Luận văn thạc sĩ ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1 10 000 huyện lâm thao tỉnh phú thọ

...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------------------------

NGUYỄN THỊ VIỆT NGA

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ
THÔNG TIN ðỊA LÝ ðỂ THÀNH LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG SỬ
DỤNG ðẤT TỶ LỆ 1: 10 000 HUYỆN LÂM THAO - TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI
Mã số

: 60.62.16

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

HÀ NỘI - 2011


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan:
- Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và
chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
- Các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc
là ñúng sự thật.

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Việt Nga

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

i


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Vọng Thành –
Trưởng bộ môn ðo ảnh và Viễn thám, khoa Trắc ñịa, trường ðại học Mỏ ñịa
chất - người ñã hướng dẫn, giúp ñỡ rất tận tình trong thời gian học tập và
làm luận văn tốt nghiệp cao học.
ðể hồn thành được bản luận văn này, tơi đã nhận được sự quan tâm,
tạo điều kiện của Trung tâm viễn thám Quốc gia, sở Tài nguyên và Mơi
trường tỉnh Phú Thọ, phịng Tài ngun và Mơi trường huyện Lâm Thao, các
thầy cơ giáo Viện sau đại học, bộ mơn Trắc địa bản đồ và Hệ thống thơng tin
địa lý, khoa Tài ngun và Mơi trường, đã tạo điều kiện cho tơi học tập và
giúp đỡ tơi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Tơi xin gửi tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp nơi tơi ñang sống và làm
việc ñã giúp ñỡ, ñộng viên tôi trong suốt q trình học tập và thực hiện đề tài.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Việt Nga

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

ii

MỤC LỤC
Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các chữ viết tắt

v

Danh mục bảng

vi

Danh mục hình

vii

1

MỞ ðẦU

i

1.1.Tính cấp thiết của ñề tài

1

1.2

Mục ñích, yêu cầu

2

2

TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

4

2.1

Những vấn đề chung về viễn thám

4

2.2

Hệ thống thơng tin ñịa lý (GIS)

19

2.3

Tình hình nghiên trên thế giới và ở nước ta.

25

2.4

Khái quát chung về bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

33

3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

46

3.1

ðối tượng và ñịa ñiểm nghiên cứu

46

3.1.1

ðối tượng nghiên cứu của ñề tài

46

3.1.2

ðịa ñiểm nghiên cứu

46

3.2

Nội dung nghiên cứu

46

3.3

Phương pháp nghiên cứu

47

3.3.1

Phương pháp ñiều tra, thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp

47

3.3.2

Phương pháp thống kê xử lý số liệu

47

3.3.3

Phương pháp ñiều tra, khảo sát thực tế cơ sở

47

3.3.4

Phương pháp minh hoạ trên bản đồ, biểu đồ

47

3.3.5

Phương pháp giải đốn ảnh viễn thám bằng công nghệ số

47

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

iii


4

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

49

4.1

ðiều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội

49

4.1.1

ðiều kiện tự nhiên

49

4.1.2

ðiều kiện kinh tế - xã hội

53

4.1.3

Thực trạng công tác quản lý và sử dụng đất của huyện Lâm Thao

59

4.2

Trình tự, nội dung xử lý ảnh viễn thám ñể lập bản ñồ hiện trạng
sử dụng ñất

63

4.2.1

Thu thập tư liệu

63

4.2.2

Nhập ảnh

64

4.2.3

Tăng cường chất lượng ảnh

64

4.2.4

Nắn chỉnh tư liệu ảnh

64

4.2.5

Phân loại ảnh

65

4.2.7

ðánh giá độ chính xác của kết quả phân loại

73

4.2.8

Một số kỹ thuật sau phân loại.

