Ứng dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao để thành lập bản đồ đất ngập nước tỷ lệ 1:10.000 vùng Đồng Tháp Mười

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 3. Nội dung nghiên cứu 1 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. Kết cấu của đồ án 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tổng quan về công nghệ viễn thám 4 1.1.1. Khái niệm về viễn thám 4 1.1.2. Lịch sử phát triển của viễn thám 4 1.1.3. Nguyên lý hoạt động 8 1.1.4. Phân loại viễn thám 10 1.2. Tổng quan về đất ngập nước 13 1.2.1. Định nghĩa đất ngập nước 13 1.2.2. Ý nghĩa và chức năng của đất ngập nước 14 1.2.3. Những tính chất khác biệt của ĐNN 15 1.2.4. Các chức năng của ĐNN 15 1.2.5. Phân loại đất ngập nước 17 CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẤT NGẬP NƯỚC TỪ ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO 21 2.1. Một số đặc tính hình học của ảnh vệ tinh độ phân giải cao 21 2.1.1. Đặc tính hình học 21 2.1.2. Sai số méo hình của ảnh vệ tinh 21 2.1.3. Khái niệm về độ phân giải của ảnh vệ tinh 23 2.2. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 24 2.2.1. Một số khái niệm đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 24 2.2.2. Một số yếu tố chính ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 31 2.3. Phương pháp phân loại đối tượng trên ảnh vệ tinh 33 2.3.1. Khái niệm phân loại trên ảnh vệ tinh 33 2.3.2. Phương pháp phân loại có kiểm định 34 2.3.3. Phương pháp phân loại phi kiểm định 34 2.4. Phương pháp phân loại lớp phủ trên ảnh vệ tinh 35 2.4.1. Quy trình phương pháp phân loại có kiểm định. 35 2.4.2. Đặc điểm của giai đoạn lấy mẫu. 35 2.5. Quy trình thành lập bản đồ đất ngập nước từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao 37 2.5.1. Quy trình thành lập bản đồ ĐNN từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao 37 2.5.2. Phân tích quy trình thành lập bản đồ ĐNN từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao 39 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẤT NGẬP NƯỚC TỶ LỆ 1:10.000 VÙNG ĐỒNG THÁP MƯỜI 40 3.1. Đặc điểm khu vực nghiên cứu 40 3.1.1. Phạm vi nghiên cứu 40 3.1.2. Đặc điểm địa lý khu vực nghiên cứu 40 3.2. Tài liệu sử dụng 43 3.3. Các phần mềm sử dụng trong xây dựng CSDL ĐNN huyện Tam Nông 44 3.4. Xây dựng bản đồ đất ngập nước huyện Tam Nông Đồng Tháp Mười 44 3.4.1. Yêu cầu về CSDL bản đồ đất ngập nước 44 3.4.2. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ đất ngập nước 48 3.4.3. Thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu 49 3.5. Kết quả thực nghiệm 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

Em xin chân thành cảm ơn, các thầy cô giáo trong trường Đại học TàiNguyên và Môi Trường đã dạy dỗ, truyền đạt lại kiến thức cho em trong suốt 4 nămtrên ghế nhà trường Để em có được vốn kiến thức làm nền tảng cho quá trìnhnghiên cứu đồ án cũng như trong các công tác sau này

Cuối cùng em kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và thành công trọng

sự nghiệp cao quý

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2016

Sinh viên

Lê Thanh Tùng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Kết cấu của đồ án 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về công nghệ viễn thám 4

1.1.1 Khái niệm về viễn thám 4

1.1.2 Lịch sử phát triển của viễn thám 4

1.1.3 Nguyên lý hoạt động 8

1.1.4 Phân loại viễn thám 10

1.2 Tổng quan về đất ngập nước 13

1.2.1 Định nghĩa đất ngập nước 13

1.2.2 Ý nghĩa và chức năng của đất ngập nước 14

1.2.3 Những tính chất khác biệt của ĐNN 15

1.2.4 Các chức năng của ĐNN 15

1.2.5 Phân loại đất ngập nước 17

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẤT NGẬP NƯỚC TỪ ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO 21

2.1 Một số đặc tính hình học của ảnh vệ tinh độ phân giải cao 21

2.1.1 Đặc tính hình học 21

2.1.2 Sai số méo hình của ảnh vệ tinh 21

2.1.3 Khái niệm về độ phân giải của ảnh vệ tinh 23

2.2 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 24

2.2.1 Một số khái niệm đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 24

2.2.2 Một số yếu tố chính ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 31

2.3 Phương pháp phân loại đối tượng trên ảnh vệ tinh 33

2.3.1 Khái niệm phân loại trên ảnh vệ tinh 33

2.3.2 Phương pháp phân loại có kiểm định 34

2.3.3 Phương pháp phân loại phi kiểm định 34

2.4 Phương pháp phân loại lớp phủ trên ảnh vệ tinh 35

2.4.1 Quy trình phương pháp phân loại có kiểm định. 35

2.4.2 Đặc điểm của giai đoạn lấy mẫu. 35

2.5 Quy trình thành lập bản đồ đất ngập nước từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

37 2.5.1 Quy trình thành lập bản đồ ĐNN từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao 37

2.5.2 Phân tích quy trình thành lập bản đồ ĐNN từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao 39

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẤT NGẬP NƯỚC TỶ LỆ 1:10.000 VÙNG ĐỒNG THÁP MƯỜI 40

3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 40

3.1.1 Phạm vi nghiên cứu 40

3.1.2 Đặc điểm địa lý khu vực nghiên cứu 40

3.2 Tài liệu sử dụng 43

3.3 Các phần mềm sử dụng trong xây dựng CSDL ĐNN huyện Tam Nông 44

3.4 Xây dựng bản đồ đất ngập nước huyện Tam Nông - Đồng Tháp Mười 44

3.4.1 Yêu cầu về CSDL bản đồ đất ngập nước 44

3.4.2 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ đất ngập nước 48

3.4.3 Thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu 49

3.5 Kết quả thực nghiệm 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện 6

Bảng 1.2 Dự thảo hệ thống phân loại đất ngập nước của Bộ TN & MT 19

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Nguyên lý hoạt động của ảnh viễn thám 8

Hình 1.2: Sơ đồ mô tả hai hệ thống viễn thám chủ động và bị động 10

Hình 1.3: Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo cực gần (phải) 11

Hình 1.4: Vệ tinh quỹ đạo cực 12

Hình 1.5: Vệ tinh địa tĩnh 12

Hình 2.1: Nguyên tắc quét ảnh dạng chổi quét 21

Hình 2.2: Méo hình do các nguồn sai số trong của bộ cảm biến 22

Hình 2.3: Méo hình do các nguồn sai số ngoài của bộ cảm biến 22

Hình 2.4: Sự phân bố các dải sóng trong quang phổ điện từ 23

Hình 2.5: Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 24

Hình 2.6: Các dạng tương tác khi tín hiệu vệ tinh chiếu tới bề mặt trái đất25 Hình 2.7: Đặc tính phản xạ phổ của đối tượng thực vật 26

