Nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám MODIS TERRA AQUA để theo dõi và quản lý mùa vụ trồng lúa tại tỉnh thừa thiên huế

i

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành khóa học và đề tài nghiên cứu tôi đã nhận được sự quan tâm,
giúp đỡ nhiệt tình, q báu của q Thầy, Cơ trong Ban Giám hiệu Nhà trường, Khoa
Tài nguyên đất và Môi trường Nơng nghiệp, Phịng Đào tạo Sau đại học –
Trường Đại
học Nơng lâm Huế. Xin gửi tới q Thầy, Cơ lịng biết ơn chân thành
và tình cảm q mến nhất.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS. Huỳnh Văn Chương, người
hướng dẫn khoa học, Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn tơi trong suốt q trình thực
hiện và hồn thiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo: Sở Tài nguyên và Môi trường
tỉnh Thừa Thiên Huế, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Thừa Thiên
Huế, Trung tâm kỹ thuật địa chính tỉnh Thừa Thiên Huế, đã giúp đỡ tận tình, tạo
điều kiện để tơi hồn thiện đề tài này.
Tơi xin cảm ơn tới gia đình, những người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã
góp ý, giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện đề tài.
Thừa Thiên Huế, ngày 25 tháng 6 năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Thanh

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


ii
LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các số liệu
trong vùng nghiên cứu của luận văn là trung thực, đầy đủ và chưa được sử dụng để bảo

vệ một học vị nào.
Tôi xin chân thành cảm ơn mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này và
tôi xin cam đoan các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Thanh

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


iii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................................................... 1
I. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................................................... 1
II. Mục tiêu chung của đề tài................................................................................................................. 1
III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................................................... 1
IV. Những điểm mới của đề tài............................................................................................................. 2
Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU....................................................... 3
1.1. Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu................................................................................. 3
1.1.1. Tổng quan về viễn thám.............................................................................................................. 3
1.1.1.1. Định nghĩa về viễn thám......................................................................................................... 3
1.1.1.2. Ưu điểm của công nghệ viễn thám...................................................................................... 3
1.1.1.3. Giới thiệu khái quát về ảnh vệ tinh MODIS.................................................................... 4
1.1.1.4. Giới thiệu về phần mềm xử lý ảnh ENVI......................................................................... 9
1.1.1.5. Tổng quan về phần mềm ENVI.......................................................................................... 10
1.1.1.6. Các chức năng cơ bản của phần mềm ENVI................................................................. 10
1.1.2. Khái niệm và phân loại đất trồng lúa................................................................................... 17
1.1.2.1. Khái niệm đất trồng lúa......................................................................................................... 17

1.1.2.2. Phân loại đất trồng lúa............................................................................................................ 17
1.1.2.3. Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa............................................................................. 18
1.2. Cơ sở thực tiễn của các vấn đề nghiên cứu............................................................................ 23
1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài.................................................................................................. 23
1.2.2. Các nghiên cứu trong nước...................................................................................................... 26
1.3. Các cơng trình liên quan đến đề tài........................................................................................... 27
Chương 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................30
2.1. Mục tiêu cụ thể................................................................................................................................. 30
2.2. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu.................................................................................................. 30
2.3. Nội dung nghiên cứu và các kết quả đạt được...................................................................... 30
2.4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................................. 30
2.4.1. Phương pháp thống kê............................................................................................................... 30
2.4.2. Phương pháp chuyên gia, chuyên khảo............................................................................... 31
2.4.3. Phương pháp thu thập thông tin, số liệu.............................................................................. 31
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu........................................................................................................ 31
2.4.5. Phương pháp xử lý ảnh bằng công nghệ số....................................................................... 31

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


iv
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN...................................................... 34
3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội tỉnh Thừa Thiên Huế............................ 34
3.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên.................................................................................................... 34
3.1.2. Đặc điểm kinh tế, xã hội........................................................................................................... 40
3.1.3. Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội.................................................. 41
3.2. Tình hình sử dụng đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế.............................42
3.2.1. Tình hình chung............................................................................................................................ 42
3.2.2. Kết quả sản xuất lúa năm 2013............................................................................................... 43
3.2.3. Công tác chỉ đạo........................................................................................................................... 43

