Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình

Hiện nay ở Việt Nam, có một số phương pháp hiện chỉnh bản đồ thườngđược sử dụng như: phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa, phương pháp sửdụng ảnh hàng không, phương pháp liên biên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH VÀ BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH 4

1.1 Ảnh vệ tinh 4

1.1.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám 4

1.1.2 Lý thuyết phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 5

1.1.2.1 Bức xạ điện từ 5

1.1.2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 8

1.1.3 Đặc điểm chung của ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh) 12

1.1.4 Khả năng lý thuyết để thành lập bản đồ của ảnh vệ tinh 13

1.1.5 Mối liên hệ giữa dung lượng thông tin của ảnh và của bản đồ 17

1.1.6 Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh 20

1.1.6.1 Ảnh SPOT Panchromatic phân giải 10m 20

1.1.6.2 Ảnh SPOT 5 màu tự nhiên phân giải 2.5m 22

1.1.6.3 Ảnh Quickbird độ phân giải 0.6m 23

1.2 Bình đồ ảnh và bình đồ ảnh vệ tinh 25

1.2.1 Bình đồ ảnh 25

1.2.2 Độ chính xác của bình đồ ảnh 26

1.2.3 Bình đồ ảnh vệ tinh 26

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH TRONG HIỆN CHỈNH BẢN ĐỒ 28

2.1 Bản đồ và sự cũ đi của nó 28

2.2 Mục đích, yêu cầu làm hiện chỉnh 29

2.3 Các phương pháp hiện chỉnh bản đồ địa hình 31

2.3.1 Hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không 31

2.3.2 Hiện chỉnh từ tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn hơn 33

2.3.3 Hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa 33

2.3.4 Hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh vệ tinh 34

2.3.4.1 Một số vệ tinh 34

2.3.4.2 Các chuẩn giải đoán ảnh vệ tinh 34

2.4 Một số thông tin về ảnh vệ tinh SPOT và QUICKBIRD 35

2.4.1 Ảnh SPOT 35

2.4.2 Ảnh QUICKBIRD 37

2.5 Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh SPOT trong hiện chỉnh bản đồ 38

2.5.1 Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh SPOT 38

2.5.1.1 Các mức xử lý ảnh SPOT 38

2.5.1.2 Hiệu chỉnh hình học (nắn ảnh mức 1B) 39

2.5.1.3 Nắn chỉnh ảnh SPOT ở mức 2 và mức 3 41

2.5.2 Tăng cường chất lượng ảnh 45

2.5.2.1 Các kỹ thuật làm tăng cường độ tương phản (Contrast manipulation) 45

2.5.2.2 Các kỹ thuật thao tác với đối tượng không gian (Spatial feature manipulation) 47

2.5.2.3 Các kỹ thuật thao tác đa ảnh (Multi-Image Manipulation) 48

2.5.3 Phân loại ảnh (Image classification) 51

CHƯƠNG 3 : CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH 52

3.1 Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác bình đồ ảnh 54

3.1.1 Sai số trong quá trình thu nhận ảnh vệ tinh 54

3.1.1.1 Các nguyên nhân gây méo hình ảnh vệ tinh 54

3.1.1.2 Khả năng loại trừ các sai số 55

3.1.2 Sai số trong quá trình xử lý ảnh vệ tinh 56

3.1.2.1 Độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh 57

3.1.2.2 Mô hình toán học sử dụng để nắn ảnh 57

3.1.2.3 Độ chính xác khống chế ảnh 58

3.1.2.4 Đồ hình và số lượng điểm khống chế ảnh 59

3.1.2.5 Mô hình số độ cao 59

3.2 Mô hình vật lý và mô hình hàm số hữu tỷ sử dụng để nắn ảnh 61

3.2.1 Mô hình vật lý 61

3.2.2 Mô hình hàm số hữu tỷ 63

3.3 Thực nghiệm và các kết quả 65

3.3.1 Mục đích và nội dung thực nghiệm 65

3.3.1.1 Mục đích 65

3.3.1.2 Nội dung tiến hành 65

3.3.2 Thực nghiệm nắn ảnh vệ tinh sử dụng mô hình vật lý với ảnh vệ tinh SPOT5 66 3.3.2.1 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với số điểm KC khác nhau 66

3.3.2.2 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với điểm KC không rải đều trên ảnh 68

3.3.2.3 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan theo khối ảnh có góc nghiêng chụp ảnh lớn với số lượng điểm KC khác nhau 70

3.3.2.4 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan sử dụng mô hình số DEM khác nhau 72

3.3.3 Phân tích, đánh giá độ chính xác ảnh nắn sử dụng mô hình vật lý 76

3.3.3.1 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với số lượng điểm KC khác nhau 76

3.3.3.2 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan với điểm KC không rải đều trên cảnh ảnh vệ tinh 271308/5 77

3.3.3.3 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan theo khối ảnh có góc nghiêng chụp ảnh lớn với số lượng điểm khác nhau 78

3.3.3.4 Thực nghiệm nắn ảnh SPOT5 Pan sử dụng mô hình số DEM khác nhau 79

3.3.4 Sử dụng mô hình hàm hữu tỷ 81

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PHỤ LỤC 88

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1- Phân loại sóng điện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám 7

Bảng 1.2-Độ phân giải không gian của dữ liệu ảnh viễn thám 15

Bảng 1.3 –Độ lớn pixel thực địa ứng với từng tỷ lệ bản đồ 19

Bảng 3.1 – Giá trị độ cao và giá trị chênh cao địa hình lớn nhất cho phép ứng với từng giá trị góc nghiêng chụp ảnh 61

Bảng 3.2 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp 67

Bảng 3.3 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp 71

Bảng 3.4 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp 74

Bảng 3.5 - Sai số vị trí điểm trung bình của từng trường hợp 75

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1- Các kênh phổ sử dụng trong viễn thám 4

Hình 1.2 - Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám 5

Hình 1.3 - Bức xạ điện từ 6

Hình 1.4 - Đường cong đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 9

Hình 1.5 - Mô tả về độ phân giải không gian của ảnh 14

Hình 1.6 - Một số hình ảnh về độ phân giải không gian ảnh viễn thám 16

Hình 2.1 – Vị trí của các vệ tinh SPOT trên quỹ đạo 35

Hình 2.2 - Vệ tinh QUICKBIRD 37

Hình 2.3 – Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 49

Hình 2.4 - Hình ảnh chỉ số thực vật NDVI bề mặt trái đất theo MODIS 50

Hình 3.1 - Các dạng méo hình do ảnh hưởng của các nguồn 55

"sai số trong" bộ cảm biến 55

Hình 3.2 - Các dạng méo hình do ảnh hưởng của các nguồn 55

"sai số ngoài" bộ cảm biến 55

Hình 3.3 - Xê dịch vị trí điểm trên ảnh nắn do sai số độ cao của mô hình số độ cao hoặc do ảnh hưởng của chênh cao giữa điểm địa hình và mặt phẳng nắn ảnh 59

Hình 3.4 - Sơ đồ điểm khống chế 66

Hình 3.5 - Mô hình số địa hình khu vực 66

Hình 3.6 - Đồ thị sai số đối với ảnh SPOT- Pan 2.5m 68

Hình 3.7 - Sơ đồ điểm khống chế 69

Hình 3.8 - Mô hình số địa hình khu vực 69

Hình 3.9 - Sơ đồ điểm khống chế 71

Hình 3.10 - Mô hình số địa hình khu vực 71

Hình 3 11 - Đồ thị sai số trung phương vị trí điểm đối với khối ảnh vệ tinh 72

Hình 3.12 - Sơ đồ điểm khống chế cảnh 271307 và 271308 73

Hình 3.13 - Mô hình số địa hình cảnh 271307 và 271308 73

Hình 3.14 - Đồ thị sai số sử dụng DEM25 và DEM50 cảnh ảnh 271308 74

Hình 3.15 - Đồ thị sai số khi sử dụng DEM25 và DEM50 cảnh ảnh 271307 75

Hình 3.16 - Các phương án số lượng điểm KC khác nhau 76

Hình 3.17 - Đồ hình bố trí điểm theo 77

phương án 1 77

Hình 3.18 - Đồ hình bố trí điểm theo 77

phương án 2 77

Hình 3.19 - Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh 78

Hình 3.20 - Các phương án điểm KC trên cảnh ảnh 271308 79

Hình 3.21 - Các phương án điểm KC trên cảnh ảnh 271307 80

Hình 3.22 - Các phương án điểm KC và điểm kiểm tra sử dụng mô hình RFM 81

Hình 3.23 - Đồ thị tổng hợp sử dụng các bậc với số lượng điểm KC khác nhau 82

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đã từ lâu, bản đồ là công cụ rất cần thiết trong các hoạt động điều tra, quyhoạch tài nguyên thiên nhiên cũng như phát triển kinh tế xã hội Bản đồ sau mộtthời gian sử dụng sẽ bị cũ đi, chất lượng suy giảm, thông tin trên bản đồ bị lạc hậukhông phản ánh đúng hiện trạng trên bề mặt đất nên cần phải được hiện chỉnh hoặcthành lập mới