Hình 2.8: Phản xạ quang phổ của thảm thực vật, đất và nước 27

Hình 2.9: Đồ thị phản xạ phổ của lá cây 28

Hình 2.10: Đường cong phản xạ phổ khác nhau các loại cây xanh 29

Hình 2.11: Đồ thị phản xạ phổ của nước 30

Hình 2.12: Phân loại trên ảnh vệ tinh 33

Hình 2.13: Quy trình phân loại có kiểm định trên ảnh vệ tinh 35

Hình 2.14: Quy trình thành lập bản đồ ĐNN từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao 38

Hình 3.1: Mô hình cấu trúc CSDL đất ngập nước huyện Tam Nông 50

Hình 3.2: Tạo Personal Geodatabase 58

Hình 3.3: Tạo feature dataset 59

Hình 3.4: Các lớp thông tin 59

Hình 3.5: Tạo các feature class tương ứng 60

Hình 3.6: Tạo các trường thông tin thuộc tính cho các lớp dữ liệu 60

Hình 3.7: Biên tập, tách lớp dữ liệu trên Microstation 61

Hình 3.8: Biển tập dữ liệu trên ArcMap 62

Hình 3.9: Nhập thông tin vào các trường thuộc tính trên ArcMap 62

Hình 3.10: Sửa lỗi tương quan về không gian trên ArcMap 63

Hình 3.11: Bản đồ đất ngập nước vùng Đồng Tháp Mười 64

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là nước nhiệt đới, gió mùa, có nhiều vùng đất ngập nước có diệntích rộng lớn và phong phú Các vùng đất ngập nước đóng một vai trò quan trọngđối với sinh kế người dân địa phương và phát triển Tuy nhiên, việc quản lý đấtngập nước tại Việt Nam hiện vẫn đang đối mặt với rất nhiều thách thức Quá trìnhchuyển đổi sang nền kinh tế thị trường dưới chính sách đổi mới đã đem lại tăngtrưởng kinh tế cao từ 7 đến 8% trong 5 năm đầu tiên của thế kỷ XXI cùng với tưnhân hóa và những thay đổi lớn về quyền sở hữu Việt Nam phải đối mặt với nhữngthách thức lớn về vấn đề môi trường do hậu quả của khai thác quá mức, quản lý yếukém các nguồn tài nguyên thiên nhiên và sức ép của toàn cầu hóa Những thay đổi

về xã hội, sinh thái, kinh tế và thể chế đã làm cho các hệ thống sinh kế các vùng đấtngập nước ngày càng phức tạp và dễ bị tổn thương Do đó, em đã chọn đề tài “Ứngdụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao để thành lập bản đồ đất ngập nước tỷ lệ 1:10.000vùng Đồng Tháp Mười” nhằm mục tiêu nghiên cứu các hệ thống đất ngập nước tạiViệt Nam và có những giải pháp quản lý phát triển bền vững Thành lập bản đồ đấtngập nước tại khu vực Đồng Tháp Mười với tỷ lệ 1:10.000 phục vụ cho các cơ quanquản lý có được thông tin chính xác, nhanh chóng, từ đó có các giải pháp để bảo vệ,quản lý và phát triển hệ sinh thái ĐNN vùng Đồng Tháp Mười

2 Mục đích nghiên cứu

Thành lập bản đồ đất ngập nước tỷ lệ 1:10.000 vùng Đồng Tháp Mười bằngảnh vệ tinh độ phân giải cao

3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về phương pháp viễn thám và các khái niệm về các vùng đất ngập nước trong và ngoài nước

Quy trình thành lập bản đồ đất ngập nước: sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao tại hai thời điểm là mùa mưa và mùa khô để thành lập bản đồ đất ngậpnước

Thực nghiệm thành lập bản đồ đất ngập nước vùng Đồng Tháp Mười.

Đánh giá kết quả thực nghiệm

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp ứng dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ đất ngập nước

Phương pháp điều tra thực địa: Điều tra khảo sát đất vùng Đồng Tháp Mười

Phương pháp viễn thám : sử dụng ảnh viễn thám để giải đoán, xác định các khu vực đất ngập nước thể hiện trên bản đồ

Phương pháp bản đồ : Phương pháp đo vẽ và thành lập bản đồ tỷ lệ

Chương 1: Tổng quan về nội dung nghiên cứu

1.1 Tổng quan về công nghệ viễn thám

1.2 Tổng quan về đất ngập nước

Chương 2: Quy trình thành lập bản đồ đất ngập nước từ ảnh vệ tinh

độ phân giải cao

2.1 Một số đặc tính hình học của ảnh vệ tinh độ phân giải cao

2.2 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

2.3 Phương pháp phân loại đối tượng trên ảnh vệ tinh

2.4 Phương pháp phân loại lớp phủ trên ảnh vệ tinh

2.5 Quy trình thành lập bản đồ đất ngập nước từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao

Chương 3: Thực nghiệm thành lập bản đồ đất ngập nước tỷ lệ 1:10.000 vùng Đồng Tháp Mười

3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu

3.2 Tài liệu sử dụng

3.3 Các phần mềm sử dụng trong xây dựng CSDL ĐNN huyện Tam Nông3.4 Xây dựng bản đồ đất ngập nước huyện Tam Nông - Đồng Tháp Mười3.5 Kết quả thực nghiệm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về công nghệ viễn thám

1.1.1 Khái niệm về viễn thám

Theo nghĩa rộng, viễn thám là môn khoa học nghiên cứu việc đo đạc, thuthập thông tin về một đối tượng, sự vật bằng cách sử dụng thiết bị đo qua tác độngmột cách gián tiếp (ví dụ như qua các bước sóng ánh sáng) với đối tượng nghiêncứu

1.1.2 Lịch sử phát triển của viễn thám

Viễn thám là một khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập kỷgần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số, bắt đầu được thu nhận từ các

vệ tinh trên quĩ đạo của trái đất vào năm 1960 Tuy nhiên, viễn thám có lịch sử pháttriển lâu đời, bắt đầu bằng việc chụp ảnh sử dụng phim và giấy ảnh Từ thể kỷ XIX,vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đã đưa ra báo cáo công trình nghiêncứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt tráiđất từ khinh khí cầu, được thực hiện vào năm 1858 do Gaspard Felix Tournachon -nhà nhiếp ảnh người Pháp Tác giả đã sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m,chụp ảnh vùng Bievre, Pháp Một trong những bức ảnh tiếp theo chụp bề mặt tráiđất từ khinh khí cầu là ảnh vùng Bostom của tác giả James Wallace Black, 1860

Việc ra đời của ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh sự phát triển mạnh mẽngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim và giấy ảnh, là các nguyênliệu nhạy cảm với ánh sáng (photo) Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiệncho nghiên cứu mặt đất bằng các ảnh chụp chồng phủ kế tiếp nhau và cho khả năngnhìn ảnh nổi (stereo) Khả năng đó giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọcthông tin từ ảnh có hiệu quả cao Một ngành chụp ảnh, được thực hiện trên cácphương tiện hàng không như máy bay, khinh khí cầu và tàu lượn hoặc một phươngtiện trên không khác, gọi là ngành chụp ảnh hàng không Các ảnh thu được từ ngànhchụp ảnh hàng không gọi là không ảnh Bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bay, đượcthực hiện vào năm 1910, do Wilbur Wright, một nhà nhiếp ảnh người Ý, bằng việcthu nhận ảnh di động trên vùng gần Centoceli thuộc nước Ý (bảng 1-1)

Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu củacông nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự Công nghệ chụp ảnh từ máybay đã kéo theo nhiều người hoạt động trong lĩnh vực này, đặc biệt trong việc làmảnh và đo đạc ảnh Những năm sau đó, các thiết kế khác nhau về các loại máy chụpảnh được phát triển mạnh mẽ Đồng thời, nghệ thuật giải đoán không ảnh và đo đạc

từ ảnh đã phát triển mạnh, là cơ sở hình thành một ngành khoa học mới là đo đạcảnh (photogrametry) Đây là ngành ứng dụng thực tế trong việc đo đạc chính xáccác đối tượng từ dữ liệu ảnh chụp Yêu cầu trên đòi hỏi việc phát triển các thiết bịchính xác cao, đáp ứng cho việc phân tích không ảnh Trong chiến tranh thế giới thứhai (1939 -1945) không ảnh đã dùng chủ yếu cho mục đích quân sự Trong thời kỳnày, ngoài việc phát triển công nghệ radar, còn đánh dấu bởi sự phát triển ảnh chụp

sử dụng phổ hồng ngoại Các bức ảnh thu được từ nguồn năng lượng nhân tạo làradar, đã được sử dụng rộng rãi trong quân sự

Các ảnh chụp với kênh phổ hồng ngoại cho ra khả năng triết lọc thông tinnhiều hơn Ảnh mầu, chụp bằng máy ảnh, đã được dùng trong chiến tranh thế giớithứ hai Việc chạy đua vào vũ trụ giữa Liên Xô cũ và Hoa Kỳ đã thúc đẩy việcnghiên cứu trái đất bằng viễn thám với các phương tiện kỹ thuật hiện đại Các trungtâm nghiên cứu mặt đất được ra đời, như cơ quan vũ trụ châu Âu ESA (AeropianRemote sensing Agency), Chương trình Vũ trụ NASA (Nationmal Aeromautics andSpace Administration) Mỹ

Ngoài các thống kê ở trên, có thể kể đến các chương trình nghiên cứu trái đấtbằng viễn thám tại các nước như Canada, Nhật, Pháp, Ấn Độ và Trung Quốc Bứcảnh đầu tiên, chụp về trái đất từ vũ trụ, được cung cấp từ tàu Explorer-6 vào năm

1959 Tiếp theo là chương trình vũ trụ Mercury (1960), cho ra các sản phẩm ảnhchụp từ quỹ đạo trái đất có chất lượng cao, ảnh màu có kích thước 70mm, đượcchụp từ một máy tự động Vệ tinh khí tượng đầu tiên (TIR0S-1), được phóng lênquĩ đạo trái đất vào tháng 4 năm 1960, mở đầu cho việc quan sát và dự báo khítượng Vệ tinh khí tượng NOAA, đã hoạt động từ sau năm 1972, cho ra dữ liệu ảnh

có độ phân giải thời gian cao nhất, đánh dấu cho việc nghiên cứu khí tượng trái đất

từ vũ trụ một cách tổng thể và cập nhật từng ngày

Bảng 1.1 Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện

Xây dựng học thuyết về phổ điện từChụp ảnh từ máy bay

Giải đoán từ không trungPhát triển ngành chụp và đo ảnh hàng khôngPhát triển kỹ thuật radar (Đức, Mỹ, Anh)Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bayXác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấyNghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự

Liên xô phóng tàu vũ trụ có người lái và chụp ảnh trái đất từ ngoài

vũ trụ

Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám

Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1Phát triển mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số

Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh LandsatPháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo

Phát triển bộ cảm thu đa phổ, tăng dải phổ và kênh phổ,tăng độ phân giải bộ bộ cảm Phát triển nhiều kỹ thuậ

Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên cứu vũtrụ, phục vụ cho nghiên cứu trái đất và các hành tinh và quyển khí Các ảnh chụpnổi (stereo), thực hiện theo phương đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh Gemini(1965), đã thể hiện ưu thế của công việc nghiên cứu trái đất Tiếp theo, tầu Apolocho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thước ảnh 70mm, chụp về trái đất,

đã cho ra các thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất Ngành hàngkhông vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu Trái Đất từ vũ trụ

Việc nghiên cứu trái đất đã được thực hiện trên các con tàu vũ trụ có người nhưSoyuz, các tàu Meteor và Cosmos (từ năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừngSalyut Sản phẩm thu được là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân giảicao, như MSU-E (trên Meteor - priroda) Các bức ảnh chụp từ vệ tinh Cosmos códải phổ nằm trên 5 kênh khác nhau, với kích thước ảnh 18 x 18cm Ngoài ra, cácảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140, MKF-6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6kênh ảnh thuộc dải phổ 0.40 đến 0.89μm Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20m Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20

x 20m

Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS(sau đổi tên là Landsat-1), là các vệ tinhthế hệ mới hơn như Landsat-2, Landsat-3, Landsat-4 và Landsat-5 Ngay từ đầu,ERTS-1 mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và bộcảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau Ngoài các vệ tinhLandsat-2, Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là SKYLAB (1973) và HCMM(1978) Từ 1982, các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM-4

và Landsat TM-5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt Điềunày tạo nên một ưu thế mới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau.Ngày nay, ảnh vệ tinh chuyên đề từ Landsat-7 đã được phổ biến với giá rẻ hơn cácảnh vệ tinh Landsat TM-5, cho phép người sử dụng ngày càng có điều kiện để tiếpcận với phương pháp nghiên cứu môi trường qua các dữ liệu vệ tinh

Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các thế hệSPOT-1, SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5, đã đưa ra sản phẩm ảnh số thuộchai kiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ 10 x 10mđến 2,5 x 2,5m, và đa kênh SPOT- XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênhthuộc dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x 20m Đặc tính của ảnh

vệ tinh SPOT là cho ra các cặp ảnh phủ chồng cho phép nhìn đối tượng nổi (stereo)trong không gian ba chiều Điều này giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất đạtkết quả cao, nhất là trong việc phân tích các yếu tố địa hình Các ảnh vệ tinh củaNhật, như MOS-1, phục vụ cho quan sát biển (Marine Observation Satellite) Côngnghệ thu ảnh vệ tinh cũng được thực hiện trên các vệ tinh của Ấn Độ IRS-1A, tạo racác ảnh vệ tinh như LISS thuộc nhiều hệ khác nhau

Trong nghiên cứu môi trường và khí hậu trái đất, các ảnh vệ tinh NOAA có độ phủlớn và có sự lặp lại hàng ngày, đã cho phép nghiên cứu các hiện tượng khí hậu xảy

ra trong quyển khí như nhiệt độ, áp suất nhiệt đới hoặc dự báo bão

Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất bằng viễn thám được đẩy mạnh do

áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới với việc sử dụng các ảnh radar Viễn thámradar tích cực, thu nhận ảnh bằng việc phát sóng dài siêu tần và thu tia phản hồi,cho phép thực hiện các nghiên cứu độc lập, không phụ thuộc vào mây Sóng radar

có đặc tính xuyên qua mây, lớp đất mỏng và thực vật và là nguồn sóng nhân tạo,nên nó có khả năng hoạt động cả ngày và đêm, không phụ thuộc vào nguồn nănglượng mặt trời Các bức ảnh tạo nên bởi hệ radar kiểu SLAR được ghi nhận đầu tiêntrên bộ cảm Seasat Đặc tính của sóng radar là thu tia phản hồi từ nguồn phát vớigóc xiên rất đa dạng Sóng này hết sức nhạy cảm với độ ghồ ghề của bề mặt vật,được chùm tia radar phát tới, vì vậy nó được ứng dụng cho nghiên cứu cấu trúc mộtkhu vực nào đó

Công nghệ máy tính ngày nay đã phát triển mạnh mẽ cùng với các sản phẩm phầnmềm chuyên dụng, tạo điều kiện cho phân tích ảnh vệ tinh dạng số hoặc ảnh radar.Thời đại bùng nổ của Internet, công nghệ tin học với kỹ thuật xử lý ảnh số, kết hợpvới Hệ thông tin Địa lý (GIS), cho khả năng nghiên cứu trái đất bằng viễn thámngày càng thuận lợi và đạt hiệu quả cao hơn

1.1.3 Nguyên lý hoạt động

Hình 1.1: Nguyên lý hoạt động của ảnh viễn thám

Nguồn năng lượng chính sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời Sóng

điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu

về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thểtương ứng với năng lượng bức xạ ở từng bước sóng đã xác định Đo lường vàphân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách cácthông tin hữu ích về từng loại lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức

xạ điện từ và vật thể

Nguồn năng lượng hay là nguồn chiếu sáng (A) – yêu cầu trước tiên đối

với một hệ thống viễn thám là phải có nguồn năng lượng để chiếu sáng, cung cấpnăng lượng điện từ cho đối tượng trên mặt đất

Sự bức xạ và khí quyển (B) – khi sóng điện từ phát ra từ nguồn năng lượng

đi tới đối tượng, sóng điện từ sẽ tương tác với khí quyển Sự tương tác này diễn rangay cả khi năng lượng điện từ phản xạ từ đối tượng trở lại Sensor

Tương tác với các đối tượng trên mặt đất (C) – ngoài sự tương tác với khí

quyển, sóng điện từ còn tương tác với các đối tượng trên mặt đất Sự tương tác nàyphụ thuộc vào đặc tính của đối tượng cũng như đặc tính của sóng điện từ

Thu nhận năng lượng bởi các bộ cảm biến (Sensor) (D) – Thiết bị dùng để

cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến(Sensor) Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét Sau khi nănglượng điện từ bị tán xạ hoặc hấp thụ bởi đối tượng, đòi hỏi phải có một Sensor đểthu nhận phần năng lượng mà đối tượng phản xạ trở lại

Truyền, thu và xử lý dữ liệu (E) – năng lượng thu bởi Sensor sẽ được truyền

tới trạm thu và xử lý để nhận được ảnh

Giải đoán và phân tích (F) - ảnh được giải đoán và phân tích bằng mắt hoặc

kỹ thuật số, chiết tách thông tin về đối tượng

Ứng dụng (G) – nguồn thông tin phong phú về đối tượng được chiết tách từ

ảnh được ứng dụng vào nhiều mục đích, giúp giải quyết các vấn đề thực tế

1.1.4 Phân loại viễn thám

a) Phân loại theo nguồn tín hiệu

Có hai loại viễn thám chính là viễn thám thụ động và viễn thám chủ động.

Hình 1.2: Sơ đồ mô tả hai hệ thống viễn thám chủ động và bị động

Các cảm biến thụ động thu nhận các bức xạ tự nhiên được phát ra hoặc đượcphản xạ từ vật thể hoặc khu vực xung quanh Phản xạ ánh sáng mặt trời là một nguồnphổ biến nhất mà các cảm biến thụ động thu nhận Ví dụ, các cảm biến viễn thám thụđộng như phim trong nhiếp ảnh hồng ngoại, thiết bị tích hợp sạt và máy đo sóng radio.Thu nhận dữ liệu chủ động là ghi nhận các bước sóng điện từ do những nguồn chủđộng phát ra, chúng đi đến đối tượng rồi phản xạ lại sau đó cảm biến thu nhận tín hiệu.RADAR và LiDAR là những ví dụ về cảm biến chủ động trong khi đó có thời gian trễgiữa lúc phát ra và thu nhận sóng điện từ trong quá trình đo đạc để xác định vị trí, vậntốc và phương hướng di chuyển của một đối tượng

Cảm biến viễn thám: Cảm biến là các thiết bị tạo ra ảnh về sự phân bố nănglượng phản xạ hay phát xạ của các vật thể từ mặt đất theo những phần nhất định củaquang phổ điện từ

Việc phân loại các cảm biến dựa theo dải sóng thu nhận, chức năng hoạtđộng, cũng có thể phân loại theo kết cấu

Cảm biến chia ra là cảm biến chủ động và cảm biến bị động Cảm biến bị động thu nhận bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát xạ từ nguồn phát tự nhiên là

Mặt Trời Cảm biến chủ động lại thu năng lượng do vật thể phản xạ từ một nguồn

cung cấp nhân tạo

b) Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo.

Theo đặc điểm quỹ đạo viễn thám được chia ra thành hai loại chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực).

Hình 1.3: Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo cực gần (phải)

+Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của tráiđất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên

+Vệ tinh quỹ đạo cực hay gần cực là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuônggóc hoặc gần vuông góc so vói mặt phẳng xích đạo của trái đất Tốc độ quay của vệtinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thuảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu lặplại là cố định đối với 1 vệ tinh (ví dụ với vệ tinh LANDSAT là 18 ngày, SPOT là

26 ngày,….)

Hình 1.4: Vệ tinh quỹ đạo cực

Hình 1.5: Vệ tinh địa tĩnh

c) Phân loại theo dải sóng thu nhận

Theo bước sóng sử dụng, viễn thám có thể được phân ra thành 3 loại cơ bản:+Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

+Viễn thám hồng ngoại nhiệt

+Viễn thám siêu cao tần

Mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu đối với nhóm viễn thám trong dải sóngnhìn thấy và hồng ngoaị Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế ở0,5μm Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20m Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào

sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt Trái đất Các thông tin về vật thể được xácđịnh từ các phổ phản xạ

Mỗi vật thể ở nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức xạ có đỉnh tạibước sóng 10μm Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20m Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám hồng ngoại nhiệt dochính vật thể sản sinh ra

Viễn thám siêu cao tần sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ một đếnvài chục centimet Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần chủđộng được chủ động phát ra từ máy phát Kỹ thuật ra đa thuộc viễn thám siêu caotần chủ động Ra đa chủ động phát ra nguồn năng lượng tới các vật thể, sau đó thulại được những bức xạ, tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể

Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần bị động do chínhvật thể phát ra Bức xạ kế siêu cao tần là bộ cảm thu nhận và phân tích bức xạ siêucao tần của vật thể

1.2 Tổng quan về đất ngập nước

1.2.1 Định nghĩa đất ngập nước

Thuật ngữ Đất ngập nước được hiểu theo nhiều cách khác nhau, tùy theoquan điểm, người ta có thể chấp nhận các định nghĩa khác nhau Hiện nay có

khoảng trên 50 định nghĩa về ĐNN đang được sử dụng (Dugan, 1990).Các định

nghĩa về ĐNN có thể chia thành hai nhóm chính Một nhóm theo định nghĩa, nhómthứ hai theo định nghĩa hẹp

Các định nghĩa theo nghĩa rộng như định nghĩa của Công Ước Ramsar, định

nghĩa theo các chương trình điều tra ĐNN của Canada, New Zealand và Oxtraylia.

Theo Công ước Ramsar (năm 1971), ĐNN được định nghĩa như sau:

ĐNN được coi là các vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng nước dù là tự nhiênhay nhân tạo, ngập nước thường xuyên hoặc từng thời kì, là nước tĩnh hay nướcchảy, nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả vùng biển mà độ sâu mựcnước khi thủy triều ở mức thấp nhất không vượt quá 6m

Theo các nhà khoa học Oxtraylia: “ĐNN là những vùng đầm lầy, bãi lầy thanbùn, tự nhiên hoặc nhân tạo, thường xuyên, theo mùa hoặc theo chu kì, nước tĩnhhoặc nước chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn, bao gồm cả những bãi lầy vànhững khu Rừng ngập mặn lộ ra khi thủy triều xuống thấp”

Những định nghĩa trên theo nghĩa hẹp, nhìn chung đều xem ĐNN như đớichuyển tiếp sinh thái, những diện tích chuyển tiếp giữa môi trường trên cạn và ngậpnước, những nơi mà sự ngập nước của đất gây ra sự phát triển của một hệ thực vậtđặc trưng (Coward và cộng sự, 1979; Enny, 1985) Hiện nay, định nghĩa theo Côngước Ramsar là định nghĩa được nhiều người sử dụng

1.2.2 Ý nghĩa và chức năng của đất ngập nước

Đất ngập nước là hệ sinh thái quan trọng trên trái đất Hệ sinh thái này từ kỷcacbon đã sản sinh và dự trự nhiều nhiên liệu hoá thạch mà hiện loài người đang sửdụng ĐNN là nguồn tài nguyên quý giá có giá tại rất cao, là bồn chứa cacbon, nơibảo tồn gen và chuyển hoá các vật liệu hóa học, sinh học ĐNN đôi khi còn được

mô tả như “những quả thận của sinh cảnh” do chúng thực hiện các chu trình thuỷvăn và hoá học, là những nơi thu nhận ở hạ tầng các chất thải có nguồn gốc tự nhiên

và nhân sinh Chúng làm sạch nước ô nhiễm, ngăn ngừa ngập lụt, bảo vệ bờ biển vàtái nạp tầng chứa nước ngầm Thêm nữa, một vai trò rất quan trọng khác của đấtngập nước là cung cấp nơi cư trú cho nhiều loài động thực vật hoang dã

Một số chức năng chính của đất ngập nước có thể kể đến là:

- Cung cấp nước sinh hoạt: Đất ngập nước bao gồm cả các thủy vực nước

ngọt, chính là nguồn cung cấp nước cho nhu cầu sinh hoạt bảo đảm sự tồn tại vàphát triển của con người

- Vùng sản xuất quan trọng: Hệ thống đất ngập nước tự nhiên sản xuất một

loạt các thảm thực vật và các sản phẩm sinh thái khác có ý nghĩa kinh tế và thương mại

- Vùng sản xuất thủy sản: Những vùng đất ngập nước bao gồm cả vùng đất

ngập nước ngọt và đất ngập nước mặn sản xuất thủy sản cung cấp cho nhu cầu xãhội và xuất khẩu

- Chắn sóng chắn xói lở và ổn định bờ biển: Nhờ có đai rừng ngập nước ven

biển nên đã làm giảm động lực của sóng và thủy triều và hạn chế sự xói lở bờ biển

Có thể nói rằng không có công trình nào bảo vệ bờ biển chống xói lở tốt bằng đairừng ngập nước ven biển

- Chứa giá trị về đa dạng sinh học: Đất ngập nước là vùng có sự đa dạng

sinh học phong phú, bao gồm các loài thực vật, là nơi cư trú của loài chim định cư

và di cư và các hệ sinh vật thủy sinh

1.2.3 Những tính chất khác biệt của ĐNN

Những định nghĩa về ĐNN thường bao gồm 3 thành tố chính:

- ĐNN được phân biệt bởi sự hiện diện của nước

- ĐNN thường có những loại đất đồng nhất khác hẳn với những vùng đất cao

1.2.4 Các chức năng của ĐNN

a) Chức năng sinh thái của ĐNN

Nạp nước ngầm: Nước được thấm từ các ĐNN xuống các tầng ngập nướctrong lòng đất, nước được giữ ở đó và điều tiết dần thành dòng chảy bề mặt ở vùngĐNN khác cho con người sử dụng

Hạn chế ảnh hưởng lũ lụt: Bằng cách giữ và điều hòa lượng nước mưa như:

“bồn chứa” tự nhiên, giải phóng nước lũ từ từ, từ đó có thể làm giảm hoặc hạn chế

lũ lụt ở vùng hạ lưu

Ổn định khí hậu: Do chu trình trao đổi chất và nước trong các HST, nhờ lớpphủ thực vật của ĐNN, sự cân bằng O2 và CO2 trong khí quyển làm cho khí hậu địaphương được ổn định, đặc biệt là nhiệt độ và lượng mưa ổn định

Chống sóng, bão, ổn định bờ biển và chống xói mòn: Nhờ lớp phủ thực vật,đặc biệt là RNM ven biển, thảm cỏ có tác dụng làm giảm sức gió của bão và bàomòn đất của dòng chảy bề mặt

Xử lý nước, giữ lại cặn, chất độc : Vùng ĐNN được coi như “bể lọc” tựnhiên, có

tác dụng giữ lại các chất lắng đọng và chất độc (chất thải sinh hoạt và côngnghiệp)

Giữ lại chất dinh dưỡng: làm nguồn phân bón cho cây và thức ăn của cácsinh vật sống trong HST đó

Sản xuất sinh khối: Rất nhiều vùng ĐNN là nơi sản xuất và xuất khẩu sinhkhối làm nguồn thức ăn cho các sinh vật thủy sinh, các loài động vật hoang dã cũngnhư vật nuôi

Giao thông thủy: Hầu hết các sông, kênh rạch, các vùng hồ chứa nước lớn,vùng ngập lụt thường xuyên hay theo mùa đặc biệt vùng đồng bằng sông CửuLong, vận chuyển thủy đóng vai trog hết sức quan trọng trong đời sống cũng nhưphát triển của các cộng đồng dân cư địa phương

Giải trí, du lịch: Các khu bảo tồn ĐNN như Tràm Chim (Đồng Tháp) vàXuân Thủy (Nam Định), nhiều vùng cảnh quan đẹp như Bích Động và Vân Long(Ninh Bình), cũng như nhiều đầm phá ven biển miền Trung thu hút nhiều dukhách đến tham quan, giải trí

b) Chức năng kinh tế

Tài nguyên rừng: Các loài thực vật thường rất phong phú ở các vùng ĐNN,tạo nên nguồn tài nguyên thiên nhiên giàu có, có thể khai thác để phục vụ lợi ích

kinh tế Tài nguyên rừng cung cấp một loạt các sản phẩm quan trọng như gỗ, than,củi và các sản phẩm khác như nhựa, tinh dầu, dược liệu Nhiều vùng ĐNN rất giàuđộng vật hoang dã đặc biệt là các loài chim nước, cung cấp nhiều loại sản phẩm,trong đó nhiều loại có giá trị thương mại cao (da cá sấu, đồi mồi…)

Thủy sản: Các vùng ĐNN là môi trường sống và là nơi cung cấp thức ăn chocác loài thủy sản có giá trị kinh tế cao như cá, tôm, cua, động vật thân mềm

Sản phẩm nông nghiệp: Các ruộng lúa nước chuyên canh hoặc xen canh vớicác cây hoa màu khác dã tạo nên nhiều sản phẩm quan trọng khác của ĐNN

Cung cấp nước ngọt: Nhiều vùng ĐNN là nguồn cung cấp nước ngọt chosinh hoạt, tưới tiêu, cho chăn nuôi gia súc và sản xuất công nghiệp

1.2.5 Phân loại đất ngập nước

a) Phân loại đất ngập nước trên thế giới

- Phân loại đất ngập nước của Hoa Kỳ

Theo tài liệu [18] thì Hệ thống phân loại đất ngập Hoa Kỳ được phân rất chitiết, cụ thể, rõ ràng thành 5 hệ, 9 phụ hệ, 44 lớp và 152 phân lớp và được sử dụngtrong phân loại và kiểm kê đất ngập nước

- Phân loại đất ngập nước của Australia

Năm 2005, Cơ quan Bảo vệ Môi trường của bang Queensland và Bộ Bảo vệMôi trường và Di sản - Úc đã quy định tổng quan về khung phân loại đất ngập nướcbao gồm 2 nhóm chính: nhóm các yếu tố cảnh quan bao gồm hệ thống đường phânthuỷ, các lưu vực sông; nhóm các yếu tố về đất ngập nước như hệ sinh thái (gồm có

hệ sinh thái ven biển, cửa sông, ven sông, hồ và đầm lầy) và các yếu tố biến độngnhư chế độ thuỷ văn địa phương và sự thay đổi độ mặn của nước…

- Phân loại đất ngập nước của công ước Ramsar

Vào những năm đầu thập kỷ 70 của thế kỷ 20, Công ước Ramsar (1971) đãphân loại đất ngập nước thành 22 kiểu Năm 1994 đã chia các loại đất ngập nướcthành 3 nhóm chính là Nhóm đất ngập nước ven biển và biển có 11 loại hình; Nhómđất ngập nước nội địa có 16 loại và Nhóm đất ngập nước nhân tạo có 8 loại (tổngcộng Công ước đã chia thành 35 loại đất ngập nước) Năm 1997, các loại hình ĐNN

đã được xem xét lại và chia thành 40 kiểu khác nhau Đến nay [19], công ước đãphân loại đất ngập nước thành 3 nhóm chính là Đất ngập nước ven biển và biển với

12 loại hình, Đất ngập nước nội địa với 20 loại và Đất ngập nước nhân tạo có 10loại hình Như vậy, hệ thống phân loại hiện tại của Ramsar có 3 nhóm với 42 loạihình đất ngập nước

b) Phân loại đất ngập nước ở Việt Nam

Ở Việt Nam, việc phân loại ĐNN được khởi xướng và áp dụng vào năm1989; đến nay, đã có một số công trình nghiên cứu và áp dụng về phân loại ĐNNcủa Việt Nam Các công trình này dựa chủ yếu vào hệ thống phân loại của Côngước Ramsar và chỉ dừng lại ở mức nêu ra những vùng ĐNN mà chưa hoặc ít đưa racác yếu tố để “xác định ranh giới” cũng như “phân biệt” giữa các loại hình ĐNN

- Phân loại đất ngập nước của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

Năm 2002, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn kết hợp với Bộ Khoahọc, Công nghệ và Môi trường (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã thực hiện

đề tài “Xây dựng hệ thống phân loại đất ngập nước Việt Nam tương thích với bản

đồ đất ngập nước tỷ lệ 1:1.000.000” Theo đó, hệ thống phân loại đất ngập nướcViệt Nam gồm 4 bậc: 2 Hệ thống (1 Đất ngập nước mặn, 2 Đất ngập nước ngọt), 6

Hệ thống phụ (1 Đất ngập nước mặn ven biển, 2 Đất ngập nước mặn cửa sông, 3.Đất ngập nước mặn đầm phá, 4 Đất ngập nước ngọt thuộc sông, 5 Đất ngập nướcngọt thuộc hồ, 6 Đất ngập nước ngọt thuộc đầm), 12 Lớp (1 Đất ngập nước mặnven biển thường xuyên, 2 Đất ngập nước mặn ven biển không thường xuyên, 3 Đấtngập nước mặn cửa sông thường xuyên, 4 Đất ngập nước mặn cửa sông khôngthường xuyên, 5 Đất ngập nước mặn đầm phá thường xuyên, 6 Đất ngập nước mặnđầm phá không thường xuyên, 7 Đất ngập nước ngọt thuộc sông thường xuyên, 8.Đất ngập nước ngọt thuộc sông không thường xuyên, 9 Đất ngập nước ngọt thuộc

hồ thường xuyên, 10 Đất ngập nước ngọt thuộc hồ không thường xuyên, 11 Đấtngập nước ngọt thuộc đầm thường xuyên, 12 Đất ngập nước ngọt thuộc đầm khôngthường xuyên), và 69 Lớp phụ phân chia theo yếu tố thực vật và hiện trạng sử dụng đất

Việc phân chia quá nhỏ (69 kiểu) vừa khó thể hiện trên bản đồ lại vừa khó

“ổn định” cho một số năm nên việc quản lý thông qua bản đồ sẽ gặp khó do diệntích này thay đồi thường ngày

- Phân loại đất ngập nước của Bộ Tài nguyên và Môi trường (TN & MT)

Đất ngập nước ở Việt Nam được phân thành 4 cấp gồm 2 hệ, 2 phụ hệ trongmỗi hệ, 2 lớp trong mỗi phụ hệ và 32 kiểu

Bảng 1.2 Dự thảo hệ thống phân loại đất ngập nước của Bộ TN & MT

1 Vùng biển có độ sâu dưới 6m khi triều kiệt Vb

13 Karst và hệ thống thủy văn ngầm biển và venbiển

18 Sông, suối (S) có nước thường xuyên Stx

20 Suối/điểm nước nóng, nước khoáng Snn

23 Vùng ngập nước có cây lớn chiếm ưu thế Vcl

24 Vùng ngập nước có cây bụi chiếm ưu thế Vcb

25 Đầm, bãi lầy, đồng cỏ, lác/lách Đbl

26 Karst và hệ thống thủy văn ngầm nội địa Knđ

nhân

tạo

TX

27 Vùng nuôi trồng thủy sản nước ngọt Vnc

28 Sông đào, kênh, mương, rạch Sđ

29 Hồ, ao chứa nước nhân tạo Hnt

30 Vùng chứa, xử lý nước thải VxlKTX 31 Vùng canh tác nông nghiệp 32 Moong khai thác khoáng sản MktVct

Về cơ bản, hệ thống phân loại đất ngập nước này (bảng 1.3) được xem là phùhợp với điều kiện Việt Nam, đảm bảo tính ổn định cao, rất thuận tiện cho việc thểhiện trên bản đồ phân loại đất ngập nước

Từ việc phân tích hệ thống phân loại đất ngập nước ở các nước, có thể nhậnthấy phương pháp phân loại ở mỗi nước là khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm đấtngập nước của mỗi quốc gia và mục đích của việc quản lý, không thể có một khuônmẫu phân loại chung cho tất cả mọi vùng đất ngập nước trên toàn cầu Do đó, mỗiquốc gia sẽ chọn lựa một phương pháp phân loại đất ngập nước làm sao cho phùhợp với đặc điểm cụ thể về đất ngập nước của mình và thuận tiện cho việc quản lýbền vững đất ngập nước

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐẤT NGẬP NƯỚC TỪ

ẢNH VỆ TINH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

2.1 Một số đặc tính hình học của ảnh vệ tinh độ phân giải cao

2.1.1 Đặc tính hình học

Vệ tinh có ảnh độ phân giải cao (ĐPGC) thường sử dụng bộ cảm biến vớiloại máy quét là chổi quét (whiskbroom) và chổi đẩy (pushbroom):

Hình 2.1: Nguyên tắc quét ảnh dạng chổi quét 2.1.2 Sai số méo hình của ảnh vệ tinh

Từ những nghiên cứu ở trên cho ta thấy, hình ảnh được tạo ra (được quét)một cách liên tục theo sự chuyển động của vệ tinh nên có thể gọi đó là ảnh động.Hơn nữa, hình ảnh cũng bị méo hình do sự không ổn định của chuyển động của vệtinh do các thay đổi của các góc định hướng, hoặc do quỹ đạo bay bị sai lệch Tất cảcác ảnh hưởng này gây nên méo hình đáng kể về các kích thước lớn hơn rất nhiềulần kích thước một pixel

Nguyên nhân gây ra sai số méo hình trên ảnh vệ tinh bao gồm:

- Do bản thân đầu thu chụp ảnh;

- Do chuyển động của vệ tinh và sự sai lệch quỹ đạo, sự thay đổi tốc độ trênquỹ đạo;

- Do việc ghi liên tục vị trí trên quỹ đạo và của các góc nghiêng xiên của vệtinh;

- Do chuyển động xoay của Trái đất trong quá trình thu chụp ảnh, do độcong của Trái đất cũng như địa hình mặt đất;

- Do ảnh hưởng chiết quang của khí quyển;

- Do phép chiếu bản đồ cần thành lập của ảnh được hiệu chỉnh.

Hình 2.2: Méo hình do các nguồn sai số trong của bộ cảm biến

Hình 2.3: Méo hình do các nguồn sai số ngoài của bộ cảm biến

Từ những phân tích trên cho ta thấy: Các nguồn sai số gây méo hình này cóthể chia thành 2 nhóm chính đó là:

- Sai số nội tại của bộ cảm biến thu chụp;

- Sai số do tác động bên ngoài

Việc định hướng các bộ cảm biến thu chụp ảnh vệ tinh cũng chính là hiệu chỉnhhình học ảnh vệ tinh nhằm khử các sai số này (việc khử sai số méo hình do ảnh hưởngcủa chênh cao địa hình cần có thêm sự tham gia của mô hình số độ cao)

2.1.3 Khái niệm về độ phân giải của ảnh vệ tinh

Độ phân giải không gian - kích thước pixel

Độ phân giải không gian của bộ cảm biến, hay kích thước của một đặc trưngnhỏ nhất có thể phân biệt được sẽ quyết định tính chi tiết rõ ràng trên một tấm ảnh

Độ phân giải không gian của hệ thống bộ cảm biến thụ động phụ thuộc chủ yếu vàotrường nhìn tức thời của chúng (Instantaneous Field of View) Trường nhìn tức thời

là góc hình nón của trường nhìn của bộ cảm biến, và xác định một vùng trên bề mặtTrái đất được quan sát từ một độ cao xác định tại một thời điểm cụ thể

Độ phân giải phổ: Độ phân giải phổ là biên độ của các băng phổ (khoảng

bước sóng của phổ điện từ) mà một bộ cảm biến có thể phân biệt Độ phân giải phổcàng cao thì thông tin thu thập từ đối tượng càng chi tiết và phong phú

Hình 2.4: Sự phân bố các dải sóng trong quang phổ điện từ

Độ phân giải bức xạ: Độ phân giải bức xạ liên quan đến số lượng dữ liệu

mà ảnh có thể ghi nhận để giải thích lượng thông tin thu nhận từ bộ cảm Ảnh có độphân giải bức xạ càng cao thì thông tin thu nhận càng nhiều

Độ phân giải thời gian (temporal resolution): là khoảng thời gian ngắn nhất

mà các hệ thống viễn thám có thể chụp lặp lại các đối tượng trên bề mặt trái Vì thế

độ phân giải thời gian tuyệt đối của một hệ thống viễn thám để thu chụp ảnh cùngmột khu vực chính xác ở cùng một góc chụp lần thứ hai tương đương như một chu

kỳ Tuy nhiên, vì một vài mức độ phủ trong đường quét của các quỹ đạo liền kề đốivới hầu hết các vệ tinh và sự tăng độ phủ khi vùng chụp có vĩ độ tăng dần mà một

số vùng của trái đất có khuynh hướng được chụp lặp nhiều hơn Do đó, độ phân giảithời gian thực tế của một bộ cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố khác nhaunhư khả năng vệ tinh, khả năng của bộ cảm biến, độ phủ đường quét, giá trị vĩ độ

2.2 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

2.2.1 Một số khái niệm đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Những sóng điện từ không bị hấp thụ hoặc tán xạ bởi khí quyển sẽ tương tácvới bề mặt trái đất

Hình 2.5: Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Có 3 dạng tương tác xảy ra khi đập vào bề mặt hoặc được chiếu tới bề mặttrái đất bao gồm: dạng hấp thụ năng lượng (A), thấu quang năng lượng (T) và dạng

phản xạ năng lượng (R) Tổng toàn bộ năng lượng tới bề mặt trái đất sẽ tương tácvới bề mặt theo 1 hoặc nhiều dạng trong 3 dạng kể trên Tỷ lệ tương ứng của mỗidạng sẽ phụ thuộc vào bước sóng của năng lượng tới và cấu trúc cũng như điều kiệncủa bản thân vật thể.

Hình 2.6: Các dạng tương tác khi tín hiệu vệ tinh chiếu tới bề mặt trái đất

Năng lượng bức xạ sẽ chuyển đổi thành ba dạng khác nhau như trên Giả

sử coi năng lượng ban đầu bức xạ là Eo thì khi chiếu xuống các đối tượng nó sẽchuyển thành năng lượng phản xạ EP, hấp thụ E và thấu quang E Có thể mô tả quátrình trên theo công thức:

E o  E P  E   E

(1.1)Hiện tượng hấp thụ (A) xuất hiện khi sóng điện từ (năng lượng) bị hập thụbởi đối tượng Trong khi đó hiện tượng thấu quang (T) xuất hiện khi sóng điện từ đixuyên qua vật thể Hiện tượng phản xạ (R) xảy ra khi sóng điện từ bật khỏi vật thể

và bị phản xạ Trong viễn thám, chúng ta chủ yếu quan tâm và đo sóng điện từ phản

xạ từ vật thể Chúng ta có hai loại phản xạ, đó là phản xạ toàn phần và phản xạkhuếch tán

Khi bề mặt đối tượng tiếp nhận năng lượng chiếu tới, phụ thuộc vào cấu trúccác thành phần, cấu tạo vật chất hoặc điều kiện chiếu sáng mà các thành phần EP,

E, E sẽ có những giá trị khác nhau đối với các đối tượng khác nhau Phụ thuộc vàocấu trúc bề mặt của đối tượng, năng lượng phản xạ phổ có thể phản xạ toàn phần,phản xạ một phần, không phản xạ về một hướng hoặc phản xạ một phần có địnhhướng

Các dạng phản xạ từ các bề mặt như trên cần được lưu ý khi đoán đọc điều

vẽ các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay nhất là khi xử lý hình ảnh thiếu các thông số kỹ

thuật của thiết bị sử dụng, các phản chụp, điều kiện chụp ảnh, vì những yếu tố này

có vai trò nhất định trong việc đoán đọc ảnh

Năng lượng chiếu tới đối tượng được phản xạ không những phụ thuộc vàocấu trúc bề mặt đối tượng mà còn phụ thuộc vào bước sóng của năng lượng chiếutới Do vậy mà trên ảnh ta thấy hình ảnh đối tượng do ghi nhận được khả năng phản

xạ phổ của các bước sóng khác nhau sẽ khác nhau

Các hệ thống viễn thám chủ yếu ghi nhận năng lượng phản xạ phổ nên côngthức (1.1) có thể viết lại:

E P  E o  E   E (1.2)

Năng lượng phản xạ bằng tổng năng lượng bức xạ trừ năng lượng hấp thụ vànăng lượng thấu quang

Để nghiên cứu sự phụ thuộc của năng lượng phản xạ phổ vào bước sóng điện

từ ta đưa khái niệm khả năng phản xạ phổ Khả năng phản xạ phổ r của bước sóngđược định nghĩa bằng công thức:

 

EP r

Eo



a) Đặc tính phản xạ phổ của đối tượng thực vật

Hãy nhìn vào hai ví dụ nghiên cứu bề mặt trái đất sử dụng năng lượng sóngnhìn thấy và sóng hồng ngoại

Hình 2.7: Đặc tính phản xạ phổ của đối tượng thực vật

Khả năng phản xạ phổ của thực vật thay đổi theo độ dài bước sóng.Trong lá cây có chất diệp lục hấp thụ rất mạnh sóng đỏ và sóng lục nhưng phản xạsóng xanh lá cây Lá xanh xuất hiện xanh nhất vào mùa hè khi trong lá cây có nhiềuchất diệp lục nhất Vào mùa thu, có ít chất diệp lục hơn mùa hè và vì thế sóng đỏ sẽphản xạ nhiều hơn Chính điều này đã làm cho lá cây xuất hiện màu đỏ và màu vàng(màu vàng là tổ hợp của sóng đỏ và sóng xanh lục) Từ đồ thị trên ta thấy khả năngphản xạ phổ của thực vật ở vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng đỏ là thấp Hai vùngsuy giảm khả năng phản xạ phổ này tượng ứng vơi hai dải sóng mà chất diệp lụchấp thụ ở hai dải sóng này, chất diệp lục hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, dovậy năng lượng phản xạ của lá cây không lớn

Hình 2.8: Phản xạ quang phổ của thảm thực vật, đất và nước

Cấu trúc bên trong của cây khỏe mạnh sẽ khuếch tán ở sóng cận hồng ngoại.Nếu mắt chúng ta nhạy cảm với sóng cận hồng ngoại, cây có thể phát sáng tới mắtchúng ta tại các bước sóng này Sự thật là, các nhà khoa học có thể sử dụng bướcsóng cận hồng ngoại để xác định tình trạng của cây đang khỏe hay đang yếu Vùnghồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu lên khả năng phản xạ phổ của lá cây là hàm lượng

nước trong lá Khả năng hấp thụ năng lượng mạnh nhất ở các bước sóng: 1,4; 1,9;2,7 m Bước sóng 2,7 m hấp thụ mạnh nhất gọi là dải sóng cộng hưởng hấp thụ, ở đây

sự hấp thụ mạnh diễn ra đối với sóng trong khoảng từ 2,66 m ~ 2,73 m

Trên đồ thị cho thấy ở dải hồng ngoại khả năng phản xạ phổ của lá mạnhnhất ở bước sóng 1,6 m và 2,2 m – tương ứng với vùng ít hấp thụ của nước

Hình 2.9: Đồ thị phản xạ phổ của lá cây

Như vậy, khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật là khác nhau và đặctính 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

- ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá

là hàm lượng nước, ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thụ là cựcđại ảnh hưởng của các cấu trúc tế bào là ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản

xạ phổ là không lớn bằng hàm lượng nước trong lá

- Các loại cây khác nhau có đường cong phản xạ phổ khác nhau (Hình sau)

Hình 2.10: Đường cong phản xạ phổ khác nhau các loại cây xanh

b) Đặc tính phản xạ phổ của nước

Các bước sóng dài trong dải sóng nhìn thấy và sóng cận hồng ngoại hầu như

bị nước hấp thụ nhiều hơn là các bước sóng ngắn trong dải sóng nhìn thấy Vì vậy,