Ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1 10 000 huyện lâm thao tỉnh phú thọ

Ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1 10 000 huyện lâm thao tỉnh phú thọ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

NGUYỄN THỊ VIỆT NGA

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ðỊA LÝ ðỂ THÀNH LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT TỶ LỆ 1: 10 000 HUYỆN LÂM THAO - TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan:

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

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

là ñúng sự thật

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Việt Nga

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Vọng Thành – Trưởng bộ môn ðo ảnh và Viễn thám, khoa Trắc ñịa, trường ðại học Mỏ ñịa chất - người ñã hướng dẫn, giúp ñỡ rất tận tình trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học

ðể hoàn thành ñược bản luận văn này, tôi ñã nhận ñược sự quan tâm, tạo ñiều kiện của Trung tâm viễn thám Quốc gia, sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Phú Thọ, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Lâm Thao, các thầy cô giáo Viện sau ñại học, bộ môn Trắc ñịa bản ñồ và Hệ thống thông tin ñịa lý, khoa Tài nguyên và Môi trường, ñã tạo ñiều kiện cho tôi học tập và giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện ñề tài

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

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Việt Nga

2.3 Tình hình nghiên trên thế giới và ở nước ta 25 2.4 Khái quát chung về bản đồ hiện trạng sử dụng đất 33

3.3.1 Phương pháp điều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp 47

3.3.3 Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế cơ sở 47 3.3.4 Phương pháp minh hoạ trên bản đồ, biểu đồ 47 3.3.5 Phương pháp giải đốn ảnh viễn thám bằng cơng nghệ số 47

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 49

4.1.3 Thực trạng công tác quản lý và sử dụng ựất của huyện Lâm Thao 59 4.2 Trình tự, nội dung xử lý ảnh viễn thám ựể lập bản ựồ hiện trạng

4.2.7 đánh giá ựộ chắnh xác của kết quả phân loại 73

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 Bð HTSDð – Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

2 GIS, HTTðL – Hệ thông tin ñịa lý

3 NDVI – Chỉ số thực vật

4 DBMS – Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

5 KTNN – Khí tượng nông nghiệp

6 GCNQSDð – Giấy chứng nhận quyền sử dụng ñất

7 NTTS – Nuôi trồng thuỷ sản

8 MNCD – Mặt nước chuyên dùng

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

1 MỞ ðẦU

1.1.Tính cấp thiết của ñề tài

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất (HTSDð) ñược coi như loại bản ñồ thường trực làm căn cứ ñể thu thập các thông tin hiện thời về bề mặt lớp phủ và

là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các nhà hoạch ñịnh chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt ñất Bên cạnh ñó, bản ñồ HTSDð còn là căn cứ ñể ñánh giá thực trạng sử dụng ñất, quản lý và khai thác nguồn tài nguyên và môi trường, lập quy hoạch chuyên ngành,…

Hiện nay, ña số các ñịa phương trong cả nước vẫn sử dụng các phương pháp thành lập bản ñồ HTSDð theo phương pháp truyền thống, quá trình cập nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản ñồ

có ñộ chính xác không cao và không thống nhất (do dữ liệu ñầu vào không ñồng bộ) Hơn nữa, việc thành lập bản ñồ theo phương pháp truyền thống như hiện nay ñôi khi không ñáp ứng kịp yêu cầu của công tác quản lý sử dụng ñất

Sự thay ñổi về loại hình sử dụng ñất không ñược cập nhật thường xuyên sẽ gây khó khăn cho công tác thống kê, kiểm kê ñất ñai, ảnh hưởng tới công tác quản lý tài nguyên ñất ñai nói chung và công tác quy hoạch sử dụng ñất, công tác nghiên cứu các lĩnh vực chuyên ngành nói riêng

Phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ viễn thám nói riêng phục vụ công tác quản lý các nguồn tài nguyên, giám sát môi trường, thành lập bản ñồ chuyên ñề, bản ñồ HTSDð, … ñóng vai trò quan trọng cho sự nghiệp phát triển ñất nước hiện nay

Trong vòng nửa thế kỷ trở lại ñây, công nghệ viễn thám và hệ thông tin ñịa

lý (GIS) ñược ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái ñất cũng như công tác thành lập bản ñồ HTSDð Việc áp dụng phương pháp thành lập

bản ñồ HTSDð sử dụng tư liệu ảnh viễn thám tích hợp với GIS cho phép chúng

ta xác ñịnh nhanh chóng vị trí không gian và tính chất của ñối tượng ðồng thời, dựa trên ñộ phân giải phổ, ñộ phân giải không gian và ñộ phân giải thời gian của

tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác ñịnh ñược thông tin của ñối tượng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những vùng sâu, vùng xa

Trước yêu cầu ñòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách ñầy ñủ, nhanh chóng và chính xác nhất về các loại hình sử dụng ñất, nên việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành lập bản ñồ ñã trở thành một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa học cao

Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

ở tỉnh Phú Thọ, với mong muốn tạo ñược bước ñột phá mới trong công tác thành lập bản ñồ ở ñịa phương mình, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:

“Ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu Viễn thám và Hệ thông tin ñịa

lý (GIS) ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tỷ lệ 1:10 000 huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ”

1.2 Mục ñích, yêu cầu

1.2.1 Mục ñích

+ Nghiên cứu khả năng thành lập bản ñồ HTSDð trên cơ sở các tư liệu ảnh viễn thám, các phương pháp thành lập, ưu nhược ñiểm từng phương pháp; + Nghiên cứu khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin ñịa lý

ñể thành lập bản ñồ HTSDð; ñưa ra quy trình công nghệ thành lập và ñề xuất,

áp dụng cho việc thành lập bản ñồ HTSDð ở ñịa phương;

+ Tạo ra ñược bản ñồ HTSDð làm tài liệu phục vụ cho các mục ñích lập quy hoạch chuyên ngành, quy hoạch sử dụng ñất, quản lý lãnh thổ, sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường

- Cần nắm được tình hình quản lý sử dụng đất, cĩ được các thơng tin quan sát thực tế nhằm bổ trợ cho quá trình giải đốn ảnh;

- Các số liệu điều tra, thu thập phục vụ nghiên cứu phải đầy đủ, chính xác, phản ánh trung thực và khách quan

2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

b Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Sóng ñiện từ ñược phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về ñặc tính của ñối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng ñã xác ñịnh ðo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt ñất khác nhau do sự tương tác giữa bức

xạ ñiện từ và vật thể

Thiết bị dùng ñể cảm nhận sóng ñiện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể ñược gọi là bộ cảm biến Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét bộ cảm biến ñược ñặt trên vật mang như: máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh…

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám

Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời, năng lượng của sĩng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được

bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận

Thơng tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu nhận và xử lý tự động trên máy hoặc giải đốn trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia Các dữ liệu hoặc thơng tin liên quan đến các vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Nơng lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, mơi trường, Năng lượng của sĩng điện từ khi lan truyền qua mơi trường khí quyển

sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng bước sĩng cụ thể Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sĩng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sĩng điện từ với khí quyển sẽ cĩ tác động mạnh đến thơng tin do bộ cảm biến thu nhận được [6]

c.Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám

Bộ cảm giữ nhiệm vụ thu nhận các năng lượng bức xạ do vật thể phản xạ

từ nguồn cung cấp tự nhiên (mặt trời) hoặc nhân tạo do (do vệ tinh phát) Năng lượng này được chuyển thành tín hiệu số tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sĩng do bộ cảm nhận được trong dải phổ đã được xác định

Cĩ 2 loại: bộ cảm chủ động và bộ cảm bị động

Bộ cảm bị động thu nhận bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát xạ từ nguồn phát tự nhiên là Mặt trời Bộ cảm chủ động lại thu năng lượng do vật thể phản xạ từ một nguồn cung cấp nhân tạo[6]

d Vệ tinh viễn thám và một số tư liệu sử dụng trong Viễn thám

* Vệ tinh viễn thám:

- Vệ tinh Landsat: Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu

tiên được phĩng lên quỹ đạo năm 1972, cho đến nay đã cĩ 7 thế hệ vệ tinh Landsat đã được phĩng lên quỹ đạo và dữ liệu đã được sử dụng rộng rãi trên tồn thế giới Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat được cung cấp từ 15 trạm thu

nhằm phục vụ quản lý tài nguyên và giám sát môi trường

Vệ tinh Landsat ñược thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185km và có thời ñiểm bay qua xích ñạo là 9h39’sáng Dữ liệu do 2 bộ cảm biến TM và MSS thu nhận ñược chia thành các cảnh phủ một vùng trên mặt ñất 185×170km ñược ñánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến

và hàng Các giá trị của pixel ñược mã hoá 8 bit tức là cấp ñộ xám ở quỹ ñạo trong khoảng 0÷255 [6]

ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh Landsat gồm:

Bảng 2.1 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh

ðộ cao bay 915 km (Landsat -1-3)

705km (Landsat -4,5,7) Quỹ ñạo ðồng bộ mặt trời Chu kỳ lặp 18 ngày (Landsat -1-3)

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

Chu kỳ quỹ ñạo

Khoảng 103 phút (Landsat -1-3) khoảng 99 phút (Landsat -4,5,7) Năm phóng vào quỹ ñạo

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

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

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

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

Loại bộ cảm Kênh Bước sóng

(µm) Loại

ðộ phân giải không gian

0,45 ÷ 0,52 0,52 ÷ 0,60 0,63 ÷ 0,69 0,76 ÷ 0,90 1.55 ÷ 1,75 10,4 ÷ 12,5 2,08 ÷ 2,35

Chàm Lục ñỏ

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

0,5 ÷ 0,6 0,6 ÷ 0,7 0,7 ÷ 0,8 0,8 ÷ 1,1

Lục

ðỏ Cận hồng ngoại Cận hồng ngoại

80 m

80 m

80 m

80 m

0,45 ÷ 0,52 0,53 ÷ 0,61 0,63 ÷ 0,69 0,75 ÷ 0,90 1.55 ÷ 1,75 10,4 ÷ 12,5 2,09 ÷ 2,35 0,52 ÷ 0,9

Chàm Lục ñỏ

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

Vệ tinh SPOT-1 ñược cơ quan hàng không Pháp phóng lên quỹ ñạo năm

1986, các năm 1990, 1993, 1998 và 2002 lần lượt các vệ tinh SPOT-2,3,4 và 5 ñược ñưa vào hoạt ñộng ðây là loại vệ tinh ñầu tiên sử dụng kỹ thuật quét dọc tuyến chụp với hệ thống quét ñiện tử có khả năng cho ảnh lập thể dựa trên nguyên

lý quan sát nghiêng, có ñộ phân giải cao nên ñược ứng dụng khá phổ biến trong nghiên cứu hiện trạng sử dụng ñất, phân tích biến ñộng và thành lập bản ñồ tỷ

lệ 1:10 000 và nhỏ hơn [6]

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

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

Thời gian hoàn tất quỹ ñạo Khoảng 101 phút

Năm phóng vào quỹ ñạo

Bảng 2.4 ðặc trưng chính của bộ cảm và ñộ phân giải không gian Tên bộ cảm Kênh Bước sóng

(µm) Loại

ðộ phân giải không gian SPOT -1-3

HRV-XS:

Vùng nhìn thấy ñộ phân

giải cao ða phổ

kênh 1 kênh 2 kênh 3

0,50 ÷ 0,59 0,61 ÷ 0,68 0,79 ÷ 0,89

Lục ñến vàng

ðỏ Cận hồng ngoại

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

Lục ñến vàng

ðỏ Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung

0,5÷0,59 0,61-0,68 0,51-0,75

10m 5m

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

Lục

ðỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại gần

Vô tuyến cao tần

Vô tuyến cao tần

0,5 ÷ 0,7 6,0 ÷ 7,0 10,5 ÷ 11,5 11,5 ÷ 12,5

Nhìn thấy Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại nhiệt

900 km

2700 km

2700 km

2700 km

Bảng 2.6 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh MOS

ðộ cao bay 909 km Thời gian hoàn tất chu

Bảng 2.7 ðặc trưng chính và ñộ phân giải không gian

Loại bộ cảm Kênh

Bước sóng (µm)

