Luận văn ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2004 2009 trên địa bàn huyện buôn đôn, tỉnh đắc lắc

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NễNG NGHIỆP HÀ NỘI

-o0o -

đỗ tiến thuấn

ỨNG DỤNG CễNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ðỒ BIẾN ðỘNG SỬ DỤNG ðẤT GIAI ðOẠN 2004-2009 TRấN ðỊA BÀN HUYỆN BUễN ðễN, TỈNH ðẮK LẮK

LUẬN VĂN THẠC SĨ NễNG NGHIỆP

Chuyờn ngành : QUẢN Lí ðẤT ðAI

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn khắc Thời

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ðOAN

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

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ trong quá trình thực hiện luận văn

ñã ñược cám ơn, các thông tin trích dẫn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2010

Tác giả luận văn

ðỗ Tiến Thuấn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được bản luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của PGS.TS Nguyễn Khắc Thời – Phó chủ nhiệm khoa Tài nguyên và Môi trường, sự quan tâm tạo điều kiện của Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Buôn Đôn, Viện

đào tạo sau đại học, Ban chủ nhiệm Khoa Tài nguyên và Môi trường, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi học tập và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi xin gửi tới gia đình, bạn bè, những người thân và đồng nghiệp nơi tôi đang công tác đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tự đáy lòng mình, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình và quý báu đó!

MỤC LỤC

Trang

PHẦN 1 MỞ ðẦU 1

1.1TÍNHCẤPTHIẾTCỦAðỀTÀI 1

1.2MỤCðÍCHNGHIÊNCỨU 2

1.3YÊUCẦU 3

1.4PHẠMVINGHIÊNCỨU 3

1.5ÝNGHĨAKHOAHỌCVÀTHỰCTIỄN 3

PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4

2.1TỔNGQUANVỀVIỄNTHÁM 4

2.1.1 Khái ni ệm về viễn thám 4

2.1.2 V ệ tinh sử dụng trong viễn thám 6

2.1.3 T ư liệu sử dụng trong viễn thám 8

2.1.4 ðặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 9

2.1.5 Gi ải đốn ảnh viễn thám 13

2.2TỔNGQUANVỀHỆTHỐNGTHƠNGTINðỊALÝ 17

2.2.1 ðịnh nghĩa về hệ thống thơng tin địa lý 17

2.2.2 Các thành ph ần chính của hệ thống thơng tin địa lý 18

2.2.3 Ứng dụng của GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và mơi trường 19

2.3TÍCHHỢPTƯLIỆUVIỄNTHÁMVÀGIS 20

2.3.1 Khái ni ệm 20

2.3.2 T ại sao phải tích hợp 20

2.3.3 Kh ả năng ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS 24

2.3.4 M ột số ứng dụng của viễn thám và GIS ở Việt Nam 25

2.4KHÁIQUÁTVỀBẢNðỒBIẾNðỘNGSỬDỤNGðẤT 26

2.4.1 B ản đồ biến động sử dụng đất và các phương pháp thành lập 26

2.4.2 Tình hình thành l ập bản đồ biến động sử dụng đất 37

2.4.3 Tình hình s ử dụng đất Việt Nam trong những năm gần đây 41

PHẦN 3: ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

3.1ðỐITƯỢNGVÀðỊAðIỂMNGHIÊNCỨU 42

3.1.1 ðối tượng nghiên cứu 42

3.1.2 ðịa điểm nghiên cứu 42

3.2.NỘIDUNGNGHIÊNCỨU 42

3.3PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 42

3.3.1 Ph ương pháp điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu, số liệu 42

3.2.2 Ph ương pháp xây dựng bản đồ từ ảnh viễn thám 43

3.2.3 Ph ương pháp chồng ghép bản đồ 43

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44

4.1ðIỀUKIỆNTỰNHIÊN,KINHTẾ-XÃHỘI 44

4.1.1 ðiều kiện tự nhiên 44

4.1.2 Th ực trạng phát triển kinh tế-xã hội 49

4.2TÌNHHÌNHSỬDỤNGðẤTKHUVỰCNGHIÊNCỨU 51

4.2.1 Hi ện trạng sử dụng ñất 51

4.2.2 Bi ến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2004-2009 53

4.3GIẢIðOÁNẢNHVỆTINH,THÀNHLẬPBẢNðỒHIỆNTRẠNGSỬ DỤNGðẤTNĂM2004VÀNĂM2009 55

4.3.1 Thu th ập tư liệu 56

4.3.2 Nh ập ảnh 57

4.3.3 T ăng cường chất lượng ảnh 57

4.3.4 N ắn chỉnh tư liệu ảnh, cắt ảnh 57

4.3.5 Phân lo ại ảnh 63

4.3.6 Thành l ập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2004 và 2009 74

4.4THÀNHLẬPBẢNðỒBIẾNðỘNGSỬDỤNGðẤTGIAIðOẠN2004-2009 78

4.5NHẬNXÉTVỀKẾTQUẢ 81

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

5.1KẾTLUẬN 83

5.2KIẾNNGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Kênh phổ của MSS 6

Bảng 2.2 Kênh phổ của TM 6

Bảng 2.3 Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT-3 7

Bảng 2.4 Biến ựộng sử dụng ựất Việt Nam giai ựoạn 2005-2007 41

Bảng 4.1 Tổng GTSX và cơ cấu kinh tế thời kỳ 2000-2009 huyện Buôn đôn 49

Bảng 4.2 Hiện trạng sử dụng ựất nông nghiệp huyện Buôn đôn 52

Bảng 4.3 Hiện trạng sử dụng ựất phi nông nghiệp huyện Buôn đôn 53

Bảng 4.4 Biến ựộng sử dụng ựất giai ựoạn 2004-2009 huyện Buôn đôn 54

Bảng 4.5 Mô tả các loại ựất 64

Bảng 4.6 Mẫu giải ựoán ảnh vệ tinh 65

Bảng 4.7 Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2004 70

Bảng 4.8 Bảng ựánh giá ựộ chắnh xác phân loại ảnh năm 2004 70

Bảng 4.9 Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2009 71

Bảng 4.10 Bảng ựánh giá kết quả phân loại năm 2009 71

Bảng 4.11 Thống kê diện tắch ựất giải ựoán năm 2004 76

Bảng 4.12 Thống kê diện tắch ựất giải ựoán năm 2009 76

Bảng 4.13 So sánh giữa diện tắch giải ựoán và thống kê năm 2009 77

Bảng 4.14 Biến ựộng sử dụng ựất giai ựoạn 2004-2009 huyện Buôn đôn 79

Bảng 4.15 Diện tắch biến ựộng từng loại ựất giai ựoạn 2004 - 2009 79

Bảng 4.16 So sánh sự thay ựổi diện tắch các loại ựất từ 2004-2009 80

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Các kênh sử dụng trong viễn thám 5

Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám 5

Hình 2.3 đặc ựiểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT 9

Hình 2.4 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 11

Hình 2.5 đặc tắnh phản xạ phổ của thổ nhưỡng 12

Hình 2.6 Một bản ựồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau 18

Hình 2.7 Các thành phần chắnh của GIS 18

Hình 2.8 Vai trò của viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật 21

Hình 2.9 độ chắnh xác của ảnh vệ tinh và yêu cầu cập nhật dữ liệu 22

Hình 2.10 Vai trò của GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết ựịnh 23

Hình 2.11 Thành lập bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất bằng phương pháp 29

Hình 2.12 Thành lập bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất bằng phương pháp 29

phân loại trực tiếp ảnh ựa thời gian 29

Hình 2.13 Vector thay ựổi phổ 30

Hình 2.14 Thuật toán phân tắch thay ựổi phổ 31

Hình 2.15 Thành lập bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất bằng phương pháp 34

Hình 2.16 Thành lập bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất bằng phương pháp 35

Hình 4.1 Sơ ựồ vị trắ huyện Buôn đôn 44

Hình 4.2 Trình tự giải ựoán ảnh vệ tinh, thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất và bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất 55

Hình 4.3 Ảnh SPOT5 của huyện Buôn đôn năm 2004 56

Hình 4.4 Ảnh SPOT5 của huyện Buôn đôn năm 2009 56

Hình 4.5 Thực hiện nắn ảnh theo các ựiểm GPS trên ENVI 59

Hình 4.6 Lựa chọn thông số ựể nắn ảnh trên ENVI 59

Hình 4.7 Bảng nhập toạ ựộ các ựiểm khống chế ựể nắn ảnh 59

Hình 4.8 Tọa ựộ và sai số của ựiểm khống chế nắn ảnh năm 2004 60

Hình 4.9 Lựa chọn phương pháp tái chia mẫu 60

Hình 4.10 Toạ ựộ và sai số các ựiểm khống chế ựể nắn ảnh 2009 61

Hình 4.11 Ảnh 2004 ựã ựược cắt theo ranh giới huyện Buôn đôn 62

Hình 4.12 Ảnh 2009 ựã ựược cắt theo ranh giới huyện Buôn đôn 62

Hình 4.13 Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng ựất năm 2004 66

Hình 4.14 Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng ựất năm 2009 66

Hình 4.15 Sự khác biệt giữa các mẫu giải đốn ảnh 2004 67

Hình 4.16 Sự khác biệt giữa các mẫu giải đốn ảnh 2009 67

Hình 4.17 Kết quả phân loại ảnh 2004 đã được lọc nhiễu 68

Hình 4.18 Kết quả phân loại ảnh 2009 đã được lọc nhiễu 68

Hình 4.19 Kết quả phân loại ảnh 2004 được xuất sang dạng Vector 73

Hình 4.20 Kết quả phân loại ảnh 2009 được xuất sang dạng Vector 73

Hình 4.21 Sơ đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2004 thành lập trên ArcView 74

Hình 4.22 Sơ đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2009 thành lập trên ArcView 75

Hình 4.23 Sơ đồ biến động sử dụng đất giai đoạn 2004-2009 được thành lập trên ArcView 78

Hình 4.24 Sự biến động các loại đất giai đoạn 2004 -2009 81

PHẦN 1 MỞ ðẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI

ðất ñai là tư liệu sản xuất ñặc biệt, không thể thay thế trong nông nghiệp,

là thành phần quan trọng hàng ñầu của môi trường sống, là ñịa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh và quốc phòng

Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện ñại hóa ñất nước của ðảng và Nhà nước ta trong những năm qua ñã ñưa nền kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, ñời sống nhân dân ñã và ñang từng bước ñược cải thiện, hạ tầng xã hội cũng như hạ tầng

kỹ thuật ñược thay ñổi tạo ra bộ mặt mới cho ñất nước và thu hẹp dần khoảng cách ñối với các nước phát triển Song hành với sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện ñại hóa là sự gia tăng mạnh của nhu cầu sử dụng ñất, ñặc biệt là ñất phi nông nghiệp trong khi quỹ ñất lại có hạn ðiều này làm cho diện tích ñất nông nghiệp liên tục giảm xuống do vậy cần phải quản lý chặt chẽ toàn bộ quỹ ñất, ñảm bảo ñất ñai ñược sử dụng tiết kiệm, hiệu quả và bền vững

ðể quản lý chặt chẽ quỹ ñất ñang ngày càng hạn chế này ngoài việc nắm chắc ñược các số liệu biến ñộng về ñất ñai giữa các thời kỳ thông qua số liệu thống kê, kiểm kê ñất ñai thì việc xây dựng bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất cũng rất cần thiết Bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất có thể ñược thành lập từ bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất hiện có song bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất chỉ ñược thành lập 5 năm một lần vào năm kiểm kê ñất ñai nên khó có thể thành lập ñược bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất cho một giai ñoạn bất kỳ, thêm vào ñó chất lượng của bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñược thành lập trong các kỳ kiểm kê ñất ñai hiện nay là chưa cao

Hiện nay ảnh vệ tinh ñang ñược sử dụng khá rộng rãi ở nước ta trong các nghiên cứu tài nguyên-môi trường Ảnh vệ tinh là nguồn thông tin có tính thời

sự rất cao và nếu có ảnh vệ tinh ở các thời ñiểm khác nhau thì chúng ta còn có thể thành lập ñược bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất và xác ñịnh một cách khách quan ñược tình hình biến ñộng sử dụng ñất cho bất cứ giai ñoạn nào Nhưng việc nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất cũng như thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất thông qua ảnh vệ tinh còn ñặt ra một số vấn ñề:

- Mức ựộ chi tiết của việc thành lập bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất từ ảnh

vệ tinh?

- Nếu chỉ sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với ựiều tra thực ựịa mà không kết hợp với Hệ thống thông tin ựịa lý (GIS) thì có thể thành lập ựược bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất không?

- Qui trình công nghệ lập nào là tối ưu cho việc lập bản ựồ biến ựộng sử

dụng ựất từ tư liệu viễn thám?

Huyện Buôn đôn cách thành phố Buôn Ma Thuột 27 km về phắa Tây Bắc, là huyện có diện tắch ựất lâm nghiệp có rừng lớn nhất tỉnh đắk Lắk Trong một vài năm gần ựây ựất ựai trên ựịa bàn huyện Buôn đôn có sự biến ựộng rất mạnh, ựất sản xuất nông nghiệp, ựất ở, ựất chuyên dùng tăng nhanh trong khi rừng bị tàn phá mạnh Song trên số liệu thống kê thì ựất ựai không có sự biến ựộng ựáng kể Do vậy cần thiết phải xây dựng bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất trên ựịa bàn huyện ựể có cái nhìn ựúng ựắn về sự biến ựộng này từ ựó có các biện pháp kiên quyết giữ diện tắch rừng còn sót lại của huyện Buôn đôn nói riêng, của tỉnh đắk Lắk nói chung

Xuất phát từ những vấn ựề trên, tôi tiến hành nghiên cứu ựề tài: ỘỨng

dụng công nghệ tắch hợp tư liệu viễn thám và GIS thành lập bản ựồ biến

ựộng sử dụng ựất giai ựoạn 2004-2009 trên ựịa bàn huyện Buôn đôn, tỉnh đắk LắkỢ

- Giúp các cơ quan có liên quan ở huyện Buôn đôn có cái nhìn xác thực nhất về biến ựộng sử dụng ựất trên ựịa bàn Huyện từ ựó ựưa ra các chắnh sách thắch hợp về sử dụng ựất ở huyện Buôn đôn

- Diễn giải ựược sự biến ựộng sử dụng ựất trên ựịa bàn huyện;

- Các số liệu ựiều tra phải ựược thu thập chắnh xác, ựầy ựủ và phải phản ánh ựược một cách trung thực, khách quan

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

đề tài chỉ tập trung nghiên cứu toàn bộ quỹ ựất trên ựịa bàn huyện Buôn đôn bằng ảnh vệ tinh SPOT 5 ở hai thời ựiểm năm 2004 và 2009

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Kết quả nghiên cứu góp phần khẳng tắnh ưu việt của phương pháp tắch hợp tư liệu viễn thám và GIS trong công tác thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất; thành lập bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất đánh giá biến ựộng một cách nhanh chóng, thuận tiện nhưng vẫn ựảm bảo ựộ chắnh xác cần thiết trên một phạm vi rộng lớn

Kết quả nghiên cứu của luận văn ựưa ra số liệu về biến ựộng sử dụng ựất và bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất giai ựoạn 2004-2009 góp phần chỉ ra chiều hướng, diện tắch và vị trắ không gian biến ựộng sử dụng ựất của huyện Buôn đôn vì vậy ựây sẽ là một tài liệu hữu ắch cho công tác quy hoạch sử dụng ựất của Buôn đôn giai ựoạn 2011-2020, góp phần ựưa ựất ựai ngày càng ựược sử dụng hợp lý, tiết kiệm, hiệu quả, bền vững và bảo vệ môi trường

PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM

2.1.1 Khái niệm về viễn thám

Viễn thám ñược ñịnh nghĩa như là một khoa học 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

Sóng ñiện từ hoặc ñược phản xạ hoặc ñược bức xạ từ vật thể thường là nguồn tài liệu chủ yếu trong viễn thám Những năng lượng từ trường, trọng trường cũng có thể ñược sử dụng

Thiết bị dùng ñể cảm nhận sóng ñiện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể ñược gọi là bộ cảm

Phương tiện dùng ñể mang các bộ cảm ñược gọi là vật mang, gồm khí cầu, máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ

Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin các ñối tượng trên mặt ñất 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 Những bức ảnh hàng không ñầu tiên chụp từ máy bay ñược Wilbur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia Từ ñó ñến nay, phương pháp sử dụng ảnh hàng không là phương pháp ñược sử dụng rộng rãi nhất Trên thế giới, việc phân tích ảnh hàng không ñã góp phần ñáng kể trong việc phát hiện nhiều mỏ dầu và khoáng sản trầm tích

Vào giữa những năm 1930, người ta ñã có thể chụp ảnh mầu và ñồng thời 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 Từ năm 1960, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho phép thu ñược hình ảnh ở các dải sóng khác nhau bao gồm cả dải sóng hồng ngoại và sóng cực ngắn Sau ñó sự thành công trong việc chế tạo các bộ cảm biến và các tàu vũ trụ, các vệ tinh nhân tạo ñã cung cấp khả năng thu nhận hình ảnh của trái ñất từ trên quỹ ñạo góp phần hữu ích cho việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, biến ñộng sử dụng ñất, cấu trúc ñịa mạo, nhiệt ñộ, gió trên bề mặt ñại dương…

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

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần

Hình 2.1 Các kênh sử dụng trong viễn thám

Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500µm Tư liệu viễn thám thu ñược trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ

bề mặt vật thể và bề mặt trái ñất Vì vậy, các thông tin về vật thể có thể ñược xác ñịnh từ các phổ phản xạ Tuy nhiên, radar sử dụng tia laser là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra Mỗi vật thể trong nhiệt ñộ bình thường ñều phát ra một bức xạ có ñỉnh tại bước sóng 10.000µm

Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám

Trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ ñộng và bị ñộng Trong viễn thám siêu cao tần bị ñộng thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra ñược ghi lại, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ ñộng lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể [2]

2.1.2 Vệ tinh sử dụng trong viễn thám

2.1.2.1 Vệ tinh Landsat

Vệ tinh Landsat là vệ tinh tài nguyên của Hoa Kỳ ñược phóng lên quỹ ñạo lần ñầu tiên vào năm 1972, cho ñến nay ñã có 7 thế hệ vệ tinh Landsat ñược phóng lên quỹ ñạo ðộ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo

980, quỹ ñạo ñồng bộ mặt trời, chu kỳ lặp 18 ngày, bề rộng tuyến chụp 185km

Hai bộ cảm của vệ tinh Landsat ñều là máy quét quang cơ: MSS (Multispectral scanner) và TM (Thematic mapper)

Bộ cảm MSS hoạt ñộng ở dải phổ nhìn thấy và hồng ngoại ðặc ñiểm của MSS là sử dụng 4 băng phổ, mỗi băng phổ có trang bị 6 bộ thu sử dụng sợi quang học ðộ phân giải mặt ñất từ 40m ñến 80m, ñộ rộng ñường quét 185km

Bộ cảm TM sử dụng vùng phổ nhìn thấy, hồng ngoại gần và hồng ngoại nhiệt ðặc ñiểm của TM là có ñộ rộng ñường quét 185km và có ñộ phân giải mặt ñất 30m

2.1.2.2 Vệ tinh SPOT

Vệ tinh SPOT ñược Pháp phóng lên quỹ ñạo năm 1986 Mỗi vệ tinh ñược trang bị một máy quét ña phổ HRV Vệ tinh SPOT bay ở ñộ cao 830km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 9807, chu kỳ lặp 26 ngày Bộ cảm HRV là máy quét ñiện tử CCD-HRV có thể thay ñổi góc quan sát nhờ một gương ñịnh hướng Gương này cho phép thay ñổi hướng quan sát ±270 so với trục thẳng ñứng nên dễ dàng thu ñược ảnh lập thể

Bảng 2.3 Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT-3

Các ñặc trưng của HRV Dạng ña phổ Dạng toàn sắc

Kênh

0,50-0,59 µm 0,61-0,68 µm 0,79-0,89 µm

Ảnh vệ tinh Cosmos của Nga có hai loại: ảnh có ñộ phân giải cao và ảnh có

ñộ phân giải trung bình Ảnh vệ tinh ñộ phân giải cao có kích thước ảnh 30x30cm,

ñộ phân giải mặt ñất 6-7m, ñộ phủ dọc >60% Ảnh Cosmos ñộ phân giải trung bình

có kích thước ảnh 18x18cm, ñộ phân giải mặt ñất 30m, ñộ phủ dọc >60%

Hiện nay tư liệu ảnh vệ tinh Landsat, SPOT, Cosmos ñược sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt nam

2.1.2.4 Vệ tinh Quickbird

Quickbird ñánh dấu một bước quan trọng của dạng tư liệu viễn thám phân giải cao ñược thương mại hoá Lần ñầu tiên phóng vào năm 2000 và bị thất bại, lần thứ hai ñược phóng lên với ñộ phân giải cao (ảnh PAN-0,6m và ảnh ña phổ 2,4m) vào 18/10/2001 Vệ tinh ñược phóng lên quỹ ñạo ñồng bộ mặt trời, ñộ cao 450km, ñộ nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980 Các kênh phổ của

vệ tinh là xanh chàm 450-520µm, xanh lục 520-600µm, ñỏ 630-690µm và hồng ngoại gần 760-900µm [2]

2.1.3 Tư liệu sử dụng trong viễn thám

2.1.3.1 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 Vệ tinh Cosmos của Nga thường sử dụng bộ cảm tương tự

2.1.3.2 Ảnh số

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

số ñược chia thành nhiều phần tử nhỏ 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 và quá trình chia các ñộ xám liên tục thành một số nguyên hữu hạn gọi là lượng tử hóa

Ảnh số ñược ñặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học, bức xạ như trường nhìn không ñổi, góc nhìn tối ña, ñộ phân giải mặt ñất

2.1.3.3 Số liệu mặt ñất

Số liệu mặt ñất là tập hợp các quan sát mô tả, ño ñạc về các ñiều kiện thực tế trên mặt ñất của các ñịa vật cần nghiên cứu nhằm xác ñịnh mối tương quan giữa tín hiệu thu ñược và bản thân các ñối tượng Các số liệu ñó bao gồm thông tin tổng quan về ñối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái, tính chất phản xạ, hấp thụ phổ, nhiệt ñộ… và thông tin về môi trường xung quanh như góc chiếu, ñộ cao mặt trời, cường ñộ chiếu sáng, trạng thái khí quyển, nhiệt ñộ, ñộ ẩm không khí, hướng và tốc ñộ gió…

ðể phục vụ mục ñích thiết kế các bộ cảm, kiểm ñịnh các thông số kỹ thuật của bộ cảm, thu thập thông tin bổ trợ cho quá trình phân tích và hiệu chỉnh số liệu, các số liệu mặt ñất phải ñược thu thập ñồng thời với số liệu vệ tinh hoặc trong một khoảng thời gian sao cho sự thay ñổi của các ñối tượng nghiên cứu trong thời gian ñó không ảnh hưởng tới việc xác ñịnh mối quan hệ cần tìm

2.1.3.4 Số liệu ñịnh vị mặt ñất

ðể thu thập số liệu ñịnh vị mặt ñất hiện nay chúng ta thường sử dụng

Hệ thống ñịnh vị toàn cầu (GPS) Những ñiểm ñịnh vị mặt ñất phục vụ quá

trình hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh thường được bố trí tại những nơi mà vị trí của nĩ cĩ thể thấy được dễ dàng trên ảnh vệ tinh và bản đồ

2.1.3.5 Bản đồ và số liệu địa hình

ðể phục vụ cho mục đích nghiên cứu của viễn thám ngồi những tư liệu trên cần phải cĩ các tài liệu địa hình và chuyên đề như bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề

sử dụng đất, rừng, địa chất, bản đồ kinh tế xã hội, mơ hình số địa hình…[2]

2.1.4 ðặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

ðặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt trái đất là thơng số quan trọng nhất trong viễn thám Do các thơng tin viễn thám cĩ liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng nên việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đĩng vai trị hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng hiệu quả phương pháp viễn thám

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả giải đốn các thơng tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết mối tương quan giữa các đặc trưng phản xạ phổ với bản chất và trạng thái các đối tượng tự nhiên ðồng thời đĩ cũng là cơ sở dữ liệu để phân tích các tính chất của đối tượng tiến tới phân loại đối tượng đĩ

ðặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu

tố Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, mơi trường khí quyển,

bề mặt đối tượng cũng như bản thân đối tượng

Hình 2.3 ðặc điểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT

Tuyết Thực vật Cát Nước

µm

Khả năng phản xạ phổ của các ñối tượng phụ thuộc vào bản chất vật chất của các ñối tượng, phụ thuộc vào trạng thái và ñộ nhẵn bề mặt của các ñối tượng, phụ thuộc vào màu sắc của ñối tượng, phụ thuộc vào ñộ cao mặt trời trên ñường chân trời và hướng chiếu sáng Khả năng phản xạ phổ của các ñối tượng ñược chụp ảnh còn phụ thuộc vào trạng thái khí quyển và các mùa trong năm [7]

2.1.4.1 ðặc trưng phản xạ phổ của thực vật

Thực vật khỏe mạnh chứa nhiều diệp lục tố phản xạ rất mạnh ánh sáng

có bước sóng từ 0,45-0,67µm (tương ứng với dải sóng màu lục) vì vậy ta nhìn thấy chúng có màu xanh lục Khi diệp lục tố giảm ñi thực vật chuyển sang có khả năng phản xạ ánh sáng màu ñỏ trội hơn dẫn ñến lá cây có màu vàng ñỏ (do

tổ hợp màu lục và ñỏ) hoặc màu ñỏ

Ở vùng hồng ngoại, thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh Khi sang vùng hồng ngoại nhiệt và vi sóng một số ñiểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của nước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm ñi rõ rệt và ngược lại khả năng hấp thụ ánh sáng lại tăng lên Khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật khác nhau không như nhau và ñặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ phổ khác biệt rõ rệt

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng hấp thụ bởi diệp lục

tố trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại phản xạ

- Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn ñến khả năng phản

xạ phổ của lá, ở ñây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt

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

lá là hàm lượng nước Khi ñộ ẩm trong lá cao thì năng lượng hấp thụ là cực ñại

Thực vật nói chung khả năng phản xạ của chúng phụ thuộc vào giống loại, giai ñoạn sinh trưởng và trạng thái phát triển của cây [7]

2.1.4.2 ðặc trưng phản xạ phổ của nước

ðặc tính chung nhất của nước là khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều dài bước sóng Trên hình 2.4 dẫn ra hai ñường cong thể hiện

khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều dài bước sĩng

Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sĩng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất cĩ trong nước Khả năng phản xạ phổ cịn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện ra rất dễ dàng, cịn một số đặc tính của nước cần phải sử dụng dải sĩng nhìn thấy để nhận biết

Trong điều kiện tự nhiên mặt nước sẽ hấp thụ rất mạnh năng lượng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại, do vậy năng lượng phản xạ sẽ rất ít

Vì khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sĩng dài khá nhỏ, nên việc sử dụng các kênh sĩng dài để chụp cho ta khả năng đốn đọc thủy văn, ao hồ…

Hình 2.4 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước

Ở dải sĩng nhìn thấy, khả năng phản xạ phổ của nước tương đối phức tạp Tuy nhiên, nước trong điều kiện tự nhiên khơng phải lúc nào cũng lý tưởng như nước cất Thơng thường nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vơ cơ,

vì vậy khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước Các nghiên cứu cho thấy nước đục cĩ khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong, nhất là những dải sĩng dài Với độ sâu tối thiểu là 30m, nồng độ tạp chất gây đục là 10mg/l thì khả năng phản xạ phổ lúc đĩ là hàm số của thành phần nước chứ khơng cịn là ảnh hưởng của chất đáy

Người ta đã chứng minh được rằng khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc rất nhiều vào độ đục của nước, ở dải sĩng 0,6-0,7µm thì độ đục của nước

và khả năng phản xạ phổ có mối liên hệ tuyến tính

Hàm lượng diệp lục tố trong nước cũng là một yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ của nước ở bước sóng ngắn và làm tăng khả năng phản

xạ phổ của nước ở bước sóng có màu xanh lá cây

Ngoài ra, một số yếu tố khác có ảnh hưởng lớn ñến khả năng phản xạ phổ của nước nhưng cũng có nhiều ñặc tính quan trọng khác của nước không thể hiện ñược rõ qua sự khác biệt về phổ như ñộ mặn của nước biển, hàm lượng khí mêtan, ôxi, nitơ, cacbonic [7]

2.1.4.3 ðặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

ðặc tính chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo

ñộ dài bước sóng, sự khác nhau về khả năng phản xạ phổ thấy rõ nhất ở khoảng phổ hẹp màu ñỏ Trên hình 2.5 chỉ ra khả năng phản xạ phổ của 3 loại ñất khô là ñất mùn, ñất bụi và ñất cát

Hình 2.5 ðặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Thổ nhưỡng chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ mà không có năng lượng thấu quang Các loại ñất có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau thì khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau

Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ của ñất là cấu trúc bề mặt của ñất, ñộ ẩm của ñất, hợp chất hữu cơ, hợp chất vô cơ

Với ñất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ vì chúng ở sít nhau hơn Với hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn do vậy khả năng vận chuyển không khí và ñộ ẩm cũng dễ dàng hơn Khi ẩm ướt trên mỗi hạt cát sẽ bọc một

1 §Êt mïn

2 §Êt c¸t

3 §Êt bôi

r%

1

2

3

màng mỏng nước do vậy độ ẩm và lượng nước trong trong loại đất này sẽ cao hơn và do đĩ ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của chúng Khi độ ẩm tăng, khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm do vậy khi hạt nước rơi vào cát khơ ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn Tuy nhiên cát đã ẩm thì nếu hạt nước rơi vào cũng khơng cĩ sự khác biệt nhiều

Một yếu tố nữa ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ là hợp chất hữu

cơ trong đất Với hàm lượng hữu cơ từ 0,5 – 5,0% đất cĩ màu nâu xẫm Nếu hàm lượng hữu cơ thấp hơn đất sẽ cĩ màu nâu sáng

Ơ xít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của đất Khả năng phản xạ phổ tăng khi hàm lượng ơ xít sắt giảm xuống nhất là ở vùng phổ nhìn thấy (cĩ thể làm giảm tới 40% khả năng phản xạ phổ khi hàm lượng ơ xít sắt tăng lên) Khi loại bỏ ơ xít sắt ra khỏi đất thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên rõ rệt ở dải sĩng từ 0,5-1,4µm

Các vùng phản xạ và bức xạ phổ cĩ thể sử dụng ghi nhận thơng tin về đất, cịn hình ảnh ở hai vùng này là dấu hiệu để đốn đọc các đặc tính của đất [7]

2.1.5 Giải đốn ảnh viễn thám

Giải đốn ảnh là quá trình chiết tách các thơng tin định tính cũng như định lượng từ ảnh

Cĩ hai phương pháp giải đốn ảnh viễn thám đĩ là thực hiện bằng mắt

và bằng xử lý số

2.1.5.1 Giải đốn ảnh bằng mắt

Trong việc xử lý thơng tin viễn thám thì đốn đọc bằng mắt là cơng việc đầu tiên, phổ biến nhất và cĩ thể áp dụng trong mọi điều kiện trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp và cĩ thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau như địa lý, địa chất, nơng nghiệp, thủy văn, mơi trường…

ðốn đọc bằng mắt là sử dụng mắt thường cĩ sự trợ giúp của các dụng

cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu… Cơ sở để đốn đọc

là các chuẩn đốn đọc vẽ và mẫu đốn đọc Các chuẩn đốn đọc bao gồm:

- Chuẩn kích thước: Kích thước của một đối tượng được xác định theo

tỷ lệ ảnh và kích thước đo được trên ảnh Dựa vào thơng tin này cũng cĩ thể

phân biệt được các đối tượng trên ảnh

- Chuẩn hình dạng: Hình dạng là những đặc trưng bên ngồi tiêu biểu cho từng đối tượng vì vậy nĩ cĩ ý nghĩa quan trọng trong đốn đọc Ví dụ hồ hình mĩng ngựa là các khúc sơng cụt, dạng chổi sáng màu là các cồn cát…

- Chuẩn bĩng: Bĩng của vật thể cĩ thể dễ dàng nhận thấy khi khi nguồn sáng khơng nằm chính xác ở đỉnh đầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên Dựa vào bĩng của vật thể cĩ thể xác định được chiều cao của đối tượng

- Chuẩn độ đen: ðộ đen là một chuẩn quan trọng để xác định tính chất của đối tượng Cát khơ phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng cĩ màu trắng, trong khi đĩ cát ướt cĩ màu tối hơn trên ảnh đen trắng Trên ảnh hồng ngoại đen trắng, cây lá nhọn phản xạ mạnh tia hồng ngoại nên cĩ màu trắng cịn nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sĩng này nên bao giờ cũng cĩ màu đen

- Chuẩn màu sắc: Màu sắc giúp cho người đốn đọc dễ dàng xác định được các đối tượng trên ảnh là thực vật, nước, đất trống, đất đơ thị, hoặc xác định được ngay đĩ là kiểu lồi thực vật gì

- Chuẩn cấu trúc: Cấu trúc là tập hợp của nhiều đặc tính rất rõ ràng trên ảnh, ví dụ một bãi cỏ khơng bị lẫn các lồi cây khác cho một cấu trúc mịn trên ảnh, ngược lại rừng hỗn giao cho một cấu trúc sần sùi

- Chuẩn phân bố: Là tập hợp của nhiều hình dạng nhỏ phân bố theo một quy luật nhất định trên tồn cảnh và trong mối quan hệ tương hỗ với đối tượng cần nghiên cứu Hình ảnh của các dãy nhà, ruộng lúa nước, đồi chè tạo ra những hình mẫu riêng đặc trưng cho các đối tượng

- Chuẩn mối quan hệ tương hỗ: Một tổng thể các chuẩn đốn đọc, mơi trường xung quanh hoặc mối liên quan của các đối tượng cung cấp thơng tin đốn đọc quan trọng

ðể trợ giúp cho cơng tác đốn đọc người ta thành lập các mẫu đốn đọc Tất cả các chuẩn đốn đọc cùng với các thơng tin về thời gian chụp, mùa chụp, tỷ lệ ảnh đều phải đưa vào mẫu đốn đọc Một bộ mẫu đốn đọc khơng chỉ gồm phần ảnh mà cịn mơ tả bằng lời

2.1.5.2 ðốn đọc bằng xử lý số

Các tư liệu ảnh trong viễn thám phần lớn đều ở dạng số nên vấn đề

đốn đọc bằng xử lý số là vấn đề quan trọng Quá trình đốn đọc bằng xử lý

số gồm các giai đoạn: Nhập số liệu, khơi phục và hiệu chỉnh ảnh, biến đổi ảnh, phân loại ảnh và xuất kết quả

- Nhập số liệu: Cĩ hai nguồn tư liệu chính là ảnh số và ảnh tương tự Ảnh tương tự được chuyển thành dạng số thơng qua các máy quét

- Khơi phục và hiệu chỉnh ảnh: ðây là giai đoạn mà các tín hiệu số được hiệu chỉnh hệ thống nhằm tạo ra một tư liệu ảnh cĩ thể sử dụng được Nĩ bao gồm các bước sau:

+ Hiệu chỉnh bức xạ: Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu một mức độ nhiễu xạ nhất định Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải thực hiện một số phép tiền xử lý Khi thu các bức xạ từ mặt đất trên các vật mang trong vũ trụ, người ta thấy chúng cĩ một số sự khác biệt so với trường hợp quan sát cùng đối tượng đĩ ở khoảng cách gần ðiều này chứng tỏ ở những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất định gây bởi ảnh hưởng của gĩc nghiêng và độ cao mặt trời, một số điều kiện quang học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, độ mù Chính vì vậy, để bảo đảm được sự tương đồng nhất định về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ

+ Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên đường truyền xuống mặt đất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất định trước khi tới được mặt đất và bức xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới được bộ cảm Do vậy, bức xạ mà bộ cảm thu được chứa đựng khơng phải chỉ riêng năng lượng hữu ích mà cịn nhiều thành phần nhiễu khác Hiệu chỉnh khí quyển là một cơng đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ khơng mang thơng tin hữu ích

+ Hiệu chỉnh hình học: Méo hình hình học được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa tọa độ ảnh thực tế đo được và tọa độ ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm

cĩ thiết kế hình học lý tưởng và trong các điều kiện thu nhận lý tưởng Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng được mối tương quan giữa hệ toạ độ ảnh đo

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

- Biến đổi ảnh: Bao gồm các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng

ảnh, biến đổi tuyến tính

+ Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách đặc tính

Tăng cường chất lượng cĩ thể được định nghĩa như một thao tác chuyển đổi nhằm thể hiện ảnh với cường độ, độ tương phản phù hợp với thiết bị hiển thị ảnh Chiết tách đặc tính là một 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

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

Nếu ta gán màu đỏ cho kênh hồng ngoại, màu lục cho kênh đỏ, màu chàm cho kênh lục thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu giả Trong tổ hợp màu này, thực vật cĩ màu đỏ, đất trống thường cĩ cường độ rất cao nên cĩ màu trắng, nước cĩ màu xanh là tổ hợp của hai màu chàm và màu lục

- Phân loại ảnh:

Mục đích của quá trình phân loại là tự động phân loại tất cả các pixel trong ảnh thành các lớp phủ đối tượng Cĩ hai phương pháp phân loại cơ bản

là phân loại khơng kiểm định và phân loại cĩ kiểm định

+ Phân loại cĩ kiểm định: ðược dùng để phân loại các đối tượng theo yêu cầu của người sử dụng Trong phân loại cĩ kiểm định người giải đốn kiểm tra quá trình phân loại pixel bằng việc quy định cụ thể theo thuật tốn máy tính các mơ tả bằng số các loại lớp phủ mặt đất gọi là dữ liệu mẫu ðể cĩ kết quả phân loại đúng dữ liệu mẫu cần phải vừa đặc trưng vừa đầy đủ Việc phân loại thường dùng ba thuật tốn: thuật tốn phân loại theo xác suất cực đại, thuật tốn phân loại theo khoảng cách ngắn nhất, thuật tốn phân loại hình hộp

+ Trong phân loại khơng kiểm định khơng sử dụng dữ liệu mẫu làm cơ

sở để phân loại mà dùng các thuật tốn để xem xét các pixel chưa biết trên một

ảnh và kết hợp chúng thành một số loại dựa trên các nhóm tự nhiên hoặc các loại tự nhiên có trên ảnh

- Xuất kết quả: Sau khi hoàn thành tất cả các quá trình xử lý cần phải xuất kết quả Có thể lựa chọn không hạn chế các sản phẩm ựầu ra, ựó là sản phẩm bản ựồ ựồ họa, các số liệu thống kê hay các file dữ liệu số [5]

2.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN đỊA LÝ

2.2.1 định nghĩa về hệ thống thông tin ựịa lý

Hệ thống thông tin ựịa lý (GIS) là một tập công cụ ựể thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến ựổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện mục ựắch cụ thể đó là hệ thống thể hiện các ựối tượng từ thế giới thực thông qua:

- Vị trắ ựịa lý của ựối tượng thông qua một hệ toạ ựộ

- Các thuộc tắnh của chúng mà không phụ thuộc vào vị trắ

- Các quan hệ không gian giữa các ựối tượng (quan hệ topo) Một số ựịnh nghĩa về GIS:

- Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm các phần mềm, phần cứng máy tắnh và một cơ sở dữ liệu ựủ lớn, có các chức năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tắch, biểu diễn dữ liệu ựịa lý phục vụ giải quyết lớp rộng lớn các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trắ ựịa lý trên bề mặt trái ựất

- Hệ thống thông tin ựịa lý là một tập hợp những nguyên lý, phương pháp, công cụ và dữ liệu không gian ựược sử dụng ựể quản lý, duy trì, chuyển ựổi, phân tắch, mô hình hoá, mô phỏng, làm bản ựồ những hiện tượng và quá trình phân bố trong không gian ựịa lý

Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tắch các sự kiện, dự ựoán tác ựộng và hoạch ựịnh chiến lược)

GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên

ựề có thể liên kết với nhau nhờ các ựặc ựiểm ựịa lý [6]

Hình 2.6 Một bản ñồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp

thông tin khác nhau 2.2.2 Các thành phần chính của hệ thống thông tin ñịa lý

Một hệ thống thông tin ñịa lý ñược kết hợp bới 5 thành phần chính là:

Hình 2.7 Các thành phần chính của GIS

- Ph ần cứng:

Phần cứng của một hệ GIS gồm máy vi tính, cấu hình và mạng công việc của máy tính, các thiết bị ngoại vi nhập xuất dữ liệu và lưu trữ dữ liệu Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm ñến các máy trạm hoạt ñộng ñộc lập hoặc liên kết mạng

- Ph ần mềm:

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết ñể lưu giữ phân tích và hiển thị thông tin ñịa lý Các thành phần chính trong phần mềm GIS là: Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin ñịa lý; Hệ quản trị cơ

sở dữ liệu (DBMS); Công cụ hỗ trợ hỏi ñáp, phân tích và hiển thị ñịa lý; Giao diện ñồ hoạ người-máy ñể truy cập các công cụ dễ dàng

- D ữ liệu:

Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các

dữ liệu ñịa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể ñược người sử dụng tự tập hợp hoặc mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng Hệ quản trị cơ

sở dữ liệu (DBMS) ñể tổ chức lưu trữ và quản lý dữ liệu

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý

hệ thống và phát triển những ứng dụng của GIS trong thực tế Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống hoặc những người dùng GIS ñể giải quyết các vấn ñề trong công việc

- Ph ương pháp:

Mỗi dự án GIS chỉ thành công khi nó ñược quản lý tốt và người sử dụng

hệ thống phải có kỹ năng tốt, nghĩa là phải có sự phối hợp tốt giữa công tác quản lý và công nghệ GIS [6]

2.2.3 Ứng dụng của GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Ngày nay, GIS là một công cụ trợ giúp quyết ñịnh sự thành công trong nhiều hoạt ñộng kinh tế-xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới

Hệ thống thông tin ñịa lý có khả năng ñánh giá hiện trạng của quá trình, các thực thể của tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin ñược gắn với nền hình học (bản

ñồ) nhất quán trên cơ sở tọa ñộ của các dữ liệu ñầu vào Do ñó, việc ứng dụng

hệ thống thông tin ñịa lý là rất cần thiết, phù hợp với xu thế tin học hóa xã hội

và yêu cầu phát triển kinh tế-xã hội của tất cả các quốc gia

Nhờ những khả năng phân tích và xử lý ña dạng, kỹ thuật GIS hiện nay ñược ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, ñược xem là công cụ hỗ trợ quyết ñịnh ñặc biệt là trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường GIS ñược ứng dụng ñể quản lý các tài nguyên như:

viễn thám và GIS là việc hợp nhất các ưu ñiểm của hai loại tư liệu viễn thám

và GIS thành một thể thống nhất, ñồng thời tìm cách hạn chế các yếu ñiểm của hai loại tư liệu nói trên

2.3.2 Tại sao phải tích hợp

Người ta phải tích hợp tư liệu viễn thám và GIS vì những lý do sau:

- Viễn thám là một trong những công nghệ thu thập dữ liệu quan trọng

và hiệu quả nhất cho việc cập nhật và xây dựng cơ sở dữ liệu GIS

- Nguồn cung cấp thông tin ñịa lý là số liệu trắc ñịa-bản ñồ, ảnh hàng không, ảnh viễn thám, số liệu ñiều tra, thống kê hữu hiệu cho việc thu thập dữ liệu

ñể cập nhật cho GIS, nhưng những dữ liệu sẵn có ñược lưu trữ trong GIS cũng là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc phân loại và xử lý ảnh viễn thám Giải pháp xử lý tích hợp viễn thám và GIS là phối hợp ưu thế của hai công nghệ trong việc thu thập, lưu trữ, phân tích và xử lý dữ liệu ñịa lý ñể nâng cao năng suất

trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian (xem hình 2.8)

Hình 2.8 Vai trò của viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật

cơ sở dữ liệu GIS

- Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nhằm tạo ra công nghệ cung cấp dữ liệu ñịa lý cần thiết cho GIS, nhằm ñáp ứng nhu cầu ña dạng trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường…

- Công nghệ viễn thám là một trong những công nghệ thu thập dữ liệu không gian quan trọng và hiệu quả nhất Sự tích hợp tư liệu viễn thám và GIS dựa trên tư liệu raster rất khả thi vì cấu trúc dữ liệu giống nhau, hơn nữa có sự tương ñồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS, cả hai kỹ thuật này ñều xử lý dữ liệu không gian và có thể thành lập bản ñồ số, ñặc biệt là có cùng một số thuật toán xử lý dữ liệu không gian số Khi ảnh vệ tinh ñã ñược xử lý và cung cấp dưới dạng tương thích với GIS, những chức năng phân tích của GIS có thể áp dụng hiệu quả ñối với tư liệu viễn thám Do ñó, công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám

và GIS không chỉ sử dụng ảnh viễn thám phối hợp với dữ liệu vector của GIS (ranh giới, tọa ñộ, ñộ cao…), phối hợp các chức năng sẵn có của hai công nghệ

mà còn có thể khai thác tối ña dữ liệu thuộc tính nhằm ñạt hiệu quả cao nhất trong việc cung cấp thông tin ñáp ứng nhanh các nhu cầu trong quy hoạch, theo dõi

Ảnh hàng không

Ảnh số Bản ñồ giấy

Dữ liệu

ðo ñạc vị trí ñiểm

Mô hình toán học

biến động sử dụng đất và thành lập bản đồ chuyên đề…

Ảnh số vệ tinh sau khi được giải đốn hoặc phân tích, xử lý để tạo ra dữ liệu cĩ tỷ lệ thích hợp theo yêu cầu ứng dụng, hoặc được sử dụng để xây dựng mơ hình số độ cao (DEM), hay thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật,… sẽ là nguồn cung cấp thơng tin quan trọng cho GIS

+ Với khả năng cung cấp ảnh số độ phân giải cao và chu kỳ lặp ngắn (cập nhật thơng tin trong vài ngày), tư liệu viễn thám đã gĩp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng GIS trong quản lý, quy hoạch và phát triển đơ thị (xem hình 2.9) Ngồi

ra, tư liệu viễn thám đa thời gian là cơng cụ hữu hiệu cho phép chồng lớp bản đồ

và phân tích biến động đáp ứng các yêu cầu của người sử dụng

Hình 2.9 ðộ chính xác của ảnh vệ tinh và yêu cầu cập nhật dữ liệu

+ Việc sử dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS cho phép cập nhật, xây dựng dữ liệu và phân tích biến động hiệu quả và đĩng vai trị khá quan trọng cho việc hỗ trợ ra quyết định nhanh, trên phạm vi rộng với giá thành rẻ (xem hình 2.10)

Với chức năng tích hợp, GIS thực hiện việc chồng xếp những lớp thơng tin khác nhau thơng qua việc sử dụng nguồn dữ liệu đa dạng được xây dựng trên một hệ quy chiếu thống nhất

ðộ chính xác khơng gian (m) 0.5

ðịa hình Quy hoạch sử dụng đất

Ảnh IKONOS SPOT LANDSAT AVHRR

Thời gian cập

nhật (năm)

Hình 2.10 Vai trò của GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết ựịnh

Công nghệ viễn thám cho phép thành lập bản ựồ tự ựộng trên một phạm

vi rộng lớn và cập nhật nhanh dữ liệu Các thông tin chuyên ựề tạo ra ở dạng số

từ công nghệ viễn thám dễ dàng ựược tổ chức thành các lớp thông tin hợp lý cho việc lưu trữ, quản lý, phân tắch và hiển thị trong môi trường GIS Ngược lại, nguồn dữ liệu sẵn có trong GIS luôn ựược cập nhật ựể ựảm bảo tắnh hiện thời nhằm phản ánh chắnh xác thế giới thực sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc nắn chỉnh hình học, tạo dữ liệu mẫu, phân loại và ựánh giá chất lượng sau khi xử lý ảnh trong GIS như ựiểm khống chế mặt ựất rất cần thiết cho nắn chỉnh hình học, lớp vùng về ranh giới hành chắnh, loại hình sử dụng ựất quan trọng cho công tác giải ựoán ảnh

Công nghệ tắch hợp tư liệu viễn thám và GIS sẽ cập nhật hay xây dựng cơ

sở dữ liệu GIS trên diện rộng và tiết kiệm nhiều công sức và thời gian thực hiện

- Mặc dù, tư liệu viễn thám có trữ lượng thông tin khá lớn (ựộ phân giải không gian, ựộ phân giải thời gian và ựộ phân giải phổ lớn) song khi giải ựoán chúng, ựôi khi ta gặp phải trường hợp khó giải ựoán hoặc không giải ựoán ựược Những trường hợp như vậy, nếu có tư liệu GIS hỗ trợ thì việc giải ựoán chúng sẽ dễ dàng và chắnh xác hơn rất nhiều.Vắ dụ, khi giải ựoán vùng trồng ngô và vùng trồng mắa: cả hai loại cây trồng này ựều có ựiều kiện sinh trưởng, chiều cao cây, khả năng phản xạ phổ, gần như nhau nên rất khó phân biệt, thế nhưng nếu biết ựược phong tục, tập quán canh tác của cư dân vùng ựó thì

Thống kê Hoạt ựộng của con người Thông báo cho công chúng

Cơ sở dữ liệu

Tác ựộng của con người;

đô thị hoá, công nghiệp hoá;

Chuyển ựổi môi trường;

Biến ựộng sử dụng ựất, thay ựổi khắ hậu;

Ô nhiễm môi trường, sạt lở ựất, lũ lụt, phá rừng, thay ựổi tập quán,Ầ

Phân tắch, ựánh giá bằng GIS Giám sát bằng Viễn thám

sẽ cĩ câu trả lời chính xác cho việc phân loại cây trồng ở vùng nĩi trên (Ví dụ,

ở vùng núi Hà Giang, Cao Bằng đồng bào Mèo thường ăn mèn mén, uống rượu ngơ nên cây lương thực chủ yếu của họ là cây ngơ, nếu biết được tập quán canh tác của họ thì chúng ta sẽ giải đốn chính xác loại cây trồng này) Mặt khác, trong một số bài tốn phân loại ảnh viễn thám, GIS là cơng cụ hỗ trợ đắc lực cho các chuyên gia viễn thám trong việc cung cấp thơng tin bổ trợ như ranh giới, độ cao, độ dốc [5]

2.3.3 Khả năng ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS

Ảnh viễn thám sau khi phân loại sẽ thể hiện sự phân bố của các đối tượng theo khơng gian và thời gian Do đĩ, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ ra hiện trạng sử dụng đất tại thời điểm chụp ảnh và với ảnh đa thời gian cho phép thành lập các lớp chuyên đề sử dụng đất trên vùng đất cụ thể nhưng ở các thời điểm khác nhau Bằng chức năng chồng xếp và phân tích, GIS cho phép tích hợp

từ các kết quả phân loại của nhiều thời điểm chụp để thành lập nhanh và chính xác bản đồ biến động sử dụng đất của khu vực Với chức năng tự động cung cấp thơng tin về sự thay đổi giữa các loại hình sử dụng đất theo từng thời điểm yêu cầu hoặc theo đơn vị hành chính, GIS cho phép người sử dụng giám sát quá trình

biến động sử dụng đất theo bất kỳ loại hình nào và ở bất kỳ khoảng thời gian nào

Giải pháp truyền thống là so sánh bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã thành lập tại hai thời điểm yêu cầu, những khu vực thay đổi sẽ được thể hiện trên tờ bản

đồ thứ ba gọi là bản đồ biến động đất cho ta thấy những thay đổi của các loại hình

sử dụng đất Tuy nhiên, ở khu vực mà loại hình sử dụng đất thay đổi nhanh thì giải pháp này khơng đáp ứng được yêu cầu ðộ chính xác và tính hiện thời của bản đồ bị giảm vì phải mất nhiều thời gian để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng phương pháp tổng hợp Ngồi ra, bản đồ biến động đất loại này thường chứa nhiều sai sĩt vì hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã thành lập tại hai thời điểm khơng cùng thống nhất về chi tiết nội dung và độ chính xác yêu cầu

Nếu sử dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS thì sẽ đảm bảo được tính hiện thời của thơng tin, dễ dàng kiểm tra mức độ chi tiết và tính thống nhất của dữ liệu, cũng như khơng bị ảnh hưởng do tỷ lệ và phép chiếu của bản đồ gây ra

Việc tắch hợp tư liệu viễn thám và GIS cũng rất có hiệu quả trong việc thành lập bản ựồ biến ựộng lớp phủ thực vật, bản ựồ biến ựộng môi trường v.v [5]

2.3.4 Một số ứng dụng của viễn thám và GIS ở Việt Nam

Việc ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin ựịa lý GIS phục vụ theo dõi, quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường ựã ựược một số nước trên thế giới ứng dụng từ những năm 1970 Tuy nhiên, ở Việt Nam do thiếu kinh phắ, các trang thiết bị thu phát vệ tinh nên viễn thám và GIS chỉ mới ựược ựưa vào ứng dụng trong thập kỷ vừa qua Một số nghiên cứu của các nhà khoa học ựã khẳng ựịnh ựược vai trò của viễn thám và GIS Sau ựây là một số ứng dụng của viễn thám và GIS ở Việt Nam

- Ứng dụng tư liệu viễn thám ựộ phân giải trung bình phục vụ giám sát và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường khu vực Tây Nguyên và đông Nam Bộ (2002) của Nguyễn đình Dương, Viện địa lý-Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia (sử dụng ảnh vệ tinh MODIS)

- Xây dựng hệ thống thông tin theo dõi mùa vụ, phân bố lúa, diễn biến lũ

ở ựồng bằng Sông cửu Long năm 1999, 2000 của Phạm Văn Cự, Trung tâm viễn thám và Geomatic, Viện địa chất (sử dụng ảnh vệ tinh Radarsat)

- Sử dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin ựịa lý (GIS) trong ựánh giá biến ựộng lớp phủ và sử dụng ựất ở lưu vực sông Serepok, Tây Nguyên (1995) của Nguyễn Thanh Xuân, Trung tâm Viễn thám-Viện ựiều tra Quy hoạch nông nghiệp (Sử dụng ảnh hàng không, ảnh vệ tinh SPOT, ảnh vệ tinh Landsat)

- Ứng dụng tư liệu viễn thám thành lập bộ bản ựồ phục vụ quản lý dải ven biển của Nguyễn đình Thảo và các cộng sự, Trung tâm viễn thám-Bộ Tài nguyên và Môi trường

- Xây dựng bản ựồ diễn biến rừng tỷ lệ 1/100 000 ở Lâm đồng, Nghệ An, Lai Châu (1998)-Trung tâm tư vấn Thông tin Lâm nghiệp (CFIC), Viện điều tra Quy hoạch rừng (sử dụng ảnh vệ tinh Landsat)

- Xử lý ảnh vệ tinh số Landsat TM phục vụ chỉnh lý, xây dựng bản ựồ rừng tỷ lệ 1/25000 tỉnh Thanh Hoá, tỉnh đồng Nai (1999) Trung tâm tư vấn

Thông tin Lâm nghiệp (CFIC), Viện điều tra Quy hoạch rừng

- Thiết lập vận hành trạm thu ảnh vệ tinh viễn thám NOAA phục vụ phân tắch diễn biến rừng, theo dõi cháy rừng, xây dựng cơ sở dữ liệu trường nhiệt mặt biển (1999), ựề tài nhà nước KHCN01-11-Trung tâm tư vấn Thông tin Lâm nghiệp (CFIC), Viện điều tra Quy hoạch rừng

- Phối hợp ảnh Landsat TM và ảnh SAR thành lập bản ựồ khu vực ựô thị của Nguyễn đình Dương, Viện địa lý-Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia

- Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu sự thay ựổi sử dụng ựất vùng thượng nguồn lưu vực sông Cả giai ựoạn 1992-1998, (2001) của Trần đức Viên và các cộng sự, Trung tâm sinh thái Nông nghiệp, Trường đại học Nông nghiệp I Hà Nội

- Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu sự thay ựổi sử dụng ựất huyện Yên Châu-Tỉnh Sơn La giai ựoạn 1989-2000, (2001) của Lê Thị Giang, Khoa đất và Môi trường, Trường đại học Nông nghiệp I-Hà Nội [11]

2.4 KHÁI QUÁT VỀ BẢN đỒ BIẾN đỘNG SỬ DỤNG đẤT

2.4.1 Bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất và các phương pháp thành lập

2.4.1.1 Những vấn ựề chung về bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất

Biến ựộng là sự biến ựổi, thay ựổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như môi trường xã hội

Phát hiện biến ựộng là quá trình nhận dạng sự biến ựổi, sự khác biệt về trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời ựiểm khác nhau

để nghiên cứu biến ựộng sử dụng ựất người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau như: số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiêm kê hoặc từ các cuộc ựiều tra Các phương pháp này có ựộ chắnh xác không cao, tốn nhiều thời gian và kinh phắ, ựồng thời chúng không thể hiện ựược sự thay ựổi sử dụng ựất từ loại ựất này sang loại ựất khác và vị trắ không gian của sự thay ựổi ựó Thành lập bản ựồ biến ựộng sử dụng ựất từ

tư liệu viễn thám ựa thời gian sẽ khắc phục ựược những nhược ựiểm trên

Bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các bản ñồ chuyên ñề như: ñịa hình, ñịa vật, giao thông, thủy văn… phải thể hiện ñược sự biến ñộng về sử dụng ñất theo thời gian

Các thông tin về tình hình sử dụng ñất, biến ñộng sử dụng ñất kết hợp với các thông tin có liên quan là yếu tố quan trọng phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch và quản lý ñất ñai ñể ñảm bảo sử dụng ñất bền vững, hiệu quả, thân thiện môi trường và quan trọng nhất là ñảm bảo an ninh lương thực Các số liệu ñiều tra về tình hình biến ñộng sử dụng ñất có thể ñã ñược phân tích và thống kê tổng hợp dưới dạng bảng biểu nhưng chưa phân tích hay trình bày số liệu này dưới dạng không gian ñịa lý hoặc làm chúng dễ tiếp cận hơn ñối với các nhà nghiên cứu hoặc các nhà hoạch ñịnh chính sách Tiềm năng của

hệ thống thông tin ñịa lý hiện ñại trong việc phân tích dữ liệu không gian ñể thành lập bản ñồ vẫn chưa ñược ứng dụng rộng rãi Việc thể hiện sự biến ñộng của số liệu theo không gian ñịa lý làm tăng giá trị của số liệu lên rất nhiều ñặc biệt ñối với nước ta, một nước có lãnh thổ trải dài trên 3000km, hai vùng ñồng bằng châu thổ rộng lớn tương phản với các vùng miền núi bao la Sự ña dạng về ñặc ñiểm kinh tế xã hội và việc sử dụng ñất ñược ñánh giá rõ hơn ở dưới dạng bản ñồ

Ưu ñiểm của bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất là thể hiện ñược rõ sự biến ñộng theo không gian và theo thời gian Diện tích biến ñộng ñược thể hiện rõ ràng trên bản ñồ, ñồng thời cho chúng ta biết có biến ñộng hay không biến ñộng, hay biến ñộng từ loại ñất nào sang loại ñất nào Nó có thể ñược kết hợp với nhiều nguồn dữ liệu tham chiếu khác ñể phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều mục ñích khác nhau như quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê ñất ñai

Về cơ bản, bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ñược thành lập trên cơ sở hai bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời ñiểm nghiên cứu vì vậy ñộ chính xác của bản ñồ này phụ thuộc vào ñộ chính xác của các bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời ñiểm nghiên cứu

2.4.1.2 Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất và biến

ñộng lớp phủ bề mặt

Tiền ñề cơ bản ñể sử dụng dữ liệu viễn thám nghiên cứu biến ñộng là

những thay ñổi lớp phủ trên bề mặt ñất phải ñưa ñến sự thay ñổi về giá trị bức

xạ và những sự thay ñổi về bức xạ do sự thay ñổi lớp phủ phải lớn hơn so với những thay ñổi về bức xạ gây ra bởi các yếu tố khác Những yếu tố khác bao gồm sự khác biệt về ñiều kiện khí quyển, sự khác biệt về góc chiếu tia mặt trời,

sự khác biệt về ñộ ẩm của ñất Ảnh hưởng của các yếu tố này có thể ñược giảm từng phần bằng cách chọn dữ liệu thích hợp

Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến ñộng rất quan trọng Trước tiên, chúng ta phải xác ñịnh ñược phương pháp phân loại ảnh ñược sử dụng Sau ñó cần xác ñịnh rõ yêu cầu nghiên cứu có cần biết chính xác thông tin về nguồn gốc của sự biến ñộng hay không Từ ñó có sự lựa chọn phương pháp thích hợp Tuy nhiên tất cả các nghiên cứu ñều cho thấy rằng, các kết quả về biến ñộng ñều phải ñược thể hiện trên bản ñồ biến ñộng và các bảng tổng hợp Các phương pháp nghiên cứu biến ñộng khác nhau sẽ cho những bản ñồ biến ñộng khác nhau Có nhiều phương pháp nghiên cứu biến ñộng thường ñược sử dụng Dưới ñây là một số phương pháp ñược sử dụng rộng rãi ñể nghiên cứu biến ñộng và thành lập bản ñồ biến ñộng

* Phương pháp so sánh sau phân loại

Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại ảnh ở hai thời ñiểm khác nhau ta thành lập ñược bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tại hai thời ñiểm ñó Sau ñó chồng ghép hai bản ñồ hiện trạng ñể xây dựng bản ñồ biến ñộng Các bản

ñồ hiện trạng sử dụng ñất có thể thực hiện dưới dạng bản ñồ raster

Phương pháp so sánh sau phân loại ñược sử dụng rộng rãi nhất, ñơn giản, dễ hiểu và dễ thực hiện Sau khi ảnh vệ tinh ñược nắn chỉnh hình học sẽ tiến hành phân loại ñộc lập ñể tạo thành hai bản ñồ Hai bản ñồ này ñược so sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến ñộng

Ưu ñiểm của phương pháp này cho biết sự thay ñổi từ loại ñất gì sang loại ñất gì và chúng ta cũng có thể sử dụng các bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

ñã ñược thành lập trước ñó

Nhược ñiểm của phương pháp này là phải phân loại ñộc lập các ảnh viễn thám nên ñộ chính xác phụ thuộc vào ñộ chính xác của từng phép phân loại và thường ñộ chính xác không cao vì các sai sót trong quá trình phân loại của từng ảnh vẫn ñược giữ nguyên trong bản ñồ biến ñộng [2]

Hình 2.11 Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng phương pháp

so sánh sau phân loại

* Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh ña thời gian

Phương pháp này thực chất là chồng xếp hai ảnh với nhau ñể tạo thành ảnh biến ñộng Sau ñó dựa vào ảnh biến ñộng ta tiến hành phân loại và thành lập bản ñồ (hình 2.12)

Hình 2.12 Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng phương pháp

phân loại trực tiếp ảnh ña thời gian

Ưu ñiểm của phương pháp này là chỉ phải phân loại một lần Nhưng nhược ñiểm lớn nhất của nó là rất phức tạp trong lấy mẫu vì phải lấy tất cả các mẫu biến ñộng và không biến ñộng Hơn nữa, ảnh hưởng của sự thay ñổi theo thời gian (các mùa trong năm) và ảnh hưởng của khí quyển của các ảnh ở các

Bản ñồ hiện trạng 2

Bản ñồ biến ñộng

Phân loại Bản ñồ biến ñộng

Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

Ảnh thời ñiểm 1

Ảnh thời ñiểm 2

Ảnh biến ñộng

thời ñiểm khác nhau cũng không dễ ñược loại trừ, do ñó ảnh hưởng ñến ñộ

chính xác của phương pháp

Thêm vào ñó bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ñược thành lập theo phương

pháp này chỉ cho ta biết ñược chỗ biến ñộng và chỗ không biến ñộng chứ

không cho biết ñược biến ñộng theo xu hướng nào [2]

* Phương pháp phân tích véctơ thay ñổi phổ

Khi ở trong khu vực nghiên cứu có biến ñộng xảy ra thì nó ñược thể

hiện bằng sự khác biệt về phổ ở giữa hai thời ñiểm trước và sau biến ñộng Giả

sử xác ñịnh ñược giá trị phổ trên hai kênh x và y tại hai thời ñiểm trước và sau

biến ñộng như trên hình 2.13

Hình 2.13 Vector thay ñổi phổ

ðiểm 1 biểu thị giá trị phổ tại thời ñiểm trước khi xảy ra biến ñộng, ñiểm

2 biểu thị giá trị phổ tại thời ñiểm sau khi xảy ra biến ñộng Khi ñó Vector 12

chính là Vector thay ñổi phổ, và ñược biểu thị bởi giá trị (khoảng cách từ 1 ñến

2) và hướng thay ñổi (góc θ)

Giá trị của Vector thay ñổi phổ tính trên toàn cảnh theo công thức:

Trong ñó: CMpixel là giá trị của Vector thay ñổi phổ,

BVi,j,k(1), BVi,j,k(2) là giá trị phổ của pixel ij, kênh k của ảnh trước và sau khi xảy ra biến ñộng

Việc phân tích Vector thay ñổi ñược ghi lại thành hai tệp dữ liệu: một

tệp chứa các mã của khu vực, một tệp chứa ñộ lớn của các Vector thay ñổi phổ

Thông tin về sự thay ñổi ñược tạo ra từ hai tệp dữ liệu ñó và ñược thể hiện

bằng màu sắc của các pixel tương ứng với các mã ñã quy ñịnh Trên ảnh ña

phổ thay ñổi này sẽ kết hợp cả hướng và giá trị của Vector thay ñổi phổ Sự thay ñổi có xảy ra hay không ñược quyết ñịnh bởi Vector thay ñổi phổ có vượt

ra khỏi ngưỡng quy ñịnh hay không Giá trị ngưỡng ñược xác ñịnh từ kết quả thực nghiệm dựa vào các mẫu biến ñộng và không biến ñộng

Hình 2.14 Thuật toán phân tích thay ñổi phổ

Trường hợp a, không xảy ra biến ñộng hoặc biến ñộng nhỏ vì Vector thay ñổi phổ không vượt khỏi giá trị ngưỡng, trường hợp b, c có xảy ra biến ñộng và hướng của Vector thay ñổi phổ thể hiện tính chất của biến ñộng trong trường hợp

b khác trường hợp c, ví dụ ở trường hợp b có thể xảy ra sự biến mất của thực vật, còn trong trường hợp c chỉ là sự khác biệt giai ñoạn tăng trưởng của cây trồng Sau ñó lớp thông tin thể hiện sự thay ñổi hay không thay ñổi sẽ ñược ñặt lên trên tấm ảnh ñể thành lập bản ñồ biến ñộng

Phương pháp phân tích Vector thay ñổi phổ ñược ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu biến ñộng rừng nhất là biến ñộng hệ sinh thái rừng ngập mặn Nhưng nhược ñiểm của phương pháp này là khó xác ñịnh ngưỡng của sự biến ñộng [2]

* Phương pháp số học

ðây là phương pháp ñơn giản ñể xác ñịnh mức ñộ biến ñộng giữa hai thời ñiểm bằng cách sử dụng tỉ số giữa các ảnh trên cùng một kênh hoặc sự khác nhau trên cùng một kênh của các thời ñiểm ảnh

Trước tiên các ảnh ñược nắn về cùng một hệ tọa ñộ Sau ñó dùng phép các biến ñổi số học ñể tạo ra các ảnh thay ñổi Phép trừ và phép chia số học

Ngưỡng

Không thay ñổi

hoặc thay ñổinhỏ

Kênh y

Kênh x

Thời ñiểm1

Thời ñiểm2

Thay ñổi

Kênh y

Kênh x

Thời ñiểm1

Thời ñiểm2 Thay ñổi

ñược sử dụng trong trường hợp này

Nếu ảnh thay ñổi là kết quả của phép trừ số học thì khi ñó giá trị ñộ xám của các pixel trên ảnh thay ñổi là một dãy số âm và dương Các kết quả

âm và dương biểu thị mức ñộ biến ñổi của các vùng, còn giá trị 0 thể hiện sự không thay ñổi Với giá trị ñộ xám từ 0 ñến 255 thì giá trị pixel thay ñổi trong khoảng từ -255 ñến + 255 Thông thường ñể tránh kết quả mang giá trị âm người ta cộng thêm một hằng số không ñổi

Công thức toán học ñể biểu diễn là

Dijk = BVijk (1)- BVijk (2) + c

Trong ñó:

Dijk: giá trị ñộ xám của pixel thay ñổi

BVijk (1): giá trị ñộ xám của ảnh thời ñiểm 1

BVijk (2): giá trị ñộ xám của ảnh thời ñiểm 2

c: là một hằng số (c = 127)

i: chỉ số dòng; j: chỉ số cột

k: Kênh ảnh (ví dụ kênh 4 trên ảnh Landsat TM)

Ảnh thay ñổi ñược tạo ra bằng cách tổ hợp giá trị ñộ xám theo luật phân

bố chuẩn Gauss Vị trí nào có pixel không thay ñổi, ñộ xám biểu diễn xung quanh giá trị trung bình, vị trí có pixel thay ñổi ñược biểu diễn ở phần biên của ñường phân bố

Cũng tương tự như vậy, nếu ảnh thay ñổi ñược tạo ra từ phép chia số học thì giá trị của các pixel trên ảnh là một tỷ số chứng tỏ ở ñó có sự thay ñổi, nếu bằng 1 thì không có sự thay ñổi

Giá trị giới hạn trên ảnh thay ñổi (tạo ra bởi phép trừ số học) và ảnh tỷ

số kênh sẽ quyết ñịnh ngưỡng giữa ranh giới sự thay ñổi-không thay ñổi, và ñược biểu thị bằng biểu ñồ ñộ xám của ảnh thay ñổi

Thông thường ñộ lệch chuẩn sẽ ñược lựa chọn và kiểm tra theo kinh nghiệm Nhưng ngược lại, hầu hết các nhà phân tích ñều sử dụng phương pháp thử nghiệm nhiều hơn phương pháp kinh nghiệm Giá trị ngưỡng của sự thay ñổi sẽ ñược xác ñịnh khi bắt gặp giá trị thay ñổi trên thực tế

Vì vậy, ñể xác ñịnh ñược ta cần phải hiểu rõ về khu vực nghiên cứu, thậm