Nghiên cứu khả năng sử dụng tư liệu viễn thám phục vụ cho việc giám sát các hoạt động khai thác mỏ lộ thiên trái phép khu vực miền tây nghệ an

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

HỒ PHAN LONG

NGHIÊN CỨU KHẲ NĂNG SỬ DỤNG
TƯ LIỆU VIỄN THÁM PHỤC VỤ CHO VIỆC
GIÁM SÁT CÁC HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC
MỎ LỘ THIÊN TRÁI PHÉP KHU VỰC MIỀN TÂY NGHỆ AN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI -2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

HỒ PHAN LONG

NGHIÊN CỨU KHẲ NĂNG SỬ DỤNG
TƯ LIỆU VIỄN THÁM PHỤC VỤ CHO VIỆC
GIÁM SÁT CÁC HOẠT ĐỘNG KHAI THÁC
MỎ LỘ THIÊN TRÁI PHÉP KHU VỰC MIỀN TÂY NGHỆ AN

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
Mã số: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS PHẠM VỌNG THÀNH

HÀ NỘI -2010


1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân.
Tồn bộ q trình nghiên cứu được tiến hành một cách khoa học, các số
liệu, kết quả trình bày trong luận văn là chính xác, trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Hồ Phan Long


2
MỤC LỤC
Lời cam đoan………………………………………………………………….1
Mục lục………………………………………………………………………..2
Danh mục các bảng………………………………………………………...…5
Danh mục các hình vẽ, đồ thị …………………………………..…………….6
Mở đầu…...…………………………………………………………………...7
Chương 1 Khái quát về việc thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng và
việc giám sát các vùng mỏ lộ thiên khai thác trái phép…..………………13
1.1 Khái quát về bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng và các phương pháp
thành lập…………………………………………………………………...13
1.1.1 Tình hình thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng trên thế
giới và Việt nam…………………………………………………………..13
1.1.2 Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng…...16

1.2 Các phương pháp giám sát các vùng mỏ lộ thiên khai thác trái phép...18
1.2.1 Giám sát các mỏ lộ thiên khai thác trái phép bằng điều tra khảo
sát thực địa………...…………………………………………………………19
1.2.2 Giám sát các mỏ lộ thiên khai thác trái phép bằng tư liệu viễn
thám và hệ thông tin địa lý…..………………………………………………19
Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật viễn thám ……………….……………21
2.1. Khái niệm và phân loại viễn thám………………………………………21
2.1.1. Khái niệm…..…………………………………………………..21
2.1.2. Phân loại viễn thám…..………………………………………...23
2.2 Một số loại tư liệu viễn thám đang được sử dụng ở Việt Nam và trên thế
giới….................………………………………………………………………..26
2.2.1. Ảnh vệ tinh SPOT...……………………………………………27
2.2.2. Ảnh vệ tinh LANDSAT..………………………………………29
2.2.3. Ảnh vệ tinh COSMOS.………………………………………...31
2.3 Lí thuyết phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên………………………31


3
2.3.1 Bức xạ điện từ……..……………………………………………31
2.3.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên..…………...33
2.3.3 Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của các
đối tượng tự nhiên..………………………………………………………….40
1. Yếu tố thời gian……..……………………………………………...40
2. Yếu tố khơng gian……..…………………………………………...40
3. Yếu tố khí quyển..………………………………………………….40
2.4 Các phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh ………………………………...41
2.4.1. Phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt.........................................42
2.4.2. Phương pháp giải đoán bằng xử lý số.........................................46
2.5 Phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng bằng tư liệu
viễn thám................................................................................................52

2.5.1 Giải đoán ảnh viễn thám bằng mắt..………………………….....52
2.5.2 Giải đoán ảnh viễn thám bằng xử lý số..………………………..54
Chương 3 Thực nghiệm ứng dụng tư liệu viễn thám trong công tác
nghiên cứu hiện trạng lớp phủ rừng để giám sát các vùng mỏ lộ thiên
khai thác trái phép ở miền Tây Nghệ An…………………………………..62
3.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của khu vực miền Tây
Nghệ An……………………………………………………………………..62
3.1.1 Điều kiện tự nhiên.……………………………………………..62
3.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội...............................................................63
3.1.3 Tình hình khai thác mỏ lộ thiên trái phép ở miền Tây
Nghệ An ........................................................................................................64
3.2 Hiện trạng lớp phủ rừng khu vực nghiên cứu……………………………65
3.3 Tình hình tư liệu viễn thám và tư liệu trắc địa bản đồ khu vực
nghiên cứu..............................................................................................67
3.3.1 Tư liệu viễn thám….…………………………………………....67
3.3.2 Tư liệu trắc địa bản đồ.................................................................67


4
3.4 Thực nghiệm thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng bằng phương pháp
xử lý số............................................................................................................67
3.4.1 Các bước xử lý ảnh số……..……………………………………67
3.4.2 Thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng bằng phương pháp
xử lý số................................................................................................70
3.5 Thành lập bản đồ vị trí các mỏ lộ thiên khai thác trái phép ở miền Tây
Nghệ An bằng phương pháp chồng xếp bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng với
bản đồ cấp phép khai thác...............................................................................76
3.6 Nhận xét về kết quả thực nghiệm..............................................................76
Kết luận…......………………………………………………………………78
Danh mục cơng trình nghiên cứu của tác giả..............................................80

Tài liệu tham khảo ........................................................................................81


5
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Đặc trưng phổ và khả năng giải đoán của ảnh vệ tinh SPOT

29

Bảng 2.2 Phân loại sóng điện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám 32
Bảng 3.1 Hiện trạng sử dụng đất khu vực huyện Quỳ Hợp tính đến tháng 66
năm 2010

70

Bảng 3.2 Cơ cấu đất lâm nghiệp khu vực huyện Quỳ Hợp tính đến tháng 01
năm 2010

66

Bảng 3.3 Bảng màu sử dụng trong phân loại

73


6
DANH MỤC CÁ HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1 Mơ hình thu nhận ảnh viễn thám

21

Hình 2.2 Một hệ thống viễn thám hồn chỉnh

22

Hình 2.3 Viễn thám bị động

24

Hình 2.4 Viễn thám chủ động

25

Hình 2.5 Sơ đồ phân loại viễn thám theo bước sóng

25

Hình 2.6 Hệ thống chụp ảnh số độ phân giải cao của vệ tinh SPOT-5

28

Hình 2.7 Bức xạ điện từ

31

Hình 2.8 Đặc điểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT

33

Hình 2.9 Khả năng phản xạ phổ của thực vật

34

Hình 2.10 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật

35

Hình 2.11 Đồ thị xạ phổ của nước

36

Hình 2.12 Đồ thị thể hiện đường cong phản xạ phổ của các loại cây khác nhau 36
Hình 2.13 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng

37

Hình 2.14 Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng phụ thuộc vào độ ẩm

38

Hình 2.15 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước

39

Hình 2.16 Nguyên lý phân loại theo khoảng cách ngắn nhất

47

Hình 2.17 Nguyên lý phân loại theo xác suất cực đại

49

Hình 2.18 Bản chất hình học của phân loại hình hộp

50

Hình 2.19 Nguyên lý tổ hợp mầu

55

Hình 3.1 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu

62

Hình 3.2 Tình trạng chặt phá rừng để khai thác mỏ lộ thiên trái phép

65

Hình 3.3 Sơ đồ các bước xử lý ảnh số

72

Hình 3.4 Quy trình các bước giám sát hoạt động khai thác trái phép mỏ lộ
thiên bằng ảnh vệ tinh

77


7
MỞ ĐẦU

Viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến trình
độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nước trên thế giới. Nhu cầu ứng dụng công
nghệ viễn thám trong công tác điều tra nghiên cứu và quản lý tài ngun thiên
nhiên ngày càng gia tăng nhanh chóng khơng những trên Thế giới mà cả ở
Việt Nam. Những kết quả thu được từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa
học và các nhà hoạch định chính sách có phương án lựa chọn hợp lý về sử
dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Vì vậy viễn thám được sử dụng như
là một cơng nghệ đi đầu rất có ưu thế hiện nay.
Từ những năm 60 của thế kỷ trước với sự xuất hiện của vệ tinh nhân
tạo đầu tiên thì kỹ thuật viễn thám đã có sự phát triển vượt bậc. Kỹ thuật viễn
thám đã phát triển nhanh chóng với hệ thống vệ tinh tài nguyên ngày càng
nhiều, đa dạng. Quan trắc trái đất đã bước sang một giai đoạn mới, làm phong
phú thêm phạm vi, nội dung quan trắc. Từ quan trắc mang tính cục bộ ở tầng
thấp chuyển sang quan trắc cả hệ thống khí quyển. Công nghệ viễn thám đã
cung cấp rất nhiều số liệu cho các lĩnh vực như: thiên văn, khí tượng, địa chất,
địa lý, hải dương, nông nghiệp, lâm nghiệp, quân sự, thơng tin, hàng khơng,
vũ trụ…
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tài nguyên khoáng sản là nguồn lực quan trọng của Quốc gia để phát
triển kinh tế xã hội, nhưng chúng là nguồn tài nguyên không tái tạo được nên
cần được bảo vệ và sử dụng hợp lý. Khai thác khoáng sản mang lại nguồn lợi
lớn cho xã hội, nhưng cũng để lại những hậu quả phức tạp.
Trong những năm gần đây, tình hình khai thác mỏ lộ thiên trái phép
trên địa bàn tỉnh Nghệ An có xu thế gia tăng. Theo báo cáo của các cơ quan
chức năng, năm 2008 chỉ riêng trên địa bàn huyện Quỳ Hợp đã có trên 80 tổ
chức, cá nhân khai thác khoáng sản trái phép. Các loại khoáng sản trái phép


8

chủ yếu là đá hoa trắng (đá vôi trắng), quặng thiếc, mangan, quặng chì kẽm… đây là những loại khống sản có giá trị kinh tế cao. Tình hình đó
khơng chỉ làm nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt, nhà nước thất thu mà cịn
làm cho mơi trường bị huỷ diệt, đời sống kinh tế của người dân bị đảo lộn.
Các địa bàn có các mỏ lộ thiên bị khai thác trái phép thường nằm ở
những nơi rừng sâu, ít người qua lại, xa làng bản, cho nên lực lượng chức
năng rất khó phát hiện, có trường hợp đi xa cả ngày đường mới tiếp cận được
địa bàn khai thác trái phép. Điều đó làm cho việc giám sát các hoạt động khai
thác trái phép mỏ lộ thiên ở tỉnh Nghê An rất khó khăn.
Trước tình hình đó, việc “Nghiên cứu khả năng sử dụng tư liệu
viễn thám phục vụ cho việc giám sát các hoạt động khai thác mỏ lộ thiên
trái phép khu vực miền Tây Nghệ An” là việc làm cấp thiết, có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn cao.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
a) Mục tiêu
- Nghiên cứu phương pháp xác định khu vực khai thác khoáng sản lộ
thiên trái phép bằng tư liệu viễn thám.
- Khoanh định được vùng khai thác mỏ lộ thiên trái phép trên bản đồ
địa hình.
- Báo cáo và đề xuất cho chính quyền địa phương có phương án bảo vệ
khu vực chưa cấp phép khai thác khoáng sản và xử lý các hành vi vi phạm của
các tổ chức, cá nhân khai thác khoáng sản trái phép.
b) Nhiệm vụ
- Thu thập các dữ liệu thống kê về kinh tế xã hội và các tư liệu bản đồ
để nghiên cứu nội dung và hiện trạng khai thác mỏ lộ thiên trái phép khu vực
Tây Nghệ An tại một thời điểm nhất định.


9
- Tích hợp các kết quả phân tích dữ liệu viễn thám với các dữ liệu
thông tin địa lý khác để thành lập bản đồ hiện trạng khai thác mỏ lộ thiên trái

phép khu vực Tây Nghệ An.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Thành lập bản đồ hiện trạng khai thác mỏ lộ thiên trái phép bằng việc
tích hợp giữa viễn thám và bản đồ địa hình khu vực. Về thực chất là q trình
xử lý, phân tích ảnh kết hợp với các nguồn tài liệu khác có liên quan để xác
định được các vị trí khai thác mỏ lộ thiên trái phép, vị trí phân bố trong khơng
gian và thể hiện kết quả đó dưới dạng bản đồ.
Ngồi việc phụ thuộc vào các tư liệu ảnh sẽ sử dụng, công tác thành
lập bản đồ hiện trạng khai thác mỏ lộ thiên trái phép bằng ảnh viễn thám phụ
thuộc rất nhiều vào kết quả của phương pháp giải đoán ảnh viễn thám.
4. Nội dung của luận văn
- Luận văn đã nêu được tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, nhiệm vụ của
đề tài.
Luận văn giới thiệu một cách tổng quan về tư liệu viễn thám đang được
sử dụng ở Việt Nam. Bên cạnh đó luận văn cịn đề cập đến nội dung và hiện
trạng lớp phủ rừng. Xuất phát từ thực tế vấn đề khai thác mỏ lộ thiên trái phép
ở cả nước nói chung và miền Tây Nghệ An nói riêng là rất phức tạp, vì vậy
phải có biện pháp phát hiện và ngăn chặn kịp thời. Để làm được điều đó luận
văn đã đưa ra cơ sở để thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng và chồng xếp
với bản đồ cấp phép khai thác mỏ lộ thiên. Sử dụng phương pháp này làm
thực nghiệm cho một vùng cụ thể, từ kết quả đạt được đưa ra những nhận xét,
kết luận và kiến nghị cụ thể để đạt được đưa ra nhận xét, kết luận và kiến nghị
cụ thể để đạt được mục tiêu đề ra một cách tốt hơn
5. Phương pháp nghiên cứu
Nguyên lý cơ bản của việc nghiên cứu này là các đối tượng khác nhau
ngoài thực địa sẽ phản xạ, bức xạ năng lượng, bức xạ điện từ theo cách khác


10
nhau phụ thuộc vào loại kênh phổ dùng để ghi nhận. Các hoạt động chặt phá

cây rừng để khai thác khoáng sản sẽ được các bộ cảm đặt trên vệ tinh ghi lại.
Do vây, dựa vào năng lượng phản xạ do các bộ cảm đặt trên vệ tinh thu được
ở các kênh khác nhau đối với các đối tượng khác nhau ta có thể nhận biết,
phân biệt các đối tượng, hiện tượng trên mặt đất. Nói một cách đơn giản hơn,
giữa nơi rừng xanh, núi thẳm, xa làng bản, xa đường giao thong nếu xuất hiện
một mảnh rừng bị chặt phá, đào bới ngổn ngang thì nơi đó chắc chắn có sự
khai thác trái phép mỏ lộ thiên. Người giải đoán căn cứ vào sự khác biệt về
mà sắc trên ảnh để phát hiện khu vực cần nghiên cứu.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện trạng lớp phủ rừng không chỉ là bức tranh phản ánh tình trạng
phát triển của rừng mà cịn là cơ sở để xác định những khu vực mỏ lộ thiên
trái phép. Trên một cánh rừng ngun sinh khơng có tác động khai thác của
con người, như: chặt cây phát rừng, khai thác mỏ lộ thiên, đào bới … thì trên
ảnh vệ tinh sẻ có một màu xanh là lá cây đồng nhất (nếu đó là bình đồ ảnh vệ
tinh màu tự nhiên) và sẽ có màu đỏ đậm (nếu trên bình đồ ảnh vệ tinh tổ hợp
màu hồng ngoại). Việc khai thác mỏ lộ thiên thường xảy ra ở khu vực xa dân
cư, xa nương rẫy, xa đường giao thong để tránh sự phát hiện của các lực
lượng chức năng, cho nên giữa một khu rừng nguyên sinh hoang vắng nếu có
sự đào bới, khai thác chặt cây rừng thì nơi ấy lộ ra mặt đất đá trơ trọi rất dễ
phát hiện trên ảnh vệ tinh, đặc biệt là ảnh vệ tinh có độ phân giải cao. Việc
ứng dụng tư liệu viễn thám để phát hiện các vùng mỏ lộ thiên bị khai thác dựa
trên nguyên tắc đó. Tức là chỗ nào trên ảnh tổ hợp giả hồng ngoại có những
đốm trắng, vùng trắng xuất hiện trên nền màu đỏ thì chắc chắn chỗ đấy có sự
đào bới, chặt phá thảm thực vật của con người. Dùng bình đồ ảnh vệ tinh nắn
theo một tỷ lệ xác định ta dễ dàng giải đốn ra hiện trạng lớp phủ rừng từ đó
ta có thể phát hiện được vùng đào bới khai thác mỏ lộ thiên. Nếu ta có bản đồ
cấp phép khai thác khống sản có cùng tỷ lệ với bình đồ ảnh nêu trên thì sau


11

khi chồng xếp ta có thể phát hiện ngay các vùng khai thác mỏ lộ thiên trái
phép, đó là nguyên lý của việc xác định các vùng khai thác mỏ lộ thiên trái
phép của ảnh vệ tinh và hệ thông tin địa lý.
Với cách đặt vấn đề như vậy, đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng tư
liệu viễn thám phục vụ cho việc giám sát các hoạt động khai thác mỏ lộ
thiên trái phép khu vực miền Tây Nghệ An” thực chất là sử dụng ảnh viễn
thám để xác định hiện trạng lớp phủ rừng và chồng xếp với bản đồ cấp phép
khai thác mỏ lộ thiên ta sẽ có bản đồ vị trí khai thác các mỏ lộ thiên trái phép.
Để giải quyết được vấn đề này chúng ta phải thực hiện các cơng việc
theo trình tự sau đây:
- Hiệu chỉnh quang phổ ảnh viễn thám.
- Hiệu chỉnh hình học ảnh viễn thám.
- Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu từ tư liệu ảnh tổ
hợp màu.
- Giải đoán ảnh viễn thám để lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng.
- Chồng xếp bản đồ cấp phép khai thác với bình đồ ảnh đã giải đốn để
thành lập bản đồ vị trí các mỏ lộ thiên khai thác trái phép.
7. Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương, kết luận và kiến nghị
được trình bày trong 81 trang với 5 bảng biểu và 23 hình vẽ, đồ thị.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo PGS.TS Phạm
Vọng Thành, người đã dìu dắt tơi ngay từ khi bỡ ngỡ bước vào nghề và động
viên hướng dẫn tôi trong suốt thời gian công tác và làm luận văn. Thầy là một
tấm gương lớn về tinh thần trách nhiệm, lịng tận tụy, tình u nghề và ý thức
nghiên cứu khoa học nghiêm túc. Đặc biệt thầy để lại trong tơi sự kính phục
về tri thức khoa học, lối sống yêu thương, độc lập và thẳng thắn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Sở Tài nguyên và Môi trường Nghệ


12

An nơi tôi công tác và Trung tâm Viễn thám Quốc gia đã tạo điều kiện giúp
đỡ tôi thuận lợi trong công tác, thu thập tài liệu và cố vấn nhiệt tình về mặt
chun mơn. Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Đo
ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc Địa, Phòng Đại học và Sau Đại học, Trường
Đại học Mỏ Địa chất cùng bạn bè đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tơi trong
suốt q trình học tập và làm luận văn.


13
Chương 1
KHÁI QUÁT VỀ VIỆC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ RỪNG VÀ VIỆC GIÁM SÁT
CÁC VÙNG MỎ LỘ THIÊN KHAI THÁC TRÁI PHÉP
1.1

Khái quát về bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng và các phương pháp

thành lập
1.1.1 Tình hình thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng trên thế giới và
Việt nam
a. Tình hình thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng trên thế giới
Hiện nay trên thế giới, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển,
việc xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng được tiến hành thường xuyên
trên cơ sở sử dụng tư liệu viễn thám cùng với phần mềm xử lý chuyên dụng.
Các phần mềm xử lý số hiện nay rất đa dạng và phong phú, bên cạnh đó tư
liệu viễn thám cũng có rất nhiều loại, nên tuỳ thuộc vào điều kiện và mục đích
mà người ta sử dụng các phần mềm và tư liệu khác nhau.
Việc kết hợp giữa hệ thông tin địa lý (GIS - Geographical Information
System) với tư liệu viễn thám đã mang lại hiệu quả to lớn trong việc sử dụng
và khai thác các thông tin về hiện trạng rừng. Các kết quả nhận được từ việc

xử lý ảnh số sẽ được chuyển ngay sang quản lý bằng GIS. Từ đây, các nhà
quản lý, các chuyên gia nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khác nhau có thể dễ
dàng khai thác và biến đổi dữ liệu theo mục đích, u cầu riêng của mình.
Ở các nước phát triển, người ta sử dụng kết hợp tư liệu viễn thám và GIS
để thường xuyên cập nhật các thông báo về hiện trạng sử dụng đất trong quản lý
đất đai, trong nghiên cứu hiện trạng rừng, các thảm họa thiên nhiên và dịch bệnh.
Trong Hội nghị viễn thám Châu Á lần thứ 18 tổ chức tại Kualalumpur
(Malaysia) từ ngày 20 đến 24 tháng 10 năm 1997, có rất nhiều báo cáo về việc
xử lý số tư liệu viễn thám trong việc thành lập bản đồ sử dụng đất, lớp phủ rừng,


14
cũng như việc theo dõi q trình sa mạc hóa ở vùng Autonomous (Mông Cổ)
dựa trên cơ sở theo dõi sự biến động của lớp thảm phủ.
Nói chung với sự phát triển của công nghệ tin học và kỹ thuật viễn thám
ngày nay hầu hết các nước phát triển trên thế giới cũng như các nước trong khu
vực Đông Nam Á, người ta đều sử dụng kết hợp giữa viễn thám và GIS để
thành lập các bản đồ chuyên đề, trong đó có bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng.
b. Tình hình thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng ở Việt Nam
Ở Việt Nam, việc điều tra nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất trong đó
có hiện trạng lớp phủ rừng đã được thực hiện từ những năm 50, 60 đi đầu là
công cuộc cải cách ruộng đất, nhưng việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng
đất thì mãi đến năm đầu thập kỷ 80 các bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các
tỉnh mới được xây dựng từ các tư liệu đo vẽ và thống kê diện tích các loại
hình thái sử dụng đất từ các xã, huyện tổng hợp và báo cáo lên theo một quy
trình thống nhất do Tổng cục Quản lý ruộng đất (nay là Bộ Tài ngun và Mơi
trường) quy định.
Chính phủ ngày càng thấy rõ tầm quan trọng của việc điều tra nghiên
cứu hiện trạng sử dụng đất đã yêu cầu đối với địa phương cứ 5 năm phải
thành lập mới bản đồ hiện trạng sử dụng đất của khu vực một lần, chính vì

vậy phương pháp truyền thống khơng đáp ứng được nhu cầu này. Mặt khác,
trong giai đoạn hiện nay khoa học công nghệ đang phát triển mạnh mẽ, chúng
ta đang có rất nhiều nguồn tư liệu khác nhau, có thể phục vụ cho cơng tác lập
bản đồ hiện trạng sử dụng đất đảm bảo theo yêu cầu của Nhà nước. Việc sử
dụng các tư liệu viễn thám để thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng ở Việt
Nam được bắt đầu từ những năm 1980 với những cơng trình nghiên cứu đầu
tiên về đặc trưng quang học của các đối tượng tự nhiên, sau đó là các bản đồ
hiện trạng sử dụng đất của khu vực Tây Nguyên được xây dựng trên cơ sở
giải đoán bằng mắt các tấm ảnh tổng hợp màu của vệ tinh Landsat, Spot,
Soyuz. Đây cũng là một trong những sản phẩm đầu tiên được khai thác dựa


15
vào tư liệu viễn thám nhưng mãi cho đến năm 1990 với đề tài cấp nhà nước
"Ứng dụng viễn thám thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:500.000
cho tồn quốc" thì cơng nghệ thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất với
việc giải đoán bằng mắt mới được coi là tương đối hoàn chỉnh. Cho tới
đầu thập kỷ 90, Phòng Viễn thám thuộc Viện Địa lý mới bắt đầu áp dụng
kỹ thuật xử lý ảnh số tư liệu viễn thám để thành lập các bản đồ hiện trạng
bề mặt nhưng mới ở mức độ tham khảo hỗ trợ cho quá trình xử lý bằng
mắt. Tuy vậy, kỹ thuật ngày nay càng được phổ biến rộng rãi và hoàn
thiện từng bước để trở thành một phương pháp hồn chỉnh và tồn diện.
Cùng với nó là sự ra đời và phát triển của hệ thống thông tin địa lý đã tạo
ra sự kết hợp vô cùng hiệu quả trong nhiều lĩnh vực của các ngành kinh tế
quốc dân. Trong vịng một vài năm gần đây đã có nhiều sản phẩm được ra
đời nhờ ứng dụng tư liệu viễn thám như:
- Ứng dụng viễn thám để đánh giá biến động lớp phủ vùng đất liền
Kiên Giang từ năm 1979 đến 1992 dựa trên tư liệu Landsat MSS và
Landsat TM.
- Sử dụng tư liệu viễn thám để theo dõi diễn biến chế độ che phủ

rừng Việt Nam, thành lập bản đồ rừng ở nhiều tỷ lệ khác nhau (Viện Điều
tra Quy hoạch rừng).
Hiện nay ở Việt Nam đã có hơn 20 cơ quan, tổ chức thuộc nhiều bộ,
ngành và các trường đại học đang sử dụng một cách có hiệu quả các tư liệu
viễn thám và GIS trong các chương trình, dự án thuộc lĩnh vực của mình.
Những đánh giá, phân tích ở trên cho thấy cơng nghệ viễn thám tuy
còn khá non trẻ nhưng là ngành khoa học có tốc độ phát triển nhanh, mở
ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho các ngành khoa học nghiên cứu về
trái đất vì cơng nghệ này được phát triển trên cơ sở của công nghệ vũ trụ
và công nghệ thông tin - là những công nghệ phát triển mạnh mẽ và có
tính chất "bùng nổ", đặc biệt là trong một thập kỷ trở lại đây.


16
1.1.2 Các phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng
Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu hiện trạng rất quan trọng.
Trước tiên, chúng ta phải xác định được phương nghiên cứu mà ta sử dụng.
Sau đó cần xác định rõ yêu cầu nghiên cứu có cần biết chính xác thơng tin về
nguồn gốc của hiện trạng hay khơng, từ đó có sự lựa chọn phương pháp thích
hợp. Các nghiên cứu đều cho thấy rằng, các kết quả về hiện trạng đều phải
được thể hiện trên bản đồ hiện trạng và bảng tổng hợp. Các phương pháp
nghiên cứu hiện trạng khác nhau sẽ cho những bản đồ hiện trạng khác nhau.
Có nhiều phương pháp nghiên cứu hiện trạng thường được sử dụng. Dưới đây
là một số phương pháp được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu hiện trạng và
thành lập bản đồ hiện trạng.
a. Phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng số liệu thống
kê và đo vẽ khảo sát
Trước đây, việc nghiên cứu hiện trạng lớp phủ bề mặt ở các tỉnh, huyện,
xã trong cả nước phục vụ cho công tác kiểm kê đất trên phạm vi toàn quốc
chủ yếu dựa vào nguồn số liệu thống kê về các loại hình sử dụng theo một

quy trình thống nhất. Chính vì vậy, để giải quyết có hiệu quả việc nghiên cứu
các loại hình hiện đang sử dụng, người ta phải tiến hành điều tra nhằm phát
hiện ra các quy luật hay nghiên cứu đánh giá diễn biến, từ đó thu thập những
tài liệu, số liệu cần thiết phục vụ cho công tác kiểm kê sau này.
Đo vẽ bản đồ hiện trạng rừng là công tác điều tra tổng hợp tiến hành ở
ngoài trời. Điều tra nghiên cứu hiện trạng rừng theo phương pháp truyền
thống có ưu điểm là đơn giản và các kết quả thống kê được xem là tương đối
sát với thực tế ở các địa phương tại thời điểm tiến hành điều tra, đo vẽ khảo
sát, lập báo cáo. Tuy nhiên, phương pháp này trong thực tế đã bộc lộ một số
nhược điểm sau:
- Quy trình cập nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian.
- Nội dung, ký hiệu và độ chính xác của bản đồ không thống nhất.


17
- Số liệu hiện trạng rừng không phù hợp với bản đồ khi xuất bản.
Những nhược điểm này ảnh hưởng rất lớn tới cơng tác tự động hóa, đo
vẽ và hiện chỉnh bản đồ lớp phủ rừng trong giai đoạn hiện nay.
Tiền đề cơ bản để sử dụng dữ liệu viễn thám nghiên cứu hiện trạng 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.
b. Phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng rừng bằng tư liệu viễn thám
Khoảng 10 năm trở lại đây tư liệu viễn thám đã trở thành một phương
tiện kỹ thuật hiện đại được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật
khác nhau, đặc biệt là trong các ngành địa lý - địa chất, ngành quản lý rừng,
quản lý đất đai và khí tượng thủy văn bởi những ưu thế vốn có của nó mà

những nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu truyền thống khơng thể có
được như:
- Khả năng cập nhật thơng tin.
- Tính chất đa thời gian của tư liệu.
- Tính chất phong phú của thông tin đa phổ với các dải phổ ngày càng
được mở rộng.
- Tính chất đa dạng của nhiều tầng, nhiều dạng thông tin ảnh hàng
không, ảnh chụp vũ trụ.
- Tính đa dạng của tư liệu: băng từ, phim, ảnh, đĩa từ ...
- Sự kết hợp của thông tin viễn thám với hệ thống thông tin địa lý,
thông tin liên lạc từ vũ trụ, định vị từ xa ...
Từ những ưu điểm đó mà việc lựa chọn thuật tốn thích hợp trong việc
xử lý số liệu viễn thám để thành lập bản đồ hiện trạng rừng là một vấn đề


18
quan trọng. Nếu thuật toán phân loại sử dụng hợp lý thì kết quả của việc phân
loại sẽ chính xác và thời gian tiến hành nhanh, việc xử lý trở nên đơn giản.
Ngược lại thuật toán phân loại sử dụng khơng hợp lý sẽ dẫn đến bỏ sót, phân
loại nhầm hoặc tốc độ phân loại chậm.
Tuy nhiên phương pháp này cũng còn một số mặt hạn chế như:
- Một số dạng khác nhau của lớp phủ bề mặt khó phân biệt trên ảnh.
- Thơng tin theo chiều thẳng đứng có giá trị để phân loại những đối
tượng sử dụng đất thường bị mất đi hoặc không rõ nét.
- Đối với một vùng nhỏ thì chi phí cho các tư liệu viễn thám đắt hơn so
với các phương pháp truyền thống, vì vậy sẽ khơng kinh tế.
Tư liệu viễn thám đã trở nên phổ biến trên thế giới và được áp dụng
trong nhiều ngành như nghiên cứu địa chất, thành lập bản đồ địa hình, bản đồ
địa chính, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ lớp phủ bề mặt. Trong đó thành lập bản
đồ hiện trạng rừng là một trong những ứng dụng quan trọng.

1.2 Các phương pháp giám sát các mỏ lộ thiên khai thác trái phép
Hiện nay, để giám sát các mỏ lộ thiên khai thác trái phép người ta
thường dùng 2 phương pháp:
- Phương pháp điều tra khảo sát ngoài thực địa.
- Phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý.
1.2.1 Giám sát các mỏ lộ thiên khai thác trái phép bằng điều tra khảo sát thực địa
Muốn phát hiện được các mỏ lộ thiên khai thác trái phép bằng phương
pháp điều tra khảo sát thực địa ta cần xử dụng nhiều phương tiện, máy móc,
thiết bị để trực tiếp đi đến các vùng nghi là có mỏ lộ thiên khai thác trái phép.
Quá trình khảo sát thực địa để xác định vị trí khai thác các mỏ lộ thiên trái
phép là mất nhiều cơng sức, thời gian, nhân lực. Bởi vì, muốn xác định được
vị trí khai thác mỏ lộ thiên trái phép ta phải dùng người để đi đến những nơi
có dấu hiệu khai thác mỏ lộ trái phép. Để phát hiện được vị trí các mỏ lộ thiên
khai thác trái phép nhiều khi còn dựa vào phản ánh của nhân dân và khả năng


19
phán đoán của cơ quan quản lý. Nên nếu sử dụng phương pháp điều tra khảo
sát thực địa nhiều lúc khi đã phát hiện ra khu vực có khai thác trái phép thì đã
quá muộn. Vì vậy, việc giám sát các mỏ lộ thiên khai thác trái phép bằng
phương pháp khảo sát, điều tra thực địa rất tốn kém và hiệu quả không cao.
1.2.2 Giám sát các mỏ lộ thiên khai thác trái phép bằng tư liệu viễn thám và
hệ thông tin địa lý
Ứng dụng liệu viễn thám mới nhất kết hợp với hệ thống thông tin địa lý
để xác định các vị trí mỏ lộ thiên khai thác trái phép là phương pháp khả thi.
Vì, mọi hoạt động của con người và tự nhiên trên bề mặt trái đất đề được ảnh
vệ tinh ghi nhận một cách chính xác, trung thực và khách quan. Trong những
năm vừa qua đã có nhiều nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm về việc sử dụng
ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng phục vụ cho việc
giám sát tài nguyên thiên nhiên. Qua đó cho phép rút ra một số nhận định sau:

- Sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 kết hợp với các tài liệu khác và kết
quả điều tra thực địa có thể thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng tỷ lệ
1: 10.000 và tỷ lệ nhỏ hơn.
- Về khả năng thơng tin, ta có thể xác định được các đối tượng trên ảnh
như đất nương rẫy (ở chỗ rõ hình ơ thửa), đất trồng cây lâu năm, đất rừng,
vườn ươm cây giống, đất ở, đất an ninh quốc phòng, đất trụ sở cơ quan xí
nghiệp, đất khai thác các mỏ lộ thiên, bãi thải, đất mặt nước ao hồ, đất giao
thông, thủy lợi và đất chưa sử dụng…
- Đặc điểm của ảnh vệ tinh là bao phủ một diện tích lớn, lại được ghi
nhận thông tin bề mặt đất trong cùng một thời điểm sẽ là một yếu tố hết sức
quan trọng đối với nội dung của bản đồ lớp phủ rừng, bởi lẽ bản đồ này phải
đảm bảo tính hiện thời của các đối tượng trong cùng một thời gian.
- Với các khu vực con người khó hoặc khơng thể đến được (vùng núi
cao, rừng rậm, biên giới, hải đảo…), ảnh vệ tinh là tài liệu tốt nhất có thể xác
định lớp phủ rừng mà khơng có một tài liệu nào có thể thay thế được.


20

- Do khả năng ghi nhận ảnh lặp lại theo chu kỳ, nên cho phép có thể
cập nhật được các thông tin về lớp phủ rừng, đặc biệt là đối với các vùng có
biến động lớn như các vùng khai thác trái phép mỏ lộ thiên…
- Cùng một vùng mặt đất tương ứng, các pixel sẽ cho các giá trị riêng
biệt theo từng vùng phổ ứng với các loại bước sóng khác nhau. Do đó, thơng
tin được cung cấp theo các loại ảnh vệ tinh khác nhau không chỉ phụ thuộc
vào số bit dùng để ghi nhận, mà còn phụ thuộc phạm vi bước sóng điện từ
dùng để phân biệt một số lượng lớn các đối tượng có kích thước tương tự,
cũng như tách biệt được các bức xạ từ nhiều vùng phổ khác nhau.
- Độ phân giải thời gian không liên quan đến thiết bị ghi ảnh mà chỉ
liên quan đến chu kỳ chụp lặp của vệ tinh. Độ phân giải thời gian cho phép so

sánh đặc trưng bề mặt đất theo thời gian. Nếu yêu cầu đánh giá sự biến động,
hoặc chiết tách những thay đổi của bề mặt trái đất thì vệ tinh cần phải có khả
năng chụp lặp sau một khoảng thời gian nhất định. Ưu thế của độ phân giải
thời gian là cung cấp thông tin chính xác hơn và cho phép nhận biết được sự
biến động của khu vực cần nghiên cứu. Hầu hết các vệ tinh đều bay qua cùng
một khu vực vào một khoảng thời gian cố định (mất vài ngày hoặc vài tuần)
phụ thuộc vào quỹ đạo và độ phân giải thời gian của vệ tinh.
Để giám sát được khu vực khai thác mỏ lộ thiên trái phép bằng ảnh vệ
tinh ta thực hiện theo quy trình cơng nghệ sau:
- Nhập ảnh vệ tinh,
- Tăng cường chất lượng ảnh,
- Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh,
- Giải đốn ảnh vệ tinh,
- Lập bản đồ vị trí khai thác các mỏ lộ thiên khu vực cần nghiên cứu,
- Chồng xếp bình đồ ảnh vệ tinh đã giải đoán với bản đồ cấp phép khai
thác để xác định vị trí các mỏ lộ thiên khai thác trái phép.
Như vậy, sử dụng ảnh vệ tinh hồn tồn có thể giám sát việc khai thác
trái phép các mỏ lộ thiên, hiệu quả của việc ứng dụng này càng cao khi khu
vực nghiên cứu ở nơi rừng sâu núi thẳm, điều kiện đi lại khó khăn.


21
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIỄN THÁM
2.1. Khái niệm và phân loại viễn thám
2.1.1. Khái niệm
Viễn thám được định nghĩa bằng nhiều cách khác nhau, nhưng nói chung
đều thống nhất theo quan điểm sau:
Viễn thám được định nghĩa như một khoa học và cơng nghệ mà nhờ nó
các tính chất của vật thể được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà khơng cần

tiếp xúc trực tiếp với chúng.

Hình 2.1. Mơ hình thu nhận ảnh viễn thám
Các tính chất của vật thể được xác định, đo đạc và phân tích dựa
trên mối quan hệ giữa mục đích sử dụng và nguồn tín hiệu thu nhận được.
Hình 2.1 biểu diễn một ví dụ sử dụng hệ thống xử lý ảnh trong đó có 7 thành
phần liên quan. Lưu ý rằng, có thể kỹ thuật viễn thám khơng những liên quan
đến năng lượng phản xạ mà cịn có thể thu nhận những năng lượng bức xạ.
Các thành phần trong hình 2.2 bao gồm:


22
- Năng lượng mặt trời hoặc năng lượng phát (A) - Yêu cầu đầu tiên của viễn
thám phải có một nguồn năng lượng phát. Năng lượng mặt trời hoặc những năng
lượng sóng điện từ đều được coi là nguồn năng lượng chính trong viễn thám.

Hình 2.2. Một hệ thống viễn thám hồn chỉnh
- Năng lượng phát xạ và khí quyền (B) - Trong quá trình truyền năng
lượng từ nguồn phát tới vật thể, năng lượng sẽ bị ảnh hưởng bởi bầu khí
quyền khi nó xun qua. Tương tự, khi năng lượng phản xạ từ vật thể đến bộ
cảm cũng sẽ tương tác với bầu khí quyển. Sự ảnh hưởng này diễn ra khoảng 2
giây trong mỗi lần tương tác.
- Sự tương tác với vật thể (C) - Năng lượng bức xạ từ vật thể xuyên qua
tầng khí quyền và được thu nhận bởi bộ cảm của vệ tinh. Quá trình tương tác
với vật thể trên bề mặt trái đất phụ thuộc vào đặc tính của cả vật thể và cả
năng lượng phát ra.
- Tại bộ cảm (D) - Như định nghĩa, kỹ thuật viễn thám là kỹ thuật nghiên
cứu vật thể không được tiếp xúc trực tiếp với chúng. Do đó, chúng ta cần một
bộ cảm để thu thập và ghi lại các sóng điện từ bao gồm năng lượng được phản
xạ hoặc bức xạ từ vật thể. Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ

23
hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ viễn cảm thường gọi tắt là bộ cảm. Các
buồng chụp ảnh hoặc máy quét là những ví dụ về bộ viễn cảm. Phương tiện
dùng mang các bộ cảm được gọi là vật mang. Máy bay hoặc vệ tinh là những
ví dụ về vật mang.
- Quá trình truyền, thu nhận và xử lý tín hiệu (E) - Năng lượng ghi nhận
bởi bộ cảm được truyền dưới dạng các sóng điện từ. Những dạng năng lượng
này sẽ được thu nhận và xử lý tạo ra hình ảnh (dưới dạng ảnh tương tự hoặc
dạng số) tại các trạm xử lý ảnh của từng vệ tinh.
- Q trình giải đốn và phân tích (E) - Dữ liệu ảnh sẽ được giải đoán
bằng mắt hoặc bằng các phương pháp phân tích số để thu thập chính xác các
thơng tin về đối tượng chụp.
- Ứng dụng (G) - Mục tiêu cuối cùng của kỹ thuật viễn thám là khả năng
ứng dụng các thông tin thu thập được của đối tượng. Từ các thông tin thu
nhận được thơng qua các q trình giải đốn, phân tích ảnh, chúng ta hiểu rõ
hơn về đối tượng, phát hiện những thơng tin mới hoặc giải quyết được các
vấn đề có liên quan.
2.1.2.Phân loại viễn thám
Tuỳ thuộc vào năng lượng dùng để ghi nhận thông tin người ta chia ra
hai loại viễn thám chủ động và viễn thám bị động.
a. Viễn thám chủ động và viễn thám bị động
Một trong những nguồn năng lượng chính của viễn thám là năng lượng
mặt trời. Mặt trời cung cấp một lượng năng lượng cho nghiên cứu viễn thám.
Nguồn năng lượng mặt trời được phản xạ trong dải sóng nhìn thấy, hoặc bị
hấp thụ và sau đó lại bức xạ dưới dạng sóng hồng ngoại nhiệt. Bộ cảm sử
dụng năng lượng mặt trời để đo đạc được gọi là bộ cảm bị động. Bộ cảm bị
động chỉ được sử dụng để nhận nguồn năng lượng sẵn có. Đối với tất cả năng
lượng phản xạ, bộ cảm bị động chỉ có thể thu nhận khi mặt trời đang chiếu

xuống trái đất. Sẽ khơng có nguồn năng lượng có sẵn nào từ mặt trời vào buổi