Loại

ðộ phân giải (IRS 1C)

ðộ phân giải (IRS 1D) PAN

Bộ cảm toàn sắc P 0,50 ÷0,75

Nhìn thấy (lục ñến cận hồng ngoại) 5,8 m 5,2 ÷ 5,8 m

LISS -3

Bộ cảm trợ quét

ảnh tuyến tính

Kênh2 Kênh3 Kênh4 Kênh5

0,52 ÷0,59 0,62 ÷0,68 0,77 ÷0,86 1,55 ÷1,70

Nhìn thấy(lục ñến vàng) Nhìn thấy (lục ñến ñỏ ) Cận hồng ngoại

Bảng 2.8 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh IRS

IRS -1C IRS -1D

- Vệ tinh IKONOS

IKONOS là loại vệ tinh thương mại ñầu tiên có ñộ phân giải cao (1m) ñược ñưa vào không gian tháng 9/1999 Bộ cảm biến OSA (Optical sensor assembly) của vệ tinh IKONOS sử dụng nguyên lý quét ñiện tử và có khả năng thu ñồng thời ảnh toàn sắc và ña phổ Ngoài khả năng tạo ảnh có ñộ phân giải cao nhất vào thời ñiểm năm 2000, ảnh IKONOS còn có ñộ phân giải bức xạ rất cao ñể ghi nhận năng lượng phản xạ Nhiều ứng dụng cho việc quản lý ñô thị và quy hoạch tại các thành phố lớn trên thế giới ñã chứng minh cho ưu thế của ảnh IKONOS ñộ phân giải cao, trong tương lai ảnh ñộ phân giải cao sẽ giữ vai trò quan trọng trong việc thành lập bản ñồ và quan sát thành phố

Bảng 2.9 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh IKONOS

0,45 ÷ 0,90 0,45 ÷ 0,52 0,52 ÷ 0,60 0,63 ÷ 0,69 0,76 ÷ 0,90

1 m

4 m

Ảnh IKONOS ñược sử dụng không chỉ ñể thành lập và cập nhật bản ñồ ñịa hình tỷ lệ trung bình, giám sát phân tích biến ñộng mà còn có thể tạo ra hình ảnh thực cho khu vực phục vụ dịch vụ kinh doanh và du lịch Các loại ảnh vệ tinh thương mại có ñộ phân giải cao khác có thể sử dụng hiện nay như: Orbvieww-3, Quickbird, và EROS-A1

- Vệ tinh Quickbird

Quickbird ñánh dấu một bước quan trọng của dạng tư liệu viễn thám phân giải cao ñược thương mại hoá Lần ñầu tiên phóng vào năm 2000 bị thất bại, lần thứ hai ñược phóng lên với ñộ phân giải cao (ảnh PAN - 0,6m và ảnh

ña phổ 2,4m) vào 18/10/2001 Vệ tinh ñược phóng lên quỹ ñạo ñồng bộ mặt trời, ñộ cao 450km, ñộ nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980 Các kênh phổ của vệ tinh là xanh chàm 450-520 mµ, xanh lục 520-600 mµ, ñỏ 630-690 mµ và hồng ngoại gần 760-900mµ [5]

- Chu kỳ: 1,1 ngày hoặc ít hơn và 3,7 ngày ở 200

- Các kênh phổ: Toàn sắc; 8 kênh ña phổ (4 kênh màu chuẩn: ñỏ, lục, chàm, cận hồng ngoại-1 và 4 kênh màu mới: ðỏ ñậm, chàm tím, vàng, cận hồng ngoại-2);

hệ thống quang điện tử Những tư liệu này cĩ độ phân giải khơng gian cao nhưng kém về độ phân giải phổ [1]

- Ảnh số

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

số được chia thành nhiều phần tử nhỏ gọi là pixel Mỗi pixel tương ứng với một đơn vị khơng gian

Ảnh số được đặc trưng bởi một số thơng số cơ bản về hình học, bức xạ như trường nhìn khơng đổi, gĩc nhìn tối đa, độ phân giải mặt đất [1]

- Số liệu mặt đất

Số liệu mặt đất là tập hợp các quan sát mơ tả, đo đạc về các điều kiện thực tế trên mặt đất của các địa vật cần nghiên cứu nhằm xác định mối tương quan giữa tín hiệu thu được và bản thân các đối tượng Các số liệu đĩ bao gồm thơng tin tổng quan về đối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái, tính chất phản xạ, hấp thụ phổ, nhiệt độ … và thơng tin về mơi trường xung quanh như gĩc chiếu, độ cao mặt trời, cường độ chiếu sáng, trạng thái khí quyển, nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, hướng và tốc độ giĩ …[1]

2.1.2 Phương pháp xử lý thơng tin Viễn thám

a Khái niệm giải đốn ảnh Viễn thám

Giải đốn ảnh vệ tinh được định nghĩa như là một quá trình tách

thơng tin định tính cũng như định lượng từ ảnh viễn thám tạo ra bản đồ

chuyên đề dựa trên các tri thức chuyên mơn hoặc kinh nghiệm của người

giải đốn [6]

Sơ đồ tổng quát cho việc giải đốn được thể hiện như sau:

Hình 2.2 Các bước tiến hành giải đốn ảnh bằng mắt

b Giải đốn ảnh bằng mắt

Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh Phân

tích ảnh bằng mắt cĩ sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức chuyên mơn của

người phân tích để từ đĩ khai thác được các thơng tin cĩ trong tư liệu ảnh Kết

quả giải đốn phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích Hạn chế

của giải đốn bằng mắt là khơng nhận biết được hết các đặc tính phổ của đối

tượng, nguyên nhân do khả năng phân biệt về phổ của mắt người hạn chế tối

đa là 12-14 mức

ðể giải đốn ảnh, ngồi sự trợ giúp của máy tính và sự hỗ trợ của phần

mềm để xác định các đặc trưng phổ phản xạ, người giải đốn cịn căn cứ vào một

số chuẩn giải đốn, đặc trưng của các đối tượng cũng như kinh nghiệm của các

Tạo khố giải đốn (hình dạng, kích thước , màu sắc )