3.2.4. Lịch thời vụ gieo cấy các giống lúa trong vụ Hè thu 2014 và Đông Xuân 2014 - 2015 trên

địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế............................................................................................................... 47
3.3. Kết quả thực hiện quy trình phân tích ảnh viễn thám MODIS TERRA/AQUA.....48
3.3.1. Mở ảnh trên phần mềm ENVI................................................................................................. 48
3.3.2. Cắt ảnh............................................................................................................................................. 51
3.3.3. Nắn chỉnh ảnh............................................................................................................................... 51
3.3.4. Che ảnh............................................................................................................................................ 51
3.3.5. Chuyển ảnh về hệ tọa độ UTM WGS 84............................................................................ 52
3.3.6. Phân loại chỉ số NDVI trên phần mềm ENVI 4.7........................................................... 53
3.3.7. Chuyển dữ liệu từ định dạng raster sang vector............................................................... 56
3.3.8. Biên tập bản đồ ảnh vệ tinh trên ENVI – Quick Map.................................................... 58
3.3.9. Mở ảnh viễn thám trên phần mềm Arc Map...................................................................... 58
3.4. Xác định mối quan hệ giữa NDVI với sự phát triển của cây lúa................................... 60
3.4.1. Tạo chuỗi NDVI đa thời gian.................................................................................................. 60
3.4.2. Kết quả tính toán chỉ số NDVI tương ứng với sự phát triển của cây lúa................63
3.5. Kết quả theo dõi diễn biến công tác xuống giống và thu hoạch cây lúa.....................68
3.5.1. Kết quả theo dõi tiến độ xuống giống cây lúa vụ Hè Thu 2014 và vụ Đông xuân 2015 68

3.5.2. Kết quả theo dõi tiến độ thu hoạch cây lúa vụ Hè Thu 2014 và vụ Đông xuân 2015

71

3.6. Những ưu điểm và tồn tại của ứng dụng................................................................................. 73
2.6.1. Ưu điểm........................................................................................................................................... 73
3.6.2. Nhược điểm.................................................................................................................................... 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................................................. 75
Kết luận........................................................................................................................................................ 75
Kiến nghị..................................................................................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................................... 77

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU – CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BDKH

Biến đổi khí hậu

CHDCND

Cộng hịa dân chủ nhân dân

DVI

Difference Vegetation Index

DN

Doanh nghiệp

DT

Doanh thu

ENVI

Environment for Visualizing Imaged

GIS

Geographic Information System

HTX

Hợp tác xã

IDL

Interactive Data Language

KH

Kế hoạch

LAI

Leaf Area Index

NDVI

Normal Different Vegetation Index

RVI

Ratio Vegetation Index

SAVI

Soil Adjusted Vegetation Index

TSAVI

Transformed Soil Adjusted Vegetation Index

VCI

Vegetation condition index

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS.................................................................. 5
Bảng 1.2. Các ứng dụng của các band phổ của ảnh MODIS..................................................... 5
Bảng 1.3. Các phương pháp tính tốn chỉ số thực vật [11]........................................................ 8
Bảng 2.1. Cơng thức tính chỉ số khác biệt thực vật [11]........................................................... 33
Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng một số loại đất nông nghiệp năm 2010................................ 38
Bảng 3.2. Hiện trạng sử dụng một số loại đất phi nông nghiệp năm 2010 [6].................39
Bảng 3.3. Kết quả sản xuất lúa năm 2013 trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế...................43
Bảng 3.4. Thời vụ gieo cấy các giống lúa vụ Hè thu 2014 [13]............................................. 47
Bảng 3.5. Thời vụ gieo cấy các giống lúa vụ Đông xuân 2014 – 2015 [14]..................... 47
Bảng 3.6. Các kênh phổ của đầu đo MODIS được sử dụng trong việc tính tốn chỉ số NDVI

Bảng 3.7. Chỉ số NDVI của các ảnh trong hai vụ hè thu 2014 và đông xuân 2015

48

tỉnh Thừa Thiên

Huế................................................................................................................................................................. 62
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát thực địa và giám sát chỉ số thực vật NDVI vụ Hè thu 2014

63

Bảng 3.9. Kết quả khảo sát thực địa và giám sát chỉ số thực vật NDVI vụ Đông xuân 2015