76

4.3

Thảo luận về kết quả thực nghiệm

85

5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

87

5.1

Kết luận

87

5.2

Kiến nghị

88

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

89

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1. Bð HTSDð – Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất
2. GIS, HTTðL – Hệ thơng tin địa lý
3. NDVI – Chỉ số thực vật
4. DBMS – Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
5. KTNN – Khí tượng nơng nghiệp
6. GCNQSDð – Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất
7. NTTS – Ni trồng thuỷ sản
8. MNCD – Mặt nước chuyên dùng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

v

DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

2.1

ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh

6

2.2

ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian

6

2.3

ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh SPOT

7

2.4

ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian

8

2.5

ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian

8

2.6

ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS

9

2.7

ðặc trưng chính và độ phân giải khơng gian

9

2.8

ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS

10

2.9

ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS

10

4.1

Chỉ tiêu ñạt ñược của một số loại cây trồng chính giai ñoạn 2008
- 2010

55

4.2

Hiện trạng sử dụng ñất của huyện

62

4.3

Các tệp mẫu ảnh xây dựng

68

4.4

Kết quả so sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại

70

4.5

Mơ tả các loại hình sử dụng đất

71

4.6

Mẫu giải đốn ảnh vệ tinh

71

4.7

Ma trận sai số phân loại ảnh

75

4.8

ðộ chính xác phân loại ảnh

76

4.9

Thống kê diện tích theo bản đồ giải đốn

82

4.10

Chênh lệch diện tích giải đốn và diện tích kiểm kê

83

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

vi


DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

2.1

Ngun lý thu nhận dữ liệu viễn thám

2.2

Các bước tiến hành giải đốn ảnh bằng mắt

13

2.3

Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số

14

2.4

Phát hiện ô nhiễm môi trường khơng khí bằng ảnh vệ tinh SPOT

15

2.5

Phổ phản xạ của thực vật, đất và nước

17

2.6

Nhiều lớp thơng tin khác nhau tổng hợp thành bản ñồ

21

2.7

Các thành phần của hệ GIS

21

2.8

Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm quản lý dữ liệu quốc gia.

29

2.9

Trình tự phân loại tư liệu viễn thám

44

3.1

Trình tự giải đốn ảnh viễn thám bằng cơng nghệ số

48

4.1

ðịa giới hành chính huyện Lâm Thao

49

4.2

Ảnh Spot huyện Lâm Thao năm 2009 ñã cắt theo ranh giới huyện

63

4.3

Xây dựng tệp mẫu cho ảnh

67

4.4

Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng ñất

68

4.5

Ảnh phân loại

73

4.6

Ảnh phân loại sau khi loại lọc nhiễu

79

4.7

Ảnh phân loại chuyển sang dạng vector

80

4.8

Bản ñồ HTSDð thu nhỏ thành lập trên Mapinfo

81

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

4

vii


1. MỞ ðẦU
1.1.Tính cấp thiết của đề tài
Bản đồ hiện trạng sử dụng ñất (HTSDð) ñược coi như loại bản ñồ
thường trực làm căn cứ ñể thu thập các thông tin hiện thời về bề mặt lớp phủ và
là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các nhà
hoạch định chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt ñất.
Bên cạnh đó, bản đồ HTSDð cịn là căn cứ để đánh giá thực trạng sử dụng ñất,
quản lý và khai thác nguồn tài nguyên và môi trường, lập quy hoạch chuyên
ngành,…
Hiện nay, ña số các ñịa phương trong cả nước vẫn sử dụng các phương
pháp thành lập bản ñồ HTSDð theo phương pháp truyền thống, quá trình cập
nhật chỉnh lý số liệu mất nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực mà bản đồ
có độ chính xác khơng cao và khơng thống nhất (do dữ liệu đầu vào khơng
đồng bộ). Hơn nữa, việc thành lập bản ñồ theo phương pháp truyền thống như
hiện nay đơi khi khơng đáp ứng kịp u cầu của cơng tác quản lý sử dụng đất.
Sự thay đổi về loại hình sử dụng đất khơng được cập nhật thường xun sẽ
gây khó khăn cho cơng tác thống kê, kiểm kê đất đai, ảnh hưởng tới cơng tác
quản lý tài ngun đất đai nói chung và cơng tác quy hoạch sử dụng đất, cơng
tác nghiên cứu các lĩnh vực chun ngành nói riêng.
Phát triển khoa học cơng nghệ nói chung và khoa học cơng nghệ viễn
thám nói riêng phục vụ công tác quản lý các nguồn tài nguyên, giám sát mơi

