Ứng dụng phần mềm GIS và ENVI trong thành lập bản đồ biến động sử dụng đất thị xã Hồng Lĩnh tỉnh Hà Tĩnh

Phần I Mở Đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là tài nguyên vô cùng quan trọng trong chiến lược phát triển của
mỗi Quốc gia. Một trong những chỉ tiêu đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia
đôi khi còn được tính theo mức độ biến động trong quá trình sử dụng đất của
quốc gia đó.
Với sức ép của quá trình gia tăng dân số (cả tự nhiên và cơ học), kết hợp
với sử dụng đất đai thiếu bền vững đã gây sức ép lớn lên quá trình sử dụng đất.
Vì vậy nghiên cứu sự thay đổi trong quá trình sử dụng đất là căn cứ khoa học để
đưa ra những chính sách sử dụng đất đai phù hợp nhằm nâng cao mức sống của
người dân, đem lại hiệu quả cao hơn cả về kinh tế - xã hội và môi trường.
Thị xã Hồng Lĩnh là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa và xã hội của
tỉnh Hà Tĩnh, đặc biệt trong những năm qua với sự chuyển mình mạnh mẽ theo
hướng công nghiệp hóa - hiện đại hóa chung của cả nước, bộ mặt Thành phố
thay đổi nhanh chóng theo hướng giảm diện tích đất nông nghiệp, tăng diện tích
đất phi nông nghiệp chủ yếu là đất sử dụng vào mục đích công nghiệp và dịch
vụ. Trong những năm gần đây, công tác quản lý về đất đai nói riêng và tình hình
thực hiện Pháp Luật đất đai trên địa bàn thành phố đã bắt đầu đi vào nề nếp. Tuy
nhiên, do nhiều nguyên nhân cả khách quan và chủ quan công tác cập nhật biến
động đất đai chưa tốt, chưa kịp thời; cơ sở hạ tầng, trang thiết bị phục vụ cho
công tác chưa đầy đủ, đồng bộ, đa số còn lạc hậu; trình độ, năng lực cán bộ làm
công tác quản lý đất đai ở các cấp còn chưa cao, nhất là cán bộ địa chính cơ sở.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vũ trụ thì ảnh viễn thám cũng đã
xuất hiện và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong công tác điều tra, quản lý tài
nguyên. Đặc biệt là sự xuất hiện của các tư liệu viễn thám mới như: SPOT,
LANDSAT, ASTER… có độ phân giải không gian và phân giải phổ cao. Một số
tư liệu viễn thám còn có khả năng chụp lập thể, đặc biệt là có thể cập nhật thông
tin nhanh chóng thông qua việc thu nhận và xử lý ảnh vệ tinh ở nhiều thời điểm
khác nhau tạo thành ảnh đa thời gian ở dạng số, là sản phẩm dễ dàng sử dụng
1

trong các phần mềm phân tích ảnh hiện đại và có khả năng tích hợp thuận tiện
trong hệ thống thông tin địa lý GIS. Đặc biệt việc phóng vệ tinh VINASAT-1
đầu tiên vào ngày 12/4/2008, đã mở ra một hướng đi mới trong ứng dụng ảnh
viễn thám ở Việt Nam.
Nhận thức được tầm quan trọng của sự thay đổi trong quá trình sử dụng
đất với sự thay đổi khí hậu và chất lượng của cuộc sống, tôi đã lựa chọn nghiên
cứu đề tài: “Ứng dụng ảnh viễn thám và công nghệ GIS để thành lập bản đồ biến
động sử dụng đất trên địa bàn thị xã Hồng Lĩnh- tỉnh Hà Tĩnh”.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
- Mục đích:
Xây dựng được bản đồ biến động sử dụng đất Thị xã Hồng Lĩnh, tỉnh Hà
Tĩnh bằng phương pháp ứng dụng GIS và viễn thám.
- Nhiệm vụ
+ Tìm hiểu đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội
+ Khảo sát hiện trạng sử dụng đất trên địa bàn Thị xã Hồng Lĩnh để phục
vụ cho giải đoán ảnh vệ tinh
+Nghiên cứu khả năng khai thác và sử dụng tư liệu ảnh viễn thám trong
thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
+ Nghiên cứu quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng
phương pháp viễn thám
+ Thu thập, tổng hợp tư liệu ảnh viễn thám, bản đồ và các tài liệu khác
của Thị xã Hồng Lĩnh
+ Biết sử dụng phần mềm ENVI và ARCGIS để thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là Thị xã Hồng Lĩnh, tỉnh Hà Tĩnh.
4. Giới hạn của đề tài
Về không gian: Phạm vi mà đề tài thực hiện là địa bàn Thị xã Hồng Lĩnh,
tỉnh Hà Tĩnh .

2


Về thời gian: Các ảnh Landsat 5 và lansat 5 độ phân giải 30 m được dùng
làm dữ liệu giải đoán được thu nhận vào ngày 10/06/2003 và ngày 15/06/2015
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp viễn thám và GIS: phương pháp này sử dụng phần mềm
phân tích và giải đoán ảnh viễn thám ENVI 4.5 và phần mềm Arcgis được sử
dụng để biên tập và lưu trữ bản đồ.
- Phương pháp tổng hợp và xử lý thông tin: phương pháp này được vận
dụng để phân tích,tổng hợp và xử lý các tài liệu thu thập được để thấy được biến
động sử dụng các loại đất trên địa bàn thị xã.
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Đề tài nghiên cứu đã cho thấy sự đa dạng trong việc kết hợp giữa Viễn
thám và hệ thống thông tin địa lý để nghiên cứ thành lập bản đồ hiện trạng sử
dụng đất cũng như các bản đồ chuyên đề khác.
Ý nghĩa thực tiễn
+ Đề tài tiến hành thành lập bản đồhiện trạng sử dụng đất, đây chính là tư
liệu hữu ích phục vụ cho công tác quản lý và quy hoạch đất.
+ Giúp các nhà quản lý dễ dàng kiểm soát, đề ra các biện pháp sửu dụng
đất hợp lý, tránh lãng phí tài nguyên, giúp bảo vệ môi trường và phát triển triển
bền vững.
+ Việc xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ biến động sử
dụng đất sẽ giúp cho quy hoạch sử dụng đất dễ dàng, đạt hiệu quả cao.
Cấu trúc đề tài gồm có 3 chương như sau:
CHƯƠNG 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu
CHƯƠNG 2: Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội Thị xã Hồng
Lĩnh, tỉnh Hà Tĩnh.
CHƯƠNG 3: Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất Thị xã Hồng Lĩnh,

tỉnh Hà Tĩnh bằng phương pháp viễn thám

3


PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Bản đồ biến động sử dụng đất
1.1.1. Những vấn đề chung về bản đồ biến động sử dụng đất
Biến động là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng
thái khác liên tục của sự vật hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng
như môi trường xã hội.
Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về
trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời điểm
khác nhau.
Để nghiên cứu biến động sử dụng đất người ta có thể sử dụng nhiều
phương pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau như: số liệu thống kê hàng năm,
số liệu kiêm kê hoặc từ các cuộc điều tra. Các phương pháp này có độ chính xác
không cao, tốn nhiều thời gian và kinh phí, đồng thời chúng không thể hiện
được sự thay đổi sử dụng đất từ loại đất này sang loại đất khác và vị trí không
gian của sự thay đổi đó. Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất từ tư liệu viễn
thám đa thời gian sẽ khắc phục được những nhược điểm trên.
Đất đai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc
biệt, là nguồn nội lực, nguồn vốn to lớn của đất nước, là thành phần quan trọng
hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố của các khu dân cư, xây dựng
các cơ sở kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh và quốc phòng. Đất đai có ý nghĩa
kinh tế, chính trị, xã hội sâu sắc trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc.
Trong giai đoạn đầu phát triển kinh tế, xã hội, khi mức sống của con
người còn thấp, công năng chủ yếu của đất là tập trung vào sản xuất vật chất,
đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp. Khi xã hội phát triển ở mức độ cao hơn,

công năng của đất từng bước được mở rộng, sử dụng đất cũng phức tạp hơn. Đất
đai không chỉ cung cấp cho con người các tư liệu vật chất để sinh tồn và phát
triển mà còn cung cấp các điều kiện cần thiết để hưởng thụ và đáp ứng nhu cầu
cho cuộc sống của nhân loại.
4


Kinh tế xã hội phát triển mạnh, cùng với sự bùng nổ dân số đã làm cho
mối quan hệ giữa con người và đất đai ngày càng trở nên căng thẳng. Vấn đề tổ
chức và sử dụng đất theo quan điểm sinh thái và phát triển bền vững càng trở
nên quan trọng, bức xúc và mang tính toàn cầu.
Để quản lý sử dụng đất cấp xã sử dụng bản đồ tỷ lệ lớn và chi tiết 1:2.000,
1:5.000, 1:10.000. Đối với cấp huyện sử dụng bản đồ tỷ lệ lớn và trung bình
1:10.000, 1:25.000, 1:50.000. Với các vùng lớn hơn sử dụng bản đồ tỷ lệ trung
bình và tỷ lệ nhỏ.
Bản đồ biến động sử dụng đất ngoài các yếu tố nội dung cơ bản của các
bẩn đồ chuyên đề như: bản đồ địa hình, địa vật, giao thông, thủy văn… phải thể
hiện được sự biến động về sử dụng đất theo thời gian.
Các thông tin về tình hình sử dụng đất, biến động sử dụng đất kết hợp với
các thông tin có liên quan là yếu tố quan trọng phục vụ công tác quy hoạch, kế
hoạch và quản lý đất đai để đảm bảo sử dụng đất bền vững, hiệu quả, thân thiện
môi trường và quan trọng nhất là đảm bảo an ninh lương thực.
Các số liệu điều tra về tình hình biến động sử dụng đất có thể đã được
phân tích và thống kê tổng hợp dưới dạng bảng biểu nhưng chưa phân tích hay
trình bày số liệu này dưới dạng không gian địa lý hoặc làm chúng dễ tiếp cận
hơn đối với các nhà nghiên cứu hoặc các nhà hoạch định chính sách. Tiềm năng
của hệ thống thông tin địa lý hiện đại trong việc phân tích dữ liệu không gian để
thành lập bản đồ vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Việc thể hiện sự biến động
của số liệu theo không gian địa lý làm tăng giá trị của số liệu lên rất nhiều đặc
biệt đối với nước ta, một nước có lãnh thổ trải dài trên 3000km, hai vùng đồng

bằng châu thổ rộng lớn tương phản với các vùng miền núi bao la. Sự đa dạng về
đặc điểm kinh tế xã hội và việc sử dụng đất được đánh giá rõ hơn ở dưới dạng
bản đồ.
Ưu điểm của bản đồ biến động sử dụng đất là thể hiện được rõ sự biến
động theo không gian và theo thời gian. Diện tích biến động được thể hiện rõ
ràng trên bản đồ, đồng thời cho chúng ta biết có biến động hay không biến
5


động, hay biến động từ loại đất nào sang loại đất nào. Nó có thể được kết hợp
với nhiều nguồn dữ liệu tham chiếu khác để phục vụ có hiệu quả cho rất nhiều
mục đích khác nhau như quản lý tài nguyên, môi trường, thống kê, kiểm kê đất
đai.
Về cơ bản, bản đồ biến động sử dụng đất được thành lập trên cơ sở hai
bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm nghiên cứu vì vậy độ chính xác
của bản đồ này phụ thuộc vào độ chính xác của các bản đồ hiện trạng sử dụng
đất tại hai thời điểm nghiên cứu.
1.1.2. Các phương pháp thành lập bản đồ biến động sử dụng đất và biến
động lớp phủ bề mặt
Tiền đề cơ bản để sử dụng dữ liệu viễn thám nghiên cứu biến động là
những thay đổi lớp phủ trên bề mặt đất phải đưa đến sự thay đổi về giá trị bức xạ
và những sự thay đổi về bức xạ do sự thay đổi lớp phủ phải lớn hơn so với
những thay đổi về bức xạ gây ra bởi các yếu tố khác. Những yếu tố khác bao
gồm sự khác biệt về điều kiện khí quyển, sự khác biệt về góc chiếu tia mặt trời,
sự khác biệt về độ ẩm của đất. Ảnh hưởng của các yếu tố này có thể được giảm
từng phần bằng cách chọn dữ liệu thích hợp.
Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động rất quan trọng. Trước
tiên, chúng ta phải xác định được phương pháp phân loại ảnh được sử dụng. Sau
đó cần xác định rõ yêu cầu nghiên cứu có cần biết chính xác thông tin về nguồn
gốc của sự biến động hay không. Từ đó có sự lựa chọn phương pháp thích hợp.

Tuy nhiên tất cả các nghiên cứu đều cho thấy rằng, các kết quả về biến động đều
phải được thể hiện trên bản đồ biến động và các bảng tổng hợp. Các phương
pháp nghiên cứu biến động khác nhau sẽ cho những bản đồ biến động khác
nhau. Có nhiều phương pháp nghiên cứu biến động thường được sử dụng. Dưới
đây là một số phương pháp được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu biến động và
thành lập bản đồ biến động.

6


a. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp so sánh sau phân
loại
Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại ảnh ở hai thời điểm
khác nhau ta thành lập được bản đồ hiện trạng sử dụng đất tại hai thời điểm đó.
Sau đó chồng ghép hai bản đồ hiện trạng để xây dựng bản đồ biến động. Các
bản đồ hiện trạng có thể thực hiện dưới dạng bản đồ raster.
Quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất theo phương pháp này
có thể tóm tắt như hình 1.1.

Bản đồ
Ảnh 1

Phân loại

hiện trạng 1
Bản đồ
biến động
Bản đồ

Ảnh 2

Phân loại

hiện trạng 2

Hình 1.1. Ảnh lập bản đồ biến động bằng phương pháp so sánh sau phân loại
Phương pháp so sánh sau phân loại được sử dụng rộng rãi nhất, đơn giản,
dễ hiểu và dễ thực hiện. Sau khi ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học sẽ tiến
hành phân loại độc lập để tạo thành hai bản đồ. Hai bản đồ này được so sánh
bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến động.
Theo J. Jensen [13] ưu điểm của phương pháp này cho biết sự thay đổi từ
loại đất gì sang loại đất gì và chúng ta cũng có thể sử dụng các bản đồ hiện trạng
sử dụng đất đã được thành lập trước đó.
Nhược điểm của phương pháp này là phải phân loại độc lập các ảnh viễn
thám nên độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác của từng phép phân loại và
thường độ chính xác không cao vì các sai sót trong quá trình phân loại của từng
7


ảnh vẫn được giữ nguyên trong bản đồ biến động.
b. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp
ảnh đa thời gian
Phương pháp này thực chất là chồng xếp hai ảnh với nhau để tạo thành
ảnh biến động. Sau đó dựa vào ảnh biến động ta tiến hành phân loại và thành lập
bản đồ (hình 1.2).
Kênh 2
Kênh 3

Ảnh thời điểm 2

Kênh 4
Kênh 2

Ảnh thời điểm 1

Kênh 3
Kênh 4

Ảnh biến động
Phân loại

Bản đồ biến động

Hình 1.2. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp phân loại trực tiếp
ảnh đa thời gian
Ưu điểm của phương pháp này là chỉ phải phân loại một lần. Nhưng
nhược điểm lớn nhất của nó là rất phức tạp trong lấy mẫu vì phải lấy tất cả các
mẫu biến động và không biến động. Hơn nữa, ảnh hưởng của sự thay đổi theo
thời gian (các mùa trong năm) và ảnh hưởng của khí quyển của các ảnh ở các
thời điểm khác nhau cũng không dễ được loại trừ, do đó ảnh hưởng đến độ
chính xác của phương pháp.
Thêm vào đó bản đồ biến động sử dụng đất được thành lập theo phương
pháp này chỉ cho ta biết được chỗ biến động và chỗ không biến động chứ không
cho biết được biến động theo xu hướng nào.
c. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp phân tích véctơ thay
đổi phổ

8

Khi ở trong khu vực nghiên cứu có biến động xảy ra thì nó được thể hiện
bằng sự khác biệt về phổ ở giữa hai thời điểm trước và sau biến động. Giả sử
xác định được giá trị phổ trên hai kênh x và y tại hai thời điểm trước và sau biến
động như trên biểu đồ hình 1.3.
Kênh y
2


1
Kênh x

Hình 1.3. Véc tơ thay đổi phổ
Điểm 1 biểu thị giá trị phổ tại thời điểm trước khi xảy ra biến động, điểm
2 biểu thị giá trị phổ tại thời điểm sau khi xảy ra biến động. Khi đó véc tơ 12
chính là véc tơ thay đổi phổ, và được biểu thị bởi giá trị (khoảng cách từ 1 đến
2) và hướng thay đổi (góc  ).
Giá trị của véc tơ thay đổi phổ tính trên toàn cảnh theo công thức :

 BV

CMpixel =

k 1



2

n

i , j ,k

(1)  BV i , j ,k (2)

Trong đó: CMpixel là giá trị của véc tơ thay đổi phổ,
BVi,j,k(1), BVi,j,k(2) là giá trị phổ của pixel ij, kênh k của ảnh trước và sau
khi xảy ra biến động.
Việc phân tích véc tơ thay đổi được ghi lại thành hai tệp dữ liệu: một tệp
chứa các mã của khu vực, một tệp chứa độ lớn của các véc tơ thay đổi phổ.
Thông tin về sự thay đổi được tạo ra từ hai tệp dữ liệu đó và được thể hiện bằng
màu sắc của các pixel tương ứng với các mã đã quy định. Trên ảnh đa phổ thay
đổi này sẽ kết hợp cả hướng và giá trị của véc tơ thay đổi phổ. Sự thay đổi có
xảy ra hay không được quyết định bởi véc tơ thay đổi phổ có vượt ra khỏi
ngưỡng quy định hay không. Giá trị ngưỡng được xác định từ kết quả thực
nghiệm dựa vào các mẫu biến động và không biến động.
9


Trên hình 1.4 thể hiện thuật toán phân tích thay đổi phổ.
Kênh y

Kênh y
Không thay đổi hoặc
thay đổinhỏ
Thời
điểm2

Thời
điểm1

Ngưỡng

Kênh y
Thay đổi

Thay đổi

Thời
điểm2

Thời
điểm1

Kênh x

Thời
điểm1

Kênh x
b.

a.

Thời
điểm2

Kênh x
c.

Hình 1.4. Thuật toán phân tích thay đổi phổ

Trường hợp a, không xảy ra biến động hoặc biến động nhỏ vì véc tơ thay
đổi phổ không vượt khỏi giá trị ngưỡng, trường hợp b, c có xảy ra biến động và
hướng của véc tơ thay đổi phổ thể hiện tính chất của biến động trong trường hợp
b khác trường hợp c, ví dụ ở trường hợp b có thể xảy ra sự biến mất của thực
vật, còn trong trường hợp c chỉ là sự khác biệt giai đoạn tăng trưởng của cây
trồng.
Sau đó lớp thông tin thể hiện sự thay đổi hay không thay đổi sẽ được đặt
lên trên tấm ảnh để thành lập bản đồ biến động.
Phương pháp phân tích véc tơ thay đổi phổ được ứng dụng hiệu quả trong
nghiên cứu biến động rừng nhất là biến động hệ sinh thái rừng ngập mặn. Nhưng
nhược điểm của phương pháp này là khó xác định ngưỡng của sự biến động.
d. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp sử dụng mạng nhị
phân
Đây là một phương pháp xác định biến động rất hiệu quả [10]. Đầu tiên
tiến hành lựa chọn để phân tích ảnh thứ nhất tại thời điểm n. Ảnh thứ 2 có thể
sớm hơn ảnh thứ nhất (n-1) hoặc muộn hơn (n+1). Các ảnh đều được nắn chỉnh
về cùng một hệ tọa độ.
Tiến hành phân loại ảnh thứ nhất theo phương pháp phân loại thông
10


thường. Tiếp theo lần lượt chọn 1 trong các kênh (ví dụ kênh 3) từ hai ảnh để tạo
ra các tệp dữ liệu mới. Các tệp dữ liệu này sẽ được phân tích bằng các phép biến
đổi số học (như tỷ số kênh, các phép cộng , trừ, nhân, chia để tạo sự khác nhau
của ảnh hoặc phương pháp phân tích thành phần chính) để tính toán các chỉ số
và tạo ra một ảnh mới.
Kênh 2

Ảnh 1

Kênh 3
Kênh 4

Ảnh 1 sau phân loại
Kênh 3 - Ảnh 1
Kênh 3 - Ảnh 2

Phép biến
đổi số học

Phát hiện pixel thay
đổi tạo ra mạng nhị
phân
Kênh 2
Ảnh 2

Kênh 3
Kênh
Ảnh 42 sau phân loại

Ảnh 1 sau phân loại
Bản đồ biến động

Hình 1.5. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp mạng nhị phân
Sau đó sử dụng kỹ thuật phân ngưỡng để xác định các vùng thay đổi và
không thay đổi trên ảnh mới này theo phương pháp số học đã trình bày ở trên.
Ảnh thay đổi sẽ được ghi lại trên một tệp "mạng nhị phân" chỉ có hai giá trị
"thay đổi" và "không thay đổi". Và phải hết sức cẩn thận trong việc thành lập
mạng lưới này. Sau đó mạng nhị phân này được chồng phủ lên ảnh thứ hai để
phân tích và chỉ ra các pixel thay đổi. Khi đó chỉ có các pixel được xác định là

có sự thay đổi được phân loại trên ảnh thứ hai này. Sau đó, phương pháp so sánh
11


sau phân loại truyền thống được ứng dụng để tìm ra thông tin về biến động. Sơ
đồ của phương pháp thể hiện trong hình 1.5.
Ưu điểm của phương pháp này là giảm được sai số xác định biến động do
bỏ sót hoặc cộng thêm vào và cung cấp cụ thể thông tin về sự biến động từ loại
gì sang loại gì. Phương pháp này có thể phân tích được số lượng nhỏ các vùng
thay đổi giữa hai thời điểm. Ở hầu hết các vùng nghiên cứu, trong giai đoạn từ
1-5 năm thì diện tích biến động thường không lớn quá 10% diện tích toàn bộ
vùng nghiên cứu, vì vậy phương pháp này khá thích hợp để thành lập bản đồ
những vùng có biến động nhỏ.
Nhưng bất lợi lớn nhất của phương pháp này là rất phức tạp, đỏi hỏi một
số bước thực hiện và kết quả cuối cùng phụ thuộc vào chất lượng của mạng nhị
phân đã được sử dụng để phân tích. Tuy nhiên để nghiên cứu biến động và thành
lập bản đồ biến động thì đây là một phương pháp rất hữu dụng.
e. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp chồng xếp ảnh phân
loại lên bản đồ đã có
Trong một số trường hợp mà khu vực nghiên cứu đã có bản đồ hiện trạng
được thành lập từ ảnh viễn thám (ví dụ ảnh hàng không) hoặc đã có bản đồ được
số hóa thì thay vì sử dụng ảnh viễn thám ở thời điểm 1 chúng ta sử dụng các
nguồn dữ liệu đã sẵn có. Tiến hành phân loại ảnh ở thời điểm thứ hai, sau đó
tiến hành so sánh các pixel tương tự như phương pháp so sánh sau phân loại để
tìm ra biến động và thông tin biến động.
Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng được nguồn dữ liệu đã biết,
giảm được nguồn sai số do bỏ sót hay tổng quát và biết được thông tin chi tiết về
sự biến động. Hơn nữa chỉ cần phân loại độc lập ảnh ở thời điểm 2.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là dữ liệu số hóa có thể
không đủ độ chính xác hoặc dữ liệu bản đồ không tương thích với

hệ thống phân loại.

12


g. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp cộng màu trên một
kênh ảnh
Trong phương pháp này ta chọn một kênh ảnh nhất định (ví dụ kênh 1)
sau đó ghi từng ảnh ở các thời điểm lên một băng từ đặc biệt của hệ thống xử lý
ảnh số. Khi đó màu sắc của dữ liệu ảnh chồng xếp sẽ cho thấy sự biến động hay
không biến động theo nguyên lý tổ hợp màu.
Ví dụ có hai ảnh Landsat TM năm 1992 và năm 1998. Gán màu lục cho
kênh 1 của ảnh năm 1992, gán màu đỏ cho kênh 1 của ảnh năm 1998, gán màu
chàm cho một kênh 1 của ảnh trống. Khi đó tất cả các vùng không có sự thay đổi
giữa hai thời điểm sẽ có màu vàng (theo nguyên lý cộng màu, tổ hợp màu chàm
và màu đỏ tạo thành màu vàng). Như vậy căn cứ vào màu sắc ta có thể định
lượng được sự thay đổi.
Ảnh 1

Kênh n

Ảnh 2
Ảnh 3

Kênh n
Kênh n

Ảnh màu đỏ
Ảnh màu lục
Ảnh màu chàm

Ảnh biến động
Bản đồ biến động

Hình 1.6. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp mạng nhị phân
Ưu điểm của phương pháp này có thể xác định được biến động của hai
thậm chí ba thời điểm ảnh ở cùng một lần xử lý ảnh (hình 1.6).
Tuy nhiên kỹ thuật xử lý ảnh theo phương pháp này không cung cấp được
số liệu cụ thể về diện tích biến động từ loại đất này sang loại đất khác. Tuy vậy
đây là phương pháp tối ưu để nghiên cứu biến động trên phạm vi rộng lớn như
vùng hoặc lãnh thổ.
h. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp kết hợp
Thực chất việc thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp này là véc
tơ hóa những vùng biến động từ tư liệu ảnh có độ phân giải cao như ảnh SPOT
Pan 10x10m hoặc ảnh hàng không.
13


Nếu dữ liệu ảnh tại một thời điểm có độ phân giải thấp hơn ta tiến hành
phân loại ảnh đó theo phương pháp phân loại không kiểm định. Từ ảnh phân loại
không kiểm định tạo ra được bản đồ hiện trạng tại thời điểm đó. Tiếp theo chồng
xếp bản đồ lên trên ảnh có độ phân giải cao để phát hiện biến động. Sau đó tiến
hành véc tơ hóa những vùng biến động. Việc khoanh vẽ những vùng xảy ra biến
động trên ảnh được thực hiện dễ dàng nhờ phương pháp giải đoán bằng mắt dựa
vào các chuẩn đoán đọc như chuẩn hình dạng, chuẩn cấu trúc, chuẩn kích thước
… Chính vì vậy, phương pháp này rất thông dụng khi người xử lý sử dụng
phương pháp giải đoán bằng mắt ảnh hàng không của cả hai thời điểm.
Quá trình xử lý được thực hiện dễ dàng hơn nếu thỏa mãn hai yếu tố:
- Nếu hai ảnh được hiển thị trên màn hình cùng lúc, bên cạnh nhau.
- Các tính chất hình học của ảnh là như nhau, được định hướng như nhau
thì khi vẽ một đối tượng trên một ảnh thì trên ảnh kia đối tượng đó có cùng kích

thước, hình dạng.
Ứng dụng hiệu quả nhất của phương pháp này là nghiên cứu biến động
sau thiên tai. Sau cơn bão nhiệt đới lịch sử Hugo với tốc độ gió 135 dặm/giờ xảy
ra vào ngày 22 tháng 9 năm 1989 tại bang Carolina (Mỹ), người ta đã dùng
phương pháp này để nghiên cứu những biến động do cơn bão gây ra. Ảnh hàng
không chụp ngày 5 tháng 10 năm 1989 được nắn chỉnh hình học theo bản đồ
năm 1988. Từ đó các nhà phân tích đã xác định được những tòa nhà không bị
phá hủy, những tòa nhà bị phá hủy hoàn toàn, hay phá hủy một phần, những
ngôi nhà bị xê dịch hay những tòa nhà đang được xây dựng lại và những biến
động về sự bồi tụ hay xói lở của vùng bờ biển.
Ưu điểm của phương pháp này là độ chính xác cao và cung cấp đầy đủ
thông tin về biến động tuy nhiên phương pháp này chỉ thực hiện trên ảnh độ
phân giải cao.
1.1.3 So sánh các phương pháp thành lập bản đồ biến động
Từ các kết quả thực nghiệm của các nghiên cứu đã công bố cho thấy:
- Các phương pháp thành lập bản đồ biến động trừ các phương pháp liên
14


quan đến phép phân loại thông thường, các phương pháp còn lại đều phải xác
định ngưỡng phân chia bằng thực nghiệm để tách các pixel biến động và không
biến động. Trên thực tế, việc xác định ngưỡng chính xác là vấn đề không đơn
giản.
- Các phương pháp như phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian, phương pháp
số học, phương pháp mạng nhị phân, phương pháp cộng màu đều rất đòi hỏi
người xử lý phải có trình độ và hiểu biết nhất định về kỹ thuật xử lý ảnh. Vì vậy
khó thực hiện với những người không phải thuộc cơ quan chuyên môn. Thêm
vào đó, để phát hiện biến động thực sự, các phương pháp này đòi hỏi những tư
liệu viễn thám phải được thu thập cùng thời điểm trong các năm. Tuy nhiên, rất
khó để có thể thu nhận được dữ liệu viễn thám trong cùng một thời điểm của các

năm, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới, nơi mà mây che phủ phổ biến nhiều ngày
trong năm. Đồng thời cũng phải lưu ý tới độ ẩm của đất và lượng nước còn trên
thảm thực vật trong trường hợp thời tiết lâu ngày không mưa và vừa mới mưa
xong tại thời điểm thu nhận ảnh.
- Phương pháp so sánh sau phân loại là một trong số các phương pháp
được sử dụng rộng rãi nhất. Bản đồ biến động được thành lập từ kết quả phân
loại có kiểm định đạt độ chính xác cao nhất.
- Trong phương pháp so sánh sau phân loại, ảnh của từng thời điểm được
phân loại độc lập nên tránh được nhiều vấn đề như không phải chuẩn hóa ảnh
hưởng của khí quyển và bộ cảm ứng điện từ trên ảnh chụp tại các thời điểm khác
nhau, không phải lấy mẫu lại kích thước pixel trong trường hợp dữ liệu đa thời
gian không cùng độ phân giải không gian. Ngoài ra, phương pháp này cũng là
phương pháp phù hợp cho việc chuyển kết quả phân loại về hệ thông tin địa lý
GIS để phân tích biến động sau phân loại.
Phương pháp này được cho là ít nhạy cảm với những thay đổi phổ của đối
tượng do sự khác nhau của độ ẩm đất và chỉ số thực vật.
Tuy nhiên phương pháp này có hạn chế là phụ thuộc vào độ chính xác của
từng ảnh phân loại và tốn kém khá nhiều thời gian.
15


1.2. Tổng quan về viễn thám
1.2.1. Khái niệm viễn thám và ảnh viễn thám
Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và
nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện
tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện.
Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực
hoặc với hiện tượng được nghiên cứu.Sau đó là thực hiện phân tích, xử lý và
ứng dụng các thông tin này vào nhiều lĩnh vực khác nhau.
Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái Đấthay các hành tinhmà nó

còn có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh. Người ta
có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu
phát các ảnh viễn thám.
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 trường ngày càng
gia tăng nhanh chóng không những trong phạm vi quốc gia, mà cả phạm vi quốc
tế. Những kết quả thu được từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và
các nhà hoạch định chính sách các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử
dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Vì vậy viễn thám được sử
dụng như là một công nghệ đi đầu rất có ưu thế hiện nay.
Ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh) là ảnh số thể hiện các vật thể trên bề mặt trái
đất được thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh. Như vậy viễn thám
thông qua kỹ thuật hiện đại không tiếp cận với đối tượng mà xác định nó qua
thông tin ảnh chụp từ khoảng cách vài chục mét tới vài nghìn km.
1.2.2. Đặc điểm của ảnh viễn thám
Ảnh viễn thám đặc trưng bởi dữ liệu không gian với hai dạng cấu trúc là
dạng raster và dạng vector:
Cấu trúc dạng raster: Mô tả bề mặt Trái Đất và các đối tượng trên đó
bằng một lưới gồm các hàng và cột. Những phần tử nhỏ này được gọi là pixel.

16


Giá trị của pixel chính là thuộc tính của đối tượng, nghĩa là trên cùng một
đơn vị diện tích mà số ô pixel càng nhiều thì đối tượng nhìn càng rõ càng chính
xác và ngược lại. Một mặt phẳng chứa đầy các pixel thì tạo thành một raster.
Cấu trúc dạng này thường được dùng để mô tả các đối tượng hiện tượng phân bố
liên tục trong không gian, dùng để lưu dữ thông tin dạng ảnh. Thông thường có
một số mô hình biểu diễn bề mặt như DEM (Digital Elevation Model), DTM
(Digital Terrain Model), Tin (Triangulated Irregular Network) cũng thuộc dạng

raster.
Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử
lý và phân tích. Tốc độ tính toán nhanh, thực hiện các phép tính bản đồ dễ dàng.
Tuy nhiên nó lại kém chính xác về vị trí không gian của đối tượng. Khi độ phân
giải càng thấp tức là kích thước ô pixel lớn thì sự sai lệch càng lớn.
Cấu trúc vector: Mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian
bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa
chúng. Về mặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng: đối tượng
dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng (region
hay polygon). Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ X,Y. Đường là một
chuỗi các cặp tọa độ X,Y liên tục. Vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi
một tập hợp các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau. Với
đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao.
Cấu trúc vector có ưu điểm là vị trí của các đối tượng được định vị chính
xác (nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao). Cấu trúc này giúp cho
người sử dụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn. Tuy nhiên cấu trúc này
có nhược điểm là phức tạp khi thực hiện các phép chồng xếp bản đồ.
Ảnh viễn thám có một số đặc điểm nổi bật như sau:
Tỷ lệ: Là tỷ số khoảng cách giữa hai điểm của một ảnh tương ứng với
khoảng cách trên mặt đất của hai điểm đó. Tỷ lệ hình ảnh được xác định bởi các
yếu tố như: Độ dài tiêu cự hiệu dụng của thiết bị viễn thám; độ cao mà từ đó
hình ảnh được thu nhận; yếu tố phóng đại được sử dụng trong in phóng ảnh.
17


Độ sáng và tone ảnh: Sự khác nhau về cường độ của bức xạ điện từ phát
ra từ địa hình tạo nên sự khác nhau về độ sáng của hình ảnh, độ sáng của hình
ảnh tỷ lệ với cường độ bức xạ phát ra từ các đối tượng.
Độ sáng: Đó là lượng ánh sáng tác động vào mắt của chủ thể mà có thể
xác định được một cách tương đối. Để đo cường độ ánh sáng người ta thường

dùng quang kế (photometro). Khi phân tích ảnh, để phân biệt độ sáng của ảnh có
thể hiệu chỉnh bằng thang cấp độ xám, ảnh được phân ra các vùng có tông sáng,
trung bình hay tối dựa vào thang độ xám.
Tone ảnh: là tổng hợp lượng ánh sáng được phản xạ về mặt đối tượng, là
dấu hiệu quan trọng để xác định đối tượng.
Độ phân giải không gian và năng lực phân giải: Độ phân giải được
hiểu như là khả năng để phân biệt hai đối tượng ở liền nhau trong một bức ảnh,
nói chính xác hơn là khoảng cách tối thiểu giữa các đối tượng mà có thể nhận
biết và phân biệt được trên ảnh. Năng lực phân giải và độ phân giải không gian
là hai khái niệm có sự liên hệ rất chặt chẽ. Khái niệm phân giải được áp dụng
cho một hệ thống tạo ảnh hay một thành phần của hệ thống, trong khi đó độ
phân giải không gian được áp dụng cho một ảnh được tạo ra bởi hệ thống đó.
Độ phân giải: Đây là đặc điểm quan trọng liên quan trực tiếp đến chất lượng
ảnh, độ phân giải chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như đặc điểm khu vực
bay chụp, hệ thống chụp ảnh, độ cao bay chụp, tốc độ bay chụp, điều kiện khí
quyển tại thời điểm chụp..
1.2.3. Phân loại ảnh viễn thám
Ảnh quang học: Nguồn năng lượng chính là bức xạ Mặt Trời.
Ảnh quang học là ảnh viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng
lượng sóng điện từ có bước sóng nằm trong dải tần từ ánh sáng nhìn thấy đến
hồng ngoại phản xạ (từ 0,3m đến 3m).
Ảnh nhiệt: Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệtdo chính vật thể
sản sinh ra. Ảnh nhiệt là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng
hồng ngoại phát ra từ vật thể (bước sóng 8 - 14m).
18


Ảnh radar:Nguồn năng lượng chính là sóng radar phản xạ từ các vật thể
do vệ tinh phát xuống theo những bước sóng đã được xác định.Ảnh radarlà loại
ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng được sử nằm trong dải tần sóng

vô tuyến cao tần (1 cm - 1 m).
Ảnh thu nhận bằng sóng địa chấn: cũng là một loại ảnh viễn thám
Ảnh viễn thám có thể được lưu theo các kênh ảnh đơn (trắng đen) ở dạng
số trong máy tính hoặc các kênh ảnh được tổ hợp (ảnh màu) hoặc có thể in ra
giấy, tùy theo mục đích người sử dụng.
1.2.4. Lịch sử phát triển của khoa học viễn thám
Viễn thám là một khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập
kỷ gần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số, bắt đầu được thu
nhận từ các vệ tinh trên quĩ đạo của trái đất vào năm 1960. Tuy nhiên, viễn
thám có lịch sử phát triển lâu đời, bắt đầu bằng việc chụp ảnh sử dụng phim và
giấy ảnh.
Từ thế kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đã đưa ra
báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh.
Năm 1858 G.F.Toumachon người Pháp đã sử dụng kinh khí cầu bay ở độ
cao 80 m để chụp ảnh từ trên không, từ sự việc này mà năm 1858 được coi là
năm khai sinh của ngành khoa học viễn thám.
Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu
của công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự.
Trong chiến tranh thế giới thứ hai (1939 - 1945) không ảnh đã dùng chủ
yếu cho mục đích quân sự. Trong thời kỳ này, ngoài việc phát triển công nghệ
radar, còn đánh dấu bởi sự phát triển ảnh chụp sử dụng phổ hồng ngoại. Các bức
ảnh thu được từ nguồn năng lượng nhân tạo là radar, đã được sử dụng rộng rãi
trong quân sự.
Bức ảnh đầu tiên, chụp về trái đất từ vũ trụ, được cung cấp từ tàu
xplorer -6 vào năm 1959. Tiếp theo là chương trình vũ trụ Mercury (1960), cho
ra các sản phẩm ảnh chụp từ quỹ đạo trái đất có chất lượng cao, ảnh màu có kích
19


thước 70mm, được chụp từ một máy tự động. Vệ tinh khí tượng đầu tiên (TR0S1), được phóng lên quĩ đạo trái đất vào tháng 4 năm 1960, mở đầu cho việc quan

sát và dự báo khí tượng.
Ngày 23-7-1972 Mỹ đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo Landsat 1 mang
đến khả năng thu nhận thông tin có tính toàn cầu về các hành tinh trong đó có
Trái Đất và môi trường xung quanh.
Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất Landsat 1, là các vệ tinh thế hệ mới
hơn như Landsat 2, Landsat 3, Landsat 4 và Landsat 5. Ngay từ đầu, RTS-1
mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và bộ cảm
RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau.
Từ 1982, các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM 4 và Landsat TM -5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt.
Điều này tạo nên một ưu thế mới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác
nhau. Ngày nay, ảnh vệ tinh chuyên đề từ Landsat -7 đã được phổ biến với giá rẻ
hơn các ảnh vệ tinh Landsat TM -5, cho phép người sử dụng ngày càng có điều
kiện để tiếp cận với phương pháp nghiên cứu môi trường qua các dữ liệu vệ tinh.
Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các
thế hệ SPOT 1, SPOT 2, SPOT 3, SPOT 4 và SPOT 5, đã đưa ra sản phẩm ảnh
số thuộc hai kiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ
10 x 10m đến 2,5 x 2,5m, và đa kênh SPOT - XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn
thấy, một kênh thuộc dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x
20m.
Các ảnh vệ tinh của Nhật, như MOS -1, phục vụ cho quan sát biển
(Marine Observation Satellite).
Công nghệ thu ảnh vệ tinh cũng được thực hiện trên các vệ tinh của Ấn
Độ RS 1A, tạo ra các ảnh vệ tinh như LSS thuộc nhiều hệ khác nhau.
Riêng ở Việt Nam kỹ thuật viễn thám đã được đưa vào sử dụng từ những
năm 1976 tại Viện Quy hoạch rừng, mốc quan trọng để đánh dấu sự phát triển
của kỹ thuật viễn thám ở Việt Nam là sự hợp tác nhiều bên trong khuôn khổ của
20


chương trình vũ trụ Quốc tế (Inter Kosmos) nhân chuyến bay vũ trụ kết hợp Xô

– Việt tháng 7 năm 1980.
Vào ngày 9/7/2009 Bộ TN&MT đã khánh thành trạm thu nhận ảnh viễn
thám hiện đại đầu tiên của Việt Nam có địa điểm đặt tại cánh đồng Bun, thôn Vân
Trì, xã Minh Khai, Từ Liêm, Hà Nội.
Tháng 4 năm 2008 Việt Nam đã thuê Pháp phóng thành công vệ tinh
VINASAT-1 (mua của Mỹ) lên quỹ đạo địa tĩnh lần đầu tiên.
1.2.5. Các phương pháp xử lý ảnh viễn thám
Để xử lý ảnh viễn thám người ta sử dụng hai phương pháp là phương
pháp giải đoán ảnh bằng mắt thường và phương pháp xử lý số trên máy tính.
Phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt thường: Giải đoán ảnh bằng mắt
là sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết các thông tin từ tư liệu viễn
thám dạng hình ảnh.
Giải đoán bằng mắt (visual interpretaion) là công việc đầu tiên, phổ biến
nhất và có thể áp dụng trong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến
phức tạp. Việc phân tích ảnh bằng mắt có thể được trợ giúp bằng một số thiết bị
quang học: kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, máy tổng hợp màu,... nhằm
nâng cao khả năng phân tích của mắt người.
Cơ sở để giải đoán bằng mắt là đưa vào các dấu hiệu giải đoán trực tiếp
hoặc gián tiếp và chìa khóa giải đoán. Các yếu tố giải đoán (kích thước, hình
dạng, bóng, tone, màu, cấu trúc, mẫu và tổ hợp mối quan hệ) cũng như thời gian
chụp ảnh, mùa, kiểu phim, tỷ lệ ảnh,... sẽ được xem xét kỹ để thiết lập nên chìa
khóa giải đoán.
Tư liệu ảnh viễn thám dùng để đoán đọc điều vẽ ảnh bằng mắt tốt nhất là
ảnh tổ hợp màu, vì màu sắc là một chuẩn tương đối ổn định, hơn nữa nó có tính
trực quan sinh động hơn ảnh đen trắng.
Kết quả của giải đoán ảnh bằng mắt sẽ được chuyển thông tin lên bản đồ
nền theo các phương pháp là can vẽ, chiếu quang học, chuyển theo hệ thống
lưới, sử dụng máy đo vẽ ảnh.
21

Phương pháp xử lý ảnh số: xử lý ảnh số là sự điều khiển và phân tích
các thông tin ảnh dạng số với sự trợ giúp của máy tính.
Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu được trong ký thuật viễn thám thường dưới
dạng số và được xử lý bởi máy tính để tạo ảnh đã được giải đoán ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc xử lý ảnh số trong viễn thám giữ vai trò quan
trọng trong việc tách thông tin hữu ích phục vụ rất nhiều chuyên ngành khác
nhau.
Quy trình xử lý ảnh số:
Nhập dữ liệu

Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh

Biến đổi ảnh

Phân loại ảnh

Xuất kết quả

Nhập dữ liệu: Để xử lý ảnh số, trước hết ta phải tiến hành bước nhập tư
liệu gốc vào máy. Có hai nguồn tư liệu chính đó là ảnh tương tự do các máy
chụp cung cấp và ảnh số do các máy quét cung cấp.
Trong trường hợp ảnh tương tự sẽ được chuyển về dạng số thông qua các
máy quét. Trường hợp tư liệu là ảnh số thì nó sẽ được chuyển từ các băng từ lưu
trữ mật độ cao.
Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh: Đây là giai đoạn mà các tín hiệu số được
hiệu chỉnh hệ thống, bức xạ hoặc hình học nhằm tạo ra một tư liệu ảnh có thể sử
dụng được. Giai đoạn này thường được thực hiện trên các máy tính lớn tại các
trung tâm thu số liệu vệ tinh.

22


Biến đổi ảnh: Các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng ảnh, biến
đổi tuyến tính... là giai đoạn tiếp theo. Giai đoạn này có thể thực hiện trên các
máy tính trong khuôn khổ một phòng thí nghiệm, hay phòng công tác nội
nghiệp.
Phân loại: Phân loại đa phổ với mục đích tách các thông tin cần thiết
phục vụ việc theo dõi các đối tượng hay lập bản đồ chuyên đề là khâu then chốt
của việc khai thác tư liệu viễn thám.
Xuất kết quả: Sau khi hoàn tất các khâu xử lý cần phải xuất kết quả. Kết
quả có thể dưới dạng phim ảnh, số hay các bản đồ đường nét. Trong đó kết quả
dạng số ngày càng được khai thác sử dụng nhiều vì nó là đầu vào rất tốt cho một
công nghệ mới là GIS - hệ thống thông tin địa lý. Trên cơ sở ứng dụng hệ thống
thông tin địa lý nhiều chủng loại thông tin khác nhau cùng được đưa vào xử lý
tạo ra một kết quả chính xác và phong phú hơn nhiều so với trường hợp chỉ sử
dụng tư liệu viễn thám.
1.3. Tổng quan về GIS
1.3.1. Định nghĩa
GIS là một công nghệ mới, phát triển nhanh và có nhiều ứng dụng rộng
rãi cho đời sống con người, bởi vậy có nhiều định nghĩa khác nhau về GIS.
GIS là một hệ thống máy tính có khả năng giữ và sử dụng thông tin liên
quan đến các vị trí trên Trái đất.
GIS là một hệ thống dựa trên máy tính cung cấp bốn chức năng để xử lý
dữ liệu địa quy chiếu: nhập dữ liệu, quản lý dữ liệu (lưu trữ và truy cập số liệu),
vận dụng và phân tích dữ liệu, xuất dữ liệu (Aronoff 1993).
GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính,
dữ liệu địa lý và con người được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập
nhật, điều khiển, phân tích và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị
trí địa lý (Dueker & Kjerne ESRI 1990 - 1997).

23


GIS là phần mềm bản đồ dùng để kết nối thông tin về vị trí địa lý của các
đối tượng với tất cả các dạng thông tin khác có liên quan đến tất cả các dạng
thông tin đó.
1.3.2. Chức năng của GIS
GIS có 4 chức năng cơ bản:
• Nhập dữ liệu: Là một chức năng của GIS mà qua đó dữ liệu dưới các
dạng khác nhau được biến đổi sang dạng số. Việc nhập dữ liệu phụ thuộc vào
bàn số hoá. Nhập các dữ liệu không gian, sửa chữa dữ liệu, đưa về một hệ quy
chiếu nào đó gắn với toạ độ thực. Chuyển hoá từ Racter sang Vector và ngược
lại. Sau đó xây dựng cơ sở dữ liệu. Đây là bước rất quan trọng nhập các dữ liệu
bằng bàn phím, máy quét…
• Quản lý dữ liệu: Bao gồm việc tổ chức, lưu trữ, truy cập dữ liệu sao
cho hiệu quả nhất
• Phân tích dữ liệu: Là chức năng quan trọng nhất của GIS. GIS cung
cấp các công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và
tổng hợp cả hai loại dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới.
• Xuất dữ liệu (báo cáo của GIS): Cho phép hiển thị và trình bày các kết
quả phân tích và mô hình hoá không gian dưới dạng bản đồ, bảng tính, văn bản
trên màn hình hay trên các vật liệu truyền thống khác.
1.4. Phần mềm giải đoán ảnh viễn thám ENVI (ENVIronment for
Visualyzing Images)
1.4.1. Tổng quan về phần mềm ENVI
Phần mềm ENVI (The Environment for Visualyzing Images) là phần
mềm của hãng Research Systems Inc (Mỹ) chuyên về hiến thị ảnh có khả năng
phân tích đa phổ cho hình ảnh quét của SPOT, TM, RADAR.
Phần mềm ENVI là một phần mềm xử lý giải đoán ảnh viễn thám rất

mạnh, với các đặc điểm chính như sau:
+ Hiển thị, phân tích ảnh với nhiều kiểu dữ liệu và kích cỡ ảnh khác nhau,
môi trường giao diện thân thiện.
24


+ Cho phép làm việc với từng kênh phổ riêng lẻ hoặc toàn bộ ảnh. Khi
một file ảnh được mở, mỗi kênh phổ của ảnh đó có thể được thao tác với tất cả
các chức năng hiện có của hệ thống. Với nhiều file ảnh được mở, ta có thể dễ dàng
lựa chọn các kênh từ các file ảnh để xử lý cùng nhau.
+ ENVI có các công cụ chiết tách phổ, sử dụng thư viện phổ, và các chức
năng chuyên cho phân tích ảnh phân giải phổ cao.
+ Phần mềm ENVI được 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 họa dễ sử dụng.
ENVI có nhiều phiên bản như 3.2, 3.5, 3.6, 4.0, 4.2, 4.3, 4.5, 4.7, 5.0. Mỗi
phiên bản được cải tiến và nâng cấp cho một hoặc một số modul.Dễ dàng mở
rộng và tùy biến các ứng dụng. Ngoài ra, người dùng có thể sử dụng ENVI trên
các môi trường khác nhau như: Windows, Macintosh, Linux hay Unix.
Sản phẩm ảnh sau khi xử lý có thể xuất ra nhiều phần mềm biên tập bản
đồ khác nhau như: Arcgis, Mapinfo, Autocad, Microstation…
1.4.2. Các chức năng cơ bản của phần mềm ENVI
ENVI được phát triển bởi các chuyên gia hàng đầu về hiển thị và xử lý
ảnh.
Đồng thời, ENVI cũng được xây dựng trên nền tảng mở nên cho phép
người dùng trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác.
ENVI 4.5 có 12 modul với các chức năng cơ bản của từng modul như sau:

Hình 1.7: thanh công cụ của phần mềm ENVI 4.5
+ Menu File

File menu có chức năng cơ bản sau:
- Mở ảnh, xem thông tin về ảnh.
- Xuất, nhập ảnh các định dạng khác nhau.
25