ðo đạc các yếu tố định lượng (đo dài, độ cao,vị trí )

Tách gộp các yếu tố của đối tượng và gán thuộc tính

Trình bày các kết quả giải đốn và thể hiện trên bản đồ

chuyên gia, cĩ thể chia các chuẩn giải đốn thành 8 nhĩm chính: Kích thước, hình dạng, bĩng râm, độ đen, màu sắc, cấu trúc, hình mẫu và mối quan hệ [6]

b Giải đốn ảnh bằng cơng nghệ số

Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu được trong kỹ thuật viễn thám thường dưới dạng số và được xử lý bằng máy tính để tạo ảnh đã được giải đốn ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau

Phương pháp với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng cĩ thể tách chiết rất nhiều thơng tin phổ của đối tượng, từ đĩ nhận biết các đối tượng một cách tự động Tuy nhiên, quá trình xử lý ảnh số cần cĩ sự kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức chuyên mơn với hiểu biết về đối tượng của người phân tích

Các dữ liệu thu được trong viễn thám thường được lưu dưới dạng ảnh

số nên vấn đề xử lý ảnh số trong viễn thám giữ vai trị quan trọng trong việc tách thơng tin hữu ích phục vụ cho rất nhiều chuyên ngành khác nhau Nội dung các thành phần xử lý cơ bản và trình tự tiến hành cĩ thể hệ thống và tĩm tắt như sau [6]:

Hình 2.3 Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số

2.1.3 Một số ứng dụng của Viễn thám

- Nghiên cứu môi trường

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

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

do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục;

+ Sử dụng các dải phổ khác nhau ñể quan trắc các ñối tượng [10]

Hình 2.4 Phát hiện ô nhiễm môi trường không khí bằng ảnh vệ tinh

SPOT

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

Các công trình nghiên cứu của Việt Nam về ô nhiễm môi trường không

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

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

Với việc xây dựng Hệ thống trạm thu ảnh vệ tinh mặt ựất (2005-2007) thuộc dự án ỘXây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường Việt NamỢ do Trung tâm Viễn thám quốc gia thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì, ựã tạo ra những khả năng và ựiều kiện mới thực hiện công tác giám sát tài nguyên và môi trường đẤT - NƯỚC - KHÔNG KHÍ nhanh hơn, chắnh xác hơn và ựầy ựủ hơn [3]

- Nghiên cứu thực vật rừng:

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

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

là khi giải ựoán về các loại thực vật, thổ nhưỡng Tuỳ thuộc vào bước sóng ựiện từ phản xạ hay bức xạ từ các vật thể sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu sắc khác nhau

Phản xạ phổ ứng với từng lớp phủ mặt ựất cho thấy có sự khác nhau do sự tương tác giữa các bức xạ ựiện từ và vật thể, ựiều này cho phép viễn thám có thể xác ựịnh hoặc phân tắch ựược ựặc ựiểm của lớp phủ thông qua việc ựo lường phản

xạ phổ [6].

Hình 2.5 Phổ phản xạ của thực vật, ñất và nước

- Nghiên cứu thuỷ văn

ðể phục vụ các mục ñích quản lý và khai thác tài nguyên nước phải

ñiều tra và giám sát sự phân bố các ñối tượng thủy văn và các nguồn nước

ngầm, khối lượng và chất lượng cũng như diễn biến theo mùa, theo thời gian

của chúng, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan như lũ lụt, nhiễm mặn, biến

ñộng lòng sông, lòng hồ,…

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

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

nước và về nước ngầm cũng cần ñược nghiên cứu áp dụng, khai thác từ ảnh

vệ tinh Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, giám sát tài nguyên nước là

một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất

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

ñồ biến ñộng lòng sông ở các tỉ lệ khác nhau, từ 1:100 000 ñến 1:25 000 cho

hệ thống sông Cửu Long, một số sông ở miền Trung và sông Hồng Ảnh vệ

tinh hiện nay có khả năng sử dụng ñể ñiều tra giám sát chất lượng nước như

ñộ mặn, mức ñộ ô nhiễm do chất thải công nghiệp và ñể ñiều tra, quản lí tổng

hợp các lưu vực sông

Về mặt nước ngầm, các nhà địa chất - thuỷ văn đã tiến hành một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với các phương pháp truyền thống để điều tra, thành lập bản đồ nước ngầm Một trong những cơng trình đầu tiên về mặt này ở nước ta là bản đồ nước ngầm Tây Nguyên tỉ lệ 1: 250 000 được thành lập trong khuơn khổ chương trình điều tra tổng hợp vùng Tây Nguyên [10].

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

Hiện nay, trong cơng tác thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất người ta đã sử dụng rộng rãi các tư liệu viễn thám vì tư liệu viễn thám cĩ khả năng trùm phủ lớn, thơng tin thu nhận ở trên một diện tích rộng từ 185 km x185 km đến 11 km x 11 km Tư liệu viễn thám cĩ độ phân giải cao từ 0,5m cho đến 80m cho nên thỏa mãn các nhu cầu thành lập các loại bản đồ chuyên

đề ở tỷ lệ khác nhau Phần lớn tư liệu viễn thám đều ở dạng số cho nên việc lưu trữ, khai thác, phân tích chúng rất dễ dàng Các đặc trưng của tư liệu viễn thám như tính đa thời gian, đa phổ, đặc trưng cấu trúc và các chỉ số như NDVI … giúp ích rất nhiều trong việc giải đốn tự động trên máy tính để

thành lập bản đồ chuyên đề một cách nhanh chĩng, chính xác

Ở nước ta, cơng nghệ viễn thám và hệ thơng tin địa lý đã được ứng dụng trong cơng tác thành lập bản đồ HTSDð, nghiên cứu biến động sử dụng đất và đã bước đầu đã thu được những kết quả đáng khích lệ