trường, thành lập bản đồ chun đề, bản đồ HTSDð, … đóng vai trị quan
trọng cho sự nghiệp phát triển đất nước hiện nay.
Trong vịng nửa thế kỷ trở lại đây, cơng nghệ viễn thám và hệ thơng tin ñịa
lý (GIS) ñược ứng dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu bề mặt vỏ trái đất cũng
như cơng tác thành lập bản ñồ HTSDð. Việc áp dụng phương pháp thành lập

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

1


bản ñồ HTSDð sử dụng tư liệu ảnh viễn thám tích hợp với GIS cho phép chúng
ta xác định nhanh chóng vị trí khơng gian và tính chất của đối tượng. ðồng thời,
dựa trên ñộ phân giải phổ, ñộ phân giải khơng gian và độ phân giải thời gian của
tư liệu viễn thám cho phép chúng ta xác ñịnh ñược thơng tin của đối tượng một
cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những vùng sâu, vùng xa.
Trước yêu cầu địi hỏi phải cập nhật thơng tin một cách đầy đủ, nhanh
chóng và chính xác nhất về các loại hình sử dụng đất, nên việc sử dụng tư liệu
viễn thám kết hợp với phần mềm xử lý ảnh cũng như các phần mềm thành lập
bản ñồ ñã trở thành một phương pháp có ý nghĩa thực tiễn và mang tính khoa
học cao.
Xuất phát từ thực tiễn cơng tác thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất
ở tỉnh Phú Thọ, với mong muốn tạo ñược bước ñột phá mới trong cơng tác
thành lập bản đồ ở địa phương mình, tơi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Ứng dụng cơng nghệ tích hợp tư liệu Viễn thám và Hệ thơng tin ñịa
lý (GIS) ñể thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất tỷ lệ 1:10 000 huyện
Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ”
1.2

Mục đích, u cầu

1.2.1 Mục đích
+ Nghiên cứu khả năng thành lập bản ñồ HTSDð trên cơ sở các tư liệu
ảnh viễn thám, các phương pháp thành lập, ưu nhược ñiểm từng phương pháp;
+ Nghiên cứu khả năng tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thơng tin địa lý
để thành lập bản đồ HTSDð; đưa ra quy trình cơng nghệ thành lập và ñề xuất,
áp dụng cho việc thành lập bản ñồ HTSDð ở ñịa phương;
+ Tạo ra ñược bản ñồ HTSDð làm tài liệu phục vụ cho các mục đích lập
quy hoạch chun ngành, quy hoạch sử dụng ñất, quản lý lãnh thổ, sử dụng
hiệu quả các nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

2


1.2.2 u cầu
- Nắm được các phương pháp giải đốn ảnh viễn thám, các ứng dụng
của tư liệu viễn thám và GIS trong thành lập bản ñồ HTSDð;
- ðạt ñược ñộ chính xác cao phù hợp với tỷ lệ, mục ñích của bản ñồ cần
thành lập;
- Kết quả bản ñồ thành lập tài liệu phục vụ xây dựng quy hoạch, kế
hoạch sử dụng ñất và kiểm tra thực hiện quy hoạch sử dụng ñất ñã ñược phê
duyệt của các ñịa phương và các ngành kinh tế;
- Cần nắm được tình hình quản lý sử dụng đất, có được các thơng tin quan sát
thực tế nhằm bổ trợ cho quá trình giải đốn ảnh;
- Các số liệu điều tra, thu thập phục vụ nghiên cứu phải đầy đủ, chính
xác, phản ánh trung thực và khách quan.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

3


2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.1

Những vấn ñề chung về viễn thám

2.1.1 Khái niệm về viễn thám
a. ðịnh nghĩa
Viễn thám ñược ñịnh nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương
pháp thu nhận, đo lường và phân tích thơng tin của đối tượng mà khơng có
những tiếp xúc trực tiếp với chúng [6]
b. Nguyên lý cơ bản của viễn thám
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông
tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các
vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác ñịnh. ðo
lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép
tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức
xạ ñiện từ và vật thể.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
ñược gọi là bộ cảm biến. Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy
quét. bộ cảm biến ñược ñặt trên vật mang như: máy bay, khinh khí cầu, tàu
con thoi hoặc vệ tinh….

