BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TR TRƯỜNG ĐẠI HỌC ========o0o======== PHƯƠNG PHÁP TỈ SỐ ẢNH TRONG ĐÁNH KHOÁNG VẬT SÉT, ĐÁ VÀ CÁC HỢP PHẦN CHỨA SẮT TỪ TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC LANDSAT Chuyên n
Trang 1BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TR TRƯỜNG ĐẠI HỌC
========o0o========
PHƯƠNG PHÁP TỈ SỐ ẢNH TRONG ĐÁNH
KHOÁNG VẬT SÉT, ĐÁ VÀ CÁC HỢP PHẦN CHỨA SẮT TỪ TƯ
LIỆU ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC LANDSAT
Chuyên ngành: Tr
Giáo viên h
TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG H
========o0o========
Nguyễn Trọng Nghĩa
PHƯƠNG PHÁP TỈ SỐ ẢNH TRONG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG
ĐÁ VÀ CÁC HỢP PHẦN CHỨA SẮT TỪ TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC LANDSAT
Chuyên ngành: Trắc địa – Bản đồ
Mã số:
Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Lệ
NG HÀ NỘI
GIÁ TIỀM NĂNG
ĐÁ VÀ CÁC HỢP PHẦN CHỨA SẮT TỪ TƯ
ị Lệ Hằng
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, được sự giúp đỡ nhiệt tình giảng dạy của các thầy, các cô trong trường nói chung và trong khoa Trắc địa bản đồ nói riêng, em đã trang
bị những kiến thức cơ bản về chuyên môn cũng như lối sống, tạo cho em hành trang vững chắc cho công tác sau này
Xuất phát từ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo,đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của cô giáo Th.S Nguyễn Thị Lệ Hằng và sự giúp đỡ của các thầy, các cô trong khoa Trắc địa bản đồ cùng thầy giáo TS.Trịnh Lê Hùng (Học viện Kỹ thuật Quân sự)
Do thời gian và kiến thức có hạn, trong đồán chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự đóng góp chỉ bảo của các thầy, các cô cùng các bạn để bài đồ án của em càng hoàn thiện hơn Đây sẽ là kiến thức bổ ích cho công việc của em sau này
Cuối cùng, một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của cô giáo Th.S Nguyễn Thị Lệ Hằng và sự giúp đỡ của các thầy, các cô trong khoa Trắc địa bản đồ và thầy giáo TS Trịnh Lê Hùng công tác tại Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự Kính chúc các thầy, các cô luôn luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và gặt hái được nhiều thành công trong công tác cũng như cuộc sống
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 5 tháng 6 năm 2015
SINH VIÊN THỰC HIỆN
Nguyễn Trọng Nghĩa
Trang 3MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG 4
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 5
LỜI NÓI ĐẦU 7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN, GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG 10
1.1 Khái quát về lịch sử ra đời và phát triển của công nghệ viễn thám 10
1.2 Phân loại bức xạ điện từ 14
1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống viễn thám 17
1.4 Ưu, nhược điểm và khả năng ứng dụng của viễn thám 20
1.5 Tổng quan về chương trình Landsat 22
1.6 Đặc điểm tư liệu ảnh vệ tinh quang học Landsat 25
1.7 Giới thiệu phần mềm ERDAS Imagine và ArcGIS 28
Chương II: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỈ SỐ ẢNH TRONG PHÂN VÙNG TIỀM NĂNG KHOÁNG VẬT SÉT, ĐÁ VÀ SẮT TỪ TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT 32
2.1 Tương tác năng lượng giữa bức xạ điện từ và các đối tượng tự nhiên 32
2.1.1 Bức xạ điện từ 32
2.1.2 Tương tác năng lượng giữa bức xạ điện từ và các đối tượng tự nhiên 32
2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của khoáng vật và một số đối tượng tự nhiên 35
2.2.1 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 35
2.2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của khoáng vật 40
2.3 Ứng dụng phương pháp tỉ số ảnh trong phân vùng tiềm năng khoáng sản 48
2.3.1 Giới thiệu chung về phương pháp tỷ số ảnh 48
2.3.2 Chỉ số khoáng sản sét, khoáng sản Oxit sắt: 49
Trang 42.4 Quy trình đánh giá tiềm năng khoáng vật sét, đá và sắt từ tư liệu ảnh vệ
tinh Landsat sử dụng phương pháp tỉ số ảnh 53
2.4.1Phương pháp nghiên cứu khả năng phân bố khoáng sản sét, khoáng sản oxit sắt dựa trên chỉ số khoáng sản 54
2.4.2 Tạo bản đồ chỉ số oxit sắt, bản đồ khoáng sản sét 56
Chương III: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHOÁNG VẬT SÉT, ĐÁ VÀ SẮT KHU VỰC TỈNH BẮC KẠN 58
3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 58
3.2 Đặc điểm tư liệu viễn thám dùng trong nghiên cứu 60
3.3 Kết quả xác định các chỉ số khoáng vật 61
3.4 Thành lập bản đồ tiềm năng khoáng vật sét, đá và sắt khu vực tỉnh Bắc Kạn 67
3.4.1 Lập bản đồ khoáng sản ô xít sắt 67
3.4.2 Lập bản đồ khoáng sản sét 72
Kết luận 76
Tài liệu tham khảo 78
Trang 5DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Sự phát triển của nghành viễn thám qua các thời gian có thể được
tóm tắt 10
Bảng 1.2: Các thông số cơ bản về các loại vệ tinh của Landsat 23
Bảng 1.3 Một số thông số các kênh phổ ảnh Landsat TM 26
Bảng 1.4 Thông số các kênh phổ ảnh Landsat ETM+ và ảnh Landsat-7 26
Bảng 1.5 Ứng dụng chính của các kênh phổ ảnh Landsat TM, ETM+ 27
Bảng 1.6 So sánh các công cụ của các phần mềm trong bộ phần mềm ERDAS Imagine 29
Bảng 2.1 Độ thấu quang của nước phụ thuộc vào bước sóng 40
Bảng 2.2 Các kênh phổ sử dụng trong nghiên cứu chỉ số khoáng sản 51
Bảng 2.3 Thuật toán xác định chỉ số khoáng sản sét và oxit sắt 54
Bảng 3.1 Không gian phân bố của khoáng sản ô xít sắt 69
Bảng 3.2 Không gian phân bố khoáng chất sét 74
Trang 6DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Bức xạ điện từ 15
Hình 1.2 Phân loại sóng điện từ 16
Hình 1.3 Sơ đồ mô tả hệ thống viễn thám 17
Hình 1.4 Các thành phần chính của hệ thống viễn thám 18
Hình 2.1 Một số loại phản xạ 34
Hình 2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 35
Hình 2.3 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào độ bước sóng 36
Hình 2.4 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 37
Hình 2.5 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 39
Hình 2 6 Khả năng phản xạ phổ của một số loại nước 39
Hình 2.7 Ví dụ về hấp thụ kênh phổ do quá trình điện tử (Hunt, 1980) 43
Hình 2.8 Hiệu ứng trường tinh thể 44
Hình 2.9 Phổ phản xạ trên dải hồng ngoại sóng ngắn 46
Hình 2.10 Phổ phản xạ của oxit sắt 47
Hình 2.11 Phổ của một số khoáng vật trong phòng thí nghiệm trên dải sóng hồng ngoại ngắn (SWIR) 48
Hình 2.12 Đồ thị phản xạ phổ của khoáng sản sét (McCord và Others, 1998) 51
Hình 2.13 b Ảnh gốc tổ hợp màu RGB của các kênh 4, 3, 2 và ảnh chỉ số oxit sắt 56
Hình 3.1 Tổ hợp màu RGB của các kênh 4, 3, 2 tương ứng ảnh Landsat 7 ETM+ khu vực Bắc Kạn 61
Hình 3.2: Ảnh LANDSAT 7 ETM+ khu vực nghiên cứu Tỉnh Bắc Kạn 62
Hình 3.3 Ảnh Landsat chụp ngày 08 – 11 – 2007 khu vực Bắc Kạn ở tổ hợp màu 432 (a), chỉ số khoáng chất oxit sắt (b), sét (c) 63
Hình 3.4 Ảnh minh họa công cụ Model Maker 64
Hình 3.6 Những pixel màu sáng là khu vực có nhiều oxit sắt, còn những pixel màu tối là khu vực ít có oxit sắt 66
Trang 7Hình 3.8 Bản đồ phân cấp tiềm năng khoáng vật sắt 68 Hình 3.9 Vị trí phân bố khoáng vật sắt trên ảnh 70 Hình 3.10 Bản đồ khoáng sản tỉnh Bắc Cạn Được biên tập theo bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1:200.000, giấy phép xuất bản số 212/CXB 71 Hình 3.11 Bản đồ phân cấp tiềm năng khoáng vật sét 73 Hình 3.12 Vị trí phân bố khoáng vật sắt trên ảnh 75
Trang 8LỜI NÓI ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Tài nguyên khoáng sản là nguồn lực quan trọng để phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nó là nguyên liệu cho rất nhiều ngành kinh tế như sản xuất nănglượng, vật liệu xây dựng, kim loại, phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp,… Để có những số liệu đáng tin cậy làm cơ sở cho
sự phát triển bền vững nền kinhtế xã hội mỗi một nước phải có sự đánh giá tài nguyên khoáng sản của nước mình Trong nhiều năm qua các chương trình quốc gia về thăm dò và đánh giátài nguyên khoáng sản đã được thực hiện ở nhiều nước phát triển và được triển khai ở các nước đang phát triển, trong đó
có Việt Nam Phương pháp thăm dò và đánh giá tài nguyên khoáng sản hiện nay không ngừng đổi mới và hoàn thiện.Một trong các phương pháp thăm dò khoáng sản đó là phương pháp ứng dụngkỹ thuật viễn thám Công nghệ viễn thám với những ưu điểm vượt trội như diện tích vùng phủ rộng, có khả năng chụp lặp lại tại cùng một địa điểm trong thời gian ngắn,… đã được sử dụng hiệu quả trong dự đoán, thăm dò các khoáng chất
Phương pháp biến đổi số học ảnh là các phương pháp sử dụng thuật toán biến đổi số học (cộng, trừ, nhân, chia, ) ảnh số Kết quả thu được trong phương pháp này là một ảnh số có khả năng làm nổi bật sự tương phản của một số đối tượng ảnh mà trên ảnh gốc không thể hiện rõ Phương pháp biến đổi số học ảnh, đặc biệt là phương pháp tỉ số ảnh được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các chỉ số ảnh để phân tích một số đối tượng đặc trưng (thực vật, khoáng sản)
Phương pháp tỷ số ảnh được ứng dụng trong viễn thám nhằm tách lọc thông tin hữu ích cho những mục đích khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực Trong địa chất, tỷ số ảnh được sử dụng rộng rãi để tìm vị
Trang 9trí phân bố các ô xít sắt, các loại quặng và kim loại màu Tính chất phản xạ phổ của các loại khoáng sản này trên ảnh đa phổ thường khó nhận biết, tuy nhiên được thể hiện rõ trên ảnh chỉ số.Điều này cho phép có thể xác định vị trí phân bố cũng như phân loại đối tượng khoáng sản trên
Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, thăm dò, phân tích các mỏkhoáng sản lộ thiên, đánh giá trữ lượng tài nguyên khoáng sản bằng kỹ thuậtviễn thám, tôi đã chọn đề tài “ PHƯƠNG PHÁP TỈ SỐ ẢNH TRONG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHOÁNG VẬT SÉT, ĐÁ VÀ CÁC HỢP PHẦN
CHỨA SẮT TỪ TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC LANDSAT ”
Trong đề tài này, nghiên cứu cơ sở lý thuyết xây dựng các chỉsố khoáng sản nghiên cứu và khả năng ứng dụng phương pháp tỉ số ảnh trong thành lập chỉ
số oxit sắt, sét, kim loại màu và xây dựng bản đồ dự báo vị trí phân bố của các khoáng chất trên… làm căn cứ đáng tin cậy để xây dựng kế hoạch điều tra, khai thác khoáng sảnmột cách hợp lý
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp tỉ số ảnh trong phân vùng tiềm năng khoáng vật sét, đá và sắt từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat phục vụ công tác điều tra, thăm dò khoáng sản
3 Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ viễn thám và khả năng ứng dụng trong lĩnh vực địa chất – khoáng sản
- Nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của khoáng vật sét, đá và sắt nhằm lựa chọn các kênh phổ mang nhiều thông tin nhất về khoáng vật
- Nghiên cứu phương pháp phát hiện khoáng vật trên cơ sở các chỉ số khoáng sản
Trang 10khoáng vật sét, đá và sắt khu vực tỉnh Bắc Kạn
- Đánh giá, so sánh kết quả
4 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở khoa học phương pháp phát hiện khoáng vật từ tư liệu viễn thám;
- Phương pháp tổng hợp và kế thừa: phân tích, tổng hợp và áp dụng sáng tạo các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài;
- Phương pháp viễn thám: phương pháp tiền xử lý ảnh viễn thám, phương pháp tỉ số ảnh, các chỉ số khoáng sản;
5 Cơ sở dữ liệu
- Ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình Landsat 7 ETM+ chụp
ngày 08 – 11 – 2007 khu vực tỉnh Bắc Kạn;
- Bản đồ khoáng sản tỉnh Bắc Kạn, được biên tập theo bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1 :200.000, giấy phép xuất bản số 117/CXB và 212/CXB
6 Kết cấu đồ án
- Chương I: Tổng quan về công nghệ viễn thám và khả năng ứng dụng trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trường
- Chương II: Ứng dụng phương pháp tỉ số ảnh trong phân vùng tiềm năng khoáng vật sét, đá và sắt từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat
- Chương III: Thực nghiệm đánh giá tiềm năng khoáng vật sét, đá và sắt khu vực tỉnh Bắc Kạn