ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện hưng nguyên, tỉnh nghệ an tỷ lệ 1: 25 000

Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản đồ HTSDĐ ở tỉnh Nghệ An, với mong muốn ứng dụng có hiệu quả phương pháp mới trong công tác thành lập bản đồ HTSDĐ ở địa phương mình, tôi tiế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

PHAN SỸ VIỆT

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT NĂM 2010 HUYỆN HƯNG NGUYÊN, TỈNH NGHỆ AN TỶ LỆ 1: 25 000

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

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

- Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc là đúng sự thật

Hà nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả luận văn

Phan Sỹ Việt

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình đào tạo Cao học tại trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, gắn đào tạo với thực tiễn sản xuất, tôi thực hiện Luận văn

“Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý để thành lập bản

đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An tỷ

lệ 1:25 000”

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Vọng Thành – Trưởng bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, khoa Trắc địa, trường Đại học Mỏ địa chất - người đã hướng dẫn, giúp đỡ rất tận tình trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học

Để hoàn thành được bản luận văn này, tôi đã nhận được sự quan tâm, tạo điều kiện của Trung tâm viễn thám Quốc gia, Trung tâm công nghệ thông tin-

Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nghệ An, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An, các thầy cô giáo Viện sau đại học, bộ môn Trắc địa bản đồ và Hệ thống thông tin địa lý, khoa Tài nguyên và Môi trường,

đã tạo điều kiện cho tôi học tập và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Tác giả luận văn

Phan Sỹ Việt

4.1.3 Thực trạng công tác quản lý và sử dụng đất của huyện Hưng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian của tư

Bảng 4 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian tư liệu

Bảng 5 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian của tư

Bảng 7 Đặc trưng chính và độ phân giải không gian của tư liệu vệ tinh IRS 9

DANH MỤC HÌNH

Hình 5 Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia 28

Hình 6: Quy trình ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS thành lập bản đồ

Hình 8: Ảnh Spot huyện Hưng nguyên năm 2010 đã cắt theo ranh giới

1 MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất (HTSDĐ) là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các nhà hoạch định chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt đất qua từng thời kỳ Do tính chất liên tục thay đổi của bề mặt đất trong quá trình phát triển kinh tế, xã hội và đô thị hoá của từng địa phương nên việc xây dựng bản đồ HTSDĐ

là một việc làm cần thiết

Hiện nay, đa số các địa phương trong cả nước vẫn sử dụng các phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ theo phương pháp truyền thống, quá trình cập nhật chỉnh lý số liệu không liên tục và tốn nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản đồ có độ chính xác không cao và không thống nhất (do dữ liệu đầu vào không đồng bộ) Những hạn chế này ảnh hưởng lớn tới công tác quản lý tài nguyên đất đai trong giai đoạn hiện nay

Trong vòng nửa thế kỷ trở lại đây, công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái đất cũng như công tác thành lập bản đồ HTSDĐ Việc áp dụng phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ bằng tư liệu ảnh viễn thám và GIS cho phép chúng ta xác định nhanh chóng về vị trí không gian và tính chất của đối tượng Đồng thời dựa trên các độ phân giải phổ, độ phân giải không gian và

độ phân giải thời gian của tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác định được thông tin của đối tượng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những vùng sâu, vùng xa Nhờ đó tư liệu viễn thám và GIS đã đem lại khả năng mới cho công tác quản lý đất đai

Với những ưu điểm của tư liệu viễn thám như khả năng cập nhật thông tin, tính chất đa thời kỳ của tư liệu, tính chất phong phú của thông tin đa phổ, tính đa dạng của tư liệu: băng từ, phim, ảnh, đĩa từ… nếu kết hợp với

hệ thống thông tin địa lý (GIS) sẽ cho ta khả năng thành lập bản đồ HTSDĐ của nhiều khu vực mà phương pháp truyền thống không thể thực hiện được

Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản đồ HTSDĐ ở tỉnh Nghệ

An, với mong muốn ứng dụng có hiệu quả phương pháp mới trong công tác thành lập bản đồ HTSDĐ ở địa phương mình, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ

+ Tạo ra được bản đồ HTSDĐ làm tài liệu phục vụ cho công tác quản lý

và sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường

1.2.2 Yêu cầu

+ Nắm được các phương pháp giải đoán ảnh viễn thám, các ứng dụng của

tư liệu viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ HTSDĐ;

+ Đạt được độ chính xác cao phù hợp với tỷ lệ, mục đích của bản đồ cần thành lập;

+ Cần nắm được tình hình quản lý sử dụng đất, có được các thông tin quan sát thực tế nhằm bổ trợ cho quá trình giải đoán 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 ĐỀ NGHIÊN CỨU

b Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định Đo 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 đất khác nhau do sự tương tác giữa bức

xạ điện từ và vật thể

Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét, bộ cảm biến được đặt trên vật mang như: máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh…

Hình.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám

Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận

Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được bộ cảm biến viễn thám thu nhận và xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia Các dữ liệu hoặc thông 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: Nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, môi trường, Năng lượng của sóng điện 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 đến khả năng truyền sóng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận được[6].