Thành lập mới bản đồ thường rất tốn kém và mất nhiều thời gian So vớithành lập mới, việc hiện chỉnh bản đồ giúp cho việc cung cấp thông tin cập nhật mộtcách nhanh chóng hơn, với chi phí thấp hơn

Đối với bản đồ địa hình, tuỳ thuộc vào tỷ lệ bản đồ và từng khu vực để xácđịnh khu vực cần hiện chỉnh Đối với những vùng ít thay đổi như đồi núi, có thể sau

5 - 10 năm tiến hành hiện chỉnh một lần Đối với những vùng có nhiều biến độngnhư đô thị, khu công nghiệp, vùng ven biển thời gian có thể tiến hành hiện chỉnh 3 -

5 năm một lần Chu kỳ hiện chỉnh đối với các loại bản đồ tỷ lệ nhỏ thuờng dài hơn

so với bản đồ tỷ lệ lớn, nhưng khu vực cần hiện chỉnh thường lớn hơn và mang tínhchất khu vực Nhu cầu hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn thường tập trung ở những vùngtrọng điểm có nhiều hoạt động kinh tế xã hội nhưng diện tích hiện chỉnh thường nhỏhơn Nếu các đối tượng trên thực tế thay đổi > 40% thì nên thành lập mới thay vìhiện chỉnh

Hiện nay ở Việt Nam, có một số phương pháp hiện chỉnh bản đồ thườngđược sử dụng như: phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa, phương pháp sửdụng ảnh hàng không, phương pháp liên biên từ bản đồ lớn hơn,…Các phương phápnày có ưu điểm là độ chính xác tương đối cao nhưng nhược điểm là giá thành cao,thời gian thi công kéo dài, diện tích phủ trùm không lớn, phải có bản đồ tỷ lệ lớnhơn mới thành lập được,…

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật thu nhậnthông tin từ xa và xử lý ảnh đã làm cho công nghệ viễn thám được ứng dụng rộngrãi trong nhiều lĩnh vực Ảnh vệ tinh ngày càng xuất hiện nhiều trên thế giới và Việt

Nam Ảnh vệ tinh có ưu điểm: Diện tích phủ trùm lớn, tính đồng bộ về thông tincao, cho phép tiến hành hiện chỉnh trên khu vực rộng lớn, ảnh vệ tinh sử dụng nhiềukênh phổ khác nhau cho ra các thông tin đa dạng về các đối tượng, khả năng chụplặp cao phù hợp với việc theo dõi các biến động theo thời gian, có khả năng quan sátđược những khu vực đi lại khó khăn hay thậm chí không đến được, các loại ảnh vệtinh hiện nay rất đa dạng từ độ phân giải thấp, trung bình, cao đến siêu cao, chophép hiện chỉnh bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau từ nhỏ đến lớn.Với những ưu điểm đóảnh vệ tinh trở thành công cụ hiệu quả nhất phục vụ công tác hiện chỉnh các loạibản đồ Trong công tác hiện chỉnh bản đồ người ta thường sử dụng bình đồ ảnhđược thành lập từ ảnh vệ tinh Trên bình đồ ảnh vệ tinh, các thông tin về các đốitượng địa lí có thể được khai thác trực tiếp trên đó để phục vụ cho mục đích hiệnchỉnh.

Để có được bình đồ ảnh, ảnh vệ tinh phải được nắn chỉnh nhằm loại trừ hayhạn chế các ảnh hưởng của rất nhiều nguyên nhân khác nhau tới vị trí từng điểmảnh, phải đưa về tỷ lệ bản đồ cần hiện chỉnh trong cùng một hệ quy chiếu, cùng một

hệ tọa độ của bản đồ Độ chính xác của bản đồ sau khi hiện chỉnh, độ tin cậy củathông tin khai thác được phụ thuộc vào độ chính xác của bình đồ ảnh, hay nói mộtcách khác đi là độ chính xác của quá trình nắn ảnh vệ tinh

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó tôi chọn đề tài nghiên cứu:

"Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh phục

vụ công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình".

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đề tài là nghiên cứu cơ sở khoa học và thực nghiệm của quátrình nắn ảnh, tạo bình đồ ảnh nhằm đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chínhxác bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ công tác hiện chỉnh bản đồ

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Do sự hạn chế về tư liệu ảnh vệ tinh, đối tượng nghiên cứu của luận văn làcác loại ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình phục vụ trong công tác hiện chỉnhbản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình

4 Nội dung nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu những khái niệm cơ bản về viễn thám, bình

đồ ảnh, bình đồ ảnh vệ tinh, các bước thành lập bình đồ ảnh bằng tư liệu ảnh vệtinh, chủ yếu là công đoạn nắn ảnh từ đó lựa chọn, đề xuất các giải pháp kỹ thuật tối

ưu nhằm nâng cao độ chính xác trong công tác thành lập bình đồ ảnh

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài đặt ra, tác giả áp dụng phương phápnghiên cứu như sau: thu thập thông tin, tài liệu hiện có tìm hiểu khả năng lý thuyết,đặc tính kỹ thuật của một số ảnh vệ tinh hiện có ở Việt Nam nhằm khảo sát ảnhhưởng của các yếu tố tới độ chính xác của nắn ảnh như độ chính xác điểm khốngchế ảnh, số lượng điểm khống chế sử dụng trong mô hình và phân bố đồ hình củachúng, mô hình nắn chỉnh hình học và mô hình số độ cao để đảm bảo cho việc nắnảnh đạt độ chính xác hình học cao Nghiên cứu độ chính xác đạt được cho việcthành lập bình đồ ảnh vệ tinh Trên cơ sở các nghiên cứu, đề xuất các giải pháp kỹthuật tối ưu cho việc thành lập bình đồ ảnh

6.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Về mặt khoa học, đề tài nghiên cứu góp phần giúp học viên nắm chắc nhữngkiến thức cơ bản về viễn thám cũng như các kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh và các bướccũng như phương pháp thành lập bình đồ ảnh từ tư liệu ảnh vệ tinh Bên cạnh đó kếtquả nghiên cứu của luận văn góp phần đánh giá khả năng của tư liệu viễn thámtrong công tác hiện chỉnh bản đồ hiện nay

Về mặt thực tiễn, các kết quả nghiên cứu của luận văn đưa ra một số giảipháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác thành lập bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ tốt chocông tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình nhằm giảm bớt công sức và chiphí trong công tác hiện chỉnh bản đồ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH VÀ BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH

1.1 Ảnh vệ tinh

1.1.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám

Viễn thám là một ngành khoa học và công nghệ giúp cho việc xác định, đođạc hoặc phân tích các tính chất của các vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trựctiếp với chúng

Sóng điện từ hoặc được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồnnăng lượng chủ yếu trong viễn thám Những năng lượng từ trường, trọng trườngcũng có thể được sử dụng

Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể đượcgọi là bộ cảm

Phương tiện dùng để mang các bộ cảm gọi là vật mang, gồm khí cầu, máybay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ

Viễn thám có thể phân loại làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần

Figure Source: http://observe.ivv.nasa.gov/nasa/education/reference/reflect/ir.html

Hình 1.1- Các kênh phổ sử dụng trong viễn thám

Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời.Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500nm Tư liệu viễn thám trongdải sóng nhìn thấy phụ thuộc vào phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất Vìvậy, các thông tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ phản xạ Tuy nhiên,radar sử dụng tia laser là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời.Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt do chính vật thể sảnsinh ra Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều phát ra một bức xạ có đỉnh tạibước sóng 10.000nm.

Trong viễn thám siêu cao tần người ta sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và

bị động Viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát

ra được ghi lại, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ tán

xạ hoặc phản xạ từ vật thể

Hình 1.2 - Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám

1.1.2 Lý thuyết phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

1.1.2.1 Bức xạ điện từ

Bức xạ điện từ truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao động của trườngđiện từ trong không gian hoặc trong lòng các vật chất Quá trình lan truyền của sóng

điện từ tuân theo định luật Maxwell Bức xạ điện từ có tính chất sóng và tính chấthạt.

Hình 1.3 - Bức xạ điện từ

Tính chất sóng được xác định bởi bước sóng, tần số và tốc độ lan truyền, tínhchất hạt được mô tả theo tính chất quang lượng tử hay phôton Bức xạ điện từ cóbốn tính chất cơ bản đó là tần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặtphân cực

Bốn thuộc tính của bức xạ điện từ liên quan đến các nội dung thông tin khácnhau, ví dụ như tần số hay bước sóng liên quan tới màu sắc, sự phân cực liên quantới hình dạng của vật thể

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từtheo các cách khác nhau và đặc trưng này gọi là đặc trưng phổ

Bảng 1.1- Phân loại sóng điện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám

Cận Hồng ngoạiHồng ngoại ngắn

Hiện tượng phản xạ phổ có liên quan mật thiết với môi trường mà môitrường đó sóng điện từ lan truyền, vì năng lượng truyền trong không gian ở dạngsóng điện từ Dải sóng điện từ được coi là dải sóng từ 0.1µm đến 10km.

Dải sóng nhìn thấy còn gọi là vùng sóng chụp ảnh được, tức là sóng điện từ ởvùng này có thể ghi nhận được trên phim ảnh, khi đó thông tin phản xạ phổ của cácđối tượng ở dạng liên tục

1.1.2.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt trái đất là thông sốquan trọng nhất trong viễn thám Độ phản xạ phổ được tính theo:

ER(λ) Năng lượng của bước sóng λ phản xạ từ đối tượng

ρλ= - = - × 100% (1.1)EI(λ) Năng lượng của bước sóng λ rơi vào đối tượng

Với ρ là độ phản xạ phổ, đó là tỷ lệ % của năng lượng rơi xuống và đượcphản xạ trở lại

Do các thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từcác đối tựng nên việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tựnhiên đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng hiệu quả phương phápviễn thám

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả giải đoán các thông tin phụ thuộc rất nhiềuvào sự hiểu biết mối tương quan giữa các đặc trưng phản xạ phổ với bản chất vàtrạng thái các đối tượng tự nhiên Đồng thời đó cũng là cơ sở dữ liệu để phân tíchcác tính chất của đối tượng tiến tới phân loại đối tượng đó

Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố.Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trường khí quyển, bề mặtđối tượng cũng như bản thân đối tượng

Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng phụ thuộc vào bản chất vật chất củacác đối tượng, phụ thuộc vào trạng thái và độ nhẵn bề mặt của các đối tượng, phụthuộc vào màu sắc của đối tượng, phụ thuộc vào độ cao mặt trời trên đường chântrời và hướng chiếu sáng Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng được chụp ảnhcòn phụ thuộc vào trạng thái khí quyển và các mùa trong năm.

Ở vùng hồng ngoại, thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh Khi sang vùnghồng ngoại nhiệt và vi sóng một số điểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả nănghấp thụ ánh sáng của nước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm đi rõ rệt vàngược lại khả năng hấp thu ánh sáng lại tăng lên

Khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật khác nhau không giống như nhau và đặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản

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

là hàm lượng nước, khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thu là cực đại

Thực vật nói chung khả năng phản xạ của chúng phụ thuộc vào giống loại,giai đoạn sinh trưởng và trạng thái phát triển của cây

b Đặc trưng phản xạ phổ của nước

Đặc trưng nhất của nước là khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theochiều dài bước sóng

Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiềutới và thành phần vật chất có trong nước Khả năng phản xạ phổ còn phụ thuộc vào

bề mặt nước và trạng thái của nước Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường

bờ nước được phát hiện ra rất dễ dàng, còn một số đặc tính cần phải sử dụng dảisóng nhìn thấy để dễ nhận biết

Trong điều kiện tự nhiên mặt nước sẽ hấp thụ rất mạnh năng lượng ở dải cậnhồng ngoại và hồng ngoại, do vậy năng lượng phản xạ sẽ rất ít Vì khả năng phản xạphổ của nước ở dải sóng dài khá nhỏ, nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụpcho ta khả năng đoán đọc thuỷ văn, ao hồ Ở dải sóng nhìn thấy, khả năng phản xạphổ của nước tương đối phức tạp

Tuy nhiên, nước trong điều kiện tự nhiên không phải lúc nào cũng lý tưởngnhư nước cất Thông thường nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vô cơ, vì vậy khảnăng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước Cácnghiên cứu cho thấy nước đục có khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong, nhất lànhững dải sóng dài Với độ sâu tối thiểu là 30m, nồng độ tạp chất gây đục là 10mg/lthì khả năng phản xạ phổ lúc đó là hàm số của thành phần nước chứ không còn làảnh hưởng của chất đáy.

Người ta đã chứng minh được rằng khả năng phản xạ phổ của nước phụthuộc rất nhiều vào độ đục của nước, ở dải sóng 0,6 - 0,7µm thì độ đục của nước vàkhả năng phản xạ phổ có mối liên hệ tuyến tính

Hàm lượng diệp lục tố trong nước cũng là yếu tố ảnh hưởng đến khả năngphản xạ phổ của nước ở bước sóng ngắn và làm tăng khả năng phản xạ phổ củanước ở bước sóng có màu xanh lá cây

Ngoài ra, một số yếu tố khác có ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổcủa nước nhưng cũng có nhiều đặc tính quan trọng khác của nước không thể hiệnđược rõ qua sự khác biệt về phổ như độ mặn của nước biển, hàm lượng khí mêtan,ôxi, nitơ, cacbonic

c Đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Đặc tính chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độdài bước sóng, sự khác nhau về khả năng phản xạ phổ cho thấy rõ nhất ở khoảngphổ hẹp màu đỏ

Thổ nhưỡng chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ mà không cónăng lượng thấu quang Các loại đất có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ và vô

cơ khác nhau thì khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau

Các yếu tố chủ yếu đến khả năng phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt củađất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, hợp chất vô cơ

Với đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ vì chúng ở sít nhau hơn.Với các hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn do vậy khả năng vận chuyểnkhông khí và độ ẩm cũng dễ dàng hơn Khi ẩm ướt, trên mỗi hạt cát sẽ bọc mộtmàng mỏng nước do vậy độ ẩm và lượng nước trong loại đất này sẽ cao hơn và làmảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của chúng.

Khi độ ẩm tăng khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm do vậy khi hạt nướcrơi vào cát khô ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn Tuy nhiên cát đã ẩm thì nếu hạt nước rơivào thì cũng không có sự khác biệt nhiều

Một yếu tố nữa ảnh hướng đến khả năng phản xạ phổ là hợp chất hữu cơtrong đất Với hàm lượng chất hữu cơ từ 0,5 - 5,0% đất có màu nâu xẫm Nếu hàmlượng hữu cơ thấp hơn đất có màu nâu sáng

Ô xít sắt cũng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của đất Khả năng phản

xạ phổ tăng khi hàm lượng ô xít sắt giảm xuống nhất là ở vùng phổ nhìn thấy (cóthể giảm tới 40% khả năng phản xạ phổ khi hàm lượng ô xít sắt tăng lên) Khi loại

bỏ ô xít sắt ra khỏi đất thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên rõ rệt ở dải sóng từ0,5 - 1,4µm

1.1.3 Đặc điểm chung của ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh)

Đặc điểm chung của ảnh viễn thám được xác định dựa vào đặc điểm chuyểnđộng của vệ tinh như độ cao, quỹ đạo và tốc độ chuyển động…, bên cạnh đó là kỹthuật, vật liệu, thiết bị thu chụp và xử lý ảnh vệ tinh

1. Ảnh viễn thám cung cấp thông tin trên phạm vi rộng được chụp trong cùng thờiđiểm và cùng điều kiện vật lý cho phép nhanh chóng rút ngắn thời gian thu thập và

xử lý thông tin cho quá trình thành lập và hiện chỉnh bản đồ

2. Ảnh viễn thám được chụp ở tỷ lệ nhỏ với những giải phổ khác nhau nên tính chấttổng quát hóa tự nhiên về mặt hình học và quang học khách quan và chính xác,phản ánh tính quy luật của các hiện tượng tự nhiên

3. Độ cao thu chụp của các vệ tinh lớn so với độ cao địa hình, do vậy vị trí điểm bị

xê dịch trên ảnh không đáng kể, chỉ quan tâm ở vùng núi khi vượt quá hạn sai cho

phép Ngược lại, ảnh phủ một diện tích rộng nên sai số do độ cong quả đất lớn, vì vậy phải có phương pháp xử lý thích hợp.

4. Kỹ thuật viễn thám cho phép thu chụp ảnh vệ tinh với độ phân giải cao 5 – 30m,

thậm chí 0,8 – 5m đảm bảo cho thành lập bản đồ tỷ lệ 1:10000, 1:50000, 1:100000,

…

5. Viễn thám có khả năng chụp lặp lại theo một chương trình với chu kỳ nhất định

là nguồn thông tin đảm bảo tính tức thời, phản ánh cả những hiện tượng, đối tượngbiến đổi nhanh

6. Thiết bị thu nhận và xử lý ảnh hiện đại cho phép nhận được ảnh vũ trụ với lượngthông tin phong phú và tổng hợp về mặt đất Phản ánh tất cả các thành phần cảnhquan, ảnh vệ tinh là nguồn thông tin có ý nghĩa liên ngành, với các phương pháp xử

lý khác nhau sẽ cho ra các nguồn thông tin hữu ích cho các chuyên ngành khácnhau

7. Ảnh vệ tinh cũng có khả năng cung cấp thông tin ở các vùng con người khó tiếp

và cách xa (rừng núi, hải đảo,…) một cách dễ dàng, đây là một trở ngại mà phươngpháp truyền thống phải mất rất nhiều công sức và tiền của để khắc phục

8. Các sai số hệ thống trên ảnh vệ tinh có độ ổn định cao giúp cho công tác nắnchỉnh hình học được tiến hành với độ chính xác cao phục vụ cho thành lập bản đồđịa hình

Tất cả các đặc điểm trên xác định được khả năng ứng dụng ảnh vệ tinh vàocông tác bản đồ với hiệu quả cao về khoa học công nghệ, phương pháp luận cũngnhư hiệu quả kinh tế

1.1.4 Khả năng lý thuyết để thành lập bản đồ của ảnh vệ tinh

a Độ phân giải không gian của ảnh

Độ phân giải không gian (spatial resolution) của một tấm ảnh là khoảng cáchtối thiểu giữa hai đối tượng mà chúng được phân chia và tách biệt với nhau trên ảnh.Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải không gian là: trường nhìn tức thời - IFOV(Instantaneous Field Of View), tiêu cự, hình dáng của đối tượng mục tiêu và các ảnhhưởng của khí quyển

Hình 1.5 - Mô tả về độ phân giải không gian của ảnh

Trường nhìn tức thời là góc hình nón của trường nhìn của bộ cảm biến, và xácđịnh một vùng trên bề mặt trái đất được quan sát từ một độ cao xác định tại một thờiđiểm cụ thể Kích thước của vùng quan sát thường được xác định bằng trường nhìn

và khoảng cách từ mặt đất đến bộ cảm biến Kích thước của vùng lấy mẫu trên mặtđất của một bộ cảm biến vệ tinh được gọi là độ phân giải mặt đất (Ground SamplingDistance)

Khác với khoảng cách lấy mẫu trên mặt đất - là khoảng cách trên mặt đất mà mộtpixel phủ được và được xác định bởi kích thước của phần tử CCD và tỷ lệ của dữ liệu ảnh

Độ phân giải không gian bị giới hạn khoảng cách lấy mẫu trên mặt đất vì

không thể phân tách được 1 đối tượng trong phạm vi 1 pixel Ví dụ, một cảnh ảnh

IKONOS toàn sắc kích thước lấy mẫu trên mặt đất là 1m có nghĩa là những đốitượng nhỏ nhất có thể phân biệt được hoặc độ phân giải không gian của nó sẽ phảilớn hơn 1m Một tấm ảnh độ phân giải thấp chỉ cho phép phân biệt những địa vật cókích thước lớn, trong khi một tấm ảnh có độ phân giải cao cho phép mắt người dễdàng giải đoán được các đối tượng có kích thước nhỏ với độ chi tiết cao

Độ phân giải không gian của dữ liệu ảnh viễn thám thường được chia ra thành 4cấp độ là: Phân giải siêu cao, phân giải cao, phân giải trung bình và phân giải thấp

Bảng 1.2-Độ phân giải không gian của dữ liệu ảnh viễn thám

Dữ liệu ảnh viễn thám

Độ phân

cao

ORBViewQuickBird

Độ phân

Ikonosgiải cao

KVR 1000 (Kosmos)SPOT 1-5

LANDSAT 7 ETM+LANDSAT 4 & 5 TM

Độ phân

JERS-1 OPSgiải trung

IRS-1C/D LISS IIITK-350 (Kosmos)LANDSAT 1-5 MSS

TIROS/AVHRR(NOAA)

15

Hình 1.6 - Một số hình ảnh về độ phân giải không gian ảnh viễn thám

Trong công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh vệ tinh hiện nay, độphân giải đóng vai trò đặc biệt đối với độ chính xác của bản đồ, là yếu tố quyết địnhđến tỷ lệ bản đồ cần thành lập

b Độ lớn pixel thực địa và độ phân giải của ảnh vệ tinh

Đến nay ảnh vệ tinh phân giải cao với độ lớn pixel đạt tới 2.5m như ảnhSPOT 5 và dưới 1m như ảnh IKONOS , QUICK BIRD, OBVIEW đã được đưa vàoứng dụng trong thực tế sản xuất trên thế giới Trên các tài liệu đã có nhiều tác giảnghiên cứu về mối quan hệ giữa độ phân giải của ảnh vệ tinh với khả năng thànhlập bản đồ của chúng

Khả năng nhận biết và giải đoán ảnh để tạo file địa vật và khả năng bắt điểm

độ cao để tạo file địa hình được mô tả bằng lý thuyết lấy lại mẫu ảnh Quá trình từphát hiện đến nhận biết điểm đòi hỏi vật phải có độ lớn tối thiểu tương ứng trên ảnhbằng 2 đến 3 pixel, đây là điều kiện ngưỡng và chính là độ phân giải của ảnh Ảnh

có độ phân giải là 1m có nghĩa là độ lớn pixel thực địa GSD (Ground samplingdistance) – độ lớn tối thiểu của vật ở thực địa có thể được ghi trên CCD là 1m vàkhả năng phát hiện và nhận biết vật trên ảnh đòi hỏi vật đó phải có độ lớn từ 2 đến 3lần pixel Nếu thiết bị quét ảnh có đường kính cửa mở ống quang học là d và trụcquang trùng với phương dây dọi, với bước sóng ánh sáng λ trong dải quang phổtoàn sắc panchromatic, góc tán xạ ánh sáng α (đơn vị miliradian) tương ứng với độlớn tối thiểu của địa vật ngoài thực địa (độ lớn pixel thực địa = GSD) nhìn từ độ cao

H, được ghi nhận trên con chip CCD của bộ cảm biến, sẽ có mối liên hệ sau:

GSD (m) = α.Η =(1,22

1.1.5 Mối liên hệ giữa dung lượng thông tin của ảnh và của bản đồ

Dung lượng thông tin (hay nội dung) bản đồ phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ cầnthành lập Mức độ khái quát càng lớn khi tỷ lệ bản đồ càng nhỏ, dung lượng thôngtin trên bản đồ càng giảm Trái lại bản đồ ở tỷ lệ càng lớn thì dung lượng thông tincàng tăng Ví dụ, các ngôi nhà đơn kề nhau sẽ được thể hiện riêng biệt trên bản đồ

tỷ lệ 1:2000, nhưng ở tỷ lệ 1:50000 các ngôi nhà đơn ấy sẽ được thể hiện chungtrong cùng một ký hiệu

Hình 1.7 - Dung lượng thông tin bản đồ tỷ lệ 1:5000, 1:25000, 1:50000

Giữa dung lượng thông tin trên bản đồ và trên ảnh có mối liên hệ chặt chẽ.Đối với ảnh photo mối liên hệ đó thể hiện thông qua tỷ lệ ảnh và tỷ lệ bản đồ Song,đối với ảnh số, mối liên hệ ấy thể hiện thông qua độ lớn pixel thực địa GSD của ảnh

và tỷ lệ bản đồ 1:Mb GSD càng nhỏ thì dung lượng thông tin trên ảnh càng lớn;cho nên, dung lượng thông tin trên bản đồ càng phong phú

Trong đo ảnh số nói chung và đo ảnh vệ tinh nói riêng:

- Mỗi đường quét ở mỗi thời điểm khác nhau, có tâm chiếu khác nhau và cácgóc nghiêng xoay cũng khác nhau Một cảnh của ảnh số bao gồm nhiều đườngquét

- Hai thiết bị quét ảnh số mặc dù có cùng độ lớn pixel thực địa GSD (độ lớntối thiểu của vật ở thực địa có thể được ghi trên CCD), nhưng độ lớn pixel trên ảnh

Phụ thuộc vào khả năng phân biệt của mắt người và độ chính xác khi in bản

đồ, vật có kích thước nhỏ nhất được thể hiện trên bản đồ có độ lớn không nhỏ hơn0.2mm Để vật trên ảnh có thể được giải đoán đòi hỏi vật đó phải có độ lớn tối thiểutrên ảnh là 2 đến 3 pixel Do vậy, độ lớn pixel của vật đó trên bản đồ sẽ là

0.2mm/(2 ÷ 3) = (0.07 ÷ 0.1)mm

Rõ ràng, giữa dung lượng thông tin ảnh vệ tinh độ phân giải cao và bản đồ cómối liên hệ thông qua độ lớn pixel thực địa GSD và mẫu số tỷ lệ bản đồ Mb nhưsau:

GSD (m) = (0.07÷0.1) MbTrên cơ sở công thức (1.3), ứng với từng tỷ lệ bản đồ, chúng ta sẽ xác định được

độ lớn pixel thực địa tương ứng ghi ở bảng:

Bảng 1.3 –Độ lớn pixel thực địa ứng với từng tỷ lệ bản đồ

1:5 0001:10 0001:25 000

Từ (1.2) và (1.3) chúng ta có mối liên hệ hàm số giữa mẫu số tỷ lệ bản đồ vàcác tham số λ, d, H, nghĩa là Mb = F(λ, d, H) có dạng sau:

d và độ cao quỹ đạo H) Nghĩa là không tồn tại mối quan hệ giữa tỷ lệ ảnh (Ma

=H/f) và tỷ lệ bản đồ Mb như ảnh hàng không

Độ lớn pixel thực địa GSD là một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng

và dung lượng thông tin của ảnh vệ tinh độ phân giải cao và được coi là giá trị lýthuyết

1.1.6 Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh

Để xác định mức độ nội dung cần đo vẽ hoặc hiện chỉnh, chúng ta cần xemxét khả năng cung cấp thông tin của ảnh vệ tinh về các đối tượng nội dung bản đồ.Quá trình nghiên cứu, phân tích và sản xuất thực tế cho thấy một số ảnh vệ tinh cóthể cung cấp thông tin cho công tác hiện chỉnh bản đồ ở mức độ như sau:

1.1.6.1 Ảnh SPOT Panchromatic phân giải 10m

a Điểm khống chế đo đạc: là yếu tố dạng điểm, không phát hiện được

- Không thể phân biệt được các xóm bản nhỏ xen lẫn với thực phủ rừng;không phân biệt được tính chất chịu lửa hay không của khu nhà; không phân biệtđược khu nhà có bị tàn phá hay không

c. Đối tượng kinh tế, văn hóa, xã hội

- Phần lớn các đối tượng nội dung bản đồ thuộc nhóm này có kích thước vàdiện tích nhỏ, với lực phân giải 10m khó hoặc không thể phát hiện được Đối vớicác đối tượng có diện tích lớn như sân bay, bến cảng, kho xăng dầu có bãi chứa lớn,

mỏ lộ thiên đang khai thác, các nhà máy, bệnh viện, trường học, trạm biến thế lớn,trại chăn nuôi, sân kho lớn có thể phát hiện được trên ảnh và nếu như có tài liệu

tham khảo như tư liệu bản đồ tỷ lệ lớn hoặc điều tra thực địa thì có thể định loại được.

- Không thể phát hiện được trên ảnh các loại đường dây điện, thông tin, ống dẫn nước nổi, ngầm

d. Đường giao thông và các đối tượng liên quan

- Dựa vào dấu hiệu trực tiếp và gián tiếp có thể phát hiện được trên ảnhđường sắt, đường ôtô, đường đất lớn và trong nhiều trường hợp cả đường đất nhỏnhờ hình dạng tuyến và độ tương phản với xung quanh

- Chất rải mặt đường chỉ có thể phân biệt được nếu dùng kết hợp tài liệuchuyên ngành bản đồ tỷ lệ lớn hoặc khảo sát ngoại nghiệp Khả năng xác định chấtrải mặt đường phụ thuộc vào độ rộng lòng đường, chất lượng ảnh, tính chất vật lýcủa lớp phủ mặt đường và lớp mặt bao dọc theo lòng đường

- Đường sắt đôi hoặc đơn là những tính chất không thể xác định được trênảnh Nhà ga, kể cả nhà ga lớn chỉ xác định được khi có tài liệu chỉ dẫn Cầu quasông nét đôi phát hiện được khi có kích thước lớn hơn 2mm trên ảnh Bến phà lớn

có thể phát hiện được nhờ các dấu hiệu gián tiếp như đường xuống phà, bãi tập kết,

…

Các yếu tố khác như mức độ qua được của cầu, cống dưới đường ôtô, đường đắp cao, xẻ sâu, chỗ neo đậu tàu thuyền… không phát hiện được

e Thủy hệ và các đối tượng liên quan

- Trên ảnh xác định dễ dàng đường bờ biển, bãi triều, bãi sông, mạng lướisông suối, kênh đào, hồ đầm tự nhiên và nhân tạo, đê lớn ven sông biển, đất ngậpnước và một số công trình ven sông biển như đập giữ nước, đập chắn sóng…

- Các đối tượng liên quan như bờ dốc tự nhiên, bờ cạp, đá dưới nước, trạm thủy văn, giếng nước… không phát hiện được

f. Dáng đất và chất đất

- Các bãi cát khô, đầm lầy, bãi biển, khu đào bới có thể phát hiện được trên ảnh, đường bình độ có thể đạt được nhờ đo vẽ lập thể ảnh vệ tinh.

- Các yếu tố còn lại như khe rãnh xói mòn, các dạng sườn đất, vách đá, đá độc lập, cửa hang động, gò đống khó hoặc không phát hiện được trên ảnh

g. Thực vật

- Rừng là yếu tố mảng nên dễ dàng xác định được trên ảnh Tuy nhiên, đểphân biệt được tính chất của rừng như rừng lá kim, lá rộng cần có tư liệu bản đồ,đặc biệt bản đồ chuyên ngành Trên ảnh có thể khoanh định các loại rừng phát triển

ổn định, rừng non, tái sinh, mới trồng, rừng thưa

- Có thể phân biệt được đồng lúa, khu vực trồng cỏ, đất chuyên rau màu, câytrồng thân gỗ Cây công nghiệp lâu năm như cao su, chè, cà phê có thể phân biệtđược nhờ dấu hiệu trực tiếp hoặc gián tiếp…

- Những yếu tố khác như chủng loại cây trồng, cây bụi ưa mặn chua phèn, cây độc lập… cần có tài liệu tham khảo để hỗ trợ giải đoán

h. Ranh giới, tường rào

- Thành lũy cổ nhờ kích thước lớn có thể phát hiện được trên ảnh

- Hàng rào và tường vây trong, ngoài khu dân cư không xác định được

1.1.6.2 Ảnh SPOT 5 màu tự nhiên phân giải

2.5m a Dân cư và hệ thống giao thông

Với độ phân giải 2.5m hệ thống mạng lưới giao thông có thể nhận dạng đượccác loại đường như đường trục ôtô có trục phân tuyến, phân biệt được đường sắt và

có thể suy giải đến đường đất nhỏ đối với khu vực miền núi nơi mà không bị chekhuất và có thể giải đoán được đường bờ vùng đối với khu vực đồng bằng

Các yếu tố giao thông và các thiết bị phụ thuộc việc suy giải trong nhà có thểnhận dạng được đúng từ 20 đến 30% phần còn lại cần phải điều tra bổ sung tại thựcđịa như tính chất đường độ rộng, chất liệu rải mặt các thiết bị phụ thuộc… Trên ảnh

vệ tinh, hệ thống đường trong khu dân cư nông thôn và khu đô thị rất khó giải đoán,

do các yếu tố này bị che khuất và phụ thuộc nhiều vào tập quán sinh sống và địa lýcác vùng miền, do đó, các đối tượng này cần phải xác minh điều tra bổ sung tại thựcđịa

Các điểm dân cư nông thôn hoặc kiểu dân cư đô thị là các thị trấn, thị xã, thị

tứ người điều vẽ nếu kết hợp với các tài liệu khác như bản đồ địa hình, bản đồ địachính, bản đồ sử dụng đất… sẽ khoanh vùng chính xác được các đối tượng này.Trong nội nghiệp có thể giải đoán được các đối tượng có dạng hình tuyến, dạnghình học như sân bay, bến cảng, các khu công nghiệp, các trường học có quy môtrung bình… còn các đối tượng mang tính chất điểm như ủy ban, lò nung các loại,cổng làng, tường vây, đường dây các loại, tính chất rừng…, các yếu tố này cần phảikiểm tra bổ sung tại thực địa

b Thực vật

Ưu điểm lớn nhất của ảnh vệ tinh là người điều vẽ có thể đoán đọc được lớpphủ mặt đất một cách chính xác Ảnh vệ tinh Spot5 có độ phân giải 2.5m có màusắc trùng với màu của các yếu tố chụp được Nếu có các tài liệu hỗ trợ hoặc có cácmẫu khóa ảnh thì việc khoanh tách các lớp thực phủ mặt đất đạt độ chính xác cao.Trên ảnh có thể đoán đọc và phân biệt được các loại rừng như rừng già và rừng non,rừng cây bụi và trảng cỏ, đất trồng lúa nước và đất chuyên trồng màu Tuy nhiên,các đối tượng này cần phải kiểm tra xác minh bổ sung tên cây, chiều cao cây tạithực địa

c Địa giới và đường dây

Các đối tượng này không thể suy giải trong nội nghiệp được mà cần có tàiliệu hỗ trợ như bản đồ kết hợp với điều tra bổ sung thực địa

1.1.6.3 Ảnh Quickbird độ phân giải 0.6m

a Điểm khống chế đo đạc: là yếu tố dạng điểm, không phát hiện được

b Vùng dân cư

Có thể phân biệt phần lớn các yếu tố nội dung thuộc nhóm này Không thểphát hiện được các xóm bản nhỏ xen lẫn với thực phủ, tính chất các đối tượng nhà.

c Đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội

Phần lớn các đối tượng có diện tích lớn như: sân bay, bến cảng, khoxăng đều có thể phát hiện được trên ảnh Khó phát hiện được trên ảnh các loạiđường dây điện thông tin, ống dẫn nước nổi, ngầm

d Đường giao thông và đối tượng liên quan

Phần lớn có thể phát hiện được trên ảnh các yếu tố thuộc nhóm lớp này Cácyếu tố định tính của cầu, cống đường ô tô, đường đắp cao, sẻ sâu, chỗ neo đậutàu không xác định được

e Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan

Trên ảnh xác định dễ dàng các yếu tố thuỷ hệ Các đối tượng khác như bờdốc, bờ cạp, giếng nước, khó phát hiện được

g Dáng đất và chất đất

Các bãi cát khô, đầm lầy, bãi biển, khu đào bới có thể phát hiện được trênảnh Các yếu tố như khe rãnh xói mòn, các dạng sườn, vách đá, cửa hang động, gòđống khó hoặc không phát hiện được trên ảnh

h Thực vật

Các loại rừng là yếu tố mảng nên dễ xác định được trên ảnh Có thể phân biệtđược lúa, màu, đồng cỏ, cây trồng thân gỗ và cây công nghiệp Một số chủng loạikhác cần có tài liệu tham khảo để hỗ trợ

i Ranh giới, tưòng rào

Thành luỹ, hàng rào, tường có thể phân biệt được trên ảnh

bề mặt thực địa, là sản phẩm trung gian để thành lập hay hiện chỉnh bản đồ Trongtrường hợp này, hình ảnh trên bình đồ ảnh được giải đoán và các yếu tố địa hìnhđược đo vẽ trực tiếp trên đó bằng các phương pháp trắc địa hoặc phương pháp đo vẽlập thể.

Bình đồ ảnh có hai khái niệm là bình đồ ảnh được thành lập thông qua côngtác nắn ảnh theo nguyên lý nắn ảnh vùng bằng phẳng và bình đồ ảnh trực giao đượcthành lập theo nguyên lý ảnh trực giao Ngày nay, bình đồ ảnh trực giao được thànhlập theo dây chuyền công nghệ đo ảnh số

Sau khi nắn ảnh chế tạo bình đồ ảnh thì có thể sử dụng bình đồ ảnh làm cơ sở

đo vẽ địa vật nhằm hoàn thiện nội dung mô tả bản đồ Các lớp thông tin có thể khaithác từ bình đồ ảnh bao gồm: cơ sở toán học, dân cư, thủy hệ, thực vật, giao thông

So với bản đồ thì bình đồ chứa nhiều thông tin lớn và địa vật được thực hiệnmột cách chi tiết và rõ ràng Các dạng đặc trưng của địa hình có thể dễ nhận biếtnhư chỗ đứt gãy, uốn gấp Tuy nhiên, bình đồ ảnh cho thấy hình ảnh của các địa vậtchưa được chọn lọc khái quát hóa bằng các ký hiệu quy ước dễ đọc như trên bản đồ,đồng thời chưa có các ký kiệu về dáng đất và độ cao Các đối tượng cần biểu thịtrên bản đồ mà không có hình ảnh trên ảnh thì phải được khai thác từ tài liệu hoặcđiều tra trong thực địa

Bình đồ ảnh thường được sử dụng khi thành lập và hiện chỉnh bản đồ địahình, bản đồ chuyên đề, đôi khi có thể thay thế bản đồ trong công tác khảo sát thăm

dò Trong chiến đấu, là tài liệu quan trọng giúp người chỉ huy trận đánh cũng nhưbảo vệ mục tiêu quan trọng Trong huấn luyện, bình đồ ảnh là tài liệu học tập

Trong đó: d là sai số tiếp biên giữa hai địa vật cùng

tên n2 là tổng số điểm tiếp biên

1.2.3 Bình đồ ảnh vệ tinh

Có thể nói thành lập bình đồ ảnh vệ tinh là quá trình xử lý, hiệu chỉnh hìnhhọc ảnh vệ tinh ở cấp độ cao nhất, nhằm hiệu chỉnh hoặc khử ảnh hưởng của cácnguồn sai số đối với dữ liệu ảnh và hiệu chỉnh ảnh hưởng của chênh cao địa hình đểnhận được một tấm ảnh kết quả đảm bảo độ chính xác về mặt phẳng theo yêu cầu kỹthuật tương ứng với một tỷ lệ bản đồ đã xác định

Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh hiện nay được thực hiện bằng phương pháp số.Quy trình này gồm các bước:

- Nhập ảnh số, và các thông tin bổ trợ

- Chọn phương pháp nắn, mô hình nắn và điểm khống chế nắn ảnh

Khi ảnh hưởng của chênh cao địa hình gây ra sai số dịch vị điểm ảnh khônglớn hơn 0.3mm ở tỷ lệ bình đồ ảnh thành lập thì có thể áp dụng nắn ảnh theo độ caotrung bình khu vực Khi giá trị dịch vị điểm ảnh lớn hơn 0.3mm ở tỷ lệ bản đồ cầnthành lập thì phải áp dụng phương pháp nắn ảnh có sử dụng mô hình số độ cao(DEM).

Trong quá trình nắn ảnh số, giá trị độ xám của điểm ảnh được lấy mẫu lại vàtính theo thuật toán nội suy bậc ba

Sản phẩm bình đồ ảnh số được tạo ra từ ảnh nắn phải đạt độ chính xác hìnhhọc so với bản đồ cùng tỷ lệ

Trường hợp mảnh bình đồ ảnh không nằm trọn trên một cảnh ảnh vệ tinh mà

để phủ kín nó phải dùng một số cảnh ảnh vệ tinh thì phải tiến hành ghép các cảnhảnh vệ tinh này Vết ghép không được đi qua các điểm khống chế, vết ghép phải điqua các điểm địa vật có sai số tiếp khớp nhỏ nhất, không được cắt theo địa vật hìnhtuyến Thông thường góc kẹp giữa vết ghép và địa vật hình tuyến ở trong khoảng từ

30 – 1500

Theo quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh có thể thấy các yếu tố ảnhhưởng tới kết quả nắn ảnh vệ tinh đó là: độ phân giải của ảnh vệ tinh; phương phápnắn, các mô hình toán học sử dụng để thực hiện phép nắn; số lượng điểm khống chếngoại nghiệp và đồ hình bố trí chúng, độ chính xác đo đạc điểm khống chế ảnh; môhình số độ cao sử dụng nắn ảnh và mô hình hình học dùng nắn ảnh

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH TRONG HIỆN CHỈNH BẢN ĐỒ 2.1 Bản đồ và sự cũ đi của nó

Bản đồ là sự thể hiện thu nhỏ của một phần hay toàn bộ bề mặt trái đất lênmặt phẳng theo một quy luật toán học xác định Các yếu tố nội dung địa lý được thểhiện theo một hệ thống ký hiệu quy ước và đã được thông qua quá trình tổng quáthoá bản đồ

Trải qua quá trình phát triển và đô thị hoá trong công cuộc đổi mới hiện naycủa đất nước ta cùng với sự thay đổi của thời gian, nhiều thay đổi mới trên mặt đấtxuất hiện như các khu công nghiệp, các nhà máy, các xí nghiệp ra đời kéo theomạng lưới giao thông có nhiều thay đổi Song song với nó có các yếu tố như: hệthống dân cư, hệ thống thủy văn, hệ thống giao thông, lớp phủ thực vật, dáng địahình và các địa vật cũng thay đổi

Chúng ta có thể dễ dàng nhận ra những nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi đónhư: việc quy hoạch đô thị, việc đô thị hoá nông thôn, mở các tuyến đường, xâydựng các công trình lớn, nhà máy thuỷ điện, các khu công nghiệp, rồi việc dãn dân

đi xây dựng vùng kinh tế mới đã làm thay đổi hệ thống dân cư, những thay đổi đólàm cho bản đồ có thể là tổng thể, có thể là cục bộ không còn phù hợp với trạng thái

bề mặt nữa

Cùng với sự thay đổi do chủ quan của con người thì ở những vùng chịu sựtác động của thiên nhiên cũng thay đổi Các vùng tác động khác nhau làm cho bềmặt địa hình thay đổi khác nhau

Ví dụ: có những vùng tác động do sụt lở, nhưng lại có những vùng thay đổi

do sự bồi đắp…

Đối với những vùng trọng điểm kinh tế, văn hoá, xã hội thì sự thay đổi diễn

ra rất nhanh chóng, có thể thay đổi lớn về các điểm dân cư, địa danh, các cơ sở kinh

tế lớn như nhà máy, xí nghiệp, hầm mỏ, các tuyến đường sắt, đường ô tô, lòng sông,

hồ, hệ thống kênh mương, hệ thống đường dây tải điện và các công trình thuỷ lợi,các vùng rừng, đất canh tác, đất trồng cây lâu năm

Tất cả các nguyên nhân trên làm cho bản đồ bị ”già cỗi” và không còn phảnánh đúng hiện trạng nữa Quá trình ”già cỗi” xảy ra không đồng đều giữa các khuvực và không đều đặn qua nhiều thời điểm khác nhau , ở đâu có sự tác động lớn củacon người thì ở đó tốc độ ”già cỗi” của bản đồ sẽ lớn , ngược lại những vùng hoangvắng thì ít có biến đổi hơn dẫn đến sự tương thích giữa bản đồ và thực địa khôngcòn nữa Bản đồ lúc này không còn đáp ứng những nhu cầu trong thực tế

2.2 Mục đích, yêu cầu làm hiện chỉnh

- Bản đồ phải được hiện chỉnh khi nội dung không còn phù hợp với thực địa

ở mức độ đáng kể (>20%) và những biến đổi đó gây khó khăn trong việc sử dụngbản đồ để giải quyết các nhiệm vụ kinh tế, khoa học kỹ thuật Ví dụ như: địa giớihành chính có sự thay đổi, mới xuất hiện hoặc có thay đổi lớn về:

+ Khu vực dân cư

+ Hệ thống giao thông

+ Hệ thống thuỷ văn

+ Khu vực đất canh tác, đất trồng cây lâu năm

- Trường hợp có nhiều thay đổi trong hệ thống dân cư, điểm dân cư, đường

xá, thực phủ sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng định hướng ngoài thực địa

- Nếu chỉ có một trong số các đối tượng trên biến đổi thì không bắt buộc phải hiện chỉnh lại toàn bộ

- Trong trường hợp những bản đồ có biến đổi nhưng chưa cần phải hiệnchỉnh, khi độ biến đổi chưa đáng kể (<20%) và những biến đổi không có ý nghĩaquan trọng như:

+ Khu vực trọng điểm dân cư xuất hiện một ngôi nhà mới nhưng đồ hình điểm dân cư không thay đổi

+ Có thay đổi nhỏ về ranh giới giữa đất rừng và đất canh tác Thay đổi nhỏ

về lòng sông, đường bờ các hồ chứa nước

- Bản đồ không thể hiện chỉnh được mà phải thành lập mới trong trườnghợp:

+ Cơ sở khống chế mặt phẳng và độ cao bản đồ không thể đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác hoặc có sự thay đổi về hệ thống toạ độ và độ cao

+ Khi bản đồ có sự biến đổi lớn (>40%) về nội dung, lúc này công tác hiệnchỉnh sẽ không có lợi về mặt kinh tế và sẽ gặp khó khăn trong quá trình thực hiện,thì phải đo vẽ mới mà không tiến hành hiện chỉnh

- Ranh giới khu hiện chỉnh phải xác định sao cho trong thời gian ngắn nhất

có thể hiện chỉnh bản đồ cả dãy tỷ lệ

- Bản đồ hiện chỉnh phải đáp ứng được các nhu cầu về độ chính xác, nộidung và hình thức trình bày Quá trình hiện chỉnh phải tuân theo quy phạm thành lậpbản đồ địa hình tỷ lệ tương ứng và ký hiệu hiện hành

- Thiết kế phương án kinh tế kỹ thuật khu hiện chỉnh, đề xuất phân công nội,ngoại nghiệp và chỉ dẫn biên tập cho từng khối Xét duyệt những biên bản tiến hànhtheo quy định hiện hành.

- Bản đồ đã được hiện chỉnh phải xuất bản không quá chậm 1 ÷ 2 năm kể từ khi hoàn thành công việc chỉnh sửa

2.3 Các phương pháp hiện chỉnh bản đồ địa hình

Trong quá trình hiện chỉnh bản đồ có thể sử dụng một trong các phương pháp sau:

- Hiện chỉnh bản đồ theo ảnh hàng không, ảnh vệ tinh

- Hiện chỉnh bản đồ từ tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn hơn

- Hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa

Mỗi phương pháp nêu trên đều có ý nghĩa về kinh tế kỹ thuật độc lập Song

để đạt được hiệu quả cao trong phạm vi một khu vực hiện chỉnh hoặc trên cùng mộtmảnh bản đồ cho phép ta áp dụng kết hợp các phương pháp trên

Trường hợp cùng một lúc ta tiến hành hiện chỉnh cả dãy tỷ lệ thì bản đồ có tỷ

lệ lớn hơn cả sẽ được trực tiếp hiện chỉnh, những bản đồ tỷ lệ nhỏ tiếp theo sẽ đượchiện chỉnh bằng phương pháp biên vẽ hoặc chỉnh sửa theo bản đồ mới hiện chỉnh

2.3.1 Hiện chỉnh bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không

Quá trình được thực hiện bằng cách chỉnh sửa bản gốc, hiện chỉnh ở nộinghiệp theo ảnh, sau đó đối soát, bổ sung và kiểm tra ở ngoại nghiệp

Phương pháp này nó phụ thuộc vào đặc điểm của khu vực hiện chỉnh và từkhâu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả về kinh tế khi cần thiết cho phépkhảo sát thực địa trước khi điều chỉnh về nội nghiệp Trường hợp đặc biệt có thể bỏqua khâu khảo sát ngoại nghiệp

Quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh hàng không được thực hiệntheo các bước sau:

1- Công tác chuẩn bị

- Lập phương án kinh tế

- Các thiết kế và chỉ dẫn biên tập

2- Chụp ảnh hàng không (Khi cần thiết)

3- Công tác nội nghiệp

- Xác định cơ sở khống chế

- Xử lý ảnh hàng không

- Lập bản gốc chỉnh sửa

- Đo vẽ và điều vẽ nội nghiệp

- Chỉnh sửa bản gốc ở nội nghiệp

4- Đối soát, bổ sung ngoại nghiệp

5- Kiểm tra nghiệm thu

Trong đó quá trình sửa bản gốc theo ảnh hàng không ở nội nghiệp cho phép tiến hành theo:

- Ảnh đơn đã nắn hoặc đã phóng to về tỷ lệ của bản đồ cần hiện chỉnh

- Bình đồ ảnh (lập theo ảnh hàng không mới chụp)

- Các loại bản sao bản đồ như: Bản sao nét trên đế trong; trên đế bồi; trên giấy cứng; trên giấy ảnh và bản gốc chế in

Chúng ta phải căn cứ vào đặc điểm vùng hiện chỉnh, chất lượng bản đồ cầnhiện chỉnh, số lượng, những phần tử biến đổi ngoài thực địa, yêu cầu cần chuyển hệtoạ độ, nội dung và ký hiệu, tình hình đảm bảo tư liệu dùng để hiện chỉnh cũng nhưkhả năng của đơn vị để chọn công nghệ hiện chỉnh là loại tài liệu gốc chỉnh sửa chophù hợp

Đối với phương pháp này chúng ta thấy:

- Hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn.

- Thực hiện trong khu vực rộng lớn

Tuy nhiên phương pháp này không phải áp dụng cho việc cần hiện chỉnhloại bản đồ tỷ lệ nào cũng được

2.3.2 Hiện chỉnh từ tài liệu bản đồ có tỷ lệ lớn hơn

Đối với phương pháp này được áp dụng khi có bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơnmới được thành lập hoặc mới được hiện chỉnh Trong trường hợp này công tác hiệnchỉnh tiến hành theo quy tắc biên vẽ bản đồ địa hình các tỷ lệ tương ứng Điểm khác

ở đây là đánh giá mức độ biến đổi của các phần tử nội dung trên bản đồ cần hiện chỉnh

Cũng giống như khi hiện chỉnh theo ảnh hàng không, căn cứ vào sự biến đổi

và yêu cầu chuyển đổi ký hiệu, hình thức trình bày, được phép dùng bản sao lam,nâu, đen, bản sao gộp hai màu trên đế trong hay đế cứng hoặc bản gốc chế in làmbản gốc chính sửa

2.3.3 Hiện chỉnh trực tiếp ngoài thực địa

Phương pháp này được tiến hành bằng cách đo bàn đạc, toàn đạc hay một sốcách khác Quá trình thực hiện phải khảo sát toàn bộ khu hiện chỉnh và chỉnh sửa tạithực địa đối với những biến đổi về địa hình và địa vật Việc chỉnh sửa cũng như đo

vẽ các đối tượng mới xuất hiện được tiến hành từ các điểm trắc địa, các điểm đườngchuyền cũng như các điểm trạm đo Lưới đường chuyền được xây dựng trên cơ sởcác điểm khống chế mặt phẳng độ cao và các địa vật định hướng rõ rệt còn tồn tại

cả trên bản đồ và ngoài thực địa Ở những vùng không phải hiện chỉnh thì chỉ cầnlập lưới khống chế mặt phẳng Những vùng không đo vẽ thì không cần lập đườngchuyền

Phương pháp này chỉ áp dụng cho những vùng không có ảnh hưởng hoặckhông có tư liệu bản đồ cần thiết khác Vì khi thực hiện phương pháp này khôngmang lại hiệu quả kinh tế, thời gian làm lâu hơn

2.3.4 Hiện chỉnh bản đồ bằng tư liệu ảnh vệ tinh

2.3.4.1 Một số vệ tinh

- Vệ tinh Landsat Được phóng nên quỹ đạo lần đầu vào năm 1972, cho đếnnay đã có 5 thế hệ vệ tinh được phóng Mỗi vệ tinh được trang bị một máy quét đaphổ MSS, một bộ chụp ảnh vô tuyến truyền hình RBP Hệ thống Landsat-4,5 cònđược trang bị thêm một số bộ máy quét TM

- Vệ tinh SPOT: Được Pháp phóng năm 1986 Cho đến nay có 3 hệ thống vệtinh được phóng lên quỹ đạo mỗi vệ tinh được trang bị một máy quét đa phổ HRV

- Vệ tinh COSMOS: Đây là tư liệu viễn thám được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở nước ta Ảnh vệ tinh của Liên Xô có 2 loại

+ Ảnh có độ phân giải cao

+ Ảnh có độ phân giải trung bình

2.3.4.2 Các chuẩn giải đoán ảnh vệ tinh

- Chuẩn kích thước: Chọn tỷ lệ ảnh phù hợp để đoán đọc điều vẽ Kích thướccủa đối tượng có thể xác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với mẫu số

- Chuẩn độ đen: Độ đen trên ảnh đen trắng biến thiên từ trắng đến đen Mỗivật thể được thể hiện bằng cấp độ sáng nhất định tỷ lệ với cường độ phản xạ ánhsáng của nó

- Chuẩn màu sắc: Đây là một chuẩn rất tốt trong việc xác định các đối tượng

Ví dụ các kiểu loài thực vật có thể được phát hiện dễ dàng cả cho những ngườikhông có nhiều kinh nghiệm trong đoán đọc điều vẽ ảnh, khi sử dụng hồng ngoại