Ứng dụng viễn thám nghiên cứu quá trình đô thị hóa quận tây hồ, hà nội từ các bề mặt không thấm

Mục tiêu đề tài Phân tích quá trình đô thị hóa ở quận Tây Hồ, Hà Nội dựa trên cơ sở chiết tách cácthông tin đặc tính bề mặt không thấm, xác định hiện trạng cũng như biến động các bề mặtn

LỜI CẢM ƠN

Được sự phân công của Khoa Trắc địa Trường đại học Mỏ - Địa chất, sự

đồng ý của Giáo viên ThS Lê Thị Thu Hà sinh viên đã thực hiện đề tài “Ứng dụng viễn thám nghiên cứu quá trình đô thị hóa quận Tây Hồ, Hà Nội từ các bề mặt không thấm”

Trong suốt quá trình thự hiện đề tài sinh viên xin chân thành cảm ơn sự giúp

đỡ của các cán bộ thuộc phòng Công nghệ Viễn thám, GIS & GPS thuộc viện Côngnghệ vũ trụ Việt Nam

Xin chân thành cảm ơn Giáo viên hướng dẫn ThS Lê Thị Thu Hà, cùng cácthầy cô trong Bộ môn trắc địa Mỏ đã giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình học tậpcũng như thời gian thực hiện đồ án

Mặc dù sinh viên đã cố gắng thực hiện đồ án một cách hoàn chỉnh nhấtnhưng do thời gian thực hiện có hạn, hạn chế trong việc tiếp cận với thực tế sảnxuất cũng như hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm chuyên môn nên khôngthể tránh khỏi những thiếu sót nhất định Sinh viên rất mong nhận được sự đóng gópcủa quý Thầy, Cô giáo và các bạn sinh viên để đồ án của tôi hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2015

Sinh viên

Trịnh Thị Kim Thoa

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM TRONG KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ HÀ NỘI 4

1.1 Những vấn đề chung về bề mặt không thấm 4

1.1.1 Khái niệm, đặc điểm 4

1.1.2 Các nguyên nhân và ảnh hưởng của quá trình biến động bề mặt không thấm tới môi trường 5

1.2 Các phương pháp xác định bề mặt không thấm 10

1.2.1 Phương pháp đo đạc truyền thống 10

1.2.2 Phương pháp đo đạc trên ảnh hàng không 10

1.2.3 Phương pháp đo đạc trên ảnh viễn thám 11

1.3 Xu hướng gia tăng bề mặt không thấm quận Tây Hồ 12

1.3.1 Vị trí địa lý khu vực quận Tây Hồ 12

1.3.2 Tình hình kinh tế xã hội 12

1.3.3 Hiện trạng bề mặt không thấm 13

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 15

2.1 Tổng quan về viễn thấm 15

2.1.1 Định nghĩa 15

2.1.2 Cơ sở khoa học về viễn thấm 15

2.1.3 Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 17

2.1.4 Đặc điểm dữ liệu ảnh viễn thám 20

2.1.5 Một số vệ tinh viễn thám cơ bản 24

2.2 Ứng dụng tư liệu viễn thám trong xác định bề mặt không thấm………31

2.2.1 Phân loại bằng mắt 30

2.2.2 Phân loại ảnh vệ tinh bằng phương pháp xử lý số 34

2.2.3 So sánh hai phương pháp phân loại định hướng đối tượng và phân loại dựa trên pixel 38

2.3 Phân tích trắc lượng các loại lớp phủ bề mặt không thấm 39

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA QUẬN TÂY HỒ, HÀ NỘI TỪ CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM 42

3.1 Dữ liệu thực nghiệm 42

3.1.1 Tư liệu sử dụng 42

3.1.2 Đặc điểm của dữ liệu ảnh sử dụng 42

3.1.3 Dữ liệu khác 43

3.2 Xây dựng bảng chú giải 44

3.3 Quy trình nghiên cứu 45

3.3.1 Tiền xử lý ảnh 45

3.3.2 Phân loại ảnh 48

3.3.3 Kiểm tra độ chính xác phân loại ảnh vệ tinh 55

3.4 Xây dựng bản đồ hiện trạng bề mặt không thấm 60

3.5 Tính toán đặc điểm trắc lượng bề mặt không thấm quận Tây Hồ 63

3.6 Thành lập bản đồ biến động bề mặt không thấm 64

3.7 Xu hướng biến động bề mặt không thấm và quá trình đô thị hóa quận Tây Hồ giai đoạn 1999-2010 66

3.7.1 Đánh giá biến động bề mặt không thấm giai đoạn 1999-2010 66

3.7.2 Xu hướng biến động bề mặt không thấm và quá trình đô thị hóa quận Tây Hồ

67

3.7.3 Xu hướng biến đổi hình thái bề mặt không thấm quận Tây Hồ 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

SV: Trịnh Thị Kim Thoa Trắc địa Mỏ-Công trình

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình1.1: Sơ đồ các nguyên nhân chính làm biến động bề mặt không thấm 6

Hình1.2: Sơ đồ các ảnh hưởng của bề mặt không thấm đến môi trường đô thị 7

Hình1.3: Ranh giới quận Tây Hồ 12

Hình 2.1: Mô hình nguyên tắc hoạt động của viễn thám 16

Hình 2.2: Đường cong phản xạ phổ của các đối tượng 17

Hình 2.3: Cơ chế phản xạ phổ của đất 17

Hình 2.4: Đường cong phản xạ phổ của các đối tượng chính trong đô thị 18

Hình 2.5: Đường cong phản xạ phổ của thực vật 19

Hình 2.6: Độ phân giải không gian 21

Hình 2.7: Độ phân giải phổ 22

Hình 2.8: Phân giải thời gian 23

Hình 2.9: Phân giải bức xạ 23

Hình 2.10: Vệ tinh SPOT 24

Hình 2.11: Hình vệ tinh Landsat và ảnh chụp được 26

Hình 2.12: Vệ tinh QuickBird 27

Hình 2.13: Ảnh vệ tinh IKONOS 28

Hình 2.14: Kích thước và hình dạng của nhà là khác nhau: nhà ở, sân vận động, sân tennis, bụi cây… 31

Hình 2.15: Bóng của đối tượng 31

Hình 2.16: Độ đậm nhạt và màu sắc của: nước biển, nước hồ, rừng… 32

Hình 2.17: Cấu trúc mịn của nước biển và cỏ, cấu trúc thô của cây 32

Hình 2.18: Hình mẫu đều của nhà trong khu dân cư, hình mẫu không đều của cây trong công viên và dọc đường giao thông 33

Hình 2.19: Chiều cao, vị trí, sự kết hợp 33

Hình 2.20: Mạng phân cấp đối tượng ảnh 37

Hình3.1: Dữ liệu ảnh 4 năm: (a) Năm 1999; (b)Năm 2003; (c) Năm 2007; (d) Năm 2010 42

Hình3.2: Sơ đồ quy trình thực hiện 45

Hình3.3: Nắn chỉnh ảnh 46

Hình 3.4: Thao tác nắn ảnh 47

Hình 3.5: Ảnh đã cắt của khu vực 48

Hình 3.6: Độ tách biệt của mẫu 50

Hình 3.7: Kết quả phân loại ảnh 2003 bằng thuật toán Parallelepiped 50

Hình 3.8: Kết quả phân loại ảnh 2003 bằng thuật toán Mahalanobis distance 51

Hình 3.9: Kết quả phân loại ảnh 2003 bằng thuật toán Maximum likelihood 51

Hình 3.10: Kết quả phân loại ảnh 2003 bằng thuật toán Minimum distance 52

Hình 3.11: Phân mảnh ảnh 53

Hình 3.12: Bộ quy tắc để phân loại ảnh 54

Hình 3.13: Kết quả phân loại bằng phần mềm ecogniction 55

Hình 3.14: Sơ đồ vị trí các ô mẫu 55

Hình 3.15: Phiếu điều tra ngoài thực địa 56

Hình 3.17: Kết quả phân loại ảnh : (a) Năm 1999; (b)Năm 2003; (c) Năm 2007; (d) Năm 2010 59

Hình 3.18: Bản đồ hiện trạng bề mặt không thấm năm 1999 60

Hình 3.19: Bản đồ hiện trạng bề mặt không thấm năm 2003 61

Hình 3.20: Bản đồ hiện trạng bề mặt không thấm năm 2007 62

Hình 3.21: Bản đồ hiện trạng bề mặt không thấm năm 2010 63

Hình 3.22: Sơ đồ đánh giá biến động 65

Hình 3.23: Bản đồ biến động bề mặt không thấm giai đoạn 1999-2010 65

Hình 3.25: Biểu đồ biến động bề mặt không thấm qua các năm 67

Hình 3.26 : Biến thiên các chỉ số hình thái bề mặt không thấm của quận Tây Hồ 69

SV: Trịnh Thị Kim Thoa Trắc địa Mỏ-Công trình

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT 4 25

Bảng 2.2: Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT 5 25

Bảng 2.3: Một số thông số về các kênh phổ của ảnh Landsat TM, ETM, OLI 28

Bảng 2.4: Một số thông số các kênh phổ của ảnh IKONOS 28

Bảng 3.1: Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT4 43

Bảng 3.2: Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT 5 43

Bảng 3.3: Bộ mẫu sử dụng cho việc phân loại có kiểm định 44

Bảng 3.4: Bảng ma trận tương quan chéo: 58

Bảng 3.5: Bảng ma trận tương quan chéo: 58

Bảng 3.6: Bảng kết quả đánh giá độ chính xác kết quả phân loại 60

Bảng 3.7: Diện tích các loại lớp phủ được chiết xuất từ kết quả phân loại ảnh vệ tinh năm 1999 60

Bảng 3.8: Diện tích các loại lớp phủ được chiết xuất từ kết quả phân loại ảnh vệ tinh năm 2003 61

Bảng 3.9: Diện tích các loại lớp phủ được chiết xuất từ kết quả phân loại ảnh vệ tinh năm 2007 62

Bảng 3.10: Diện tích các loại lớp phủ được chiết xuất từ kết quả phân loại ảnh vệ tinh năm 2010 63

Bảng 3.11: Các chỉ số không gian dùng trong đồ án 64

Bảng 3.12: Ma trận biến động 66

Bảng 3.13: Biến động diện tích qua các năm 67

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển đi lên của xã hội, tốc độ đô thị hóa ngày càng mạnh mẽtiêu biểu tại các thành phố lớn của Việt Nam như: Hà Nội, Hồ Chí Minh…Thúc đẩy sựphát triển về kinh tế, xã hội cũng như nâng cao đời sống của mỗi người dân Nhưngđồng thời dưới tác động của đô thị hóa, môi trường đô thị cũng phải chịu nhiều áp lực

về mặt thay đổi sinh thái cảnh quan cũng như gia tăng các vấn đề ô nhiễm Tình trạng

bê tông hóa bề mặt đã tạo nên các mặt không thấm dẫn đến việc giảm và ngăn cản tốc

độ thấm nước của lớp bề mặt, làm cạn nguồn bổ xung nước dưới đất, tăng dòng chảytràn khiến ngập lụt thường xuyên xảy ra trong thành phố sau những cơn mưa lớn cũngnhư những bề mặt này hấp thụ nhiệt tốt khiến cho thành phố trở nên càng oi bức vàngột ngạt ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân Việc theo dõi và quản lý sự pháttriển đô thị luôn là vấn đề đặt ra cho các nhà quản lý và quy hoạch sao cho đô thị pháttriển theo hướng bền vững đảm bảo an sinh cho dân cư đô thị

Vấn đề đô thị và đô thị hóa đã được nghiên cứu từ lâu và hiện nay vẫn đượcnghiên cứu trên thế giới, riêng Việt Nam chỉ mới được tập trung nghiên cứu từ giữathập niên 90 Việc theo dõi các yếu tố biến động theo thời gian và không gian đô thịrất hữu ích cho các nhà quản lý và quy hoạch để vạch ra những chiến lược phát triển

đô thị thích hợp Phương pháp truyền thống dựa vào các số liệu thống kê và các tài liệulưu trữ trên giấy không thể cung cấp một cách đầy đủ và kịp thời để người dùng có thểphân tích trên bình diện rộng và trực quan Trong khi đó dữ liệu viễn thám với tínhchất đa thời gian, phủ trùm diện tích rộng, đã cho phép con người có thể cập nhậtthông tin, tiến hành nghiên cứu một cách nhanh chóng, hiệu quả, tiết kiệm được thờigian và công sức Hiện nay, phương pháp viễn thám ngày càng tỏ ra ưu thế bởi khảnăng cập nhật thông tin và phân tích biến động một cách nhanh chóng bằng việc sửdụng các phần mềm hỗ trợ chuyên dùng và dựa trên các phương pháp phân loại đốitượng Đặc biệt hiện nay việc đo đạc trắc lượng các đối tượng lớp phủ giúp chúng taxác định được cả những thay đổi về mặt cấu trúc cũng như hình thái của các đối tượng(sự thay đổi về không gian, thời gian của cấu trúc không gian) Hiện nay nhiều nhànghiên cứu đã dùng những chỉ số này để nghiên cứu quá trình đô thị hóa tại nhiềuthành phố

Trong những năm gần đây, mặt không thấm được biết đến như là chất chỉ thịmôi trường, là chìa khóa để nhận dạng quá trình đô thị hóa và cường độ phát triển đô

thị cũng như ứng dụng cho phát triển đô thị bền vững và quy hoạch nguồn tài nguyênthiên nhiên Khái niệm mới về đặc tính không thấm bổ xung cho sự hiểu biết về đô thịhóa truyền thống Chúng được xem như là biến cơ sở để phân tích đánh giá các vấn đề

về phát triển đô thị

Từ các lý do trên sinh viên đã lựa chọn đề tài: “Ứng dụng viễn thám nghiên cứu

quá trình đô thị hóa quận Tây Hồ, Hà Nội từ các bề mặt không thấm”.

2 Mục tiêu đề tài

Phân tích quá trình đô thị hóa ở quận Tây Hồ, Hà Nội dựa trên cơ sở chiết tách cácthông tin đặc tính bề mặt không thấm, xác định hiện trạng cũng như biến động các bề mặtnày từ ảnh vệ tinh bằng các phương pháp phân loại, đo đạc trắc lượng hình thái của cácđối tượng trên ảnh viễn thám

3 Nhiệm vụ của đề tài

- Thu thập dữ liệu khu vực quận Tây Hồ (vị trí địa lý, tình hình kinh tế xã hội,dân cư…)

- Thu thập tài liệu về bản đồ nền, ảnh viễn thám của khu vực quận Tây Hồ

- Tổng quan các vấn đề chung về bề mặt không thấm cũng như những tác độngcủa bề mặt không thấm tới môi trường đô thị

- Tổng quan về các phương pháp phân loại ảnh viễn thám hiện nay (đặc điểm,

ưu nhược điểm của từng phương pháp …)

- Thực nghiệm các phương pháp phân loại và kiểm chứng các kết quả phân loại

- Xây dựng được bản đồ hiện trạng của các bề mặt không thấm trong giai đoạn

Phạm vi thời gian: Từ năm 1999 đến năm 2010

5 Phương pháp nghiên cứu

Phân loại ảnh viễn thám bằng hai phương pháp: phân loại dựa trên pixel (sửdụng phần mềm Envi 4.8), phân loại định hướng đối tượng (sử dụng phần mềmeCognition 8.7)

Tích hợp các dữ liệu bản đồ, dữ liệu thống kê thu thập được giúp thành lập bản

đồ hiện trạng, biến động bề mặt không thấm giai đoạn 1999-2010

Phân tích trắc lượng hình thái, cấu trúc lớp phủ bề mặt bằng Patch Analysis 5(sử dụng phần mềm ArcGis 10).

Kiểm tra thực địa, đối chiếu với dữ liệu ảnh có độ chính xác cao hơn tại cùngthời điểm để kết quả thành lập bản đồ đạt độ chính xác cao

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Việc thực hiện đề tài nhằm kiểm chứng khả năng ưu việt củaphương pháp phân loại định hướng đối tượng trong nghiên cứu các đối tượng bề mặtkhông thấm trong không gian đô thị Chỉ ra vai trò của việc đo đạc trắc lượng lớp phủ

từ ảnh viễn thám trong nghiên cứu quá trình đô thị hóa

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả của đồ án cho ra những số liệu về hiện trạng các bềmặt không thấm, bản đồ các số liệu biến động bề mặt không thấm khu vực quận Tây

Hồ Đây là tài liệu hữu ích trong việc đánh giá quá trình đô thị hóa cũng như côngnghiệp hóa và cường độ phát triển đô thị giúp các nhà quản lý và quy hoạch có biệnpháp phù hợp cho phát triển đô thị bền vững và quy hoạch nguồn tài nguyên thiênnhiên một cách hợp lý

CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BỀ MẶT KHÔNG THẤM TRONG KHÔNG GIAN

ĐÔ THỊ HÀ NỘI 1.1 Những vấn đề chung về bề mặt không thấm

1.1.1 Khái niệm, đặc điểm

Tính không thấm nước (gọi tắt là tính không thấm) là đơn vị vật lý được đặctrưng bởi sự đóng kín bề mặt từ các vật liệu xây dựng và ngăn cản sự thẩm thấu nướcvào trong lòng đất (Barnes, Morgan và Roberge et al., 2001) Đây là yếu tố chỉ thị rấthữu ích dùng để tính tác động của phát triển đất đai lên cảnh quan, tính chất nàythường được thể hiện dưới các dạng bề mặt không thấm

Trong những năm gần đây, bề mặt không thấm được biết đến như là một chỉ sốchính để nhận dạng quá trình đô thị hóa và cường độ phát triển đô thị cũng như sự pháttriển đô thị bền vững và quy hoạch nguồn tài nguyên thiên nhiên Dưới đây là một sốkhái niệm định nghĩa về bề mặt không thấm

Theo Dougherty et al.,2004 : “Bề mặt không thấm nước bao gồm các mái củacác tòa nhà, đường phố đường cao tốc, vỉa hè, bãi đỗ xe mà nước không thể xâm nhập,trực tiếp ảnh hưởng đến lượng dòng chảy làm cho suối, hồ, ao và điểm bắt đầu ônhiễm và thẩm mỹ cảnh quan.”

“Bề mặt không thấm là bất kỳ bề mặt nào mà nước không thể xâm nhập vàođất, chẳng hạn như đường giao thông, đường lái xe vào, vỉa hè, bãi đậu xe, mái nhà.Trong những năm gần đây, bề mặt không thấm nước đã nổi lên không chỉ là một chỉ số

về mức độ đô thị hóa , mà còn là một chỉ số chính về chất lượng môi trường” theoArnold và Gibbons, 1996

“Là những bề mặt không cho nước xâm nhập vào đất, bề mặt không thấm chủyếu là các loại hình phục vụ cho giao thông (đường phố, đường cao tốc, bãi đỗ xe, vỉahè) Và mái của các tòa nhà đại diện cho sự phát triển của cảnh quan.” theo civco et.2002

Như vậy từ các định nghĩa trên ta có thể thấy bề mặt không thấm là các bề mặtcứng ngăn cản cũng như làm hạn chế sự xâm nhập của nước vào trong đất khiến chonước chảy tràn trên bề mặt với lượng rất lớn hoặc với tỷ lệ dòng chảy cao Các mặtkhông thấm là các mặt xây dựng như mái nhà, lối đi bộ, đường giao thông, bãi đỗ, kho

Quá trình đô thị hóa ở các thành phố thường liên quan đến các mặt không thấm,bởi vì chúng liên quan đến quá trình bê tông hóa bề mặt Các mặt không thấm đại diệncho quá trình phát triển của cảnh quan Nó bao gồm 2 thành phần chính là: bề mặt xâydựng hạ tầng mái nhà, nơi chúng ta đang sống, các công trình công cộng, cửa hàng,văn phòng làm việc và các hệ thống giao thông (đường bộ, vỉa hè, bãi đỗ xe) Hiện naydiện tích bề mặt không thấm từ các thành phần giao thông cao hơn hẳn so với diện tích

bề mặt không thấm từ các mái nhà Ví dụ: bề mặt không thấm liên quan đến giao thôngbao gồm 63-70% tổng diện tích không thấm tại cuộc khảo sát tại 11 khu dân cư,thương mại và sinh sống của nhiều hộ gia đình (City of Olympia,1994) Thực trạngnày được thấy rõ nhất trong các khu vực ngoại thành và thể hiện sức mạnh về nhu cầu

đi lại của người dân Trong hơn hai thập kỷ qua các thành phần vận tải ngày càng được

mở rộng

Xét về góc độ sử dụng đất, chúng liên quan với các kiểu thực phủ đô thị và biếnđộng thực phủ Do đó, mặt không thấm là tham số thích hợp cho việc xem xét quátrình đô thị hóa của một khu vực

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng ngưỡng giới hạn đối với sự ổn định củamột đô thị thuộc lưu vực sông và chất lượng môi trường sống ở khoảng 10% – 15%đặc tính không thấm trong toàn lưu vực và đã đề nghị sơ đồ phân loại ngưỡng 3 cấpcho tiềm năng chất lượng đô thị thuộc lưu vực dựa trên các mức độ của đặc tính khôngthấm như sau (Arnold, Gibbons, 1996 và Schueler, 1994):

- Căng thẳng: diện tích mặt không thấm chiếm 1 – 10% tổng diện tích toàn lưuvực

- Tác động: diện tích mặt không thấm chiếm 11 – 25% tổng diện tích toàn lưuvực

- Suy thoái: diện tích mặt không thấm chiếm > 26% tổng diện tích toàn lưu vực

1.1.2 Các nguyên nhân và ảnh hưởng của quá trình biến động bề mặt không thấm tới môi trường

- Các nguyên nhân gây gia tăng các bề mặt không thấm

Mặt không thấm là mặt nhân tạo, được xem là yếu tố chỉ thị về môi trường bởi

vì có liên quan đến việc xây dựng lên chúng Quá trình đô thị hóa mở rộng không gian

đô thị ở Hà Nội nói riêng và trên cả nước nói chung dẫn đến sự gia tăng các bề mặtkhông thấm Dưới đây là một số nguyên nhân tiêu biểu dẫn đến sự gia tăng bề mặtkhông thấm

Hình1.1: Sơ đồ các nguyên nhân chính làm biến động bề mặt không thấm

Sự gia tăng dân số dẫn đến nhu cầu về nhà ở của người dân tăng cao Để đápứng nhu cầu đó đòi hỏi việc phải xây dựng nhà ở, mở rộng các khu dân cư, các khu đôthị Việc xây dựng các khu dân cư, nhà ở cho người dân làm gia tăng các bề mặt khôngthấm như bê tông, nhựa, sỏi, đá… Cùng với đó quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóacũng góp phần không nhỏ trong việc gia tăng các bề mặt không thấm Quá trình côngnghiệp hóa làm chuyển dịch nền cơ cấu kinh tế từ nông nghiệp sang công nghiệp vàdịch vụ đòi hỏi việc xây dựng cơ sở hạ tầng đáp ứng cho sự chuyển dịch cơ cấu kinh

tế Làm cho các diện tích đất nông nghiệp như trồng lúa, rau màu, ao hồ… chuyểnthành đất phi nông nghiệp như: các nhà máy, khu công nghiệp, các công trình côngcộng Khi quá trình công nghiệp hóa diễn ra cùng với sự gia tăng về dân số dẫn đếnyêu cầu mở rộng, phát triển các công trình giao thông đáp ứng nhu cầu đi lại của ngườidân cũng như nhu cầu vận chuyển hàng hóa phục vụ sản xuất và kinh doanh Các côngtrình giao thông như đường xá, cầu cống hay các công trình phụ trợ như các bãi đỗ xegóp phần gia tăng các bề mặt bê tông, nhựa đường Tất cả những điều đó dẫn đến sựchuyển dịch từ các bề mặt lớp phủ thấm nước tự nhiên thành các bề mặt không thấmnước

- Ảnh hưởng của quá trình biến động bề mặt không thấm đến môi trường đô thị.Liên quan đến môi trường đô thị, tác động của các mặt không thấm đa dạng vàliên kết với nhau Rất quan trọng và cần thiết khi xem xét các tác động này trong các

dự án tăng trưởng dân số và kiểm soát sự phát triển bành trướng đô thị, bảo vệ đất đainông nghiệp và các dự án môi trường tương tự khác Sự gia tăng lên về diện tích các

bề mặt không thấm gây nên nhiều ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của môi trường như

Gia tăng dân số

Công nghiệp hóa- hiện đại hóa

Gia tăng bề mặt không thấmPhát triển

cảnh quan, khí hậu đô thị và nguồn tài nguyên nước và ảnh hưởng trực tiếp đến cuộcsống của mỗi chúng ta Chúng được thể hiện ở những điểm sau:

Hình1.2: Sơ đồ các ảnh hưởng của bề mặt không thấm đến môi trường đô thị

Các bề mặt không thấm trực tiếp ảnh hưởng đến dòng chảy nước mưa và chấtlượng nước Hơn nữa, các phản ứng nhiệt độ và đặc tính phản quang của bề mặt khôngthấm được liên kết với "đảo nhiệt đô thị" có hiệu lực, mà ảnh hưởng đến cuộc sống vàsức khỏe con người vì những thay đổi trong dòng nhiệt hợp lý và nồng độ của ô nhiễmkhông khí Gia tăng bề mặt không thấm cũng dẫn đến sự thay đổi kịch tính về thẩm

mỹ của cảnh quan môi trường sống Cho thấy sự thay đổi từ phong cảnh sống tự nhiên,nông thôn thành các khu vực đô thị Đây có thể là thước đo cho sự mở rộng, phát triển

% và 59 % (Douglas, 1983) Ngoài ra các bề mặt không thấm còn có khả năng lưu trữ

và giữ nước Nước bị giữ trong các khe, rãnh, và hố trên bề mặt không có sẵn chodòng chảy Khi xuất hiện mưa, bão việc giảm thâm nhiễm do các bề mặt không thấm

Sự thay đổi định

lượng nước mặt

Thay đổi về chất lượng nước mặtGia tăng bề

mặt không thấmSuy thoái, mất mát,

và chia cắt môi

trường sống

Thay đổi để cân đối năng lượng địa phương và vi khí hậu (Tăng nhiệt độ đô thị)Thay đổi sông

suối và cảnh quan thẩm mỹ

dẫn đến khối lượng nước mưa lớn hơn và nhanh hơn dẫn đến các hiện tượng lũ lụtthường xuyên hơn.

Tác động đến chất lượng nước:

Các bề mặt không thấm ngăn cả sự thâm nhập của nước vào trong đất dẫn đếnviệc tích tụ lại của nước trong các khu vực trũng Đồng thời trong đó cũng bao hàmmột lượng lớn các chất thải, hóa chất, các chất gây ô nhiễm môi trường(chất gây ônhiễm thông thường: chất dinh dưỡng, vi khuẩn, các chất hữu cơ Hay như các kimloại nặng và các chất độc hại khác như xăng dầu theo Clark, 1985; Whipple, 1977).Khi mưa lớn các chất này cũng theo dòng chảy trên các bề mặt không thấm chảy rasông ngòi, kênh rạch, ao hồ dẫn đến việc ô nhiễm suy giảm sinh học, hóa học, và đặctính vật lý của các hồ, suối, và cửa sông tiếp nhận nước thải đô thị Trên các tuyếnđường giao thông việc tích tụ một lượng lớn các chất hữu cơ như vật nuôi, chim, vàchất thải động vật, lá cây, cỏ xén, và rác thải Các chất thải hữu cơ trong nước bị phânhủy bởi vi khuẩn hiếu khí, trong đó sử dụng oxy tự do (O2) Khi quá mức vật liệu hữu

cơ có mặt trong nước, nhu cầu về đường hô hấp cho oxy bởi aerobic Vi khuẩn có thểnguy hiểm thấp hơn hoặc làm cạn kiệt oxy hòa tan mức, sau đó giết chết các loài cá vàcác sinh vật khác

Thay đổi cân bằng năng lượng và vi khí hậu:

Do sự phát triển thay đổi đất từ rừng, đồng cỏ, và đất canh tác sang thành các bềmặt không thấm nước, cân bằng giữa năng lượng mặt trời bị hấp thụ ở bề mặt và nănglượng trên mặt đất phản xạ cũng được thay đổi Bức xạ mặt trời truyền đến bề mặt tráiđất được phản xạ, hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt hợp lý hoặc sử dụng trong quátrình bốc hơi Điều quan trọng cần lưu ý là không khí được làm nóng chủ yếu bởi nănglượng tỏa ra khỏi bề mặt của trái đất và không phải bằng cách làm nóng năng lượngmặt trời trực tiếp Do đó vật liệu ảnh hưởng đến lượng phản xạ hoặc hấp thụ, và cũngảnh hưởng đến dòng chảy của nhiệt từ bề mặt vào khí quyển Đổi lại, ảnh hưởng củanhiệt độ và độ ẩm của không khí nằm phía trên Việc chuyển đổi bề mặt thấm qua bềmặt không thấm để làm thay đổi cân đối năng lượng địa phương thông qua những thayđổi trong:

2 Năng lực nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của bề mặt

3 Tỷ lệ nhiệt hiện để ẩn nhiệt chảy ra từ bề mặt vào không khí (Oliver, 1973).Theo Strahler: "Các hiệu ứng nhiệt là chuyển đổi thành phố thành một sa mạcnóng bỏng Các chu kỳ nhiệt độ mùa hè gần vỉa hè của một thành phố có thể được gầnnhư là cực đoan như của một tầng sa mạc "(1975) Chất rắn là chất dẫn nhiệt tốt hơnthường hơn chất lỏng và nhiều hơn nữa so với các loại khí Bề mặt không thấm nước

đô thị dày đặc của bê tông, đá, và nhựa đường dẫn nhiệt hiệu quả hơn và hấp thụ nhiệtnhiều hơn so với các bề mặt có thể qua được thay thế (Strahler, 1975; Douglas,1983) Các hiệu ứng nhiệt của không thấm nước bề mặt đô thị là "mãnh liệt hơn mộttầng sa mạc cát" (Strahler, 1975) Những thay đổi này, cùng với một số ít các yếu tốkhác, đóng góp cho một hiện tượng được biết như là "hòn đảo nhiệt đô thị", mà ảnhhưởng đến sức khỏe, chất lương cuộc sống của con người làm tăng nhu cầu nănglượng để làm mát

Làm thoái hóa, mất mát và phân mảnh môi trường sống:

Phát triển, đặc biệt là không gian phân tán các hình thức như một gia đình lớnnhiều nhà ở, kết quả không chỉ với số lượng lớn hơn các bề mặt không thấm trên toànkhu vực, nhưng trong sự hủy diệt và sự phân mảnh của môi trường sống trên cạn tácđộng của sự phân mảnh môi trường sống được biểu hiện chậm hơn và thường tích lũydần Các môi trường sống trên cạn thường được bao quanh bởi hoặc tiếp giáp vớiđường giao thông, khu dân cư, khu thương mại, hoặc đất canh tác

Phá hủy thẩm mỹ học của sông suối và cảnh quan:

Xu hướng phát triển về phía bề mặt không thấm nước làm thay đổi hình ảnhcủa sông suối và cảnh quan của nó Đối với một số cá nhân, mở rộng đô thị, với

bề mặt không thấm nước, tốt hơn là khu vực nông nghiệp và nông thôn để phát triển.Tiêu biểu như các bờ suối đô thị thường bóc tách thực vật một cách nghiêm trọng và bịxói mòn thường xuyên Các kênh có thể được rải rác với các mảnh vụn như gạch, lốp

xe, mua sắm xe đẩy, và các rác thải không suy nghĩ Rõ ràng, tính thẩm mỹ và giá trịgiải trí của suối như đang bị giảm sút hoặc bị phá hủy Như dòng kênh trong khu vực

đô thị hóa đang dần dần mở rộng do ngập lụt thường xuyên

Tóm lại việc chuyển đổi từ đất thấm sang bề mặt không thấm là một mối đe dọanghiêm trọng đến tính toàn vẹn của cả hai môi trường tự nhiên và xây dựng và ảnhhưởng đến sự thoải mái và chất lượng tổng thể của cuộc sống cho mình cư dân Sự giatăng bề mặt không thấm đang gia tăng đáng kể khối lượng của nước mưa Dòng chảy

tăng này tạo ra mối nguy hiểm lũ lụt và ô nhiễm nước mặt với các chất ô nhiễm tích tụtrên các đường phố, đường cao tốc, bãi đậu xe, và thậm chí cả sân cỏ của khu vực đôthị hoá, trong khi làm giảm chất lượng vật lý của dòng suối Do sự đóng góp của các

bề mặt không thấm nước để các hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, Thủy sản và môi trườngsống trên cạn bị phân hủy hoặc thay thế bằng các khu thương mại, công nghiệp, dân cư

và sử dụng đất tiêu thụ nhiều hơn và nhiều không gian Cuối cùng, sự phá hủy và thayđổi của dòng kênh và chuyển đổi rừng và đất canh tác thành đất dân cư, trung tâmthương mại và bãi đỗ xe đang làm xuống cấp chất lượng thẩm mỹ của nhiều dòng chảy

và cảnh quan

1.2 Các phương pháp xác định bề mặt không thấm

Để xác định được các bề mặt không thấm trong không gian đô thị ta có thể tiếnhành đo đạc trực tiếp bằng công tác truyền thống ngoài thực địa cũng như có thể sửdụng các công nghệ hiện đại sử dụng các tư liệu ảnh hàng không, ảnh vệ tinh viễnthám để đánh giá diện tích các bề mặt không thấm

1.2.1 Phương pháp đo đạc truyền thống

Phương pháp đo đạc truyền thống đó là công việc đo đạc trực tiếp từng đốitượng sau đó thống kê tổng hợp để thành lập bản đồ hiện trạng bề mặt không thấmcũng như bản đồ biến động

Ưu điểm của phương pháp này:

- Tiếp cận trực tiếp được với các đối tượng cần nghiên cứu

- Phân loại một cách chi tiết các đối tượng

- Kết quả thu được có độ chính xác cao

Nhược điểm:

- Mất nhiều thời gian và tốn kém về mặt kinh tế

- Phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết và địa hình khu đo do phương phápnày phụ thuộc vào các điều kiện ngoại nghiệp

- Không thu được dữ liệu một cách liên tục theo thời điểm cần quan trắc biếnđộng

- Phương pháp này gặp nhiều hạn chế trong nghiên cứu biến động các yếu tốmôi trường

1.2.2 Phương pháp đo đạc trên ảnh hàng không

Đây chính là phương pháp đo đạc gián tiếp các đối tượng bề mặt không thấmqua các hình ảnh thu được từ các thiết bị chụp ảnh hàng không, giúp ta xác định được

vị trí, hình dáng, kích thước, mỗi quan hệ tương hỗ giữa các đối tượng đo từ đó xâydựng các bản đồ hiện trạng cũng như biến động các bề mặt không thấm

Ưu điểm của phương pháp này:

- Có khả năng đo đạc tất cả các đối tượng đo mà không nhất thiết phải tiếp xúchoặc đến gần chúng, miễn các đối tượng này có thể chụp ảnh được (bằng phim toànsắc, phim màu hoặc phim quang phổ)

- Nhanh chóng thu được các tư liệu đo đạc trong thời gian chụp ảnh, giảm nhẹcông tác ngoài trời, tránh các ảnh hưởng của thời tiết đối với công tác đo đạc

- Có thể đo trong cùng một thời điểm nhiều điểm đo khác nhau của các đốitượng đo

Nhược điểm:

- Nhược điểm chủ yếu của phương pháp đo ảnh là trang bị kỹ thuật cồng kềnh

và đắt tiền, đòi hỏi những điều kiện nhất định trong sử dụng và bảo quản, đặc biệt làđối với khí hậu nhiệt đới ở nước ta

- Yêu cầu trình độ trình độ của cán bộ chuyên môn phải cao.

1.2.3 Phương pháp đo đạc trên ảnh viễn thám

Để khắc phục những hạn chế của các phương pháp đo đạc truyền thống, viễnthám đã được đưa vào sử dụng đối với công việc ước tính thông tin bề mặt không thấmvới nhiều ưu điểm nổi trội

Ưu điểm của phương pháp:

- Độ phủ trùm không gian của tư liệu, phương pháp này có thể nghiên cứu biếnđộng trên các khu vực có phạm vi khác nhau, ở các thời điểm khác nhau

- Phương pháp có thể được áp dụng nghiên cứu trên những khu vực có điềukiện địa hình, thời tiết phức tạp nơi mà phương pháp đo đạc truyền thống khó có thểthực hiện được

- Xử lý nhanh và có hiệu quả kinh tế

- Đảm bảo được độ chính xác cần có và các yêu cầu kỹ thuật

- Thuận tiện trong nghiên cứu biến động các yếu tố môi trường

Nhược điểm của phương pháp:

- Với khu vực nhỏ, chi phí cho nghiên cứu bằng phương pháp viễn thám và GIS

sẽ đắt hơn các phương pháp truyền thống

- Phương pháp này đòi hỏi yêu cầu trình độ của cán bộ chuyên môn phải cao,đội ngũ cán bộ làm được còn hạn chế

- Nhiều dạng đối tượng có thể bị lẫn vào nhau, không phân biệt được trên ảnh

1.3 Xu hướng gia tăng bề mặt không thấm quận Tây Hồ

1.3.1 Vị trí địa lý khu vực quận Tây Hồ

+ Vị trí địa lý: 21°04′15″B, 105°48′43″Đ

Hình1.3: Ranh giới quận Tây Hồ

Quận Tây Hồ được xác định là trung tâm dịch vụ - du lịch, trung tâm văn hoá,

là vùng bảo vệ cảnh quan thiên nhiên của thủ đô Hà Nội Quận nằm ở phía Tây Bắccủa Hà Nội Diện tích 24 km2, gồm 8 phường: Bưởi, Yên Phụ, Thuỵ Khuê, Tứ Liên,Quảng An, Nhật Tân, Xuân La, Phú Thượng

+ Địa giới hành chính: Phía đông giáp quận Long Biên; Phía tây giáp huyện TừLiêm và quận Cầu Giấy; Phía nam giáp quận Ba Đình; Phía bắc giáp huyện ĐôngAnh

+ Địa hình: Quận Tây Hồ có địa hình tương đối bằng phẳng đặc trưng củavùng đồng bằng bắc bộ Địa hình có chiều hướng thấp dần từ Bắc xuống Nam

Tây Hồ là quận lớn thứ 4 về diện tích đất tự nhiên sau quận Hà Đông, LongBiên và Hoàng Mai Quận có khoảng 2401 ha trong tổng số hơn 17878 ha (chiếm13,4%) diện tích đất khu vực nội thành Hà Nội.

1.3.1 Tình hình kinh tế xã hội

là 4.547 người/km2, quận Tây Hồ có mật độ dân số thấp nhất trong các quận nộithành.

+ Kinh tế: Sau 15 năm xây dựng và trưởng thành, quận Tây Hồ đã ngày một lớnmạnh

Với đặc điểm là một quận nằm ở phía bắc thành phố Hà Nội, quận tây Hồ mangđặc trưng về khí hậu cũng như điều kiện tự nhiên của thành phố Hà Nội Quận chịuảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 4 mùa rõ rệt Nhiệt độ trung bình năm là25ºC, độ ẩm tương đối là 84%, tổng số giờ nắng của cả năm là 1794 giờ Với điều kiệnkhí hậu trên quận Tây Hồ thích hợp phát triển một số loại cây như rau màu và các loạihoa, cây cảnh phục vụ nhu cầu tiêu dùng cũng như phát triển các ngành dịch vụ thamquan Cùng với đó Tây Hồ còn có nhiều di tích văn hóa lịch sử góp phần thúc đẩy sựphát triển của các ngành du lịch phát triển

Trong 5 năm 2001-2005 kinh tế trên địa bàn quận đạt tốc độ phát triển khá cao,giá trị sản xuất tăng bình quân 14,8% Cơ cấu giá trị sản xuất các ngành kinh tế pháttriển theo đúng định hướng: Dịch vụ - du lịch - công nghiệp - nông nghiệp Tỷ trọnggiá trị sản xuất của các ngành: Dịch vụ 51,8%, công nghiệp 43,2%, nông nghiệp 5%

Năm 2008, giá trị sản xuât công nghiệp ngoài quốc doanh đạt 177,2 tỷ đồng,doanh thu thương mại - dịch vụ - du lịch đạt 4.992,4 tỷ đồng Giá trị sản xuất nôngnghiệp ước đạt 15,45 tỷ đồng Riêng 6 tháng đầu năm 2009, giá trị sản xuất côngnghiệp ngoài quốc doanh đạt 79,13 tỷ đồng, đạt 45,3% kế hoạch, doanh thu thươngmại - dịch vụ - du lịch đạt 2.847,02 tỷ đồng, đạt 47,3 % kế hoạch Giá trị sản xuấtnông nghiệp đạt 6 tỷ đồng, đạt 42,9% kế hoạch

Thu ngân sách nhà nước trên địa bàn quận luôn tăng theo tốc độ phát triển, năm

2008 đạt 368,75 tỷ đồng, 6 tháng đầu năm 2009 đạt 148,19 tỷ đồng

Theo định hướng phát triển của thủ đô Hà Nội đến năm 2020, toàn bộ quận Tây

Hồ thuộc khu vực phát triển của thành phố trung tâm Có điều kiện đặc biệt thuận lợithu hút các nguồn lực vốn tài chính, nguồn nhân lực và khoa học công nghệ để thúcđẩy nhanh sự phát triển kinh tế - xã hội của quận nói riêng và của Hà Nội nói chung

1.3.2 Hiện trạng bề mặt không thấm

Hiện trạng sử dụng đất khu vực quận Tây Hồ bao gồm các nhóm đất: nôngnghiệp, phi nông nghiệp và đất chưa sử dụng (đất trống) Trong đó các bề mặt khôngthấm thuộc nhóm đất phi nông nghiệp như các khu công nghiệp, đô thị, các công trìnhgiao thông… Sự phát triển mạnh về kinh tế đã thúc đẩy sự phát triển của các khu côngnghiệp, khu đô thị và xây dựng cơ sở hạ tầng phục vụ nhu cầu đời sống của người dân

là nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng của các bề mặt không thấm của quân Tây

Hồ Theo báo cáo về hiện trạng sử dụng đất năm 2010 của quận Tây Hồ ta thấy tổngdiện tích đất của quận là 2401 Ha trong đó diện tích đất nông nghiệp là 849 Ha, diệntích đất phi nông nghiệp là 1424 Ha và đất chưa sử dụng là 128 Ha Trong tổng diệntích đất phi nông nghiệp có 415 Ha đất ở tại đô thị; 34 Ha đất trụ sở cơ quan, côngtrình sự nghiệp; 21 Ha đất quốc phòng, an ninh; đất sản xuất kinh doanh phi nôngnghiệp là 71 Ha; đất có mục đích công cộng là 271 Ha; đất tôn giáo tín ngưỡng là 6Ha; đất nghĩa trang, nghĩa địa là 10 Ha và đất sông suối, mặt nước chuyên dùng là 498Ha

Kết luận chương 1: Quá trình đô thị hóa ở các thành phố thường liên quan đến

các mặt không thấm, bởi vì chúng liên quan đến quá trình bê tông hóa bề mặt Các mặtkhông thấm đại diện cho quá trình phát triển của cảnh quan Xét về góc độ sử dụngđất, chúng liên quan với các kiểu thực phủ đô thị và biến động thực phủ Do đó, mặtkhông thấm là tham số thích hợp cho việc xem xét quá trình đô thị hóa của một khuvực Để có thể xác định được hiện trạng cũng như sự thay đổi của các bề mặt khôngthấm ta có thể tiến hành đo đạc trực tiếp ngoài thực địa Phương pháp này cho kết quả

có độ chính xác cao tuy nhiên lại tốn rất hiều công sức, tiền bạc cũng như phụ thuộcnhiều vào ngoại cảnh Vì vậy để khắc phục những nhược điểm đó viễn thám đã đượcđưa vào sử dụng Góp phần đo đạc xác định được các bề mặt không thấm một cáchchính xác, hiệu quả trên một phạm vi rộng, đảm bảo tính liên tục cũng như giảm thiểucông sức, chi phí cho việc đo đạc

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

CÁC BỀ MẶT KHÔNG THẤM

2.1 Tổng quan về viễn thám

2.1.1 Định nghĩa

Thuật ngữ viễn thám (Remote Sensing) – điều tra từ xa, xuất hiện từ năm 1960

do một nhà địa lý người Mỹ là E Pruit đặt ra (Thomas,1999) Kỹ thuật viễn thám làmột kỹ thuật đa ngành, nó liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhautrong các công đoạn khác nhau như:

- Thu thập thông tin

- Tiền xử lý thông tin

- Phân tích và giải đoán thông tin

- Đưa ra các sản phẩm dưới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợp

Vì vậy có thể định nghĩa Viễn thám là sự thu nhận thông tin về đối tượng màkhông có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng nghiên cứu Bằng các công cụ kỹ thuật,viễn thám có thể thu nhận các thông tin, dữ liệu về các vật thể, các hiện tượng tự nhiênhoặc một vùng lãnh thổ nào đó ở một khoảng cách nhất định

2.1.2 Cơ sở khoa học về viễn thám

Theo Lê Văn Trung (2010), trong viễn thám, nguyên tắc hoạt động của nó liênquan giữa sóng điện từ từ nguồn phát và vật thể quan tâm

- Nguồn phát năng lượng: yêu cầu đầu tiên cho viễn thám là có nguồn nănglượng phát xạ để cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm

- Sóng điện từ và khí quyển: khi năng lượng truyền từ nguồn phát đến đốitượng, nó sẽ đi vào và tương tác với khí quyển mà nó đi qua Sự tương tác này có thểxảy ra lần thứ 2 khi năng lượng truyền từ đối tượng tới bộ cảm biến Sự tương tác vớiđối tượng: một khi năng lượng gặp đối tượng sau khi xuyên qua khí quyển, nó tươngtác với đối tượng Phụ thuộc vào đặc tính của đối tượng và sóng điện từ mà nănglượng phản xạ hay bức xạ của đối tượng có sự khác nhau

- Việc ghi năng lượng của bộ cảm biến: sau khi năng lượng bị tán xạ hoặc phát

xạ từ đối tượng, một bộ cảm biến để thu nhận và ghi lại sóng điện từ

- Sự truyền tải, nhận và xử lý: năng lượng được ghi nhận bởi bộ cảm biến phảiđược truyền tải đến một trạm thu nhận và xử lý Năng lượng được truyền đi thường ởdạng điện Trạm thu nhận sẽ xử lý năng lượng này để tạo ra ảnh dưới dạng hardcopyhoặc là số.

- Sự giải đoán và phân tích: ảnh được xử lý ở trạm thu nhận sẽ được giải đoántrực quan hoặc được phân loại bằng máy để tách thông tin về đối tượng

- Ứng dụng: đây là thành phần cuối cùng trong qui trình xử lý của công nghệviễn thám Thông tin sau khi được tách ra từ ảnh có thể được ứng dụng để hiểu tốt hơn

về đối tượng, khám phá một vài thông tin mới hoặc hỗ trợ cho việc giải quyết một vấn

đề cụ thể

Hình 2.1: Mô hình nguyên tắc hoạt động của viễn thám

2.1.3 Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Do các tính chất của vật thể (thực vật, đất, nước, nhà ở…) có thể được xác địnhthông qua năng lượng bức xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám là một công nghệgiúp xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua nhữngđặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ

Các đối tượng khác nhau sẽ có sự phản xạ, hấp thụ và xuyên qua đối với sóngđiện từ khác nhau theo từng bước sóng Thuộc tính quan trọng này có thể cho phép cácnhà khoa học có thể xây dựng một đường cong phản xạ phổ cho từng đối tượng Trên

cơ sở so sánh đường cong phản xạ phổ giữa các đối tượng với nhau, có thể giúp pháthiện và tách biệt các đối tượng này (Trần Thống Nhất, Nguyễn Kim Lợi, 2009).

Hình 2.2: Đường cong phản xạ phổ của các đối tượng

Những đối tượng trên mặt đất có thể tổng quát thành ba đối tượng chính lớpphủ thực vật, đất (cát, đá, các công trình xây dựng) và nước Mỗi loại đối tượng này có

Hình 2.3: Cơ chế phản xạ phổ của đất

Năng lượng mặt trời (Fo) khi chiếu xuống mặt đất, một phần (F1) sẽ phản xạ lạimôi trường ngay khi tiếp xúc với bề mặt đất tạo nên độ chói trên ảnh viễn thám Phầncòn lại đi vào bề mặt lớp đất phủ, phần lớn năng lượng này bị đất hấp thụ và chuyểnhóa thành năng lượng khác, phần nhỏ còn lại (F2) sẽ bị phản xạ khi gặp các hạt vậtchứa trong đất Như vậy F2 là năng lượng chứa đựng các thông tin về thành phần, bản

chất các loại đất, đá (Phạm Quang Vinh 2004) Khả năng phản xạ phổ của đất trốngphụ thuộc vào bản chất hóa lý của đất như: loại đất, hàm lượng các vật chất hữu cơ, độ

ẩm, trạng thái bề mặt, thành phần cơ giới của đất

Trên ảnh viễn thám (ở tất cả các kênh) đất trống thường có màu trắng sánghơn các đối tượng khác, đất càng khô, ảnh càng sáng và lóa, gây ảnh hưởng đến thunhận thông tin đối tượng khác Do đó khi nghiên cứu các thuật toán triết xuất thôngtin trên ảnh cần tính giảm các sai số tối đa về phổ do ánh hưởng sáng hóa của đất.Tuy nhiên quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đất tăng dần về phía sóng cóbước sóng dài Các cực trị hấp thụ phổ do hơi nước cũng diễn ra ở vùng 1,4; 1,9 và2,7 µm

Bên cạnh các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cơ bản, Root vàMille nghiên cứu và đưa ra các đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng chínhtrong đô thị như bê tông, ván lợp, nhựa đường và đất trống các đặc trưng này là thông

tin quan trọng giúp giải đoán các đối tượng bề mặt không thấm trong đô thị (Hình

2.4).

Hình 2.4: Đường cong phản xạ phổ của các đối tượng chính trong đô thị

Ta thấy đường bê tông có độ phản xạ cao nhất tăng đều từ vùng sóng tử ngoại.Đối tượng có đường cong phản xạ biến thiên nhiều nhất là đất trống và ván lợp Cácđường cong phản xạ của đối tượng như sỏi và nhựa đường tăng đồng đều không biếnthiên nhiều Như vậy với các loại đất có thành phần cấu tạo hữu cơ và vô cơ khácnhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau Tùy thuộc vào thành phần hợp chất mà biên

độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến phản xạ

phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất, thành phần hợp chất hữu cơ, vô

cơ có trong đất

Thực vật: Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ dài bướcsóng Trên đồ thị thể hiện đường đặc trưng phản xạ phổ thực vật xanh và các vùng xạphổ chính

Hình 2.5: Đường cong phản xạ phổ của thực vật

Khả năng phản xạ phổ của mỗi thực vật một khác nhau và đặc tính chung nhất

Nước: Cũng như các đối tượng thực vật, khả năng phản xạ phổ của nước thay đổitheo bước sóng của bức xạ trong nước và thành phần vật chất có trong nước Khả năngphản xạ phổ ở đây còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước Trên kênhhồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ được phát hiện rất dễ dàng, còn một số đặc tínhcủa nước cần phải sử dụng dải sóng nhìn thấy để nhận biết

Thông thường trong nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vô cơ Vì vậy, khảnăng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần, trạng thái của nước: Nước đục

có khả năng phản xạ cao hơn nước trong, nhất là ở những dải sóng dài

Tóm lại, phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu được về cácđối tượng Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ (cường độ, dạng đường cong ở các dải sóngkhác nhau) có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tượng trên bề mặt Thông tin

về phổ là thông tin đầu tiên là tiền đề cho các phương pháp phân tích ảnh trong viễnthám, đặc biệt là xử lý số

Các đối tượng khác nhau trong cùng một nhóm đối tượng sẽ có dạng đườngcong phổ phản xạ chung, tương đối giống nhau, tuy nhiên sẽ khác nhau về các chi tiếtnhỏ trên đường cong hoặc khác nhau về độ lớn giá trị cường độ phản xạ Khi tính chấtcủa đối tượng thay đổi thì đường cong phổ phản xạ cũng bị biến đổi theo

Trong một vài trường hợp nhất định, khả năng phản xạ của các đối tượng khácnhau lại giống nhau, đặc biệt là các đối tượng thực vật Khi đó, chúng ta rất khó hoặckhông thể phân biệt được các đối tượng này, nghĩa là bị lẫn Đây là một trong nhữnghạn chế của ảnh vệ tinh Vì vậy, thông tin do các dữ liệu viễn thám cung cấp cần phải

đi kèm với một số thông tin khác để chính xác hóa bản chất của đối tượng (Đinh ThịBảo Hoa 2004)

2.1.4 Đặc điểm dữ liệu ảnh viễn thám

Tư liệu ảnh viễn thám bao gồm các loại ảnh hàng không và ảnh vệ tinh ở dạngtương tự và dạng số Vệ tinh viễn thám sử dụng các bộ cảm gắn trên vệ tinh nhân tạohoạt động ở nhiều bước sóng từ 400 nm đến 25 cm để thu dữ liệu về đối tượng nghiêncứu trên trái đất Một số bộ cảm hoạt động trong vùng nhìn thấy và cận hồng ngoại củadải phổ cung cấp các thông số liên hệ với màu của đối tượng, thường liên quan đếntính hóa học hay khoáng vật của đối tượng Dữ liệu thu được từ các bộ cảm hồngngoại nhiệt cho biết giá trị liên quan đến nhiệt độ và các tính chất nhiệt của đối tượng.Với những thông tin về độ nhám bề mặt và độ ẩm, có thể chiết xuất từ dữ liệu thuđược từ bước vi sóng (radar)

Ảnh vệ tinh ngày càng đa dạng cung cấp nhiều thông tin Việc ứng dụng viễnthám trong theo dõi sự biến động các bề mặt không thấm nói riêng và trong quan trắcmôi trường nói chung đòi hỏi phải chú ý lựa chọn dữ liệu sao cho phù hợp Các thông

số quan trọng đặc trưng cho thông tin của một ảnh vệ tinh cần lựa chọn cho đối tượngnghiên cứu đó là độ phân giải không gian, đọ phân giải phổ và độ phân giải thời gian.

Độ phân giải không gian

Do đặc tính của đầu thu, độ phân giải không gian của một ảnh vệ tinh phụ thuộcvào hai thông số FOV (Field of view-trường/góc nhìn) và IFOV (instantaneous field ofview - trường/góc nhìn tức thì) được thiết kế sẵn Thông số FOV cho ta thấy đượcphạm vi không gian mà đầu thu có thể thu nhận được sóng điện từ từ đối tượng Nhưvậy, với góc nhìn càng lớn (FOV càng lớn) thì ảnh thu được càng rộng, và với cùngmột góc nhìn, vệ tinh nào có độ cao lớn hơn sẽ có khoảng thu ảnh lớn hơn

Ngược với FOV, IFOV của đầu thu đặc trưng cho phạm vi không gian mà đầuthu có thể nhận được sóng điện từ trong một thời điểm Tức là đầu thu sẽ không thể

“nhìn” được các đối tượng nhỏ hơn trong góc nhìn IFOV Tổng hợp giá trị bức xạ củacác đối tượng trong một góc IFOV được thu nhận cùng một lúc và mang một giá trị,được ghi nhận như một điểm ảnh Trong ảnh số, một điểm ảnh được gọi là một pixel

và giá trị kích thước pixel đặc trưng cho khả năng phân giải không gian của ảnh GócIFOV càng nhỏ thì khả năng phân biệt các đối tượng trong không gian càng lớn, nghĩa

là giá trị pixel càng nhỏ và phạm vi “chụp” ảnh càng hẹp (Hình2.5).

Ý nghĩa quan trọng nhất của độ phân giải không gian là cho ta biết các đốitượng nhỏ nhất mà có thể phân biệt được trên ảnh Ví dụ, ảnh có độ phân giải khônggian là 30 x 30m sẽ cho phép phân biệt được các đối tượng có kích thước lớn hơn 30 x

30m Tuy hiện nay đã có những nghiên cứu về phương pháp phân loại dưới pixel,nhưng để áp dụng rộng rãi cần được nghiên cứu thêm

Ta cũng thấy ở trên, bức xạ phổ (bao gồm cả phản xạ, tán xạ và bức xạ riêng) củamột đối tượng thay đổi theo bước sóng điện từ Như vậy, ảnh chụp đối tượng trên cáckênh khác nhau sẽ khác nhau Điều này có nghĩa là ảnh được thu trên càng nhiều kênhthì càng có nhiều thông tin về đối tượng được thu thập Số lượng kênh ảnh được gọi là

độ phân giải phổ Độ phân giải phổ càng cao (càng nhiều kênh ảnh) thì thông tin thuthập từ đối tượng càng nhiều Và đương nhiên giá thành càng lớn Vì vậy tùy theo mụcđích sử dụng nên kết hợp nhiều loại ảnh ở các độ phân giải khác nhau để nghiên cứumột khu vực Thông thường, các vệ tinh đa phổ thường có số kênh ảnh từ khoảng 3 đến

10 kênh Hiện nay, trong viễn thám đa phổ, các loại vệ tinh viễn thám có khả năng thuđược rất nhiều kênh ảnh (trên 30 kênh) gọi là các vệ tinh siêu phổ (hyperspectralsatellite) đang được phát triển Khi xem xét độ phân giải để chọn ảnh cần tuân thủ luật

cơ bản: chọn độ phân giải gấp 10 lần kích cỡ của đối tượng muốn nghiên cứu Nhưng

nên nhớ rằng không phải luật cơ bản lúc nào cũng đúng, cần phải xem xét cả các đặcđiểm khác của đối tượng như tính tương phản, vị trí, hình dạng

Hình 2.7: Độ phân giải phổ

Độ phân giải thời gian:

Vệ tinh viễn thám chuyển động trên quỹ đạo và chụp ảnh Trái đất Sau một khoảngthời gian nhất định, nó quay lại và chụp lại vùng đã chụp Khoảng thời gian này gọi là độ phân giải thời gian của vệ tinh Rõ ràng là với khoảng thời gian lặp càng nhỏ thì thông tin thu thập (hay ảnh chụp) càng nhiều.

Hình 2.8: Phân giải thời gian

Tóm lại, thông tin trên ảnh viễn thám quang học là phản xạ phổ của các đốitượng trên mặt đất, bao gồm lớp phủ thực vật, nước và đất được ghi nhận thành từngpixel ảnh có độ phân giải không gian xác định, trên nhiều kênh phổ xác định và vàomột thời gian xác định

Độ phân giải bức xạ

Thể hiện độ nhạy tuyến tính của bộ cảm biến trong khả năng phân biệt sự thayđổi nhỏ nhất của cường độ phản xạ sóng từ các vật thể Ngoài ra, số bit dùng trong ghinhận thông tin cũng là một đặc trưng quan trọng của độ phân giải bức xạ vì nó quyếtđịnh chất lượng ảnh (cấp độ xám) khi được hiển thị Nếu bộ cảm sử dụng 8 bit để ghinhận hình ảnh thì ảnh đó sẽ có cấp độ xám là 28 = 256 giá trị khác nhau và được biếnđổi từ 0 đến 255 Tương tự như thế nếu bộ cảm ghi ảnh ở 4 bit thì cấp độ xám chỉ còn

24= 16 giá trị và biến đổi từ 0 đến 15, và do đó độ phân gải bức xạ trong trường hợpnày sẽ thấp hơn nhiều

Hình 2.9: Phân giải bức xạ

2.1.5 Một số vệ tinh viễn thám cơ bản

Loại có độ phân giải thấp (>100 m ): MODIS (500m); SPOT Vegetation;

gồm 7 kênh phổ, thường dùng để làm bản đồ hiện trạng sử dụng đất, hiệu chỉnh bản đồ

tỷ lệ nhỏ; SPOT: ảnh đen trắng độ phân giải 5m, ảnh lập thể có thể dùng cho ứng dụng3D; ASTER (15m);

Loại có độ phân giải cao (<10 m ): Quickbird: ảnh toàn sắc có độ phân giải từ

0,6-1m, ảnh đa phổ có độ phân giải 2,44-4m; Corona (5m); IKONOS: ảnh đơn kênh có

độ phân giải 1m, ảnh đa phổ (4 kênh) độ phân giải 4m, thường dùng để hiệu chỉnh bản

đồ địa chính, tỷ lệ trung bình và lớn

Các loại ảnh vệ tinh thường dùng hiện nay:

Ảnh vệ tinh SPOT

Hình 2.10: Vệ tinh Spot

Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu Không gian(Centre National d’Etudes Spatiales - CNES) của Pháp chế tạo và phát triển Vệ tinhđầu tiên SPOT- 1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là SPOT- 2, SPOT- 3,SPOT- 4 và SPOT- 5 lần lượt vào các năm 1990, 1993, 1998 và 2002

Các thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có đầu thu HRV với kênh toàn sắc độ phân giải10m; ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m Mỗi cảnh có độ bao phủ mặt đất là 60 km x60km Vệ tinh SPOT 4 với kênh toàn sắc độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ củaHRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV có độ phân giải 20m vàđầu thu ảnh kênh thực vật (Vegetation Instrument)

Bảng 2.1: Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT 4

(µm) không gian (m)Độ phân giải

Vệ tinh SPOT- 5, được trang bị một cặp đầu thu HRG (High ResolutionGeometric) là loại đầu thu ưu việt hơn các loại trước đó Mỗi một đầu thu HRG có thểthu được ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và 10m mầu Với kỹ thuật xử lý ảnh đặcbiệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải 2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh

vẫn đạt 60km đến 80km Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT-5, điều mà các loại ảnh

vệ tinh cùng thời khác ở độ phân giải này đều không đạt được

Bảng 2.2: Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT 5

(µm) không gian (m)Độ phân giải

độ cao 705km, mỗi cảnh TM có độ bao phủ mặt đất là 185km x 170km với chu kỳchụp lặp là 16 ngày Có thể nói, TM là đầu thu quan trọng nhất trong việc nghiên cứutài nguyên và môi trường

Hình 2.11: Hình vệ tinh Landsat và ảnh chụp được

Bảng 2.3: Một số thông số về các kênh phổ của ảnh Landsat TM, ETM, OLI

Ảnh vệ tinh QuickBird:

Hình 2.12: Vệ tinh QuickBird.

Được cung cấp bởi Công ty Digital Globe, ảnh QuickBird hiện nay là một trongnhững loại ảnh vệ tinh thương mại có độ phân giải cao nhất Hệ thống thu ảnhQuickBird có thể thu được đồng thời các tấm ảnh toàn sắc lập thể có độ phân giải từ67cm đến 72cm và các tấm ảnh đa phổ có độ phân giải từ 2,44m đến 2,88m Với cùngmột cảnh, Công ty Digital Globe có thể cung cấp cho khách hàng 3 loại sản phẩm, ảnhQuickBird được sử dụng các cấp độ xử lý khác nhau là Basic, Standard vàOrthorectified Một ảnh QuickBird chuẩn có kích thước 16,5km x 16,5km Với ảnhviễn thám QuickBird, có thể làm được nhiều việc mà trước đây chỉ có thể thực hiệnvới ảnh chụp từ máy bay Các ứng dụng ảnh QuickBird tập trung chủ yếu vào nhiệm

vụ quan sát theo dõi chi tiết các đảo hoặc các khu vực dải ven biển, bến cảng, lập bản

đồ vùng bờ

Ảnh vệ tinh IKONOS

Hình 2.13: Ảnh vệ tinh IKONOS

Ảnh IKONOS được thu từ vệ tinh tạo ảnh vũ trụ phân giải siêu cao IKONOSđược phóng lên quỹ đạo cân cực vào ngày 24 tháng 9 năm 1999 tại độ cao 682 km, cắtxích đạo vào 10:30 phút sáng Độ lặp lại quỹ đạo tại một điểm trên trái đất là sau 11ngày, độ rộng của ảnh trên mặt đất là 11km, và độ phủ là 11 x 11 km Ảnh có trên 4kênh đa phổ với độ phân giải là 4 m và kênh toàn sắc độ phân giải là 1m Các kênh đaphổ và kênh toàn sắc kết hợp cho phép tạo ảnh có độ phân giải 1m giả mầu Dữ liệu số

có cấu trúc là 11 bit (2048 mức xám) IKONOS có thể nhìn vào vật, vào đối tượng và

cố định vài giây và có thể hướng theo đối tượng khảo sát Các thông số kỹ thuật củaIKONOS được nêu trong bảng

Bảng 2.4: Một số thông số các kênh phổ của ảnh IKONOSTên kênh Tên phổ Bước sóng

(µm)

Độ phân giải(m)

Lưu trữ(bit)

Vệ tinh ENVISAT cung cấp nhiều loại dữ liệu viễn thám, trong đó quan trọngnhất là 2 đầu thu ASAR (Radar) và MERIS (ảnh quang học) Dưới đây là các thông số

kỹ thuật của chúng:

Ảnh vệ tinh ENVISAT MERIS:

Đầu thu: ENVISAT/MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer);

- Bước sóng/Tần số: 0,412-0,9mm (VIS, NIR);

- Số kênh phổ: 15;

- Độ phân giải: 260m theo phương vuông góc với dải chụp, 290m dọc theo dảichụp;

- Độ rộng dải chụp: 1165km

Ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR:

Đầu thu: ENVISAT/ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar)

- Bước sóng/Tần số: 5.331 Ghz (C - band);

- Số kênh phổ: 4 (phân cực);

- Độ phân giải: 30 - 1000m;

- Độ rộng dải chụp: 100 - 405km (5km đối với chế độ wave)

2.2 Ứng dụng tư liệu viễn thám trong xác định bề mặt không thấm

Hiện nay có rất nhiều phương pháp viễn thám dùng để đo vẽ bản và xác định bềmặt không thấm nước, bao gồm chủ yếu là: Phân loại hình ảnh, phân tích hồi quy(multiple regression), phân loại subpixel, mạng lưới thần kinh nhân tạo (artificialneural network), cây phân loại Phương pháp phân loại hình ảnh sử dụng phân loạihình ảnh như phân loại khả năng tối đa, phân nhóm quang phổ, phân loại giám sáthoặc không giám sát để phân loại, trích dẫn các bề mặt không thấm nước (Fankhauser,1999; Hodgson et al, 2003; Dougherty et al, 2004) Các phương pháp hồi quy sử dụngviễn thám và GIS xác định phần trăm bề mặt không thấm nước (Bauer et al, 2004;Chabaevaet al, 2004).Việc phân loại subpixel phân tách một điểm ảnh, phân đoạn cácthành phần trong ảnh, giả sử rằng quang phổ đo bằng một cảm biến từ xa là sự kết hợptuyến tính của tất cả các quang phổ của các thành phần trong các điểm ảnh (Ji vàJensen, 1999, Wu và Murray, năm 2003; Lu và Weng, 2004) Cách tiếp cận mạng lướithần kinh nhân tạo áp dụng các thuật toán để tính diện tích bề mặt không thấm nước

đoán mô hình không thấm nước dựa trên bề mặt, trong đó bao gồm một hai tầng mạnglưới thần kinh, với kết quả cuối cùng là cho mỗi điểm ảnh không thấm nước và dữ liệulấy từ các giá trị quang phổ phản xạ của ảnh Landsat TM Cách tiếp cân cây phân loạitạo ra một mô hình dựa trên quy luật để dự đoán các biến dữ liệu liên tục thu thậpđược và ước tính không gian bề mặt không thấm (Yang et al., 2003).

Phân loại hình ảnh là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhấttrong các khai thác các bề mặt không thấm nước hiện nay (Fankhauser năm 1999;Slonecker et al, 2001 ;Brabec et al, 2002; Yang et al, 2003) Những dữ liệu có độphân giải không gian chẳng hạn như SPOT, Landsat, IKONOS và QuickBird, trở nên

có sẵn đang ngày càng được sử dụng nhiều cho các ứng dụng khác nhau bao gồm lậpbản đồ bề mặt không thấm nước Các phương pháp phân loại hình ảnh có thể sử dụngphân loại giải đoán ảnh bằng mắt hoặc phân loại bằng các phương pháp xử lý số

2.2.1 Phân loại bằng mắt

Giải đoán bằng mắt là sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết các thôngtin từ tư liệu viễn thám dạng hình ảnh Trong việc xử lý thông tin viễn thám thì giải đoánbằng mắt (visual interpretaion) là công việc đầu tiên, phổ biến nhất và có thể áp dụngtrong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Việc phân tích ảnh bằngmắt có thể được trợ giúp bằng một số thiết bị quang học từ đơn giản đến phức tạp nhưkính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, kính tổ hợp mầu, nhằm nâng cao khả năng phântích của mắt người Phân tích ảnh bằng mắt là công việc có thể áp dụng một cách dễ dàngtrong mọi điều kiện và có thể phục vụ cho nhiều nội dung nghiên cứu khác nhau: nghiêncứu lớp phủ mặt đất, nghiên cứu rừng, thổ nhưỡng, địa chất, địa mạo, thuỷ văn, sinh thái,môi trường (Hà Văn Hải, 2002)

Nhìn chung, có thể chia các yếu tố giải đoán thành 8 nhóm chính sau:

- Kích thước: Kích thước của đối tượng tùy thuộc vào tỷ lệ ảnh, kích thước cóthể được xác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với nghịch đảo tỷ lệ củaảnh (cần phải chọn một tỷ lệ ảnh phù hợp để giải đoán)

- Hình dạng: Là đặc trưng bên ngoài tiêu biểu cho đối tượng và có ý nghĩa quantrọng trong giải đoán ảnh Hình dạng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên caoxuống được coi là dấu hiệu giải đoán ảnh quan trọng (ruộng thường có dạng hìnhvuông hay chữ nhật, khu vực chung cư cao tầng khác với nhà riêng lẻ…)

Hình 2.14: Kích thước và hình dạng của nhà là khác nhau: nhà ở, sân vận

động, sân tennis, bụi cây…

- Bóng râm: Khi nguồn phát năng lượng (mặt trời hay radar) không nằm ngay trênđỉnh đầu hoặc trong trường hợp chụp ảnh xiên sẽ xuất hiệnbóng của đối tượng Căn cứtheo bóng của vật thể xác định được chiều cao của chúng, trong ảnh radar bóng râm làyếu tố giúp cho việc xác định địa hình và hình dạng mặt đất Tuy nhiên, bóng râm trongảnh vệ tinh quang học thường làm giảm khả năng giải đoán đối với khu vực nhiều nhà caotầng, rất khó khăn trong việc xác định diện tích của vật thể

Hình 2.15: Bóng của đối tượng

- Độ đậm nhạt: Là tổng hợp năng lượng phản xạ bởi bề mặt của đối tượng Mỗivật thể được thể hiện bằng một cấp độ sáng nhất định tỷ lệ với cường độ phản xạ ánhsáng của nó (ảnh đen trắng biến thiên từ trắng đến đen tuyền, ảnh màu thì tone ảnh sẽcho độ đậm nhạt màu để phân biệt các vật thể khác nhau) Độ đậm nhạt của ảnh là yếu

tố rất quan trọng và cơ bản trong việc giải đoán ảnh

- Màu sắc: Là một yếu tố rất thuận lợi trong việc xác định chi tiết các đốitượng Ví dụ, các kiểu loài thực vật vật có thể được phát hiện dễ dàng qua màu sắc(ngay cả cho những người không có kinh nghiệm) Trong giải đoán ảnh khi sử dụngảnh hồng ngoại màu, các đối tượng khác nhau sẽ có tổ hợp màu khác nhau, đặc biệt sửdụng ảnh đa phổ tổ hợp màu Tùy theo mục tiêu giải đoán, việc chọn lựa các kênh phổ

Hình 2.16: Độ đậm nhạt và màu sắc của: nước biển, nước hồ, rừng…

- Cấu trúc: Là tần số lặp lại của sự thay đổi cấu trúc ảnh cho một khu vực cụ thểtrên ảnh quang học Cấu trúc còn là một tập hợp của nhiều hình mẫu (đối tượng) nhỏphân bố thường theo một quy luật nhất định trên một vùng ảnh mà trong một mối quan

hệ với đối tượng cần nghiên cứu, các đối tượng nhỏ này sẽ quyết định đối tượng đó cócấu trúc là mịn hay sần sùi

Hình 2.17: Cấu trúc mịn của nước biển và cỏ, cấu trúc thô của cây

- Hình mẫu: Liên quan đến việc sắp xếp của các đối tượng về mặt không gian

và mắt người giải đoán có thể phân biệt được Đây là dạng tương ứng với vật thể theomột quy luật nhất định, nghĩa là sự lặp lại theo trật tự cụ thể của ảnh hay cấu trúc sẽtạo ra sự phân biệt và đồng thời có thể nhận biết được hình mẫu Hình mẫu cung cấpthông tin từ sự đồng nhất về hình dạng của chúng

Hình 2.18: Hình mẫu đều của nhà trong khu dân cư, hình mẫu không đều của cây

trong công viên và dọc đường giao thông

- Mối liên quan: Sự phối hợp tất cả các yếu tố giải đoán, môi trường xung quanhhoặc mối liên quan của đối tượng nghiên cứu với các đối tượng khác sẽ cung cấp mộtthông tin giải đoán quan trọng để giảm nhẹ việc xác định chính xác đối tượng

Hình 2.19: Chiều cao, vị trí, sự kết hợp

Khóa giải đoán ảnh là chuẩn giải đoán cho đối tượng nhất định bao gồm tậphợp các yếu tố và dấu hiệu do nhà giải đoán thiết lập, nhằm trợ giúp cho công tác giảiđoán nhanh và đạt kết quả chính xác thống nhất cho các đối tượng từ nhiều người khácnhau

Kết quả giải đoán chủ yếu phụ thuộc vào khóa giải đoán, thông thường khóagiải đoán được thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra

kỹ lưỡng Bằng cách sử dụng khóa giải đoán, người giải đoán có thể phát triển mởrộng và phân tích cho nhiều vùng khác trên cơ sở cùng một loại tư liệu cũng như cùngmùa và thời gian chụp ảnh do đó giúp cho công tác giải đoán nhanh hơn và đảm bảo