c.Vấn đề 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 được chuyển thành tín hiệu số tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm nhận được trong dải phổ đã được xác định

Có 2 loại: 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[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 tài nguyên của Hoa Kỳ được

phóng lên quỹ đạo lần đầu tiên vào năm 1972, cho đến nay đã có 7 thế hệ vệ tinh Landsat được phóng lên quỹ đạo Độ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt

phẳng quỹ đạo 980, quỹ đạo đồng bộ mặt trời, chu kỳ lặp 18 ngày, bề rộng tuyến chụp 185km

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

Đặc trưng chính của quỹ đạo vệ tinh Landsat gồm:

Bảng 1 Đặc trưng chính của quỹ đạo vệ tinh Landsat

Độ cao bay 915 km (Landsat -1-3)

705km (Landsat -4,5,7)

Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời

Chu kỳ lặp 18 ngày (Landsat -1-3)

16 ngày (Landsat -4,5,7)

Thời gian hoàn tất

Chu kỳ quỹ đạo

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

Năm phóng vào quỹ đạo

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

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

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

- Vệ tinh SPOT: Vệ tinh SPOT-1 được cơ quan hàng không Pháp phóng

lên quỹ đạo năm 1986, các năm 1990, 1993, 1998 và 2002 lần lượt các vệ tinh SPOT-2,3,4 và 5 được đưa vào hoạt động Đây là loại vệ tinh đầu tiên sử dụng kỹ thuật quét dọc tuyến chụp với hệ thống quét điện tử có khả năng cho ảnh lập thể dựa trên nguyên lý quan sát nghiêng, có độ phân giải cao nên được ứng dụng khá phổ biến trong nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất, phân tích biến động và thành lập bản đồ tỷ lệ 1:10 000 và nhỏ hơn [6]

Bảng 2 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian

của tư liệu vệ tinh Landsat

Độ 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 đỏ

Đỏ Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại trung

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

Lục

Đỏ 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 đỏ

Đỏ Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại trung Lục đến cận hồng ngoại

là ưu điểm của ảnh SPOT-5, điều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời khác ở độ phân giải này đều không đạt được

Bảng 3 Đặc trưng chính của quỹ đạo vệ tinh SPOT

Thời gian hoàn tất quỹ đạo Khoảng 101 phút

Năm phóng vào quỹ đạo

HRV-XS:

Vùng nhìn thấy độ phân

giải cao Đa phổ

kênh 1 kênh 2 kênh 3

0,50 ÷ 0,59 0,61 ÷ 0,68 0,79 ÷ 0,89

Lục đến vàng

Đỏ Cận hồng ngoại

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

Lục đến vàng

Đỏ Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung

- Vệ tinh MOS: Vệ tinh MOS-1 là thế hệ đầu tiên được Nhật Bản phóng

vào quỹ đạo tháng 2 năm 1987 để quan sát đại dương và nghiên cứu môi trường biển, sau đó MOS-1b (tháng 2/1990) với 3 thiết bị đo phổ chính có phạm vi vùng phổ tương tự như bộ cảm biến đa phổ của vệ tinh Landsat[6].

Bảng 5 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian

của tư liệu vệ tinh MOS Tên của bộ cảm

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

Lục

Đỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại gần

Vô tuyến cao tần

Vô tuyến cao tần

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

900 km

2700 km

2700 km

2700 km

Bảng 6 Đặc trưng chính của quỹ đạo vệ tinh MOS

Độ cao bay 909 km Thời gian hoàn tất chu

- Vệ tinh IRS: Một loạt các vệ tinh viễn thám của Ấn Độ được phóng

lên quỹ đạo để thực hiện việc nghiên cứu toàn bộ phần lục địa của bề mặt trái đất, bao gồm vệ tinh IRS-1 phóng vào đầu năm 1988; vệ tinh thế hệ thứ ba IRS-1C (12/1995) với ba bộ cảm biến chính PAN kênh đơn, độ phân giải cao, LISS-3 độ phân giải trung bình, gồm bốn kênh phổ và WiFS (Wide Field Sensor) ứng với hai kênh phổ có độ phân giải thấp Vệ tinh IRS có thể tạo ảnh lập thể ứng với kênh toàn sắc (PAN) giống ảnh SPOT nhưng góc quan sát nghiêng của vệ tinh IRS là 260 Ảnh IRS có độ phân giải cao sử dụng rất tốt trong việc thành lập bản đồ và quy hoạch thành phố, ảnh đa phổ do LISS-3 tương tự như LandsatTM, sử dụng tốt cho việc phân biệt thực vật, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và quy hoạch tài nguyên thiên nhiên [6].