Hình 2.1. Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

4


Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ
mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ ñược
bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận.
Thơng tin về năng lượng phản xạ của các vật thể ñược ảnh viễn thám
thu nhận và xử lý tự ñộng trên máy hoặc giải đốn trực tiếp từ ảnh dựa trên
kinh nghiệm của chuyên gia. Các dữ liệu hoặc thông tin liên quan ñến các vật
thể và hiện tượng khác nhau trên mặt ñất sẽ ñược ứng dụng vào trong nhiều
lĩnh vực khác nhau như: Nơng lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, mơi trường,...
Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua mơi trường khí quyển
sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng
bước sóng cụ thể. Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng
truyền sóng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác
giữa sóng điện từ với khí quyển sẽ có tác ñộng mạnh ñến thông tin do bộ cảm
biến thu nhận ñược [6].
c.Vấn ñề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám.
Bộ cảm giữ nhiệm vụ thu nhận các năng lượng bức xạ do vật thể phản xạ
từ nguồn cung cấp tự nhiên (mặt trời) hoặc nhân tạo do (do vệ tinh phát). Năng
lượng này được chuyển thành tín hiệu số tương ứng với năng lượng bức xạ ứng
với từng bước sóng do bộ cảm nhận được trong dải phổ ñã ñược xác ñịnh.
Có 2 loại: bộ cảm chủ ñộng và bộ cảm bị ñộng.
Bộ cảm bị ñộng thu nhận bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát xạ từ
nguồn phát tự nhiên là Mặt trời. Bộ cảm chủ ñộng lại thu năng lượng do vật
thể phản xạ từ một nguồn cung cấp nhân tạo[6].
d. Vệ tinh viễn thám và một số tư liệu sử dụng trong Viễn thám
* Vệ tinh viễn thám:
- Vệ tinh Landsat: Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài ngun đầu
tiên được phóng lên quỹ đạo năm 1972, cho đến nay đã có 7 thế hệ vệ tinh

Landsat đã được phóng lên quỹ ñạo và dữ liệu ñã ñược sử dụng rộng rãi trên
tồn thế giới. Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat được cung cấp từ 15 trạm thu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

5


nhằm phục vụ quản lý tài nguyên và giám sát mơi trường.
Vệ tinh Landsat được thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185km và có
thời điểm bay qua xích ñạo là 9h39’sáng. Dữ liệu do 2 bộ cảm biến TM và
MSS thu nhận ñược chia thành các cảnh phủ một vùng trên mặt đất
185×170km được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến
và hàng. Các giá trị của pixel được mã hố 8 bit tức là cấp độ xám ở quỹ đạo
trong khoảng 0÷255 [6].
ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh Landsat gồm:
Bảng 2.1 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh
ðộ cao bay
Quỹ đạo
Chu kỳ lặp
Thời gian hồn tất
Chu kỳ quỹ đạo
Năm phóng vào quỹ đạo

915 km (Landsat -1-3)
705km (Landsat -4,5,7)
ðồng bộ mặt trời
18 ngày (Landsat -1-3)
16 ngày (Landsat -4,5,7)
Khoảng 103 phút (Landsat -1-3)

khoảng 99 phút (Landsat -4,5,7)
1972 (Landsat -1) 1975 (Landsat -2)
1978 (Landsat -3) 1982 (Landsat -4)
1984 (Landsat -5) 1999 (Landasat -7)