64

Bảng 3.10. Tiêu chuẩn để phân loại sử dụng đất.......................................................................... 66
Bảng 3.11. Chỉ số thực vật NDVI tương ứng với sự phát triển của cây lúa.......................67
Bảng 3.12. Kết quả giải đốn diện tích xuống giống lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa

Thiên Huế ngày 17/05/2014................................................................................................................. 70
Bảng 3.13. Kết quả giải đốn diện tích xuống giống lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa

Thiên Huế ngày 09/01/2015................................................................................................................. 70
Bảng 3.14. Kết quả giải đốn diện tích thu hoạch lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa Thiên

Huế ngày 21/08/2014.............................................................................................................................. 73
Bảng 3.15. Kết quả giải đốn diện tích thu hoạch lúa (ha) các huyện, thành phố thuộc tỉnh Thừa Thiên

Huế ngày 17/05/2015.............................................................................................................................. 73

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH V
Hình 1.1.

Mơ phỏng chỉ số NDVI .....

Hình 1.3.

Các kiểu sinh trưởng khác

Hình 1.4. Sự tích lũy carbohydrate trong các bộ phận khác nhau qua các giai đoạn sinh
trưởng của cây lúa ...........................................................................................
Hình 1.5. Sự phát triển của hạt lúa qua các giai đoạn sau khi trổ ....................................
Hình 1.6.

So sánh 3 giai đoạn sinh trưởng của cây lúa có thời gian sinh trưởng khác nhau
.......................................................................................................................... 22

Hình 1.7. Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng sơng Hồng ...........................
Hình 1.8. Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng Sơng Cửu Long...................
Hình 3.1. Sơ đồ vị trí địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế ...........................................................
Hình 3.2. Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất tỉnh thừa thiên Huế năm 2010 .............................
Hình 3.3. Cách hiển thị ảnh MODIS bằng phần mềm ENVI và các thơng tin ảnh .........
Hình 3.4. Ảnh EVI trên phần mềm ENVI 4.7 ..................................................................
Hình 3.5. Ảnh NDVI mở trên phần mềm ENVI 4.7 ........................................................
Hình 3.6.

Ảnh tổ hợp màu theo thứ tự các band NIR-Blue-Red mở trên phần mềm ENVI
4.7 ...............................

Hình 3.7. Ảnh MODIS khu vực Thừa Thiên Huế trước và sau khi cắt. ..........................
Hình 3.8. Khu vực tỉnh Thừa Thiên Huế sau khi cắt ảnh .................................................
Hình 3.9. Hộp thoại Convert Map Projection Parameter .................................................
Hình 3.10. Ảnh Modis tỉnh Thừa Thiên Huế trước và sau khi chuyển đổi hệ tọa độ ........
Hình 3.11. Phân loại chỉ số NDVI thành các lớp ...............................................................
Hình 3.12.

Bản đồ thể hiện chỉ số t

Hình 3.13.

Bản đồ thể hiện chỉ số t

Hình 3.14.

Bản đồ thể hiện chỉ số t

Hình 3.15.

Bản đồ thể hiện chỉ số t

Hình 3.16.

Chuyển đổi dữ liệu từ đ

Hình 3.17. Các hộp thoại trong bước chuyển đổi định dạng dữ liệu .................................
Hình 3.18. Các lựa chọn trình bày bản đồ ..........................................................................
Hình 3.19.

Hộp thoại cài đặt hệ tọa

Hình 3.20.

Cách tạo chuỗi ảnh ND

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


viii
Hình 3.21. Kết quả tạo chuỗi ảnh NDVI............................................................................................... 61
Hình 3.22. Ảnh tổ hợp tháng 5 được cắt theo vùng đất trồng lúa và load theo thứ tự band
1, 2, 3 trong ENVI 61
Hình 3.23. Bản đồ các điểm khảo sát thực địa.................................................................................... 65
Hình 3.24. Chỉ số biến động NDIV qua từng ảnh của điểm khảo sát........................................ 66
Hình 3.25. Sự phát của cây lúa qua các tháng trong vụ Hè Thu năm 2014 và vụ Đơng
Xn 2014 - 2015

67

Hình 3.26. Bản đồ thể hiện diện tích xuống giống tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Hè Thu
2014 ngày 17/05/2015

