Ảnh vệ tinh ứng dụng trong điều tra, quản lý diện tích rừng


1
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành TS. Nguyễn Hải Châu,
người tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo ở khoa Công nghệ thông tin, phòng Sau
đại học, trường Đại học Công nghệ - ĐHQG HN đã giảng dạy tôi trong suốt thời
gian học tập tại trường và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Cảm ơn các bạn bè,
đồng nghiệp đã cổ vũ động viên tôi trong suốt quá trình học
tập tại trường.
Tuy đã có những cố gắng nhất định nhưng do thời gian và trình độ có hạn
nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định. Kính
mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn.
Luận văn thạc sĩ này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu
mang mã số
QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2010
Học viên



Phùng Nam Thắng

2
LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên
cứu, tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những

điều được trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều
nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích
dẫn hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy
định cho lời cam đoan của mình.

















Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2010
Người cam đoan



Phùng Nam Thắng

3

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 8
1.1 Khái niệm cơ bản về viễn thám 12
1.2. Khái niệm về một số đặc trưng của ảnh viễn thám 12
1.5.1. Ảnh Landsat 17
1.5.2. Ảnh MODIS 19
1.5.3. Ảnh VHARR 22
1.5.4. Ảnh ASTER 23
1.5.5. Ảnh SPOT 24
1.5.6. Ảnh IKONOS 26
1.5.7 Ảnh QuickBird 27
1.5.8 Ảnh SPIN 27
1.5.9. Ảnh OrbView 27
1.5.10 Ảnh ARIES 27
CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH 31
2.1. Phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt: 31
2.2 Phân loại ảnh vệ tinh bằng phương pháp xử lý số 33
2.3 Phương pháp theo dõi biến động 38
2.3.1. Yêu cầu về tạo ảnh nghiên cứu biến động 39
2.3.2. Các phương pháp 39
CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG
42
3.1 Phát biểu bài toán 42
3.2 Cơ sở phân chia rừng và quản lý rừng 42
3.2.1. Khái niệm về rừng 42
3.2.2. Phân chia ranh giới đối tượng điều tra 42
3.2.3. Phân chia kiểu trạng thái rừng 42
3.3 Khảo sát bài toán 45
3.4 Các công cụ hỗ trợ mã nguồn mở. 46
3.4.1 Công cụ x

ử lý ảnh viễn thám Grass. 46
3.4.2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian PostGIS 51
3.4.3 WebGIS và MapServer 52
3.5. Mô hình hệ thống thông tin quản lý tài nguyên rừng 54
3.5.1 Mô hình tổng quan 54
3.5.2. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên rừng55
3.6 Thử nghiệm và kết quả 57

4
3.6.1 Giải đoán dự liệu ảnh vệ tinh. 57
3.6.2. xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên rừng 62
3.6.3. xây dựng modun website hiển thị bản đồ và biểu đồ biến động63
KẾT LUẬN 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78


5
CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt Tên đầy đủ - Mô tả
RS
Remote sensing – Viễn thám
GIS
Geographic information system - Hệ thống thông tin địa lý
NDVI Normalized difference vegetation index
GRASS Geographic resources analysis support system
BV Brightness value - giá trị độ sáng của pixel
IFOV
Instantaneous field of view - Trường nhìn không đổi
FOV
Field of view - Trường nhìn
DN
Digital number - Giá trị của các pixel ảnh
MLC
Maximum likelihood classifier - Phân loại gần đúng nhất
LNN
Layered neural networks - Phân loại mạng neural


6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. Cấu trúc dữ liệu ảnh vệ tinh 14
Hình 2. Phần mềm GRASS 46
Hình 3. Công cụ quản trị pgAdmin III 51
Hình 4. Mô hình hoạt động của Mapserver 53
Hình 5. Ứng dụng WebGIS 53
Hình 6. Mô hình tổng quan hệ thống 54
Hình 7. Quy trình cập nhật dữ liệu tài nguyên rừng 56
Hình 8. Ảnh Landsat TM khu vực nghiên cứu năm 2007 58
Hình 9. Ảnh huyệ
n Kim Bôi - Hòa Bình sau khi cắt 58
Hình 10. Ảnh chỉ số NDVI năm 2007 61
Hình 11. Ảnh phân loại đối tượng năm 2007 62
Hình 12. Mô hình triển khai website quản lý tài nguyên rừng 64
Hình 13. Mô hình phát triển website bằng mapserver 68
Hình 14. Giao diện website theo dõi tài nguyên rừng 69
Hình 15. Kết quả biến động bằng biểu đồ 70



7
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1 Một số thông số các kênh phổ của ảnh Landsat TM 18
Bảng 2. Một số thông số các kênh phổ ảnh Landsat ETM+, Landsat -7 19
Bảng 3. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh MODIS 22
Bảng 4. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh NOAA 23
Bảng 5. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh ASTER 24
Bả
ng 6. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT-1;-2;-3 25
Bảng 7. Một số thông số các kênh phổ của ảnh SPOT-4 25
Bảng 8. Một số thông số các kênh phổ của ảnh IKNONOS 26
Bảng 9. Tổng hợp thông số kỹ thuật và ứng dụng một số loại ảnh viễn thám 30
Bảng 10. Bảng ma trận biến động giữa hai thời đi
ểm 40
Bảng 11. So sánh chi phí bản quyền phần mềm (cho một giấy phép sử dụng) 49
Bảng 12. So sánh về yêu cầu phần cứng hệ thống 50

Bảng 13. Các phương pháp phân loại ảnh bằng GRASS 51
Bảng 14. Khóa phân loại rừng ảnh Landsat 59
Bảng 15. Kết quả phân loại ảnh theo chỉ số NDVI 62
Bảng 16. Cấu trúc bảng d
ữ liệu lớp rừng 63













8
MỞ ĐẦU
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, trong đó có khoa học
kỹ thuật viễn thám. Kỹ thuật viễn thám được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực
nghiên cứu của Việt Nam đã mang lại nhiều ứng dụng to lớn trong quản lý tài
nguyên. Trong lĩnh vực lâm nghiệp, kỹ thuật viễn thám đã được sử d
ụng để
thành lập các loại bản đồ hiện trạng rừng, phân loại trạng thái rừng, phân vùng
trọng điểm cháy rừng, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng.
Năm 1943, Việt Nam có 14,3 triệu ha rừng, độ che phủ là 43% nhưng đến
năm 1990 chỉ còn 9,18 triệu ha, độ che phủ rừng là 27,2%. Theo công bố tại

quyết định số 1970/QĐ/BNN-KL-LN ngày 06 tháng 7 năm 2006, tính đến
31/12/2005, diện tích rừng toàn quốc là 12,61 triệu ha, độ che phủ rừ
ng là 37%,
trong đó mất rừng là nguyên nhân gây ra một loạt các hiện tượng như: lũ lụt, hạn
hán, mất mùa, … kéo theo đó là các tai biến về môi trường đã làm ảnh hưởng rất
lớn đến quá trình sản xuất và sinh hoạt của người dân. Chính vì vậy, nhiệm vụ
đặt ra đối với các cơ quan chức năng, những nhà quản lý lâm nghiệp là cần phát
triển bền vững nguồn tài nguyên này làm cơ sở để đưa ra các ph
ương án quy
hoạch, đề xuất các giải pháp kỹ thuật, kinh tế - xã hội và định hướng cho việc sử
dụng và quản lý bền vững tài nguyên rừng.
Hiện trạng về công tác quản lý rừng ở Việt Nam
Ở nước ta, các chương trình theo dõi diễn biến tài nguyên rừng đã được
tiến hành từ những năm 1976 với chương trình đánh giá diễn biến tài nguyên
rừng toàn quốc giai đoạn 1976 - 1990 - 1995, chương trình đi
ều tra, đánh giá và
theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc 5 năm các giai đoạn 1996 – 2000
và 2000 - 2005 và hiện nay đang thực hiện chương trình điều tra, đánh giá và
theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 2006 - 2010. Những năm
trước đây để điều tra theo dõi diễn biến tài nguyên rừng chủ yếu vẫn dựa trên
việc đo vẽ, thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng phương pháp th
ủ công vì vậy
công việc này đòi hỏi tốn rất nhiều thời gian, công sức, tiền bạc, độ chính xác
không cao và thông tin thường không được cập nhật vì tình hình rừng và đất
rừng luôn biến động. Trong những năm gần đây, khi khoa học công nghệ viễn
thám phát triển mạnh thì việc áp dụng công nghệ viễn thám vào lâm nghiệp là rất

9
cần thiết vì kỹ thuật viễn thám với khả năng quan sát các đối tượng ở các độ
phân giải phổ và không gian khác nhau, từ trung bình đến siêu cao và chu kỳ

chụp lặp từ một tháng đến một ngày cho phép ta quan sát và xác định nhanh
chóng hiện trạng lớp phủ rừng, từ đó có thể dễ dàng xác định được biến động
rừng và đặc biệt là xu hướng của biến động. Tuy nhiên, các nghiên cứu về ứng
d
ụng công nghệ viễn thám trong lâm nghiệp còn rất thiếu đặc biệt là công nghệ
xử lý ảnh số viễn thám tự động và bán tự động và hầu hết đều sử dụng các sản
phẩm phần mềm xử lý ảnh thương mại có giá thành cao từ vài chục đến hàng
trăm nghìn đô la Mỹ.
Mục tiêu của luận văn
Nhìn chung, những nghiên cứu, ứng dụng công nghệ viễn thám trong phân
loại và đ
iều tra rừng ở Việt Nam đã được thực hiện từ rất sớm. Tuy nhiên, từ
trước đến nay thành lập bản đồ rừng vẫn chủ yếu áp dụng phương pháp truyền
thống là giải đoán bằng mắt, điều tra ngoại nghiệp, sử dụng các phần mềm
thương mại có giá thành cao và sử dụng các dạng tư liệu viễn thám chủ yếu có
độ phân giả
i thấp hoặc trung bình nên chỉ có thể thành lập được bản đồ tỷ lệ
thấp, không đáp ứng đuợc yêu cầu về độ chính xác và tính cập nhật của bản đồ
hiện trạng rừng. Hiện nay, công nghệ viễn thám đang phát triển mạnh, nhiều ảnh
vệ tinh có độ phân giải cao cho phép thành lập được các bản đồ có tỷ lệ lớn. Tuy
nhiên, các nghiên cứu về phương pháp phân loại
để thành lập bản đồ rừng; các
dạng chỉ số thực vật có thể sử dụng để phân loại rừng; cách thành lập các dạng
bản đồ tài nguyên rừng như bản đồ phân bố trữ lượng, sinh khối; nghiên cứu về
phương pháp đánh giá biến động rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao bằng
các giải pháp phần mềm mã nguồn mở vẫn còn thiếu nhiề
u và hầu như chưa có
các nghiên cứu như vậy. Chính vì vậy, tôi mạnh dạn thực hiện đề tài “Ảnh vệ
tinh ứng dụng trong điều tra, quản lý diện tích rừng” nhằm đưa ra giải pháp
thành lập bản đồ tài nguyên rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao bằng các

công cụ mã nguồn mở, tìm ra được một số dạng chỉ số thực vật dùng để phân
loại r
ừng cho ảnh vệ tinh có độ phân giải cao, đưa ra được quy trình đánh giá
biến động rừng từ ảnh vệ tinh có độ phân giải cao từ đó góp phần vào việc ứng
dụng vào thực tiễn sản xuất để thay thế các phương pháp truyền thống đặc biệt
cho công tác điều tra, kiểm kê rừng trong giai đoạn mới hiện nay.


10
Đối tượng và nhiệm vụ của luận văn là:
• Nghiên cứu về viễn thám - ảnh vệ tinh
• Nghiên cứu các phương pháp xử lý và giải đoán ảnh vệ tinh
• Nghiên cứu và sử dụng phần mềm mã nguồn mở Grass để xử lý và
giải đoán ảnh vệ tinh
• Xây dựng hệ thống thông tin quản lý tài nguyên rừng dựa trên ảnh
vệ tinh và hệ thống thông tin địa lý
Phương pháp và nội dung nghiên cứu được sử dụng trong suốt quá trình
làm luận văn là:
• Nghiên cứu về viễn thám, ảnh vệ tinh các đặc điểm của ảnh vệ tinh,
phân loại ảnh vệ tinh, các phương pháp tổ chức dữ liệu của ảnh vệ
tinh
• Tìm hiểu các phương pháp xử lý ảnh vệ tinh như hiệu chỉnh bức xạ,
hiệu chỉnh hình học, tăng c
ường chất lượng ảnh, biến đối giữa các
ảnh, phân loại ảnh
• Tìm hiểu về phần mềm mã nguồn mở GRASS để xử lý và giải đoán
ảnh vệ tinh
• Xây dựng hệ thống thông tin quản lý tài nguyên rừng dựa trên các
giải pháp GIS nguồn mở
Bố cục của luận văn được trình bày như sau:

Mở đầu: Đặt vấn đề về ý nghĩa, tính cấ
p thiết, nhiệm vụ và tính thực tiễn
của đề tài.
Chương 1: Tổng quan về viễn thám và ảnh vệ tinh
• Giới thiệu chung về viễn thám
• Khái niệm về tư liệu ảnh số
• Một số loại ảnh vệ tinh
Chương 2: Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh
• Phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh
• Phương pháp phân loại ảnh vệ tinh
• Phương pháp đánh giá biến động

11
Chương 3: Xây dựng hệ thống thông tin quản lý tài nguyên rừng
• Đặt vấn đề bài toán
• Các công cụ hỗ trợ bằng nguồn mở
• Xây dựng hệ thống mô phỏng
Kết luận: Đánh giá kết quả đạt được, xác định những ưu, nhược điểm và
định hướng phát triển.



12
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VIỄN THÁM VÀ ẢNH VỆ TINH
1.1.
Khái niệm cơ bản về viễn thám
Thuật ngữ viễn thám (Remote sensing) - điều tra từ xa, xuất hiện từ năm
1960 do một nhà địa lý người Mỹ là E. Pruit đặt ra (Thomas, 1999). Kỹ thuật
viễn thám là một kỹ thuật đa ngành, nó liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ
thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau như:

- Thu nhận thông tin
- Tiền xử lý thông tin
- Phân tích và giải đoán thông tin
- Đưa ra các sản phẩm dưới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợ
p
Vì vậy có thể định nghĩa Viễn thám là sự thu nhận và phân tích thông tin
về đối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng nghiên cứu. Bằng
các công cụ kỹ thuật, viễn thám có thể thu nhận các thông tin, dữ kiện của các
vật thể, các hiện tượng tự nhiên hoặc một vùng lãnh thổ nào đó ở một khoảng
cách nhất định.
1.2. Khái niệm về một số đặc trưng của ảnh viễn thám
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, mỗ
i phần tử được gọi
là các 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 quét 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 [2] …
Ảnh vệ tinh được đặc trưng bởi một số thông số cơ bản như sau [2]:

13

- Tính chất hình học của ảnh vệ tinh
Trường nhìn không đổi IFOV (instantaneous field of view) được định
nghĩa là góc không gian tương ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt đất. Lượng
thông tin ghi được trong IFOV tương ứng với giá trị của pixel.
Góc nhìn tối đa mà một bộ cảm có thể thu được sóng điện từ được gọi là
trường nhìn FOV (field of view). Khoảng không gian trên mặt đất do FOV tạo
nên chính là bề rộng tuyến bay.
Di
ện tích nhỏ nhất trên mặt đất mà bộ cảm có thể phân biệt được gọi là độ
phân giải không gian. Ảnh có độ phân giải không gian càng cao khi có kích
thước pixel càng nhỏ. Độ phân giải không gian cũng được gọi là độ phân giải
mặt đất khi hình chiếu của 1 pixel tương ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt
đất.
- Tính chất phổ của ảnh vệ tinh
Cùng một vùng phủ mặt đất tương
ứng, các pixel sẽ cho giá trị riêng biệt
theo từng vùng phổ ứng với các loại bước sóng khác nhau. Do đó, thông tin
được cung cấp theo từng loại ảnh vệ tinh khác nhau không chỉ phụ thuộc vào số
bit dùng để ghi nhận, mà còn phụ thuộc vào phạm vi bước sóng.
Độ phân giải phổ thể hiện bởi kích thước và số kênh phổ, bề rộng phổ
hoặc sự phân chia vùng phổ mà ảnh vệ tinh có thể phân biệt một số lượng l
ớn
các bước sóng có kích thước tương tự, cũng như tách biệt được các bức xạ từ
nhiều vùng phổ khác nhau. Độ phân giải bức xạ thể hiện độ nhạy tuyến tính của
bộ cảm biến trong khả năng phân biệt sự thay đổi nhỏ nhất của cường độ phản
xạ sóng từ các vật thể.
Để lưu trữ, xử lý và hiển thị ả
nh vệ tinh trong máy tính kiểu raster, tuỳ
thuộc vào số bit dùng để ghi nhận thông tin, mỗi pixel sẽ có giá trị hữu hạn ứng
với từng cấp độ xám (giá trị độ sáng của pixel; BV - Brightness Value). Số bit

dùng để ghi nhận thông tin được gọi là độ phân giải bức xạ của ảnh vệ tinh.
- Độ phân giải thời gian của ảnh vệ tinh
Độ phân giải thời gian không liên quan đến thiết bị ghi ảnh mà chỉ liên
quan đến khả
năng chụp lặp lại của ảnh vệ tinh. Ảnh được chụp vào những ngày
khác nhau cho phép so sánh đặc trưng bề mặt theo thời gian. Ưu thế của độ phân
giải thời gian là cho phép cung cấp thông tin chính xác hơn và nhận biết sự biến

14
động của khu vực cần nghiên cứu. Hầu hết các vệ tinh đều bay qua cùng một
điểm vào khoảng thời gian cố định (mất từ vài ngày đến vài tuần) phụ thuộc vào
quỹ đạo và độ phân giải không gian
.
Dữ liệu ảnh vệ tinh được lưu trữ theo các khuôn dạng sau đây:
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 dữ liệu ảnh chung
cho các kênh phổ.
Theo kiểu BSQ (band sequential): là khuôn dạng trong đó các kênh phổ
được lưu tuần tự hết kênh này sang kênh khác. Nghĩa là mỗi ảnh
ứng với một
kênh.
Theo kiểu BIP (band inteleaved by pixel): mỗi pixel được lưu tuần tự theo
các kênh, nghĩa là các kênh phổ được ghi theo hàng và cột của từng pixel. Sau
khi kết thúc tổ hợp phổ của pixel này lại chuyển sang tổ hợp phổ của pixel khác.


Hình 1. Cấu trúc dữ liệu ảnh vệ tinh

1.3. Lịch sử nghiên cứu trên thế giới

Mặc dù bức ảnh đầu tiên được chụp năm 1858 nhưng mãi đến tháng 9
năm 1887 mới có một kỹ sư Lâm nghiệp người Đức thử nghiệm đoán đọc cây
rừng trên ảnh hàng không. Theo GS. Vũ Tiến Hinh, TS. Phạm Ngọc Giao [1] thì

15
Spurr đã chia lịch sử viễn thám trong lâm nghiệp thế giới thành ba giai đoạn
chính như sau:
Giai đoạn thứ nhất: Từ cuối thế kỷ 19 đến trước chiến tranh thế giới lần
thứ nhất, đánh dấu bằng sự ra đời của ảnh hàng không, kính lập thể và những
thử nghiệm ban đầu về ứng dụng chúng trong lâm nghiệp như thí nghiệm của
Rudolf Kobsa và Ferdinand Wang (Áo, 1882), Hugershoff.R (Đứ
c-1911), Hand
Dock (Áo.1913).
Giai đoạn thứ hai: Từ chiến tranh thế giới lần thứ nhất đến cuối chiến
tranh thế giới lần thứ hai. Giai đoạn này ghi nhận thành công của một số tác giả
ở một số nước. Xây dựng bản đồ rừng từ ảnh hàng không ở vùng Maurice thuộc
Canada, bản đồ thực vật rừng ở Anh (1924), điều tra trữ lượng rừng từ
ảnh hàng
không của Mỹ (1940). Thí nghiệm các phương pháp đo tán, đo chiều cao trên
ảnh của Seely, Hugershoff,… Tuy nhiên, giai đoạn này chưa xây dựng được
hoàn chỉnh hệ thống lý luận cũng như các phương pháp đọc đoán ảnh hàng
không.
Giai đoạn thứ ba: Từ chiến tranh thế giới thứ hai đến nay. Cùng với sự
phát triển khoa học kỹ thuật, việc nghiên cứu ứng dụng viễn thám ngày càng
phát triển rộng rãi ở
nhiều nước. Kỹ thuật viễn thám phát triển theo chiều hướng
ngày càng phong phú, tinh vi, chính xác và cập nhật hơn với chương trình
“Interkosmos” và vệ tinh “Landsat”. Song song với hai hệ thống trên là hệ thống
trạm thu và xử lý thông tin ở nhiều quốc gia trên thế giới như Canada, Brazin,
Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc,… Gần đây hệ thống vệ tinh ảnh SPOT, ảnh

ADEOS, ảnh TERRA, đã nâng cao hơn nữa khả năng ứng dụng của kỹ thuậ
t
viễn thám trong lâm nghiệp.
1.4. Lịch sử nghiên cứu ở Việt Nam
Trong suốt thời gian dài trước năm 1945, Việt Nam không có khả năng
thực hiện việc điều tra rừng. Thời kỳ này chỉ có số liệu về tài nguyên rừng được
công bố trong công trình "Lâm nghiệp Đông Dương" của P. Maurand và số liệu
đó thường được xem là tài liệu gốc để so sánh diễn biến rừng ở Việt Nam từ
năm 1945 trở về sau.
Năm 1958, với sự hợp tác của CHDC
Đức đã sử dụng ảnh máy bay đen
trắng toàn sắc tỷ lệ 1/30.000 để điều tra rừng ở vùng Đông Bắc [3]. Đó là một

16
bước tiến bộ kỹ thuật rất cơ bản, tạo điều kiện xây dựng các công cụ cần thiết để
nâng cao chất lượng công tác điều tra rừng ở nước ta. Từ cuối năm 1958, bình
quân mỗi năm đã điều tra được khoảng 200.000 ha rừng, đã sơ thám được tình
hình rừng và đất đồi núi, lập được thống kê tài nguyên rừng đơn giản và vẽ
được
phân bố tài nguyên rừng ở miền Bắc. Đến cuối năm 1960, tổng diện tích rừng ở
miền Bắc đã điều tra được vào khoảng 1,5 triệu ha. Ở miền Nam ảnh máy bay
được sử dụng từ năm 1959, đã xác định tổng diện tích rừng miền Nam là 8 triệu
ha.
Giai đoạn 1970 – 1975 ảnh máy bay đã được sử dụng rộng rãi để xây
dựng các bản đồ hi
ện trạng, bản đồ mạng lưới vận xuất, vận chuyển cho nhiều
vùng thuộc miền Bắc (Vũ Tiến Hinh, Phạm Ngọc Giao, 1997) [1].
Từ năm 1981 đến năm 1983, lần đầu tiên ngành lâm nghiệp tiến hành điều
tra, đánh giá tài nguyên rừng trên phạm vi toàn quốc. Trong đó đã kết hợp giữa
điều tra mặt đất và giải đoán ảnh vệ tinh do FAO hỗ trợ. Do vào đầu những n

ăm
1980, ảnh vệ tinh và ảnh hàng không còn rất hạn chế, chỉ đáp ứng yêu cầu điều
tra rừng ở một số vùng nhất định mà chưa có đủ cho toàn quốc.
Từ năm 1991 – 1995 đã tiến hành theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn
quốc và xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng trên cơ sở kế thừa những
bản đồ hiện trạng rừng hiện có thời k
ỳ trước năm 1990, sau đó dùng ảnh vệ tinh
Landsat MSS và Landsat TM có độ phân giải 30x30m để cập nhật những khu
vực thay đổi sử dụng đất, những nơi mất rừng hoặc những nơi có rừng trồng mới
hay mới tái sinh phục hồi [4]. Ảnh vệ tinh Landsat MSS và Landsat TM tỷ lệ
1:250.000 được giải đoán khoanh vẽ trực tiếp trên ảnh bằng mắt thường. Kết
quả giải đoán
được chuyển hoạ lên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 và được kiểm
tra tại hiện trường. Thành quả đã thành lập được: bản đồ sinh thái thảm thực vật
rừng các vùng tỷ lệ 1:250.000; bản đồ dạng đất đai các tỉnh tỷ lệ 1:100.000 và
các vùng tỷ lệ 1:250.000.
Từ năm 1996 – 2000, bản đồ hiện trạng rừng được xây dựng bằng phương
pháp viễn thám. Ảnh v
ệ tinh đã sử dụng là SPOT3, có độ phân giải 15m x 15m,
phù hợp với việc xây dựng bản đồ tỷ lệ 1:100.000. So với ảnh Landsat MSS và
Landsat TM, ảnh SPOT3 có độ phân giải cao hơn, các đối tượng trên ảnh cũng
được thể hiện chi tiết hơn. Ảnh SPOT3 vẫn được giải đoán bằng mắt thường nên

17
kết quả giải đoán vẫn còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của chuyên gia giải
đoán và chất lượng ảnh. Kết quả về mặt thành lập bản đồ: đã xây dựng được bản
đồ phân vùng sinh thái thảm thực vật cấp vùng và toàn quốc; bản đồ phân loại
đất cấp tỉnh, vùng và toàn quốc; bản đồ hiện trạng rừng cấp tỉnh,
vùng và toàn
quốc và bản đồ hiện trạng rừng tỷ lệ 1:100.000; 1:250.000; 1:1000.000 [2],[ 5].

Từ năm 2000 – 2005, phương pháp xây dựng bản đồ trong lâm nghiệp đã
được phát triển lên một bước. Bản đồ hiện trạng rừng được xây dựng từ ảnh số
vệ tinh Landsat ETM+. Độ phân giải ảnh là 30m x 30m. Việc giải đoán ảnh
được thực hiện trong phòng dựa trên những mẫu khóa ảnh đã được kiểm tra
ngoài hi
ện trường. Ưu điểm của phương pháp giải đoán ảnh số là tiết kiệm được
thời gian và có thể giải đoán thử nhiều lần trước khi lấy kết quả chính thức [6].
Như vậy, tuy khoa học điều tra rừng ra đời muộn hơn so với nhiều môn
khoa học khác nhưng đã đạt được những thành quả nhất định. Song song với
điều tra m
ặt đất, đã nghiên cứu thử nghiệm và từng bước ứng dụng có hiệu quả
phương pháp viễn thám trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng. Tuy nhiên,
hệ thống các bản đồ tài nguyên rừng Việt Nam hiện nay, do được xây dựng tại
các thời điểm khác nhau và đã sử dụng nhiều nguồn thông tin tư liệu, nhiều
nguồn ảnh, từ ảnh vệ tinh Landsat MSS, TM, SPOT, Aster, Radar, ảnh máy bay
và hệ thống phân loại r
ừng rất khác nhau qua các thời kỳ, nên đã tạo ra nhiều
loại số liệu không đồng bộ, gây khó khăn cho người sử dụng, đặc biệt trong việc
theo dõi biến động về diện tích của rừng qua các thời kỳ.
1.5. Một số loại ảnh vệ tinh phổ biến
1.5.1. Ảnh Landsat
Hiện nay ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lượng kênh phổ và độ phân
giải khác nhau. Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM được thu từ vệ tinh Landsat-4
và -5 và ảnh Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat-7 được sử dụng phổ
biến nhất. Ảnh Landsat TM gồm 6 kênh phổ nằm trên dải sóng nhìn thấy và
hồng ngoại với độ phân giải không gian 30mx30m và một giải phổ hồng ngoại
nhiệt ở kênh 6, độ phân gi
ải 120mx120m để đo nhiệt độ bề mặt. Ảnh Landsat

18

ETM+ ghi phổ trên 8 kênh ở các bước sóng giống như của ảnh Landsat TM,
điều khác biệt là ở Landsat ETM+, kênh hồng ngoại nhiệt (Thermal) có độ phân
giải cao hơn (60mx60m) và có thêm kênh toàn sắc (Pan) với độ phân giải không
gian là 15mx15m.
Kênh Bước sóng (µm) Tên gọi phổ
Độ phân giải
không gian (m)
Lưu trữ
(bit)
TM1 0,45-0,52 Xanh lam 30 8
TM2 0,52-0,60 Xanh lục 30 8
TM3 0,63-0,69 Đỏ 30 8
TM4 0,76-0,90 Cận hồng ngoại 30 8
TM5 1,55-1,75 Hồng ngoại sóng ngắn 30 8
TM6 10,4-12,5 Hồng ngoại nhiệt 120 8
TM7 2,08-2,35 Hồng ngoại sóng ngắn 30 8
Bảng 1 Một số thông số các kênh phổ của ảnh Landsat TM

Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ nghiên
cứu hiện trạng đến giám sát biến động và được sử dụng phổ biến nhất, với giá
thành thấp, dưới đây đề tài thống kê những ứng dụng chính của ảnh Landsat
trong nghiên cứu:
- Kênh phổ xanh lam (0,45µm -0,52µm) được ứng dụng nghiên cứu đường
b
ờ, phân biệt thực vật và đất, lập bản đồ về rừng và xác định các đối tượng khác.
- Kênh phổ xanh lục (0,52µm -0,60µm), được dùng để đo phản xạ cực đại
phổ lục của thực vật, xác định trạng thái thực vật, xác định các đối tượng khác.
- Kênh phổ đỏ (0,63µm -0,69µm), dùng xác định vùng hấp thụ chlorophyl
giúp phân loại thực vật, xác định các đối tượng khác.
- Kênh phổ cận hồng ngo

ại (0,76µm -0,90µm), dùng xác định các kiểu thực

19
vật, trạng thái và sinh khối, độ ẩm của đất.
- Kênh hồng ngoại sóng ngắn (1,55-1,75µm; 2,08-2,35µm), được sử dụng
để xác định độ ẩm của thực vật và đất, nghiên cứu về đá khoáng, tách tuyết và
mây.
- Kênh hồng ngoại nhiệt (10,4µm -12,5µm), được dùng để xác định thời
điểm thực vật bị sốc, độ ẩm của đất và thành lập bản đồ nhiệt.
- Kênh toàn sắc 0,52-0,9: vói độ
phân giải thấp và giải phổ liên tục, ảnh của
kênh này được sử dụng để chồng ghép với các kênh ảnh khác, từ đó đo vẽ chính
xác các đối tượng.
Kênh
Bước sóng
(µm)
Tên gọi phổ
Độ phân giải
không gian (m)
Lưu trữ
(bit)
ETM+1 0,45-0,52 Xanh lam 30 8
ETM+2 0,52-0,6 Xanh lục 30 8
ETM+3 0,63-0,69 Đỏ 30 8
ETM+4 0,76-0,90 Cận hồng ngoại 30 8
ETM+5 1,55-1,75 Hồng ngoại sóng ngắn 30 8
ETM+6 10,4-12,5 Hồng ngoại nhiệt 60 8
ETM+7 2,08-2,35 Hồng ngoại sóng ngắn 30 8
ETM+8 0,52-0,9 Toàn sắc 15 8
Bảng 2. Một số thông số các kênh phổ ảnh Landsat ETM+, Landsat -7

1.5.2. Ảnh MODIS
Ảnh MODIS được thu từ bộ cảm MODIS đặt trên vệ tinh Terra (2000) và
vệ tinh Aqua (2002) có mục đích cung cấp dữ liệu về đất liền, biển và khí quyển
một cách đồng thời. Ảnh MODIS cung cấp dữ liệu ảnh toàn cầu 2 ngày một lần
với độ phân giải không gian là 250m, 500m và 1000m. Số kênh phổ của MODIS

20
là 36 kênh và dữ liệu ở dạng 12 bit, MODIS có đặc tính chỉnh hình học và phổ.
Phương pháp chỉnh phổ kênh đối với kênh được tham chiếu cho 36 kênh cho ra
sai số ½ pixel hoặc cao hơn.
Dữ liệu của ảnh MODIS bao gồm các loại sau:
- Dữ liệu nghiên cứu mây với độ phân giản 250m x 1000m vào ban ngày và
độ phân giải 1000m x 1000m vào ban đêm.
- Nồng độ tầng đối lưu và đặc tính quang với độ phân giải 5km cho vùng
biển và 10km cho đất liền vào ban ngày.
- Đặ
c tính về mây, độ dầy quang học, ảnh hưởng của bán kính hạt, pha
nhiệt động học, mây ở các vùng vĩ tuyến cao, nhiệt độ mây ở độ phân giải 1km-
5km ban ngày và 5km vào ban đêm.
- Phủ thực vật đất: điều kiện và năng suất được đặc trưng bởi chỉ số thực
vật, được hiệu chỉnh tác động của khí quyển, đất, phân cực và ảnh hưởng theo
hướ
ng phản xạ bề mặt, kiểu phủ đất và năng suất nguyên thủy thực, chỉ số lá
theo diện tích và bức xạ hiệu lực mang tính quang hợp bị chắn.
- Phản xạ về diện tích phủ của tuyết và băng trên biển
- Đo nhiệt độ bề mặt với độ phân giải 1km vào ban ngày và đêm với độ
chính xác của hiệu chỉnh tuyệt đối là 0,3-0,50 tại đại d
ương và mặt đất.
- Màu của biển (phổ phát xạ của đại dương được đo 5%), dựa trên dữ liệu

kênh phổ trong giải sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần.
- Nồng độ chlorophyl a (với 35%) từ 0,05 đến 50mg/m3 cho nước.
- Huỳnh quang của chlorophyl (50%) trên bề mặt với nồng độ 0,5mg/m3
của chlorophyla.
Kênh
phổ
Bước sóng
(µm)
Độ phân giải
không gian (m)
Lưu trữ
(bit)
Ứng dụng
1 0,620-0,670 250 12
Khoang ranh giới

21
2 0,841-0,876 250 12 mây/đât
3 0,459-0,479 500 12
4 0,545-0,565 500 12
5 1,230-1,250 500 12
6 1,628-1,652 500 12
7 2,105-2,155 500 12
Nghiên cứu đặc tính
đất/mây
8 0,405-0,420 1000 12
9 0,438-0,448 1000 12
10 0,493-0,493 1000 12
11 0,526-0,536 1000 12
12 0,546-0,556 1000 12

13 0,662-0,672 1000 12
14 0,673-0,683 1000 12
15 0,743-0,753 1000 12
16 0,862-0,877 1000 12
Nghiên cứu về mầu
nước biển,
phytopkankton, sinh
địa hóa học
17 0,890-0,920 1000 12
18 0,931-0,941 1000 12
19 0,915-0,965 1000 12
Nghiên cứu về hơi
nước khí quyển
20 3,66-3,84 1000 12
21 3,929-3,989 1000 12
22 4,020-4,080 1000 12
Đo nhiệt độ bề
mặt/mây
23 4,433-4,498 1000 12
24 4,482-4,549 1000 12
Đo nhiệt độ khí quyển
25 1,36-1,39 1000 12 Mây ti

22
26 6,853-6,895 1000 12
27 7,175-7,495 1000 12
28 8,4-8,7 1000 12
29 9,58-9,88 1000 12
Nghiên cứu về hơi
nước trong khí quyển

30 9,58-9,88 1000 12 Nghiên cứu về tầng O
3
31 10,78-11,28 1000 12
32 11,77-12,27 1000 12
Nghiên cứu nhiệt độ
bề mặt/mây
33 13,185-13,485 1000 12
34 13,485-13,785 1000 12
35 13,785-14,085 1000 12
36 14,085-14,385 1000 12
Nghiên cứu mây ở vĩ
độ cao
Bảng 3. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh MODIS

1.5.3. Ảnh VHARR
Ảnh được thu từ vệ tinh NOAA (National Ocenic and Atmospheric
Administration) là vệ tinh nghiên cứu khí tượng. Dữ liệu của ảnh có tính chất
toàn cầu được đưa về độ phân giải 4km và được cung cấp một ngày một lần trên
dải sóng nhìn thấy và dải phổ hồng ngoại, trường phủ mặt đất của ảnh là
2400km. Dữ liệu
ảnh NOAA dùng trong việc lập bản đồ nhiệt độ, tuyết phủ,
điều tra lụt, nghiên cứu thực vật, phân tích độ ẩm đất trên cấp độ khu vực, lập
bản đồ nhiên liệu, tìm kiếm cháy, lập bản đồ bụi và bão cát, nghiên cứu biến đổi
khí hậu và các ứng dụng trong địa chất như nghiên cứu núi lửa, nghiên cứu
mạng lưới sông suối có tính chất khu vực và các yếu tố khác.
Ảnh NOAA đã
được sử dụng để nghiên cứu thực vật trên diện rộng. Các kênh phổ được sử dụng
trong nghiên cứu nằm trong dải sóng nhìn thấy (0,58 -0,68µm) và kênh 2 dải
sóng hồng ngoại gần (0,73-1,1µm). Tổ hợp các thuật toán xử lý ảnh cho phép
nghiên cứu khả năng nhạy cảm về điều kiện của thực vật xanh. Một trong các tỷ

số được xác định là chỉ số thực vậ
t NDVI = (phổ hồng ngoại gần – phổ nhìn

23
thấy)/(phổ hồng ngoại gần + phổ nhìn thấy) và chỉ số thực vật đơn giản VI = phổ
hồng ngoại – phổ nhìn thấy
Kênh phổ Bước sóng (µm) Độ phân giải không gian
1 0,58-0,68 1,1 km
2 0,72-1,1 1,1 km
3 3,55-3,93 1,1 km
4 10,30-11,30 1,1 km
5 11,30-12,50 1,1 km
Bảng 4. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh NOAA

1.5.4. Ảnh ASTER
Ảnh ASTER được thu từ bộ cảm ASTER đặt trên vệ tinh Terra, độ phủ
của ảnh là 60km. Bộ cảm ASTER được cấu thành từ 3 phụ hệ riêng rẽ, mỗi hệ
phụ hoạt động trên một hệ quang riêng biệt. Các hệ phụ này là nhìn thấy và
hồng ngoại gần (VNIR), bao gồm các kênh phổ 1-3, hồng ngoại sóng ngắn
(SWIR) gồm các kênh phổ 4-9 và hồng ngoại nhiệt (TIR) gồm các kênh phổ
10-14.
Kênh phổ Bước sóng (µm)
Độ
phân giải không
gian (m)
Lưu trữ (bit)
1 0,52-0,6 15 8
2 0,63-0,69 15 8
3 0,76-0,86 (nhìn trực tâm) 15 8
3 0,76-0,86 (nhìn sau) 15 8

4 1,60-1,70 30 8

24
5 2,145-2,185 30 8
6 2,185-2,225 30 8
7 2,235-2,285 30 8
8 2,295-2,365 30 8
9 2,36-2,43 30 8
10 8,125-8,475 60 12
11 8,475-8,825 60 12
12 8,925-9,275 60 12
13 10,25-10,95 60 12
14 10,95-11,65 60 12
Bảng 5. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh ASTER

Các ứng dụng chính của ảnh ASTER là: Quan sát đất liền, biển, mặt
tuyết, quá trình mây; Nghiên cứu về động lực và cấu trúc của thực vật;
Nghiên cứu về cân bằng phóng xạ của khí quyển, mây và sự mở rộng và đặc
tính tầng đối lưu; Xác định nồng độ và biến động của các khí nhà kính;
Nghiên cứu về núi lửa và các quá trình bề mặt của trái đất.
1.5.5. Ảnh SPOT
Ảnh SPOT được thu từ b
ộ 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 không 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.

Tên band phổ
Dải phổ
(µm)
Độ phân giải
(m)
Độ che phủ
mặt đất (km)
Lưu trữ (bit)

25
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
Bảng 6. Một số thông số về các kênh phổ của ảnh SPOT-1;-2;-3

Ảnh SPOT thuộc thế hệ vệ tinh SPOT-1,-2,-3 ảnh có hai dạng là: ảnh
toàn 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.
Kênh phổ Tên phổ

Dải phổ
(µm)
Độ phân giải
không 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
Bảng 7. Một số thông số các kênh phổ của ảnh SPOT-4

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