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

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

đồ ảnh, một số loại bản đồ chuyên đề, cập nhật và hiệu chỉnh các loại bản đồ cảnh quan, bản đồ bay, bản đồ địa hình và đồng thời biên vẽ lược đồ nơng sâu của biển bởi vì vệ tinh Landsat cĩ thể cung cấp lượng thơng tin vơ cùng phong phú bao phủ diện tích lớn trong thời gian ngắn Tư liệu MSS trở thành nguồn dữ liệu mới cho các mục đích thành lập bản đồ [11]

- Tư liệu ảnh Landsat TM, Spot và Mapsat:

+ Ảnh Landsat TM có ñộ phân giải cao, ñộ chính xác mặt bằng hình ảnh sau khi xử lý có thể ñáp ứng công tác thành lập hoặc hiệu chỉnh bản ñồ tỷ

lệ 1/50.000

+ Ảnh Spot có thể sử dụng ñể thành lập các loại bản ñồ tỷ lệ ñến 1/25.000 với khoảng cao ñều 20-25m

+ Ảnh ña phổ Mapsat của Mỹ: Có thể dùng ñể thành lập bản ñồ tỷ lệ 1/50.000 (mô hình số ñộ cao) với khoảng cao ñều 20m ðộ phân giải mặt ñất

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

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

Mỹ và thu ñược những thành tựu rất lớn Các sản phẩm bản ñồ ñược thành lập

từ ảnh Radar ở tỷ lệ 1/250.000 ñược sử dụng phổ biến trong thực tế cho nên

tư liệu ảnh Radar ñược xem là những tư liệu bổ sung cho việc thành lập bản

ñồ tỷ lệ nhỏ và trung bình [11]

ðể ñáp ứng nhu cầu về tư liệu viễn thám, nước ta ñã có một số trạm thu ảnh vệ tinh khí tượng và ảnh vệ tinh quang học Cùng với việc ứng dụng công nghệ viễn thám, công tác nghiên cứu triển khai phát triển phần mềm, chế tạo thiết bị cũng như xây dựng quy trình công nghệ xử lý và sử dụng ảnh vệ tinh

ñã ñược tiến hành ở một số cơ quan Những công trình này có ý nghĩa thúc ñẩy sự phát triển công nghệ viễn thám ở nước ta, song kết quả thu ñược còn ở mức ñộ khiêm tốn[10]

2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS)

2.2.1 Khái quát chung về GIS

a Khái niệm chung về GIS

Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Infomation System) là hệ thống thông

tin có khả năng truy nhập, tìm kiếm, xử lý, phân tích và truy xuất dữ liệu ñịa lý hoặc

dữ liệu không gian nhằm hỗ trợ quy hoạch ñô thị, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường [8]

ðây là ngành khoa học có tính chất liên ngành, liên quan ñến các chuyên ngành ñịa lý, công nghệ thông tin, toán ứng dụng, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, khoa học ñất, quản lý ñất ñai, lâm nghiệp… GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết ñịnh trong nhiều hoạt ñộng kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân ñánh giá ñược hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy cập, phân tích và tích hợp các thông tin ñược gắn với một nền hình học (bản ñồ) nhất quán trên cơ sở toạ ñộ của các dữ liệu ñầu vào Theo cách tiếp cận truyền thống, GIS là một công cụ máy tính ñể lập bản ñồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái ñất

Một ñặc ñiểm nổi bật của GIS là cho phép xác ñịnh các mối quan hệ không gian giữa các hình ảnh và ñối tượng bản ñồ quản lý trong hệ thống GIS không quản lý các hình ảnh cụ thể mà nó quản lý một cơ sở dữ liệu, thường là cơ sở dữ liệu quan hệ tập trung ñược tạo lập bởi các dữ liệu không gian trong thế giới thực ñi kèm theo thông tin thuộc tính của chúng Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS

có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Có nhiều ñịnh nghĩa khác nhau về hệ thống thông tin ñịa lý, song có thể ñịnh nghĩa như sau:

Hệ thống thông tin ðịa lý là một hệ thống bao gồm các phần mềm, phần cứng máy tính và một cơ sở dữ liệu ñủ lớn, có các chức năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu ñịa lý phục vụ giải quyết lớp rộng lớn các

bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí ñịa lý trên bề mặt trái ñất [9]

Hình 2.6 Nhiều lớp thông tin khác nhau tổng hợp thành bản ñồ

c Ứng dụng của hệ thống thơng tin địa lý trong quản lý tài nguyên

thiên nhiên và mơi trường

GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu khơng gian, nĩ cĩ rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, như: ðo đạc địa lý, quản

lý tài nguyên thiên nhiên, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên mơi trường, Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS đĩng vai trị như là một cơng cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động [1] Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ mơi trường Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của

Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, đến mơ hình hố quản lý các sự cố mơi trường hiện đang được phát triển, cơng nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mơi trường ngày càng hữu hiệu hơn Với mức đơn giản nhất cĩ thể sử dụng GIS để đánh giá mơi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của cây rừng Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mơ hình hĩa các quá trình xĩi mịn đất, sự lan truyền ơ nhiễm trong mơi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sơng dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn, hay trong lĩnh vực nghiên cứu khí tượng thủy văn, GIS được dùng như

là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đốn các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ

đĩ đưa ra các biện pháp phịng chống kịp thời [8]

Tại Việt Nam cơng nghệ GIS được thí điểm khá sớm và đến nay được ứng dụng trong khá nhiều ngành và đã mang lại hiệu quả bước đầu cho hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, an ninh quốc phịng của nước ta và đang cĩ nhiều triển vọng phát triển nhanh trong thời gian sắp tới [4]

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

a Khái niệm về tích hợp

Tích hợp có nghĩa là hợp thành một thể thống nhất, bổ sung thành một thể thống nhất Như vậy, công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS là công nghệ hợp nhất các ưu ñiểm của hai loại tư liệu viễn thám và GIS, ñồng thời tìm cách hạn chế các yếu ñiểm của hai loại tư liệu này ðây là một công nghệ tiên tiến thường ñược sử dụng trong công tác thành lập và hiện chỉnh bản ñồ trong những năm gần ñây [7]

b Khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và GIS

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

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

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

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

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

dữ liệu từ vector sang raster và từ raster sang vector bảo ñảm tính chính xác

và không mất mát thông tin Ngoài ra chức năng chồng ghép các lớp dữ liệu cho phép tích hợp và hiển thị ñồng thời cả hai lớp vector và raster, ñiều này cho phép cập nhật nhanh các lớp dữ liệu về giao thông, thủy hệ, thực phủ,

trong dữ liệu nền, cũng như các lớp dữ liệu chuyên đề của GIS (hiện trạng sử dụng đất, biến đổi bờ dọc sơng…) ở nhiều tỷ lệ khác nhau và cấp độ cập nhật khác nhau

- Dữ liệu viễn thám và nguồn dữ liệu GIS cĩ cùng tọa độ tham chiếu:

Sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS đĩ là trong thực tế cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu khơng gian và cĩ thể thành lập bản đồ số ðiều này cho thấy yêu cầu dữ liệu trên cùng khu vực sẽ cĩ cùng tọa độ tham chiếu, nên về khía cạnh cơ sở tốn học dữ liệu tương ứng của hai cơng nghệ sẽ tham chiếu cùng một hệ tọa độ và cao độ thống nhất Do đĩ, tính hiệu quả trong vận hành, phân tích và hiển thị dữ liệu sẽ được nâng cao đáng kể cho người sử dụng, đồng thời bảo đảm tính thống nhất của dữ liệu

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

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

số từ cơng nghệ viễn thám dễ dàng được tổ chức thành các lớp thơng tin hợp

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

và cập nhật dữ liệu khơng gian Người sử dụng cĩ thể chuyển đổi qua lại giữa hai định dạng vector và raster hoặc phối hợp chúng trên cùng khu vực để thành lập các loại bản đồ chuyên đề

Quy trình xử lý và giải đốn ảnh vệ tinh rất ít sử dụng dữ liệu dạng

vector, do đĩ các hệ thống xử lý ảnh viễn thám thường khơng đủ chức năng

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

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

2.3 Tình hình nghiên trên thế giới và ở nước ta

2.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên thế giới

Cơng nghệ viễn thám là một phần của cơng nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển nhưng đã nhanh chĩng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi ở các nước phát triển Cơng nghệ viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho cơng tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và mơi trường ở cấp

độ từng nước, từng khu vực và trong phạm vi tồn cầu [10]

Khi vệ tinh Landsat-1 được phĩng vào năm 1972, những ứng dụng của

kỹ thuật viễn thám trong lĩnh lực giám sát mơi trường và quản lí tài nguyên thiên nhiên đã trở nên khá phổ biến và trở thành một phương pháp rất hiệu quả trong việc cập nhật thơng tin của một vùng hay một lãnh thổ phục vụ cho cơng tác khai thác và quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát biến động và nghiên cứu mơi trường, nghiên cứu hệ sinh thái và thành lập bản đồ lớp phủ cũng như bản đồ hiện trạng sử dụng đất… Các tư liệu viễn thám được xem là nguồn thơng tin đầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ thuật của nĩ [6]

Việc kết hợp tư liệu viễn thám và GIS phục vụ nghiên cứu cho nhiều mục ñích khác nhau ñã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới, ñặc biệt trong công tác thành lập các loại bản ñồ chuyên ñề, bản ñồ HTSDð,

* Một số ứng dụng công nghệ viễn thám trên thế giới:

- Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến ñổi môi trường bao gồm: ðiều tra về sự biến ñổi sử dụng ñất và lớp phủ; vẽ bản ñồ thực vật; nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; giám sát thiên tai (hạn hán, lũ lụt, cháy rừng, bão, mưa ñá, sương mù, sương muối,…); nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí

- Viễn thám ứng dụng trong ñiều tra ñất bao gồm: Xác ñịnh và phân loại các vùng thổ nhưỡng; ñánh giá mức ñộ thoái hoá ñất, tác hại của xói mòn, quá trình muối hoá

- Viễn thám trong lâm nghiệp, diễn biến của rừng bao gồm: ðiều tra phân loại rừng, diễn biến của rừng; nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng, cháy rừng

- Viễn thám trong quản lý sử dụng ñất bao gồm: Thống kê và thành lập bản ñồ sử dụng ñất; ñiều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật

- Ứng dụng viễn thám trong ñịa chất bao gồm: Thành lập bản ñồ ñịa chất; lập bản ñồ phân bố khoáng sản; lập bản ñồ phân bố nước ngầm; lập bản

sông cổ hay các di khảo cổ khác

- Viễn thám trong khắ tượng thuỷ văn: đánh giá ựịnh lượng lượng mưa, bão và lũ lụt, hạn hán; ựánh giá, dự báo dòng chảy, ựánh giá tài nguyên khắ hậu, phân vùng khắ hậu

- Viễn thám trong khắ tượng nông nghiệp (KTNN): Ứng dụng của viễn thám trong KTNN có thể phân thành 4 loại chắnh:

+ điều tra và ựánh giá tài nguyên khắ hậu nông nghiệp, sự biến ựổi tình hình sử dụng ựất và lớp ựất phủ, và sự thay ựổi của chúng theo từng thời gian nhất ựịnh

+ đánh giá những tác ựộng của ngoại cảnh liên quan ựến sản xuất nông nghiệp Bao gồm ựiều kiện môi trường phát triển nông nghiệp, sự phát sinh phát triển (diện tắch, mức ựộ) của những tác hại và nguy hiểm của thời tiết, khắ hậu và môi trường ựến sản xuất nông nghiệp

