Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh QUICKBIRD xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 xã đa tốn, huyện gia lâm hà nội tỷ lệ 15000

luận văn

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

-

LÊ THỊ LAN

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH QUICKBIRD XÂY DỰNG BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT NĂM 2010 XÃ ðA TỐN, HUYỆN GIA LÂM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI TỶ LỆ 1:5000

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số

li ệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa hề ñược sử

d ụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ ngu ồn gốc

Hà N ội, ngày 15 tháng 12 năm 2010

Ng ười cam ñoan

Lê Thị Lan

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin ñược bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc ñến PSG.TS Nguyễn Khắc Thời – Phó tr ưởng Khoa Tài nguyên và Môi trường, trường ñại học Nông nghiệp

Hà N ội - người ñã hướng dẫn, giúp ñỡ rất tận tình trong thời gian tôi học tập

t ại trường và hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học

Tôi xin c ảm ơn thầy TS Trần Quốc Vinh và các thầy cô giáo Bộ môn Trắc ñịa bản ñồ và Hệ thống thôn tin ñịa lý, Khoa Tài nguyên và Môi trường, Viện sau ñại học, trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội, ñã giảng dạy, ñóng góp nhiều

ý ki ến, tạo ñiều kiện cho tôi học tập và hoàn thành luận văn của mình

Tôi xin chân thành c ảm ơn các cán bộ Phòng Tài nguyên và Môi trường huy ện Gia Lâm, cán bộ ñịa chính xã ða Tốn ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận

l ợi ñể tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình

Cu ối cùng tôi xin cảm ơn bố, mẹ, những người thân trong gia ñình và bạn

bè ñã ñộng viên, là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi học tập và công tác

Tác giả luận văn

Lê Thị Lan

MỤC LỤC

1 ðẶT VẤN ðỀ 1

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2 Mục ñích và yêu cầu 3

2 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4

2.1 Tổng quan về Viễn thám 4

2.1.1 Tổng quan về công nghệ viễn thám 4

2.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám 9

2.1.3 Các vệ tinh viễn thám 14

2.1.4 Tư liệu sử dụng trong viễn thám 18

2.1.5 Xử lý ảnh viễn thám 21

2.2 Tổng quan về bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 27

2.2.1 Khái niệm, mục ñích, yêu cầu 27

2.2.2 Cơ sở toán học và ñộ chính xác của bản ñồ HTSDð 29

2.2.3 Tỷ lệ thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 30

2.2.4 ðộ chính xác của bản ñồ HTSDð 31

2.2.5 Nội dung và nguyên tắc biểu thị các yếu tố nội dung trên bản ñồ HTSDð 33

2.2.6 Các phương pháp thể hiện nội dung của bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 37

2.2.7 Các phương pháp thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 38

2.2.8 Tình hình ứng dụng viễn thám thành lập bản ñồ HTSDð .40

2.3 Sử dụng ảnh Quickbird trong nghiên cứu thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 44

3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47

3.1 Nội dung 47

3.1.1 ðiều tra ñiều kiện tự nhiên - thực trạng sử dụng ñất 47

3.1.2 Thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 47

3.1.3 đánh giá ựộ chắnh xác của bản ựồ thành lập 47

3.2 Phương pháp nghiên cứu 47

3.2.1 Phương pháp thu thập số liệu 47

3.2.2 Phương pháp GPS: 48

3.2.3 Phương pháp giải ựoán ảnh vệ tinh bằng mắt, bằng phương pháp số 48

3.2.4 Phương pháp thành lập bản ựồ bằng phần mềm chuyên dụng .48

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 50

4.1 điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã đa Tốn, huyện Gia Lâm 50

4.1.1 điều kiện tự nhiên 50

4.1.2 điều kiện kinh tế - xã hội của huyện Gia Lâm 51

4.2 đặc ựiểm khu vực nghiên cứu 54

4.2.1 Vị trắ ựịa lý 54

4.2.2 Tình hình sử dụng ựất tại khu vực nghiên cứu 55

4.3 Thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất khu vực nghiên cứu 58

4.3.1 Thu thập số liệu ban ựầu 58

4.3.2 đo ựạc các ựiểm khống chế bằng công nghệ GPS 60

4.3.3 Nắn chỉnh hình học ảnh 62

4.3.4 Xây dựng khoá giải ựoán ảnh 62

4.4 Giải ựoán ảnh 66

4.5 Chỉnh lý biến ựộng 69

4.6 Thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất 69

4.7 đánh giá ựộ chắnh xác của bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất 1

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

5.1 Kết luận 76

5.2 Kiến nghị 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC CÁC BANG

Bảng 2.1 Các đặc điểm của vệ tinh Quickbird 17

Bảng 2.2 So sánh ưu và nhược điểm của hai phương pháp giải đốn ảnh 26

Bảng 2.3 Tỷ lệ thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 31

Bảng 2.4 Các loại lưới và kích thước ơ lưới 33

Bảng 2.5 Các khoanh đất phải thể hiện trên bản đồ HTSD đất 36

Bảng 4.1 Cơ cấu đất đai của khu vực nghiên cứu năm 2010 56

Bảng 4.2 Tọa độ các điểm khống chế ảnh 60

Bảng 4.3 Vị trí một số điểm định vị ảnh vệ tinh Quickbird 2009 61

Bảng 4.4 Các loại hình sử dụng đất chính trên địa bàn khu vực nghiên cứu 63

Bảng 4.5 Hình ảnh một số loại hình sử dụng đất ngồi thực địa 64

Bảng 4.6 Khố giải đốn ảnh vệ tinh Quick bird 2009 tại khu vực nghiên cứu 66

Bảng 4.7 ðộ chính xác của vùng mẫu 71

Bảng 4.8 So sánh diện tích tổng hợp trên bản đồ sản phẩm và số liệu hiện trạng theo thống kê tại thời điểm 2010 74

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Bức xạ điện từ với các trường sĩng của ánh sáng 9

Hình 2.2 Vệ tinh Landsat 7 14

Hình 2.3 Vệ tinh SPOT 5 15

Hình 2.4 Vệ tinh Quickbird 16

Hình 2.5 Sơ đồ mơ tả mối tương quan giữa các khái niệm 19

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý của việc trộn màu 22

Hình 4.1 Ảnh vệ tinh Quickbird khu vực nghiên cứu 58

Hình 4.2 Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh năm 2009 62

Hình 4.3 Quá trình xây dựng khố giải đốn ảnh 65

Hình 4.4 Xác định ranh giới của khu vực nghiên cứu 67

Hình 4.5 Quá trình khoanh vẽ các thửa đất trên ảnh vệ tinh 68

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTSDð Hiện trạng sử dụng ñất

BðHTSDð Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

GIS Hệ thống thông tin ñịa lý

GPS Hệ thống ñịnh vị toàn cầu

(GSD) ðộ phân giải mặt ñất

1 ðẶT VẤN ðỀ 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

ðất ñai là tài nguyên vô cùng quí giá mà thiên nhiên ban tặng cho con người, là thành phần quan trọng hàng ñầu của môi trường sống, và là tư liệu sản xuất ñặc biệt, không thể thay thế trong sản xuất nông nghiệp, là ñịa bàn phân bố dân cư, xây dựng các cơ sở văn hoá, kinh tế, an ninh

