Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS để đánh giá biến động đất rừng huyện EA SUP tỉnh đắc lắc

luận văn, thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, khóa luận, đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Mã số ngành : 60 62 16

Người hướng dấn khoa học: PGS.TS PHẠM VỌNG THÀNH

HÀ NỘI – 2010

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Tác giả luận văn

Phạm Xuân Hưng

LỜI CẢM ƠN

ðối với tôi ñề tài là một lĩnh vực hoàn toàn mới và phức tạp, không thể dành nhiều thời gian cho nghiên cứu, Kinh nghiệm bản thân, trình ñộ kiến thức có hạn do vậy luận văn không tránh khỏi các thiếu sót Rất mong nhận ñược nhiều ý kiến ñóng góp của các chuyên gia, các nhà khoa học, các thầy

cô giáo và các bạn ñồng nghiệp ñể kết quả của luận văn hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành PGS.TS Phạm Vọng Thành ñã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực nghiệm luận văn

Qua ñây tôi cũng chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Tài nguyên Môi trường, Trung tâm Viễn thám Quốc gia, Chính quyền và nhân dân huyện Ea Súp, gia ñình, bạn bè ñã tạo diều kiện giúp ñỡ tôi trong quá trình làm luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Tác giả luận văn

Phạm Xuân Hưng

1.2 Mục ñích, ñối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 4

2.1.3 Một số hệ thống phân loại rừng áp dụng ở các ñịa phương 9 2.1.4 Khái quát về thảm thực vật khu vực huyện Ea Súp 11

2.2.6 Dữ liệu ảnh số dùng trong viễn thám 25 2.2.7 Khả năng cung cấp thông tin của ảnh viễn thám 28

2.2.9 Giải đốn ảnh vệ tinh bằng xử lý số 31 2.2.10 Nhu cầu và khả ứng dụng của viễn thám tại Việt Nam 36

2.3.4 Khả năng phân tích thơng tin trong GIS 46

3 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG 48

4.2 Nguồn dữ liệu thu thập, các bước xử lý ảnh, kết quả 75

4.2.2 Các bước xử lý ảnh, kết quả đạt được 78

4.3.1 Xây dựng bản đồ sử dụng đất rừng năm 2004 và 2009 93 4.3.2 Xây dựng bản đồ biến động sử dụng đất ở hai thời kỳ 2004 và

DANH MỤC BẢNG

2.1 Phân loại đất lâm nghiệp dự án JICA 1999-2002 10

2.4 Các thơng số chính của bộ cảm TM và ETM: 24

2.6 Cách lưu dữ liệu số ứng với từng loại ảnh vệ tinh 27 2.7 Khố giải đốn ảnh Landsat (ảnh tổng hợp màu giả FCC) 30

4.2 Các loại hình sử dụng đất huyện Ea Súp 81

4.4 ðộ chính xác kết quả phân loại tệp mẫu năm 2004 87 4.5 ðộ chính xác kết quả phân loại tệp mẫu năm 2009 88 4.6 Toạ độ các điểm kiểm chứng và kết quả trùng khớp 91 4.7 Thổng kê diện tích đất huyện Ea Súp năm 2004 94 4.8 Thổng kê diện tích đất huyện Ea Súp năm 2009 96 4.9 Sự thay đổi loại hình sử dụng đất thời kỳ 2004-2009 100 4.10 Thống kê diện tích các loại đất năm 2004 và 2009 101

4.4 Khu vực huyện Ea Súp trên Ảnh Vệ tinh năm 2004 79 4.5 Khu vực huyện Ea Súp trên Ảnh Vệ tinh năm 2009 79 4.6 ðất khu dân cư (ðường Lạc Long Quân TT Ea Súp) 82

4.16 Bản ñồ sử dụng ñất và thảm rừng năm 2004 94 4.17 Biểu ñồ sử dụng ñất và thảm rừng năm 2004 95

4.18 Bản ñồ sử dụng ñất và thảm rừng năm 2009 95 4.19 Biểu ñồ sử dụng ñất và thảm rừng năm 2009 96

4.21 Bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất 2004 - 2009 99 4.22 Biểu ñồ thay ñổi hiện trạng 2004 – 2009 102

1 MỞ đẦU

1.1 Tắnh cấp thiết của ựề tài

Nền kinh tế trong cả nước nói chung, của các tỉnh, thành phố nói riêng

ựã phát triển rất nhanh trong hơn hai mươi năm qua Quá trình ựô thị hóa, công nghiệp hoá phát triển nhanh kéo theo sự mất dần ựi của ựất canh tác để ựáp ứng nhu cầu của con người và ựảm bảo an ninh lương thực của Quốc gia việc chuyển từ ựất rừng sang sử dụng vào mục ựắch Nông nghiệp khác là ựiều không tránh khỏi, cùng với nó là tình trạng du canh, du cư và khai thác rừng bất hợp lý ựã huỷ diệt những diện tắch rừng rộng lớn, làm tổn hại ựến môi trường sinh thái, gây ra các hiện tượng biến ựổi khắ hậu như khô hạn, lũ quét, sạt lở ựất Ầ ảnh hưởng nghiêm trọng ựến ựời sống của nhân dân

Biến ựộng sử dụng ựất xảy ra do nhiều nguyên nhân trong ựó có sự chuyển ựổi tự phát từ ựất nông nghiệp sang ựất phi nông nghiệp, ựất nuôi trồng thuỷ sản hoặc cơ cấu cây trồng khác Bên cạnh ựó diện tắch rừng cũng

bị thu hẹp dần do khai thác sử dụng cho mục ựắch khác, dẫn ựến suy giảm chức năng bảo vệ môi trường

Trong những năm gần ựây, mặc dù Nhà nước ựã có những chắnh sách cho việc khôi phục rừng, nhưng kết quả chưa ựủ bù ựắp phần diện tắch rừng bị mất hàng năm, trong khi ựó chất lượng rừng tiếp tục bị suy thoái nghiêm trọng Nhiệm vụ bảo vệ, quản lý, phát triển và kinh doanh rừng không chỉ là vấn ựề riêng của ngành Nông nghiệp, của các chuyên gia về rừng mà nó ựã trở thành một vấn ựề của toàn xã hội để có thể quản lý, bảo vệ ựất ựai nói chung và ựất rừng nói riêng hiện có cần có sự theo dõi biến ựộng thường xuyên nhằm ựưa ra những giải pháp thắch hợp nhất

đã có nhiều nghiên cứu ựánh giá biến ựộng sử dụng ựất dựa vào bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất của các cấp theo chu kỳ 5 năm lập theo phương pháp

truyền thống Nếu cần phải ựánh giá hiện trang sử dụng ựất trong một chu kỳ ngắn sẽ gặp nhiều khó khăn về thời gian, nhân lực, kinh phắ nhất là tắnh tự ựộng hoá trong công việc và không có những hình ảnh trực quan vừa là cơ sở khoa học vừa có tắnh khái quát về biến ựộng sử dụng ựất ngay từ ựầu

đã từ lâu kỹ thuật viễn thám ựược nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong ựó có lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên ựã trở nên khá phổ biến và là phương pháp rất hiệu quả trong cập nhật thông tin nhằm phục vụ cho công tác quản lý, khai thác tài nguyên thiên nhiên, nghiên cứu môi trường và những biến ựộng bề mặt của một vùng hay một lãnh thổ rộng lớn; ựặc biệt ựối với những nơi mà con không thể ựến ựược hoặc phương pháp ựo ựạc truyền thống khó có thể thực hiện ựược như vùng núi cao, vùng ựầm lầy, v.vẦ

Kể từ năm 1980 ảnh viễn thám ựã bắt ựầu du nhập vào nước ta và ựã có rất nhiều ựề tài khoa học nhiều ngành kỹ thuật quan tâm ứng dụng trong ựó có ngành Trắc ựịa Bản ựồ, Tài nguyên và Môi trường Tuy nhiên, việc ựưa những tiến bộ này vào thực tế sản xuất ở cấp cơ sở còn rất ắt và còn mang tắnh thăm dò, bởi vì chưa có nhiều chứng minh về tắnh ưu việt của nó trong công tác quản lý