+ Tắnh toán các trường yếu tố khắ hậu nông nghiệp bề mặt như: Bức xạ, phát xạ, nhiệt ựộ, ựộ ẩm, bốc thoát hơiẦlàm cơ sở cho việc phân vùng khắ hậu nông nghiệp

+ Dự báo KTNN bao gồm dự báo năng suất cây trồng, sâu bệnh, hạn hán, úng lụtẦDo số liệu viễn thám ựược cập nhật nhanh, khách quan và chi tiết vì vậy ựáp ứng kịp thời và chắnh xác trong nghiệp vụ dự báo KTNN [3]

* Những ứng dụng của GIS:

GIS là công cụ dựa trên máy tắnh dùng cho việc thành lập bản ựồ và phân tắch các ựối tượng tồn tại và các sự kiện bao gồm ựất ựai, sông ngòi, khoáng sản, con người, khắ tượng thuỷ văn, môi trường nông nghiệpẦ xảy ra trên trái ựất Công nghệ GIS dựa trên các cơ sở dữ liệu quan trắc, viễn thám ựưa ra các câu hỏi truy vấn, phân tắch thống kê ựược thể hiện qua phép phân tắch ựịa lý Những sản phẩm của GIS ựược tạo ra một cách nhanh chóng,

nhiều tình huống cĩ thể được đánh giá một cách đồng thời và chi tiết Hiện nay nhu cầu ứng dụng cơng nghệ GIS trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và mơi trường ngày càng gia tăng khơng những trong phạm vi quốc gia mà cả phạm vi quốc tế Tiềm năng

kỹ thuật GIS trong lĩnh vực ứng dụng cĩ thể chỉ ra cho các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách, các phương án lựa chọn cĩ tính chiến lược về

sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và mơi trường [4]

2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS ở Việt Nam

Ở Việt nam, năm 1979-1980, các cơ quan của nước ta bắt đầu tiếp cận cơng nghệ viễn thám Trong 10 năm tiếp theo (1890-1990), đã triển khai các nghiên cứu -thử nghiệm nhằm xác định khả năng và phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám để giải quyết các nhiệm vụ của mình Từ những năm 1990-

1995, bên cạnh việc mở rộng cơng tác nghiên cứu - thử nghiệm, nhiều ngành

đã đưa cơng nghệ viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn và đến nay đã thu được một số kết quả rõ rệt về khoa học- cơng nghệ và kinh tế Trong các ứng dụng thực tế, ngồi ảnh vệ tinh khí tượng NOAA và GMS, các cơ quan đã sử dụng nhiều loại ảnh vệ tinh quang học như Landsat, SPOT, KFA-1000, ADEOS, cịn ảnh vệ tinh rada như RADASAT, ERS mới được ứng dụng thử nghiệm trong những năm gần đây Riêng ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao (1÷2m) hầu như chưa được sử dụng phổ biến [6] ðể đáp ứng nhu cầu về tư liệu viễn thám, ngày 09/7/2009, Trạm thu ảnh vệ tinh Việt Nam và Trung tâm

dữ liệu viễn thám Quốc gia chính thức đi vào hoạt động ðây khơng chỉ là niềm tự hào của những cơ quan, đơn vị tham gia xây dựng, cung cấp thiết bị cơng nghệ, quản lý, vận hành, khai thác sử dụng mà cịn là niềm tự hào của đất nước ta Là trạm thu thứ 5 trong khối ASEAN nhưng Trạm thu ảnh vệ tinh Việt Nam được lắp đặt các thiết bị kỹ thuật sử dụng cơng nghệ mới nhất từ Châu Âu, Mỹ và những thiết bị chuyên ngành do Tập đồn hàng khơng vũ trụ

quốc phòng EADS-DSC (Pháp) lập riêng cho dự án, ñã tạo ra tính năng tự ñộng cao Trạm thu ñược 5 loại ảnh vệ tinh là Spot 2, Spot 4, Spot 5, ENVISAT ASAR và ENVISAT MERIS có ñộ phân giải 2,5m, 10m, 20m, 30m…có thể phục vục cho nhiều nhiệm vụ trong lĩnh vực ñiều tra cơ bản, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường [10]

Hình 2.8 Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia

Sự kết hợp giữa viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñã ñem lại nhiều ứng dụng có hiệu quả cho công tác quản lý tài nguyên và môi trường,

cụ thể:

- Sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, giám sát tài nguyên ñất:

Hiện nay, ảnh vệ tinh ñã ñược nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất Những bản ñồ này phủ trùm các vùng lãnh thổ khác nhau, từ khu vực hẹp ñến tỉnh, vùng và toàn quốc

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất toàn quốc năm 1990 tỷ lệ 1: 1 000 000 ñược thành lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong ñó có ảnh vệ tinh Landsat -

TM Bản ñồ này do Tổng cục Quản lý Ruộng ñất (nay thuộc Bộ Tài nguyên

và Môi trường), cùng một số các cơ quan khác thực hiện Bên cạnh ñó, năm

1993 Tổng cục Quản lý Ruộng ñất, Cục ðo ñạc và Bản ñồ Nhà nước (nay

thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện ðiều tra Quy hoạch rừng, Viện Thiết kế và Quy hoạch Nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) ñã thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất toàn quốc tỉ lệ 1: 250 000 bằng ảnh Landsat - TM [10] Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất của các vùng như Tây Nguyên, ñồng bằng sông Cửu Long, ñồng bằng sông Hồng,… ñược thành lập trong khuôn khổ các chương trình ñiều tra tổng hợp, ñều ñã sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính Những bản ñồ này ñược thành lập trong những năm

1989, 1990 của thế kỉ trước và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và ñiều tra cơ bản thực hiện Bản ñồ ñược thành lập chủ yếu ở tỷ lệ 1: 250 000 [10]

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn của một

số ñịa phương cũng ñược thành lập bằng ảnh vệ tinh Những bản ñồ này thường ñược thành lập ở các tỷ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) ñến 1: 25 000 (khu vực

cụ thể) và do các Viện thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp, Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường và một số Trường ðại học thực hiện trong khuôn khổ các ñề tài nghiên cứu và các dự án

Nhằm ñưa công nghệ viễn thám về các Sở Tài nguyên và Môi trường, phục vụ công tác quản lý tài nguyên ñất vào dịp tổng kiểm kê ñất năm 2000, Trung tâm Viễn thám ñã có những cố gắng ban ñầu ñể một số Sở tiếp cận với công nghệ viễn thám, ñã xây dựng quy trình thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất bằng ảnh vệ tinh và tiến hành thử nghiệm ở một số ñịa phương Trung tâm Viễn thám ñã thành lập bình ñồ ảnh vũ trụ tỷ lệ 1: 10 000 phục vụ kiểm kê ñất ñai của 13 tỉnh trong ñợt kiểm kê ñất ñai năm 2005

Như vậy, cho ñến nay nhiều cơ quan ở nước ta ñã sử dụng ảnh vệ tinh ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất nhằm phục vụ các mục ñích khác nhau

Kế hoạch sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng

ñất một cách hệ thống theo quy ñịnh của tổng kiểm kê ñất thuộc ngành ñịa chính, cũng như ñể giám sát và cập nhật biến ñộng về sử dụng ñất ñai một cách liên tục theo các chu kì ngắn hạn ñang ñược Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường nghiên cứu ñưa vào thực hiện trong thời gian tới [10]

Về mặt thổ nhưỡng, ảnh vệ tinh có thể ñược sử dụng trong công tác ñiều tra, thành lập bản ñồ thổ nhưỡng, nghiên cứu, giám sát quá trình suy thoái ñất do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra như xói mòn, nhiễm mặn, cát lấn,… ở nước ta, ảnh vệ tinh mới ñược sử dụng như tài liệu hỗ trợ ñể thành lập một số bản ñồ thổ nhưỡng như bản ñồ thổ nhưỡng Tây Nguyên tỷ lệ 1: 250 000, bản ñồ thổ nhưỡng ñồng bằng sông Cửu Long tỷ lệ 1: 250 000 thuộc các chương trình ñiều tra tổng hợp các vùng này Bên cạnh ñó, một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh và GIS ñể thành lập bản ñồ xói mòn ñất ở tỉ

lệ nhỏ cũng ñã ñược thực hiện [10]

- Sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, giám sát tài nguyên nước

Nhằm ñẩy mạnh công tác giám sát tài nguyên nước, Trung tâm Viễn thám Quốc gia sẽ tăng cường phối hợp với Cục Quản lý Tài nguyên nước trong ứng dụng công nghệ viễn thám ðược biết ñây là dự án mà Trung tâm Viễn thám Quốc gia ñã xây dựng ñể duy trì việc mua tín hiệu ảnh từ các vệ tinh SPOT4, SPOT5, ENVISAT ASAR ðối với việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong ñánh giá tài nguyên nước, Trạm thu ảnh vệ tinh thuộc Trung tâm Viễn thám Quốc gia hiện ñã thu nhận ñược khối lượng lớn ảnh SPOT2 và SPOT4 trong khu vực thu nhận của Trạm thu

Trạm Thu ảnh vệ tinh còn thu nhận ảnh radar ENVISAT ASAR Mặc

dù ñộ phân giải của ảnh ASAR là không nhưng ảnh này có ưu ñiểm nổi trội so với ảnh quang học là việc chụp ảnh không phụ thuộc vào ñiều kiện của thời tiết Như vậy, sự biến ñộng của tài nguyên nước trong mùa mưa và mùa khô

có thể ñược xác ñịnh bằng loại ảnh này, nhất là với các khu vực ngập lụt

thường xuyên với diện tích rộng như một số tỉnh phía nam

Bộ Tài nguyên và Mơi trường tiếp tục đẩy mạnh các đề tài nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ viễn thám để giám sát tài nguyên nước như: Ứng dụng

dữ liệu ảnh viễn thám và hệ thống thơng tin địa lý (GIS) để xác định trữ lượng nước tại các hồ chứa; Ứng dụng cơng nghệ viễn thám và GIS để giám sát mực nước tại một số hồ thủy điện, giám sát tàu thuyền trên biển [10]

- Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát mơi trường

ðiều tra, giám sát mơi trường là nhiệm vụ liên quan đến nhiều ngành

Vì vậy, trong những năm qua, ngồi cơ quan quản lý mơi trường, nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học, điều tra cơ bản của nhiều ngành cũng như một số Trường ðại học ở nước ta đã quan tâm đến ứng dụng cơng nghệ viễn thám để thực hiện nhiệm vụ này như các Viện ðịa lý, ðịa chất, Vật lý, Nghiên cứu biển thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ Quốc gia, Trung tâm Viễn thám, Liên đồn Bản đồ ðịa chất thuộc Bộ Tài nguyên và Mơi trường, Viện ðiều tra và Quy hoạch rừng thuộc Bộ Nơng nghiệp và Phát triển Nơng thơn, Trường ðại học Khoa học Tự nhiên (ðại học Quốc gia Hà Nội),… Các

cơ quan này đã tiến hành nhiều thử nghiệm, dưới dạng các đề tài nghiên cứu, các dự án về sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra khảo sát các đối tượng, hiện tượng liên quan đến mơi trường (hoặc từ gĩc độ mơi trường) và đã thu được những kết quả ban đầu quan trọng

Ảnh vệ tinh đã được sử dụng để điều tra và thành lập bản đồ các hệ sinh thái nhạy cảm như: rừng ngập mặn, đất ngập nước (phạm vi cả nước), rạn san hơ (Quảng Ninh, miền Trung), … Các bản đồ rừng ngập mặn được thành lập ở tỷ lệ 1: 100 000, phủ trùm tồn dải ven biển và ở tỷ lệ lớn hơn cho từng vùng Bản đồ đất ngập nước tồn quốc được thành lập ở tỷ lệ 1: 250 000 Những bản đồ này do Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Mơi trường

và một số cơ quan khác thực hiện theo chương trình của Cục Bảo vệ Mơi