68

Hình 3.27. Bản đồ thể hiện diện tích xuống giống tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Đơng Xn
2014 – 2015 ngày 09/01/2015
69
Hình 3.28. Bản đồ thể hiện diện tích thu hoạch tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Hè Thu 2014
ngày 21/08/2014

71
Hình 3.29. Bản đồ thể hiện diện tích thu hoạch tỉnh Thừa Thiên Huế vụ lúa Đông Xuân
2014 – 2015 ngày 17/05/2015

72

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


1
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam từ trước đến nay vẫn là một nước nông nghiệp. Nông nghiệp, nơng
thơn, nơng dân Việt Nam đã, đang có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế của đất
nước. Từ một nền kinh tế nông nghiệp tập trung mang nặng tính bao cấp chuyển sang
nền kinh tế thị trường, nước ta đang phải đối mặt với hàng loạt các vấn đề kinh tế, xã
hội, cũng như môi trường. Để đạt được mục tiêu phát triển bền vững, Việt Nam cần
phải nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp, trong đó có sản xuất lúa, từ cơ sở đó
nâng cao thu nhập cho người dân. [16]
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật thế giới nói
chung và cơng nghệ viễn thám nói riêng đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
ngành và nhiều lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt, ảnh viễn thám MODIS là ảnh được cung cấp
từ cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ (NASA). Ảnh có độ phủ rộng và độ phân
giải thời gian cao đã và đang được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới.

Thừa Thiên Huế với tổng diện tích canh tác hơn 27000 ha [20], là một trong
những tỉnh có vựa lúa lớn của miền Trung Việt Nam. Do đó việc sản xuất lúa của tỉnh
có ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất hàng hóa cũng như xuất khẩu của địa phương nói
riêng và cả nước nói chung. Cho đến nay, công tác điều tra thống kê và thành lập bản
đồ hiện trạng cũng như theo dõi tiến độ xuống giống và thu hoạch chủ yếu vẫn dựa

trên công tác điều tra, khảo sát thực địa, báo cáo. Điều này không đảm bảo độ chính
xác và địi hỏi tốn nhiều thời gian, kinh phí, cũng như khơng đáp ứng kịp thời nhu cầu
để đưa ra quyết định, hoạch định chính sách không đánh giá được hiện trạng thay đổi,
cơ cấu mùa vụ và sản lượng lương thực được sản xuất.
Xuất phát từ vấn đề trên, được sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS.TS Huỳnh Văn
Chương, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám MODIS
TERRA/AQUA để theo dõi và quản lý mùa vụ trồng lúa tại tỉnh Thừa Thiên

Huế.” II. Mục tiêu chung của đề tài
Nghiên cứu sử ảnh Viễn thám MODIS TERRA/AQUA để theo dõi tiến độ
xuống giống và thu hoạch lúa phục vụ cho quản lý điều hành mùa vụ của ngành nông
nghiệp tỉnh Thừa Thiên Huế.
BI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1) Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cung cấp cơ sở khoa

học và lý luận về việc quản lý, sử dụng ảnh viễn thám trong quản lý theo dõi xuống giống
và thu hoạch lúa. Từ đó là tài liệu tham khảo để đề ra các chủ trương, chính sách và các
giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả việc khai thác các công nghệ vệ tinh.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


2
2) Ý nghĩa thực tiễn: Tạo ra công cụ theo dõi, giám sát giúp cho các nhà quản lý

có thể đưa ra các quyết định, kế hoạch tại tỉnh Thừa Thiên Huế.
IV. Những điểm mới của đề tài
Đề tài là nghiên cứu đầu tiên về ứng dụng viễn thám và GIS vào việc quản lý
xuống giống, thu hoạch lúa trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


3
Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Cơ sở lý luận của các vấn đề nghiên cứu
1.1.1. Tổng quan về viễn thám
Kỹ thuật viễn thám, một trong những thành tựu kỹ thuật 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, đặc biệt có hiệu quả cao trong ứng dụng đối với lĩnh vực nông lâm nghiệp ở nhiều nước
trên thế giới, không những đối với các nước phát triển có trình độ khoa học kỹ thuật tiên tiến
mà còn đối với các nước đang phát triển nền kinh tế hay cịn lạc hậu. Bộ Tài ngun và Mơi
trường đã lắp đặt trạm thu vệ tinh Quốc gia, áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong thành
lập bản đồ hiện trạng và theo dõi mùa vụ ở Việt Nam là công việc rất cần thiết.

1.1.1.1. Định nghĩa về viễn thám
Theo Võ Quang Minh (2010), viễn thám (Remote Sensing) được định nghĩa là sự
thu thập và phân tích thơng tin về các đối tượng, sự thu thập và phân tích này được thực
hiện từ một khoảng cách khơng gian khơng có sự tiếp xúc trực tiếp đến các vật thể.

Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ như một
phương tiện để điều tra và đo đạc đặc tính của đối tượng.
Máy bay và vệ tinh là những vật mang chủ yếu cho quan trắc trong viễn thám.
[11] 1.1.1.2. Ưu điểm của công nghệ viễn thám
Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển
nhưng đã nhanh chóng áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi ở các
nước phát triển. Công nghệ phát triển đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác
giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước, từng khu vực và
trong phạm vi toàn cầu. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám ngày càng được
nâng cao, và đây là lý do dẫn đến tính phổ cập của cơng nghệ này. Cơng nghệ viễn

thám có những ưu việt cơ bản sau:
Độ phủ trùm không gian của tư liệu bao gồm các thông tin tài nguyên, mơi
trường trên diện tích lớn của trái đất gồm cả những khu vực rất khó đến được như rừng
nguyên sinh, đầm lầy và hải đảo.
Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất do chu kỳ
quan trắc lặp và liên tục trên cùng một đối tượng trái đất của các máy thu viễn thám.
Khả năng này cho phép công nghệ viễn thám ghi lại được các biến đổi của tài nguyên,
môi trường giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
Sử dụng các dải phổ đặc biệt khác nhau để quan trắc các đối tượng (ghi nhận
đối tượng), nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục
đích, trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ của Trái đất.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


4
Cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao và siêu cao, là dữ liệu cơ
bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và hệ thống cơ sở dữ
liệu địa lý quốc gia.
Với những ưu điểm trên, công nghệ viễn thám đã đang trở thành công nghệ chủ
đạo cho quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường nước ta hiện nay. [11]
1.1.1.3. Giới thiệu khái quát về ảnh vệ tinh MODIS
Bộ cảm MODIS (Moderate Resolution Spectroradiometer) đặt trên vệ tinh Terra
và Aqua (gọi tắt là vệ tinh MODIS). Vệ tinh Terra được phóng vào quỹ đạo tháng 12
năm 1999 và vệ tinh Aqua được phóng vào tháng 5 năm 2002 với mục đích quan trắc,
theo dõi các thơng tin về mặt đất, đại dương và khí quyển trên phạm vi tồn cầu. Các
ứng dụng tiêu biểu có thể kể đến là nghiên cứu khí quyển, mây, thời tiết, lớp phủ thực
vật, biến động về nông nghiệp và lâm nghiệp…Trong khoảng thời gian một ngày đêm,
các đầu đo của các vệ tinh này sẽ quét gần hết Trái đất trừ một số giải hẹp ở vùng xích
đạo. Trong mỗi phiên thu ta sẽ thu được dữ liệu tại 36 băng phổ (nếu phiên thu được

thực hiện vào ban ngày) hoặc tại các băng từ 20 đến 36 là các băng hồng ngoại nhiệt
(nếu phiên thu được thực hiện vào ban đêm). Theo thiết kế, các dữ liệu MODIS được
sử dụng để nghiên cứu các biến động toàn cầu cũng như các hiện tượng xảy ra trên mặt
đất, trong lòng đại dương và ở tầng thấp của khí quyển. Các dữ liệu MODIS cũng
đóng một vai trị rất quan trọng trong việc xây dựng các mơ hình tương tác đúng đắn
cho các hiện tượng xảy ra trên toàn bộ Trái đất. Các mơ hình này có thể được sử dụng
để dự báo trước những biến động môi trường. [24]
Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS:
MODIS là một đầu đo bức xạ có độ bay cao (12 bit) tại 36 kênh phổ, việc sử dụng
dữ liệu sóng nằm trong khoảng từ 0,4 µm đến 14,4 µm là tùy thuộc vào yêu cầu của người
sử dụng. Các kênh phổ này có độ phân giải khơng gian khác nhau: 2 kênh có độ phân giải
250 m, 5 kênh có độ phân giải 500 m, 29 kênh cịn lại có độ phân giải 1000
0

m. Với góc chụp là 55 và độ cao quỹ đạo của Vệ tinh Terra là 705 km, độ rộng của dải

quét là 2330 km. Chính điều này cho phép dữ liệu MODIS phủ kín tồn bộ Trái đất chỉ
trong thời gian một đến hai ngày.
Đầu đo MODIS giúp các nhà khoa học quan trắc Trái đất như một thể thống nhất.
Các dữ liệu quan trắc này cho phép chúng ta dự báo những biến động trong tương lai và
phân biệt các ảnh hưởng của các tác nhân tự nhiên và các tác nhân của các hoạt động của
con người tới mơi trường. Từ đó, chúng ta có thể xây dựng nên mơ hình động lực học tồn
cầu của Trái đất bao gồm các mơ hình của khí quyển, đại dương, lục địa, đồng thời tiên
đoán trước những sự thay đổi của các đối tượng này trước khi những thay đổi này xảy ra.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


5
Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS

Độ cao vĩ đạo
Vĩ đạo
Thời gian qua xích đạo
Tốc độ quét
Độ phủ
Kích thước
Trọng lượng
Độ phân giải bức xạ
Độ phân giải không gian

Chu kỳ lặp

Bảng 1.2. Các ứng dụng của các ba

Kênh

1
2
3
4
5
6

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


7

2,105 – 2,155

8

0,405 – 0,402

9

0,438 – 0,448

10

0,483 – 0,493

11

0,526 – 0,536

12

0,546 – 0,556

13

0,662 – 0,672

14

0,673 – 0,683

15

0,743 – 0,753

16

0,863 – 0,877

17

0,890 – 0,920

18

0,931 – 0,941

19

0,915 – 0,965

20

3,66 – 3,84

21

3,929 – 3,989

22

3,929 – 3,989

23

4,02 – 4,08

24

4,433 – 4,498

25

4,482 – 4,549

26

1,36 – 1,39

27

6,535 – 6,895

28

7,175 – 7,475

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


29

8,400 – 8,700

30

9,580 – 9,880

31

10,78 – 11,28

32

11,77 – 12,27

33

13,18 – 13,48

34

13,48 – 13,78

35

13,78 – 14,08

36

14,08 – 14,38

Chỉ số thực vật và phương pháp tính:

Nguyễn Ngọc Thạch (2005), chỉ số thực vật là thông tin tiêu biểu cho việc
nghiên cứu lượng chlorophyl (diệp lục tố). Tính chất phổ biến của thực vật có đặc
điểm khác biệt với các đối tượng khác là có sự phản xạ mạnh ở dải Green (0,5 – 0,6
µm). Do đó, có sự khác biệt lớn về độ sáng giữa các band gần hồng ngoại và band
Green. Đặc điểm đó được gọi là tính chất xanh lá cây (Greeness) của đối tượng. Như
vật giữa độ sáng (Brightness) và độ xanh (Greeness) có sự khác biệt lớn nhất về giá trị
DN. Thông thường tổng độ sáng của các band cao hay thấp liên quan đến các loại đất
khác nhau. Để hình dung rõ được ý nghĩa sự khác biệt đó, người ta tạo ra chỉ số thực
vật (Normal Different Vegetation Index). [15]
Bất kỳ vật thể nào trên bề mặt đất và khí quyển đều có tác dụng điện từ. Đồng
0

thời bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không tuyệt đối (k = -274,16 ) đều
liên tục phát ra sóng điện từ (nhiệt bức xạ). Do thành phần cấu tạo của các vật thể trên
bề mặt trái đất và các thành phần vật chất trong bầu khí quyển là khác nhau nên sự hấp
thu hoặc phát xạ các sóng điện từ cũng khác nhau. Dựa trên tính chất vật lý này ta có
thể xác định được các đặc trưng quang phổ khác nhau của bề mặt trái đất và khí quyển
bằng các dữ liệu viễn thám. Một trong những đặc trưng quang phổ quan trọng nhất của
viễn thám là quang phổ thực vật, quang phổ phát xạ và phản xạ Albedo. Từ những đặc
trưng này ta có thể tính tốn được các chỉ số thực vật, làm cơ sở cho việc phân loại,
đánh giá trạng thái và biến động của lớp phủ về mặt.
Theo Dương Văn Khảm (2007), các chỉ số thực vật được phân tách từ các băng
nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại và dải đỏ là các tham số trung gian mà từ đó có

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


8
thể thấy được các đặc tính khác nhau của thảm thực vật như: Sinh khối, chỉ số diện
tích lá, khả năng quang hợp các sản phẩm sinh khối theo mùa. Những đặc tính đó có

liên quan và phụ thuộc rất nhiều vào thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tính sinh lý, sinh
hóa và sâu bệnh… [8]
Bảng 1.3. Các phương pháp tính tốn chỉ số thực vật [11]

NDVI

(The

Diffrence Vegetation Index
– Chỉ số thực vật khác biệt)
RVI (The Ratio Vegetation
Index – Chỉ số tỉ lệ thực vật)
SAVI
Vegetation Index – Chỉ số
đất có điều chỉnh bởi thực
vật)
TSAVI (Transformed Soil
Adjusted Vegetation Index
– Chỉ số chuyển đổi có điều
chỉnh bởi thực vật)
SAVI
Vegetation Index – Chỉ số

(The

đất có điều chỉnh bởi thực
vật)
PVI
Vegetation Index – Chỉ số
thực vật vng góc)

DVI
Vegetation Index – Chỉ số
điều chỉnh thực vật)
Chỉ số khác biệt thực vật (Normalized difference vegetation index NDVI):


Có nhiều chỉ số thực vật khác nhau, nhưng chỉ số khác biệt thực vật (NDVI) được
trung bình hóa một chuỗi số liệu theo thời gian sẽ là công cụ cơ bản để giám sát sự thay

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


9
đổi trạng thái lớp phủ thực vật, trên cơ sở đó biết được tác động của thời tiết, khí hậu đến
sinh quyển. Trong đó IR, R là phổ phản xạ của kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ. Từ các
giá trị định lượng của NDVI ta có thể xác định được trạng thái sinh trưởng và phát triển
của thực vật nói chung và cây trồng nói riêng. Ví dụ: Ở hình 1.1 là mơ phổ chỉ số thực vật
NDVI, rõ ràng nếu cây xanh tốt (NDVI = 0,72) lớn hơn rất nhiều so với cây bị úa vàng
(NDVI = 0,14). Như vậy từ giá trị định lượng của NDVI có thể xác định trạng thái sinh
trưởng và phát triển của thực vật nói chung và cây trồng nói riêng. [8]

0,5 − 0,8
0,5 + 0,8

= 0,72

0,4 − 0,3
0,4 + 0,3

= 0,14

Hình 1.1. Mô phỏng chỉ số NDVI
[8] 1.1.1.4. Giới thiệu về phần mềm xử lý ảnh ENVI
ENVI “The Environment for Visualizing Imaged” là một phần mềm chuyên nghiệp
và có rất nhiều chức năng xử lý ảnh viễn thám, được viết bằng ngôn ngữ IDL (Interactive
Data Language). IDL là ngôn ngữ lập trình cấu trúc mạnh được dùng cho việc xử lý ảnh
tổng hợp để đáp ứng nhu cầu xử lý ảnh máy bay, ảnh vệ tinh và đáp ứng đầy đủ nhu cầu
cho việc ứng dụng viễn thám trong môi trường thân thiện và sáng tạo. Hiện nay, ENVI
được sử dụng phổ biến trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát mơi
trường vì ENVI là một phần mềm được thiết kế tốt để đáp ứng cho các nhu cầu xử lý ảnh
và cung cấp các công cụ cho việc hiển thị dữ liệu và phân tích ảnh ở các kích thước và các
loại ảnh khác nhau trong một môi trường thân thiện với người sử dụng.
Các ưu điểm của ENVI được thể hiện ở cách tiếp cận trong cơng tác xử lý ảnh, đó là
việc kết hợp các kỹ thuật dựa trên kênh phổ và kỹ thuật dựa trên tập tin. Khi dữ liệu được mở,
các kênh phổ được lưu vào danh sách chờ xử lý của chương trình, hoặc khi các tập tin được

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


10
mở, các kênh phổ của các tập tin được xử lý như một nhóm. ENVI có tất cả các chức năng
xử lý ảnh cơ bản, trong chế độ tương tác với người sử dụng về đồ họa. Đặc biệt trong khi
xử lý, ENVI khơng có giới hạn về kênh phổ được xử lý đồng thời do vậy các dữ liệu ảnh
siêu phổ cũng có thể được xử lý và phân tích bằng ENVI. Hiện nay, ENVI phiên bản mới
có nhiều cải tiến hơn so với những phiên bản trước, có thêm nhiều chức năng và đặc biệt
là tốc độ đọc và xử lý dữ liệu nhanh hơn nhiều so với phiên bản trước. [15]

1.1.1.5. Tổng quan về phần mềm ENVI
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.
Mơi trường giao diện thân thiện.
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 cơng 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. 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. Ngồi 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 Mapinfo, Autocad, Microstation, Acrview…
1.1.1.6. 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:

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


11
a. Modul File

Mở ảnh

Thông tin về ảnh
Tạo ảnh kiểm tra, xem cấu trúc dữ liệu
Lưu ảnh ở nhiều định dạng
Làm việc với ngôn ngữ IDL

Kiểm tra, xác lập thư mục chứa dữ liệu ENVI

Chọn lựa các thay đổi và thoát khỏi chương trình

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


12
b. Modul Basic tool
Thay đổi kích thước pixel
Cắt ảnh
Xoay ảnh
Chép các kênh ảnh
Chuyển đổi cách lưu trữ.
Nới rộng dữ liệu
Thống kê, phát hiện thay đổi của
các lớp

Đo khoảng cách, diện tích Tăng
cường khả năng xử lý ảnh
Tạo ảnh phân đoạn từ ảnh phân loại

Các chức năng tự tạo vùng mẫu

Khảm
Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu

c. Modul Classification
Phân loại có chọn mẫu
Phân loại không chọn mẫu
Phân loại theo cây quyết định

Xử lý sau phân loại

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


13
d. Modul Tranform
Tăng cường chất lượng ảnh
Tạo tỷ số ảnh

Chuyển đổi hệ thống màu
Công cụ giãn ảnh

Chỉ số thực vật
Chuyển đổi các ảnh Landsat

e. Modul Fillet

Các lựa chọn cho lọc ảnh

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm

14
f. Modul Spectral

Thư viện phổ
Phổ cho vùng lấy mẫu
Xoay MNF
Chỉ số pixel gốc
Hiển thị n - chiều
Các phương pháp thành lập bản đồ

Phân tích phổ

Tính tốn phổ

Tăng độ sắc nét ảnh

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


15
g. Modul Map
Đăng ký tọa độ ảnh
Hiệu chỉnh trực giao
Khảm

Hiệu chỉnh trực giao theo hệ tọa
độ địa lý

Hiệu chỉnh lưới chiếu

Chuyển đổi lưới chiếu
Tạo dữ liệu đa kênh từ các kênh ảnh
Tính tốn phổ
Chuyển đổi hệ tọa độ
Kết nối GPS
h. Modul Vector
Mở file vector
Tạo lớp vector mới
Tạo lớp biên

Chuyển Raster sang Vector
Chuyển kết quả phân loại sangVector
Raster hóa dữ liệu điểm
Tạo DEM từ đường đồng mức
Chuyển ROI, ANN, EVF sang DXF

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm


16
i. Modul Topographic
Mở dữ liệu địa hình
Mơ hình hóa địa hình

Tạo ảnh Hill Shade
Thay các giá trị lỗi
Raster hóa dữ liệu điểm
Tạo DEM từ đường đồng mức
Hiển thị 3D

k. Modul Radar
Mở dữ liệu ảnh Radar
Xác định khẩu độ
Hiệu chỉnh antena
Góc tới
Lọc
Ảnh màu tổng hợp
Các công cụ xử lý ảnh Radar

l. Modul Help
Phần trợ giúp
Lựa chọn mô tả chuột
Thông tin về ENVI

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterm