(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám MODIS TERRA AQUA để theo dõi và quản lý mùa vụ trồng lúa tại tỉnh thừa thiên huế

i

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành khóa học và đề tài nghiên cứu tôi đã nhận được sự quan tâm,
giúp đỡ nhiệt tình, q báu của q Thầy, Cơ trong Ban Giám hiệu Nhà trường, Khoa
Tài nguyên đất và Môi trường Nơng nghiệp, Phịng Đào tạo Sau đại học – Trường Đại
học Nông lâm Huế. Xin gửi tới quý Thầy, Cô lịng biết ơn chân thành và tình cảm q
mến nhất.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS. Huỳnh Văn Chương, người hướng
dẫn khoa học, Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn tơi trong suốt q trình thực hiện và
hồn thiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo: Sở Tài nguyên và Môi trường
tỉnh Thừa Thiên Huế, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Thừa Thiên Huế,
Trung tâm kỹ thuật địa chính tỉnh Thừa Thiên Huế, đã giúp đỡ tận tình, tạo điều
kiện để tơi hồn thiện đề tài này.
Tơi xin cảm ơn tới gia đình, những người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã
góp ý, giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện đề tài.
Thừa Thiên Huế, ngày 25 tháng 6 năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Thanh

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


ii
LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các số liệu

trong vùng nghiên cứu của luận văn là trung thực, đầy đủ và chưa được sử dụng để bảo
vệ một học vị nào.
Tôi xin chân thành cảm ơn mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này và tôi
xin cam đoan các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Thanh

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


iii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................................................... 1
I. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................................................................... 1
II. Mục tiêu chung của đề tài .................................................................................................................................... 1
III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................................................................... 1
IV. Những điểm mới của đề tài ............................................................................................................................... 2
Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................................... 3
1.1. Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu....................................................................................................... 3
1.1.1. Tổng quan về viễn thám................................................................................................................................. 3
1.1.1.1. Định nghĩa về viễn thám............................................................................................................................. 3
1.1.1.2. Ưu điểm của công nghệ viễn thám .......................................................................................................... 3
1.1.1.3. Giới thiệu khái quát về ảnh vệ tinh MODIS .......................................................................................... 4
1.1.1.4. Giới thiệu về phần mềm xử lý ảnh ENVI .............................................................................................. 9
1.1.1.5. Tổng quan về phần mềm ENVI.............................................................................................................10

1.1.1.6. Các chức năng cơ bản của phần mềm ENVI ......................................................................................10
1.1.2. Khái niệm và phân loại đất trồng lúa.........................................................................................................17
1.1.2.1. Khái niệm đất trồng lúa.............................................................................................................................17
1.1.2.2. Phân loại đất trồng lúa ...............................................................................................................................17
1.1.2.3. Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa ...................................................................................................18
1.2. Cơ sở thực tiễn của các vấn đề nghiên cứu .................................................................................................23
1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài .....................................................................................................................23
1.2.2. Các nghiên cứu trong nước .........................................................................................................................26
1.3. Các cơng trình liên quan đến đề tài ...............................................................................................................27
Chương 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................30
2.1. Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................................................................30
2.2. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu......................................................................................................................30
2.3. Nội dung nghiên cứu và các kết quả đạt được ...........................................................................................30
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................................................30
2.4.1. Phương pháp thống kê..................................................................................................................................30
2.4.2. Phương pháp chuyên gia, chuyên khảo ...................................................................................................31
2.4.3. Phương pháp thu thập thông tin, số liệu ...................................................................................................31
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu ...........................................................................................................................31
2.4.5. Phương pháp xử lý ảnh bằng công nghệ số.............................................................................................31

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


iv
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN........................................................................34
3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội tỉnh Thừa Thiên Huế .....................................................34
3.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên .......................................................................................................................34
3.1.2. Đặc điểm kinh tế, xã hội...............................................................................................................................40

3.1.3. Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội. .........................................................................41
3.2. Tình hình sử dụng đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế ......................................................42
3.2.1. Tình hình chung .............................................................................................................................................42
3.2.2. Kết quả sản xuất lúa năm 2013 ..................................................................................................................43
3.2.3. Công tác chỉ đạo.............................................................................................................................................43
3.2.4. Lịch thời vụ gieo cấy các giống lúa trong vụ Hè thu 2014 và Đông Xuân 2014 - 2015 trên
địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế ...............................................................................................................................47
3.3. Kết quả thực hiện quy trình phân tích ảnh viễn thám MODIS TERRA/AQUA .............48
3.3.1. Mở ảnh trên phần mềm ENVI ...................................................................................................................48
3.3.2. Cắt ảnh..............................................................................................................................................................51
3.3.3. Nắn chỉnh ảnh.................................................................................................................................................51
3.3.4. Che ảnh ............................................................................................................................................................51
3.3.5. Chuyển ảnh về hệ tọa độ UTM WGS 84................................................................................................52
3.3.6. Phân loại chỉ số NDVI trên phần mềm ENVI 4.7.................................................................................53
3.3.7. Chuyển dữ liệu từ định dạng raster sang vector......................................................................................56
3.3.8. Biên tập bản đồ ảnh vệ tinh trên ENVI – Quick Map...........................................................................58
3.3.9. Mở ảnh viễn thám trên phần mềm Arc Map ..........................................................................................58
3.4. Xác định mối quan hệ giữa NDVI với sự phát triển của cây lúa ...........................................................60
3.4.1. Tạo chuỗi NDVI đa thời gian .....................................................................................................................60
3.4.2. Kết quả tính tốn chỉ số NDVI tương ứng với sự phát triển của cây lúa ..........................................63
3.5. Kết quả theo dõi diễn biến công tác xuống giống và thu hoạch cây lúa...............................................68
3.5.1. Kết quả theo dõi tiến độ xuống giống cây lúa vụ Hè Thu 2014 và vụ Đông xuân 2015...68
3.5.2. Kết quả theo dõi tiến độ thu hoạch cây lúa vụ Hè Thu 2014 và vụ Đông xuân 2015............71
3.6. Những ưu điểm và tồn tại của ứng dụng .....................................................................................................73
2.6.1. Ưu điểm ...........................................................................................................................................................73
3.6.2. Nhược điểm ....................................................................................................................................................74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................................................................75
Kết luận .......................................................................................................................................................................75
Kiến nghị.....................................................................................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................................77

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU – CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BDKH

Biến đổi khí hậu

CHDCND

Cộng hịa dân chủ nhân dân

DVI

Difference Vegetation Index

DN

Doanh nghiệp

DT

Doanh thu

ENVI

Environment for Visualizing Imaged

GIS

Geographic Information System

HTX

Hợp tác xã

IDL

Interactive Data Language

KH

Kế hoạch

LAI

Leaf Area Index

NDVI

Normal Different Vegetation Index

RVI

Ratio Vegetation Index

SAVI

Soil Adjusted Vegetation Index

TSAVI

Transformed Soil Adjusted Vegetation Index

VCI

Vegetation condition index

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS ........................................................................................5
Bảng 1.2. Các ứng dụng của các band phổ của ảnh MODIS...........................................................................5
Bảng 1.3. Các phương pháp tính tốn chỉ số thực vật [11] ............................................................................... 8
Bảng 2.1. Cơng thức tính chỉ số khác biệt thực vật [11] ..................................................................................33
Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng một số loại đất nông nghiệp năm 2010 ........................................................38
Bảng 3.2. Hiện trạng sử dụng một số loại đất phi nông nghiệp năm 2010 [6] ...........................................39
Bảng 3.3. Kết quả sản xuất lúa năm 2013 trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế............................................43
Bảng 3.4. Thời vụ gieo cấy các giống lúa vụ Hè thu 2014 [13].....................................................................47
Bảng 3.5. Thời vụ gieo cấy các giống lúa vụ Đông xuân 2014 – 2015 [14] ..............................................47
Bảng 3.6. Các kênh phổ của đầu đo MODIS được sử dụng trong việc tính tốn chỉ số NDVI ............48
Bảng 3.7. Chỉ số NDVI của các ảnh trong hai vụ hè thu 2014 và đông xuân 2015

tỉnh Thừa Thiên

Huế ...............................................................................................................................................................................62
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát thực địa và giám sát chỉ số thực vật NDVI vụ Hè thu 2014 ........................63
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát thực địa và giám sát chỉ số thực vật NDVI vụ Đông xuân 2015 ................64
Bảng 3.10. Tiêu chuẩn để phân loại sử dụng đất...............................................................................................66
Bảng 3.11. Chỉ số thực vật NDVI tương ứng với sự phát triển của cây lúa................................................67
Bảng 3.12. Kết quả giải đốn diện tích xuống giống lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa
Thiên Huế ngày 17/05/2014 ..................................................................................................................................70
Bảng 3.13. Kết quả giải đốn diện tích xuống giống lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa
Thiên Huế ngày 09/01/2015 ..................................................................................................................................70
Bảng 3.14. Kết quả giải đốn diện tích thu hoạch lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa Thiên
Huế ngày 21/08/2014 ..............................................................................................................................................73
Bảng 3.15. Kết quả giải đoán diện tích thu hoạch lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa Thiên
Huế ngày 17/05/2015 ..............................................................................................................................................73

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.

Mơ phỏng chỉ số NDVI ......................................................................................9

Hình 1.3.

Các kiểu sinh trưởng khác nhau của cây lúa ....................................................19

Hình 1.4.

Sự tích lũy carbohydrate trong các bộ phận khác nhau qua các giai đoạn sinh
trưởng của cây lúa ...........................................................................................21

Hình 1.5.

Sự phát triển của hạt lúa qua các giai đoạn sau khi trổ ....................................21

Hình 1.6.

So sánh 3 giai đoạn sinh trưởng của cây lúa có thời gian sinh trưởng khác nhau
..........................................................................................................................22

Hình 1.7.

Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng sơng Hồng...........................28

Hình 1.8.

Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng Sơng Cửu Long...................29

Hình 3.1.

Sơ đồ vị trí địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế ...........................................................34

Hình 3.2.

Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất tỉnh thừa thiên Huế năm 2010 .............................38

Hình 3.3.

Cách hiển thị ảnh MODIS bằng phần mềm ENVI và các thơng tin ảnh .........49

Hình 3.4.

Ảnh EVI trên phần mềm ENVI 4.7 ..................................................................49

Hình 3.5.

Ảnh NDVI mở trên phần mềm ENVI 4.7 ........................................................50

Hình 3.6.

Ảnh tổ hợp màu theo thứ tự các band NIR-Blue-Red mở trên phần mềm ENVI
4.7 .....................................................................................................................50

Hình 3.7.

Ảnh MODIS khu vực Thừa Thiên Huế trước và sau khi cắt. ..........................51

Hình 3.8.

Khu vực tỉnh Thừa Thiên Huế sau khi cắt ảnh.................................................52

Hình 3.9.

Hộp thoại Convert Map Projection Parameter .................................................53

Hình 3.10. Ảnh Modis tỉnh Thừa Thiên Huế trước và sau khi chuyển đổi hệ tọa độ ........53
Hình 3.11. Phân loại chỉ số NDVI thành các lớp ...............................................................54
Hình 3.12. Bản đồ thể hiện chỉ số thực vật ngày 17/05/2014 ............................................54
Hình 3.13. Bản đồ thể hiện chỉ số thực vật ngày ngày 21/8/2014 .....................................55
Hình 3.14. Bản đồ thể hiện chỉ số thực vật ngày ngày 09/01/2015 ...................................55
Hình 3.15. Bản đồ thể hiện chỉ số thực vật ngày ngày 17/05/2015 ...................................56
Hình 3.16. Chuyển đổi dữ liệu từ định dạng raster sang vector .........................................57
Hình 3.17. Các hộp thoại trong bước chuyển đổi định dạng dữ liệu .................................57
Hình 3.18. Các lựa chọn trình bày bản đồ ..........................................................................58
Hình 3.19. Hộp thoại cài đặt hệ tọa độ ...............................................................................59
Hình 3.20. Cách tạo chuỗi ảnh NDVI đa thời gian ............................................................60

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


viii
Hình 3.21. Kết quả tạo chuỗi ảnh NDVI ............................................................................61
Hình 3.22. Ảnh tổ hợp tháng 5 được cắt theo vùng đất trồng lúa và load theo thứ tự band
1, 2, 3 trong ENVI ............................................................................................61
Hình 3.23. Bản đồ các điểm khảo sát thực địa ...................................................................65
Hình 3.24. Chỉ số biến động NDIV qua từng ảnh của điểm khảo sát ................................66
Hình 3.25. Sự phát của cây lúa qua các tháng trong vụ Hè Thu năm 2014 và vụ Đơng
Xn 2014 - 2015 .............................................................................................67
Hình 3.26. Bản đồ thể hiện diện tích xuống giống tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Hè Thu
2014 ngày 17/05/2015 ......................................................................................68
Hình 3.27. Bản đồ thể hiện diện tích xuống giống tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Đông Xuân
2014 – 2015 ngày 09/01/2015 ..........................................................................69

Hình 3.28. Bản đồ thể hiện diện tích thu hoạch tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Hè Thu 2014
ngày 21/08/2014 ...............................................................................................71
Hình 3.29. Bản đồ thể hiện diện tích thu hoạch tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Đông Xuân
2014 – 2015 ngày 17/05/2015 ..........................................................................72

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


1
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam từ trước đến nay vẫn là một nước nông nghiệp. Nông nghiệp, nơng
thơn, nơng dân Việt Nam đã, đang có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế của đất
nước. Từ một nền kinh tế nông nghiệp tập trung mang nặng tính bao cấp chuyển sang
nền kinh tế thị trường, nước ta đang phải đối mặt với hàng loạt các vấn đề kinh tế, xã
hội, cũng như môi trường. Để đạt được mục tiêu phát triển bền vững, Việt Nam cần phải
nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp, trong đó có sản xuất lúa, từ cơ sở đó nâng cao
thu nhập cho người dân. [16]
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật thế giới nói chung
và cơng nghệ viễn thám nói riêng đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành và
nhiều lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt, ảnh viễn thám MODIS là ảnh được cung cấp từ cơ quan
hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ (NASA). Ảnh có độ phủ rộng và độ phân giải thời gian
cao đã và đang được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới.
Thừa Thiên Huế với tổng diện tích canh tác hơn 27000 ha [20], là một trong
những tỉnh có vựa lúa lớn của miền Trung Việt Nam. Do đó việc sản xuất lúa của tỉnh
có ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất hàng hóa cũng như xuất khẩu của địa phương nói
riêng và cả nước nói chung. Cho đến nay, công tác điều tra thống kê và thành lập bản
đồ hiện trạng cũng như theo dõi tiến độ xuống giống và thu hoạch chủ yếu vẫn dựa trên

công tác điều tra, khảo sát thực địa, báo cáo. Điều này không đảm bảo độ chính xác và
địi hỏi tốn nhiều thời gian, kinh phí, cũng như khơng đáp ứng kịp thời nhu cầu để đưa
ra quyết định, hoạch định chính sách không đánh giá được hiện trạng thay đổi, cơ cấu
mùa vụ và sản lượng lương thực được sản xuất.
Xuất phát từ vấn đề trên, được sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS.TS Huỳnh Văn
Chương, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám MODIS
TERRA/AQUA để theo dõi và quản lý mùa vụ trồng lúa tại tỉnh Thừa Thiên Huế.”
II. Mục tiêu chung của đề tài
Nghiên cứu sử ảnh Viễn thám MODIS TERRA/AQUA để theo dõi tiến độ xuống
giống và thu hoạch lúa phục vụ cho quản lý điều hành mùa vụ của ngành nông nghiệp
tỉnh Thừa Thiên Huế.
III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1) Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cung cấp cơ sở khoa
học và lý luận về việc quản lý, sử dụng ảnh viễn thám trong quản lý theo dõi xuống giống
và thu hoạch lúa. Từ đó là tài liệu tham khảo để đề ra các chủ trương, chính sách và các
giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả việc khai thác các công nghệ vệ tinh.

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


2
2) Ý nghĩa thực tiễn: Tạo ra công cụ theo dõi, giám sát giúp cho các nhà quản lý
có thể đưa ra các quyết định, kế hoạch tại tỉnh Thừa Thiên Huế.
IV. Những điểm mới của đề tài
Đề tài là nghiên cứu đầu tiên về ứng dụng viễn thám và GIS vào việc quản lý
xuống giống, thu hoạch lúa trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế.

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


3
Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu
1.1.1. Tổng quan về viễn thám
Kỹ thuật viễn thám, một trong những thành tựu kỹ thuật vũ trụ đã đạt đến trình độ cao
và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội,
đặc biệt có hiệu quả cao trong ứng dụng đối với lĩnh vực nông lâm nghiệp ở nhiều nước trên
thế giới, không những đối với các nước phát triển có trình độ khoa học kỹ thuật tiên tiến mà
còn đối với các nước đang phát triển nền kinh tế hay cịn lạc hậu. Bộ Tài ngun và Mơi trường
đã lắp đặt trạm thu vệ tinh Quốc gia, áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản
đồ hiện trạng và theo dõi mùa vụ ở Việt Nam là công việc rất cần thiết.
1.1.1.1. Định nghĩa về viễn thám
Theo Võ Quang Minh (2010), viễn thám (Remote Sensing) được định nghĩa là sự
thu thập và phân tích thơng tin về các đối tượng, sự thu thập và phân tích này được thực
hiện từ một khoảng cách khơng gian khơng có sự tiếp xúc trực tiếp đến các vật thể.
Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ như một phương
tiện để điều tra và đo đạc đặc tính của đối tượng.
Máy bay và vệ tinh là những vật mang chủ yếu cho quan trắc trong viễn thám. [11]
1.1.1.2. Ưu điểm của công nghệ viễn thám
Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển nhưng
đã nhanh chóng áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi ở các nước phát
triển. Công nghệ phát triển đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài
nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước, từng khu vực và trong phạm vi
toàn cầu. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám ngày càng được nâng cao, và đây là
lý do dẫn đến tính phổ cập của công nghệ này. Công nghệ viễn thám có những ưu việt
cơ bản sau:

Độ phủ trùm khơng gian của tư liệu bao gồm các thông tin tài nguyên, mơi trường
trên diện tích lớn của trái đất gồm cả những khu vực rất khó đến được như rừng nguyên
sinh, đầm lầy và hải đảo.
Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất do chu kỳ
quan trắc lặp và liên tục trên cùng một đối tượng trái đất của các máy thu viễn thám.
Khả năng này cho phép công nghệ viễn thám ghi lại được các biến đổi của tài nguyên,
môi trường giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
Sử dụng các dải phổ đặc biệt khác nhau để quan trắc các đối tượng (ghi nhận đối
tượng), nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục đích,
trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ của Trái đất.

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


4
Cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao và siêu cao, là dữ liệu cơ
bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và hệ thống cơ sở dữ liệu
địa lý quốc gia.
Với những ưu điểm trên, công nghệ viễn thám đã đang trở thành công nghệ chủ
đạo cho quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường nước ta hiện nay. [11]
1.1.1.3. Giới thiệu khái quát về ảnh vệ tinh MODIS
Bộ cảm MODIS (Moderate Resolution Spectroradiometer) đặt trên vệ tinh Terra
và Aqua (gọi tắt là vệ tinh MODIS). Vệ tinh Terra được phóng vào quỹ đạo tháng 12
năm 1999 và vệ tinh Aqua được phóng vào tháng 5 năm 2002 với mục đích quan trắc,
theo dõi các thơng tin về mặt đất, đại dương và khí quyển trên phạm vi tồn cầu. Các
ứng dụng tiêu biểu có thể kể đến là nghiên cứu khí quyển, mây, thời tiết, lớp phủ thực
vật, biến động về nông nghiệp và lâm nghiệp…Trong khoảng thời gian một ngày đêm,
các đầu đo của các vệ tinh này sẽ quét gần hết Trái đất trừ một số giải hẹp ở vùng xích

đạo. Trong mỗi phiên thu ta sẽ thu được dữ liệu tại 36 băng phổ (nếu phiên thu được
thực hiện vào ban ngày) hoặc tại các băng từ 20 đến 36 là các băng hồng ngoại nhiệt
(nếu phiên thu được thực hiện vào ban đêm). Theo thiết kế, các dữ liệu MODIS được sử
dụng để nghiên cứu các biến động toàn cầu cũng như các hiện tượng xảy ra trên mặt đất,
trong lòng đại dương và ở tầng thấp của khí quyển. Các dữ liệu MODIS cũng đóng một
vai trị rất quan trọng trong việc xây dựng các mơ hình tương tác đúng đắn cho các hiện
tượng xảy ra trên toàn bộ Trái đất. Các mơ hình này có thể được sử dụng để dự báo trước
những biến động môi trường. [24]
Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS:
MODIS là một đầu đo bức xạ có độ bay cao (12 bit) tại 36 kênh phổ, việc sử
dụng dữ liệu sóng nằm trong khoảng từ 0,4 µm đến 14,4 µm là tùy thuộc vào yêu cầu
của người sử dụng. Các kênh phổ này có độ phân giải khơng gian khác nhau: 2 kênh có
độ phân giải 250 m, 5 kênh có độ phân giải 500 m, 29 kênh cịn lại có độ phân giải 1000
m. Với góc chụp là 550 và độ cao quỹ đạo của Vệ tinh Terra là 705 km, độ rộng của dải
quét là 2330 km. Chính điều này cho phép dữ liệu MODIS phủ kín tồn bộ Trái đất chỉ
trong thời gian một đến hai ngày.
Đầu đo MODIS giúp các nhà khoa học quan trắc Trái đất như một thể thống nhất. Các
dữ liệu quan trắc này cho phép chúng ta dự báo những biến động trong tương lai và phân biệt
các ảnh hưởng của các tác nhân tự nhiên và các tác nhân của các hoạt động của con người tới
mơi trường. Từ đó, chúng ta có thể xây dựng nên mơ hình động lực học tồn cầu của Trái đất
bao gồm các mơ hình của khí quyển, đại dương, lục địa, đồng thời tiên đoán trước những sự
thay đổi của các đối tượng này trước khi những thay đổi này xảy ra.

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


5
Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS

Độ cao vĩ đạo

705 km

Vĩ đạo

Đồng bộ mặt trời

Thời gian qua xích đạo

10:30 a.m hoặc 1:30 p.m

Tốc độ quét

20.3 rpm

Độ phủ

2330 km

Kích thước

1.0 x 1.6 x 1.0 m

Trọng lượng

228.7 kg

Độ phân giải bức xạ

12 bits

Độ phân giải không gian

250 m (kênh 1 – 2)
500 m (kênh 3 – 7)
1000 m (kênh 8 – 6)
1 -2 ngày

Chu kỳ lặp

(Nguồn: MODIS web)
Bảng 1.2. Các ứng dụng của các band phổ của ảnh MODIS

Kênh

Khoảng phổ

Độ
phân
giải

1

0,620 – 0,670

0,25 km

Các loại mây và các đối tượng bao phủ bề mặt Trái đất

2

0,841 – 0,876

0,25 km

Các loại mây và các đối tượng bao phủ bề mặt Trái đất

3

0,459 – 0,479

0,5 km

Các loại mây và các đối tượng bao phủ bề mặt Trái đất

4

0,545 – 0,565

0,5 km

Các loại mây và các đối tượng bao phủ bề mặt Trái đất

5

1,230 – 1,250

0,5 km

Các loại mây và các đối tượng bao phủ bề mặt Trái đất

6

1,628 – 1,652

0,5 km

Các loại mây và các đối tượng bao phủ bề mặt Trái đất

Các ứng dụng điển hình

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


6
7

2,105 – 2,155

0,5 km

Các loại mây và các đối tượng bao phủ bề mặt Trái đất

8

0,405 – 0,402

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

9

0,438 – 0,448

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

10

0,483 – 0,493

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

11

0,526 – 0,536

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

12

0,546 – 0,556

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

13

0,662 – 0,672

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

14

0,673 – 0,683

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

15

0,743 – 0,753

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

16

0,863 – 0,877

1 km

Màu sắc thực vật phù du và sinh địa hóa của đại dương

17

0,890 – 0,920

1 km

Hơi nước trong khí quyển

18

0,931 – 0,941

1 km

Hơi nước trong khí quyển

19

0,915 – 0,965

1 km

Hơi nước trong khí quyển

20

3,66 – 3,84

1 km

Nhiệt độ của mây và các đối tượng bao phủ trái đất

21

3,929 – 3,989

1 km

Nhiệt độ của mây và các đối tượng bao phủ trái đất

22

3,929 – 3,989

1 km

Nhiệt độ của mây và các đối tượng bao phủ trái đất

23

4,02 – 4,08

1 km

Nhiệt độ của mây và các đối tượng bao phủ trái đất

24

4,433 – 4,498

1 km

Nhiệt độ của khí quyển

25

4,482 – 4,549

1 km

Nhiệt độ của khí quyển

26

1,36 – 1,39

1 km

Mây ti (Cirrus cloud)

27

6,535 – 6,895

1 km

Hơi nước

28

7,175 – 7,475

1 km

Hơi nước

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


7
29

8,400 – 8,700

1 km

Hơi nước

30

9,580 – 9,880

1 km

Tầng Ozone

31

10,78 – 11,28

1 km

Nhiệt độ của mây, đối tượng bao phủ trái đất

32

11,77 – 12,27

1 km

Nhiệt độ của mây và các đối tượng bao phủ trái đất

33

13,18 – 13,48

1 km

Nhiệt độ đỉnh của đám mây

34

13,48 – 13,78

1 km

Nhiệt độ đỉnh của đám mây

35

13,78 – 14,08

1 km

Nhiệt độ đỉnh của đám mây

36

14,08 – 14,38

1 km

Nhiệt độ đỉnh của đám mây
(Nguồn: Modis web)

Chỉ số thực vật và phương pháp tính:
Nguyễn Ngọc Thạch (2005), chỉ số thực vật là thông tin tiêu biểu cho việc nghiên
cứu lượng chlorophyl (diệp lục tố). Tính chất phổ biến của thực vật có đặc điểm khác
biệt với các đối tượng khác là có sự phản xạ mạnh ở dải Green (0,5 – 0,6 µm). Do đó,
có sự khác biệt lớn về độ sáng giữa các band gần hồng ngoại và band Green. Đặc điểm

đó được gọi là tính chất xanh lá cây (Greeness) của đối tượng. Như vật giữa độ sáng
(Brightness) và độ xanh (Greeness) có sự khác biệt lớn nhất về giá trị DN. Thông thường
tổng độ sáng của các band cao hay thấp liên quan đến các loại đất khác nhau. Để hình
dung rõ được ý nghĩa sự khác biệt đó, người ta tạo ra chỉ số thực vật (Normal Different
Vegetation Index). [15]
Bất kỳ vật thể nào trên bề mặt đất và khí quyển đều có tác dụng điện từ. Đồng
thời bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không tuyệt đối (k = -274,160) đều
liên tục phát ra sóng điện từ (nhiệt bức xạ). Do thành phần cấu tạo của các vật thể trên
bề mặt trái đất và các thành phần vật chất trong bầu khí quyển là khác nhau nên sự hấp
thu hoặc phát xạ các sóng điện từ cũng khác nhau. Dựa trên tính chất vật lý này ta có
thể xác định được các đặc trưng quang phổ khác nhau của bề mặt trái đất và khí quyển
bằng các dữ liệu viễn thám. Một trong những đặc trưng quang phổ quan trọng nhất của
viễn thám là quang phổ thực vật, quang phổ phát xạ và phản xạ Albedo. Từ những đặc
trưng này ta có thể tính tốn được các chỉ số thực vật, làm cơ sở cho việc phân loại, đánh
giá trạng thái và biến động của lớp phủ về mặt.
Theo Dương Văn Khảm (2007), các chỉ số thực vật được phân tách từ các băng
nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại và dải đỏ là các tham số trung gian mà từ đó có

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


8
thể thấy được các đặc tính khác nhau của thảm thực vật như: Sinh khối, chỉ số diện tích
lá, khả năng quang hợp các sản phẩm sinh khối theo mùa. Những đặc tính đó có liên
quan và phụ thuộc rất nhiều vào thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tính sinh lý, sinh hóa
và sâu bệnh… [8]
Bảng 1.3. Các phương pháp tính tốn chỉ số thực vật [11]
Chỉ số

NDVI (The Normalized
Diffrence Vegetation Index
– Chỉ số thực vật khác biệt)

Công thức

NDIV =

RVI (The Ratio Vegetation
Index – Chỉ số tỉ lệ thực vật)

NIR − RED
NIR + RED

RVI =

NIR
RED

SAVI (The Soil Adjusted
Vegetation Index – Chỉ số
NIR − RED
SAVI =
(1 + L)
NIR + RED+ L
đất có điều chỉnh bởi thực
vật)
TSAVI (Transformed Soil
Adjusted Vegetation Index
– Chỉ số chuyển đổi có điều

chỉnh bởi thực vật)
SAVI (The Soil Adjustef
Vegetation Index – Chỉ số
đất có điều chỉnh bởi thực
vật)
PVI
(Perpendicular
Vegetation Index – Chỉ số
thực vật vng góc)
DVI
(Difference
Vegetation Index – Chỉ số
điều chỉnh thực vật)

TSAVI =

a(NIR – aRED − b)
(aNIR + RED – ab)

SAVI =

PVI =

NIR
RED+ b⁄a

NIR – aRED – b + 2a
√1 +a2

DVI = NIR - RED

Người phát triển

Rouse và cộng sự (1973)

Jordan (1969)

Huete (1988)

Baret và cộng sự (1989)

Major và cộng sự (1990)

Richarson và Wiegand
(1977)

Turker (1979)

Chỉ số khác biệt thực vật (Normalized difference vegetation index NDVI):
Có nhiều chỉ số thực vật khác nhau, nhưng chỉ số khác biệt thực vật (NDVI) được
trung bình hóa một chuỗi số liệu theo thời gian sẽ là công cụ cơ bản để giám sát sự thay

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


9
đổi trạng thái lớp phủ thực vật, trên cơ sở đó biết được tác động của thời tiết, khí hậu đến
sinh quyển. Trong đó IR, R là phổ phản xạ của kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ. Từ các

giá trị định lượng của NDVI ta có thể xác định được trạng thái sinh trưởng và phát triển
của thực vật nói chung và cây trồng nói riêng. Ví dụ: Ở hình 1.1 là mơ phổ chỉ số thực vật
NDVI, rõ ràng nếu cây xanh tốt (NDVI = 0,72) lớn hơn rất nhiều so với cây bị úa vàng
(NDVI = 0,14). Như vậy từ giá trị định lượng của NDVI có thể xác định trạng thái sinh
trưởng và phát triển của thực vật nói chung và cây trồng nói riêng. [8]

0,5 − 0,8
= 0,72
0,5 + 0,8

0,4 − 0,3
= 0,14
0,4 + 0,3

Hình 1.1. Mô phỏng chỉ số NDVI [8]
1.1.1.4. Giới thiệu về phần mềm xử lý ảnh ENVI
ENVI “The Environment for Visualizing Imaged” là một phần mềm chuyên nghiệp
và có rất nhiều chức năng xử lý ảnh viễn thám, được viết bằng ngôn ngữ IDL (Interactive
Data Language). IDL là ngôn ngữ lập trình cấu trúc mạnh được dùng cho việc xử lý ảnh
tổng hợp để đáp ứng nhu cầu xử lý ảnh máy bay, ảnh vệ tinh và đáp ứng đầy đủ nhu cầu
cho việc ứng dụng viễn thám trong môi trường thân thiện và sáng tạo. Hiện nay, ENVI được
sử dụng phổ biến trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát mơi trường vì
ENVI là một phần mềm được thiết kế tốt để đáp ứng cho các nhu cầu xử lý ảnh và cung
cấp các công cụ cho việc hiển thị dữ liệu và phân tích ảnh ở các kích thước và các loại ảnh
khác nhau trong một môi trường thân thiện với người sử dụng.
Các ưu điểm của ENVI được thể hiện ở cách tiếp cận trong cơng tác xử lý ảnh, đó là
việc kết hợp các kỹ thuật dựa trên kênh phổ và kỹ thuật dựa trên tập tin. Khi dữ liệu được mở,
các kênh phổ được lưu vào danh sách chờ xử lý của chương trình, hoặc khi các tập tin được

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


10
mở, các kênh phổ của các tập tin được xử lý như một nhóm. ENVI có tất cả các chức năng
xử lý ảnh cơ bản, trong chế độ tương tác với người sử dụng về đồ họa. Đặc biệt trong khi xử
lý, ENVI khơng có giới hạn về kênh phổ được xử lý đồng thời do vậy các dữ liệu ảnh siêu
phổ cũng có thể được xử lý và phân tích bằng ENVI. Hiện nay, ENVI phiên bản mới có nhiều
cải tiến hơn so với những phiên bản trước, có thêm nhiều chức năng và đặc biệt là tốc độ đọc
và xử lý dữ liệu nhanh hơn nhiều so với phiên bản trước. [15]
1.1.1.5. Tổng quan về phần mềm ENVI
Phần mềm ENVI là một phần mềm xử lý giải đoán ảnh viễn thám rất mạnh, với
các đặc điểm chính như sau:
Hiển thị, phân tích ảnh với nhiều kiểu dữ liệu và kích cỡ ảnh khác nhau.
Mơi trường giao diện thân thiện.
Cho phép làm việc với từng kênh phổ riêng lẻ hoặc toàn bộ ảnh. Khi một file ảnh
được mở, mỗi kênh phổ của ảnh đó có thể được thao tác với tất cả các chức năng hiện
có của hệ thống. Với nhiều file ảnh được mở, ta có thể dễ dàng lựa chọn các kênh từ các
file ảnh để xử lý cùng nhau.
ENVI có các cơng cụ chiết tách phổ, sử dụng thư viện phổ, và các chức năng
chuyên cho phân tích ảnh phân giải phổ cao.
Phần mềm ENVI được viết trên ngôn ngữ IDL (Interactive Data Language).
Đây là ngôn ngữ lập trình cấu trúc, cung cấp khả năng tích hợp giữa xử lý ảnh và
khả năng hiển thị với giao diện đồ họa dễ sử dụng.
ENVI có nhiều phiên bản như 3.2, 3.5, 3.6, 4.0, 4.2, 4.3, 4.5, 4.7. Mỗi phiên bản
được cải tiến và nâng cấp cho một hoặc một số modul.
Dễ dàng mở rộng và tùy biến các ứng dụng. Ngồi ra, người dùng có thể sử dụng
ENVI trên các môi trường khác nhau như Windows, Macintosh, Linux hay Unix.
Sản phẩm ảnh sau khi xử lý có thể xuất ra nhiều phần mềm biên tập bản đồ khác

nhau như Mapinfo, Autocad, Microstation, Acrview…
1.1.1.6. Các chức năng cơ bản của phần mềm ENVI
ENVI được phát triển bởi các chuyên gia hàng đầu về hiển thị và xử lý ảnh.
Đồng thời, ENVI cũng được xây dựng trên nền tảng mở nên cho phép người dùng
trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác.
ENVI 4.5 có 12 modul với các chức năng cơ bản của từng modul như sau:

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


11
a. Modul File

Mở ảnh

Thông tin về ảnh
Tạo ảnh kiểm tra, xem cấu trúc dữ liệu

ảnh

Lưu ảnh ở nhiều định dạng
Làm việc với ngôn ngữ IDL

Kiểm tra, xác lập thư mục chứa dữ liệu ENVI

Chọn lựa các thay đổi và thoát khỏi chương trình

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


12
b. Modul Basic tool
Thay đổi kích thước pixel
Cắt ảnh
Xoay ảnh
Chép các kênh ảnh
Chuyển đổi cách lưu trữ.
Nới rộng dữ liệu

Xoay ảnh
Thống kê, phát hiện thay đổi của
các lớp

Đo khoảng cách, diện tích
Tăng cường khả năng xử lý ảnh
Tạo ảnh phân đoạn từ ảnh phân loại
Các chức năng tự tạo vùng mẫu
Khảm
Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu
Thông tin ảnh
c. Modul Classification
Phân loại có chọn mẫu
Phân loại khơng chọn mẫu
Phân loại theo cây quyết định

Xử lý sau phân loại

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


13
d. Modul Tranform
Tăng cường chất lượng ảnh
Tạo tỷ số ảnh
Phân tích thành phần chính
Chuyển đổi hệ thống màu
Cơng cụ giãn ảnh

Chỉ số thực vật
Chuyển đổi các ảnh Landsat

e. Modul Fillet

Các lựa chọn cho lọc ảnh

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


14
f. Modul Spectral

Thư viện phổ

Phổ cho vùng lấy mẫu
Xoay MNF
Chỉ số pixel gốc
Hiển thị n - chiều
Các phương pháp thành lập bản đồ

Phân tích phổ

Tính tốn phổ

Tăng độ sắc nét ảnh

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


15
g. Modul Map
Đăng ký tọa độ ảnh
Hiệu chỉnh trực giao
Khảm

Hiệu chỉnh trực giao theo hệ tọa
độ địa lý

Hiệu chỉnh lưới chiếu
Chuyển đổi lưới chiếu
Tạo dữ liệu đa kênh từ các kênh ảnh
Tính tốn phổ

Chuyển đổi hệ tọa độ
Kết nối GPS
h. Modul Vector
Mở file vector
Tạo lớp vector mới
Tạo lớp biên

Chuyển Raster sang Vector
Chuyển kết quả phân loại sangVector
Raster hóa dữ liệu điểm
Tạo DEM từ đường đồng mức
Chuyển ROI, ANN, EVF sang DXF

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


16
i. Modul Topographic
Mở dữ liệu địa hình
Mơ hình hóa địa hình
Đặc điểm địa hình
Tạo ảnh Hill Shade
Thay các giá trị lỗi
Raster hóa dữ liệu điểm
Tạo DEM từ đường đồng mức
Hiển thị 3D

k. Modul Radar

Mở dữ liệu ảnh Radar
Xác định khẩu độ
Hiệu chỉnh antena
Góc tới
Lọc
Ảnh màu tổng hợp
Các cơng cụ xử lý ảnh Radar

l. Modul Help
Phần trợ giúp
Lựa chọn mô tả chuột
Thông tin về ENVI

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


17
m. Modul Window
Tìm kiếm, quản lý các cửa sổ
Tạo cửa sổ mới

Mở cửa sổ danh sách

Các thông tin bổ trợ
Mở lớn cửa sổ hiển thị ảnh
Đóng các cửa sổ
1.1.2. Khái niệm và phân loại đất trồng lúa
1.1.2.1. Khái niệm đất trồng lúa

Đất trồng lúa (kí hiệu là LUA): Là ruộng, nương rẫy trồng lúa từ một vụ trở lên
hoặc trồng lúa kết hợp với sử dụng vào các mục đích khác được pháp luật cho phép
nhưng trồng lúa là chính. Đất trồng lúa bao gồm đất chuyên trồng lúa nước, đất trồng
lúa nước còn lại, đất trồng lúa nương. [1]
1.1.2.2. Phân loại đất trồng lúa
a. Đất chuyên trồng lúa nước (LUC): Là ruộng lúa nước (gồm cả ruộng bậc
thang) hàng năm cấy trồng từ hai vụ lúa trở lên, kể cả trường hợp có luân canh, xen canh
với cây hàng năm khác hoặc có khó khăn đột xuất mà chỉ trồng cấy được một vụ hoặc
không sử dụng trong thời gian không quá một năm. [1]
b. Đất trồng lúa nước còn lại (LUK): Là ruộng lúa nước (gồm cả ruộng bậc thang)
hàng năm chỉ trồng một vụ lúa, kể cả trường hợp trong năm có thuận lợi mà trồng thêm
một vụ lúa hoặc cây hàng năm khác, hoặc có khó khăn đột xuất mà không sử dụng trong
thời gian không quá một năm. [1]
c. Đất trồng lúa nương (LUN): Là đất nương, rẫy (đất dốc trên đồi, núi) để trồng
lúa từ một vụ trở lên, kể cả trường hợp trồng lúa khơng thường xun theo chu kỳ và
trường hợp có luân canh, xen canh với cây hàng năm khác. [1]

download by :

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma