Ứng dụng công nghệ viễn thám và gis thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng huyện năm căn và ngọc hiển tỉnh cà mau giai đoạn 1996 2004 2008 tỷ lệ 1 50000

Thông qua các phân tích trên về khả năng của tư liệu viễn thám trong việc xác định các đặc trưng của rừng, có thể tổng quát thành bảng như sau... Vai trò của đánh giá biến động trong ngh

NGUYỄN THỊ NGỌC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG HUYỆN NĂM CĂN VÀ NGỌC HIỂN TỈNH

CÀ MAU GIAI ĐOẠN 1996-2004-2008 TỶ LỆ

1:50000

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2010

-<> -

NGUYỄN THỊ NGỌC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG HUYỆN NĂM CĂN VÀ NGỌC HIỂN TỈNH

CÀ MAU GIAI ĐOẠN 1996-2004-2008 TỶ LỆ

1:50000

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý

Mã số: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS ĐINH THỊ BẢO HOA

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ĐOAN

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

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Ngọc

LỜI CẢM ƠN

Do trình độ và thời gian có hạn, trong luận văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót, mong các thày, cô cùng các bạn cho ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện hơn

Qua đây, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Bộ môn Bản đồ Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, các thầy cô giảng dạy Cao học chuyên ngành Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý, trung tâm Giám sát tài nguyên Môi trường-trung tâm viễn thám quốc gia, các bạn cùng bộ môn và đặc biệt là cô giáo hướng

dẫn TS Đinh Thị Bảo Hoa đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 12

GIỚI THIỆU VỀ VIẾN THÁM VÀ GIS 12

1.1 Khái niệm lớp phủ rừng 12

1.1.1 Lớp phủ rừng 12

1.1.2 Vai trò của đánh giá biến động trong nghiên cứu lớp phủ rừng 17

1.2 Giới thiệu về viễn thám 17

1.2.1 Giới thiệu về hệ thống viễn thám quang học 17

1.2.2 Giới thiệu ảnh viến thám 18

1.2.3 Phản xạ phổ các đối tượng tự nhiên 23

1.3 Giới thiệu các phương pháp phân loại đối tượng trên ảnh viễn thám 28

1.3.1 Phương pháp tương tự (đoán đọc bằng mắt) 28

1.3.2 Phương pháp phân loại số (xử lý ảnh bằng máy tính) 30

1.3.3 So sánh ưu nhược điểm của hai phương pháp giải đoán ảnh 31

1.4 Giới thiệu về GIS 31

1.4.1 Khái niệm 31

1.4.2 Cấu trúc của GIS 32

1.4.3 Các chức năng của GIS 32

CHƯƠNG 2 36

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ THỰC VẬT RỪNG BẰNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS 36

2.1 Ưu việt của viễn thám trong nghiên cứu biến động 36

2.2 Khả năng xác định biến động của tư liệu viễn thám 36

2.2.1 Khả năng xác định định tính 36

2.2.2 Khả năng xác định định lượng 37

2.3 Nguyên tắc xác định biến động 37

2.4 Phương pháp nghiên cứu biến động 38

2.5 Phương pháp viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp phủ rừng 39

2.5.1 Phương pháp bản đồ – bản đồ 39

2.5.2 Phương pháp Ảnh - Ảnh 42

2.6 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 49

CHƯƠNG 3 51

THỰC NGHIỆM 51

3.1 Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu 51

3.1.1.Vị trí 51

3.1.2 Địa hình 51

3.1.3 Khí hậu 53

3.1.4 Thủy văn 54

3.1.5 Giao thông 55

3.1.6 Dân cư-kinh tế-xã hôi 57

3.2 Phương pháp thực hiện 57

3.2.1 Tổng quan về phương pháp và quy trình công nghệ 57

3.2.2 Nội dung và phương pháp thực hiện 58

3.2.3 Quy trình thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng 60

3.3 Phương pháp thành lập bản đồ biến động và xây dựng các lớp thông tin của bản đồ trong hệ thống cơ sở dữ liệu 71

3.3.1 Cơ sở dữ liệu bản đồ biến động huyện Năm Căn và huyện Ngọc Hiển như sơ đồ cấu trúc dưới đây 72

3.3.2 Bản đồ biến động lớp phủ rừng khu vực huyện Năm Căn và huyện Ngọc Hiển giai đoạn 1996-2004-2008 tỷ lệ 1:50 000 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

1 Kết luận 82

2 Kiến nghị 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

PHỤ LỤC 84

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các đặc trưng cơ bản về rừng và khả năng xác định bằng tư liệu viễn thám 16 Bảng 1.2 Đặc điểm hệ thống máy chụp ảnh vùng nhìn thấy có độ phân giải cao của vệ tinh SPOT 19 Bảng 1.3 Một số đặc điển của Mode chụp ảnh của vệ tinh RadaSat 23 Bảng 3.1 Hệ thống phân loại các đối tượng biến động lớp phủ rừng 63 Bảng 3.2 Diện tích các loại rừng huyện Năm Căn và huyện Ngọc Hiển năm

1996, 2004, 2008 76 Bảng 3.3 Diện tích biến động lớp phủ rừng khu vực huyện Năm Căn và huyện Ngọc Hiển giai đoạn 1996-2004-2008 tỷ lệ 1:50 000 77

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 24

Hình 1.2 Cửa sổ khí quyển 27

Hình 1.3 Mô hình tổ chức của GIS 32

Hình 2.1 Quy trình xác định biến động theo phương pháp bản đồ – bản đồ 40

Hình 2.2 Sơ đồ so sánh sau phân loại 43

Hình 2.3 Phân loại ảnh tổ hợp của các kênh thời gian 44

Hình 2.4 Phương pháp phân tích thành phần chính 45

Hình 2.5 Tạo ảnh sai biệt 46

Hình 2.6 Tạo ảnh tỷ số 46

Hình 2.7 Phân tích vectơ thay đổi 48

Hình 2.8 Giá trị ảnh thay đổi 49

Hình 3.1 Quy trình thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng 60

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc cơ sở dữ liệu các lớp thông tin bản đồ biến động lớp phủ rừng khu vực huyện Năm Căn và huyện Ngọc Hiển 72

Hình 3.3 Diện tích các loại rừng năm 1996, 2004, 2008 77

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Rừng ngập mặn Cà Mau là rừng nổi tiếng của đất nước, vừa lớn về quy

mô, diện tích vừa đa dạng phong phú về chủng loại và có sức tăng trưởng nhanh Đồng thời là nơi cư trú của các loài động vật, đặc biệt là các loài chim,

bò sát và các loài thủy sản, tập trung chủ yếu dọc theo bờ biển của ba huyện Đầm Dơi, Cái Nước, Ngọc Hiển với diện tích gần 117.000 ha

Rừng ngập mặn Cà Mau không chỉ đem lại nguồn lợi lớn về mặt kinh

tế mà còn tạo môi trường sinh thái trong lành, là điều kiện thuận lợi để phát triển du lịch sinh thái Các điểm: Mũi Cà Mau, Khai Long, Cồn Ông Trang, khu đa dạng sinh học 184, các đảo nhỏ và cửa sông ven biển là những điểm dừng chân lý thú cho du khách

Rừng ngập măn Cà Mau có ý nghĩa rất lớn về vấn đề phòng hộ cho cả nước Hiện nay tài nguyên rừng ngập mặn của Cà Mau đang bị tàn phá nghiêm trọng: cây rừng hạ sát, lò hầm than trái phép mọc lên như nấm để biến cây rừng thành than Lực lượng kiểm lâm thì bị đe doạ nghiêm trọng Do đó

mà vấn đề bảo vệ rừng ngập mặn nói chung và môi trường nói riêng là rất cần thiết Hai huyện Năm Căn và Ngọc Hiển là hai huyện điển hình cho khu vực rừng ngập mặn của Cà Mau và nằm ở vị trí cuối cùng của đất nước nên ý nghĩa về rừng phòng hộ càng lớn

Công nghệ viễn thám và GIS đã chứng tỏ được thế mạnh thực sự Đã

có nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng viễn thám và GIS theo dõi, giám

sát, quản lý các nguồn tài nguyên trong đó có rừng Đề tài: “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng huyện Năm Căn và Ngọc Hiển tỉnh Cà Mau giai đoạn 1996-2004-2008 tỷ lệ 1:50000”

được đặt ra nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn nêu trên đồng thời nhằm

nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên rừng ở Cà Mau

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài:

- Điều tra, đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Ngọc Hiển và huyện Năm Căn tỉnh Cà Mau giai đoạn 1996-2008

- Phân tích, đánh giá biến động lớp phủ rừng huyện Ngọc Hiển và huyện Năm Căn tỉnh Cà Mau giai đoạn 1996-2008

Nhiệm vụ của đề tài:

- Thu thập, tổng hợp các tư liệu ảnh viễn thám, bản đồ và các tài liệu cần thiết khác khu vực huyện Ngọc Hiển và Năm Căn tỉnh Cà Mau các năm

1996, 2004, 2008

- Phân tích, xử lý ảnh viễn thám

- Thành lập bộ bản đồ lớp phủ rừng các năm 1996, 2004 và năm 2008

- Thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng giai đoạn 1996-2004, 2004-2008

- Phân tích biến động lớp phủ rừng khu vực huyện Ngọc Hiển và Năm Căn tỉnh Cà Mau qua các giai đoạn 1996-2004, 2004-2008

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu phương pháp viễn thám và GIS đánh giá biến động lớp phủ rừng

Spot tại Trung tâm Viễn Thám Quốc Gia

- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25 000 hiện chỉnh năm 2001-2002 theo ảnh vệ tinh Spot tại Trung tâm Viễn Thám Quốc Gia

- Bản đồ hiện trạng sử đất cấp huyện tỉnh Cà Mau; dự án thử nghiệm giữa Trung tâm Viễn Thám và sở địa chính Cà Mau năm 2002-2003

- Bản đồ biến động vùng nuôi trồng thuỷ sản giai đoạn 1995-2002 tỷ lệ 1/100000 Trung tâm Viễn Thám

- Bản đồ đất ngập nước ven biển Việt Nam tỷ lệ 1/100 000 thành lập năm 2007 tại Trung tâm Viễn Thám

* Tư liệu viễn thám

Bình đồ ảnh vệ tinh khu vực huyện Năm Căn và huyện Ngọc Hiển , tỉnh Cà Mau:

- Bình đồ ảnh vệ tinh SPOT5 2,5m màu tự nhiên, xử lý mức 3, tỷ lệ 1: 50 000

5 Phương pháp nghiên cứu gồm có:

- Phương pháp viễn thám và GIS thành lập bản đồ lớp phủ rừng và bản đồ biến động lớp phủ rừng

- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: nhằm khảo sát lấy mẫu cho quá trình xử lý tư liệu viễn thám và đối soát kết quả phân tích

- Phương pháp phân tích thống kê: nhằm đưa ra đánh giá tổng hợp trong quá trình phân tích các số liệu thống kê về diện tích biến động

- Phương pháp đánh giá tổng hợp…

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Áp dụng công nghệ hiện đại để nghiên cứu biến

động lớp phủ rừng ở hai huyện thuộc tỉnh Cà Mau

- Ý nghĩa thực tiễn: Thiết lập nguồn tài liệu về lớp phủ rừng phục vụ

quản lý rừng và trợ giúp quyết định để lựa chọn các giải pháp tối ưu nhằm bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường

7 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được trình bày trong 3 chương sau đây:

Chương 1: Tổng quan về lớp phủ rừng và công nghệ viễn thám và GIS

đề cập tới khái niệm cơ bản về lớp phủ mặt đất, lớp phủ rừng, là các đối tượng nghiên cứu của đề tài đồng thời đưa ra các khái niệm kinh điển về viễn thám

và GIS

Chương 2: Phương pháp luận nghiên cứu biến động bằng công nghệ

viễn thám và GIS trình bày về các quy trình ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đã được áp dụng, đưa ra quy trình đối với 2 huyện Ngọc Hiển và Năm Căn thuộc tỉnh Cà Mau

Chương 3: Thử nghiệm thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng huyện

Ngọc Hiển và huyện Nam Căn thuộc tỉnh Cà Mau các giai đoạn 1996-2004, 2004-2008 trình bày về kết quả nghiên cứu áp dụng quy trình nghiên cứu biến động lớp phủ rừng hai huyện Ngọc Hiển và Năm Căn thuộc tỉnh Cà Mau

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ VIẾN THÁM VÀ GIS 1.1 Khái niệm lớp phủ rừng

1.1.1 Lớp phủ rừng

Lớp phủ rừng là một phần của lớp phủ bề mặt nói chung Đó cũng chính là quần xã thực vật rừng, chủ yếu là cây rừng sinh trưởng trên một khoảnh đất đai nhất định Quần xã rừng bao gồm các đặc trưng như nguồn gốc, tổ thành, tuổi, mật độ, tầng thứ, độ tàn che, độ che phủ, chiều cao bình quân, đường kính bình quân, tổng tiết diện ngang, độ đầy của rừng, tăng trưởng, trữ lượng, cấp đất, diện tích, biến động [1]

Trong đó:

Nguồn gốc của rừng chính là nguồn gốc phát sinh ra rừng, có hai nguồn

gốc phát sinh là rừng tự nhiên và rừng nhân tạo Xuất xứ của rừng tự nhiên từ chồi hoặc hạt, còn xuất xứ của rừng nhân tạo hay còn gọi là rừng trồng chủ yếu là từ hạt

Để xác dịnh nguồn gốc của rừng phải dựa vào đặc trưng hình thái bên ngoài để nhận biết Thông thường rừng nhân tạo (rừng trồng) là thuần loài không phân chia tầng thứ, nếu là rừng hỗn hợp thì cũng rất ít loài và thứ tự cây trồng cũng rất ổn định, về mặt phân bố gần khu dân cư

Phương pháp xác định nguồn gốc của rừng chủ yếu là điều tra trực tiếp ngoài thực địa, ngoài ra có thể xác định gián tiếp thông qua phân tích tư liệu viễn thám độ phân giải cao nhờ nhận biết cấu trúc đặc trưng của hình ảnh Tuy vậy kết quả nhận được thường là kém chính xác

Tổ thành rừng là tỉ trọng của một loài hay nhóm loài chiếm trong lâm

phần đó và được tính theo phần trăm Có ba cách chính để tính tỉ trọng cây là:

số cây, tổng tiết diện ngang hoạc trữ lượng Việc xác định tổ thành rừng có ý nghĩa là xác định được loài cây hoặc nhóm loài chiếm đa số để từ đó có

những tác động hợp lý để cho hiệu quả tốt Ngoài ra nó còn cho phép ta xác định được trữ lượng của từng loài Tổ thành được xác định bằng phương pháp điều tra thực địa

Tuổi rừng là tuổi của lâm phần, đó là tuổi bình quân của nhóm loài cây

chiếm ưu thế trong lâm phần đó Việc xác định tuổi rừng chủ yếu dựa vào điều tra xác định tuổi bình quân của nhóm loài cây chiếm ưu thế trong lâm phần bằng cách giải tích cây đối với rừng tự nhiên hoặc dựa vào lý lịch của rừng đối với rừng trồng Tư liệu viễn thám không xác định được tuổi rừng

Mật độ của rừng là tổng số cây trên một đơn vị diện tích Việc xác định

mật độ của rừng có thể được xác định bằng hai phương pháp:

- Điều tra trực tiếp ngoài thực địa

- Phương pháp viễn thám Phương pháp này chủ yếu là sử dụng ảnh viễn thám độ phân giải cao, xác định bằng cách đếm số lượng tán cây trên một đơn vị diện tích Độ chính xác của phương pháp này đạt 60 - 70% so với phương pháp điều tra thực địa Đối với ảnh viễn thám độ phân giải trung bình

và thấp chưa thực hiện được điều này

Tầng thứ của rừng hay còn gọi là tầng thứ của lâm phần chỉ mức độ cao

thấp của các tập hợp cây tạo nên lâm phần đó Việc xác định tầng thứ của rừng được thực hiện bằng phương pháp điều tra trực tiếp ngoài thực địa hoặc điều tra thực địa kết hợp ảnh viễn thám độ phân giải cao

Độ tàn che là tỉ số diện tích tán rừng chiếu xuống đất rừng và được tính

theo % Việc xác định đặc trưng này của rừng có thể theo hai cách:

- Điều tra trực tiếp ngoài thực địa

- Sử dụng tư liệu viễn thám Tư liệu viễn thám được sử dụng là các ảnh

vệ tinh có độ phân giải cao và trung bình Với kỹ thuật này thường sử dụng mẫu đoán đọc tàn che Khi giải đoán rừng có thể đựa vào kinh nghiệm, các mẫu đoán đọc, phân tích phổ để đưa ra kết luận

Độ che phủ là tỉ số giữa diện tích đất có rừng trên diện tích đất tự nhiên và

được tính theo % Việc xác định độ che phủ rừng được tiến hành theo hai cách:

- Phương pháp truyền thống: tức là đo vẽ trực tiếp diện tích đất có rừng

và diện tích đất tự nhiên rồi lấy tỉ số

- Phương pháp viễn thám: xác định độ che phủ được xác định một cách

dễ dàng và nhanh chóng, đặc biệt khi tính chỉ số này trên một diện tích rộng lớn thì ảnh vệ tinh càng tỏ rõ ưu thế Độ che phủ được xác định bằng cách vẽ các khoanh vi diện tích đất rừng và diện tích đất tự nhiên trong khu vực sau

đó tính diện tích cho từng loại và lấy tỉ số

Chiều cao bình quân là chỉ tiêu biểu thị kích thước chiều cao cây tạo

nên lâm phần Đặc trưng này chủ yếu xác định bằng việc đo đạc chiều cao cây trực tiếp hoặc sử dụng phương pháp dán tiếp là ảnh vệ tinh có độ phân giải cao Với ảnh có độ phân giải trung bình và thấp không xác định được đặc trưng này

Đường kính bình quân là chỉ tiêu biểu thị mức độ to nhỏ kích thước cây

tạo nên lâm phần Để xác định đường kính bình quân phải đo trực tiếp noài thực địa, không thể sử dụng phương pháp viễn thám để xác định được

Tổng tiết diện ngang là tổng diện tích các tiết diện ngang ở vị trí độ cao

1.3m của tất cả các cây rừng có đường kính 6cm trở lên trên một đơn vị diện tích (thường là 1ha) Đơn vị tính là m2/ha Việc xác định đặc trưng này chủ yếu dựa vào đo trực tiếp ngoài thực địa trên các ô mẫu, ngoài ra có thể sử dụng tư liệu viễn thám để xác định bằng cách xác định sơ bộ độ tàn che sau

đó tính tổng tiết diện ngang của lâm phần dựa vào mối quan hệ giữa chúng với nhau

Độ đầy của rừng là tỉ số giữa tổng tiết diện ngang của một ha trên tổng

tiết diện ngang của một ha lâm phần chuẩn Nó có ý nghĩa như một chỉ tiêu

đánh giá tài nguyên rừng Xác định yếu tố này bằng cách điều tra thực địa, không thể xác định yếu tố này bằng phương pháp viễn thám

Tăng trưởng là số lượng mà nhân tố điều tra biến đổi được trong một

đơn vị thời gian như: chiều cao cây, đường kính, trữ lượng ý nghĩa của việc xác định tăng trưởng là để xác định số lượng, chất lượng của rừng và dự đoán diễn biến của nó Đặc trưng này chỉ xác định được bằng cách điều tra thực địa

Cấp đất là chỉ tiêu đánh giá điều kiện lập địa và sức sản xuất của lâm

phần thuộc một loài cây nào đó Đây là căn cứ để xác định mật độ trồng và chu kỳ kinh doanh hợp lý Cấp đất xác định bằng điều tra thực địa

Diện tích: Các đặc trưng trên đều phải được xác định trên một đơn vị

diện tích nhất định để làm cơ sở xác định trữ lượng của rừng Để xác định được diện tích đất có rừng, đất không có rừng có thể sử dụng cả hai phương pháp là đo đạc và vẽ diện tích của từng loại ngoài thực địa hoặc sử dụng ảnh

vệ tinh Trên ảnh vệ tinh có thể dựa vào các tiêu chuẩn, các mẫu giải đoán hoặc các chỉ số thực vật để xác định và phân loại Phương pháp sử dụng ảnh

vệ tinh là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế và có độ chính xác cao

Biến động là mức độ biến động tài nguyên rừng trong đó có biến động

về số lượng và chất lượng Sự biến động của rừng luôn luôn diễn ra dưới tác động của tự nhiên và con người theo thời gian Sự biến động diễn tiến theo hai chiều là tích cực và tiêu cực Xét ở trạng thái động thì biến động tài nguyên rừng là một đặc trưng rất cơ bản của nó Sự biến động này hoàn toàn xác định được bằng tư liệu viễn thám

Thông qua các phân tích trên về khả năng của tư liệu viễn thám trong việc xác định các đặc trưng của rừng, có thể tổng quát thành bảng như sau

Bảng 1.1 Các đặc trưng cơ bản về rừng và khả năng xác định bằng tư liệu

Tư liệu viễn thám

Ảnh vệ tinh

độ phân giải cao

Ảnh vệ tinh

độ phân giải trung bình và thấp

Phương pháp viễn thám đã trở thành phương pháp ưu việt và không thể thiếu trong ngành Lâm nghiệp, nó có ý nghĩa rất lớn trong việc đưa ra những thông tin, kết luận và dự báo một cách nhanh chóng nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết, nhất là về rừng như: nguồn gốc, độ tàn che, độ che phủ, kiểm kê diện tích, biến động

1.1.2 Vai trò của đánh giá biến động trong nghiên cứu lớp phủ rừng

Trong nghiên cứu lớp phủ rừng, ngoài việc xác định được hiện trạng rừng qua các mốc thời gian thì việc tính toán và nghiên cứu sự biến động của lớp phủ rừng giữa các thời kỳ đó có ý nghĩa rất quan trọng trong vấn đề quả

lý, xây dựng kế hoạch và quy hoạch rừng một cách hợp lý và hiệu quả

- Tính toán được khối lượng biến động : Biến động ở đây bao gồm cả biến động về diện tích và chất lượng của lớp phủ rừng

- Xác định được quy luật biến động, từ đó xác định được tính chất, nguyên nhân của sự biến động này, xác định được diễn tiến của biến động theo chiều hướng nào, có lợi hay có hại cho môi trường và kinh tế

- Dự báo và cảnh báo những nguy cơ có thể xảy ra đối với lớp phủ rừng trong tương lai, đưa ra giải pháp cụ thể để ngăn chặn hoặc khắc phục những hậu quả có thể xảy ra

1.2 Giới thiệu về viễn thám

1.2.1 Giới thiệu về hệ thống viễn thám quang học

Một hệ thống viễn thám nghiên cứu tài nguyên và môi trường bao gồm nhiều thành phần Về nguyên tắc các thành phần này có thể được chia ra thành 3 loại chính [2]:

1 Các vệ tinh viễn thám và các tàu vũ trụ có người điều khiển

2 Các máy bay có trang bị phòng thí nghiệm và máy đa phổ

3 Các trạm thu và xử lý thông tin mặt đất cố định hoặc lưu động cùng các khu vực Polygon

Các vệ tinh nhân tạo đóng vai trò chủ đạo để thu thập thông tin viễn thám mà chủ yếu là bằng phương pháp thu nhận năng lượng phản xạ từ các đối tượng mặt đất và tạo ra các sản phẩm với các thể loại đa dạng: ảnh đa phổ, ảnh hồng ngoại nhiệt, ảnh ra đa v.v

Các máy bay có chức năng chụp ảnh có trang bị phòng thí nghiệm được

sử dụng để nghiên cứu các phương pháp và thiết kế các phương tiện viễn thám, nghiên cứu đặc tính phản xạ phổ các đối tượng qua lớp khí quyển phục

vụ việc suy giải và xử lý ảnh vệ tinh Các trạm thu thông tin và xử lý thông tin mặt đất cùng các khu vực Polygon có nhiệm vụ thu nhận thông tin viễn thám, xác định các thông số trạng thái khí quyển, khả năng phản xạ phổ của các đối tượng mặt đất và giúp đỡ cho việc thiết kế các thiết bị và xử lý các thông tin viễn thám trên mặt đất

Thông tin viễn thám chụp từ vũ trụ, các thông tin từ máy bay viễn thám cùng các kết quả của các trạm mặt đất được cung cấp cho các trung tâm viễn thám ở các ngành sử dụng để nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng nhiều loại tư liệu ảnh viễn thám khác nhau cho các mục đích nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên, thành lập các loại bản đồ phục vụ công tác quản lý kinh tế xã hội

Trong khuôn khổ các vấn đề mà đề tài cần giải quyết chỉ đi sâu tìm hiểu một số loại tư liệu viễn thám đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam phục vụ mục đích nghiên cứu, điều tra và quản lý tài nguyên thiên nhiên

1.2.2 Giới thiệu ảnh viến thám

1.2.2.1 Ảnh vệ tinh SPOT

Ảnh vệ tinh SPOT được chụp bởi vệ tinh SPOT SPOT là chương trình

viễn thám do các nước Pháp, Thuỵ Điển, Bỉ hợp tác SPOT-1 được phóng lên quỹ đạo tháng 2 năm 1986, SPOT-2 được đưa lên quỹ đạo ngày 22-1-1990, SPOT-3 vào tháng 4-1993, SPOT-4 vào tháng 4-1998 và SPOT-5 vào tháng 7-2002

Vệ tinh SPOT có quỹ đạo tròn cận cực đồng bộ mặt trời với độ cao bay chụp là 830km và góc nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo là 98,70 Thời điểm bay qua xích đạo là 10h30 sáng Chu kỳ lặp lại một điểm nào đó trên mặt đất

là 26 ngày trong chế độ quan sát bình thường Vệ tinh SPOT được trang bị một bộ quét đa phổ HRV gồm 2 máy HRV-1 và HRV-2 (high resolution visible) Bộ nhạy cảm HRV 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 góc quan sát từ 0 đến 270 so với phương thẳng đứng HRV là máy quét ảnh đa phổ trên 3 kênh ảnh trắng đen XS và một kênh toàn sắc P Máy HRV sử dụng loại

tế bào quang điện, một dãy gồm 3000 tế bào và một dãy gồm 6000 tế bào quang điện ghi nhận hình ảnh, các tế bào quang điện được đặt vuông góc với hướng bay, do vậy khi vệ tinh chuyển động sẽ ghi được hình ảnh mặt đất trên một giải rộng 60km, và có thể tạo ra cặp ảnh lập thể do sự thay đổi góc nhìn của bộ cảm SPOT có khả năng ghi nhận hình ảnh mặt đất trong giải hành lang 950km [2]

Bảng 1.2 Đặc điểm hệ thống máy chụp ảnh vùng nhìn thấy có độ phân giải

cao của vệ tinh SPOT

Đặc trưng HRV Dạng đa phổ Dạng toàn sắc Dải (band) - Xanh lá cây - Đỏ

- Hồng ngoại phản xạ

0.50 - 0.59 0.61 - 0.68 0.79 - 0.80

1.2.2.2 Ảnh vệ tinh LANDSAT [2]:

LANDSAT là vệ tinh viễn thám đầu tiên được NASA phóng lên quỹ đạo vào năm 1972 Từ năm 1994 ảnh vệ tinh LANDSAT do công ty EOSAT phân phối, tuy nhiên những ảnh có thời gian sau khi thu nhận 2 năm được đưa vào kho lưu trữ và do Trung tâm dữ liệu Cục địa chất Mỹ phân phối

Vệ tinh đầu tiên trong serie LANDSAT là ERTS-1 ( vệ tinh tài nguyên) phóng ngày 23/7/1972 Sau đổi tên là LANDSAT-1 LANDSAT-2 được phóng ngày 22/1/1975 Các vệ tinh tiếp theo là LANDSAT-3 phóng năm

1978 LANDSAT-4 phóng năm 1982 LANDSAT-5 phóng năm 1984 LANDSAT-6 phóng năm 1993 nhưng đã không thành công LANDSAT-7 phóng tháng 4 năm 1999 Hiện nay có 2 vệ tinh hoạt động đó là LANDSAT-5 và 7

a) Quỹ đạo vệ tinh LANDSAT-5 và 7: Được đặc trưng bởi các thông số chính sau:

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

- Quỹ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp lại

- Thời điểm bay qua xích đạo 9h30 sáng

- Chu kỳ lặp lại 17 ngày

2 Thông số kỹ thuật của bộ cảm TM

Bộ cảm này cho thông tin về phổ nhiều hơn MSS

+ Kênh 7: 2.08- 2.35

1.2.2.3 Các hệ thống ảnh Radar: [2]

Hiện nay có một số hệ thống ảnh viễn thám radar đang hoạt động như

ERS(châu Âu), RADASAT(Canada)

RADASAT

Là vệ tinh của Canada do Trung tâm Viễn thám Canada (CCRS thuộc

cơ quan Hàng không vũ trụ Canada quản lý) Vệ tinh được phóng lên qũy đạo tháng 11 năm 1995

Vệ tinh Radasat được trang bị máy quét ảnh Rada SAR5 (Synthetic Aperture Rada) sử dụng kênh C Có khả năng chọn độ phân giải từ 10m đến 100m và dải chụp có độ rộng từ 35km đến 500km Góc chụp nghiêng trong khoảng từ 200 đến 500

Trong số các ảnh Radar thì Radasat có khả năng kỹ thuật tương đối tốt nhất Vệ tinh Radasat cung cấp những tư liệu ảnh viễn thám radar trong giải sóng băng C về các đối tượng bề mặt trái đất Hệ thống Radasat có thể cho 25 loại ảnh Radar có các bước sóng và phương thức thu nhận khác nhau, cả ngày lẫn đêm và trong mọi thời tiết Hệ thống Radasat cũng cho phép chụp ảnh lập

thể Khả năng chụp lập thể của Radasat đã mở rộng đáng kể: nó cho phép lập

mô hình số địa hình các vùng chưa được lập bản đồ địa hình đầy đủ Dựa vào ảnh Radasat lập thể có thể vẽ đường bình độ những vùng núi cao hoặc những thung lũng quanh năm thường xuyên mây mù bao phủ, do đó việc chụp ảnh máy bay gặp rất nhiều khó khăn

Ảnh RADASAT: là ảnh radar của vệ tinh Radasat được trang bị máy quét SAR có nhiều phương thức thu nhận ảnh, với nhiều góc nhìn từ 200 đến 490,

độ phân giải từ 8m đến 150m Độ rộng giải chụp từ 50km đến 300km, phụ

thuộc các mode ghi ảnh

Bảng 1.3 Một số đặc điển của Mode chụp ảnh của vệ tinh RadaSat

Mode Độ phân giải (m) Độ rông(km) Góc chụp(độ)

1.2.3 Phản xạ phổ các đối tượng tự nhiên

1.2.3.1 Một số khái niệm phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Sóng điện từ chiếu tới mặt đất, năng lượng của chúng sẽ tác động lên

mặt đất gây ra các hiện tượng sau:

- Phản xạ năng lượng

- Hấp thụ năng lượng

- Thấu quang năng lượng

Gọi năng lượng nguồn phát là Eo, khi chiếu xuống đối tượng chuyển

thành một phần mang năng lượng phản xạ Eρ , một phần bị hấp thụ Eα , một

phần thấu quang Eτ Theo định luật bảo toàn năng lượng :

Eo= Eρ+ Eα + Eτ (1-1)

Chia hai vế của (1-1) cho Eo ta có 1

E

E E

E E

E

=

τ + +

ο ο

α ο ρ

ρ + α + τ =1 (1-2)

trong đó ρ,α,τ là độ phản xạ, độ hấp thụ và độ thấu quang

Tuỳ thuộc vào cấu trúc, thành phần cấu tạo bề mặt đối tượng và bước sóng năng lượng chiếu tới mà các thành phần Eρ, Eα , Eτ có những giá trị khác nhau đối với các đối tượng khác nhau Do vậy ảnh thu được có khả năng phản

xạ phổ các đối tượng khác nhau là khác nhau

Các hệ thống viễn thám ghi nhận năng lượng phản xạ từ công thức (1-1):

Eρ = Eo- (Eα + Eτ)

Hệ số phản xạ phổ rλ ( ở bước sóng λ ) được định nghĩa:

( )

( )(100%)E

E r

Hình 1.1 Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

1 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của thực vật

2 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của đất khô

3 - Đường đặc trưng phản xạ phổ của nước

1.2.3.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên:

lượng chiếu tới đặc biệt là chất clorophin Vùng phản xạ mạnh nhất tương ứng bước sóng 0.54μ Ở vùng hồng ngoại các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ là hàm lượng nước và cấu trúc tế bào lá Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc tế bào lá ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ, ở đây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt Nhìn chung ở dải sóng ánh sáng, cận hồng ngoại, hồng ngoại khả năng phản xạ phổ khác nhau rõ rệt

2 Đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Đường đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng không phức tạp như thực vật Đặc tính chung nhất là sự tăng khả năng phản xạ phổ theo độ dài bước sóng, đặc biệt vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại, ở đây chỉ có năng lượng hấp thụ và phản xạ mà không có năng lượng thấu quang Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng chúng có liên quan chặt chẽ với nhau như: cấu trúc, độ ẩm, độ mịn bề mặt, hàm lượng hữu cơ và oxit sắt

Ví dụ đối cấu trúc đất và độ mịn bề mặt thì đất mùn có khả năng phản xạ phổ cao hơn đất cát và đất cát có khả năng phản xạ phổ cao hơn đất bụi Đối với

độ ẩm tăng thì khả năng phản xạ phổ sẽ giảm xuống Hàm lượng hữu cơ và oxit sắt trong đất làm cho màu sắc thổ nhưỡng biến đổi ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ

3 Đặc trưng phản xạ phổ của nước

Khả năng phản xạ phổ của nước cũng thay đổi theo chiều dài bước sóng nhờ sự tương tác giữa năng lượng chiếu tới và vật chất Ở đây khả năng phản xạ phổ còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái nước Ở dải sóng hồng ngoại nước có khả năng hấp thụ, chỉ khi bước sóng nào dài mới có khả năng phản xạ Nước nhìn chung có tính thấu quang, độ thấu quang phụ thuộc thành phần nước trong hay đục Ở những vùng nông thì trong viễn thám ghi nhận nhờ năng lượng phản xạ chất đáy Nếu nồng độ chất gây đục đủ lớn thì khả năng phản xạ phổ lúc đó là hàm của thành phần nước Ngoài ra hàm

lượng clorophin, các khí hoà tan như oxi, nitơ, cacbonat và muối vô cơ cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của nước

1.2.3.3 Một số yếu tố chính ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên:

1 Ảnh hưởng của các yếu tố thời gian - không gian

Các đối tượng tự nhiên trên bề mặt đất thường thay đổi theo thời gian

Vì vậy khi giải đoán cần biết rõ thời điểm ghi nhận và đặc điểm của đối tượng

ở thời điểm đó

Yếu tố không gian chia làm hai loại: yếu tố không gian cục bộ và địa

lý Yếu tố không gian cục bộ khi đối tượng được phân bố có quy luật, khả năng phản xạ phổ phụ thuộc vào các quy luật khác nhau Yếu tố không gian địa lý thể hiện khi cùng một loại thực vật nhưng điều kiện sinh trưởng ở các vùng địa lý khác nhau thì cho khả năng phản xạ phổ khác nhau Cũng như phụ thuộc vào địa hình mà có bên sáng bên tối khi ánh sáng mặt trời chiếu nghiêng

Để làm giảm ảnh hưởng của các yếu tố không gian - thời gian đến khả năng phản xạ phổ có thể đưa ra một số phương pháp ghi nhận sau:

- Ghi nhận thông tin vào thời điểm mà khả năng phản xạ phổ của đối tượng này khác xa đối tượng khác

- Ghi nhận thông tin thường xuyên trong một khoảng thời gian nhất định

- Ghi nhận hình ảnh trong điều kiện môi trường nhất định như góc

nghiêng mặt trời tối thiểu, lượng mây nhỏ hơn 10%

2 Ảnh hưởng của khí quyển:

Khí quyển là môi trường lan truyền năng lượng từ nguồn tới đối tượng

và từ đối tượng tới máy thu trên vệ tinh Do vậy khí quyển ảnh hưởng rất lớn tới quá trình phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Bề dày khí quyển ảnh hưởng tới số liệu thông qua tham số độ cao vệ tinh Khí quyển có thể ảnh hưởng tới số liệu bằng hai cách tán xạ và hấp thụ Hiện tượng tán xạ làm đổi

hướng tia chiếu mà không làm mất năng lượng Tán xạ có được do các thành phần không khí hoặc các ion khí quyển phản xạ ánh sáng chiếu tới hoặc do các lớp khí quyển dày có chiết quang không đồng nhất gây nên hiện tượng khúc xạ Do vậy trường nhìn của máy thu sẽ bị hạn chế khi các tia sáng bị tán

xạ ra ngoài trường nhìn Hiện tượng tia sáng bị hấp thụ diễn ra khi tia sáng không tán xạ mà truyền qua khí quyển làm nung nóng khí quyển

Hiện tượng tán xạ còn phụ thuộc vào kích thước hạt gây tán xạ, khi hạt

bé thì tán xạ phụ thuộc vào bước sóng năng lượng Khi hạt lớn thì tán xạ ánh sáng bao gồm: phản xạ bề mặt, khúc xạ, phản xạ nhiều lần bên trong hạt Đặc tính của khí quyển tác động lên bức xạ mặt trời bao gồm phản xạ, hấp thụ và cho năng lượng truyền qua Đối với viễn thám phần năng lượng truyền qua rất quan trọng Sau đây xét đồ thị đặc trưng cho tác động khí quyển đến bức xạ

Hình 1 2 Cửa sổ khí quyển

Ở vùng ánh sáng nhìn thấy khả năng phản xạ phố lớn nhất khoảng 60% năng lượng chiếu tới Ở mỗi dải sóng khả năng phản xạ, hấp thụ khác nhau Điều này rất quan trọng trong khi thiết kế máy chụp đa phổ để thu nhận ánh sáng phản xạ ở các cửa sổ có bước sóng phù hợp [2]

1.3 Giới thiệu các phương pháp phân loại đối tượng trên ảnh viễn thám

1.3.1 Phương pháp tương tự (đoán đọc bằng mắt)

Đoán đọc điều vẽ ảnh bằng mắt có thể áp dụng trong mọi điều kiện trang thiết bị Đoán đọc điều vẽ bằng mắt là việc sử dụng mắt người cùng với các dụng cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp mầu để xác định các đối tượng Cơ sở để đoán đọc điều vẽ bằng mắt là các chuẩn đoán đọc điều vẽ và mẫu đoán đọc điều vẽ

1.3.1.1 Các chuẩn đoán đọc điều vẽ ảnh vệ tinh và mẫu đoán đọc điều vẽ

1 Chuẩn kích thước

Cần phải chọn một tỷ lệ ảnh phù hợp để đoán đọc điều vẽ Kích thước của đối tượng có thể xác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với mẫu số tỷ lệ ảnh

2 Chuẩn hình dạng

Hình dạng có ý nghĩa quan trọng trong đoán đọc điều vẽ ảnh Hình dạng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên cao xuống và được coi là chuẩn đoán đọc điều vẽ quan trọng

3 Chuẩn bóng

Bóng của vật thể dễ dàng nhận thấy khi nguồn sáng không nằm chính xác ở đỉnh đầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên Dựa vào bóng của vật thể có thể xác định được chiều cao của nó

4 Chuẩn độ đen

Độ đen trên ảnh đen trắng biến thiên từ trắng đến đen Mỗi vật thể được thể hiện bằng một cấp độ sáng nhất định tỷ lệ với cường độ phản xạ ánh sáng của nó Ví dụ cát khô phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng có mầu trắng, trong khi đó cát ướt do độ phản xạ kém hơn nên có mầu tối hơn trên ảnh đen trắng Trên ảnh hồng ngoại đen trắng do cây lá nhọn phản xạ

mạnh tia hồng ngoại nên chúng có mầu trắng và nước lại hấp thụ hầu hết bức

xạ trong dải sóng này nên bao giờ cũng có mầu đen

5 Chuẩn mầu sắc

Mầu sắc là một chuẩn rất tốt trong việc xác định các đối tượng Ví dụ các kiểu loài thực vật có thể được phát hiện dễ dàng ngay cả cho những người không có nhiều kinh nghiệm trong đoán đọc điều vẽ ảnh khi sử dụng ảnh hồng ngoại mầu Các đối tượng khác nhau cho các tông mầu khác nhau đặc biệt khi sử dụng ảnh đa phổ tổng hợp mầu

6 Chuẩn cấu trúc

Cấu trúc là một tập hợp của nhiều hình mẫu nhỏ Ví dụ một bãi cỏ không bị lẫn các loài cây khác cho một cấu trúc mịn trên ảnh, ngược lại rừng hỗn giao cho một cấu trúc sần sùi Đương nhiên điều này còn phụ thuộc vào

tỷ lệ ảnh được sử dụng

7 Chuẩn phân bố

Chuẩn phân bố là một tập hợp của nhiều hình dạng nhỏ phân bố theo một quy luật nhất định trên toàn ảnh và trong mối quan hệ với đối tượng cần nghiên cứu Ví dụ hình ảnh của các dãy nhà, hình ảnh của ruộng lúa nước, các đồi trồng chè tạo ra những hình mẫu đặc trưng riêng cho các đối tượng đó

8 Chuẩn mối quan hệ tương hỗ

Một tổng thể các chuẩn đoán đọc điều vẽ, môi trường xung quanh hoặc mối liên quan của đối tượng nghiên cứu với các đối tượng khác cung cấp một thông tin đoán đọc điều vẽ quan trọng

Nhằm trợ giúp cho công tác đoán đọc điều vẽ người ta thành lập các mẫu đoán đọc điều vẽ cho các đối tượng khác nhau Mẫu đoán đọc điều vẽ là tập hợp các chuẩn dùng để đoán đọc điều vẽ một đối tượng nhất định Kết quả đoán đọc điều vẽ phụ thuộc vào mẫu đoán đọc điều vẽ Mục đích của việc sử dụng mẫu đoán đọc điều vẽ là làm chuẩn hóa kết quả đoán đọc điều vẽ của

nhiều người khác nhau Thông thường mẫu đoán đọc điều vẽ do những người

có nhiều kinh nghiệm và hiểu biết thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra kỹ lưỡng Tất cả 8 chuẩn đoán đọc điều vẽ cùng với các thông tin về thời gian chụp, mùa chụp, tỷ lệ ảnh đều phải đưa vào mẫu đoán đọc điều vẽ Một bộ mẫu đoán đọc điều vẽ bao gồm không chỉ phần ảnh

mà còn mô tả bằng lời nữa.[3]

1.3.1.2 Khóa giải đoán ảnh

Khóa giải đoán là chuẩn giải đoán cho đối tượng nhất định bao gồm tấp hợp các yếu tố và dấu hiệu do nhà giải đoán kinh nghiệm thiết lập, nhằm trợ giúp cho công tác giải đoán nhanh và đạt kết quả giải đoán chính xác thống nhất cho các đối tượng từ nhiều người khác nhau

Kết quả giải đoán phụ thuộc vào khóa giải đoán ảnh thông thường khóa giải đoán do những người nhiều kinh nghiệm và hiểu biết thành lập dựa trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra kỹ lưỡng…

Tất cả 8 chuẩn đoán đọc điều vẽ cùng với các thông tin về thời gian chụp, mùa chụp, tỷ lệ ảnh đều phải đưa vào mẫu đoán đọc điều vẽ Một bộ mẫu đoán đọc điều vẽ bao gồm không chỉ phần ảnh mà còn mô tả bằng lời nữa

1.3.2 Phương pháp phân loại số (xử lý ảnh bằng máy tính)

Các tư liệu thu được trong viễn thám phần lớn là ở dưới dạng số cho nên vấn đề đoán đọc điều vẽ ảnh bằng xử lý số trong viễn thám giữ một vai trò quan trọng và có lẽ cũng là phương pháp cơ bản trong viễn thám hiện đại Đoán đọc điều vẽ ảnh bằng xử lý số trong viễn thám bao gồm các giai đoạn sau :

- Nhập số liệu

Có hai nguồn tư liệu chính đó là ảnh tương tự do các máy chụp ảnh cung cấp và ảnh số do các máy quét cung cấp Trong trường hợp ảnh số thì tư liệu ảnh được chuyển từ các băng từ lưu trữ mật độ cao HDDT và các băng từ

CCT Ở dạng này máy tính nào cũng đọc được số liệu Các ảnh tương tự cũng được chuyển thành dạng số thông qua các máy quét

- Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh

Đây là giai đoạn mà các tín hiệu số được hiệu chỉnh hệ thống nhằm tạo

ra một tư liệu ảnh có thể sử dụng được Giai đoạn này thường được thực hiện trên các máy tính lớn tại các Trung tâm thu số liệu vệ tinh

- Biến đối ảnh

Các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng, biến đổi tuyến tính

là giai đoạn tiếp theo Giai đoạn này có thể thực hiện trên các máy tính nhỏ như máy vi tính trong khuôn khổ của một phòng thí nghiệm

Sau khi hoàn tất các khâu xử lý cần phải xuất kết quả

1.3.3 So sánh ưu nhược điểm của hai phương pháp giải đoán ảnh

Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng Phương pháp tương tự có

ưu điểm khai thác được tư duy của con người, độ chính xác cao nhưng năng suất thấp Phương pháp xử lý số có ưu điểm là năng suất cao nhưng không khai thác được tư duy của con người đồng thời độ chính xác thấp Trong khuôn khổ của đề tài chỉ đi sâu vào phương pháp tương tự (đoán đọc bằng mắt)

1.4 Giới thiệu về GIS

1.4.1 Khái niệm

GIS là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng, phần mềm,

cơ sở dữ liệu và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu

quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý

1.4.2 Cấu trúc của GIS

Cấu trúc của GIS bao gồm các hợp phần cơ bản như sau: dữ liệu không

gian, người điều hành, phần cứng và phần mềm

Hình 1 3 Mô hình tổ chức của GIS

1.4.3 Các chức năng của GIS

1.4.3.1 Nhập dữ liệu

Trước khi dữ liệu địa lý có thể dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp, biên tập và chỉnh sửa cho phù hợp với mục đích sử dụng Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số gọi là quá trình số hóa Công nghệ GIS hiện đại có thể tự động một phần quá trình này với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn, những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi một số quá trình số hóa thủ công (dùng bàn số hóa)

1.5.3.2 Chuyển đổi dữ liệu

Có những trường hợp dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng (format) và thao tác theo một số cách để có thể tương thích với hệ thống nhất định Trước khi các thông tin này được liên kết với nhau, chúng phải được chuyển về cùng

một tỷ lệ (mức chính xác hoặc mức chi tiết) Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích Và GIS cung cấp các công cụ cho việc thực hiện mục đích này

1.4.3.3 Thao tác dữ liệu

Công nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết Các chức năng phục vụ cho mục đích sửa chữa, biên tập là các công cụ tùy chọn như: bổ sung, sao chép, xóa, dịch chuyển dữ liệu Bên cạnh đó còn có các công cụ xây dựng các cấu trúc topology và biên tập dữ liệu thuộc tính cho nó

1.4.3.4 Quản lý dữ liệu

Đối với những mô hình GIS nhỏ có thể lưu các dữ liệu không gian và

dữ liệu địa lý dưới dạng các file đơn giản Tuy nhiên, khi kích thước dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượng số liệu cũng nhiều lên thì cách tốt nhất là sử dụng

hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) để giúp cho việc lưu trữ, tổ chức và quản lý thông tin Một DBMS chỉ đơn giản là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu

Trong nhiều cấu trúc DBMS khác nhau, cấu trúc quan hệ trong GIS tỏ

ra hữu hiệu nhất Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu được lưu trữ ở dạng bảng Các trường thuộc tính chung trong các bảng khác nhau được dùng để liên kết các bảng này với nhau Do linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này được sử dụng

và triển khai khá rộng rãi trong các ứng dụng cả trong và ngoài GIS

1.4.3.5 Hỏi đáp và phân tích không gian

Một khi dã có hệ GIS lưu giữ các thông tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi các câu hỏi thuộc tính và không gian đơn giản như:

- Đất trên đồi núi là đất gì?

- Tổng diện tích đất nông nghiệp là bao nhiêu?

Và các câu hỏi phân tích như:

- Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các tòa nhà mới nằm ở đâu?

- Kiểu đất ưu thế cho trồng rừng gì?

GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản “chỉ và nhấn” và các công

cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý

và phân tích Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong

đó có công cụ đặc biệt để chồng xếp dữ liệu địa lý

Chồng xếp là quá trình tích hợp các thông tin khác nhau Thao tác phân tích thông tin đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý Sự chồng xếp này hay liên kết không gian có thể là sự kết hợp dữ liệu về thổ nhưỡng, độ cao, độ dốc, hiện trạng lớp phủ mặt đất Để rút ra thông tin này, thao tác tính toán số học và các phép logic được vận dụng trên các lớp thông tin khác nhau được nhập vào

Chồng xếp các dữ liệu khác nhau này được thực hiện theo một quá trình bậc thang Lớp dữ liệu cần biết thông tin của lớp dữ liệu khác sẽ được thực hiện thông qua phép phân tích bảng chéo (Crossing) Phép toán được thiết lập trên mỗi giá trị của lớp dữ liệu thứ nhất và giá trị tương ứng của lớp

dữ liệu thứ hai Việc tiến hành phép Crossing lớp dữ liệu cần biết thông tin khác với từng lớp dữ liệu cần lấy thông tin Cuối cùng ta được thông tin tổng hợp liên quan đến dữ liệu ban đầu Do vậy, phép phân tích quan hệ không gian này giúp làm rõ mối quan hệ giữa các đối tượng cần nghiên cứu với các đối tượng khác

Chồng xếp được tiến hành trên cả lớp dữ liệu vector và raster Chồng xếp trên dữ liệu raster tiến hành đơn giản hơn song dung lượng lưu trữ của nó lại lớn hơn dữ liệu vector rất nhiều Do vậy, việc xử lý mất nhiều thời gian hơn Còn dữ liệu vector, quá trình chồng xếp mất ít thời gian hơn và chiếm dung lượng hỏ hơn, song độ chính xác của nó lại kém hơn so với chồng xếp

dữ liệu raster Do đó, tùy theo mục đích sử dụng và yêu cầu độ chính xác của sản phẩm đầu ra mà ta lựa chọn loại chồng xếp trên dạng dữ liệu nào

1.4.3.6 Hiển thị

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng là hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ số hoặc biểu đồ Bản đồ khá hiệu quả trong lưu trữ và trao đổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính năng nghệ thuật và tính khoa học của ngành bản đồ Bản đồ, sơ đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp

và các dữ liệu khác (đa phương tiện)

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ THỰC VẬT

RỪNG BẰNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS 2.1 Ưu việt của viễn thám trong nghiên cứu biến động

Sử dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp phủ rừng

do công nghệ này đem lại những ưu việt sau:

- Ảnh viễn thám mang thông tin đồng bộ theo thời gian về đối tượng mặt đất, mặt nước và ở một độ sâu nhất định trên một vùng rộng lớn

- Nhờ khả năng chụp lặp lại theo các chu kỳ khác nhau, ảnh viễn thám được coi là nguồn tài liệu chủ yếu để nghiên cứu biến động lớp phủ rừng

- Với khả năng thông tin của ảnh viễn thám đa thời gian kết hợp với các nguồn tài liệu khác và kết quả điều tra ngoài thực địa cho phép có thể xác định và ghi nhận được diễn biến của các quá trình biến động theo các giai đoạn khác nhau

- Công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp phủ rừng đảm bảo độ chính xác, tính khách quan và tính đồng nhất

Do đó có thể thấy rằng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp phủ rừng đảm bảo độ chính xác, tính khách quan và tính đồng nhất

2.2 Khả năng xác định biến động của tư liệu viễn thám

2.2.1 Khả năng xác định định tính

Khả năng xác định định tính là khả năng xác định một cách rất khái quát về sự biến động Đó là nhận biết những đối tượng có biến động hay không biến động

Từ tư liệu viễn thám đã được xử lý, có thể xác định một cách định tính các đối tượng biến động một cách dễ dàng

2.3 Nguyên tắc xác định biến động

Nguyên tắc chung của sự xác định, tính toán biến động là sự so sánh hiện trạng của cùng một đối tượng ở các thời điểm khác nhau, thời gian xác định biến động giữa hai thời điểm liên tiếp được gọi là một chu kỳ Khoảng thời gian của mỗi chu kỳ dài hay ngắn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng công việc Các chu kỳ có thể phân ra thành các chu kỳ dài ( thời gian tính một năm, 5 năm 10 năm và lâu hơn) và các chu kỳ ngắn ( tính theo mùa, theo tháng, theo tuần thậm chí theo ngày ) Xác định biến động với các chu kỳ dài thường áp dụng với các đối tượng có sự biến động từ từ hoặc tương đối ổn định, trải qua thời gian dài Ngược lại, xác định biến động với các chu kỳ ngắn khi cần xác định nhanh sự biến động của các đối tượng có sự biến động lớn với tốc độ nhanh và cần có số liệu báo cáo nhanh

Về công nghệ, đối với việc xác định biến động theo chu kỳ dài và ngắn

có sự khác nhau cơ bản, nó phụ thuộc vào nguồn tư liệu và trang thiết bị thực hiện cũng như thao tác của các tác nghiệp viên

Để xác định nội dung biến động, trước hết phải thành lập được các bản

đồ hiện trạng lớp phủ rừng ở các thời kỳ khác nhau làm cơ sở cho việc thành lập bản đồ biến động Sau khi có bản đồ biến động, tiến hành xác định khả năng biến động của các thành phần (xác định định tính) và tính mức độ biến động của các thành phần biến động (xác định định lượng) Sau cùng, có thể đưa ra các nhận định, đánh giá mang tính khách quan về một số nguyên nhân gây ra biến động của các đối tượng

2.4 Phương pháp nghiên cứu biến động

Như phân tích ở trên, việc tính toán và phân tích biến động, tùy thuộc vào chu kỳ của quá trình xác định biến động mà có những phương pháp xử lý khác nhau như: phương pháp so sánh dãy số liệu của từng thời kỳ, phương pháp so sánh bản đồ, phương pháp viễn thám Mỗi phương pháp, tuỳ theo mục đích đều có những ưu điểm và nhược điểm

Với phương pháp so sánh dãy số liệu của hai thời kỳ đánh giá: trong nghiên cứu biến động lớp phủ rừng thì phương pháp này không phù hợp, nó chỉ cho biết mức độ biến động của các đối tượng, không thể hiện được trực quan vị trí biến động và khó khăn trong việc thể hiện cũng như nhận biết được các loại hình biến động Do vậy phương pháp này không thích hợp với nghiên cứu biến động lớp phủ rừng

Với phương pháp bản đồ: trong nghiên cứu biến động, việc so sánh bản

đồ hiện trạng ở đầu hai thời kỳ đánh giá là một phương pháp thường được áp dụng từ trước tới nay Tuy nhiên, trong một số trường hợp tư liệu bản đồ hiện trạng sử dụng để đánh giá có thời gian thành lập không phù hợp với thời điểm cần đánh giá, nhất là khi nghiên cứu biến động trong khoảng thời gian lệch với chu kỳ cập nhật bản đồ của nhà nước, trong khi đó việc đo đạc thực địa thành lập bản đồ mới là rất khó khăn là khó thành lập được bản đồ hiện trạng