Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1 10 000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI














MAI VĂN THANH



ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG
TIN ðỊA LÝ (GIS) LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG
ðẤT TỶ LỆ 1:10 000 HUYỆN LƯƠNG TÀI, TỈNH BẮC NINH



LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI
Mã số : 60850103





Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. PHẠM VỌNG THÀNH





HÀ NỘI - 2012

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

i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam đoan:
- Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và
chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
- Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc
là đúng sự thật.


Tác giả luận văn

Mai Văn Thanh

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 PGS.TS. Phạm Vọng Thành - Bộ
môn ðo ảnh và Viễn thám, khoa Trắc ñịa, trường ðại học Mỏ ñịa chất -
người ñã hướng dẫn, giúp ñỡ tôi rất tận tình trong thời gian học tập và làm
luận văn tốt nghiệp cao học.
ðể hoàn thành ñược bản luận văn này, tôi ñã nhận ñược sự quan tâm,
tạo ñiều kiện của Trung tâm viễn thám Quốc gia, sở Tài nguyên và Môi
trường tỉnh Bắc Ninh, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Lương Tài, 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 tạo ñiều kiện cho tôi học tập và
giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện ñề tài.
Tôi xin gửi tới gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp nơi tôi ñang sống và làm
việc ñã giúp ñỡ, ñộng viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện ñề tài.

Tác giả luận văn



Mai Văn Thanh
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

iii

MỤC LỤC
Lời cam đoan Error! Bookmark not defined.
Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined.
Mục lục Error! Bookmark not defined.
Danh mục các chữ viết tắt Error! Bookmark not defined.
Danh mục bảng Error! Bookmark not defined.
Danh mục biểu đồ Error! Bookmark not defined.
1 MỞ ðẦU i
1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1
1.2 Mục đích, yêu cầu 2
1.2.1 Mục đích 2
1.2.2 Yêu cầu 2
2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4
2.1 Những vấn đề chung về viễn thám 4
2.1.1 Khái niệm về viễn thám 4
2.1.2 Phương pháp xử lý thông tin Viễn thám 14
2.1.3 Một số ứng dụng của Viễn thám 16
2.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 20
2.2.1 Khái quát chung về GIS 20
2.2.2 Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong quản lý đất đai 23
2.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở nước ta 26
2.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên
thế giới. 26
2.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS ở
Việt Nam. 28
2.4. Khái quát chung về bản đồ hiện trạng sử dụng đất 34
2.4.1 Định nghĩa bản đồ HTSDĐ 34
2.4.2 Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 34
2.4.3 Quy trình thành lập bản đồ HTSDĐ bằng tư liệu Viễn thám và GIS 42

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

iv

3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46
3.1 Đối tượng và địa điểm nghiên cứu 46
3.1.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 46
3.1.2 Địa điểm nghiên cứu 46
3.2 Nội dung nghiên cứu 46
3.3 Phương pháp nghiên cứu 46
3.3.1 Phương pháp điều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp 46
3.3.2 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 47
3.3.3 Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế cơ sở 47
3.3.4 Phương pháp minh hoạ trên bản đồ, biểu đồ 47
3.3.5 Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số 47
4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 49
4.1 Điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội 49
4.1.1 Điều kiện tự nhiên 49
4.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 53
4.1.3 Thực trạng công tác quản lý và sử dụng đất của huyện Lương Tài 58
4.2 Trình tự, nội dung xử lý ảnh viễn thám để lập bản đồ HTSDĐ 61
4.2.1 Thu thập tư liệu 61
4.2.2 Nhập ảnh 61
4.2.3 Tăng cường chất lượng ảnh 61
4.2.4 Nắn chỉnh tư liệu ảnh 62
4.2.5 Phân loại ảnh 62
4.2.6 Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại 70
4.3 Thảo luận về kết quả thực nghiệm 81
5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

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

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1. BĐ HTSDĐ - Bản đồ hiện trạng sử dụng đất
2. GIS, HTTĐL - Hệ thông tin địa lý
3. NDVI - Chỉ số thực vật
4. DBMS - Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
5. KTNN - Khí tượng nông nghiệp
6. GCNQSDĐ - Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất
7. NTTS - Nuôi trồng thuỷ sản
8. MNCD - Mặt nước chuyên dùng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

vi

DANH MỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang


Bảng 2.1 Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám 6
Bảng 2.2 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh 7
Bảng 2.3 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian 8
Bảng 2.4 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh SPOT 9
Bảng 2.5 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian 9

Bảng 2.6 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian 10
Bảng 2.7 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS 10
Bảng 2.8 Đặc trưng chính và độ phân giải không gian 11
Bảng 2.9 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS 11
Bảng 2.10 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS 12
Bảng 4.1 Hiện trạng sử dụng đất của huyện 60
Bảng 4.2 Các tệp mẫu ảnh xây dựng 65
Bảng 4.4 Mô tả các loại hình sử dụng đất 67
Bảng 4.5 Mẫu giải đoán ảnh vệ tinh 68
Bảng 4.6 Ma trận sai số phân loại ảnh 72
Bảng 4.7 Độ chính xác phân loại ảnh 73
Bảng 4.8 Thống kê diện tích theo bản đồ giải đoán 78
Bảng 4.9 Chênh lệch diện tích giải đoán và diện tích kiểm kê 79

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

vii

DANH MỤC BIỂU ðỒ

STT Tên biểu đồ Trang


Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 4

Hình 2.2 Các bước tiến hành giải đoán ảnh bằng mắt 14

Hình 2.3 Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số 16

Hình 2.4 Phát hiện ô nhiễm môi trường không khí bằng ảnh vệ tinh

SPOT[3] 16

Hình 2.5 Phổ phản xạ của thực vật, đất và nước 18

Hình 2.6 Nhiều lớp thông tin khác nhau tổng hợp thành bản đồ 22

Hình 2.7 Các thành phần của hệ GIS 22

Hình 2.8 Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia 29

Hình 2.9 Trình tự phân loại tư liệu viễn thám 44

Hình 3.1 Trình tự giải đoán ảnh viễn thám bằng công nghệ số 48

Hình 4.2 Ảnh Spot huyện Lương Tài năm 2010 đã cắt theo ranh giới
huyện 61

Hình 4.3 Xây dựng tệp mẫu cho ảnh 64

Hình 4.4 Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất 65

Hình 4.5 Ảnh phân loại theo mẫu 70

Hình 4.6 Ảnh phân loại sau khi loại lọc nhiễu 75

Hình 4.7 Bản đồ HTSDĐ thu nhỏ thành lập trên Mapinfo 77

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
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất (HTSDĐ) được coi như loại bản đồ
thường trực làm căn cứ để thu thập các thông tin hiện thời về bề mặt lớp phủ
và là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các
nhà hoạch định chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt
đất. Bên cạnh đó, bản đồ HTSDĐ còn là căn cứ để đánh giá thực trạng sử
dụng đất, quản lý và khai thác nguồn tài nguyên và môi trường, lập quy hoạch
chuyên ngành,…
Hiện nay, đa số các địa phương trong cả nước vẫn sử dụng các phương
pháp thành lập bản đồ HTSDĐ theo phương pháp truyền thống, quá trình cập
nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản đồ
có độ chính xác không cao và không thống nhất (do dữ liệu đầu vào không
đồng bộ). Hơn nữa, việc thành lập bản đồ theo phương pháp truyền thống như
hiện nay đôi khi không đáp ứng kịp yêu cầu của công tác quản lý sử dụng đất.
Sự thay đổi về loại hình sử dụng đất không được cập nhật thường xuyên sẽ
gây khó khăn cho công tác thống kê, kiểm kê đất đai, ảnh hưởng tới công tác
quản lý tài nguyên đất đai nói chung và công tác quy hoạch sử dụng đất, công
tác nghiên cứu các lĩnh vực chuyên ngành nói riêng.
Phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ viễn
thám nói riêng phục vụ công tác quản lý các nguồn tài nguyên, giám sát môi
trường, thành lập bản đồ chuyên đề, bản đồ HTSDĐ, … đóng vai trò quan
trọng cho sự nghiệp phát triển đất nước hiện nay.
Trong vòng nửa thế kỷ trở lại đây, công nghệ viễn thám và hệ thông tin
địa lý (GIS) được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái đất
cũng như công tác thành lập bản đồ HTSDĐ. Việc áp dụng phương pháp
thành lập bản đồ HTSDĐ sử dụng tư liệu ảnh viễn thám tích hợp với GIS cho
phép chúng ta xác định nhanh chóng vị trí không gian và tính chất của đối
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

2

tượng. Đồng thời, dựa trên độ phân giải phổ, độ phân giải không gian và độ
phân giải thời gian của tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác định được
thông tin của đối tượng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những
vùng sâu, vùng xa.
Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách đầy đủ, nhanh
chóng và chính xác nhất về các loại hình sử dụng đất, nên việc sử dụng tư liệu
viễn thám kết hợp với phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành lập
bản đồ đã trở thành một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa
học cao.
Xuất phát từ thực tiễn công tác thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
ở tỉnh Bắc Ninh, với mong muốn tạo được bước đột phá mới trong công tác
thành lập bản đồ ở địa phương mình, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Ứng dụng tư liệu Viễn thám và Hệ thông tin ñịa lý (GIS) lập bản ñồ
hiện trạng sử dụng ñất tỷ lệ 1:10 000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh”
1.2 Mục ñích, yêu cầu
1.2.1 Mục ñích
+ Nghiên cứu khả năng thành lập bản đồ HTSDĐ trên cơ sở các tư liệu
ảnh viễn thám, các phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ;
+ Nghiên cứu khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý
để thành lập bản đồ HTSDĐ; đưa ra quy trình công nghệ thành lập và đề xuất,
áp dụng cho việc thành lập bản đồ HTSDĐ ở địa phương;
+ Tạo ra được bản đồ HTSDĐ làm tài liệu phục vụ cho các mục đích lập
quy hoạch chuyên ngành, quy hoạch sử dụng đất, quản lý lãnh thổ, sử dụng
hiệu quả các nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường.
1.2.2 Yêu cầu
- Nắm được các phương pháp giải đoán ảnh viễn thám, các ứng dụng
của tư liệu viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ HTSDĐ;

- Đạt được độ chính xác cao phù hợp với tỷ lệ, mục đích của bản đồ cần
thành lập;
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

3

- Kết quả bản đồ thành lập là tài liệu phục vụ xây dựng quy hoạch, kế
hoạch sử dụng đất và kiểm tra thực hiện quy hoạch sử dụng đất đã được phê
duyệt của các địa phương và các ngành kinh tế;
- Cần nắm được tình hình quản lý sử dụng đất, có được các thông tin
quan sát thực tế nhằm bổ trợ cho quá trình giải đoán ảnh;
- Các số liệu điều tra, thu thập phục vụ nghiên cứu phải đầy đủ, chính
xác, phản ánh trung thực và khách quan.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

4

2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
2.1 Những vấn ñề chung về viễn thám
2.1.1 Khái niệm về viễn thám
a. ðịnh nghĩa
Viễn thám được định nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương
pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của đối tượng (vật thể) mà
không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng
[6]
.
b. Nguyên lý cơ bản của viễn thám
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp
thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám cung cấp thông
tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng

đã xác định. Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh
viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau
do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
được gọi là bộ cảm biến. Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy
quét. Bộ cảm biến được đặt trên vật mang như: máy bay, khinh khí cầu, tàu
con thoi hoặc vệ tinh….

Hình 2.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

5

Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ
mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được
bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận.
Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám
thu nhận và xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên
kinh nghiệm của chuyên gia. Các dữ liệu hoặc thông tin liên quan đến các vật
thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như: Nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, môi trường,
Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám có thể chia thành 5
bước cơ bản như sau:
- Nguồn cung cấp năng lượng.
- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển.
- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt đất.
- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh.
- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lý.
Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển
sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng

bước sóng cụ thể. Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng
truyền sóng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác
giữa sóng điện từ với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm
biến thu nhận được
[6]
.
Để hiểu rõ sự tượng tác giữa sóng điện từ và khí quyển với việc chọn
phổ điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, bảng 2.1 thể hiện
đặc điểm của dải phổ điện từ thường được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

6

Bảng 2.1 ðặc ñiểm của dải phổ ñiện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám
Dải phổ sóng điện
từ
Bước sóng Đặc điểm
Tia cực tím 0,3 µm ÷ 0,4 µm
Hấp thụ mạnh bởi lớp khí quyển ở tầng cao
(tầng ôzôn), không thể thu nhận năng lượng
do dải sóng này cung cấp, nhưng hiện tượng
này lại bảo vệ con người tránh bị tác động của
tia cực tím.
Tia nhìn thấy 0,4 µm ÷ 0,76 µm
Rất ít bị hấp thụ bởi oxy, hơi nước và năng lượng
phản xạ cực đại ứng với bước sóng 0,5 µm trong
khí quyển. Năng lượng do dải sóng này cung cấp
giữ vai trò trong viễn thám.
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung

0,77 µm ÷ 1,34
µm
1,55 µm ÷ 2,4 µm
Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước
sóng hồng ngoại gần từ 0,77 µm ÷ 0,9 µm. Sử
dụng trong chụp ảnh hồng ngoại theo dõi sự
biến đổi thực vật từ 1,55 µm ÷ 2,4 µm.
Hồng ngoại nhiệt 3 µm ÷ 22 µm.
Một số vùng bị hơi nước hấp thụ mạnh, dải
sóng này giữ vai trò trong phát hiện cháy rừng
và hoạt động của núi lửa. Bức xạ nhiệt của trái
đất có năng lượng cao nhất tại bước sóng 10
µm.
Vô tuyến
(ra đa)
1 mm ÷ 30 cm
Khí quyển không hấp thụ mạnh năng lượng của
các bước sóng lớn hơn 2 cm, cho phép thu nhận
năng lượng cả ngày lẫn đêm không bị ảnh
hưởng của mây, sương mù và mưa.
c. Vấn ñề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám.
Bộ cảm giữ nhiệm vụ thu nhận các năng lượng bức xạ do vật thể phản
xạ từ nguồn cung cấp tự nhiên (mặt trời) hoặc nhân tạo do (do vệ tinh phát).
Năng lượng này được chuyển thành tín hiệu số tương ứng với năng lượng bức
xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm nhận được trong dải phổ đã được xác
định.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

7

Có 2 loại: bộ cảm chủ động và bộ cảm bị động.
Bộ cảm bị động thu nhận bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát xạ từ
nguồn phát tự nhiên là Mặt trời. Bộ cảm chủ động lại thu năng lượng do vật
thể phản xạ từ một nguồn cung cấp nhân tạo
[6]
.
d. Vệ tinh viễn thám và một số tư liệu sử dụng trong Viễn thám
* Vệ tinh viễn thám:
- Vệ tinh Landsat: Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu
tiên được phóng lên quỹ đạo năm 1972, cho đến nay đã có 7 thế hệ vệ tinh
Landsat đã được phóng lên quỹ đạo và dữ liệu đã được sử dụng rộng rãi trên
toàn thế giới. Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat được cung cấp từ 15 trạm thu
nhằm phục vụ quản lý tài nguyên và giám sát môi trường.
Vệ tinh Landsat được thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185km và có
thời điểm bay qua xích đạo là 9h39’sáng. Dữ liệu do 2 bộ cảm biến TM và
MSS thu nhận được chia thành các cảnh phủ một vùng trên mặt đất
185×170km được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến
và hàng. Các giá trị của pixel được mã hoá 8 bit tức là cấp độ xám ở quỹ đạo
trong khoảng 0÷255
[6]
.
Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh Landsat gồm:
Bảng 2.2 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh
Độ cao bay
915 km (Landsat -1-3)
705km (Landsat -4,5,7)
Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời
Chu kỳ lặp
18 ngày (Landsat -1-3)
16 ngày (Landsat -4,5,7)

Thời gian hoàn tất
Chu kỳ quỹ đạo
Khoảng 103 phút (Landsat -1-3)
khoảng 99 phút (Landsat -4,5,7)
Năm phóng vào quỹ đạo
1972 (Landsat -1) 1975 (Landsat -2)
1978 (Landsat -3) 1982 (Landsat -4)
1984 (Landsat -5) 1999 (Landasat -7)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

8

Bảng 2.3 ðặc trưng chính của bộ cảm và ñộ phân giải không gian
Loại bộ cảm Kênh
Bước sóng
(µm)
Loại
Độ phân
giải không
gian
TM
Thematic
Mapper
(Landsat-1-5)
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6

Kênh 7
0,45 ÷ 0,52
0,52 ÷ 0,60
0,63 ÷ 0,69
0,76 ÷ 0,90
1.55 ÷ 1,75
10,4 ÷ 12,5
2,08 ÷ 2,35
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
120 m
30 m
MSS
Multi Spectral
Scanner
(Landsat-1-5)
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7

0,5 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,7
0,7 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,1
Lục
Đỏ
Cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại
80 m
80 m
80 m
80 m
TM
Thematic
Mapper
(Landsat-1-5)
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 8
(Pan)
0,45 ÷ 0,52
0,53 ÷ 0,61
0,63 ÷ 0,69
0,75 ÷ 0,90
1.55 ÷ 1,75

10,4 ÷ 12,5
2,09 ÷ 2,35
0,52 ÷ 0,9
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
Lục đến cận hồng
ngoại
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
60 m
30 m
15 m
- Vệ tinh SPOT
Vệ tinh SPOT-1 được cơ quan hàng không Pháp phóng lên quỹ đạo
năm 1986, các năm 1990, 1993, 1998 và 2002 lần lượt các vệ tinh SPOT-
2,3,4 và 5 được đưa vào hoạt động. Đây là loại vệ tinh đầu tiên sử dụng kỹ
thuật quét dọc tuyến chụp với hệ thống quét điện tử có khả năng cho ảnh lập
thể dựa trên nguyên lý quan sát nghiêng, có độ phân giải cao nên được ứng
dụng khá phổ biến trong nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất, phân tích biến
động và thành lập bản đồ tỷ lệ 1:10 000 và nhỏ hơn
[6]
.

Đối với vệ tinh SPOT- 5, được trang bị một cặp đầu thu HRG (High
Resolution Geometric) là loại đầu thu ưu việt hơn so với các loại trước đó.
Mỗi một đầu thu HRG có thể thu được ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

9

10m mầu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải
2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60km đến 80km.
Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT-5, điều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời
khác ở độ phân giải này đều không đạt được.
Bảng 2.4 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh SPOT
Độ cao bay 822 km
Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời
Chu kỳ lặp 26 ngày
Thời gian hoàn tất quỹ đạo Khoảng 101 phút


Năm phóng vào quỹ đạo
1986 (SPOT -1)
1990 (SPOT-2)
1993 (SPOT-3)
1998 (SPOT-4)
2002 (SPOT-5)
Bảng 2.5 ðặc trưng chính của bộ cảm và ñộ phân giải không gian
Tên bộ cảm Kênh
Bước sóng
(µm)
Loại
Độ phân giải

không gian
SPOT -1-3
HRV-XS:
Vùng nhìn thấy độ phân
giải cao Đa phổ
kênh 1
kênh 2
kênh 3
0,50 ÷ 0,59
0,61 ÷ 0,68
0,79 ÷ 0,89
Lục đến vàng
Đỏ
Cận hồng ngoại
20 m
20 m
20 m
HRV-P: Nhìn thấy, độ
phân giải cao, toàn sắc
P 0,51÷ 0,73 Lục đến đỏ 10m
SPOT-4
HRVIR-X
Nhìn thấy độ phân giải cao
và hồng ngoại/đa phổ
kênh 1
kênh 2
kênh 3
kênh 4
0,50 ÷ 0,59
0,61 ÷ 0,68

0,79 ÷ 0,89
1,58 ÷ 1,75
Lục đến vàng
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung

20 m
20 m
20 m
20 m
SPOT-5
HRG
Độ phân giải cao, toàn sắc

Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
0,5÷0,59
0,61-0,68
0,51-0,75
Lục đến đỏ
2,5m
10m
5m

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

10
- Vệ tinh MOS

Vệ tinh MOS-1 là thế hệ đầu tiên được Nhật Bản phóng vào quỹ đạo
tháng 2 năm 1987 để quan sát đại dương và nghiên cứu môi trường biển, sau
đó MOS-1b (tháng 2/1990) với 3 thiết bị đo phổ chính có phạm vi vùng phổ
tương tự như bộ cảm biến đa phổ của vệ tinh Landsat
[6]
.
Hiện nay tư liệu ảnh vệ tinh Landsat, Spot, Cosmos được sử dụng rộng
rãi trên thế giới và Việt Nam.
Bảng 2.6 ðặc trưng chính của bộ cảm và ñộ phân giải không gian
Tên của bộ cảm
biến
Kênh
Bước sóng
µm
Loại
Độ phân
giải

MESSR:
Bức xạ kế tự quét
Đa phổ
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
0,51 ÷ 0,59
0,61 ÷ 0,69
0,72 ÷ 0,80
0,80 ÷ 1,10
Lục

Đỏ
Hồng ngoại gần
Hồng ngoại gần
50 m
50 m
50 m
50 m
MSR:
Bức xạ kế quét
Vô tuyến tần cao



23 ± 0,2 GHz
31,4 ± 0,25 GHz

Vô tuyến cao tần
Vô tuyến cao tần

32 km
23 km
VTIR:
Nhìn thấy và nhiệt
Bức xạ kế hồng
ngoại
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
0,5 ÷ 0,7

6,0 ÷ 7,0
10,5 ÷ 11,5
11,5 ÷ 12,5
Nhìn thấy
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại nhiệt
900 km
2700 km
2700 km
2700 km

Bảng 2.7 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh MOS
Độ cao bay 909 km
Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời
Chu kỳ lặp 17 ngày
Thời gian hoàn tất chu kỳ quỹ đạo Khoảng 103 phút
Năm phóng vào quỹ đạo
1987 (MOS -1)
1990 (MOS -1b)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

11
- Vệ tinh IRS
Một loạt các vệ tinh viễn thám của Ấn Độ được phóng lên quỹ đạo để
thực hiện việc nghiên cứu toàn bộ phần lục địa của bề mặt trái đất, bao gồm
vệ tinh IRS-1 phóng vào đầu năm 1988; vệ tinh thế hệ thứ ba IRS-1C
(12/1995) với ba bộ cảm biến chính PAN kênh đơn, độ phân giải cao, LISS-3
độ phân giải trung bình, gồm bốn kênh phổ và WiFS (Wide Field Sensor) ứng
với hai kênh phổ có độ phân giải thấp. Vệ tinh IRS có thể tạo ảnh lập thể ứng

với kênh toàn sắc (PAN) giống ảnh SPOT nhưng góc quan sát nghiêng của vệ
tinh IRS là 26
0
. Ảnh IRS có độ phân giải cao sử dụng rất tốt trong việc thành
lập bản đồ và quy hoạch thành phố, ảnh đa phổ do LISS-3 tương tự như
LandsatTM, sử dụng tốt cho việc phân biệt thực vật, thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất và quy hoạch tài nguyên thiên nhiên
[6]
.
Bảng 2.8 ðặc trưng chính và ñộ phân giải không gian

Loại bộ cảm


Kênh
Bước
sóng
(µm)

Loại
Độ phân
giải
(IRS 1C)
Độ phân
giải
(IRS 1D)
PAN
Bộ cảm toàn sắc

P

0,50 ÷0,75


Nhìn thấy (lục đến cận
hồng ngoại)
5,8 m 5,2 ÷ 5,8 m
LISS -3
Bộ cảm trợ quét
ảnh tuyến tính
Kênh2
Kênh3
Kênh4
Kênh5
0,52 ÷0,59

0,62 ÷0,68

0,77 ÷0,86

1,55 ÷1,70

Nhìn thấy(lục đến vàng)

Nhìn thấy (lục đến đỏ )
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
24 m
24 m
24 m
70 m

21 ÷ 23
21 ÷ 23
21 ÷ 23
63 ÷ 70

Bảng 2.9 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh IRS
IRS -1C IRS -1D
Độ cao bay 817 km 780 km (trên xích đạo)
Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời Đồng bộ mặt trời
Chu kỳ lặp 24 ngày 25 ngày
Thời gian hoàn tất chu kỳ quỹ đạo - -
Năm phóng vệ tinh 1995 1997

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

12
- Vệ tinh IKONOS
IKONOS là loại vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao (1m)
được đưa vào không gian tháng 9/1999. Bộ cảm biến OSA (Optical sensor
assembly) của vệ tinh IKONOS sử dụng nguyên lý quét điện tử và có khả
năng thu đồng thời ảnh toàn sắc và đa phổ. Ngoài khả năng tạo ảnh có độ
phân giải cao nhất vào thời điểm năm 2000, ảnh IKONOS còn có độ phân giải
bức xạ rất cao để ghi nhận năng lượng phản xạ. Nhiều ứng dụng cho việc
quản lý đô thị và quy hoạch tại các thành phố lớn trên thế giới đã chứng minh
cho ưu thế của ảnh IKONOS độ phân giải cao, trong tương lai ảnh độ phân
giải cao sẽ giữ vai trò quan trọng trong việc thành lập bản đồ và quan sát
thành phố
[6]
.
Bảng 2.10 ðặc trưng chính của quỹ ñạo và vệ tinh IKONOS

Tên của cảm biến Kênh Bước sóng (µm) Độ phân giải
OSA:
Bộ cảm toàn sắc
Đa phổ
P
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
0,45 ÷ 0,90
0,45 ÷ 0,52
0,52 ÷ 0,60
0,63 ÷ 0,69
0,76 ÷ 0,90
1 m

4 m
Ảnh IKONOS được sử dụng không chỉ để thành lập và cập nhật bản đồ
địa hình tỷ lệ trung bình, giám sát phân tích biến động mà còn có thể tạo ra
hình ảnh thực cho khu vực phục vụ dịch vụ kinh doanh và du lịch. Các loại
ảnh vệ tinh thương mại có độ phân giải cao khác có thể sử dụng hiện nay như:
Orbvieww-3, Quickbird, và EROS-A1.
- Vệ tinh Quickbird
Quickbird đánh dấu một bước quan trọng của dạng tư liệu viễn thám
phân giải cao được thương mại hoá. Lần đầu tiên phóng vào năm 2000 bị thất
bại, lần thứ hai được phóng lên với độ phân giải cao (ảnh PAN - 0,6m và ảnh
đa phổ 2,4m) vào 18/10/2001. Vệ tinh được phóng lên quỹ đạo đồng bộ mặt
trời, độ cao 450km, độ nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 98
0
. Các kênh phổ của vệ

tinh là xanh chàm 450-520 mµ, xanh lục 520-600 mµ, đỏ 630-690 mµ và
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

13
hồng ngoại gần 760-900mµ
[5]
.
- Vệ tinh WorldWiew-2
WorldWiew-2 được phóng lên quỹ đạo ngày 8 tháng 10 năm 2009 tại
Vandenberg, California, Hoa Kỳ.
+ Thu nhận ảnh có độ phân giải: 0,46 m (toàn sắc);1,8 m (đa phổ);
0,52m (toàn sắc); 2,4 m (đa phổ) (tại góc chụp 20° )
+ Chu kỳ: 1,1 ngày hoặc ít hơn và 3,7 ngày ở 20
0
.
+ Các kênh phổ: Toàn sắc; 8 kênh đa phổ (4 kênh màu chuẩn: đỏ, lục,
chàm, cận hồng ngoại-1 và 4 kênh màu mới: Đỏ đậm, chàm tím, vàng, cận
hồng ngoại-2);
+ Diện tích thu nhận/1 ảnh: 16,4 km x 16,4 km
[6]
.
* Một số tư liệu sử dụng trong viễn thám
- Ảnh tương tự:
Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp cảm quang halogen bạc,
ảnh tương tự thu được từ các bộ cảm tương tự dùng phim, không sử dụng các
hệ thống quang điện tử. Những tư liệu này có độ phân giải không gian cao
nhưng kém về độ phân giải phổ
[1]
.
- Ảnh số:

Ảnh số là dạng tư liệu ảnh không lưu trữ trên giấy ảnh hoặc phim. Ảnh
số được chia thành nhiều phần tử nhỏ gọi là pixel. Mỗi pixel tương ứng với
một đơn vị không gian.
Ảnh số được đặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học, bức xạ
như trường nhìn không đổi, góc nhìn tối đa, độ phân giải mặt đất
[1]
.
- Số liệu mặt ñất
Số liệu mặt đất là tập hợp các quan sát mô tả, đo đạc về các điều kiện
thực tế trên mặt đất của các địa vật cần nghiên cứu nhằm xác định mối tương
quan giữa tín hiệu thu được và bản thân các đối tượng. Các số liệu đó bao
gồm thông tin tổng quan về đối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái,
tính chất phản xạ, hấp thụ phổ, nhiệt độ … và thông tin về môi trường xung
quanh như góc chiếu, độ cao mặt trời, cường độ chiếu sáng, trạng thái khí
quyển, nhiệt độ, độ ẩm không khí, hướng và tốc độ gió ….
[1]

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

14
- Số liệu ñịnh vị mặt ñất
Để thu thập số liệu định vị mặt đất người ta sử dụng hệ thống định vị
toàn cầu GPS phục vụ quá trình hiệu chỉnh hình học của ảnh vệ tinh
[1]
.
- Bản ñồ và số liệu ñịa hình
Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu của viễn thám ngoài những tư
liệu trên cần phải có các tài liệu địa hình và chuyên đề như bản đồ địa hình,
bản đồ chuyên đề sử dụng đất, địa chất, bản đồ kinh tế xã hội, mô hình số địa
hình …rất cần thiết

[1]
.
2.1.2 Phương pháp xử lý thông tin Viễn thám
a. Khái niệm giải ñoán ảnh Viễn thám
Giải đoán ảnh vệ tinh được định nghĩa như là một quá trình tách thông
tin định tính cũng như định lượng từ ảnh viễn thám tạo ra bản đồ chuyên đề
dựa trên các tri thức chuyên môn hoặc kinh nghiệm của người giải đoán
[6]
.
Sơ đồ tổng quát cho việc giải đoán được thể hiện như sau:

Hình 2.2 Các bước tiến hành giải ñoán ảnh bằng mắt
b. Giải ñoán ảnh bằng mắt.
Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh. Phân
tích ảnh bằng mắt có sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức chuyên môn của
người phân tích để từ đó khai thác được các thông tin có trong tư liệu ảnh. Kết
Thành lập bản đồ chuyên đề
Chuẩn bị
Đọc thông tin dữ liệu
Đọc ảnh
Đo ảnh
Phân tích ảnh
Chuẩn bị dữ liệu ảnh (ảnh tương tự hoặc ảnh số)
Đọc các thông số hỗ trợ và định vị ảnh theo bản đồ
Tạo khoá giải đoán (hình dạng, kích thước , màu sắc )
Đo đạc các yếu tố định lượng (đo dài, độ cao,vị trí )
Tách gộp các yếu tố của đối tượng và gán thuộc tính
Trình bày các kết quả giải đoán và thể hiện trên bản đồ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

15
quả giải đoán phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích. Hạn chế
của giải đoán bằng mắt là không nhận biết được hết các đặc tính phổ của đối
tượng, nguyên nhân do khả năng phân biệt về phổ của mắt người hạn chế tối
đa là 12-14 mức.
Để giải đoán ảnh, ngoài sự trợ giúp của máy tính và sự hỗ trợ của phần
mềm để xác định các đặc trưng phổ phản xạ, người giải đoán còn căn cứ vào một
số chuẩn giải đoán, đặc trưng của các đối tượng cũng như kinh nghiệm của các
chuyên gia, có thể chia các chuẩn giải đoán thành 8 nhóm chính: Kích thước,
hình dạng, bóng râm, độ đen, màu sắc, cấu trúc, hình mẫu và mối quan hệ
[6]
.
c. Giải ñoán ảnh bằng công nghệ số.
Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu được trong kỹ thuật viễn thám thường dưới
dạng số và được xử lý bằng máy tính để tạo ảnh đã được giải đoán ứng dụng
vào nhiều lĩnh vực khác nhau.
Phương pháp với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên
dụng có thể tách chiết rất nhiều thông tin phổ của đối tượng, từ đó nhận biết
các đối tượng một cách tự động. Tuy nhiên, quá trình xử lý ảnh số cần có sự
kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức chuyên môn với hiểu biết về đối tượng của
người phân tích.
Các dữ liệu thu được trong viễn thám thường được lưu dưới dạng ảnh
số nên vấn đề xử lý ảnh số trong viễn thám giữ vai trò quan trọng trong việc
tách thông tin hữu ích phục vụ cho rất nhiều chuyên ngành khác nhau. Nội
dung các thành phần xử lý cơ bản và trình tự tiến hành có thể hệ thống và tóm
tắt như sau
[6]
:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

16

Hình 2.3 Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số
2.1.3 Một số ứng dụng của Viễn thám
- Ứng dụng trong nghiên cứu môi trường:
Công nghệ viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác
giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước, từng khu
vực và trong phạm vi toàn cầu nhờ các khả năng ưu việt của Viễn Thám, như:
+ Độ phủ trùm không gian lớn;
+ Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất
do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục;
+ Sử dụng các dải phổ khác nhau để quan trắc các đối tượng
[10]
.

Hình 2.4 Phát hiện ô nhiễm môi trường không khí bằng ảnh vệ tinh SPOT
[3]

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

17
Ứng dụng công nghệ Viễn Thám để nghiên cứu môi trường và sự biến đổi
môi trường bao gồm: Điều tra về sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ; vẽ bản đồ
thực vật; nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; giám sát thiên tai
(hạn hán, cháy rừng, bão, mưa đá ); nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí;
nghiên cứu môi trường biển (đo nhiệt độ, màu nước biển, gió sóng)
Các công trình nghiên cứu của Việt Nam về ô nhiễm môi trường không
khí mới dừng ở mức xử lý các số liệu từ các trạm quan trắc mặt đất. Theo
nghiên cứu mới nhất của trường Đại học Giao thông, thiệt hại do khí phát thải
của xe cơ giới ở 5 thành phố Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, TP. Hồ Chí Minh

và Cần Thơ chiếm vào khoảng 0,3%-0,6% GDP của thành phố.
Với việc xây dựng Hệ thống trạm thu ảnh vệ tinh mặt đất (2005-2007)
thuộc dự án “Xây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi
trường Việt Nam” do Trung tâm Viễn thám quốc gia thuộc Bộ Tài nguyên và
Môi trường chủ trì, đã tạo ra những khả năng và điều kiện mới thực hiện công
tác giám sát tài nguyên và môi trường ĐẤT - NƯỚC - KHÔNG KHÍ nhanh
hơn, chính xác hơn và đầy đủ hơn
[3]
.

- Ứng dụng trong nghiên cứu thực vật rừng:
Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn cầu nghiên cứu lớp phủ thực
vật theo ngày, mùa vụ, năm, tháng và theo giai đoạn; điều tra phân loại rừng,
diễn biến của rừng; nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng
Tư liệu viễn thám được ghi nhận trên nhiều kênh phổ, điều đó giúp cho
công tác giải đoán các yếu tố nội dung của bản đồ một cách thuận lợi, đặc biệt
là khi giải đoán về các loại thực vật, thổ nhưỡng. Tuỳ thuộc vào bước sóng
điện từ phản xạ hay bức xạ từ các vật thể sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu
sắc khác nhau.
Phản xạ phổ ứng với từng lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do
sự tương tác giữa các bức xạ điện từ và vật thể, điều này cho phép viễn thám
có thể xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đo
lường phản xạ phổ
[6].