Trong thời ñại công nghiệp hoá hiện ñại hoá ñất nước, nhu cầu về ñất ñai của các ngành ngày càng nhiều, cùng với quá trình ñô thị hoá, dân số ngày một tăng, chỗ ở chật chội, kéo theo sự ra ñời của hàng loạt các dự án khu ñô thị mới, các khu công nghiệp mọc lên như nấm ở các khu vực ngoại thành, diện tích ñất nông nghiệp bị thu hẹp dần ñể nhường chỗ cho các khu ñô thị mới và các khu công nghiệp Trước tình hình ñó, nhiệm vụ quản lý và bảo vệ ñất ñai càng trở nên nặng nề hơn Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất là tài liệu không thể thiếu trong công tác quản lý Nhà nước về ñất ñai, ñặc biệt là trong thống kê, kiểm kê, lập quy hoạch sử dụng ñất, ðối với từng cấp lãnh thổ hành chính cũng như tổ chức ñơn vị kinh tế thì bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất có ý nghĩa ñặc biệt quan trọng, nó là tài liệu phục vụ ñắc lực cho việc hoạch ñịnh, ñịnh hướng phát triển

và quản lý sử dụng ñất ñai trong phạm vi của ngành quản lý ñất ñai Ngoài ra nó còn là tài liệu cơ bản ñể các ngành khác nghiên cứu, xây dựng và ñịnh hướng phát triển Chính vì vậy việc thành lập bản ñồ hiện trạng ở các cấp là một nhiệm

vụ thường xuyên

Trong giai ñoạn trước, việc thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ở các cấp ñược thành lập chủ yếu bằng các phương pháp truyền thống, quá trình cập nhật, chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian và nhân lực cũng như chi phí tài chính,

ký hiệu và ñộ chính xác của bản ñồ không thống nhất

Với tốc ñộ phát triển kinh tế nhanh như hiện nay thì việc thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất bằng các phương pháp truyền thống không còn ñáp ứng

ñược nhu cầu của công tác quản lý ñất ñai Việc áp dụng công nghệ mới, tiên tiến vào việc thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñể có thể cung cấp thông tin nhanh, mang tính thời sự cao, giúp chúng ta quản lý ñược quỹ ñất và ñưa ra những chính sách phân bổ quĩ ñất nông nghiệp một cách nhanh chóng, phù hợp

là ñiều vô cùng cần thiết

Một vài năm gần ñây cùng với những ngành khác, ngành Tài nguyên và môi trường ở nước ta ñã triển khai ứng dụng công nghệ thông tin, các thành tựu tiên tiến, ñầu tư trang thiết bị, các phần mềm tin học vào hoạt ñộng quản lý Nhà nước về ñất ñai và ñã thu ñược nhiều thành công, ñặc biệt là việc ứng dụng công nghệ thông tin vào xây dựng cơ sở dữ liệu bản ñồ ñược coi là một trong những mục tiêu quan trọng hàng ñầu nhằm số hóa hệ thống quản lý Nhà nước về ñất ñai

Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tính toán và công nghệ thông tin cùng với sự không ngừng hoàn thiện của lý thuyết ño ảnh trong những thập kỷ gần ñây

ñã cho ra ñời công nghệ viễn thám, với tư liệu ảnh vệ tinh có ñộ phân giải cao phản ánh trung thực bề mặt trái ñất tại thời ñiểm chụp, hàm lượng thông tin lớn, ñược thu nhận trên nhiều dải sóng, ñang là nguồn dữ liệu phong phú và trực quan giúp cho các nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt ñất một cách hiệu quả Kết hợp với khả năng xử lý số liệu của hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) và hệ thống ñịnh vị toàn cầu (GPS) tạo ra một công cụ mạnh trong nghiên cứu và quản lý tài nguyên ñất Vì vậy phương pháp xây dựng thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất bằng công nghệ viễn thám và GIS là một phương pháp có nhiều ưu thế vượt trội so với các phương pháp truyền thống, ñược rất nhiều nước tiên tiến trên thế giới áp dụng, ñem lại hiệu quả cao hơn nhiều so với phương pháp thủ công trước ñây, giúp chúng ta có thể quản lý, chỉnh lý thông tin ñất ñai nhanh chóng, kịp thời

Với mong muốn tìm hiểu và áp dụng phương pháp mới hiệu quả vào công

tác quản lý tốt tài nguyên ñất ñai, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh QuickBird xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2010

xã ða Tốn, huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:5000”

2 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Tổng quan về Viễn thám

2.1.1 Tổng quan về công nghệ viễn thám

2.1.1.1 Khái ni ệm cơ bản :

Viễn thám (Remote sensing) là kỹ thuật quan sát và ghi nhận ñối tượng

mà trên thực tế không cần phải tiếp xúc tới ñối tượng Dữ liệu viễn thám là loại

dữ liệu có thể thu ñược về một diện rộng hàng trăm kilômét vuông trong một khoảng thời gian ngắn bằng các thiết bị kỹ thuật ghi nhận các bức xạ hay phản

xạ ở các vùng phổ khác nhau của ñối tượng tạo ra các thông tin mà kết quả là hình ảnh chính ñối tượng ñó Các tư liệu viễn thám có ưu việt là nhanh, kịp thời, tầm bao quát rộng Cốt lõi của tư liệu viễn thám chính là giá trị phổ phản xạ của các ñối tượng trên bề mặt trái ñất

ở từng khoảng bước sóng

Ngày nay viễn thám ñã

ñược hiểu không chỉ là một

phương pháp nghiên cứu ghi

nhận thông tin ñối tượng từ

khoảng cách xa mà còn dùng ñể

chỉ một môn khoa học nghiên

cứu và thu nhận thông tin về sự

vật, hiện tượng, môi trường trên

trái ñất Các nhà khoa học ñã ñịnh nghĩa: ”Viễn thám là khoa học và công nghệ

mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát ñược xác ñịnh, ño ñạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng”

Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái ðất hay các hành tinh mà

nó còn có thể thăm dò ñược cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh Trên Trái ðất, người ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo ñể thu phát các ảnh viễn thám

Trong viễn thám, sóng ñiện từ ñược phản xạ hay bức xạ từ vật thể là nguồn tư liệu chủ yếu, ngoài ra những dạng năng lượng khác như từ trường, trọng trường có thể sử dụng ñể khai thác thông tin Thiết bị dùng ñể cảm nhận sóng ñiện từ ñược gọi là bộ cảm (Sensor) Các buồng chụp ảnh và máy quét là các ví dụ về bộ cảm

Công nghệ viễn thám ñặc biệt có hiệu quả ñối với những ñối tượng mà khả năng tiếp cận, nghiên cứu trực tiếp ngoài thực ñịa gặp khó khăn như khu vực núi cao trùng ñiệp, rừng rậm, dưới ñáy biển Công nghệ viễn thám có tính ưu việt hơn hẳn những phương pháp cổ ñiển khác về không gian, thời gian, về kinh phí khi nghiên cứu về một vấn ñề nào ñó Ta có thể theo dõi quá trình diễn biến

tự nhiên cũng như dưới tác ñộng của con người trong vòng hàng chục năm trở lại Với những ưu ñiểm như vậy, khoa học công nghệ viễn thám ngày càng ñược phát triển và ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau

2.1.1.2 L ịch sử phát triển của công nghệ viễn thám

* Trên thế giới:

Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin của các ñối tượng trên mặt ñất ñược các chuyên gia quan tâm Từ năm 1858 người ta ñã bắt ñầu sử dụng khinh khí cầu

ñể chụp ảnh nhằm mục ñích thành lập bản ñồ ñịa hình và những bức ảnh ñầu tiên chụp từ máy bay ñã ñược Wilbur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocelli, Italia

Ở Liên Xô năm 1927, ảnh hàng không ñã ñược sử dụng ñể nghiên cứu ñất ở vùng thung lũng Phergan Sau ñó, vào năm 1929 – 1931, Liên Xô ñã lập bản ñồ ñất tỷ lệ 1:10.000; 1:25.000; 1:50.000 trên diện tích rộng lớn hơn 50.000.000 ha Năm 1953, A.V.Galeman và Li.A.Liverovxki ñã sử dụng ảnh hàng không màu, nghiên cứu khả năng phản xạ phổ của ñất Phương pháp chụp ảnh hàng không trong các khoảng phổ hẹp ñể nghiên cứu ñất và các loại cây trồng nông nghiệp ñược ứng dụng nhanh chóng ở Liên Xô

ðến giữa những năm 1930, các nước như: Hoa Kỳ, Anh, Pháp, Hà Lan bắt ñầu thực hiện 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 của khí quyển Những thành tựu ñạt ñược trong giai ñoạn 1930-1939 ñã góp phần quan trọng vào việc áp dụng ảnh hàng không trong quy hoạch môi trường và giám sát việc phát triển kinh tế nông thôn ñã sử dụng các tài liệu viễn thám nghiên cứu về nông nghiệp

