Đề cương HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) VÀ VIỄN THÁM

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
VÀ VIỄN THÁM

•

•

•

•

•

Câu 1. Khái niệm và phân loại về viễn thám? Cho ví dụ.
Khái niệm: Viễn thám là khoa học nghiên cứu các thực thể, hiện
tượng trên trái đất từ xa mà không cần tác động trực tiếp vào nó.
Phân loại:
+ Phân loại theo nguồn năng lượng được sử dụng (loại nguồn phát
và tín hiệu thu nhận), kỹ thuật viễn thám bao gồm:
Viễn thám bị động: sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng
do vật thể bức xạ (ở điều kiện nhiệt độ thường, các vật thể tự phát
ra bức xạ hồng ngoại).
Viễn thám chủ động: thiết bị thu nhận phát ra nguồn năng lượng
tới vật thể rồi thu nhận tín hiệu phản xạ lại.
+ Phân loại theo vùng bước sóng sử dụng (theo dải phổ của các
thiết bị thu): ứng với vùng bước sóng sử dụng , viễn thám có thể
được phân thành 3 loại cơ bản:
Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ: nguồn
năng lượng sử dụng là bức xạ mặt trời, ảnh viễn thám nhận được
dựa vào sự đo lường năng lượng vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng
ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất. Ảnh thu được bởi

kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh quang học.
Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ
nhiệt do chính vật thể sản sinh ra. Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn
thám này được gọi là ảnh nhiệt.
Viễn thám siêu cao tần: trong viễn thám siêu cao tần hai kỹ thuật
chủ động và bị động đều được áp dụng. Viễn thám bị động thu lại
sóng vô tuyến cao tần với bước sóng lớn hơn 1mm mà được bức
xạ tự nhiên hoặc phản xạ từ một số đối tượng. Vì có bước sóng dài
nên năng lượng thu nhận được của kỹ thuật viễn thám siêu cao tần
bị động thấp hơn viễn thám trong dải sóng nhìn thấy. Đối với viễn
thám siêu cao tần chủ động (Radar), vệ tinh cung cấp năng lượng
riêng và phát trực tiếp đến các vật thể, rồi thu lại năng lượng do
sóng phản xạ lại từ các vật thể. Cường độ năng lượng phản xạ
1
1


•

•

được đo lường để phân biệt giữa các đối tượng với nhau. Ảnh thu
được từ kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh Radar.
+Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: có hai nhóm chính là viễn thám
vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực)
(hình 1.3).
Căn cứ vào đặc điểm quỹ đạo vệ tinh, có thể chia ra hai nhóm vệ
tinh là:
Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc
quay của trái đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái

đất là đứng yên.
Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ
đạo vuông góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của
Trái Đất. Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất
và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng
lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian lặp lại là
cố định đối với một vệ tinh (ví dụ LANDSAT là 18 ngày, SPOT là
23 ngày...)
Trên hai nhóm vệ tinh nói trên đều có thể áp dụng nhiều phương
pháp thu nhận thông tin khác nhau tùy theo sự thiết kế của nơi chế
tạo.
Câu 2. Vẽ sơ đồ, trình bày các thành phần cơ bản của viễn
thám.

Sơ đồ các

thành phần
của hệ thống viễn thám

2

2


Nguồn năng lượng (A): thành phần đầu tiên của hệ thống viễn
thám là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng
điện từ tới đối tượng cần nghiên cứu. Trong viễn thám chủ động
sử dụng năng lượng phát ra từ nguồn phát đặt trên vật mang, còn
trong viễn thám bị động, nguồn năng lượng chủ yếu là bức xạ mặt
trời.

Những tia phát xạ và khí quyển (B): bức xạ điện từ từ nguồn phát
tới đối tượng nghiên cứu sẽ phải tương tác qua lại với khí quyển
nơi nó đi qua.
Sự tương tác với đối tượng (C): sau khi truyền qua khí quyển đến
đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tùy thuộc vào
đặc điểm của đối tượng và sóng điện từ. Sự tương tác này có thể là
sự truyền qua, sự hấp thụ hay bị phản xạ trở lại khí quyển.
Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm biến (D): sau khi năng lượng
được phát ra hoặc bị phản xạ từ đối tượng, cần có bộ cảm biến để
tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về
bộ cảm sẽ mang thông tin của đối tượng.
Sự truyền tải, thu nhận và xử lý (E): năng lượng được thu nhận
bởi bộ cảm cần được truyền tải (thường dưới dạng điện từ) đến
một trạm thu nhận dữ liệu để xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này là dữ
liệu thô.
Phân loại và phân tích ảnh (F): ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử
dụng trong các mục đích khác nhau. Để nhận biết được các đối
tượng trên ảnh cần phải giải đoas chúng. Ảnh được phân loại bằng
việc kết hợp các phương pháp khác nhau (phân loại bằng mắt,
phân loại thực địa, phân loại tự động,...).
Ứng dụng (G): đây là thành phần cuối cùng của hệ thống viễn
thám, được thực hiện khi ứng dụng thông tin thu nhận được trong
qúa trình xử lý ảnh vào các lĩnh vực, bài toán cụ thể.

3

3


Câu 3. Trình bày các dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh viễn

thám
Các vệ tinh nhân tạo thường chuyển động theo lộ trình đã được
thiết kế trước sao cho phù hợp với khả năng và mục tiêu của bộ
cảm biến được đặt trên vệ tinh. Lộ trình được thiết kế để vệ tinh
chuyển động trong vũ trụ sẽ được xác định bởi 6 thông số cơ bản
của định luật Kepler áp dụng cho các vật thể chuyển động trong
vũ trụ được gọi là quỹ đạo của vệ tinh. Sự lựa chọn quỹ đạo tuỳ
thuộc vào giá trị của tập hợp các thông số cơ bản này, thông
thường các vệ tinh khác nhau sẽ chuyển động theo những quỹ đạo
khác nhau được phân biệt bởi:
- Những độ cao khác nhau so với mặt đất.
- Theo quỹ đạo elip nằm trong một mặt phẳng có góc nghiêng
khác nhau so với mặt phẳng chứa xích đạo.
- Theo thời gian vệ tinh di chuyển hoàn tất một vòng quay trên
quỹ đạo, còn được gọi là chu kỳ của quỹ đạo.
- Theo khoảng thời gian cố định mà vệ tinh trở lại đúng vị trí chụp
ảnh ban đầu, còn được gọi là chu kỳ lặp lại của vệ tinh (do bộ cảm
biến có trường nhìn cố định, nên khi vệ tinh di chuyển sẽ tạo nên
tuyến chụp trên mặt đất có bề rộng cố định còn được gọi là độ
rộng của tuyến chụp. Vì trái đất quay nên vệ tinh sẽ chụp theo
tuyến khác trên mặt đất sau mỗi chu kỳ tiếp theo, sau khoảng thời
gian cố định vệ tinh sẽ lặp lại vị trí ban đầu và khoảng thời gian
này được gọi là tần suất lặp lại hay chu kỳ lặp).
Nhìn chung dựa theo quỹ đạo chuyển động của vệ tinh so với trái
đất và mặt trời có thể chia quỹ đạo vệ tinh thành các loại cơ bản
như sau:
Quỹ đạo đồng bộ trái đất: là quỹ đạo mà vệ tinh chuyển động
cùng một vận tốc góc với trái đất, nghĩa là vệ tinh quay một vòng
trên quỹ đạo mất thời gian là 24 giờ. Vệ tinh chuyển động trên quỹ
đạo đồng bộ trái đất và nếu mặt phẳng quỹ đạo có góc nghiêng

bằng 0 được gọi là quỹ đạo địa tĩnh. Các vệ tinh địa tĩnh có độ cao
khoảng 36000km và luôn treo lơ lửng tại một điểm trên không
trung (đứng yên so với bề mặt trái đất). Do đó, vệ tinh địa tĩnh cho
4
4


phép quan sát và thu thập thông tin liên tục trên một vùng cụ thể
và được sử dụng thích hợp vào mục đích quan sát khí tượng hoặc
truyền tin…Vệ tinh Vinasat của Việt Nam (ngày phóng) là vệ tinh
thông tin, có quỹ đạo địa tĩnh. Với độ cao lớn, các vệ tinh khí
tượng địa tĩnh có thể giám sát thời tiết và dạng mây bao phủ trên
toàn bộ bán cầu của trái đất.
Quỹ đạo đồng bộ mặt trời : là quỹ đạo cho phép vệ tinh chuyển
động theo hướng Bắc – Nam kết hợp với chuyển động quay của
trái đất (Tây - Đông) sao cho vệ tinh luôn luôn nhìn bề mặt trái đất
tại thời điểm có sự chhiếu sáng tốt nhất của mặt trời. Như vậy góc
nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo này gần với góc nghiêng của trục
quay trái đất (so với mặt phẳng xích đạo) nên còn được gọi là quỹ
đạo gần cực. Những vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo đồng bộ
mặt trời sẽ thu thập thông tin trên vùng nào đó của trái đất theo
giờ địa phương nhất định và vị trí của vệ tinh sẽ thay đổi theo điều
kiện chiếu sáng của mặt trời trong một năm. Loại quỹ đạo này
đảm bảo điều kiện chiếu sáng của mặt trời là như nhau khi thu
thập ảnh vệ tinh trên cùng khu vực cụ thể theo các ngày và từng
mùa khác nhau trong năm. Các vệ tinh tài nguyên thường sử dụng
quỹ đạo đồng bộ mặt trời vì có ưu điểm luôn tạo được một điều
kiện chiếu sáng ổn định. Đây là yếu tố quan trọng cho vịêc giám
sát sự thay đổi giá trị phổ giữa các ảnh mà không cần hiệu chỉnh
do điều kiện chiếu sáng khác nhau.

Câu 4. Trình bày đặc trưng phản xạ phổ của thực vật, thổ
nhưỡng và nước.
Đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng. Đặc trưng phản xạ
chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ
dài bước sóng, đặc biệt là bước sóng cận hồng ngoại và hồng
ngoại nhiệt. Ở dải sóng điện từ này, chỉ có năng lượng hấp thụ và
năng lượng phản xạ mà không có năng lượng thấu quang. Với các
loại đất có thành phần cấu tạo các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau,
khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau. Tùy thuộc vào thành phần
hợp chất có trong đất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác
nhau.
5
5


Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng:
cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ có
trong đất.

Hình: Đặc tính phổ của một số loại đất
Cấu trúc của thổ nhưỡng phụ thuộc vào thành phần sét, bụi cát có
trong đất. Sét là hạn mịn có đường kính nhỏ hơn 0.002mm, bụi có
đường kính 0.002 – 0.05mm, cát có đường kính 0.05 – 2mm. Với
đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ, với đất hạt lớn,
khoảng cách giữa các hạt lớn hơn dẫn đến khả năng vận chuyển
không khí và độ ẩm dễ dàng hơn. Độ ẩm và lượng nước có trong
đất ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng.
Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng phụ thuộc vào độ ẩm của
đất. Khi độ ẩm tăng, khả năng phản xạ sẽ bị giảm (hình 1.19)

Hình: Khả năng phản xạ phổ phụ thuộc độ ẩm của thổ nhưỡng
Một yếu tố khác ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thổ
nhưỡng là hợp chất hữu cơ có trong đất. Với hàm lượng hợp chất
6

6


hữu cơ từ 0.5 – 5.0% đất sẽ có màu nâu sẫm (phản xạ phổ yếu).
Nếu hàm lượng chất hữu cơ trong đất thấp hơn, khả năng phản xạ
phổ sẽ cao hơn. Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng còn phụ
thuộc vào hàm lượng oxit sắt chứa trong đất. Khả năng phản xạ
phổ tăng khi hàm lượng oxit sắt trong đất giảm xuống (đặc biệt là
vùng phổ nhìn thấy). Trong dải sóng điện từ này, khả năng phản
xạ phổ có thể giảm đến 40% khi hàm lượng oxit sắt trong đất tăng
lên. Khi loại bỏ oxit sắt ra khỏi đất, khả năng phản xạ phổ tăng lên
một cách rõ rệt, đặc biệt trong dải sóng điện từ 0.5 μm – 1.1 μm.
Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật. Khả năng phản xạ phổ của
thực vật phụ thuộc vào bước sóng điện từ. Trong dải sóng điện từ
nhìn thấy, các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ
phổ của nó, đặc biệt là hàm lượng chất diệp lục (clorophyl). Trong
dải sóng này, thực vật ở trạng thái tươi tốt với hàm lượng diệp lục
cao trong lá cây sẽ có khả năng phản xạ phổ cao ở bước sóng xanh
lá cây (green), giảm xuống ở vùng sóng đỏ (red) và tăng rất mạnh
ở vùng sóng cận hồng ngoại (NIR).
Khả năng phản xạ phổ của lá cây ở vùng sóng ngắn và vùng ánh
sáng đỏ thấp. Hai vùng suy giảm khả năng phản xạ phổ này tương
ứng với hai dải sóng bị chất diệp lục (clorophyl) hấp thụ. Ở vùng
sóng này, chất diệp lục hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do
vậy khả năng phản xạ phổ của lá cây không lớn. Ở bước sóng

xanh lá cây (green), khả năng phản xạ phổ của lá cây rất cao, do
đó lá cây ở trạng thái tươi tốt được mắt người cảm nhận ở màu lục
(green). Khi lá úa hoặc có bệnh, hàm lượng clorophyl giảm đi, khả
năng phản xạ phổ cũng thay đổi, mắt người sẽ cảm nhận lá cây có
màu vàng, đỏ. Ở vùng sóng hồng ngoại, ảnh hưởng chủ yếu đến
khả năng phản xạ phổ của lá cây là hàm lượng nước chứa trong lá.
Thực vật có khả năng hấp thụ năng lượng mạnh nhất ở các bước
sóng 1.4 μm, 1.9 μm, 2.7 μm. Bước sóng 2.7 μm hấp thụ năng
lượng mạnh nhất gọi là dải sóng cộng hưởng hấp thụ (sự hấp thụ
mạnh diễn ra với dải sóng trong khoảng từ 2.66 μm–2.73 μm). Khi
hàm lượng nước chứa trong lá giảm đi, khả năng phản xạ phổ của
lá cây cũng tăng lên đáng kể.
7
7


Hình: Một số yếu tổ ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của
thực vật
Đặc trưng phản xạ phổ của nước. Khả năng phản xạ phổ của
nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần
vật chất có trong nước. Ngoài ra, khả năng phản xạ phổ của nước
còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước.
Đối với đường bờ nước, ở dải sóng hồng ngoại và cận hồng ngoại
có thể phân biệt một cách rõ ràng. Nước có khả năng hấp thụ rất
mạnh năng lượng ở bước sóng cận hồng ngoại và hồng ngoại, do
đó năng lượng phản xạ sẽ rất ít. Ở dải sóng dài, khả năng phản xạ
phổ của nước khá nhỏ nên có thể sử dụng các kênh ở dải sóng
ngoài để xác định ranh giới nước – đất liền.
Trong nước chứa nhiều thành phần hữu cơ và vô cơ, cho nên khả
năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng

thái của nước. Nước đục có khả năng phản xạ phổ cao hơn nước
trong, nhất là ở dải sóng dài. Hàm lượng clorophyl cũng ảnh
hưởng đến khả năng phản xạ phổ của nước (giảm khả năng phản
xạ phổ ở dải sóng ngắn, tăng ở dải sóng màu xanh lá cây). Ngoài
ra, một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ
của nước, tuy không thể hiện rõ rệt qua sự khác biệt của đồ thị
8

8


phổ: độ mặn của nước biển, hàm lượng khí metan, oxi, nitơ,
cacbonic,... trong nước.
Độ thấu quang của nước phụ thuộc vào độ đục/trong. Nước biển,
nước ngọt, nước cất đều có chung đặc tính thấu quang, tuy nhiên
với nước đục, độ thấu quang giảm rõ rệt và với bước sóng càng
dài, độ thấu quang càng lớn. Khả năng thấu quang cao và hấp thụ
năng lượng ít ở dải sóng nhìn thấy đối với lớp nước mỏng (ao, hồ
nông) và trong là do năng lượng phản xạ của lớp đáy: cát, đá,...
Bảng: Độ thấu quang của nước phụ thuộc bước sóng
Bước sóng
Độ thấu quang
0.5 μm – 0.6 μm
Đến 10 m
0.6 μm – 0.7 μm
3m
0.7 μm – 0.8 μm
1m
0.8 μm – 1.1 μm
< 10 cm

Hình: Khả năng thấu quang của một số loại nước
Câu 5. Phát biểu các khái niệm về độ phân giải của ảnh vệ
tinh.
Độ phân giải là thông số cơ bản nhất phản ánh chất lượng và tính
năng của ảnh vệ tinh mà dựa vào đó ta có thể xác định khả năng
phân loại, nghiên cứu vật thể. Độ phân giải ảnh vệ tinh bao gồm:
độ phân giải không gian, độ phân giải thời gian, độ phân giải phổ
và độ phân giải bức xạ. Đối với từng bài toán, phải xác định được
yêu cầu cụ thể về mặt kỹ thuật đối với các thông số trên. Ví dụ,
khi nghiên cứu biến động thực vật cần dữ liệu ảnh vệ tinh đa phổ,
9

9


chụp ở các thời gian khác nhau, trên ảnh không có mây..Khi thành
lập và hiện chỉnh bản đồ, tùy thuộc vào tỉ lệ bản đồ mà yêu cầu
với các thông số trên khác nhau. Bản đồ tỉ lệ 1:100 000 có thể
dùng ảnh vệ tinh độ phân giải không gian 30 x 30 m; bản đồ tỉ lệ
1: 25 000 có thể dùng ảnh vệ tinh độ phân giải 10 x 10 m.
Độ phân giải không gian (spatial resolution)
Độ phân giải không gian (Spatial resolution) của ảnh vệ tinh là
kích thước nhỏ nhất của một đối tượng hay khoảng cách tối thiểu
giữa hai đối tượng liền kề có khả năng phân biệt được trên ảnh.
Ảnh có độ phân giải không gian càng cao thì có kích thước pixel
càng nhỏ. Độ phân giải này phụ thuộc vào kích thước của pixel
ảnh, độ tương phản hình ảnh, điều kiện khí quyển và các thông số
quỹ đạo của vệ tinh.
Độ phân giải không gian cũng được gọi là độ phân giải mặt đất

khi hình chiếu của một pixel tương ứng với một đơn vị chia mẫu
trên mặt đất. Ví dụ, ảnh vệ tinh LANDSAT 7 ở các kênh blue,
green, red có độ phân giải 30 x 30 m, điều đó có nghĩa là trên các
kênh ảnh này có thể nhận biết được vật thể có kích thước 30 x 30
m trên mặt đất.
Dựa vào độ phân giải không gian, ảnh vệ tinh có thể được chia
làm các loại cơ bản sau: ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao (độ phân
giải không gian trên 1m), ảnh vệ tinh độ phân giải cao (1 – 10m),
ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình (10 – 100m) và ảnh vệ tinh độ
phân giải thấp (>100m).
Độ phân giải bức xạ
Độ phân giải bức xạ là khả năng nhạy cảm của các thiết bị thu để
phát hiện những sự khác nhau rất nhỏ trong năng lượng sóng điện
từ (số bit dùng để ghi nhận thông tin ảnh vệ tinh). Phần lớn dữ liệu
ảnh viễn thám hiện nay được lưu trữ ở dạng 8 bit, một số ảnh vệ
tinh độ phân giải cao có thể lưu trữ ở dạng 16 bit. Ảnh vệ tinh
được lưu trữ ở dạng 8 bit sẽ có 256 cấp độ xám (0 – 255), 16 bit
có 65536 cấp độ xám (0 – 65535).
Độ phân giải phổ (spectral resolution)
10

10


•

•

Độ phân giải phổ thể hiện bởi kích thước và số kênh phổ, bề rộng
phổ hoặc sự phân chia vùng phổ mà ảnh vệ tinh có thể phân biệt

một số lượng lớn các bước sóng có kích thước tương tự, cũng như
tách biệt được các bức xạ từ nhiều vùng phổ khác nhau.
Độ phân giải phổ thể hiện độ nhạy tuyến tính của bộ cảm biến
trong khả năng phân biệt sự thay đổi nhỏ nhất của cường độ phản
xạ sóng từ các vật thể. Ví dụ, ảnh LANDSAT 7 có vùng phổ từ
0.45 μm đến 12.5 μm , bao gồm 8 kênh phổ, trong đó các kênh ở
dải sóng nhìn thấy, cận hồng ngoại, giữa hồng ngoại có độ phân
giải không gian 30 x 30m; kênh hồng ngoại nhiệt có độ phân giải
60 x 60m; kênh toàn sắc có độ phân giải 10 x 10m. Ảnh siêu phổ
(HyMap, AVIRIS) có thể chứa hàng trăm kênh phổ.
Độ phân giải thời gian (temporal resolution)
Độ phân giải thời gian là thời gian chụp lặp lại tại cùng một vị trí
của ảnh vệ tinh. Độ phân giải thời gian cho biết số ngày (hoặc giờ)
mà hệ thống cảm biến của vệ tinih sẽ quay lại để chụp một vị trí
nhất định. Do vậy, độ phân giải thời gian không liên quan đến các
thiết bị ghi ảnh mà chỉ liên quan đến khả năng khi lặp lại của vệ
tinh.
Câu 6. Phát biểu khái niệm phương pháp giải đoán ảnh
bằng mắt? Đặc điểm của giải đoán ảnh bằng mắt.
Khái niệm: Phân tích hay giải đoán ảnh bằng mắt là quá trình sử
dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết các thông tin từ tư
liệu viễn thám dạng hình ảnh.
Các dấu hiệu giải đoán ảnh: dấu hiệu trực tiếp và gián tiếp
+ Dấu hiệu trực tiếp
Hình dạng: là hình dáng, cấu trúc hoặc đường nét chung của một
vật thể riêng biệt, thường là hình ảnh hai chiều, đối với ảnh lập thể
có thể nhìn thấy cả chiều cao của đối tượng. là dấu hiệu vô cùng
quan trọng cho công tác điều vẽ.
Hình mẫu: là sự sắp xếp về mặt không gian của các vật thể có thể
nhìn thấy rõ. Sự lặp lại một cách điển hình và có thứ tự của các

tông màu và cấu trúc sẽ tạo nên mẫu đặc thù và cuối cùng có thể
nhận dạng được.
11
11


•

Kích thước của vật thể trong ảnh là thông số về độ lớn, độ dài, độ
rộng của đối tượng. Kích thước liên quan đến tỉ lệ của ảnh. Về
hình dạng có thể giống nhau nhưng kích thước khác nhau thì có
thể là hai đối tượng khác nhau
Phân loại ảnh
Giải đoán ảnh bằng
mắt
Ưu điểm
- Xử lý nhanh với - Kết hợp tri thức và
năng suất cao
kinh nghiệm.
- Tách được đại lượng - Không phụ thuộc
vật lý hiệu quả
vào phần mềm.
- Đa dạng trong xử lý, - Tách thông tin
phân tích và hiển thị. không gian hiệu quả.
- Dễ dàng tham khảo
với các thông tin liên
quan.
Nhược điểm

•

•

•
•

Tốn nhiều thời gian.
Không thể tách đại
lượng vật lý.
Kết quả giải đoán
không đồng nhất khi
nhiều người tham gia.
Sắc ảnh: là tổng hợp lượng ánh sáng được phản xạ từ bề mặt đối
tượng, là dấu hiệu hết sức quan trọng để xác định đối tượng. Tone
ảnh được chia ra nhiều cấp khác nhau, trong giải đoán bằng mắt
thường có 10-12 cấp.
Nền màu: màu của đối tượng trên ảnh màu giả giúp cho người giải
đoán có thể phân biệt được nhiều đối tượng có đặc điểm tone ảnh
tương tự như nhau trên ảnh đen trắng
Cấu trúc:là cách sắp xếp và tần số xuất hiện của mức độ thay đổi
về sắc thái trong các vùng cụ thể trên ảnh
Bóng:là phần bị che lấp, không có ánh sáng mặt trời chiếu tới
(hoặc từ nguồn chủ động), do đó không có ánh sáng phản hồi tới
12

Khó kết hợp kinh
nghiệm
Thông tin phân bố
không gian kém

12


•

•

•
•
+

+

+

thiết bị thu. được thể hiện bằng tone ảnh đen trên ảnh đen trắng và
màu xẫm đến đen trên ảnh màu
+ Dấu hiệu gián tiếp
Vị trí : vị trí của đối tượng trong không gian địa lý của vùng
nghiên cứu là thông số rất quan trọng giúp cho người giải đoán có
thể phân biệt đối tượng
Mối quan hệ tương hỗ: Những dấu hiệu gián tiếp cho phép chúng
ta kết luận sự có mặt của vật thể hoặc một hiện tượng không nhìn
thấy được qua những dấu vết chúng để lại trên địa hình do vậy
người ta còn coi nó như một dấu hiệu biểu hiện mối quan hệ tương
hỗ giữa địa vật này với địa vật khác
Câu 7: Nêu khái niệm phân loại đa phổ?Ưu, nhược điểm của
phân loại ảnh so với giải đoán ảnh bằng mắt.
Khái niệm: Phân loại đa phổ là quá trình tách gộp thông tin dựa
trên các tính chất phổ, không gian và thời gian. Mục đích tổng

quát của phân loại đa phổ là tự động phân loại các pixel trong ảnh
thành các lớp phủ đối tượng đồng thời tách thông tin cần thiết
phục vụ cho việc theo dõi đối tượng hay thành lập bản dồ chuyên
đề.
Câu 8: Khái niệm và các thành phần của hệ thống thông tin
địa lý
Khái niệm: GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, truy vấn,
tích hợp, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian.
Thành phần:
Phần cứng:
Phần cứng của hệ thống GIS là hệ thống máy tính và các thiết bị
ngoại vi cho cài đặt và vận hành phần mềm GIS.
Phần cứng bao gồm: máy vi tính (computer), máy in (printer), bàn
số hoá (digitizer), thiết bị quét (scanner), các phương tiện lưu trữ
số liệu (như CD, DVD, ổ di động USB).
Phần mềm:
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết
để lưu trữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Thành phần phần
13
13


+
•
•
•
•
+

+

+

+

+

+
•
•

mềm GIS bao gồm hệ điều hành và các phần mềm ứng dụng. Hệ
thống phần mềm thuộc nhóm hệ điều hành như Microsoft
Windows, Linux, Mac OS X. Các phần mềm ứng dụng là các phần
mềm GIS và các phần mềm hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
Một số hệ thống GIS đang được sử dụng phổ biến trên thế giới:
Phần mềm ArcGIS
Phần mềm IDRISI
Phần mềm Mapinfo
Các phần mềm GIS miễn phí: ILWIS, Quantum GIS, GRASS.
Dữ liệu:
Dữ liệu có thể coi là thành phần quan trọng nhất trong một hệ
GIS. Dữ liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý
riêng lẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu.
Dữ liệu GIS có thể ở dạng dữ liệu Vector, Raster và bảng thuộc
tính. Dữ liệu thuộc tính được trình bày dưới dạng các ký tự, số,
hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc tính
về các đối tượng địa lý. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với
các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng hệ quản trị cơ sở
dữ liệu để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.

Chuyên gia (Người sử dụng):
Đây là một trong những hợp phần quan trọng của công nghệ GIS,
đòi hỏi những chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ thống để thực
hiện các chức năng phân tích và xử lý các số liệu.
Các chuyên viên phải thông thạo về việc lựa chọn các công cụ
GIS để sử dụng, có kiến thức về các số liệu đang được sử dụng và
thông hiểu các tiến trình đang và sẽ thực hiện.
Phương pháp:
Gồm toàn bộ các thủ tục và thuật toán liên quan đến nhập, biên
tập, chuyển đổi dữ liệu, truy vấn và phân tích dữ liệu.
Các chức năng phân tích có thể nhóm thành:
Nhóm thuật toán phân tích không gian: gồm phân tích dữ liệu
Vector và Raster.
Nhóm các thuật toán và thủ tục phân tích dữ liệu thuộc tính.
14

14


•

+

+

+

+

+

+

Nhóm các thuật toán và thủ tục phân tích kết hợp cả dữ liệu không
gian và thuộc tính.
Câu 9: Trình bày các chức năng cơ bản của hệ thống thông tin
đia lý
Chức năng thu thập dữ liệu: là khả năng cho phép nhập dữ liệu
từ nhiều nguồn khác nhau như từ bản đồ giấy, số liệu bảng tọa độ,
dữ liệu ảnh vệ tinh, GPS. Hơn nữa, các dữ liệu được lưu trữ theo
một định dạng dữ liệu từ một phần mềm có thể nhập vào các hệ
phần mềm khác. Ví dụ, phần mềm ArcGIS cho phép nhập dữ liệu
từ các phần mềm Mapinfo, MicroStation, IDRISI và nhiều phần
mềm GIS mã nguồn mở.
Chức năng lưu trữ dữ liệu: hỗ trợ lưu dữ liệu cả dạng Vector lẫn
Raster. Khả năng lưu trữ dữ liệu của các hệ GIS cho phép xây
dựng các ngân hàng dữ liệu không gian phục vụ công tác quản lý
tài nguyên và môi trường. VD: Cơ sở dữ liệu lớp phủ thực vật, cơ
sở dữ liệu bản đồ đất, cơ sở dữ liệu địa chính.
Chức năng truy vấn dữ liệu: là khai thác và xử lý số liệu trong
cơ sở dữ liệu để đáp ứng các yêu cầu về tra cứu. Xác định đối
tượng dựa vào đặc tính cụ thể hoặc dựa vào các điều kiện đặc biệt.
Chức năng hiển thị dữ liệu: là khả năng cho phép hiển thị dữ
liệu dưới nhiều dạng khác nhau như bản đồ, biểu đồ hoặc các báo
cáo.
Chức năng xuất dữ liệu: là khả năng cho phép xuất dữ liệu được
xuất dưới dạng bản đồ giấy, ảnh, tài liệu bản đồ hoặc qua mạng
Internet.
Chức năng phân tích dữ liệu: là cho phép phân tích, phân loại
dữ liệu dựa vào các dữ liệu thuộc tính và dữ liệu địa lý được nhập

vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể được tổng hợp nắm
bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được xác
đinh, được tính toán, được thay đổi…Ví dụ, hệ phần mềm IDRISI
tích hợp các thuật toán thống kê, các mô hình phân tích đa biến,
các thuật toán cho đánh giá và quy hoạch sử dụng đất, các thuật
toán và mô hình giúp mô hình hóa chuyển đổi sử dụng đất và mô
hình hóa các xu hướng biến đổi khí hậu Trái đất.
15
15


+
+

+
+

+
+
+
+
+
+

+
+

+

Câu 10: Trình bày khái niệm, ưu điểm và nhược điểm của cấu

trúc dữ liệu vector.
Khái niệm: Mô hình dữ liệu vector: thông tin về điểm, đường,
vùng được mã hóa và lưu dưới dạng tập hợp các tọa độ x,y. Đối
tượng dạng điểm lưu dưới dạng tọa độ (x,y).
Ưu điểm:
Dữ liệu lưu tốn ít bộ nhớ hơn dữ liệu raster.
Dữ liệu có thể tạo từ độ phân giải gốc, không có sự khái quát hóa
dữ liệu
Độ chính xác của dữ liệu gốc được duy trì.
Cho phép tạo topo cho các đối tượng , thực hiện các phân tích
mạng rất tiện ích.
Chuyển đổi hệ tọa độ được thực hiện dễ dàng.
Truy vấn và cập nhật dữ liệu khá tiện ích và dễ dàng
Nhược điểm:
Cấu trúc dữ liệu phức tạp.
Thực hiện các phép toán chồng ghép là rất khó khăn.
Vị trí của mỗi điểm phải lưu trữ một cách chính xác.
Cho phân tích không gian, dữ liệu vector phải được cuyển sang
mô hình topology. Quá trình sửa lỗi để tạo toppology khá tốn kém
thời gian. Hơn nữa, dữ liệu toppology phải thường xuyên tạo lại vì
các dữ liệu điểm, đường, và đa giác thường xuyên thay đổi.
Các thuật toán áp dụng cho phân tích không gian rất phức tạp.
Các dữ liệu liên tục như dữ liệu độ cao, độ dốc không được hiển
thị hiệu quả với mô hình dữ liệu vector.
Phân tích không gian và làm trơn dữ liệu là không thể thực hiện
trong ranh giới của vùng.
Câu 11: Trình bày khái niệm, ưu điểm và nhược điểm của cấu
trúc dữ liệu raster.
Khái niệm: Mô hình dữ liệu Raste: Trong cấu trúc dữ liệu Raster,
đối tượng được biểu diễn thông qua các ô (cell) hay ô ảnh (pixel)

của một lưới các ô. Trong máy tính, các ô lưới này được lưu trữ
dưới dạng ma trận trong đó mỗi ô lưới là giao điểm của một hàng
và một cột trong ma trận.
16
16


+

+

+
+
+

+

+

+

+

+

+

+

+

Ưu điểm :
Cấu trúc dữ liệu đơn giản, thành phần cơ bản của bản đồ chỉ gồm
pixel.
Vị trí của mỗi điểm được lưu đơn giản bằng tọa độ hàng và cột
của ma trận số.
Phân tích không gian được thực hiện dễ dàng và thuận tiện.
Dữ liệu raster thích hợp cho mô hình hóa và tính toán định lượng.
Các dữ liệu rời rạc và dữ liệu liên tục như độ cao có thể kết hợp dễ
dàng.
Dữ liệu raster thích hợp với các thiết bị đầu ra như máy in và hiển
thị dữ liệu đồ họa.
Nhiều dữ liệu số như ảnh vệ tinh, ảnh máy bay sẵn có và đa dạng,
có khả năng cập nhật nhanh dữ liệu số này.
Nhược điểm:
Độ phân giải của pixel hạn chế khả năng mô tả chi tiết của đối
tượng.
Rất khó hiển thị các đối tượng hình tuyến tính chính xác như
đường giao thông, thủy văn.
Xử lý dữ liệu thuộc tính là khó khăn trong trường hợp cơ sở dữ
liệu lớn.
Hầu hết các dữ liệu đều tồn tại ở dạng vector, để sử dụng dữ liệu
raster, ta cần thực hiện chuyển đổi dữ liệu sang dạng raster.
Các bản đồ raster thường có màu sắc kém hấp dẫn và đẹp hơn dữ
liệu vector.
Chuyển đổi hệ tọa độ thực hiện khó khăn hơn dữ liệu vector.
Câu 12: Trình bày phương pháp nhập dữ liệu vector bằng
phương pháp số hóa trên nền ảnh quét.
Số hóa dữ liệu dựa trên nền ảnh quét (on-screem manual
digitizing) là phương pháp số hóa các đối tượng bản đồ (điểm,

đường, vùng) trực tiếp trên màn hình máy tính. Phương pháp này
có nhiều ưu điểm so với phương pháp số hóa bằng bàn số hóa.
Khâu số hóa được thực hiện trên cơ sở ảnh quét đảm bảo chất
lượng và cập nhật. Các bước thực hiện số hóa dựa trên nền ảnh
quét có sự khác nhau giữa các phần mềm GIS và loại dữ liệu
17
17


Vector. Nhìn chung, những nội dung cơ bản của số hóa dựa vào
ảnh quét bao gồm:
- Thu thập bản đồ giấy hay ảnh cần quét.
- Quét bản đồ giấy và làm sạch bản đồ quét.
- Nắn ảnh quét để đăng ký hệ quy chiếu tọa độ cho bản đồ số hóa.
- Số hóa (vectorization) các đối tượng điểm, đường, vùng trên nền
ảnh quét.
- Chỉnh lý, biên tập và chuẩn hóa bản đồ đã được số hóa.
Tuy nhiên, lưu ý rằng dữ liệu Vector dạng vùng như thửa đất, dạng
tuyến như mạng lưới giao thông có quy trình số hóa đơn giản hơn
số hóa đối tượng là đường bình độ. Với việc số hóa bản đồ đường
bình độ, ngoài các công việc thực hiện như đối tượng vùng và
tuyến, ta còn phải tiến hành nội suy để tạo mô hình số độ cao
(DEM). Hình 3.4 mô tả các bước chủ yếu của quá trình số hóa và
tạo bản đồ số độ cao từ bản đồ giấy đường bình độ có sẵn.
Thu thập dữ liệu bản đồ giấy hay ảnh là khâu quan trọng. Các bản
đồ thu thập để số hóa phải là các bản đồ đảm bảo chất lượng. Bản
đồ địa chính (thửa đất) và bản đồ địa hình dạng đường bình độ
thường được quét và số hóa để thành lập bản đồ số địa chính và
địa hình. Các loại ảnh máy bay được thu thập và in trước đây cũng
là nguồn tư liệu tốt.

Khâu tiếp theo là tiến hành quét bản đồ giấy. Quét bản đồ là
phương pháp tự động nhập dữ liệu sử dụng máy quét bản đồ. Máy
quét là thiết bị có thể đọc được văn bản hay các dạng dữ liệu đồ
họa như bản đồ và dịch các dạng thông tin này để máy tính có thể
đọc và hiển thị được. Máy quét thực hiện quét dữ liệu đồ họa theo
lớp. Mỗi lớp dữ liệu là dẫy các ô vuông (pixels). Mỗi pixel trong
lớp dữ liệu đặc trưng cho một giá trị nhất định. Các máy quét
quanh học (optical scanner) không phân biệt được dạng văn bản.
Dạng văn bản chỉ được hiển thị như các đối tượng đồ họa, vì vậy
ta không thể biên tập được dạng dữ liệu văn bản của sản phẩm
quét. Để biên tập được dạng văn bản, ta cần phải có hệ thống OCR
(optical character recognition) để dịch tệp ảnh sang dạng ASCII.
Các máy quét quang học hiện đại đều có OCP tích hợp vào hệ
18
18


thống. Quét dữ liệu là quá trình chuyển bản đồ giấy thành dạng số
mà máy tính có thể đọc được. Máy quét sử dụng thiết bị CCD
(charge coupled devices) để đọc giá trị ánh sáng phản xạ từ bề
mặt. Thiết bị điện tử chuyên dụng chuyển giá trị phản xạ sang
dạng số. Mỗi giá trị phản xạ đặc trưng bởi bước sóng điện từ nhất
định. Kết quả của quét ảnh là bản đồ số Raster. Mỗi pixel của tệp
ảnh Raster đặc trưng cho một mức độ phản xạ mà CCD ghi lại
được. Mỗi giá trị này có thể hiển thị theo một màu nhất định. Lựa
chọn độ phân giải để quét ảnh là rất quan trọng. Nó ảnh hưởng đến
chất lượng ảnh và sự khái quát hóa các đối tượng trên bản đồ giấy.
Tuy nhiên, độ phân giải liên quan đến kích thước của tệp ảnh. Tùy
theo khả năng lưu trữ của máy tính, ta cần cân nhắc lựa chọn độ
phân giải phù hợp, vừa đảm bảo chi tiết đối tượng và vừa phù hợp

với khả năng của lưu trữ của máy tính. Thông thường, ta nên xác
định độ phân giải cho ảnh quét dựa theo kích thước cụ thể của đối
tượng nhỏ nhất mà ta muốn hiển thị trên bản đồ. Ví dụ, ta có thể
chọn độ phân giải cho bản đồ quét là 150 dpi hay 250 dpi (dot per
inch). Dpi là số điểm ảnh trên một đơn vị chiều dài là một inh.
Số hóa đối tượng trên nền ảnh quét là khâu tiếp theo. Quá trình
này tiến hành với sự hỗ trợ của các phần mềm GIS chuyên dụng.
Lưu ý rằng quy trình vector hóa có sự khác nhau giữa các phần
mềm GIS. Số hóa đối tượng đường là công việc chính của quá
trình chuyển dữ liệu ảnh quét thành dữ liệu Vector. Đường là dãy
các pixel của ảnh quét. Độ rộng của đường có thể lớn hơn kích
thước của một pixel. Quá trình di chuột số hóa đường chỉ thực
hiện tại dẫy pixel tại tâm của đường nền ảnh quét (centerline
pixels). Các centerline pixels được chuyển thành các dẫy tọa độ
x,y để định nghĩa đối tượng đa giác hay vùng.

19

19


Câu 13: Trình bày phương pháp nhập dữ liệu vector từ số liệu
đo thực địa.
Dữ liệu đo đạc thực địa là dữ liệu được thu thập bằng các thiết bị
chuyên dùng như máy trắc địa điện tử, máy định vị toàn cầu GPS
hay các thiết bị quan trắc môi trường khác.
Máy trắc địa hỗ trợ đo đạc và thành lập bản đồ địa chính (thửa đất)
ở tỷ lệ lớn. Dữ liệu thu thập từ máy trắc địa đáp ứng được mô tả
chi tiết từng thửa đất. Tuy nhiên, việc thu thập dữ liệu bổ sung,
thiết bị GPS cũng là một trong những thiết bị hiệu quả. GPS cho

phép thu thập dữ liệu không gian phổ biến nhằm bổ sung và cập
nhật cơ sở dữ liệu địa lý. Từ thời xa xưa, con người đã sử dụng
dụng cụ thiên văn, la bàn và bản đồ để xác định vị trí và tìm
đường trong các chuyến thám hiểm khai phá các miền đất lạ. Tuy
nhiên, phải đến năm gần đây, khi các hệ thống vệ tinh định vị toàn
cầu GPS của Mỹ chính thức đi vào hoạt động, việc định vị dẫn
đường mới được giải quyết một cách cơ bản. Ngoài mục tiêu phục
vụ các chức năng của lĩnh vực quân sự như ý tưởng thiết kế ban
đầu, các hệ thống vệ tinh định vị đã được ứng dụng rộng rãi và
hiệu quả trong nhiều lĩnh vực dân sự. Hệ thống định vị toàn cầu
GPS là một tập hợp các phần cứng và phần mềm dùng để xác định
vị trí các đối tượng trên bề mặt Trái đất bằng cách sử dụng các tín
hiệu nhận được từ hệ thống vệ tinh. Các dữ liệu về vị trí và các
thuộc tính đi kèm có thể được nhập vào hệ thống GIS. GPS thu
thập dữ liệu của điểm, đường hoặc vùng theo một tập hợp bất kỳ
phù hợp cho việc sử dụng trong GIS. GPS có thể được sử dụng
như một công cụ hữu hiệu thu thập và cập nhật dữ liệu không gian
cho GIS. Các thiết bị quan trắc môi trường có thể bổ sung dữ liệu,
tuy nhiên dữ liệu này chủ yếu là dạng điểm về hệ thống chỉ số môi
trường. Việc mô tả vị trí các điểm quan trắc môi trường cần có sự
hỗ trợ của thiết bị GPS.
Dữ liệu đo đạc trắc địa có thể nhập trực tiếp vào phần mềm
chuyên dùng như phần mềm đo vẽ và thành lập bản đồ địa chính
(FAMIS). Hiện nay, các thiết bị GPS có thể kết nối với máy tính
20

20


và dữ liệu số lưu trong thiết bị GPS được tải trực tiếp vào các phần

mềm GIS thương mại như ArcGIS hay IDRISI.

21

21