Ứng dụng GIS thành lập bản đồ hiện trạng lưu vực thủy điện sơn la từ ảnh viễn thám

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

PHẠM ĐỨC ANH
Tên đề tài:
ỨNG DỤNG GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG LƢU VỰC
THỦY ĐIỆN SƠN LA TỪ ẢNH VIỄN THÁM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
: Chính quy
Chuyên ngành
: Quản lý Đất đai
Khoa
: Quản lý Tài nguyên
Lớp
: K43 - QLĐĐ - N01
Khóa học
: 2011 - 2015
Giảng viên hƣớng dẫn : PGS. TS. Đàm Xuân Vận

Thái Nguyên, năm 2015


i

LỜI CẢM ƠN
Để em có thể hoàn thành khóa luận này nhƣ ngày hôm nay là nhờ có
công lao to lớn của các thầy cô giáo trong Khoa Tài nguyên và Môi trƣờng nói
riêng và các thầy cô giáo trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên nói chung đã

tận tình giảng dạy cho em trong suốt 4 năm học vừa qua.
Em xin đƣợc bày bỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hƣớng dẫn trực
tiếp PGS.TS. Đàm Xuân Vận đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ để em
có thể hoàn thành khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Quản lý Tài
nguyên về sự giúp đỡ nhiệt tình và những ý kiến đóng góp quý báu trong suốt
quá trình thực hiện khóa luận.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc và các cô chú, anh
chị trong Trung tâm Ngoại ngữ và Tin học ứng dụng đã tạo điều kiện giúp đỡ
và nhiệt tình chỉ bảo trong suốt thời gian thực tập để em có thể hoàn thành khóa
luận của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn tới anh Cầm Văn Cơi cán bộ địa chính xã
Mƣờng Trai - huyện Mƣờng La - tỉnh Sơn La và các bác, các chú trong vƣờn
đã giúp đỡ trong việc cung cấp tài liệu và hỗ trợ điều tra thực địa.
Nhân đây, em xin đƣợc cảm ơn các anh chị và các bạn trong và ngoài
Khoa Tài nguyên và Môi trƣờng đã giúp đỡ rất nhiệt tình trong thời gian em
thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Trong thời gian thực hiện đề tài, mặc dù em đã cố gắng nhƣng không
tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp
của các thầy cô giáo và các bạn để khóa luận này đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 12 năm 2014
Ngƣời thực hiện khóa luận

Phạm Đức Anh


ii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Cơ cấu dân tộc ở khu vực dự án ............................................................... 36


iii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Các hợp phần của hệ thống thông tin địa lý GIS ............................ 10
Hình 2.3: Đồ thị phản xạ phổ của một số loại thực phủ ................................. 17
Hình 4.1. Sơ đồ vị trí địa lý lƣu vực Sơn La ................................................... 27
Hình 4.2. Hộp thoại lựa chọn file ảnh ............................................................. 38
Hình 4.3. Hộp thoại xem thông tin ảnh ........................................................... 40
Hình 4.4. Các cửa sổ hiển thị ảnh ................................................................... 41
Hình 4.5. Hộp thoại tăng cƣờng khả năng hiển thị ảnh .................................. 42
Hình 4.6. Mở file vector .................................................................................. 43
Hình 4.7. Hộp thoại chọn thông tin trƣớc khi nắn .......................................... 44
Hình 4.8. Chọn các cặp điểm khống chế......................................................... 45
Hình 4.9. Hộp thoại hiển thị danh sách điểm khống chế ................................ 46
Hình 4.10. Hộp thoại chọn nắn ảnh ................................................................ 46
Hình 4.11. Hộp thoại lựa chọn thông tin và chọn file vector.......................... 48
Hình 4.12. Hộp thoại chọn cửa sổ để hiển thị file vector ............................... 49
Hình 4.13. Hộp thoại chọn file vector ............................................................. 49
Hình 4.14. Hộp thoại hiển thị kết quả cắt ảnh ................................................ 50
Hình 4.15. Chọn hiển thị và chỗ lƣu kết quả cắt ảnh ...................................... 51
Hình 4.16. Kết quả sau khi cắt ảnh ................................................................. 51
Hình 4.17. Chọn phƣơng pháp phân loại ảnh ................................................. 52
Hình 4.18. Hộp thoại chọn thông số và chỗ lƣu trƣớc khi phân loại theo iso 53
Hình 4.19. Bản đồ sau khi lớp......................................................................... 53
Hình 4.20. Phân lớp của bản đồ ...................................................................... 54
Hình 4.21. Hộp thoại gộp lớp.......................................................................... 55
Hình 4.22. Các lớp đƣợc chuyển qua dạng vector .......................................... 56

Hình 4.23. Bản đồ hiện trạng lƣu vực ............................................................. 57
Hình 4.24. Bảng thuộc tính ............................................................................. 58
Hình 4.25. Bảng diện tích các đối tƣợng ........................................................ 58


iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GIS

:

Geographic Information System
Hệ thống thông tin địa lý

CSDL :

Cơ sở dữ liệu

GPS

Global Positioning System

:

Hệ thống định vị toàn cầu
TT

:

Thông tƣ


v

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv
MỤC LỤC ......................................................................................................... v
Phần 1: MỞ ĐẦU.............................................................................................. 1
1.1. Tính cấp thiết.............................................................................................. 1
1.2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu của đề tài ............................................... 2
1.2.1. Mục đích củ đề tài ................................................................................... 2
1.2.2. Yêu cầu của đề tài ................................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................... 3
1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học ...................................... 3
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất ............................................................. 3
Phần 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................... 4
2.1. Cơ sở khoa học ........................................................................................... 4
2.1.1. Hệ thống thông tin địa lý GIS ................................................................. 4
2.1.2. Tổng quan về viễn thám ........................................................................ 10
2.1.3. Giới thiệu các phần mềm sử dụng......................................................... 15
2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .............................................. 17
2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................ 17
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.......................................................... 19
Phần 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 23
3.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 23


vi

3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................ 23
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 23
3.2. Địa điểm, thời gian nghiên cứu ................................................................ 23
3.2.1. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 23
3.2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................ 23
3.3. Nội dung nghiên cứu và các chỉ tiêu theo dõi .......................................... 24
3.3.1. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 24
3.3.2. Các chỉ tiêu theo dõi.............................................................................. 24
3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 25
3.4.1. Phƣơng pháp ngoại nghiệp.................................................................... 25
3.4.2. Phƣơng pháp nội nghiệp ....................................................................... 25
3.4.3. Phƣơng pháp giải viễn thám.................................................................. 25
Phần 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................ 27
4.1. Đặc điểm về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội......................................... 27
4.1.1. Đặc điểm về điều kiện tự nhiên............................................................. 27
4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ...................................................................... 35
4.2. Quá trình xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh viễn thám kết
hợp phần mềm ENVI ...................................................................................... 37
4.2.1. Mở ảnh và xem các thông tin của ảnh .................................................. 37
4.2.2. Tăng cƣờng khả năng hiển thị ảnh ........................................................ 42
4.2.4. Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu.......................................................... 48
4.2.5. Phân loại ................................................................................................ 52
4.2.6. Chuyển kết quả phân loại sang dạng vector.......................................... 55
4.3. Kết quả biên tập bản đồ hiện trạng trên phần mềm ArcGis 10.2 ............. 56

4.3.1. Kết quả thống kê các lớp trạng thái ...................................................... 56
4.3.2. Thống kế diện tích các đối tƣợng .......................................................... 58
4.3.3. Thuận lợi, khó khăn và giải pháp đề xuất ............................................. 59


vii

Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 61
5.1. Kết luận .................................................................................................... 61
5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 63


1

Phần 1
MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết
Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát
triển nhƣng đã nhanh chóng đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực và đƣợc phổ
biến rộng rãi ở các nƣớc phát triển. Công nghệ viễn thám đã trở thành phƣơng
tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng ở cấp
độ từng nƣớc, từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu. Khả năng ứng dụng
công nghệ viễn thám ngày càng đƣợc nâng cao, đây là lý do dẫn đến tính phổ
cập của công nghệ này. Viễn thám là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các
hình ảnh thu nhận từ trên không của Trái Đất để nhận biết đƣợc các thông tin
về đối tƣợng trên bề mặt Trái Đất mà không cần tiếp xúc nó. Nhƣ vậy, viễn
thám là phƣơng pháp thu nhận thông tin khách quan về bề mặt Trái Đất và các
hiện tƣợng trong khí quyển nhờ các máy thu đƣợc đặt trên các thiết bị bay chụp

nhƣ máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo.
Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã
đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến đƣợc ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nƣớc trên thế giới. Nhu cầu ứng
dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử
dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng ngày càng gia tăng nhanh
chóng không những trong phạm vi Quốc gia, mà cả phạm vi Quốc tế. Những
kết quả thu đƣợc từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và các nhà
hoạch định chính sách đƣa ra các phƣơng án lựa chọn có tính chiến lƣợc về
quản lý sử dụng tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng. Vì vậy viễn thám đƣợc
sử dụng nhƣ là một công nghệ đi đầu rất có ƣu thế hiện nay. Phát triển khoa
học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ viễn thám nói riêng phục vụ


2

quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng đóng vai trò quan trọng cho sự
nghiệp phát triển đất nƣớc ta hiện nay.
Nhận thấy tầm quan trọng của công nghệ viễn thám cũng nhƣ tiềm
năng của việc áp dụng ảnh viễn thám vào trong xây dựng bản đồ nói chung
bản đồ hiện trạng nói riêng và cũng là để nâng cao kỹ năng và trình độ chuyên
môn, đồng thời đƣợc sự cho phép của Ban lãnh đạo Khoa QLTN với sự ủng
hộ hƣớng dẫn nhiệt tình của Thầy giáo PGS TS. Đàm Xuân Vận, tôi tiến hành
nghiên cứu đề tài: ‘‘Ứng dụng GIS thành lập bản đồ hiện trạng lƣu vực
thủy điện Sơn La từ ảnh viễn thám”.
1.2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu của đề tài
1.2.1. Mục đích củ đề tài
- Sử dụng các phần mềm GIS nhƣ ArcGIS, MAPINFO và phần mềm
giải đoán ảnh vệ tinh ENVI 4.7, với nguồn dữ liệu là ảnh vệ tinh và các loại
bản đồ lƣu vực thủy điện Sơn La xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ hiện trạng.

- Xây dựng đƣợc sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ hiện trạng từ khâu
đầu tiên đến thành sản phẩm bản đồ.
- Tìm ra đƣợc các điểm mạnh và hạn chế của việc tích hợp GIS và viễn
thám trong thành lập bản đồ hiện trạng.
1.2.2. Yêu cầu của đề tài
Phải có ảnh viễn thám chụp khu vực lƣu vực thủy điện Sơn La với độ
phân giải thích hợp cho công tác xử lý đoán đọc. Thời điểm ảnh đƣợc chụp
không quá 1 năm so với thời điểm thành lập bản đồ.
Biết sử dụng thành thạo phần mềm xử lý và giải đoán ảnh viễn thám
ENVI
Nắm vững kiến thức chuyên môn ở các môn học nhƣ Trắc địa ảnh viễn
thám, trắc địa đại cƣơng, bản đồ học, các phần mềm tin học chuyên ngành…


3

đồng thời tìm hiểu kỹ các quy trình quy phạm thành lập bản đồ nói chung bản đồ
hiện trạng nói riêng.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Nắm vững các văn bản do Nhà nƣớc và địa phƣơng ban hành có liên
quan đến quản lý và sử dụng tài nguyên đất.
- Nắm bắt đƣợc công nghệ và ứng dụng công nghệ trong công tác xây
dựng cơ sở dữ liệu bản đồ.
- Góp phần đƣa công nghệ GIS và viễn thám vào ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực khoa học khác.
- Đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên về GIS và viễn thám để phát triển mạng
lƣới trung tâm GIS và viễn thám trên toàn quốc trong tƣơng lai.
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất
- Xây dựng đƣợc cơ sở dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính cho

lƣu vực thủy điện Sơn La một cách chính xác và dễ quản lý trong phần mềm
thích hợp.
- Tạo dựng hệ CSDL phục vụ công tác bảo tồn và phát triển tài nguyên
bền vững.
- Bản đồ kết quả sẽ là cơ sở để tìm ra các vùng ƣu thế phục vụ phát
triển sản xuất nông lâm ngƣ nghiệp và xây dựng các phƣơng án quy hoạch
chiến lƣợc từ tổng thể tới chi tiết.
- Tiết kiệm thời gian và sức ngƣời trong việc khai thác và bảo vệ tài
nguyên thiên nhiên.


4

Phần 2
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở khoa học
2.1.1. Hệ thống thông tin địa lý GIS
2.1.1.1. Quan điểm Về GIS

 Quan điểm chung
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) là một
nhánh của công nghệ thông tin đƣợc hình thành vào những năm 1960 trong các
cơ quan địa chính ở Canada, và suốt thời gian hai thập niên 60 - 70 GIS cũng chỉ
đƣợc một vài cơ quan chính quyền khu vực Bắc Mỹ quan tâm nghiên cứu, cho
mãi đến đầu thập niên 80, khi phần cứng máy tính phát triển mạnh với những
tính năng cao, giá lại rẻ; đồng thời sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng
cơ sở dữ liệu cùng với nhu cầu cần thiết về thông tin đã làm cho công nghệ GIS
càng ngày đƣợc quan tâm hơn và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm trở lại đây.
GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích sự vật, hiện tƣợng thực
trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng

(như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó
phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những
khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có
phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện,
dự đoán tác động, hoạch định chiến lược,…) (Hà Văn Thuân, 2010)[5].
Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đƣa ra những quyết
định nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lƣợng, giá trị và tính
tƣơng thích của các dữ liệu địa lý dạng số. Việc chia sẻ dữ liệu sẽ kích thích sự
phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS. Các nguồn dữ liệu tăng


5

thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) và công
nghệ viễn thám đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn.
GIS cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn
cảnh, giải quyết các vấn đề phức tạp và phát triển các giải pháp hiệu quả mà
trƣớc đây không thực hiện đƣợc. GIS là một công cụ đƣợc các cá nhân, tổ
chức, trƣờng học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hƣớng tới các
phƣơng thức mới giải quyết vấn đề. Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu
lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý
tài nguyên và môi trƣờng. Các mô hình phức tạp cũng dễ dàng cập nhật thông
tin nhờ sử dụng GIS (Trần Thị Băng Tâm, 2006)[7].
Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp công nghệ cao với doanh thu
hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn ngƣời trên toàn thế giới.
GIS đƣợc dạy trong các trƣờng phổ thông, trƣờng đại học trên toàn thế giới.
Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức đƣợc những ƣu điểm của sự
kết hợp công việc của họ và GIS.
2.1.1.2. Chức năng của GIS trong các ngành

 Môi trường
Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng
dụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trƣờng. Với mức
đơn giản nhất thì ngƣời dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trƣờng . Ứng dụng
GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mô hình
hóa các tiến trình xói mòn đất sƣ lan truyền ô nhiễm trong môi trƣờng khí hay
nƣớc, hoặc sự phản ứng của một lƣu vực sông dƣới sự ảnh hƣởng của một
trận mƣa lớn. Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tƣợng vùng và ứng
dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh
(raster) có khuynh hƣớng chiếm ƣu thế (Hội thảo ứng dụng viễn thám,
2009)[9].


6

 Khí tượng thuỷ văn
Trong lĩnh vực này GIS đƣợc dùng nhƣ là một hệ thống đáp ứng nhanh,
phục vụ chống thiên tai nhƣ lũ quét ở vùng hạ lƣu, xác định tâm bão, dự đoán
các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đƣa ra các biện pháp phòng
chống kịp thời... vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô
hình dữ liệu không gian dạng ảnh (raster) chiếm ƣu thế (Hội thảo ứng dụng
viễn thám, 2009)[9].

 Nông nghiệp
Những ứng dụng đặc trƣng: Giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất,
dự báo về sản lƣợng, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tƣới tiêu, kiểm tra
nguồn nƣớc (Hội thảo ứng dụng viễn thám 2009)[9].

 Dịch vụ tài chính
GIS đƣợc sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tƣơng tự nhƣ là một

ứng dụng đơn lẻ. Nó đã từng đƣợc áp dụng cho việc xác định vị trí những chi
nhánh mới của Ngân hàng. Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong
lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác
định với độ chính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp
nhất. Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau nhƣ là hình thức vi
phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản.

 Y tế
Ngoại trừ những ứng dụng đánh giá, quản lý mà GIS hay đƣợc dùng,
GIS còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ nhƣ, nó chỉ ra đƣợc lộ trình
nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa
trên cơ sở dữ liệu giao thông. GIS cũng có thể đƣợc sử dụng nhƣ là một công
cụ nghiên cứu dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật
trong cộng đồng.


7

 Chính quyền địa phương
Chính quyền địa phƣơng là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng
lớn nhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều
nhất. Tất cả các cơ quan của chính quyền địa phƣơng có thể có lợi từ GIS.
GIS có thể đƣợc sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho
việc hồ sơ giấy tờ hiện hành. Nhà cầm quyền địa phƣơng cũng có thể sử dụng
GIS trong việc bảo dƣỡng nhà cửa và đƣờng giao thông. GIS còn đƣợc sử
dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp.

 Bán lẻ
Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô đƣợc xác định vị trí với sự trợ giúp của
GIS. GIS thƣờng lƣu trữ những dữ liệu về kinh tế-xã hội của khách hàng

trong một vùng nào đó. Một vùng thích hợp cho việc xây dựng một siêu thị có
thể đƣợc tính toán bởi thời gian đi đến siêu thị, và mô hình hoá ảnh hƣởng của
những siêu thị cạnh tranh. GIS cũng đƣợc dùng cho việc quản lý tài sản và
tìm đƣờng phân phối hàng ngắn nhất.

 Giao thông
GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải. Việc lập kế
hoạch và duy trì cơ sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực,
nhƣng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong
vận tải hàng hải, và hải đồ điện tử. Loại hình đặc trƣng này đòi hỏi sự hỗ trợ
của GIS.

 Các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại....
Những công ty trong lĩnh vực này là những ngƣời dùng GIS linh hoạt
nhất, GIS đƣợc dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thƣờng là nhân tố
của chiến lƣợc công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vực này. Dữ liệu
vecto thƣờng đƣợc dùng trong các lĩnh vực này. những ứng dụng lớn nhất trong
lĩnh vực này là Automated Mapping và Facility Management (AM-FM). AM-


8

FM đƣợc dùng để quản lý các đặc điểm và vị trí của các cáp, valve... Những ứng
dụng này đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao (Hội thảo ứng dụng
viễn thám, 2009)[9].
2.1.1.3. Giới thiệu một số trung tâm GIS lớn trên thế giới
Tính đến nay, trên thế giới đã hình thành nhiều cơ quan nghiên cứu GIS
với qui mô lớn, nhiều hƣớng tiếp cận và mục tiêu khác nhau:
RRL (Regional Research Laboratory) thành lập vào tháng 2/1987 ở
Anh bắt đầu với 4 trung tâm, tiếp theo sau đó vào năm 1988 RRL nhận đƣợc

sự tài trợ của ESRC (Economic and Social Research Council) và một số
trƣờng đại học, tổ chức thƣơng mại. Từ đó, RRL phát triển thành trung tâm
nghiên cứu chuyên biệt nhắm vào các nội dung quản lý cơ sở dữ liệu, phát
triển phần mềm và phân tích không gian (Hà Văn Thuân, 2010)[5]
NCGIA (National Central for Geographic Information and Analysis)
thành lập từ năm 1988 đƣợc Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ (US NSF) cấp
kinh phí. NCGIA triển khai theo 5 hƣớng nghiên cứu; phân tích và thống kê
không gian; quan hệ giữa không gian và cấu trúc dữ liệu trí tuệ nhân tạo và
các hệ chuyên gia; trình bày hình ảnh; những đề tài kinh tế, xã hội, văn hóa.
Những đề tài của NCGIA mang nặng tính chất hàn lâm, đi sâu vào bản chất
kỹ thuật và phƣơng pháp luận [4].
NEXPRI (Dutch Expertise Central for Spatial Data Analysis) thành lập
vào tháng 1 năm 1989 và đƣợc Uỷ ban khoa học quốc gia Hà Lan cấp kinh phí.
NEXPRI có hai trung tâm: “Centre of Expertise” chuyên tài trợ cho những đề tài
phát triển, ứng dụng GIS và phân tích không gian; trong khi đó, trung tâm
“Research Foundation” sắp xếp những nghiên cứu, huấn luyện về GIS để phối
hợp với những đề tài tƣơng tự khác ở Hà Lan. NEXPRI xác định bốn hƣớng
nghiên cứu chính là: lý thuyết về phân tích không gian; đánh giá định lƣợng về


9

đất; sự di chuyển của vật chất và ô nhiễm; phát triển những phƣơng pháp và kỹ
thuật [4].
2.1.1.4. Các thành phần của GIS
Hệ thống thông tin địa lý có rất nhiều thành phần khác nhau, theo (Đàm
Xuân Vận, 2009)[10] GIS có 5 hợp phần cơ bản là:
 Thiết bị (hardware)
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày
nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy

chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
 Phần mềm (software)
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lƣu
giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần
mềm GIS là:
+ Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý.
+ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS).
+ Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý.
+ Giao diện đồ hoạ ngƣời - máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ
dàng.
 Số liệu (Geographic data)
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các
dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể đƣợc ngƣời sử dụng tự tập
hợp hoặc đƣợc mua từ nhà cung cấp dữ liệu thƣơng mại. Hệ GIS sẽ kết hợp
dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng
DBMS để tổ chức lƣu giữ và quản lý dữ liệu.
 Chuyên viên hay con người (Expertise)
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con ngƣời tham gia quản lý
hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Ngƣời sử dụng GIS


10

có thể là những chuyên gia kỹ thuật, ngƣời thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc
những ngƣời dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
 Chính sách và cách thức quản lý (Policy and management)
Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thƣơng mại là
đƣợc mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức.

Hình 2.1: Các hợp phần của hệ thống thông tin địa lý GIS

2.1.2. Tổng quan về viễn thám
2.1.2.1. Viễn thám là gì?
Viễn thám (Remote Sensing - RS) là sự thu thập và phân tích thông tin
về một đối tƣợng mà không cần có sự tiếp xúc trực tiếp đến đối tƣợng. Viễn
thám là phƣơng pháp sử dụng bức xạ điện từ nhƣ một phƣơng tiện để điều tra
và đo đạc những đặc tính của đối tƣợng (Nguyễn Ngọc Thạch, 2009)[8].
2.1.2.2. Các thành phần của viễn thám
Hệ thống viễn thám thƣờng bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ
với nhau. (Nguyễn Ngọc Thạch, 2009)[8]. Theo trình tự hoạt động của hệ
thống, chúng ta có:


11

o Nguồn năng lượng:
o Thành phần đầu tiên
của một hệ thống viễn thám là
nguồn năng lƣợng để chiếu sáng
hay cung cấp năng lƣợng điện từ
tới đối tƣợng quan tâm. Có loại
viễn thám sử dụng năng lƣợng
mặt trời, có loại tự cung cấp năng
lƣợng tới đối tƣợng. Thông tin
viễn thám thu thập đƣợc là dựa

Hình 2.2: Các thành phần của viễn

thám
vào năng lƣợng từ đối tƣợng đến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng
lƣợng chiếu sáng hay truyền tới đối tƣợng sẽ không có năng lƣợng đi từ đối

tƣợng đến thiết bị nhận.
 Những tia phát xạ và khí quyển: Vì năng lƣợng đi từ nguồn năng
lƣợng tới đối tƣợng nên sẽ phải tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng lƣợng đi
qua. Sự tƣơng tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì năng lƣợng
còn phải đi theo chiều ngƣợc lại, tức là từ đối tƣợng đến bộ cảm.
 Sự tương tác với đối tượng: Một khi đƣợc truyền qua không khí
đến đối tƣợng, năng lƣợng sẽ tƣơng tác với đối tƣợng tuỳ thuộc vào đặc điểm
của cả đối tƣợng và sóng điện từ. Sự tƣơng tác này có thể là truyền qua đối
tƣợng, bị đối tƣợng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển.
 Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lƣợng đƣợc phát
ra hay bị phản xạ từ đối tƣợng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp
lại và thu nhận sóng điện từ. Năng lƣợng điện từ truyền về bộ cảm mang
thông tin về đối tƣợng.
 Sự truyền tải, thu nhận và xử lý: Năng lƣợng đƣợc thu nhận bởi bộ
cảm cần phải đƣợc truyền tải, thƣờng dƣới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhậnxử lý nơi dữ liệu sẽ đƣợc xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thô.


12

 Giải đoán và phân tích ảnh: Ảnh thô sẽ đƣợc xử lý để có thể sử
dụng đƣợc. Để lấy đƣợc thông tin về đối tƣợng ngƣời ta phải nhận biết đƣợc
mỗi hình ảnh trên ảnh tƣơng ứng với đối tƣợng nào. Công đoạn để có thể
“nhận biết” này gọi là giải đoán ảnh. Ảnh đƣợc giải đoán bằng một hoặc kết
hợp nhiều phƣơng pháp. Các phƣơng pháp này là giải đoán thủ công bằng
mắt, giải đoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ điện tử để lấy đƣợc thông tin
về các đối tƣợng của khu vực đã chụp ảnh.
 Ứng dụng: Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, đƣợc
thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết đƣợc từ ảnh để hiểu rõ
hơn về đối tƣợng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới,
kiểm nghiệm những thông tin đã có ... nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể.

2.1.2.3. Ưu điểm của công nghệ viễn thám
Viễn thám là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận
từ trên không của Trái đất để nhận biết đƣợc các thông tin về đối tƣợng trên bề
mặt đất mà không cần tiếp xúc nó. Nhƣ vậy, viễn thám là phƣơng pháp thu nhận
thông tin khách quan về bề mặt Trái đất và các hiện tƣợng trong khí quyển nhờ
các máy thu sensor đƣợc đặt trên máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt
trên các trạm quỹ đạo. Công nghệ viễn thám có những ƣu việt cơ bản sau:
- Độ phủ trùm không gian của tƣ liệu bao gồm các thông tin về tài
nguyên, môi trƣờng trên diện tích lớn của trái đất gồm cả những khu vực rất
khó đến đƣợc nhƣ rừng nguyên sinh, đầm lầy, hải đảo,...
2.1.2.4. Các vệ tinh quan sát Trái đất
Quan sát bề mặt Trái Đất đã đạt đƣợc những thành công đáng kể trong
vài thập niên qua nhờ vào sự phát triển của một ngành khoa học và công nghệ
toàn cầu, đặc biệt là công nghệ viễn thám. Trong điều kiện thay đổi của khoa
học đất, một số vệ tinh chiếm ƣu thế nhƣ Quickbird, Worldview, Ikonos, IRS,
và GeoEye đều có độ phân giải hình ảnh nhỏ hơn 1m.


13

Ikonos là một vệ tinh quan sát Trái đất thƣơng mại đƣa vào sử dụng năm
1999. Hình ảnh đƣợc thu thập bởi vệ tinh này có độ phân giải cao (1m toàn sắc
và 4m đa phổ). Với chiều rộng swath là 11x11 km và chu kỳ chụp lặp là 3-5
ngày, vệ tinh này di chuyển gần 7 km / giây và thu thập dữ liệu với tốc độ trên
2000 km2/ phút. Ikonos cung cấp một hình ảnh 4 băng tần (màu xanh dƣơng,
xanh lá cây, đỏ và hồng ngoại gần) và là một nguồn hình ảnh lý tƣởng cho việc
học tập không ngừng thay đổi tính năng (Hà Văn Thuân, 2009)[6].
Quickbird, đƣợc phóng vào năm 2001, là một vệ tinh cho hình ảnh với
độ phân giải cao thuộc sở hữu của DigitalGlobe. Vệ tinh này có thể thu thập
cả hai đơn sắc (đen và trắng) hình ảnh ở độ phân giải 60cm, và hình ảnh đa

phổ ở độ phân giải 2,4-2,8 m (tùy thuộc vào vĩ độ). Vệ tinh này có thể cung
cấp các hình ảnh độ phân giải cao thứ hai sau Worldview-1. Ngoài ra,
Quickbird còn đƣợc gọi là một vệ tinh hiệu quả nhờ chu kì chụp lặp ngắn
(1,0-3,5 ngày) và rộng (16.5x16.5km) [6].
Worldview-1 là vệ tinh thế hệ tiếp theo cũng thuộc sở hữu của
DigitalGlobe. Vệ tinh này đƣợc phóng lên năm 2007, có thể cung cấp hình ảnh
với độ phân giải cao nhất hiện nay (0,5 m). Trong khi đó, chu kỳ chụp lặp ngắn
hơn (1,7 ngày) và Worldview-1 có thể chụp 750.000 km vuông mỗi ngày. Một
vệ tinh theo dõi Worldview-2 đƣợc lên kế hoạch cho ra mắt vào năm tới với
nhiều tính năng nổi trội (nhƣ độ phân giải không gian 0.46m ) sẽ mang lại nhiều
lợi ích lớn hơn cho nghiên cứu khoa học đất [6].
IRS hay vệ tinh viễn thám Ấn Độ, là một chuỗi gồm 14 vệ tinh quan sát
trái đất đƣợc xây dựng và duy trì bởi Tổ chức Nghiên cứu Không gian Ấn Độ.
Tuy nhiên, hiện nay chỉ có 8 vệ tinh còn hoạt động tốt, trong số đó Cartosat-2
đƣợc phóng lên quỹ đạo năm 2007 là một vệ tinh viễn thám tiên tiến. Kênh
PAN thu đƣợc từ máy ảnh của vệ tinh này gồm một swath 9,6km với phân
giải không gian là 80cm. Sản phẩm của vệ tinh này có chất lƣợng tƣơng


14

đƣơng nhƣng có giá thấp hơn 20 lần so với Ikonos. Trong năm 2008, hai vệ
tinh nhỏ mới đƣợc đƣa ra bao gồm Castosat-2A và IMS1. IMS1 mang 2 máy
ảnh để thu thập hình ảnh đa phổ và siêu quang phổ ; cung cấp hình ảnh với 4
dải quang phổ với độ phân giải 37m, cung cấp các hình ảnh siêu quang phổ
với độ phân giải 505.6m [6].
Gần đây, sự phát triển của vệ tinh viễn thám đã đƣợc đánh dấu bằng sự ra
mắt của GeoEye-1, với tính năng công nghệ tinh vi nhất từng đƣợc sử dụng trong
một hệ thống viễn thám thƣơng mại. GeoEye-1 có thể thu thập 35.000 Km2 mỗi
ngày với độ phân giải 41 cm toàn sắc, và hình ảnh đa phổ 1.65m. Gần đây, một kế

hoạch đã đƣợc thiết lập cho ra mắt GeoEye-2 vào năm 2011 với độ phân giải cao
hơn (25 cm) và một quang phổ đa dạng hơn nhiều [10].
Nhóm thứ hai của các vệ tinh có độ phân giải hình ảnh lớn hơn (<2,5m)
bao gồm ALOS, Fomosat-2, SPOT-5. Với ƣu điểm là độ phân giải cao, các vệ
tinh này đƣợc sử dụng phổ biến để theo dõi thiên tai, khảo sát tài nguyên thiên
nhiên … [6].
SPOT-5 đƣợc coi là vệ tinh lý tƣởng, cung cấp sự cân bằng tốt nhất
giữa các độ phân giải cao (5-20m) và chiều rộng 60x120Km. SPOT-5 hoạt
`động từ năm 2002 và điều hành bởi Spot Image, Pháp.
Fomosat-2 của Trung Quốc do Tổ chức Không gian Quốc gia (TCTK)
quản lý và phóng thành công vào năm 2004. Nó có thể thu nhận hình ảnh
trong các kênh toàn sắc và đa phổ (5 kênh) với độ phân giải 2-8 m với khả
năng chụp lặp hàng ngày. Fomosat-2 là phù hợp với nghiên cứu phân bổ sử
dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, lâm nghiệp, bảo vệ môi trƣờng và phòng
chống thiên tai [6].
Một số vệ tinh khác cho ảnh có độ phân giải trung bình (<30m) bao
gồm các vệ tinh ASTER, CBERS-2, Landsat-5 TM và Landsat 7 ETM.
ASTER đƣợc xây dựng và ra mắt vào năm 1999 bởi một dự án Chính
phủ Nhật Bản. ASTER bao gồm ba hệ thống dụng cụ riêng biệt cho việc đạt


15

đƣợc hình ảnh trong 14 kênh, gồm vùng nhìn thấy, cận hồng ngoại, sóng ngắn
hồng ngoại, và hồng ngoại nhiệt [6].
Dữ liệu của ASTER hứa hẹn sẽ đóng góp lớn cho các lĩnh vực ứng dụng
toàn cầu liên quan tới cả thực vật và hệ sinh thái [6].
CBERS-2 là một vệ tinh đƣợc phát triển bởi sự hợp tác giữa Cơ quan
Vũ trụ của Brazil và Học viện Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc. Nó có thể cung
cấp hình ảnh trong một phổ rộng với độ phân giải không gian 2,7-260 m.

CBERS-2 có ba máy ảnh đa phổ là Wide field imager, High resolution, and
Infrared multispectral [6].
2.1.3. Giới thiệu các phần mềm sử dụng
2.1.3.1. Phần mềm giải đoán ảnh ENVI 4.7
* Phần mềm ENVI - Environment for Visualizing Images là một
phần mềm xử lý ảnh viễn thám mạnh, với các đặc điểm chính nhƣ sau:
 Hiển thị, phân tích ảnh với nhiều kiểu dữ liệu và kích cỡ ảnh khác nhau.
 Môi trƣờng giao diện thân thiện.
 Cho phép làm việc với từng kênh phổ riêng lẻ hoặc toàn bộ ảnh.
Khi một file ảnh đƣợc mở, mỗi kênh phổ của ảnh đó có thể đƣợc thao tác
với tất cả các chức năng hiện có của hệ thống. Với nhiều file ảnh đƣợc mở,
ta có thể dễ dàng lựa chọn các kênh từ các file ảnh để xử lý cùng nhau
(Trần Vân Anh, 2009)[1].
 ENVI có các công cụ chiết tách phổ, sử dụng thƣ viện phổ, và các
chức năng chuyên cho phân tích ảnh phân giải phổ cao (high spectral
resolution images).
 Phần mềm ENVI đƣợc viết trên ngôn ngữ IDL - Interactive Data
Language. Đây là ngôn ngữ lập trình cấu trúc, cung cấp khả năng tích hợp
giữa xử lý ảnh và khả năng hiển thị với giao diện đồ hoạ dễ sử dụng [1].


16

* Một số chức năng chính của phần mềm
 Phân loại không chọn mẫu- Unsupervised Classification
 Phân loại có chọn mẫu - Supervised Classification
 Kỹ thuật phân ngƣỡng - Segmentation Image
 Tạo lát cắt giá trị - Density Slice
 Tính chỉ số thực vật NDVI
2.1.3.2. Phần mềm ArcGIS 10.2

Arcgis Desktop là một sản phẩm của Viện Nghiên cứu hệ thống môi
trƣờng (ESRI). Có thể nói đây là một phần mềm về GIS hoàn thiện nhất.
ArcGIS cho phép ngƣời sử dụng thực hiện những chức năng của Gis ở bất cứ
nơi nào họ muốn: trên màn hình, máy chủ, trên web, trên các field … Phần
mềm Arcgis Desktop bao gồm 3 ứng dụng chính sau:
- ArcMap để xây dựng, hiển thị, xử lý và phân tích các bản đồ.
+ Tạo các bản đồ từ các rất nhiều các loại dữ liệu khác nhau
+ Truy vấn dữ liệu không gian để tìm kiếm và hiểu mối liên hệ giữa các
đối tƣợng không gian
+ Tạo các biểu đồ
+ Hiển thị trang in ấn
- ArcCatalog: dùng để lƣu trữ, quản lý hoặc tạo mới các dữ liệu địa lý
+ Tạo mới một cơ sở dữ liệu
+ Explore và tìm kiếm dữ liệu
+ Xác định hệ thống toạ độ cho cơ sở dữ liệu
- ArcToolbox: cung cấp các công cụ để xử lý, xuất - nhập các dữ liệu
từ các định dạng khác nhƣ MapInfo, MicroStation, AutoCad… (Trần Quốc
Bình, 2004)[2].


17

2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Khái niệm viễn thám lần đầu tiên đƣợc sử dụng tại Hoa Kỳ trong thập
niên 1950 bởi Evelyn Pruitt của Văn phòng Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ
(Caforo, 2003). Ngày nay Viễn thám đã tiến xa từ quan niệm ban đầu của nó.
Công nghệ đột phá này bao gồm một mảng rộng các yếu tố và đƣợc sử dụng
rộng rãi trong hầu hết mọi lĩnh vực của ngành công nghiệp và khoa học nhƣ
đánh giá và quan sát các loại thực vật; tiến hành khảo sát đất; tiến hành thăm

dò khoáng sản; làm bản đồ để nghiên cứu thông tin một cách dễ dàng hơn,
xây dựng chuyên đề bản đồ dựa trên yêu cầu; lập kế hoạch và giám sát tài
nguyên nƣớc; thực hiện quy hoạch đô thị; đánh giá sản lƣợng cây trồng và
quản lý tài nguyên khác, đánh giá và quản lý thiên tai,v.v.

Hình 2.3: Đồ thị phản xạ phổ của một số loại thực phủ
Có hai loại viễn thám chính: cảm biến thụ động và cảm biến hoạt động.
Cảm biến thụ động phát hiện năng lƣợng tự nhiên (bức xạ) đƣợc phát ra hay