ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (gis) để xác định biến động đất đai trên địa bàn huyện bình xuyên, tỉnh vĩnh phúc giai đoạn 2005 - 2010

B GIO DC V O TO
TRNG I HC NễNG NGHIP H NI






NGUYN C SN


ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
(GIS) để xác định biến động đất đai trên địa bàn
HUYệN BìNH XUYÊN, TỉNH VĩNH PhúC giai đoạn 2005-2010



LUN VN THC S NễNG NGHIP


Chuyờn ngnh: Qun lý ủt ủai
Mó s: 60.62.16




Ngi hng dn khoa hc: TS. Lấ MINH T



H NI - 2011

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là kết quả nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã
chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 01 tháng 9 năm 2011
Tác giả luận văn



Nguyễn ðức Sơn


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Lê Minh Tá, Trường ðại học
Mỏ - ðịa chất Hà Nội người ñã hướng dẫn, giúp ñỡ rất tận tình trong thời
gian tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Viện Sau ñại học; Bộ môn
Trắc ñịa bản ñồ và Hệ thống thông tin ñịa lý, Khoa Tài nguyên và Môi trường

ñã giảng dạy, ñóng góp ý kiến, tạo ñiều kiện cho tôi học tập và hoàn thành
luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn UBND huyện Bình Xuyên, Sở Tài nguyên
và môi trường tỉnh Vĩnh Phúc ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thu thập số liệu
và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh ñạo Uỷ ban nhân dân thành phố
Việt Trì nơi tôi công tác ñã tạo mọi ñiều kiện cho tôi học tập nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả người thân trong gia ñình và bạn bè ñã
làm chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi học tập và công tác.
Hà Nội, ngày 01 tháng 9 năm 2011
Tác giả luận văn



Nguyễn ðức Sơn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

1. MỞ ðẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2 Mục ñích của ñề tài 2

1.3 Yêu cầu của ñề tài 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 2

2. TỔNG QUAN 3

2.1 Cơ sở viễn thám 3

2.1.1 Khái quát về viễn thám 3

2.1.3 Giải ñoán ảnh viễn thám 12

2.1.4 Một số vệ tinh viễn thám hiện nay trên thế giới 18

2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý 24

2.2.1 Khái quát về hệ thống thông tin ñịa lý 24

2.2.2 Các thành phần của GIS 25

2.2.3 Chức năng của GIS 30

2.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng trên thế

giới và ở Việt Nam 33

2.3.1 Trên thế giới 33

2.3.2 Tại Việt Nam 33

2.4 Khái quát về biến ñộng sử dụng ñất 35

2.4.1 Những vấn ñề chung về biến ñộng sử dụng ñất 35

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
iv

2.4.2 Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất 37

2.4.3 So sánh các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng 46

3. ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 48

3.1 ðối tượng nghiên cứu 48

3.2 ðịa ñiểm nghiên cứu 48

3.3 Nội dung nghiên cứu 48

3.3.1 Xây dựng khóa giải ñoán ảnh 48

3.3.2 Xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng một số loại ñất huyện Bình
Xuyên năm 2005 và năm 2010 dựa trên tư liệu ảnh SPOT tại hai

thời ñiểm bay chụp năm 2005 và năm 2010 48

3.3.3 ðánh giá ñộ chính xác của bản ñồ hiện trạng sử dụng một số loại
ñất ñược xây dựng từ ảnh viễn thám với số liệu thu thập ñược 48

3.3.4 Sử dụng công nghệ GIS ñể xây dựng lập bản ñồ biến ñộng một số
loại ñất huyện Bình Xuyên giai ñoạn 2005 – 2010 và xác ñịnh biến
ñộng một số loại ñất trên ñịa bàn nghiên cứu 48

3.4 Phương pháp nghiên cứu 48

3.4.1 Phương pháp chọn ñối tượng ảnh nghiên cứu 48

3.4.2 Phương pháp ñiều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp 49

3.4.3 Phương pháp kế thừa các tư liệu có sẵn 49

3.4.4 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 49

3.4.5 Phương pháp ñiều tra, khảo sát thực tế cơ sở 49

3.4.6 Phương pháp giải ñoán ảnh bằng mắt và bằng xử lý số 49

3.4.6 Phương pháp trình bày bản ñồ bằng phần mềm Microsation 50

4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 51

4.1 ðiều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội 51

4.1.1 ðiều kiện tự nhiên 51

4.1.2 ðiều kiện kinh tế - xã hội 52

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
v

4.2 Hiện trạng sử dụng ñất 53

4.3 Thu thập dữ liệu 55

4.3.1 Dữ liệu viễn thám 55

4.3.2 Dữ liệu khác 57

4.4 Các bước xử lý ảnh 57

4.4.1 Nhập ảnh 57

4.4.2 Tăng cường chất lượng ảnh 57

4.4.3 Nắn chỉnh hình học và cắt ảnh theo ñịa giới hành chính 59

4.4.4 Xây dựng các khoá giải ñoán ảnh 74

4.4.5 Xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng một số loại ñất năm 2005 và
2010 từ ảnh vệ tinh và các số liệu sẵn có 76

4.5 Xây dựng bản ñồ biến ñộng một số loại ñất giai ñoạn 2005 – 2010 80

4.6 ðánh giá ñộ chính xác kết quả thành lập bản ñồ bằng ảnh vệ tinh 85

5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 89

5.1 Kết luận 89

5.2 ðề nghị 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

STT Tên bảng Trang

2.1 Bảng so sánh hai phương pháp giải ñoán ảnh viễn thám 17

2.2 Các kênh phổ của MSS 19

2.3 Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM 19

2.4 Các ñặc tính của vệ tinh Quickbird 20

2.5 Các ñặc tính của vệ tinh SPOT 24

4.1 Hiện trạng sử dụng ñất huyện Bình Xuyên năm 2010 54

4.2 Các ñiểm khống chế dùng nắn ảnh 2005 64

4.3 Bảng sai số RMS sau khi nắn ảnh 2005 66

4.4 Các ñiểm khống chế dùng nắn ảnh 2010 theo ảnh năm 2005 71

4.5 Phân loại các loại hình sử dụng ñất 74

4.6 Khóa giải ñoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 75

4.7 Bảng thống kê diện tích một số loại ñất huyện Bình Xuyên năm
2005… 77

4.8 Bảng thống kê diện tích một số loại ñất năm 2010 78

4.9 Biến ñộng các loại ñất giai ñoạn 2005 – 2010 81

4.10 So sánh diện tích một số loại ñất năm 2005 và năm 2010 84

4.11 Chênh lệch giữa diện tích giải ñoán ảnh và diện tích thống kê 86



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
vii

DANH MỤC HÌNH

STT Tên hình Trang

2.1 Nguyên lý viễn thám vệ tinh 3

2.2 Nguyên lý viễn thám vệ tinh quang học 3

2.3. ðặc tính phản xạ phổ của một số ñối tượng tự nhiên 6

2.4. ðặc tính phản xạ phổ của thực vật 7

2.5. ðặc tính hấp thụ của lá cây và của nước 7

2.6. Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 8

2.7. ðặc tính phản xạ phổ của một số loại ñất 9

2.8 ðặc tính phản xạ phổ của một số ñối tượng chính trong ñô thị 10

2.9 ðộ phân giải không gian 11

2.10 Dải bay của vệ tinh SPOT 21

2.11 Các thế hệ vệ tinh SPOT 22

2.12 Hoạt ñộng của hệ thống vệ tinh SPOT 23

2.13 Khả năng chụp lặp lại của vệ tinh SPOT 23

2.14 Một bản ñồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin
khác nhau 25

2.15 Các thành phần của GIS 26

2.16 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau
phân loại 37

2.17 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân loại
trực tiếp ảnh ña thời gian 38

2.18 Véc tơ thay ñổi phổ 39

2.19 Thuật toán phân tích véc tơ thay ñổi phổ 39

2.20 Thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất bằng phương pháp
mạng nhị phân 43

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
viii

2.21 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp cộng màu
trên một kênh ảnh 45

4.1 Biểu ñồ cơ cấu sử dụng ñất huyện Bình Xuyên năm 2010 55

4.2 Ảnh SPOT năm 2005 56

4.3 Ảnh SPOT năm 2010 56

4.4 Ảnh SPOT năm 2005 trước khi ñược nắn 61

4.5 Thực hiện nắn ảnh SPOT năm 2005 theo bản ñồ trên Envi 62

4.6 Lựa chọn thông số ñể nắn ảnh trên Envi 63

4.7 Bảng nhập toạ ñộ các ñiểm khống chế ñể nắn ảnh 63

4.8 Các ñiểm khống chế ñể nắn thể hiện trên ảnh 2005 65

4.9 Lựa chọn phương pháp tái chia mẫu 66

4.10 Ảnh năm 2005 ñược cắt theo ñịa giới hành chính huyện Bình
Xuyên 68

4.11 Ảnh năm 2010 cần nắn và ảnh năm 2005 dùng ñể tham chiếu
cùng ñược mở trên Envi 69

4.12 Phương pháp nắn ảnh theo ảnh 70

4.13 Lựa chọn ảnh tham chiếu và ảnh nắn 70

4.14 Bảng nhập toạ ñộ các ñiểm khống chế ñể nắn ảnh 71

4.15 Các ñiểm khống chế dùng nắn ảnh 2010 theo ảnh năm 2005
và sai số trung bình RSM của chúng 72

4.16 Ảnh năm 2010 ñược cắt theo ñịa giới hành chính huyện Bình
Xuyên 73

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
1

1. MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài
ðất nước ta ñang trên ñà phát triển, quá trình công nghiệp hoá, ñô thị
hoá ñang diễn ra mạnh mẽ. Nhu cầu chuyển mục ñích sử dụng ñất nông
nghiệp sang ñất phi nông nghiệp ngày càng trở nên bức thiết. Trước yêu cầu
ñó chúng ta cần phải phân bố quỹ ñất cho các ngành một cách hợp lý ñể ñảm
bảo sử dụng ñất một cách tiết kiệm và có hiệu quả cao ñồng thời vẫn ñảm bảo
an ninh lương thực. ðể công tác quản lý ñất ñai có hiệu quả thì việc xác ñịnh
biến ñộng ñất ñai càng trở nên cấp thiết.
Công tác ñánh giá biến ñộng sử dụng ñất dựa vào bản ñồ hiện trạng sử
dụng ñất theo chu kỳ 5 năm lập theo phương pháp truyền thống ñòi hỏi phải
có nhân lực, kinh phí và thời gian. ðồng thời theo phương pháp này chưa có
tính tự ñộng hoá và tính khái quát về biến ñộng sử dụng ñất. Với khả năng
cung cấp thông tin ña dạng và cập nhật của công nghệ viễn thám, khả năng
tích hợp, phân tích thông tin của GIS kết hợp với phương pháp truyền thống
thì việc nghiên cứu thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất, bản ñồ biến ñộng
sử dụng ñất sẽ ñạt hiệu quả cao hơn.
Quá trình ñô thị hoá, công nghiệp hoá tại huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh
Phúc diễn ra mạnh mẽ trong những năm gần ñây do vậy ñể ñáp ứng nhu cầu
quản lý ñất ñai tại ñịa phương giúp các nhà quản lý ñưa ra quyết ñịnh nhanh
chóng phù hợp với thực tế việc ứng dụng ảnh viễn thám kết hợp với công
nghệ GIS ñể xác ñịnh biến ñộng ñất ñai tại ñịa phương là rất cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như tính cấp bách của việc xác ñịnh
biến ñộng ñất ñai trên ñịa bàn huyện Bình Xuyên giai ñoạn 2005-2010 nhằm
ñịnh hướng cho công tác quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội của huyện trong
giai ñoạn tiếp theo, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
2

“Ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñể xác
ñịnh biến ñộng ñất ñai trên ñịa bàn huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc giai

ñoạn 2005 - 2010”
1.2 Mục ñích của ñề tài
- ðánh giá biến ñộng ñất ñai trên cơ sở tích hợp ảnh viễn thám và hệ
thống thông tin ñịa lý (GIS).
1.3 Yêu cầu của ñề tài
- Trên cơ sở sử dụng ảnh vệ tinh SPOT xây dựng bản ñồ sử dụng ñất
năm 2005 và năm 2010.
- Nắm ñược tình hình quản lý và sử dụng ñất ñai trên ñịa bàn nghiên cứu
giai ñoạn 2005-2010.
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
- Khẳng ñịnh tính ưu việt của việc sử dụng ảnh viễn thám và GIS trong
công tác xác ñịnh biến ñộng ñất ñai cấp huyện.
- ðưa ra các quy trình kỹ thuật cụ thể ñể ñánh giá biến ñộng một số loại
ñất của huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
3

2. TỔNG QUAN

2.1 Cơ sở viễn thám
2.1.1 Khái quát về viễn thám
ðịnh nghĩa sau ñây có thể coi là tiêu biểu: “Viễn thám là khoa học và
công nghệ mà theo ñó các ñặc tính ñối tượng quan tâm ñược nhận diện, ño
ñạc, phân tích các tính chất mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với ñối
tượng”.[7]

Hình 2.1 Nguyên lý viễn thám vệ tinh

Hình 2.2 Nguyên lý viễn thám vệ tinh quang học

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
4

Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt
chẽ với nhau. Theo trình tự hoạt ñộng của hệ thống, chúng ta có:
Nguồn năng lượng. Thành phần ñầu tiên của một hệ thống viễn thám là
nguồn năng lượng ñể chiếu sáng hay cung cấp năng lượng ñiện từ tới ñối
tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự
cung cấp năng lượng tới ñối tượng. Thông tin viễn thám thu thập ñược là dựa
vào năng lượng từ ñối tượng ñến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng
lượng chiếu sáng hay truyền tới ñối tượng sẽ không có năng lượng ñi từ ñối
tượng ñến thiết bị nhận.
Những tia phát xạ và khí quyển. Vì năng lượng ñi từ nguồn năng lượng
tới ñối tượng nên sẽ phải tương tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng lượng
ñi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào ñó vì năng
lượng còn phải ñi theo chiều ngược lại, tức là từ ñối tượng ñến bộ cảm.
Sự tương tác với ñối tượng. Một khi ñược truyền qua không khí ñến ñối
tượng, năng lượng sẽ tương tác với ñối tượng tuỳ thuộc vào ñặc ñiểm của cả
ñối tượng và sóng ñiện từ. Sự tương tác này có thể là truyền qua ñối tượng, bị
ñối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển.
Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm. Sau khi năng lượng ñược phát ra
hay bị phản xạ từ ñối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa ñể tập hợp lại
và thu nhận sóng ñiện từ. Năng lượng ñiện từ truyền về bộ cảm mang thông
tin về ñối tượng.
Sự truyền tải, thu nhận và xử lý. Năng lượng ñược thu nhận bởi bộ cảm
cần phải ñược truyền tải, thường dưới dạng ñiện từ, ñến một trạm tiếp nhận-
xử lý nơi dữ liệu sẽ ñược xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thô.
Giải ñoán và phân tích ảnh. Ảnh thô sẽ ñược xử lý ñể có thể sử dụng
ñược. ðể lấy ñược thông tin về ñối tượng người ta phải nhận biết ñược mỗi
hình ảnh trên ảnh tương ứng với ñối tượng nào. Công ñoạn ñể có thể “nhận

biết” này gọi là giải ñoán ảnh. Ảnh ñược giải ñoán bằng một hoặc kết hợp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
5

nhiều phương pháp. Các phương pháp này là giải ñoán thủ công bằng mắt,
giải ñoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ ñiện tử ñể lấy ñược thông tin về
các ñối tượng của khu vực ñã chụp ảnh.
Ứng dụng. ðây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, ñược thực
hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta ñã chiết ñược từ ảnh ñể hiểu rõ hơn
về ñối tượng mà chúng ta quan tâm, ñể khám phá những thông tin mới, kiểm
nghiệm những thông tin ñã có nhằm giải quyết những vấn ñề cụ thể.
2.1.2 Thông tin trên ảnh viễn thám
Thông tin trên ảnh viễn thám có ñược về các ñối tượng nhờ vào quá
trình “chụp ảnh” vệ tinh mà thực chất là quá trình thu nhận năng lượng sóng
ñiện từ phản xạ hoặc phát xạ từ vật thể. Thông tin có ñược về ñối tượng trong
quá trình này chính là nhờ sự khác biệt của phản ứng với sóng ñiện từ của các
ñối tượng khác nhau (phản xạ, hấp thụ hay phân tách sóng ñiện từ).
Năng lượng sóng phản xạ từ ñối tượng bao gồm hai phần:
- Năng lượng phản xạ trực tiếp từ bề mặt ñối tượng
- Năng lượng tán xạ bởi cấu trúc bề mặt ñối tượng.
Năng lượng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc vào bản chất của ñối tượng
mà chỉ phụ thuộc vào ñặc tính bề mặt: ñộ gồ ghề, hướng, của ñối tượng.
Năng lượng tán xạ là kết quả của một quá trình tương tác giữa bức xạ
với bề dày của ñối tượng mà bức xạ ñó có khả năng xuyên tới. Năng lượng
này phụ thuộc vào cấu trúc, bản chất và trạng thái của ñối tượng. ðây là
nguồn năng lượng mang thông tin giúp ta có thể nhận biết ñược các ñối tượng
và trạng thái của chúng.
Tất cả các vật thể ñều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng ñiện
từ bằng các cách thức khác nhau và các ñặc trưng này thường ñược gọi là ñặc
trưng phổ. Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu ñược về

các ñối tượng. ðối với mỗi vật trong tự nhiên có ñặc tính phản xạ phổ ñiện từ
khác nhau trên các bước sóng khác nhau. Dựa vào ñặc ñiểm phổ phản xạ có
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn thc s khoa hc nụng nghip
6

th phõn tớch, so sỏnh v nhn din cỏc ủi tng trờn b mt. Cỏc ủi tng
ch yu trờn mt ủt bao gm: lp ph thc vt, nc, ủt hay cỏt, ủỏ cụng
trỡnh xõy dng. Mi loi ny cú phn x khỏc nhau vi súng ủin t ti cỏc
bc súng khỏc nhau.



Hỡnh 2.3.c tớnh phn x ph ca mt s ủi tng t nhiờn

õy l hỡnh biu din ủng cong phn x ph ca cỏc loi lp ph mt
ủt (thc vt, ủt v nc), chỳng cú tớnh cht khỏi quỏt vic phn x ph ca
ba loi lp ph ch yu. Trờn thc t, cỏc loi thc vt, ủt v nc khỏc nhau
s cú cỏc ủng cong phn x ph khỏc nhau. S khỏc nhau ny ch yu ủc
th hin ủ ln ca phn trm phn x, song hỡnh dng tng ủi ca ủng
cong ớt khi cú s thay ủi.
Thc vt: Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ
dài bớc sóng. Trên đồ thị (hình 2.4) thể hiện đờng đặc trng phản xạ phổ
thực vật xanh và các vùng phản xạ phổ chính.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
7



(%) r






60 .

S¾c tè hÊp thô N−íc hÊp thô


Nh÷ng d¶i phæ hÊp thô


40
•



20
•


0
• • • • • • • • • • •
λ
(
µ
)

0,6
0,8
1,0 1,2 1,4 1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
Nh×n thÊy



CËn hång
ngo¹i
Hång
n
go
¹
i


Ph¶n x¹ phæ hång ngo¹i


Hình 2.4. ðặc tính phản xạ phổ của thực vật
Phản xạ phổ cao nhất ở bước sóng màu lục (0,5-0,6
µm
) (tương ứng với
dải sóng màu lục-Green) trong vùng nhìn thấy và có màu xanh lục. Khi diệp

lục tố giảm ñi, thực vật chuyển sang khả năng phản xạ ánh sáng màu ñỏ trội
hơn, dẫn ñến lá cây có màu vàng (do tổ hợp màu Green và Red) hoặc màu ñỏ
hẳn. Các ñặc trưng phản xạ phổ của thực vật nổi bật nhất ở vùng hồng ngoại
gần (0,7-1,4
µm
), là vùng bước sóng mà thực vật có phản xạ cao nhất. Mức ñộ
phản xạ của thực vật phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau, có thể kể ñến
là lượng chlorophyll (diệp lục), ñộ dày tán lá và cấu trúc tán lá.

(%)
r


100

•



80

•




HÊp thô cña n−íc

Ph¶n x¹ cña l¸ c©y

60

•


40

•


20

•


0
•




• • • • •


λ
(
µ
)

0,5

0,9
1,3

1,7

2,1 2,5



Hình 2.5. ðặc tính hấp thụ của lá cây và của nước

Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn thc s khoa hc nụng nghip
8

Nc: Cũng nh trên, khả năng phản xạ phổ của nớc thay đổi theo
bớc sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nớc. Khả
năng phản xạ phổ ở đây còn phụ thuộc vào bề mặt nớc và trạng thái của
nớc. Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đờng bờ nớc đợc phát hiện
rất dễ dàng, còn một số đặc tính của nớc cần phải sử dụng dải sóng nhìn thấy
để nhận biết.
Trong điều kiện tự nhiên, mặt nớc hoặc một lớp mỏng nớc sẽ hấp thụ
rất mạnh năng lợng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại (hình 2.6) do
vậy, năng lợng phản xạ rất ít. Vì khả năng phản xạ phổ của nớc ở dải sóng
dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụp cho ta khả năng đoán
đọc điều vẽ thủy văn, ao hồ ở dải sóng nhìn thấy khả năng phản xạ phổ của
nớc tơng đối phức tạp. Phơng trình cân bằng năng lợng và nghiên cứu
khả năng phản xạ phổ của nớc ở dải sóng nhìn thấy:
E() = E

() + E
H
() + E
T
()
E() = E

() +
E

()
+ E

r(%)

50

1


40



30



20

10

2



0,4 0,5 0,6
0,7



1- Hấp thụ

2- Phản xạ





(
à
)


Hỡnh 2.6. Kh nng phn x v hp th ca nc
ét: Đờng đặc trng phản xạ phổ của đa số thổ nhỡng không phức
tạp nh của thực vật. Hình 2.7 thể hiện khả năng phản xạ phổ của ba loại đất ở
trạng thái khô.
Đặc tính chung nhất của chúng là khả năng phản xạ phổ tăng theo

độ dài bớc sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại. ở đây chỉ
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn thc s khoa hc nụng nghip
9

có năng lợng hấp thụ và năng lợng phản xạ, mà không có năng lợng thấu
quang. Tuy nhiên với các loại đất cát có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ
và vô cơ khác nhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau. Tùy thuộc vào thành
phần hợp chất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau. Các yếu tố
chủ yếu ảnh hởng đến phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm
của đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ.

Hỡnh 2.7. c tớnh phn x ph ca mt s loi ủt
Nh trên đ nói có nhiều yếu tố ảnh hởng đến khả năng phản xạ phổ của
đất, tuy nhiên chúng có liên quan chặt chẽ với nhau. Cấu trúc, độ ẩm, độ mịn bề
mặt, hàm lợng chất hữu cơ và ô xít sắt là những yếu tố quan trọng. Vùng phản xạ
và bức xạ phổ có thể sử dụng để ghi nhận thông tin hữu ích về đất còn hình ảnh ở
hai vùng phổ này là dấu hiệu để đoán đọc điều vẽ các đặc tính của đất. Một điểm
quan trọng cần lu ý là mặc dù biên độ đồ thị khả năng phản xạ phổ của các loại đất
có thể khác xa nhau nhng nhìn chung những khác nhau này ổn định ở nhiều dải
sóng khác nhau. Đối với thực vật chúng ta phải nhờ khả năng phản xạ phổ phụ
thuộc bớc sóng (tức là đoán đọc điều vẽ ở các kênh khác nhau), nhng với thổ
nhỡng không thể làm đợc nh vậy, mặc dù sự khác biệt về khả năng phản xạ
phổ là quan trọng nhng nhiều đặc tính phản xạ phổ của chúng phải đoán đọc điều
vẽ ở các dải sóng nhìn thấy.
Cựng vi cỏc ủc trng phn x ph ca cỏc ủi tng t nhiờn c bn, Root
v Mille vo nm 1971 nghiờn cu v ủa ra cỏc ủc trng phn x ph ca mt s
ủi tng chớnh trong ủụ th nh bờ tụng, vỏn lp, nha ủng v ủt trng. Cỏc
ủc trng ny l thụng tin quan trng giỳp quỏ trỡnh gii ủoỏn cỏc ủi tng ủụ th.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
10

Hình 2.8 ðặc tính phản xạ phổ của một số ñối tượng chính trong ñô thị
Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu ñược về các
ñối tượng. Dựa vào ñặc ñiểm phổ phản xạ (cường ñộ, dạng ñường cong ở các
dải sóng khác nhau) có thể phân tích, so sánh và nhận diện các ñối tượng trên
bề mặt. Thông tin về phổ là thông tin ñầu tiên, là tiền ñề cho các phương pháp
phân tích ảnh trong viễn thám.
Các ñối tượng khác nhau trong cùng một nhóm ñối tượng sẽ có dạng
ñường cong phổ phản xạ chung, tương ñối giống nhau, song sẽ khác nhau về
các chi tiết nhỏ trên ñường cong hoặc khác nhau về ñộ lớn giá trị cường ñộ
phản xạ. Khi tính chất của ñối tượng thay ñổi thì ñường cong phổ phản xạ
cũng bị biến ñổi theo. Một loại sai biệt nữa là sự sai biệt có tính chất cục bộ
khi cấu trúc của ñối tượng khác nhau trong không gian (ví dụ lúa ñược cấy và
lúa ñược sạ), hoặc cấu trúc ñó khác nhau theo hướng của nguồn sáng (ví dụ
các dãy cây trồng hướng Bắc Nam sẽ có ảnh khác với cũng các dãy ñó ñược
trồng hướng ðông – Tây).
Các thông số quan trọng nhất ñặc trưng cho khả năng thông tin cung
cấp của một ảnh vệ tinh là ñộ phân giải của nó. Có ba loại ñộ phân giải: ñộ
phân giải không gian, ñộ phân giải phổ và ñộ phân giải thời gian.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
11

- ðộ phân giải không gian.
ðộ phân giải không gian của một ảnh vệ tinh, do ñặc tính của ñầu thu,
phụ thuộc vào hai thông số FOV (Field of view-trường/góc nhìn) và IFOV
(instantaneous field of view - trường/góc nhìn tức thì) ñược thiết kế sẵn.
Thông số FOV cho ta thấy ñược phạm vi không gian mà ñầu thu có thể thu
nhận ñược sóng ñiện từ từ ñối tượng. Rõ ràng là với góc nhìn càng lớn (FOV
càng lớn) thì ảnh thu ñược càng rộng, và với cùng một góc nhìn, vệ tinh nào

có ñộ cao lớn hơn sẽ có khoảng thu ảnh lớn hơn. Còn với IFOV của ñầu thu
ñặc trưng cho phạm vi không gian. Tổng hợp giá trị bức xạ của các ñối tượng
trong một góc IFOV ñược thu nhận cùng một lúc và mang một giá trị, ñược
ghi nhận như một ñiểm ảnh. Trong ảnh số, một ñiểm ảnh ñược gọi là một
pixel và giá trị kích thước pixel ñặc trưng cho khả năng phân giải không gian
của ảnh. Góc IFOV càng nhỏ thì khả năng phân biệt các ñối tượng trong
không gian càng lớn, nghĩa là giá trị pixel càng nhỏ và phạm vi “chụp” ảnh
càng hẹp.







Hình 2.9 ðộ phân giải không gian
Ý nghĩa quan trọng nhất của ñộ phân giải không gian là cho ta biết các
ñối tượng nhỏ nhất mà có thể phân biệt ñược trên ảnh.
- ðộ phân giải phổ.
Không phải toàn bộ giải sóng ñiện từ ñược sử dụng trong việc thu nhận
ảnh viễn thám. Tuỳ thuộc vào mục ñích thu thập thông tin, mỗi loại ñầu thu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
12

ñược thiết kế ñể có thể thu nhận sóng ñiện từ trong một số khoảng bước sóng
nhất ñịnh. ðộ rộng hẹp của khoảng bước sóng này là ñộ phân giải phổ của
ảnh. Theo hình 2.3 thì khoảng bước sóng càng hẹp thì tính chất phản xạ phổ
của ñối tượng càng ñồng nhất. Các khoảng bước sóng này ñược gọi là các
kênh ảnh.
Bức xạ phổ (bao gồm cả phản xạ, tán xạ và bức xạ riêng) của một ñối

tượng thay ñổi theo bước sóng ñiện từ. Như vậy, ảnh chụp ñối tượng trên các
kênh khác nhau sẽ khác nhau và ñiều này có nghĩa là ảnh ñược thu trên càng
nhiều kênh thì càng có nhiều thông tin về ñối tượng ñược thu thập. Số lượng
kênh ảnh ñược gọi là ñộ phân giải phổ. ðộ phân giải phổ càng cao (càng
nhiều kênh ảnh) thì thông tin thu thập từ ñối tượng càng nhiều và giá thành
càng lớn. Thông thường, các vệ tinh ña phổ thường có số kênh ảnh từ khoảng
3 ñến 10 kênh. Hiện nay, trong viễn thám ña phổ, các loại vệ tinh viễn thám
có khả năng thu ñược rất nhiều kênh ảnh (trên 30 kênh) gọi là các vệ tinh siêu
phổ (hyperspectral satellite) ñang ñược phát triển.
- ðộ phân giải thời gian.
Vệ tinh viễn thám chuyển ñộng trên quĩ ñạo và chụp ảnh khu vực theo
một chu kì. Khoảng thời gian lặp giữa các lần chụp ñược gọi là ñộ phân giải
thời gian của vệ tinh, khoảng thời gian này càng nhỏ thì thông tin thu thập
(hay ảnh chụp) càng nhiều.
Tóm lại, thông tin trên ảnh viễn thám quang học là phản xạ phổ của các
ñối tượng trên mặt ñất, bao gồm lớp phủ thực vật, nước và ñất trống ñược ghi
nhận thành từng pixel ảnh có ñộ phân giải không gian xác ñịnh, trên nhiều
kênh phổ xác ñịnh và vào một thời gian xác ñịnh.
2.1.3 Giải ñoán ảnh viễn thám
Giải ñoán ảnh là quá trình chiết tách các thông tin ñịnh tính cũng như
ñịnh lượng từ ảnh.
Có hai phương pháp giải ñoán ảnh viễn thám ñó là thực hiện bằng mắt
hay bằng xử lý số.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
13

2.1.3.1 Giải ñoán ảnh bằng mắt
Trong việc xử lý thông tin viễn thám thì ñoán ñọc bằng mắt là công
việc ñầu tiên, phổ biến nhất và có thể áp dụng trong mọi ñiều kiện trang thiết
bị từ ñơn giản ñến phức tạp và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu

khác nhau như ñịa lý, ñịa chất, nông nghiệp, thủy văn, môi trường…
ðoán ñọc bằng mắt là sử dụng mắt thường có sự trợ giúp của các dụng
cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu… Cơ sở ñể ñoán
ñọc là các chuẩn ñoán ñọc vẽ và mẫu ñoán ñọc.
Các chuẩn ñoán ñọc bao gồm:[8]
Chuẩn kích thước: Kích thước của một ñối tượng ñược xác ñịnh theo tỷ
lệ ảnh và kích thước ño ñược trên ảnh. Dựa vào thông tin này cũng có thể
phân biệt ñược các ñối tượng trên ảnh.
Chuẩn hình dạng: Hình dạng là những ñặc trưng bên ngoài tiêu biểu
cho từng ñối tượng vì vậy nó có ý nghĩa quan trọng trong ñoán ñọc. Ví dụ hồ
hình móng ngựa là các khúc sông cụt, dạng chổi sáng màu là các cồn cát…
Chuẩn bóng: Bóng của vật thể có thể dễ dàng nhận thấy khi nguồn sáng
không nằm chính xác ở ñỉnh ñầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên. Dựa vào
bóng của vật thể có thể xác ñịnh ñược chiều cao của ñối tượng.
Chuẩn ñộ ñen: ðộ ñen là một chuẩn quan trọng ñể xác ñịnh tính chất
của ñối tượng. Cát khô phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng có màu
trắng, trong khi ñó cát ướt có màu tối hơn trên ảnh ñen trắng. Trên ảnh hồng
ngoại ñen trắng, cây lá nhọn phản xạ mạnh tia hồng ngoại nên có màu trắng
còn nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sóng này nên bao giờ cũng có
màu ñen.
Chuẩn màu sắc: Màu sắc giúp cho người ñoán ñọc dễ dàng xác ñịnh
ñược các ñối tượng trên ảnh là thực vật, nước, ñất trống, ñất ñô thị, hoặc xác
ñịnh ñược ngay ñó là kiểu loài thực vật gì.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
14

Chuẩn cấu trúc: Cấu trúc là tập hợp của nhiều ñặc tính rất rõ ràng trên
ảnh, ví dụ một bãi cỏ không bị lẫn các loài cây khác cho một cấu trúc mịn trên
ảnh, ngược lại rừng hỗn giao cho một cấu trúc sần sùi.

Chuẩn phân bố: Là tập hợp của nhiều hình dạng nhỏ phân bố theo một
quy luật nhất ñịnh trên toàn cảnh và trong mối quan hệ tương hỗ với ñối
tượng cần nghiên cứu. Hình ảnh của các dãy nhà, ruộng lúa nước, ñồi chè tạo
ra những hình mẫu riêng ñặc trưng cho các ñối tượng.
Chuẩn mối quan hệ tương hỗ: Một tổng thể các chuẩn ñoán ñọc, môi
trường xung quanh hoặc mối liên quan của các ñối tượng cung cấp thông tin
ñoán ñọc quan trọng.
ðể trợ giúp cho công tác ñoán ñọc người ta thành lập các mẫu ñoán
ñọc. Tất cả các chuẩn ñoán ñọc cùng với các thông tin về thời gian chụp, mùa
chụp, tỷ lệ ảnh ñều phải ñưa vào mẫu ñoán ñọc.
2.1.3.2 Giải ñoán ảnh bằng xử lý số
Các tư liệu ảnh trong viễn thám phần lớn ñều ở dạng số nên vấn ñề giải
ñoán bằng xử lý số là vấn ñề quan trọng.
Quá trình ñoán ñọc bằng xử lý số gồm các giai ñoạn: Nhập số liệu, khôi
phục và hiệu chỉnh ảnh, biến ñổi ảnh, phân loại ảnh và xuất kết quả.
- Nhập số liệu: Có hai nguồn tư liệu chính là ảnh số và ảnh tương tự.
Ảnh tương tự ñược chuyển thành dạng số thông qua các máy quét.
- Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh: ðây là giai ñoạn mà các tín hiệu số
ñược hiệu chỉnh hệ thống nhằm tạo ra một tư liệu ảnh có thể sử dụng ñược.
Nó bao gồm các bước sau:
+ Hiệu chỉnh bức xạ: Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu
một mức ñộ nhiễu xạ nhất ñịnh. Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải
thực hiện một số phép tiền xử lý. Khi thu các bức xạ từ mặt ñất trên các vật
mang trong vũ trụ, người ta thấy chúng có một số sự khác biệt so với
trường hợp quan sát cùng ñối tượng ñó ở khoảng cách gần. ðiều này chứng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………………
15

tỏ ở những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất ñịnh gây
bởi ảnh hưởng của góc nghiêng và ñộ cao mặt trời, một số ñiều kiện quang

học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, ñộ mù Chính vì vậy, ñể bảo ñảm
ñược sự tương ñồng nhất ñịnh về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc
hiệu chỉnh bức xạ.
+ Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên ñường truyền xuống mặt
ñất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất ñịnh trước khi tới ñược mặt ñất và bức
xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới ñược bộ cảm.
Do vậy, bức xạ mà bộ cảm thu ñược chứa ñựng không phải chỉ riêng năng
lượng hữu ích mà còn nhiều thành phần nhiễu khác. Hiệu chỉnh khí quyển là
một công ñoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ không mang
thông tin hữu ích.
+ Hiệu chỉnh hình học: Méo hình hình học ñược hiểu như sự sai lệch vị
trí giữa tọa ñộ ảnh thực tế ño ñược và tọa ñộ ảnh lý tưởng ñược tạo bởi một
bộ cảm có thiết kế hình học lý tưởng và trong các ñiều kiện thu nhận lý tưởng.
Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng ñược mối tương quan giữa hệ
toạ ñộ ảnh ño và hệ toạ ñộ quy chiếu chuẩn. Hệ toạ ñộ quy chiếu chuẩn có thể
là hệ toạ ñộ mặt ñất (hệ tọa ñộ vuông góc hoặc hệ tọa ñộ ñịa lý) hoặc hệ toạ
ñộ ảnh khác.
- Biến ñổi ảnh: Bao gồm các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng
ảnh, biến ñổi tuyến tính.
+ Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách ñặc tính
Tăng cường chất lượng có thể ñược ñịnh nghĩa như một thao tác
chuyển ñổi nhằm thể hiện ảnh với cường ñộ, ñộ tương phản phù hợp với thiết
bị hiển thị ảnh. Chiết tách ñặc tính là một thao tác nhằm phân loại, sắp xếp
các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉ tiêu ñưa ra dưới dạng
các hàm số.