Bảng 7 Đặc trưng chính và độ phân giải không gian của tư liệu vệ tinh IRS

Loại bộ cảm Kênh

Bước sóng (µm)

Loại

Độ phân giải (IRS 1C)

Độ phân giải (IRS 1D) PAN

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

Nhìn thấy(lục đến vàng) Nhìn thấy (lục đến đỏ ) Cận hồng ngoại

- Vệ tinh IKONOS: IKONOS là loại vệ tinh thương mại của Hoa Kỳ có

độ phân giải cao (1m) được đưa vào không gian tháng 9/1999 Bộ cảm biến OSA (Optical sensor assembly) của vệ tinh IKONOS sử dụng nguyên lý quét điện tử và có khả năng thu đồng thời ảnh toàn sắc và đa phổ Ngoài khả năng tạo ảnh có độ phân giải cao nhất vào thời điểm năm 2000, ảnh IKONOS còn có

độ phân giải bức xạ rất cao để ghi nhận năng lượng phản xạ Nhiều ứng dụng cho việc quản lý đô thị và quy hoạch tại các thành phố lớn trên thế giới đã chứng minh cho ưu thế của ảnh IKONOS độ phân giải cao, trong tương lai ảnh

độ phân giải cao sẽ giữ vai trò quan trọng trong việc thành lập bản đồ và quan sát thành phố

Bảng 9 Đặc trưng chính của tư liệu vệ tinh IKONOS

Tên của cảm biến Kênh Bước sóng (µm) Độ phân giải

OSA:

Bộ cảm toàn sắc

Đa 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 được sử dụng không chỉ để thành lập và cập nhật bản đồ địa hình tỷ lệ trung bình, giám sát phân tích biến động 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 độ phân giải cao khác có thể sử dụng hiện nay như: Orbvieww-3, Quickbird, và EROS-A1

- Vệ tinh Quickbird: Quickbird đánh dấu một bước quan trọng của dạng

tư liệu viễn thám phân giải cao được thương mại hoá Lần đầu tiên phóng vào năm 2000 bị thất bại, lần thứ hai được phóng lên với độ phân giải cao (ảnh PAN - 0,6m và ảnh đa phổ 2,4m) vào 18/10/2001 Vệ tinh được phóng lên quỹ đạo đồng bộ mặt trời, độ cao 450km, độ nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 980 Các kênh phổ của vệ tinh là xanh chàm 450-520 mµ, xanh lục 520-600 mµ, đỏ

630-690 mµ và hồng ngoại gần 760-900mµ [6]

- Vệ tinh WorldWiew-2: Được phóng lên quỹ đạo ngày 8 tháng 10 năm

2009 tại Vandenberg, California, Hoa Kỳ

- Thu nhận ảnh có độ phân giải: 0,46 m (toàn sắc);1,8 m (đa phổ); 0,52m (toàn sắc); 2,4 m (đa phổ) (tại góc chụp 20° )

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

- Các kênh phổ: Toàn sắc; 8 kênh đa phổ (4 kênh màu chuẩn: đỏ, lục, chàm, cận hồng ngoại-1 và 4 kênh màu mới: Đỏ đậm, chàm tím, vàng, cận hồng ngoại-2);

- Diện tích thu nhận/1 ảnh: 16,4 km x 16,4 km [6]

* Một số tư liệu sử dụng trong viễn thám

- Ảnh tương tự: Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp cảm quang

halogen bạc, ảnh tương tự thu được từ các bộ cảm tương tự dùng phim, không

sử dụng các hệ thống quang điện tử Những tư liệu này có độ phân giải không gian cao nhưng kém về độ phân giải phổ [5].

- Ảnh số: Ảnh số là dạng tư liệu ảnh không lưu trữ trên giấy ảnh hoặc

phim Ảnh số được chia thành nhiều phần tử nhỏ gọi là pixel

Ảnh số được đặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học, bức xạ như trường nhìn không đổi, góc nhìn tối đa, độ phân giải mặt đất [5]

- Số liệu định vị mặt đất: Để thu thập số liệu định vị mặt đất hiện

nay chúng ta thường sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS Những điểm định vị mặt đất phục vụ quá trình hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh thường được bố trí tại những nơi mà vị trí của nó có thể thấy được dễ dàng trên ảnh vệ tinh và bản đồ[5]

- Bản đồ và số liệu địa hình: Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu của

viễn thám ngoài những tư liệu trên cần phải có các tài liệu địa hình và chuyên

đề như bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề sử dụng đất, rừng, địa chất, bản đồ kinh tế xã hội, mô hình số địa hình …[5]

2.1.2 Phương pháp xử lý thông tin Viễn thám

a Khái niệm đoán đọc ảnh Viễn thám

Giải đoán ảnh vệ tinh được định nghĩa như là một quá trình tách thông

tin định tính cũng như định lượng từ ảnh viễn thám tạo ra bản đồ chuyên đề

dựa trên các tri thức chuyên môn hoặc kinh nghiệm của người giải đoán [6]

Sơ đồ tổng quát cho việc đoán đọc được thể hiện như sau:

Hình 2:Các bước tiến hành đoánđọc ảnh bằng mắt

b Đoán đọc ảnh bằng mắt

Trong việc xử lý thông tin viễn thám thì đoán đọc bằng mắt là công việc

đầu tiên, phổ biến nhất và có thể áp dụng trong mọi điều kiện trang thiết bị từ

đơn giản đến phức tạp và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác

nhau như địa lý, địa chất, nông nghiệp, thủy văn, môi trường…

Đoán đọc bằng mắt là sử dụng mắt thường có sự trợ giúp của các dụng

cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu … Cơ sở để đoán

đọc là các chuẩn đoán đọc vẽ và mẫu đoán đọc

Các chuẩn đoán đọc bao gồm:

