ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:25.000 huyện yên thuỷ tỉnh hoà bình

Trong ảnh viễn thám ñiểm ảnh là ñơn vị nhỏ nhất thể hiện trên ảnh GCP: ðiểm khống chế mặt ñất Ground Control Point UTM: Hệ lưới chiếu Universal Transverse Mercator WGS 84: Hệ tọa ñộ thế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

==========o0o==========

NGUYỄN ðĂNG QUYẾT

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ðỊA LÝ LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT

TỶ LỆ 1/25.000 HUYỆN YÊN THUỶ - TỈNH HOÀ BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH : QUẢN LÝ ðẤT ðAI

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan, ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm 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

Nguyễn ðăng Quyết

LỜI CẢM ƠN

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

Thái đại- Người ựã hết lòng tận tụy hướng dẫn, giúp ựỡ tôi trong quá trình

thực hiện Luận văn này

Tôi xin cảm ơn TS Nguyễn Duy Bình, các Thầy, Cô giáo trong Khoa Tài nguyên và Môi trường - Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, ựặc biệt là các Thầy, Cô thuộc Bộ môn Trắc ựịa-Bản ựồ và TT ựịa lý ựã hướng dẫn, giúp ựỡ tôi hoàn thành Luận văn

Tôi xin cảm ơn các Thầy, Cô giáo và cán bộ thuộc 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 huyện Yên Thuỷ ựã cung cấp tài liệu và giúp ựỡ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu ựề tài; xin cảm ơn các anh, chị ựồng nghiệp ựang công tác tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hoà Bình và các bạn học viên Cao học ngành Quản lý ựất ựai Khóa 19 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

Nguyễn đăng Quyết

2.3.2 Khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và GIS 30

4.3.4 ðiều vẽ ảnh nội nghiệp 65

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HRG: Ảnh ñộ phân giải cao (High Resolution Geometric)

Band: Kênh ảnh (Band)

RGB: Tổ hợp màu ðỏ - Xanh lục – Chàm

NDVI: Chỉ số thực vật

SPOT: Hệ thống vệ tinh quan trắc Trái ñất của Pháp (Système Pour

l’Observation de la terre) Pixel: ðiểm ảnh Trong ảnh viễn thám ñiểm ảnh là ñơn vị nhỏ nhất thể hiện

trên ảnh GCP: ðiểm khống chế mặt ñất (Ground Control Point)

UTM: Hệ lưới chiếu (Universal Transverse Mercator)

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

HTSDð: Hiện trạng sử dụng ñất

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

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

ENVI: Phần mềm xử lý ảnh viễn thám cúa hãng Reseach System Inc, Mỹ (The

Enviroment for isualizing)

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

DANH MỤC BẢNG BIỂU

2.1 ðặc trưng chíng của quỹ đạo và vệ tinh Landsat 12 2.2 ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng 12 2.3 ðặc trưng chíng của quỹ đạo và vệ tinh SPOT 13 2.4 ðặc trưng chính của bộ cẩm và độ phân giải khơng gian 14 2.5 ðặc trưng chíng của quỹ đạo và vệ tinh MOS 16 2.6 ðặc trưng chính của bộ cẩm và độ phân giải khơng gian 16 4.1 Hiện trạng, cơ cấu sử dụng đất năm 2010 58

4.4 Kết quả so sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại 69

4.8 Chênh lệch diện tích giải đốn và diện tích kiểm kê 89

DANH MỤC HÌNH ẢNH

2.1 Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám 4

2.3 ðặc điểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT 7

2.6 Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thơng tin khác nhau 22

3.2 Trình tự giải đốn ảnh viễn thám bằng cơng nghệ số 50 3.3 Các bước tiến hành giải đốn ảnh bằng mắt 51 4.1 Tư liệu sử dụng trong cơng tác xây dựng bản đồ hiện trạng 60 4.2 Quy trình nghiên cứu thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 61 4.3 Hộp thoại Ground control point selection và image-to-map GCP

4.8 Bản đồ hiên trạng sử dụng đất trên phần mềm Microstation 83

4.11 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Yên Thuỷ 88

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

ðất ñai là tư liệu sản xuất ñặc biệt, là ñịa bàn phân bố của các tổ chức kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng, khu dân cư, là nhu cầu tất yếu của cuộc sống Do ñó việc ñiều tra nghiên cứu hiện trạng sử dụng ñất là một vấn ñề quan trọng cho nên Luật ðất ñai 2003 quy ñịnh việc kiểm kê ñất ñai ñược tiến hành theo ñịnh kỳ năm năm một lần

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất (HTSDð) là tài liệu quan trọng và cần thiết cho công tác quản lý Nhà nước về ñất ñai, cho công tác lập quy hoạch -

kế hoạch sử dụng ñất cùng nhiều mục ñích chuyên ngành khác; cần thiết cho việc quản lý, ñịnh hướng phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng Bản

ñồ HTSDð ñược sử dụng làm căn cứ ñể giải quyết các bài toán tổng thể cần ñến các thông tin hiện thời về bề mặt thực phủ Bản ñồ HTSDð là nguồn dữ liệu ñầu vào rất có giá trị cho hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) và cho các ngành như nông nghiệp, ngư nghiệp, giao thông, thuỷ lợi, xây dựng…vv Việc thành lập bản ñồ HTSDð theo phương pháp truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế về ñộ chính xác, tốn kém về nhân lực, thời gian, kinh phí, khó khăn trong việc lưu trữ dữ liệu, xử lý dữ liệu Với tình trạng biến ñộng ñất ñai như hiện nay, việc quản lý ñất ñai bằng sổ sách và bản ñồ giấy không thể ñáp ứng ñược nhu cầu cập nhật kịp thời những thông tin về biến ñộng ñất ñai Cho nên công tác xây dựng và hiện chỉnh bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất là một hoạt ñộng lớn của ngành Nó ñòi hỏi sự phối hợp ñồng bộ và nỗ lực to lớn của tất cả các cấp quản lý cũng như nghiệp vụ kỹ thuật trong toàn ngành ðể ñưa công tác hiện chỉnh và xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ở tất cả các cấp theo ñịnh kỳ hàng năm và năm năm vào nề nếp, việc ứng dụng công nghệ hiện ñại vào công tác xây dựng bản ñồ HTSDð là ñiều cần thiết nhằm ñáp

ứng ñược yêu cầu về tính thời sự và ñộ chính xác mà công tác quản lý ñất ñai ñòi hỏi

Cùng với sự phát triển của công nghệ tin học, công nghệ viễn thám ñã có những bước phát triển mạnh mẽ mang lại hiệu quả cao trong việc hiện chỉnh và thành lập các loại bản ñồ chuyên ngành khác nhau, trong ñó có bản ñồ HTSDð Với những ưu thế vượt trội như khả năng cập nhật thông tin, tính ña thời kỳ của tư liệu, tính phong phú của thông tin ña phổ, tính ña dạng của tư liệu: băng từ, phim, ảnh, ñĩa từ… ảnh vệ tinh ñộ phân giải cao ñược áp dụng ñể thành lập bản ñồ HTSDð cho nhiều khu vực mà phương pháp truyền thống khó thực hiện…

Với tính cấp thiết ñó, tôi ñã chọn ñề tài luận văn thạc sĩ là: “Ứng dụng

công nghệ viễn thám và Hệ thống thông tin ñịa lý lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tỷ lệ 1/25.000 huyện Yên Thuỷ - tỉnh Hoà Bình” là một hướng

nghiên cứu mới cần thiết

1.2 Mục ñích, yêu cầu của ñề tài

- Công nghệ sử dụng ñể thành lập bản ñồ HTSDð là các thiết bị, máy móc và phần mềm sử dụng rộng rãi trong nước, có bản quyền và ñược Bộ Tài nguyên và Môi trường cho phép sử dụng;

- Bản ñồ HTSDð thành lập ở dạng số theo hệ toạ ñộ VN-2000, ñộ chính xác phù hợp với tỷ lệ, mục ñích của bản ñồ cần thành lập

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

a Kết quả của ñề tài chỉ ra phương pháp thành lập bản ñồ HTSDð bằng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý là một phương pháp nhanh chóng và hiệu quả hơn phương pháp truyền thống

b Có thể ñề xuất ñể thành lập hệ thống bản ñồ HTSDð bằng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý ở phạm vi cấp huyện, cấp tỉnh ñến cả nước Nhằm phục vụ xây dựng quy hoạch, kế hoạch sử dụng ñất, kiểm kê ñất ñai và kiểm tra thực hiện quy hoạch sử dụng ñất ñã ñược phê duyệt của các ñịa phương và các ngành kinh tế

2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Cở sở viễn thám

2.1.1 Khái niệm về viễn thám

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

2.1.2 Nguyên lý chung của viễn thám [3,6]

Sóng ñiện từ hoặc ñược phản xạ hoặc ñược bức xạ từ vật thể thường là nguồn tài liệu chủ yếu trong viễn thám Tuy nhiên, những dạng năng lượng khác như từ trường, trọng trường cũng có thể ñược sử dụng trong viễn thám Thiết bị dùng ñể cảm nhận sóng ñiện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể ñược gọi là bộ viễn cảm (Remote Senser) thường gọi tắt là bộ cảm Các máy chụp ảnh hoặc máy quét là những ví dụ về bộ cảm

Hình 2.1 Sơ ñồ nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám

Phương tiện dùng ñể mang các bộ cảm ñược gọi là vật mang Máy bay hoặc vệ tinh là những ví dụ về vật mang

Các tính chất của vật thể có thể xác ñịnh ñược thông qua các năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể Viễn thám là một công nghệ nhằm xác

định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện mơi trường thơng qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ

Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thơng tin về đối tượng Viễn thám thu nhận, xử lý các thơng tin này, từ các thơng tin phổ ta cĩ thể nhận biết, xác định được các đối tượng nghiên cứu

2.1.3 Cơ sở lý thuyết của phương pháp viễn thám

Cơ sở khoa học của cơng nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lí trong

tự nhiên là các vật thể (đối tượng) trong những điều kiện khác nhau thì khả năng phản xạ hoặc bức xạ của sĩng điện từ sẽ cĩ những đặc trưng riêng

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sĩng điện từ bằng các cách khác nhau và được gọi là đặc trưng phổ ðặc trưng phổ

sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên

bề mặt đất, nĩ sẽ cho phép giải thích được mối quan hệ giữa đặc trưng phổ và sắc, tơng mầu trên ảnh tổ hợp mầu để giải đốn đối tựng ðặc trưng phổ của các đối tượng này cĩ thể được biểu diễn như hình 2.2

Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0.3-0.4µm), vùng ánh sáng nhìn thấy (0.4-0.7µm), đến vùng gấn sĩng ngắn và hồng ngoại nhiệt

Trong viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ là rất quan trọng

và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau của năng lượng phản xạ để phân biệt các đối tượng Ta đã biết:

ER(λ)=EI( λ) – [EA(λ) + ET(λ)]

Trong đĩ: EI - năng lượng tới mặt đất

ER - năng lượng phản xạ

EA - năng lượng hấp thụ

ET - năng lượng truyền qua

Hình 2.2 Các kênh sử dụng trong viễn thám

2.1.4 ðặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên trong ảnh viễn thám

Các đối tượng tự nhiên của bề mặt Trái đất, cĩ thể chia thành 3 nhĩm chính:

- Nhĩm lớp phủ thực vật

- Nhĩm thổ những

- Nhĩm đối tượng nước

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

tố Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, mơi trường khí quyển, bề mặt đối tượng cũng như bản thân đối tượng

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

Hình 2.3 ðặc ñiểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT

2.1.4.1 ðặc trưng phản xạ phổ của thực vật

Lớp phủ thực vật là ñối tượng ñược quan tâm nhiều bởi chiếm ña số diện tích bề mặt tự nhiên Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh là dấu hiệu ñặc trưng thay ñổi theo bước sóng Thực vật khỏe mạnh chứa nhiều diệp lục tố phản xạ rất mạnh ánh sáng có bước sóng từ 0,45µm - 0,67µm (tương ứng với dải sóng màu lục) vì vậy ta nhìn thấy chúng có màu xanh lục Khi diệp lục

tố giảm ñi thực vật chuyển sang có khả năng phản xạ ánh sáng màu ñỏ trội hơn dẫn ñến lá cây có màu vàng ñỏ (do tổ hợp màu lục và ñỏ) hoặc màu ñỏ

Ở vùng hồng ngoại, thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh Khi sang vùng hồng ngoại nhiệt và vi sóng một số ñiểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của nước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm ñi rõ rệt và ngược lại khả năng hấp thụ ánh sáng lại tăng lên Khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật khác nhau không như nhau và ñặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ phổ khác biệt rõ rệt;

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng hấp thụ bởi diệp lục

Tuyết Thực vật Cát Nước

µm

tố trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá cịn lại phản xạ;

- Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản

xạ phổ của lá, ở đây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt;

- Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước Khi độ ẩm trong lá cao thì năng lượng hấp thụ là cực đại

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

2.1.4.2 ðặc trưng phản xạ phổ của nước

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

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

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

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

Ở dải sĩng nhìn thấy, khả năng phản xạ phổ của nước tương đối phức tạp

Tuy nhiên, nước trong điều kiện tự nhiên khơng phải lúc nào cũng lý tưởng như nước cất Thơng thường nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vơ cơ,

vì vậy khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước Các nghiên cứu cho thấy nước đục cĩ khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong, nhất là ở dải sĩng dài Với độ sâu tối thiểu là 30m, nồng độ

tạp chất gây ñục là 10mg/l thì khả năng phản xạ phổ lúc ñó là hàm số của thành phần nước chứ không còn là ảnh hưởng của chất ñáy

Hình dưới chỉ ra ñường cong thể hiện khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều dài bước sóng

Hình 2.4 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước

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

Hàm lượng diệp lục tố trong nước cũng là một yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng ngắn và làm tăng khả năng phản

xạ phổ của nước ở bước sóng có màu xanh lá cây

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

2.1.4.3 ðặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

ðặc tính chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo

ñộ dài bước sóng, sự khác nhau về khả năng phản xạ phổ thấy rõ nhất ở khoảng phổ hẹp màu ñỏ

Thổ nhưỡng chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ mà

không có năng lượng thấu quang Các loại ñất có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau thì khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau

Hình dưới chỉ ra khả năng phản xạ phổ của 3 loại ñất khô là ñất mùn, ñất bụi và ñất cát

Hình 2.5 ðặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ của ñất là cấu trúc bề mặt của ñất, ñộ ẩm của ñất, hợp chất hữu cơ, hợp chất vô cơ có trong ñất Với ñất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ vì chúng ở sít nhau hơn Với hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn do vậy khả năng vận chuyển không khí và ñộ ẩm cũng dễ dàng hơn Khi ñộ ẩm lớn, trên mỗi hạt cát sẽ bọc một màng mỏng nước do vậy ñộ ẩm và lượng nước trong loại ñất này sẽ cao hơn và do ñó ảnh hưởng lớn ñến khả năng phản xạ phổ của chúng Khi ñộ ẩm tăng, khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm do vậy khi hạt nước rơi vào cát khô ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn

Một yếu tố nữa ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ là hợp chất hữu

cơ trong ñất Với hàm lượng hữu cơ từ 0,5% – 5,0% ñất có màu nâu sẫm Nếu hàm lượng hữu cơ thấp hơn ñất sẽ có màu nâu sáng

Ôxít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của ñất Khả năng phản xạ phổ tăng khi hàm lượng ôxít sắt giảm xuống nhất là ở vùng phổ nhìn thấy (có thể làm giảm tới 40% khả năng phản xạ phổ khi hàm lượng ôxít sắt

1 §Êt mïn

2 §Êt c¸t

3 §Êt bôi

r%

tăng lên) Khi loại bỏ ơxít sắt ra khỏi đất thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên rõ rệt ở dải sĩng từ 0,5µm – 1,1µm

Như trên đã nĩi cĩ nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của đất, tuy nhiên chúng cĩ liên quan chặt chẽ với nhau Cấu trúc, độ ẩm, độ mịn bề mặt, hàm lượng chất hữu cơ và ơxít sắt là những yếu tố quan trọng Vùng phản xạ và bức xạ phổ cĩ thể sử dụng để ghi nhận thơng tin hữu ích về đất cịn hình ảnh ở hai vùng phổ này là dấu hiệu để đốn đọc, điều vẽ các đặc tính của đất

