Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh landsat 8 thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất tại xã công trừng huyện hòa an tỉnh cao bằng

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật yêu cầu đòi hỏi cập nhật thông tin một cách đầy đủ nhanh chóng và chính xác nhất thì việc áp dụng phương pháp thành lập bản đồ từ tư liệu ảnh viễn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƯỜNG

-

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT 8 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤT TẠI XÃ CÔNG TRỪNG, HUYỆN HÒA AN, TỈNH CAO BẰNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là sản phẩm nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của Ths Lê Thái Sơn Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

về nội dung luận văn của mình Trường đại học Lâm Nghiệp không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2019

Người cam đoan Đinh Thị Thu Trang

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới Ths Lê Thái Sơn thầy đã trực tiếp hướng dẫn chia sẻ kinh nghiệm giúp tôi hoàn thành tốt nhất bài khóa luận này

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của cán bộ UBND xã Công Trừng, huyện Hòa

An, tỉnh Cao Bằng đã nhiệt tình cung cấp thông tin giúp tôi hoàn thành khóa luận này

Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình và bạn bè trong suốt quá trình học tập và thực hiện khóa luận

Trong quá trình hoàn thành khóa luận không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong thầy cô và các bạn góp ý để bài viết được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2019

Sinh viên Đinh Thị Thu Trang

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

PHẦN 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Khái quát về viễn thám 2

1.1.1 Định nghĩa 2

1.1.2 Lịch sử phát triển 2

1.1.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám 3

1.1.4 Phân loại viễn thám 4

1.1.5 Giới thiệu vệ tinh Landsat, Landsat 8 5

1.1.6 Ứng dụng của viễn thám 9

1.2 Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và xã hội 10

1.2.1 Trên thế giới 10

1.2.2 Ở Việt Nam 13

1.3 Khái quát về lớp phủ mặt đất và đối tượng phủ 16

1.3.1 Khái niệm lớp phủ 16

1.3.2 Khái niệm cơ bản về bức xạ điện từ, đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 17

1.4 Khái quát về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 23

1.4.1 Định nghĩa 23

1.4.2 Ứng dụng của GIS 23

1.5 Phương pháp phân loại ảnh có kiểm định 24

PHẦN 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 26

2.2 Mục tiêu nghiên cứu 26

2.2.1 Mục tiêu chung 26

2.2.2 Mục tiêu cụ thể 26

2.3 Nội dung nghiên cứu 26

2.3.1 Nghiên cứu đánh giá hiện trạng sử dụng đất và công tác quản lý tài nguyên trong khu vực nghiên cứu 26

2.3.2 Nghiên cứu thành lập khóa giải đoán ảnh khu vực nghiên cứu 26

2.3.3 Thực hiện giải đoán ảnh khu vực nghiên cứu 26

2.3.4 Đề xuất các bước thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất từ ảnh Landsat 8 tại khu vực nghiên cứu 27

2.4 Phương pháp nghiên cứu 27

2.4.1 Phương pháp kế thừa số liệu, tư liệu ảnh 27

2.4.2 Phương pháp điều tra thực địa 28

2.4.3 Phương pháp xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất 29

PHẦN 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – DÂN CƯ – KINH TẾ- XÃ HỘI 31

3.1 Điều kiện tự nhiên 31

3.2 Đặc điểm dân cư 32

3.3 Kinh tế xã hội - văn hóa 32

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

4.1 Hiện trạng sử dụng đất và công tác quản lý tài nguyên trong khu vực nghiên cứu 34

4.1.1 Hiện trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu 34

4.1.2 Tình hình công tác quản lý tài nguyên khu vực nghiên cứu 35

4.2 Thành lập khóa giải đoán ảnh khu vực nghiên cứu 36

4.2.1 Tư liệu phục vụ cho khóa giải đoán ảnh 36

4.2.2 Xây dựng bộ khóa giải đoán ảnh 37

4.3 Quy trình giải đoán ảnh 40

4.4 Đề xuất các bước thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất từ ảnh Landsat 8 tại khu vực nghiên cứu 41

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Tồn tại 48

5.3 Kiến nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GIS - Geographical Information System: Hệ thông tin địa lý

ERTS - Earth Resources Technology Satellite: Vệ tinh kỹ thuật thăm dò tài nguyên trái đất

LDCM - Landsat Data Continuity Mission: Landsat 8

OLI – Operational Land Imager: Bộ thu nhận ảnh mặt đất

TIRS – Thermal Infrared Sensor: Bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt

ESA - Aeropian Remote sensing Agency: Cơ quan vũ trụ châu Âu

NASA - Nationmal Aeromautics and Space Administration: Tổ chức hàng không và vệ tinh quốc gia

NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration: Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ

UBND: Ủy ban nhân dân

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện 2

Bảng 1.2 Số vệ tinh NASA đã phóng 5

Bảng 1.3 Đặc trƣng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 7 và Landsat 8 (LDCM) 7

Bảng 2.1 Mẫu phiếu điều tra thực địa 28

Bảng 4.1 Hiện trạng diện tích các loại sử dụng đất chính 34

Bảng 4.2 Bảng thống kê số điểm mẫu điều tra 37

Bảng 4.3 Bộ khóa giải đoán ảnh các đối tƣợng lớp phủ 39

Bảng 4.4 Diện tích các đối tƣợng trên bản đồ lớp phủ 42

Bảng 4.5 Diện tích các đối tƣợng ngoài thực địa 43

Bảng 4.6 so sánh diện tích đất trên bản đồ với thực tế điều tra 44

Bảng 4.7 Độ chính xác của kết quả phân loại ảnh 45

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 3

Hình 1.2 Vệ tinh Landsat 8 6

Hình 1.3 Bức xạ sóng điện từ 17

Hình 1.4 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 19

Hình 1.5 Khả năng hấp thụ của lá cây và của nước 20

Hình 1.6 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 21

Hình 1.7 Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm 21

Hình 2.1 Ảnh Landsat 8 27

Hình 3.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 31

Hình 4.1 Ảnh vệ tinh phục vụ hỗ trợ giải đoán 37

Hình 4.2 Bản đồ phân bố các vùng lấy mẫu 40

Hình 4.3 Ảnh phân loại Maximum Likelihood Classification 41

Hình 4.4 Bản đồ lớp phủ mặt đất 41

Hình 4.5 Biểu đồ % diện tích đối tượng trên bản đồ lớp phủ 42

Hình 4.6 Biểu đồ % diện tích các đối tượng ngoài thực địa 43

Hình 4.7 Biểu đồ so sánh diện tích các đối tượng trên bản đồ với thực tế 44

Hình 4.8 Các điểm điều tra ngoài thực địa 45

Hình 4.9 Sơ đồ quy trình xây dựng bản đồ lớp phủ 47

cơ bản phục vụ cho công tác quản lý lãnh thổ, quản lý đất đai, theo dõi diễn biến

độ che phủ thảm thực vật, định hướng phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng…

Trước đây các loại bản đồ được thành lập bằng phương pháp truyền thống, quá trình cập nhật xử lý số liệu mất rất nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực và tốn nhiều kinh phí Nhiều bản đồ các ký hiệu không được thống nhất, lạc hậu và độ chính xác không cao Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật yêu cầu đòi hỏi cập nhật thông tin một cách đầy đủ nhanh chóng và chính xác nhất thì việc áp dụng phương pháp thành lập bản đồ từ tư liệu ảnh viễn thám (Landsat 8) kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã trở thành phương pháp thành lập bản đồ có ý nghĩa thực tiễn và có tính khoa học cao Việc áp dụng phương pháp này giúp chúng ta quan sát và xác định chính xác và nhanh chóng về đối tượng và vị trí không gian, thậm chí ở những nơi vùng sâu, vùng

xa vẫn đảm bảo được tính đồng nhất về thời điểm thu nhận thông tin và cập nhật thường xuyên

Xã Công Trừng thuộc huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng là một trong những xã vùng sâu vùng xa, vùng đặc biệt khó khăn của tỉnh Cao Bằng Với một khu vực có

nhiều núi cao, nhiều nơi còn hạn chế giao thông thì việc “Nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh landsat 8 thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất tại xã Công Trừng, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng” là một việc làm cấp thiết và có tính khoa học,

thực tiễn cao Dễ dàng thực hiện cho một xã thuộc khu vực vùng núi, vùng cao, vùng hạn chế giao thông để đáp ứng những yêu cầu của các nhà quản lý

PHẦN 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Khái quát về viễn thám

1.1.1 Định nghĩa

Có rất nhiều định nghĩa về viễn thám, tuy nhiên để thấy ngắn gọn và dễ hiều nhất đề tài đã lựa chọn định nghĩa của PGS.TS Nguyễn Khắc Thời đó là: Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó

Xây dựng học thuyết về phổ điện từ Chụp ảnh từ máy bay

Giải đoán từ không trung Phát triển ngành chụp và đo ảnh hàng không Phát triển kỹ thuật radar (Đức, Mỹ, Anh) Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự

1.1.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin

về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin sóng đã xác định hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể

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

Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám

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

Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo Phát triển bộ cảm thu đa phổ, tăng dải phổ và kênh phổ, tăng độ phân giải bộ bộ cảm Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý mới

- Nguồn cung cấp năng lượng

- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển

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

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

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

1.1.4 Phân loại viễn thám

a Phân loại theo nguồn tín hiệu

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

- Hình dạng quỹ đạo của vệ tinh

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

- Dải phổ của các thiết bị thu

- Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận

Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn thám được chia làm hai loại: viễn thám chủ động và viễn thám bị động

Viễn thám chủ động (active): nguồn tia tới là ánh sáng phát ra từ các thiết

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

Viễn thám bị động (passive): nguồn bức xạ là mặt trời hoặc các vật chất

tự nhiên

b Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo

Có hai loại chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực)

Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ quay bằng tốc độ quay của trái đất nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên

Vệ tinh quỹ đạo địa cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc so với mặt phăng xích đạo của trái đất Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu là lặp lại đối với mỗi vệ tinh Ví dụ Landsat là 18 ngày, SPOT là 26 ngày

c Phân loại theo dải sóng thu nhận

Theo bước sóng sử dụng có thể chia viễn thám thành 3 loại cơ bản:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần

1.1.5 Giới thiệu vệ tinh Landsat, Landsat 8

a Vệ tinh Landsat

Vào năm 1967, tổ chức hàng không và vệ tinh quốc gia (NASA) được sự

hỗ trợ của Bộ nội vụ Mỹ đã tiến hành chương trình nghiên cứu thăm dò tài nguyên trái đất ERTS (ERTS - Earth Resources Technology Satellite: Vệ tinh kỹ thuật thăm dò tài nguyên trái đất) Vệ tinh ERTS-1 được phóng vào ngày 23/6/1972 Sau đó NASA đổi tên chương trình ERTS thành Landsat, ERTS -1 được đổi tên thành Landsat 1 Vệ tinh Landsat bay qua xích đạo lúc 9h39 phút sáng Cho đến nay, NASA đã phóng được 7 vệ tinh trong hệ thống Landsat (bảng 1.2)

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

Qũy đạo của vệ tinh LANDSAT

+ Độ cao bay: 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo là 98

+ Qũy đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp

+ Thời điểm bay qua xích đạo: 9h39’ sáng

Hình 1.2 Vệ tinh Landsat 8

phuc-vu-hien.html)

(Nguồnhttp://ledaingoc.blogspot.com/2014/10/anh-ve-tinh-landsat-8-Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI – Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal

Infrared Sensor) Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc Dải quét của LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tượng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề mặt Bộ cảm OLI

và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước

Bảng 1.3 Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 7 và Landsat 8 (LDCM)

(micrometers)

Resolution (meters)

(Nguồn

Các thông số kỹ thuật của sản phẩm ảnh vệ tinh Landsat 8 như sau:

 Loại sản phẩm: đã được xử lý ở mức 1T nghĩa là đã cải chính biến dạng

do chênh cao địa hình (mức trực ảnh Orthophoto);

 Phương pháp lấy mẫu: hàm bậc 3

 Độ chính xác: với bộ cảm OLI đạt sai số 12m theo tiêu chuẩn CE, có

độ tin cậy 90%; với bộ cảm TIRS đạt sai số 41m theo tiêu chuẩn CE, có độ tin cậy 90%

 Dữ liệu ảnh: có giá trị 16 bit pixel, khi tải về ở dạng file nén có định dạng là tar.gz Kích thước file nếu ở dạng nén khoảng 1GB, còn ở dạng không nén khoảng 2GB

Landsat 8 thu nhận xấp xỉ 400 cảnh/ngày, tăng 250 cảnh/ngày so với Landsat 7 Thời gian hoạt động của vệ tinh theo thiết kế là 5,25 năm nhưng nó được cung cấp đủ năng lượng để có thể kéo dài hoạt động đến 10 năm So với Landsat 7, Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại 16 ngày

Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat 8 hoàn toàn có thể khai thác miễn phí từ mạng Internet qua địa chỉ http://earthexplorer.usgs.gov/

- Giám sát tài nguyên và môi trường biển: lập bản đồ các hệ sinh thái nhạy cảm như rừng ngập mặn, đất ngập nước, rạn san hô; theo dõi biến động đường bờ; theo dõi tràn dầu,…

 Lâm nghiệp: phân loại, kiểm kê rừng, đánh giá trữ lượng, sinh khối, theo dõi diễn biến diện tích rừng, theo dõi cháy rừng,…

 Nông nghiệp: phân loại và theo dõi biến động sử dụng đất nông nghiệp, theo dõi mùa màng (sinh trưởng, năng suất, lịch gieo trồng, sâu bệnh)…

 Nghiên cứu địa chất: thành lập bản đồ địa chất, bản đồ phân bố khoáng sản, bản đồ phân bố nước ngầm,…

 Quản lý tai biến: theo dõi, dự báo tai biến sạt trượt lở, ngập lụt, tai biến địa chất, cháy rừng…

 Quản lý đô thị: quản lý cơ sở hạ tầng đô thị, theo dõi biến động đô thị, quy hoạch đô thị, nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị,…

 Y tế và chăm sóc sức khỏe cộng đồng: theo dõi diến biến khí hậu, thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa,…), sự thay đổi chất lượng môi trường (không khí, nước,…)… qua đó đánh giá, dự báo các tác động đến sức khỏe cộng đồng

1.2 Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và

xã hội

1.2.1 Trên thế giới

Sự phát triển của công nghệ viễn thám là một trong những thành tựu khoa học kỹ thuật đã đạt đến trình độ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nhiều nước trên thế giới, không những với các nước đang phát triển có trình độ khoa học kỹ thuật tiên tiến mà còn đối với các nước đang phát triển với nền kinh tế và công nghệ lạc hậu, chậm phát triển Nhu cầu sử dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác,

sử dụng, quản lý tài nguyên và môi trường mà còn được sử dụng rộng rãi trong việc thành lập bản đồ Sự phát triển của công nghệ viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin của các đối tượng trên mặt đất được các chuyên gia quan tâm

Từ thể kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đã đưa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu, được thực hiện vào năm

1858 do Gaspard Felix Tournachon - nhà nhiếp ảnh người Pháp Tác giả đã sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m, chụp ảnh vùng Bievre, Pháp Một trong những bức ảnh tiếp theo chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu là ảnh vùng Bostom của tác giả James Wallace Black, 1860 Việc ra đời của ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh sự phát triển mạnh mẽ ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim và giấy ảnh, là các nguyên liệu nhạy cảm với ánh sáng (photo) Bức ảnh đầu tiên chụp từ máy bay, được thực hiện vào năm 1910, do

Wilbur Wright, một nhà nhiếp ảnh người Ý, bằng việc thu nhận ảnh di động trên vùng gần Centoceli thuộc nước Ý

Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu của công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự Công nghệ chụp ảnh

từ máy bay đã kéo theo nhiều người hoạt động trong lĩnh vực này, đặc biệt trong việc làm ảnh và đo đạc ảnh Những năm sau đó, các thiết kế khác nhau về các loại máy chụp ảnh được phát triển mạnh mẽ Đồng thời, nghệ thuật giải đoán không ảnh

và đo đạc từ ảnh đã phát triển mạnh, là cơ sở hình thành một ngành khoa học mới

là đo đạc ảnh (photogrametry) Đây là ngành ứng dụng thực tế trong việc đo đạc chính xác các đối tượng từ dữ liệu ảnh chụp Yêu cầu trên đòi hỏi việc phát triển

các thiết bị chính xác cao, đáp ứng cho việc phân tích không ảnh

Chiến tranh thế giới thứ hai (1939 - 2 1945) không ảnh đã dùng chủ yếu cho mục đích quân sự Trong thời kỳ này, ngoài việc phát triển công nghệ radar, còn đánh dấu bởi sự phát triển ảnh chụp sử dụng phổ hồng ngoại Các bức ảnh thu được từ nguồn năng lượng nhân tạo là radar, đã được sử dụng rộng rãi trong quân sự Các ảnh chụp với kênh phổ hồng ngoại cho ra khả năng triết lọc thông tin nhiều hơn Ảnh mầu, chụp bằng máy ảnh, đã được dùng trong chiến tranh thế giới thứ hai Việc chạy đua vào vũ trụ giữa Liên Xô cũ và Hoa Kỳ đã thúc đẩy việc nghiên cứu trái đất bằng viễn thám với các phương tiện kỹ thuật hiện đại Các trung tâm nghiên cứu mặt đất được ra đời, như cơ quan vũ trụ châu Âu ESA (Aeropian Remote sensing Agency), Chương trình Vũ trụ NASA (Nationmal Aeromautics and Space Administration) Mỹ Ngoài các thống kê ở trên, có thể

kể đến các chương trình nghiên cứu trái đất bằng viễn thám tại các nước như Canada, Nhật, Pháp, Ấn Độ và Trung Quốc Bức ảnh đầu tiên, chụp về trái đất

từ vũ trụ, được cung cấp từ tàu Explorer-6 vào năm 1959 Tiếp theo là chương trình vũ trụ Mercury (1960), cho ra các sản phẩm ảnh chụp từ quỹ đạo trái đất có chất lượng cao, ảnh màu có kích thước 70mm, được chụp từ một máy tự động

Vệ tinh khí tượng đầu tiên (TIR0S-1), được phóng lên quĩ đạo trái đất vào tháng

4 năm 1960, mở đầu cho việc quan sát và dự báo khí tượng Vệ tinh khí tượng

NOAA, đã hoạt động từ sau năm 1972, cho ra dữ liệu ảnh có độ phân giải thời gian cao nhất, đánh dấu cho việc nghiên cứu khí tượng trái đất từ vũ trụ một cách tổng thể và cập nhật từng ngày

Việc nghiên cứu trái đất đã được thực hiện trên các con tàu vũ trụ có người như Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos (từ năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừng Salyut Sản phẩm thu được là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân giải cao, như MSU-E (trên Meteor - priroda) Các bức ảnh chụp từ vệ tinh Cosmos có dải phổ nằm trên 5 kênh khác nhau, với kích thước ảnh 18 x 18cm Ngoài ra, các ảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140, MKF-6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6 kênh ảnh thuộc dải phổ 0.40 đến 0.89μm Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20 x 20m

Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS (sau đổi tên là Landsat-1), là các vệ tinh thế hệ mới hơn như Landsat-2, Landsat-3, Landsat-4 và Landsat-5 Ngay từ đầu, ERTS-1 mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và bộ cảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau Ngoài các vệ tinh Landsat-2, Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là SKYLAB (1973) và HCMM (1978) Từ 1982, các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các

vệ tinh Landsat TM-4 và Landsat TM-5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt Điều này tạo nên một ưu thế mới trong nghiên cứu trái đất

từ nhiều dải phổ khác nhau Ngày nay, ảnh vệ tinh chuyên đề từ Landsat-7 đã được phổ biến với giá rẻ hơn các ảnh vệ tinh Landsat TM-5, cho phép người sử dụng ngày càng có điều kiện để tiếp cận với phương pháp nghiên cứu môi trường qua các dữ liệu vệ tinh Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM) Đây là

dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ Landsat sẽ tiếp tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 – 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên trái đất

Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các thế hệ SPOT-1, SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5, đã đưa ra sản phẩm ảnh

số thuộc hai kiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ

10 x 10m đến 2,5 x 2,5m, và đa kênh SPOT- XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênh thuộc dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x 20m Đặc tính của ảnh vệ tinh SPOT là cho ra các cặp ảnh phủ chồng cho phép nhìn đối tượng nổi (stereo) trong không gian ba chiều Điều này giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất đạt kết quả cao, nhất là trong việc phân tích các yếu

tố địa hình Các ảnh vệ tinh của Nhật, như MOS-1, phục vụ cho quan sát biển (Marine Observation Satellite) Công nghệ thu ảnh vệ tinh cũng được thực hiện trên các vệ tinh của Ấn Độ IRS-1A, tạo ra các ảnh vệ tinh như LISS thuộc nhiều

hệ khác nhau

Trong nghiên cứu môi trường và khí hậu trái đất, các ảnh vệ tinh NOAA có độ phủ lớn và có sự lặp lại hàng ngày, đã cho phép nghiên cứu các hiện tượng khí hậu xảy ra trong quyển khí như nhiệt độ, áp suất nhiệt đới hoặc

dự báo bão

1.2.2 Ở Việt Nam

Từ đầu những năm 80 viễn thám bắt đầu được ứng dụng như một nguồn tài liệu mới, một phương pháp mới, công nghệ mới trong nhiều lĩnh vực và đã đem lại hiệu quả rõ rệt về khoa học, công nghệ và kinh tế ở nước ta

Công tác điều tra, khảo sát và thành lập bản đồ tài nguyên thiên nhiên đã được tiến hành ở Việt Nam từ nhiều năm nay và có được kết quả đã thành lập được nhiều loại bản đồ Từ đó đã được nhiều ngành quan tâm đến, trong đó vài trò chủ đạo thuộc về nghành Lâm nghiệp Những thành tựu nổi bật của ngành viễn thám trong suốt 35 năm gắn liền với từng giai đoạn phát triển của ngành

Cụ thể như sau:

Giai đoạn từ năm 1980 - 1993, đây là thời kỳ Viễn thám bắt đầu khẳng định được vị thế trong lĩnh vực đo đạc bản đồ và tạo những bước đi vững chắc cho phát triển theo 3 trụ cột: xử lý, cung cấp ảnh; hiện chỉnh bản đồ địa hình; và thành lập các loại bản đồ chuyên đề Các sản phẩm nổi bật thời kỳ này có thể kể đến như: Hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000, 1:50.000 cho một số địa

phương; xây dựng bộ bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc tỷ lệ 1:250.000 Cung cấp kịp thời bản đồ nền và trực tiếp tham gia lập hồ sơ địa giới hành chính 364/CT Chính vì vậy ngành Viễn Thám đã được Thủ tướng Chính phủ tặng Bằng khen cho 1 tập thể và 1 cá nhân) Thành lập bộ bản đồ chuyên đề phục vụ khai thác lãnh thổ và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên cho tỉnh Thanh Hóa Bên cạnh đó, cũng đã hoàn thành 2 đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước

Giai đoạn 1994 - 2002: Đánh dấu việc hoàn thiện công nghệ hiện chỉnh bản đồ địa hình và tiến hành hiện chỉnh gần 300 mảnh bản đồ tỉ lệ 1/50.000, 487 mảnh tỉ lệ 1/25.000; công nghệ viễn thám được sử dụng rộng rãi hơn trong thành lập bản đồ địa hình, thành lập bản đồ chuyên đề; đẩy mạnh việc xử lý, cung ứng các loại hình tư liệu viễn thám cho các cơ quan, viện nghiên cứu, các trường đại học của nhiều bộ, ngành và địa phương Thời kỳ này, đã nghiên cứu và ứng dụng thành công trong việc thành lập bản đồ chuyên đề Các công trình nổi bật như thành lập bản đồ biến động lòng sông, cửa sông, bờ biển trên nhiều vùng khác nhau ở các tỉ lệ 1/25.000, 1/50.000, 1/100.000; bản đồ biến động rừng ngập mặn tỉ lệ 1/100.000 trên toàn dải ven biển; bản đồ đất ngập nước tỉ lệ 1/250.000 phủ trùm toàn quốc, bản đồ kiểm kê và đánh giá tiềm năng nuôi trồng thủy sản ven bờ tỉ lệ 1/100.000…, những công trình này đã đáp ứng nhu cầu của các cơ quan và được đánh giá cao về chất lượng

Giai đoạn 2003-2012: Thời kỳ đánh dấu sự phát triển ngày càng lớn mạnh của ngành Viễn thám, phạm vi hoạt động và ứng dụng công nghệ viễn thám được

mở rộng, phục vụ cho nhiều lĩnh vực trong và ngoài Bộ Tài nguyên và Môi trường

Đặc biệt, với việc thành lập Trung tâm Viễn thám quốc gia theo Nghị định

số 25/2008/NĐ-CP của Chính phủ đã đánh dấu sự phát triển ngày càng lớn mạnh của đơn vị Phạm vi hoạt động, ứng dụng của viễn thám được mở rộng, phục vụ cho các lĩnh vực trong và ngoài Bộ, bao gồm các lĩnh vực như quản lý đất đai; môi trường; biển và hải; đo đạc bản đồ; lâm nghiệp; thủy văn,… Đồng thời, dữ liệu thu nhận tại Trạm thu đã được sử dụng trong nhiều bộ ngành và địa phương như Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Bộ Công an, Bộ Quốc

phòng, Ủy ban Tìm kiếm cứu nạn, hàng chục tỉnh thành phố, Các viện nghiên cứu (Viện Địa lý, Viện Công nghệ vũ trụ, Viện Điều tra quy hoạch rừng, Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ…); các trường đại học (Đại học Mỏ địa chất, Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Tài nguyên và Môi trường…)

Thời kỳ từ năm 2013 đến nay, Trung tâm Viễn Thám phát triển trở thành Cục Viễn thám quốc gia, chính thức trở thành một đơn vị quản lý nhà nước trực thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường Cục Viễn thám quốc gia đã không ngừng vươn lên, nỗ lực xây dựng và hoàn thiện hệ thống văn bản quy phạm pháp luật; triển khai thực hiện có hiệu quả các nhiệm vụ chính trị được giao, đặc biệt tập trung đẩy mạnh ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu và thiên tai

Để phát triển bền vững và sử dụng hợp lý các tài nguyên thiên nhiên, không ít đề tài nghiên cứu, đánh giá về tình trạng môi trường, hiện trạng tài nguyên thiên nhiên, những dự án quy hoạch môi trường,…đã được thực hiện Trong thời gian qua đã có các đề tài liên quan đến ứng dụng công nghệ viễn thám xây dựng các bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên như:

- Công trình nghiên cứu Nguyễn Mạnh Cường (1996): Nghiên cứu đánh

giá khả năng ứng dụng phương pháp xử lý ảnh số từ thông tin viễn thám cho lập bản đồ rừng Tác giả đã sử dụng ảnh Landsat TM và phương pháp phân loại phổ

có kiểm định nhằm khoanh vẽ các trạng thái rừng

- Đề tài hợp tác nghiên cứu với cơ quan thám hiểm vũ trụ Nhật Bản của

Nguyễn Đình Dương – Viện địa lý (1997-1998): Sử dụng ảnh đa phổ và ảnh đa

thời gian để xây dựng bản đồ lớp phủ thực vật Tác giả đã sử dụng phương pháp

phân loại đa phổ bán tự động với 2 tư liệu viễn thám là ADEOS, AVNIR để xây dựng các bản đồ lớp phủ thực vật

- Luận án tiến sĩ của Trần Văn Thuy (1996): Ứng dụng phương pháp

viễn thám để thành lập bản đồ thảm thực vật tỉnh Thanh Hóa, tỷ lệ 1/200.000

Tác giả sử dụng phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt trên tổ hợp màu của tư

liệu vệ tinh Landsat TM, KFA-1000, Landsat MSS, KT-200 và ảnh máy bay đen trắng để thành lập bản đồ thảm thực vật tỉnh Thanh Hóa

- Đề tài Thạc sỹ Nguyễn Đắc Triển chuyên ngành Lâm học (2009):

Nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám để theo dõi mất rừng do làm nương rây tại huyện Kim Bôi, tỉnh Hòa Bình” Tác giả đã sử dụng ảnh Landsat ETM năm

1999, 2003, 2007 và sử dụng phương pháp phân loại theo chí số thực vật để theo dõi mất rừng do làm nương rẫy

Những nghiên cứu, ứng dụng công nghệ viễn thám trong thành lập bản đồ

ở Việt Nam đã được thực hiện từ rất sớm Tuy nhiên, từ trước đến này thành lập bản đồ chủ yếu vẫn áp dụng phương pháp giải đoán bằng mắt, điều tra ngoại nghiệp, tư liệu viễn thám sử dụng ảnh có độ phân giải thấp hoặc trung bình nên bản đồ được thành lập ở tỷ lệ thấp, chưa đáp ứng được nhu cầu về độ chính xác

xã hội của con người Lớp phủ đất là bề mặt có thể quan sát được còn sử dụng đất chỉ không gian chức năng không phải lúc nào cũng có thể quan sát được Tuy nhiên lớp phủ mặt đất và sử dụng đất có liên quan với nhau, căn cứ vào lớp phủ mặt đất có thể đoán được loại hình sử dụng đất và ngược lại

Biến động lớp phủ (land cover change) chỉ sự thay đổi của lớp phủ bao gồm hai loại chủ yếu: biến đổi về loại lớp phủ (land cover conversion) và biến đổi bên trong bản thân một loại lớp phủ (land cover modification) Land cover conversion là sự thay thế toàn bộ lớp phủ này bằng loại lớp phủ khác như nông nghiệp chuyển thành đô thị, đất trống chuyển thành rừng Đây là những biến đổi

lớn rất dễ dàng nhận biết Ngược lại, Land cover modification là loại biến đổi tinh tế, khó nhận biết hơn, chỉ làm thay đổi về tính chất mà không thay đổi về loại lớp phủ, ví dụ như sự thay đổi về sinh khối, mật độ cây, tán rừng, sự phát triển của cây lúa ở các thời kỳ khác nhau

1.3.2 Khái niệm cơ bản về bức xạ điện từ, đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

a Bức xạ điện từ

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

Hình 1.3 Bức xạ sóng điện từ

b Đặc tính của phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

Tất cả các vật thể đều phản xạ và hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ khác nhau Đặc tính này gọi là đặc trưng phổ đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên liên quan đến nhiều yếu tố Các đặc trưng này phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng, môi trường khí quyển, bề mặt đối tượng cũng như bản thân đối tượng đó Việc nghiên cứu phản xạ phổ có ý nghĩa rất quan trọng trong

viến thám Phản xạ phổ khác nhau với từng loại lớp phủ mặt đất do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và đối tượng đó Độ phản xạ phổ được đo theo công thức

*100, với là độ phân giải phổ ( tính bằng %)

Như vậy độ phân giải phổ là tỷ lệ phần trăm của năng lượng rơi xuống đối tượng và được phản xạ trở lại Với cùng một đối tượng, độ phản xạ phổ khác nhau ở các bước sóng khác nhau

- Khả năng phản xạ phổ của thực vật:

Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ dài bước sóng Trên đồ thị (hình 1.4) thể hiện đường đặc trưng phản xạ phổ thực vật xanh và các vùng phản xạ phổ chính Trong vùng sóng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của

lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất clorophin trong lá cây, ngoài ra còn một số chất sắc tố khác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật Theo đồ thị trên ta thấy sắc tố hấp thụ bức

xạ vùng sóng ánh sáng nhìn thấy và ở vùng cận hồng ngoại, do trong lá cây có nước nên hấp thụ bức xạ vùng hồng ngoại Cũng từ đồ thị trên ta có thể thấy khả năng phản xạ phổ của lá xanh ở vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng đỏ là thấp Hai vùng suy giảm khả năng phản xạ phổ này tương ứng với hai dải sóng bị clorophin hấp thụ Ở hai dải sóng này, clorophin hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy năng lượng phản xạ của lá cây không lớn Vùng sóng bị phản

xạ mạnh nhất tương ứng với sóng 0,54μ tức là vùng sóng ánh sáng lục Do đó lá cây tươi được mắt ta cảm nhận có màu lục Khi lá úa hoặc có bệnh, hàm lượng clorophin trong lá giảm đi lúc đó khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị thay đổi và lá cây sẽ có mầu vàng đỏ

Hình 1.4 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật

Ở vùng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu lên khả năng phản xạ phổ của lá cây là hàm lượng nước trong lá Khả năng hấp thụ năng lượng (rλ) mạnh nhất ở các bước sóng 1,4μ; 1,9μ và 2,7μ Bước sóng 2,7μ hấp thụ mạnh nhất gọi là dải sóng cộng hưởng hấp thụ, ở đây sự hấp thụ mạnh diễn ra đối với sóng trong khoảng từ 2,66μ - 2,73μ

Trên hình 1.4 cho thấy ở dải hồng ngoại khả năng phản xạ phổ của lá mạnh nhất ở bước sóng 1,6μ và 2,2μ - tương ứng với vùng ít hấp thụ của nước

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

Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản

xạ phổ khác biệt rõ rệt

Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi clorophin

có trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước, ở

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

Hình 1.5 Khả năng hấp thụ của lá cây và của nước

Khi hàm lượng nước trong lá giảm đi thì khả năng phản xạ phổ của lá cây cũng tăng lên đáng kể (hình 1.5)

Đường đặc trưng phản xạ phổ của đa số thổ nhưỡng không phức tạp như của thực vật Hình 1.6 thể hiện khả năng phản xạ phổ của ba loại đất ở trạng thái khô

Đặc tính chung nhất của chúng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại Ở đây chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ, mà không có năng lượng thấu quang Tuy nhiên với các loại đất cát có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau Tùy thuộc vào thành phần hợp chất

mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu

cơ, vô cơ

Cấu trúc của đất phụ thuộc vào tỷ lệ sét, bụi, cát Sét là hạt mịn đường kính nhỏ hơn 0,002mm, bụi có đường kính 0,002mm - 0,05mm, cát có đường

kính 0,05mm - 2mm Tùy thuộc tỷ lệ thành phần của ba loại đất cơ bản trên mà tạo nên các loại đất có tên khác nhau

Hình 1.6 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Với đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt cũng nhỏ vì chúng ở sít gần nhau hơn Với hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn, do vậy khả năng vận chuyển không 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 loại đất này sẽ cao hơn

và do đó độ ẩm cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của chúng

Hình 1.7 Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm

Khi độ ẩm tăng khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm (hình 1.7) Do vậy khi hạt nước rơi vào cát khô ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn, đó là do sự chênh lệch rõ rệt giữa các đường đặc trưng 1, 2, 3 Tuy nhiên nếu cát đã ẩm mà có thêm nước cũng sẽ không thẫm màu đi mấy (do sự chênh lệch ít giữa đường 2 và đường 3)

Một yếu tố nữa ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ là hợp chất hữu cơ trong đất Với hàm lượng chất hữu cơ từ 0,5 - 5,0% đất có mầu nâu xẫm Nếu hàm lượng hữu cơ thấp hơn đất sẽ có mầu nâu sáng

Ô xít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của đất Khả năng phản xạ phổ tăng khi hàm lượng ô xít sắt trong đất giảm xuống, nhất là ở vùng phổ nhìn thấy (có thể làm giảm tới 40% khả năng phản xạ phổ khi hàm lượng ô xít sắt tăng lên)

Khi bỏ ô xít sắt ra khỏi đất, thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên rõ rệt ở dải sóng từ 0,5μ - 1,1μ nhưng với bước sóng lớn hơn 1,0μ hầu như không

có tác dụng

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

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

Một điểm quan trọng cần lưu ý là mặc dù biên độ đồ thị khả năng phản xạ phổ của các loại đất có thể khác xa nhau nhưng nhìn chung những khác nhau này ổn định ở nhiều dải sóng khác nhau Đối với thực vật chúng ta phải nhờ khả năng phản xạ phổ phụ thuộc bước sóng (tức là đoán đọc điều vẽ ở các kênh khác nhau), nhưng với thổ nhưỡng không thể làm được như vậy, mặc dù sự khác biệt

về khả năng phản xạ phổ là quan trọng nhưng nhiều đặc tính phản xạ phổ của chúng phải đoán đọc điều vẽ ở các dải sóng nhìn thấy

1.4 Khái quát về hệ thống thông tin địa lý (GIS)

1.4.1 Định nghĩa

Hệ thông tin địa lý (Geographical Information System gọi tắt là GIS) là một hệ thống phần mềm, phần cứng máy tính, dữ liệu và con người để thực hiện,

phân tích và biểu diễn thông tin bị ràng buộc bởi vị trí không gian

GIS là sự thống nhất của năm thành phần cơ bản: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp

- Lưu trữ dữ liệu trong GIS có 2 dạng là:

+ Dạng vector: GIS sẽ lưu trữ dữ liệu vector dưới dạng các điểm tọa độ (x,y) thực

+ Dạng raster (ảnh): GIS sẽ lưu trữ dữ liệu dưới dạng tọa độ (x,y) lưới ô vuông theo hàng, cột

1.4.2 Ứng dụng của GIS

GIS đã được ứng dụng trong một số lĩnh vực sau:

Những quy hoạch sử dụng đất đai trên khu vực có diện tích lớn hoặc việc xây dựng những dự án phát triển sản xuất nông lâm nghiệp ở các khu vực diện tích nhỏ đều có thể được cung cấp một khối lượng thông tin toàn diện GIS

có thể thể hiện từng lớp bản đồ của vùng nghiên cứu không chỉ ở bề mặt mà còn cho thấy tầng đá gốc, loại đất, thảm thực vật và nhiều vấn đề khác Nó rất hữu ích khi nghiên cứu vùng đất mới cho sản xuất nông lâm nghiệp, đỡ tốn kém tiền của của nông dân, bởi vì thay vì phải làm thí nghiệm đất tất cả số liệu về cấu trúc đất bên trong đã được lưu trữ trong máy tính

- Ứng dụng trong công tác phòng chống cháy và bảo vệ rừng:

GIS đã được ứng dụng để: cảnh báo cháy rừng; phân vùng trọng điểm cháy rừng; ứng dụng ảnh viễn thám MODIS để phát hiện sớm cháy rừng Sử dụng công nghệ GIS để tô mầu các khu vực rừng có các cấp cảnh báo khác nhau

và được cập nhật hàng ngày các thông số khí tượng: nhiệt độ, độ ẩm không khí

và lượng mưa từ hơn 100 trạm khí tượng trong toàn quốc GIS có thể theo dõi

diễn biến rừng và đất lâm nghiệp là nắm vững diện tích các loại rừng, đất lâm nghiệp hiện có được phân chia theo chức năng sử dụng rừng và loại chủ quản lý; lập bản đồ hiện trạng rừng cấp xã nhằm giúp hoạch định chính sách lâm nghiệp

ở địa phương và trung ương phục công tác bảo vệ và phát triển rừng

- Ứng dụng trong quy hoạch và quản lý sản xuất

GIS có thể được sử dụng để dự đoán vụ mùa cho từng cây trồng, theo dõi

sự sinh trưởng và phát triển cây trồng, dự đoán được sự thành công của mùa vụ GIS có thể giúp tìm và thể hiện những thay đổi của cây trồng trong từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển Ngành lâm nghiệp đã ứng dụng trong công tác quy hoạch và phát triển rừng, phục vụ công tác thiết kế, khai thác và trồng mới rừng Ngoài ra người ta còn sử dụng GIS trong việc theo dõi, đánh giá diễn biến tài nguyên rừng, xác định vùng thích nghi cho cây lâm nghiệp

- Ứng dụng trong quản lý bảo vệ thực vật

Lĩnh vực này rất quan trọng đối với các nhà nông học Họ có thể sử dụng các thông tin thu thập được để ngăn ngừa sự lan tràn của các loài cỏ dại phá hoại mùa màng GIS có thể giải quyết được nhiều vấn đề khác ngoài cỏ dại

Nó rất hữu ích như là một biện pháp phòng ngừa tích cực Nếu một loại động vật hay côn trùng nào phá hoại đồng ruộng, với GIS nó có thể bị theo dõi và tìm ra dấu vết

1.5 Phương pháp phân loại ảnh có kiểm định

Các phương pháp phân tích ảnh viễn thám rất đa dạng Có thể liệt kê một

số phương pháp phân tích ảnh như phương pháp phân ngưỡng (Manual thresholds), phương pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised), phương pháp phân loại có kiểm định (Supervised), phương pháp Fuzzy (Fuzzy classification or Mixing models) nhưng hai phương pháp đang dùng phổ biến để phân loại thảm phủ hiện nay là phương pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised) và phương pháp phân loại có kiểm định (Supervised)

Phân loại có kiểm định là một phương pháp xác suất có khả năng sắp xếp những pixel do người sử dụng định nghĩa thành những lớp khác nhau, trong đó