Luận văn thạc sĩ ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện chư prông tỉnh gia lai

...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------

----------

TRẦN QUỐC KHÁNH

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM
VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ðỊA LÝ (GIS) LẬP BẢN ðỒ
HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ðẤT NĂM 2010
HUYỆN CHƯ PRÔNG - TỈNH GIA LAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành
Mã số

: QUẢN LÝ ðẤT ðAI
: 60.62.16

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHẠM VỌNG THÀNH

HÀ NỘI – 2010


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan ðề tài “Ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu Viễn thám và
Hệ thống thơng tin địa lý (GIS) lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện

Chư Prơng - tỉnh Gia Lai” là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn này là hoàn tồn trung thực và chưa hề được sử dụng để
bảo vệ một học vị nào.
Tơi xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều có xuất xứ,
nguồn gốc cụ thể. Việc sử dụng các thông tin này trong q trình nghiên cứu là
hồn tồn hợp lệ.
Tác giả

Trần Quốc Khánh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ i


LỜI CẢM ƠN

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đối với Phó giáo sư, Tiến sỹ Phạm Vọng
Thành - Người đã hết lịng tận tụy hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện
Luận văn này.
Tơi xin cảm ơn PGS, TS Nguyễn Khắc Thời, các Thầy, Cô giáo trong Khoa Tài
nguyên và Môi trường – Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội, đặc biệt là các Thầy,
Cơ thuộc Bộ mơn Quản lý ðất đai đã hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành Luận văn.
Tơi xin cảm ơn các Thầy, Cô giáo và cán bộ thuộc Viện ðào tạo sau đại học
– Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi và giúp đỡ tơi
thực hiện hồn thành Luận văn.
Tơi xin cảm ơn các cơ quan chức năng và cá nhân có liên quan thuộc tỉnh
Gia Lai ñã cung cấp tài liệu và giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện nghiên cứu ñề
tài; xin cảm ơn các anh, chị ñồng nghiệp ñang công tác tại Sở Tài nguyên và Môi
trường tỉnh Gia Lai và các bạn học viên Cao học ngành Quản lý đất đai Khóa 17
Tây Ngun đã giúp đỡ tơi trong quá trình thực hiện Luận văn; xin cảm ơn bạn bè
tơi, những người thân trong gia đình tơi đã ln cổ vũ, động viên và giúp đỡ tơi

trong suốt q trình thực hiện Luận văn này.
Một lần nữa, tơi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả

Trần Quốc Khánh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ ii


MỤC LỤC

Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các từ viết tắt

v

Danh mục bảng

vi

Danh mục hình ảnh

viii

1

MỞ ðẦU

i

1.1

Tính cấp thiết của đề tài

1

1.2

Mục đích, u cầu của đề tài

2

2

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

3

2.1

Những vấn ñề chung của viễn thám và hệ thống thơng tin địa lý (GIS)

3

2.2

Tổng quan về tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng trên thế
giới và ở Việt Nam

30

2.3

Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng ñất

34

3

ðỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU

61

3.1

ðối tượng nghiên cứu

61

3.2

Phạm vi nghiên cứu

61

3.3

Nội dung nghiên cứu

61

3.4

Phương pháp nghiên cứu

63

4

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

67

4.1

Khái quát ñặc ñiểm tự nhiên và kinh tế - xã hội huyện Chư Prông, tỉnh
Gia Lai

67

4.1.1

ðiều kiện tự nhiên

67

4.1.2

ðiều kiện kinh tế - xã hội

69

4.2

Mô tả tư liệu sử dụng trong nghiên cứu

70

4.2.1

Tư liệu viễn thám

70

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ iii


4.2.2

Về bản đồ

71

4.2.3

Về thơng tin địa lý

71

4.3

Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng ñất

71

4.3.1

Thành lập bản ñồ nền

71

4.3.2

Nhập dữ liệu, nắn ảnh, cắt ảnh

71

4.3.3

Xử lý ảnh

73

4.3.4

Suy giải ảnh số bằng mắt

75

4.3.5

Biên tập bản ñồ

76

4.3.6

Sản phẩm tạo ra trong quá trình thực nghiệm

79

4.4

Kết quả kiểm kê đất đai (được lập bằng phần mềm TK-05)

80

4.4.1

Cơ cấu sử dụng ñất

81

4.4.2

Cơ cấu diện tích theo đối tượng sử dụng, quản lý đất

81

4.4.3

So sánh ñộ chính xác giữa phương pháp ñề xuất và phương pháp
truyền thống

83

4.5

Phân tích đánh giá hiệu quả

85

5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

87

5.1

Kết luận

87

5.2

Kiến nghị

88

TÀI LIỆU THAM KHẢO

89

PHỤ LỤC

92

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Band:

Kênh ảnh (Band).

HTSDð: Hiện trạng sử dụng ñất

CSDL:

Cơ sở dữ liệu

DGN:

Cấu trúc file lưu trữ dữ liệu đồ họa của phần mềm Microstation

FAO:

Tổ chức Nơng lương thế giới (Food and Agriculture Organization)

GCP:

ðiểm khống chế mặt ñất (Ground Control Point)

GIS:

Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System)

GPS:

Hệ thống định vị tồn cầu (Global Positioning System)

Pixel:

ðiểm ảnh. Trong ảnh viễn thám ñiểm ảnh là ñơn vị nhỏ nhất thể hiện
trên ảnh

UNDP:

Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc (United National Development
Programme)

UTM:

Hệ lưới chiếu (Universal Transverse Mercator)

WGS 84: Hệ tọa ñộ thế giới xây dựng năm 1984 (World Geodetic System)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ v


DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

2.1

Một số thông số kỹ thuật của ảnh vệ tinh SPOT hiện đang sử dụng

35

2.2

Phân nhóm ảnh theo độ phân giải và khả năng ứng dụng

37

2.3

Diện tích trên bản ñồ theo quy ñịnh

40

2.4

Thống kê tổng hợp về khả năng sử dụng ảnh vệ tinh SPOT 5 cho mục
đích giải đốn các đối tượng nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng ñất

51

4.1

Tọa ñộ và sai số của các ñiểm nắn ảnh

72

4.2

Hiện trạng, cơ cấu sử dụng ñất năm 2010

82

4.3

So sánh độ chính xác với phương pháp truyền thống

84

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT

Tên hình

Trang

2.1

Các kênh sử dụng trong viễn thám

4

2.2

Ngun lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám

5

2.3

ðặc điểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT

6

2.4

Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước

8

2.5

ðặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng

9

2.6

Các thông số cơ bản của hệ thống vệ tinh SPOT

12

2.7

Mơ hình trộn màu cơ bản

14

2.8

Hiện ảnh theo màu thực và bảng mã màu

17

2.9

Một bản ñồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau

18

2.10

Cấu trúc hệ thống thơng tin địa lý GIS

19

2.11

Vai trị của viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu
GIS

27

2.12

ðộ chính xác của ảnh vệ tinh và yêu cầu cập nhật dữ liệu

28

2.13

Vai trò của GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết ñịnh

29

2.14

Mẫu suy giải một số loại hình HTSDð trên ảnh vệ tinh SPOT

58

2.15

Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

60

4.1

Tư liệu sử dụng trong cơng tác xây dựng bản đồ hiện trạng

70

4.2

Q trình cắt ảnh khu vực thử nghiệm

72

4.3

Kết quả phân loại có kiểm định

73

4.4

Kết quả phân loại khơng có kiểm định

75

4.5

Biên tập bản đồ HTSDð trên phần mềm MicroStation

77

4.6

Quy trình biên tập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

78

4.7

Ảnh vệ tinh huyện Chư Prơng

79

4.8

Sơ đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Chư Prơng

80

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ vii


1. MỞ ðẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
ðất đai là tư liệu sản xuất ñặc biệt, là ñịa bàn phân bố của các tổ chức kinh tế
- xã hội, an ninh, quốc phòng, khu dân cư, là nhu cầu tất yếu của cuộc sống. Do tầm
quan trọng của việc ñiều tra nghiên cứu hiện trạng sử dụng ñất nên Luật ðất ñai
2003 quy ñịnh việc kiểm kê ñất ñai ñược tiến hành năm năm một lần.
Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất (HTSDð) là tài liệu quan trọng và cần thiết
cho cơng tác quản lý Nhà nước về đất ñai, cho công tác lập quy hoạch - kế hoạch sử
dụng đất cùng nhiều mục đích chun ngành khác; cần thiết cho việc quản lý, ñịnh
hướng phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phịng. Bản đồ HTSDð ñược sử
dụng làm căn cứ ñể giải quyết các bài tốn tổng thể cần đến các thơng tin hiện thời
về bề mặt thực phủ. Bản ñồ HTSDð là nguồn dữ liệu đầu vào rất có giá trị cho hệ
thống thơng tin địa lý (GIS) và cho các ngành như nơng nghiệp, giao thơng, thuỷ
lợi, thuỷ điện, xây dựng…
Việc lập bản ñồ HTSDð theo phương pháp truyền thống bộc lộ nhiều hạn
chế về độ chính xác, tốn kém về nhân lực, thời gian, kinh phí, khó khăn trong việc
lưu trữ dữ liệu… Với tình trạng biến động đất đai như hiện nay, việc quản lý ñất ñai
bằng sổ sách và bản ñồ giấy không thể ñáp ứng ñược nhu cầu cập nhật kịp thời
những thơng tin về biến động đất đai. Cho nên cơng tác xây dựng và hiện chỉnh bản
đồ hiện trạng sử dụng ñất là một hoạt ñộng lớn của ngành. Nó địi hỏi sự phối hợp
đồng bộ và nỗ lực to lớn của tất cả các cấp quản lý cũng như nghiệp vụ kỹ thuật
trong toàn ngành. ðể ñưa công tác hiện chỉnh và xây dựng bản ñồ hiện trạng sử
dụng ñất ở tất cả các cấp theo ñịnh kỳ hàng năm và năm năm vào nề nếp, việc ứng
dụng cơng nghệ hiện đại vào trong cơng tác xây dựng bản ñồ HTSDð là ñiều cần
thiết nhằm ñáp ứng được u cầu về tính thời sự và độ chính xác mà cơng tác quản

lý đất đai địi hỏi.
Cùng với sự phát triển của công nghệ tin học, công nghệ viễn thám đã có

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 1


những bước phát triển mạnh mẽ mang lại hiệu quả cao trong việc hiện chỉnh và thành
lập các loại bản ñồ chuyên ngành khác nhau, trong ñó có bản ñồ HTSDð. Với những
ưu thế vượt trội như khả năng cập nhật thơng tin, tính đa thời kỳ của tư liệu, tính
phong phú của thơng tin đa phổ, tính đa dạng của tư liệu: băng từ, phim, ảnh, ñĩa từ…
tư liệu viễn thám ñược áp dụng ñể thành lập bản ñồ HTSDð cho nhiều khu vực mà
phương pháp truyền thống khó thực hiện…
Chư Prông là huyện miền núi của tỉnh Gia Lai với tổng diện tích tự nhiên lớn
169.551,56 ha điều kiện đi lại khó khăn, địa hình phức tạp, do đó, việc nghiên cứu:
“Ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu Viễn thám và Hệ thống thơng tin địa lý (GIS)
lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất năm 2010 huyện Chư Prông - tỉnh Gia Lai” là
một việc làm cấp thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
1.2. Mục đích, u cầu của đề tài
1.2.1. Mục đích
Khẳng ñịnh tính ưu việt của việc sử dụng tư liệu viễn thám và GIS trong
cơng tác thành lập bản đồ HTSDð.
1.2.2. Yêu cầu
- Nắm chắc những kiến thức cơ bản về viễn thám cũng như các kỹ thuật xử
lý ảnh và các phương pháp thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất từ tư liệu viễn
thám. ðề xuất áp dụng biện pháp tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thống thơng tin
địa lý trong việc thành lập bản ñồ HTSDð nhằm nâng cao ñộ chính xác, giảm giá
thành sản phẩm;
- Quy trình cơng nghệ thành lập bản đồ HTSDð ñã ñề xuất sẽ mang lại hiệu
quả kinh tế cao với độ chính xác đảm bảo, rút ngắn thời gian thành lập bản đồ do việc
tự động hóa một số khâu trong quy trình cơng nghệ thành lập bản ñồ, giúp cho việc

ñịnh hướng phát triển và khai thác có hiệu quả nguồn tài ngun đất của nước ta.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 2


2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
2.1. Những vấn ñề chung của viễn thám và hệ thống thơng tin địa lý (GIS)
2.1.1. Những khái niệm cơ bản về viễn thám
2.1.1.1. Khái niệm về viễn thám
Viễn thám ñược ñịnh nghĩa như là một khoa học cơng nghệ mà nhờ nó các
định lượng, định tính của vật thể quan sát được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà
khơng cần tiếp xúc trực tiếp với chúng.
2.1.1.2. Ngun lý chung của viễn thám
Sóng điện từ hoặc ñược phản xạ hoặc ñược bức xạ từ vật thể thường là
nguồn tài liệu chủ yếu trong viễn thám. Những năng lượng từ trường, trọng trường
cũng có thể được sử dụng.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể ñược
gọi là bộ cảm.
Phương tiện dùng ñể mang các bộ cảm ñược gọi là vật mang, gồm: khí cầu,
máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ.
Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp
ảnh và thu nhận thơng tin các đối tượng trên mặt ñất. Từ năm 1858 người ta ñã bắt
ñầu sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh nhằm mục đích thành lập bản đồ địa hình.
Những bức ảnh hàng khơng đầu tiên chụp từ máy bay ñược Wilbur Wright thực
hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia. Từ đó đến nay, phương pháp đo đạc ảnh
hàng khơng là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Trên thế giới, việc phân
tích ảnh hàng khơng đã góp phần đáng kể trong việc phát hiện nhiều mỏ dầu và
khống sản trầm tích.
Vào giữa những năm 1930, người ta đã có thể chụp ảnh màu và ñồng thời
thực hiện nhiều cuộc nghiên cứu nhằm tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức xạ

gần hồng ngoại có tác dụng hữu hiệu trong việc loại bỏ ảnh hưởng tán xạ và mù của
khí quyển. Từ năm 1960, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho phép thu được hình

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 3


ảnh ở các dải sóng khác nhau bao gồm cả dải sóng hồng ngoại và sóng cực ngắn.
Sau đó sự thành công trong việc chế tạo các bộ cảm biến và các tàu vũ trụ, các vệ
tinh nhân tạo ñã cung cấp khả năng thu nhận hình ảnh của trái đất từ trên quỹ đạo
góp phần hữu ích cho việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, biến ñộng sử dụng ñất, cấu
trúc ñịa mạo, nhiệt ñộ, gió trên bề mặt ñại dương…
Viễn thám có thể phân loại làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:
-

Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại;

-

Viễn thám hồng ngoại nhiệt;

-

Viễn thám siêu cao tần.

Hình 2.1 Các kênh sử dụng trong viễn thám
Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời.
Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500mµ. Tư liệu viễn thám thu
được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể
và bề mặt trái đất. Vì vậy, các thơng tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ
phản xạ. Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt do chính

vật thể sản sinh ra. Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều phát ra một bức xạ
có đỉnh tại bước sóng 10.000 mµ.

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 4


Trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ
ñộng và bị ñộng. Trong viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do
chính vật thể phát ra được ghi lại, cịn trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu
những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.
Mặt trời
Vệ tinh

Bức xạ mặt trời

Hấp thụ
mặt trời
Khí quyển

Rừng

Nước

Cỏ

ðất

ðường

Nhà

Hình 2.2 Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám
2.1.1.3. ðặc trưng phản xạ phổ của các ñối tượng tự nhiên
ðặc trưng phản xạ phổ của các ñối tượng trên bề mặt trái đất là thơng số
quan trọng nhất trong viễn thám. Do các thơng tin viễn thám có liên quan trực tiếp
ñến năng lượng phản xạ từ các ñối tượng nên việc nghiên cứu các ñặc trưng phản xạ
phổ của các đối tượng tự nhiên đóng vai trị hết sức quan trọng trong việc ứng dụng
hiệu quả phương pháp viễn thám.
ðặc ñiểm phản xạ phổ của các ñối tượng trên bề mặt trái đất là thơng số quan
trọng nhất trong viễn thám. ðộ phản xạ phổ được tính theo cơng thức:
ER (λ)
ρλ= -------- =
EI (λ)

Năng lượng của bước sóng λ phản xạ từ ñối tượng
------------------------------------------------------------ x 100
Năng lượng của bước sóng λ rơi vào đối tượng

ρ là độ phản xạ phổ, đó là tỷ lệ % của năng lượng rơi xuống và ñược phản xạ trở lại

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 5


Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả giải đốn các thông tin phụ thuộc rất nhiều
vào sự hiểu biết mối tương quan giữa các ñặc trưng phản xạ phổ với bản chất và
trạng thái các ñối tượng tự nhiên. ðồng thời đó cũng là cơ sở dữ liệu để phân tích
các tính chất của đối tượng tiến tới phân loại ñối tượng ñó.
ðặc trưng phản xạ phổ của các ñối tượng tự nhiên là hàm của nhiều yếu tố.
Các ñặc tính này phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, mơi trường khí quyển, bề mặt
đối tượng cũng như bản thân ñối tượng.

Khả năng phản xạ phổ của các ñối tượng phụ thuộc vào bản chất vật chất của
các ñối tượng, phụ thuộc vào trạng thái và ñộ nhẵn bề mặt của các ñối tượng, phụ
thuộc vào màu sắc của ñối tượng, phụ thuộc vào ñộ cao mặt trời trên ñường chân
trời và hướng chiếu sáng. Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng cịn phụ thuộc
vào trạng thái khí quyển và các mùa trong năm.
Tuyết
Thực vật
Cát Nước

µm

Hình 2.3 ðặc ñiểm phản xạ phổ trên các kênh ảnh SPOT
a. ðặc trưng phản xạ phổ của thực vật
Lớp phủ thực vật là ñối tượng ñược quan tâm nhiều bởi chiếm ña số diện tích
bề mặt tự nhiên. Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh là dấu hiệu ñặc trưng thay
đổi theo bước sóng. Thực vật khỏe mạnh chứa nhiều diệp lục tố phản xạ rất mạnh
ánh sáng có bước sóng từ 0,45µm - 0,67µm (tương ứng với dải sóng màu lục) vì vậy

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 6


ta nhìn thấy chúng có màu xanh lục. Khi diệp lục tố giảm đi thực vật chuyển sang có
khả năng phản xạ ánh sáng màu ñỏ trội hơn dẫn ñến lá cây có màu vàng đỏ (do tổ
hợp màu lục và ñỏ) hoặc màu ñỏ.
Ở vùng hồng ngoại, thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh. Khi sang vùng
hồng ngoại nhiệt và vi sóng một số điểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả năng
hấp thụ ánh sáng của nước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm ñi rõ rệt và
ngược lại khả năng hấp thụ ánh sáng lại tăng lên. Khả năng phản xạ phổ của mỗi
loại thực vật khác nhau không như nhau và đặc tính chung nhất về khả năng phản
xạ phổ của thực vật là:

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản
xạ phổ khác biệt rõ rệt;
- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng hấp thụ bởi diệp lục tố
trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại phản xạ;
- Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn ñến khả năng phản xạ
phổ của lá, ở ñây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt;
- Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn ñến khả năng phản xạ phổ của lá
là hàm lượng nước. Khi độ ẩm trong lá cao thì năng lượng hấp thụ là cực đại.
Thực vật nói chung khả năng phản xạ của chúng phụ thuộc vào giống loại,
giai ñoạn sinh trưởng và trạng thái phát triển của cây.
b. ðặc trưng phản xạ phổ của nước
ðặc tính chung nhất của nước là khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần
theo chiều dài bước sóng.
Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu
tới và thành phần vật chất có trong nước. Khả năng phản xạ phổ còn phụ thuộc vào
bề mặt nước và trạng thái của nước. Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại ñường
bờ nước ñược phát hiện ra rất dễ dàng, cịn một số đặc tính của nước cần phải sử
dụng dải sóng nhìn thấy để nhận biết.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 7


Trong ñiều kiện tự nhiên, mặt nước sẽ hấp thụ rất mạnh năng lượng ở dải cận
hồng ngoại và hồng ngoại, do vậy năng lượng phản xạ sẽ rất ít.
Vì khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng dài khá nhỏ, nên việc sử dụng
các kênh sóng dài ñể chụp cho ta khả năng ñoán ñọc thủy văn, ao hồ…
Ở dải sóng nhìn thấy, khả năng phản xạ phổ của nước tương ñối phức tạp.
Tuy nhiên, nước trong ñiều kiện tự nhiên không phải lúc nào cũng lý tưởng
như nước cất. Thông thường nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vơ cơ, vì vậy khả
năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước. Các

nghiên cứu cho thấy nước đục có khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong, nhất là
ở dải sóng dài. Với độ sâu tối thiểu là 30m, nồng độ tạp chất gây đục là 10mg/l thì
khả năng phản xạ phổ lúc đó là hàm số của thành phần nước chứ khơng cịn là ảnh
hưởng của chất ñáy.
Hình dưới chỉ ra ñường cong thể hiện khả năng phản xạ phổ của nước giảm
dần theo chiều dài bước súng.
r%
50
1

40

1. Hấp thụ
2. Phản xạ

30
20
2

10
0.4

0.5

0.6

(àm)
0.7

Hỡnh 2.4 Kh nng phn x và hấp thụ của nước

Người ta ñã chứng minh ñược rằng khả năng phản xạ phổ của nước phụ
thuộc rất nhiều vào độ đục của nước, ở dải sóng 0,6µm - 0,7µm thì độ đục của nước
và khả năng phản xạ phổ có mối liên hệ tuyến tính.
Hàm lượng diệp lục tố trong nước cũng là một yếu tố ảnh hưởng ñến khả
năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng ngắn và làm tăng khả năng phản xạ phổ của

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 8


nước ở bước sóng có màu xanh lá cây.
Ngồi ra, một số yếu tố khác có ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ
của nước nhưng cũng có nhiều đặc tính quan trọng khác của nước khơng thể hiện
được rõ qua sự khác biệt về phổ như ñộ mặn của nước biển, hàm lượng khí mêtan,
ơxi, nitơ, cacbonic…
c. ðặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng
ðặc tính chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ
dài bước sóng, sự khác nhau về khả năng phản xạ phổ thấy rõ nhất ở khoảng phổ
hẹp màu ñỏ.
Thổ nhưỡng chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ mà khơng có
năng lượng thấu quang. Các loại đất có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ và vơ
cơ khác nhau thì khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau.
Hình dưới chỉ ra khả năng phản xạ phổ của 3 loại đất khơ là đất mùn, ủt bi
v ủt cỏt.

r%
1
80
60

1. Đất mùn

2. Đất cát
3. Đất bụi

2

40

3

20

(àm)
0.5

0.9

1.3

1.7

2.1

Hỡnh 2.5 ðặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng
Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ của ñất là cấu trúc bề
mặt của ñất, ñộ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, hợp chất vơ cơ có trong đất.
Với đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ vì chúng ở sít nhau hơn.
Với hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn do vậy khả năng vận chuyển không

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 9

khí và độ ẩm cũng dễ dàng hơn. Khi độ ẩm lớn, trên mỗi hạt cát sẽ bọc một màng
mỏng nước do vậy ñộ ẩm và lượng nước trong loại ñất này sẽ cao hơn và do ñó ảnh
hưởng lớn ñến khả năng phản xạ phổ của chúng.
Khi ñộ ẩm tăng, khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị giảm do vậy khi hạt nước
rơi vào cát khô ta sẽ thấy cát bị thẫm hơn.
Một yếu tố nữa ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ là hợp chất hữu cơ
trong ñất. Với hàm lượng hữu cơ từ 0,5% – 5,0% đất có màu nâu sẫm. Nếu hàm
lượng hữu cơ thấp hơn đất sẽ có màu nâu sáng.
Ơxít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của ñất. Khả năng phản
xạ phổ tăng khi hàm lượng ơxít sắt giảm xuống nhất là ở vùng phổ nhìn thấy (có thể
làm giảm tới 40% khả năng phản xạ phổ khi hàm lượng ơxít sắt tăng lên). Khi loại
bỏ ơxít sắt ra khỏi đất thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên rõ rệt ở dải sóng từ
0,5µm – 1,1µm.
Như trên đã nói có nhiều yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng phản xạ phổ của
ñất, tuy nhiên chúng có liên quan chặt chẽ với nhau. Cấu trúc, độ ẩm, ñộ mịn bề
mặt, hàm lượng chất hữu cơ và ôxít sắt là những yếu tố quan trọng. Vùng phản xạ
và bức xạ phổ có thể sử dụng để ghi nhận thơng tin hữu ích về đất cịn hình ảnh ở
hai vùng phổ này là dấu hiệu để đốn đọc, ñiều vẽ các ñặc tính của ñất.
2.1.2. Vệ tinh viễn thám và tư liệu dùng trong viễn thám
2.1.2.1. Vệ tinh viễn thám
a. Vệ tinh Landsat
Vệ tinh Landsat là vệ tinh tài ngun của Hoa Kỳ được phóng lên quỹ đạo
lần ñầu tiên vào năm 1972, cho ñến nay ñã có 7 thế hệ vệ tinh Landsat được phóng
lên quỹ đạo. ðộ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980, quỹ ñạo
ñồng bộ mặt trời, chu kỳ lặp 18 ngày, bề rộng tuyến chụp 185 km.
Hai bộ cảm của vệ tinh Landsat ñều là máy quét quang cơ: bộ cảm ña phổ MSS
(Multispectral scanner) và bộ cảm chuyên ñề TM (Thematic mapper).

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 10

ðặc ñiểm của ña phổ MSS là sử dụng 4 băng phổ, mỗi băng phổ có trang bị
6 bộ thu sử dụng sợi quang học. ðộ phân giải mặt ñất từ 40 m ñến 80 m, ñộ rộng
ñường quét 185 km.
ðặc ñiểm của bộ cảm chuyên ñề TM là:
- ðộ rộng ñường quét 185 km;
- ðộ phân giải mặt ñất 30 m.
b. Vệ tinh SPOT
Vào đầu năm 1978 chính phủ Pháp quyết định phát triển chương trình
SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre) với sự tham gia của Bỉ và Thụy
ðiển. Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm nghiên cứu không gian
(Centre National d'Etudes Spatiales - CNES) của Pháp chế tạo và phát triển. Vệ tinh
ñầu tiên SPOT 1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là SPOT 2, SPOT3,
SPOT 4 và SPOT 5 lần lượt vào các năm 1990, 1993, 1998 và 2002.
Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo
là 98,7o thời điểm bay qua xích ñạo là 10h30’ sáng và chu kỳ lặp 26 ngày. Các
thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có bộ cảm HRV với kênh tồn sắc (0,51- 0,73µm) độ
phân giải 10 m, ba kênh đa phổ có độ phân giải 20 m, phân bố trong vùng sóng
nhìn thấy gồm xanh lục (0,50 - 0,59 µm), đỏ (0,61 - 0,68 µm), gần hồng ngoại
(0,79 - 0,89 µm). Mỗi cảnh có độ bao phủ mặt ñất là 60 km x 60 km. Vệ tinh
SPOT 4 với kênh toàn sắc (0,49 - 0,73 µm); ba kênh ña phổ của HRVIR tương
ñương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV và thêm kênh hồng ngoại (1,581,75 µm) có độ phân giải 20m.
Khả năng chụp nghiêng của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từ hai ảnh
chụp vào hai thời điểm với góc chụp nghiêng khác nhau và chụp lặp lại bất kỳ vị trí
nào trên mặt đất trong vịng khơng q 5 ngày ở vùng xích đạo và khơng q 3 ngày
đối với vùng vĩ độ trên 45o.

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 11

Hình 2.6 Các thơng số cơ bản của hệ thống vệ tinh SPOT
Vệ tinh SPOT 5, phóng lên quỹ đạo ngày 03 tháng 5 năm 2002, ñược trang
bị một cặp Sensors HRG (High Resolution Geometric). Mỗi một Sensor HRG có
thể thu ñược ảnh với ñộ phân giải 5 m ñen - trắng và 10 m màu. Với kỹ thuật xử lý
ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải 2,5 m, trong khi đó dải chụp phủ mặt
đất của ảnh vẫn ñạt 60 km - 80 km. ðây chính là ưu điểm của ảnh SPOT, điều mà các
loại ảnh vệ tinh cùng thời khác ở ñộ phân giải này đều khơng đạt được. Kỹ thuật thu
ảnh HRG (High Resolution Geometric) cho phép định vị ảnh với độ chính xác trên
50m nhờ hệ thống ñịnh vị vệ tinh DORIS và STARTRACKER lắp đặt trên vệ tinh.

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 12


Trên vệ tinh có máy chụp ảnh mang tên VEGETATION, hàng ngày chụp
ảnh mặt ñất trên một dải rộng 2.250 km với kích thước pixel (1x1) km trong 4 kênh
phổ. Ảnh VEGETATION ñược sử dụng rất hữu hiệu cho mục ñích theo dõi biến
ñộng ñịa cầu và ño vẽ bản ñồ hiện trạng ñất. Vệ tinh SPOT 4 và SPOT 5 có thêm
kênh phổ chụp SWIR, nhờ vậy rất thuận lợi cho nghiên cứu về ñộ ẩm và lớp phủ
thực vật, đã tạo ra nhiều ứng dụng trong nơng nghiệp, nghiên cứu hiện trạng ñất và
quản lý tài nguyên thiên nhiên.
Vệ tinh SPOT 5 là một phần của hệ thống 3 vệ tinh trong gia đình SPOT,
đó là SPOT 2, SPOT 4 và SPOT 5, hiện 2 vệ tinh SPOT 1 và SPOT 3 khơng cịn
khả năng lưu trữ. Trên quỹ đạo ln có 3 vệ tinh hoạt động nên có thể chụp ảnh
hàng ngày đối với bất kỳ khu vực nào.
c. Vệ tinh Cosmos
Ảnh vệ tinh Cosmos của Nga có hai loại: ảnh có độ phân giải cao và ảnh có
độ phân giải trung bình. Ảnh vệ tinh độ phân giải cao có kích thước ảnh 30x30cm,
độ phân giải mặt ñất 6m-7m, ñộ phủ dọc >60%. Ảnh Cosmos ñộ phân giải trung
bình có kích thước ảnh 18cm x 18cm, ñộ phân giải mặt ñất 30m, ñộ phủ dọc >60%.

Hiện nay tư liệu ảnh vệ tinh Landsat, Spot, Cosmos ñược sử dụng rộng rãi
trên thế giới và Việt Nam.
d. Vệ tinh Quickbird
Ảnh Quickbird ñánh dấu một bước quan trọng của dạng tư liệu viễn thám ñộ
phân giải cao ñược thương mại hóa. Lần đầu tiên phóng vào năm 2000 và bị thất
bại, lần thứ hai được phóng lên với độ phân giải cao (ảnh PAN – 0,6m và ảnh ña
phổ 2,4m) vào ngày 18 tháng 10 năm 2001. Vệ tinh ñược phóng lên quỹ ñạo ñồng
bộ mặt trời, ñộ cao 450 km, ñộ nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980. Các kênh phổ của
vệ tinh là xanh chàm 450-520mµ, xanh lục 520-600mµ, đỏ 630-690 mµ và hồng
ngoại gần 760-900mµ.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 13


2.1.2.2. Ảnh tư liệu viễn thám
ðối với bất kỳ hệ xử lý ảnh nào, việc quan trọng ñầu tiên là hiển thị tư liệu
viễn thám dưới dạng hình ảnh. Việc tạo ra hình ảnh của tư liệu viễn thám có liên
quan mật thiết tới việc tạo ra ảnh màu. Các màu trong tự nhiên ñều ñược tổ hợp bởi
3 màu cơ bản, q trình tổ hợp này có thể là cộng màu hoặc trừ màu. Vì vậy đối với
tư liệu viễn thám đa phổ ta có thể sử dụng 3 kênh phổ gán vào 3 màu cơ bản và như
vậy ta sẽ được một ảnh tổ hợp màu.

Hình 2.7 Mơ hình trộn màu cơ bản
Hệ thống cộng màu thường được sử dụng để hiện ảnh trên màn hình máy
tính. Ngược lại hệ thống trừ màu thường ñược áp dụng cho việc in ảnh.
ðối với tư liệu viễn thám ña phổ có số kênh phổ nhiều hơn 3 thì việc hiện ảnh tổ
hợp màu chỉ có thể được thực hiện tuần tự cho từng tổ hợp 3 kênh một.
Trong các hệ xử lý ảnh việc hiện các tư liệu ảnh số ñược thực hiện thông qua
hệ thống hiện ảnh với các thành phần gồm: bộ nhớ trung gian, bảng màu, hệ thống
chuyển đổi tín hiệu số/tương tự (D/A) và màn hình. Trong máy tính có 2 hệ thống

hiện ảnh màu đó là hệ thống ðLC (ñỏ, lục, chàm) và hệ thống mã màu. Hệ thống
ðLC cho phép thể hiện số lượng màu khơng hạn chế, cịn với hệ thống mã màu chỉ
cho phép thể hiện một số hữu hạn các màu.
Với cơng nghệ ảnh viễn thám, thơng thường để giải đốn, xác ñịnh các ñối
tượng trên ảnh, chúng ta sử dụng bình đồ ảnh và bộ khóa giải đốn ảnh số. Tuy
nhiên với đặc tính đa phổ của ảnh vệ tinh SPOT 5, dự án ñã ñưa ra một số sản phẩm
ảnh dẫn xuất cho phép hỗ trợ, tăng cường khả năng nhận dạng, xác định các loại
hình hiện trạng sử dụng đất.

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 14


Áp dụng kỹ thuật trộn ảnh (fusion image) trong các phần mềm xử lý ảnh vệ
tinh, qua đó chúng ta có thể đưa ra thêm một dạng sản phẩm ảnh trực giao là ảnh ña
phổ, hoặc ảnh màu tự nhiên, hoặc giả màu tự nhiên nhưng có độ phân giải bằng độ
phân giải ảnh tồn sắc (Panchromatic), giúp cho cơng tác phân biệt, nhận dạng và
ño vẽ ñối tượng trên ảnh hiệu quả hơn rất nhiều. Nhờ đó, việc xác ñịnh ranh giới
các yếu tố dạng vùng, dạng tuyến cũng chính xác hơn so với việc chỉ sử dụng ảnh
đen trắng (tồn sắc), ví dụ mép nước, mép đường, tường rào, hệ thống đường giao
thơng, thủy văn, ranh giới giữa một số loại cây trồng...
Sản phẩm ảnh ñầu tiên là tổ hợp màu tự nhiên (natural color Red–Green–
Blue). ðối với ảnh vệ tinh SPOT ña phổ, băng ảnh Blue ñược tạo giả từ các băng
ảnh khác, nhằm tạo tổ hợp màu tự nhiên RGB. Các ñối tượng trên mặt ñất xuất hiện
với màu sắc tương tự như mắt thường vẫn nhìn thấy, thực vật tươi tốt sẽ có màu
xanh lơ, khu vực quang đãng thì có màu rất nhạt, thực vật khơng sinh trưởng tốt có
màu nâu hoặc vàng, các con đường có màu xám, đường bờ nước có màu trắng. Khu
đất quang hoặc có cây thưa thớt khó nhận dạng hơn so với tổ hợp màu giả. ðây là
sản phẩm chính sử dụng để xác định các yếu tố hiện trạng sử dụng ñất.
Sản phẩm tổ hợp màu giả (NIR-SWIR-Blue). Mức ñộ tươi tốt của thực vật thể
hiện qua các màu đỏ, nâu, cam và vàng. ðất có thể có màu xanh lơ hoặc màu nâu.

Khu đơ thị có màu ghi trắng, màu lục-lam và màu xám; khu vực có màu xanh lam
sáng thể hiện vùng đất trống và khu vực có màu ngả về đỏ thể hiện nơi thực vật
đang sinh trưởng, cũng có thể là bãi cỏ mỏng. Nước sâu, nước trong sẽ có màu rất
tối, nước nơng hoặc có chứa phù sa sẽ xuất hiện dưới dạng màu xanh lam nhạt.
Một số sản phẩm tổ hợp màu khác như:
Tổ hợp màu NIR- SWIR-Red
Tổ hợp màu SWIR-NIR-Red
Tổ hợp màu SWIR-NIR-Blue
Tổ hợp màu SWIR-Red-Blue

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 15


Các sản phẩm ảnh tạo ra từ các băng ảnh chỉ số. Các băng ảnh chỉ số ñược
thành lập ñể hỗ trợ cho việc giải đốn các loại đất trên ảnh gồm:
Băng khác biệt về chỉ số thực vật NDVI (normalized difference
vegetation index)
Băng khác biệt về chỉ số nước NDWI (normalized difference water
index)
Băng chỉ số thực vật ñược hiệu chỉnh từ đất SAVI (soil adjusted
vegetation index)
Băng chỉ số (đất) đơ thị UI (urban index)
Băng chỉ số ñất trống BI (bare soil index)
Các sản phẩm ảnh tạo ra từ xử lý các tỷ số băng. Việc tính chuyển tỷ số băng
có thể được áp dụng nhằm giảm ảnh hưởng của mơi trường. Các tỷ số (băng) cho
thông tin duy nhất và ñộ nhạy phản xạ phổ, hoặc chênh khác về màu giữa các vật
liệu bề mặt mà chúng thường khó phát hiện trên ảnh tiêu chuẩn. Tỷ số băng cũng rất
hữu dụng cho nghiên cứu về ñất và thực vật. Sau ñây là một số sản phẩm có thể tạo
ra từ ảnh vệ tinh:
Tỷ số băng Red/NIR

Tỷ số băng NIR/Red
Tỷ số băng Green/Red
Tỷ số băng Red/Green
Tỷ số băng NIR/SWIR
Tỷ số băng SWIR/NIR
Tỷ số băng Red/SWIR
Từ các sản phẩm ảnh theo tỷ số băng, chúng ta có thể tạo ra các sản phẩm ảnh
tổ hợp màu theo các tỷ số băng như sau:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 16


Tổ hợp màu giả: SWIR/NIR (Red)–NIR/Red (Green)–NIR/SWIR (Blue)
Tổ hợp màu giả: SWIR/Red (Red)–SWIR/NIR (Green)–Red/NIR/ (Blue)
Tổ hợp màu giả: Red/NIR/ (Red)–SWIR/Red (Green)–Red/SWIR (Blue)
Tổ hợp màu giả: Red/Green (Red)–NIR/SWIR (Green)–Red/SWIR (Blue)
Tổ hợp màu giả: NIR/SWIR (Red)–NIR/Red (Green)–Red/NIR (Blue)
Tổ hợp màu giả: NIR/Red (Red)–SWIR/NIR (Green)–SWIR/Red (Blue)
Các sản phẩm ảnh viễn thám này sẽ ñược sản xuất trên dây truyền công nghệ với
các phần mềm chun dụng ở cấp trung ương. Sau đó, các sản phẩm sẽ ñược chuyển
giao xuống cho các ñịa phương và ñược khai thác sử dụng bằng hệ thống phần mềm.
Sau đây là mơ hình sử dụng các sản phẩm khác nhau từ ảnh viễn thám ñể xác
ñịnh hiện trạng sử dụng đất khi chuyển giao xuống cho địa phương:
Bình đồ ảnh vệ tinh màu tự nhiên
Bộ khóa giải đốn ảnh số
Một số sản phẩm bình đồ ảnh số đã ñược xử lý phổ. Mỗi một sản phẩm
nhằm tăng cường độ chính xác cho cơng tác giải đốn một số loại hình
hiện trạng sử dụng đất nhất định.
Hiện ảnh theo màu thực

Hiện ảnh theo mã màu

Hình 2.8 Hiện ảnh theo màu thực và bảng mã màu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ............ 17