Nghiên cứu sử dụng biến động lớp phủ bề mặt đất do quá trình đô thị hóa khu vực thành phố lào cai và vùng phụ cận

Trong ba thập kỷ gần đây, công nghệ và phương pháp viễn thám phát triển hết sức nhanh chóng với sự xuất hiện của các đầu thu phát đời mới, nhờ đó ảnh thu được có độ phủ rộng ở các tỷ lệ

Đặng thị hồng khánh

Nghiên cứu sự biến động lớp phủ bề mặt đất do

quá trình đô thị hóa khu vực thành phố Lào Cai và vùng phụ cận

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà nội - 2014

trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng 04 năm 2014

Đặng Thị Hồng Khánh

Trang phụ bìa

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 10

1 Tính cấp thiết của đề tài 10

2 Mục đích của đề tài 12

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

4 Nội dung nghiên cứu 12

5 Phương pháp nghiên cứu 13

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 13

7 Cấu trúc của luận văn 13

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐÔ THỊ HÓA VÀ LỚP PHỦ BỀ MẶT ĐẤT.15 1.1 LỚP PHỦ BỀ MẶT ĐẤT 15

1.1.1 Khái niệm 15

1.1.2 Phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ 17

1.2 CÁC ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ MẶT ĐẤT 18

1.2.1 Tình hình nghiên cứu lớp phủ trên thế giới .18

1.2.2 Tình hình nghiên cứu lớp phủ ở Việt Nam 19

1.3 ĐÔ THỊ HÓA 22

1.3.1 Khái niệm đô thị hóa 22

1.3.2 Thực trạng đô thị hóa ở Việt Nam và quá trình phát triển đô thị thành phố Lào Cai .24

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS 27

2.1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 27

2.1.2 Nguyên lý cơ bản của Viễn thám 31

2.1.3 Phân loại Viễn thám 34

2.1.4 Độ phân giải của tư liệu Viễn Thám 37

2.1.5 Các hệ thống viễn thám 38

2.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 48

2.2.1 Khái niệm 48

2.2.2 Các thành phần của GIS 49

2.2.3 Chức năng của GIS 51

2.2.4 Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS 53

2.2.5 Phân tích dữ liệu 56

2.3 KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM 61

2.3.1 Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 61

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên.66 2.3.3 Các phương pháp giải đoán ảnh Viễn thám 69

2.3.4 Các chỉ số và thuật toán 73

2.4 LỢI THẾ CỦA SỰ TÍCH HỢP DỮ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS 75

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG 76

2.5.1 Phương pháp phân tích sau phân loại 76

2.5.2 Phương pháp đánh giá trực tiếp từ ảnh đa thời gian 77

2.5.3 Phương pháp nhận biết thay đổi phổ 77

2.5.4 Phương pháp kết hợp 78

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ BỀ MẶT ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ LÀO CAI VÀ VÙNG PHỤ CẬN 80

3.1 MÔ TẢ DỮ LIỆU 80

3.1.1 Dữ liệu ảnh 80

3.1.2 Các dữ liệu khác 80

3.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÀNH PHỐ LÀO CAI 81

BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ BỀ MẶT ĐẤT 82

3.3.1 Phần mềm xử lý ảnh Viễn Thám 82

3.3.2 Phương pháp xây dựng bản đồ biến động lớp phủ bề mặt đất 84

3.4 TIẾN HÀNH QUY TRÌNH 86

3.4.1 Tiền xử lý ảnh 86

3.4.2 Chiết tách thông tin và phân loại ảnh 92

3.4.3 Đánh giá kết quả phân loại 99

3.4.4 Bản đồ hiện trạng 100

3.4.5 Xác định biến động và đánh giá biến động lớp phủ mặt đất 105

3.4.6 Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng đất .111

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

HTTĐL: Hệ thông tin địa lý

Bảng2.1 Thống kê các nhóm vật mang 30

Bảng 3.1 Các thông tin chi tiết về ảnh Landsat TM và ảnh Sport 80

Bảng 3.6 Thống kê biến động các đối tượng từ năm 1991 đến năm

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan về lớp phủ đất 16

Hình 2.5 Sơ đồ mô tả hai hệ thống viễn thám chủ động và bị động 35 Hình 2.6 Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải) 35 Hình 2.7 Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần 36

Hình 2.24 Cấu trúc quan hệ 56

Hình 2.28 Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 62

Hình 2.34 Cấu trúc các khuôn dạng ảnh chính trong viễn thám

Hình 2.36 Phương pháp đánh giá trực tiếp từ ảnh đa thời gian 77 Hình 2.37 Phương pháp đánh giá trực tiếp từ ảnh đa thời gian 78

Hình 3.3

Ảnh vệ tinh Landsat năm 1991(trái) và ảnh SPOT năm

2012(phải) của khu vực nghiên cứu hiển thị ở tổ hợp màu giả Red_Green_Blue 4:3:2

86

Hình 3.7 Chọn điểm khống chế( phương pháp nắn ảnh theo bản đồ) 90 Hình 3.8 Điểm GCPs chọn trên ảnh năm 2001 và tương ứng trên

Hình 3.9

Hình 3.10 Ảnh khu vực nghiên cứu đã được cắt theo đường địa giới

Hình 3.11 Hộp thoại NDVI Caculation Parameters và kết quả 2 năm 92

Hình 3.20 Độ chính xác kết quả phân loại trên ảnh Landsat 1991 100 Hình 3.21 Độ chính xác kết quả phân loại trên ảnh Spot 2012 100

Hình 3.31 Bản đồ biến động lớp phủ bề mặt đất từ năm 1991 đến

Hình 3.33 Bảng thuộc tính được xuất sang tệp txt 108

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình đô thị hóa mạnh mẽ cùng với sự gia tăng dân số đã dẫn tới sự thay đổi lớn trong hiện trạng sử dụng đất ở hầu hết các tỉnh thành ở Việt Nam, trong đó có thành phố Lào Cai_trung tâm văn hóa, chính trị, kinh tế, xã hội của tỉnh Lào Cai Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa ở thành phố Lào Cai diễn ra rất nhanh Đất nông nghiệp nhanh chóng bị thu hẹp để nhường chỗ cho các loại hình khác như các khu dân cư, các khu công nghiệp, các công trình công cộng khác Việc nghiên cứu biến động trên diện rộng và thời gian dài là vấn đề cần thiết cho các cơ quan quản lý của thành phố, vì vùng ven đô sẽ là cầu nối giữa các vùng nông thôn, các thành phố vệ tinh với Lào Cai Ví dụ: ở nơi tiếp giáp nông thôn và đô thị, trong một khoảng thời gian ngắn, một vùng đất nông nghiệp bị biến thành đất cây xanh trong khu đô thị Sự thay đổi này gây khó khăn cho các nhà hoạch định chính sách trong việc thay đổi các chính sách trong vùng đó bởi vì việc điều tra tiến hành 5 năm một lần ở nước ta

Trong ba thập kỷ gần đây, công nghệ và phương pháp viễn thám phát triển hết sức nhanh chóng với sự xuất hiện của các đầu thu phát đời mới, nhờ

đó ảnh thu được có độ phủ rộng ở các tỷ lệ và độ phân giải ngày càng lớn, góp phần hữu ích phục vụ cho quản lý và giám sát trong công tác quản lý và

dự báo lớp phủ mặt đất So với các tư liệu viễn thám trước đây, bằng công nghệ mới cho phép chúng ta cập nhật thông tin, tiến hành nghiên cứu một cách nhanh chóng, hiệu quả, tiết kiệm được thời gian và công sức, các tư liệu hiện nay đi đôi với việc giảm giá giá thành là tăng độ phân giải Sự phát triển công nghệ viên thám tạo ra ảnh hưởng tích cực đến các tổ chức điều phối và giám sát mặt đất bao gồm giám sát sự biến động lớp phủ mặt đất và cả đất sử dụng với sự biến đổi đa tỷ lệ không gian Công nghệ hiện nay còn cho phép

lựa chọn và phân tích dữ liệu bởi hiệu chỉnh tán xạ mặt đất, khí quyển, quỹ đạo vệ tinh, và việc kết hợp dữ liệu GPS, các lớp dữ liệu và chức năng GIS,

và môt số mô hình khác, càng tăng thêm tính xác thực của kết quả Vì vậy, tư liệu viễn thám là một nguồn số liệu hết sức có giá trị để chiết tách các thông tin lớp phủ bề mặt Với nhu cầu tăng số lượng và chất lượng thông tin, công nghệ viễn thám còn hữu ích cho cả tương lai trong chuyên ngành này Vì vậy, mục tiêu sử dụng tư liệu viễn thám và các công cụ khác trong giám sát sự biến đổi lớp phủ là hết sức cần thiết, đúng đắn và hữu ích Các cơ quan hoạch định kế hoạch và giám sát lớp phủ có nhiều trách nhiệm và nghĩa vụ trong công việc này nhưng khả năng của họ trong việc thực hiện nhiệm vụ này bị hạn chế bởi thông tin mới về loại hình và tốc độ biến đổi lớp phủ, thậm chí hạn chế cả thông tin về các cấu thành như nguyên nhân, phân bố, tốc độ biến động lớp phủ

Thành phố Lào Cai là trung tâm tỉnh Lào Cai, nơi có quá trình đô thị hóa nhanh Để quản lý, phát triển bền vững, một trong những nhiệm vụ đặt ra

là cần đánh giá biến động lớp phủ mặt đất

Từ trước đến nay ở nước ta, ứng dụng của viễn thám trong điều tra sự

biến động là hết sức cần thiết nhưng chưa có một quy trình chuẩn hay giao trách nhiệm cho một tổ chức cụ thể ở từng địa phương, từng vùng; và kể cả

chính phủ cũng đang rất cần các thông tin chiết tách từ ảnh viễn thám để

hoạch định điều chỉnh chính sách của địa phương, vùng hay cả nước dựa vào

xu thế và dự báo biến động Viễn thám kết hợp GIS tạo ra các bản đồ hay quy trình thứ cấp còn hỗ trợ đưa ra các quyết định trên cơ sở độ chính xác cao, nhanh chóng và giá thành rẻ Tuy nhiên, sự phát triển, nghiên cứu và ứng dụng viễn thám và GIS cũng rất cần đến kinh nghiệm và sự hiểu biết trong các chuyên sâu

Trong tương lai gần, với các dự án và đầu tư về số lượng và các loại

hình vệ tinh, việc sử dụng kết quả dự báo xu thế hay hiện trạng tức thời của lớp phủ sẽ ngày càng dễ dàng và chính xác hơn Tại nước ta hiện nay, với nguồn lực và việc đầu tư mới một số trạm thu nhận ảnh vệ tinh độ phân giải ngày càng cao, tác giả khẳng định hướng đi này là hết sức đúng đắn, cần thiết

Từ những lý do nêu trên mà việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu sự biến

động lớp phủ bề mặt đất do quá trình đô thị hóa khu vực thành phố Lào Cai và vùng phụ cận” là xuất phát từ yêu cầu thực tế đó

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu hiện trạng lớp phủ mặt đất khu vực ở Thành phố Lào Cai

và các vùng phụ cận dựa vào tư liệu viễn thám và GIS

Theo dõi sự thay đổi theo thời gian của bề mặt lớp phủ mặt đất ở Thành phố Lào Cai và các vùng phụ cận do quá trình đô thị hóa dựa vào tư liệu viễn thám và GIS, để quản lý và phát triển bền vững của thành phố Lào Cai trong tương lai

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Sự biến động của bề mặt lớp phủ mặt đất do quá trình đô thị hóa

Phạm vi nghiên cứu: Thành phố Lào Cai và các vùng phụ cận

4 Nội dung nghiên cứu

Tổng quan về việc nghiên cứu biến động lớp phủ ở trên thế giới và trong nước

Thu thập phân tích và xử lý các tài liệu cơ bản về viễn thám và GIS, các tài liệu về quá trình đô thị hóa của thành phố Lào Cai

Phân tích xử lý tư liệu viễn thám với phần mềm ENVI

Thành lập, phân tích bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất, bản đồ biến động lớp phủ mặt đất bằng GIS

5 Phương pháp nghiên cứu

Thành lập bản đồ biến động lớp phủ mặt đất góp phần quan trọng trong quản lý và quy hoạch nguồn tài nguyên đất Có nhiều phương pháp để xây dựng bản đồ biến động lớp phủ mặt đất, trong luận văn trình bày phương pháp xây dựng bản đồ biến động lớp phủ mặt đất bằng việc tích hợp Viễn thám (RS) và GIS

Cụ thể là xử lý các tư liệu Viễn thám trên phần mềm ENVI, sau khi có ảnh phân loại từ tư liệu Viễn thám đưa sang xử lý ở GIS Dựa vào kết quả phân loại 2 thời kỳ đưa ra bản đồ biến động lớp phủ bề mặt đất

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Kỹ thuật viễn thám là giải pháp hữu hiệu trong việc nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất do quá trình đô thị hóa Các tư liệu viễn thám kết hợp với GIS giúp nhanh chóng thu nhận các thông tin và đánh giá hiện trạng về sự biến động lớp phủ mặt đất

Các tư liệu viễn thám kết hợp với GIS là công cụ trợ giúp có hiệu quả cho các nhà quản lý, các cấp lãnh đạo trong việc chọn ra phương án quy hoạch đô thị một cách có hiệu quả nhất

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 03 chương, phần kết luận được trình bày trong 115 trang, với 73 hình ảnh và 15 bảng

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GVC-TS Phạm Công Khải, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình làm luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Trắc địa, những người đã dồn tâm huyết để truyền kiến thức cho chúng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường

Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em trong trung tâm Viễn Thám quốc gia, Sở tài nguyên và môi trường tỉnh Lào Cai đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi về tư liệu sử dụng trong đề tài

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn giúp đỡ và động viên tôi hoàn thành tốt luận văn này

Trên thực tế mỗi một khu vực khác nhau trên trái đất đều có loại hình lớp phủ mặt đất đặc trưng và mỗi một đối tượng đều chịu sự tác động của tự nhiên và con người với mức độ mạnh, yếu khác nhau Sự tác động này đã làm cho lớp phủ mặt đất luôn biến đổi Sự biến đổi của lớp phủ mặt đất ngược lại cũng có những ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống của con người, như diện tích rừng suy giảm đã gây ra lũ lụt; sự gia tăng của các khu công nghiệp và các hoạt động nông nghiệp như tăng vụ lúa, nuôi trồng thuỷ sản không hợp lý

là một trong những nguyên nhân gây biến đổi khí hậu

Bản đồ lớp phủ là bản đồ thể hiện trạng thái vật chất của bề mặt Trái đất, thể hiện sự kết hợp của nhiều thành phần như: thực phủ, thổ nhưỡng và mặt nước Nó chịu sự tác động của các nhân tố tự nhiên như nắng, gió, mưa bão và các nhân tố nhân tạo như khai thác đất để trồng trọt, xây dựng nhà cửa, công trình phục vụ cuộc sống của con người Sự kết hợp này tạo ra lớp phủ bề mặt Trái đất rất phong phú, đa dạng

Nhìn tổng thể bản đồ lớp phủ chia ra thành hai nhóm chính là: mặt nước và mặt đất Mặt nước gồm có nước lục địa như hệ thống sông, suối, kênh mương, hồ ao và nước đại dương - biển phủ trùm phần lớn bề mặt Trái đất Phần diện tích ít hơn là mặt đất nhưng lại là nơi tập trung hầu hết những

hoạt động của con người cũng như nhiều loài sinh vật khác trên Trái đất và là nơi đang biến đổi từng ngày, từng giờ, những hoạt động đó tạo nên sự phong phú của loại hình lớp phủ mặt đất như thực phủ gồm: cỏ, cây bụi, rừng, đất canh tác đang có cây sinh trưởng,… dân cư đô thị, nông thôn; mạng lưới giao thông; khu công nghiệp, thương mại và các đối tượng đất chuyên dùng khác; các vùng đất trồng, đồi núi trọc, cồn cát, bãi cát…(Hình 1.1)

Mặt nước

Mặt đất

Đại dương biển

Đất không có thực phủ

Đất có thực phủ

Hồ,

ao, đầm

Tự nhiên (đất trống, bãi cát…)

Nhân tạo( công trình xây dựng)

Thay đổi Thường xuyên

Tự nhiên (rừng

tự nhiên

Thay đổi theo mùa

Tự nhiên (trảng cỏ)

Nhân tạo (cây lâu năm)

Nhân tạo ( lúa, màu năm)

1.1.2 Phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ

Biến động được hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái (diện tích, hình thái) này sang trạng thái khác của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như xã hội

Biến động của lớp phủ mặt đất bao giờ cũng bao gồm nhiều yếu tố tương tác lẫn nhau như: sự kết hợp của mục đích sử dụng đất tùy theo thời gian, không gian cụ thể tùy vào mục đích , môi trường và điều kiện của con người Các quá trình tự nhiên diễn ra trên bề mặt đất như: hạn hán, xói mòn,

… cũng quan trọng như các tác động của con người( phụ thuộc vào chính sách, điều kiện kinh tế, …)

Các nguyên nhân chính dẫn đến biến động lớp phủ mặt đất gồm:

- Sự thay đổi đa dạng của tự nhiên

- Vấn đề con người

- Vấn đề chính sách, thể chế

- Vấn đề kinh tế và công nghệ

- Vấn đề văn hóa

- Vấn đề toàn cầu hóa

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 những thời điểm khác nhau Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất là rất quan trọng Hiện nay có nhiều phương pháp nghiên cứu biến động, nhưng hầu hết các kết quả nghiên cứu biến động đều được thể hiện trên bản đồ biến động và các bảng tổng hợp kết quả Các phương pháp nghiên cứu khác nhau sẽ cho các bản đồ khác nhau

Để nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất có nhiều phương pháp khác nhau với nhiều nguồn tài liệu khác nhau như: từ các số liệu thống kê hàng năm, số liệu kiểm kê, hay từ các cuộc điều tra Các phương pháp này thường

tốn nhiều thời gian, kinh phí và không thể hiện được sự thay đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác của lớp phủ mặt đất, và vị trí không gian của sự thay đổi đó Phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám đã khắc phục được những nhược điểm đó

Việc sử dụng tư liệu viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất là giám sát thay đổi lớp phủ mặt đất đưa đến sự thay đổi về giá trị bức xạ

và những thay đổi về giá trị bức xạ do thay đổi lớp phủ mặt đất phải lớn hơn

sự thay đổi về bức xạ gây ra bởi các yếu tố khác Những yếu tố khác này bao gồm sự thay đổi về điều kiện khí quyển, độ ẩm mặt đất, góc chiếu của mặt trời Tuy nhiên, có thể giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố này bằng việc lựa chọn dữ liệu thích hợp

1.2 CÁC ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ MẶT ĐẤT

1.2.1 Tình hình nghiên cứu lớp phủ trên thế giới

Việc kết hợp viễn thám và GIS cho nhiều mục đích khác nhau đã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới trong vòng khoảng 30 năm trở lại đây GIS bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm 60 của thế kỷ 20 và đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới Sau khi vệ tinh quan sát trái đất Landsat đầu tiên được phóng vào năm 1972, các dữ liệu viễn thám được xem là nguồn thông tin đầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ kỹ thuật của nó

Các nước trong cộng đồng chung Châu Âu (EC) đang sử dụng công nghệ viễn thám để trợ giúp hoàn thành những yêu cầu và ủy thác của chính sách nông nghiệp (EC) phổ biến tới mọi nước Những yêu cầu này bao gồm xác định và đo đạc quá trình phát triển của các vụ mùa quan trọng ở Châu Âu, cung cấp dự đoán sớm sản lượng Quy trình đã được chuẩn hóa này nhằm thu thập thông tin dựa trên công nghệ viễn thám, phát triển và xác định thông qua

dự án MARS (giám sát nông nghiệp bằng viễn thám).[11]

Dữ liệu viễn thám còn phục vụ để phát triển và quản lý cơ sở dữ liệu thông tin địa chính, hiện trạng sử dụng đất và diện tích khoanh thửa

Một trong những ứng dụng giám sát mùa màng quốc tế, đó là ứng dụng Viễn thám giám sát thiệt hại từ mọt đối với cây trà là ở vùng Trung Đông

Hệ thống thông tin mùa màng Canada: Bản đồ chỉ số mùa màng tổng hợp được tạo ra mỗi tuần từ ảnh NOAA-AVHRR tổ hợp

Viễn thám mang đến cho người sử dụng vô số công cụ giúp phân tích tốt hơn phạm vi và tỷ lệ của suy thoái rừng Đối với những ứng dụng đa thời gian, ảnh vệ tinh độ phân giải cao có thể dùng để xác định đường biên, còn ảnh độ phân giải thấp có thể dùng để xác định biến động theo đường biên đó

Các tư liệu viễn thám thu được từ các vệ tinh như QUICKBIRD, IKONOS, LANDSAT-TM (Mỹ), SPROT (Pháp), ENVISAT (Châu Âu), MODIS, SEASAT, MOS-1 và vệ tinh RADARSAT được sử dụng rộng rãi trên thế giới và mang lại nhiều thành công trong nghiên cứu và xây dựng bản

đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên

Công nghệ viễn thám được ứng dụng ở Thái Lan trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, lâm nghiệp, môi trường và thảm họa thiên nhiên, quy hoạch

đô thị vv , đã được phát triển từ đầu những năm 80 của thế kỷ trước và trong vòng hơn 20 năm qua Một trong những hướng được Thái Lan quan tâm là ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc quản lý thiên tai

1.2.2 Tình hình nghiên cứu lớp phủ ở Việt Nam

Từ đầu những năm 80 viễn thám bắt đầu được ứng dụng như một nguồn tư liệu mới, một phương pháp, công nghệ mới trong nhiều lĩnh vực và

đã đem lại hiệu quả rõ rệt về khoa học, công nghệ và kinh tế

Cho đến nay, ảnh vệ tinh đã được nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất Những bản đồ này phủ trùm các

vùng lãnh thổ khác nhau, từ khu vực hẹp đến tỉnh, vùng và toàn quốc

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1990 tỉ lệ 1:1 000 000 được thành lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong đó có ảnh vệ tinh Landsat-

TM Bản đồ này do Tổng cục Quản lý Ruộng đất (nay thuộc Bộ Tài nguyên

và Môi trường), cùng một số các cơ quan khác thực hiện Bên cạnh đó năm

1993 Tổng cục Quản lý Ruộng đất, Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), Trung tâm Khoa học Tư nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Điều tra Quy hoạch rừng, Viện Thiết kế và Quy hoạch Nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) đã thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc tỉ lệ 1:250 000 bằng ảnh Landsat-TM.[12]

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất các vùng như Tây Nguyên, Đồng bằng Sông Cửu Long, Đồng bằng Sông Hồng … được thành lập trong khuân khổ các trương trình điều tra tổng hợp, đều đã sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính Những bản đồ này được thành lập trong những năm 1989, 1990 của thế kỉ trước và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và điều tra cơ bản thực hiện Bản đồ được thành lập chủ yếu ở tỷ lệ 1:250 000.[12]

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn ở một

số địa phương cũng được thành lập bằng ảnh vệ tinh Những bản đồ này thường được thành lập ở các tỉ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) đến 1:25 000 (khu vực

cụ thể) và do các viện thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp, Trung tâm Viễn Thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường và một số trường đại học thực hiện trong khuân khổ các đề tài nghiên cứu và dự án.[12]

Nhằm đưa công nghệ Viễn thám về các sở Tài nguyên và Môi trường, phục vụ công tác quản lý tài nguyên đất vào dịp tổng kiểm kê đất năm 2000 Trung tâm Viễn thám đã có những cố gắng ban đầu để một số sở tiếp cận với công nghệ Viễn thám, đã xây dựng quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử

dụng đất bằng ảnh vệ tinh và tiến hành thử nghiệm ở một số địa phương Trung tâm Viễn thám đã thành lập bình đồ ảnh vũ trụ tỉ lệ 1:10 000 phục vụ kiểm kê đất đai của 13 tỉnh trong đợt kiểm kê năm 2005.[12]

Như vậy, cho đến nay nhiều cơ quan ở nước ta đã sử dụng ảnh vệ tinh

để thành lập bản độ hiện trạng sử dụng đất nhằm phục vụ các mục đích khác nhau Kế hoạch sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, thành lập bản đồ hiện trạng

sử dụng đất một cách hệ thống và theo quy định của tổng kiểm kê đất thuộc ngành địa chính cũng như để giám sát và cập nhật biến động về sử dụng đất đai một cách liên tục theo các chu kỳ ngắn hạn, đang được Trung tâm Viễn thám – Bộ Tài nguyên và Môi trường nghiên cứu đưa vào thực hiện trong thời gian tới

Công nghệ viễn thám ở Việt Nam đang vươn tới trình độ tiên tiến, khởi đầu từ công nghệ tương tự, chuyển sang công nghệ số kết hợp GIS Sự kết hợp công nghệ này đã đáp ứng được nhu cầu về thông tin của nhiều lĩnh vực Tuy nhiên những nghiên cứu sử dụng phương pháp viễn thám và GIS vẫn còn

ở quy mô nhỏ, và trong nhiều nghiên cứu, đánh giá quy hoạch môi trường chỉ

ở mức độ thực nghiệm Trong thời gian qua đã có một số đề tài có liên quan đến ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ hiện trạng

áp dụng tổng hợp thực vật, đất, nước theo dõi biến động lớp phủ bề mặt ở Hà Nội dưới tác động của đô thị hóa

- “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác qui hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh” của tác giả TS Nguyễn Quốc Khánh – Trung tâm viễn thám quốc gia

- “Sử dụng viễn thám đa thời gian và GIS theo dõi biến động lớp phủ trên lưu vực sông Đà góp phần giám sát bồi tích hồ Hòa Bình” của tác giả Nguyễn Tứ Dần – Viện địa chất và Địa vật lý biển

- “Ứng dụng viễn thám và GIS trong việc thành lập bản đồ hiện trạng

sử dụng đất thành phố Đà Nẵng” của tác giả Nguyễn Thị Diệu và Trương Phước Minh – Trường đại học sư phạm – Đại học đà nẵng

- Đinh Thị Bảo Hoa (2004), Công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động sử dụng đất đô thị, Chuyên đề: Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu chuyên đề và khu vực - Đại học khoa học tự nhiên

- Đề tài: “Nghiên cứu sự phát triển của đô thị Hà Nội bằng tư liệu viễn thám đa phổ và đa thời gian”, tác giả Nguyễn Đình Dương đã sử dụng phương pháp xử lý số và phân loại theo thuật toán xác suât cực đại trên các ảnh năm 1992, 1999, 2001

Tổng quan trên cho thấy rằng: Với nhiều ưu điểm nổi trội so với các phương pháp truyền thống việc ứng dụng Viễn thám càng trở thành công cụ

có hiệu quả được sử dụng nhiều trong công tác nghiên cứu tài nguyên đất đai trên thế giới cũng như ở Việt Nam

1.3 ĐÔ THỊ HÓA

1.3.1 Khái niệm đô thị hóa

Hiện nay, khái niệm đô thị hóa chưa có sự thống nhất do các cách tiếp cận và đối tượng nghiên cứu khác nhau của các chuyên ngành khoa học Có thể dẫn ra dưới đây một số định nghĩa tiêu biểu:

Trong tác phẩm “Đô thị Việt Nam” Đàm Trung Phường cho rằng: “đô

thị hóa là quá trình chuyển dịch hoạt động nông nghiệp phân tán sang hoạt động phi nông nghiệp tập trung trên một số địa bàn thích hợp” Mặt khác, cũng theo tác giả này: “đô thị hóa cũng bao gồm quá trình di cư từ nông thôn

ra thành thị, tập trung ngày càng nhiều dân cư trong những vùng lãnh thổ hạn chế, gọi là đô thị” Về điểm này, tác giả Nguyễn Thanh Thủy làm rõ:

“thực chất đô thị hóa là một quá trình thay đổi hình thức cư trú của con người, từ hình thức sống ở nông thôn tiến lên hình thức sống ở thành thị theo yêu cầu của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa, thương mại, dịch vụ và giao lưu quốc tế khi mở rộng quy mô các đô thị cũ hoặc xây dựng các đô thị mới”

Bên cạnh đó, theo báo cáo của Viện nghiên cứu Phát triển Kinh tế - Xã

hội Hà Nội, quá trình đô thị hóa được nhìn từ hai góc độ, một mặt đó là “quá trình hình thành và phát triển các điểm dân cư được tập hợp lại và phổ biến lối sống thành thị, đồng thời phát triển các hoạt động khác nhau để phục vụ

sự tồn tại và phát triển trong cộng đồng đó”; mặt khác, “đô thị hóa cũng là quá trình mở rộng biên giới lãnh thổ đô thị do nhu cầu công nghiệp hóa, thương mại, dịch vụ và giao lưu quốc tế - là sự tăng trưởng về không gian đô thị từ phát triển dân số và phát triển sản xuất”

Hiện nay, đô thị hóa không chỉ đơn thuần là quá trình dịch cư từ nông thôn ra thành thị và dịch cư nghề nghiệp mà còn bao hàm các quá trình dịch

cư khác, đa chiều, đa cấp độ như các dòng dịch cư đô thị - đô thị, đô thị - vùng ven, đô thị - nông thôn, vùng - quốc tế với các mức độ khác nhau theo từng hoàn cảnh của các đô thị cụ thể Các nhân tố kinh tế vẫn giữ vai trò chủ đạo trong việc tạo nên quá trình đô thị hóa, tuy nhiên các nhân tố khác phi kinh tế như văn hóa, lịch sử, lối sống,… đang ngày càng có những ảnh hưởng lớn tới đặc tính đô thị hóa của mỗi vùng

Bản chất của đô thị hóa:

Về mặt bản chất, đô thị hóa gắn liền với quá trình tăng trưởng kinh tế của một khu vực, một quốc gia Tuy nhiên, tốc độ và đặc điểm của đô thị hóa còn tùy thuộc vào trình độ phát triển của khu vực hay quốc gia đó Bản chất của quá trình đô thị hóa bao gồm:

- Tỷ lệ gia tăng dân số tại các đô thị

- Thu nhập bình quân của cư dân đô thị

- Tốc độ gia tăng thu nhập của các ngành kinh tế - xã hội và GDP

- Chất lượng cơ sở hạ tầng

- Lối sống của cư dân địa phương

- Cấu trúc xã hội và vai trò của các tổ chức xã hội trong khu vực

Một số đặc điểm của quá trình đô thị hóa:

- Sự gia tăng nhanh dân số đô thị

- Sự gia tăng về số lượng và quy mô các đô thị lớn

- Phổ biến rộng rãi lối sống thành thị

1.3.2 Thực trạng đô thị hóa ở Việt Nam và quá trình phát triển đô thị thành phố Lào Cai

1.3.2.1 Thực trạng đô thị hóa ở Việt Nam

Tại Việt Nam quá trình đô thị hóa được gắn liền với công cuộc công nghiệp hóa đất nước Do chú trọng quá nhiều vào việc “công nghiệp hóa” cộng với chất lượng quy hoạch không cao, nên quá trình này đang bộc lộ nhiều bất cập đáng lo ngại Cụ thể là:

- Số lượng các đô thị tăng lên nhanh chóng: Trong những năm gần đây,

số lượng đô thị ở nước ta tăng nhanh, nhất là ở các thành phố thuộc tỉnh Năm

1986 cả nước có 480 đô thị, năm 1990 là 500 đô thị, đến năm 2007 là 729 đô thị và đến năm 2012 cả nước đã có 755 đô thị [15] Trong đó, có 2 đô thị loại đặc biệt (Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh), 13 đô thị loại I trong đó có 03 thành phố trực thuộc Trung ương (Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ) và 10

thành phố trực thuộc tỉnh, 10 đô thị loại II còn lại là các đô thị loại III, IV và

V Tuy vậy, việc xếp loại đô thị vẫn còn nhiều tiêu chí chưa đáp ứng như quy

mô đô thị, kinh tế - xã hội, cơ cấu kinh tế, hệ thống kết cấu hạ tầng kỹ thuật

- Sự gia tăng dân số đô thị: Quy mô dân số đô thị ở nước ta liên tục tăng, đặc biệt là từ sau năm 2000 Tính đến năm 2010, dân số đô thị tại Việt Nam là 25.584,7 nghìn người, chiếm 29,6% dân số cả nước [15] Sự gia tăng dân số đô thị cả nước do 3 nguồn chính đó là: (i) Gia tăng tự nhiên ở khu vực

đô thị; (ii) Di cư từ khu vực nông thôn ra thành thị; (iii) Quá trình mở rộng địa giới của các đô thị Khi các đô thị của Việt Nam ngày càng phát triển mở rộng, thì dân số càng tăng, dòng dịch cư càng lớn (nhóm di dân có 80% thời gian sống ở đô thị cũng đang tăng nhanh tại các thành phố lớn như Hà Nội và

TP Hồ Chí Minh) dẫn đến sự quá tải trong sử dụng hệ thống hạ tầng cơ sở sẵn có Bên cạnh đó là việc hình thành các khu dân cư nghèo quanh đô thị gây

ô nhiễm môi trường và nguy an mất an toàn lương thực không ngừng tăng cao

- Kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị: Hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông

đô thị trong những năm qua được cải thiện rõ rệt Tuy nhiên, tình trạng ách tắc và tai nạn giao thông vẫn còn diễn ra rất phổ biến

- Hệ thống thoát nước đã được quan tâm đầu tư xây dựng ở hầu hết các

đô thị Tuy nhiên, do hầu hết đô thị chỉ có một hệ thống cống dùng chung cho

cả nước mưa và nước thải, thậm chí, nhiều tuyến cống được xây dựng trong các thời kỳ khác nhau, nên không hoàn chỉnh, thiếu đồng bộ và đã xuống cấp nghiêm trọng làm ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát nước Nước thải, đặc biệt nước thải từ các khu công nghiệp lại chưa được thu gom, xử lý triệt để, gây ô nhiễm nặng nề cho các dòng sông lớn, như: sông Đồng Nai, Sài Gòn, Thị Vải, sông Đáy, sông Nhuệ, sông Tô Lịch…

Đánh giá về thực trạng trên, có thể chỉ ra các nguyên nhân chủ yếu sau:

(i) Công tác quy hoạch và quản lý quy hoạch chưa được quan tâm, đầu tư đúng mức; (ii) Kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị chưa đồng bộ, sự phát triển nhanh của các khu công nghiệp trong đô thị kéo theo nhiều hệ quả về môi trường… dẫn đến các đô thị đứng trước nguy cơ phát triển không bền vững

1.3.2.2 Quá trình phát triển đô thị thành phố Lào Cai

Năm 2004, Chính phủ đã quyết định công nhận thành phố Lào Cai, tỉnh Lào Cai là đô thị loại III, với tính chất đô thị là trung tâm chính trị, hành chính, kinh tế, văn hoá - xã hội của tỉnh; là đô thị biên giới có cửa khẩu quốc

tế quan trọng ở phía Bắc Việt Nam với Trung Quốc; là đầu mối giao thông quan trọng của quốc gia và quốc tế; đô thị có vị trí trọng yếu về an ninh quốc phòng và vùng biên giới phía Bắc Việt Nam; là đô thị có vai trò thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội không những của tỉnh Lào Cai mà còn cho cả vùng Tây Bắc Việt Nam

Trong năm 2013 triển khai các dự án ưu tiên phấn đấu thành phố Lào Cai cơ bản đạt tiêu chuẩn của đô thị loại II; lập đề án đề nghị công nhận thành phố Lào Cai, tỉnh Lào Cai đạt tiêu chuẩn đô thị loại II trong năm 2014, trình Chính phủ công nhận đạt tiêu chuẩn đô thị loại II trong năm 2014 - 2015

Đến năm 2015 triển khai các giải pháp khắc phục các chỉ tiêu còn yếu theo tiêu chuẩn của đô thị loại II quy định tại Nghị định 42/2009/NĐ-CP và Thông tư 34/2009/TT-BXD; tiếp tục tập trung đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng thành phố Lào Cai phấn đấu cơ bản các chỉ tiêu hoàn thiện theo các tiêu chuẩn đô thị loại II giai đoạn 2016-2020 và bước đầu hướng tới tiêu chuẩn của đô thị loại I [14]

Chương 2:

CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS 2.1 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM

2.1.1 Khái niệm

Cùng với những thành tựu của loài người trong công cuộc chinh phục

vũ trụ thì viễn thám đã và đang được phát triển mạnh mẽ, trở thành một phương pháp rất có hiệu quả, được áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu tài nguyên, môi trường, quản lí và tổ chức lãnh thổ

Ngày nay, Viễn thám đã được hiểu không chỉ là một phương pháp nghiên cứu ghi nhận thông tin đối tượng từ khoảng cách xa đối tượng mà còn

là một môn khoa học về thu nhận và phân tích thông tin các sự vật hiện tượng, môi trường trên trái đất từ không gian Viễn thám được phát triển dựa trên những thành tựu mới nhất về khoa học kĩ thuật cũng như công nghệ vũ trụ, công nghệ điện tử, tin học Viễn thám là một môn khoa học liên ngành với các mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất, khách quan nhất phục vụ các ngành kinh tế quốc dân như nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, địa chất, khí tượng thuỷ văn bản đồ, bảo vệ môi trường, và quốc phòng

Viễn thám - tiếng Anh là Remote Sensing - có thể định nghĩa như một phương thức thu nhận thông tin về các đối tượng từ một khoảng cách xa, mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp với chúng

Viễn thám được định nghĩa như một khoa học công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát được xác định, đo đạc, phân tích mà không

cần tiếp xúc trực tiếp với chúng [10]

Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) như một phương tiện để điều tra và đo đạc những

đặc tính của đối tượng Sóng điện từ được phản xạ hay bức xạ từ vật thể thường là nguồn năng lượng sử dụng chủ yếu trong viễn thám Tuy nhiên

trong viễn thám, các dạng năng lượng khác như từ trường, trọng trường cũng

Hình 2.1 Cấu tạo hệ thống viễn thám

Thiết bị dùng để thu nhận, cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ

vật thể được gọi là bộ viễn cảm (Remote Sensor) - gọi tắt là bộ cảm Các buồng

chụp ảnh, các máy quét, máy dò là những ví dụ về bộ viễn cảm Việc phân loại

bộ cảm có thể thực hiện theo dải sóng thu nhận, cũng có thể phân loại theo kết cấu…

Các bộ cảm bị động thu nhận các bức xạ do vật thể phản xạ năng lượng bức xạ của mặ trời hoặc tự bức xạ, còn các bộ cảm chủ động lại thu được năng lượng do vật thể phản xạ từ một nguồn cung cấp năng lượng nhân tạo Mỗi loại bộ cảm thuộc các nhóm trên còn chia thành các hệ thống quét và hệ thống không quét Sau đó chúng lại được chia thành loại tạo ảnh và loại không tạo ảnh Loại bộ cảm sử dụng nhiều trong viễn thám hiện nay là các loại máy chụp ảnh, máy quét đa phổ quang cơ, máy quét điện từ (Hình 2.2)

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của Viễn thám

Các bộ cảm quang học được đặc trưng bởi các tính chất phổ, và cấu trúc hình học Tính chất phổ thể hiện thông qua các kênh phổ và bề rộng của dải phổ mà bộ cảm hoạt động Các thiết bị dùng phim được đặc trưng bởi độ nhạy của phim với các vùng phổ, khả năng lọc của kính lọc phổ và các tính chất quang học của hệ thống thấu kính Các đặc trưng bức xạ được xác định dựa theo sự thay đổi của bức xạ điện từ trước va sau khi đi qua hệ thống quang học Các đặc trưng hình học thể hiện qua các thông số như trường nhìn không đổi của hệ thống quang học, độ trùng khớp giữa các kênh phổ, biến dạng hình học của hình ảnh…

Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang (Platform) Vệ tinh, các con tàu vũ trụ, máy bay … là những vật mang cơ bản

thường được sử dụng trong viễn thám Ngoài ra người ta còn sử dụng nhiều loại vật mang khác có độ cao hoạt động từ vài chục mét trở lên Nhìn chung chúng được chia thành các nhóm chính sau:

Bức xạ mặt trời

Maý bay tầng trung 500 – 8 000 m nt

Quĩ đạo đồng bộ với trái đất là quĩ đạo của các vệ tinh có chuyển

động với vận tốc cùng với vận tốc quay của trái đất Có nghĩa là vệ tinh quay một vòng quang trái đất hết gần 24 h hay 86164.1 s Nêú mặt phẳng quĩ đạo của vệ tinh trùng với mặt phẳng xích đạo của trái đất, thì vệ tinh được gọi là

vệ tinh địa tĩnh Các vệ tinh địa tĩnh có độ cao bay khoảng 30000 – 40000km

và luôn treo lơ lửng tại một điểm trên không trung (đứng yên tương đối so với mặt đất), nên chúng được sử dụng cho các mục đích quan sát khí tượng và truyền tin

Quĩ đạo đồng bộ với quĩ đạo mặt trời là quĩ đạo chuyển động của vệ

tinh hướng Bắc – Nam kết hợp với chuyển động Đông – Tây của trái đất tạo thành quĩ đạo chuyển động đồng bộ với quĩ đạo chuyển động của mặt trời, sao cho vệ tinh luôn nhìn bề mặt trái đất tại thời điểm có độ chiếu sáng ổn định Góc nghiêng của mặt phẳng quĩ đạo gần bằng góc nghiêng của trục quay trái đất so với mặt phẳng xích đạo – do vậy còn được gọi là quĩ đạo cận cực Những vệ tinh chuyển động theo quĩ đạo đồng bộ với mặt trời sẽ thu thập thông tin trên một vùng nào đó trên mặt đất theo một giờ địa phương nhất định và với độ chiếu sáng của mặt trời ổn định Đây là yếu tố quan trọng cho việc giám sát sự thay đổi giá trị phổ giữa các ảnh

Đặc trưng chuyển động của vệ tinh theo quĩ đạo không chỉ được phân biệt theo hình dạng, kích thước, góc nghiêng … mà còn theo chu kì lặp lại của

nó tại một điểm quan sát

2.1.2 Nguyên lý cơ bản của Viễn thám

Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lí trong

tự nhiên là các vật thể (đối tượng) trong những điều kiện khác nhau thì khả năng phản xạ hoặc bức xạ sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng khác nhau Từ đó, nguồn tư liệu viễn thám được hình thành như là kết quả thu nhận năng lượng phản xạ hoặc bức xạ các sóng điện từ của các đối tượng bằng các thiết bị gọi là bộ viễn cảm hay bộ cảm (Remote Sensor) hoặc bằng các máy chụp ảnh (Hình 2.3)

Hình 2.3 Cơ sở vật lý của Viễn Thám

Viễn thám thu nhận, xử lý và phân tích các thông tin của đối tượng phân

bố trên bề mặt Trái Đất và được thu thập từ ba tầng không gian :

Bức xạ địên từ truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao động của

trường điện từ trong không gian hoặc trong lòng các vật chất Quá trình lan truyền của sóng điện từ tuân theo định luật Maxwel Bức xạ điện từ có tính chất sóng và tính chất hạt

Tính chất sóng được xác định bởi bước sóng, tần số và tốc độ lan truyền

sóng trong môi trường Tính chất hạt được mô tả theo các tính chất của quang lượng tử hay hạt photon Bức xạ điện từ có 4 tính chất cơ bản là: tần

số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phân cực Bốn tính

chất đó liên quan tới các nội dung khác nhau được dùng để khai thác thông tin

về đối tượng (Hình 2.4)

Hình 2.4 Bức xạ điện từ với các trường sóng của ánh sáng

Tính chất sóng được mô tả thông qua biểu thức tính độ dài của bước sóng:

l = v/f ; với f là tần số dao động

Sóng điện từ lan truyền với vận tốc v » 3.108 m/s

Tính chất hạt được mô tả trong các định luật của quang học lượng tử Sóng điện từ được coi như các lượng tử, năng lượng E của nó được xác định theo biểu thức:

E = h.f ; trong đó: h là hằng số Plank; f là tần số dao động

Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0.3-0.4mm), vùng ánh sáng nhìn thấy (0.4-0.7mm), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt Các sóng hồng ngoại gần mới được sử dụng gần đây trong các lĩnh vực địa mạo, địa chất, như phân loại thạch học Sóng hồng ngoại nhiệt được sử dụng để đo nhiệt, phát hiện đối tượng bằng bức xạ nhiệt Sóng Micro mét được sử dụng trong kỹ thuật Rada

Bảng 2.2 Phân loại sóng điện từ

2.1.3 Phân loại Viễn thám

Sự phân biêt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố sau:

- Hình dạng quỹ đạo của vệ tinh

- Độ cao bay của vệ tinh, thời gian còn lại của một quỹ đạo

- Dải phổ của các thiết bị thu

- Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận

Có hai phương thức phân loại viễn thám chính là

• Phân loại theo nguồn tín hiệu: Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn

thám được chia làm hai loại:

- Chủ động (active) : nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị

nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay

- Thụ động (hay bị động - passive): nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc

từ các vật chất tự nhiên (Hình 2.5)

Hình 2.5 Sơ đồ mô tả hai hệ thống viễn thám chủ động và bị động

• Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: có hai nhóm chính là viễn thám vệ

tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) (Hình 2.6)

Hình 2.6 Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải)

Trên hai nhóm vệ tinh nói trên đều có thể áp dụng nhiều phương pháp thu nhận thông tin khác nhau tùy theo sự thiết kế của nơi chế tạo Có các

nguyên tắc thu nhận hình ảnh như sau (chủ động, bị động, chụp khung, quét dọc, quét ngang, quét bên sườn, )

Ngoài ra theo bước sóng sử dụng, viễn thám có thể được phân thành 3 loại cơ bản:

a Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần (Hình 2.7)

Bé c¶m

§èi t¦îng ph¶n x¹

Hình 2.7 Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần

Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm này là bức xạ mặt trời Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế chủ yếu ở 0,5mm Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy có độ rõ nét cao, gần với tư duy quen thuộc của con người, phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất Vì vậy các thông tin về đối tượng trên bề măt trái đất có thể xác định

từ các phổ phản xạ Tuy nhiên Rada sử dụng tia Laze là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng bức xạ của mặt trời

b Viễn thám hồng ngoại nhiệt (Hình 2.8)

Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm náy là bức xạ do chính vật thể phát ra, sản sinh ra Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường của môi trường có thể tự phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 10mm Tư liệu này cho phép đoán nhận ra thực trạng màu sắc của đối tượng thân nhiệt

§èi t¦îng bøc x¹ nhiÖt

Bé c¶m

Hình 2.8 Viễn thám hồng ngoại nhiệt

c Viễn thám siêu cao tần (Hình 2.9)

Trong viễn thám siêu cao tần hai kỹ thuật chủ động và bị động đều được

áp dụng Nguồn năng lượng sử dụng trong viễn thám siêu cao tần bị động là những bức xạ tán xạ hay phản xạ do chính vật thể tự phát ra, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu bức xạ tán xạ hay phản xạ từ vật thể Viễn thám siêu cao tần được sử dụng để nghiên cứu hình dạng, cấu trúc của bề mặt vật thể

Bé c¶m

Rada

hÖ sè ph©n t¸n l¹i

Bé c¶m

§èi t¦îng bøc x¹ siªu cao tÇn

Hình 2.9 Viễn thám siêu cao tần

2.1.4 Độ phân giải của tư liệu Viễn thám

a Độ phân giải không gian

Độ phân giải không gian là kích thước nhỏ nhất của một vật mà bộ cảm ghi phổ (sensor) có thể nhận biết được về một đối tượng không gian phân cách được với đối tượng không gian khác nằm kề đối tượng này Độ lớn của pixel ảnh sẽ là đơn vị xác định độ phân giải không gian của hệ thống Một ảnh

số có độ phân giải càng cao là ảnh có kích thước pixel càng nhỏ (hình 2.10)

Hình 2.10 Các độ phân giải không gian của ảnh tại 1 vùng