Nghiên cứu ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và ảnh ña phổ ñã ñược Cơ quan Hàng không vũ trụ Quốc gia Hoa kỳ (NASA – National Aeronautics & Space Administration) tiến hành vào ñầu năm 1960 Sau ñó, những thành công trong việc tạo ra các bộ cảm biến có ñộ phân giải cao ñặt trên vệ tinh nhân tạo ñã cung cấp thông tin hữu ích cho việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, cấu trúc ñịa mạo, nhiệt ñộ và gió trên bề mặt ñại dương… khiến cho việc nghiên cứu trở nên vô cùng hiệu quả và thuận tiện Tháng 4 năm 1960, vệ tinh quan sát khí tượng ñầu tiên Tiros-1 ñược phóng vào quỹ ñạo Từ năm 1972 ñến nay, NASA ñã phóng 7 vệ tinh quan sát tài nguyên: 1972 – Landsat 1;

1975 – Landsat 2; 1978 – Landsat 3 ; 1980 – Landsat 4; 1984 – Landsat 5;

1993 – Landsat 6; 1997 – Landsat 7

Ngoài ra, Hoa Kỳ cũng ñã phóng vệ tinh khí tượng NOAA (National Oceanic & Atmospheric Administration) là thế hệ thứ 3 sau TIROS (1960 – 1965) và ITOS (1970 – 1976) Từ năm 1979 ñến 1991, các vệ tinh NOAA 6, NOAA 7,…NOAA 12; năm 1992 – NOAA-I và năm 1993 NOAA-J ñã cung cấp ảnh theo chế ñộ cập nhật với ñộ phân giải không gian 1,1km

Pháp cũng ñã phóng vệ tinh SPOT 1 (22/02/1986), SPOT 2 (22/01/1990), SPOT 3 (26/09/1993); ñến 24/03/1998, SPOT 4 ñược phóng vào quỹ ñạo với bộ cảm HRVIR (High Resolution Visible anh Infared) và SPOT 5 với bộ cảm HRVIR ñã ñược nâng cấp, thu nhập ảnh có ñộ phân giải ñến 2,5m

Ngoài vệ tinh Landsat, NOAA và SPOT của Hoa Kỳ và Pháp, Ấn ðộ cũng ñã phóng thành công vệ tinh giám sát tài nguyên IRS-1A vào năm 1988, sau ñó là vệ tinh IRS-1B (1991), IRS-1C (1995), IRS-1D (1997); Nhật Bản cũng ñã phóng vệ tinh tài nguyên JERS-1 vào năm 1992, vệ tinh ADEOS năm

1996 Ngoài ra, Nhật Bản cũng ñã nỗ lực cộng tác với Hoa Kỳ trong việc xây dựng bộ cảm biến hiện ñại ASTER (The Advanced Spaceborne Thermal Emission anh Reflection Radiometer) ñặt trên vệ tinh Terra ñược NASA phóng lên quỹ ñạo tháng 12 năm 1999

Tóm lại, sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của công nghệ vũ trụ, phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin của Global Positioning System) và GIS (Geographical Information System), nhằm khai thác dữ liệu không gian hiệu quả phục vụ công tác thành lập bản ñồ thành phố, quy hoạch giao thông, giám sát biến ñộng sử dụng ñất…Trong ñó, vệ tinh IKONOS ñược phóng vào tháng 4 năm 1999, ñã cung cấp ảnh với ñộ phân giải không gian 1m và ñặc biệt là vệ tinh Quickbird ñược phóng vào tháng 10 năm 2001, cung cấp ảnh với ñộ phân giải không gian 0.61m

* Tại Việt Nam

Ảnh vệ tinh lần ñầu tiên ñược sử dụng tại nước ta là tư liệu METEOR, NOAA, SOYUZ vào ñầu những năm 70 trong lĩnh vực khí tượng ðến cuối những năm 70 tư liệu vệ tinh tài nguyên như Landsat, SPOT… cũng ñược sử

dụng trong lĩnh vực ñịa chất và lâm nghiệp Trong các ứng dụng thực tế,

ngoài ảnh vệ tinh khí tượng NOAA và GMS, các cơ quan ñã sử dụng nhiều loại ảnh vệ tinh quang học như Landsat, SPOT, KFA-1000, ADEOS và cả ảnh vệ tinh rada như Radasat Cùng với việc ứng dụng công nghệ viễn thám, công tác nghiên cứu triển khai phát triển phần mềm, chế tạo thiết bị cũng như xây dựng quy trình công nghệ xử lý và sử dụng ảnh vệ tinh ñã ñược tiến hành ở một số cơ quan Những công trình này có ý nghĩa thúc ñẩy sự phát triển công

nghệ viễn thám ở nước ta, nhưng kết quả thu ñược còn ở mức ñộ khiêm tốn

Cho tới năm 1980 khi nước ta tham gia tổ chức Vũ trụ quốc tế Intercosmos Máy chụp ảnh MKF – 6 ñặt trên máy bay AN – 30 ñã chụp ảnh mặt ñất trên 5 khu vực thí nghiệm tại một số tỉnh miền nam Việt Nam, ñộ cao chụp ảnh 5000m

Trong 10 năm tiếp theo, 1980 – 1990, ñã triển khai các nghiên cứu - thử nghiệm nhằm xác ñịnh khả năng và phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám ñể giải quyết các nhiệm vụ của mình Trong những năm 1990 – 2005, bên cạnh việc mở rộng công tác nghiên cứu - thử nghiệm, nhiều ngành ñã ñưa công nghệ viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn và ñã thu ñược một số kết quả rõ rệt về khoa học – công nghệ và kinh tế

Gần ñây, các tư liệu vệ tinh ADEOS, MOS – 1 của Nhật Bản cũng lần lượt ñược ñưa vào Việt Nam ñể xây dựng bản ñồ, nghiên cứu về môi trường

và nghiên cứu theo dõi biến ñộng

Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám ñể quản lý tài nguyên thiên nhiên trước hết là tài nguyên ñất, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản, tài nguyên rừng, và giám sát môi trường ngày càng trở nên bức xúc và trở thành một trong các nhiệm vụ chủ ñạo của ứng dụng và phát triển công nghệ của Bộ Tài nguyên và Môi trường Trong khi ñó, việc ứng dụng công nghệ viễn thám

ñể giám sát tài nguyên và môi trường ở nước ta trong thời gian qua tuy ñã thu ñược một số kết quả song còn ít, tản mạn và trên thực tế chưa ñáp ứng ñược nhu cầu Các ứng dụng công nghệ viễn thám chủ yếu mới tập trung vào lĩnh vực hiện chỉnh bản ñồ ñịa hình, thành lập một số bản ñồ chuyên ñề, bước ñầu

ñề cập ñến ứng dụng công nghệ viễn thám phục vụ quản lý ñất ñai và một số khía cạnh của môi trường Thực tế ñó ñòi hỏi phải ñẩy mạnh ứng dụng rộng rãi công nghệ viễn thám phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường ðể ñạt ñược nhiệm vụ trên việc ñầu tư công nghệ mới nhằm xây dựng ñồng bộ hệ thống thu nhận, xử lý dữ liệu và áp dụng tư liệu ảnh vũ trụ là

yêu cầu cần thiết và bức xúc với nước ta hiện nay Năm 2003, Thủ tướng Chính phủ ñã ñồng ý cho sử dụng nguồn vốn ODA của Cộng hòa Pháp ñể xây

dựng Dự án Xây dựng “Hệ thống Giám sát Tài nguyên thiên nhiên và Môi

tr ường ở Việt Nam” và giao cho Bộ Tài nguyên và Môi trường tổ chức thực

hiện Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường ñược giao chủ trì thực hiện Tháng 6 năm 2005 Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường ñược sự uỷ quyền của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường

ñã ký hợp ñồng với Công ty Hàng không Vũ trụ Châu Âu (EADS) tiến hành thực hiện dự án trong thời gian 3 năm Việc xây dựng Hệ thống Giám sát Tài nguyên và Môi trường ñã mở ra thời kỳ phát triển mới của công nghệ viễn thám Trước mắt sẽ thu nhận các ảnh vệ tinh thông dụng ñã nêu ở trên ñáp ứng rộng rãi, kịp thời các nhu cầu cơ bản về tư liệu viễn thám cho các ngành Sau một thời gian ứng dụng sẽ tiến hành nâng cấp ñể thu các vệ tinh ñời mới

có ñộ phân giải siêu cao ñáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực

và trong nhiều ngành kinh tế của ñất nước

2.1.2 Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám

Bức xạ ñiện từ truyền năng lượng ñiện từ trên cơ sở các dao ñộng của ñiện từ trường trong không gian hoặc trong lòng các vật chất, quá trình lan truyền tuân theo ñịnh luật Maxwell Bức xạ ñiện từ có tính chất sóng và hạt

Tính chất sóng của ánh sáng ñược thể hiện qua phương trình truyền ánh sáng:

C=f x λ

Trong ñó:

C: Hằng số tốc ñộ ánh sáng ≈ 3 x 108 m/s (coi tốc ñộ ánh sáng trong không khí gần giống như môi trường chân không)

F : Tần số dao ñộng của ánh sáng

λ : Bước sóng ánh sáng

Trong viễn thám, các sóng ñiện từ ñược sử dụng với các dải bước sóng của quang phổ ñiện từ ðơn vị của bước sóng ñược ño phổ biến bằng

Micromet hay Nanomet

Các tính chất cơ bản của sóng ñiện từ:

+ Sóng ñiện từ ñược truyền trong môi trường ñồng nhất theo kiểu hình sin với tốc ñộ gần bằng 3 x108 m/s ( tốc ñộ ánh sáng)

+ Khoảng cách giữa các cực trị ñược gọi là bước sóng (λ ) với ñơn vị

là ñơn vị ñộ dài ðây cũng chính là khoảng cách giữa 1 ñiểm bất kỳ ở chu kỳ trước ñến vị trí của chính nó ở chu kỳ sau qua ñồ thị hình Sin

+ Số lượng các cực trị truyền qua một ñiểm nhất ñịnh trong thời gian1 giây ñược gọi là tần số f có ñơn vị là Hz

+ Các tia vũ trụ: là các tia sáng từ vũ trụ có bước sóng vô cùng ngắn với λ <10-12m

• Blue (xanh lơ – lam): 0,4.10-6 – 0,5.10-6m

• Green (xanh lá cây – lục): 0,5.10-6 – 0,6.10-6m

• Red (ñỏ): 0,6.10-6 – 0,7.10-6m

+ Sau vùng ñỏ là dải hồng ngoại: từ 0,7.10-6 – 14.10-6m, trong ñó lại chia thành các vùng;

• Hồng ngoại phản xạ: 0,7.10-6 – 3.10-6m

• Hồng ngoại trung (giữa): 3.10-6 – 7.10-6m

• Hồng ngoại nhiệt (xa): 7.10-6 – 14.10-6m

+ Vùng sóng Radar hay vi sóng: là các vùng có bước sóng dài hơn nhiều so với vùng hồng ngoại, ñộ dài sóng từ 10-3 – 1m

+ Sau vùng Radar là sóng radio có bước sóng lớn hơn 30cm

- Tính chất hạt và sự truyền năng lượng của ánh sáng

Ngoài tính chất sóng thì ánh sáng còn có tính chất hạt Ánh sáng bao gồm rất nhiều phân tử nhỏ riêng biệt ñược gọi là các photon hay lượng tử Năng lượng của mỗi lượng tử ñược xác ñịnh theo công thức:

λ

C h.

xạ ñó Mặt trời thường là nguồn năng lượng bức xạ ñiện từ ñiển hình trong viễn thám Tuy nhiên, toàn bộ các vật chất có nhiệt ñộ lớn hơn nhiệt ñộ tuyệt ñối (00K hay -2730C) ñều thường xuyên phát xạ bức xạ ñiện từ Như vậy các ñối tượng trên trái ñất ñều là những nguồn phát xạ tự nhiên, mặc dù chúng dường như có những sự khác biệt về biên ñộ và thành phần phổ so với mặt trời

- Sự tương tác năng lượng trong khí quyển

Những ảnh hưởng của khí quyển tới ánh sáng, khi truyền qua nó ñó là: tán xạ, truyền qua và hấp thụ ánh sáng của khí quyển Những ảnh hưởng này

có nguyên nhân là sự tương tác cơ học của thành phần khí quyển ñối với ánh sáng Với bất kỳ một nguồn sáng nào, toàn bộ bức xạ cảm nhận ñược bằng các thiết bị viễn thám ñều phải truyền qua một khoảng cách nào ñó trong khí

quyển, khoảng cách đĩ gọi là khoảng cách đường truyền Khoảng cách đường truyền cĩ thể rất khác nhau, ví dụ ảnh vũ trụ nhận được các tín hiệu phản xạ

từ ánh sáng mặt trời, nghĩa là ánh sáng mặt trời phải đi qua bầu khí quyển hai lần trong hành trình của nĩ tới thiết bị thu nhận Trong khi đĩ với chụp ảnh máy bay thì khoảng cách đường truyền rất ngắn Ảnh hưởng của khí quyển rất khác nhau đối với các khoảng cách đường truyền khác nhau

2.1.2.2 Các y ếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ

- Yếu tố thời gian: Lớp thực phủ bề mặt đất và một số đối tượng khác

thường thay đổi theo thời gian Do vậy khả năng phản xạ phổ cũng thay đổi theo thời gian Ví dụ như: một con suối vào mùa cạn rất khác với hình ảnh của nĩ vào mùa mưa, cây rụng lá vào mùa đơng và xanh tốt vào mùa xuân, hay một cánh đồng lúa trước khi thu hoạch sẽ khác với sau khi thu hoạch Vì vậy khi đốn đọc ảnh cần biết thời điểm ghi nhận ảnh và đặc điểm của đối tượng cần điều vẽ

- Yếu tố khơng gian: Bao gồm yếu tố khơng gian cục bộ và yếu tố

khơng gian địa lý

+ Yếu tố khơng gian cục bộ: Thể hiện khi chụp ảnh cùng một loại đối

tượng Ví dụ: cây trồng theo hàng theo luống, nhưng cũng loại cây đĩ nhưng trồng theo mảng lớn thì khả năng phản xạ phổ của cùng một loại cây trồng này sẽ khác nhau

+ Yếu tố khơng gian địa lý: Thể hiện khi cùng một loại thực vật nhưng

điều kiện sinh trưởng phát triển khác nhau theo vùng địa lý khác nhau Khi gĩc nhìn mặt trời hạ thấp ta sẽ cĩ hình ảnh núi cĩ bĩng và cùng một đối tượng giống nhau trên 2 sườn núi, một bên được chiếu sáng sẽ tạo nên khả năng phản xạ phổ khác với bên khơng được chiếu sáng

- Ảnh hưởng của khí quyển: Khi xem xét hệ thống ghi nhận số liệu về

thơng tin viễn thám ta thấy rằng năng lượng bức xạ từ mặt trời chiếu xuống

các ñối tượng trên mặt ñất phải trải qua tầng khí quyển, sau ñó phản xạ lại từ

bề mặt trái ñất, năng lượng lại ñược truyền qua khí quyển ñến máy ghi thông

tin trên vệ tinh Do vậy khí quyển có ảnh hưởng rất lớn tới khả năng phản xạ

phổ của các ñối tượng tự nhiên Bề dày của lớp khí quyển khoảng 2000 km

ảnh hưởng tới tia sáng mặt trời chiếu xuống, ñồng thời ảnh hưởng tới tín hiệu

của vệ tinh viễn thám bằng quá trình hấp thụ, tán xạ năng lượng sóng ñiện từ

2.1.3 Các vệ tinh viễn thám

Vệ tinh có mang bộ cảm viễn thám gọi là vệ tinh viễn thám, bao gồm:

vệ tinh khí tượng, vệ tinh viễn thám biển, vệ tinh ñịa tĩnh Hiện nay có rất

nhiều hệ thống vệ tinh viễn thám ñang hoạt ñộng: Landsat, SPOT, IRS,

GMS

Thời gian hoạt ñộng của các vệ tinh trên quỹ ñạo cũng rất khác nhau

tuỳ thuộc vào mục ñích thiết kế: các tàu Sojus, Cosmos của Nga có thời gian

hoạt ñộng một vài tuần ñến một vài tháng, nhưng những vệ tinh tài nguyên

như Landsat, SPOT hoạt ñộng trên quĩ ñạo hàng năm

2.1.3.1 V ệ tinh Landsat

Landsat là vệ tinh tài nguyên do Nasa quản lý Cho ñến nay ñã có 7 thế

hệ vệ tinh Landsat ñược nghiên

c ứu và phát triển

Hệ thống vệ tinh Landsat

ñầu tiên ñược phóng vào năm

1972, lúc ñó bộ cảm cung cấp tư

liệu chủ yếu là MSS ðến nay ñã có

nhiều thế hệ vệ tinh ñược phóng

Hình 2.2 Vệ tinh Landsat 7

* Qu ĩ ñạo vệ tinh Landsat

- ðộ cao bay: 705km, góc nghiêng mặt phẳng quĩ ñạo: 980

- Quĩ ñạo ñồng bộ mặt trời và bán lặp

- Thời ñiểm bay qua xích ñạo: 9h39' sáng

lên quỹ ñạo Mỗi vệ tinh ñược

trang bị một bộ quét ña phổ HRV

Tư liệu vệ tinh SPOT là tư liệu

viễn thám hiện ñang ñược sử dụng

rộng rãi trên thế giới và Việt Nam

Hình 2.3 Vệ tinh SPOT 5

2.1.3.3 V ệ tinh (Satellite Imagery) có ảnh ñộ phân giải cao:

Các loại ảnh vệ tinh có ñộ phân giải cao ñang ñược sử dụng phổ biến hiện nay ñể thành lập bản ñồ ñịa hình, chuyên ñề và phục vụ cho quản lý ñô thị Ảnh còn có khả năng tạo ảnh lập thể, thời gian chụp trở lại trên cùng một vùng ñất rất nhanh nên dễ dàng tích hợp với dữ liệu GIS cho phép tạo ra nhiều sản phẩm mới

từ ảnh vệ tinh

a Vệ tinh COSMOS

Tư liệu vệ tinh Cosmos là tư liệu viễn thám ñược sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở nước ta Ảnh vệ tinh của Liên Xô có hai loại:

* Ảnh có ñộ phân giải cao

c Vệ tinh Quickbird

Vệ tinh Quickbird ñược phóng

ngày 18/10/2001, là hệ tạo ảnh vệ tinh

thứ hai sau IKONOS cho ra ảnh có ñộ

phân giải cao so với ảnh chụp photos

QuickBird cho ảnh ñộ phân

giải 0,7m ghép kênh toàn sắc tổ

hợp với kênh hồng ngoại Khả

năng lưu trữ trên vệ tinh và ñộ

rộng của ñường quét lớn Khoảng

hẹp nhất của nó là 64 km2 và ñộ

rộng nhất là 10000 km2

Hình 2.4 Vệ tinh Quickbird

Với ñộ phân giải siêu cao (0,61m), ảnh vệ tinh Quickbird ñã ñược ứng dụng thành công trong việc thành lập bản ñồ sử dụng ñất ở khu vực ñô thị, bản ñồ hệ thống giao thông khu vực ñô thị…

Bảng 2.1 Các ñặc ñiểm của vệ tinh Quickbird

Các ñặc ñiểm của vệ tinh Quickbird

Thời gian cắt qua xích ñạo 10h 30’ sang (ñiểm ñi xuống)

Thời gian hoàn thành một quỹ ñạo 9.35 phút

Thời gian lặp lại một vị trí 1 – 3.5 ngày phụ thuộc vĩ ñộ (tính theo ñiểm

thiên ñế)

ðộc chính xác tính theo hệ mét 23 m mặt phẳng (theo tiêu chuẩn CE90)

ðỏ (red): 630 - 690 nm Cận hồng ngoại ( NIR): 760 - 900 nm

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ ảnh vệ tinh, người ta hy vọng rằng trong vài năm tới trên 50% ảnh hàng không sẽ ñược thay thế bằng ảnh vệ tinh có ñộ phân giải cao

2.1.4 Tư liệu sử dụng trong viễn thám

Kết quả của việc thu nhận ảnh từ vệ tinh hay máy bay ta sẽ có những tấm ảnh ở dạng tương tự hay dạng số, lưu trữ trên phim ảnh hoặc trên băng từ

a Ảnh tương tự

Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp cảm quang halogen bạc, ảnh tương tự thu ñược từ các bộ cảm tương tự dùng phim chứ không sử dụng các hệ thống quang ñiện tử Những tư liệu này có ñộ phân giải không gian cao nhưng kém về ñộ phân giải phổ Nói chung loại ảnh này thường có ñộ méo hình lớn do ảnh hưởng của ñộ cong bề mặt trái ñất Vệ tinh Cosmos của Nga thường sử dụng loại bộ cảm này

b Ảnh số

Ảnh số là dạng tư liệu ảnh không lưu trên giấy ảnh hoặc phim Nó ñược chia thành nhiều phân tử nhỏ thường ñược gọi là pixel Mỗi pixel tương ứng với một ñơn vị không gian Quá trình chia mỗi ảnh tương tự thành các pixel ñược gọi là chia mẫu (Sampling) và quá trình chia các ñộ xám liên tục thành một số nguyên hữu hạn gọi là lượng tử hóa Các pixel thường có dạng hình vuông Mỗi pixel ñược xác ñịnh bằng tọa ñộ hàng và cột Hệ tọa ñộ ảnh thường có ñiểm 0 ở góc trên bên trái và tăng dần từ trái sang phải ñối với chỉ

số cột và từ trên xuống ñối với chỉ số hàng Trong trường hợp chia mẫu một ảnh tương tự thành một ảnh số thì ñộ lớn của pixel hay tần số chia mẫu phải ñược chọn tối ưu ðộ lớn của pixel quá lớn thì chất lượng ảnh sẽ tồi, còn

trong trường hợp ngược lại thì dung lượng thông tin lại quá lớn

Ảnh số ñược ñặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học bức xạ bao gồm:

- Trường nhìn không ñổi là góc không gian tương ứng với một ñơn vị chia mẫu trên mặt ñất Lượng thông tin ghi ñược trong trường nhìn không ñổi tương ứng với giá trị pixel

- Góc nhìn tối ựa mà bộ cảm có thể thu ựược sóng ựiện từ gọi là trường nhìn Khoảng không gian trên mặt ựất do trường nhìn tạo nên chắnh là bề rộng tuyến bay

- Vùng bé nhất trên mặt ựất mà bộ cảm nhận ựược gọi là ựộ phân giải mặt ựất đôi khi hình chiếu của một pixel lên mặt ựất ựược gọi là ựộ phân giải Bởi vì ảnh số ựược ghi lại theo những dải phổ khác nhau nên người ta gọi là tư liệu ựa phổ

Hình 2.5 Sơ ựồ mô tả mối tương quan giữa các khái niệm

c Số liệu mặt ựất

Số liệu mặt ựất là tập hợp các quan sát mô tả, ựo ựạc về các ựiều kiện thực tế trên mặt ựất của các vật thể cần nghiên cứu nhằm xác ựịnh mối tương quan giữa tắn hiệu thu ựược và bản thân các ựối tượng Nói chung các số liệu mặt ựất cần phải ựược thu thập ựồng thời trong cùng một thời ựiểm với số liệu

vệ tinh hoặc trong một khoảng thời gian sao cho các sự thay ựổi của các ựối tượng nghiên cứu trong thời gian ựó không ảnh hưởng tới việc xác ựịnh mối quan hệ cần tìm

S ố liệu mặt ñất ñược sử dụng cho các mục ñích sau:

- Thiết kế các bộ cảm

- Kiểm ñịnh các thông số kỹ thuật của bộ cảm

- Thu thập các thông tin bổ trợ cho quá trình phân tích và hiệu chỉnh số liệu

Khi kh ảo sát thực ñịa ta cần thu thập các số liệu :

- Các thông tin tổng quan và thông tin chi tiết về ñối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái, tính chất phản xạ và hấp thụ phổ, hình dáng bề mặt, nhiệt ñộ

- Các thông tin về môi trường xung quanh, góc chiếu và ñộ cao mặt trời, cường ñộ chiếu sáng, trạng thái khí quyển, nhiệt ñộ, ñộ ẩm không khí, hướng và tốc ñộ gió

Do việc thu thập số liệu mặt ñất là công việc tốn kém thời gian và kinh phí cho nên người ta thường thành lập các khu vực thử nghiệm trong ñó có ñầy ñủ các ñối tượng cần theo dõi và ño ñạc

d Số liệu ñịnh vị mặt ñất

ðể có thể ñạt ñược ñộ chính xác trong quá trình hiệu chỉnh hình học cần phải có các ñiểm ñịnh vị trên mặt ñất có tọa ñộ ñịa lý ñã biết Những ñiểm này thường ñược bố trí tại những nơi mà vị trí của nó có thể thấy ñược dễ dàng trên ảnh và bản ñồ Hiện nay người ta sử dụng hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS vào mục ñích này

- Bản đồ chuyên đề

Các bản đồ chuyên đề sử dụng đất, rừng, địa chất tỷ lệ khoảng

1/5.000 đến 1/25.000 rất cần cho việc nghiên cứu chuyên đề, chọn vùng mẫu

và phân loại Nếu các bản đồ này được số hĩa và lưu trong máy tính thì cĩ thể được sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thơng tin địa lý

- Bản đồ kinh tế xã hội: Các ranh giới hành chính, hệ thống giao thơng , các chỉ số thống kê cơng nơng nghiệp cũng là các thơng tin quan trọng cĩ

thể được khai thác trong viễn thám

- Mơ hình số địa hình

Bên cạnh các dạng bản đồ truyền thống, trong viễn thám cịn sử dụng một dạng số liệu khác đĩ là mơ hình số địa hình hay mơ hình số độ cao được tạo ra từ đường bình độ, lưới số liệu độ cao phân bố đều, lưới số liệu độ cao phân bố ngẫu nhiên hay các hàm mơ tả bề mặt

2.1.5 Xử lý ảnh viễn thám

Trình tự xử lý ảnh viễn thám:

► T ăng cường chất lượng ảnh

+ Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách đặc tính

Tăng cường chất lượng ảnh là thao tác chuyển đổi nhằm tăng tính dễ đọc, dễ hiểu của ảnh cho người đốn đọc điều vẽ Cịn chiết tách đặc tính là thao tác nhằm phân loại, sắp xếp các thơng tin cĩ sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉ tiêu đưa ra dưới dạng các hàm số

Những phép tăng cường chất lượng cơ bản thường được sử dụng là biến đổi cấp độ xám, biến đổi histogram, tổ hợp màu, chuyển đổi màu giữa hai hệ RGB và HSI

Sau khi tăng cường chất lượng ảnh, một trong những ưu điểm của phương pháp xử lý ảnh số là cĩ thể chọn các tổ hợp màu tuỳ ý Tổ hợp màu

cĩ nghĩa là gán 3 màu cơ bản đỏ, lục, chàm cho ba kênh phổ nào đĩ Cĩ hai

phương pháp trộn mầu ñó là cộng mầu và trừ mầu:

Hình 2.6 Sơ ñồ nguyên lý của việc trộn màu

Nếu ta gán màu chàm cho kênh 1 (kênh chàm), màu lục cho kênh 2 (kênh lục), màu ñỏ cho kênh 3 (kênh ñỏ) thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu thật

Nếu ta gán màu ñỏ cho kênh hồng ngoại, màu lục cho kênh ñỏ, màu chàm cho kênh lục thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu giả Trong tổ hợp màu này, thực vật có màu ñỏ, ñất trống có màu trắng, nước có màu xanh

là tổ hợp của hai màu Green và Blue ðây là tổ hợp màu cơ bản nhất của ảnh

+ Hi ệu chỉnh bức xạ: Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu

một mức ñộ nhiễu xạ nhất ñịnh Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải thực hiện một số phép tiền xử lý Khi thu các bức xạ từ mặt ñất trên các vật

mang trong vũ trụ, người ta thấy chúng có một số sự khác biệt so với trường hợp quan sát cùng ñối tượng ñó ở khoảng cách gần ðiều này chứng tỏ ở những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất ñịnh gây bởi ảnh hưởng của góc nghiêng và ñộ cao mặt trời, một số ñiều kiện quang học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, ñộ mù… Chính vì vậy, ñể ñảm bảo ñược sự tương ñồng nhất ñịnh về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ

+ Hi ệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên ñường truyền xuống mặt

ñất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất ñịnh trước khi nó tới ñược mặt ñất và những bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới ñược bộ cảm Do vậy bức xạ mà bộ cảm thu nhận ñược không chỉ chứa ñựng riêng năng lượng hữu ích mà còn nhiều thành phần nhiễu khác Hiệu chỉnh khí quyển là công ñoạn tiền xử lý, nhằm loại trừ những thành phần bức xạ không mang thông tin hữu ích

+ Hi ệu chỉnh phép chiếu bản ñồ: Phép chiếu bản ñồ ñược sử dụng ñể

chiếu bề mặt Elipsoid lên một mặt phẳng, ñây là một phép ánh xạ không hoàn hảo bởi vì một mặt cầu không bao giờ có thể trải thành một mặt phẳng vì vậy luôn tồn tại các sai số khác nhau

+ Hi ệu chỉnh hình học: Méo hình học ñược hiểu như sự sai lệch vị trí

giữa toạ ñộ thực tế (ño ñược) và toạ ñộ ảnh lý tưởng ñược tạo bởi một bộ cảm

có thiết kế hình học lý tưởng và trong các ñiều kiện thu nhận lý tưởng Méo hình học ñược chia thành loại nội sai gây bởi tính chất hình học của bộ cảm

và ngoại sai gây bởi vị trí của vật mang và hình dáng của vật thể

Hiệu chỉnh hình học nhằm ñưa các toạ ñộ ảnh thực tế về toạ ñộ ảnh lý tưởng cần thiết phải thực hiện hiệu chỉnh hình học Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng ñược mối tương quan giữa hệ toạ ñộ ảnh ño và hệ toạ ñộ

quy chiếu chuẩn cĩ thể là hệ toạ độ mặt đất (vuơng gĩc hoặc địa lý) hoặc hệ toạ độ ảnh khác

► Biến đổi ảnh

Các phép biến đổi ảnh thường được sử dụng là tăng cường chất lượng ảnh, tổ hợp màu, biến đổi số học

- Tăng cường chất lượng ảnh: Là thao tác chuyển đổi nhằm thể hiện

ảnh với cường độ, độ tương phản phù hợp với thiết bị hiển thị ảnh Những phép tăng cường chất lượng cơ bản thường được sử dụng là chuyển đổi cấp

độ xám, chuyển đổi histogram, tổ hợp màu,…

- Tổ hợp màu: Sau khi tăng cường chất lượng ảnh, một trong những ưu

điểm của phương pháp ảnh số là cĩ thể chọn các tổ hợp màu tuỳ ý

- Bi ến đổi số học: Các phép biến đổi số học dựa trên các phép tính cộng, trừ, nhân, chia ảnh Kết quả của các phép biến đổi ảnh thường là số thực, khơng phải là số nguyên, vì vậy cần chuyển chúng về số nguyên dựa trên phép tăng cường chất lượng Phương pháp tính chỉ số thực vật chính là phép biến đổi ảnh số học

► Giải đốn ảnh

Cĩ 2 phương pháp giải đốn ảnh viễn thám là: giải đốn ảnh bằng mắt thường và giải đốn số

* Gi ải đốn ảnh bằng mắt thường (visual interpretation)

Giải đốn ảnh bằng mắt thường là sử dụng mắt thường cĩ sự trợ giúp của các dụng vụ quang học từ đơn giản đến phức tạp như: kính lúp, kính lập thể, kính phĩng đại, máy tổng hợp màu, máy tính…

Cơ sở giải đốn ảnh bằng mắt là đưa các dấu hiệu giải đốn trực tiếp hoặc gián tiếp vào khố giải đốn Khi giải đốn một đối tượng cụ thể, người giải đốn cần nắm vững bản chất phản xạ phổ của các đối tượng, sự thể hiện

của chúng trên tư liệu mình đang xử lý Những đặc trưng cơ bản cho các đối tượng cĩ thể tĩm tắt như sau:

