Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất cấp huyện

47 2.2 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SO SÁNH SAU PHÂN LOẠI.. Trong công quản lý đất đai , một trong những vai trò quan trọng của công nghệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

-*** -

LÊ ANH TUẤN

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT CẤP HUYỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

-*** -

LÊ ANH TUẤN

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT CẤP HUYỆN

Ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

Mã số : 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Phạm Vọng Thành

HÀ NỘI - 2014

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và các số liệu kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả luận văn

Lê Anh Tuấn

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 2

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

7 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI 3

8 LỜI CẢM ƠN 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT VÀ VIỄN THÁM - GIS 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT 5

1.1.1 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất 5

1.1.2 Cơ sở toán học của bản đồ biến động sử dụng đất 8

1.2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM - GIS 12

1.2.1 Tổng quan về viễn thám 12

1.2.2 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS 32

CHƯƠNG 2 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SO SÁNH SAU PHÂN LOẠI 43

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT 43

2.1.1 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp so sánh sau phân loại 43

2.1.2 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian 44

2.1.4 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh 45

2.1.5 Nghiên cứu biến động bằng phương pháp kết hợp 46

2.1.6 So sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp 47

2.2 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SO SÁNH SAU PHÂN LOẠI 48

2.2.1 Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh: 50

2.2.2 Nhập ảnh: 50

2.2.3 Tăng cường chất lượng ảnh: 50

2.2.4 Nắn chỉnh tư liệu ảnh: 50

2.2.5 Phân loại ảnh: 52

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN MỸ HÀO – TỈNH HƯNG YÊN THỜI KỲ 2003 – 2011 BẰNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS 53

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 53

3.1.1.Vị trí địa lý 53

3.1.2 Diện tích, dân số và đơn vị hành chính 54

3.1.3 Tài nguyên thiên nhiên 55

3.1.4 Kết cấu hạ tầng 56

3.1.5 Văn hóa - du lịch 56

3.1.6 Kinh tế - xã hội 57

3.2 THU THẬP, ĐÁNH GIÁ THÔNG TIN TƯ LIỆU 57

3.2.1 Tư liệu ảnh vệ tinh 57

3.2.2 Tư liệu bản đồ 58

3.3 XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH 58

3.4 THÀNH LẬP BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH 59

3.7 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN MỸ

HÀO – HƯNG YÊN 71

3.8 CHUẨN HOÁ CƠ SỞ DỮ LIỆU 72

3.9 BIÊN TẬP VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT HUYỆN MỸ HÀO – HƯNG YÊN 73

3.10 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT GIAI ĐOẠN 2003 – 2011 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

Bảng 1.1 So sánh hai phương pháp giải đoán 23

Bảng 1.2: Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM 25

Bảng 1.3: Các thông số của ảnh SPOT: 27

Bảng 3.1: Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2003 69

Bảng 3.2: Đánh giá độ chính xác phân loại ảnh năm 2003 70

Bảng 3.3: Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2011 70

Bảng 3.4: Đánh giá kết quả phân loại năm 2011 71

Bảng 3.5: Kết quả biến động các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2003- 2011 76

Hình 1.2: Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng 14

Hình 1.3: Nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám 15

Hình 1.4: Đặc tính phản xạ phổ của lớp phủ thực vật 18

Hình 1.5: Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 19

Hình 1.6: Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 20

Hình 1.7: Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số 22

Hình 1.8: Vệ tinh Landsat 24

Hình 1.9: Vệ tinh SPOT 26

Hình 1.10: Vệ tinh CosMos 28

Hình 1.11: Vệ tinh IKONOS 29

Hình 1.12: Vệ tinh VNREDSat-1 30

Hình 1.13: Cấu trúc của cơ sở tri thức 35

Hình 1.14: Cấu trúc Vector và Raster 36

Hình 2.1: Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp so sánh sau phân loại 43

Hình 2.2: Nghiên cứu biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian 44

Hình 2.3: Nghiên cứu biến động bằng phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh 46

Hình: 2.4: Quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất 49

Hình 3.1: Sơ đồ vị trí huyện Mỹ Hào, tỉnh Hưng Yên 54

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh 60

Hình 3.3 Đồ thị phổ khu vực đất xây dựng 62

Hình 3.4 Đồ thị phổ khu vực mặt nước 63

Hình 3.5 Đồ thị phổ khu vực đất nông nghiệp 63

Hình 3.8 Xây dựng tệp mẫu cho ảnh 64

Hình 3.9 Bảng xây dựng tệp mẫu ảnh năm 2003 65

Hình 3.10 So sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại ảnh năm 2003 65

Hình 3.11 Bảng xây dựng tệp mẫu ảnh năm 2011 66

Hình 3.12 So sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại năm 2011 67

Hình 3.13 Lựa chọn phương pháp phân loại 67

Hình 3.14 Kết quả phân loại ảnh năm 2003 68

Hình 3.15 Kết quả phân loại ảnh năm 2011 68

Hình 3.16 Chú giải bản đồ biến động hiện trạng sử dụng đất thời kỳ 2003-2011 huyện Mỹ Hào - Hưng Yên 74

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực phẩm cho con người Đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp

và văn hóa của con người Nhưng với nhịp độ gia tăng dân số và tốc độ phát triển công nghiệp và hoạt động đô thị hoá như hiện nay thì diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng bị suy thoái, diện tích đất bình quân đầu người giảm Riêng chỉ với ở Việt Nam, thực tế suy thoái tài nguyên đất là rất đáng lo ngại và nghiêm trọng

Trong vòng 50 năm trở lại đây, công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa

lý được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái đất cũng như công tác thành lập bản đồ chuyên đề Công nghệ viễn thám với những ưu thế của nó mà những nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu thông dụng không thể có được như: tính chất cập nhật thông tin, tính chất phong phú của thông tin đa phổ, tính đa dạng của tư liệu

Trong công quản lý đất đai , một trong những vai trò quan trọng của công nghệ viễn thám là góp phần tích cực trong việc nghiên cứu, xác định hiện trạng và những thay đổi của các yếu tố sử dụng đất do nhiều nguyên nhân như chuyển đổi canh tác, mở rộng vùng dân cư, làm nương rẫy…Việc

sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất đã được các cơ

sở nghiên cứu, cơ sở sản xuất ở nước ta quan tâm Công nghệ viễn thám đã phục vụ cho công tác nghiên cứu, khai thác sử dụng có hiệu quả cứu tài

nguyên đất

Để nghiên cứu biến động sử dụng đất, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau từ số liệu thống kê, từ các cuộc điều tra nông nghiệp nông thôn… Các phương pháp này mặc dù có ưu điểm là độ chính xác cao nhưng nhược điểm của chúng là tốn kém thời gian và kinh phí Với khả năng cung cấp thông tin đa dạng và cập nhật của tư liệu viễn thám, khả năng tích hợp, phân tích thông tin của hệ thống thông tin địa lý GIS kết hợp với phương pháp truyền thống thì việc nghiên cứu thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

sẽ đạt hiệu quả cao hơn Vì vậy em đã thực hiện luận văn với đề tài:

“ Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản

- Phạm vi không gian: khu vực huyện Mỹ Hào – Hưng Yên

- Thời kỳ nghiên cứu: thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện

Mỹ Hào – Hưng Yên giai đoạn 2003 – 2011

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứ cơ sở khoa học thành lập bản đồ biến động sử dụng đất

- Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để xây dựng bản đồ biến động

sử dụng đất khu vực huyện Mỹ Hào – Hưng Yên giai đoạn 2003 - 2011

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

* Phương pháp tổng hợp kế thừa:

- Thu thập tài liệu đã có liên quan tới nội dung của luận văn (tư liệu ảnh viễn thám, bản đồ, số liệu thống kê…)

- Phân tích, lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp

- Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến nội dung luận văn

* Phương pháp phân tích thống kê:

- Các số liệu thống kê thu thập được từ các cơ quan lưu trữ đầu nghành qua quá trình xử lý, phân tích sẽ bổ sung thêm nội dung để thành lập bản đồ biến động

* Phương pháp kết hợp viễn thám và công nghệ GIS:

* Phương pháp thực địa

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Ý nghĩa khoa học: Các tư liệu viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý giúp nhanh chóng thu nhận các thông tin một cách chính xác Đề tài vận dụng các ưu điểm của công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ nói chung và bản đồ biến động sử dụng đất khu vực Mỹ Hào – Hưng Yên nói riêng, làm cơ sở cho các công tác nghiên cứu, quản lý, sử dụng tài nguyên đất

Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài giúp thành lập bản đồ sử dụng đất nhằm xác định được sự thay đổi, biến động của việc sử đất từ đó giúp các nhà lãnh đạo địa phương đưa ra được hướng quy hoạch cũng như kế hoạch sử dụng tài nguyên đất một cách hợp lý

7 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI

* Luận văn được trình bày trong ba chương:

Chương 1: Tổng quan về bản đồ biến động sử dụng đất và các phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất

Chương 2: Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất bằng phương pháp

so sánh sau phân loại

Chương 3: Thực nghiệm thành lập bản đồ biến động sử dụng đất huyện

Mỹ Hào – Tỉnh Hưng Yên giai đoạn 2003 - 2011

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

8 LỜI CẢM ƠN

Được sự cho phép của Trường Đại học Mỏ - Địa chất, khoa Trắc Địa,

Bộ môn Đo ảnh và viễn thám, tôi đã tiến hành thực hiện luận văn với đề tài:

“Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT

VÀ VIỄN THÁM - GIS 1.1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT

1.1.1 Khái quát về bản đồ biến động sử dụng đất

Biến động được hiểu là sự biến đổi thay đổi, 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 động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời điểm khác nhau

Để nghiên cứu biến động sử dụng đất, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau từ số liệu thống kê, từ các cuộc điều tra nông nghiệp nông thôn Các phương pháp này mặc dù có ưu điểm là độ chính xác cao nhưng nhược điểm của chúng là tốn kém thời gian và kinh phí,đồng thời chúng không thể hiện được sự thay đổi mục đích sử dụng từ loại đất gì sang loại đất gì và diễn ra ở khu vực nào

Phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu viễn thám đa thời gian sẽ khắc phục được các nhược điểm đó

Trước tiên để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất chúng ta cần tìm hiểu một số những khái niệm cơ bản:

- Thứ nhất: đất nông nghiệp là những loại đất nào?

Đất nông nghiệp là đất được dùng vào sản xuất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất làm muối và đất nông nghiệp khác Đất sản xuất nông nghiệp (kể

cả đất dùng cho nghiên cứu khoa học nông nghiệp) bao gồm đất trồng các loại

cây hàng năm, đất trồng cây lâu năm, đất trồng cỏ cho chăn nuôi, đất vườn liền nhà, diện tích mặt nước nuôi trồng thủy sản

Trong đất nông nghiệp, đất trồng cây hàng năm chiếm tỷ trọng lớn nhất Đặc điểm của loại đất này là tương đối bằng phẳng, có nguồn nước khá

ổn định thích hợp với trồng cây nông nghiệp hàng năm bao gồm lúa, màu, cây công nghiệp ngắn ngày, rau, đậu… Ở đồng bằng lúa là cây hàng năm phổ biến nhất nhưng ở miền núi, lúa nương, ngô, sắn là những cây hàng năm quan trọng Đó là những cây trồng mà thời gian gieo trồng và thời gian thu hoạch

cơ bản kết thúc trong một năm

Đất trồng cây lâu năm là đất cây nông nghiệp trồng một lần nhưng cho sản phẩm trong nhiều năm Loại đất này gồm đất trồng cây công nghiệp lâu năm như chè, cà phê, cao su, dừa, tiêu, điều; đất trồng cây ăn quả như xoài, nhãn, vải, cam, nho… và đất trồng cây hàng năm khác như cau, trầu, dâu tằm

Đất lâm nghiệp bao gồm diện tích rừng tự nhiên, rừng trồng, đất các trại thực nghiệm lâm sinh và diện tích gieo ươm các giống cây lâm nghiệp

- Thứ hai: bản đồ biến động đất nông nghiệp có vai trò gì?

Bản đồ biến động đất nông nghiệp là bản đồ chuyên đề về nông nghiệp phản ánh tình hình biến động sử dụng đất nông nghiệp theo những nội dung và tỷ

lệ khác nhau

Trong nông nghiệp để quản lý, thiết kế, quy hoạch cấp xã sử dụng bản

đồ tỷ lệ lớn và chi tiết 1:2.000, 1:5.000, 1:10.000 Để quản lý cấp tiểu vùng, cấp huyện sử dụng bản đồ tỉ lệ lớn và trung bình 1:10.000, 1:25.000; 1:50.000 Đối với cấp vùng lớn hơn sử dụng bản đồ tỷ lệ trung bình, đối với quy mô toàn quốc sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ

Bản đồ biến động đất nông nghiệp ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của bản đồ chuyên đề như địa hình, địa vật, giao thông, thủy văn… phải thể hiện được sự biến động về sử dụng đất nông nghiệp theo thời gian

Các thông tin về tình hình sử dụng đất, biến động sử dụng đất nông nghiệp kết hợp với các thông tin có liên quan là một yếu tố quan trọng để tính toán hàng loạt các chỉ tiêu,phân tích phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch và quản lý đất đai để đảm bảo sử dụng đất bền vững, hiệu quả, thân thiện môi trường và quan trọng nhất là đảm bảo an ninh lương thực

Các số liệu điều tra về tình hình biến động sử dụng đất có thể đã được 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 địa lý hoặc làm chúng dễ tiếp cận hơn đối với các nhà nghiên cứu hoặc các nhà hoạch định chính sách Tiềm năng của hệ thống thông tin địa lý hiện đại trong việc phân tích dữ liệu không gian để thành lập bản đồ vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi Việc thể hiện sự biến động của số liệu theo không gian địa lý làm tăng giá trị của số liệu lên rất nhiều đặc biệt đối với nước ta, một nước có lãnh thổ trải dài trên 3000km, hai vùng đồng bằng châu thổ rộng lớn tương phản với các vùng miền núi bao la Sự đa dạng về đặc điểm kinh tế xã hội và nông nghiệp được đánh giá rõ hơn ở dưới dạng bản đồ

Ưu điểm của bản đồ biến động đất nông nghiệp là thể hiện được rõ sự biến động theo không gian và theo thời gian Diện tích biến động được thể hiện rõ ràng trên bản đồ đồng thời cho chúng ta biết có biến động hay không biến động, hay biến động từ loại đất nào sang loại đất nào Nó có thể được kết hợp với nhiều nguồn dữ liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều mục đích khác nhau như quản lý tài nguyên, môi trường, điều tra về nông nghiệp nông thôn…

Về cơ bản, bản đồ biến động đất nông nghiệp được thành lập trên cơ sở hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp tại hai thời điểm nghiên cứu vì vậy độ chính xác của bản đồ này phụ thuộc vào độ chính xác của các bản đồ hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp tại hai thời điểm nghiên cứu

a Tổng quan về tình hình sử dụng đất trên thế giới

Trong vòng 20 năm qua, dưới áp lực gia tăng dân số tình hình sử dụng đất trên thế giới có nhiều thay đổi Quá trình đô thị hoá diễn ra mạnh mẽ đã nảy sinh nhiều vấn đề đặc biệt là sự thay đổi sử dụng đất

Tiềm năng đất nông nghiệp của thế giới khoảng 3,3 tỷ ha tuy nhiên đến nay con người mới chỉ khai thác sử dụng được 1,476 tỷ ha Trong đó đất nông nghiệp Châu Mỹ chiếm 35%, Châu Á chiếm 26%, Châu Phi chiếm 20%, Châu Âu 13%, Châu Đại Dương 6%

Bình quân diện tích đất nông nghiệp tính theo đầu người trên thế giới là 12.000 m2, Liên bang Nga: 24.000 m2, Mỹ: 20.000 m2, Bungari: 70.000 m2, Pháp: 6.400 m2

Diện tích đất nông nghiệp bị mất là do quá trình đô thị hoá, công nghiệp hoá Kinh nghiệm của các nước châu Á vốn lấy cây lúa nước là cây lương thực chính cho thấy, qua mấy chục năm tiến hành công nghiệp hoá, đô thị hoá thì tỷ lệ mất đất canh tác từ 0,5% - 2% năm Tỷ lệ mất đất canh tác hàng năm trong thập niên 1980 – 1990 của Trung Quốc là 0,5%, Hàn Quốc 1,4%, Đài Loan 2%, Nhật Bản 1,6% Việt Nam trong thời gian qua mất khoảng 0,4% diện tích đất canh tác, riêng đất trồng lúa có tỷ lệ mất cao nhất khoảng 1%

b Tổng quan về tình hình thành lập bản đồ biến động trên thế giới

Biến động sử dụng đất và sự thay đổi lớp phủ thực vật là vấn đề quan trọng trong một loạt các vấn đề nghiên cứu về biến đổi môi trường toàn cầu Nguyên nhân chính của sự biến đổi đó là do các hoạt động của con người dẫn đến nguy cơ mất an ninh lương thực và suy giảm khả năng chống đỡ và tái sản xuất của hệ thống lớp phủ thực vật và rừng

Việc nghiên cứu biến động và thành lập bản đồ biến động sử dụng đất

đã được thực hiện ở nhiều quốc gia Trong các phương pháp được sử dụng hiệu quả nhất là kết hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý

Ảnh chụp năm 1988 được nắn chỉnh hình học theo bản đồ địa hình, sau

đó ảnh chụp năm 1995 được nắn theo ảnh năm 1988 theo phương pháp nắn ảnh về ảnh với sai số trung phương nhỏ hơn 0,5 pixel

Sử dụng tất cả các kênh để tổ hợp màu giả, dung phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian và thành lập bản đồ lớp phủ Để tìm ra thông tin

về sử dụng đất từ các lớp phủ, tác giả đã kết hợp với dữ liệu bản đồ và các tri thức cơ sở sau đó biểu diễn chúng theo quy phạm Cuối cùng kết hợp bản đồ hiện trạng sử dụng đất, các hiểu biết về lớp phủ thực vật để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất

* Iran:

Ở Iran, việc nghiên cứu biến động sử dụng đất bằng tư liệu viễn thám được áp dụng ngay từ những năm 90 của thế kỷ trước Năm 1996 đã thành lập được bản đồ biến động sử dụng đất của tỉnh Gillan bằng tư liệu viễn thám Bản đồ biến động sử dụng đất của thành phố Mashhad được thành lập bằng tư liệu ảnh Landsat theo phương pháp phân loại Fuzzy

Một tác giả ở trường Đại học Zanjan đã kết hợp kỹ thuật viễn thám và công nghệ GIS để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất của thành phố

Bonab và Maraghen Dựa trên tư liệu thu thập được là ảnh vệ tih Landsat năn

1989 và năm 1998, bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 và 1:50.000 khu vực nghiên cứu Trước tiên hai ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học theo bản đồ địa hình Tiến hành phân loại độc lập hai ảnh đó để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 1989 và năm 1998 Sau đó sử dụng chúc năng của phần mềm GIS để xác định biến động và thành lập bản đồ biến động sử dụng đất

* Hy Lạp:

Ở Hy Lạp, việc thành lập bản đồ biến động lớp phủ và bản đồ biến động sử dụng đất tỷ lệ lớn từ tư liệu ảnh viễn thám đã được nghiên cứu thực nghiệm trên khu vực đảo Lesvos thuộc vùng biển Địa Trung Hải Khu vực nghiên cứu rộng 163.000 ha, tư liệu ảnh thu thập được gồm 6 thời điểm kéo dài trong 27 năm Gồm ảnh Landsat MSS 1975, TM 1987, TM1995, TM

1999, ETM 2000, ETM 2001

Các ảnh vệ tinh được phân loại độc lập theo phương pháp xác suất cực đại dựa trên các vùng mẫu được lự chọn từ số liệu mặt đất, từ ảnh hàng không

và ảnh vệ tinh độ phân giải cao như Ikonos, Quickbird

Dữ liệu ảnh sau phân loại được xử lý dựa trên mạng xác suất điều kiện gồm các nút thể hiện sự thay đổi ngẫu nhiên và các cạnh thể hiện sự phụ thuộc vào các điều kiện giả định Sau đó sử dụng phương pháp so sánh để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất ở các thời điểm từ mạng đó Khi đó

độ chính xác của bản đồ biến động sử dụng đất phụ thuộc vào độ chính xác của ảnh sau nắn chỉnh, độ chính xác phân loại và độ chính xác của bản đồ biến động sử dụng đất

* Thái Lan

Để nghiên cứu ảnh hưởng của các hoạt động con người đến sự thay đổi

sử dụng đất và lớp phủ thực vật, các nhà nghiên cứu đã chọn thực nghiệm 5

vùng nghiên cứu trên toàn bộ lãnh thổ phía Bắc (huyện Mae Chaem thành phố Chiang Mai), phía Tây ( Kanchanaburi), phía Nam (The Ao Sawi Area), phía Đông (The Eastern Sea Board), phía Đông Bắc (Phusithan, Sakol Nakorn-Nakorn Phanom)

Tư liệu nghiên cứu là ảnh vệ tinh Landsat năm 1990 và 1999 Đầu tiên tiến hành phân loại độc lập hai ảnh vệ tinh sau đố sử dụng chức năng phân tích không gian của GIS để tính toán biến động và thành lập bản đồ biến động

sử dụng đất

* Belarus

Quá trình đô thị hoá dẫn đến sự thay đổi nhanh chóng của các lớp phủ thực vật và sử dụng đất Để xác định thay đổi sử dụng đất đô thị và vùng ngoại ô của hai thành phố Polost và Novopolost, người ta đã sử dụng tư liệu ảnh Spot

Tư liệu viễn thám của khu vực nghiên cứu là ảnh Spot 3 chụp ngày 24/06/1994 độ phân giải 20m (kênh toàn sắc 10m) và ảnh Spot 5 chụp ngày 19/06/2002 độ phân giải 10m Các ảnh được nắn chỉnh hình học về lưới chiếu UTM-84 Các kết quả phân tích thực hiện bằng phần mềm PCI Geomatic Nghiên cứu được thực hiện theo hai phương pháp đó là phương phân loại ảnh đa thời gian và phương pháp so sánh sau phân loại

1.1.2 Cơ sở toán học của bản đồ biến động sử dụng đất

a Hệ quy chiếu và lưới chiếu bản đồ

Lưới chiếu toạ độ phẳng là bài toán biến đổi các yếu tố hình học trên mặt quy chiếu về mặt phẳng Hai yêu cầu cơ bản để lựa chọn lưới chiếu là phải đảm bảo tính đồng dạng hình học sau khi chiếu và tỷ lệ biến dạng chiều dài có thể bỏ qua được so với các sai số cho phép của bản đồ cơ bản Về mặt

lý thuyết có rất nhiều lưới chiếu mặt phẳng thoả mãn điều kiện này Tuy nhiên khi chọn lưới chiếu cho phù hợp với lãnh thổ, người ta còn chú ý tới các yếu tố:

Đảm bảo thể hiện tốt nhất ý tưởng của bản đồ, đảm bảo tính mỹ thuật

và thuận tiện cho xây dựng, sử dụng và bảo quản chúng cũng như các điều kiện kỹ thuật khác như kích thước giấy in, khuôn máy in…

Phải đảm bảo lãnh thổ cần xây dựng bản đồ nằm ở trung tâm của mảnh

và kích thước của mỗi mảnh bản đồ không vượt quá khuôn khổ tờ giấy A0, Tên của mỗi mảnh bản đồ là tên của đơn vị hành chính tương ứng và có đầy

- Phù hợp với tỷ lệ bản đò quy hoạch phân bố sử dụng đất cùng cấp

- Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để thể hiện đầy đủ nội dung

- Không cồng kềnh, tiện lợi khi xây dựng và dễ cho sử dụng bản đồ, phù hợp tiền vốn, vật tư kỹ thuật, máy móc và trình độ chuyên môn của địa phương

1.2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM - GIS

1.2.1 Tổng quan về viễn thám

a Khái niệm về viễn thám

Kỹ thuật viễn thám, một trong những thành tựu khoa học kỹ thuật đạt đến trình độ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế- xã hội, đặc biệt có hiệu quả cao trong ứng dụng đối với khí tượng thủy văn và tài nguyên môi trường đối với nhiều nước trên thế giới

Viễn thám được định nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường, phân tích thông tin của đối tượng mà không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng

Hình 1.1: Cấu tạo hệ thống viễn thám

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, tuy nhiên, mọi định nghĩa đều có nét chung và nhấn mạnh rằng viễn thám là khoa học thu nhận từ

xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất

Về bản chất viễn thám là công nghệ nhằm xác định và nhận biết các đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua các đặc trưng riêng về phản

xạ hoặc bức xạ điện từ Tuy nhiên những năng lượng như từ trường, trọng trường cũng có thể được sử dụng.Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ đối tượng được gọi là bộ cảm

Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang Vật mang

có thể là kinh khí cầu, máy bay hoặc vệ tinh

Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông tin về đối tượng

Viễn thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thông tin phổ nhận biết, xác định được các đối tượng

Hình 1.2: Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng

Viễn thám có thể phân thành ba loại theo sóng sử dụng

+ Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

+ Viễn thám hồng ngoại nhiệt

+ Viễn thám siêu cao tần

Sơ đồ phân loại bước sóng chỉ ra ở hình 1.2

b Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng

đã xác định Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ do ảnh viễn thám ghi nhận, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau

do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể Hình 1.3 thể hiện sơ đồ nguyên

lý thu nhận ảnh viễn thám

Hình 1.3: Nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám

Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận

Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu nhận và xử lí tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia.Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan

đến các vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, môi trường…

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

Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5 phần cơ bản như sau:

- Nguồn cung cấp năng lượng

- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển

- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt đất

- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu

- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lí

Năng lượng điện từ của ánh sáng sau khi truyền qua các cửa sổ khí quyển tương tác với các đối tượng trên bề mặt trái đất và phản xạ lại để các thiết bị thu của viễn thám có thể ghi nhận các tín hiệu đó Quá trình này thực hiện qua 3 bước chính sau:

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện

từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ Đặc trưng phổ sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất, nó sẽ cho phép giải thích được mối

quan hệ giữa đặc trưng phổ và sắc, tông màu trên ảnh tổ hợp màu để giải đoán đối tượng

Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng trên mặt đất trong ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ

Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím 0,3 µm - 0,4

µm, vùng ánh sáng nhìn thấy 0,4 µm - 0,7 µm, đến vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt

Do các thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản

xạ từ các đối tượng, nên việc nghiên cứu các tính chất quang học (chủ yếu là đặc trưng phản xạ phổ) của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng có hiệu quả phương pháp viễn thám

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả của việc giải đoán các thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ, bản chất và trạng thái các đối tượng tự nhiên Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng được nghiên cứu, đồng thời đó cũng là cơ

sở dữ liệu viễn thám để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng địa

lý, tiến tới phân loại các đối tượng đó

* Đặc tính phản xạ phổ của lớp phủ thực vật:

Lớp phủ thực vật là đối tượng được quan tâm nhiều bởi nó chiếm phần lớn diện tích bề mặt tự nhiên Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh là dấu hiệu đặc trưng thay đổi theo bước sóng Trong vùng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất Clorophin, ngoài ra còn một số sắc tố khác cũng góp phần tạo nên phản xạ phổ của thực vật Bức xạ mặt trời khi tới bề mặt lá cây, phần trong vùng sóng đỏ và chàm bị chất diệp lục hấp thụ phục vụ cho quá

trình quang hợp, vùng sóng lục và vùng sóng hồng ngoại sẽ phản xạ khi gặp chất diệp lục của lá

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

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

Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi clorophin có trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ

Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ, ở đây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt

Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước, ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thụ là cực đại Ảnh hưởng của các cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ là không lớn bằng hàm lượng nước trong lá

Hình 1.4: Đặc tính phản xạ phổ của lớp phủ thực vật

* Đặc tính phổ phản xạ của thổ nhưỡng

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

độ dài bước sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại Ở đây chỉ

có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ, mà không có năng lượng thấu quang Tuy nhiên với các loại đất cát có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ

và vô cơ khác nhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau Tùy thuộc vào thành phần hợp chất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ có trong đất Hình 1.5 thể hiện khả năng phản

xạ phổ của 3 loại đất ở trạng thái khô

Hình 1.5: Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của đất, tuy nhiên chúng có liên quan chặt chẽ với nhau Cấu trúc, độ ẩm, độ mịn bề mặt, hàm lượng chất hữu cơ và ô xít sắt là những yếu tố quan trọng Vùng phản xạ

và bức xạ phổ có thể sử dụng để ghi nhận thông tin hữu ích về đất còn hình ảnh ở hai vùng phổ này là dấu hiệu để đoán đọc các đặc tính của đất

* Đặc tính phản xạ phổ của nước

Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước Khả năng phản xạ phổ ở đây còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước Trên kênh hồng ngoại

và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng, còn một số đặc tính của nước cần phải sử dụng dải sóng nhìn thấy để nhận biết

Hình 1.6: Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước

Trong điều kiện tự nhiên, mặt nước hoặc một lớp mỏng nước sẽ hấp thụ rất mạnh năng lượng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại ,do vậy năng lượng phản xạ rất ít Vì khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụp cho ta khả năng đoán đọc điều vẽ thủy văn, ao hồ ở dải sóng nhìn thấy khả năng phản xạ phổ của nước tương đối phức tạp

Thông thường trong nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vô cơ vì vậy khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước

e Các phương pháp giải đoán

* Khái niệm giải đoán ảnh viễn thám

Giải đoán ảnh viễn thám là quá trình chiết tách thông tin định tính cũng như định lượng từ ánh sáng như hình dạng, vị trí, cấu trúc, đặc điểm, chất

lượng, điều kiện… dựa trên tri thức chuyên ngành hoặc kinh nghiệm của người giải đoán ảnh Việc tách thông tin trong viễn thám có thể chia thành năm loại cụ thể:

- Phân loại đa phổ: là quá trình tách gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian của đối tượng

- Phát hiện biến động: là phát hiện và tách các biến động dựa trên tư liệu ảnh đa thời gian ( ví dụ như xác định biến động lớp phủ thực vật, biến động đường bờ nước…)

- Chiết tách các thông tin tự nhiên: tương ứng với việc đo nhiệt độ , trạng thái khi quyển, đo độ cao của vật thể dựa trên các đặc trưng phổ

- Xác định các chỉ số: là việc tính toán các chỉ số mới( ví dụ chỉ số thực vật, chỉ số ô nhiễm)

- Xác định các đối tượng đặc biệt: là xác định các đặc tính hoặc các hiện tượng đặc biệt như thiên tai, cháy rừng, chỉ ra các đường đứt gãy, đặc điểm khảo cổ…

* Giải đoán ảnh bằng mắt

Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh Phân tích ảnh bằng mắt có sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức chuyên môn của người phân tích để từ đó khai thác được các thông tin có trong tư liệu ảnh Do

dó kết quả giải đoán phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích Hạn chế của giải đoán bằng mắt là không nhận biết được hết các đặc tính phổ của đối tượng, nguyên nhân do khả năng phân biệt sự khác nhau về phổ của mắt người hạn chế tối đa là 12- 14 mức

Giải đoán bằng mắt là sử dụng mắt thường có sự trợ giúp của các dụng

cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu… Cở sở giải đoán là các chuẩn đoán đọc và mẫu đoán đọc

Để trợ giúp cho công tác đoán đọc người ta thành lập các mẫu đoán đọc Tất cả các chuẩn đoán đọc cùng với thông tin về thời gian chụp, mùa chụp, tỷ lệ ảnh đều phải đưa và mẫu đoán đọc Một bộ mẫu đoán đọc không chỉ gồm phần ảnh mà còn mô tả bằng lời

* Giải đoán ảnh bằng công nghệ ảnh số

Hình 1.7: Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số

Xử lý ảnh số là phương pháp phân tích tư liệu phổ dưới dạng hình ảnh số chứ không phải dạng ảnh tương tự Ưu điểm của phương pháp là có thể phân tích các tín hiệu phổ một cách chi tiết( 256 mức hoặc hơn) Phương pháp với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng

có thể tách chiết rất nhiều thông tin phổ của đối tượng, từ đó nhận biết đối tượng một cách tự động Tuy nhiên, trong quá trình xử lý ảnh số cần có sự

kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức chuyên môn với hiểu biết về đối tượng của người phân tích

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

số nên vấn đề xử lý ảnh số trong viễn thám giữ vai trò quan trọng trong việc tách thông tin hữu ích phục vụ cho rất nhiều chuyên ngành khác nhau Xử lý ảnh số liên quan đến một số quy trình và kỹ thuật cơ bản có thể tóm tắt như hình 1.7

* So sánh hai phương pháp giải đoán ảnh viễn thám

Bảng 1.1 So sánh hai phương pháp giải đoán

Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm

- Có thể phân tích được các thông tin phân bố không gian

- Tốn thời gian

- Đòi hỏi người có hiểu biết, kinh nghiệm để giải đoán

- Kết quả thu được không đồng nhất

- Rất khó ứng dụng được kinh nghiệm của người giải đoán

- Chiết xuất thông tin ít về bối cảnh

- Kết quả phân tích các thông tin kém

f Một số vệ tinh viễn thám

* Vệ tinh Landsat: là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu tiên được phóng

lên quỹ đạo năm 1972 , cho đến nay đã có tám thế hệ vệ tinh Landsat đã được phóng lên quỹ đạo và dữ liệu đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat được cung cấp từ 15 trạm thu nhằm phục vụ quản lý tài nguyên và giám sát môi trường Landsat được NASA thiết kế đầu tiên như là thực nghiệm kiểm tra tính khả thi việc sử dụng bộ cảm biến đa phổ trong thu thập dữ liệu quan sát mặt đất Sự thành công của Landsat nhờ vào việc kết hợp nhiều kênh phổ để quan sát mặt đất, ảnh có độ phân giải không gian tương đối tốt và phủ một vùng khá rộng với chu kỳ lặp ngắn

Vệ tinh Landsat được thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185km và có thời điểm bay qua xích đạo là 9 giờ 39 sáng Dữ liệu do 2 bộ cảm biến TM và MSS thu nhận được chia thành các cảnh phủ một vùng trên mặt đất 185×170

km được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến và hàng Các giá trị của pixel được mã hoá 8 bit tức là cấp độ xám ở trong khoảng 0÷255

Hình 1.8: Vệ tinh Landsat

Quĩ đạo vệ tinh Landsat

- Độ cao bay: 705km, góc nghiêng mặt phẳng quĩ đạo: 980

- Quĩ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp

- Thời điểm bay qua xích đạo: 9h39' sáng

- Chu kỳ lặp: 17 ngày

- Bề rộng tuyến chụp: 185km

Bộ cảm:

MSS (Multispectral scanner) và TM (Thematic mapper)

Hệ thống Landsat MSS hoạt động ở dải phổ nhìn thấy và gần hồng ngoại(bảng 2)

Bảng 1.2: Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM

Kênh phổ Bước sóng Phổ điện từ Lực phân giải Kênh 1 0.45 – 0.52 µm Xanh chàm 30 m

Kênh 2 0.52 – 0.60 µm Xanh lục 30 m

Kênh 3 0.63 – 0.69 µm Đỏ 30 m

Kênh 4 0.76 – 0.90 µm Cận hồng ngoại 30 m

Kênh 5 1.55 – 1.75 µm Hồng ngoại 30 m

Kênh 6 10.4 – 12.5 µm Hồng ngoại nhiệt 120 m

Kênh 7 2.08 – 2.35 µm Hồng ngoại trung 30 m

Đặc điểm của MSS là:

- Sử dụng 4 kênh phổ

- Mỗi kênh phổ có trang bị 6 bộ thu, có sử dụng sợi quang học

- Độ phân giải mặt đất 80m

- Góc quét từ Đông sang Tây là 11,60

- Thời gian lộ quang 33 mili giây

- Độ rộng mỗi đường quét 185 km

Ảnh vệ tinh Landsat thu được từ hai bộ cảm biến MSS và TM được sử dụng khá hiệu quả cho nhiều lĩnh vực khác nhau như quản lý và sử dụng tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường, thành lập bản đồ và phân tích biến động( sử dụng đất đai, biến đổi đường bờ…)

* Vệ tinh SPOT:

Hệ thống SPOT được Pháp phóng năm 1986 Cho đến nay đã có 6 thế

hệ vệ tinh được phóng lên quỹ đạo Mỗi vệ tinh được trang bị một bộ quét đa phổ HRV

Tư liệu vệ tinh SPOT là tư liệu viễn thám hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam

Hình 1.9: Vệ tinh SPOT

Quĩ đạo

- Độ cao bay 830km, góc nghiêng của mặt phẳng quĩ đạo 98,70

- Thời điểm bay qua xích đạo: 10 giờ 30 sáng

- Chu kỳ lặp: 26 ngày trong chế độ quan sát bình thường

Bộ cảm

Bộ cảm HRV không phải là máy quét quang cơ mà là máy quét điện tử CCD HRV có thể thay đổi góc quan sát nhờ một gương định hướng Gương này cho phép thay đổi hướng quan sát 270 so với trục thẳng đứng nên có thể thu được ảnh lập thể

Bảng 1.3: Các thông số của ảnh SPOT:

Các đặc trưng của HRV Dạng đa phổ Dạng toàn sắc

0.50 – 0.59 µm( chàm) 0.61 – 0.68 µm( lục) Kênh

- Ảnh có độ phân giải cao

- Độ cao bay chụp: 270 km Chụp ở hai kênh phổ

- Tiêu cự máy chụp f = 1.000mm Độ phân giải mặt đất: 6-7 m

- Kích thước ảnh: 30 x 30 cm Độ phủ dọc > 60 %

- Ảnh có độ phân giải trung bình

- Độ cao bay chụp 250 km Chụp ở ba kênh phổ: 510-600 µm

IKONOS chuẩn có kích thước 11x11km Vệ tinh có thể chụp một dải rộng 11km và dài 1000km liên tục hoặc chụp và tạo ảnh ghép thành khối rộng tới 12000km2

Kỹ thuật viễn thám, một trong những thành tựu khoa học kỹ thuật đạt đến trình độ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế- xã hội, đặc biệt có hiệu quả cao trong ứng dụng đối với khí tượng thủy văn và tài nguyên môi trường đối với nhiều nước trên thế giới

Hình 1.11: Vệ tinh IKONOS

* Vệ tinh VnRedsat 1:

VNREDSat-1 hay VNREDSat-1A (tên đầy đủ Vietnam Natural Resources Environment and Disaster-monitoring Satellite-1A) là vệ tinh quang học quan sát trái đất, có khả năng chụp ảnh toàn bộ các khu vực trên bề mặt trái đất Hệ thống vệ tinh VNREDSat-1 là hệ thống vệ tinh quan sát trái đất đầu tiên của Việt Nam Vệ tinh VNREDSat-1 do công ty EADS Astrium (Pháp) thiết kế, chế tạo và được chứng nhận đủ điều kiện để đưa lên quỹ đạo

Vệ tinh viễn thám VNREDSat-1 được phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 07/05/2013 Vệ tinh VNREDSat-1 chụp ảnh ở kênh toàn sắc và 4

kênh đa phổ, thời gian lặp lại là 03 ngày Quỹ đạo đồng bộ mặt trời, độ cao 680km Độ phân giải mặt đất 2.5m (Pan) và 10m (MS)

- Trong việc hiện chỉnh bản đồ lớp phủ bề mặt, theo dõi quản lý tài nguyên thiên nhiên việc phát hiện các biến động lớp phủ bề mặt là rất cần thiết và quan trọng Sự biến động thông thường được phát hiện trên cơ sở so sánh tư liệu viễn thám đa thời gian hoặc giữa bản đồ cũ và bản đồ mới được hiện chỉnh theo tư liệu viễn thám Có hai phương pháp phát hiện biến động là:

+ So sánh hai bản đồ lớp phủ bề mặt được thành lập độc lập với nhau

+ Nhấn mạnh các biến động trên cơ sở áp dụng phương pháp tổ hợp màu hoặc phương pháp phân tích thành phần chính

Các biến động có thể chia thành biến động theo mùa và biến động hàng năm Thông thường hai loại biến động này pha trộn với nhau rất phức tạp trong khuôn khổ một bức ảnh, do vậy người giải đoán cần sử dụng các

tư liệu cùng thời gian

Ngày nay với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, tư liệu ảnh vệ tinh đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác theo dõi, giám sát tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường Những ưu thế cơ bản của ảnh viễn thám có thể kể ra là:

- Cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất trên khu vực trùm phủ lớn (Landsat 180km x180km, SPOT, ASTER 60km x 60 km) cho phép tiến hành theo dõi giám sát trên những khu vực rộng lớn cùng một lúc

- Cung cấp thông tin đa dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau cho phép nghiên cứu các đặc điểm của đối tượng từ nhiều góc độ phản xạ phổ khác nhau

- Cung cấp các loại ảnh có độ phân giải khác nhau đo đó cho phép nghiên cứu bề mặt ở những mức độ chi tiết hoặc khái quát khác nhau Ví dụ như các loại ảnh độ phân giải cao như SPOT 5, IKONOS, QuickBird, ảnh hàng không để nghiên cứu chi tiết, hoặc các loại ảnh có độ phân giải thấp nhưng tần suất chụp lặp cao, diện tích phủ trùm lớn như MODIS, MERIS cho phép cung cấp các thông tin khái quát ở mức vùng hay khu vực

- Khả năng chụp lặp lại hay còn gọi là độ phân giải thời gian Do đặc điểm quĩ đạo của vệ tinh nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định lại có thể chụp lặp lại được vị trí trên mặt đất Sử dụng các ảnh vệ tinh chụp tại các thời điểm khác nhau sẽ cho phép theo dõi diễn biến của các sự vật hiện tượng diễn

ra trên mặt đất, ví dụ như quá trình sinh trưởng của cây trồng, thảm thực vật