Ứng dụng, nghiên cứu phát triển phương pháp xử lý ảnh số, theo dõi biến động tài nguyên thiên nhiên mặt đất vùng trung - hạ lưu sông Đà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



LẠI ANH KHÔI



Ứng dụng, nghiên cứu phát triển phương pháp
xử lý ảnh số, theo dõi biến động tài nguyên
thiên nhiên mặt đất vùng trung - hạ lưu sông Đà

Luận án TS Địa lý
Mã số: 62.85.15.01







Hà Nội – 2007


2

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5
MỞ ĐẦU 7

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 8
2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN ÁN 9
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 10
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN
CỨU 11
5. CƠ SỞ TÀI LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM 11
6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13
7. LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ 14
8. ĐÓNG GÓP MỚI 14
9. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN 15
CHƢƠNG 1 16
VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH SỐ TRONG VIỄN THÁM 16
1.1 VIỄN THÁM 16
1.2 XỬ LÝ ẢNH SỐ TRONG VIỄN THÁM 20
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ XỬ
LÝ ẢNH SỐ TRONG VIỄN THÁM Ở VIỆT NAM 22
1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 28
CHƢƠNG 2 29
ĐÁNH GIÁ VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI ẢNH SỐ 29
2.1 BÀI TOÁN PHÂN LOẠI 29
2.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI CÓ GIÁM SÁT 32
2.2.1 PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HỢP LÝ TỐI ĐA (MAXIMUM
LIKELIHOOD) 33
2.2.2 PHƢƠNG PHÁP KHOẢNG CÁCH TỐI THIỂU (MINIMUM
DISTANCE) 40
2.2.3 PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI MAHALANOBIS 44
2.2.4 PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI HÌNH HỘP 46
2.2.5 PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI SỬ DỤNG MẠNG NƠ RON 47
2.2.6 PHÂN LOẠI THEO BỐI CẢNH (CONTEXTUAL
CLASSIFICATION) 52

2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN LOẠI KHÔNG GIÁM SÁT 54
2.3.1 THUẬT TOÁN K GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH 54
2.3.2 THUẬT TOÁN ISODATA (INTERACTIVE SELF-
ORGANIZING DATA ANALYSIS) 55
2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 57


3
CHƢƠNG 3 59
NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ẢNH 59
3.1 NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN 60
3.1.1 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI PHẢI PHÙ HỢP 60
3.1.2 SỐ LIỆU MẪU PHẢI THỰC SỰ ĐẠI DIỆN CHO MỖI LỚP 61
3.1.3 TẬN DỤNG CHIỀU CỦA KHÔNG GIAN PHỔ 63
3.1.4 TÍCH HỢP CÁC THÔNG TIN BỔ TRỢ TRONG QUÁ TRÌNH
PHÂN LOẠI 65
3.1.5 SỬ DỤNG CÁC GIÁ TRỊ NGƢỠNG ĐỂ KIỂM SOÁT QUÁ
TRÌNH PHÂN LOẠI 66
3.2 GIẢI PHÁP VÀ QUY TRÌNH THỰC HIỆN 66
3.2.1 ƢỚC LƢỢNG SỐ LỚP PHỔ TRÊN ẢNH 68
3.2.2 PHÂN LOẠI ẢNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHÔNG GIÁM SÁT
69
3.2.3 TÍNH TOÁN ĐẶC TRƢNG THỐNG KÊ CỦA CÁC LỚP PHỔ 70
3.2.4 LỰA CHỌN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI DÙNG TRONG PHÂN
LOẠI CÓ GIÁM SÁT 70
3.2.5 LỰA CHỌN BỔ SUNG CÁC VÙNG MẪU 72
3.2.6 PHÂN LOẠI ẢNH CÓ GIÁM SÁT 73
3.2.7 NHÓM GỘP, ĐẶT TÊN CHO CÁC LỚP 74
3.2.8 XỬ LÝ SAU PHÂN LOẠI, CHỈNH SỬA ẢNH KẾT QUẢ 74
3.2.9 TÓM LƢỢC QUY TRÌNH PHÂN TÍCH ẢNH 75

3.3 THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG 78
3.4 CẢI THIỆN, HIỆU CHỈNH KẾT QUẢ PHÂN LOẠI 83
3.4.1 LỌC ẢNH PHÂN LOẠI 83
3.4.1.1 PHÂN LOẠI CÁC PHÉP LỌC 83
3.4.1.2 LỰA CHỌN LỌC CHO ẢNH PHÂN LOẠI 85
3.4.2 BIÊN TẬP, CHỈNH SỬA ẢNH PHÂN LOẠI 95
3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 97
CHƢƠNG 4 98
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH SỐ TRONG NGHIÊN CỨU
BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN VÙNG TRUNG-HẠ LƢU SÔNG ĐÀ 98
4.1 KHU VỰC NGHIÊN CỨU 98
4.1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA MẠO 99
4.1.2 KHÍ HẬU 102
4.1.3 THUỶ VĂN 103
4.1.4 THỔ NHƢỠNG - SINH VẬT 105
4.2 TƢ LIỆU SỬ DỤNG 107
4.3 PHƢƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH THỰC HIỆN 110
4.4 BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ CÁC NĂM 1993 VÀ 2000 123


4
4.5 BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ KHU VỰC NGHIÊN CỨU GIAI ĐOẠN
1993 - 2000 134
4.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 141
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 144
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO 145
PHỤ LỤC 157

5
DANH MC CC BNG

Bng 3.1: Ma trn nhm ln trong kt qu phõn loi theo cỏc lp thụng tin
75
Bng 3.2: Ma trn nhm ln trong kt qu phõn loi s dng s liu mu
khụng c
trng 77
Bng 3.3: Ma trn nhm ln trong kt qu phõn loi do ct gim s kờnh 79
Bng 4.1: Thụng s k thut v cỏc v tinh
Landsat 103
Bng 4.2: Thụng s k thut v cỏc b thu trờn v tinh Landsat 104
Bng 4.3: Din tớch cỏc loi t trong khu vc nm 1993, 2000 127
Bng 4.4: C cu s dng t trong cỏc nm 1993,2000 128
Bng 4.5: Bin ng qua li gia cỏc loi hỡnh lp ph trong khu vc giai
on 1993-2000 129
Bng 4.6: Bin ng qua li gia cỏc loi hỡnh s dng t trong khu
vc giai on 1993-
2000 130
Bng 4.7: Bng phõn b cỏc loi hỡnh lp ph theo dc 133
Bng 4.8: Bng phõn b cỏc loi hỡnh s dng t theo
dc 133

DANH MC CC HèNH V V TH

Hình 1: Vị trí khu vực nghiên cứu 10
Hình 2.1: Không gian phổ 2 chiều biểu diễn riêng 2 kênh 5 và 7 của ảnh