+ Cấp độ xám hoặc màu sắc: Phản ánh mức độ phản xạ năng lượng của đối

tượng trên từng kênh phổ riêng biệt hoặc trên các tổ hợp màu giả khác nhau

+ Cấu trúc: Cấu trúc là một kiểu phân bố các độ đen hoặc màu sắc trong

ảnh Những kiểu phân bố giống nhau phản ánh những đối tượng giống nhau

+ ðộ tương phản: Phản ánh thể hiện sự tương quan trong độ đen hoặc

màu sắc của các đối tượng kề nhau

+ D ấu hiệu mẫu: Mỗi đối tượng thường được mơ tả bởi các dấu hiệu

mẫu nhất định Sự phân bố của nĩ trong khơng gian cũng chỉ thị sự phân bố đối tượng trong khơng gian

+ Hình dáng và kích th ước: Là những dấu hiệu đốn đọc quan trọng trong giải đốn ảnh Căn cứ vào hình dạng, kích thước cĩ thể suy ra những thơng tin quan trọng khác như chiều cao, kích thước đối tượng

* Gi ải đốn ảnh theo phương pháp số (phân loại ảnh)

Phân loại ảnh là quá trình máy tính giải đốn ảnh theo yêu cầu của người sử dụng, yêu cầu của người sử dụng được đưa vào máy thơng qua giai đoạn chọn tệp mẫu Sau khi người sử dụng chọn tệp mẫu cho các đối tượng cần phân loại, máy tính sẽ tự động phân loại và cho kết quả dưới dạng ảnh đã được phân loại (bản đồ raster)

Cĩ hai phương pháp phân loại cơ bản là:

+ Phân loại phi kiểm định (Unsupervied): Phép phân loại sử dụng các

dữ liệu kiểm tra từ thực địa Phương pháp này được dùng để phân loại các đối tượng theo yêu cầu của người sử dụng Trong quá trình phân loại, máy tính sẽ yêu cầu cung cấp thơng tin về số lượng lớp cần phân loại, vị trí tương đối của các lớp trong khơng gian phổ…Sau đĩ, máy tính sẽ tự động tìm và gộp các pixel lại theo yêu cầu của người sử dụng

+ Phân loại kiểm định (Supervised): Phép phân loại sử dụng các dữ liệu

kiểm tra từ thực địa Phương pháp này được dùng để phân loại các đối tượng theo yêu cầu của người sử dụng Trong quá trình phân loại, máy tính sẽ yêu cầu một số kiến thức của người sử dụng về khu vực cần phân loại Những kiến thức này cĩ được trên cơ sở khảo sát thực địa và các tư liệu bản đồ chuyên đề

Các phương pháp phân loại kiểm định thường sử dụng là: phân loại theo hình hộp, phân loại khoảng cách ngắn nhất, phân loại ghép nhĩm và phân loại xác xuất cực đại

=> So sánh 2 ph ương pháp giải đốn ảnh:

Bảng 2.2 So sánh ưu và nhược điểm của hai phương pháp giải đốn ảnh

Phương pháp số Phương pháp mắt thường

+ Tách thơng tin khơng gian

hiệu quả và dễ dàng tham khảo

các thơng tin liên quan

+ Xử lý nhanh với năng suất cao + Tách đại lượng vật lý hiệu quả + ða dạng trong xử lý, phân tích và hiển thị ảnh

Nhược

điểm

+ Tốn nhiều thời gian

+ Kết quả giải đốn khơng đồng

nhất khi cĩ nhiều người tham gia

+ Khơng thể tách đại lượng vật lý

+ Khĩ kết hợp kinh nghiệm của chuyên gia, lệ thuộc vào phần mềm chuyên dụng

+ Tách thơng tin khơng gian kém + Nguyên liệu ảnh vệ tinh đầu vào địi hỏi chất lượng cao

Giải đốn ảnh bằng mắt cần phối hợp với phương pháp giải đốn ảnh

số để bổ sung những thế mạnh của phân tích ảnh số mà phương pháp giải

ựoán bằng mắt bị hạn chế: nắn chỉnh ảnh, tăng cường chất lượng ảnh, phân chia cấp xám, tắnh diện tắchẦ ựồng thời kết hợp với công tác khảo sát thực ựịa, chúng ta sẽ ựạt ựược hiệu quả cao trong việc ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám ựể quản lý, nghiên cứu nguồn tài nguyên thiên nhiên của ựất nước

► đánh giá ựộ chắnh xác của bản ựồ

Do ảnh vệ tinh luôn phản ánh trung thực của bề mặt trái ựất tại thời ựiểm chụp ảnh, vì vậy bản ựồ giải ựoán ảnh luôn có hình dáng, kắch thước giống như ngoài thực ựịa Vì vậy ựánh giá ựộ chắnh xác bản ựồ sau giải ựoán

là ựánh giá ựộ chắnh xác của các loại hình sử dụng ựất

Công việc kiểm tra ựối soát các loại hình sử dụng ựất ựược thực hiện với sự trợ giúp của cán bộ ựịa phương và GPS cầm tay Vị trắ ựiểm ựối soát là những nơi ắt có biến ựộng về loại hình sử dụng ựất hoặc ở những nơi nghi ngờ sai loại hình sử dụng ựất

Sau khi thu thập các ựiểm mặt ựất của tất cả các loại hình sử dụng ựất, cần xác ựịnh số ựiểm ựúng của mỗi loại hình sử dụng ựất ựể ựánh giá ựộ chắnh xác của từng loại hình sử dụng ựất Sau ựó tổng hợp ựánh giá ựộ chắnh xác của toàn bản ựồ

Hiện nay, chưa có một quy ựịnh cụ thể nào về quy trình ựánh giá ựộ chắnh xác bản ựồ giải ựoán ảnh vệ tinh trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên Tuy nhiên, theo các ý kiến của chuyên gia về viễn thám, cần phải ựi thực ựịa cho mỗi loại hình sử dụng ựất ắt nhất là 10 ựiểm GPS và ựộ chắnh xác tổng thể của bản ựồ giải ựoán ảnh vệ tinh trên 80% là ựạt yêu cầu

2.2 Tổng quan về bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất

2.2.1 Khái niệm, mục ựắch, yêu cầu

Bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất (BđHTSDđ) là bản ựồ thể hiện sự phân

bố các loại ựất theo quy ựịnh về chỉ tiêu kiểm kê theo mục ựắch sử dụng ựất

tại thời ñiểm kiểm kê ñất ñai và ñược lập theo ñơn vị hành chính các cấp, vùng ñịa lý tự nhiên – kinh tế và cả nước (K.17 - ðiều 4 - Luật ñất ñai 2003)

Cụ thể hơn, bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất là loại bản ñồ thể hiện trạng thái lớp phủ bề mặt ñất bao gồm lớp phủ tự nhiên và nhân tạo, phản ánh trạng thái sử dụng ñất tài thời ñiểm nghiên cứu Hiện trạng sử dụng ñất luôn thay ñổi dưới tác ñộng của các quy luật tự nhiên và những hoạt ñộng kinh tế xã hội của con người ðiều tra nghiên cứu hiện trạng sử dụng ñất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn hết sức to lớn vì các kết quả ñiều tra nghiên cứu hiện trạng sử dụng ñất làm rõ cơ cấu và tình trạng sử dụng quỹ ñất, tạo cơ sở cho việc kiểm

kê, xây dựng các phương án quy hoạch trên các lãnh thổ ñịa lý cụ thể nhằm sử dụng tối ưu tiềm năng tự nhiên và bảo vệ môi trường

B ản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñược xây dựng nhằm các mục ñích:

* Thống kê, kiểm kê toàn bộ quỹ ñất ñã giao và chưa giao sử dụng theo ñịnh kỳ hàng năm và 5 năm (ñược thể hiện ñúng vị trí, ñúng diện tích và ñúng loại ñất ñược phân loại trong luật ñất ñai hiện hành trên các loại bản ñồ ở những tỷ lệ thích hợp ở các cấp hành chính)

* Là tài liệu cơ bản phục vụ các yêu cầu của công tác quản lý Nhà nước

về ñất ñai

* Là tài liệu cơ bản, thống nhất ñể các ngành khác sử dụng xây dựng các quy hoạch, kế hoạch sử dụng ñất và ñịnh hướng phát triển của ngành mình, ñặc biệt những ngành ñó có sử dụng nhiều ñất như nông nghiệp, lâm nghiệp

* Làm tài liệu cơ bản phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch sử dụng ñất ñai và kiểm tra việc thực hiện quy hoạch sử dụng ñất hàng năm ñã ñược cấp có thẩm quyền phê duyệt

B ản ựồ hiện trạng sử dụng ựất cần ựáp ứng các yêu cầu sau:

+ Thể hiện ựược hiện trạng sử dụng ựất của một ựơn vị hành chắnh ở thời ựiểm nghiên cứu

+ đạt ựược ựộ chắnh xác cao phù hợp với tỷ lệ, mục ựắch của bản ựồ cần thành lập

+ đáp ứng ựồng bộ và hiệu quả các yêu cầu cấp bách của công tác kiểm kê ựất ựai và quy hoạch sử dụng ựất

B ản ựồ hiện trạng sử dụng ựất dựa trên các nguyên tắc:

* Bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất cấp xã ựược lập trên cơ sở bản ựồ ựịa chắnh, bản ựồ ựịa chắnh cơ sở có ựối soát với thực ựịa và số liệu kiểm kê ựất ựai; trường hợp chưa có bản ựồ ựịa chắnh thì sử dụng ảnh chụp từ máy bay hoặc ảnh vệ tinh có ựộ phân giải cao ựược nắn chỉnh thành sản phẩm ảnh trực giao hoặc bản ựồ giải thửa có ựối soát với thực ựịa và số liệu kiểm kê ựất ựai

ựể lập bản ựồ hiện trạng; trường hợp không có các loại bản ựồ trên thì sử dụng bản ựồ HTSDđ kỳ trước có ựối soát thực ựịa và số liệu kiểm kê ựất ựai;

* Bản ựồ HTSDđ của cấp huyện và tỉnh ựược lập trên cơ sở tổng hợp

từ bản ựồ HTSDđ của các ựơn vị hành chắnh trực thuộc;

* Bản ựồ HTSDđ của vùng ựịa lý tự nhiên Ờ kinh tế ựược lập trên cơ sở tổng hợp từ bản ựồ HTSDđ của các tỉnh thuộc vùng ựịa lý tự nhiên Ờ kinh tế ựó;

* Bản ựồ HTSDđ cả nước lập trên cơ sở tổng hợp từ bản ựồ HTSDđ của các vùng ựịa lý tự nhiên Ờ kinh tế

2.2.2 Cơ sở toán học và ựộ chắnh xác của bản ựồ HTSDđ

* Hệ quy chiếu và lưới chiếu bản ựồ

- Bản ựồ HTSDđ sử dụng hệ qui chiếu và hệ tọa ựộ quốc gia VN-2000 với Elipxoit quy chiếu WGS-84 có kắch thước: + Bán trục lớn = 6.378.137m

+ độ dẹt = 298,257223563

- Lưới chiếu bản ñồ:

+ Sử dụng lưới chiếu hình nón ñồng góc với hai vĩ tuyến chuẩn 11o và

21o ñể thể hiện các bản ñồ nền tỷ lệ 1:1.000.000 cho toàn lãnh thổ Việt Nam

+ Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang ñồng góc với múi chiếu 6o có hệ

số ñiều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài ko = 0,9996 ñể thể hiện các bản ñồ nền

có tỷ lệ từ 1:500.000 ÷ 1:25.000

+ Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang ñồng góc với múi chiếu 3o có hệ

số ñiều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài ko = 0,9999 ñể thể hiện bản ñồ nền có

tỷ lệ từ 1:10.000 ÷ 1:1.000

Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñược phân mảnh trên cơ sở kích thước, hình dạng của ñơn vị hành chính hoặc khu vực, thuận tiện cho thành lập, sử dụng, nhân bản cũng như bảo quản tài liệu

2.2.3 Tỷ lệ thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

ðây là một vấn ñề hết sức quan trọng, có tính ñịnh hướng cho nội dung bản ñồ Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất là một loại bản ñồ chuyên ñề ñược sử dụng trong nghiên cứu các ñiều kiện tự nhiên cũng như cho mục ñích kiểm kê

sử dụng quỹ ñất, quy hoạch lãnh thổ, nghiên cứu môi trường thông qua các loại hình sử dụng ñất Mức ñộ chi tiết của nội dung bản ñồ phụ thuộc vào mục ñích nghiên cứu và bản ñồ cần thành lập

Tỷ lệ bản ñồ ñược xác ñịnh từ mục ñích, yêu cầu và nhiệm vụ ñặt ra ñối với bản ñồ cũng như ñặc ñiểm tự nhiên của vùng nghiên cứu ðiều cần lưu ý,

ñể thuận tiện cho công tác thành lập và sử dụng bản ñồ, các tỷ lệ bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñược lựa chọn phải ñảm bảo thể hiện ñầy ñủ nội dung hiện trạng sử dụng ñất và phải phù hợp với dãy tỷ lệ của bản ñồ ñịa hình, bản ñồ ñịa chính

H ệ thống tỷ lệ bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất nước ta ñược thể hiện cụ

th ể như sau:

Bảng 2.3 Tỷ lệ thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

ðơn vị thành lập bản ñồ Tỷ lệ bản ñồ Quy mô diện tích tự nhiên (ha)

1:1000 Dưới 120 1:2000 Từ 120 ñến 500 1:5000 Trên 500 ñến 3000 Cấp xã

1:10.000 Trên 3000 1:5000 Dưới 3000 1:10.000 Từ 3000 ñến 12000 Cấp huyện

1:25.000 Trên 12.000 1:25.000 Dưới 100.000 1:50.000 Từ 100.000 ñến 350.000 Cấp tỉnh

1:100.000 Trên 350.000 Cấp vùng 1:250.000

ðộ chính xác chuyển vẽ các yếu tố nội dung cơ sở ñịa lý từ các bản

ñồ tài liệu sang bản ñồ HTSDð phải ñảm bảo các yêu cầu sau:

- Sai số tương hỗ chuyển vẽ các yếu tố nội dung bản ñồ không vượt quá

± 0,3 mm tính theo tỷ lệ bản ñồ;

- Sai số tương hỗ chuyển vẽ vị trí các yếu tố nội dung bản ñồ không vượt quá ± 0,2 mm tính theo tỷ lệ bản ñồ;

ðộ chính xác chuyển vẽ các yếu tố nội dung bản ñồ HTSDð từ các bản ñồ tài liệu sang bản ñồ HTSDð phải ñảm bảo các yêu cầu sau:

- Sai số tương hỗ chuyển vẽ các yếu tố nội dung bản ñồ không vượt quá

* Về diện tích:

Những khoanh ñất có diện tích ≥4 mm2 trên bản ñồ phải thể hiện ñúng

tỷ lệ bằng ñường bao khép kín và thể hiện ñầy ñủ các ký hiệu của khoanh ñất theo quy ñịnh “Ký hiệu bản ñồ HTSDð và bản ñồ quy hoạch sử dụng ñất” ðối với khoanh ñất có diện tích ≤4 mm2 trên bản ñồ có giá trịnh kinh tế cao,

có ý nghĩa quan trọng ñược phóng to không quá 1,5 lần nhưng phải giữ ñược nét ñặc trưng của khoanh ñất

* Về ranh giới hành chính, ranh giới các loại hình sử dụng ñất phải ñược thể hiện ñúng hình dạng ngoài thực ñịa

* ðối với các nội dung hình tuyến như: ðường giao thông, thủy văn trục của tuyến không ñược lệch quá 0,2mm2 theo tỷ lệ bản ñồ so với thực ñịa

* ðộ cong của ñường viền của các yếu tố nội dung: lớn hơn 0,5m trên bản ñồ thì phải thể hiện ñúng hình dạng thực tế

* Cách thể hiện các ký hiệu, bố cục: phải ñảm bảo tuân theo quy phạm thành lập bản ñồ HTSDð