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và hệ thống ựịnh vị toàn cầu GPS viễn thám và GIS ựã và ựang chứng tỏ là những công cụ ựặc biệt hữu hiệu hỗ trợ cho mọi hoạt ựộng của con người nhằm làm chủ thiên nhiên

và xã hội Nhiều nước trên thế giới coi GIS như là một công nghệ then chốt

ựể ứng dụng trong một số ngành khoa học GIS không chỉ là một công cụ chắnh hỗ trợ hiệu quả cho quá trình hoạch ựịnh các chắnh sách quản lý kinh tế

xã hội ở ựịa phương mà còn là phương tiện ựể nâng cao chất lượng hoạt ựộng quản lý

Giải pháp tắch hợp viễn thám và GIS trong xây dựng bản ựồ hiện trạng

sử dụng ñất và ñánh giá biến ñộng sử dụng ñất là việc làm cần thiết nhằm phát huy thế mạnh của kỹ thuật này từng bước góp phần ñưa kỹ thuật viễn thám

và GIS vào thực tiễn công tác ñể thuyết phục và thay thế dần các phương pháp truyền thống từ trước tới nay chúng ta vẫn làm

Ea Súp là một huyện biên giới nằm ở phía tây bắc tỉnh ðắk Lắk có ñường biên giới phía tây giáp với nước bạn Campuchia Tổng diện tích tự nhiên của huyện là 176.563 ha; Dân số 56.432 người mật ñộ dân số bình quân

31, 9 người/km2, là huyện có mật ñộ dân số thấp nhất của tỉnh ðắk Lắk

Huyện Ea Súp với 10 ñơn vị hành chính (9 xã, 01 thị trấn) là huyện có tiểu vùng khí hậu cá biệt nhiệt ñộ cao, nắng nóng kéo dài, ñiều kiện khắc nghiệt, dân cư thưa thớt diện tích ñất rừng rộng lớn ñây ñược ví như là một lá phổi xanh của thế giới nói chung và của nước ta nói riêng

Là một huyện có tiềm năng về ñất ñai bằng phẳng, rất thích hợp với cây lúa Ea Súp ñã và ñang ñược nhà nước quan tâm ñầu tư các công trình thủy lợi lớn phục vụ tưới tiêu vì vậy số lượng dân di cư kể cả dân di cư tự do và dân di

cư theo kế hoạch của nhà nước tập trung về ñịa bàn sinh sống và lập nghiệp nhiều nhất tỉnh ðắk Lắk

Sự gia tăng dân số và các mục tiêu phát triển kinh tế kéo theo ñó là sự mất dần những cánh rừng ñể trồng lúa, màu, cây ăn quả, cao su, … cho nên ñất rừng của Ea Súp có sự biến ñộng lớn

Nhằm theo dõi ñược sự biến ñộng thường xuyên của các loại ñất ñặc biệt là ñất rừng phục vụ các mục tiêu Quản lý, bảo vệ, qui hoạch phát triển và giúp cho lãnh ñạo ñưa ra nhũng quyết ñịnh ñúng ñắn Ea Súp cần có bộ bản ñồ biến ñộng ñất rừng ñược cập nhật thường xuyên

Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn trên chúng tôi tiến hành nghiên

cứu ñề tài: “Tích hợp viễn thám và hệ thông tin ñịa lý (GIS) ñể ñánh giá biến ñộng ñất rừng huyện Ea Súp tỉnh ðắk Lắk”

1.2 Mục ựắch, ựối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.2.1 Mục ựắch nghiên cứu

Việc ựánh giá biến ựộng sử dụng ựất rừng trên cơ sở phân tắch hai bản

ựồ hiện trạng sử dụng ựất ựược thành lập ở hai thời ựiểm thu nhận ảnh vệ tinh (năm 2004 và năm 2009) của khu vực huyện Ea Súp

đánh giá sự thay ựổi của các loại hình sử dụng ựất và thảm rừng giai ựoạn 2004 và 2009 trên cơ sở tắch hợp Viễn thám và GIS

1.2.2 đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu hiện trạng ựất rừng tại ựịa bàn huyện Ea Súp tại hai thời ựiểm 2004-2009 bằng cách sử dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin ựịa lý (GIS) đề tài sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 năm 2004 và 2009

đề tài tập trung nghiên cứu sự biến ựộng sử dụng ựất mà ựặc biệt là ựất rừng trong phạm vi huyện Ea Súp giai ựoạn 2004 và 2009

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài

- Khẳng ựịnh tắnh ưu việt của việc sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong công tác ựánh giá biến ựộng ựất và thảm thực vật rừng

- Việc ứng dụng các tư liệu viễn thám cùng với hệ thông tin ựịa lý (GIS) vào công tác thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất sẽ ựem lại hiệu quả kinh tế cao mang tắnh thời sự với ựộ chắnh xác ựảm bảo cho việc tự ựộng hóa một số khâu trong quy trình công nghệ thành lập bản ựồ này

đưa ra quy trình cụ thể về khả năng ứng dụng của ảnh viễn thám và hệ thống thông tin ựịa lý, kỹ thuật xử lý ảnh số trong ựánh giá biến ựộng ựất và

thảm rừng vào thực tiễn ở huyện Ea Súp

1.4 Những ựóng góp của ựề tài

Góp phần khẳng ựịnh khả năng ứng dụng kỹ thuật phân loại có giám

dụng ñất

Xây dựng ñược một hệ thống phân loại ñất ñai, thảm rừng tương ñối phù hợp với khả năng nhận biết và phân loại các ñối tượng của phương pháp

xử lý số trên tư liệu viễn thám

Chỉ ra sự thay ñổi cụ thể của các loại ñất và thảm rừng trong huyện Ea Súp giai ñoạn năm 2004 và năm 2009

2 TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Khái niệm và phân loại rừng Việt Nam

2.1.1 ðặc trưng cơ bản của rừng Việt Nam

Rừng nước ta thể hiện những ñặc trưng cơ bản của rừng nhiệt ñới Theo ñiều tra thống kê, ở nước ta có khoảng 7004 loài thực vật bậc cao thuộc

1850 chi và 289 họ (Thái Văn Trừng - 1978) và 1332 loài ñộng vật (theo tài liệu của UBKHKT nhà nước và Võ Quý - 1981) Ngoài ra, khu hệ thực vật phong phú của Việt Nam là nơi hội tụ của ba luồng thực vật di cư từ khu hệ Malaixia – Indonexia; khu hệ Himalaya - Vân Nam - Quí Châu; khu hệ Ấn

ðộ - Miến ðiện [24] Rừng nước ta có nhiều loại gỗ quý và dược liệu có giá trị Nó ñược phân bố hầu hết ở vùng trung du và vùng núi, chiếm ba phần tư ñất ñai toàn quốc và chiếm một vị trí chiến lược quan trọng trong việc phát huy tác dụng phòng hộ và quốc phòng Trải dài trên 15 ñộ vĩ ở vùng nhiệt ñới bắc bán cầu, chịu ảnh hưởng của ñại dương, ñịa hình chia cắt ñã làm cho hệ sinh thái rừng Việt Nam ña dạng từ rừng thông ôn ñới, rừng thông á nhiệt ñới, rừng hỗn giao lá kim, rừng hỗn giao lá rộng, rừng nhiệt ñới cho ñến rừng xích ñạo[18] ðặc ñiểm của rừng nhiệt ñới là có nhiều gỗ quý nhưng lại mọc chậm ðiều ñáng lo ngại là diện tích rừng mưa nhiệt ñới ngày càng thu hẹp, chất lượng rừng ngày càng bị thoái hoá do nạn cháy rừng, do phương thức trồng trọt du canh du cư, do chăn nuôi gia súc, do khai hoang canh tác nông nghiệp và khai thác rừng không hợp lý ðiều ñó không chỉ làm suy giảm tài nguyên rừng mà còn ảnh hưởng trực tiếp ñến cân bằng sinh thái, bảo vệ môi trường sống Theo thống kê của Liên hiệp quốc, hàng năm có 11.000.000 ha rừng nhiệt ñới bị phá huỷ Riêng khu vực châu Á - Thái Bình Dương hàng năm mất ñi 1.800.000 ha rừng, tương ñương mỗi ngày mất ñi 5000 ha rừng

nhiệt ñới[17] Ở Việt Nam, dựa trên số liệu thống kê diện tích mất rừng hàng năm ñã ñược công bố khoảng 100.000 ha vào thời ñiểm trước năm 1976[13]

2.1.2 Phân loại trạng thái rừng Việt Nam

ðể phân loại trạng thái rừng cần phải tìm hiểu khái niệm về kiểu rừng Theo quan ñiểm của các nhà Lâm sinh học thì “kiểu rừng là những khoảnh rừng hay tập hợp những khoảnh rừng có sự ñồng nhất về các ñiều kiện thực vật rừng, về các thành phần cây gỗ, về số lượng tầng thứ, về hệ ñộng vật cho nên nó có yêu cầu cùng một số biện pháp tác ñộng kỹ thuật như nhau nếu trong ñiều kiện kinh tế - xã hội giống nhau”[18] Như vậy sự phân chia về kiểu rừng không những cần phải chú ý ñến hình thái bên ngoài, ñến sự khác nhau về cấu trúc ñịa lý mà còn phải hiểu ñược sự khác biệt về ñặc ñiểm lâm học như sản lượng và chất lượng rừng, ñặc ñiểm tái sinh và hình thành rừng cũng như nguồn gốc và xu hướng phát triển tiếp theo của nó

Sự phân chia các kiểu rừng ñã ñược bắt ñầu vào những năm 90 của thế

kỷ thứ XIX bởi các nhà lâm học người Nga và ñến thế kỷ thứ XX thì ñã xuất hiện nhiều khái niệm về kiểu rừng Nhìn chung ñến thời kỳ này ñã xuất hiện hai trường phái lớn về kiểu rừng xuất phát từ nhiệm vụ thực tế của lâm học (trường phái Mô-rô-dốp) và xuất phát từ quan ñiểm ñịa lý thực vật ñứng ñầu

là A.Caiander và V.N Su-ca-sép[18] Trong ñó Mô-rô-dốp ñã ñặt tên kiểu rừng theo loài cây ưu thế và theo ñịa hình hoặc ñất ñai, ñôi khi theo cả ñiều kiện về ñộ ẩm và ñất Học thuyết về kiểu rừng của Mô-rô-dốp ñã mở ra cho

sự phát triển một loạt các khuynh hướng, các luận ñiểm về kiểu rừng khác nhau sau này

Trong thực tế các hệ thống phân loại rừng ñược dưa trên cơ sở phân chia theo các loài cây ưu thế và theo thành phần thực vật nói chung thường chỉ ñược áp dụng phù hợp với vùng ôn ñới Còn ở vùng nhiệt ñới, á nhiệt ñới

có rất nhiều loài cây mọc và tạo thành rất nhiều quần thể hoặc quần xã thực vật, có thể hàng trăm, hàng ngàn loài cây khác nhau và không có loài nào chiếm ưu thế Vì vậy việc phân loại rừng ở những vùng này theo quan ñiểm trên là rất khó khăn và phải dựa vào quan ñiểm sinh thái trên cơ sở ñiều kiện nơi mọc, tức là phải dựa vào hình dạng bên ngoài và những ñặc trưng về cấu trúc hình thái của nó Hình thái bên ngoài của thảm thực vật (ñộ rậm, ñộ che phủ của rừng, ñất không có rừng ) và ñặc ñiểm cấu trúc (thường xanh, lá rộng, lá kim ) của nó ñã ñược ứng dụng rộng rãi ñể mô tả và xây dựng bản

ñồ thảm thực vật của nhiều nước trên thế giới và bản ñồ thảm thực vật thế giới[18]

a Hệ thống phân loại rừng cũng như phân loại sử dụng ñất lâm nghiệp

tổng quát nằm trong hệ thống phân loại ñất ñai toàn quốc hệ thống phân loại thay ñổi theo từng giai ñoạn và có hai hệ thống phân loại chủ yếu sau:

- ðất rừng ñược phân loại ñộc lập bao gồm: ðất có rừng tự nhiên, ñất

có rừng trồng, ñất ñược sử dụng vào mục ñích trồng rừng, khoanh nuôi, bảo

vệ phục hồi rừng tự nhiên, nghiên cứu thí nghiệm [Luật ñất ñai 1993]

- ðất lâm nghiệp trong nhóm ñất nông nghiệp: Chỉ bao gồm ñất ñã có rừng phân loại theo mục tiêu sử dụng ñó là ñất có rừng sản xuất, rừng phòng

hộ và rừng ñặc dụng [Luật ñất ñai sửa ñổi năm 2003]

b Các hệ thống phân loại rừng chi tiết dùng cho nghành lâm nghiệp

Dựa trên hệ thống phân loại sử dụng ñất toàn quốc, phân loại sử dụng ñất lâm nghiệp ñã ñược bổ sung nhằm phục vụ kiểm kê rừng, ñánh giá và quy hoạch sử dụng ñất lâm nghiệp ñáp ứng yêu cầu của thực tiễn sản xuất và trình

ñộ quản lý ñất ñai từ trung ương ñến ñịa phương

Quyết ñịnh gần ñây nhất của Bộ trưởng Bộ nông nghiệp và phát triển

2002 thể hiện hệ thống phân loại sử dụng ñất lâm nghiệp như sau:

+ Rừng trồng chưa có trữ lượng: rừng phòng hộ, rừng ñặc dụng, rừng sản xuất

+ Tre luồng: rừng phòng hộ, rừng ñặc dụng, rừng sản xuất

+ Cây ñặc sản: rừng phòng hộ, rừng ñặc dụng, rừng sản xuất

* ðất trống không có rừng

- Ia: ðất trảng cỏ

- Ib: ðất cây bụi

- Ic: ðất cây bụi, cây gỗ tái sinh rải rác, ñộ tàn che 0, 1

- Núi ñá không có rừng cây

2.1.3 Một số hệ thống phân loại rừng áp dụng ở các ñịa phương

a- Phân loại rừng ở huyện KonPlong tỉnh Kom Tum (Dự án JICA

1999-2002)

Bảng 2.1: Phân loại ñất lâm nghiệp dự án JICA 1999-2002

nghiên cứu

Phân loại theo

1 Rừng nguyên sinh IV Rừng tự nhiên chưa bị tác ñộng

2 Rừng thứ sinh loại 1 IIIc Rừng tự nhiên ít bị tác ñộng

3 Rừng thứ sinh loại II IIIb Rừng tự nhiên bị tác ñộng TB

4 Rừng thứ sinh loại III IIIc Rừng tự nhiên bị tác ñộng mạnh

5 Rừng nửa rụng lá Rừng phục hồi trên trảng cây bụi

và sau nương rẫy

6 Rừng rụng lá (khộp) IIb Rừng non phục hồi trên trảng

b- Phân loại rừng ở huyện Quỳ Châu (Nghệ An)

Tại ñây cũng áp dụng hai hệ thống phân loại ñể thực hiện dự án quy hoạch ñất lâm nghiệp trong huyện Dựa vào hệ thống phân loại theo trạng thái thực bì của rừng ñất lâm nghiệp ñược chia thành:

+ Rừng hỗn giao + Tre nứa

- Rừng trồng (Theo loài cây và cấp tuổi)

* ðất chưa sử dụng

2.1.4 Khái quát về thảm thực vật khu vực huyện Ea Súp

Ea Súp có chế ựộ khắ hậu nhiệt ựới gió mùa ẩm, nhiệt ựộ trung bình hàng năm là 24, 70 biên ựộ nhiệt trung bình của các tháng dao ựộng từ 4 - 90 Tổng số giờ nắng trong năm là 2900 giờ Là vùng có lượng mưa trung bình thấp trong tỉnh (bình quân 1666mm/năm), mưa tập trung nhiều vào tháng 7,

8, 9 chiếm hơn 50% lượng mưa cả năm độ cao trung bình so với mực nước biển của Ea Súp là 180m

Do ựiều kiện khắ hậu khắc nghiệt, thiếu nước vào mùa khô và lũ lụt về mùa mưa nên cây trồng phát triển chậm, tuy nhiên trong các ựiều kiện tự nhiên khắ hậu nhiệt ựới gió mùa ẩm và ổn ựịnh trong một thời gian lịch sử lâu dài chúng tôi dự ựoán rằng trước khi bị con người tàn phá thì toàn bộ diện tắch ựất rừng của Ea Súp ựặc biệt là khu vực liền kề với vườn quốc gia Yok đôn ựã từng ựược bao phủ bởi các kiểu rừng nguyên sinh rậm thường xanh nhiệt ựới mưa mùa ẩm chủ yếu cây lá rộng vì vậy thảm thực vật tại Ea Súp chủ yếu là các thảm rừng kắn vùng thấp ựược phân chia như sau:

Bảng 2.2: Phân loại ựất rừng huyện Ea Súp

1 Rừng kắn Cây gỗ lá rộng thường xanh, ựộ tàn che >70%

2 Rừng trung bình Cây gỗ lá rộng thường xanh, nửa rụng lá, ựộ tàn

2.2 Công nghệ viễn thám

2.2.1 Khái niệm về viễn thám

Viễn thám là môn khoa học nghiên cứu việc ño ñạc, thu thập thông tin

về một ñối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp ñến ñối tượng mà bằng cách sử dụng thiết bị ño qua tác ñộng một cách gián tiếp Viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ ñiện từ như một phương tiện ñể ñiều tra và ño ñạc những ñặc tính của ñối tượng Các tín hiệu này ñược những thiết bị ñặt trên các phương tiện bay tiếp nhận ghi lại hoặc truyền về các trạm thu thu nhận và xử lý trên mặt ñất ñể xử lý Trên cơ sở nguyên lý cơ bản này, phương pháp viễn thám nói chung, viễn thám trong ñất ñai và ñiều tra rừng nói riêng

ñã ñược hình thành và phát triển ngày càng hoàn thiện trong sự phát triển không ngừng của các lĩnh vực kỹ thuật có liên quan [24]

Vậy hiểu một cách ñầy ñủ, phương pháp viễn thám ñược tổ chức thực hiện cả ở trên không và ngay trên mặt ñất Do tất cả các ñối tượng tự nhiên trên bề mặt trái ñất, ở một góc ñộ nào ñó ñều ñược phản ánh một phần ñặc ñiểm, nội dung trên tư liệu viễn thám, nên kỹ thuật viễn thám thực chất là một

kỹ thuật liên ngành bao gồm nhiều lĩnh vực nội dung, kỹ thuật của các chuyên môn phức tạp khác nhau, ñồng thời ứng dụng của chúng cũng vô cùng phong phú Dưới ñây chúng tôi trình bày những nét cơ bản nhất về lịch sử phát triển

kỹ thuật viễn thám nói chung và viễn thám ứng dụng trong nghiên cứu ñất ñai nói riêng cùng một số công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước

2.2.2 ðịnh nghĩa viễn thám

Viễn thám ñược ñịnh nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, ño lường và phân tích thông tin của ñối tượng (vật thể) mà không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám

Từ khi vệ tinh viễn thám bắt ñầu hoạt ñộng trên quỹ ñạo, ñã có nhiều

dự án phát huy khả năng chụp ảnh của nó Những ứng dụng của kỹ thuật viễn thám trong lĩnh vực giám sát môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên rất phổ biến và là phương pháp rất hiệu quả trong việc thu thập và cập nhật thông tin cho một vùng hay toàn lãnh thổ, trong ñó ngành bản ñồ học thừa hưởng nhiều thành tựu ñáng kể nhất

Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp ảnh và thu thập thông tin của các ñối tượng trên bề mặt ñất Bắt ñầu năm

1858 người ta ñã sử dụng khinh khí cầu chụp ảnh nhằm mục ñích vẽ bản ñồ ñịa hình Năm 1909, Wilbur Wright ñã chụp ñược những bức ảnh ñầu tiên vùng Centocalli, Italia từ máy bay Vào những năm 1930 người ta bắt ñầu chụp ảnh màu và nghiên cứu tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức xạ gần hồng ngoại ñể loại bỏ những ảnh hưởng tán xạ và mây mù của khí quyển Năm 1950, cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) nghiên cứu ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và ảnh ña phổ, và sau ñó những thành công trong việc tạo ra các bộ cảm biến có ñộ phân giải cao ñặt trên vệ tinh có thể thu nhận và

cung cấp thông tin trong việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, cấu trúc ñịa mạo, nhiệt ñộ và gió trên bề mặt ñại dương

Các phương tiện mang các bộ cảm biến có thể là khinh khí cầu, máy bay, vệ tinh v.v… gọi là vật mang Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét

Ngoài việc thu nhận thông tin từ ảnh ña phổ, ảnh radar cũng ñược sử dụng rộng rãi trong viễn thám với ưu thế không bị ảnh hưởng bởi thời tiết Sự ứng dụng của nó trong lĩnh vực thăm dò tài nguyên ñã trở nên rất ña dạng và phong phú Ngày nay tia laser cũng ñã ñược ứng dụng trong viễn thám cùng với nhiều loại bộ cảm ưu viêt hơn so với các thế hệ bộ cảm trước kia [20]

2.2.3 Hiện trạng và khả năng ứng dụng của viễn thám

Lịch sử về viễn thám cho thấy, sự phát triển của kỹ thuật viễn thám luôn gắn liền với sự phát triển của kỹ thuật chụp ảnh Bức ảnh ñầu tiên ñược chụp vào năm 1839, tới năm 1849 Aime Laussedat người Pháp ñã khởi ñầu một chương trình sử dụng ảnh cho mục ñích thành lập bản ñồ ñịa hình[32] ðến giữa thế kỷ thứ 19 người ta ñã sử dụng kinh khí cầu ñể chụp ảnh từ trên không và bức ảnh hàng không ñầu tiên ñược chụp từ kinh khí cầu cũng là do Laussedat chụp vào năm 1858 Sang ñầu thế kỷ thứ 20 người ta ñã thử nghiệm chụp ảnh từ trên không bằng máy bay và bức ảnh ñầu tiên ñược chụp

từ máy bay ñã ñược Wibur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia[9]

Vào giữa những năm 1930 người ta ñã chụp ảnh màu và tiến hành nhiều cuộc nghiên cứu nhằm tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức xạ gần hồng ngoại có tác dụng hữu hiệu trong việc loại bỏ ảnh hưởng tán xạ và mù khí quyển Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai người ta ñã nghiên cứu các tính chất phản xạ phổ của bề mặt ñịa hình và chế thử các lớp cảm quang cho

việc chụp ảnh màu hồng ngoại ðến năm 1956 việc thử nghiệm khả năng chụp ảnh hồng ngoại từ máy bay ñã ñược tiến hành trong việc phân loại và phát hiện các kiểu loại thực vật Năm 1960 ñược sự bảo trợ của cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ, nhiều cuộc thử nghiệm về ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và ảnh ña phổ ñã ñược tiến hành Những thành tựu trong lãnh vực này ñã ñưa ñến sự phóng vệ tinh Landsat vào những năm 70 thế kỷ trước Việc phóng vệ tinh nhân tạo ñã tạo ra khả năng thu nhận thông tin có tính toàn cầu trong ñó có cả trái ñất và môi trường xung quanh chúng Hiện nay tư liệu viễn thám vệ tinh ñược sử dụng rộng rãi nhất là các vệ tinh khí tượng và

vệ tinh tài nguyên Vệ tinh NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) ñược phóng lần ñầu tiên lên quỹ ñạo năm 1978 và ñã cung cấp ảnh theo chế ñộ cập nhật với ñộ phân giải không gian 1, 1 km Từ năm

1972 tới nay Hoa Kỳ ñã phóng nhiều vệ tinh tài nguyên Hai vệ tinh ñầu trang

bị bộ cảm ña phổ 4 kênh MSS với ñộ phân giải 80m Vệ tinh Landsat3 ñã ñược trang bị bổ xung thêm một kênh hồng ngoại với ñộ phân giải 240m Ngoài tư liệu MSS vệ tinh Landsat 4 và 5 còn cung cấp thêm loại tư liệu là

TM với 7 kênh phổ, trong ñó có 6 kênh ñộ phân giải không gian là 30m ở dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần, 1 kênh ñộ phân giải không gian 120m cho dải sóng hồng ngoại nhiệt Năm 1986 Pháp cũng ñã phóng vệ tinh SPOT với

bộ cảm HRV có 3 kênh phổ ñộ phân giải 20m và một kênh toàn sắc có ñộ phân giải 10m Gần ñây, năm 1988 Nhật bản phóng vệ tinh quan sát biển MOS-1, vệ tinh này trang bị bộ cảm MESSR có ñộ phân giải không gian 50m

Ấn ðộ cũng ñã phóng thành công vệ tinh tài nguyên với bộ cảm có các thông

số kỹ thuật tương ñương với MSS ðến tháng 8 năm 1996 cơ quan thiết kế kỹ thuật chính là NASDA của Nhật Bản ñã phóng vệ tinh ADEOS lên quỹ ñạo với mục ñích chủ yếu là giải quyết các vấn ñề về môi trường khí hậu thế giới Với mục ñích này ADEOS mang nhiều loại bộ cảm phục vụ nghiên cứu nhiều

lĩnh vực khác nhau, trong đĩ bộ cảm AVNIR cĩ mục đích rất quan trọng nhằm nghiên cứu trạng thái lớp phủ thực vật[9], [22] Mới đây Pháp đã phĩng tiếp vệ tinh SPOT.4 vào tháng 3 năm 1998 Vệ tinh này khác với SPOT.3 là

cĩ thêm đầu chụp với tên Vegetation gồm 4 kênh phổ độ phân giải 1km ðến tháng 4 năm 1999 Mỹ đã phĩng vệ tinh LANDSAT.7 với đầu chụp cĩ tên ETM gồm 7 kênh phổ giống LANDSAT.TM và 1 kênh tồn sắc độ phân giải 15mét

Trong vùng sĩng dài của sĩng điện từ, các hệ thống Viễn thám siêu cao tần chủ động radar đã được sử dụng ngay từ đầu thế kỷ 20 cho việc theo dõi

và phát hiện các vật thể chuyển động và nghiên cứu tầng ion Ngày nay sự ứng dụng của nĩ đã trở nên rất đa dạng và phong phú trong lĩnh vực thăm dị tài nguyên Người ta đã sử dụng viễn thám radar để nghiên cứu đại dương, khí quyển, các cấu trúc trên bề mặt và gần bề mặt của vỏ trái đất Gần đây viễn thám radar chủ động càng phát triển mạnh mẽ cĩ khả năng nghiên cứu xác định được sinh khối của thực vật Vì vậy các ứng dụng của viễn thám radar chủ động rất đa dạng, phong phú và cĩ nhiều triển vọng

Nĩi chung, sự ra đời và phát triển của khoa học kỹ thuật viễn thám luơn gắn liền với lịch sử ra đời và phát triển của viễn thám trong Lâm nghiệp Dưới đây là tĩm tắt một số các cơng trình nghiên cứu của các tác giả trên thế giới và trong nước

2.2.3.1 Trên thế giới

Mặc dầu bức ảnh hàng khơng đầu tiên được chụp bằng kinh khí cầu do một người Pháp cĩ tên Laussedat chụp từ năm 1858, nhưng mãi đến tháng 9 năm 1887 mới cĩ một kỹ sư Lâm nghiệp người ðức thử nghiệm đốn đọc cây rừng trên ảnh hàng khơng[8] Theo GS.TS Vũ Tiến Hinh, TS.Phạm Ngọc Giao thì Spurr.S đã chia lịch sử viễn thám trong Lâm nghiệp trên thế giới

Giai đoạn một: Từ cuối thế kỷ thứ 19 đến trước chiến tranh thế giới lần thứ nhất, đánh dấu bằng sự ra đời ảnh hàng khơng, kính lập thể và những thử nghiệm lẻ tẻ ban đầu về ứng dụng của chúng trong Lâm nghiệp Thí dụ một

số thí nghiệm của Rudolf Kobsa và Ferdinand Wang (Áo–1892), Hugershoff.R (ðức-1911), Hans Dock (Áo-1913)

- Giai đoạn hai: Từ chiến tranh thế giới lần thứ nhất đến cuối chiến tranh thế giới lần thứ hai Giai đoạn này đã ghi nhận thành cơng của một số tác giả ở một số nước: Xây dựng bản đồ rừng từ ảnh hàng khơng ở vùng Maurice thuộc Canada, bản đồ thực vật rừng ở Anh(1924), điều tra trữ lượng rừng từ ảnh hàng khơng ở Mỹ(1940) Thí nghiệm các phương pháp đo tán, đo chiều cao trên ảnh của Seely, Hugershoff Tuy nhiên giai đoạn này vẫn chưa xây dựng hồn chỉnh hệ thống lý luận cũng như các phương pháp đốn đọc ảnh hàng khơng

- Giai đoạn ba: Từ chiến tranh thế giới lần thứ hai đến nay: Cùng với sự phát triển về khoa học và kỹ thuật, việc nghiên cứu ứng dụng viễn thám ngày càng phát triển rộng rãi ở nhiều nước Kỹ thuật viễn thám phát triển theo chiều hướng ngày càng phong phú, tinh vi, chính xác và cập nhật hơn với hai

hệ thống chính là “ Interkosmos” và “Landsat” Song song với hai hệ thống trên là hệ thống các trạm thu và xử lý thơng tin cĩ ở nhiều nước trên thế giới như Canada, Brazin, Ấn ðộ, Thái Lan, Trung Quốc Gần đây hệ thống vệ tinh Spot, ADEOS đã nâng cao hơn nữa khả năng của kỹ thuật viễn thám ứng dụng trong Lâm nghiệp"

Song song với sự cải tiến về thiết bị bay chụp và tính năng thơng tin, các kỹ thuật xử lý thơng tin cũng khơng ngừng đạt được những tiến bộ về mặt phương pháp Từ những kỹ thuật xử lý khai thác thơng tin dựa trên nguyên tắc quang cơ và nhận biết bằng mắt, đến xử lý tự động theo nguyên tắc xử lý

số Ngày nay kỹ thuật xử lý số ảnh viễn thám cĩ khả năng liên kết với hệ

thông tin ñịa lý nên rất thuận lợi trong việc khai thác thông tin tạo ra các tờ bản ñồ chuyên ñề thứ cấp mang những thông tin theo ý muốn ðặc biệt là khả năng lưu trữ kết quả phân loại rất ñơn giản ðây là khả năng mà những phương pháp truyền thống không thể làm ñược

Phương pháp xử lý ảnh số ñã ñược nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến ngay từ những năm 1970 ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Canada, Thuỵ ðiển, Pháp, Nhật Bản, Bỉ Sau ñó nhanh chóng phổ cập tại các nước trong khu vực châu Á như Ấn ðộ, Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Philipine, Malaysia[8] Tại các quốc gia này, xử lý ảnh số ñã ñược ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như Lâm nghiệp, Nông nghiệp, ðịa chất, Phát triển ñô thị

Trong Lâm nghiệp, bằng phương pháp này, hàng loạt các loại bản ñồ khác nhau ñược thành lập như bản ñồ sinh thái thảm rừng, bản ñồ che phủ rừng ðồng thời sử dụng tư liệu ña thời gian ñể theo dõi ñánh giá biến ñộng Cùng với hệ thống phương pháp mới, các công cụ tương ứng ñã ñược thiết kế

và ñưa vào sử dụng rất có hiệu quả như các máy tính có cấu hình mạnh Bên cạnh ñó, các chương trình xử lý ảnh chuyên dụng có các tính năng mạnh cũng ñược phát triển ngày càng nhiều như: Pericolor, Dragon, DID, PCI Một số năm gần ñây ñã xuất hiện một số chương trình phần mềm tổng hợp bao gồm

cả xử lý ảnh và làm bản ñồ như Idrisi, Ilwis, Erdas ðiều này chứng tỏ Viễn thám và GIS ñã ñược cấu thành trong một hệ thống chặt chẽ ðồng thời hệ thống xử lý, phân tích và quản lý số liệu cũng ñã ñược xem xét và ñã hình thành trong những chức năng cơ bản của các phần mềm

2.2.3.2 Viễn thám tại Việt Nam

Ở nước ta, công nghệ viễn thám và GIS tuy còn non trẻ nhưng cũng ñã ñược nhiều ngành, nhiều người quan tâm Viễn thám bắt ñầu ñược ứng dụng

ứng ñược các yêu cầu ña dạng của thực tiễn Ngành ðịa chính ñã nghiên cứu ứng dụng GIS khá sớm trong việc quản lý ñất ñai, và nó ñã tỏ ra hết sức tiện lợi trong việc tự ñộng hoá một số công việc của ngành

Năm 2002 Tổng cục ñịa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường)

ñã giao cho Trung tâm Viễn thám thực hiện sản xuất thử về sử dụng ảnh vệ tinh ñể thành lập bản ñồ HTSDð cấp huyện tại huyện Ngọc Hiển, ðầm Dơi, Cái Nước thuộc tỉnh Cà Mau Qua ñánh giá kết quả thử nghiệm cho thấy ảnh

vệ tinh SPOT5 ñáp ứng ñược yêu cầu trong xây dựng bản ñồ HTSDð tỷ lệ 1/ 10.000 và 1/ 25.000

Bên cạnh các dự án tổng thể về ứng dụng viễn thám và GIS, các lĩnh vực như khí tượng, ñịa chất, khoáng sản thì viễn thám trở thành một công cụ ñắc lực trong công tác ñiều tra, khảo sát ño ñạc các ñiều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trường Kết quả các công trình nghiên cứu ñã làm giàu thêm về cơ sở dữ liệu và phương pháp luận trong nghiên cứu các dự án Nhìn chung việc ứng dụng viễn thám và GIS ở nước ta bước ñầu ñã có nhiều kết quả ñáng kể Tuy vậy, việc ứng dụng còn ở quy mô nhỏ, tản mạn về chủ ñề chưa ñịnh hướng ñược nhiệm vụ lâu dài Các dự án còn có tính thử nghiệm chưa ñược ứng dụng rộng rãi và có hệ thống.Thực tế viễn thám ở nước ta chưa giải quyết triệt ñể những vấn ñề thực tiễn ñặt ra nhằm ñáp ứng công tác quản lý nhà nước ở tầm vĩ mô về các vấn ñề quan trọng như quản lý tài nguyên thiên nhiên, quản lý về quy hoạch sử dụng ñất Việc truyền bá và ứng dụng viễn thám và GIS vào các công việc của các cơ quan ñịa phương ở nước ta có thể nói chưa ñược ñặt ñúng vị trí quan trọng của nó Mặc dù ñã có nhiều nỗ lực của các cơ quan quản lý nhà nước và rất nhiều lực lượng tham giavào hoạt ñộng phát triển viễn thám và GIS và kết quả ñã có nhiều nhận thức ñúng ñắn về tầm quan trọng của việc ứng dụng viễn thám và GIS trong việc hỗ trợ công tác quản lý nhà nước và công tác nghiệp vụ chuyên ngành nhưng vẫn còn một khoảng cách lớn giữa nhận thức và ứng dụng thực tế

2.2.4 Nguyên lý và tính chất phổ của ảnh viễn thám

a Nguyên lý

Năng lượng chính thường được sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời (năng lượng điện từ) Khái niệm sĩng giải thích cho sự truyền năng lượng điện từ, những năng lượng chỉ được cảm nhận khi sĩng tương tác với vật chất

Sự tương tác với vật chất cĩ thể thay đổi phụ thuộc vào mật độ, hướng, bước sĩng, sự phân cực và pha của bức xạ tới Khoa học viễn thám đo đạc và ghi lại những sự thay đổi đĩ và các nhà khoa học phân tích các hình ảnh và tư liệu, kết quả là phân biệt các tính chất của vật thể tạo ra những sự thay đổi đĩ

Sự tương tác này kết quả bức xạ tới cĩ thể là: được truyền qua, bị hấp thu, phát xạ bởi vật chất, bị tán xạ, bị phản xạ

Năng lượng của sĩng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu nhận bởi các bộ cảm với các đặc tính phổ của vật thể đĩ Thơng tin về đối tượng được nhận biết thơng qua xử lý trên máy tính hoặc giải đốn trực tiếp

từ hình ảnh của đối tượng

b Phổ điện từ:

Phổ điện từ là sự liên tục của năng lượng trong dải bước sĩng từ mét tới nanomet truyền tới với tốc độ ánh sáng đi qua chân khơng, giống như ở vũ trụ bên ngồi Tất cả vật chất phát ra một dải của năng lượng điện từ với cực trị truyền dần theo hướng cĩ bước sĩng ngắn hơn, khi nhiệt độ của vật chất tăng lên

Phổ điện từ kéo dài từ bước sĩng rất ngắn của vùng tia gamma đến bước sĩng dài của vùng sĩng radio Dải sĩng nhìn thấy được (sĩng ánh sáng)

từ 0.4µm đến 0.7µm chỉ chhiếm một đoạn ngắn của phổ điện từ Nhìn chung dải phổ điện từ dùng trong viễn thám bắt đầu từ vùng tia cực tím (0.3µm ¡ 0.4µm), sĩng ánh sáng (0.4µm ¡ 0.7µm), hồng ngoại gần, hồng ngoại sĩng ngắn và hồng ngoại nhiệt Hình 2.2 thể hiện bảng phân loại sĩng điện từ và

Hình 2.2 Phân loại sĩng điện từ và các kênh sử dụng trong viễn thám

Quá trình lan truyền của sĩng điện từ qua mơi trường vật chất sẽ tạo ra phản xạ, hấp thụ, tán xạvà bức xạ sĩng điện từ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào bước sĩng (ví dụ cây cĩ màu xanh đĩ là sĩng phản xạ, cịn màu xanh lơ và đỏ là sĩng đã bị hấp thụ) đặc trưng này của vật thể gọi là đặc trưng phổ

Những đặc tính phổ do năng lượng bức xạ và phản xạ của vật thể, các vật thể khác nhau sẽ phản xạ sĩng điện từ cĩ bước sĩng khác nhau; cùng một vật thể ở những bước sĩng điện từ khác nhau sẽ phản xạ khác nhau Ứng dụng những tính chất này trong viễn thám người ta chụp ảnh vật thể qua nhiều kênh khác nhau để đối chiếu phân tích và xử lý phục vụ cơng tác phân loại ảnh và giải đốn ảnh

2.2.5 Các loại vệ tinh và ảnh vệ tinh

2.2.5.1 Vệ tinh SPOT và ảnh vệ tinh SPOT

Hệ thống vệ tinh SPOT của Pháp được triển khai thiết kế chế tạo từ những năm 1977 Vệ tinh SPOT-1 được đưa lên quỹ đạo từ năm 1986 cĩ

trọng lượng 1750kg với ñộ cao bay là 822 km ðộ rộng của băng quét là 60km theo phương dây dọi Góc nghiêng của thiết bị quét ảnh so với phương dây dọi về hai phía vuông góc với hướng bay có giá trị ± 27o với ñộ rộng của băng quét là 80 km Ảnh Pan có 6000 Pixel trên mỗi ñường quét, ảnh MS có

3000 Pixel.Chuyển ñộng của vệ tinh SPOT-1 ñồng bộ với chuyển ñộng quay của trái ñất, bề mặt của trái ñất ñược quét lại trên cùng một ñịa hính sau 26 ngày [14]

Các vệ tinh SPOT-2, SPOT-3, SPOT- 4 có các thông số như SPOT-1 ñược ñưa lên quỹ ñạo vào các năm 1990, 1994, 1998 trong ñó SPOT-3 bị thiệt hại không thành công như dự kiến Hệ thống vệ tinh SPOT-5 có cải tiến nhất ñịnh ñược ñưa lên quỹ ñạo vào tháng 5 năm 2002 và ñi vào hoạt ñộng Thiết

bị quét ảnh cho ảnh Pan với ñộ phân giải 5m theo phương thẳng ñứng và 10m khi trục quang nghiêng về hai phía vuông góc với hướng bay Mỗi ñường quét Pan có 12000 Pixel và mỗi ñường quét ảnh mầu có 6000 Pixel Hình 3.5

là hình ảnh của hệ thống vệ tinh SPOT-5 Các thông số chính của hệ thống SPOT theo bảng 3.3

Hình 2.3: Hệ thống vệ tinh SPOT -5

Bảng 2.3: Các thông số của hệ thống SPOT

ðộ lớn Pixel thực ñịa GSD

ðộ rộng băng quét

Góc nghiêng trục quang

ðộ cao quỹ ñạo

SPOT-5 2002 12000 pan

6000 MS

5m Pan 10m MS

60km ± 27o 822 km

2.2.5.2 Vệ tinh Landsat và ảnh vệ tinh Landsat

Landsat là vệ tinh viễn thám ñầu tiên ñược Uỷ ban hàng không vũ trụ Mỹ(NASA) ñược phóng lên quỹ ñạo vào năm 1972 Từ năm 1994, ảnh vệ tinh Landsat do công ty EOSAT phân phối tuy nhiên những ảnh quá 2 năm ñược ñưa vào lưu trữ và do trung tâm dữ liệu Cục ðịa chất Mỹ phân phối

Vệ tinh ñầu tiên trong serie Landsat là ERTS-1 phóng ngày 23/7/1972 Sau ñổi tên là Landsat-1, Landsat-2 phóng ngày 22/1/1975 Các vệ tinh tiếp theo là Landsat-3 phóng năm 1978 Landsat-4 phóng năm 1982 và Landsat-5 phóng năm 1984 Landsat-6 phóng tháng 10/1993 nhưng ñã không thành công Landsat-7 phóng tháng 4/1999 Hiện nay có hai vệ tinh hoạt ñộng ñó là Landsat-5 và 7 và ñược ñặc trưng bởi các thông số chính sau ñây:

+ ðộ cao bay: 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980

+ Quỹ ñạo ñồng bộ mặt trời và bán lặp lại

+ Thời ñiểm bay qua xích ñạo 9h30’ sáng

+ Chu kỳ lặp lại 17 ngày

+ Bề rộng tuyến chụp 185km

+ Bộ cảm: 2 bộ cảm là MSS (Multispectral Scanner) và TM (Thematic Mapper)

Bảng 2.4 : Các thông số chính của bộ cảm TM và ETM:

Kênh1 0, 45-0, 52 Micromet Xanh chàm(Blue) 30 m

Kênh 2 0, 52-0, 60 Micromet Xanh lục(Green) 30 m

Kênh 3 0, 63-0, 69 Micromet ðỏ(Red) 30 m

Kênh 4 0, 76-0, 90 Micromet Gần hồng ngoại 30 m

Kênh 5 1, 55-1, 75 Micromet Hồng ngoại 30 m

Kênh 6 10, 4-12, 5 Micromet Hồng ngoại nhiệt 30 m

Kênh 7 2, 08-2, 35 Micromet Hồng ngoại trung 30 m

Kênh 8 0, 52-0, 90 Micromet

(panchromatic)

Xanh lục(Green), ðỏ (Visible Red), Gần hồng ngoại(Near infrared)

15 m

2.2.5.3 Vệ tinh IRS và ảnh vệ tinh IRS

Là vệ tinh viễn thám của Ấn ðộ do trung tâm viễn thám quốc gia quản

lý Ngày nay ảnh IRS-1 sử dụng ngoài Ấn ðộ do EOSAT là người phân phối ñộc quyền Các vệ tinh ñang hoạt ñộng là ISR-1C (phóng tháng 12/1995) và IRS-ID (phóng năm 1997)

Hai vệ tinh ñược trang bị máy móc như nhau gồm :

+ Máy quét ảnh PAN 5, 8 m ñộ rộng 70km

+ 4 kênh LISS 23 m ñộ rộng dải chụp 140km

+ 2 kênh WIFS 180 m ñộ rộng dải chụp 810km

2.2.5.4 Vệ tinh MOS-1 MESSR và ảnh vệ tinh MOS-1 MESSR

Vệ tinh MOS-1 do cơ quan phát triển vũ trụ Nhật Bản (NASDA) phóng năm 1986 Năm 1990 Nhật Bản phóng tiếp vệ tinh MOS-1b Tư liệu của vệ tinh này phủ kín lãnh thổ Việt Nam và có ý nghĩa quan trọng trong công tác nghiên cứu môi trường Trên vệ tinh MOS-1 có ba loại bộ cảm là MOS VTIR, MRS và MESSR trong ñó MESSR có ý nghĩa hơn cả trong việc nghiên cứu tài nguyên môi trường ở tỷ lệ trung bình Các thông số kỹ thuật của bộ cảm MESSR ñược nêu trong bảng:

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của bộ cảm MESSR

Kênh1 0, 51-0, 59 Micromet Xanh lục(Green) 50 m

Kênh 2 0, 61-0, 69 Micromet ðỏ(Red) 50 m

Kênh 3 0, 72-0, 80 Micromet Gần hồng ngoại 50 m

Kênh 4 0, 80-1, 10 Micromet Hồng ngoại 50 m

2.2.6 Dữ liệu ảnh số dùng trong viễn thám

Ảnh viễn thám ghi nhận giá trị sóng ñiện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể thông qua bộ cảm biến Các giá trị này thường ñược lưu dưới dạng số Ảnh ñược thể hiện bởi ma trận – mỗi phần tử của ma trận ñược gọi là pixel Mỗi pixel tương ứng với một ñơn vị không gian và có giá trị nguyên hữu hạn ứng với từng cấp ñộ xám ñó là giá trị ñộ sáng, giá trị này thể hiện cường ñộ bức xạ hay tán xạ năng lượng ñiện từ của vật thể từ mặt ñất

Các pixel thường có hình dạng vuông và ñược xác ñịnh bằng tọa ñộ là chỉ số hàng (tăng dần từ trên xuống) và chỉ số cột (từ trái sang phải) Kích thước mỗi pixel phải ñược chọn tối ưu; nếu quá lớn thì chất lượng ảnh sẽ kém; ngược lại thì dung lượng thông tin cần lưu trữ lại quá lớn

ðộ phân giải của ảnh viễn thám ñược ñịnh nghĩa là diện tích nhỏ nhất trên mặt ñất ñược ghi nhận tương ứng cho một pixel Tuỳ theo mục ñích và lĩnh vực ứng dụng mà lựa chọn ñộ phân giải ảnh thích hợp Hình 2.4 thể hiện cấu trúc ảnh vệ tinh cơ bản thường ñược sử dụng

Hình 2.4 Dữ liệu ảnh vệ tinh ñược sử dụng ñể cung cấp thông tin

Ảnh viễn thám ñược ghi lại theo nhiều dải phổ khác nhau gọi là dữ liệu ảnh ña phổ Các thông tin của dữ liệu ảnh số ñược lưu theo ñơn vị Bit (Binary digit) Thông thường các ảnh viễn thám ñược ghi theo 6, 7, 8 hoặc 10 bit Trong xử lý ảnh số bằng máy tính, ñơn vị thường xử dụng là byte (1 byte = 8 bit) Do ñó, ñối với ảnh thu ñược mã hóa có số bit nhỏ hơn hoặc bằng 8 thì ñược lưu dưới dạng byte Dạng lưu này rất phổ biến bởi vì mỗi pixel sẽ nhận một giá trị nguyên từ 0 ¡ 255 và có thể thể hiện 256 cấp ñộ xám ðối với ảnh

có số bit lớn hơn 8 ñược lưu dưới dạng 2 byte và có thể thể hiện ñến 65536 cấp ñộ xám

Bảng 2.6 Cách lưu dữ liệu số ứng với từng loại ảnh vệ tinh

Bộ thu dữ liệu Vệ tinh Chế ñộ lưu (bit)

kỳ, thuận tiện khi xuất ảnh ðây là khuôn dạng ñược dùng khá phổ biến

Khuôn dạng BIL (Band Interleavel by Line): Từng hàng ñược ghi theo thứ tự của số kênh Nói khác ñi mỗi hàng ñược ghi tuần tự theo kênh phổ sau ñó lặp lại theo số thứ tự của từng hàng

Khuôn dạng BIP: (Band Interleavel by Pixel): Mỗi pixel ñược ghi tuần

tự theo các kênh nghĩa là các kênh phổ ñược lưu theo hàng và cột của từng pixel Sau khi kết thúc tổ hợp phổ của pixel này lại chuyển sang tổ hợp phổ của pixel khác Khuôn dạng BIP rất thuận tiện trong phân loại ảnh tự ñộng

Ngoài các thông tin về ảnh của ñối tượng, trong file ảnh còn chứa nhiều thông tin bổ trợ khác dưới dạng khuôn dạng WSF, LTWG

2.2.7 Khả năng cung cấp thông tin của ảnh viễn thám

Nhờ vào việc ño phổ phản xạ của các vật thể ñã cho phép viễn thám có thể xác ñịnh hoặc phân tích ñược ñặc ñiểm của lớp phủ mặt ñất thông qua các

dữ liệu thu ñược từ vệ tinh Nhìn chung các thông tin phân tích phản ánh ba lớp ñối tượng là ñất, nước và thực vật Thực vật có sự phản xạ rất cao trong vùng gần hồng ngoại ðất cho sự phản xạ khá cao ñối với hầu hết các vùng phổ Nước hầu như không phản xạ trong vùng hồng ngoại Trong cùng một nhóm ñối tượng từ việc ño phản xạ phổ chúng ta có thể tách ra từng loại ñối tượng riêng biệt ðối với thực vật có nhiều yếu tố ảnh hưởng ñến bức xạ phổ của chúng (ví dụ cùng loại cây nhưng trạng thái sinh trưởng khác nhau sẽ cho giá trị bức xạ phổ khác nhau) Chính nhờ ñặc ñiểm này ảnh viễn thám ñược ứng dụng ñể theo dõi sự phát triển của cây rừng

Thông tin viễn thám có mối liên hệ chặt chẽ với phản xạ phổ từ các ñối tượng do ñó, việc nghiên cứu cẩn thận các ñặc trưng phổ này sẽ làm cho khả năng cung cấp thông tin của viễn thám sẽ trở nên phong phú và rất hiệu quả trong việc ñánh giá hiện trạng lớp phủ (ñánh giá biến ñộng) mặt ñất

Tách thông tin trong viễn thám có thể chia làm 5 loại:

Phân loại: là quá trình tách, gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian cho bởi hình ảnh của ñối tượng

Phát hiện biến ñộng: nghiên cứu sự thay ñổi hình dạng ñối tượng, thay ñổi vùng của lớp phủ mặt ñất hoặc cấu trúc ñịa chất, các dòng chảy, sông ngòi, … dựa trên dữ liệu ảnh ña thời gian

Chiết các ñại lượng vật lý: Dựa trên các ñặc trưng phổ của ñối tượng

có thể tách và nhận ñược các thông tin như nhiệt ñộ, trạng thái của khí quyển,

ñộ cao của vật thể…

Chiết các chỉ số: tính toán xác ñịnh các chỉ số mới của ñối tượng (chỉ

Xác định các đặc điểm: Tính tốn xác định các dấu hiệu để dự đốn thiên tai, xác định dấu hiệu phục vụ khảo cổ, … Phương pháp tách thơng tin viễn thám cĩ thể thực hiện theo thủ cơng (bằng mắt và kinh nghiệm), tự động trên máy tính hay phối hợp cả hai Mỗi phương pháp đều cĩ ưu và nhược điểm riêng của nĩ Ngày nay bằng cơng nghệ thơng tin hiện đại người ta đang phát triển những hệ chuyên gia với chương trình máy tính cĩ khả năng mơ phỏng tri thức chuyên gia của con người để phục vụ cho cơng việc giải đốn ảnh tự động

Nhìn chung dữ liệu ảnh viễn thám độ phân giải thích hợp theo yêu cầu được phân tích, giải đốn, xử lý để tạo ra dữ liệu hoặc cập nhật bản đồ và cĩ khả năng cung cấp các thơng tin về kinh tế xã hội, nguồn xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu phục vụ cơng tác quản lý trong nhiều lĩnh vực (tài nguyên mơi trường, đơ thị, khí tượng, thủy văn, địa chất, nơng nghiệp…) rất hiệu quả

2.2.8 Giải đốn ảnh viễn thám bằng mắt

a Giải đốn ảnh bằng mắt

Giải đốn ảnh là quá trình tách thơng tin định tính và định lượng từ ảnh viễn thám để thành lập các bản đồ dựa trên các tri thức chuyên mơn hoặc kinh nghiệm của người giải đốn (hình dạng, vị trí, cấu trúc, chất lượng, điều kiện, mối quan hệ giữa các đối tượng…)

Trong việc xử lý thơng tin viễn thám thì giải đốn bằng mắt là cơng việc đầu tiên, phổ biến nhất và cĩ thể áp dụng trong mọi điều kiện và cĩ thể

áp dụng trong nhiều lĩnh vực

Cơ sở để giải đốn bằng mắt là dựa vào các dấu hiệu đốn đọc trực tiếp hoặc gián tiếp và giải đốn

b Các dấu hiệu giải đốn:

Về nguyên tắc chung, các dấu hiệu giải đốn được xếp vào hai nhĩm chính là các yếu tố ảnh và các yếu tố địa kỹ thuật

Các yếu tố ảnh: Tơng ảnh, cấu trúc ảnh, kiểu mẫu, hình dạng, kích thước, bĩng, vị trí, màu, …

Các yếu tố địa kỹ thuật: ðịa hình, thực vật, hiện trạng sử dụng đất, mạng lưới sơng suối, hệ thống các khe nứt lớn và các yếu tố dạng tuyến

c Các khĩa giải đốn

Tiêu chuẩn để phân biệt một đối tượng với các yếu tố giải đốn về đối tượng đĩ gọi là khĩa giải đốn

Các khĩa giải đốn được thiết lập dựa vào kinh nghiệm và kiến thức chuyên mơn cùng những nghiên cứu trên một tấm ảnh cụ thể của người phân tích Nghĩa là dựa vào cả các yếu tố ảnh, phần mơ tả ảnh và các thành phần của của hình ảnh Thơng thường khĩa được dùng cho một bức ảnh hoặc cho một vùng cĩ thời gian chụp ảnh, cơng nghệ tạo ảnh giống nhau Bảng 3.2 thể hiện khố giải đốn một số đối tượng trên ảnh (trên các kênh và trên ảnh tổng hợp màu giả FCC)

Bảng 2.7 Khố giải đốn ảnh Landsat (ảnh tổng hợp màu giả FCC)

ðối tượng Kênh 4 Kênh 5 Kênh 6 Kênh 7 BGR (4,

5, 7)

RGB (4,

5, 7) Mây

GR

GR

GR

GR DGR

2.2.9 Giải đốn ảnh vệ tinh bằng xử lý số

Hiện nay các tư liệu thu được trong viễn thám chủ yếu ở dạng số Nên phương pháp phân loại ảnh bằng xử lý số giữ một vai trị quan trọng và khơng thể thiếu được trong viễn thám hiện đại[9] Phân loại ảnh bằng phương pháp

xử lý số thơng thường bao gồm 5 giai đoạn :

1 Nhập số liệu 2 Khơi phục và hiệu chỉnh ảnh

3 Biến đổi ảnh 4 Phân loại 5 Xuất kết quả

Trong đĩ:

Nhập số liệu: ðể xử lý ảnh số, trước hết ta phải tiến hành bước nhập tư

liệu gốc vào máy Cĩ hai nguồn tư liệu chính đĩ là ảnh tương tự do các máy chụp cung cấp và ảnh số do các máy quét cung cấp Trong trường hợp ảnh tương tự sẽ được chuyển về dạng số thơng qua các máy quét Trường hợp tư liệu là ảnh số thì nĩ sẽ được chuyển từ các băng từ lưu trữ mật độ cao HDDT vào các băng từ CCT

Khơi phục và hiệu chỉnh ảnh: ðây là giai đoạn mà các tín hiệu số được

hiệu chỉnh hệ thống, bức xạ hoặc hình học nhằm tạo ra một tư liệu ảnh cĩ thể

sử dụng được Giai đoạn này thường được thực hiện trên các máy tính lớn tại các trung tâm thu số liệu vệ tinh

Biến đổi ảnh: Thực chất biến đổi ảnh là các quá trình xử lý như tăng

cường chất lượng, biến đổi tuyến tính được thực hiện trên các máy tính nhỏ như máy vi tính trong khuơn khổ của một phịng thí nghiệm

Phân loại: Mục đích của việc phân loại đa phổ là tách các thơng tin

cần thiết phục vụ việc theo dõi các đơí tượng hoặc phục vụ thành lập bản đồ chuyên đề là khâu quan trọng của việc khai thác tư liệu viễn thám

Xuất kết quả: Xuất kết quả là nhiệm vụ cuối cùng của tất cả các khâu

xử lý Kết quả cĩ thể dưới dạng phim ảnh (tương tự), dạng số hay các bản đồ

đường nét Các kết quả dạng số ngày càng được khai thác sử dụng nhiều vì nĩ

là đầu vào tốt nhất cho việc sử dụng cơng nghệ mới (GIS) Trên cơ sở ứng dụng hệ thơng tin địa lý, nhiều chủng loại thơng tin khác nhau cũng được đưa vào xử lý tạo ra một kết quả chính xác và phong phú hơn nhiều so với trường hợp chỉ sử dụng riêng tư liệu viễn thám

Việc phân loại ảnh bằng phương pháp xử lý số khơng thể thiếu một trong năm bước cơ bản đã nêu ở trên Trong phần này chúng tơi chỉ giới thiệu những nét chung liên quan đến quá trình phân loại đa phổ

Trong xử lý số tư liệu viễn thám đa phổ, việc phân loại được thực hiên bằng cách gán cho một khoảng cấp độ xám nhất định thuộc một nhĩm đối tượng nào đĩ cĩ các tính chất tương đối đồng nhất với mục đích phân biệt các nhĩm đĩ với nhau trong khuơn khổ ảnh cho trước Dựa vào các tính chất phổ hoặc cấu trúc khơng gian đặc tính của đối tượng ta cĩ thể phân loại theo một quy luật nào đĩ Phân loại cĩ thể được thực hiện dựa trên nguyên lý giải đốn bằng mắt hoặc cĩ sự trợ giúp của máy tính Hiện nay việc sử dụng máy tính để phân loại ngày càng được phổ cập và mang lại các kết quả đáng khả quan hơn

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý của quá trình phân loại bằng xử lý số