Tạo khoá giải đoán (hình dạng, kích thước , màu sắc )

Đo 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 đoán và thể hiện trên bản đồ

Chuẩn kích thước: Kích thước của một đối tượng được xác định theo tỷ

lệ ảnh và kích thước đo được trên ảnh Dựa vào thông tin này cũng có thể phân biệt được các đối tượng trên ảnh

Chuẩn hình dạng: Hình dạng là những đặc trưng bên ngoài tiêu biểu cho từng đối tượng vì vậy nó có ý nghĩa quan trọng trong đoán đọc Ví dụ hồ hình móng ngựa là các khúc sông cụt, dạng chổi sáng màu là các cồn cát…

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

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

Chuẩn màu sắc: Màu sắc giúp cho người đoán đọc dễ dàng xác định được các đối tượng trên ảnh là thực vật, nước, đất trống, đất đô thị, hoặc xác định được ngay đó là kiểu loài thực vật gì

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

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

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

Để trợ giúp cho công tác đoán đọc người ta thành lập các mẫu đoán đọc Tất cả các chuẩn đoán đọc cùng với các thông tin về thời gian chụp, mùa chụp,

tỷ lệ ảnh đều phải đưa vào mẫu đoán đọc Một bộ mẫu đoán đọc không chỉ gồm phần ảnh mà còn mô tả bằng lời

+ Hiệu chỉnh bức xạ: Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu một mức độ nhiễu xạ nhất định Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải thực hiện một số phép tiền xử lý Khi thu các bức xạ từ mặt đất trên các vật mang trong vũ trụ, người ta thấy chúng có một số sự khác biệt so với trường hợp quan sát cùng đối tượng đó ở khoảng cách gần Điều này chứng

tỏ ở những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất định gây bởi ảnh hưởng của góc nghiêng và độ cao mặt trời, một số điều kiện quang học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, độ mù Chính vì vậy, để bảo đảm được sự tương đồng nhất định về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ

+ Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên đường truyền xuống mặt đất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất định trước khi tới được mặt đất và bức xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới được bộ cảm Do vậy, bức xạ mà bộ cảm thu được chứa đựng không phải chỉ riêng năng lượng

hữu ích mà còn nhiều thành phần nhiễu khác Hiệu chỉnh khí quyển là một công đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ không mang thông tin hữu ích

+ Hiệu chỉnh hình học: Méo hình hình học được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa tọa độ ảnh thực tế đo được và tọa độ ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình học lý tưởng và trong các điều kiện thu nhận lý tưởng Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng được mối tương quan giữa hệ toạ độ ảnh đo và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn Hệ toạ độ quy chiếu chuẩn có thể

là hệ toạ độ mặt đất (hệ tọa độ vuông góc hoặc hệ tọa độ địa lý) hoặc hệ toạ độ ảnh khác

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

+ Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách đặc tính

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

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

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

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

Nếu ta gán màu đỏ cho kênh hồng ngoại, màu lục cho kênh đỏ, màu chàm cho kênh lục thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu giả Trong tổ hợp

màu này, thực vật có màu đỏ, đất trống thường có cường độ rất cao nên có màu trắng, nước có màu xanh là tổ hợp của hai màu chàm và màu lục

- Phân loại ảnh:

Mục đích của quá trình phân loại là tự động phân loại tất cả các pixel trong ảnh thành các lớp phủ đối tượng Có hai phương pháp phân loại cơ bản

là phân loại không kiểm định và phân loại có kiểm định

+ Phân loại có kiểm định: Được dùng để phân loại các đối tượng theo yêu cầu của người sử dụng Trong phân loại có kiểm định người giải đoán kiểm tra quá trình phân loại pixel bằng việc quy định cụ thể theo thuật toán máy tính các mô tả bằng số các loại lớp phủ mặt đất gọi là dữ liệu mẫu Để có kết quả phân loại đúng dữ liệu mẫu cần phải vừa đặc trưng vừa đầy đủ Việc phân loại thường dùng ba thuật toán: thuật toán phân loại theo xác suất cực đại, thuật toán phân loại theo khoảng cách ngắn nhất, thuật toán phân loại hình hộp

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

sở để phân loại mà dùng các thuật toán để xem xét các pixel chưa biết trên một ảnh và kết hợp chúng thành một số loại dựa trên các nhóm tự nhiên hoặc các loại tự nhiên có trên ảnh

- Xuất kết quả: Sau khi hoàn thành tất cả các quá trình xử lý cần phải xuất kết quả Có thể lựa chọn không hạn chế các sản phẩm đầu ra, đó là sản phẩm bản đồ đồ họa, các số liệu thống kê hay các file dữ liệu số [6]:

2.1.3 Một số ứng dụng của Viễn thám

- Nghiên cứu môi trường

Công nghệ viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước, từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu nhờ các khả năng ưu việt của Viễn Thám, như:

+ Độ phủ trùm không gian lớn;

+ Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất

do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục;

+ Sử dụng các dải phổ khác nhau để quan trắc các đối tượng [4]

Ứng dụng công nghệ Viễn Thám để nghiên cứu môi trường và sự biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra về sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ; vẽ bản đồ thực vật; nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; giám sát thiên tai (hạn hán, cháy rừng, bão, mưa đá ); nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí; nghiên cứu môi trường biển (đo nhiệt độ, màu nước biển, gió sóng) [3]

- 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 đoạn; điều tra phân loại rừng, diễn biến của rừng; nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng

Tư liệu viễn thám được ghi nhận trên nhiều kênh phổ, điều đó giúp cho công tác giải đoán các yếu tố nội dung của bản đồ một cách thuận lợi, đặc biệt

là khi giải đoán về các loại thực vật, thổ nhưỡng Tuỳ thuộc vào bước sóng điện 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 đất cho thấy có sự khác nhau do

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

có thể xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đo lường phản xạ phổ

- Nghiên cứu thuỷ văn

Để phục vụ các mục đích quản lý và khai thác tài nguyên nước phải điều tra và giám sát sự phân bố các đối 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 động lòng sông, lòng hồ,…

Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể đem 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 được nghiên cứu áp dụng, khai thác từ ảnh vệ

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

Ảnh vệ tinh đã được một số cơ quan sử dụng để khảo sát, thành lập bản

đồ biến động lòng sông ở các tỉ lệ khác nhau, từ 1:100 000 đến 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 để điều tra giám sát chất lượng nước như độ mặn, mức độ ô nhiễm do chất thải công nghiệp và để điều tra, quản lí tổng hợp các lưu vực sông

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

Hiện nay, trong công 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 có khả năng trùm phủ lớn, thông tin thu nhận ở trên một diện tích rộng từ 185 km x185 km đến 11 km x 11 km Tư liệu viễn thám có 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(Chỉ số thực vật)… giúp ích rất nhiều trong việc giải đoán tự động trên máy tính để thành

lập bản đồ chuyên đề một cách nhanh chóng, chính xác

Ở nước ta, công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý đã được ứng dụng trong công tác thành lập bản đồ HTSDĐ, 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 công tác thành lập bản đồ như:

- Tư liệu ảnh Landsat MSS: Được 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 và đồng thời biên vẽ lược đồ nông sâu của biển bởi vì

vệ tinh Landsat có thể cung cấp lượng thông tin vô 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

- Tư liệu ảnh Landsat TM, Spot và Mapsat:

+ Ảnh Landsat TM có độ phân giải cao, độ chính xác mặt bằng hình ảnh sau khi xử lý có thể đáp ứng công tác thành lập hoặc hiệu chỉnh bản đồ tỷ lệ 1/50.000

+ Ảnh Spot có thể sử dụng để thành lập các loại bản đồ tỷ lệ đến 1/25.000 với khoảng cao đều 20-25m

+ Ảnh đa phổ Mapsat của Mỹ: Có thể dùng để thành lập bản đồ tỷ lệ 1/50.000 (mô hình số độ cao) với khoảng cao đều 20m Độ phân giải mặt đất là 10m đối với ảnh toàn sắc và 30m đối với ảnh đa phổ

+ Ảnh Radar: Có khả năng thể hiện các thông tin về địa hình, địa chất, thực vật và lớp đất mỏng Năm 1968, ảnh radar đã được sử dụng để xây dựng bản đồ tỷ lệ 1/1000.000 ở Panama đã gây một chú ý lớn trong lĩnh vực Trắc địa - bản đồ Tiếp sau đó ảnh radar được sử dụng thành lập bản đồ vùng Nam

Mỹ và thu được những thành tựu rất lớn Các sản phẩm bản đồ được thành lập

từ ảnh Radar ở tỷ lệ 1/250.000 được sử dụng phổ biến trong thực tế cho nên tư liệu ảnh Radar được xem là những tư liệu bổ sung cho việc thành lập bản đồ tỷ

lệ nhỏ và trung bình

2.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

2.2.1 Khái quát chung về GIS

a Khái niệm chung về GIS

Hệ thống thông tin địa 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 địa lý hoặc

dữ liệu không gian nhằm hỗ trợ quy hoạch đô thị, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường [8]

Đây là ngành khoa học có tính chất liên ngành, liên quan đến các chuyên ngành địa lý, công nghệ thông tin, toán ứng dụng, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, khoa học đất, quản lý đất đai, lâm nghiệp… GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động 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 đánh giá được 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 được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào Theo cách tiếp cận truyền thống, GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất

Một đặc điểm nổi bật của GIS là cho phép xác định các mối quan hệ không gian giữa các hình ảnh và đối tượng bản đồ 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 được tạo lập bởi các dữ liệu không gian trong thế giới thực đi 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 định nghĩa khác nhau về hệ thống thông tin địa lý, song có thể định nghĩa như sau:

Hệ thống thông tin Địa lý là một hệ thống bao gồm các phần mềm, phần cứng máy tính và một cơ sở dữ liệu đủ lớn, có các chức năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu địa lý phục vụ giải quyết lớp rộng lớn các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý trên bề mặt trái đất [9]

Hình 3: Tổng hợp các lớp thông tin khác nhau thành bản đồ

Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo

vệ môi 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 mô hình hoá quản lý các sự cố môi trường hiện đang được phát triển, công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường ngày càng hữu hiệu hơn Với mức đơn giản nhất có thể sử dụng GIS để đánh giá môi 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 mô hình hóa các quá trình xói mòn đất, sự lan truyền ô nhiễm trong môi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông 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 đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống kịp thời [8]

Tại Việt Nam công 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 phòng của nước ta và đang có nhiều triển vọng phát triển nhanh trong thời gian sắp tới

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

a Khái niệm về tích hợp

Tích hợp có nghĩa là hợp thành một thể thống nhất, bổ sung thành một thể thống nhất Như vậy, công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS là công nghệ hợp nhất các ưu điểm của hai loại tư liệu viễn thám và GIS, đồng thời tìm cách hạn chế các yếu điểm của hai loại tư liệu này Đây là một công nghệ tiên tiến thường được sử dụng trong công tác thành lập và hiện chỉnh bản đồ trong những năm gần đây [7]

b Khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và GIS

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

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

dàng thực hiện Ví dụ, lớp thông tin chuyên đề 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 ranh giới, địa hình, độ cao… được lưu trong GIS sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc phân loại và xử lý ảnh

- Ảnh viễn thám chuyển đổi dễ dàng vào dữ liệu GIS mong muốn:

Với công nghệ hiện nay, các phần mềm GIS đều có module chuyển đổi

dữ liệu từ vector sang raster và từ raster sang vector bảo đảm 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 đồng thời cả hai lớp vector và raster, điều này cho phép cập nhật nhanh các lớp dữ liệu về ranh giới hành chính, giao thông, thuỷ

hệ, dân cư, địa hình và thảm thực vật., thực phủ

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

Sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS đó là trong thực tế cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu không gian và có thể thành lập bản đồ số Điều này cho thấy yêu cầu dữ liệu trên cùng khu vực sẽ có cùng hệ tọa độ tham chiếu, nên về khía cạnh cơ sở toán học dữ liệu tương ứng của hai công nghệ sẽ tham chiếu cùng một hệ tọa độ và cao độ thống nhất Do đó, 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: Công nghệ viên thám cho phép thành lập bản đồ tự động trên một phạm

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

số từ công nghệ viễn thám dễ dàng được tổ chức thành các lớp thông tin hợp lý cho việc lưu trữ, quản lý, phân tích và hiển thị trong môi trường GIS Ngược lại, nguồn dữ liệu sẵn có trong GIS luôn được cập nhật để đảm bảo tính hiện thời nhằm phản ánh chính 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 đánh giá chất lượng sau khi xử lý ảnh Do đó, giải pháp xử lý tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS là

phối hợp ưu thế của hai công 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 không gian Người sử dụng có 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 đoán ảnh vệ tinh rất ít sử dụng dữ liệu dạng vector, do đó các hệ thống xử lý ảnh viễn thám thường không đủ chức năng xử

lý dữ liệu vector như GIS (Vector overlay, vector buffer…) Tuy nhiên, những

dữ liệu dạng vector sẵn có 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 công tác giải đoán ảnh Nói chung, độ chính xác về không gian và thời gian của dữ liệu địa lý phụ thuộc chủ yếu vào

độ phân giải không gian và thời gian của ảnh vệ tinh được sử dụng và tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, công nghệ tích hợp viễn thám và GIS sẽ cập nhật hay xây dựng cơ sở dữ liệu GIS có yêu cầu tương ứng với độ chính xác trên diện rộng và tiết kiệm rất nhiều công lao và thời gian thực hiện

2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS 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 đã nhanh chóng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi ở các nước phát triển Công nghệ viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp

độ từng nước, từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu [4]

Khi vệ tinh Landsat-1 được 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 đã 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 động và nghiên cứu môi trường, nghiên cứu hệ sinh thái và thành lập bản đồ lớp phủ cũng như bản đồ hiện trạng sử dụng đất… Các tư liệu viễn thám được xem là nguồn thông tin đầu 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 đích khác nhau đã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới, đặc biệt trong công tác thành lập các loại bản đồ chuyên đề, bản đồ HTSDĐ,

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

- Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra về sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ; vẽ bản đồ 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 đá, sương mù, sương muối,…); nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí

- Viễn thám ứng dụng trong điều tra đất bao gồm: Xác định và phân loại các vùng thổ nhưỡng; đánh giá mức độ thoái hoá đất, 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 đất bao gồm: Thống kê và thành lập bản đồ sử dụng đất; điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật

- Ứng dụng viễn thám trong địa chất bao gồm: Thành lập bản đồ địa chất; lập bản đồ phân bố khoáng sản; lập bản đồ địa mạo

- Viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên nước: Lập bản đồ phân bố tài nguyên nước; bản đồ phân bố tuyết; bản đồ phân bố mạng lưới thuỷ văn; bản

đồ các vùng đất thấp

- Viễn thám trong địa chất công trình: Xác định các vị trí khảo sát cho

xây dựng các công trình; nghiên cứu các hiện tượng trượt đất

- Viễn thám trong khảo cổ học: Phát hiện các thành phố cổ, các dòng sông cổ hay các di khảo cổ khác

- Viễn thám trong khí tượng thuỷ văn: Đánh giá định lượng lượng mưa, bão và lũ lụt, hạn hán; đánh giá, dự báo dòng chảy, đánh giá tài nguyên khí hậu, phân vùng khí hậu

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

+ Điều tra và đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp, sự biến đổi tình hình sử dụng đất và lớp đất phủ, và sự thay đổi của chúng theo từng thời gian nhất định

+ Đánh giá những tác động của ngoại cảnh liên quan đến sản xuất nông nghiệp Bao gồm điều kiện môi trường phát triển nông nghiệp, sự phát sinh phát triển (diện tích, mức độ) của những tác hại và nguy hiểm của thời tiết, khí hậu và môi trường đến sản xuất nông nghiệp

+ Tính toán các trường yếu tố khí hậu nông nghiệp bề mặt như: Bức xạ, phát xạ, nhiệt độ, độ 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 được cập nhật nhanh, khách quan và chi tiết vì vậy đáp 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 đồ và phân tích các đối tượng tồn tại và các sự kiện bao gồm đất đai, sông ngòi, khoáng sản, con người, khí tượng thuỷ văn, môi trường nông nghiệp… xảy ra trên trái đất Công nghệ GIS dựa trên các cơ sở dữ liệu quan trắc, viễn thám đưa ra các câu hỏi truy vấn, phân tích thống kê được thể hiện qua phép phân tích địa lý Những sản phẩm của GIS được tạo ra một cách nhanh chóng, nhiều

tình huống có thể được đánh giá một cách đồng thời và chi tiết Hiện nay nhu cầu ứng dụng công nghệ GIS trong lĩnh vực điều 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 định chính sách, các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường

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 đầu tiếp cận công nghệ viễn thám Trong 10 năm tiếp theo (1890-1990), đã triển khai các nghiên cứu -thử nghiệm nhằm xác định khả năng và phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám để 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

đã đưa công nghệ viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn và đến nay đã thu được một số kết quả rõ rệt về khoa học- công nghệ và kinh tế Trong các ứng dụng thực tế, ngoài 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, còn 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] Để 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 Đây không chỉ là niềm tự hào của những cơ quan, đơn vị tham gia xây dựng, cung cấp thiết bị công nghệ, quản lý, vận hành, khai thác sử dụng mà còn 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 công nghệ mới nhất từ Châu Âu, Mỹ và những thiết bị chuyên ngành do Tập đoàn hàng không vũ trụ quốc phòng 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 có độ phân giải 2,5m, 10m, 20m, 30m…có thể phục vục cho nhiều nhiệm vụ trong lĩnh vực điều tra cơ bản, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường [4]

Hình 5 Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia

Sự kết hợp giữa viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã đem lại nhiều ứng dụng có hiệu quả cho công tác quản lý tài nguyên và môi trường, cụ thể:

- Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên đất:

Hiện nay, ảnh vệ tinh đã được nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất Những bản đồ này phủ trùm các vùng lãnh thổ khác nhau, từ khu vực hẹp đến tỉnh, vùng và toàn quốc

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1990 tỷ lệ 1: 1 000 000 được thành lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong đó có ảnh vệ tinh Landsat -

TM Bản đồ này do Tổng cục Quản lý Ruộng đất (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), cùng một số các cơ quan khác thực hiện Bên cạnh đó, năm 1993 Tổng cục Quản lý Ruộng đất, Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Điều tra Quy hoạch rừng, Viện Thiết kế và Quy hoạch Nông

nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) đã thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc tỉ lệ 1: 250 000 bằng ảnh Landsat – TM [4]

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các vùng như Tây Nguyên, đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng sông Hồng,… được thành lập trong khuôn khổ các chương trình điều tra tổng hợp, đều đã sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính Những bản đồ này được thành lập trong những năm 1989, 1990 của thế kỉ trước và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và điều tra cơ bản thực hiện Bản đồ được thành lập chủ yếu ở tỷ lệ 1: 250 000 [4]

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn của một

số địa phương cũng được thành lập bằng ảnh vệ tinh Những bản đồ này thường được thành lập ở các tỷ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) đến 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 Đại học thực hiện trong khuôn khổ các

đề tài nghiên cứu và các dự án

Nhằm đưa công nghệ viễn thám về các Sở Tài nguyên và Môi trường, phục vụ công tác quản lý tài nguyên đất vào dịp tổng kiểm kê đất năm 2000, Trung tâm Viễn thám đã có những cố gắng ban đầu để một số Sở tiếp cận với công nghệ viễn thám, đã xây dựng quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng ảnh vệ tinh và tiến hành thử nghiệm ở một số địa phương

Như vậy, cho đến nay nhiều cơ quan ở nước ta đã sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất nhằm phục vụ các mục đích khác nhau

Kế hoạch sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất một cách hệ thống theo quy định của tổng kiểm kê đất thuộc ngành địa chính, cũng như để giám sát và cập nhật biến động về sử dụng đất đai một cách liên tục theo các chu kì ngắn hạn đang được Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường nghiên cứu đưa vào thực hiện trong thời gian tới [4]

Về mặt thổ nhưỡng, ảnh vệ tinh có thể được sử dụng trong công tác điều tra, thành lập bản đồ thổ nhưỡng, nghiên cứu, giám sát quá trình suy thoái đất

do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra như xói mòn, nhiễm mặn, cát lấn,… ở nước ta, ảnh vệ tinh mới được sử dụng như tài liệu hỗ trợ để thành lập một số bản đồ thổ nhưỡng như bản đồ thổ nhưỡng Tây Nguyên tỷ lệ 1: 250 000, bản

đồ thổ nhưỡng đồng bằng sông Cửu Long tỷ lệ 1: 250 000 thuộc các chương trình điều tra tổng hợp các vùng này Bên cạnh đó, một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh và GIS để thành lập bản đồ xói mòn đất ở tỉ lệ nhỏ cũng đã được thực hiện [4]

- Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên nước

Nhằm đẩy 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 công nghệ viễn thám Được 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 Đối với việc ứng dụng công 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 còn thu nhận ảnh radar ENVISAT ASAR những ảnh này có ưu điểm nổi trội so với ảnh quang học là việc chụp ảnh không phụ thuộc vào điều kiện của thời tiết Như vậy, sự biến động của tài nguyên nước trong mùa mưa và mùa khô có 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 Môi trường tiếp tục đẩy mạnh các đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát tài nguyên nước như: Ứng dụng dữ liệu ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xác định trữ lượng nước tại các hồ chứa; Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để giám sát mực

nước tại một số hồ thủy điện, giám sát tàu thuyền trên biển [4].

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

Điều tra, giám sát môi trường là nhiệm vụ liên quan đến nhiều ngành Vì vậy, trong những năm qua, ngoài cơ quan quản lý môi trường, nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học, điều tra cơ bản của nhiều ngành cũng như một số Trường Đại học ở nước ta đã quan tâm đến ứng dụng công nghệ viễn thám để thực hiện nhiệm vụ này như các Viện Địa lý, Địa chất, Vật lý, Nghiên cứu biển thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Trung tâm Viễn thám, Liên đoàn Bản đồ Địa chất thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Viện Điều tra và Quy hoạch rừng thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội),… Các cơ quan này đã tiến hành nhiều thử nghiệm, dưới dạng các đề tài nghiên cứu, các

dự án về sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra khảo sát các đối tượng, hiện tượng liên quan đến môi trường (hoặc từ góc độ môi trường) và đã thu được những kết quả ban đầu quan trọng

Ảnh vệ tinh đã được sử dụng để điều tra và thành lập bản đồ các hệ sinh thái nhạy cảm như: rừng ngập mặn, đất ngập nước (phạm vi cả nước), rạn san hô (Quảng Ninh, miền Trung), … Các bản đồ rừng ngập mặn được thành lập ở tỷ lệ 1: 100 000, phủ trùm toàn dải ven biển và ở tỷ lệ lớn hơn cho từng vùng Bản đồ đất ngập nước toàn quốc được thành lập ở tỷ lệ 1: 250 000 Những bản đồ này

do Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường và một số cơ quan khác thực hiện theo chương trình của Cục Bảo vệ Môi trường Ngoài ra còn có

bộ bản đồ biến động bờ biển thời kì 1965 - 1995 tỷ lệ 1: 100 000 phủ trùm cả dải ven biển, do Trung tâm Viễn thám và Viện nghiên cứu Biển Nha Trang thực hiện Ảnh vệ tinh đã được một số cơ quan sử dụng thử nghiệm để nghiên cứu và theo dõi một vài hiện tượng thiên tai như ngập lụt, cháy rừng, tai biến địa chất Bên cạnh đó, ảnh vệ tinh đã được sử dụng để khảo sát và thành lập bản đồ nhạy cảm môi trường dải ven biển với mục đích phòng chống dầu tràn

Gần đây đã xuất hiện công trình nghiên cứu “Áp dụng viễn thám và GIS

để nghiên cứu hiện trạng và biến động môi trường tỉnh Ninh Thuận” Trong

đó, ảnh vệ tinh đa thời gian là nguồn tư liệu để phân tích sự thay đổi về vị trí

và diện tích các đơn vị môi trường, sự biến đổi thảm thực vật, biến đổi hình thức sử dụng môi trường, biến đổi về diện tích và vị trí các loại tai biến Đồng thời, với mục đích mở rộng ứng dụng công nghệ viễn thám Viện Địa lý và Cục Bảo vệ Môi trường đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng tư liệu viễn thám phục vụ giám sát, quản lý môi trường và tài nguyên” (Hà Nội 2002) Trong đó những người thực hiện đã thử nghiệm sử dụng ảnh MODIS để thành lập bản đồ lớp phủ bề mặt và sử dụng đất, bản đồ phân bố rừng và thảm thực vật tỷlệ 1:

500 000 vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ [4]

2.4 Khái quát chung về bản đồ hiện trạng sử dụng đất

2.4.2 Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp huyện

Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bao gồm:

a Phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ bằng tư liệu viễn thám

Trong những năm gần đây tư liệu viễn thám đã trở thành một phương tiện

kỹ thuật hiện đại được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, đặc biệt là trong công tác thành lập bản đồ HTSDĐ bởi những ưu thế vốn có của

nó mà những nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu truyền thống không thể

có được như: