tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đánh giá biến động đất đai giai đoạn 2005 2015 huyện gia lâm, thành phố hà nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.38 MB, 93 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
------------------------
------------------------
TRỊNH XUÂN LÂM
TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA
LÝ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI GIAI ĐOẠN 2005 2015 HUYỆN GIA LÂM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
HÀ NỘI - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
------------------------
------------------------
TRỊNH XUÂN LÂM
TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA
LÝ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI GIAI ĐOẠN 2005 –
2015 HUYỆN GIA LÂM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
CHUYÊN NGÀNH
: QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
MÃ SỐ
: 60.85.01.03
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN QUỐC VINH
HÀ NỘI - 2015
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là trung thực, khách quan và chưa
từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gộc
Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2015
Tác giả luận văn
Trịnh Xuân Lâm
i
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian nghiên cứu để hoàn thành bản luận văn này, tôi nhận
được sự quan tâm giúp đỡ đầy nhiệt huyết của các thầy cô giáo bộ môn Hệ thống
thông tin đất đai, các thầy cô trong Khoa Quản lý đất đai, Học viện Nông nghiệp
Việt Nam, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp hết sức tận tình, quý báu của thầy
giáo hướng dẫn TS. Trần Quốc Vinh.
Đồng thời Huyện uỷ, Uỷ ban nhân dân huyện Gia Lâm, Thành phố Hà Nội
cán bộ phòng Tài nguyên và môi trường và cán bộ nhân dân các xã của huyện
Gia Lâm đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi nghiên cứu, hoàn thành tốt luận văn.
Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới sự giúp đỡ tận
tình, quý báu đó.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2015
Tác giả luận văn
Trịnh Xuân Lâm
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................2
3. Yêu cầu của đề tài............................................................................................2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU .........................................3
1.1. Tổng quan về viễn thám................................................................................3
1.1.1. Giới thiệu chung về viễn thám ...................................................................3
1.1.2. Hệ thống vệ tinh và ảnh viễn thám .............................................................6
1.1.3. Các phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh.................................................... 13
1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý ....................................................... 17
1.3. Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý ......................................... 19
1.3.1. Ứng dụng của công nghệ tích hợp viễn thám và GIS................................ 20
1.4. Các phương pháp xây dựng bản đồ biến động ............................................. 22
1.4.1. Khái niệm về nghiên cứu biến động ......................................................... 22
1.4.2. Các phương pháp xây dựng bản đồ biến động .......................................... 23
1.5. Tình hình nghiên cứu biến động trên thế giới và ở Việt Nam ...................... 31
1.5.1. Tình hình nghiên cứu biến động trên thế giới ........................................... 31
1.5.2. Tình hình nghiên cứu biến động ở Việt Nam ........................................... 33
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 35
2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 35
2.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 35
2.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 35
iii
2.3.1. Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, tình hình quản lý đất đai của
huyện Gia Lâm .................................................................................................. 35
2.3.2. Xây dựng bản đồ sử dụng đất huyện Gia Lâm ở các thời điểm năm 2005,
2010 và 2015 từ ảnh vệ tinh Landsat ................................................................. 35
2.3.3. Xây dựng bản đồ biến động đất đai giai đoạn 2005 -2015 huyện Gia Lâm
.......................................................................................................................... 35
2.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 36
2.4.1. Sơ đồ các bước xây dựng bản đồ sử dụng đất........................................... 36
2.4.2. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu thứ cấp ......................................... 36
2.4.3. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu sơ cấp .......................................... 37
2.4.4. Phương pháp xử lý tư liệu ảnh viễn thám ................................................. 37
2.4.5. Phương pháp xây dựng tệp mẫu bằng phần mềm ENVI ........................... 37
2.4.6. Phương pháp đánh giá độ tin cậy tệp mẫu ................................................ 37
2.4.7. Phương pháp giải đoán ảnh ...................................................................... 38
2.4.8. Phương pháp đánh giá độ chính xác bản đồ ............................................. 38
2.4.9. Phương pháp thành lập bản đồ biến động đất đai bằng phần mềm ArcGIS
.......................................................................................................................... 39
2.4.10. Phương pháp phân tích thống kê ............................................................ 39
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 40
3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu ....................... 40
3.1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................... 40
3.1.2. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội ....................................................... 42
3.1.3. Nhận xét chung về điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội ............................. 46
3.1.4. Tình hình quản lý đất đai của huyện Gia Lâm .......................................... 47
3.2. Giải đoán ảnh viễn thám và xây dựng bản đồ sử dụng đất huyện Gia Lâm ........ 51
3.2.1. Nguồn tư liệu ảnh viễn thám .................................................................... 51
3.2.1.1. Dữ liệu ảnh viễn thám ........................................................................... 51
3.2.2. Giải đoán ảnh viễn thám và thành lập bản đồ sử đụng đất huyện Gia Lâm ........ 51
3.2.2.1.Nhập dữ liệu ảnh vệ tinh ........................................................................ 51
3.3. Thành lập bản đồ và đánh giá biến động đất đai giai đoạn 2005 - 2015 ....... 64
iv
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 72
Kết luận ............................................................................................................. 72
Kiến nghị........................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 74
PHỤ LỤC ......................................................................................................... 77
v
DANH MỤC BẢNG
STT
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1. Ưu, nhược điểm của hai phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh ................5
Bảng 1.2. Các hệ thống vệ tinh Landsat ...............................................................7
Bảng 1.3. Các loại bộ cảm của vệ tinh Landsat ....................................................7
Bảng 1.4. Các thông số kỹ thuật của các loại bộ cảm ...........................................8
Bảng 1.5. Các thông số kỹ thuật của bộ cảm vệ tinh SPOT ................................ 10
Bảng 1.6. Đặc điểm ảnh vệ tinh VNREDSat - 1................................................. 12
Bảng 3.1. Diện tích các loại đất năm 2014 huyện Gia Lâm ................................ 50
Bảng 3.2. Nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh.................................................................. 51
Bảng 3.5. Mẫu giải đoán ảnh vệ tinh.................................................................. 57
Bảng 3.7. Đánh giá độ chính xác bản đồ sử dụng đất năm 2015......................... 62
Bảng 3.6. Thống kê diện tích các loại đất sau giải đoán qua các năm ................. 64
Bảng 3.8. Biến động đất đai giai đoạn 2005 – 2010 Huyện Gia Lâm – Thành phố
Hà Nội ............................................................................................................... 67
Bảng 3.9. Biến động đất đai giai đoạn 2010 – 2015 Huyện Gia Lâm – Thành phố
Hà Nội ............................................................................................................... 69
Bảng 3.10. Thay đổi sử dụng đất nông nghiệp giai đoạn 2005 – 2015................ 70
vi
DANH MỤC HÌNH
STT
Tên hình
Trang
Hình 1.1. Nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám ............................................................. 3
Hình 1.2. Hình ảnh vệ tinh QuickBird của Mỹ (a) và ảnh chụp công viên Thống
Nhất của vệ tịnh QuickBird tháng 7/2004 (b)........................................................... 11
Hình 1.3. Hình ảnh vệ tinh VNREDSat - 1 (a) và ảnh chụp khu vực Ba Đình Hà Nội
từ vệ tinh VNREDSat - 1 (b) ................................................................................... 12
Hình 1.4. Các bộ phận cấu thành của GIS ................................................................ 18
Hình 1.5. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp so sánh sau phân loại.... 24
Hình 1.6. Phương pháp phân loại dữ liệu đa thời gian ............................................. 25
Hình 1.7. Vector thay đổi phổ ................................................................................... 25
Hình 1.8. Thuật toán phân tích vector thay đổi phổ.................................................. 26
Hình 1.9. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp cộng màu trên một kênh
ảnh ............................................................................................................................. 30
Hình 2.1. Sơ đồ các bước xây dựng bản đồ sử dụng đất .......................................... 36
Hình 3.1. Sơ đồ vị trí huyện Gia Lâm thành phố Hà Nội ......................................... 40
Hình 3.2. Cơ cấu kinh tế huyện Gia Lâm năm 2014 ................................................ 42
Hình 3.3. Cộng gộp kênh ảnh Landsat 8 năm 2015.................................................. 52
Hình 3.4. Tăng cường chất lượng ảnh ...................................................................... 53
Hình 3.5. Ảnh cắt theo địa giới hành chính huyện Gia Lâm năm 2015 ................... 53
Hình 3.6. Xây dựng tệp mẫu các loại hình sử dụng đất ............................................ 55
Hình 3.7. Bản đồ sử dụng đất năm 2005 huyện Gia Lâm ........................................ 58
Hình 3.8. Bản đồ sử dụng đất năm 2010 huyện Gia Lâm ........................................ 59
Hình 3.9. Bản đồ sử dụng đất năm 2015 huyện Gia Lâm ........................................ 60
Hình 3.10. Ảnh đi thực địa........................................................................................ 61
Hình 3.11. Thống kê tổng diện tích huyện Gia Lâm trên bản đồ sử dụng đất năm
2015........................................................................................................................... 63
Hình 3.12. Bản đồ biến động đất đai giai đoạn 2005 – 2010 huyện Gia Lâm ......... 65
Hình 3.13. Bản đồ biến động đất đai giai đoạn 2010 – 2015 huyện Gia Lâm ......... 66
Hình 3.14. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi sử dụng đất nông nghiệp giai đoạn 2005 2015........................................................................................................................... 71
vii
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là nguồn tài nguyên, nguồn lực quan trọng thúc đẩy quá trình phát
triển kinh tế - xã hội, giữ vững ổn định tình hình chính trị - xã hội, đảm bảo an
ninh, quốc phòng và là thành quả tạo lập, bảo vệ của nhiều thế hệ người dân.
Chính vì vậy chúng ta cần phải phân bố quỹ đất cho các ngành một cách hợp lý
để đảm bảo sử dụng đất một cách tiết kiệm và có hiệu quả cao đồng thời vẫn đảm
bảo an ninh lương thực. Để công tác quản lý đất đai có hiệu quả thì việc xác định
biến động đất đai càng trở nên cấp thiết.
Đối với nhiệm vụ quản lý đất đai, việc hiểu rõ quá trình sử dụng đất diễn
biến như thế nào là một nhiệm vụ hết sức quan trọng. Biến động sử dụng đất là
một trong những động lực chính làm biến đổi môi trường toàn cầu, là trung tâm
của những tranh luận về phát triển bền vững. Biến động sử dụng đất làm ảnh
hưởng đến hệ thống chức năng của trái đất, gây nhiều hậu quả như thay đổi thảm
thực vật, biến đổi các đặc tính lý hóa của đất, các hệ thống thủy văn và tài
nguyên động, thực vật. Biến động sử dụng đất là một trong những nguyên nhân
dẫn đến biến đổi khí hậu và mất cân bằng sinh thái. Mặc dù biến động sử dụng
đất xảy ra ở từng khu vực nhưng lại tác động tiêu cực trên phạm vi toàn cầu. Do
đó, những hiểu biết về nguyên nhân, động lực cũng như ảnh hưởng của biến
động sử dụng đất có vai trò quan trọng.
Việc theo dõi biến động đất đai theo phương pháp truyền thống rất thụ
động, phụ thuộc vào mức độ quản lý đất đai của các đơn vị hành chính. Với sự
phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ thì công nghệ ảnh viễn thám và tư
liệu ảnh vệ tinh cũng phát triển với độ phân giải ngày càng cao, phản ánh trung
thực bề mặt trái đất tại thời điểm chụp. Chính vì vậy công nghệ viễn thám được
ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực từ khí tượng thủy văn, địa chất, môi trường cho đến nông - lâm - ngư nghiệp trong đó có theo
dõi biến động đất đai với độ chính xác khá cao, từ đó giúp các nhà quản lý có
thêm nguồn tư liệu để giám sát biến động sử dụng đất. Đây là phương pháp mới,
1
hiện đại và được rất nhiều các nước phát triển trên thế giới áp dụng như Ấn Độ
Trung Quốc, Thái Lan, Ai Cập, Canada...
Sự kết hợp giữa viễn thám và kỹ năng xử lý số liệu của hệ thống thông tin
địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS) giúp chúng ta có một công cụ
hoàn chỉnh để tìm hiểu sự thay đổi sử dụng đất, số lượng và vị trí phân bố. Đó là
phương pháp theo dõi biến động sử dụng đất ưu việt hơn hẳn so với phương pháp
truyền thống về không gian, thời gian và kinh phí, ta có thể theo dõi diễn biến tự
nhiên cũng như tác động của con người trong hàng chục năm trở lại đây. Ngoài
việc mang lại hiệu quả cao, chính xác thì phương pháp kết hợp ảnh viễn thám và
công nghệ GIS còn dễ cập nhật. Với những ưu điểm đó, việc sử dụng tư liệu ảnh
viễn thám để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất đã trở thành phương pháp
hiệu quả nghiên cứu biến động sử dụng đất, góp phần tích cực trong công tác
quản lý đất đai.
Với mong muốn tìm hiểu và áp dụng phương pháp mới, hiệu quả vào quản
lý nguồn tài nguyên đất, được sự đồng ý của Khoa quản lý đất đai, Học viện
Nông nghiệp Việt Nam và dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Trần Quốc Vinh
tôi xin tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý đánh giá biến động đất đai
giai đoạn 2005 – 2015 huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội”.
2. Mục đích nghiên cứu
Ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh
giá biến động đất đai giai đoạn 2005 – 2015 huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội.
3. Yêu cầu của đề tài
- Bản đồ được thành lập đáp ứng yêu cầu về độ chính xác theo quy phạm
của bộ Tài nguyên và Môi trường;
- Các số liệu điều tra, thu thập phải đảm bảo độ chính xác, tin cậy.
2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về viễn thám
1.1.1. Giới thiệu chung về viễn thám
Viễn thám được định nghĩa như một khoa học và công nghệ mà nhờ nó
các tính chất của vật thể được xác định, phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp
với chúng (Nguyễn Khắc Thời và cs, 2012).
Viễn thám được phát triển dựa trên những thành tựu mới nhất của khoa
học kỹ thuật cũng như vũ trụ, công nghệ tin học,... là một khoa học liên ngành
với mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất và khách quan phục vụ cho các
ngành kinh tế quốc dân.
Đối tượng nghiên cứu của viễn thám chủ yếu là sự vật và quá trình xảy ra
trên bề mặt trái đất. Viễn thám không nghiên cứu trực tiếp các quá trình mà
nghiên cứu gián tiếp thông qua hình ảnh của chúng.
Dữ liệu viễn thám là loại dữ liệu có thể thu được về vùng rộng hàng trăm km2
trong một khoảng thời gian ngắn bằng các thiết bị ghi nhận các bức xạ hay phản xạ
ở các phổ khác nhau của các đối tượng tạo ra mà kết quả thu được là hình ảnh chính
đối tượng đó.
Hình 1.1. Nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám
3
Nguyên lý cơ bản của viễn thám đó là quá trình thu nhận năng lượng phản
xạ hay bức xạ của các đối tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau.
Kết quả của việc giải đoán các lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết
về mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ với bản chất, trạng thái của các
đối tượng tự nhiên. Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng
tự nhiên sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều
thông tin nhất về đối tượng nghiên cứu, đồng thời đây cũng là cơ sở để phân tích
nghiên cứu các tính chất của đối tượng, tiến tới phân loại chúng.
Hệ thống viễn thám thường bao gồm 7 thành phần chúng có mối quan hệ
chặt chẽ với nhau (Nguyễn Khắc Thời và cs, 2011). Phân theo trình tự họa động
của hệ thống có:
- Nguồn năng lượng (A): Là thành phần đầu tiên của hệ thống viễn thám,
là nguồn năng lượng dùng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối
tượng. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời (viễn thám chủ động) và
loại tự cung cấp năng lượng đến đối tượng (viễn thám bị động). Thông tin của
đối tượng mà viễn thám thu nhận được dựa vào năng lượng từ đối tượng đến thiết
bị nhận vậy nếu không có nguồn năng lượng chiếu sáng hay truyền tới đối tượng
thì không có năng lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận;
- Những tia phát xạ và khí quyển (B): Năng lượng đi từ nguồn phát năng
lượng tới đối tượng qua vùng khí quyển nên sẽ tương tác với vùng khí quyển nơi
năng lượng đi qua. Sự tương tác này lặp lại khi năng lượng truyền đến đối tượng
rồi theo chiều ngược lại từ đối tượng đến bộ cảm;
- Sự tượng tác với đối tượng (C): Khi năng lượng truyền đến đối tượng có thể
truyền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thụ hoặc phản xạ trở lại vào khí quyển;
- Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm (D): Sau khi năng lượng được phát ra
hay bị phản xạ từ đối tượng phải có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận
sóng điện từ. Bộ cảm nhận được năng lượng điện từ truyền về mang thông tin về
đối tượng đó;
4
- Sự truyền tải, thu nhận và xử lý (E): Khi năng lượng được thu nhận bởi
bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến trạm tiếp nhận xử lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh (dữ liệu thô);
- Giải đoán và phân tích ảnh (F): Ảnh thô sau khi có sẽ được xử lý để có
thể sử dụng được. Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết
được mỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào. Để có thể nhận biết
được hình ảnh người ta gọi là giải đoán ảnh. Có 2 phương pháp giải đoán ảnh là
giải đoán bằng mắt và giải đoán bằng công nghệ số.
Bảng 1.1. Ưu, nhược điểm của hai phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh
Ưu
điểm
Nhược
điểm
Giải đoán ảnh bằng mắt
- Sử dụng kinh nghiệm của
người điều vẽ;
- Có sự hiểu biết về ảnh phối
hợp tốt hơn;
- Có thể phân tích được các
thông tin phân bố không gian.
- Tốn thời gian;
- Đòi hỏi người có hiểu biết,
kinh nghiệm để điều vẽ;
- Kết quả thu được không đồng
nhất.
Giải đoán ảnh bằng xử lý số
- Thời gian xử lý ngắn;
- Kết quả xử lý được chuyển hóa;
- Chiết xuất được các đặc tính vật lý;
- Năng suất cao, có thể đo được các
chỉ số đặc trưng tự nhiên.
- Rất khó ứng dụng kinh nghiệm của
người điều vẽ;
- Chiết xuất ít thông tin về bối cảnh;
- Kết quả phân tích thông tin kém.
- Ứng dụng (G): Là thành phần cuối cùng của quá trình, được thực hiện
khi ứng dụng thông tin mà ta tách được từ ảnh để hiểu rõ hơn về đối tượng mà
chúng ta quan tâm, kiểm nghiệm những thông tin đã có, để khám phá những
thông tin mới,... để nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể.
Công nghệ Viễn thám kết hợp với Hệ thống thông tin địa lý được áp dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
- Quản lý tài nguyên và môi trường:
+ Quản lý tài nguyên đất: Lập bản đồ và theo dõi biến động sử dụng đất,
lập bản đồ thổ nhưỡng, nghiên cứu xói mòn, thoái hóa đất, …
+ Quản lý và giám sát tài nguyên nước: Lập bản đồ phân bố mạng lưới
thủy văn, theo dõi biến động lòng sông, giám sát chất lượng nước, …
5
+ Giám sát tài nguyên và môi trường biển: Lập bản đồ các hệ sinh thái
nhạy cảm như rừng ngập mặn, đất ngập nước, rạn san hô; theo dõi biến động
đường bờ biển; theo dõi tràn dầu, …
- Lâm nghiệp: Đánh giá trữ lượng, sinh khối, theo dõi diễn biến diện tích
rừng, phân loại, kiểm kê rừng, ...
- Quản lý tai biến: Theo dõi, dự báo cháy rừng, tai biến ngập lụt, tai biến
địa chất, …
- Quản lý đô thị: Theo dõi biến động đô thị, quy hoạch xây dựng đô thị,
quản lý cơ sở hạ tầng đô thị, nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị, …
- Y tế và chăm sóc sức khỏe cộng đồng: Theo dõi diến biến khí hậu (nhiệt độ,
lượng mưa, bức xạ, ...), sự thay đổi chất lượng môi trường (không khí, nước, đất);
- Nông nghiệp: Phân loại và theo dõi biến động sử dụng đất nông nghiệp,
theo dõi mùa trong năm (sinh trưởng, năng suất, lịch gieo trồng), …
- Nghiên cứu địa chất: Thành lập bản đồ địa chất, bản đồ phân bố khoáng
sản, bản đồ phân bố nước ngầm, …
1.1.2. Hệ thống vệ tinh và ảnh viễn thám
Vệ tinh viễn thám bao gồm các loại vệ tinh viễn thám, vệ tinh địa tĩnh, vệ
tinh khí tượng, vệ tinh tài nguyên các tàu vũ trụ có người điều khiển và các trạm
vũ trụ. Trên thế giới, hiện nay có các hệ thống viễn thám như LANDSAT, SPOT,
QuickBird, VNREDSAT - 1, RADASAT,... Các vệ tinh viễn thám được trang bị
máy chụp ảnh quét, sau khi hình được chụp sẽ được truyền trực tiếp xuống trạm
thu tại mặt đất khi bay qua trạm thu trung tâm (Nguyễn Khắc Thời và cs, 2012).
1.1.2.1. Vệ tinh LANDSAT và ảnh LANDSAT
Landsat là vệ tinh thí nghiệm của Mỹ do cơ quan hàng không vũ trụ NASA
(National Aeronautics and Space Administration) quản lý. Là hệ thống vệ tinh quỹ
đạo cận cực (góc mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 98,20), lúc đầu có
tên là ERST (Earth Remote Sensing Satellite), sau 2 năm kể từ lúc phóng ERST - 1
thì đổi thành Landsat, sau đó là Landsat - TM và Landsat – ETM.
6
Vệ tinh Landsat đầu tiên được phóng vào quỹ đạo ngày 23/07/1972 và
ngừng hoạt động vào ngày 06/01/1978 có tên là Landsat 1. Đến nay đã có 8 thế
hệ vệ tinh Landsat.
Bảng 1.2. Các hệ thống vệ tinh Landsat
Vệ tinh
Landsat 1
Landsat 2
Landsat 3
Landsat 4
Landsat 5
Landsat 6
Landsat 7
Landsat 8
Ngày phóng
23/07/1972
22/01/1975
05/03/1978
16/07/1982
01/03/1984
05/03/1993
15/04/1999
11/02/2013
Ngày ngừng hoạt động
06/01/1978
25/02/1982
31/03/1983
15/06/2001
05/2013
Bị hỏng ngay khi phóng
Đang hoạt động
Đang hoạt động
Bộ cảm
MSS - TM
MSS - TM
MSS - TM
MSS - TM
MSS - TM
TM/ ETM
ETM +
OLI - TIRS
Bảng 1.3. Các loại bộ cảm của vệ tinh Landsat
Vệ tinh
Landsat 1, 2, 3
Landsat 4,5
Landsat 7
Landsat 8
Bộ cảm
MSS
TM/ETM
ETM+
OLI
TIRS
Độ cao bay chụp (km)
919
705
705
705
Chu kỳ lặp (ngày)
18
18
16
16
705
16
- Bộ cảm MSS (Multi Spectral Scanner): Bộ cảm này được đặt trên các vệ
tinh Landsat 1, 2, 3 ở độ cao 919 km và Landsat 4, 5 ở độ cao 705 km, chu kỳ lặp là
18 ngày. Độ phân giải của Landsat MSS là 79 x 79 m gồm 4 kênh 1, 2, 3, 4, trong
đó kênh 1, 2 nằm trong vùng nhìn thấy, kênh 3, 4 nằm trong vùng cận hồng ngoại.
- Bộ cảm TM/ETM (Thematic Mapper/ Enhanced Thematic Mapper): Từ
năm 1982 vệ tinh Landsat 4 được phóng và mang thêm bộ cảm chuyên dùng để
thành lập bản đồ chuyên đề là bộ cảm TM. Tháng 4/1999 vệ tinh Landsat 7
phóng vào quỹ đạo với bộ cảm TM cải tiến là ETM. Landsat TM/ETM có độ
phân giải không gian là 30 x 30 m cho 6 kênh 1, 2, 3, 4, 5, 7 và kênh 6 hồng
ngoại nhiệt có độ phân giải không gian là 120 x 120 m, độ cao bay là 705 km, độ
phủ là 185 x 170 km, chu kỳ lặp là 16 ngày. Đây là bộ cảm quan trọng nhất trong
việc nghiên cứu tài nguyên và môi trường.
7
- ETM + (Enhanced Thematic Mapper +): Landsat ETM + có độ phân giải
không gian là 15 x 15 m đối với kênh 705 x 30 m với các kênh 1, 2, 3, 4, 5, 7 và 60 x
60 m với kênh 6, độ cao bay chụp là 900 km, chu kỳ lặp lại là 16 ngày.
- Bộ cảm OLI (Operational Land Imager - Bộ cảm thu nhận ảnh mặt đất)
và bộ cảm TIRS (Thermal Infrared Sensor - Bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt):
Gồm 11 kênh, độ phân giải từ 15 m - 100 m, chu kỳ lặp lại 16 ngày.
Bảng 1.4. Các thông số kỹ thuật của các loại bộ cảm
Loại bộ cảm
MSS
(Landsat 1 - 3)
TM
(Landsat 4 - 5)
ETM
(Landsat 7)
OLI - TIRS
(Landsat 8)
Kênh phổ
Bước sóng
Phổ điện từ
(µm)
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 8
0,5 - 0,6
0,6 - 0,7
0,7 - 0,8
0,8 - 1,1
0,45 - 0,52
0,52 - 0,61
0,63 - 0,69
0,76 - 0,90
1,55 - 1,75
10,4 - 12,5
2,08 - 2,35
0,45 - 0,52
0,52 - 0,6
0,63 - 0.69
0,76 - 0,9
1,55 - 1,75
10,4 - 12,5
2,08 - 2,35
0,52 - 0,9
Kênh 1
0,433 - 0,453
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 8
Kênh 9
Kênh 10
Kênh 11
0,450 - 0,515
0,525 - 0,600
0,630 - 0,680
0,845 - 0,885
1,560 - 1,660
2,100 - 2,300
0,500 - 0,680
1,360 - 1,390
10,3 - 11,3
11,5 - 12,5
Lục
Đỏ
Cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
Lục đến cận hồng ngoại
Xác định đường bờ
(Coastal aerosol)
Chàm
Lục
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại bước sóng ngắn 1
Hồng ngoại bước sóng ngắn 2
Toàn sắc
Phát hiện mây ti (Cirrus)
Hồng ngoại nhiệt 1
Hồng ngoại nhiệt 2
8
Độ phân
giải (m)
80
80
80
80
30
30
30
30
30
120
30
30
30
30
30
30
60
30
15
30
30
30
30
30
30
30
15
30
100
100
Mặc dù có 8 thế hệ vệ tinh Landsat đã bay vào quỹ đạo nhưng hiện tại chỉ
còn 2 vệ tinh đang hoạt động đó là Landsat 7 và LDCM (Landsat Data
Continuity Mission) hay còn gọi là Landsat 8.
So với Landsat 7, Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải
ảnh và chu kỳ lặp lại (16 ngày). Landsat 8 mang theo 2 bộ cảm: Bộ cảm thu nhận
ảnh mặt đất OLI (Operatiol Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt
(TIRS - Thermal Infrared Sensor). Các bộ cảm này được thiết kế để cải thiện
hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với bộ cảm Landsat 7 và trước đó. Bộ cảm
OLI cung cấp 2 kênh phổ mới là kênh 1 dùng để quan sát biến động chất lượng
nước vùng ven bờ và kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày mỏng của đám
mây ti (có ý nghĩa với ngành khí tượng học). Bộ cảm TIRS thu nhận dữ liệu ở hai
kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài ở 2 dài (kênh 10 và 11) dung đo tốc độ bốc hơi
nước, nhiệt độ bề mặt. Bộ cảm OLI và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm
thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên
chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước. Phổ hồng ngoại nhiệt, phục
vụ theo dõi tiêu thụ nước, đặc biệt ở những vùng khô cằn thuộc miền tây nước
Mỹ. Điều đặc biệt là tần số quét của Landsat 8 sẽ tăng lên, thu nhận được khoảng
200 cảnh/ngày, tăng 250 cảnh/ngày so với Landsat 7 (Nguyễn Khắc Thời và cs,
2012).
Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ
nghiên cứu hiện trạng đến giám sát biến động và được sử dụng phổ biến nhất, với
giá thành thấp.
1.1.2.2. Vệ tinh SPOT và ảnh SPOT
Vệ tinh SPOT-1 được cơ quan hàng không Pháp phóng lên quỹ đạo vào
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. SPOT được thiết kế, vận hành và khai thác phục vụ
mục đích thương mại, nhằm cung cấp dữ liệu quan sát tài nguyên và môi trường.
Ảnh SPOT được cung cấp ở hai dạng khác nhau là ảnh toàn sắc phanchromatic
9
có độ phân giải không gian cao hơn so với ảnh đa phổ (trên ba kênh) và cũng
được xử lý ở các cấp độ khác nhau.
Cấp 1: Đã hiệu chỉnh cơ bản về phổ và hình học.
Cấp 2: Sử dụng điểm khống chế mặt đất để hiệu chỉnh hình học.
Cấp 3: Hiệu chỉnh hình học có sử dụng mô hình độ cao số của mặt đất.
Bảng 1.5. Các thông số kỹ thuật của bộ cảm vệ tinh SPOT
Bộ cảm
SPOT 1
SPOT 2
SPOT 3
SPOT 4
SPOT 5
SPOT 6
SPOT 7
Độ phân
giải (m)
10
20
20
20
10
20
20
20
20
2,5 hoặc 5
10
10
10
20
15
6
6
6
6
Phổ điện từ
Kênh toàn sắc
Kênh 1: Xanh lục
Kênh 2: Đỏ
Kênh 3: Cận hồng ngoại
Ảnh đa phổ
Kênh 1: Xanh lục
Kênh 2: Đỏ
Kênh 3: Cận hồng ngoại
Kênh 4: Giữa hồng ngoại
Kênh toàn sắc
Kênh 1: Xanh lục
Kênh 2: Đỏ
Kênh 3: Cận hồng ngoại
Kênh 4: Giữa hồng ngoại
Kênh toàn sắc
Kênh 1: Chàm
Kênh 2: Lục
Kênh 3: Đỏ
Kênh 4: Cận hồng ngoại
Bước sóng
(µm)
0,50 - 0,73
0,50 - 0,59
0,61 - 0,68
0,78 - 0,89
0,61 - 0,68
0,50 - 0,59
0,61 - 0,68
0,78 - 0,89
1,58 - 1,75
0,48 - 0,71
0,50 - 0,59
0,61 - 0,68
0,78 - 0,89
1,58 - 1,75
0,45 - 0,745
0,45 - 0,525
0,53 - 0,59
0,625- 0,695
0,76 - 0,89
1.1.2.3. Vệ tinh QuickBird và ảnh QuickBird
Ảnh của vệ tinh QuickBird là ảnh vệ tinh có độ phân giải không gian cao
nhất hiện nay cho ra các kênh toàn sắc có độ phân giải là 0,61 m, trường phủ mặt
đất của ảnh là 16,5 km x 16,5 km và có độ phân giải của các kênh đa phổ là 2,44
m. QuickBird cho ảnh độ phân giải 0,7 m ghép kênh toàn sắc tổ hợp với kênh
hồng ngoại. Với độ phân giải cao thì ảnh của vệ tinh QuickBird được sử dụng
trong nhiều lĩnh vực cần độ chính xác lớn như xác định chính xác các đối tượng,
thành lập bản đồ giao thông, ...
10
(a)
(b)
Hình 1.2. Hình ảnh vệ tinh QuickBird của Mỹ (a) và
ảnh chụp công viên Thống Nhất của vệ tịnh QuickBird tháng 7/2004 (b)
Hiện nay ảnh QuickBird được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như
dân sự, an ninh, quản lý môi trường. Vệ tinh QuickBird được phóng lên ngày
18/10/2001, có độ cao bay 450 m, trọng lượng vệ tinh là 950 kg.
1.1.2.4. Vệ tinh VNREDSAT – 1 và ảnh VNREDSAT – 1
VNREDSat - 1 (Vietnam Natural Resources, Environmentand Diaster monitoring Satellite - 1 là vệ tinh quang học quan sát Trái Đất đầu tiên của Việt
Nam, do Công ty EADS Astrium (Pháp) thiết kế, chế tạo.
Vệ tinh viễn thám VNREDSat - 1 được dự kiến phóng vào lúc 09 giờ 06
phút ngày 03/5/2013 (theo giờ Hà Nội) từ bãi phóng kourou Guyana thuộc Pháp.
Tuy nhiên, việc phóng bị hoãn do thời tiết xấu. Sau đó vệ tinh được phóng thành
công vào vũ trụ ngày 07/5/2013 bằng tên lửa đẩy VEGA.
Hệ thống VNREDSat - 1 là hệ thống viễn thám bao gồm vệ tinh quan sát
trái đất VNREDSat - 1, trung tâm điều khiển vệ tinh, trạm lưu trữ dữ liệu dự
phòng, trạm thu phát tín hiệu vệ tinh băng tần S và trạm thu ảnh vệ tinh.
VNREDSat - 1 được phóng lên nhằm mục đích chính là chụp ảnh bề mặt
Trái đất, cung cấp một số lượng lớn ảnh quang học có phân giải cao một cách chủ
động và kịp thời cho việc giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường, thiên tai,
biến đổi khí hậu phục vụ phát triển kinh tế xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng.
Thông số kỹ thuật của vệ tinh VNREDSat - 1:
11
- Vệ tinh có kích thước 600 mm x 570 mm x 500 mm, có trọng lượng gần
120 kg. Tuổi thọ của vệ tinh theo thiết kế là 5 năm;
- Vệ tinh có quỹ đạo đồng bộ mặt trời;
- Độ cao quỹ đạo trên xích đạo: 680 km;
- Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo: 98,130;
- Độ tròn quỹ đạo: 0,001193;
- Chu kỳ quỹ đạo: 98,5 phút;
- Bộ cảm đặt trên vệ tinh VNREDSat - 1 là cảm biến bổ sung, được gọi là
NAOMI (New AstroSat Optical Modular Instrument);
- Thời gian chụp lặp lại (vệ tinh nghiêng ±35o): 3 ngày;
- Thời gian chụp lặp lại (vệ tinh nghiêng ±15o): 7 ngày;
- Chụp ảnh ở kênh toàn sắc và 4 kênh đa phổ;
- Vệ tinh VNREDSat - 1 có độ phân giải mặt đất 2,5 m đối với kênh toàn
sắc (Panchromatic) và 10 m đối ảnh đa phổ.
Bảng 1.6. Đặc điểm ảnh vệ tinh VNREDSat - 1
Kênh
Kênh toàn sắc
Kênh 1: Chàm
Kênh 2: Xanh lục
Kênh 3: Đỏ
Kênh 4: Cận hồng ngoại
Bước sóng (µm)
0,45 - 0,75
0,45 - 0,52
0,53 - 0,60
0,62 - 0,69
0,76 - 0,89
Độ phân giải (m)
2,5
10
10
10
10
(a)
(b)
Hình 1.3. Hình ảnh vệ tinh VNREDSat - 1 (a)
và ảnh chụp khu vực Ba Đình Hà Nội từ vệ tinh VNREDSat - 1 (b)
12
Tiếp nối sự phát triển và thành công của VNREDSat - 1, Việt Nam dự tính
phóng VNREDSat - 1B vào năm 2017 do Bỉ chế tạo.
1.1.3. Các phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh
1.1.3.1. Phương pháp phân loại thống kê
Là phương pháp dựa vào các đặc trưng phổ của từng pixel trên ảnh. Các
đặc trưng về thống kê giá trị phổ cụ thể như sau (Nguyễn Khắc Thời và cs, 2012):
- Số lượng kênh phổ
- Giá trị độ xám trung bình
- Giá trị độ xám cực đại, cực tiểu
- Phương sai
- Độ lệch chuẩn
Phương pháp phân loại thống kê gồm phân loại có kiểm định và phân loại
không kiểm định.
Phương pháp phân loại không kiểm định
Phương pháp phân loại không kiểm định là phương pháp phân loại thuần
túy theo tính chất phổ mà không biết rõ tên hay tính chất của lớp phổ đó, việc đặt
tên chỉ là tương đối. Phân loại không kiểm định, toàn bộ ảnh sẽ tự động được
phân loại ra thành các lớp riêng theo dấu hiệu đồng nhất về phổ, phân loại không
kiểm định thường được sử dụng để làm tiền đề cho phương pháp phân loại có
kiểm định.
Phân loại không kiểm định gồm một số thuật toán được sử dụng như:
+ Thuật toán K-mean: Ban đầu người ta chọn ra K điểm trong không gian
phổ để nhận làm tâm của các lớp rồi tiến hành phân loại các điểm ảnh theo nguyên
tắc khoảng cách tối thiểu, sau đó xác định vị trí trung bình của tất cả các điểm ảnh
thuộc mỗi lớp để nhận làm tâm của các lớp giữa hai lần lặp trùng nhau thì kết thúc.
Do tâm của các lớp tự điều chỉnh trong quá trình lặp nên phương pháp cho kết quả
đáng tin cậy, không phụ thuộc vào việc lựa chọn các tâm ban đầu và trình tự xét
các điểm ảnh nhưng đòi hỏi người phân loại phải tự xác định trước số lượng các
lớp phổ trên ảnh, việc này tương đối khó nhưng cũng có thể khắc phục được bằng
kiến thức chuyên gia khi tổ hợp các kênh phổ lại với nhau.
13
+ Thuật toán ISO-DATA (Interactive self Organizing Data Analysis): Đây
là một cách phân loại cải biên của phân loại K-Mean, nhằm khắc phục những
nhược điểm của phương pháp K-Mean bằng cách sau mỗi lần lặp tiến hành kiểm
tra để gộp nhóm, loại bỏ hay tách lớp khi cần, nhờ đó tự điều chỉnh được số lớp
trong kết quả phân loại.
Phương pháp phân loại không kiểm định giúp chúng ta phát hiện các lớp
phổ trên ảnh từ đó phục vụ cho việc phân loại có kiểm định hoặc trợ giúp phân loại
đối tượng ở những nơi khó tiếp cận như khu vực xảy ra thiên tai, những vùng xa
xôi chưa có điều kiện khảo sát.
Phương pháp phân loại có kiểm định
Khác với phương pháp phân loại không kiểm định, phương pháp phân loại
có kiểm định là phương pháp phân loại do người phân loại chọn ra các nhóm đối
tượng làm mẫu phân loại (các vùng mẫu). Trên cơ sở các vùng mẫu này, các pixel
trong toàn ảnh sẽ được sắp xếp theo những nguyên tắc nhất định để đưa về nhóm
đối tượng đã được đặt tên phân loại (các lớp chuyên đề). Sự phân loại này dựa trên
các hàm phân tách, tùy từng trường hợp mà các hàm phân tách này khác nhau.
Một số thuật toán phân loại có kiểm định thường sử dụng là:
+ Phương pháp phân loại xác suất cực đại (Maximum Likehood): Phương
pháp này hoạt động theo nguyên tắc sau khi xác định được hàm phân bố mật độ
xác suất của mỗi lớp, đối với mỗi điểm ảnh tính xác suất mà nó có thể thuộc vào
từng lớp và phân loại về lớp có xác suất cao nhất.
+ Phương pháp khoảng cách tối thiểu: Phương pháp này thường được gọi là
phương pháp người láng giềng gần nhất (Nearest neighborhood). Đây là phương
pháp tương đối đơn giản dựa vào thuần tuý việc so sánh khoảng cách từ điểm ảnh
cần phân loại đến tâm các lớp trong không gian phổ rồi gán điểm đó về lớp có tâm
gần nó nhất.
+ Phương pháp phân loại Mahalanobis (phương pháp phân loại sử dụng
khoảng cách Mahalanobis): Về thực chất đây là một biến thể của phương pháp xác
suất cực đại. Đây là trường hợp riêng của phương pháp xác suất cực đại khi các
lớp có chung ma trận hiệp biến. Trong thực tế, do ma trận hiệp biến của các lớp
14
không thể hoàn toàn như nhau, tùy từng chương trình mà ma trận hiệp biến có thể
lấy ma trận trung bình của tất cả các lớp hoặc ma trận hiệp biến của toàn ảnh. Khác
với phương pháp tối thiểu, phương pháp này không giả thiết là ma trận hiệp biến
của các lớp là ma trận đường chéo cũng như yêu cầu phương sai của mỗi lớp phải
như nhau trên tất cả các kênh nên tỏ ra hiện thực hơn. Tuy nhiên, vẫn sử dụng ma
trận hiệp biến trong hàm phân tách của mình nên phương pháp này đòi hỏi khắt
khe hơn về tính chân thực của ma trận này. Do đó đây có thể coi là phương pháp
trung gian giữa hai phương pháp xác suất tối đa và khoảng cách tối thiểu, và nên
được áp dụng khi giữa các kênh ảnh sử dụng sự khác biệt về độ phân giải bức xạ
nhưng không đủ điều kiện để áp dụng hiệu quả phương pháp xác suất cực đại.
+ Phương pháp phân loại hình hộp (parallelpiped): Đây là phương pháp phân
loại đơn giản nhất. Nó dựa trên các số liệu mẫu để xác định khoảng cách phân bố
của mỗi lớp trên tùng kênh. Từ đó xác định miền phân bố của chúng trong không
gian phổ dưới dạng hình hộp. Đối với phương pháp phân loại này mặc dù thuật toán
đơn giản, tốc độ xử lý nhanh, những điểm ảnh được phân loại đều có độ tin cậy cao.
Nhược điểm của phương pháp này là số điểm ảnh không được phân loại lớn. Nếu
giữa các kênh ảnh có tương quan thì thì khả năng giao cắt giữa miền phân bố của
các lớp sẽ càng lớn. Để khắc phục điều này ảnh trước khi phân loại được biến đổi về
dạng các thành phần chính, để loại bỏ tương quan giữa các kênh ảnh.
1.1.3.2. Phương pháp phân loại định hướng đối tượng
Phương pháp phân loại thông kê thường dẫn đến sự lẫn phổ, làm mất thông
tin và rất manh mún khi nghiên cứu ở khu vực ven đô. Mặc dù độ phân giải không
gian ngày càng tăng cho phép chúng ta nhận biết các đối tượng trên ảnh được rõ
ràng hơn. Nhưng một điều không mong muốn xảy ra là khi thực hiện các phép
phân tích biến động lấy các pixel làm cơ sở thì thấy có sự bất đồng về giá trị phổ
của các pixel. Điều này gây khó khăn lớn cho việc phân loại bằng các phương
pháp thống kê dựa trên phổ của các pixel. Để khắc phục được nhược điểm đó,
phương pháp phân loại theo đối tượng đã sử dụng các thông tin hữu ích khác có
thể là chìa khóa cho khâu giải đoán như: cấu trúc, các hình dạng chuẩn…và đặc
biệt làm thông tin về ngữ cảnh của đối tượng đó do chính các đối tượng ảnh tạo
15
nên. Sự phản ánh các đối tượng ảnh được xác định bằng tính chất vật lý, hóa học
của đối tượng và các đặc trưng của thế giới thực được chia làm ba loại:
- Các đặc trưng thực: Là các đặc trưng về mặt vật lý của đối tượng. Đây là
yếu tố xác định về hình ảnh của đối tượng trên thực tế như màu sắc, cấu trúc, hình
dạng và được thu nhận bởi bộ cảm biến của các thiết bị thu.
- Các đặc trưng quan hệ: Đây là những đặc trưng mô tả mối quan hệ địa lý
giữa các đối tượng với nhau hoặc có toàn cảnh xung quanh.
- Các đặc trưng về ngữ cảnh: Là đặc trưng mô tả mối quan hệ về ngữ nghĩa
giữa các đối tượng. Ví dụ một khu trồng cây xanh xen với các vùng dân cư thì
thông thường sẽ nhận định đây là công viên khi xét mối quan hệ của nó với vùng
dân cư xung quanh.
Phân loại định hướng đối tượng gắn liền với một sự mô tả có hệ thống và có
trật tự về các lớp đối tượng. Quá trình phân loại là đăng ký một số đối tượng vào
một lớp đối tượng nhất định dựa vào mô tả mang tính chất định nghĩa của lớp đối
tượng đó. Do vậy, sự mô tả của một lớp là mô tả về những nét đặc thù hoặc những
đặc trưng chúng có hoặc không được phân loại. Các lớp đối tượng này có liên hệ với
nhau do đó bản thân mỗi đối tượng thuộc về một lớp nào đó hoặc không trong
trường hợp không được phân loại. Các lớp đối tượng này có liên hệ với nhau do đó
bản thân mỗi đối tượng không chỉ được biết trong một cách riêng biệt mà còn trong
một ngữ cảnh chung trong đó xác định mối liên hệ của nó với các đối tượng trên và
dưới nó. Như vậy, các đối tượng ảnh thu được sau khâu phân đoạn ở dạng thô sơ
đơn giản nhất là cơ sở cho các bước phân loại và quá trình phân cấp tiếp theo.
Để thực hiện quá trình này cần đạt được các mục tiêu sau:
- Thủ tục phân đoạn phải tạo ra những phần ảnh rõ ràng và riêng biệt.
- Với mỗi vấn đề nảy sinh trong quá trình phân tích ảnh liên quan đến kết
cấu ở một tỷ lệ không gian nhất định, kích thước trung bình của đối tượng ảnh phải
thích hợp với tỷ lệ mong muốn.
- Phần lớn các đặc trưng của đối tượng ảnh như tone ảnh, cấu trúc, hình
dạng, và các mối quan hệ với các vùng kế cận ít nhiều liên quan tới tỷ lệ. Chỉ có cấu
trúc của các tỷ lệ như nhau mới có thể so sánh hay có những đặc trưng như nhau.
16
