Nghiên cứu quá trình đô thị hoá khu vực quận 2 thành phố hồ chí minh bằng tư liệu viễn th•m và gis

4 1.3 Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất 6 1.3.1 Một số phương pháp nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất 6 1.3.2 Nguyên tắc nghiên cứu biến ñộng tài nguyên ñất sau phân

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học mỏ - địa chất

lê văn tình

nghiên cứu quá trình đô thị hóa khu vực quận 2 thành

phố hồ chí minh bằng tư liệu viễn thám và gis

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

hà nội - Năm 2009

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học mỏ - địa chất

lê văn tình

nghiên cứu quá trình đô thị hóa khu vực quận 2 thành

phố hồ chí minh bằng tư liệu viễn thám và gis

Chuyên ngành: kỹ thuật trắc địa

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước ñây

Tác giả luận án

Lê Văn Tình

1.1 Biến ñộng ñô thị là gì ? 4

1.3 Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất 6 1.3.1 Một số phương pháp nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất 6 1.3.2 Nguyên tắc nghiên cứu biến ñộng tài nguyên ñất sau phân loại 7 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất trên thế giới và

Việt Nam

8

Chương 2 Những vấn ñề chung về viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý 16

2.1.2 Vệ tinh viễn thám và tư liệu sử dụng trong viễn thám 18 2.1.3 Lý thuyết phản xạ phổ của các ñối tượng tự nhiên 22

Chương 3 Nghiên cứu biến ñộng tài nguyên ñất bằng công nghệ tích hợp tư liệu

viễn thám và hệ thông tin ñịa lý

44

3.1 Tại sao phải tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý

3.2 Có thể tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý ñược không 48 3.3 Khả năng ứng dụng công nghệ tích hợp thư liệu viễn thám và hệ thông

tin ñịa lý

49

3.4 Qui trình công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin ñịa

lý ñể nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất

50

4.1 Tình hình ñịa lý tự nhiên khu vực thực nghiệm 52

4.3.4 Phân loại ảnh vệ tinh bằng phương pháp phân loại có kiểm ñịnh 64

4.3.7 Biên tập, trình bày bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 81 4.4 Phân tích, ñánh giá quá trình biến ñộng sử dụng ñất tại khu vực thực

Danh mục công trình của tác giả có liên quan ñến nội dung luận văn 95

2 Hình 2.1 Các kênh sử dụng trong viễn thám 17

3 Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám 18

5 Hình 2.4 ðặc điểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT 25

6 Hình 2.5 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 27

17 Hình 3.4 Mơ hình chuyển đổi dữ liệu Viễn thám và HTTðL 49

18 Hình 3.5 Qui trình cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và

hệ thống thơng tin địa lý để nghiên cứu biến động tài nguyên đất

51

20 Sơ đồ 4.2 Quy trình cơng nghệ thực hiện nghiên cứu 57

21 Hình 4.3 Hiệu chỉnh độ tương phản bằng Histogram 59

22 Hình 4.4 Ảnh năm 2008 trước và sau khi tăng cường độ

25 Hình 4.7 Vị trí và sai số nắn chỉnh tương ứng của các

điểm khống chế trên ảnh năm 2003

28 Hình 4.10 Kết quả lấy mẫu giải đốn trên ảnh năm 2008 67

33 Hình 4.15 Hộp thoại thay ñổi tên và bảng màu của từng loại

3 Bảng 2.3 Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT - 3 20

4 Bảng 2.4 Phân loại sóng ñiện từ và các kênh phổ sử dụng

11 Bảng 4.7 Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2008 74

12 Bảng 4.8 ðộ chính xác phân loại ảnh năm 2008 75

13 Bảng 4.9 Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2003 76

14 Bảng 4.10 ðộ chính xác phân loại ảnh năm 2003 77

15 Bảng 4.11 Ma trận sai số phân loại ảnh năm 1997 78

16 Bảng 4.12 ðộ chính xác phân loại ảnh năm 1997 79

17 Bảng 4.13 Bảng màu của từng loại hình sử dụng ñất 82

18 Bảng 4.14 Ma trận chuyển ñổi diện tích các loại hình sử dụng ñất

giai ñoạn 1997 – 2003

2 Biểu ñồ 4.2 Biểu ñồ biến ñộng diện tích sử dụng ñất

giai ñoạn 2003 – 2008

89

Mở ĐầU

1 Tớnh cấp thiết của ủề tài

Quận 2 là một trong những quận mới lập của thành phố Hồ Chí Minh Kể từ khi

được chính thức thành lập, quận 2 được quy hoạch là quận trung tâm đối trọng với quận 1, là trung tâm tài chính, thương mại, dịch vụ quốc tế mang tầm chiến lược trong sự phát triển của TP.HCM nên ở đây quá trình đô thị hóa xẩy ra mạnh mẽ, dẫn

đến tình hình sử dụng đất tại đây có nhiều thay đổi đáng kể Trong đó chủ yếu là sự chuyển dịch theo chiều hướng tăng diện tích đất xây dựng Diện tích đất trồng cây lâu năm cũng tăng lên và có một lượng lớn diện tích đất trồng cây hàng năm chuyển thành đất xây dựng, cây tạp mọc nhiều hoặc chuyển hẳn sang trồng cây lâu năm Từ một huyện ngoại thành với diện tớch bao phủ phần lớn là lỳa nước, dừa nước và rừng ngập mặn, quận 2 ủó và ủang từng ngày từng giờ thay da ủổi thịt Tốc ủộ ủụ thị húa diễn ra nhanh chúng ủũi hỏi cỏc nhà quản lý phải cú cụng cụ ủủ nhanh, ủủ mạnh nhằm quản lý, sử dụng tài nguyờn ủất ủai một cỏch hiệu quả nhất, khoa học nhất

Vấn ủề ủặt ra là phải cú cỏi nhỡn toàn cảnh về thực trạng biến ủộng sử dụng ủất Do ủú việc nghiờn cứu biến ủộng sử dụng ủất là vấn ủề cấp bỏch vì bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất cung cấp tư liệu về tỡnh hỡnh biến ủộng sử dụng ủất theo thời gian và theo khụng gian từ ủú cú thể dự bỏo quá trình đô thị hóa trong tương lai

Trong những năm gần ủõy, sự phỏt triển mạnh mẽ của kỹ thuật thu nhận thụng tin viễn thám và xử lý ảnh ủó làm cho cụng nghệ viễn thỏm ủược ứng dụng rộng rói trong nhiều lĩnh vực Tư liệu viễn thỏm cú ưu ủiểm là giàu thụng tin, chu

kỳ thu nhận thụng tin ngắn, xử lý trờn diện rộng Với những ưu ủiểm ủú công nghệ viễn thỏm đã trở thành một trong cỏc phương phỏp hiệu quả nhất ủể nghiờn cứu quá

trình đô thị hóa Vì vâỵ, việc “Nghiờn cứu quá trình đô thị hóa khu vực quận 2 thành phố Hồ Chớ Minh bằng tư liệu viễn thỏm và GIS" là một vấn đề cấp thiết có

ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

2 Mục ủớch nghiờn cứu

Mục ủớch của ủề tài là nghiờn cứu cơ sở khoa học và thực tiễn thành lập bản

ủồ biến ủộng sử dụng ủất từ tư liệu ảnh viễn thám và GIS để nghiên cứu quá trình

đô thị hóa khu vực quận 2 TP Hồ Chí Minh

3 ðối tượng và phạm vi nghiờn cứu

ðối tượng nghiờn cứu của luận văn là ảnh vệ tinh SPOT và t− liệu GIS năm

1997, năm 2003 và ảnh vệ tinh SPOT năm 2008 của khu vực quận 2 thành phố Hồ Chớ Minh

4 Nội dung nghiờn cứu

Luận văn tập trung nghiờn cứu những khỏi niệm cơ bản về viễn thỏm, cỏc phương phỏp thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất bằng tư liệu viễn thỏm và GIS

từ ủú lựa chọn phương phỏp thớch hợp ủể nghiờn cứu quá trình đô thị hóa (thành lập bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất) ở quận 2 thành phố Hồ Chớ Minh

5 Phương phỏp nghiờn cứu

ðể thực hiện cỏc nhiệm vụ của ủề tài ủặt ra, tỏc giả sử dụng kết hợp tư liệu viễn thỏm và GIS Tư liệu viễn thỏm ủược sử dụng ủể phõn loại ảnh vệ tinh SPOT Cỏc chức năng phõn tớch khụng gian của GIS ủược sử dụng ủể chồng xếp bản ủồ thành lập bản ủồ biến ủộng và tớnh toỏn biến ủộng

6.í nghĩa khoa học và thực tiễn của ủề tài

Về mặt khoa học, ủề tài nghiờn cứu gúp phần giỳp học viờn nắm chắc những kiến thức cơ bản về viễn thỏm cũng như cỏc kỹ thuật xử lý ảnh và cỏc phương phỏp thành lập bản ủồ biến ủộng từ tư liệu viễn thỏm Bờn cạnh ủú kết quả nghiờn cứu của luận văn gúp phần ủỏnh giả khả năng ứng dụng của tư liệu viễn thỏm và GIS trong việc nghiên cứu quá trình đô thị hóa ở Việt nam

Về mặt thực tiễn, cỏc kết quả nghiờn cứu của luận văn chỉ ra quá trình đô thị hóa ( bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất) giai ủoạn 1997 - 2003 – 2008 của khu vực quận

2 TP Hồ Chí Minh Với mong muốn ủõy sẽ là một tài liệu hữu ớch cho cụng tỏc quy

hoạch, kế hoạch, quản lý sử dụng ñất và phương án quy hoạch quận 2 trong tương lai hợp lý hơn ñảm bảo cho viÖc sử dụng tµi nguyªn ñất hiệu quả h¬n

7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở ñầu và kết luận, nội dung của luận văn gồm 3 chương ñược trình bày trong 94 trang, với 19 hình, 38 bảng và 2 biểu ñồ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU BIẾN đỘNG đÔ THỊ

1.1 BIẾN đỘNG đÔ THỊ LÀ GÌ ?

đô thị hóa là sự mở rộng của ựô thị, tắnh theo tỷ lệ phần trăm giữa số dân ựô thị hay diện tắch ựô thị trên tổng số dân hay diện tắch của một vùng hay khu vực Nó cũng có thể tắnh theo tỷ lệ gia tăng của hai yếu tố ựó theo thời gian Nếu tắnh theo cách ựầu thì nó còn ựược gọi là mức ựộ ựô thị hóa; còn theo cách thứ hai, nó có tên

-Sự tăng trưởng tự nhiên của dân cư hiện có Thông thường quá trình này không phải là tác nhân mạnh vì mức ựộ tăng trưởng dân cư tự nhiên của thành phố thường thấp hơn nông thôn

-Sự chuyển dịch dân cư từ nông thôn ra thành thị, hoặc như là sự nhập cư ựến ựô thị

-Sự kết hợp của các yếu tố trên

1.2 VAI TRÒ CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU BIẾN đỘNG đÔ THỊ

Một trong các khuynh hướng ựịnh cư lâu ựời của loài người là ựô thị hoá Quá trình ựô thị hoá ra ựời vào lúc nền canh tác nông nghiệp ựã ở trình ựộ khá cao như

ựã có thuỷ lợi, thành lập kho tàng dự trữ và phân phối lương thực tức là vào khoảng 2.000 năm trước công nguyên Các khu vực ựô thị lúc ựầu thường mọc lên ở dọc bờ sông thuận tiện giao thông, nguồn nước Sự hình thành các ựô thị gia tăng mạnh mẽ nhờ các tiến bộ về công nghiệp của thế kỷ trước và hiện nay Các ựô thị là

thị trường lao ựộng rộng lớn của dân cư có mức sống cao với ựiều kiện giao thông

và dịch vụ thuận lợi

Sự phát triển dân số ựô thị quá nhanh ở các quốc gia, nhất là ựối với các nước chậm phát triển ựã gây ra vô vàn vấn ựề kinh tế xã hội chắnh trị và môi trường như cung cấp nhà ở, cung cấp nước, vệ sinh môi trường, tạo công ăn việc làm, giải quyết giao thông ựô thị v.v Nguyên nhân dẫn tới sự gia tăng dân số ựô thị rất ựa dạng gồm sự gia tăng tự nhiên của cư dân ựô thị, sự di cư hợp pháp và bất hợp pháp từ các vùng nông thôn, việc mở mang về kinh tế, về công nghiệp, giáo dục trong các

ựô thị v.v

Hiện nay, diện tắch các thành phố trên thế giới chiếm 0,3% diện tắch trái ựất và 40% dân số thế giới Theo số liệu dự báo của tiểu ban dân số Hội ựồng Xã hội và Kinh tế thế giới, thì dân số ựô thị trên thế giới từ năm 1960 ựến năm 2000 có thể tăng gấp 3 lần ựạt 3200 triệu hay 50% dân số thế giới

đô thị hóa có các tác ựộng không nhỏ ựến sinh thái và kinh tế khu vực đô thị học sinh thái cũng quan sát thấy dưới tác ựộng ựô thị hóa, tâm lý và lối sống của người dân thay ựổi Sự gia tăng quá mức của không gian ựô thị so với thông thường ựược gọi là "sự bành trướng ựô thị" , thông thường ựể chỉ những khu ựô thị rộng lớn với mật ựộ thấp phát triển xung quanh thậm chắ vượt ngoài ranh giới ựô thị Những người chống ựối xu thế ựô thị hóa cho rằng nó làm gia tăng khoảng cách giao thông, tăng chi phắ ựầu tư hạ tầng kỹ thuật và có tác ựộng xấu ựến sự phân hóa xã hội do

cư dân ngoại ô sẽ không quan tâm ựến các khó khăn của khu vực trong ựô thị

đất nước ta ựang chuyển mình mạnh mẽ ựể theo kịp xu thế hội nhập toàn cầu Bên cạnh những thành quả ựạt ựược về nhiều mặt, vẫn còn một số lĩnh vực chúng ta chưa bắt kịp với nhịp phát triển chung, mà trong ựó có quy hoạch ựô thị vốn ựược xem là ựiểm nóng những năm gần ựây

Chưa bao giờ công cuộc ựô thị hóa ở nước ta diễn ra sôi ựộng như hiện nay

và cũng chưa bao giờ ựất nước ựối diện với tình trạng hỗn loạn, ựặt ra trước đảng

và Nhà nước cũng như toàn xã hội những vấn ựề buộc phải nhìn nhận lại một cách nghiêm túc ựể tìm giải pháp tháo gỡ Thực tế phát triển các ựô thị trong thời gian

gần ñây ñã bộc lộ những bất cập trong toàn bộ lĩnh vực quan trọng này Một số bất cập trong qui hoạch ñô thị ñó là:

- Các loại hình sử dụng ñất manh mún, kém hiệu quả

- Qui hoạch chồng chéo

- ðịnh hướng lệch lạc trong phát triển kinh tế của từng vùng do chưa quản lý ñược sự biến ñộng của ñất

Các ñồ án quy hoạch ñô thị ñược ñầu tư tốn kém ñã nhanh chóng bị lỗi thời, buộc phải xóa ñi làm lại, thường ñược gọi bằng một cụm từ khá mềm mỏng: “ñiều chỉnh quy hoạch”!

Như vậy, cần phải có những công cụ ñủ nhanh, ñủ mạnh ñể hỗ trợ chính phủ trong chiến lược quản lý quá trình phát triển ñô thị

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ðỒ BIẾN ðỘNG SỬ DỤNG ðẤT

1.3.1 Một số phương pháp nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất

- Phương pháp phân tích sự khác biệt về chỉ số thực vật

- Phương pháp phân loại ảnh ña thời gian

- Phương pháp lập ảnh hiệu hoặc ảnh chia

- Phương pháp phân tích Vector biến ñộng

- Phương pháp nghiên cứu biến ñộng sau phân loại

- Phương pháp phân tích biến ñộng theo bản ñồ

Khi phân tích kết quả thực hiện của các nghiên cứu ñã công bố cho thấy phương pháp ñánh giá biến ñộng khác nhau sẽ cho ra các bản ñồ biến ñộng khác nhau Ngoài ra, kết quả phân tích cũng cho thấy:

- Không có phương pháp nào là tối ưu tuyệt ñối

- Khi xây dựng bản ñồ biến ñộng, các phương pháp nghiên cứu biến ñộng (trừ phương pháp phân loại ảnh ña thời gian và phân tích biến ñộng sau phân loại) ñều yêu cầu phải xác ñịnh ngưỡng biến ñộng ñể tách các pixel biến ñộng và không biến ñộng thành các nhóm riêng ðây là thao tác khá phức tạp

- Phương pháp nghiên cứu biến ñộng bằng phương pháp phân loại ảnh ñòi hỏi người thực hiện thao tác phải có kiến thức về xử lý ảnh

- Trong phương pháp nghiên cứu biến ñộng sau phân loại ảnh theo từng thời ñiểm, ảnh ñược phân loại một cách ñộc lập giúp tránh ñược nhiều vấn ñề như: không cần phải hiệu chỉnh các ảnh hưởng của khí quyển hay sự sai khác giữa các bộ cảm ñối với ảnh chụp, không cần theo dõi ñể ghi lại chính các thời ñiểm biến ñộng, không cần tái tạo mẫu khi 2 ảnh không cùng ñộ phân giải và công tác tập huấn thao tác phân loại ảnh cho nhân viên chuyên ngành là công việc không quá khó khăn Bên cạnh ñó, kết quả sau phân loại còn có thể dễ dàng xuất qua hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñể xử lý biến ñộng sau này

Với những phân tích trên, chúng tôi ñề xuất sử dụng phương pháp nghiên cứu biến ñộng sau phân loại ñể nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất tại khu vực thực nghiệm quận 2, thành phố Hồ Chí Minh

1.3.2 Nguyên tắc nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất sau phân loại

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

Quy trình thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất theo phương pháp này có thể tóm tắt như hình 1.1

Bản ñồ hiện trạng 2

Bản ñồ biến ñộng

Hình 1.1 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp

so sánh sau phân loại

Phương pháp so sánh sau phân loại ựược sử dụng rộng rãi , ựơn giản, dễ hiểu

và dễ thực hiện Sau khi ảnh vệ tinh ựược nắn chỉnh hình học sẽ tiến hành phân loại ựộc lập ựể tạo thành hai bản ựồ Hai bản ựồ này ựược so sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến ựộng

Theo J Jensen [10] ưu ựiểm của phương pháp này cho biết sự thay ựổi từ loại ựất gì sang loại ựất gì và chúng ta cũng có thể sử dụng các bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất ựã ựược thành lập trước ựó

Nhược ựiểm của phương pháp này là phải phân loại ựộc lập các ảnh viễn thám nên ựộ chắnh xác phụ thuộc vào ựộ chắnh xác của từng phép phân loại và thường ựộ chắnh xác không cao vì các sai sót trong quá trình phân loại của từng ảnh vẫn ựược giữ nguyên trong bản ựồ biến ựộng

1.4 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BIẾN đỘNG SỬ DỤNG đẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM:

1.4.1 Một số công trình nghiên cứu trên thế giới:

1 Nghiên cứu sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR ựể phân tắch ựánh giá thực phủ ở Kenya, đông Phi, năm 2004

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, người ta ựã sử dụng ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR thu ựược ở 4 thời ựiểm (ảnh ENVISAR ASAR thu ựược ngày 31/8/2003, ảnh vệ tinh thu nhận ngày 12/12/2003, ảnh thu ngày 02/02/2004)

và sử dụng các ảnh vệ tinh ựộ phân giải không gian 30m đồng thời, tác giả sử dụng ảnh vệ tinh landsat 7 ETM+ ựăng ký tọa ựộ phục vụ việc nghiên cứu thực phủ trong ựiều kiện khắ hậu chuyển mùa

b) Phương pháp thực hiện: Người ta sử dụng các chỉ số trung bình , phương

sai ựể biến ựổi ảnh Bên cạnh ựó, tác giả sử dụng phương pháp phân loại xác suất cực ựại ựể phân loại ảnh vệ tinh

c) Kết quả thực hiện: Kết quả nghiên cứu ựã thành lập ựược bản ựồ thực phủ

và ựưa ra các bảng, biểu ựồ về việc ựánh giá biến ựộng thực phủ của khu vực nghiên cứu theo 4 thời ựiểm chụp ảnh thời gian từ tháng 8 năm 2003 ựến tháng 2 năm 2004 phân loại nghiên cứu 10 nhóm thực phủ khác nhau (ựất xây dựng, ựất

ựồng cỏ, ựất có cây bụi, ựất rừng thưa, ựất rừng rậm, ựất canh tác, ựất ựồng cỏ suy thoái, ựất có cây bụi suy thoái, ựất rừng suy thoái, ựất rừng nguyên sinh)

d) Giới hạn của nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả ựã sử dụng lượng ảnh vệ tinh rất lớn (4 bộ dữ liệu ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR từ tháng 8 năm 2003 ựến tháng 2/2004 và ảnh vệ tinh Landsat 7 EMT+ ựể ựãng ký tọa ựộ cho ảnh ENVISAT ASAR) Bên cạnh ựó, trong quá trình phân loại thực phủ, ựề tài chỉ phân tắch ựược 10 loại hình sử dụng ựất chưa phân tắch ựược các loại hình sử dụng ựất chi tiết như ựất xây dựng thì có ựất ở, ựất giao thông, ựất chuyên dùng,

2 Nghiên cứu 3 mô hình biến ựộng sử dụng ựất phục vụ cho phân tắch ựộng lực

ựô thị ở khu vực Sintra Ờ Cascais thuộc Bồ đào Nha, năm 2006 của Pedro Cabral và Alexander Zamyatin

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả ựã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat TM và ảnh vệ tinh Landsat ETM + thu ựược ở các thời ựiểm: ngày 14/3/1989, ngày 08/02/1994 và ngày 08/4/2001 ựể phân tắch ựánh giá trên phần mềm Idrisi Kilimanjaro Ngoài ra, tác giả còn sử dụng kết hợp với các loại bản ựồ liên quan như: bản ựồ ựường giao thông, bản ựồ khu vực trung tâm ựô thị,

b) Phương pháp thực hiện: Người ta phân tắch các các mô hình biến ựộng

hiện trạng sử dụng ựất theo 3 thuật toán gồm: mô hình Markov, mô hình cải tiến và mô hình Geomod ựể so sánh với cách phân tắch ựánh giá biến ựộng sử dụng ựất với việc không sử dụng mô hình dựa vào 5 chỉ tiêu thống kê là: tỷ lệ giải ựoán ựúng, hằng số K-standard, chỉ số thống kê Kno, chỉ số Klocation, chỉ số Khisto đồng thời, tác giả so sánh ựánh giá các bản ựồ dự báo phát triển ựô thị ựến năm 2025 của từng mô hình toán học nêu trên Tác giả nhận xét mô hình CA-Markov cải tiến là mô hình thắch hợp nhất dùng ựể phân tắch, ựánh giá biến ựộng hiện trạng sử dụng ựất và phân tắch ựộng lực ựô thị cho năm 2025 ở khu vực Sintra Ờ Cascais thuộc Bồ đào Nha

CA-c) Kết quả thực hiện: Kết quả nghiên cứu ựã so sánh ựánh giá ựược tắnh ưu

việt của việc phân tắch biến ựộng sử dụng ựất khi sử dụng các mô hình toán học và với việc không sử dụng các mô hình toán học ựồng thời chọn ra ựược mô hình tốt

nhất cho việc nghiên cứu biến động sử dụng đất nghiên cứu động lực đơ thị

3 Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS phục vụ giám sát và mơ hình

mở rộng đơ thị ở khu vực từ Jaipur đến Rajasthan, Ấn ðộ năm 2007 của các tác giả Mahesh Kumar Jat, P.K Garg và Deeppak Khare

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng các loại ảnh

vệ tinh Landsat MSS, ảnh vệ tinh Landsat TM, ảnh Landsat ETM + và ảnh vệ tinh IRS 1D LISS-III thu được từ 4 thời điểm (năm 1977, năm 1989, năm 2002) kết hợp với các loại bản đồ liên quan khác như: bản đồ ranh giới hành chính, bản đồ sử dụng đất khu vực đơ thị, bản đồ quy hoạch sử dụng đất, để phân tích biến động trên ảnh vệ tinh bằng phần mềm xử lý ảnh ERDAS

b) Phương pháp thực hiện: ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học và lọc nhiễu

ảnh vệ tinh được giải đốn theo phương pháp phân loại khơng kiểm định và phân loại cĩ kiểm định để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ðồng thời, từ bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã thành lập, tác giả đã so sánh, đánh giá phân tích biến động

sử dụng đất qua các năm nghiên cứu kết hợp với các thơng tin về dân số - xã hội để đưa ra xu hướng mở rộng đơ thị đến năm 2051

c) Kết quả thực hiện: Trong nghiên cứu này, đã phân tích biến động của 10

loại hình sử dụng đất ðồng thời phân tích, dự báo dân số trong tương lai và dự báo

sự phân bố dân cư trong tương lai đưa ra các dự báo về nhu cầu sử dụng đất cũng như đưa ra xu hướng phát triển đơ thị qua các năm 2011, 2021, 2031, 2041 và 2051

4 Nghiên cứu độ trơ của bề mặt thực phủ trong phân loại sử dụng đất đơ thị tại Indianapolis/Marion county, bang Indiana, Hoa Kỳ, năm 2006, tác giả Dengsheng Lu, trung tâm nghiên cứu thay đổi mơi trường và dân số, trường đại học Indiana State, Tere Haute, Hoa Kỳ và Qihao Weng, Phịng ðịa lý, khoa địa chất và nhân học, trường đại học Indiana State, Tere Haute, Hoa Kỳ

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, người ta sử dụng các loại ảnh

vệ tinh landsat ETM + đa phổ độ phân giải khơng gian 30m và band 8 tồn sắc độ phân giải khơng gian 15m kết hợp với bản đồ phân bố mật độ dân số để tiến hành đánh giá khả năng biến động bề mặt đất kết hợp phân loại ảnh vệ tinh thành lập bản

ñồ phân loại sử dụng ñất khu vực ñô thị

b) Phương pháp thực hiện: ảnh vệ tinh ñược nắn chỉnh hình học và lọc nhiễu, phân tích thành phần chính ðồng thời, ñánh giá sự tương quan về sự phản xạ phổ của các band ảnh thành phần chính phân tích sự phản xạ phổ ñánh giá khả năng trừ (ổn ñịnh của các loại hình sử dụng ñất – không biến ñộng) cho khu vực ñô thị và khu dân cư tập trung Tác giả ñã tính toán sự tương quan về phản xạ phổ kết hợp với bản ñồ phân bố mật ñộ dân số phân chia ra ñược 7 nhóm sử dụng ñất như sau:

- LIRL: Khu vực ñất có khả năng ổn ñịnh rất thấp các loại ñất trong khu vực này có khả năng biến ñộng sang các loại sử dụng ñất khác rất cao

- MIRL: Khu vực ñất có khả năng ổn ñịnh thấp các loại ñất trong khu vực này có khả năng biến ñộng sang các loại sử dụng ñất khác cao

- HIRL: Khu vực ñất có khả năng ổn ñịnh trung bình các loại ñất trong khu vực này có khả năng biến ñộng sang các loại sử dụng ñất khác trung bình

- VIRL: Khu vực ñất có khả năng ổn ñịnh cao các loại ñất trong khu vực này

có khả năng biến ñộng sang các loại sử dụng ñất khác thấp

- CITL: Khu vực ñất có khả năng ổn ñịnh rất cao các loại ñất trong khu vực này có khả năng biến ñộng sang các loại sử dụng ñất khác rất thấp

- NURL: Khu vực ñất không thuộc khu ñô thị hay khu vực ñất ngoài khu dân

cư tập trung

- WAT: khu vực ñất có mặt nước

Sau khi phân tích ñánh giá ảnh vệ tinh theo các mức ñộ biến ñộng loại hình

sử dụng ñất sang các loại hình sử dụng ñất khác, tác giả ñã sử dụng phương pháp phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp xác suất cực ñại ñể tạo ra bản ñồ thực phủ khu vực nghiên cứu cho loại sử dụng ñất ñô thị

c) Kết quả thực hiện: Trong nghiên cứu này, ñã nghiên cứu sự tương quan

giữa các ảnh thành phần chính trên cơ sở sự phản xạ phổ ảnh Landsat ETM+ và dữ liệu dân số ñánh giá khả năng biến ñộng ảnh vệ tinh thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất khu vực ñô thị Kết quả ñánh giá phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp

dữ liệu phân bố mật ñộ dân số ñánh giá khả năng trơ của loại hình sử dụng ñất ñể

thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực đơ thị hay khu dân cư tập trung là phù hợp và mang lại hiệu quả cao

1.4.2 Một số cơng trình nghiên cứu tại Việt Nam:

1 Sử dụng kỹ thuật viễn thám cập nhật, chỉnh lý, bổ sung bản đồ hiện trạng sử dụng đất vùng cây cơng nghiệp lâu năm tỉnh Lâm ðồng năm 2002 của Nguyễn Nguyên Hân và các cộng sự

a) Dữ liệu nghiên cứu: Nghiên cứu này đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat độ

phân giải khơng gian 30m, ảnh Spot độ phân giải khơng gian 10m, ảnh Aster độ phân giải khơng gian 15m kết hợp với các phần mềm giải đốn ảnh và phần mềm GIS như Envi, ArcView, ArcInfor và Mapinfo để cập nhật, chỉnh lý bổ sung biến động đất đai cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất vùng cây cơng nghiệp lâu năm của huyện Lâm Hà, huyện Di Linh, huyện Bảo Lâm, huyện ðức Trọng và thị xã Bảo Lộc thuộc tỉnh Lâm ðồng nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của bản đồ hiện trạng sử dụng đất

b) Phương pháp nghiên cứu: Trong nghiên cứu này thực hiện cập nhật thơng

tin cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất của địa bàn nghiên cứu Việc phân tích biến động hiện trạng sử dụng đất trong nghiên cứu này phân tích trên cơ sở bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành lập từ ảnh viễn thám năm 2002 và so sánh với số liệu thống

kê các năm trước cĩ trong khu vực nghiên cứu để đánh giá biến động sử dụng đất

và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại thời điểm nghiên cứu

c) Kết quả nghiên cứu: Kết quả đã thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

năm 2002 tỷ lệ 1:50.000 cho các huyện ðức Trọng, Di Linh, Lâm Hà, Bảo Lâm và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2002 tỷ lệ 1:25.000 cho thị xã Bảo Lộc Nghiên cứu dừng ở việc cập nhật thơng tin biến động cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất dạng số cĩ sẵn trong khu vực nghiên cứu

d) Giới hạn - Hạn chế nghiên cứu: Tuy nhiên, nghiên cứu hạn chế trong

phạm vi cập nhật, chỉnh lý, bổ sung biến động hiện trạng cho bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã cĩ để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất theo các loại hình sử dụng đất từ 10 đến 11 lớp chính như: lớp đất rừng tự nhiên, lớp đất rừng trồng, lớp

đất cây cà phê, lớp đất trồng chè, lớp đất trồng lúa nước, lớp đất trồng cây ngắn ngày, lớp đất trống, lớp đất giao thơng và lớp đất giao thơng Ngồi ra, cĩ thêm một

số lớp sử dụng đất phụ khác theo mật độ che phủ của rừng như: lớp đất rừng cĩ độ che phủ rất cao, lớp đất rừng cĩ độ che phủ cao, lớp đất rừng cĩ độ che phủ vừa và lớp đất rừng thưa Trong nghiên cứu này vẫn chưa đáp ứng hết các yêu cầu của việc biên tập cập nhật bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ dữ liệu vệ tinh

2 Phân tích sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình và cao thành lập bản

đồ thảm thực vật rừng tại vườn quốc gia Lị Gị Xa Mát, tỉnh Tây Ninh của Phạm Bách Việt, bộ mơn Bản đồ - Viễn Thám – Gis, khoa ðịa lý, trường ðại học Khoa học Xã hội – Nhân văn (hội nghị khoa học và cơng nghệ lần 10)

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả đã phối hợp ảnh Vệ

tinh Landsat ETM+ đa phổ độ phân giải khơng gian 30m với một kênh tồn sắc độ phân giải khơng gian 15m và ảnh vệ tinh Spot 5 độ phân giải khơng gian 2,5m

b) Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân loại

ảnh số cĩ kiểm định theo các khĩa giải đốn được lập ngồi thực địa để phân loại thơng tin lớp phủ thực vật trên ảnh theo hệ thống của UNESCO thành lập bản đồ lớp phủ thực vật tại vườn quốc gia Lị Gị Xa Mát, tỉnh Tây Ninh

c) Kết quả nghiên cứu: Từ kết quả nghiên cứu, tác giả thành lập được bản đồ

lớp thảm thực vật rừng cho vườn quốc gia Lị Gị Xa Mát, tỉnh Tây Ninh Trong bản

đồ này tác giả đã phân loại được rừng nửa kín thường xanh với các quần thể rừng khác nhau, rừng thưa nửa rụng lá, trảng cỏ cĩ cây gỗ rải rác, trảng cỏ ngập nước theo mùa và bàu gần như ngập nước quanh năm

Từ kết quả thực hiện, tác giả đã đưa ra nhận xét là khi sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao kết hợp với đi khảo sát thực địa thì đánh giá phân tích hiệu quả hơn các phương pháp truyền thống là đi đo đạc khoanh vẽ hiện trạng Tuy nhiên, qua kết quả nghiên cứu, đề tài này đánh giá phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh vẫn khơng mang lại hiệu quả cao như sử dụng ảnh hàng khơng chụp từ máy bay Bên cạnh đĩ, việc phân các loại sử dụng đất theo như đã nghiên cứu ở đây vẫn chưa mang hiệu

quả cao do khĩ cĩ khả năng phân biệt các loại thực phủ như trảng cỏ ngập nước theo mùa và trảng cỏ cĩ cây gỗ rải rác,

3 Tích hợp Viễn thám và hệ thống thơng tin địa lý (GIS) để đánh giá biến động

sử dụng đất của Huỳnh Văn Khánh, 2005

a) Dữ liệu nghiên cứu: Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng ảnh vệ tinh

Landsat 7ETM + thu nhận ngày 11/12/2001 và ảnh vệ tinh Landsat 7ETM + thu nhận ngày 18/01/2004 kết hợp với các tài liệu bản đồ thu hiện trạng sử dụng đất tỉnh Trà Vinh tỷ lệ 1/50.000, bản đồ huyện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh tỷ lệ 1/25.000

b) Phương pháp nghiên cứu: Trên cơ sở các tài liệu trên, tác giả tiến hành

phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp xác suất cực đại ðồng thời tác giả kết hợp phân loại ảnh bằng mắt kết hợp phân loại ảnh bằng phần mềm Sau đĩ, tiến hành so sánh đánh giá biến động giữa các ảnh các tài liệu liên quan để tiến hành thành lập tìm ra ma trận biến động Sau khi giải đốn ảnh vệ tinh, tác giả đã tiến hành đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại

c) Kết quả nghiên cứu: Kết quả nghiên cứu đã thành lập bản đồ hiện trạng sử

dụng đất năm 2001 và bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2004, các bảng biểu đánh giá biến động đất đai giữa năm 2001 và năm 2004

Trong nghiên cứu này, Tác giả chỉ lập được mơ hình xử lý ảnh viễn thám và hệ thống thơng tin địa lý để đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất Bên cạnh đĩ,

mơ hình xử lý ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống thơng tin địa lý dùng để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất phục vụ đánh giá biến động sử dụng đất nhưng chưa thực hiện được việc quản lý bản đồ để cập nhật thơng tin biến động thường xuyên trong các thời điểm khác Vì vậy, để cập nhật thêm thơng tin biến động vào bản đồ phục vụ đánh giá biến động sử dụng đất là rất hạn chế và chưa thực hiện được

4 Khai thác dữ liệu vệ tinh phục vụ việc theo dõi biến động thực phủ tại khu vực đồng bằng sơng Cửu Long của tác giả Phạm Thị Mai Thy, 2006 (luận vãn thạc sĩ ðHBK thành phố Hồ Chí Minh)

a) Dữ liệu nghiên cứu:

Nghiên cứu này, tác giả ựã sử dụng ảnh Modis ựộ phân giải 250m ựể theo dõi biến ựộng thực phủ khu vực ựồng bằng sông Cửu Long Trong quá trình phân tắch giải ựoán, tác giả có sử dụng thêm ảnh vệ tinh Landsat ETM+ ựộ phân giải không gian 30m ựể ựánh giá ựộ chắnh xác của việc giải ựoán ảnh vệ tinh Modis

b) Phương pháp nghiên cứu:

Tác giả sử dụng kết hợp giải ựoán bằng mắt và giải ựoán bằng phần mềm theo phương pháp của Zhan gồm 5 thuật toán: phương pháp phân chia không gian hồng ngoại gần, phương pháp vector thay ựổi trong không gian hồng ngoại gần , Phương pháp ựặt ngưỡng của không gian Delta , phương pháp thay ựổi cấu trúc không gian, phương pháp thay ựổi các yếu tố tuyến tắnh đồng thời tác giả sử dụng phân mềm Envi ựể thực hiện hỗ trợ lập trình giải ựoán

c) Kết quả nghiên cứu:

Trong nghiên cứu này, tác giả ựã nghiên cứu ựược quy trình xử lý ảnh MODIS ựể phân tắch biến ựộng thực phủ trong ựiều kiện nghiên cứu tại ựồng bằng sông Cửu Long đã thành lập ựược bản ựồ phân tắch biến ựộng thực phủ khu vực đBSCL Bên cạnh ựó, ựề tài cũng ựã ựưa ra một số Modul trên phần mềm ENVI bằng ngôn ngữ IDL ựể hỗ trợ tắnh toán thực phủ

Hạn chế của nghiên cứu là tác giả sử dụng ảnh vệ tinh MODIS ựộ phân giải không gian thấp và ựánh giá cho khu vực rộng lớn nên quá trình xử lý bị tác ựộng rất lớn bởi các yếu tố tự nhiên khi chụp ảnh gây ra như bị mây che phủ, đồng thời, khi ứng dụng cho phạm vi nghiên cứu nhỏ và cần ựộ chắnh xác cao thì phương pháp và cách thực hiện này không phù hợp

Do ựó, cần nghiên cứu các loại ảnh có ựộ phân giải không gian cao cũng như các phương pháp, giải ựoán ảnh ựể thành lập bản ựồ phân tắch thực phủ cho các khu vực nhỏ ựòi hỏi mức ựộ chi tiết hơn Bên cạnh ựó, quá trình giải ựoán ảnh vệ tinh thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất phải kết hợp giữa phần mềm giải ựoán ảnh với các phần mềm GIS, nên việc thực hiện thành lập bản ựồ hiện trạng sử dụng ựất theo phương pháp này khá phức tạp

CHƯƠNG 2 NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG VỀ VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ðỊA LÝ 2.1 NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG VỀ VIỄN THÁM

2.1.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám

Viễn thám ñược ñịnh nghĩa như là một khoa học công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát ñược xác ñịnh, ño ñạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng

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

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

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

Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin các ñối tượng trên mặt ñất Từ năm 1858 người ta ñã bắt ñầu sử dụng khinh khí cầu ñể chụp ảnh nhằm mục ñích thành lập bản ñồ ñịa hình Những bức ảnh hàng không ñầu tiên chụp từ máy bay ñược Wilbur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia Từ ñó ñến nay, phương pháp sử dụng ảnh hàng không là phương pháp ñược sử dụng rộng rãi nhất Trên thế giới, việc phân tích ảnh hàng không ñã góp phần ñáng kể trong việc phát hiện nhiều mỏ dầu

và khoáng sản trầm tích

Vào giữa những năm 1930, người ta ñã có thể chụp ảnh mầu và ñồng thời thực hiện nhiều cuộc nghiên cứu nhằm tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức xạ gần hồng ngoại có tác dụng hữu hiệu trong việc loại bỏ ảnh hưởng tán xạ và mù của khí quyển Từ năm 1960, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho phép thu ñược hình ảnh ở các dải sóng khác nhau bao gồm cả dải sóng hồng ngoại và sóng cực ngắn

Sau ñó sự thành công trong việc chế tạo các bộ cảm biến và các tàu vũ trụ, các vệ tinh nhân tạo ñã cung cấp khả năng thu nhận hình ảnh của trái ñất từ trên quỹ ñạo góp phần hữu ích cho việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, biến ñộng sử dụng ñất, cấu trúc ñịa mạo, nhiệt ñộ, gió trên bề mặt ñại dương …

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

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần

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

và bề mặt trái ñất Vì vậy, các thông tin về vật thể có thể ñược xác ñịnh từ các phổ phản xạ Tuy nhiên, radar sử dụng tia laser là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt

do chính vật thể sản sinh ra Mỗi vật thể trong nhiệt ñộ bình thường ñều phát ra một bức xạ có ñỉnh tại bước sóng 10.000mµ

Hình 2.1 Các kênh sử dụng trong viễn thám

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

2.1.2 Vệ tinh viễn thám và tư liệu sử dụng trong viễn thám

1 Vệ tinh Landsat

Vệ tinh Landsat là vệ tinh tài nguyên của Hoa Kỳ ñược phóng lên quỹ ñạo lần ñầu tiên vào năm 1972, cho ñến nay ñã có 7 thế hệ vệ tinh Landsat ñược phóng lên quỹ ñạo ðộ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980, quỹ ñạo ñồng bộ mặt trời, chu kỳ lặp 18 ngày, bề rộng tuyến chụp 185km

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

Bộ cảm MSS hoạt ñộng ở dải phổ nhìn thấy và hồng ngoại (bảng 2.1)

Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám

Bộ cảm TM sử dụng vùng phổ nhìn thấy, hồng ngoại gần và hồng ngoại nhiệt (bảng 2.2)

Các thông số của ảnh vệ tinh SPOT - 3 như trong bảng 2.3

B¶ng 2.3 C¸c th«ng sè ¶nh cña vÖ tinh SPOT - 3

0,61 - 0,68 µm 0,79 - 0,89 µm

3 Vệ tinh Cosmos

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

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

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

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

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

4 Vệ tinh Quickbird

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

ñộ nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980 Các kênh phổ của vệ tinh là xanh chàm 450-520

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

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

c Số liệu mặt ñất

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

và tốc ñộ gió …

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

ñó không ảnh hưởng tới việc xác ñịnh mối quan hệ cần tìm

d Số liệu ñịnh vị mặt ñất

ðể thu thập số liệu ñịnh vị mặt ñất hiện nay chúng ta thường sử dụng hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS Những ñiểm ñịnh vị mặt ñất phục vụ quá trình hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh thường ñược bố trí tại những nơi mà vị trí của nó có thể thấy ñược dễ dàng trên ảnh vệ tinh và bản ñồ

e Bản ñồ và số liệu ñịa hình

ðể phục vụ cho mục ñích nghiên cứu của viễn thám ngoài những tư liệu trên cần phải có các tài liệu ñịa hình và chuyên ñề như bản ñồ ñịa hình, bản ñồ chuyên

ñề sử dụng ñất, rừng, ñịa chất, bản ñồ kinh tế xã hội, mô hình số ñịa hình …

2.1.3 Lý thuyết phản xạ phổ của các ñối tượng tự nhiên

2.1.3.1 Bức xạ ñiện từ

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

Hình 2.3 Bức xạ ñiện từ

Tính chất sóng ñược xác bởi bước sóng, tần số và tốc ñộ lan truyền, tính chất hạt ñược mô tả theo tính chất quang lượng tử hay phô ton Bức xạ ñiện từ có bốn tính chất cơ bản ñó là tần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên ñộ và mặt phân cực

Bốn thuộc tính của bức xạ ñiện từ liên quan ñến các nội dung thông tin khác nhau, ví dụ như tần số hay bước sóng liên quan tới màu sắc, sự phân cực liên quan tới hình dạng của vật thể

Tất cả các vật thể ñều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng ñiện từ theo các cách khác nhau và ñặc trưng này ñược gọi là ñặc trưng phổ

Bảng 2.4 Phân loại sóng ñiện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám

Hồng

ngoại

Cận hồng ngoại Hồng ngoại ngắn Giữa hồng ngoại Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại xa

0.75 - 1.3 µm 1.3 – 3 µm

Radio

Sóng Micro

30 - 300 GHz

3 - 30 GHz 0.3 - 3 GHz Sóng cực ngắn (VHF)

Sóng ngắn (HF) Sóng trung (MF) Sóng dài (LF) Sóng rất dài (VLF)

1 - 10 m

10 - 100 m 0.1 - 1 km

1 - 10 km

10 - 100 km

30 - 300 MHz

3 - 30 MHz 0.3 - 3 MHz

30 - 300 KHz

3 - 30 KHz Hiện tượng phản xạ phổ có liên quan mật thiết với môi trường mà trong môi trường ñó sóng ñiện từ lan truyền, vì năng lượng truyền trong không gian ở dạng sóng ñiện từ Dải sóng ñiện từ ñược coi là dải sóng từ 0,1µm ñến 10km

Dải sóng nhìn thấy còn gọi là vùng sóng chụp ảnh ñược, tức là sóng ñiện từ ở vùng này có thể ghi nhận ñược lên phim ảnh, khi ñó thông tin phản xạ phổ của các ñối tượng ở dạng liên tục

Ngoài dải phổ nhìn thấy, thông tin về năng lượng phản xạ phổ của các ñối tượng ñược ghi nhận bằng số rời rạc và ñược hiển thị tiếp theo dưới dạng ảnh qua thiết bị biến ñổi thông tin rời rạc thành thông tin liên tục

2.1.3.2 ðặc trưng phản xạ phổ của các ñối tượng tự nhiên

ðặc trưng phản xạ phổ của các ñối tượng trên bề mặt trái ñất là thông số quan trọng nhất trong viễn thám Do các thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp ñến năng lượng phản xạ từ các ñối tượng nên việc nghiên cứu các ñặc trưng phản xạ

phổ của các đối tượng tự nhiên đĩng vai trị hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng hiệu quả phương pháp viễn thám

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

ðặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố Các đặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, mơi trường khí quyển, bề mặt đối tượng cũng như bản thân đối tượng

Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng phụ thuộc vào bản chất vật chất của các đối tượng, phụ thuộc vào trạng thái và độ nhẵn bề mặt của các đối tượng, phụ thuộc vào màu sắc của đối tượng, phụ thuộc vào độ cao mặt trời trên đường chân trời và hướng chiếu sáng Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng được chụp ảnh cịn phụ thuộc vào trạng thái khí quyển và các mùa trong năm

1 ðặc trưng phản xạ phổ của thực vật

Thực vật khỏe mạnh chứa nhiều diệp lục tố phản xạ rất mạnh ánh sáng cĩ bước sĩng từ 0,45-0,67µm (tương ứng với dải sĩng màu lục) vì vậy ta nhìn thấy

Tuyết Thực vật Cát Nước

µm

Hình 2.4 ðặc điểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT

chúng có màu xanh lục Khi diệp lục tố giảm ñi thực vật chuyển sang có khả năng phản xạ ánh sáng màu ñỏ trội hơn dẫn ñến lá cây có màu vàng ñỏ (do tổ hợp màu lục và ñỏ) hoặc màu ñỏ

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

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

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

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

2 ðặc trưng phản xạ phổ của nước

ðặc tính chung nhất của nước là khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều dài bước sóng

Trên hình 2.5 dẫn ra hai ñường cong thể hiện khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều dài bước sóng

Hình 2.5 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước

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

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

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

Ở dải sĩng nhìn thấy, khả năng phản xạ phổ của nước tương đối phức tạp Tuy nhiên, nước trong điều kiện tự nhiên khơng phải lúc nào cũng lý tưởng như nước cất Thơng thường nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vơ cơ, vì vậy khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước Các nghiên cứu cho thấy nước đục cĩ khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong, nhất là những dải sĩng dài Với độ sâu tối thiểu là 30m, nồng độ tạp chất gây đục là 10mg/l thì khả năng phản xạ phổ lúc đĩ là hàm số của thành phần nước chứ khơng cịn là ảnh hưởng của chất đáy

Người ta ñã chứng minh ñược rằng khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc rất nhiều vào ñộ ñục của nước, ở dải sóng 0,6-0,7µm thì ñộ ñục của nước và khả năng phản xạ phổ có mối liên hệ tuyến tính

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

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

3 ðặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

ðặc tính chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo ñộ dài bước sóng, sự khác nhau về khả năng phản xạ phổ thấy rõ nhất ở khoảng phổ hẹp màu ñỏ

Trên hình 2.6 chỉ ra khả năng phản xạ phổ của 3 loại ñất khô là ñất mùn, ñất bụi và ñất cát

1

2

3

Thổ nhưỡng chỉ cĩ năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ mà khơng cĩ năng lượng thấu quang Các loại đất cĩ thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ và vơ

cơ khác nhau thì khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau

Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của đất là cấu trúc

bề mặt của đất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, hợp chất vơ cơ

Với đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ vì chúng ở sít nhau hơn Với hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn do vậy khả năng vận chuyển khơng khí và độ ẩm cũng dễ dàng hơn Khi ẩm ướt trên mỗi hạt cát sẽ bọc một màng mỏng nước do vậy độ ẩm và lượng nước trong trong loại đất này sẽ cao hơn và do đĩ ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của chúng

Khi độ ẩm tăng, khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm do vậy khi hạt nước rơi vào cát khơ ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn Tuy nhiên cát đã ẩm thì nếu hạt nước rơi vào cũng khơng cĩ sự khác biệt nhiều

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

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

Ơ xít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của đất Khả năng phản

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

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

2.1.4 ðốn đọc ảnh viễn thám

ðốn đọc ảnh là quá trình chiết tách các thơng tin định tính cũng như định lượng từ ảnh

Cĩ hai phương pháp đốn đọc ảnh viễn thám đĩ là thực hiện bằng mắt hay bằng xử lý số

2.1.4.1 ðốn đọc ảnh bằng mắt

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

lý, địa chất, nơng nghiệp, thủy văn, mơi trường…

ðốn đọc bằng mắt là sử dụng mắt thường cĩ sự trợ giúp của các dụng cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu … Cơ sở để đốn đọc là các chuẩn đốn đọc vẽ và mẫu đốn đọc

Các chuẩn đốn đọc bao gồm:

Chuẩn kích thước: Kích thước của một đối tượng được xác định theo tỷ lệ ảnh và kích thước đo được trên ảnh Dựa vào thơng tin này cũng cĩ thể phân biệt được các đối tượng trên ảnh

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

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

Chuẩn độ đen: ðộ đen là một chuẩn quan trọng để xác định tính chất của đối tượng Cát khơ phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng cĩ màu trắng, trong khi

đĩ cát ướt cĩ màu tối hơn trên ảnh đen trắng Trên ảnh hồng ngoại đen trắng, cây lá nhọn phản xạ mạnh tia hồng ngoại nên cĩ màu trắng cịn nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sĩng này nên bao giờ cũng cĩ màu đen