LUẬN văn THẠC sĩ HAY nghiên cứu điều tra thống kê tài nguyên rừng bằng ảnh vệ tinh VNRedSat 1 tại xã xuân sơn huyện tân sơn tỉnh phú thọ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.62 MB, 94 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-----------------------------
NGUYỄN VĂN CHIẾN
NGHIÊN CỨU ĐIỀU TRA THỐNG KÊ TÀI NGUYÊN RỪNG
BẰNG ẢNH VỆ TINH VNREDSAT-I TẠI XÃ XUÂN SƠN
HUYỆN TÂN SƠN TỈNH PHÚ THỌ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
LÂM NGHIỆP
HÀ NỘI, 2018
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-----------------------------
NGUYỄN VĂN CHIẾN
NGHIÊN CỨU ĐIỀU TRA THỐNG KÊ TÀI NGUYÊN RỪNG
BẰNG ẢNH VỆ TINH VNREDSAT-I TẠI XÃ XUÂN SƠN
HUYỆN TÂN SƠN TỈNH PHÚ THỌ
Chuyên ngành: Lâm Học
Mã số: 62.62.60.10
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
LÂM NGHIỆP
Giáo viên hướng dẫn:
PGS.TS. NGUYỄN TRỌNG BÌNH
HÀ NỘI, 2018
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan, đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nghiên cứu nào khác.
Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ cơng trình nghiên cứu
nào đã cơng bố, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá
luận văn của Hội đồng khoa học.
Hà Nội, ngày 5 tháng 4 năm 2018
Người cam đoan
Nguyễn Văn Chiến
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
LỜI CẢM ƠN
Sau 2 năm học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Lâm Nghiệp. Bằng
những kiến thức của bản thân cùng sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầy (cơ)
giáo. Đến nay tơi đã hồn thành luận văn thạc sỹ, tôi xin chân thành cảm ơn sự
giúp đỡ q báu đó.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Nguyễn Trọng Bình – Thầy
đã hướng dẫn tôi nghiên cứu khoa học, đã tận tình giúp đỡ tơi trong q trình thực
hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của quý thầy cô giáo Trường Đại học
Lâm nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn UBND Xã Xuân Sơn, Hạt kiểm lâm huyện Tân
Sơn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp tơi hồn thành nghiên cứu của mình.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp đã ln dành sự động viên, giúp đỡ và ủng hộ tơi trong q trình học tập
và nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 5 tháng 4 năm 2018
Tác giả
Nguyễn Văn Chiến
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUA N VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................... 3
1.1. Lịch sử phát triển của Viễn thám. .................................................................. 3
1.2. Khái niệm cơ bản của Viễn thám. .................................................................. 7
1.2.1. Định nghĩa. .................................................................................................. 7
1.2.2. Nguyên lý cơ bản của viễn thám................................................................. 8
1.3. Ảnh Viễn thám, ảnh Spot và anh VNRedSat-1............................................ 10
1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong lâm nghiệp ở một số
nước trên thế giới và ở Việt Nam........................................................................ 14
1.4.1. Trên thế giới. ............................................................................................. 14
1.4.2. Tại Việt Nam. ............................................................................................ 16
Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................................... 19
2.1. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................... 19
2.1.1. Mục tiêu tổng quát..................................................................................... 19
2.1.2. Mục tiêu cụ thể.......................................................................................... 19
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................ 19
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................ 19
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu................................................................................... 19
2.3. Nội dung nghiên cứu. ................................................................................... 19
2.4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 20
2.4.1. Phương pháp kế thừa số liệu. .................................................................... 20
2.4.2. Phỏng vấn chuyên gia địa phương. ........................................................... 20
2.4.3. Xây dựng mẫu phân loại. .......................................................................... 20
2.4.3.1. Xác định số lượng và vị trí mẫu ảnh trong phịng. ................................ 21
2.4.3.2. Khảo sát mẫu ảnh ngoại nghiệp. ............................................................ 22
2.4.4. Giải đoán ảnh bằng phần mềm Ecogniton Developer. ............................. 23
2.4.4.1. Thiết lập thêm các chỉ số trong quá trình phân loại ảnh vệ tinh Spot5.. 23
2.4.4.2. Phương pháp không kiểm định. ............................................................. 24
2.4.4.3. Phương pháp có kiểm định..................................................................... 25
2.4.4.4. Bóc tách sau chạy phân loại có kiểm định. ............................................ 25
2.4.5. Xây dựng bản đồ giải đoán. ...................................................................... 26
2.4.6. Kiểm tra ngoại nghiệp............................................................................... 26
2.4.6.1. Phương pháp khoanh lô theo dốc đối diện............................................. 26
2.4.6.2. Phương pháp khoanh lô bằng máy GPS. ............................................... 27
2.4.7. Hoàn thiện bản đồ trạng thái. .................................................................... 27
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
2.4.8. Điều tra trữ lượng các trạng thái rừng....................................................... 27
2.4.8.1. Xác định số lượng Ô đo đếm cho từng trạng thái rừng. ........................ 27
2.4.8.2. Thiết lập và thu thập số liệu trong ô đo đếm rừng gỗ và rừng hỗn giao gỗ
tre nứa tự nhiên.................................................................................................... 28
2.4.8.3. Thiết lập và thu thập số liệu trong ô đo đếm rừng tre nứa (rừng tự nhiên
và rừng trồng)...................................................................................................... 30
2.4.8.4.. Thiết lập và thu thập số liệu trong ô đo đếm rừng trồng gỗ. ................ 30
2.4.9. Thống kê tài nguyên rừng. ........................................................................ 31
2.5. Đặc điểm địa bàn khu vực nghiên cứu......................................................... 32
2.5.1. Điều kiện tự nhiên. .................................................................................... 32
2.5.1.1. Vị trí địa lý. ............................................................................................ 32
2.5.1.2. Địa hình, địa mạo. .................................................................................. 33
2.5.1.3. Khí hậu, thời tiết..................................................................................... 33
2.5.1.4. Thuỷ văn................................................................................................. 34
2.5.1.5. Tài nguyên thiên nhiên........................................................................... 34
2.5.2. Điều kiện kinh tế, xã hội. .......................................................................... 35
2.5.2.1. Dân số, dân tộc và lao động. .................................................................. 35
2.5.2.2. Giáo dục. ................................................................................................ 35
2.5.2.3. Y tế. ........................................................................................................ 36
2.5.2.3. Kinh tế. ................................................................................................... 36
2.5.2.4. Sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy sản.................................................. 36
2.5.2.5. Tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ............................................................ 37
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................... 38
4.1. Bộ mẫu khóa ảnh phục vụ giải đốn ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu. ....... 38
4.1.1. Xác định mẫu khóa ảnh trong phịng. ....................................................... 38
4.1.2. Ngoại nghiệp điều tra mẫu khóa ảnh. ....................................................... 40
4.2. Kết quả phân loại ảnh vệ tinh trong thành lập bản đồ hiện trạng rừng........ 45
4.2.1. Phân loại ảnh vệ tinh. ................................................................................ 45
4.2.1.1. Phân loại khơng kiểm đinh..................................................................... 45
4.2.1.2. Phân loại có kiểm đinh........................................................................... 45
4.2.3. Bóc tách sau chạy phân loại có kiểm định. ............................................... 52
4.2.4. Đánh giá độ chính xác của bản đồ giải đoán............................................. 54
4.2.5. Ngoại nghiệp khoanh vẽ bổ sung, hoàn thiện bản đồ hiện trạng rừng. ... 56
4.2.6. Điều tra trữ lượng các trạng thái rừng....................................................... 57
4.2.6.1.Xác định số lượng Ô đo đếm cho từng trạng thái rừng. ......................... 57
4.6.2.2. Kết quả điều tra ...................................................................................... 58
4.3. Thống kê tài nguyên rừng tại khu vực nghiên cứu. ..................................... 60
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
4.3.1. Diện tích các trạng thái rừng sau giải đốn............................................... 60
4.3.1. Trữ lượng các trạng thái rừng sau giải đoán. ............................................ 61
4.3.2. Đánh giá biến động tài nguyên rừng tại xã Xuân Sơn năm 2015 – 2017. 63
4.4. Lập quy trình thành lập bản đồ hiện trạng và thống kê tài nguyên rừng từ ảnh
vệ tinh VNRedSat-1. ........................................................................................... 66
4.5. Đề suất úng dụng ảnh vệ tinh VNRedSat-1 trong quản lý, theo dõi diễn biến
tài nguyên rừng.................................................................................................... 70
4.5.1 Nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh.......................................................................... 71
4.5.2 Phương pháp xây dựng bản đồ từ ảnh vệ tinh và chồng xếp dữ liệu trên phần
mềm ArcGIS. ...................................................................................................... 71
Chương 4. KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ ................................... 72
4.1. Kết luận. ....................................................................................................... 72
4.2. Tồn tại........................................................................................................... 73
4.3. Khuyến Nghị. ............................................................................................... 73
Tài liệu tham khảo............................................................................................... 74
PHỤ LỤC:........................................................................................................... 77
MỤC LỤC BẢNG, HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ
Bảng 1. Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện. ............................. 4
Bảng 2. Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám.......... 10
Bảng 3. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT-1;-2;-3...................... 11
Bảng 4. Một số thông số các kênh phổ của ảnh SPOT-4.................................... 12
Bảng 5. Độ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 đến 5............. 12
Bảng 6. Kết quả lựa chọn tham số phù hợp. ....................................................... 39
Bảng 7. Số lượng mẫu ảnh theo theo trạng thái rừng ......................................... 41
Bảng 8. Một số hình ảnh đại diện cho bộ MKA đề tài đã xây dựng................... 41
Bảng 9. Ngưỡng phân loại của các tham số........................................................ 51
Bảng 10. Ma trận sai số kết quả giải đoán ảnh vệ tinhh VNRedsat_1................ 55
Bảng 11. Số ô đo đếm cho từng trạng thái rừng xã Xuân Sơn ........................... 58
Bảng 12. Kết quả tính tốn chỉ tiêu bình qn các trạng thái rừng tự nhiên ...... 59
Bảng 13. Chỉ tiêu bình quân các trạng thái rừng Tre, Nứa ................................. 59
Bảng 14. Chỉ tiêu bình quân các trạng thái rừng trồng ....................................... 60
Bảng 15. Diện tích các trạng thái rừng sau giải đoán. ........................................ 60
Bảng 16. Trữ lượng các trạng thái rừng sau giải đốn........................................ 61
Bảng 17. Diện tích các trạng thái rừng xã Xuân Sơn theo kết quả kiểm kê rừng
2015. .................................................................................................................... 63
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Bảng 18. So sánh diện tích các trạng thái rừng................................................... 65
Hình 1. Viễn thám từ việc thu nhận thơng tin đến người sử dụng (Theo Ravi
Gupta, 1991).......................................................................................................... 6
Hình 2. Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám. .................................................... 9
Hình 3. Phân loại bằng phương pháp khơng kiểm định...................................... 24
Hình 4. Phân loại bằng phương pháp có kiểm định............................................ 25
Hình 5. Bảng chắp xã Xuân Sơn ......................................................................... 38
Hình 6. Segmentation khu vực xã Xuân Sơn...................................................... 39
Hình 7. Bản đồ tuyến điều tra MKA ................................................................... 40
Hình 8. Bộ Rule set quy trình chạy phân loại. .................................................... 46
Hình 9. Kết quả phân loại có kiểm định.............................................................. 48
Hình 10. Cây phân loại theo bộ tham số đưa vào phân loại. .............................. 49
Hình 11. Kết quả phân loại ảnh vệ tinh VNRedSat_1 ........................................ 53
Hình 12. Bản đồ thành quả xã Xuân Sơn............................................................ 57
Hình 13. Bản đồ hiện trạng rừng xã Xuân Sơn theo kết quả kiểm kê rừng........ 64
Sơ đồ 1. Các bước xây dựng bản đổ hiện trạng rừng và thống kê tài nguyên rừng
từ ảnh vệ tinh VNRedSat-1. ................................................................................ 32
Biểu đồ 1. Tỷ lệ diện tích các trạng thái rừng sau giải đốn............................... 61
Biểu đồ 2. Tỷ lệ trữ lượng các trạng thái rừng sau giải đoán ............................. 62
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện trạng lớp phủ thực vật đang ngày càng được các nhà khoa học và quản
lý quan tâm nhiều hơn vì chứa đựng các thơng tin quan trọng phục vụ cho lĩnh
vực quản lý đất đai, điều tra hiện trạng tài nguyên rừng, môi trường, đa dạng sinh
học, bảo tồn thiên nhiên, v.v... Một trong những thành tựu quan trọng của khoa
học hiện đại là ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý tài nguyên thiên
nhiên, môi trường và quy hoạch sử dụng đất. Công nghệ viễn thám nói chung đã
được hình thành và phát triển ngày càng hồn thiện trong sự phát triển khơng
ngừng của các lĩnh vực kỹ thuật có liên quan (các thiết bị bay, chụp, truyền thông
tin, hệ thống in ấn, sao chụp , xử lý ảnh .....)
Việc ứng dụng viễn thám trong Lâm nghiệp ở Việt Nam có thể nói bắt đầu từ
năm 1958 khi sử dụng ảnh máy bay toàn sắc tỷ lệ 1/30.000 để phục vụ điều tra
rừng gỗ trụ mỏ khu Đông Bắc. Từ năm 1970 đến năm 1975 ảnh máy bay đã được
dùng rộng rãi để xây dựng các bản đồ hiện trạng, bản đồ mạng lưới vận xuất vận
chuyển cho nhiều vùng thuộc miền Bắc. Sau năm 1975 kỹ thuật này được dùng
phổ biến trong điều tra rừng cả nước. Năm 1979 đã chính thức sử dụng ảnh vệ
tinh để xây dựng bản đồ thảm rừng tỷ lệ 1/1.000.000. Ngày nay, sử dụng cơng
nghệ giải đốn ảnh Viễn thám đã trở thành một công cụ đắc lực cho cơng tác điều
tra tài ngun nói chung và điều tra hiện trạng lớp phủ thực vật nói riêng nhờ các
ưu thế nổi trội của nó về tính cập nhật và giá cả. Cơng tác điều tra truyền thống
địi hỏi hầu hết các cơng việc được làm bằng tay ngồi thực địa nên việc điều tra
tài nguyên rừng trong phạm vi tồn quốc thường mất trên hai năm địi hỏi một lực
lượng rất lớn cán bộ hiện trường dẫn đến chi phí rất lớn, độ chính xác khơng cao
và thơng tin thường khơng được cập nhật vì rừng và đất rừng ln biến động. Vì
vậy, việc nghiên cứu áp dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao trong điều tra hiện
trạng lớp phủ thực vật để có thể có được các kết quả điều tra nhanh trên vùng lãnh
thổ lớn với chi phí thấp là rất cần thiết.
Chương trình Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn
quốc của Viện điều tra Quy hoạch rừng cho đến nay đã triển khai được 4 chu kỳ.
Một trong những thành quả của chương trình đó là bộ bản đồ và số liệu về diễn
biến rừng theo từng chu kỳ. Tuy nhiên cho đến nay chương trình mới chỉ xây dựng
được các bản đồ có tỷ lệ 1/100.000 hoặc nhỏ hơn.
Dự án Tổng điều tra Kiểm kê rừng toàn quốc giai đoạn 2013-2016 theo
quyết định 594 của thủ tướng Chính Phủ ngày 15/4/2013 cho phép sử dụng ảnh
vệ tinh có độ phân giải từ 1,5 m x1,5 m đến ảnh vệ tinh có độ phân giải 5m x 5m
trong công tác điều tra tài nguyên rừng và công tác kiểm kê rừng. Kết quả cho đến
1
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
nay theo báo cáo tổng kết công tác điều tra rừng năm 2015 tại thành phố Hạ Long
tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2013-2015 trong 2 năm chúng ta đã hoàn thành công
tác điều tra, kiểm kê rừng cho 38/58 tỉnh có rừng và đất lâm nghiệp. Sử dụng ảnh
vệ tinh trong công tác điều tra rừng không những giảm chi phí, thời gian và cơng
sức mà nó cịn đem lại kết quả chính xác về thực trạng về lớp phủ cũng như ranh
giới, diện tích giữa các loại đất, loại rừng làm cơ sở cho công tác quản lý và theo
dõi diễn biến rừng hàng năm. Tuy nhiên, quá trình thực hiện chủ yếu áp dụng
bước đầu để phân vùng ảnh (Segmentation) thay cho cơng việc số hóa, tạo
polygon trong cơng tác giải đốn. Ngồi ra, do cán bộ giải đốn chưa có nhiều
kinh nghiệm thực tế đặc biệt là kiến thức về phân chia trạng thái rừng và các đặc
tính phân bố, sinh thái của từng trạng thái cũng như quan hệ của chúng với các
đối tượng khác do vậy không sử dụng bước tiếp theo để phân chi tiết cho từng lô
trạng thái theo thang phân loại mà chỉ dùng biện pháp gán giá trị thuộc tính (tên
trạng thái) cho các lô đã được khoanh vùng ở trên. Như vậy chưa thực sự sử dụng
hết giá trị các thông tin trên ảnh vệ tinh cũng như thế mạnh của phương pháp
Object based classification để giải đoán ảnh xây dựng bản đồ hiện trạng rừng do
đó rất tốn thời gian, công sức mà kết quả đưa ra mang nhiều tính chủ quan. Vì vậy
chưa có thể áp dụng phổ biến trong sản xuất.
Để có thể đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm của
công tác điều tra, thống kê tài nguyên rừng phục vụ công tác quản lý và theo dõi
diễn biến rừng hàng năm. Tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu điều tra thống kê tài
nguyên rừng bằng ảnh vệ tinh VNRedSat-1 tại xã Xuân Sơn huyện Tân Sơn tỉnh
Phú Thọ”.
2
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Chương 1. TỔNG QUA N VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Lịch sử phát triển của Viễn thám.
Viễn thám là một khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập kỷ
gần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số, bắt đầu được thu nhận từ
các vệ tinh trên quĩ đạo của trái đất vào năm 1960. Tuy nhiên, viễn thám có lịch
sử phát triển lâu đời, bắt đầu bằng việc chụp ảnh sử dụng phim và giấy ảnh. Từ
thể kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đã đưa ra báo cáo cơng
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). Công nghệ chụp ảnh từ
máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất bằng các ảnh chụp chồng phủ kế
tiếp nhau và cho khả năng nhìn ảnh nổi (stereo). Khả năng đó giúp cho việc chỉnh
lý, đo đạc ảnh, tách lọc thơng tin từ ảnh có hiệu quả cao. Một ngành chụp ảnh,
được thực hiện trên các phương tiện hàng khơng như máy bay, khinh khí cầu và
tàu lượn hoặc một phương tiện trên không khác, gọi là ngành chụp ảnh hàng
không. Các ảnh thu được từ ngành chụp ảnh hàng không gọi là không ảnh. 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 (bảng 1). 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 qn
sự. Cơng 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
khơng ảnh. Trong chiến tranh thế giới thứ hai (1939 – 1945) không ảnh đã dùng chủ
yếu cho mục đích qn sự. Trong thời kỳ này, ngồi việc phát triển cơng nghệ
radar, cịn đánh dấu bởi sự phát triển ảnh chụp sử dụng phổ hồng ngoại. Các bức
3
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
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. Ngồi 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.
Bảng 1. Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện.
Thời gian
(Năm)
Sự kiện
1800
1839
1847
1850-1860
1873
1909
1910-1920
1920-1930
1930-1940
1940
1950
1950-1960
12-4-1961
Phát hiện ra tia hồng ngoại
Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp ảnh đen trắng
Phát hiện cả dải phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy
Chụp ảnh từ khinh khí cầu
Xây dựng học thuyết về phổ điện từ
Chụp ảnh từ máy bay
Giải đốn từ khơng 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 khơng nhìn thấy
Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích qn sự
Liên xơ phóng tàu vũ trụ có người lái và chụp ảnh trái đất từ
ngoài vũ trụ.
1960-1970 Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám
1972
Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1
1970-1980 Phát triển mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số
1980-1990 Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat
1986
Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo
1990
đến Phát triển bộ cảm thu đa phổ, tăng dải phổ và kênh phổ,
nay
tăng độ phân giải bộ bộ cảm. Phát triển nhiều kỹ thuật
xử lý mới.
4
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên
cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu trái đất và các hành tinh và quyển khí. Các
ảnh chụp nổi (stereo), thực hiện theo phương đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh
Gemini (1965), đã thể hiện ưu thế của công việc nghiên cứu trái đất. Tiếp theo,
tầu Apolo cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thước ảnh 70mm,
chụp về trái đất, đã cho ra các thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt
đất. Ngành hàng khơng vũ trụ Nga đã đóng vai trị tiên phong trong nghiên cứu
Trái Đất từ vũ trụ.
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. Ngồi các
vệ tinh Landsat-2, Landsat-3, cịn 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 (hình 1).
5
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Hình 1. Viễn thám từ việc thu nhận thơng tin đến người sử dụng (Theo
Ravi Gupta, 1991).
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.
Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất bằng viễn thám được đẩy mạnh
do áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới với việc sử dụng các ảnh radar. Viễn
thám radar tích cực, thu nhận ảnh bằng việc phát sóng dài siêu tần và thu tia phản
hồi, cho phép thực hiện các nghiên cứu độc lập, khơng phụ thuộc vào mây. Sóng
6
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
radar có đặc tính xun qua mây, lớp đất mỏng và thực vật và là nguồn sóng nhân
tạo, nên nó có khả năng hoạt động cả ngày và đêm, khơng phụ thuộc vào nguồn
năng lượng mặt trời. Các bức ảnh tạo nên bởi hệ radar kiểu SLAR được ghi nhận
đầu tiên trên bộ cảm Seasat. Đặc tính của sóng radar là thu tia phản hồi từ nguồn
phát với góc xiên rất đa dạng. Sóng này hết sức nhạy cảm với độ ghồ ghề của bề
mặt vật, được chùm tia radar phát tới, vì vậy nó được ứng dụng cho nghiên cứu
cấu trúc một khu vực nào đó.
Cơng nghệ máy tính ngày nay đã phát triển mạnh mẽ cùng với các sản phẩm
phần mềm chuyên dụng, tạo điều kiện cho phân tích ảnh vệ tinh dạng số hoặc ảnh
radar. Thời đại bùng nổ của Internet, công nghệ tin học với kỹ thuật xử lý ảnh số,
kết hợp với Hệ thông tin Địa lý (GIS), cho khả năng nghiên cứu trái đất bằng viễn
thám ngày càng thuận lợi và đạt hiệu quả cao hơn.
1.2. Khái niệm cơ bản của Viễn thám.
1.2.1. Định nghĩa.
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
thơng qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những
phương tiện này khơng 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
khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.
Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa
đều có nét chung, nhấn mạnh "viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin
về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất". Dưới đây là định nghĩa về viễn thám
theo quan niệm của các tác giả khác nhau.
*Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật khơng cần phải
chạm vào vật đó (Ficher và nnk, 1976).
*Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật trên
một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976).
*Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ một
khoảng cách cách xa vật khơng cần tiếp xúc với nó. Năng lượng được đo trong
các hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm... (D. A.
Land Grete, 1978).
7
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
*Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của trái
đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức xạ phổ
điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất (Janes B.
Capbell, 1996).
*Viễn thám là "khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vật thể, một
vùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởi phương tiện không
tiếp xúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát ".( Lillesand và Kiefer, 1986)
*Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng năng lượng điện từ như ánh
sáng, nhiệt, sóng cực ngắn như một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc
tính của đối tượng (Theo Floy Sabin 1987).
1.2.2. Nguyên lý cơ bản của viễn thám.
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thơng
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 sóng đã xác định. Đo
lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép
tách thơng tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa
bức xạ điện từ và vật thể.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được
gọi là bộ cảm biến.Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét.Phương
tiện mang các bộ cảm biến được gọi là vật mang (máy bay, khinh khí cầu, tàu con
thoi hoặc vệ tinh…). Hình 2 thể hiện sơ đồ nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám.
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.
Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu
nhận và xử lí tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh
nghiệm của chuyên gia. Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan đến các
vật thể và hiện thượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như: nơng lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, môi trường…
8
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Hình 2. Ngun lý thu nhận dữ liệu viễn thám.
Tồn bộ q trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5 phần
cơ bản như sau:
- 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 đốn và xử lí.
Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua mơi trường khí quyển sẽ bị
các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng bước
sóng cụ thể. Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sóng
điện từ trong khí quyển, vì các hiện tưọng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ
với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thơng tin do bộ cảm biến thu nhận được.
Khí quyển có đặc điểm quan trọng đó là tưong tác khác nhau đối với bức xạ điện
từ có bước sóng khác nhau. Đối với viễn thám quang học, nguồn năng lượng cung
cấp chủ yếu là do mặt trời và sự có mặt cũng như thay đổi các các phân tử nước
và khí (theo khơng gian và thời gian) có trong lớp khí quyển là nguyên nhân gây
chủ yếu gây nên sụ biến đổi năng lượng phản xạ từ mặt đất đến bộ cảm biến.
Khoảng 75% năng lượng mặt tròi khi chạm đến lớp ngồi của khí quyển được
truyền xuống mặt đất và trong q trình lan truyền sóng điện từ ln bị khí quyển
hấp thụ, tán xạ và khúc xạ trước khi đến bộ cảm biến. Các loại khí như oxy, nitơ,
cacbonic, ôzôn, hơinước… và các phân tử lơ lửng trong khí quyển là tác nhân
chính ảnh hưỏng đến sự suy giảm năng lưọng sóng điện từ trong q trình lan
truyền.
9
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Để hiểu rõ cơ chế tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển và việc chọn
phổ điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, (bảng 2) thể hiện đặc
điểm cuả dải phổ điện từ thường được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám.
Bảng 2. Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám.
Dải phổ điện từ
Tia cực tím
Tia nhìn thấy
Bước sóng
0,3 ÷ 0,4μm
Đặc điểm
Hấp thụ mạnh bởi lớp khí quyển ở tầng cao
(tầng ôzôn), không thể thu nhận năng lượng do
dải sóng này cung cấp nhưng hiện tượng này
lại bảo vệ con người tránh tác động của tia cực
tím.
Rất ít bị hấp thụ bởi oxy, hơi nước và năng
0,4 ÷ 0,76μm lượng phản xạ cực đại ứng với bước sóng
0,5μm trong khí quyển. Năng lượng do dải
sóng này cung cấp giữ vai trị trong viễn thám.
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
0,77÷1,34μm Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước
1,55 ÷ 2,4μm sóng cận hồng ngoại từ 0,77 ÷ 0,9μm. Sử dụng
trong chụp ảnh hồng ngoại theo dõi sự biến đổi
thực vật từ 1,55 ÷ 2,4μm
Hồng ngoại nhiệt
3 ÷ 22μm
Vơ tuyến
(rada)
1mm ÷ 30cm Khí quyển khơng hấp thụ mạnh năng lượng các
bước sóng lớn hơn 2cm, cho phép thu nhận
năng lượng cả ngày lẫn đêm, không bị ảnh
hưởng của mây, sương mù hay mưa.
Một số vùng bị hơi nước hấp thụ mạnh,dải
sóng này giữ vai trị trong phát hiện cháy rừng
và hoạt động núi lửa. Bức xạ nhiệt của trái đất
của năng lượng cao nhất tại bước sóng 10μm
1.3. Ảnh Viễn thám, ảnh Spot và anh VNRedSat-1.
Ảnh viễn thám (vệ tinh và máy bay) là những hình ảnh thu chụp được từ
một khoảng cách (độ cao) nào đó trên những giải sóng khác nhau, bằng các thiết
bị khác nhau.
Ảnh số là một dạng tư liệu ảnh ghi nhận các thông tin viễn thám ở dạng số,
thường được lưu trên các media điện từ bằng các băng từ, đĩa quay từ,… Hình
ảnh thu được sẽ được chia thành nhiều phần tử nhỏ, mỗi phần tử được gọi là các
10
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
pixel. Mỗi pixel tương ứng với một đơn vị không gian bao phủ trên bề mặt trái
đất. Độ rộng bao phủ mặt đất của một pixel có thể từ vài mét đến hàng km tùy
theo loại bộ cảm và được gọi là độ phân giải ảnh. Vị trí của mỗi pixel được xác
định theo tọa độ hàng và cột trên ảnh tính từ góc trên cùng bên trái. Tùy theo hệ
thống qt ảnh mà kích thước của hình ảnh (diện tích quét trên mặt đất). Ví dụ
với hệ thống Landsat MSS là 185 x 185km, với hệ thống SPOT là 65 x 65km, ảnh
NOAA là 2400 x 2400km [14].Phiếu 1
Ảnh SPOT được thu từ bộ cảm HRG đặt trên vệ tinh SPOT (Systeme Pour
L’observation de La Terre) do trung tâm nghiên cứu không gian của Pháp (CNES
– French Center National d’etudies Spatiales) thực hiện có sự tham gia của Bỉ và
Thụy Điển. Ảnh SPOT tương đối đa dạng về dải phổ và độ phân giải khơng gian
từ thấp, trung bình đến cao (5m-1km), trường phủ mặt đất của ảnh SPOT cũng
tương đối đa dạng từ 10km x 10km đến 200km x 200km. Ảnh SPOT có thể thu
ảnh của từng ngày, thường vào 11h sáng.
Bảng 3. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT-1;-2;-3.
Tên band
phổ
Dải phổ
(µm)
Độ phân
giải
(m)
Độ che phủ
mặt đất
(km)
Lưu trữ (bit)
Toàn sắc
0,51-0,73
10
60 x 60
8
1
0,50-0,59
20
60 x 60
8
2
0,61-0,68
20
60 x 60
8
3
9,79-0,89
20
60 x 60
8
Ảnh SPOT thuộc thế hệ vệ tinh SPOT-1,-2,-3 ảnh có hai dạng là: ảnh tồn
sắc (panchromatic) có độ phân giải không gian là 10m x 10m và ảnh đa phổ với
độ phân giải không gian là 20m x 20m.
Ảnh SPOT thuộc thế hệ vệ tinh SPOT-4, được thu từ thiết bị bộ cảm HRVIR là
ảnh thu liên tục trong dải phổ nhìn thấy và hồng ngoại và có độ phân giải 20m
x20m.
11
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Bảng 4. Một số thông số các kênh phổ của ảnh SPOT-4
Kênh phổ
Tên phổ
Dải phổ
(µm)
Độ phân
giải khơng
gian (m)
Lưu trữ
(bit)
Xanh lam
0,43-0,47
20
8
Kênh 1
Xanh lục
0,50-0,59
20
8
Kênh 2
Đỏ
0,61-0,68
20
8
Kênh 3
Cận hông ngoại
0,79-0,89
20
8
Kênh 4
Hồng ngoại trung
1,58-1,75
20
8
1 kênh toàn sắc
Phổ đơn
0,61-0,68
10
8
Đối với các ảnh SPOT thuộc thế hệ SPOT-5 được thu từ bộ cảm có độ
phân giải hình học cao HRG (High Resolution Geometric) là 5m thay cho 10m ở
kênh toàn sắc và 5m cho các kênh xanh, đỏ, cận hồng ngoại và 20m đối với kênh
hồng ngoại trung. Thế hệ vệ tinh SPOT-5 còn trang bị thiết bị riêng để đo thực
vật trong dải phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại với độ phân giải không gian
1000mx100m và ảnh được cập nhật hàng ngày. Hiện nay ảnh SPOT được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực như: nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất, khai khoáng
trong địa chất, thành lập bản đồ tỷ lệ 1:30.000 đến 1:100.000, nghiên cứu về thực
vật ở cấp độ khu vực,… ảnh SPOT có thể ghi phản xạ phổ của toàn mặt đất với
sự khác biệt về dữ liệu, độ phân giải cao và có khả năng nhìn nổi, nhạy cảm về
phổ hồng ngoại cho thực vật.
Dưới đây là các thông số của thế hệ ảnh SPOT:
Bảng 5. Độ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 đến 5.
Vệ tinh SPOT
SPOT 1,2,3
SPOT 1,2,3
SPOT 1,2,3
SPOT 4, 5
SPOT5
SPOT5
SPOT5
Kênh phổ
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Độ
phân giải
0,50 - 0,59 |i m Xanh lục
20 m
0,61 - 0,68 ỊI m Đỏ
20 m
0,79 - 0,89 |I m Gần hồng ngoại 20 m
1,58 - 1,75 ỊI m Toàn sắc
10 m
0,50 - 0,59 |I m Xanh lục
10 m
0,61 - 0,68 ỊI m Đỏ
10 m
0,79 - 0,89 |I m Gần hồng ngoại 10 m
Bước sóng
Phổ điện từ
12
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Vệ tinh SPOT
SPOT 1,2,3
SPOT 4, 5
SPOT5
SPOT5
SPOT5
Kênh phổ
Bước sóng
Kênh tồn sắc
Kênh toàn sắc
Kênh toàn sắc
Kênh toàn sắc
Kênh toàn sắc
0,51- 0,73 |I m
0,49 - 0,73 |J, m
0,49 - 0,73 |J, m
0,49 - 0,73 |J, m
0,49 - 0,73 |J, m
Phổ điện từ
Toàn sắc
Toàn sắc
Toàn sắc
Toàn sắc
Toàn sắc
Độ
phân giải
10 m
10 m
5m
2,5 m
5x 10 m
SPOT 6 và 7 bay trên cùng quỹ đạo ở độ cao 694km, cách nhau đúng nửa
quỹ đạo nên phối hợp giữa hai vệ tinh cho phép giảm chu kỳ lặp quỹ đạo từ 26
ngày xuống còn 13 ngày. Cả hai đều được trang bị hệ thống NAOMI (New
Astrosat Optical Modular Instrument) cho phép thu ảnh đồng thời trên 5 kênh ảnh
với độ phân giải kênh toàn sắc 1,5m và các kênh đa phổ 6m, dải động của mỗi
điểm ảnh 12 bits. NAOMI có khả năng xoay linh hoạt nên cho phép thu ảnh ở
nhiều chế độ và thời gian lặp ảnh có thể rút xuống cịn từ 1 đến 3 ngày tùy thuộc
vào
-Panchromatic: 0.450-0.745 µm.
-Blue: 0.450-0.520 µm.
-Green: 0.530-0.590 µm.
-Red: 0.625-0.695 µm.
-Near Infrared: 0.760-0.890 µm
VNREDSat-1 viết tắt từ cụm từ Vietnam Natural Resources Environment
Disaster Satellite–1 là vệ tinh viễn thám đầu tiên của Việt Nam do EADS Astrum
chế tạo bằng nguồn vốn ODA của chính phủ Pháp.
VNREDSat-1 được phóng vào ngày 7/5/2013, sau một thời gian hiệu chỉnh
được bàn giao chính thức cho Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
vào ngày 4/9/2013.
VNREDSat-1 bay trên quỹ đạo cận cực đồng bộ mặt trời ở độ cao 704km,
thu ảnh trên đường đi xuống vào khoảng 9h30.
VNREDSat-1 do EADS Astrum cũng chính là cơng ty đã chế tạo các vệ
tinh SPOT nên VNREDSat-1 được trang bị hệ thống NAOMI tương tự như của
các vệ tinh SPOT 6 và 7 và có khả năng thu ảnh toàn sắc với độ phân giải 2,5m
và đa phổ với độ phân giải 10m, cả hai đều có kích thước dải thu ở chế độ chụp
thẳng là 17,5km.
13
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
Chu kỳ lặp quỹ đạo của VNREDSat-1 là 24 ngày nhưng do vệ tinh có khả
năng thu ảnh với góc nghiêng tối đa 30˚ nên chu kỳ lặp ảnh có thể giảm xuống
cịn 3 ngày.
-Pan: 0,45-0,75 µm.
-Blue: 0.45-0.52 µm.
-Green: 0.53-060 µm.
-Red: 0.62-0.69 µm.
-NIR: 0.76-0.89 µm.
1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong lâm nghiệp ở
một số nước trên thế giới và ở Việt Nam.
1.4.1. Trên thế giới.
Vào những năm 60 thuật ngữ “viễn thám” đầu tiên đã được đề cập tới tại
Mỹ, tuy nhiên, kỷ nguyên sử dụng viễn thám để quan sát và nghiên cứu trái đất
coi như bắt đầu từ những năm 1972 với việc phóng thành cơng tàu Landsat 1. Cho
đến nay với hơn 30 năm tồn tại và phát triển, viễn thám đã trở thành một cơng cụ
hiện đại vừa mang tính phụ trợ, vừa mang tính cạnh tranh trong cơng nghệ quan
sát Trái đất. Khả năng ứng dụng dữ liệu viễn thám trong thành lập các bản đồ thực
vật cũng ngày được cải thiện và theo đó dữ liệu viễn thám đang có xu hướng trở
thành nguồn dữ liệu chủ đạo cho việc thành lập các bản đồ lớp phủ thực vật [5].
Để đánh giá lớp phủ bằng ảnh vệ tinh, ngày nay nhiều nhà nghiên cứu trong
lĩnh vực tài nguyên thiên nhiên trên thế giới đã hết sức quan tâm đến việc ứng
dụng các công nghệ tiên tiến của máy tính và vũ trụ để theo dõi, giám sát, đánh
giá điều tra tài nguyên thiên nhiên của trái đất.
Có thể nói, ngay từ khi được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực quản
lý nguồn tài nguyên thiên nhiên thì cơng tác thành lập bản đồ hiện trạng cũng như
bản đồ biễn biến lớp phủ thực vật là một trong những ứng dụng tiêu biểu và quan
trọng của dữ liệu viễn thám [1].
Cho tới nay có rất nhiều các cơng trình nghiên cứu cũng như ứng dụng ảnh
vệ tinh trong việc thành lập và theo dõi biến động lớp phủ thực vật ở khắp nơi trên
thế giới, trong các nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử dụng các phương pháp
và loại dữ liệu khác nhau tuỳ theo từng mục đích cụ thể nhưng chúng đều có chung
một bản chất là phản ánh được các lớp phủ thực vật hiện có.
+ Tại Indonesia: Trong một nghiên cứu tại vùng Yogyakarta, các nhà khoa
học đã đánh giá, phân tích sự thay đổi sử dụng đất và thảm thực vật bằng Viễn
thám và GIS. Trong nghiên cứu này người ta đã sử dụng ảnh viễn thám LandSat
14
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
tại hai thời kỳ 1972 và 1984, kết hợp với bản đồ hiện trạng 1990 phân tích các dữ
liệu đã cho thấy các kiểu thay đổi sử dụng đất của từng vùng đặc biệt có sự thay
đổi về đất thổ cư (tăng) và đất nông nghiệp (giảm). Kết quả nghiên cứu cho thấy
nguyên nhân của sự thay đổi này phụ thuộc vào nhiều vấn đề tăng dân số và sự
mở rộng của các tuyến giao thơng, từ đó các nhà khoa học đã khuyến cáo Chính
phủ và các cơ quan chức năng để có những chính sách phù hợp trong việc sử dụng
đất bảo đảm tính bền vững và hợp lý [33, 38].
+ Tại Trung Quốc: Các nhà khoa học cũng đã tiến hành nhiều nghiên cứu
về ứng dụng Viễn Thám và GIS trong việc thay đổi hiện trạng lớp phủ với nhiều
vùng đặc trưng khác nhau. Tại miền Đông các nhà khoa học của trường đại học
Michigan (Mỹ) đã ứng dụng GIS để mơ hình hố và phân tích sự thay đổi sử dụng
đất nông nghiệp tại miền Đông của Trung Quốc họ đã chỉ ra rằng : sự đơ thị hố,
sự thay đổi cấu trúc về nơng nghiệp, sự phát triển của nơng thơn và những ngun
nhân chính trong sự thay đổi sử dụng đất canh tác. Tuy nhiên qua các mơ hình họ
cũng đưa ra một viễn cảnh về sự tiếp tục giảm đất nông nghiệp trong hai thập kỷ
tới trước khi đi vào ổn định ở mức 0.00727ha/người và theo tiêu chuẩn của FAO
là 0.053ha/người thì vấn đề an ninh, lương thực sẽ không phải là một vấn đề lớn
ở miền Đông Trung Quốc trong những năm tới. Qua nghiên cứu này thì các nhà
quản lý sẽ có những chính sách phát triển phù hợp và mềm dẻo trong vấn đề suy
giảm đất canh tác và an ninh lương thực [37].
+ Tại Thái Lan: Một đất nước với khoảng 60 triệu người dân, trong hai thập
kỷ vừa qua đã có những sự tăng trưởng vượt bậc của nền kinh tế. Kết quả của sự
tăng trưởng này là các nguồn tài nguyên thiên nhiên như: rừng, đất, nước...đã
được sử dụng một cách quá mức như nguồn lực chính cho sự phát triển này. Tổng
diện tích rừng hàng năm liên tục suy giảm, chất lượng đất và nước cũng trở nên
xấu hơn, đất lâm nghiệp đã được chuyển đổi nhiều sang đất nông nghiệp. Các nhà
khoa học của trường đại học Mahkidol đã tiến hành nghiên cứu sự thay đổi tại ba
tiểu lưu vực của hệ thống sông Chiangmai với tổng diện tích 6692km2, tại điểm
nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử dụng các ảnh viễn thám LandSat ở các
thời kỳ 1985 đến 1990 và 1990 đến 1995 với mục tiêu tìm hiểu và đánh giá sự
thay đổi sử dụng đất trong các diện tích rừng nhiệt đới cũng như sẽ dự báo xu
hướng thay đổi của sử dụng đất trong tương lai. Các tác giả đã chỉ ra rằng trong
quá trình nghiên cứu sự thay đổi cần thiết phải lun ý tới các nhân tố kinh tế xã hội
và kết quả cho thấy những khu vực có sự tập chung dân số cao thường các diện
tích rừng tại khu vực đó bị suy giảm. (Dân số tăng tỷ lệ thuận với diện tích rừng
bị mất đi) [29].
15
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
+ Tại một sô nước của Châu Phi như: Ethiopia, Nepan, Kenya, Nigeria,…
việc ứng dụng GIS và Viễn thám đã được ứng dụng rộng rãi vào trong các nghiên
cứu theo dõi và giám sát sự thay đổi sử dụng đất. Tại Ethiopia các nhà khoa học
đã sử dụng Viễn thám và GIS kết hợp điều tra ngoại nghiệp đã tiến hành đánh giá
sự thay đổi sử dụng đất từ năm 1957 đến 1995. Kết quả nghiên cứu đã chỉ cho
thấy rằng việc suy giảm mạnh diện tích rừng và được thay thế vào đó la đất nơng
nghiệp, sự thay đổi này đã dẫn đến hàng loạt thay đổi về sinh thái tự nhiên như :
nguồn nước ngầm giảm mạnh, một số vùng đất thấp có sự sạt lở và thối
hố,...Qua nghiên cứu này các tác giả cũng khuyến cáo Chính phủ cần phải có
một chính sách đất đai phù hợp để tránh có những biến động lớn về mơi trường
và sinh thái [31, 34].
1.4.2. Tại Việt Nam.
Tại Việt Nam, Viễn thám mới được quan tâm từ năm 1980 khi nước ta tham
gia tổ chức vũ trụ quốc tế Intercomos [8]. Tuy nhiên, do điều kiện kinh phí và kỹ
thuật nên trước những năm 1990 việc ứng dụng ảnh vệ tinh còn hạn chế. Chỉ một
số cơ quan, viện nghiên cứu thơng qua các chương trình dự án có sử dụng ảnh
Viễn thám để nghiên cứu nhưng còn nhỏ lẻ, rời rạc và mang nặng tính nghiên cứu.
Từ những năm 1990 trở lại đây, nhận thức dược vai trò to lớn của ảnh vệ tinh,
nhiều Bộ ngành, viện nghiên cứu, trường đại học như Bộ Nông nghiệp & phát
triển nông thôn; Bộ tài ngun mơi trường; Tổng cục khí tượng thuỷ văn; .... đã
đầu tư ảnh, trang thiết bị, đào tạo con người và thường xuyên ứng dụng công nghệ
này để phục vụ cho nhiều mục đích nghiên cứu cũng như phục vụ đời sống dân
sinh kinh tế xã hội. Cho đến nay, Việt Nam đã có nhiều cơng trình khoa học và
các ứng dụng công nghệ GIS và Viễn thám của các bộ ngành, viện nghiên cứu,
trường đại học vào trong lĩnh vực theo dõi đánh giá diễn biến tài nguyên để bảo
vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên.
+ Ngày 29/12/1998 tại Hà Nội, hội đồng khoa học cấp Nhà Nước đã tổ chức
nghiệm thu dự án “Xây dựng hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quản lý
tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường”. Trong thời gian thực hiện dự án
đã triển khai tại 33 tỉnh và 10 bộ ngành và kết quả khoa học của dự án là cơ sở dữ
liệu số thống nhất cho hệ thống thông tin địa lý về tài nguyên môi trường phủ trẽn
toàn lãnh thổ và lãnh hải Việt Nam, lần đầu tiên xuất hiện trên máy tính tại nước
ta. Cơ sở dữ liệu gồm các thông tin về tài nguyên thiên nhiên và môi trường trên
cơ sở biểu đồ nền 1/100.000 và 1/50.000, trong có phân theo nhóm như: tài nguyên
rừng, đất, nước, biển, khoáng sản,.. .Bước đầu đã kết hợp GIS và Viễn thám để
thử nghiệm một số mơ hình giám sát sự biến động của các nguồn tài nguyên thiên
16
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
nhiên và dự đoán xu thế biến đổi của chúng. Dự án này đã tạo tiền đề cho hợp tác
quốc tế và công nghệ GIS, RS và đã xây dựng được mối quan hệ họp tác chuyên
môn với các trung tâm hàng đầu thế giới về GIS [4, 10].
+ Việc ứng dụng công nghệ GIS và Viễn thám vào trong lĩnh vực điều tra
quy hoạch rừng đã đạt được những thành tựu đáng kể như xây dựng bản đồ lập
địa và xác định vùng thích nghi cây trồng cho cơng trình quy hoạch vùng nguyên
liệu nhà máy giấy Tân Mai - Đồng Nai. Đã xác định cấp xung yếu phòng hộ đầu
nguồn và xây dựng bản đồ phân cấp phòng hộ phục vụ cơng trình 327 cho các
tỉnh Ninh Thuận, Bình Phước, Kiên Giang, Bà Rịa Vũng Tàu, theo dõi đánh giá
diễn biến tài nguyên rừng tại thời kỳ 1998 - 2002 và công nghệ này đã được ứng
dụng để theo dõi diễn biến thảm thực vật rừng tại nhiều vườn quốc gia như vườn
quốc gia Tam Đảo, vườn quốc gia Cơn Đảo,...[10]
Trong chương trình kiểm kẽ rừng tồn quốc năm 2002, công nghệ GIS và Viễn
thám đã được cục Kiểm lâm phối hợp với Viện điều tra quy hoạch rừng ứng dụng
khá thành cơng. Tồn bộ các ảnh vệ tinh LandSat ETM với độ che phủ toàn lãnh
thổ Việt Nam, khoảng thời gian chụp cuối năm 2001 và trong năm 2002 đã được
Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn mua để phục vụ cho công tác này và kết
quả là một bộ bản đồ hiện trạng rừng 2002, bản đồ về sự thay đổi diện tích rừng
1998-2002 cùng các số liệu thống kẽ rừng, đất trống năm 2002 đã được xây dựng
và được Bộ nông nghiệp & phát triển nông thôn thẩm định phê duyệt vào tháng
7/2003.
+ Tại thành phố Hà Nội, dựa trên tư liệu Viễn thám đa thời gian đã nhằm
nêu lên một số biến động mơi trường, tác giả Nguyễn Đình Dương đã sử dụng cặp
ảnh năm 6/1986 và 10/1996, khoảng thời gian quan sát là 10 năm. Trong khoảng
thời gian này đã có rất nhiều sự biến động môi trường gây nên bởi sự phát triển
đô thị, những thay đổi trong quy hoạch hệ thống cơ sở hạ tầng và đặc biệt là sự
biến động lịng dẫn Sơng Hồng dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau.
Kết quả nghiên cứu cho thấy trong thời gian 1986-1996 số lượng ao hồ đã giảm
đi rất nhiều và có thể ước tính đến 1/3 số ao hồ đã bị san lấp trở thành nhà của hay
mục đích khác (tác giả có thể cho rằng đây có thể là một trong những nguyên nhân
dẫn đến việc úng ngập cục bộ trong nội thành đã xảy ra thường xun hơn trước.
Đặc biệt tại lịng Sơng Hồng có sự biến động lớn về các đảo cồn cát tại khu vực
cầu Long Biên và cầu Chương Dương, năm 1986 đó là các cồn cát nhỏ lẻ, rời rạc
nhưng đến năm 1996 tại đây đã xuất hiện một đảo lớn (hiện tượng này có nhiều
nguyên nhân nhưng trong đó có nguyên nhân lớn của cơng trình thuỷ điện Hồ
Bình) [5]. Kết quả nghiên cứu này thực sự là tiếng chuông cảnh báo cho các nhà
17
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