2.1.5 Vệ tinh viễn thám và tư liệu dùng trong viễn thám

2.1.5.1 Vệ tinh viễn thám

a Vệ tinh Landsat

Vệ tinh Landsat là vệ tinh tài nguyên của Hoa Kỳ được phĩng lên quỹ đạo lần đầu tiên vào năm 1972, cho đến nay đã cĩ 7 thế hệ vệ tinh Landsat được phĩng lên quỹ đạo Vệ tinh landsat được thiết kế cĩ bề rộng tuyến chụp

là 185 km và cĩ thời điểm bay qua xích đạo là 9:39 sáng Dữ liệu cung cấp bởi hai bộ cảm biến TM và MSS được chia thành các cảnh phủ trên mặt đất 185x170 km được đánh số theo hệ quy chiếu tồn cầu gồm số liệu của tuyến

và hàng Các giá trị của pixel được mã hố 8 bit, tức là cấp độ xám ở trong khoảng 0÷255

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

ðặc điểm của đa phổ MSS là sử dụng 4 băng phổ, mỗi băng phổ cĩ trang bị 6 bộ thu sử dụng sợi quang học ðộ phân giải mặt đất từ 40 m đến 80

Bảng 2.1 ðặc trưng chíng của quỹ ñạo và vệ tinh Landsat

ðộ cao bay 915 km (Landsat-1-3)

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

Chu kỳ lặp 18 ngày (Landsat-1-3)

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

Chu kỳ quỹ ñạo

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

Năm phòng vào quỹ ñạo

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

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

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

Bảng 2.2 ðặc trưng chính của bộ cảm và ñộ phân giải không

Loại bộ cảm Kênh Bước song

ðộ phân giải không gian

0,45 ÷ 0,52 0,52 ÷ 0,60 0,63 ÷ 0,69 0,76 ÷ 0,90 1,55 ÷ 1,75 10,4 ÷ 12,5 2,08 ÷ 2,35

Chàm Lục ñỏ

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

0,5 ÷ 0,6 0,6 ÷ 0,7 0,7 ÷ 0,8 0,8 ÷ 0,11

Lục

ðỏ Cận hồng ngoại Cận hồng ngoại

0,45 ÷ 0,52 0,53 ÷ 0,61 0,63 ÷ 0,69 0,75 ÷ 0,90 1,55 ÷ 1,75 10,4 ÷ 12,5 2,09 ÷ 2,35 0,52 ÷ 0,9

Chàm Lục ñỏ

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

b Vệ tinh SPOT

Vào ñầu năm 1978 chính phủ Pháp quyết ñịnh phát triển chương trình SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre) với sự tham gia của Bỉ và Thụy ðiển Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm nghiên cứu không gian (Centre National d'Etudes Spatiales - CNES) của Pháp chế tạo và phát triển Vệ tinh ñầu tiên SPOT 1 ñược phóng lên quỹ ñạo năm 1986, tiếp theo là SPOT 2, SPOT3, SPOT 4 và SPOT 5 lần lượt vào các năm 1990,

1993, 1998 và 2002

Vệ tinh SPOT bay ở ñộ cao 832 km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ ñạo là 98,7o thời ñiểm bay qua xích ñạo là 10h30’ sáng và chu kỳ lặp 26 ngày Các thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có bộ cảm HRV-P với kênh toàn sắc (0,51- 0,73µm) ñộ phân giải 10 m, ba kênh ña phổ có ñộ phân giải 20 m, phân bố trong vùng sóng nhìn thấy gồm lục ñến vàng (0,50 - 0,59 µm), ñỏ (0,61 - 0,68 µm), hồng ngoại gần (0,79 - 0,89 µm) Mỗi cảnh có ñộ bao phủ mặt ñất là 60

km x 60 km Vệ tinh SPOT 4 với kênh toàn sắc (0,49 - 0,73 µm); ba kênh ña phổ của HRVIR tương ñương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV và thêm kênh hồng ngoại (1,58-1,75 µm) có ñộ phân giải 20m

Bảng 2.3 ðặc trưng chíng của quỹ ñạo và vệ tinh SPOT

Thời gian hoàn thành

1990 (MOS-1b)

Bảng 2.4 ðặc trưng chính của bộ cẩm và ñộ phân giải không gian

ðộ phân giải không gian SPOT-1-3

0,50 ÷ 0,59 0,61 ÷ 0,68 0,79 ÷ 0,89

Lục ñến vàng

ðỏ Cận hồng ngoại

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

Lục ñến vàng

ðỏ Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung

0,50 ÷ 0,59 0,61 ÷ 68 0,51 ÷ 0,75 Lục ñến ñỏ

Vệ tinh SPOT 5, phóng lên quỹ ñạo ngày 03 tháng 5 năm 2002, ñược trang bị một cặp Sensors HRG (High Resolution Geometric) Mỗi một Sensor HRG có thể thu ñược ảnh với ñộ phân giải 5 m ñen - trắng và 10 m màu Với

kỹ thuật xử lý ảnh ñặc biệt, có thể ñạt ñược ảnh ñộ phân giải 2,5 m, trong khi

ñó dải chụp phủ mặt ñất của ảnh vẫn ñạt 60 km - 80 km ðây chính là ưu ñiểm của ảnh SPOT, ñiều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời khác ở ñộ phân giải này ñều không ñạt ñược Kỹ thuật thu ảnh HRG (High Resolution Geometric) cho phép ñịnh vị ảnh với ñộ chính xác trên 50m nhờ hệ thống ñịnh vị vệ tinh DORIS và STARTRACKER lắp ñặt trên vệ tinh

Trên vệ tinh có máy chụp ảnh mang tên VEGETATION, hàng ngày chụp ảnh mặt ñất trên một dải rộng 2.250 km với kích thước pixel (1x1) km trong 4 kênh phổ Ảnh VEGETATION ñược sử dụng rất hữu hiệu cho mục ñích theo dõi biến ñộng ñịa cầu và ño vẽ bản ñồ hiện trạng ñất Vệ tinh SPOT

4 và SPOT 5 có thêm kênh phổ chụp SWIR, nhờ vậy rất thuận lợi cho nghiên cứu về ñộ ẩm và lớp phủ thực vật, ñã tạo ra nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, nghiên cứu hiện trạng ñất và quản lý tài nguyên thiên nhiên

Vệ tinh SPOT 5 là một phần của hệ thống 3 vệ tinh trong gia ñình SPOT, ñó là SPOT 2, SPOT 4 và SPOT 5, hiện 2 vệ tinh SPOT 1 và SPOT 3 không còn khả năng lưu trữ Trên quỹ ñạo luôn có 3 vệ tinh hoạt ñộng nên có thể chụp ảnh hàng ngày ñối với bất kỳ khu vực nào

c Vệ tinh Cosmos

Ảnh vệ tinh Cosmos của Nga có hai loại: ảnh có ñộ phân giải cao và ảnh có ñộ phân giải trung bình Ảnh vệ tinh ñộ phân giải cao có kích thước ảnh 30x30cm, ñộ phân giải mặt ñất 6m-7m, ñộ phủ dọc >60% Ảnh Cosmos

ñộ phân giải trung bình có kích thước ảnh 18cm x 18cm, ñộ phân giải mặt ñất 30m, ñộ phủ dọc >60%

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

Bảng 2.5 ðặc trưng chíng của quỹ ñạo và vệ tinh MOS

Thời gian hoàn thành

Năm phòng vào quỹ ñạo

Bảng 2.6 ðặc trưng chính của bộ cẩm và ñộ phân giải không gian

Loại bộ cảm Kênh Bước song

ðộ phân giải không gian

MESSR:

Bức xạ kế tự quét

ða phổ

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

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

Lục

ðỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại gần

Vô tuyến cao tần

Vô tuyến cao tần 32 km

0,50 ÷ 0,70 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 m

2.1.5.2 Tư liệu viễn thám

a Ảnh tương tự

Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp ảm quang halogen bạc, ảnh tương tự thu ñược từ các bộ cảm tương tự dùng phim, không sử dụng các hệ thống quang ñiện tử Những tư liệu này có ñộ phân giải không gian cao nhưng kém về ñộ phân giải phổ

b Ảnh số

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

số ñược chia thành nhiều phần từ nhỏ gọi là pixel Mỗi pixel tương ứng với một ñơn vị không gian

Ảnh số ñược ñặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học, bức xạ như trường nhìn không ñổi, góc nhìn tối ña, ñộ phân giải mặt ñất

c Số liệu mặt ñất

Số liệu mặt ñất là tập hợp các quan sát mô tả, ño ñạc về các ñiều kiện thực tế trên mặt ñất của các ñịa vật cần nghiên cứu nhằm xác ñịnh mối tương quan giữa tín hiệu thu ñược và bản thân các ñối tượng Các số liệu ñó bao gồm thông tin tổng quan về ñối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái, tính chất phản xạ, hấp thụ phổ, nhiệt ñộ…và thông tin về môi trường xung quanh như góc chiếu, ñộ cao mặt trời, cường ñộ chiếu sáng, trạng thái khí

quyển, nhiệt ñộ, ñộ ẩm không khí, hướng và tốc ñộ gió…

2.1.5.3 Một số ứng dụng của viễn thám [7]

- Ứng dụng trong nghiên cứu môi trường:

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

+ ðộ phủ trùm không gian lớn;

+ Khả năng giám sát sự biến ñổi của tài nguyên, môi trường trái ñất do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục;

+ Sử dụng các giải phổ khác nhau ñể quan trắc các ñối tượng

Ứng dụng công nghệ viễn thám ñể nghiên cứu môi trường và sự biến ñổi môi trường bao gồm: ðiều tra về sự biến ñổi sử dụng ñất và lớp phủ; vẽ bản ñồ thực vật; nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; giám sát thiên tai (hạn hán, cháy rừng, bão, mưa ñá ); nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí; nghiên cứu môi trường biển (ño nhiệt ñộ, màu nước biển, gió sóng)

Các công trình nghiên cứu của Việt Nam về ô nhiễm môi trường không khí mới dừng ở mức xử lý các số liệu từ các trạm quan trắc mặt ñất Theo nghiên cứu mới nhất của trường ðại học Giao thông, thiệt hại do khí phát thải

của xe cơ giới ở 5 thành phố Hà Nội, Hải Phòng, đà Nẵng, TP Hồ Chắ Minh

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

Với việc xây dựng Hệ thống trạm thu ảnh vệ tinh mặt ựất (2005ọ2007) thuộc dự án ỘXây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường Việt NamỢ do Trung tâm Viễn thám quốc gia thuộc bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì, ựã tạo ra những khả năng và ựiều kiện mới thực hiện công tác giám sát tài nguyên và môi trường đẤT - NƯỚC - KHÔNG KHÍ nhanh hơn, chắnh xác hơn và ựầy ựủ hơn

- Ứng dụng trong nghiên cứu thực vật rừng:

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

Tư liệu viễn thám ựược ghi nhận trên nhiều kênh phổ, ựiều ựó giúp cho công tác giải ựoán các yếu tố nội dung của bản ựồ một cách thuânh lợi, ựặc biệt là khi giải ựoán về các loại thực vật, thổ những Tuỳ thuộc cào bước sóng ựiện từ phản xạ hay bức xạ từ các vật thể sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu sắc khác nhau

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

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

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

- Ứng dụng viễn thám trong thuỷ văn:

để phục vụ các mục ựắch quản lý và khai thác tài nguyên nước phải ựiều tra giám sát sự phân bố các ựối tượng thuỷ 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 ựộng lòng sông, lòng hồ,

Ngày nay, ảnh vệ tinh cĩ thể đem lại nhiều thơng tin trực tiếp và gián tiếp về các nguồn nước mặt cũng như nước ngầm Các thơng tin về chất lượng nước và về nước ngầm cũng cần 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 được một số cơ quan sử dụng để khảo sát, thành lập bản đồ biến động lịng sơng ở các tỷ lệ khác nhau, từ 1:100 000 đến 1:25 000 cho hệ thống sơng Cửu Long, một số sơng ở miền Trung và sơng Hồng Ảnh vệ tinh hiện nay cĩ khả năng sử dụng để điều tra giám sát chất lượng nước như độ mặn, mức độ ơ nhiễm do chất thải cơng nghiệp và để điều tra, quản lý tổng hợp các lưu vực sơng

Về mặt nước ngầm, các nhà địa chất - thuỷ văn đã tiến hành một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với các phương pháp truyền thống điều tra, thành lập bản đồ nước ngầm Một số những cơng trình đầu tiên về mặt này ở nước ta là bản đồ nước ngầm Tây Nguyên tỉ lệ 1:25 000 được thành lập trong khuơn khổ chương trình điều tra tổng hợp vùng Tây Nguyên

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

Hiện nay, trong cơng tác thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất người

ta đã sử dụng rộng rãi các tư liệu viễn thám, vì tư liệu viễn thám cĩ khả năng trùm phủ lớn, thơng tin thu nhận ở trên một diện tích rộng từ 185 km x 185km đến 11 km X 11 km Tư liệu viễn thám cĩ độ phân giải cao từ 0,5m cho đến 80m cho nên thoả mãn các yêu cầu thành lập các loại bản đồ chuyên đề ở tỷ lệ khác nhau Phần lớn tư liệu viễn thám đều ở dạng số cho nên việc lưu trữ, khai thác, phân tích chúng rất dễ dàng Các đặc trưng của tư liệu viễn thám như tính đa thời gian, đa phổ, đặc trưng cấu trúc và các chỉ số như NDVI giúp ích rất nhiều trong việc giải đốn tự động trên máy tính để thành

lập bản ñồ chuyên ñề một cách nhanh chóng, chính xác

Ở nước ta, công nghệ viễn thám và thông tin ñịa lý ñã ñược ứng dụng trong công tác thành lập bản ñồ HTSDð, nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất và bước ñầu ñã thu ñược kết quả ñáng khích lệ

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

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

ñồ ảnh, một số loại bản ñồ chuyên ñề, cập nhật và hiện chỉnh các loại bản ñồ cảnh quan, bản ñồ bay, bản ñồ ñịa hình và ñồng thời biên vẽ bản ñồ nông sâu của biển bởi vì vệ tinh Landsat có thể cung cấp lượng 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 ñích thành lập bản ñồ

- Tư liệu ảnh landsat TM, Spot và Mapsat:

+ Ảnh landsat TM có ñộ phân giải cao, ñộ chính xác mặt bằng hình ảnh sau khi xử lý có thể ñáp ứng công tác thành lập hoặc hiện chỉnh bản ñồ tỷ lệ 1:50 000

+ Ảnh Spot có thể sử dụng ñể thành lập các loại bản ñồ tỷ lệ ñến 1:25

000 với khoảng cao ñều 20÷25m

+ Ảnh ña phổ Mapsat của Mỹ: Có thể dùng ñể thành lập bản ñồ tỷ lệ 1:50 000 (mô hình số ñộ cao) với khoảng cao ñều 20m ðộ phân giải mặt ñất

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

+ Ảnh Radar: Có khả năng thể hiện các thông tin về ñịa hình, ñịa chất, thật vật và lớp ñất mỏng Năm 1968, ảnh radar ñã ñược xây dựng bản ñồ tỷ lệ 1:1000 000 ở panama ñã gây một chú ý lớn trong lĩnh vực Trắc ñịa - bản ñồ Tiếp sau ñó ảnh radar ñược sử dụng thành lập bản ñồ vùng Nam Mỹ và thu ñược thành tựu lớn Các sản phẩm bản ñồ ñược thành lập từ ảnh Radar ở tỷ lệ 1:250 000 ñược sử dụng phổ biến trong thực tế cho nên tư liệu ảnh Radar

ñược xem là những tư liệu bổ sung cho việc thành lập bản ñồ tỷ lệ nhỏ và trung bình

2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) [4]

2.2.1 Khái niệm

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”

Hình 2.6 Một bản ñồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau

GIS bao gồm các hợp phần cơ bản sau: dữ liệu, người ñiều hành, phần cứng, phần mềm

2.2.2 Dữ liệu

Dữ liệu có thể ñến từ nhiều nguồn như số liệu tính toán thống kê, các quan trắc thực ñịa, ảnh viễn thám, bản ñồ giấy Với kỹ thuật hiện ñại ngày nay, viễn thám và GIS có khả năng cung cấp thông tin bao gồm các thuộc tính ñịa

lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản ñồ và các số liệu ño ñạc Việc tích hợp các tư

liệu ñịa lý từ nhiều nguồn khác nhau trong ñó có tư liệu viễn thám là ñặc ñiểm

cơ bản của một phần mềm GIS

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

- 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 2.7 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, tỷ lệ bản ñồ nguyên thủy 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 và xử lý ñịnh tính trong ñịa lý, 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

2.2.3 Phần cứng

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 hình 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 san sẻ các chức năng và trao ñổi giữa những người sử dụng, càng tạo ñiều kiện cho GIS phát triển

2.2.4 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 cũng 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

2.2.5 Các chức năng cơ bản của phần mềm GIS

Một phần mềm GIS có các chức năng cơ bản như sau: nhập và bổ sung dữ liệu, chuyển ñổi dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, ñiều khiển dữ liệu, hiển thị dữ liệu theo cơ sở ñịa lý và ñưa ra quyết ñịnh Có thể khái quát về các chức năng ñó như sau:

a Nhập và bổ sung dữ liệu

Một trong những chức năng quan trọng của GIS là nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệu mà công việc ñó không thể tiến hành riêng rẽ Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệu

Việc nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tư liệu dưới dạng số hoặc dạng tương tự Dạng tư liệu không gian như bản ñồ giấy hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải ñược chuyển thành dạng số và các nguồn

tư liệu khác cũng phải chuyển ñổi ñược ñể tương thích với cơ sở dữ liệu trong

hệ thống ñang sử dụng

b Chuyển ñổi dữ liệu

Chuyển ñổi dữ liệu là chức năng cần ñược làm ngay sau khi thực hiện việc thu thập, bổ sung và cập nhật dữ liệu Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ ñộc quyền bằng cách hạn chế ñưa các khuôn dạng dữ liệu theo hai loại phổ cập Tuy nhiên người sử dụng phải lựa chọn ñể hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu ñang có ở dạng số Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau

c Lưu trữ dữ liệu

Một chức năng quan trọng của GIS là lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu

do sự ña dạng và với một khối lượng lớn của dữ liệu không gian: ña dạng về thuộc tính, về khuôn dạng, về ñơn vị ño, về tỷ lệ bản ñồ Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho ñảm bảo ñộ chính xác và không mất thông tin; và các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về ñơn vị ño… thì phải ñược ñịnh vị chính xác ðối với tư liệu quốc gia không thể chỉ lưu giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần phải lưu giữ ở nhiều khuôn dạng có tính chất phổ biến ñể sử dụng ñược trong nhiều ứng dụng khác nhau Như vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển ñổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau

d ðiều khiển dữ liệu

Do nhiều GIS hoạt ñộng ñòi hỏi tư liệu không gian phải ñược lựa chọn với một chỉ tiêu nhất ñịnh ñược phân loại theo một phương thức riêng, tổng hợp thành những ñặc ñiểm riêng của hệ thống, do ñó GIS phải ñảm nhiệm ñược chức năng ñiều khiển thông tin không gian Khả năng ñiều khiển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các ñặc ñiểm bản ñồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính ñịa lý ñược nhập vào hệ thống Các thuộc tính khác nhau có thể ñược tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể ñược xác ñịnh, ñược tính toán, ñược can thiệp và biến ñổi

e Trình bày và hiển thị

ðây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một GIS Không gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu ñược xử lý cần ñược thể hiện dưới các khuôn dạng như: chữ và số, dạng bảng biểu hoặc dạng bản ñồ Các tính toán chung và kết quả phân tích ñược lưu trữ ở dạng chữ và số ñể dễ dàng in

ra hoặc trao ñổi giữa các phần mềm khác nhau Các dữ liệu thuộc tính có thể ñược lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố ñịnh khác Bản ñồ ñược thiết kế

ñể hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng ñiểm ñể in Như vậy, hiển thị và

in ra cũng là những chức năng rất cần thiết của một GIS

g Phân tích không gian

Trước ñây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là ñược tập trung, phát triển

do những người xây dựng GIS Chức năng thứ 6 là phân tích không gian ñược phát triển dựa vào sự tiến bộ của công nghệ và nó trở nên thật sự hữu ích cho người ứng dụng Những ñịnh nghĩa về GIS trước ñây trở thành thực tiễn trên

cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích không gian Theo quan ñiểm hiện nay thì chức năng ñó cần thiết phải có ñối với một hệ thống ñược gọi là GIS Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau ñối với từng hệ thống, song ñối với một GIS sử dụng tư liệu bản ñồ thì chức năng ñó là bắt buộc

Phân tích không gian của GIS bao gồm 3 bộ phận chính: giải quyết các câu hỏi về thuộc tính, các câu hỏi về phân tích không gian và tạo nên các tập

dữ liệu mới từ các cơ sở dữ liệu ban ñầu Mục tiêu của phân tích không gian

là từ việc giải quyết các câu hỏi ñơn giản về các hiện tượng, các vấn ñề trong không gian ñi ñến hợp thành các thuộc tính một hay nhiều lớp và phân tích ñược sự liên quan giữa các dữ liệu ban ñầu

Trong ứng dụng của GIS, các ñặc ñiểm và thuộc tính về không gian là rất phổ biến Câu hỏi về thuộc tính có chứa ñựng cả tính chất thông tin về không gian Ví dụ trong cơ sở dữ liệu của một thành phố, ở ñó mỗi mảnh bản

ñồ ñều có mã thuộc tính về sử dụng ñất, một bảng thuộc tính ñơn giản có thể yêu cầu liệt kê toàn bộ các mảng của các loại hình sử dụng ñất có trong bản ñồ

Vì không có thông tin không gian ñể trả lời cho câu hỏi này nên bảng ñó ñược xem như bảng thuộc tính Trong ví dụ này, toàn bộ bảng thuộc tính có chứa các

mã của sử dụng ñất ñã ñược xác ñịnh Các thông tin khác có thể ñược tạo nên

ví dụ như số mảnh ñơn vị của loại hình sử dụng ñất này, hoặc tổng diện tích của loại hình sử dụng ñất này trong thành phố,… Tất nhiên những bài toán xử

lý thông tin cho một lớp là rất cần thiết, song trong ứng dụng việc xử lý thông tin của nhiều lớp cũng là công việc rất quan trọng và ñòi hỏi nhiều công sức trong lập trình Ví dụ, giải bài toán về hai lớp thông tin về tính toán diện tích của các loại hình sử dụng ñất theo các cấp ñộ dốc khác nhau,… Những bài toán

ñó ñặt ra ñối với nhiều nội dung ứng dụng khác nhau mà phần mềm chuyên tự ñộng hóa bản ñồ hay quản lý dữ liệu không ñáp ứng ñược Tất nhiên do mục ñích của GIS mà tập trung vào xử lý không gian nên một số chức năng của tự ñộng hóa bản ñồ hoặc tính toán thống kê chuyên ñề thì có thể GIS không ñáp ứng ñược

Một số vấn ñề cơ bản trong xử lý không gian ñược cụ thể hóa như sau:

+ Xử lý thông tin trong một lớp: giải quyết các vấn ñề thuộc tính các

ñối tượng trong một lớp, ño ñạc các giá trị, phân tích sự liên quan giữa các ñối tượng trong một lớp bản ñồ Ví dụ xác ñịnh tên, tính diện tích chu vi của từng khoanh vi bản ñồ, xác ñịnh khoảng cách, tạo các vùng ảnh hưởng

+ Xử lý thông tin nhiều lớp: chồng xếp hai hoặc nhiều lớp thông tin cho

phép tạo ra nhiều lớp bản ñồ mới trên cơ sở làm chi tiết hóa thông tin của từng phần trong một ñối tượng bản ñồ Ví dụ, hai lớp thực vật và ñất khi chồng xếp sẽ cho bản ñồ phân bố thực vật trên các loại ñất khác nhau

+ Xử lý không gian: có thể có rất nhiều lớp thông tin mà xử lý không

gian cần phải tính toán ñược mối quan hệ giữa chúng

+ Phân tích các mẫu ñiểm: một số ñối tượng tự nhiên hoặc hiện tượng

tự nhiên có sự phân bố bằng các ñiểm tập trung theo các quy luật nhất ñịnh

Ví dụ, phân bố của ñồng cỏ, hệ thống các ñiểm sụt Karst… trong xử lý không gian, sự phân bố những ñiểm ñó cần ñược nhận diện và phân loại

+ Phân tích mạng: thiết lập một mạng hữu ích giữa các diện tích có sự

phân bố khác nhau là một trong những chức năng xử lý không gian: Ví dụ tạo tuyến xe buýt gần nhất nối các ñiểm ñón khách trong thành phố, mở hệ thống

ñường nối giữa các khu dân cư, thiết kế một tuyến ñường ống dẫn dầu… tất nhiên khi thiết kế cụ thể lại phải bổ sung bằng một số thông tin khác nhau ví

dụ ñịa hình, sử dụng ñất…

+ Phân tích xử lý theo ô lưới: bài toán xử lý ô lưới rất phong phú, nó

có thể ứng dụng cho nhiều ngành; ví dụ tính toán mức ñộ lan truyền ô nhiễm, lập các ñường ñẳng trị, dự báo cháy rừng…

+ Phân tích xử lý nhiều lớp thông tin theo ñiều kiện: ñây là chức năng

phức tạp và ña dạng nhất của xử lý không gian Nhiều bài toán ñược áp dụng

ñể biến ñổi lớp thông tin ban ñầu thành một hay nhiều lớp thông tin mới; ví

dụ tính ñộ dốc, hướng dốc, tính mật ñộ, bài toán logic, các phép phân chia, … bản ñồ

Có hai khái niệm ñược bổ sung cho ñịnh nghĩa trên, ñó là pixel và ô lưới ñơn vị Pixel là ñơn vị nhỏ nhất của hình ảnh không thể chia nhỏ ñược Ô lưới ñơn vị là ñối tượng thể hiện một yếu tố của bề mặt có kích thước ñều ñặn

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

2.3.1 Khái niệm về tích hợp

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

2.3.2 Khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và GIS

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

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

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

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

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

dữ liệu từ vecter sang raster và từ raster sang vecter bảo ñảm ñộ chính xác và không mất mát thông tin Ngoài ra chức năng chồng ghép các lớp dữ liệu cho phép tích hợp và hiển thị ñồng thời cả hai lớp vester và raster, ñiều này cho phép cập nhật nhanh các lớp dữ liệu về giao thông, thuỷ hệ, thực phủ, trong dữ liệu nền, cũng như các lớp dữ liệu chuyên ñề của GIS (Hiện trạng sử dụng ñấ, biến ñổi bờ dọc song…) ở nhiều tỷ lệ khác nhau và cấp ñộ cập nhật khác nhau

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

Sự tương ñồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS ñó là trong thực tế cả hai kỹ thuật này ñều xử lý dữ liệu không gian và có thể thành lập bản ñồ số ðiều này cho thấy yêu cầu dữ liệu trên cùng khu vực sẽ có cùng toạ ñộ tham chiếu, nên về khía cạnh cơ sở toán học dữ liệu tương ứng của hai công nghệ sẽ tham chiếu cùng một hệ toạ ñộ và ñộ cao thống nhất Do ñó, tính hiệu quả trong vận hành, phân tích và hiển thị dữ liệu sẽ ñược nâng cao ñáng kể cho người sử dụng, ñồng thời ñảm bảo tính thống nhất của dữ liệu

- Dự liệu tích hợp tạo thuận lợi trong xây dựng và cập nhật dữ liệu: Công nghệ viễn thám cho phép thành lập bản ñồ tự ñộng trên phạm vị 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