghệ tắch hợp tư liệu viễn thám và GIS Ảnh viễn thám sau khi phân loại sẽ thể hiện sự phân bố của các ựối tượng theo không gian và thời gian Do ựó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám

sẽ chỉ ra hiện trạng sử dụng ựất tại thời ựiểm chụp ảnh và với ảnh ựa thời gian cho phép thành lập các lớp chuyên ựề sử dụng ựất trên vùng ựất cụ thể nhưng

ở các thời ựiểm khác nhau Bằng chức năng chồng xếp và phân tắch, GIS cho phép tắch hợp từ các kết quả phân loại của nhiều thời ựiểm chụp ựể thành lập nhanh và chắnh xác bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất của khu vực Với chức năng

tự ựộng cung cấp thông tin về sự thay ựổi giữa các loại hình sử dụng ựất theo từng thời ựiểm yêu cầu hoặc theo ựơn vị hành chắnh, GIS cho phép người sử dụng giám sát quá trình biến ựộng sử dụng ựất theo bất kỳ loại hình nào và ở

bất kỳ khoảng thời gian nào

Giải pháp truyền thống là so sánh bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất ựã thành lập tại hai thời ựiểm yêu cầu, những khu vực thay ựổi sẽ ựược thể hiện trên tờ bản ựồ thứ ba gọi là bản ựồ biến ựộng ựất cho ta thấy những thay ựổi của các loại hình sử dụng ựất Tuy nhiên, ở khu vực mà loại hình sử dụng ựất thay ựổi nhanh thì giải pháp này không ựáp ứng ựược yêu cầu độ chắnh xác

và tắnh hiện thời của bản ựồ bị giảm vì phải mất nhiều thời gian ựể xây dựng bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất bằng phương pháp tổng hợp Ngoài ra, bản ựồ biến ựộng ựất loại này thường chứa nhiều sai sót vì hai bản ựồ hiện trạng sử

dụng ñất ñã thành lập tại hai thời ñiểm không cùng thống nhất về chi tiết nội dung và ñộ chính xác yêu cầu

Nếu sử dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS thì sẽ ñảm bảo ñược tính hiện thời của thông tin, dễ dàng kiểm tra mức ñộ chi tiết và tính thống nhất của dữ liệu, cũng như không bị ảnh hưởng do tỷ lệ và phép chiếu của bản ñồ gây ra

Việc tích hợp tư liệu viễn thám và GIS cũng rất có hiệu quả trong việc thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất, bản ñồ biến ñộng lớp phủ thực vật, bản ñồ biến ñộng môi trường vv

2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám, GIS trong và ngoài nước

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

Việc ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý GIS phục vụ theo dõi, quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường ñã ñược một số nước trên thế giới ứng dụng từ những năm 1970

Trung Quốc ñã triển khai dự án ðiều tra lại tài nguyên ñất quốc gia (New National Land and Resources Investigation Project) trong 12 năm, bắt ñầu từ năm 1999 Chủ ñầu tư dự án là Bộ ðất ñai và Môi trường (MLR) Trong

dự án này, ảnh SPOT-1/2/4 và Landsat-7 TM ñã ñược sử dụng là nguồn tài liệu chính ñể ứng dụng cho quan trắc biến ñộng về sử dụng ñất ñai Bắt ñầu từ năm

2002, dữ liệu ảnh SPOT 5 ñộ phân giải 2,5m ñã ñược sử dụng ñể cập nhật bản

ñồ sử dụng ñất ở tỷ lệ 1: 10.000 cho 26 thành phố của Trung Quốc

Tại Úc, chính phủ Úc ñã tiến hành “Chương trình bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất cộng tác” (Australian Collaborative Land Use Mapping Program - ACLUMP) Sản phẩm của dự án là các bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất từ tỷ lệ

1: 100.000 ñến 1:25.000 Trong dự án, ảnh vệ tinh SPOT 5 ñược sử dụng làm nguồn tài liệu cho xác ñịnh các biến ñộng về hiện trạng sử dụng ñất

Pháp ñã xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý hiện trạng sử dụng ñất ñô thị tên là SPOT Thema SPOT Thema là một cơ sở dữ liệu vector ñược số hóa từ ảnh vệ tinh SPOT, tương thích với các ứng dụng và quản lý và quy hoạch ñất ñai khác Cơ sở dữ liệu dựa trên dữ liệu ảnh SPOT 1 ñến 4 và ñược tích hợp với ảnh SPOT 5

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

Việt Nam do thiếu kinh phí, các trang thiết bị thu phát vệ tinh nên viễn thám và GIS chỉ mới ñược ñưa vào ứng dụng trong vài thập kỷ vừa qua Một

số nghiên cứu của các nhà khoa học ñã khẳng ñịnh ñược vai trò của viễn thám

và GIS Sau ñây là một số ứng dụng của viễn thám và GIS ở Việt Nam

a Phát triển kinh tế xã hội

Dự án: “Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin ñịa hình – thủy văn

cơ bản phục vụ phòng chống lũ lụt và phát triển kinh tế xã hội vùng ñồng bằng sông Cửu Long” do Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường làm chủ ñầu tư và ñược thực hiện từ năm 2004, kết thúc vào cuối năm 2007

b Thành lập bản ñồ

- Dự án “Nghiên cứu xây dựng bản ñồ phân bố vùng NCMT”

- Dự án “ðo vẽ bản ñồ phục vụ ñiều tra tài nguyên thiên nhiên” hay còn

gọi là ñề án ARPEGE ñược thực hiện trong khuôn khổ Hợp tác Pháp – Việt theo Nghị ñịnh thư tài chính năm 1998

- Các công trình thành lập và hiện chỉnh bản ñồ ñịa hình

- Công trình “Thành lập bản ñồ vùng quần ñảo Hoàng Sa và Trường Sa

tỷ lệ 1:25.000, 1: 50.000, 1: 250.000 và 1: 1.000.000” thuộc dạng công trình

về ño ñạc - bản ñồ ñặc biệt ñược Nhà nước giao trực tiếp cho Trung tâm Viễn thám thực hiện trong các năm từ 1994 - 1999 Tư liệu dùng ñể thành lập bản

ñồ là các hải ñồ, ảnh vũ trụ lực phân giải siêu cao của Nga và ảnh vệ tinh Landsat của Mỹ Bộ bản ñồ ñịa hình của 2 quần ñảo Hoàng Sa và Trường Sa

là những tài liệu vô cùng quý giá cho công tác nghiên cứu khoa học, an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế biển và ñặc biệt là ñã giúp cho việc khẳng ñịnh chủ quyền quốc gia của Việt Nam

- Bằng nguồn tư liệu ảnh SPOT 4 và những năm gần ñây là SPOT 5, ñã tiến hành công tác hiện chỉnh bản ñồ ñịa hình với quy mô rộng hơn Với việc hoàn thiện nhanh, ñáp ứng kịp thời hệ thống bản ñồ nền phục vụ cho việc lập

Hồ sơ ñịa giới hành chính các cấp (thực hiện Chỉ thị 364/CT của Thủ tướng Chính phủ) cho nhiều ñịa phương trong cả nước

- Trong dự án xây dựng bản ñồ ñịa hình phủ trùm ở tỷ lệ 1:50.000, bằng công nghệ hiện chỉnh bản ñồ theo ảnh vệ tinh SPOT, ñã tiến hành thực hiện cho 2 vùng lãnh thổ có ý nghĩa quan trọng là ñồng bằng Bắc Bộ và ñồng bằng Nam Bộ, với số lượng 133 mảnh bản ñồ trên tổng số 569 mảnh phủ trùm

cả Việt Nam trong một khoảng thời gian rất ngắn

- Loại bản ñồ ở tỷ lệ này và bản ñồ ở tỷ lệ 1: 25.000 còn ñược tiến hành hiện chỉnh bằng ảnh vệ tinh SPOT 5 cho nhiều vùng lãnh thổ của Việt Nam ðặc biệt là tháng 05 năm 2006, Bộ ñã phê duyệt dự án tổng thể về hiện chỉnh bản ñồ ñịa hình quốc gia ở tỷ lệ 1:10.000, 1: 25.000 và 1: 50.000

c Quản lý ñất ñai

- Các công trình, dự án phục vụ công tác kiểm kê

Công nghệ viễn thám có thế mạnh trong việc xác ñịnh hiện trạng và biến ñộng của lớp phủ mặt ñất, trong ñó có tình hình sử dụng và quản lý ñất ñai Ngay từ những năm 80, trong khuôn khổ hoạt ñộng của Ủy ban Nghiên

cứu Vũ trụ Việt Nam, Trung tâm Viễn thám (trước là Phòng Viễn thám) ñã chủ trì và thực hiện cùng với một số cơ quan của các ngành, bộ khác dự án thành lập bộ bản ñồ Hiện trạng sử dụng ñất ở tỷ lệ 1: 250.000 của cả nước bằng tư liệu ảnh viễn thám Bộ bản ñồ này sau ñó ñược sử dụng như là một tài liệu chính dùng ñể thành lập bộ bản ñồ ở tỷ lệ 1: 1.000.000

Trong ñợt tổng kiểm kê ñất ñai năm 2000, Trung tâm Viễn thám ñã tích cực tham gia bằng việc xử lý và cung cấp bình ñồ ảnh vệ tinh cho 32 tỉnh và

ñã cử cán bộ xuống tập huấn cho các ñịa phương về việc sử dụng loại ảnh này trong việc ñiều tra hiện trạng sử dụng ñất

Trong ñợt tổng kiểm kê ñất ñai năm 2005, việc ứng dụng công nghệ viễn thám ñã ñược triển khai một cách sâu rộng hơn ðược phép của Bộ, Trung tâm Viễn thám ñã ñặt mua ảnh vệ tinh SPOT 5 phủ trùm nhiều vùng của cả nước, ñồng thời ñã tiến hành xây dựng bản ñồ nền và bản ñồ ảnh vệ tinh phục vụ cho công tác kiểm kê ñất ñai cho 13 tỉnh là những ñịa phương không có ñủ bản ñồ ñịa hình và bản ñồ ñịa chính Sản phẩm gồm có 1.379 mảnh bản ñồ ảnh vệ tinh SPOT 5 ở tỷ lệ 1:10.000 của 1.284 xã; 1.090 mảnh bản ñồ nền ở tỷ lệ 1:10.000 và 1.299 mảnh ở tỷ lệ 1: 5.000 của 1.085 xã Năm 2008, trạm thu ảnh vệ tinh quốc gia - Trung tâm Viễn thám quốc gia ñược xây dựng và vận hành thử nghiệm và vận hành chính thức vào tháng

6 năm 2009 Như vậy, chúng ta ñã tương ñối chủ ñộng về thu nhận ảnh vệ tinh ñộ phân giải cao (cụ thể là ảnh SPOT 5 ñộ phân giải 2,5m), làm cơ sở cho triển khai áp dụng công nghệ viễn thám trong tổng kiểm kê ñất ñai năm 2010

và những năm tiếp theo

- Ứng dụng công nghệ viễn thám ñể quản lý dải ven biển

Thành lập bộ bản ñồ chuyên ñề phục vụ công tác quản lý dải ven biển tại 3 vùng: Vùng 1 (vùng miền Bắc) bao gồm dải ven biển Quảng Ninh - Hải

Phòng - Thái Bình - Nam định - Ninh Bình Vùng 2 (vùng miền Trung) bao gồm dải ven biển tỉnh Quảng Trị - Thừa Thiên - Huế- đà Nẵng Vùng 3 (vùng miền Nam) bao gồm dải ven biển Bà Rịa -Vũng Tàu - TP.Hồ Chắ Minh - Tiền Giang và Trà Vinh - Sóc Trăng - Bạc Liêu Bản ựồ ựược thành lập ở tỷ lệ 1: 100.000 trong hệ quy chiếu HN-72, với 9 chủ ựề là ựịa lý chung, hiện trạng sử dụng ựất, ựô thị hoá và cơ sở hạ tầng, ựất ngập nước, rừng ngập mặn và rừng tràm, bồi tụ - xói lở dải ven biển, ngập lụt, sinh thái dải ven bờ và nhạy cảm môi trường

- Ứng dụng trong thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất

Công nghệ viễn thám thu thập ựầy ựủ các tài liệu có liên quan ựến thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất và hệ thống thông tin ựịa lý giúp bổ trợ, cung cấp thêm thông tin về các loại ựất khó hoặc không xác ựịnh ựược trên ảnh viễn thám

2.4 Khái quát chung về bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất (BđHTSDđ)

tài liệu cĩ liên quan đến thành lập bản đồ HTSDð ở khâu này cần xác định loại ảnh viễn thám chính sẽ sử dụng và các tài liệu bổ trợ cung cấp thêm thơng tin về các loại đất khĩ hoặc khơng xác định được trên ảnh[4] Các tài liệu bổ trợ này thường là:

- ảnh vệ tinh (loại ảnh sử dụng), ảnh hàng khơng,

- Bản đồ địa hình, bản đồ địa chính, bản đồ quy hoạch sử dụng đất

- Bản đồ chuyên đề cĩ liên quan đến sử dụng đất, đặc biệt là bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã cĩ,

- Các báo cáo và số liệu thống kê sử dụng đất của vùng cần thành lập bản đồ.Những tài liệu này ở dạng in trên giấy, hoặc ở dạng số đều cần thu thập và phân tích Trên thực tế cho thấy những tài liệu này cĩ thể đem lại những thơng tin giúp ích rất nhiều cho khâu giải đốn ảnh

b Xử lý ảnh và lập bản đồ nền

- Xử lý ảnh, lập bình đồ ảnh hoặc trực ảnh

- Lập bản đồ nền

Xử lý ảnh: cĩ mục đích tạo ra nền ảnh dùng để giải đốn các loại đất

Nền ảnh tốt nhất để giải đốn là bình đồ ảnh hoặc bình đồ trực ảnh Xử lý ảnh

cĩ thể thực hiện theo hai phương pháp là xử lý số bằng phần mềm chuyên dụng và bằng máy vi tính hoặc xử lý tương tự bằng các thiết bị quang - điện

tử Tuy nhiên lập bình đồ ảnh bằng phương pháp số đảm bảo được độ chính xác cao hơn, chất lượng ảnh tốt hơn, đồng đều hơn và thực hiện nhanh chĩng hơn Ngồi việc nắn chỉnh hình học để tạo ra bình đồ ảnh đảm bảo độ chính xác cần thiết cho bản đồ, xử lý ảnh cịn nhằm tạo ra nền ảnh cĩ chất lượng cao

về mặt hình ảnh - cĩ khả năng thơng tin cao, nhờ đĩ dễ dàng xác định các loại đất nhằm đảm bảo độ tin cậy của các khoanh vi trên bản đồ

Bản đồ ảnh: cĩ thể được thành lập bằng phương pháp truyền thống cũng như phương pháp số, nhưng tốt nhất là thành lập từ bản đồ địa hình cùng

tỷ lệ Các yếu tố nội dung, mức độ khái quát hố của từng yếu tố tuân theo các quy định thơng thường đối với bản đồ nền

c Phân tích, giải đốn ảnh

- Khảo sát tổng quan, lập khố giải đốn ảnh,

- Phân tích, giải đốn ảnh

Phân tích giải đốn ảnh cĩ thể tiến hành theo phương pháp tương tự hoặc phương pháp số Cả hai trường hợp đều cần khảo sát tổng quan và lập khố giải đốn ảnh (ảnh mẫu) Khảo sát tổng quan cĩ mục đích tạo cơ hội cho người giải đốn ảnh tiếp cận với đối tượng ngồi thực địa để biết được bản chất, đặc điểm của các loại đất chính, khả năng thể hiện trên ảnh và các chuẩn giải đốn Từ đĩ xác lập các khố giải đốn ảnh, các ảnh mẫu dùng để phân tích,xác định các loại đất trên ảnh bằng phương pháp tương tự cũng như phương pháp số

Phân tích giải đốn ảnh nhằm phát hiện, nhận dạng và phân loại đất theo hệ phân loại quy định ðây là khâu phức tạp nhất, cĩ ý nghĩa quyết định nhất trong quá trình thành lập bản đồ HTSDð bằng ảnh viễn thám ðến nay ở nước ta, phương pháp giải đốn ảnh chủ yếu vẫn là giải đốn bằng mắt với bộ

xử lý, phân tích thơng tin là bộ ĩc của chuyên gia, với cơ sở dữ liệu hỗ trợ là kiến thức, là kinh nghiệm tích luỹ được Bên cạnh đĩ phương pháp giải đốn bằng mắt cũng cĩ nhiều hạn chế địi hỏi phải chuẩn hố và tự động hố qúa trình này ðến nay đã cĩ nhiều phần mềm như PCI, ERDAS, ER-MAPPER, OCAPI cĩ khả năng trợ giúp con người trong quá trình phân tích, giải đốn ảnh Với trình độ khoa học cơng nghệ hiện nay ở nước ta quá trình giải đốn ảnh vẫn chưa tự động hố hồn tồn được

d Khảo sát ngoại nghiệp

- Khảo sát ngoại nghiệp,

- Chỉnh sửa, hồn thiện kết quả giải đốn

Khảo sát ngoại nghiệp nhằm mục đích kiểm tra kết quả phân tích, giải đốn ảnh ở nội nghiệp, xác định những loại đất giải đốn chưa chắc chắn ở nội nghiệp ðiều vẽ thực địa những loại đất khơng xác định được ở nội nghiệp

và thu thập những thơng tin khơng hiện trên ảnh nhằm xác định chính xác các loại đất Trong những trường hợp khơng cĩ ảnh mới nhất, phải sử dụng ảnh chụp cách thời điểm thành lập bản đồ HTSDð 1-2 năm thì khảo sát ngoại nghiệp cịn cĩ mục đích kiểm tra và chỉnh sửa ranh giới loại đất đã biến động trong thời gian đĩ

3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 đối tượng và ựịa ựiểm nghiên cứu

3.1.1 đối tượng nghiên cứu của BđHTSDđ

- Ảnh viễn thám SPOT 5 khu vực thị xã Cửa Lò - tỉnh Nghệ An; ựộ phân giải 2,5m, chụp vào năm 2010

- Hiện trạng sử dụng ựất của thị xã Cửa Lò

3.1.2 địa ựiểm nghiên cứu

Thị xã Cửa Lò Ờ tỉnh Nghệ An

3.2 Nội dung nghiên cứu

3.2.1 đánh giá ựiều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội thị xã Cửa Lò

3.2.2 Khái quát chung về tình hình quản lý và sử dụng ựất trên ựịa bàn;

3.2.3 Ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám ựánh giá hiện trạng sử dụng ựất thị xã Cửa Lò

3.2.4 Tắch hợp với tư liệu bản ựồ và hệ thống thông tin ựịa lý ựể thành lập bản

ựồ hiện trạng sử dụng ựất

3.2.5 đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước về ựất ựai trên ựịa bàn

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp ựiều tra, thu thập số liệu sơ cấp, thứ cấp và kế thừa các tư liệu có sẵn

* Các số liệu cần thu thập:

- điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội trên ựịa bàn;