Đề tài Xây dựng bản đồ lớp phủ thành phố huế tth từ ảnh viễn thám lansat8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Độ phủ trùm của một số loại vệ tinh viễn thám quang học...........................12
Bảng 1.2. Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất để sử dụng với dữ liệu viễn thám........20
Bảng 2.1. Thông tin các kênh ảnh của Landsat............................................................22
Bảng 3.1. Thông số ảnh viễn thám ở khu vực nghiên cứu...........................................41
Bảng 3.2. Hình ảnh mẫu phân loại................................................................................44
Bảng 3.3 Thống kê diện tích lớp phủ khu vực thành phố Huế năm 2022....................52

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật...................................................................4
Hình 1.2: Khả năng phản xạ phổ và hấp thu của nước...................................................5
Hình 1.3 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng.............................................................6
Hình 1.4 Viễn thám chủ động và viễn thám bị động......................................................7
Hình 1.5 Vệ tinh địa tĩnh(trái) và Vệ tịnh quỹ đạo gần cực (phải).................................8
Hình 1.6 Các khn dạng dữ liệu trong viễn thám.........................................................9
Hình 1.7 So sánh sự khác biệt giữa các độ phân giải khơng gian..................................9
Hình 1.8 So sánh sự khác nhau giữa các độ phân giải bức xạ......................................10
Hình 1.9 Mơ hình trộn màu cơ bản...............................................................................11
Hình 1.10 Các hợp phần thiết yếu cho cơng nghệ GIS................................................13
Hình 1.11 Các thành phần thiết bị cơ bản của GIS......................................................14
Hình 2.1 Quy trình thành lập bản đồ lớp phủ...............................................................24
Hình 3.1. Bản đồ hành chính thành phố Huế................................................................31
Hình 3.2. Ảnh vệ tinh Landsat OLI 8...........................................................................42
Hình 3.3. Ảnh Cắt theo ranh giới hành chính thành phố Huế......................................43
Hình 3.4 Kết quả chọn vùng mẫu.................................................................................45
Hình 3.5 Bảng đánh giá độ chính xác giữa các mẫu....................................................46
Hình 3.6 Kết quả chọn mẫu phân loại..........................................................................47
Hình 3.7 Ảnh sau khi thay đổi màu..............................................................................48
Hình 3.8 Hình ảnh xử lý sau khi lọc nhiễu...................................................................49

Hình 3.9 Ma Trận Đánh Giá Độ Chính Xác Phân Loại...............................................50
Hình 3.10. Ảnh bản đồ lớp phủ bề mặt thành Phố Huế năm 2022...............................51

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài...............................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài......................................................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu...................................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................2
5. Cơ sở dữ liệu...............................................................................................................3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU....................................1
1.2 Hệ thống thông tin địa lý.........................................................................................12
1.2.1. Giới thiệu chung về hệ thống thông tin địa lý.....................................................12
1.2.2. Một số thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý.....................................13
1.2.3. Các chức năng cơ bản của hệ thống thông tin địa lý...........................................17

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU.............................................................................................................22
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..........................................................................22
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................22
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu.............................................................................................22
2.2. Nội dung nghiên cứu..............................................................................................22
2.3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................22
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu..............................................................................22
2.3.2. Phương pháp xây dựng bản đồ lớp phủ thành phố Huế......................................24

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................30
3.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu.........................................................................30

3.1.1. Điều kiện tự nhiên...............................................................................................30
3.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội.......................................................................................36
3.1.3. Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội.......................................39
3.2. Xây dựng bản đồ lớp phủ thành phố Huế năm 2022..............................................40
3.2.1. Phần mềm ENVI..................................................................................................40
3.2.2. Thông tin ảnh viễn thám khu vực nghiên cứu.....................................................41

3.2.3. Kết quả xây dựng bản đồ lớp phủ bề mặt thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên Huế
năm 2022.......................................................................................................................42
3.2.3 Ứng dụng phần mềm Arcgis thành lập bản đồ lớp phủ hoàn chỉnh.....................51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................54
KẾT LUẬN...................................................................................................................54
KIẾN NGHỊ...................................................................................................................54

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................55

LỜI MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là quốc gia có nguồn tài ngun thiên nhiên vơ cùng quý giá, trên 39
triệu ha đất tự nhiên trong đó diện tích đất sử dụng vào các mục đích kinh tế - xã hội,
là môi trường sống của con người và sinh vật. Nằm trong vùng nhiệt đới ẩm nên Việt
Nam có nguồn nước mặt phong phú, mạng lưới sơng ngòi dầy đặc, hệ động thực vật đa
dạng nhiều loại động/thực vật quý hiếm được ghi vào danh sách bảo tồn. Đặc điểm địa
hình Việt Nam có hơn ¾ diện tích là đồi núi và rừng che phủ hơn 30%, rừng Việt
Nam là kho tài nguyên quý báu, là bộ phận quan trọng của môi trường sinh thái.

Là một nước đang trong kì hội nhập và phát triển, q trình đơ thị hóa đang diễn

ra mạnh mẽ ở Việt Nam. Những năm gần đây, dân số Việt Nam tăng một cách nhanh
chóng, đồng thời sự phát triển kinh tế góp phần đẩy mạnh lĩnh vực kinh tế - xã hội, an
ninh quốc phòng. Các yếu tố trên (bao gồm yếu tố tự nhiên và nhân tạo) đã tạo nên bề
mặt lớp phủ da dạng, phong phú ở Việt Nam

Theo thời gian lớp phủ mặt đất biến động không ngừng cùng với sự phát triển
của xã hội. Đây là nguồn tài nguyên đặc biệt có thể khai thác sử dụng nhưng không thể
tăng thêm về mặt số lượng. Do đó việc theo dõi, nghiên cứu, quản lý và sử dụng các
loại tài nguyên này một cách hiệu quả và hợp lý là một vấn đề quan trọng.

Ngày nay khoa học công nghệ và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật
giúp con người quản lý tốt hơn các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong đó có kỹ thuật
viễn thám. Cơng nghệ viễn thám đang được sử dụng để theo dõi và đánh giá những
biến đổi của bề mặt trái đất, quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường.
Nhờ dữ liệu ảnh viễn thám chúng ta có thể xây dựng thành lập bàn đồ lớp phủ mặt đất
từ đó tiến hành giải đốn, phân tích, đánh giá biến động của lớp phủ theo thời gian và
không gian.

Bản đồ lớp phủ mặt đất là sự biểu thị khái quát, thu nhỏ tất cả các thành phần vật
chất tự nhiên và nhân tạo bao phủ trên bề mặt trái đất bao gồm các yếu tố thực vật
(mọc tự nhiên hoặc được trồng), các cơng trình kinh tế - xã hội được xây dựng của con
người, thổ nhưỡng, nước, dải đất cát…trên mặt phẳng trong một phép chiếu xác định.

Bản đồ lớp phủ là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà hoạch
định, quy hoạch có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ qua từng thời kì. Do tính
chất thay đổi của bề mặt lớp phủ trong quá trình phát triển kinh tế xã hội và đơ thị hóa
của từng địa phương nên việc xây dựng bản đồ lớp phủ là một việc làm cần thiết.
Trước u cầu địi hỏi phải cập nhật thơng tin một cách đầy đủ, nhanh chóng và chính
xác nhất nên việc áp dụng phương pháp thành lập bản đồ lớp phủ sử dụng tư liệu ảnh

1

viễn thám kết hợp với các công cụ phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành
lập bản đồ trở thành phương pháp thành lập bản đồ có ý nghĩa thực tiễn và mang tính
khoa học cao. Ứng dụng công nghệ viễn thám với nhiều loại ảnh vệ tinh khác nhau đã
tạo một bước tiến mới trong qua trình thành lập bản đồ.

Bản đồ lớp phủ là bản đồ xác định các đơn vị phân bố trong không gian, được
sắp xếp theo một hệ thống nhất định. Thành lập bản đồ lớp theo phương pháp thủ cơng
sẽ gặp nhiều khó khăn, do khơng có đủ điều kiện để tiến hành lấy mẫu phân tích đều
khắp vùng.

Ảnh vệ tinh với hàm lượng thông tin lớn đang là nguồn dữ liệu phong phú và
trực quan giúp cho các nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt đất
một cách hiệu quả.

Hiện nay việc áp dụng phương pháp xây dựng thành lập bản đồ lớp phủ bằng
công nghệ viễn thám( sử dụng ảnh vệ tinh) là một phương pháp hiện đại, có nhiều ưu
thế vượt trội so với các phương pháp truyền thống như tiết kiệm kinh phí, thời gian,
sức lao động và đem lại hiệu quả cao. Nó trở thành một nhu cầu thiết yếu trong công
tác nghiên cứu khoa học, đặc biệt là nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên và địa lý.
Trong đó, các loại tài nguyên đất, nước và các vấn đề môi trường là một trong những
hướng được quan tâm nhiều. Việc xây dựng bản đồ lớp phủ sẽ là cơ sở cho công tác
quy hoạch tổng thể kinh tế xã hội của các địa phương đặc biệt. Tuy nhiên việc ứng
dụng kiến thức đã học của sinh viên ra thực tế còn rất hạn chế.

Vì vậy việc nghiên cứu thành lập bản đồ lớp phủ khu vực thành phố Huế bằng kỹ
thuật phân loại giám sát có tính ứng dụng thực tiễn cao.

2. Mục tiêu của đề tài

- Thành lập bản đồ lớp phủ Thành Phố Huế

- Khảo sát khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh Landsat 8 trong thành lập bản đồ
lớp phủ.

- Ứng dụng viễn thám và GIS trong việc thành lập bản đồ lớp phủ.

3. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về thực phủ, viễn thám và GIS.

- Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh, các số liệu thống kê từ đó tiến hành giải đốn
thành lập bản đồ lớp phủ.

- Rút ra các kết luận về kết quả đạt được và đánh giá phương pháp thực hiện.

4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu: Thu thập, tổng hợp các thơng tin và

tài liệu có liên quan. Xử lý logic các tài liệu để định hướng giải quyết các vấn đề đặt
ra.

- Phương pháp kế thừa: Tiếp thu và vận dụng các kết quả đã có về cơ sở dữ liệu
nền địa lý và các kĩ thuật phân tích.

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thử nghiệm lấy các số liệu thực tế làm
sáng tỏ cơ sở lý thuyết đặt ra.
5. Cơ sở dữ liệu

- Phần mềm ENVI
- Ảnh vệ tinh Landsat8

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về viễn thám
1.1.1. Giới thiệu chung

Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật
để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua
việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này
khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên
cứu.

Thực hiện được những cơng việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu đơn
giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không có
sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.

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 trêntrái đất".

Dưới đây là định nghĩa về viễn thám theo quan niệm của các tác giả khác nhau.
* 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 không 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).
* 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)
Viễn thám là khoa học nghiên cứu phương pháp thu thập, đo lường và phân tích
thơng tin của vật thể mà khơng cần tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Hầu hết các đối tượng tự nhiên đều hấp thụ, phản xạ hay bức xạ sóng điện từ vớ
cường độ và theo những cách khác nhau. Các đặc trưng này thường được gọi là đặc
trưng phổ. Thông tin thu được trong viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng
phản xạ từ các đối tượng, nên việc nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của các đối
tượng tự nhiên trên các bước sóng khác nhau đóng vai trị quan trọng trong việc khai
thác, ứng dụng có hiệu quả các thơng tin thu được.

1

Viễn thám là một mônkhoa 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 quỹ đạo của trái đất vào năm 1960. Tuy nhiên viễn thám có lịch sử phát
triển lâu đời, bắt đầu từ việc chụp ảnh sử dụng phim ảnh, giấy ảnh.

Việc ra đời của ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh sự phát triển mạnh mẽ sự
tiến bộ ngành chụp ảnh hàng không. 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 việc làm ảnh
và đo ảnh. Đó chính là cơ sở hình thành một ngành khoa học mới đó là đo đạc ảnh
(photogrametry). Đây là ngành ứng dụng thực tế trong việc đo đạc chính xác các đối
tượng từ tư liệu ảnh chụp. Yêu cầu trên đòi hỏi việc phát triển các thiết bị chính xác cao,
đáp ứng cho việc phân tích ảnh. Vì vậy, sự ra đời của viễn thám gắn liền với công nghệ
nghiên cứu vũ trụ, phục vụ nghiên cứu Trái Đất và các hành tinh, khí quyển.

Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất bằng phần mềm viễn thám được
đẩy mạnh do đáp ứng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới với việc sử dụng ảnh radar.

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, dạng
radar.Thời đại bùng nổ internet, công nghệ thông tin với kỹ thuật xử lý ảnh số, kết hợp
vớ Hệ thống thông tin Địa Lý (GIS), cho khả năng nghiên cứu Trái Đất bằng viễn
thám ngày càng thuận lợi và đạt hiệu quả cao.

1.1.2. Nguyên lý cơ bản của viễn thám.

Nguyên lý cơ bản của viễn thám đó là đặc trưng phản xạ hay bức xạ của các đối
tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau. Kết quả của việc giải đốn các
lớp thơng tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặc trưng
phản xạ phổ với bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên. Những thông tin về
đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ cho phép các nhà chuyên môn
chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng nghiên cứu, đồng
thời đây cũng là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng.

Các phần mềm xử lý ảnh số được phát triển nhằm cho ra thông tin về phổ bức xạ
của vật thể hoặc các hiện tượng xảy ra trong giới hạn diện phủ của ảnh, xử lý ảnh số là
kỹ nghệ làm hiển thị rõ và tách lọc thông tin từ các dữ liệu ảnh số. Dựa vào các thơng
tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra.

a. Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên.

Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như
điều kiện chiếu sang, mơi trường, khí quyển và bề mặt đối tượng cũng như bản thân
các đối tượng đó (độ ẩm, lớp nền, thực vật, cấu trúc bề mặt, …) Như vậy, các đối
tượng khác nhau sẽ có khả năng phản xạ phổ khác nhau. Phương pháp viễn thám dựa

chủ yếu trên nguyên lý này để nhận biết, phát hiện các đối tượng, hiện tượng trong tự
nhiên. Các thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của đối tự nhiên sẽ giúp các nhà chuyên
môn lựa chọn được kênh phổ tối ưu chứa nhiều thông tin về đối tượng nghiên cứu.
Đây chính là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng, tiến tới phân
loại chúng.

Năng lượng mặt trời (Eo) chiếu xuống mặt đất dưới dạng sóng điện từ, khi năng
lượng này tác động lên bề mặt một đối tượng nào đó thì một phần bị phản xạ trở lại
(Epx), một phần bị đối tượng hấp thụ và chuyển thành dạng năng lượng khác (Eht),
phần còn lại bị truyền qua hay còn gọi là hiện tượng thấu quang năng lượng (Etq). Có
thể mơ tả q trình trên theo cơng thức [ 1].

Eo = Epx + Eht + Etq (1.1)

Phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt của đối tượng, năng lượng phản xạ phổ có thể
phản xạ tồn phần, phản xạ một phần hoặc tán xạ toàn phần. Vì vậy cần phải lưu ý khi
giải đốn ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, nhất là khi xử lý ảnh cần phải có các thơng tin về
các khu vực đang khảo sát và phải biết rõ các thông số kỹ thuật của thiết bị sử dụng,
điều kiện chụp ảnh vì các yếu tố này có vai trị nhất định trong việc giải đoán hoặc xử
lý ảnh. Đồng thời, năng lượng ảnh của đối tượng được ghi nhận bằng năng lượng phản
xạ phổ của các bước sóng khác nhau sẽ khác nhau.

Chú ý: Để nghiên cứu sự phụ thuộc của năng lượng phản xạ vào bước sóng,
người ta đưa ra khái niệm về khả năng phản xạ phổ. Khả năng phản xạ phổ r(A) của
bước sóng A được định nghĩa bằng cơng thức:

r(A) = [Epx(A)/Eo(A)].100% (1.2)

Các đối tượng nghiên cứu trên mặt đất rất đa dạng và phức tạp nhưng suy cho

cùng nó được cấu thành bởi ba loại đối tượng cơ bản, đó là: thổ nhưỡng, thực vật và
nước.

b. Đặc tính phản xạ phổ của thực vật.

Đặc tính chung nhất của thực vật là khả năng phản xạ phổ phụ thuộc vào chiều
dài bước sóng và các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của thực vật.

Đây là đối tượng được quan tâm nhất. Các trạng thái lớp phủ thực vật khác nhau
có tính chất phản xạ phổ khác nhau. Bức xạ mặt trời E(o) khi tới bề mặt lá cây một
phần bị phản xạ ngay E(1). Bức xạ ở vùng sóng chàm và sóng đỏ bị chất diệp lục hấp
thụ để thực hiện quá trình quang hợp. Bức xạ ở vùng sóng lục khi gặp diệp lục trong lá
cây sẽ phản xạ trở lại (Eg). Bức xạ ở vùng sóng hồng ngoại (Eir > 720nm) cũng sẽ
phản xạ khi gặp chất diệp lục của lá. Như vậy, năng lượng phản xạ từ thực vật (Epx)
bao gồm:

Epx = E1 + Eg + Eir (1.3)

3

Trong đó thành phần năng lượng (Eg + Eir) chứa đựng những thông tin cần thiết
về bản chất và trạng thái của thực vật, cịn phần năng lượng E1 chỉ có tác dụng tạo ra
độ chói của đối tượng. Sự khác nhau về đặc trưng phản xạ phổ của thực vật được xác
định bởi các yếu tố cấu tạo trong và ngoài lá cây (chất diệp lục, cấu tạo mơ bì, thành
phần và cấu tạo biểu bì, hình thái cây,…) thời kỳ sinh trưởng (tuổi cây, giai đoạn sinh
trưởng,…) và các tác động ngoại cảnh (điều kiện chiếu sáng, thời tiết, vị trí địa lý,…).
Tuy vậy, đặc trưng phản xạ phổ của lớp thực vật vẫn mang những đặc điểm chung,
phản xạ mạnh ở vùng sóng hồng ngoại gần với bước sóng > 720nm, hấp thụ mạnh ở
vùng sóng đỏ bằng 680/720nm).

Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ
phổ của nó, đặc biệt là chất diệp lục trong lá cây, ngồi ra cịn có một số sắc tố khác
cũng đóng vai trị quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật [1].

Hình 1.1 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật
Theo đồ thị ta thấy sắc tố hấp của lá cây thuộc bức xạ vùng sóng ánh sáng nhìn
thấy và vùng cận hồng ngoại. Cũng từ đồ thị trên, ta thấy khả năng phản xạ phổ của lá
cây xanh ở vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng đỏ là thấp. Hay vùng suy giảm khả năng
phản xạ phổ này tương ứng với hai dải sóng bị chất diệp lục hấp thụ. Ở hai dải sóng
này, chất diệp lục hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy năng lượng phản xạ
của lá cây ko lớn. Vùng sóng bị phản xạ mạnh nhất là vùng ánh sáng lục tương ứng
với bước sóng 540nm. Do đó, lá cây tươi được mắt ta cảm nhận có màu lục. Khi lá úa
hoặc cây bị bệnh - lá cây màu vàng hàm lượng diệp lục trong lá giảm đi do đó khả
năng phản xạ phổ cũng bị thay đổi.
Như vậy, có thể thấy khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật là khác nhau và
đặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:
- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản
xạ phổ khác biệt rõ rệt.

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi chất diệp lục có
trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ.

- Ở vùng cận hồng ngoại, cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ, ở đây
khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt.

- Ở vùng hồng ngoại, cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá
là hàm lượng nước. Khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thụ là cực đại, ảnh hưởng
của các cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ không lớn
bằng hàm lượng nước trong lá.

c. Đặc tính phản xạ phổ của nước.
Khả năng phản xạ phổ của nước cũng thay đổi theo bước sóng của bức xạ
chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước. Ngồi ra nó cịn phụ thuộc vào bề
mặt nước và trạng thái của nước. Trên ảnh chụp bằng kênh hồng ngoại và cận hồng
ngoại, đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng, cịn một số đặc tính khác của
nước cần phải sử dụng ảnh chụp bằng kênh nhìn thấy để nhận biết.
Phần lớn năng lượng bức xạ mặt trời chiếu tới đều bị nước hấp thụ cho quá trình
tăng nhiệt độ nước. Phần năng lượng phản xạ trên bề mặt kết hợp với phần năng lượng
sinh ra sau quá trình tán xạ với các hạt vật chất lơ lửng trong nước phản xạ lại, tạo
thành năng lượng phản xạ của nước. Vì vậy, năng lượng phản xạ của các loại nước là
thấp và giảm dần theo chiều tăng của bước sóng. Bức xạ mặt trời hầu như bị nước hấp
thụ hoàn toàn ở vùng hồng ngoại và cần hồng ngoại. Nước đục phản xạ mạnh hơn
nước trong, đặc biệt ở vùng sóng đỏ [1].

Hình 1.2: Khả năng phản xạ phổ và hấp thu của nước

5

Trong điều kiện tự nhiên, mặt nước hoặc một lớp nước mỏng sẽ hấp thụ rất mạnh
năng lượng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại, do vậy năng lượng phản xạ rất ít. Vì
khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh
sóng dài để chụp cho ta nhiều khả năng giải đoán các yếu tố thủy văn. Ví dụ: đường bờ
nước sẽ được giải đoán dễ dàng trên ảnh chụp bằng kênh hồng ngoại và cận hồng
ngoại.

d. Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng.
Thổ nhưỡng là nền của lớp phủ thực vật, cùng với lớp phủ thực vật tạo thành một
thể thống nhất trong cảnh quan tự nhiên. Đặc tính chung nhất của chúng là khả năng
phản xạ phổ theo độ dài của bước sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng
ngoại [1].

Hình 1.3 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng
Một phần bức xạ mặt trời chiếu tới sẽ phản xạ ngay trên bề mặt đối tượng (E1),
phần còn lại đi vào bề dày của lớp phủ thổ nhưỡng. Một phần năng lượng này được
hấp thu làm tăng nhiệt độ của đất, một phần sau khi tán xạ gặp các hạt nhỏ và các
thành phần vật chất khác có trong đất (nước và các chất khống) sẽ phản xạ trở lại
(E2). Như vậy, phần năng lượng E2 sẽ chứa đựng những thông tin cơ bản về thành
phần, bản chất các loại đất. Có thể biểu diễn năng lượng phản xạ đó dưới dạng:
Epx = E1 +E2 (1.4)
Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng phụ thuộc chủ yếu vào bản chất hóa – Lý
của đất, hàm lượng chất hữu cơ, độ ẩm, trạng thái bề mặt, thành phần cơ giới của
đất…
Tóm lại: Phổ phản xạ là thơng tin quan trọng nhất mà viễn thám thu nhận
được về các đối tượng. Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ (Cường độ, dạng đường

cong ở các giải sóng khác nhau) Có thể phân tích, nhận diện và so sánh các đối
tượng trên bề mặt. Thông tin về phổ phản xạ là thông tin đầu tiên, tiền đề cho các
phương pháp phân tích, xử lý ảnh viễn thám, đặc biệt là sử xử lý số.
1.1.3. Phân loại viễn thám

Sự phân biệt các loại viễn thám căn cứ vào yếu tố sau:
 Hình dạng quỹ đạo của vệ tinh.
 Độ cao bay của vệ tinh, thời gian còn lại của một quỹ đạo.
 Dải phổ của các thiết bị thu.
 Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận.
Có 3 phương pháp phân loại viễn thám chính là:
 Phân loại theo nguồn tín hiệu:
- Viễn thám chủ động: nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị nhân tạo,
thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay.
- Viễn thám bị động: nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên.

Hình 1.4 Viễn thám chủ động và viễn thám bị động.
 Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo:
- Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái
đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên.
- Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực): là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vng góc
hoặc gần vng góc so với mặt phẳng xích đạo của trái đất. Tốc độ quay của vệ tinh
khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên

7

mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu lặp lại là cố
định đối với 1 vệ tinh (ví dụ LANDSAT 7 là 16 ngày, SPOT là 26 ngày,…)

Hình 1.5 Vệ tinh địa tĩnh(trái) và Vệ tịnh quỹ đạo gần cực (phải)
 Phân loại theo bước sóng:
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: mặt trời là nguồn năng
lượng chính. Ngồi ra, cơng nghệ LIDAR sử dụng tia lazer là trường hợp ngoại lệ sử
dụng năng lượng chủ động.
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do
chính vật thể phát ra.
- Viễn thám siêu cao tần: sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ một đến
vài chục centimet. Kỹ thuật Radar thuộc viễn thám siêu cao tần chủ động. Nguồn năng
lượng bị động do chính vật thể phát ra.
Mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu đối với nhóm viễn thám trong dải sóng nhìn
thấy và hồng ngoaị. Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế ở 0,5μm. Tư liệu
viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt
vật thể và bề mặt Trái đất. Các thông tin về vật thể được xác định từ các phổ phản xạ.
Viễn thám siêu cao tần sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ một đến vài
chục centimet. Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần chủ động

được chủ động phát ra từ máy phát. Kỹ thuật ra đa thuộc viễn thám siêu cao tần chủ
động. Ra đa chủ động phát ra nguồn năng lượng tới các vật thể, sau đó thu lại được
những bức xạ, tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.
Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần bị động do chính vật
thể phát ra. Bức xạ kế siêu cao tần là bộ cảm thu nhận và phân tích bức xạ siêu cao tần
của vật thể.

1.1.4. Tư liệu viễn thám
a. Khuôn dạng ảnh viễn thám.
Dữ liệu ảnh vệ tinh được lưu trữ theo các khuôn dạng sau đây:

Hình 1.6 Các khn dạng dữ liệu trong viễn thám
Theo kiểu BSQ (band sequential): là khuôn dạng trong đó các kênh phổ được lưu
tuần tự kênh này sang kênh khác. Nghĩa là mỗi ảnh ứng với một kênh.
Theo kiểu BIP (band inteaved pixel): mỗi pixel được lưu tuần tự theo các kênh,
nghĩa là các kênh phổ được ghi theo hàng và cột của từng pixel khác.
Theo kiểu BIL (band interleaved by lines): Từng hàng được ghi theo thứ tự của số
kênh, mỗi hàng được ghi tuần tự theo giá trị của các kênh phổ và sau đó lặp lại theo thứ
tự của từng hàng, như vậy sẽ tạo ra các file ảnh chung cho các kênh phổ [2].
b. Độ phân giải ảnh viễn thám.
Trong cơng nghệ viễn thám có 4 khái niệm độ phân giải.
- Độ phân giải không gian:
Là khái niệm dùng để phân biệt đối tượng trên mặt đất. Là khoảng cách tối thiểu để
phân biệt hai đối tượng gần nhau, về bản chất khoảng cách đó là độ lớn tối thiểu của một
đối tượng trên mặt đất mà có thể phân biệt được trên ảnh.

9

Hình 1.7 So sánh sự khác biệt giữa các độ phân giải không gian

Độ phân giải không gian phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ phân giải phim ảnh,
năng lực của ống kính, đặc điểm hình ảnh lúc chụp, điều kiện khí quyển, điều kiện in
tráng phim ảnh.

Độ phân giải không gian cao: 0.6 – vài mét.
Độ phân giải khơng gian trung bình: 15 – 30m.
Độ phân giải không gian thấp: > 30m.
- Độ phân giải thời gian:
Là khoảng thời gian được xác định để một vệ tinh quay lại một điểm xác định
(chính là chu kỳ lặp của mỗi vệ tinh). Độ phân giải thời gian phụ thuộc vào các yếu tố
như: khả năng của vệ tinh và bộ cảm biến, sự chồng chập của các dải quét, vĩ độ [5].
Độ phân giải thời gian trung bình: 4-16.
Độ phân giải thời gian thấp: > 16 ngày.
- Độ phân giải phổ:
Là số lượng các băng phổ mà bộ cảm biến có thể thu nhận được. Số lượng các
băng phổ không chỉ quan trọng về mặt độ phân giải phổ mà vị trí các bằng phổ trong
dải sóng điện từ cũng quan trọng không kém.
- Độ phân giải bức xạ:
Độ nhạy của các bộ cảm biến với độ lớn năng lượng điện từ xác định độ phân
giải bức xạ. Độ phân giải bức xạ của ảnh mô tả khả năng phân biệt sự khác biệt rất nhỏ
trong năng lượng thu được.

Hình 1.8 So sánh sự khác nhau giữa các độ phân giải bức xạ
(2bit và 8bit)

Bộ cảm biến có độ phân giải bức xạ càng cao thì càng dễ phát hiện ra sự khác
biệt nhỏ trong năng lượng bức xạ.

c. Thể hiện hình ảnh tư liệu viễn thám.
Đối với các hệ xử lý ảnh, việc quan trọng đầu tiên là thể hiện tư liệu viễn thám

dưới dạng hình ảnh, các màu trong tự nhiên đều được tạo ra bởi 3 màu cơ bản (red –
green-blue). Theo phương pháp cộng hoặc trừ màu. Vì vậy đối với tư liệu viễn thám
đa phổ có thể sử dụng 3 kênh phổ gán cho 3 màu cơ bản và như vậy sẽ được một tổ
hợp màu.

Hình 1.9 Mơ hình trộn màu cơ bản
Trong phương pháp cộng trừ màu từ nhiên được tạo bởi 3 màu nêu trên, hệ
thống cộng màu thường được sử dụng để thể hiện ảnh trên màn hình máy tính. Ngược
lại, mơ hình trừ màu được áp dụng chủ yếu trong quá trình in ảnh. Các màu tự nhiên
được tạo bởi việc lấy màu trắng trừ dần đi các màu cơ bản (C – Y- M). Với tư liệu ảnh
đa phổ có kênh phổ nhiều hơn 3 thì việc hiện ảnh tổ hợp màu chỉ có thể được thực hiện
tuần tự cho từng tổ hợp 3 kênh một.
Trong máy tính, có 02 hệ thống hiện màu ảnh đó là hệ thống RGB và hệ thống
mã màu. trong hệ thống đầu, số lượng màu được thể hiện là không hạn chế khi hệ
thống thứ 2 chỉ cho phép hiển thị được một số hữu hạn các màu.
d. Ảnh vệ tinh độ phân giải cao
Một trong số những đặc điểm quan trọng của ảnh vệ tinh là độ phân giải khơng
gian, bởi vì chất lượng và tỷ lệ bản đồ phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố này. Trong
những năm gần đây, ảnh vệ tinh có độ phân giải cao đang là đề tài nghiên cứu ứng
dụng hấp dẫn trên thế giới, phục vụ trước hết là cho việc thành lập và hiệu chỉnh bản
đồ. Ngồi ra ảnh vệ tinh thăm dị các hiện tượng địa chấn, hoạt động núi lửa, dự báo
sạt lở,… Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao để thành lập

11

bản đồ phục vụ phát triển kinh tế xã hội là một yêu cầu bức xúc, và ngày càng tăng
trong xã hội đang phát triển như hiện nay. Khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh độ phân
giải cao đòi hỏi phải thỏa mãn các yêu cầu như:

- Yêu cầu về độ chính xác của địa hình, địa vật.

- Yêu cầu về cung cấp lượng thông tin cần thiết để đảm bảo nội dung bản đồ cần
thành lập

Trong những năm gần đây, ảnh vệ tinh độ phân giải cao (như SPOT, IKONOS,
Quickbird, OrdView) đã được đưa vào ứng dụng trong thực tế ngày càng nhiều. Các
nghiên cứu, thực nghiệm đều đi đến kết luận chung về tiềm năng to lớn của ảnh vệ
tinh độ phân giải cao trong việc thành lập bản đồ, với sự cạnh tranh ngày càng có ưu
thế so với ảnh hàng không như:

- Thời gian đặt chụp nhanh

- Kho lưu trữ dữ liệu phong phú, …

Một số loại vệ tinh độ phân giải cao hiện nay:

- Vệ tinh Ikonos

- Vệ tinh QuickBird

- Vệ tinh Orbitview (Orbview)

- Vệ tinh SPOT

- Đặc biệt, Việt Nam lần đầu tiêu sở hữu và đưa vào quỹ đạo vệ tinh VNREDSAT –
1.

Bảng 1.1 Độ phủ trùm của một số loại vệ tinh viễn thám quang học

Loại ảnh SPOT2-4-5 Landsat VNREDSat-1

Độ trùm phủ 60km x 60 km 120km x 120km 17.5 km x17.5 km

1.2 Hệ thống thông tin địa lý

1.2.1. Giới thiệu chung về hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – gọi tắt là GIS) được
hình thành vào những năm 1960 và phát triển rộng rãi trong 10 năm trở lại đây. GIS
ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc
phịng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính
phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, cá nhân,… đánh giá được hiện trạng của các
quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập,
quản lý, truy vấn, phân tích, tích hợp các thơng tin được gắn với một nền hình học
(bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào [3].

Có nhiều cách tiếp cần khác nhau khi định nghĩa GIS. Nếu xét dưới góc độ hệ
thống, thì GIS có thể được hiểu như một hệ thống gơm các thành phần, thì GIS có thể
được hiểu như hệ thống gồm các thành phần: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ
liệu và quy trình kiến thức chuyên gia, nơi tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn,
định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các
kiến thức về công nghệ thông tin.

Khi xây dựng một hệ thống GIS ta phải quyết định xem GIS sẽ được xây dựng
theo mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện nào. Chỉ trên cơ
sở đó người ta mới quyết định xem GIS định xây dựng sẽ phải đảm đương các chức
năng trợ giúp quyết định gì và cũng có thể có các quyết định về nội dung, cấu trúc các
hợp phần còn lại của hệ thống cũng như cơ cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình
thành và phát triển hệ thống GIS. Với một xã hội có sự tham gia của người dân và q
trình quản lý thì sự đóng góp tri thức từ phía cộng đồng đang ngày càng trở nên quan
trọng và càng ngày càng có vai trị khơng thể thiếu.

1.2.2. Một số thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý

Công nghệ GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là:
- Thiết bị (hardware)
- Phần mềm (Software)
- Số liệu (Geographic data)
- Chuyên viên (Expertise)

Hình 1.10 Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS
Một cách chi tiết có thể giải thích bao gồm các hợp phần như sau:

13