Ứng dụng tư liệu viễn thám và gis để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp huyện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.85 MB, 105 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
ĐÀO DUY HÙNG
ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS ĐỂ THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ ĐẤT CẤP HUYỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
ĐÀO DUY HÙNG
ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS ĐỂ THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ ĐẤT CẤP HUYỆN
……….
CHUYÊN NGÀNH: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thồng tin địa lý
MÃ SỐ: 60.44.76
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Phạm Vọng Thành
HÀ NỘI – 2013
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết
quả trình bày trong luận văn là đúng sự thật và chưa từng được cơng bố trong bất
kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn
Đào Duy Hùng
1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. BĐ HTSDĐ - Bản đồ hiện trạng sử dụng đất
2. GIS, HTTĐL - Hệ thông tin địa lý
3. NDVI - Chỉ số thực vật
4. DBMS - Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
5. KTNN - Khí tượng nơng nghiệp
6. GCNQSDĐ - Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất
7. NTTS - Nuôi trồng thuỷ sản
8. MNCD - Mặt nước chuyên dùng
1
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên
DANH MỤC
Trang
Bảng 1.1
Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám
8
Bảng 1.2
Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh
9
Bảng 1.3
Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian
10
Bảng 1.4
Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh SPOT
11
Bảng 1.5
Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian
12
Bảng 1.6
Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian
13
Bảng 1.7
Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS
13
Bảng 1.8
Đặc trưng chính và độ phân giải khơng gian
14
Bảng 1.9
Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS
15
Bảng 1.10 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS
15
Bảng 3.1
Hiện trạng sử dụng đất của huyện
67
Bảng 3.2
Các tệp mẫu ảnh xây dựng
73
Bảng 3.3
Kết quả so sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại
75
Bảng 3.4
Mơ tả các loại hình sử dụng đất
76
Bảng 3.5
Mẫu giải đoán ảnh vệ tinh
77
Bảng 3.6
Ma trận sai số phân loại ảnh
81
Bảng 3.7
Độ chính xác phân loại ảnh
82
Bảng 3.8
Thống kê diện tích theo bản đồ giải đốn
88
Bảng 3.9
Chênh lệch diện tích giải đốn và diện tích kiểm kê
89
1
DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên
DANH MỤC
Trang
Hình 1.1
Ngun lý thu nhận dữ liệu viễn thám
6
Hình 1.2
Các bước tiến hành giải đốn ảnh bằng mắt
18
Hình 1.3
Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số
19
Hình 1.4
Phát hiện ơ nhiễm mơi trường khơng khí bằng ảnh vệ tinh SPOT
20
Hình 1.5
Phổ phản xạ của thực vật, đất và nước
21
Hình 1.6
Nhiều lớp thơng tin khác nhau tổng hợp thành bản đồ
25
Hình 1.7
Các thành phần của hệ GIS
26
Hình 1.8
Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia
33
Hình 2.1
Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng tư
liệu viễn thám và GIS
46
Hình 2.2
Trình tự phân loại tư liệu viễn thám
51
Hình 3.1
Địa giới hành chính huyện Lương Tài
55
Hình 3.2
Ảnh Spot huyện Lương Tài năm 2009 đã cắt theo ranh giới huyện
69
Hình 3.3
Xây dựng tệp mẫu cho ảnh
73
Hình 3.4
Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất
74
Hình 3.5
Ảnh phân loại theo mẫu
79
Hình 3.6
Ảnh phân loại sau khi loại lọc nhiễu
85
Hình 3.7
Bản đồ HTSDĐ thu nhỏ thành lập trên Mapinfo
87
1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .....................6
1.1. Những vấn đề chung về viễn thám .........................................................6
1.1.1. Khái niệm về viễn thám..........................................................................6
1.1.2. Phương pháp xử lý thông tin Viễn thám ...............................................17
1.1.3. Một số ứng dụng của Viễn thám ..........................................................19
1.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ............................................................24
1.2.1. Khái quát chung về GIS .......................................................................24
1.2.2. Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS trong quản lý đất đai ......................27
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên thế
giới và ở nước ta ...........................................................................................29
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS trên thế giới29
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS ở Việt Nam 32
1.4. Khái quát chung về bản đồ hiện trạng sử dụng đất............................38
1.4.1. Định nghĩa bản đồ HTSDĐ ..................................................................38
1.4.2. Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ..................38
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ .......46
2.1. Thu thập tư liệu .......................................................................................46
2.2. Nhập ảnh .................................................................................................47
2.3. Tăng cường chất lượng ảnh .....................................................................47
2.4. Nắn chỉnh hình học .................................................................................48
2.5. Phân loại ảnh ...........................................................................................48
2.6. Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại ..........................................51
2.7. Điều tra ngoại nghiệp ..............................................................................52
2
2.8. Biên tập bản đồ........................................................................................53
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ........55
3.1. Điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội .......................................................55
3.1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................55
3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .....................................................................59
3.1.3 Thực trạng công tác quản lý và sử dụng đất của huyện Lương Tài .......64
3.2 Trình tự, nội dung xử lý ảnh viễn thám để lập bản đồ HTSDĐ .........69
3.2.1 Thu thập tư liệu .....................................................................................69
3.2.2 Nhập ảnh ...............................................................................................69
3.2.3 Tăng cường chất lượng ảnh ...................................................................70
3.2.4 Nắn chỉnh tư liệu ảnh ............................................................................70
3.2.5 Phân loại ảnh .........................................................................................71
3.2.6 Đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại........................................ 79
3.2.7 Một số kỹ thuật sau phân loại ................................................................ 84
3.2.8 Kiểm tra ngoại nghiệp ...........................................................................91
3.3 Thảo luận về kết quả thực nghiệm ........................................................92
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................94
1. Kết luận ......................................................................................................94
2. Kiến nghị ....................................................................................................95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................96
1
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất (HTSDĐ) được coi như loại bản đồ
thường trực làm căn cứ để thu thập các thông tin hiện thời về bề mặt lớp phủ
và là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các
nhà hoạch định chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt
đất. Bên cạnh đó, bản đồ HTSDĐ còn là căn cứ để đánh giá thực trạng sử
dụng đất, quản lý và khai thác nguồn tài nguyên và môi trường, lập quy hoạch
chuyên ngành,…
Hiện nay, đa số các địa phương trong cả nước vẫn sử dụng các phương
pháp thành lập bản đồ HTSDĐ theo phương pháp truyền thống, quá trình cập
nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản đồ
có độ chính xác khơng cao và khơng thống nhất (do dữ liệu đầu vào không
đồng bộ). Hơn nữa, việc thành lập bản đồ theo phương pháp truyền thống như
hiện nay đôi khi không đáp ứng kịp yêu cầu của công tác quản lý sử dụng đất.
Sự thay đổi về loại hình sử dụng đất khơng được cập nhật thường xun sẽ
gây khó khăn cho cơng tác thống kê, kiểm kê đất đai, ảnh hưởng tới công tác
quản lý tài ngun đất đai nói chung và cơng tác quy hoạch sử dụng đất, công
tác nghiên cứu các lĩnh vực chun ngành nói riêng.
Sự phát triển khoa học cơng nghệ nói chung và khoa học cơng nghệ
viễn thám nói riêng phục vụ công tác quản lý các nguồn tài nguyên, giám sát
môi trường, thành lập bản đồ chuyên đề, bản đồ HTSDĐ, … đóng vai trị
quan trọng cho sự nghiệp phát triển đất nước hiện nay.
Trong vòng nửa thế kỷ trở lại đây, công nghệ viễn thám và hệ thông tin
địa lý (GIS) được ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái đất
cũng như công tác thành lập bản đồ HTSDĐ. Việc áp dụng phương pháp
thành lập bản đồ HTSDĐ sử dụng tư liệu ảnh viễn thám tích hợp với GIS cho
2
phép chúng ta xác định nhanh chóng vị trí khơng gian và tính chất của đối
tượng. Đồng thời, dựa trên độ phân giải phổ, độ phân giải không gian và độ
phân giải thời gian của tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác định được
thông tin của đối tượng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những
vùng sâu, vùng xa.
Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thơng tin một cách đầy đủ, nhanh
chóng và chính xác nhất về các loại hình sử dụng đất, nên việc sử dụng tư liệu
viễn thám kết hợp với GIS đã là một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn và
mang tính khoa học cao.
Xuất phát từ thực tiễn cơng tác thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
ở tỉnh Bắc Ninh, với mong muốn tạo được bước đột phá mới trong công tác
thành lập bản đồ ở địa phương mình, tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng
dụng tư liệu viễn thám và GIS để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
cấp huyện”.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
2.1. Mục tiêu
+ Nghiên cứu khả năng thành lập bản đồ HTSDĐ trên cơ sở các tư liệu
ảnh viễn thám, các phương pháp thành lập bản đồ HTSDĐ;
+ Nghiên cứu khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý
để thành lập bản đồ HTSDĐ; đưa ra quy trình cơng nghệ thành lập và đề xuất,
áp dụng cho việc thành lập bản đồ HTSDĐ ở địa phương;
+ Tạo ra được bản đồ HTSDĐ làm tài liệu phục vụ cho các mục đích
lập quy hoạch chuyên ngành, quy hoạch sử dụng đất, quản lý lãnh thổ, sử
dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường.
2.2. Nhiệm vụ
- Nắm được các phương pháp giải đoán ảnh viễn thám, các ứng dụng
của tư liệu viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ HTSDĐ;
3
- Đạt được độ chính xác cao phù hợp với tỷ lệ, mục đích của bản đồ cần
thành lập;
- Kết quả bản đồ thành lập là tài liệu phục vụ xây dựng quy hoạch, kế
hoạch sử dụng đất và kiểm tra thực hiện quy hoạch sử dụng đất đã được phê
duyệt của các địa phương và các ngành kinh tế;
- Cần nắm được tình hình quản lý sử dụng đất, có được các thơng tin
quan sát thực tế nhằm bổ trợ cho q trình giải đốn ảnh;
- Các số liệu điều tra, thu thập phục vụ nghiên cứu phải đầy đủ, chính
xác, phản ánh trung thực và khách quan.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn ứng dụng công nghệ viễn thám
và GIS trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
Nghiên cứu những vấn đề có liên quan đến công tác quản lý sử dụng
đất đai hiện nay; hệ thống tư liệu ảnh viễn dùng trong nghiên cứu là ảnh vệ tinh
SPOT được thu nhận vào tháng 9 năm 2010 có độ phân giải 2,5 m. Ảnh thu thập
đã được hiệu chỉnh phổ và nắn chỉnh hình học về hệ tọa độ VN2000 để phục vụ
cho công tác thành lập bản đồ HTSDĐ.
3.2. Địa điểm nghiên cứu
Đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu tại khu vực huyện Lương Tài, tỉnh
Bắc Ninh. Địa giới hành chính huyện Lương Tài, bao gồm 13 xã và 01 thị trấn.
4. Nội dung nghiên cứu
- Điều tra thu thập các số liệu, tài liệu liên quan phục vụ công tác
nghiên cứu, bao gồm:
+ Thu thập các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội;
+ Thu thập các tư liệu như bản đồ địa hình, bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ
1:10 000 và hệ thống số liệu thống kê, kiểm kê đất đai khu vực nghiên cứu.
4
- Đánh giá tình hình quản lý sử dụng đất và thực trạng công tác thành
lập bản đồ HTSDĐ trên địa bàn nghiên cứu;
- Xây dựng khóa giải đốn ảnh.
- Thành lập Bản đồ hiện trạng sử dụng đất dựa trên cơ sở tích hợp tư liệu
ảnh viễn thám và cơng nghệ GIS. Đánh giá độ chính xác bản đồ thành lập được.
5. Phương pháp nghiên cứu
5.1. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp
Đây là phương pháp tiến hành thu thập số liệu trong phòng và kiểm tra so
với thực địa đối với số liệu thu thập được.
5.2. Phương pháp thống kê xử lý số liệu
Phương pháp này sử dụng các phần mềm, các thuật toán nhằm xử lý
các số liệu, tài liệu thu thập được để đạt được kết quả nghiên cứu.
5.3. Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế cơ sở
Phương pháp này được tiến hành ngoài thực địa nhằm kiểm tra lại các
thông tin, sự kiện thu thập được trong quá trình giải đốn nội nghiệp xem có
xác thực khơng, đồng thời bổ sung những thơng tin chưa có để hồn chỉnh
thông tin số liệu, cụ thể:
- Khảo sát thực địa: Vạch tuyến khảo sát và ghi chép lại các thông tin
mơ tả tại các vị trí khảo sát, chụp ảnh thực địa.
- Nhờ sự trợ giúp của cán bộ địa chính xã, các cán bộ phịng Tài
ngun & Mơi trường huyện để xác định các thơng tin về mục đích sử dụng
và các loại hình sử dụng đất khu vực nghiên cứu.
5.4. Phương pháp minh hoạ trên bản đồ, biểu đồ
Phương pháp này sử dụng các sơ đồ, nhằm thể hiện các thông tin, số liệu
điều tra được trong quá trình nghiên cứu trên những biểu đồ, bản đồ thích hợp.
5.5. Phương pháp giải đốn ảnh viễn thám bằng cơng nghệ số
Các kỹ thuật xử lý ảnh số được sử dụng gồm:
5
- Các kỹ thuật tăng cường chất lượng ảnh;
- Các kỹ thuật tách chiết thông tin;
- Các kỹ thuật chỉnh sửa, khơi phục hình ảnh.
- Các kỹ thuật phân loại ảnh;
Q trình xử lý ảnh Viễn thám có sự trợ giúp của phần mềm ENVI, hệ
thông tin địa lý - GIS, tiến hành biên tập và thành lập bản đồ hiện trạng sử
dụng đất ở phần mềm Mapinfo.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa hoc của đề tài: việc thực hiện đề tài khẳng định tính ưu
việt và thế mạnh của tư liệu viễn thám trong công tác thành lập bản đồ hiện
trạng, đảm bảo độ chính xác cần thiết trên một phạm vi rộng lớn.
- Ý nghĩa thực tiễn: các kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ cho ra
những số liệu về hiện trạng sử dụng đất khu vực huyện Lương Tài, tỉnh Bắc
Ninh. Nó là tài liệu hữu ích cho việc quản lý và quy hoạch phát triển huyện
Lương Tài nói riêng và tỉnh Bắc Ninh nói chung.
7. Bố cục luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung, phần kết luận được
trình bày trong 97 trang với 17 hình, 19 bảng và các tài liệu tham khảo.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phạm Vọng Thành cùng các thầy, cô
giáo Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, khoa Trắc địa, trường Đại học Mỏ địa chất đã
chỉ dẫn, đóng góp nhiều ý kiến bổ ích trong q trình hồn thành luận văn. Rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
6
Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Những vấn đề chung về viễn thám
1.1.1. Khái niệm về viễn thám
a. Định nghĩa
Viễn thám được định nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương
pháp thu nhận, đo lường và phân tích thơng tin của đối tượng (vật thể) mà
khơng có những tiếp xúc trực tiếp với chúng[8].
b. Nguyên lý cơ bản của viễn thám
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp
thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám cung cấp thông
tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng
đã xác định. Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh
viễn thám, cho phép tách thơng tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau
do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
được gọi là bộ cảm biến. Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy
quét. Bộ cảm biến được đặt trên vật mang như: máy bay, khinh khí cầu, tàu
con thoi hoặc vệ tinh….
Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
7
Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ
mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được
bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận.
Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám
thu nhận và xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên
kinh nghiệm của chuyên gia. Các dữ liệu hoặc thông tin liên quan đến các vật
thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như: Nơng lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, mơi trường,...
Tồn bộ q trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám có thể chia thành 5
bước cơ bản như sau:
- Nguồn cung cấp năng lượng.
- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển.
- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt đất.
- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh.
- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lý.
Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua mơi trường khí quyển
sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng
bước sóng cụ thể. Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng
truyền sóng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác
giữa sóng điện từ với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm
biến thu nhận được[8].
Để hiểu rõ sự tượng tác giữa sóng điện từ và khí quyển với việc chọn
phổ điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, bảng 1.1 thể hiện
đặc điểm của dải phổ điện từ thường được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám.
c. Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám
Bộ cảm giữ nhiệm vụ thu nhận các năng lượng bức xạ do vật thể phản xạ
từ nguồn cung cấp tự nhiên (mặt trời) hoặc nhân tạo do (do vệ tinh phát). Năng
8
lượng này được chuyển thành tín hiệu số tương ứng với năng lượng bức xạ ứng
với từng bước sóng do bộ cảm nhận được trong dải phổ đã được xác định.
Bảng 1.1 Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám
Dải phổ sóng điện
từ
Bước sóng
Đặc điểm
Hấp thụ mạnh bởi lớp khí quyển ở tầng cao (tng
Tia cc tớm
0,3 àm ữ 0,4 àm
ụzụn), khụng th thu nhận năng lượng do dải sóng này
cung cấp, nhưng hiện tượng này lại bảo vệ con người
tránh bị tác động của tia cực tím.
Rất ít bị hấp thụ bởi oxy, hơi nước và năng lượng phản xạ
Tia nhìn thấy
0,4 µm ÷ 0,76 µm
cực đại ứng với bước sóng 0,5 µm trong khí quyển. Năng
lượng do dải sóng này cung cấp giữ vai trò trong viễn thám.
Năng lượng phản xạ mạnh ng vi cỏc bc súng
Cn hng ngoi
0,77 àm ữ 1,34 µm
hồng ngoại gần từ 0,77 µm ÷ 0,9 µm. Sử dng trong
Hng ngoi trung
1,55 àm ữ 2,4 àm
chp nh hng ngoại theo dõi sự biến đổi thực vật từ
1,55 µm ÷ 2,4 µm.
Một số vùng bị hơi nước hấp thụ mnh, di súng ny gi
Hng ngoi nhit
3 àm ữ 22 µm.
vai trò trong phát hiện cháy rừng và hoạt động của núi
lửa. Bức xạ nhiệt của trái đất có năng lượng cao nhất tại
bước sóng 10 µm.
Khí quyển khơng hấp thụ mạnh năng lượng của các bước
Vơ tuyến
1 mm ÷ 30 cm
(ra đa)
sóng lớn hơn 2 cm, cho phép thu nhận năng lượng cả
ngày lẫn đêm không bị ảnh hưởng của mây, sương mù và
mưa.
Có 2 loại: bộ cảm chủ động và bộ cảm bị động.
Bộ cảm bị động thu nhận bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát xạ từ
nguồn phát tự nhiên là Mặt trời. Bộ cảm chủ động lại thu năng lượng do vật
thể phản xạ từ một nguồn cung cấp nhân tạo[8].
9
d. Vệ tinh viễn thám và một số tư liệu sử dụng trong Viễn thám
* Vệ tinh viễn thám:
- Vệ tinh Landsat: Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu
tiên được phóng lên quỹ đạo năm 1972, cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh
Landsat đã được phóng lên quỹ đạo và dữ liệu đã được sử dụng rộng rãi trên
toàn thế giới. Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat được cung cấp từ 15 trạm thu
nhằm phục vụ quản lý tài nguyên và giám sát mơi trường.
Vệ tinh Landsat được thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185km và có
thời điểm bay qua xích đạo là 9h39’sáng. Dữ liệu do 2 bộ cảm biến TM và
MSS thu nhận được chia thành các cảnh phủ một vùng trên mặt đất
185×170km được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến
và hàng. Các giá trị của pixel được mã hoá 8 bit tức là cấp độ xám ở quỹ đạo
trong khoảng 0÷255[8].
Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh Landsat gồm:
Bảng 1.2 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh
Độ cao bay
Quỹ đạo
Chu kỳ lặp
Thời gian hoàn tất
Chu kỳ quỹ đạo
915 km (Landsat -1-3)
705km (Landsat -4,5,7,8)
Đồng bộ mặt trời
18 ngày (Landsat -1-3)
16 ngày (Landsat -4,5,7,8)
Khoảng 103 phút (Landsat -1-3)
khoảng 99 phút (Landsat -4,5,7,8)
1972 (Landsat -1) 1975 (Landsat -2)
Năm phóng vào quỹ đạo
1978 (Landsat -3) 1982 (Landsat -4)
1984 (Landsat -5) 1999 (Landasat -7)
2012 (Landasat 8)
10
Bảng 1.3 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phõn gii khụng gian
phõn
gii khụng
gian
Kờnh
Bc súng
(àm)
Kờnh 1
0,45 ữ 0,52
Chm
30 m
Kênh 2
0,52 ÷ 0,60
Lục đỏ
30 m
Kênh 3
0,63 ÷ 0,69
Đỏ
30 m
Kênh 4
0,76 ÷ 0,90
Cận hồng ngoại
30 m
Kênh 5
1.55 ÷ 1,75
Hồng ngoại trung
30 m
Kênh 6
10,4 ÷ 12,5
Hồng ngoại nhiệt
120 m
Kênh 7
2,08 ÷ 2,35
Hồng ngoại trung
30 m
MSS
Kênh 4
0,5 ÷ 0,6
Lục
80 m
Multi Spectral
Kênh 5
0,6 ÷ 0,7
Đỏ
80 m
Scanner
Kênh 6
0,7 ÷ 0,8
Cận hồng ngoại
80 m
(Landsat-1-5)
Kênh 7
0,8 ÷ 1,1
Cận hồng ngoại
80 m
Loại bộ cảm
TM
Thematic
Mapper
(Landsat-1-5)
Kênh 1
Kênh 2
TM
Thematic
Mapper
(Landsat-1-5)
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 8
(Pan)
0,45 ÷ 0,52
0,53 ÷ 0,61
0,63 ÷ 0,69
0,75 ÷ 0,90
1.55 ÷ 1,75
10,4 ÷ 12,5
2,09 ÷ 2,35
0,52 ÷ 0,9
Loại
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
Lục đến cận hồng
ngoại
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
60 m
30 m
15 m
- Vệ tinh SPOT
Vệ tinh SPOT-1 được cơ quan hàng khơng Pháp phóng lên quỹ đạo
11
năm 1986, các năm 1990, 1993, 1998, 2002 và 2012 lần lượt các vệ tinh
SPOT-2,3,4,5 và 6 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, có độ phân giải cao nên
được ứng dụng khá phổ biến trong nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất, phân
tích biến động và thành lập bản đồ tỷ lệ 1:10 000 và nhỏ hơn[8].
Đối với vệ tinh SPOT- 5, được trang bị một cặp đầu thu HRG (High
Resolution Geometric) là loại đầu thu ưu việt hơn so với các loại trước đó.
Mỗi một đầu thu HRG có thể thu được ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và
10m mầu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải
2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60km đến 80km.
Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT-5, điều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời
khác ở độ phân giải này đều không đạt được.
Bảng 1.4 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh SPOT
Độ cao bay
Quỹ đạo
Chu kỳ lặp
Thời gian hoàn tất quỹ đạo
822 km
Đồng bộ mặt trời
26 ngày
Khoảng 101 phút
1986 (SPOT -1)
1990 (SPOT-2)
Năm phóng vào quỹ đạo
1993 (SPOT-3)
1998 (SPOT-4)
2002 (SPOT-5)
2012 (SPOT-6)
12
Bảng 1.5 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian
Tên bộ cảm
SPOT -1-3
Kênh
Bước sóng
(μm)
Loại
Độ phân giải
khơng gian
kênh 1
0,50 ÷ 0,59
Lục đến vàng
20 m
kênh 2
0,61 ÷ 0,68
Đỏ
20 m
Vùng nhìn thấy độ phân giải
cao Đa phổ
kênh 3
0,79 ÷ 0,89
Cận hồng ngoại
20 m
HRV-P: Nhìn thấy, độ phân
giải cao, tồn sắc
P
0,51÷ 0,73
Lục đến đỏ
10m
SPOT-4
kênh 1
0,50 ÷ 0,59
Lục đến vàng
20 m
HRVIR-X
kênh 2
0,61 ÷ 0,68
Đỏ
20 m
Nhìn thấy độ phân giải cao và
hồng ngoại/đa phổ
kênh 3
0,79 ÷ 0,89
Cận hồng ngoại
20 m
kênh 4
1,58 ÷ 1,75
Hồng ngoại trung
20 m
SPOT-5
Kênh 1
0,5÷0,59
HRG
Kênh 2
0,61-0,68
Độ phân giải cao, tồn sắc
Kênh 3
0,51-0,75
HRV-XS:
2,5m
Lục đến đỏ
10m
5m
- Vệ tinh MOS
Vệ tinh MOS-1 là thế hệ đầu tiên được Nhật Bản phóng vào quỹ đạo
tháng 2 năm 1987 để quan sát đại dương và nghiên cứu mơi trường biển, sau
đó MOS-1b (tháng 2/1990) với 3 thiết bị đo phổ chính có phạm vi vùng phổ
tương tự như bộ cảm biến đa phổ của vệ tinh Landsat[8].
Hiện nay tư liệu ảnh vệ tinh Landsat, Spot, Cosmos được sử dụng rộng
rãi trên thế giới và Việt Nam.
13
Bảng 1.6 Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian
Tên của bộ cảm biến
Kênh
Bước sóng
Loại
µm
Độ phân
giải
Kênh 1
0,51 ÷ 0,59
Lục
50 m
MESSR:
Kênh 2
0,61 ÷ 0,69
Đỏ
50 m
Bức xạ kế tự quét
Kênh 3
0,72 ÷ 0,80
Hồng ngoại gần
50 m
Đa phổ
Kênh 4
0,80 ÷ 1,10
Hồng ngoại gần
50 m
23 ± 0,2 GHz
Vô tuyến cao tần
32 km
31,4 ± 0,25 GHz
Vô tuyến cao tần
23 km
MSR:
Bức xạ kế qt
Vơ tuyến tần cao
VTIR:
Kênh 1
0,5 ÷ 0,7
Nhìn thấy
900 km
Nhìn thấy và nhiệt
Kênh 2
6,0 ÷ 7,0
Hồng ngoại nhiệt
2700 km
Bức xạ kế hồng ngoại
Kênh 3
10,5 ÷ 11,5
Hồng ngoại nhiệt
2700 km
Kênh 4
11,5 ÷ 12,5
Hồng ngoại nhiệt
2700 km
Bảng 1.7 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS
Độ cao bay
Quỹ đạo
Chu kỳ lặp
Thời gian hồn tất chu kỳ quỹ đạo
Năm phóng vào quỹ đạo
909 km
Đồng bộ mặt trời
17 ngày
Khoảng 103 phút
1987 (MOS -1)
1990 (MOS -1b)
- Vệ tinh IRS
Một loạt các vệ tinh viễn thám của Ấn Độ được phóng lên quỹ đạo để
thực hiện việc nghiên cứu toàn bộ phần lục địa của bề mặt trái đất, bao gồm
vệ tinh IRS-1 phóng vào đầu năm 1988; vệ tinh thế hệ thứ ba IRS-1C
14
(12/1995) với ba bộ cảm biến chính PAN kênh đơn, độ phân giải cao, LISS-3
độ phân giải trung bình, gồm bốn kênh phổ và WiFS (Wide Field Sensor) ứng
với hai kênh phổ có độ phân giải thấp. Vệ tinh IRS có thể tạo ảnh lập thể ứng
với kênh tồn sắc (PAN) giống ảnh SPOT nhưng góc quan sát nghiêng của vệ
tinh IRS là 260. Ảnh IRS có độ phân giải cao sử dụng rất tốt trong việc thành
lập bản đồ và quy hoạch thành phố, ảnh đa phổ do LISS-3 tương tự như
LandsatTM, sử dụng tốt cho việc phân biệt thực vật, thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất và quy hoạch tài nguyên thiên nhiên[8].
Bảng 1.8 Đặc trưng chính và độ phân giải khơng gian
Bước
Loại bộ cảm
Độ phân
giải
Độ phân
(IRS 1C)
(IRS 1D)
Nhìn thấy (lục đến cận
hồng ngoại)
5,8 m
5,2 ÷ 5,8 m
Kênh2
0,52 ÷0,59 Nhìn thấy(lục đến vàng)
24 m
21 ÷ 23
Kênh3
0,62 ÷0,68 Nhìn thấy (lục đến đỏ )
24 m
21 ÷ 23
Kênh4
0,77 ÷0,86
Cận hồng ngoại
24 m
21 ÷ 23
Kênh5
1,55 ÷1,70
Hồng ngoại trung
70 m
63 ÷ 70
Kênh
sóng
Loại
(µm)
PAN
Bộ cảm tồn sắc
LISS -3
Bộ cảm trợ qt
ảnh tuyến tính
P
0,50 ÷0,75
giải
- Vệ tinh IKONOS
IKONOS là loại vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao (1m)
được đưa vào không gian tháng 9/1999. Bộ cảm biến OSA (Optical sensor
assembly) của vệ tinh IKONOS sử dụng nguyên lý quét điện tử và có khả
năng thu đồng thời ảnh tồn sắc và đa phổ. Ngồi khả năng tạo ảnh có độ
phân giải cao nhất vào thời điểm năm 2000, ảnh IKONOS cịn có độ phân giải
bức xạ rất cao để ghi nhận năng lượng phản xạ. Nhiều ứng dụng cho việc
quản lý đô thị và quy hoạch tại các thành phố lớn trên thế giới đã chứng minh
15
cho ưu thế của ảnh IKONOS độ phân giải cao, trong tương lai ảnh độ phân
giải cao sẽ giữ vai trò quan trọng trong việc thành lập bản đồ và quan sát
thành phố[8].
Bảng 1.9 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS
IRS -1C
IRS -1D
817 km
780 km (trên xích đạo)
Đồng bộ mặt trời
Đồng bộ mặt trời
24 ngày
25 ngày
-
-
1995
1997
Độ cao bay
Quỹ đạo
Chu kỳ lặp
Thời gian hoàn tất chu kỳ quỹ đạo
Năm phóng vệ tinh
Bảng 1.10 Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS
Tên của cảm biến
Kênh
Bước sóng (µm)
Độ phân giải
OSA: Bộ cảm tồn sắc
P
0,45 ÷ 0,90
1m
Kênh 1
0,45 ÷ 0,52
Kênh 2
0,52 ÷ 0,60
Kênh 3
0,63 ÷ 0,69
Kênh 4
0,76 ÷ 0,90
4m
Đa phổ
Ảnh IKONOS được sử dụng không chỉ để thành lập và cập nhật bản đồ
địa hình tỷ lệ trung bình, giám sát phân tích biến động mà cịn có thể tạo ra
hình ảnh thực cho khu vực phục vụ dịch vụ kinh doanh và du lịch. Các loại
ảnh vệ tinh thương mại có độ phân giải cao khác có thể sử dụng hiện nay như:
Orbview-3, Quickbird, và EROS-A1.
- Vệ tinh Quickbird
Quickbird đánh dấu một bước quan trọng của dạng tư liệu viễn thám
16
phân giải cao được thương mại hoá. Lần đầu tiên phóng vào năm 2000 bị thất
bại, lần thứ hai được phóng lên với độ phân giải cao (ảnh PAN - 0,6m và ảnh
đa phổ 2,4m) vào 18/10/2001. Vệ tinh được phóng lên quỹ đạo đồng bộ mặt
trời, độ cao 450km, độ nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 980. Các kênh phổ của vệ
tinh là xanh chàm 450-520 mµ, xanh lục 520-600 mµ, đỏ 630-690 mµ và cận
hồng ngoại 760-900mµ[7].
- Vệ tinh WorldWiew-2
WorldWiew-2 được phóng lên quỹ đạo ngày 8 tháng 10 năm 2009 tại
Vandenberg, California, Hoa Kỳ.
+ Thu nhận ảnh có độ phân giải: 0,46 m (toàn sắc);1,8 m (đa phổ);
0,52m (tồn sắc); 2,4 m (đa phổ) (tại góc chụp 20° )
+ Chu kỳ: 1,1 ngày hoặc ít hơn và 3,7 ngày ở 200.
+ Các kênh phổ: Toàn sắc; 8 kênh đa phổ (4 kênh màu chuẩn: đỏ, lục,
chàm, cận hồng ngoại-1 và 4 kênh màu mới: Đỏ đậm, chàm tím, vàng, cận
hồng ngoại-2);
+ Diện tích thu nhận/1 ảnh: 16,4 km x 16,4 km[8].
* Một số tư liệu sử dụng trong viễn thám
- Ảnh tương tự:
Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp cảm quang halogen bạc,
ảnh tương tự thu được từ các bộ cảm tương tự dùng phim, không sử dụng các
hệ thống quang điện tử. Những tư liệu này có độ phân giải khơng gian cao
nhưng kém về độ phân giải phổ[1].
- Ảnh số:
Ảnh số là dạng tư liệu ảnh không lưu trữ trên giấy ảnh hoặc phim. Ảnh
số được chia thành nhiều phần tử nhỏ gọi là pixel. Mỗi pixel tương ứng với
một đơn vị không gian.
Ảnh số được đặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học, bức xạ
17
như trường nhìn khơng đổi, góc nhìn tối đa, độ phân giải mặt đất[1].
- Số liệu mặt đất
Số liệu mặt đất là tập hợp các quan sát mô tả, đo đạc về các điều kiện
thực tế trên mặt đất của các địa vật cần nghiên cứu nhằm xác định mối tương
quan giữa tín hiệu thu được và bản thân các đối tượng. Các số liệu đó bao
gồm thơng tin tổng quan về đối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái,
tính chất phản xạ, hấp thụ phổ, nhiệt độ … và thơng tin về mơi trường xung
quanh như góc chiếu, độ cao mặt trời, cường độ chiếu sáng, trạng thái khí
quyển, nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, hướng và tốc độ gió….[1]
- Số liệu định vị mặt đất
Để thu thập số liệu định vị mặt đất người ta sử dụng hệ thống định vị
tồn cầu GPS phục vụ q trình hiệu chỉnh hình học của ảnh vệ tinh[1].
- Bản đồ và số liệu địa hình
Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu của viễn thám ngoài những tư
liệu trên cần phải có các tài liệu địa hình và chun đề như bản đồ địa hình,
bản đồ chuyên đề sử dụng đất, địa chất, bản đồ kinh tế xã hội, mô hình số địa
hình...[1].
1.1.2. Phương pháp xử lý thơng tin Viễn thám
a. Khái niệm giải đoán ảnh Viễn thám
Giải đoán ảnh vệ tinh được định nghĩa như là một quá trình tách thơng
tin định tính cũng như định lượng từ ảnh viễn thám tạo ra bản đồ chuyên đề
dựa trên các tri thức chuyên môn hoặc kinh nghiệm của người giải đoán[8].
Sơ đồ tổng quát cho việc giải đoán được thể hiện như hình 1.2
b. Giải đốn ảnh bằng mắt
Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh. Phân
tích ảnh bằng mắt có sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức chun mơn của
người phân tích để từ đó khai thác được các thơng tin có trong tư liệu ảnh. Kết