Landsat MSS 31
Hình 2.2: Sự phân hoá của các lớp thông tin thành các lớp phổ 32
Hình 2.3: Ng-ỡng phân loại trong tr-ờng hợp ph-ơng pháp hợp lý tối đa 38
Hình 2.4: Sự khác biệt giữa khoảng cách Ơ-clit và khoảng cách theo cạnh
khối 41
Hình 2.5: Đ-ờng phản xạ phổ của các điểm ảnh t-ơng ứng với hình 2. 4 42
Hình 2.6: Minh hoạ ph-ơng pháp hình hộp 46
Hình 2.7: Phân bố của các lớp trên ảnh gốc (a) và ảnh thành phần chính (b)
47
Hình 2.8: Sơ đồ một mạng nơ ron lan truyền ng-ợc. 48
Hình 2.9: Đồ thị hàm chữ S 49
Hình 3.2: ảnh h-ởng của vùng mẫu lên kết quả phân loại: 63
Hình 3.3: Quy trình phân tích ảnh kết hợp các ph-ơng pháp phân loại ảnh số
và giải đoán bằng mắt 69


6
Hình 3.4: Đồ thị dao động giá trị độ xám của 1 lớp phổ trên các kênh. 71
Hình 3.5: ảnh gốc (a) và ảnh đ-ợc phủ lớp phổ biểu diễn mặt n-ớc (b) 71
Hình 3.6: ảnh tổ hợp màu khu vực thử nghiệm (R:4, G:2, B:1) 79
Hình 3.7: Kết quả phân loại vận dụng quy trình mô tả trong mục 3.2 80
Hình 3.8: Kết quả phân loại dựa trên các lớp thông tin 81
Hình 3.9: Kết quả phân loại với vùng mẫu không đủ đại diện 82
Hình 3.10: Kết quả phân loại, sử dụng 4 kênh đầu của ảnh 83
Hình 3.12: Hiệu quả của hai lọc hình thái cơ bản 89
Hình 3.13: Hoạt động của lọc giãn mở với 2 phần tử cấu trúc khác nhau 91
Hình 3.14: Tác động của lọc sieve (a) và lọc đa số (b) 95
Hình 4.1: Bản đồ hành chính khu vực nghiên cứu 100
Hình 4.2: Bản đồ độ cao khu vực nghiên cứu 101
Hình 4.3 : Mạng l-ới thuỷ văn khu vực nghiên cứu 104

Hình 4.4: Quy trình đánh giá biến động lớp phủ khu vực nghiên cứu 113
Hình 4.5: Ph-ơng pháp nội suy tuyến tính 2 chiều (a) và bậc 3 (b) 117
Hình 4.6: Nguyên lý cân bằng biểu đồ phân bố độ xám 2 ảnh 120
Hình 4.7: Các ảnh mặt nạ (a) và kết quả phân loại ảnh năm 1993 bằng
ph-ơng pháp ISODATA đ-ợc gán màu theo các lớp thông tin (b) 125
Hình 4.8: Kết quả phân loại ảnh năm 1993 bằng ph-ơng pháp ISODATA 126
Hình 4.9: Kết quả phân loại ảnh năm 2000 bằng ph-ơng pháp ISODATA 127
Hình 4.10: Bản đồ hiện trạng lớp phủ khu vực nghiên cứu năm 1993 131
Hình 4.11: Bản đồ hiện trạng lớp phủ khu vực nghiên cứu năm 2000 132
Hình 4.12: Diện tích các loại lớp phủ trong khu vực các năm 1993, 2000 . 133
Hình 4.13: Cơ cấu sử dụng đất trong khu vực các năm 1993(a), 2000(b) 134
Hình A1: ảnh 3D khu vực nghiên cứu năm 1993 159
Hình A2: Bản đồ độ dốc khu vực nghiên cứu 160
Hình A3: Bản đồ phân loại sử dụng đất khu vực nghiên cứu năm 1993 161
Hình A4: Bản đồ phân loại sử dụng đất khu vực nghiên cứu năm 2000 162
Hình A5: Bản đồ phân bố đất nông nghiệp KVNC năm 1993 163
Hình A6: Bản đồ phân bố đất nông nghiệp KVNC năm 2000 164
Hình A7: Bản đồ phân bố đất có rừng KVNC năm 1993 165
Hình A8: Bản đồ phân bố đất có rừng KVNC năm 2000 166
Hình A9: Bản đồ phân bố đất thổ c- KVNC năm 1993 167
Hình A10: Bản đồ phân bố đất thổ c- KVNC năm 2000 168
Hình A11: Bản đồ phân bố đất ch-a sử dụng KVNC năm 1993 169
Hình A12: Bản đồ phân bố đất ch-a sử dụng KVNC năm 2000 170
Hình A13: Bản đồ phân bố mặt n-ớc KVNC năm 1993 171
Hình A14: Bản đồ phân bố mặt n-ớc KVNC năm 2000 172
Hình A15: Bản đồ phân bố các khu vực đất nông nghiệp bị mất giai đoạn
1993-2000 173


7

Hình A16: Bản đồ phân bố các khu vực đất nông nghiệp gia tăng giai đoạn
1993-2000 174
Hình A17: Bản đồ phân bố các khu vực mất rừng giai đoạn 1993-2000 175
Hình A18: Bản đồ phân bố các khu vực rừng gia tăng giai đoạn 1993-2000
176
Hình A19: Bản đồ phân bố các khu vực đất thổ c- bị mất gđ 1993-2000 177
Hình A20: Bản đồ phân bố các khu vực đất thổ c- gia tăng gđ 1993-2000 178
Hình A21: Bản đồ phân bố các khu vực chuyển đổi từ đất ch-a sử dụng giai
đoạn 1993-2000 179
Hình A22: Bản đồ phân bố các khu vực đất ch-a sử dụng gia tăng giai đoạn
1993-2000 180
Hình A23: Bản đồ phân bố các khu vực mặt n-ớc bị mất gđ 1993-2000 181
Hình A24: Bản đồ phân bố các khu vực mặt n-ớc gia tăng gđ 1993-2000 182
Hình A25: Bản đồ phân bố đất ch-a sử dụng KVNC năm 2000 theo độ dốc
183

M U


8

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lĩnh vực viễn thám, kỹ thuật xử lý ảnh số đã xâm nhập vào Việt
Nam từ khá sớm. Hệ xử lý ảnh số đầu tiên đã có mặt tại Việt Nam năm 1983.
Đó là một hệ thống dựa trên máy tính mini của hãng Robotron (CHDC Đức)
do Viện Khoa học Việt Nam (nay là Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam)
đặt mua trong khuôn khổ của dự án “Ứng dụng viễn thám trong điều tra tài
nguyên thiên nhiên” do Chƣơng trình Phát triển của Liên hợp quốc (UNDP)
tài trợ. Tiếp đó đến năm 1989 đã xuất hiện bộ chƣơng trình xử lý ảnh đầu tiên
của Việt Nam mang tên MDASER (Multispectral Data Analysis System for
Earth Resource) do nghiên cứu sinh chủ trì xây dựng cùng nhóm Viễn thám
thuộc Phòng Điện tử - Viện Vật lý trong khuôn khổ đề tài “Nghiên cứu ứng
dụng kỹ thuật viễn thám trong điều tra tài nguyên thiên nhiên” thuộc chƣơng
trình cấp nhà nƣớc “Trắc địa - Bản đồ - Viễn thám”. Đây là bộ chƣơng trình
đƣợc xây dựng cho các máy PC với cấu hình lúc đó còn rất thấp. Đến những
năm gần đây, khi mà với tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử

và tin học, giá thành của máy tính, các thiết bị ngoại vi cũng nhƣ phần mềm
giảm xuống đáng kể thì ở hầu hết các cơ sở viễn thám của các bộ, các ngành
trong cả nƣớc đều đã đƣợc trang bị các hệ thống xử lý ảnh số. Tuy nhiên, trái
với những gì mong đợi, ở Việt Nam kỹ thuật xử lý ảnh số cho đến nay vẫn
chƣa thực sự phát huy đƣợc hiệu quả của mình dẫn tới những sự lãng phí rất
lớn về thiết bị, vốn đầu tƣ. Có nhiều lý do để giải thích thực trạng này, trong
đó phải kể tới hai nguyên nhân chính sau:
- Công tác đào tạo nhân lực chƣa đƣợc chú trọng đúng mức dẫn tới
thiếu những chuyên gia chuyên sâu có đầy đủ những hiểu biết về kỹ thuật xử
lý ảnh số, về tiềm năng cũng nhƣ hạn chế của nó nên chƣa làm chủ đƣợc
phƣơng tiện kỹ thuật.


9
- Mặc dù cũng đã có một số nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh số
để giải quyết một số nhiệm vụ khoa học và thực tiễn nhất định, tuy nhiên hiện
tại còn rất thiếu những nghiên cứu mang tính học thuật về kỹ thuật này.
Đề tài đƣợc nghiên cứu sinh lựa chọn trong bối cảnh nhƣ vậy nhằm giải
quyết một phần những bất cập kể trên. Khu vực thử nghiệm cho nghiên cứu
đƣợc chọn là vùng Trung-Hạ lƣu sông Đà. Đây là một địa bàn quan trọng về
kinh tế, xã hội và quốc phòng của đất nƣớc. Trong hơn hai thập kỷ qua và
trong thời gian tới, việc xây dựng các công trình lớn nhƣ thuỷ điện Hoà Bình,
thuỷ điện Sơn La, và trong tƣơng lai với việc cơ cấu lại tổ chức kinh tế-xã hội
Tây Bắc làm cho khu vực nghiên cứu đã và sẽ có nhiều biến động lớn trên
quy mô rộng. Bởi vậy việc ứng dụng một phƣơng pháp hiện đại, ƣu việt để
giám sát biến động các yếu tố tự nhiên mặt đất phục vụ cho tổ chức không
gian lãnh thổ khu vực là hết sức cấp thiết.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án
Mục tiêu của luận án là đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của

phƣơng pháp phân loại ảnh số và vận dụng để nghiên cứu theo dõi biến động
tài nguyên mặt đất vùng Trung - Hạ lƣu sông Đà.
Để đạt đƣợc mục tiêu kể trên, luận án sẽ giải quyết các nhiệm vụ cụ thể
sau:
1) Nghiên cứu bản chất, đặc điểm, phân tích điểm mạnh, yếu của các
phƣơng pháp phân loại ảnh số trong viễn thám;
2) Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của kết quả phân loại ảnh
số và các kỹ thuật sau phân loại (post classification) nhằm cải thiện chất
lƣợng ảnh phân loại;
3) Ứng dụng để xây dựng các bản đồ hiện trạng làm căn cứ xác định
biến động tài nguyên thiên nhiên mặt đất vùng Trung - Hạ lƣu sông Đà giữa


10
hai thời kỳ đầu thập kỷ 90 khi nhà máy thuỷ điện Hoà Bình mới bƣớc vào
hoạt động và hiện tại trong quá trình thi công xây dựng nhà máy thuỷ điện
Sơn La.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của luận án là các phƣơng pháp phân loại ảnh
viễn thám, các giải pháp nâng cao độ tin cậy của kết quả phân loại, các kỹ
thuật sau phân loại (post-classification).
Khu vực nghiên cứu ứng dụng là vùng lƣu vực sông Đà đoạn từ sau
đập thuỷ điện Sơn La đến cuối lƣu vực (xem hình 1). Nội dung nghiên cứu
giới hạn trong việc nghiên cứu hiện trạng và biến động lớp phủ bề mặt với các
đối tƣợng đƣợc xác định là tài nguyên rừng, nƣớc mặt và thực trạng khai thác
sử dụng tài nguyên đất.

Hình 1: Vị trí khu vực nghiên cứu


11
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Ý nghĩa khoa học: Phân loại ảnh số mặc dù thƣờng đƣợc ngƣời sử dụng
đặt kỳ vọng nhiều nhất song hiện vẫn đƣợc coi là khâu yếu nhất trong kỹ
thuật xử lý ảnh số. Kết quả của luận án góp phần nâng cao vị thế của kỹ thuật
xử lý ảnh số trong viễn thám, nâng cao độ tin cậy của phƣơng pháp viễn thám
trong nghiên cứu các đối tƣợng mặt đất, khắc phục đƣợc tình trạng lãng phí
về trang thiết bị kỹ thuật hiện nay.
Ý nghĩa thực tiễn: Kiểm kê và đánh giá mức độ biến động tài nguyên
rừng, nƣớc mặt và thực trạng khai thác sử dụng tài nguyên đất với sự phát
triển kinh tế của Tây Bắc cùng sự hình thành của hai công trình thuỷ điện lớn
nhất Đông Nam Á: thuỷ điện Hoà Bình và thuỷ điện Sơn La.

5. Cơ sở tài liệu, trang thiết bị và phần mềm
Nguồn tài liệu đƣợc sử dụng cho luận án gồm:
1) Tài liệu khoa học thuộc nhiều lĩnh vực nhƣ địa lý, viễn thám, xử lý
ảnh số, nhận dạng, xác suất thống kê, kỹ thuật mạng nơ ron v.v. của nhiều tác
giả cả trong và ngoài nƣớc;
2) Các báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nƣớc, cấp bộ mà nghiên cứu sinh
đã trực tiếp tham gia hoặc chủ trì, các kết quả nghiên cứu của nghiên cứu sinh
đã đăng trên các tạp chí chuyên ngành và quốc tế; Trong đó đặc biệt cần kể
tới:
- Đề tài "Xây dựng bộ chƣơng trình xử lý ảnh trên máy tính PC" (một
trong hai đề tài nhánh của đề tài "Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật viễn thám
trong điều tra tài nguyên thiên nhiên" thuộc chƣơng trình cấp nhà nƣớc "Trắc
địa, Bản đồ và Viễn thám"), do nghiên cứu sinh chủ trì;

12
- Đề tài "Hợp tác xây dựng bộ chƣơng trình xử lý ảnh viễn thám" (đề
tài hợp tác giữa Viện Vật lý với Trung tâm Viễn thám Malaysia), do nghiên
cứu sinh chủ trì;
- Đề tài "Ứng dụng ảnh vệ tinh radar trong thành lập bản đồ hiện trạng
sử dụng đất và theo dõi diễn biến sử dụng đất khu vực ngập lụt ở Đồng bằng
Sông Cửu Long giai đoạn 1993-1999" (đề tài nhánh thuộc đề tài độc lập cấp
nhà nƣớc "Ứng dụng công nghệ vũ trụ trong điều tra tài nguyên thiên nhiên
và môi trƣờng"), do nghiên cứu sinh làm chủ nhiệm;
- Đề tài "Ứng dụng tƣ liệu viễn thám và GIS theo dõi diễn biến sử dụng
đất đới ven biển" (đề tài hợp tác giữa Trung tâm ứng dụng công nghệ vũ trụ,
Viện Vật lý và Trung tâm Địa Tin học, AIT Thailand), do nghiên cứu sinh
chủ trì;
- Đề tài "Thử nghiệm sử dụng tƣ liệu ảnh MODIS xác định một số
tham số vật lý môi trƣờng biển" - đề tài cấp Trung tâm Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ Quốc gia, do nghiên cứu sinh làm chủ nhiệm;
- Đề tài "Sử dụng ảnh vệ tinh MODIS trong thành lập bản đồ trƣờng
nhiệt lớp phủ bề mặt lãnh thổ Việt Nam" - đề tài cấp Viện Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, do nghiên cứu sinh làm chủ nhiệm.
3) Kết quả nghiên cứu của các đề tài, luận án có liên quan của nhiều tác
giả.
Tƣ liệu viễn thám đƣợc sử dụng cho nghiên cứu là hai cặp ảnh của vệ
tinh Landsat (path 127, rows 45 và 46): TM 27/12/1993 và ETM+ 4/11/2000.
Các tƣ liệu bổ trợ gồm:
- Bản đồ địa hình khu vực tỷ lệ 1:100.000;
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2000 các tỉnh trong khu vực;
- Atlas quốc gia;

13
- Các báo cáo của chƣơng trình điều tra tổng hợp vùng Tây Bắc, đánh
giá tác động môi trƣờng công trình thuỷ điện Hoà Bình, Sơn La và quy hoạch
tổng thể phát triển kinh tế xã hội Tây Bắc đến năm 2010.
- Các tài liệu điều tra thu thập đƣợc qua các đợt khảo sát thực địa.
Phần mềm xử lý ảnh đƣợc chọn sử dụng là phần mềm ENVI do tính đa
dạng của các chƣơng trình phân loại cũng nhƣ các chức năng sau phân loại
của nó. Đồng thời đây cũng là phần mềm hết sức thông dụng ở Việt Nam.
Ngoài ra ENVI còn là một môi trƣờng dễ phát triển bổ sung các chƣơng trình
chức năng mới.

6. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu: nhằm tổng hợp, kế thừa các nghiên cứu liên quan
cả trong và ngoài nƣớc, tìm hiểu các phƣơng pháp phân loại ảnh số nói riêng,
kỹ thuật xử lý ảnh số nói chung và cơ sở của chúng là các lý thuyết nhận
dạng, sác xuất thống kê, mạng nơ ron v.v.
- Toán, nhận dạng, sác xuất thống kê: phân tích đánh giá các phƣơng
pháp phân loại ảnh số, đề xuất các nguyên tắc và giải pháp nhằm nâng cao độ
tin cậy của kết quả phân loại, xây dựng quy trình phân tích ảnh viễn thám cho
mục tiêu thành lập bản đồ chuyên đề.
- Bản đồ, viễn thám, xử lý ảnh số, điều tra thực địa : kiểm chứng qua
thực nghiệm các nguyên tắc và giải pháp đã đề xuất, vận dụng trong xử lý,
phân tích ảnh, thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ các thời kỳ khu vực Trung-
Hạ lƣu sông Đà.
- Công nghệ hệ thông tin địa lý: sử dụng các bản đồ vừa xây dựng,
kiểm kê, đánh giá biến động tài nguyên rừng, nƣớc mặt và thực trạng khai
thác sử dụng tài nguyên đất trong khu vực.

14
7. Luận điểm bảo vệ
 Luận điểm 1: Hệ thống phân loại đƣợc thiết kế hợp lý dựa trên các lớp
phổ, số liệu mẫu đủ đại diện, tận dụng chiều của không gian phổ, tích hợp các
thông tin bổ trợ trong quá trình phân loại, sử dụng giá trị ngƣỡng để kiểm soát
là những tiêu chí mang tính nguyên tắc. Quy trình phân tích ảnh kết hợp chặt
chẽ các phƣơng pháp phân loại không giám sát, có giám sát và phƣơng pháp
giải đoán bằng mắt là một giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao độ tin cậy của
kết quả phân tích ảnh.
 Luận điểm 2: Ảnh viễn thám đa thời gian độ phân giải cao cho phép
kiểm soát hiệu quả tài nguyên rừng, nƣớc mặt và những biến động trong khai
thác sử dụng tài nguyên đất. Trong hơn một thập kỷ qua, diện tích đất chƣa sử
dụng ở khu vực Trung-Hạ lƣu sông Đà đƣợc thu hẹp đáng kể với sự gia tăng
ở những mức độ khác nhau của đất thổ cƣ, đất canh tác nông nghiệp, mặt
nƣớc và đặc biệt là diện tích đất có rừng cho thấy tài nguyên đất trong khu
vực đang đƣợc khai thác sử dụng tích cực hơn, môi trƣờng tự nhiên của khu
vực cũng đƣợc cải thiện rõ rệt.

8. Đóng góp mới
Luận án có các đóng góp mới quan trọng sau:
1. Đã phân tích đánh giá về các phƣơng pháp phân loại ảnh số, từ đó
đƣa ra 5 nguyên tắc nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả phân loại ảnh viễn
thám;
2. Đã đề xuất các giải pháp và quy trình phân tích ảnh viễn thám, sử
dụng kết hợp các phƣơng pháp phân loại không giám sát, có giám sát và giải
đoán bằng mắt, cho phép nâng cao độ tin cậy của kết quả nhờ các đặc trƣng
cơ bản sau:


15

- Tạo khả năng cho ngƣời sử dụng can thiệp tích cực hơn vào toàn bộ
quá trình phân tích;
- Hệ thống phân loại đƣợc thiết kế phù hợp trên cơ sở dung hoà giữa yêu
cầu của nhiệm vụ và khả năng của tƣ liệu;
- Cho phép xác định và sử dụng trong phân loại các đặc trƣng thống kê
tiêu biểu hơn cho các lớp.
3. Đã áp dụng thành công những nguyên tắc và giải pháp kể trên trong
theo dõi biến động tài nguyên thiên nhiên vùng Trung-Hạ lƣu sông Đà.

9. Bố cục của luận án
Không kể phần phụ lục, luận án đƣợc trình bày trong 149 trang và có
bố cục nhƣ sau:
 Mở đầu - Trình bày tính cấp thiết của đề tài và giới thiệu khái quát về
luận án.
 Chương 1: Viễn thám và xử lý ảnh số trong viễn thám - khái lƣợc
những bƣớc phát triển của viễn thám, vai trò của xử lý ảnh số trong viễn thám
và những ứng dụng của kỹ thuật này ở trong và ngoài nƣớc.
 Chương 2: Đánh giá về các phương pháp phân loại ảnh số - phân
loại, mô tả chi tiết nguyên lý và các thuật toán phân loại ảnh số trong viễn
thám. Nhận xét, đánh giá về từng phƣơng pháp.
 Chương 3: Nâng cao độ tin cậy của kết quả phân tích ảnh - phân tích
những nguyên tắc cơ bản nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả phân loại ảnh,
đề xuất và mô tả chi tiết quy trình phân tích ảnh kết hợp các phƣơng pháp
phân loại không giám sát, có giám sát và giải đoán bằng mắt cho mục tiêu
thành lập bản đồ chuyên đề.
 Chương 4: Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh số trong nghiên cứu biến
động tài nguyên vùng Trung-Hạ lưu sông Đà - Trình bày kết quả vận dụng


16

các nguyên tắc và giải pháp đã đề xuất trong xây dựng bản đồ hiện trạng và
nghiên cứu biến động tài nguyên vùng Trung-Hạ lƣu sông Đà.
 Kết luận và kiến nghị - Tóm tắt những kết quả của luận án.
Chƣơng 1
VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH SỐ TRONG VIỄN THÁM

1.1 Viễn thám
Viễn thám, theo nghĩa rộng, đƣợc hiểu là hoạt động thu nhận thông tin
về đối tƣợng mà không tiếp xúc trực tiếp với chúng. Các thông tin thu đƣợc là
nhờ phát hiện và đo đạc những thay đổi gây nên bởi đối tƣợng trong môi
trƣờng bao quanh. Đó có thể là bức xạ điện từ - đƣợc phát xạ hay phản xạ bởi
đối tƣợng, sóng âm thanh - đƣợc phản hồi hay nhiễu động bởi đối tƣợng, các
nhiễu động của trọng trƣờng hay từ trƣờng do sự hiện diện của đối tƣợng v.v.
Tuy nhiên, thuật ngữ "viễn thám" thƣờng đƣợc dùng với nghĩa hẹp hơn
là hoạt động thu nhận thông tin bằng các kỹ thuật điện từ. Với nghĩa này, sự
ra đời của viễn thám nhƣ một lĩnh vực khoa học có thể coi là đƣợc bắt đầu
ngay từ năm 1840 (chỉ một năm sau khi những bức ảnh đầu tiên đƣợc chụp
bởi Daguerre và Niepce), khi Arago, Giám đốc Đài Thiên văn Pari đƣa ra ý
tƣởng sử dụng ảnh cho mục đích điều tra địa hình. Năm 1849 Colonel Aimé
Laussedat, một quan chức thuộc Hiệp hội các kỹ sƣ Pháp đã khởi động một
chƣơng trình đầy tham vọng - sử dụng ảnh để thành lập bản đồ địa hình. Gần
mƣời năm sau, năm 1858 các khinh khí cầu đã đƣợc sử dụng để chụp ảnh
nhiều khu vực. Công việc này sau đó đƣợc tiếp tục với việc sử dụng diều vào
những năm 1880 và chim bồ câu những năm đầu thế kỷ XX. Sự ra đời của
máy bay đánh dấu một bƣớc tiến quan trọng, kể từ đó, ảnh đã có thể đƣợc
chụp ở những khu vực định trƣớc, trong những điều kiện xác định. Những


17
bức ảnh hàng không đầu tiên đƣợc ghi nhận là đƣợc thực hiện trong chuyến

bay của Wilbur Wright vào năm 1909 ở Centocelli, Italia [48].
Ảnh màu, bắt đầu xuất hiện từ giữa những năm 1930. Cùng thời gian
đó đã có những nghiên cứu chế tạo phim bắt nhạy với bức xạ cận hồng ngoại.
Trong thời kỳ chiến tranh thế giới lần thứ II, đặc tính phản xạ phổ của các đối
tƣợng tự nhiên đã đƣợc quan tâm nghiên cứu cùng với việc chế tạo các chất
cảm quang dùng cho việc chụp ảnh hồng ngoại bằng máy bay mà động lực
chính là nhằm phát hiện ngụy trang của đối phƣơng.
Năm 1956, Colwell đã tiến hành những thí nghiệm rất sớm về việc sử
dụng ảnh hàng không để nhận biết và phân loại thực vật, phát hiện những khu
vực bị sâu bệnh. Đến giữa những năm 1960 hàng loạt các công trình nghiên
cứu về ứng dụng của ảnh màu hồng ngoại và ảnh đa phổ đã đƣợc thực hiện
dƣới sự tài trợ của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA), dẫn tới sự ra đời
của các máy thu ảnh đa phổ đƣợc đặt trên các vệ tinh Landsat sau này vào đầu
những năm 1970.
Ở dải sóng dài, khả năng theo dõi và đo xa của các hệ thống radio đã
đƣợc biết đến ngay từ năm 1889, khi Heinrich Hertz phát hiện ra hiện tƣợng
các vật thể rắn phản xạ lại sóng radio. Trong 2-3 thập kỷ đầu của thế kỷ XX
đã có hàng loạt công trình nghiên cứu về việc sử dụng radar để phát hiện và
theo dõi tàu biển rồi máy bay, cũng nhƣ nghiên cứu về tầng điện ly. Các
nghiên cứu về radar, sau đó đƣợc phát triển đặc biệt mạnh trong chiến tranh
thế giới lần thứ II. Ngày nay những ứng dụng của radar đã trở nên hết sức đa
dạng. Chúng đƣợc dùng trong các nghiên cứu bề mặt đại dƣơng, cấu trúc mặt
đất cũng nhƣ lớp phủ mặt đất, các hiện tƣợng ở hai đầu khí quyển. Các hệ
thống radar cũng trở nên đa dạng. Đó có thể là các máy đo cao (altimeter)
dùng đo đạc địa hình, các tán xạ kế (scatterometer) để đo độ mấp mô của bề
mặt hay các hệ thống thu ảnh cho phép thu đƣợc các hình ảnh hai chiều tƣơng


18
tự nhƣ các ảnh quang học, ngoại trừ xám độ của điểm ảnh phản ánh khả năng

tán xạ của bề mặt ở dải sóng siêu cao.
Năm 1960, với việc vệ tinh khí tƣợng đầu tiên mang tên Tiros-1 đƣợc
phóng lên quỹ đạo mang theo một camera vô tuyến, một xạ kế 5 kênh và một
bôlômete đã mở đầu cho một giai đoạn phát triển mới của viễn thám. Kể từ
đây việc quan trắc trái đất một cách hệ thống đã có thể thực hiện đƣợc từ độ
cao vũ trụ. Nhƣng kỷ nguyên của các vệ tinh tài nguyên chỉ thực sự bắt đầu
kể từ năm 1972 khi vệ tinh ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite)
mà sau này đƣợc đổi tên thành Landsat-1 đƣợc phóng lên quỹ đạo, mở đầu
cho chuỗi các vệ tinh Landsat đƣợc phóng kế tiếp nhau cho đến tận ngày nay
(Bảng 4.1). Sau Mỹ, nhiều cƣờng quốc khác cũng đã lần lƣợt đƣa lên quỹ đạo
các vệ tinh tài nguyên của riêng mình. Trong đó đáng chú ý cần kể tới Pháp
với các vệ tinh SPOT, Cộng đồng Châu Âu với ERS và Envisat, Nga với
Resources và Ocean, Ấn Độ với IRS, Nhật Bản với MOS, JERS, ADEOS,
ALOS, và Canada với Radarsat v.v. Về phần mình, bên cạnh các vệ tinh
Landsat, gần đây Mỹ còn có các vệ tinh đáng chú ý nhƣ QuickBird, IKONOS
và đặc biệt trong chƣơng trình đầy tham vọng nhằm thiết lập một hệ thống
nghiên cứu trái đất trên quy mô toàn cầu, Mỹ đã đƣa lên quỹ đạo hai vệ tinh
Terra và Aqua với các thiết bị thu ảnh độc đáo nhƣ ASTER (15 kênh phổ) và
MODIS (36 kênh phổ). Các quốc gia nhỏ hơn, với mong muốn tiếp cận với
công nghệ chế tạo vệ tinh và sở hữu những vệ tinh của riêng mình, gần đây
cũng đang theo đuổi những chƣơng trình chế tạo vệ tinh nhỏ, dẫn tới sự ra đời
của hàng loạt các vệ tinh loại này của các nƣớc nhƣ Hàn Quốc, Thái Lan,
Indonesia, Malaysia, Nigeria v.v. Trung Quốc cũng đã bắt đầu khởi động và
đang kêu gọi các nƣớc cùng tham gia vào chƣơng trình thiết lập chùm vệ tinh
nhỏ (một hệ thống các vệ tinh bay kế tiếp nhau trên cùng quỹ đạo, với khoảng
cách đƣợc tính toán phù hợp với vận tốc của vệ tinh và tốc độ quay của trái


19
đất, sao cho các dải thu của chúng kế tiếp nhau phủ kín toàn bộ bề mặt trái đất

trong mỗi vòng quay).
Song song với sự phát triển nhanh chóng của các vệ tinh, các kỹ thuật
thu thập và xử lý thông tin cũng không ngừng đƣợc hoàn thiện và trở nên hết
sức đa dạng. Bên cạnh các ảnh đa năng thông thƣờng nhƣng có độ phân giải
không gian ngày một cao nhƣ SPOT-5 (5m với ảnh đa phổ và 2,5m với ảnh
toàn sắc), IKONOS (4m - đa phổ, 1m - toàn sắc), Quick Bird (2,5m - đa phổ,
0,61m - toàn sắc), AVNIR-II (5m), PRISM (2,5m) v.v., cũng xuất hiện các
ảnh nhƣ MODIS tuy độ phân giải không gian không cao nhƣng có số lƣợng
các kênh phổ lớn và đƣợc lựa chọn dựa trên những nghiên cứu quy mô,
hƣớng tới việc xác định định lƣợng những tham số nhất định nhƣ nhiệt độ mặt
đất, nhiệt độ mặt biển, nồng độ chlorophyll, nồng độ các vật chất lơ lửng
trong nƣớc biển v.v. Ngoài ra, không thể không kể đến các thiết bị không tạo
ảnh, đƣợc thiết kế để đo đạc từ vệ tinh các đại lƣợng nhƣ tốc độ gió trên mặt
biển, nồng độ ozon, thành phần khí, cột nƣớc hay mặt cắt nhiệt độ của khí
quyển v.v.
Nhƣ vậy, cùng với sự xuất hiện của vệ tinh và những tiến bộ về công
nghệ, viễn thám đã bƣớc sang một giai đoạn phát triển hoàn toàn mới. Nó cho
phép thu đƣợc những thông tin về trái đất và môi trƣờng từ chi tiết đến toàn
cảnh và trên quy mô toàn cầu. Nội dung thông tin cũng trở nên hết sức đa
dạng, từ thành phần, áp suất, nhiệt độ khí quyển, cấu trúc và động năng của
mây đến địa hình, dòng chảy, nhiệt độ mặt biển hay gió trên mặt biển rồi
thành phần, cấu trúc bề mặt hay lớp phủ thực vật và diễn biến theo mùa của
nó v.v Ƣu thế của viễn thám vệ tinh có thể khái quát nhƣ sau:
1) Với khả năng thu thập thông tin nhanh trên diện rộng, nó cho phép theo
dõi các hiện tƣợng có diễn biến nhanh đặc biệt cần trong các nghiên cứu
về khí quyển;


20
2) Nhờ khả năng quan sát lặp lại đều đặn trong thời gian dài, cho phép giám

sát các biến động theo mùa, theo năm hoặc dài hạn hơn nhƣ diễn biến
băng ở hai cực, sự phát triển của sa mạc hay hiện tƣợng mất rừng nhiệt
đới v.v.;
3) Với tầm bao quát rộng, nó cho phép theo dõi và nghiên cứu về những đối
tƣợng có quy mô lục địa nhƣ ranh giới giữa các mảng kiến tạo hay các hệ
thống núi v.v.

1.2 Xử lý ảnh số trong viễn thám
So với viễn thám, xử lý ảnh số có tuổi đời còn rất trẻ. Nó chỉ đƣợc hình
thành vào cuối những năm 50, đầu những năm 60 của thế kỷ trƣớc, với mục
tiêu ban đầu là để giải các bài toán xử lý ảnh trong khi mô hình hoá các hệ
thống thu ảnh ở giai đoạn thiết kế, chế tạo và mã hoá tín hiệu hình ảnh [72].
Đến cuối những năm 1960, với sự phát triển của kỹ thuật tính toán, khả năng
sử dụng máy tính để giải quyết những nhiệm vụ khác của xử lý ảnh nhƣ hiệu
chỉnh, điều chế, hay đo đạc, khai thác thông tin từ ảnh đã trở nên rất rõ ràng.
Nhu cầu hiển thị thông tin bằng hình ảnh trên máy tính đã dẫn tới sự ra đời
của chuyên ngành đồ hoạ điện toán (computer graphics). Từ giữa những năm
1970 bắt đầu xuất hiện các hệ xử lý ảnh chuyên dụng dựa trên các máy tính
mini. Đến những năm 1990, khi mà các máy tính cá nhân đã ngày một hoàn
thiện, cũng là lúc xuất hiện hàng loạt các chƣơng trình xử lý ảnh đƣợc viết
cho các loại máy này.
Ngày nay, xử lý ảnh số đã tìm đƣợc những ứng dụng rộng rãi trong rất
nhiều lĩnh vực khác nhau từ viễn thám trái đất, khí tƣợng, thiên văn đến y tế,
công nghiệp cũng nhƣ trong an ninh quốc phòng hay khoa học hình sự v.v.
Đƣợc định nghĩa nhƣ các kỹ thuật xử lý tín hiệu hình ảnh bằng công cụ
toán học, xử lý ảnh số có các chức năng cơ bản sau:


21
 Hiệu chỉnh ảnh;

 Điều chế ảnh;
 Hiển thị thông tin;
 Triết suất thông tin từ ảnh;
 Mã hoá ảnh;
 Mô hình hoá các hệ thống thu ảnh.
Trong đó, hiệu chỉnh ảnh là các kỹ thuật nhằm đƣa ảnh về một ảnh lý
tƣởng, đƣợc định nghĩa nhƣ một ảnh hoàn toàn đồng nhất với đối tƣợng mà
nó thể hiện. Thuộc nhóm này có thể kể đến các kỹ thuật định chuẩn ảnh, sửa
lỗi, loại nhiễu, nắn chỉnh hình học v.v.
Một ảnh gọi là lý tƣởng không phải bao giờ cũng phù hợp tối đa cho
mỗi nhiệm vụ phân tích ảnh nhất định, bởi yêu cầu về một ảnh lý tƣởng trên
thực tế là sự dung hoà giữa yêu cầu của nhiều nhiệm vụ khác nhau. Đối với
từng ứng dụng cụ thể, thƣờng đòi hỏi phải có những biến đổi bổ sung, chẳng
hạn nhằm làm nổi rõ những chi tiết nhất định trên cơ sở loại bỏ những chi tiết
không đáng quan tâm, thay đổi tƣơng quan không gian, đo đạc và biểu diễn
các đặc tính định lƣợng v.v. Những biến đổi nhƣ vậy đƣợc gọi chung là phép
điều chế ảnh. Thuộc nhóm này có thể kể tới các kỹ thuật tăng cƣờng độ tƣơng
phản, phân ngƣỡng, vẽ các đƣờng đẳng, khoanh vẽ các đƣờng biên hay các
phép quy chuyển không gian của ảnh đa phổ v.v.
Hiển thị thông tin không chỉ đơn thuần là hiển thị ảnh mà cần đƣợc
hiểu là mọi phép xử lý tín hiệu để biểu diễn chúng dƣới dạng hình ảnh. Ví dụ
đơn giản nhất là xác định một đại lƣợng dƣới dạng hàm của một đại lƣợng
khác và xây dựng đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan đó.
Chiết xuất thông tin từ ảnh bao gồm các quá trình tự động phát hiện,
phân loại đối tƣợng, đo đạc kích thƣớc, phân bố không gian của đối tƣợng
v.v.


22
Mã hoá thông tin là quá trình biến đổi tín hiệu hình ảnh về dạng số để

lƣu giữ và phát chuyển trên các kênh viễn thông.
Cuối cùng, mô hình hoá các hệ thống thu ảnh là nhóm những bài toán
xử lý ảnh cần giải khi nghiên cứu chế tạo các hệ thống thu ảnh mới.
Tính riêng trong lĩnh vực viễn thám, mặc dù xuất hiện muộn hơn rất
nhiều nhƣng xử lý ảnh số hiện đang đóng một vai trò không thể thay thế. Viễn
thám đã không thể đạt tới trình độ phát triển nhƣ ngày nay nếu thiếu những
công cụ cho phép thu thập, xử lý, chuyển tải nhanh và lƣu giữ một khối lƣợng
thông tin khổng lồ mà các vệ tinh hiện đang cung cấp.
Từ góc độ của ngƣời ứng dụng trong xử lý, phân tích ảnh viễn thám,
không ai có thể phủ nhận những ƣu thế nổi trội của kỹ thuật xử lý ảnh số
trong việc điều chế, cải thiện chất lƣợng hình ảnh, bởi những khả năng phong
phú, tính mềm dẻo, linh hoạt, dễ điều khiển, dễ lặp lại của kỹ thuật này so với
các phƣơng pháp analog truyền thống. Ngƣợc lại, cũng không thể phủ nhận
một thực tế là các kỹ thuật chiết xuất thông tin tự động, mà cụ thể hơn, trong
trƣờng hợp ảnh viễn thám, là các phƣơng pháp phân loại ảnh vẫn chƣa mang
lại độ tin cậy nhƣ mong muốn. Vì vậy, vấn đề nâng cao độ tin cậy của kết quả
phân loại ảnh viễn thám vẫn đã và đang nhận đƣợc sự quan tâm của nhiều nhà
nghiên cứu và đây cũng chính là một trong những mục tiêu cơ bản của luận
án này.

1.3 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng viễn thám và xử lý ảnh số trong
viễn thám ở Việt Nam
Ở nƣớc ta, sự phát triển của viễn thám cũng không nằm ngoài xu thế
chung, đó là ngành Trắc địa - Bản đồ cũng là nơi đi tiên phong với việc sử
dụng ảnh máy bay cho mục đích thành lập bản đồ địa hình. Tiếp đó, trong
những năm 1970, ảnh máy bay cũng đã đƣợc Viện Điều tra Quy hoạch rừng


23
(Bộ Lâm nghiệp) sử dụng cho mục đích hiệu chỉnh và thành lập bản đồ rừng.

Nhƣng có thể nói viễn thám ở Việt Nam chỉ thực sự phát triển mạnh mẽ vào
cuối những năm 1970 đầu những năm 1980, với sự ra đời của Uỷ ban nghiên
cứu vũ trụ Việt Nam, tập hợp nhiều đại biểu từ các Bộ, Ngành và việc Việt
Nam gia nhập Tổ chức nghiên cứu vũ trụ Intercosmos của các nƣớc xã hội
chủ nghĩa trƣớc đây. Vào cùng thời gian đó, Viện Khoa học Việt Nam cũng
nhận đƣợc các dự án VIE/79/001 và VIE/83/04 do UNDP/FAO tài trợ nhằm
xây dựng tiềm lực về viễn thám, qua đó một số khoá học đầu tiên về viễn
thám do các chuyên gia của Liên Hiệp Quốc giảng dạy đã đƣợc tổ chức cho
các cán bộ từ nhiều Bộ, Ngành và địa phƣơng trong cả nƣớc. Đồng thời nhiều
cán bộ Việt Nam cũng đã đƣợc cử đi đào tạo ngắn hạn ở nƣớc ngoài. Kể từ đó
hàng loạt các cơ sở viễn thám của các bộ, các viện nghiên cứu và các trƣờng
đại học, ở nhiều nơi trên cả nƣớc đã lần lƣợt ra đời. Cũng trong khuôn khổ
các dự án kể trên, năm 1983 Viện Khoa học Việt Nam đã đƣợc trang bị hệ xử
lý ảnh số đầu tiên mang tên Robotron của CHDC Đức và đến năm 1989 đƣợc
trang bị thêm hệ Pericolour của hãng MS2i (CH Pháp). Cả hai đều là những
hệ xử lý ảnh chuyên dụng dựa trên các máy tính mini và đƣợc trang bị kèm
theo các thiết bị ngoại vi đắt tiền nhƣ các tủ đọc băng từ, máy sang phim, máy
vẽ khổ rộng v.v. Sau Viện Khoa học Việt Nam, bƣớc sang thập kỷ 90, một số
cơ sở viễn thám ở các Bộ, Ngành nhƣ Bộ Nông nghiệp và phát triển nông
thôn, Tổng Cục Địa chất, Tổng cục Địa chính, Đại học Mỏ-Địa chất v.v. cũng
lần lƣợt đƣợc trang bị các hệ xử lý ảnh nhƣ SPANS, IDRISI, INTERGRAPH
v.v. Đến cuối thập kỷ 90, khi mà các máy tính cá nhân đã trở nên khá mạnh,
cũng là lúc trên thị trƣờng xuất hiện hàng loạt các chƣơng trình xử lý ảnh
đƣợc viết cho các máy này nhƣ PCI, ERDAS, ERMAPPER, ILWIS, ENVI
v.v. thì ở tất cả các cơ sở viễn thám trên cả nƣớc đều đã đƣợc trang bị các
phần mềm xử lý ảnh loại này. Cũng cần phải nói thêm rằng, trƣớc khi có sự


24
xuất hiện ồ ạt của các phần mềm loại này thì chúng ta cũng đã có những cố

gắng để tự xây dựng lấy các chƣơng trình xử lý ảnh của mình trong đó đáng
chú ý cần kể tới các sản phẩm nhƣ MDASER của Viện Vật lý đƣợc xây dựng,
nhƣ đã nói, trong khuôn khổ một đề tài cấp nhà nƣớc, chạy trên MS DOS,
VM ImagePro cũng của Viện Vật lý viết theo đặt hàng của Trung tâm Viễn
thám Malaysia, chạy trong môi trƣờng Windows hay WinASEAN sản phẩm
hợp tác giữa Viện Địa lý và Viện Công nghệ Thông tin.
Về các nghiên cứu ứng dụng, trƣớc tiên cần kể tới chƣơng trình nghiên
cứu 3 tầng (vệ tinh, máy bay, mặt đất) do Uỷ ban nghiên cứu vũ trụ Việt Nam
đứng ra tổ chức nhân chuyến bay của anh hùng Phạm Tuân vào vũ trụ vào
năm 1980 với mục tiêu điều tra khảo sát tổng hợp một số khu vực chìa khoá
kết hợp với việc đo phổ, chụp ảnh từ máy bay và vệ tinh bằng máy ảnh đa phổ
MKF-6 nhằm đối chứng xây dựng các mẫu giải đoán ảnh. Do thu hút đƣợc sự
tham gia của các chuyên gia từ nhiều Bộ, Ngành nên chƣơng trình có ý nghĩa
quan trọng trong việc quảng bá thúc đẩy sự phát triển của viễn thám ở Việt
Nam.
Vào cùng thời gian này, Viện Điều tra Quy hoạch Rừng (Bộ Lâm
nghiệp) cũng nhận đƣợc một dự án do UNDP/FAO tài trợ và lần đầu tiên các
ảnh vệ tinh Landsat MSS đã đƣợc sử dụng để thành lập bản đồ rừng toàn
quốc và đánh giá biến động rừng Việt Nam giai đoạn từ 1975 đến 1983 [52].
Tiếp đó, trong các chƣơng trình cấp nhà nƣớc ở nửa cuối những năm
1980, đầu 1990, nhƣ chƣơng trình nghiên cứu biển (do Viện Khoa học Việt
Nam chủ trì) hay chƣơng trình Trắc địa - Bản đồ - Viễn thám (do Cục Đo đạc
và Bản đồ Nhà nƣớc chủ trì), viễn thám cũng luôn dành đƣợc sự ƣu tiên đặc
biệt. Các ảnh vệ tinh Landsat MSS, TM và SPOT đã đƣợc dùng để thử
nghiệm xác định độ sâu hay độ đục của nƣớc biển [69], nghiên cứu biến động
lòng sông [36]. Đồng thời, phổ phản xạ của một số đối tƣợng tự nhiên trong


25
dải nhìn thấy và cận hồng ngoại cũng đã đƣợc đo đạc, xác định. Bộ chƣơng

trình xử lý ảnh số đầu tiên của Việt Nam xuất hiện cũng chính trong khuôn
khổ của chƣơng trình này [39].
Năm 1988 Viện Khoa học Việt Nam lại nhận đƣợc tài trợ từ Chƣơng
trình Viễn thám Khu vực của Tổ chức Hợp tác Kinh tế Xã hội Châu Á - Thái
Bình Dƣơng (ESCAP) để triển khai dự án thí điểm "Sử dụng viễn thám trong
nghiên cứu đới ven bờ" và trong Hội nghị tổng kết dự án và Hội thảo Viễn
thám Khu vực lần đầu tiên đƣợc tổ chức tại Hà Nội vào tháng 11 năm 1989 đã
có 16 báo cáo của các tác giả Việt Nam đƣợc trình bày với nhiều những ứng
dụng đa dạng của viễn thám nhƣ: trong nghiên cứu địa mạo của Lê Đức An
và Võ Thịnh [46]; địa chất của Nguyễn Thanh Giang [55]; địa chất thuỷ văn
của Nguyễn Thƣợng Hùng và Kim Minh Công [59]; thổ nhƣỡng của Nguyễn
Bá Nhuận và Nguyễn Thị Choắt [65]; thực vật của Phan Kế Lộc và Phan Phú
Bồng [63]; hiện trạng sử dụng đất của Phạm Trung Lƣơng, Trần Minh Ý, Lê
Văn Thành và Trƣơng Thị Hoà Bình [64]; hệ sinh thái ven biển của Trịnh
Đình Cƣơng [50]; biến động đƣờng bờ của Nguyễn Đình Dƣơng, Võ Đức
Tuyến, Nguyễn Hồng Châu và Phạm Việt Cƣờng [53]; nghiên cứu vùng cửa
sông của Phạm Việt Cƣờng, Nguyễn Hồng Châu và Trần Minh Hiền [52]; xác
định diện tích cây dừa của Nguyễn Viết Chiến, Trần Trọng Tĩnh và Nguyễn
Thị Thu Vân [49]; lập bản đồ ngập lụt của Nguyễn Phƣơng Thảo và Nguyễn
Thị Kỳ Nam [67]; xác định độ đục của nƣớc biển của Bùi Doãn Trọng, Hoàng
Viết Giao, Lại Anh Khôi, Trần Minh Hồng và Nguyễn Thu Nga [69]; nhiệt độ
mặt biển của Bùi Doãn Trọng, Đỗ Minh Phú, Bùi Trọng Tuyên, Lại Anh
Khôi, Nguyễn Thành Long, Phạm Quốc Trung, Nguyễn Thế Tƣờng và
Trƣơng Trọng Xuân [71]; hay giới thiệu về bộ chƣơng trình xử lý ảnh tự xây
dựng và thử nghiệm ứng dụng nó trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng