Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đánh giá biến động sử dụng đất thị xã cửa lò tỉnh nghệ an giai đoạn 2005 2010

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




LÊ ðÌNH SÂM


ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG
THÔNG TIN ðỊA LÝ ðÁNH GIÁ BIẾN ðỘNG SỬ
DỤNG ðẤT THỊ XÃ CỬA LÒ - TỈNH NGHỆ AN
GIAI ðOẠN 2005- 2010




LUẬN VĂN THẠC SỸ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : Quản lý ñất ñai
Mã số : 60.62.16


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 ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng
ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

Nghệ An, tháng 8 năm 2012
Tác giả



Lê ðình Sâm

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


ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện ñề tài, tôi ñã nhận ñược sự
giúp ñỡ, những ý kiến ñóng góp, chỉ bảo quý báu của các thầy giáo, cô giáo
trong Viện ñào tạo sau ñại học, Khoa Tài nguyên và Môi trường, trường ðại
học Nông nghiệp Hà Nội.
ðể có ñược kết quả nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản
thân, tôi còn nhận ñược sự hướng dẫn chu ñáo, tận tình của PGS.TS. Phạm
Vọng Thành là người hướng dẫn trực tiếp tôi trong suốt thời gian nghiên cứu
ñề tài và viết luận văn.
Tôi cũng nhận ñược sự giúp ñỡ, tạo ñiều kiện của UBND Thị xã Cửa
Lò, Phòng Tài nguyên và Môi trường Thị xã Cửa Lò, UBND các phường
thuộc Thị xã , các anh chị em và bạn bè ñồng nghiệp, sự ñộng viên, tạo mọi
ñiều kiện của gia ñình và người thân.
Với tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn
tất cả những sự giúp ñỡ chân tình, quý báu ñó!
Nghệ An, ngày tháng năm 2012
Tác giả

Lê ðình Sâm







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


iii

MỤC LỤC

1. MỞ ðẦU 1
1.1 Tính cấp thiết của ñề tài. 1
1.2 Mục ñích nghiên cứu 3
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3
1.4 Cấu trúc của luận văn 3
2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 5
2.1 Công nghệ viễn thám: 5
2.1.1 ðịnh nghĩa về viễn thám: 5
2.1.2 Cơ sở vật lý của viễn thám 7
2.1.3 Phân loại viễn thám: 11
2.1.4 Các vệ tinh viễn thám 12
2.1.5 Ứng dụng của các loại ảnh 18
2.1.6 Tư liệu sử dụng trong viễn thám vệ tinh 20
2.1.7 ðoán ñọc ảnh vệ tinh 23
2.1.8 Ứng dụng công nghệ viễn thám 28

2.1.8.1 Nghiên cứu ñịa chất 29
2.1.8.2 Nghiên cứu môi trường 30
2.1.8.3 Phân loại lớp phủ bề mặt, phát hiện biến ñộng lớp phủ bề mặt 31
2.1.8.4 Nghiên cứu khí hậu 31
2.1.8.5 Nghiên cứu thực vật, rừng 33
2.1.8.6 Sử dụng tư liệu viễn thám ñể thành lập bản ñồ 34
2.2 Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) 35
2.2.1 Khái niệm chung về GIS 35
2.2.2. Các thành phần chính của GIS 37
2.2.3 Ứng dụng của hệ thống thông tin ñịa lý trong quản lý tài nguyên thiên nhiên
và môi trường 38
2.3 Một số ứng dụng kết hợp tư liệu viễn thám và công nghệ GIS trên thế giới và
ở Việt nam 39
2.3.1 Một số ứng dụng kết hợp tư liệu viễn thám và công nghệ GIS trên thế giới 39
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


iv

2.3.2 Một số ứng dụng kết hợp tư liệu viễn thám và công nghệ GIS ở Việt Nam 41
2.4 Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất và biến ñộng lớp
phủ bề mặt 44
2.4.1 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại 44
2.4.2 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh ña
thời gian. 45
2.4.3 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân tích véc tơ thay ñổi
phổ 46
2.4.4 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp số học. 48
2.4.5 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp sử dụng mạng nhị phân 50
2.4.6 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp chồng xếp ảnh phân loại lên

bản ñồ ñã có 52
2.4.7 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh 52
2.4.8 Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp kết hợp 53
2.4.9 So sánh các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng 54
3 ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU56
3.1 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu 56
3.1.1 ðối tượng nghiên cứu 56
3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 56
3.2 Nội dung nghiên cứu 56
3.3 Phương pháp nghiên cứu 56
3.3.1 Phương pháp thu thập số liệu 56
3.3.2 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 57
3.3.3 Phương pháp ñiều tra, khảo sát thực ñịa 57
3.3.4 Phương pháp minh hoạ trên bản ñồ, biểu ñồ 57
3.3.5 Phương pháp giải ñoán ảnh viễn thám bằng công nghệ bán tự ñộng 57
3.3.6 Phương pháp xây dựng bản ñồ từ ảnh viễn thám 58
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 59
4.1. Khái quát về ñiều kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội và chuyển dịch cơ cấu sử
dụng ñất của ñịa bàn nghiên cứu 59
4.1.1. Khái quát về ñiều kiện tự nhiên 59
4.1.1.1. Vị trí ñịa lý 59
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


v

4.1.1.2. ðịa hình, ñịa mạo 60
4.1.1.3. ðặc ñiểm hậu khí, thời tiết 61
4.1.1.4. ðặc ñiểm thuỷ văn 62
4.1.2. Các nguồn tài nguyên 62

4.1.2.1. Tài nguyên ñất 62
4.1.2.2. Tài nguyên nước 63
4.1.2.3. Tài nguyên rừng 63
4.1.2.4. Tài nguyên biển và ven biển 64
4.1.2.5. Tài nguyên khoáng sản 64
4.1.2.6. Tài nguyên nhân văn 64
4.1.2.7. Tài nguyên du lịch 64
4.1.3. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội 65
4.1.3.1. Khái quát về thực trạng phát triển kinh tế 65
4.1.3.2. Thực trạng phát triển các khu vực kinh tế, các ngành 66
4.1.3.3. Thực trạng phát triển dân số và việc làm 68
4.1.3.4. Thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội 68
4.1.4. Hiện trạng sử dụng ñất và biến ñộng ñất ñai 70
4.1.4.1. Hiện trạng sử dụng ñất thị xã Cửa Lò năm 2010 70
4.1.4.2 Biến ñộng sử dụng ñất 2005 ñến 2010 74
4.2 Xử lý ảnh vệ tinh ñộ phân giải cao ñể lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 75
4.2.1 Thu thập tư liệu 75
4.2.2 Dữ liệu khác 76
4.2.3 Các bước xử lý ảnh số 77
4.2.3.1 Nhập ảnh 77
4.2.3.2 Tăng cường chất lượng ảnh. 77
4.2.3.3 Nắn chỉnh hình học. 77
4.2.3.4 Phân loại ảnh. 78
4.2.3.5. ðánh giá ñộ chính xác của kết quả phân loại 82
4.2.3.6. Một số kỹ thuật sau phân loại 87
4.2.4 Biên tập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất. 88
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


vi

4.3 ðánh giá biến ñộng sử dụng ñất thị xã Cửa Lò giai ñoạn 2005 - 2010 93
4.4 Nhận xét về kết quả thực nghiệm 97
5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98
5.1 Kết luận 98
5.2 Kiến nghị 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO 101




















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

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. Phân loại sóng ñiện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám 9

Bảng 2. Các thông số kỹ thuật của bộ cảm 15

Bảng 3. Thông tin dữ liệu ảnh vệ tinh 57

Bảng 4: Hiện trạng sử dụng ñất thị xã Cửa Lò năm 2010 71

Bảng 5: Hiện trạng sử dụng ñất chi tiết thị xã Cửa Lò năm 2010 72

Bảng 6: Biến ñộng sử dụng ñất năm 2005 ñến năm 2010 75

Bảng 7. Mô tả các loại ñất 80

Bảng 8. Mẫu giải ñoán ảnh vệ tinh 80

Bảng 9. Giá trị khác biệt phổ giữa các mẫu phân loại ảnh năm 2005 81

Bảng 10. Giá trị khác biệt phổ giữa các mẫu phân loại ảnh năm 2010 82

Bảng 11. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2005 84

Bảng12. ðộ chính xác phân loại ảnh năm 2005 85

Bảng13. Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2010 86

Bảng14. ðộ chính xác phân loại ảnh năm 2010 86

Bảng15. Thống kê diện tích ñất năm 2005 88

Bảng16. Thống kê diện tích ñất năm 2010 89

Bảng 17. Chênh lệch diện tích năm 2010 89

Bảng 18. Biến ñộng các loại ñất giai ñoạn 2005 - 2010 94

Bảng 19. So sánh diện tích các loại ñất tại thời ñiểm nghiên cứu 95

Bảng 20. Thay ñổi sử dụng ñất giai ñoạn 2005 - 2010 95



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


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ðỒ

Hình 1. Vệ tinh trên quỹ ñạo 5

Hình 2 . Quá trình thu nhận hình ảnh của các ñối tượng 6

Hình 3. Bức xạ ñiện từ 7

Hình 4. Phổ ñiện từ và các dải sóng dùng trong viễn thám 10

Hình 5. Tương tác cơ bản giữa năng lượng ñiện từ với ñối tượng bề mặt 10

Hình 6. Vệ tinh LANDSAT 14

Hình 7. Vệ tinh SPOT và vị trí của nó trên quỹ ñạo 15

Hình 8. Chụp lập thể vệ tinh SPOT 16

Hình 9. Quá trình chia mẫu 21

Hình 10. Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu núi lửa 29

Hình 11. Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu ñịa chất 30

Hình 12. Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu sóng thần 31
Hình13. Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu bão nhiệt ñới Choi-Wan 31
Hình 14. Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu biến ñộng tầng ô zôn 32

Hình 15.Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu nhiệt ñộ bề mặt 33

Hình 16. Ứng dụng công nghệ viễn thám theo dõi nạn phá rừng nhiệt ñới 34

Hình 17. Ứng dụng ảnh viễn thám trong thành lập bản ñồ 35

Hình 18. Một bản ñồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều thông tin khác nhau 36

Hình 19. Thành phần chính của một hệ GIS 37

Hình 20. Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm Quản lý Dữ liệu quốc gia 43

Hình 21. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp so sánh sau phân loại.45
Hình 22. Thành lập bản ñồ biến ñộng bằng phương pháp phân loại trực tiếp
ảnh ña thời gian 46
Hình 23: Véc tơ thay ñổi phổ 47

Hình 24. Thuật toán phân tích thay ñổi phổ 48
Hình 25. Thành lập bản ñồ bằng phương pháp mạng nhị phân 51
Hình 26. Thành lập bản ñồ bằng phương pháp cộng màu trên một kênh ảnh 53
Hình 27: Vị trí vùng nghiên cứu 59

Biểu ñồ 1: Cơ cấu kinh tế thị xã Cửa Lò 2006 – 2010 66

Biểu ñồ 2: Cơ cấu sử dụng ñất thị xã Cửa Lò năm 2010 71

Hình 28. Ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 76
Hình 29. Các bước xử lý ảnh số 78
Hình 30. Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất thị xã Cửa Lò năm 2005 91

Hình 31. Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất thị xã Cửa Lò năm 2010 92
Hình 32. Quy trình thành lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất 93
Hình 33. Bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất năm 2005- 2010 96

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.

ðô thị hoá là một quá trình tập trung dân cư ñô thị, ñồng thời ñó là quá
trình chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng tỷ trọng sản xuất nông nghiệp giảm,
tỷ trọng sản xuất công nghiệp, thương mại và dịch vụ tăng. Bộ mặt ñô thị ngày
càng phát triển theo hướng hiện ñại, không gian ñô thị ngày càng mở rộng.
Năm 1994 Cửa Lò chính thức ñược nâng cấp thành thị xã theo Nghị ñịnh
số 113/Nð-CP ngày 29/8/1994 của Chính phủ. Hiện tại, Cửa Lò ñang ñược
quy hoạch trở thành một trong những trung tâm kinh tế của tỉnh Nghệ An; năm
2009 thị xã ñược công nhận là ñô thị loại III theo quyết ñịnh số: 234/Qð-BXD
ngày 12/03/2009 của Bộ trưởng Bộ Xây dựng; sau 18 năm thành lập Cửa Lò ñã
và ñang khảng ñịnh ñược là ñô thị du lịch biển và là ñộng lực phát triển kinh tế
gắn với Khu kinh tế ðông Nam Nghệ An. ðặc biệt, cùng với thành phố Vinh,
“liên hợp ñô thị” Cửa Lò – Vinh ñang trở thành trung tâm kinh tế, văn hoá của
khu vực Bắc Trung Bộ, một trong những cửa ngõ ra vào Thái Bình Dương
quan trọng của các nước tiểu vùng Mê Kông mở rộng (GMS) theo Hành lang
ðông-Tây từ Miến ðiện – Thái Lan- Lào và ra bờ biển Việt Nam. Dự kiến ñến
năm 2020 Cửa Lò sẽ hội tụ ñủ các tiêu chuẩn ñể trở thành thành phố du lịch
biển nổi tiếng của cả nước và khu vực ðông Nam Á.
Trước yêu cầu ñô thị hoá rất nhanh ở thị xã Cửa Lò, ñòi hỏi nhiệm vụ
quản lý ñất ñai phải thường xuyên theo dõi và cập nhật quá trình biến ñộng sử
dụng ñất diễn biến liên tục trên ñịa bàn. Từ ñó giúp cho các nhà quản lý có
cái nhìn tổng thể về sử dụng ñất trong phát triển ñô thị, quá trình biến ñộng
các loại ñất, nhằm ñưa ra các chính sách quản lý sử dụng ñất ñai hợp lý, tiết
kiệm. có hiệu quả, làm cơ sở cho việc Quy hoạch, kế hoạch sử dụng ñất ñai,
phát triển kinh tế - xã hội ñáp ứng ñược mục tiêu phát triển du lịch bền vững
của ñô thị du lịch biển thị xã Cửa Lò. Hiện nay, ña số các ñịa phương trong cả
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


2

nước vẫn sử dụng các phương pháp thành lập bản ñồ sử dụng ñất (BðSDð)
theo phương pháp truyền thống, quá trình cập nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều
thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản ñồ có ñộ chính xác không cao và
không thống nhất ( do dữ liệu ñầu vào không ñồng bộ). Những hạn chế này
ảnh hưởng tới công tác quản lý tài nguyên ñất ñai trong giai ñoạn ñô thị hoá
diễn ra nhanh chóng như hiện nay.
Trong vòng nữa thế kỷ trở lại ñây, công nghệ Viễn thám và hệ thống
tin ñịa lý (GIS) ñược ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái
ñất cũng như công tác thành lập bản ñồ. Việc áp dụng phương pháp thành lập
bản ñồ HTSDð bằng tư liệu ảnh viễn thám và GIS cho phép chúng ta xác
ñịnh nhanh chóng về vị trí không gian và tính chất của ñối tượng, từ ñó giám
sát ñược quá trình ñô thị ñang diễn ra nhanh chóng như hiện nay. ðồng thời
dựa trên ñộ phân giải phổ, ñộ phân giải không gian và ñộ phân giải thời gian
của tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác ñịnh ñươc thông tin của ñối
tượng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những vùng sâu,vùng xa,
các vùng có ñô thị hoá nhanh. Nhờ ñó tư liệu viễn thám và GIS ñã ñem lại
khả năng mới cho công tác quản lý ñất ñai.
Việc ứng dụng tư liệu Viễn thám và GIS, cùng với các công cụ phần
mềm hỗ trợ ñã tạo ñược một bước tiến mới trong thành lập bản ñồ HTSDð
dùng trong việc quản lý ñất ñai ñô thị.
Trước yêu cầu ñòi hỏi phải cập nhật thông tin một cách ñầy ñủ, nhanh
chóng và chính xác nhất về hiện trạng sử dụng ñất phục vụ cho cho công tác
quản lý ñất ñai ở các vùng ñô thị ñang phát triển sôi ñộng như hiện nay, nên
việc áp dụng tư liệu Viễn thám kết hợp với các công cụ phần mềm xử lý ảnh,
cũng như các phần mềm thành lập bản ñồ ñã trở thành một phương pháp
thành lập bản ñồ có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa học.
Xuất phát từ yêu cầu của công tác quản lý ñất ñai ñể giám sát những
thay ñổi trong sử dụng ñất do quá trình ñô thị hoá ở thị xã Cửa lò- tỉnh Nghệ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

3

An, trong thời gian qua tôi tiến hành thực hiện ñề tài
:
“Ứng dụng tư liệu Viễn
thám và hệ thống thông tin ñịa lý ñánh giá biến ñộng sử dụng ñất thị xã
Cửa Lò - Tỉnh Nghệ An giai ñoạn 2005- 2010 ”


1.2 Mục ñích nghiên cứu.
+ Nghiên cứu thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2005 và
2010 thị xã Cửa Lò, từ tư liệu viễn thám.
+ Nghiên cứu tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin ñịa lý ñể thành
lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2005 ñến 2010 ñể xác ñịnh biến
ñộng các loại ñất từ ñó ñề xuất các giải pháp cho công tác quản lý, sử dụng ñất
ñai trong quá trình phát triển ñô thị trên ñịa bàn Thị xã Cửa Lò.
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài.
Về mặt khoa học, ñề tài nghiên cứu góp phần khẳng ñịnh khả năng
ứng dụng tư liệu viễn thám cũng như các kỹ thuật xử lý ảnh trong việc thành
lập bản ñồ biến ñộng từ tư liệu viễn thám. Bên cạnh ñó kết quả nghiên cứu
của luận văn góp phân ñánh giá khả năng của tư liệu viễn thám trong thành
lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất, bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất ñể theo dõi
quá trình ñô thị hoá trên ñịa bàn thị xã Cửa Lò.
Về mặt thực tiễn, các kết quả nghiên cứu của luận văn ñưa ra ñược số
liệu về biến ñộng ñất ñai giai ñoạn từ năm 2005 ñến năm 2010 làm cơ sở cho
việc xác ñịnh mức ñộ biến ñộng các loại ñất trong quá trình ñô thị diễn ra trên
ñịa bàn thị xã Cửa Lò. Với mong muốn ñây sẽ là tài liệu hữu ích cho các nhà
quản lý trong công tác quy hoạch, kế hoạch, quản lý sử dụng ñất bằng phương
pháp tư liệu ảnh viễn thám và GIS một cách nhanh nhất, giúp quản lý và sử dụng

ñất có hiệu quả nhất trong quá trình phát triển ñô thị trên ñịa bàn thị xã Cửa Lò.
1.4 Cấu trúc của luận văn.
Nội dung của luận văn gồm 5 phần ñược trình bày trong 100 trang
với 33 hình , 2 biểu ñồ và 20 bảng cụ thể như sau:
- Phần 1: Mở ñầu
- Phần 2: Tổng quan các vấn ñề nghiên cứu
+ Công nghệ viễn thám ( 17 hình và 2 bảng biểu)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


4

+ Hệ thống thông tin ñịa lý (3 hình)
+ Các phương pháp thành lập bản ñồ biến ñộng ( 6 hình)
- Phần 3: ðối tượng, ñịa ñiểm, nội dung và phương pháp nghiên cứu(
1 bảng)
- Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (7 hình, 2 biểu ñồ, 17 bảng
- Phần 5: Kết luận và kiến nghị.
- Danh mục các công trình của tác giả
-Tài liệu tham khảo
-Phụ lục

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


5

2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Công nghệ viễn thám:

2.1.1 ðịnh nghĩa về viễn thám:
Viễn thám (Remote sensing) là một khoa học và công nghệ mà nhờ nó
các tính chất của vật thể quan sát ñược xác ñịnh, ño ñạc hoặc phân tích mà
không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Hay hiểu ñơn giản viễn thám là thăm
dò từ xa về một ñối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với ñối tượng
hoặc hiện tượng ñó.


Hình1. Vệ tinh trên quỹ ñạo
Như vậy ñối tượng nghiên cứu của viễn thám là các sự vật, hiện tượng
xảy ra trên trái ñất dưới tác ñộng của nguồn năng lượng mặt trời. Viễn thám
không nghiên cứu trực tiếp các quá trình xảy ra của các sự vật hiện tượng mà
nghiên cứu gián tiếp thông qua hình ảnh của dạng sự vật, hiện tượng ñược ghi
nhận từ sự phản xạ hoặc bức xạ từ nguồn năng lượng mặt trời hoặc nguồn
năng lượng nhân tạo. Vì vậy có thể ñịnh nghĩa khái quát viễn thám như sau:
"Viễn thám ñược xác ñịnh là một phương pháp nghiên cứu các ñối
tượng, hiện tượng bằng các thiết bị, ñặt cách ñối tượng một khoảng cách nào
ñó, không ñòi hỏi tiếp xúc trực tiếp với ñối tượng". [ 13]

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


6

3
Sóng ñiện từ hoặc ñược phản xạ hoặc ñược bức xạ từ vật thể thường là
nguồn tài liệu chủ yếu trong viễn thám. Những năng lượng từ trường, trọng
trường cũng có thể ñược sử dụng.
Thiết bị dùng ñể cảm nhận sóng ñiện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể

ñược gọi là bộ cảm.
Phương tiện dùng ñể mang các bộ cảm ñược gọi là vật mang, gồm khí
cầu, máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ.








Hình2 . Quá trình thu nhận hình ảnh của các ñối tượng
Viễn thám là kỹ thuật thu thập dữ liệu bức xạ ñiện từ phản chiếu hoặc
phát ra từ ñối tượng trên mặt ñất bằng cách sử dụng bộ cảm viễn thám và
chiết xuất thông tin vê ñối tượng thông qua quá trình phân tích các bức xạ
ñiện từ này.
Nhiệm vụ nghiên cứu của viễn thám là:
- Phát triển cơ sở kỹ thuật các thiết bị thu nhận thông tin viễn thám như
các hệ thống máy chụp ảnh, máy quét ảnh, hệ thống xử lý thông tin, các phần
mềm tin học chuyên dụng cho việc xử lý tư liệu viễn thám.
- Nghiên cứu khả năng phản xạ phổ của ñối tượng tự nhiên và tác ñộng
qua lại của môi trường ñến khả năng phản xạ phổ nhằm thu nhận ảnh viễn
thám tốt nhất phục vụ cho các mục ñích nghiên cứu.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


7

- Hoàn thiện các phương pháp xử lý thông tin trên mặt ñất ñể khai thác
tốt nhất các tư liệu viễn thám phục vụ cho nhiều mục ñích khác nhau như: khí

tượng thuỷ văn, ñịa chất, lâm nghiệp, nông nghiệp, ñịa chính, ñịa lý tài
nguyên, theo dõi và quản lý môi trường, quốc phòng…
Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu ñối tượng chủ yếu trong viễn thám
là phương pháp nghiên cứu mô hình. ðó là mô hình phổ và mô hình không
gian của các ñối tượng trên bề mặt trái ñất. Ví dụ: hệ sinh thái, hệ kiến tạo,
lớp phủ thực vật, ñịa hình, ñịa vật và việc thành lập bản ñồ ñịa hình, bản ñồ
chuyên ñề.
Trong viễn thám sóng ñiện từ ñược phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là
nguồn năng lượng chủ yếu. Ngoài ra các dạng năng lượng như từ trường,
trọng trường cũng ñược sử dụng. Ảnh thu ñược từ các bộ cảm là ảnh hàng
không, ảnh vệ tinh, ảnh chụp từ các con tầu vũ trụ ñược thể hiện dưới 2 dạng,
ñó là: ảnh tương tự và ảnh số.
2.1.2 Cơ sở vật lý của viễn thám
Cơ sở khoa học của phương pháp viễn thám cho thấy thông qua năng
lượng phản xạ hoặc bức xạ của vật thể, có thể xác ñịnh ñược các ñặc trưng
của vật thể.
Tốc ñộ ánh sáng (300 km/s) = Tần số x giải sóng
- ðặc trưng ñiện trường: chiều dài sóng và tần số
- ðơn vị chiều dài sóng: 1 m = 1000 mm; 1 mm= 1000 nm.






Hình 3. Bức xạ ñiện từ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


8

Bức xạ ñiện từ truyền năng lượng ñiện từ trên cơ sở dao ñộng của tr-
ường ñiện từ trong không gian hoặc trong lòng các vật chất. Bức xạ ñiện từ
mang cả các tính chất hạt và các tính chất sóng, còn quá trình lan truyền của
sóng ñiện từ tuân thủ theo ñịnh luật Maxwell. Tính chất sóng ñược xác ñịnh
bởi bước sóng, tần số và tốc ñộ lan truyền. Tính chất hạt ñược mô tả theo các
tính chất của quang lượng tử hoặc photon. Bức xạ ñiện từ có bốn tính chất cơ
bản là: tần số (bước sóng), hướng lan truyền, biên ñộ và mặt phân cực. Dải
phổ sử dụng trong viễn thám bắt ñầu từ vùng cực tím (0.3-0.4
µm
), vùng ánh
sáng nhìn thấy (0.4-0.7
µm
), ñến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt.
Bốn thuộc tính của bức xạ ñiện từ liên quan ñến các nội dung thông tin
khác nhau, ví dụ như tần số hay bước sóng liên quan tới màu sắc, sự phân cực
liên quan tới hình dạng của vật thể.
Tất cả các vật thể ñều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng ñiện
từ theo các cách khác nhau và ñặc trưng này ñược gọi là ñặc trưng phổ.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


9

Bảng 1. Phân loại sóng ñiện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám
Lớp ðộ dài sóng Tần số
Tử ngoại
100 A
0
- 0.4 µm

750 - 3000 THz
Nhìn thấy
0.4 - 0.75 µm
430 - 750 THz
Hồng
ngoại
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại ngắn
Giữa hồng ngoại
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại xa
0.75 - 1.3 µm
1.3 – 3 µm
3 – 8 µm
8 – 14 µm
14 µm - 1 mm
230 - 430 THz
100 - 230 THz
38 - 100 THz
22 - 38 THz
0.3 - 22 THz
0.1 - 1 mm 0.3 - 3 THz
Sóng
Radio
Sóng
Micro
mm (EHF)
cm (SHF)
dm (VHF)
1 - 10 mm

1 - 10 cm
0.1 - 1 m
30 - 300 GHz
3 - 30 GHz
0.3 - 3 GHz
Sóng cực ngắn (VHF)
Sóng ngắn (HF)
Sóng trung (MF)
Sóng dài (LF)
Sóng rất dài (VLF)
1 - 10 m
10 - 100 m
0.1 - 1 km
1 - 10 km
10 - 100 km
30 - 300 MHz
3 - 30 MHz
0.3 - 3 MHz
30 - 300 KHz
3 - 30 KHz
Sự tương tác năng lượng với các ñối tượng trên mặt ñất ñược thể hiện
khi năng lượng ñiện từ rơi vào một vật thể ở trên mặt ñất, sẽ có 3 thành phần
năng lượng cơ bản tương tác với ñối tượng; ñó là: phản xạ, hấp thụ và truyền
qua.
EI(λ) = ER(λ) + EA(λ) + ET(λ)
Trong ñó: EI- năng lượng tới mặt ñất
ER- năng lượng phản xạ
EA- năng lượng hấp thụ
ET- năng lượng truyền qua
Toàn bộ các năng lượng này là hàm của một bước sóng λ nào ñó EI(λ)

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


10









Hình 4. Phổ ñiện từ và các dải sóng dùng trong viễn thám

Ứng dụng :
Tia Gamma & X : Y tế & Hạt nhân
Tia tím : Thiên văn,nghiên cứu Ozone
Vùng nhìn bằng mắt : Cho các phân tích bằng mắt
Hồng ngoại : Phân biệt thảm thực vật
Nhiệt : Nghiên cứu hoả hoạn
Sóng ngắn : Mặt ñất, mặt nước
Radio : Radio, Truyền thanh
Tỷ lệ giữa các hợp phần năng lượng phản xạ, hấp thụ và truyền qua rất
khác nhau, tùy thuộc vào các ñặc ñiểm của ñối tượng trên bề mặt, cụ thể là
thành phần vật chất và tình trạng của ñối tượng. Ngoài ra, tỷ lệ giữa các hợp
phần ñó còn phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng chiếu tới.

Hình 5. Tương tác cơ bản giữa năng lượng ñiện từ với ñối tượng bề mặt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

11

Như vậy, sẽ xẩy ra trường hợp hai ñối tượng có cùng một ñặc ñiểm
trong những dải phổ khác nhau. Chính vì vậy, trong vùng nhìn thấy màu sắc
của một ñối tượng chính là thể hiện sự phản xạ của nó trội hơn cả trong một
dải sóng nào ñó. Trong viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ là rất
quan trọng và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau ñó ñể phân biệt các ñối t-
ượng. Vì vậy, năng lượng phổ phản xạ thường ñược sử dụng ñể tính sự cân
bằng năng lượng.
2.1.3 Phân loại viễn thám:
Viễn thám có thể ñược chia làm ba loại theo bước sóng sử dụng:
* Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại:
Như chúng ta ñã biết sóng ñiện từ là dải sóng có chiều dài bước sóng từ
0,1m ñến 10 km. Việc thu nhận sóng ñiện từ ở các dải sóng khác nhau là cơ sở
cho việc phân loại viễn thám. Nguồn năng lượng chủ yếu sử dụng trong dải
sóng nhìn thấy và hồng ngoại là năng lượng mặt trời. Tư liệu viễn thám thu
ñược trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật
thể và bề mặt trái ñất. Vì vậy, các thông tin về vật thể có thể ñược xác ñịnh từ
các phổ phản xạ.
* Viễn thám hồng ngoại nhiệt
Mỗi vật thể trên bề mặt trái ñất ñều hấp thụ năng lượng từ mặt trời.
Trong ñiều kiện bình thường mỗi vật thể, các vật thể ñều sản sinh ra bức xạ
nhiệt khác nhau. Việc thu nhận bức xạ do chính vật thể sản sinh ra gọi là viễn
thám hồng ngoại nhiệt.
* Viễn thám siêu cao tần
Trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai kỹ thuật:
Kỹ thuật chủ ñộng: kỹ thuật này hoàn toàn không sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời. Từ bộ cảm phát ra sóng ñiện từ, sóng này ñập vào vật thể rồi

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


12

Kỹ thuật bị ñộng: trong viễn thám siêu cao tần bị ñộng thì bức xạ siêu
cao tần do chính bản thân vật phản xạ lại trước bộ cảm thu nhận.thể phát ra và
ñược ghi lại, do ñó nó phụ thuộc vào nguồn năng lượng mặt trời cung cấp.
2.1.4 Các vệ tinh viễn thám
Vệ tinh có mang bộ cảm viễn thám gọi là vệ tinh viễn thám hay vệ tinh
quan sát mặt ñất. Các loại vệ tinh viễn thám bao gồm: vệ tinh khí tượng, vệ tinh
viễn thám biển, vệ tinh ñịa tĩnh, vệ tinh tài nguyên, vệ tinh tình báo, các tầu vũ
trụ có người ñiều khiển và các trạm vũ trụ, có rất nhiều hệ thống vệ tinh viễn
thám ñang hoạt ñộng: Landsat, Spot, Sojuz, IRS, Radasat, GMS
Thời gian hoạt ñộng của vệ tinh trên quỹ ñạo rất khác nhau tuỳ thuộc
vào mục ñích thiết kế. Ví dụ như các tầu Sojuz hoặc Cosmos của Nga có thời
gian hoạt ñộng một vài tuần ñến một vài tháng theo mùa chụp ảnh, sau ñó
phim ảnh ñược chụp gửi về mặt ñất ñể xử lý ảnh. Các vệ tinh tài nguyên như:
Landsat, Spot hoạt ñộng hàng năm trên quỹ ñạo. Tuy nhiên, do bay trong
hàng khí quyển cách mặt ñất từ 600 - 1000 km tầu vệ tinh cũng bị sức cản của
không khí tác ñộng nên khoảng 2 năm sẽ bị thay ñổi quỹ ñạo thiết kế ban ñầu
cho vệ tinh tài nguyên cần phải phục hồi ñẩy lại quỹ ñạo thiết kế hoặc phóng
vệ tinh khác thay thế: Các vệ tinh ñịa tĩnh như GMS bay ở ñộ cao lớn
36.000km nên ít bị ảnh hưởng của khí quyển nên có thể phục vụ lâu dài.
Các vệ tinh trên có quỹ ñạo khác nhau, ñể ñảm bảo các tư liệu viễn
thám thu nhận ñược các thông số kỹ thuật phù hợp với nhiệm vụ của vệ tinh
và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
- Các trạm thu nhận thông tin ảnh trên mặt ñất
Hệ thống vệ tinh Cosmos, Sojuz chụp ảnh bằng hệ thống máy chụp ảnh
quang học thu hồi kết quả từ vệ tinh trả về mặt ñất nên không cần có các trạm

thu mặt ñất. Trong khi ñó các hệ thống chụp ảnh Landsat, Spot ñược truyền
hình ảnh bằng các kênh vô tuyến ñiện ñều phải sử dụng các trạm thu thông tin
ảnh trên mặt ñất. Thông thường trên các vệ tinh loại này có hai chế ñộ làm
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


13

việc cho các thiết bị ghi nhận ảnh: chế ñộ truyền trực tiếp (D) và chế ñộ
truyền ảnh gián tiếp (R). Chế ñộ truyền ảnh trực tiếp ñược tiến hành khi vệ
tinh vừa ghi hình lại bay qua tầm hoạt ñộng của trạm thu trên mặt ñất. Khi vệ
tinh ghi hình mà lại không bay trong tầm hoạt ñộng của trạm thu nào hoặc do
thời tiết xấu không thuận lợi cho việc truyền hình ảnh thì hình ảnh sẽ ñược
ghi trên bộ nhớ từ. Sau ñó vào thời ñiểm thích hợp khi vệ tinh bay qua trạm
thu sẽ tiến hành phát hình về trái ñất. ðây là chế ñộ truyền ảnh gián tiếp. Trên
vệ tinh Landsat bộ nhớ từ cho phép lưu giữ một khối lượng thông tin hình
ảnh của 30 phút chụp hình.
Trên mặt ñất người ta bố trí các trạm thu thành một mạng lưới. Mỗi
trạm thu cho phép ghi hình ảnh từ vệ tinh trên một diện tích nhất ñịnh. Thông
thường bán kính hoạt ñộng của một trạm thu thông tin ảnh mặt ñất có thể lên
tới vài nghìn kilômét.
Các trạm thu mặt ñất ngoài việc ghi nhận hình ảnh còn ñảm bảo việc xử
lý ban ñầu các hình ảnh như: chỉnh lý hình học hoặc thực hiện các ñộng tác chế
xuất ảnh theo yêu cầu cảu người sử dụng theo các thuật toán tô ñậm nét, phân
tích thành phần chính. Các thông tin ảnh ñược truyền qua vô tuyến về mặt ñất ở
dạng tín hiệu ñiện sẽ ñược xử lý lọc nhiễu trong quá trình truyền ảnh, cải chính
các sai số trong quá trình quét hình, nắn ảnh về mặt lưới chiếu cho trước, hiệu
chỉnh ảnh và chuẩn hoá các ñặc tính quang lượng về ñộ xám, ñộ tương phản và
hiển thị dưới dạng ảnh cùng với các thông số bổ trợ bên lên hình ảnh (gọi là
thông số rìa) như ngày chụp, số hiệu kênh, toạ ñộ lưới chiếu, toạ ñộ tâm ảnh.

Từ năm 1992 các trạm thu ảnh TM còn làm thêm dịch vụ xử lý ảnh, số tô ñậm
nét ảnh, phân tích thành phần chính, dựng ảnh phối cảnh ñịa hình dưới một góc
nhìn cho trước.
- Giới thiệu về một số vệ tinh viễn thám
+ Vệ tinh LANDSAT
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………


14

LANDSAT là vệ tinh viễn thám ñầu tiên ñược NASA phóng lên quỹ
ñạo vào năm 1972. Từ năm 1994 ảnh vệ tinh Landsat do công ty EOSAT
phân phối, tuy nhiên những ảnh quá hạn hai năm ñược ñưa vào lưu trữ và do
trung tâm dữ liệu cục ñịa chất Mỹ phân phối.
Vệ tinh ñầu tiên trong serie Landsat ERTS-1 phóng ngày 23/7/1972.
Sau ñổi tên là Landsat-1, Landsat-2 phóng ngày 22/1/1975. Các vệ tinh tiếp
theo là Landsat -3 phóng năm 1978. Landsat-4 phóng năm 1982 và Landsat-5
phóng năm 1984. Landsat-6 phóng tháng 10/1993 nhưng ñã không thành
công. Landsat-7 phóng tháng 4/1999 với bộ cảm TM cải tiến gọi là ETM
(Enhanced Thematic Mapper). Trên vệ tinh Landsat bộ cảm có ý nghĩa quan
trọng nhất và ñược sử dụng nhiều nhất là TM. Bộ cảm TM có các thông số
chính (ñược nêu trong bảng 2), hiện ñang có 2 vệ tinh ñang hoạt ñộng ñó là
Landsat-5 và Landsat-7.

Hình 6. Vệ tinh LANDSAT
Quỹ ñạo vệ tinh Landsat - 5 và 7 ñược ñặc trưng bởi các thông số
chính sau:
- ðộ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 98
0
.

- Quỹ ñạo ñồng bộ mặt trời và bán lặp lại. Thời ñiểm bay qua xích ñạo
9 giờ 30 phút sáng. Chu kỳ lặp lại 17 ngày và bề rộng tuyến chụp 185 km.

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


15

Bảng 2. Các thông số kỹ thuật của bộ cảm
Kênh
phổ
Bước sóng Phổ ñiện từ
ðộ phân
giải
Kênh 1 0,45 - 0,52
µm
Xanh chàm (Blue) 30 m
Kênh 2 0,52 - 0,60
µm
Xanh lục (Green) 30 m
Kênh 3 0,63 - 0,69
µm
ðỏ (Red) 30 m
Kênh 4 0,76 - 0,90
µm
Gần hồng ngoại 30 m
Kênh 5 1,55 - 1,75
µm
Hồng ngoại 30 m
Kênh 6 10,4 - 12,5

µm
Hồng ngoại nhiệt 120 m
Kênh 7 2,08 - 2,35
µm
Hồng ngoại trung 30 m
+Vệ tinh SPOT
Vệ tinh SPOT (Systeme protatoire d’obsevartion de la terre) là chương
trình viễn thám do các nước Pháp , Thụy ðiển, Bỉ hợp tác. SPOT-1 ñược
phóng lên quỹ ñạo tháng 22/2/1986, SPOT-2 ñược phóng lên quỹ ñạo ngày
22/1/1990, SPOT-3 ñược phóng lên quỹ ñạo ngày 26/9/1993, SPOT-4 ñược
phóng lên quỹ ñạo ngày 24/3/1998 và SPOT-5 ñược phóng lên quỹ ñạo ngày
04/5/2002.
Trên mỗi vệ tinh Spot ñược trang bị một hệ thống tạo ảnh nhìn thấy có
ñộ phân giải cao HRV (High Resolution Visible imaging system).


Hình 7. Vệ tinh SPOT và vị trí của nó trên quỹ ñạo

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


16

Vệ tinh SPOT có quỹ ñạo tròn cận cực ñồng bộ mặt trời.
- ðộ cao bay chụp là 830 km và góc nghiêng của mặt phẳng quỹ ñạo là
98,7
0
.
- Thời ñiểm bay qua xích ñạo : 10 giờ 30 phút sáng.
- Chu kỳ lặp một ñiểm nào ñó trên mặt ñất: 26 ngày trong chế ñộ quan

sát bình thường.
Vệ tinh SPOT ñược trang bị một bộ quét ña phổ HRV gồm hai máy HRV-1
và HRV-2 (high resolution visible). Bộ cảm HRV là máy quét ñiện tử CCD,
HRV có thể thay ñổi góc quan sát nhờ một gương ñịnh hướng, gương này cho
phép thay ñổi hướng quan sát từ 0
0
ñến 27
0
so với phương thẳng ñứng. HRV
là máy chụp ảnh ña phổ trên 3 kênh (màu) và một kênh toàn sắc (trắng ñen) P
(panchromantic).
Kênh-1 (Xanh lá cây) với bước sóng: 0.50-0.59 µm
Kênh-2 (ðỏ) với bước sóng: 0.61-0.68 µm
Kênh-3 (Hồng ngoại phản xạ) với bước sóng: 0.79-0.89 µm
Kênh toàn sắc với bước sóng: 0.51-0.73 µm
Với ñộ phân giải 20 m ñối với kênh ña phổ (màu) và 10 m ñối với kênh
toàn sắc (trắng ñen) cho phép thành lập các bản ñồ ở tỷ lệ 1:25.000 -
1:50.000.

Hình 8. Chụp lập thể vệ tinh SPOT