sử dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2012 tỷ lệ 1: 25.000 huyện quảng xương, tỉnh thanh hóa

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñược sử dụng như một loại bản ñồ thường trực làm căn cứ ñể giải quyết các bài toán tổng thể cần ñến thông tin hiện thời về tình hình sử dụng ñất và luôn giữ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

VŨ VIỆT KHOA

SỬ DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ðỊA LÝ THÀNH LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT NĂM 2012 TỶ LỆ 1: 25.000 HUYỆN QUẢNG XƯƠNG,

TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

VŨ VIỆT KHOA

SỬ DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ðỊA LÝ THÀNH LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT NĂM 2012 TỶ LỆ 1: 25.000 HUYỆN QUẢNG XƯƠNG,

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan:

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

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

Tác giả luận văn

Vũ Việt Khoa

ñã tạo ñiều kiện cho tôi học tập và giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện ñề tài

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

Tác giả luận văn

Vũ Việt Khoa

2.1 Giới thiệu tổng hợp về các thơng số của thế hệ ảnh SPOT 15

2.2 ðộ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1

4.1 Hiện trạng sử dụng đất trên địa bàn huyện Quảng Xương năm

4.2 Mơ tả các loại hình sử dụng đất trên địa bàn huyện Quảng

4.3 Bảng ma trân sai số phân loại ảnh 70

4.5 Thống kê diện tích theo bản đồ giải đốn 77 4.6 Chênh lệch diện tích giải đồn và diện tích kiểm kê 78

2.11 Trình tự phân loại tư liệu viễn thám 38 4.1 Ảnh vệ tinh huyện Quảng Xương, tỉnh Thanh Hĩa 60 4.2 Hình ảnh Bảng lựa chọn mẫu giải đốn 63 4.3 Hình ảnh Bảng sự khác biệt giữa các mẫu giải đốn ảnh 64

DBMS Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

KTNN Khí tượng nông nghiệp

GCNQSDð Giấy chứng nhận quyền sử dụng ñất

NTTS Nuôi trồng thuỷ sản

MNCD Mặt nước chuyên dùng

2.1 Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS trên thế giới và Việt Nam 3 2.1.1 Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS trên thế giới 3 2.1.2 Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS ở Việt Nam 6 2.2 Viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) 7

2.2.2 Phản xạ phổ của một số ñối tượng tự nhiên 11

2.2.6.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong quản lý ñất ñai 26

2.3 Khái quát chung về bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 28

2.3.2 Các phương pháp thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 29 2.3.3 Quy trình thành lập bản ñồ HTSDð bằng tư liệu Viễn thám và

GIS

36

III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

3.2.1 Lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám, thu thập các số liệu, tư liệu liên

quan ựể thực hiện nội dung nghiên cứu của ựề tài

40

3.2.3 Thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất huyện Quảng Xương tỉ

lệ 1/25000

40

3.3.1 Phương pháp ựiều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp 40 3.3.2 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 40 3.3.3 Phương pháp ựiều tra, khảo sát thực tế cơ sở 41 3.3.4 Phương pháp minh hoạ trên bản ựồ, biểu ựồ 41 3.3.5 Phương pháp giải ựoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số 41

4.1 điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Quảng Xương 42

4.1.1.5 đánh giá chung về ựiều kiện tự nhiên, tài nguyên và cảnh

quan môi trường ựến phát triển hệ thống ựiểm dân cư 47 4.1.2 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội 49

4.1.2.2 Thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng 51

4.2.2.5 đất sông suối và mặt nước chuyên dùng 59

4.4.6 đánh giá ựộ chắnh xác của kết quả phân loại 69

I MỞ ðẦU 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

ðất ñai là sản phẩm của tự nhiên, là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá,

là tư liệu sản xuất ñặc biệt không có gì thay thế ñược, là thành phần quan trọng hàng ñầu của môi trường sống, là ñịa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các công trình Kinh tế - Văn hoá - Xã hội- An ninh quốc phòng ðất ñai là yếu

tố cấu thành lãnh thổ của mỗi quốc gia nhưng bị giới hạn về số lượng

Ngày nay cùng với sự tăng lên nhanh chóng của dân số, quá trình ñô thị hóa cũng ngày càng diễn ra mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu sử dụng ñất với tất cả các ngành sản xuất kinh doanh và ñời sống xã hội cũng tăng lên mà ñất ñai lại

có hạn Do vậy vấn ñề ñặt ra là làm thế nào ñể xây dựng các quy hoạch và kế hoạch sử dụng ñất một cách có hiệu quả ñể phục vụ yêu cầu quản lý ñất ñai ñược tốt nhất

Bản ñồ hiện trạng là tài liệu quan trọng và cần thiết trong công tác thiết

kế quy hoạch và quản lý ñất ñai Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñược sử dụng như một loại bản ñồ thường trực làm căn cứ ñể giải quyết các bài toán tổng thể cần ñến thông tin hiện thời về tình hình sử dụng ñất và luôn giữ vai trò nhất ñịnh trong nguồn dữ liệu về hạ tầng cơ sở Ngoài ra ñó còn là nguồn tài liệu cơ

sở ñể thành lập bản ñồ ñịa chính và hỗ trợ ñắc lực cho công tác thống kê, kiểm

kê ñất ñai; lập quy hoạch và kế hoạch sử dụng ñất Vì vậy, thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất là một công việc hết sức quan trọng và ñòi hỏi ñộ chính xác cao

Trước ñây một số ñơn vị hành chính ñã sử dụng phương pháp thủ công

ñể ño vẽ và thành lập bản ñồ do ñó ñộ chính xác không cao nên ñã làm ảnh hưởng ñến công tác quản lý ñất ñai Tuy nhiên hiện nay, cùng với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật, người ta ñã ứng dụng tư liệu viễn thám

và hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất,

do ñó chất lượng bản ñồ ñược ñảm bảo hơn, nhanh hơn

các tuyến ñường: Quốc lộ 1A nối thành phố Thanh Hoá với huyện Tĩnh Gia, quốc

lộ 47 nối thành phố Thanh Hoá với thị xã du lịch Sầm Sơn, quốc lộ 45 nối thành phố Thanh Hoá với huyện Nông Cống và các huyện vùng tây nam tỉnh Thanh Hoá

Huyện Quảng Xương là một huyện có vị trí quan trọng – là ñiểm nối của tam giác kinh tế thành phố Thanh Hoá, Nghi Sơn và thị xã du lịch Sầm Sơn Trong những năm tới cơ cấu nền kinh tế của huyện sẽ chuyển dịch theo hướng công nghiệp hoá, hiện ñại, khai thác tiềm năng du lịch của các xã ven biển Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế - xã hội thì việc thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñể tăng cường quản lý nhà nước về ñất ñai, xác ñịnh diện tích, quy hoạch và xây dựng kế hoạch sử dụng ñất trên ñịa bàn huyện ñã, ñang là vấn ñề cấp thiết cần phải giải quyết

Với mong muốn ứng dụng phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám và GIS vào việc thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñược phổ biến rộng rãi trong công tác quản lý ñất ñai trên ñịa bàn huyện Quảng Xương Chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:

"Sử dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2012 tỉ lệ 1:25.000 huyện Quảng Xương, tỉnh Thanh Hóa"

1.2 Mục ñích nghiên cứu

- Thành lập Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tỉ lệ 1:25.000 của huyện Quảng Xương tỉnh Thanh Hóa dựa trên tư liệu ảnh viễn thám và GIS

1.3 Yêu cầu

- Thành lập bản ñồ HTSDð huyện Quảng Xương, tỉnh Thanh Hoá năm

2012 bằng ảnh vệ tinh SPOT-5 và tư liệu GIS theo yêu cầu của quy phạm

II TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS trên thế giới và Việt Nam 2.1.1 Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS trên thế giới

Ở các nước tiên tiến ñi ñầu trong lĩnh vực viễn thám như: Mỹ, Nga,

Ấn ðộ, Canada, Nhật, và mới ñây có thêm Trung Quốc … việc ứng dụng kết hợp tư liệu viễn thám và GIS ñã trở thành công nghệ hoàn chỉnh, ñược sử dụng rộng rãi không chỉ ñể theo dõi, kiểm kê, dự báo, quản lý các tài nguyên trên ñất liền mà còn hướng dần ra biển và ñại dương Khuynh hướng sử dụng

tư liệu viễn thám ña phổ, ña thời gian ñể theo dõi biến ñộng bề mặt ñịa lý tự nhiên trên mặt ñất ñã ñược hình thành trên thế giới ngay từ khi các vệ tinh quan sát Trái ðất ñầu tiên ñược ñưa lên vũ trụ Trên thế giới, ñã có rất nhiều các công trình khoa học nghiên cứu về lĩnh vực này và ñã rất thành công

Khả năng sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS không chỉ áp dụng nghiên cứu bề mặt ñịa lý nói chung hay sự sạt lở ñường bờ sông, biển nói riêng mà nó còn ñược áp dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực như quản lý tài nguyên và môi trường, cảnh báo ngập lụt Từ những năm 70 của thể kỷ XX, khi ảnh vệ tinh và phương pháp viễn thám ñược sử dụng ngày càng rộng rãi thì nó cũng ñược ứng dụng trong các lĩnh vực cầu ñường - từ khâu khảo sát, tìm, chọn

vị trí ñến khâu quy hoạch lưới giao thông - cầu ñường Tuy nhiên việc ứng dụng viễn thám và GIS vào vấn ñề giao thông nói chung là khó khăn vì nó ñòi hỏi ñội ngũ chuyên gia của nhiều ngành nghề Chính vì vậy, xu thế của nhiều nước phát triển hiện nay là phối hợp nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám

và GIS vào các chuyên ngành và lĩnh vực cụ thể, có thể ñiểm qua một số kết quả ñã ñạt ñược trên một số lĩnh vực sau:

* Trong nghiên cứu lâm nghiệp:

Có thể nói lâm nghiệp là một trong những lĩnh vực ñầu tiên áp dụng thành tự của công nghệ viễn thám Hiện nay việc sử dụng tư liệu viễn thám trong thành lập bản ñồ rừng, theo dõi biến ñộng, chặt phá rừng ñã phổ biến ở

khu vực cĩ nguy cơ cháy rừng, dự báo sự suy giảm diện tích rừng trên quy mơ tồn thế giới do biến đổi khí hậu và sự bùng nổ dân số , phát hiện, kiểm sốt và ngăn chặn sự lây lan của bệnh tật đối với một số loại cây rừng

ðể dự báo sự biến đổi diện tích rừng trên quy tồn cầu người ta xây dựng

mơ hình giữa ảnh NOAA và số liệu thống kê qua nhiều năm về khí hậu, mật độ dân số của từng khu vực, trên cơ sở đĩ tìm ra hệ số suy giảm rừng được biểu diễn bằng hàm tốn học Bằng cách làm như vậy, người ta đã xây dựng bản đồ

mơ phỏng lớp phủ rừng tồn cầu năm 2025 và xa hơn

ðể dự báo nguy cơ cháy rừng, người ta sử dụng tư liệu viễn thám để phân loại cây rừng, cịn dữ liệu GIS cung cấp thơng tin về địa hình, khí hậu, thời tiết, mạng lưới sơng suối và đặc biệt là những thơng tin lưu giữ những nơi

đã xảy ra cháy rừng, trên cơ sở đĩ, các thơng tin tích hợp sẽ chỉ ra các khu vực

cĩ nguy cơ cháy rừng ở mức độ khác nhau

* Trong nơng nghiệp và sử dụng đất:

Phương pháp viễn thám và cơng nghệ GIS đã được sử dụng nhiều trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch sử dụng đất Ở Thái Lan, để thành lập bản đồ các khu vực trồng mía người ta sử dụng phương pháp giải đốn ảnh bằng mắt ảnh Landsat TM, sau đĩ kết quả này được kiểm tra, chỉnh sửa ngồi thực địa bằng GPS Người ta quét ảnh đã giải đốn và sử dụng phần mềm Microstation để chuyển kết quả về dạng vector, sau đĩ sử dụng các phần mềm của GIS như MGA (Modular GIS Analysis), MGE (Modular GIS Environmental) để thực hiện các cơng việc tính tốn tiếp theo Thực chất tư liệu được dùng chính là ảnh Landsat

TM, cịn vai trị của GIS chỉ là cung cấp dữ liệu về địa hình và các cơng cụ tính tốn

Cũng tương tự như vậy, ở Trung Quốc, để cập nhật nhanh bản đồ đất trồng lúa cho các tỉnh, tư liệu được sử dụng là ảnh SAR ở các thời điểm khác nhau trên cơ sở kết hợp với bản đồ địa hình, bản đồ sử dụng đất (LU) ở các thời điểm trước

Ở Nhật Bản, người ta sử dụng viễn thám và GIS kết hợp với dữ liệu thống kê về các sản phẩm nông nghiệp ñể ñưa ra những ñánh giá về năng suất thực ban ñầu cho các nước châu Á

ðể ñánh giá mức ñộ thích hợp của ñất ñối với các loại cây trồng nông nghiệp, người ta sử dụng kết hợp viễn thám và GIS Ở ñây tư liệu viễn thám ñược sử dụng ñể phân loại các ñối tượng LU, trên cơ sở phân lại này, kết hợp với bản ñồ nông hoá thổ nhưỡng, bản ñồ ñịa hình người ta lập ra các ma trận tích hợp ñể ñánh giá mức ñộ thích hợp của từng loại cây trồng như lúa, ngô, cây ăn quả với các loại ñất khác nhau

* Trong nghiên cứu môi trường, thảm họa thiên tai và dịch bệnh

Trong những năm gần ñây, việc ứng sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu môi trường toàn cầu cũng như môi trường khu vực, các thảm họa thiên nhiên như lũ lụt, trượt lở ñất, cháy rừng và thậm chí trong nghiên cứu dịch bệnh như sốt rét, viêm não Nhật Bản Các hiện tượng "hiệu ứng nhà kính" Elnhino cũng ñược nghiên cứu bằng phương pháp viễn thám

và GIS Viễn thám và GIS ñược sử dụng rộng rãi, ñặc biệt nhất là trong ñánh giá các vấn ñề liên quan ñến thiên tai vì ñây là nhu cầu ñể xác ñịnh phạm vi và thông tin chi tiết về khu vực, diện tích bị ảnh hưởng từ thiên tai cũng như các hoạt ñộng cứu trợ, khôi phục Thông tin viễn thám rất phù hợp các biện pháp thông thường trong tiếp cận, ñiều tra khu vực ñang bị thiên tai Trong quản lý thiên tai chúng ta có thể chỉ ra các khu vực bị ảnh hưởng và sẽ dễ dàng hành ñộng ñể giảm thiệt hại cho cộng ñồng

Trong nghiên cứu các thảm họa do lũ lụt gây ra ñã ñược công bố ñã chỉ

ra rằng, ñể thành lập bản ñồ ngập lụt và tần số xuất hiện ngập lụt, việc tích hợp thông tin từ các bản ñồ lớp phủ bề mặt (là sản phẩm ñược làm từ ảnh vệ tinh), bản ñồ ñịa chất, bản ñồ hệ thống thoát nước và bản ñồ ñịa lý (physiographic map) là tổ hợp tốt nhất

Việc sử dụng kết hợp viễn thám và GIS còn ñược ứng dụng trong nghiên

phân bố mực nước ngầm, còn dữ liệu GIS là mô hình số ñộ cao (DEM), ñộ dốc, trên cơ sở các dữ liệu này người ta tích hợp thông tin ñể tìm ra các vùng có nguy cơ trượt lở ñất ở các mức ñộ khác nhau

2.1.2 Tình hình sử dụng kết hợp viễn thám và GIS ở Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay cũng ñã có rất nhiều công trình khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin ñịa lý như: Nghiên cứu quy hoạch ñô thị

Hà Nội (TS ðinh Thị Bảo Hoa), nghiên cứu sự biến ñộng bề mặt ñịa lý, giám

sát tài nguyên và môi trường Các ứng dụng viễn thám và GIS trong lĩnh vực nghiên cứu sạt lở và biến ñộng ñường bờ sông mặc dù còn chưa nhiều nhưng cũng ñã ñược ñề cập ñến như: xác ñịnh biến ñộng ñường bờ vùng Tiền Hải - Thái Bình, công tác quản lý vùng bờ tỉnh Nam ðịnh hay nghiên cứu sự sạt lở

bờ sông Tiền, sông Hậu thuộc tỉnh Vĩnh Long Các công trình này ñã thể hiện ñược tính ưu việt của tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS trong khả năng ứng dụng của nó Các công trình nghiên cứu biến ñộng tập trung vào việc sử dụng các tư liệu ảnh ña thời gian cũng như ảnh của nhiều vệ tinh khác nhau ñể nghiên cứu biến ñộng lớp phủ thực vật như biến ñộng tài nguyên rừng, biến ñộng sử dụng ñất, biến ñộng ñường bờ biển, biến ñộng rừng ngập mặn, nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất

Nghiên cứu biến ñộng ñược sử dụng trong các ñề tài có thể ở dưới dạng quan tâm ñến các thông tin thu nhận ñược ở các thời ñiểm khác nhau, từ ñó chiết xuất các thông tin về lớp phủ rừng ở các thời ñiểm khác nhau, chồng chập các lớp thông tin này ñể tìm ra biến ñộng Tuy nhiên, việc áp dụng chúng vào những hoàn cảnh cụ thể cũng rất cần ñược nghiên cứu ñể tìm ra những cách tiếp cận hợp lý, hiệu quả và ñánh giá khả năng của chúng một cách ñúng ñắn Tác giả

ñề cập ñến việc sử dụng ảnh viễn thám ña thời gian kết hợp với GIS ñể nghiên cứu biến ñộng ñường bờ, hỗ trợ tìm vị trí tối ưu xây dựng công trình cầu vượt sông

Trên thế giới trong khâu sảo sát, thiết kế và thi công cầu thì tình hình ñịa chất, ñịa mạo thủy văn luôn ñược coi trọng nhất, tuy nhiên Việt Nam với nền khí hậu nhiệt ñới gió mùa mang tính ña dạng, lượng mưa dồi dào, cường ñộ mưa nhìn chung lớn, mưa tập trung theo mùa là một trong nguyên nhân làm gia

tăng vấn ñề xói mòn, rửa trôi, sạt lở bờ sông, bờ biển và lũ lụt ở Việt Nam gây thiệt hại nghiêm trọng ñến các công trình hai bên bờ sông Vì vậy việc tìm kiếm ñường bờ sông ổn ñịnh trong khảo sát, thiết kế và thi công cầu ở Việt Nam là vấn ñề cần ñược coi trọng ñầu tiên

Ở Việt Nam việc xác ñịnh ñường bờ ổn ñịnh trong thời gian dài cũng ñã ñược quan tâm trong công tác thiết kế thi công cầu, tuy nhiên với các phương pháp truyền thống là ño ñạc trực tiếp từ ñường bờ bên này sang ñường bờ bên kia và ño ñạc ở nhiều thời ñiểm khác nhau rất khó khăn, tốn kém và thiếu ñộ chính xác Mặt khác không có thể ño ñạc trực tiếp biến ñộng ñường bờ trong một thời gian dài (vài chục năm) sẽ dẫn ñến những sai sót tạo ra những quyết ñịnh sai trong khảo sát, thiết kế và thi công cầu Với việc ứng dụng viễn thám

và GIS trong nghiên cứu biến biến ñộng ñường bờ sông từ ñó trợ giúp ra quyết ñịnh tìm vị trí xây dựng cầu giao thông vượt sông có ý nghĩa thực tiễn và rất cần ñược ứng dụng rộng rãi

2.2 Viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý (GIS)

2.2.1 Khái quát chung về viễn thám

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

Viễn thám ñược hiểu là một khoa học và công nghệ ñể thu nhận thông

tin về ñối tượng, khu vực hoặc hiện tượng nghiên cứu thông qua việc phân tích

tư liệu thu nhận ñược bằng các phương tiện, kỹ thuật không tiếp xúc trực tiếp với ñối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng ñược nghiên cứu

Sóng ñiện từ ñược phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là những nguồn tư liệu chính trong viễn thám Các thiết bị dùng ñể thu nhận sóng ñiện gọi là bộ cảm Thiết bị ñể ñưa bộ cảm vào vũ trụ gọi là vật mang Máy bay và vệ tinh là những vật mang thông dụng trong kỹ thuật viễn thám

Tín hiệu ñiện từ thu nhận từ ñối tượng nghiên cứu mang theo các thông

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

Hình 2.2: Các giải sóng chủ yếu sử dụng trong viễn thám

Do ảnh hưởng của các vật chất có trong khắ quyển như hơi nước, khắ CO2,

mà ựộ truyền dẫn sóng ựiện từ của khắ quyển bị giảm thiểu ở nhiều bước sóng Tại những vùng ựó bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận ựược bức xạ từ bề mặt Trái đất ựồng nghĩa với việc bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận ựược thông tin

Ở những vùng còn lại trong dải sóng ựiện từ ựược sử dụng trong viễn thám, bức

xạ sẽ truyền tới ựược bộ cảm

Các tư liệu viễn thám ựược ghi nhận bởi vệ tinh trong dải sóng nhìn thấy

và dải cận hồng ngoại hoặc hồng ngoại nhiệt các bức xạ ựược ghi nhận thông qua các xung phát ra từ một diện tắch nhất ựịnh, tuỳ thuộc vào ựộ phân giải không gian của bộ cảm Các xung này ựược tách thành các bước sóng thiết kế sẵn cho bộ cảm và tạo ra các dữ liệu ựa phổ từ bề mặt này Tất cả các vật thể ựều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng ựiện bằng các cách thức khác nhau và các ựặc trưng này thường ựược gọi là ựặc trưng phổ đặc trưng này sẽ ựược phân tắch theo nhiều cách khác nhau ựể nhận dạng ra ựối tượng trên bề mặt ựất Kể cả ựối với giải ựoán bằng mắt thì việc hiểu biết về ựặc trưng phổ của các ựối tượng sẽ cho phép giải thắch ựược mối quan hệ giữa ựặc trưng phổ

và sắc, tông mầu trên ảnh tổ hợp mầu ựể giải ựoán ựối tượng

đất gặt

đá cuội

đường nhựa Thảm cỏ nhân tạo Nước trong

ðối với các tư liệu viễn thám được ghi nhận bởi bộ cảm vệ tinh trong dải sĩng nhìn thấy và dải cận hồng ngoại hoặc hồng ngoại nhiệt, các bức xạ được ghi nhận thơng qua các xung phát ra từ một diện tích nhất định, tuỳ thuộc vào

độ phân giải khơng gian của bộ cảm

Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3 - 0,4 µm), sĩng ánh sáng nhìn thấy (0,4 - 0,7µm), dải sĩng ngắn và hồng ngoại nhiệt Các bước sĩng ngắn gần đây được sử dụng trong phân loại thạch học Sĩng hồng ngoại nhiệt được sử dụng trong đo nhiệt, sĩng micro mét được sử dụng trong

kỹ thuật Rada Viễn thám cĩ thể được phân loại thành ba loại cơ bản theo bước sĩng sử dụng

a Viễn thám trong dải sĩng nhìn thấy và hồng ngoại: Nguồn năng lượng

chính sử dụng của viển thám trong dải sĩng này là bức xạ mặt trời Mặt trời cung cấp một bức xạ cĩ bước sĩng ưu thế ở 0,5 µm Tư liệu viễn thám thu được trong dải sĩng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và

bề mặt Trái ðất Vì vậy các thơng tin về vật thể cĩ thể được xác định từ các phổ phản xạ ðây là nhĩm kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất Nĩ cho hình ảnh chất lượng rất cao và hợp với tư duy giải đốn của con người ðiểm yếu của nĩ là phụ thuộc vào thời tiết, chỉ những khi trời trong, khơng mây, khơng mưa thì tư liệu thu được mới cĩ thể sử dụng được

b Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ

nhiệt do chính vật thể sản sinh ra Mỗi vật thể trong điều kiện bình thường đều

tự phát ra một lượng bức xạ cĩ đỉnh tại bước sĩng 10µm Các bộ cảm dựa theo nguyên lý này thường thu nhận thơng tin về đêm Tư liệu thu được cho phép xác định các nguồn nhiệt trên bề mặt Trái ðất

c Viễn thám siêu cao tần: Trong đĩ hai loại kỹ thuật chủ động và bị

động đều được áp dụng Trong viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra, được ghi lại, cịn viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể sau khi được phát ra

từ các máy phát đặt trên vật mang Nhìn chung, kỹ thuật viễn thám chủ động

ñược ứng dụng nhiều và có hiệu quả cao bởi lẽ ñiều kiện quan trắc không bị giới hạn bởi ñiều kiện của khí quyển

2.2.2 Phản xạ phổ của một số ñối tượng tự nhiên

ðặc ñiểm phản xạ phổ của các ñối tượng trên bề mặt Trái ðất là thông số quan trọng trong viễn thám ðặc trưng phản xạ phổ hay ñặc tính phản xạ phổ của các ñối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố Các ñặc tính này phụ thuộc vào ñiều kiện chiếu sáng, môi trường khí quyển, bề mặt ñối tượng cũng như bản thân ñối tượng

a ðặc tính 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 thay ñổi theo chiều dài bước sóng Trong vùng sóng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng ñến ñặc tính phản xạ phổ của nó, ñặc biệt là chất Clorophin và một

số sắc tố khác cũng ñóng vai trò quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật

Các yếu tố chính ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ của lá cây là: sắc

tố, cấu trúc tế bào, thành phần nước

Trên hình (2.4) thể hiện ñặc trưng phản xạ phổ của thực vật xanh

Năng lượng mặt trời khi chiếu xuống Trái ðất thì lá cây hấp thụ khoảng 85% ánh sáng nhìn thấy, phản xạ 10%, cho ñi qua lá 5%

Lá cây hấp thụ mạnh ở khoảng phổ hẹp (0,4-0,47µm) khoảng phổ tím, chàm - tím và (0,59-0,68µm) khoảng phổ da cam, ñỏ-da cam, ñỏ Cực ñại của

sự hấp thụ tại 0.43 µm và 0.62 µm

Trên ñồ thị (hình 2.4) nhận thấy khả năng phản xạ phổ của cây xanh ở vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng ñỏ là thấp Lá cây xanh phản xạ mạnh tại 0.54 µm thuộc khoảng phổ hẹp màu lục của vùng phổ nhìn thấy

Ở vùng phổ hồng ngoại, ảnh hưởng chủ yếu lên khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước trong lá Ở vùng phổ hồng ngoại khả năng phản xạ

Hàm lượng nước trong lá giảm ñi thì khả năng phản xạ phổ của lá cây xanh cũng tăng lên ñáng kể

Tuy nhiên, khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật là khác 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 Clorophin

có trong lá cây, một phần nhỏ thấu quang qua lá, còn lại phản xạ

- Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn ñến khả năng phản xạ phổ của lá, ở ñây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt

- Ở vùng hồng ngoại, nhân tố ảnh hưởng lớn ñến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước, khi ñộ ẩm trong lá cao thì năng lượng hấp thụ là cực ñại

Nước

0,8 1,2 1,6 2,0 2,4

Hình 2.4: ðường cong phổ phản xạ của một số ñối tượng tự nhiên

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 Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, ñất thường có hệ số phản

xạ cao hơn thực vật

c ðặc tính phản xạ phổ của nước

Khả năng phản xạ phổ của nước thay ñổi theo chiều dài bước sóng chiếu tới (giảm dần theo chiều dài bước sóng) và thành phần vật chất có trong nước, hàm lượng các vật chất lơ lửng, nước bẩn chứa nhiều tạp chất phản xạ mạnh hơn so với nước sạch, nhất là vùng ánh sáng ñỏ

Nước trong chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng ngắn xanh chàm (Blue), yếu dần khi sang vùng xanh lục (Green) và triệt tiêu ở cuối dải sóng ñỏ (Red) Khi nước bị ñục, khả năng phản xạ tăng lên do ảnh hưởng của sự tán xạ bởi vật chất

lơ lửng trong nước Sự thay ñổi về tính chất của nước (ñộ mặn, ñộ sâu, ) ñều ảnh hưởng ñến tính chất phổ của chúng

2.2.3 Hệ thống 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 do Trung tâm nghiên cứu Không gian (Centre National d’Etudes Spatiales – CNES) của Pháp chế tạo và phát triển

Vệ tinh ñầu tiên của SPOT-1 ñược phóng lên quỹ ñạo năm 1986, tiếp theo là SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4, SPOT-5 và SPOT-6 lần lượt vào các năm 1990,

1993, 1998, 2002 và 2012 trên ñó mang hệ thống quét CCD

Vệ tinh SPOT bay ở ñộ cao 832Km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ ñạo

là 98.70, thời ñiểm bay qua xích ñạo là 10h30’ và chu kỳ lăp trong 26 ngày Các thế hệ vệ tinh SPOT 1,2,3 có bộ cảm HRV( High Resolution Visible) với kênh toàn sắc (0,51 – 0,73µm) ñộ phân giải 10m; ba kênh ña phổ có ñộ phân giải 20m, phân bố trong vùng sóng nhìn thấy gồm xanh lục (0,5-0,59µm), ñỏ (0,61 – 0,68m), gần hồng ngoại (0,79 – 0,89µm) Mỗi cảnh có ñộ bao phủ mặt ñất là

(1,58-1,75µm) có ñộ phân giải 20m Khả năng chụp nghiêng của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từ hai ảnh chụp vào hai thời ñiểm với các góc chụp nghiêng khác nhau

Vệ tinh SPOT-5 phóng lên quỹ ñạo ngày 03/05/2002, ñược trang bị một cặp Sensor HRG ( High Resolution Geometric) là loại Sensor ưu việt hơn các loại trước ñó Mỗi một Sensor HRG có thể thu ñược ảnh ñổi với ñộ phân giải 5m ñen-trắng và 10m với ảnh mầu Với kỹ thuật xử lý ảnh ñặc biệt, có thể ñạt ñược ảnh ñộ phân giải 2,5m, trong khi ñó dải chụp phủ mặt ñất của ảnh vẫn ñạt 60km ñến 80km ðây chính là ưu ñiểm của ảnh SPOT, ñiều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời khác ở ñộ phân giải này ñều không ñạt

Kỹ thuật thu ảnh HRG cho phép ñịnh vị ảnh với ñộ chính xác nhỏ hơn 50m nhờ hệ thống ñịnh vị vệ tinh DOGIS và Star Tracker lắp ñặt trên vệ tinh Trên vệ tinh SPOT-5 còn lắp thêm 2 máy chụp ảnh nữa Máy thứ nhất HSR (High Resolution Stereoscopic) – Máy chụp ảnh lập thể lực phân giải cao Máy này chụp ảnh lập thể dọc theo ñường bay với ñộ phủ 120 x 600km Nhờ ảnh lập thể ñộ phủ rộng này tạo lập mô hình số ñộ cao (DEM) với ñộ chính xác 10m

mà không cần tới ñiểm khống chế mặt ñất Máy chụp ảnh thứ 2 mang tên VEGETATION giống như VEGETATION lắp trên vệ tinh SPOT-4 hàng ngày chụp ảnh mặt ñất trên một dãi rộng 22,5km với kích thước pixel 1x1km trong 4

Vệ Tinh SPOT 4 - 1998CNES Vệ Tinh SPOT 5 - 2002CNES

Hình 2.5: Vệ tinh SPOT

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

Hai vệ tinh SPOT 4 và SPOT 5 có thêm kênh phổ chụp SWIR nằm phía trên ba kện phổ của các vệ tinh SPOT trước ñó, nhờ vậy rất thuận lợi cho nghiên cứu về ñộ ẩm và lớp phủ thực vật Sự cải tiến này ñã tạo ra rất nhiều ứng dụng cho nông nghiệp, nghiên cứu hiện trạng ñất và quản lý tài nguyên thiên nhiên Ngày 9/9 năm 2012, vệ tinh SPOT- 6 ñược phóng lên quỹ ñạo, nét nổi bật của vệ tinh này là ñộ phân giải ñạt tới 1,5 m ở kênh toàn sắc

Bảng 2.1 Giới thiệu tổng hợp về các thông số của thếG hệ ảnh SPOT

SPOT

Tên bộ cảm

Số Kênh

ðộ phân giải (m)

Các kênh ña phổ

XS (Multispictral) SPOT

1, 2, 3

HRV (High Resolution Visible)

3

20 x 20

Lục, ñỏ, gần hồng ngoại

XI (Multispictral) SPOT 4

HRVIR (High Resolution Visible and InfraRed)

4 20 x 20

Lục, ñỏ, gần hồng ngoại, hồng ngoại trung bình

M ( Monospectral) SPOT 4 HRVIR 1 10 x 10 ðỏ

(Panchromatic and

Multispictral merging)

hồng ngoại trung bình

HI (Multispictral

InfraRed High) SPOT 5

HRG (High Resolution Geometric) 4 10 x 10

Lục, ñỏ, gần hồng ngoại, hồng ngoại trung bình

HX (Multispictral

High Resolution) SPOT 5 HRG 3 10 x 10

Lục, ñỏ, gần hồng ngoại

THR ( Very High

2,5 x 2,5** Toàn sắc

* Chỉ riêng kênh B2 (=M) có ñộ phân giải 10m Các kênh còn lại ñược lấy mẫu lại từ 20 ñến 10m

** ðiểm mặt ñất – kích thước của THR ñược lấy mẫu lại ðộ phân giải nhỏ hơn 3m

Ảnh SPOT ñược sủ dụng chủ yếu trong các lĩnh vực ño vẽ mới và hiệu chỉnh bản ñồ ñịa hình; thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất; và theo dõi biến ñộng môi trường như mất rừng, xói mòn, phát triển ñô thị v.v Ảnh SPOT-6 có

ñộ phân giải cao, ñặc biệt ảnh ñộ phân giải 1,5m mở ra triển vọng của nhiều ứng dụng mà trước ñây chỉ có thể thực hiện với ảnh hàng không như thành lập bản ñồ tỉ lệ lớn, quy hoạch ñô thị, quản lý hiểm họa và thiên tai

Bảng 2.2: ðộ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 ñến 6

Vệ tinh

SPOT Kênh Phổ Bước sóng Phổ ñiện từ

ðộ phân giải

SPOT 1, 2, 3 Kênh 1 0,5 - 0,59 µm Xanh lục 20m SPOT 1, 2, 3 Kênh 2 0,61 - 0,68 µm ðỏ 20m SPOT 1, 2, 3 Kênh 3 0,79 - 0,89 µm Gần hồng ngoại 20m SPOT 4,5 Kênh 4 1,58 - 1,75 µm Toàn sắc 10m SPOT 5 Kênh 1 0,5 - 0,59 µm Xanh lục 10m SPOT 5 Kênh 2 0,61 - 0,68 µm ðỏ 10m SPOT 5 Kênh 3 0,79 - 0,89 µm Gần hồng ngoại 10m SPOT 1, 2, 3 Kênh Toàn sắc 0,51 - 0,73 µm Toàn sắc 10m SPOT 4 Kênh Toàn sắc 0,49 - 0,73 µm Toàn sắc 10m SPOT 5 Kênh Toàn sắc 0,49 - 0,73 µm Toàn sắc 5m SPOT 5 Kênh Toàn sắc 0,49 - 0,73 µm Toàn sắc 2,5m SPOT 6 Kênh Toàn sắc 0,49 - 0,73 µm Toàn sắc 1,5m

2.2.4 Hệ thống vệ tinh Quickbird

QuickBird ñược phóng lên vũ trụ vào ngày 18 tháng 10 năm 2001 là hệ

tạo ảnh vệ tinh thứ hai sau IKONOS cho ra ảnh có ñộ phân giải cao so với ảnh chụp photos Nó cho ra khả năng cao về ñộ phân giải Kênh toàn sắc có ñộ phân giải là 0.61 m và ñộ phân giải của các kênh ña phổ là 2.44 m QuickBird cho ảnh ñộ phân giải 0,7 m ghép kênh toàn sắc tổ hợp với kênh hồng ngoại Khả năng lưu trữ trên vệ tinh và ñộ rộng của ñường quét lớn Khoảng hẹp nhất của nó là 64 km2 và ñộ rộng nhất là 10000 km2

Vệ tinh ñược ñịnh vị ở ñộ cao quĩ ñạo là 450 km với góc nghiêng quĩ ñạo

là 97.20 , ñồng bộ mặt trời Các ñặc tính của vệ tinh QuickBird ñược trình bày ở bảng 1.3

Vệ tinh QuickBird của công ty Digital Globe cung cấp dải quét rộng nhất, khả năng lưu trữ trong lớn nhất và ñộ phân giải cao nhất trong tất cả các loại vệ tinh thương mại hiện hành Vệ tinh Quickbird có khả năng thu nhận trên 75 triệu km2 dữ liệu hình ảnh mỗi năm ( lớn hơn 3 lần diện tích vùng Bắc Mỹ ), cho phép Công ty Digital Globe có thể chụp và cập nhật các dữ liệu lưu trữ của Công ty với tốc ñộ cao chưa từng có trước ñây Vệ tinh Quickbird ñã và ñang nhanh chóng trở thành sự lựa chọn tốt nhất cho việc sử dụng ảnh vệ tinh phân giải cao cho mục ñích thành lập bản ñồ

Hình 2.6: Vệ tinh QUICKBIRD

Từ khi phóng thành công vệ tinh Quickbird Digital Globe và có thể thu nhận ñược dữ liệu, ảnh Quickbird nhanh chóng ñược nghiên cứu sử dụng trong công tác hiệu chỉnh và thành lập bản ñồ tỷ lệ lớn khu ñô thị

Bảng 2.3: Các ñặc ñiểm của QUICKBIRD

CÁC ðẶC ðIỂM CỦA QUICKBIRD

Thiết bị phóng Boeing Delta II

ðịa ñiểm phóng Vandenberg Air For Base, California

Góc nghiêng quỹ ñạo 97.20 , ñồng bộ mặt trời

Thời gian hoàn thành 1 quỹ ñạo 93.5’

Thời gian lặp lại một vị trí 1 - 3.5 ngày phụ thuộc vĩ ñộ (300 tính từ ñiểm

thiên ñế)

ðộ rộng dải quét 16.5km x 16.5km Tại ñiểm thiên ñế

ðộ chính xác tính theo hệ mét 23m mặt phẳng ( theo tiêu chuẩn CE90)

ðộ phân giải Ảnh ñen trắng : 61cm (tại ñiểm thiên ñế) -

72cm (250 tính từ ñiểm thiên ñế) Ảnh ña phổ : 2.44m - 2.88m tương ứng Các băng ảnh ðen trắng (Pan) : 450 - 900 nm

Lam (blue) : 450 - 520 nm Lục (green) : 520 - 600 nm

ðỏ (red) : 630 - 690 nm Cận hồng ngoại(NIR) : 760 -900 nm

2.2.5 Một số ứng dụng của Viễn thám

- Ứng dụng trong nghiên cứu môi trường:

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

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

do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục;

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

Hình 2.8 Phát hiện ô nhiễm môi trường không khí bằng ảnh vệ tinh SPOT

Hình 2.7:

Hình ảnh vệ tinh VNREDSAT

Việt Nam phóng lên quỹ ñạo vệ tinh

VNREDSAT vào 5/5 năm 2013 mở ñầu

kỷ nguyên quan sát trái ñất của nước ta

Vệ tinh này có 4 kênh ña phổ ñộ phân

giải 10 mét và kênh toàn sắc ñộ phân

giải 2,5mét

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

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

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

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

- Ứng dụng trong nghiên cứu thực vật rừng:

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

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

là khi giải ựoán về các loại thực vật, thổ nhưỡng Tuỳ thuộc vào bước sóng ựiện

từ phản xạ hay bức xạ từ các vật thể sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu sắc khác nhau

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

sự tương tác giữa các bức xạ ựiện từ và vật thể, ựiều này cho phép viễn thám có thể xác ựịnh hoặc phân tắch ựược ựặc ựiểm của lớp phủ thông qua việc ựo

Hình 2.9 Phổ phản xạ của thực vật, ñất và nước

- Ứng dụng trong nghiên cứu thuỷ văn:

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

Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể ñem lại nhiều thông tin trực tiếp và gián tiếp

về các nguồn nước mặt cũng như nước ngầm Các thông tin về chất lượng nước

và về nước ngầm cũng cần ñược nghiên cứu áp dụng, khai thác từ ảnh vệ tinh Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, giám sát tài nguyên nước là một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất

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

ñồ biến ñộng lòng sông ở các tỉ lệ khác nhau, từ 1:100 000 ñến 1:25 000 cho hệ thống sông Cửu Long, một số sông ở miền Trung và sông Hồng Ảnh vệ tinh hiện nay có khả năng sử dụng ñể ñiều tra giám sát chất lượng nước như ñộ mặn, mức ñộ ô nhiễm do chất thải công nghiệp và ñể ñiều tra, quản lí tổng hợp các lưu vực sông

Về mặt nước ngầm, các nhà ñịa chất - thuỷ văn ñã tiến hành một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với các phương pháp truyền thống ñể ñiều tra, thành lập bản ñồ nước ngầm Một trong những công trình ñầu tiên về mặt này ở nước ta là bản ñồ nước ngầm Tây Nguyên tỉ lệ 1: 250 000 ñược thành lập trong khuôn khổ chương trình ñiều 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 x185 km đến 11 km x 11 km Tư liệu viễn thám cĩ độ phân giải cao từ 0,5m cho đến 80m cho nên thỏa mãn các nhu cầu thành lập các loại bản đồ chuyên đề ở tỷ lệ khác nhau Phần lớn tư liệu viễn thám đều ở dạng số cho nên việc lưu trữ, khai thác, phân tích chúng rất dễ dàng Các đặc trưng của tư liệu viễn thám như tính

đa thời gian, đa phổ, đặc trưng cấu trúc và các chỉ số như NDVI … giúp ích rất nhiều trong việc giải đốn tự động trên máy tính để thành lập bản đồ chuyên đề

một cách nhanh chĩng, chính xác

Ở nước ta, cơng nghệ viễn thám và hệ thơng tin địa lý đã được ứng dụng trong cơng tác thành lập bản đồ HTSDð, nghiên cứu biến động sử dụng đất

và đã bước đầu đã thu được những kết quả đáng khích lệ

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

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

- Tư liệu ảnh Landsat TM, Spot và Mapsat:

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

+ Ảnh Spot cĩ 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: Cĩ thể dùng để thành lập bản đồ tỷ lệ

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

- bản ñồ Tiếp sau ñó ảnh radar ñược sử dụng thành lập bản ñồ vùng Nam Mỹ

và thu ñược những thành tựu rất lớn Các sản phẩm bản ñồ ñược thành lập từ ảnh Radar ở tỷ lệ 1/250.000 ñược sử dụng phổ biến trong thực tế cho nên tư liệu ảnh Radar ñược xem là những tư liệu bổ sung cho việc thành lập bản ñồ tỷ

lệ nhỏ và trung bình

ðể ñáp ứng nhu cầu về tư liệu viễn thám, nước ta ñã có một số trạm thu ảnh vệ tinh khí tượng và ảnh vệ tinh quang học Cùng với việc ứng dụng công nghệ viễn thám, công tác nghiên cứu triển khai phát triển phần mềm, chế tạo thiết bị cũng như xây dựng quy trình công nghệ xử lý và sử dụng ảnh vệ tinh ñã ñược tiến hành ở một số cơ quan Những công trình này có ý nghĩa thúc ñẩy sự phát triển công nghệ viễn thám ở nước ta, song kết quả thu ñược còn ở mức ñộ

khiêm tốn

2.2.6 Hệ thống thông tin ñịa lý

2.2.6.1 Khái quát chung về GIS

Hình 8: Cấu trúc của GIS

3

Ch−¬ng trinh phÇn mÒm

-C¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi:

+M¸y quÐt, Bµn sè ho¸,

Hình 2.10: Cấu trúc của GIS

Công nghệ Hệ thông tin ñịa lý (GIS) ñã ñược nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam từ những thập kỉ cuối của thế kỉ XX và ñạt ñược những kết quả ñáng trân trọng vào những năm từ 1995 ñến nay Khái niệm Hệ thông tin ñịa lý (GIS) ñã ñược nhiều nhà khoa học có uy tín trên thế giới và các nhà khoa học Việt Nam ñề cập ñến Song, xuất phát từ những mục ñích nghiên cứu, ứng dụng khác nhau, từ những ñối tượng nghiên cứu khác nhau; xuất phát từ những giai ñoạn phát triển khác nhau, các nhà khoa học ñã có những ñịnh nghĩa khác nhau Tuy nhiên, thông qua những công trình khoa học ñã ñược công bố và các báo cáo khoa học tại các Hội nghị, hội thảo khoa học Quốc tế và khu vực về Hệ thông tin ðịa lý và các lĩnh vực ứng dụng, các kết quả ứng dụng trong những năm gần ñây, có thể hiểu một cách chung nhất về cấu trúc của Hệ thông tin ðịa

lý có các thành phần cơ bản sau:

a Hệ thống thiết bị phần cứng (gồm các máy tính ñiện tử và các thiết bị ngoại vi) ñể tìm kiếm, truy nhập và xuất dữ liệu phục vụ các mục ñích sử dụng khác nhau

b Các chương trình phần mềm hệ thống và phần mềm quản trị dữ liệu (dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian, ñồ hoạ), các chương trình phần mềm chuyên dụng ñể thực hiện các chức năng xử lí các thông tin ðịa lí, tính toán số liệu, cập nhật thông tin, thiết lập cơ sở dữ liệu ðịa lý, thành lập bản ñồ số, hình thành mối liên kết không gian giữa các dữ liệu, hiển thị và xuất dữ liệu dưới các thể loại khác nhau

c Cơ sở dữ liệu ðịa lý Bao gồm toàn bộ các dữ liệu có liên quan ñến mục tiêu và nội dung nghiên cứu ðịa lý, tài nguyên và môi trường ñược cấu trúc theo những nguyên tắc của lí thuyết Hệ thống và cơ sở lý luận truyền thống của Khoa học ðịa lý

d Trước hết là hệ thống chuyên gia – ñội ngũ những nhà nghiên cứu, bao gồm các chuyên gia về Công nghệ thông tin, chuyên gia ðịa lý và các Khoa học về Trái ðất, chuyên gia về thiết bị phần cứng, chuyên gia về hoạch ñịnh

e Hệ thống phương pháp luận và các phương pháp nghiên cứu, bao gồm các phương pháp truyền thống của khoa học ðịa lý và các Khoa học có liên quan; các phương pháp và công nghệ hiện ñại ñể ñạt tới mục tiêu, mục ñích nghiên cứu

Năm thành phần này gắn bó hữu cơ với nhau, không thể thiếu phần nào

và chúng không thể tách rời nhau Thiếu một trong những thành phần nói trên, thì Hệ thông tin ðịa lý không còn là một hệ thống hoàn chỉnh

Từ những khái niệm Hệ thông tin ðịa lý ñã ñược các nhà khoa học trong và ngoài nước ñịnh nghĩa, dựa trên những ñặc thù của các ñối tượng nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu của Khoa học ðịa lý, PGS.TS Nguyễn Trần Cầu và TS Phạm Quang Vinh - Viện ðịa lý - Viện KH&CN Việt nam ñã ñưa ra một cách hiểu về Hệ thông tin ðịa lý như sau:

Hệ thông tin ðịa lý là một hệ thống liên hợp, ñược sử dụng ñể thu nhận, truy nhập, xử lý, lưu trữ, tính toán, phân tích, tra cứu, hiển thị và cập nhật các thông tin ðịa lý, xác ñịnh các mối quan hệ và tương tác giữa chúng làm cơ sở cho việc ñưa ra những quyết ñịnh hay các giải pháp cho các vấn ñề thực tiễn về khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường, những vấn ñề phát triển kinh tế - xã hội, hoặc các lĩnh vực khoa học khác nhau Chúng bao gồm những thông tin thuộc tính, những thông tin hình học (ñồ hoạ) và thông tin không gian, ñược tích hợp và liên kết với nhau dưới dạng các bản ñồ số (Digital maps) cùng với các thông tin bổ trợ, ñược quản lý và khai thác bằng các công cụ phần cứng và các chương trình phần mềm tin học Những thông tin này ñược thể hiện dưới nhiều dạng thức như các bài viết, biểu bảng, bản ñồ (bao gồm các bản ñồ số hoặc bản ñồ dạng ảnh số), hình ảnh tĩnh, hình ảnh ñộng và âm thanh ñược tích hợp trong một hệ thống thống nhất

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

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 ñiểm của hai loại tư liệu viễn thám và GIS, ñồng thời tìm

cách hạn chế các yếu ñiểm của hai loại tư liệu này ðây là một công nghệ tiên tiến thường ñược sử dụng trong công tác thành lập và hiện chỉnh bản ñồ trong những năm gần ñây[7]

b Khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và GIS

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

- Dữ liệu viễn thám ñược xử lý và lưu trữ dưới dạng cấu trúc raster: Hai mô hình dữ liệu vector và raster thường ñược sử dụng trong GIS ñể lưu trữ dữ liệu không gian, do ñó việc tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS rất dễ dàng thực hiện Ví dụ, lớp thông tin chuyên ñề về chỉ số thực vật (NDVI) sẽ là nguồn cung cấp thông tin phong phú cho lớp thực phủ của GIS Ngược lại, lớp

dữ liệu về danh giới, ñộ cao… ñược lưu trong GIS sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc phân loại và xử lý ảnh

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

Với công nghệ hiện nay, các phần mềm GIS ñều có module chuyển ñổi

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

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

Sự tương ñồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS ñó là trong thực

tế cả hai kỹ thuật này ñều xử lý dữ liệu không gian và có thể thành lập bản ñồ

số ðiều này cho thấy yêu cầu dữ liệu trên cùng khu vực sẽ có cùng tọa 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 tọa ñộ và cao ñộ thống nhất Do ñó, tính hiệu quả trong

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

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

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

lý dữ liệu địa lý để nâng cao hiệu năng trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu khơng gian Người sử dụng cĩ thể chuyển đổi qua lại giữa hai định dạng vector

và raster hoặc phối hợp chúng trên cùng khu vực để thành lập các loại bản đồ chuyên đề

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

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

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

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

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

Nội dung bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất phải ñảm bảo phản ánh ñầy ñủ, trung thực hiện trạng sử dụng ñất tại thời ñiểm thành lập bản ñồ

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

Các phương pháp thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất, bao gồm:

a Phương pháp thành lập bản ñồ HTSDð bằng bản ñồ ñịa chính cơ sở

Quy trình thành lập bản ñồ HTSDð theo phương pháp sử dụng bản ñồ ñịa

chính hoặc bản ñồ ñịa chính cơ sở ñược thực hiện thực hiện theo các bước:

Bước 1 Xây dựng Thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình:

- Khảo sát sơ bộ, thu thập, ñánh giá, phân loại tài liệu;

- Xây dựng Thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình

Bước 2 Công tác chuẩn bị:

- Thành lập bản ñồ nền từ bản ñồ ñịa chính hoặc bản ñồ ñịa chính cơ sở;

- Nhân sao bản ñồ nền, bản ñồ ñịa chính hoặc bản ñồ ñịa chính cơ sở;

- Lập kế hoạch chi tiết;

- Vạch tuyến khảo sát thực ñịa

Bước 3 Công tác ngoại nghiệp:

- ðiều tra, ñối soát, bổ sung, chỉnh lý các yếu tố nội dung cơ sở ñịa lý lên bản ñồ nền;

- ðiều tra, khoanh vẽ, chỉnh lý, bổ sung các yếu tố nội dung hiện trạng sử dụng ñất lên bản sao bản ñồ ñịa chính hoặc bản sao bản ñồ chính cơ sở

Bước 4 Biên tập tổng hợp:

- Kiểm tra, tu chỉnh kết quả ñiều tra, bổ sung, chỉnh lý ngoài thực ñịa;

- Chuyển các yếu tố nội dung hiện trạng sử dụng ñất từ bản ñồ ñịa chính, hoặc bản ñồ ñịa chính cơ sở lên bản ñồ nền;

- Tổng quát hoá các nội dung bản ñồ;

- Biên tập, trình bày bản ñồ

Bước 5 Hoàn thiện và in bản ñồ:

- Kiểm tra kết quả thành lập bản ñồ;

- Viết thuyết minh thành lập bản ựồ

Bước 6 Kiểm tra, nghiệm thu:

- Kiểm tra, nghiệm thu;

- đóng gói và giao nộp sản phẩm

b Phương pháp thành lập bản ựồ HTSDđ bằng tư liệu viễn thám

Khoảng 10 năm trở lại ựây tư liệu viễn thám ựã trở thành một phương tiện kỹ thuật hiện ựại ựược áp dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, ựặc biệt là trong công tác thành lập bản ựồ HTSDđ bởi những ưu thế vốn có của nó mà những nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu truyền thống không thể có ựược như:

- Khả năng cập nhật thông tin,

- Tắnh chất ựa thời gian của tư liệu,

- Tắnh chất phong phú của thông tin ựa phổ với các dải phổ ngày càng ựược mở rộng,

- Tắnh chất ựa dạng của nhiều tầng, nhiều dạng thông tin ảnh hàng không, ảnh chụp vũ trụ,

- Tắnh ựa dạng của tư liệu: Băng từ, phim, ảnh, ựĩa từ

- Sự kết hợp của thông tin viễn thám với hệ thống thông tin ựịa lý,Ầ

Từ những ưu ựiểm ựó mà việc lựa chọn thuật toán thắch hợp trong việc

xử lý số liệu viễn thám ựể thành lập bản ựồ HTSDđ là một vấn ựề quan trọng Nếu thuật toán phân loại sử dụng hợp lý thì kết quả của việc phân loại sẽ chắnh xác và thời gian tiến hành nhanh, việc xử lý trở nên ựơn giản Ngược lại thuật toán phân loại sử dụng không hợp lý sẽ dẫn ựến bỏ sót, phân loại nhầm hoặc tốc ựộ phân loại chậm

Tuy nhiên phương pháp này cũng còn một số mặt hạn chế như:

- Nhiều dạng khác nhau của lớp phủ bề mặt có thể không ựược phân biệt trên ảnh, ựể giải ựoán ựược ta phải có sự hỗ trợ của các tư liệu khác;

- Thông tin theo chiều cao có giá trị ựể phân loại những ựối tượng sử dụng ựất thường bị mất ựi hoặc không rõ nét;

- Ở những khu vực ựã có bản ựồ thành lập ở chu kỳ trước, việc áp dụng