Bảng 2.2 ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian
Loại bộ cảm

TM
Thematic
Mapper
(Landsat-1-5)
MSS
Multi Spectral
Scanner
(Landsat-1-5)

Kênh
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7

Bước súng
(àm)
0,45 ữ 0,52
0,52 ữ 0,60
0,63 ữ 0,69
0,76 ữ 0,90
1.55 ữ 1,75
10,4 ÷ 12,5
2,08 ÷ 2,35
0,5 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,7
0,7 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,1

Loại
Chàm
Lục đỏ
ðỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
Lục
ðỏ
Cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại

ðộ phân giải
không gian
30 m

30 m
30 m
30 m
30 m
120 m
30 m
80 m
80 m
80 m
80 m

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

6


TM
Thematic
Mapper
(Landsat-1-5)

Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 8 (Pan)

0,45 ÷ 0,52
0,53 ÷ 0,61
0,63 ÷ 0,69
0,75 ÷ 0,90
1.55 ÷ 1,75
10,4 ÷ 12,5
2,09 ÷ 2,35
0,52 ÷ 0,9

Chàm
Lục ñỏ
ðỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung Lục
ñến cận hồng ngoại

30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
60 m
30 m
15 m

- Vệ tinh SPOT
Vệ tinh SPOT-1 được cơ quan hàng khơng Pháp phóng lên quỹ ñạo năm
1986, các năm 1990, 1993, 1998 và 2002 lần lượt các vệ tinh SPOT-2,3,4 và 5

ñược ñưa vào hoạt ñộng. ðây là loại vệ tinh ñầu tiên sử dụng kỹ thuật quét dọc
tuyến chụp với hệ thống quét ñiện tử có khả năng cho ảnh lập thể dựa trên ngun
lý quan sát nghiêng, có độ phân giải cao nên ñược ứng dụng khá phổ biến trong
nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất, phân tích biến động và thành lập bản ñồ tỷ
lệ 1:10 000 và nhỏ hơn [6].
ðối với vệ tinh SPOT- 5, ñược trang bị một cặp ñầu thu HRG (High
Resolution Geometric) là loại ñầu thu ưu việt hơn so với các loại trước đó.
Mỗi một đầu thu HRG có thể thu được ảnh với độ phân giải 5m ñen - trắng và
10m mầu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh ñộ phân giải
2,5m, trong khi ñó dải chụp phủ mặt ñất của ảnh vẫn ñạt 60km ñến 80km.
ðây chính là ưu ñiểm của ảnh SPOT-5, ñiều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời
khác ở ñộ phân giải này ñều khơng đạt được.
Bảng 2.3 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh SPOT
ðộ cao bay
Quỹ ñạo
Chu kỳ lặp
Thời gian hồn tất quỹ đạo
Năm phóng vào quỹ đạo

822 km
ðồng bộ mặt trời
26 ngày
Khoảng 101 phút
1986 (SPOT -1)
1990 (SPOT-2)
1993 (SPOT-3)
1998 (SPOT-4)
2002 (SPOT-5)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

7


Bảng 2.4 ðặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải khơng gian
Kênh

Bước sóng
(µm)

Loại

ðộ phân giải
khơng gian

kênh 1
kênh 2
kênh 3

0,50 ÷ 0,59
0,61 ÷ 0,68
0,79 ÷ 0,89

Lục đến vàng
ðỏ
Cận hồng ngoại

20 m
20 m
20 m

P

0,51÷ 0,73

Lục đến đỏ

10m

kênh 1
kênh 2
kênh 3
kênh 4
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3

0,50 ÷ 0,59
0,61 ÷ 0,68
0,79 ÷ 0,89
1,58 ÷ 1,75
0,5÷0,59
0,61-0,68
0,51-0,75

Lục ñến vàng
ðỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung

20 m
20 m
20 m
20 m
2,5m
10m
5m

Tên bộ cảm
SPOT -1-3
HRV-XS:
Vùng nhìn thấy độ phân
giải cao ða phổ
HRV-P: Nhìn thấy, độ
phân giải cao, tồn sắc
SPOT-4
HRVIR-X
Nhìn thấy ñộ phân giải cao
và hồng ngoại/ña phổ
SPOT-5
HRG
ðộ phân giải cao, tồn sắc

Lục đến đỏ

- Vệ tinh MOS
Vệ tinh MOS-1 là thế hệ đầu tiên được Nhật Bản phóng vào quỹ ñạo
tháng 2 năm 1987 ñể quan sát ñại dương và nghiên cứu mơi trường biển, sau
đó MOS-1b (tháng 2/1990) với 3 thiết bị đo phổ chính có phạm vi vùng phổ
tương tự như bộ cảm biến ña phổ của vệ tinh Landsat [6].

Hiện nay tư liệu ảnh vệ tinh Landsat, Spot, Cosmos ñược sử dụng rộng
rãi trên thế giới và Việt Nam.
Bảng 2.5 ðặc trưng chính của bộ cảm và ñộ phân giải không gian
Tên của bộ cảm
biến
MESSR:
Bức xạ kế tự qt
ða phổ
MSR:
Bức xạ kế qt
Vơ tuyến tần cao
VTIR:
Nhìn thấy và nhiệt
Bức xạ kế hồng
ngoại

Kênh
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4

Bước sóng
µm
0,51 ÷ 0,59
0,61 ÷ 0,69
0,72 ÷ 0,80
0,80 ÷ 1,10

Loại

Lục
ðỏ
Hồng ngoại gần
Hồng ngoại gần

ðộ phân
giải
50 m
50 m
50 m
50 m

Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4

23 ± 0,2 GHz
31,4 ± 0,25 GHz
0,5 ÷ 0,7
6,0 ÷ 7,0
10,5 ÷ 11,5
11,5 ÷ 12,5

Vơ tuyến cao tần
Vơ tuyến cao tần
Nhìn thấy
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại nhiệt

32 km
23 km
900 km
2700 km
2700 km
2700 km

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

8


Bảng 2.6 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS
ðộ cao bay
Quỹ ñạo
Chu kỳ lặp

909 km
ðồng bộ
mặt trời
17 ngày

Thời gian hồn tất chu
kỳ quỹ đạo
Năm phóng vào quỹ
đạo

Khoảng 103 phút
1987 (MOS -1) 1990

(MOS -1b)

- Vệ tinh IRS
Một loạt các vệ tinh viễn thám của Ấn ðộ được phóng lên quỹ đạo để
thực hiện việc nghiên cứu tồn bộ phần lục ñịa của bề mặt trái ñất, bao gồm
vệ tinh IRS-1 phóng vào đầu năm 1988; vệ tinh thế hệ thứ ba IRS-1C
(12/1995) với ba bộ cảm biến chính PAN kênh ñơn, ñộ phân giải cao, LISS-3
ñộ phân giải trung bình, gồm bốn kênh phổ và WiFS (Wide Field Sensor) ứng
với hai kênh phổ có độ phân giải thấp. Vệ tinh IRS có thể tạo ảnh lập thể ứng
với kênh tồn sắc (PAN) giống ảnh SPOT nhưng góc quan sát nghiêng của vệ
tinh IRS là 260. Ảnh IRS có ñộ phân giải cao sử dụng rất tốt trong việc thành
lập bản ñồ và quy hoạch thành phố, ảnh ña phổ do LISS-3 tương tự như
LandsatTM, sử dụng tốt cho việc phân biệt thực vật, thành lập bản ñồ hiện
trạng sử dụng ñất và quy hoạch tài nguyên thiên nhiên [6].
Bảng 2.7 ðặc trưng chính và độ phân giải khơng gian
Bc
súng
(àm)

phõn
gii
(IRS 1D)

Loi b cm

Kờnh

PAN
B cm ton sc

P

0,50 ữ0,75 Nhỡn thấy (lục đến cận
hồng ngoại)

5,8 m

5,2 ÷ 5,8 m

Kênh2
Kênh3
Kênh4
Kênh5

0,52 ÷0,59 Nhìn thấy(lục đến vàng)
0,62 ÷0,68 Nhìn thấy (lục đến đỏ )
0,77 ÷0,86 Cận hồng ngoại
1,55 ÷1,70 Hồng ngoại trung

24 m
24 m
24 m
70 m

21 ÷ 23
21 ÷ 23
21 23
63 70

LISS -3

Bộ cảm trợ qt
ảnh tuyến tính

Loại

ðộ phân
giải
(IRS 1C)

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

9


Bảng 2.8 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS
ðộ cao bay
Quỹ đạo
Chu kỳ lặp
Thời gian hồn tất chu kỳ quỹ đạo
Năm phóng vệ tinh

IRS -1C

IRS -1D

817 km

780 km (trên xích đạo)

ðồng bộ mặt trời

ðồng bộ mặt trời

24 ngày

25 ngày

-

-

1995

1997

- Vệ tinh IKONOS
IKONOS là loại vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao (1m)
được đưa vào không gian tháng 9/1999. Bộ cảm biến OSA (Optical sensor
assembly) của vệ tinh IKONOS sử dụng nguyên lý quét điện tử và có khả
năng thu đồng thời ảnh tồn sắc và đa phổ. Ngồi khả năng tạo ảnh có ñộ
phân giải cao nhất vào thời ñiểm năm 2000, ảnh IKONOS cịn có độ phân giải
bức xạ rất cao để ghi nhận năng lượng phản xạ. Nhiều ứng dụng cho việc
quản lý đơ thị và quy hoạch tại các thành phố lớn trên thế giới ñã chứng minh
cho ưu thế của ảnh IKONOS ñộ phân giải cao, trong tương lai ảnh độ phân
giải cao sẽ giữ vai trị quan trọng trong việc thành lập bản ñồ và quan sát
thành phố.
Bảng 2.9 ðặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS
Tên của cảm
biến

Kênh

Bước sóng (µm)

ðộ phân giải

OSA:
Bộ cảm tồn sắc

P
Kênh 1

0,45 ÷ 0,90
0,45 ÷ 0,52

1m

ða phổ

Kênh 2
Kênh 3

0,52 ÷ 0,60
0,63 ÷ 0,69

4m

Kênh 4

0,76 ÷ 0,90

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

10


Ảnh IKONOS được sử dụng khơng chỉ để thành lập và cập nhật bản đồ
địa hình tỷ lệ trung bình, giám sát phân tích biến động mà cịn có thể tạo ra
hình ảnh thực cho khu vực phục vụ dịch vụ kinh doanh và du lịch. Các loại
ảnh vệ tinh thương mại có độ phân giải cao khác có thể sử dụng hiện nay như:
Orbvieww-3, Quickbird, và EROS-A1.
- Vệ tinh Quickbird
Quickbird ñánh dấu một bước quan trọng của dạng tư liệu viễn thám
phân giải cao được thương mại hố. Lần ñầu tiên phóng vào năm 2000 bị thất
bại, lần thứ hai được phóng lên với độ phân giải cao (ảnh PAN - 0,6m và ảnh
ña phổ 2,4m) vào 18/10/2001. Vệ tinh được phóng lên quỹ đạo đồng bộ mặt
trời, độ cao 450km, ñộ nghiêng mặt phẳng quỹ ñạo 980. Các kênh phổ của vệ
tinh là xanh chàm 450-520 mµ, xanh lục 520-600 mµ, đỏ 630-690 mµ và
hồng ngoại gần 760-900mµ [5].
- Vệ tinh WorldWiew-2
WorldWiew-2 được phóng lên quỹ đạo ngày 8 tháng 10 năm 2009 tại
Vandenberg, California, Hoa Kỳ.
- Thu nhận ảnh có độ phân giải: 0,46 m (tồn sắc);1,8 m (đa phổ);
0,52m (tồn sắc); 2,4 m (đa phổ) (tại góc chụp 20° )
- Chu kỳ: 1,1 ngày hoặc ít hơn và 3,7 ngày ở 200.
- Các kênh phổ: Toàn sắc; 8 kênh ña phổ (4 kênh màu chuẩn: ñỏ, lục,
chàm, cận hồng ngoại-1 và 4 kênh màu mới: ðỏ ñậm, chàm tím, vàng, cận
hồng ngoại-2);
- Diện tích thu nhận/1 ảnh: 16,4 km x 16,4 km [6].
* Một số tư liệu sử dụng trong viễn thám

- Ảnh tương tự:
Ảnh tương tự là ảnh chụp trên cơ sở của lớp cảm quang halogen bạc,
ảnh tương tự thu ñược từ các bộ cảm tương tự dùng phim, không sử dụng các

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

11


hệ thống quang điện tử. Những tư liệu này có ñộ phân giải không gian cao
nhưng kém về ñộ phân giải phổ [1].
- Ảnh số
Ảnh số là dạng tư liệu ảnh không lưu trữ trên giấy ảnh hoặc phim. Ảnh
số ñược chia thành nhiều phần tử nhỏ gọi là pixel. Mỗi pixel tương ứng với
một đơn vị khơng gian.
Ảnh số ñược ñặc trưng bởi một số thông số cơ bản về hình học, bức xạ
như trường nhìn khơng đổi, góc nhìn tối đa, độ phân giải mặt đất [1].
- Số liệu mặt ñất
Số liệu mặt ñất là tập hợp các quan sát mơ tả, đo đạc về các điều kiện
thực tế trên mặt ñất của các ñịa vật cần nghiên cứu nhằm xác định mối tương
quan giữa tín hiệu thu ñược và bản thân các ñối tượng. Các số liệu đó bao
gồm thơng tin tổng quan về đối tượng nghiên cứu như chủng loại, trạng thái,
tính chất phản xạ, hấp thụ phổ, nhiệt độ … và thơng tin về mơi trường xung
quanh như góc chiếu, độ cao mặt trời, cường ñộ chiếu sáng, trạng thái khí
quyển, nhiệt ñộ, ñộ ẩm khơng khí, hướng và tốc độ gió …[1].
- Số liệu ñịnh vị mặt ñất
ðể thu thập số liệu ñịnh vị mặt đất người ta sử dụng hệ thống định vị
tồn cầu GPS phục vụ quá trình hiệu chỉnh hình học của ảnh vệ tinh [1].
- Bản ñồ và số liệu địa hình
ðể phục vụ cho mục đích nghiên cứu của viễn thám ngồi những tư

liệu trên cần phải có các tài liệu địa hình và chun đề như bản đồ ñịa hình,
bản ñồ chuyên ñề sử dụng ñất, ñịa chất, bản đồ kinh tế xã hội, mơ hình số địa
hình …rất cần thiết [1].
2.1.2 Phương pháp xử lý thông tin Viễn thám
a. Khái niệm giải đốn ảnh Viễn thám
Giải đốn ảnh vệ tinh ñược ñịnh nghĩa như là một quá trình tách

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

12


thơng tin định tính cũng như định lượng từ ảnh viễn thám tạo ra bản ñồ
chuyên ñề dựa trên các tri thức chun mơn hoặc kinh nghiệm của người
giải đốn [6].
Sơ đồ tổng qt cho việc giải đốn được thể hiện như sau:
Chuẩn bị

ðọc thông tin dữ liệu

ðọc ảnh

Chuẩn bị dữ liệu ảnh (ảnh tương tự hoặc ảnh số)

ðọc các thơng số hỗ trợ và định vị ảnh theo bản đồ

Tạo khố giải đốn (hình dạng, kích thước , màu sắc..)

ðo ảnh

ðo ñạc các yếu tố ñịnh lượng (ño dài, ñộ cao,vị trí ...)

Phân tích ảnh

Tách gộp các yếu tố của đối tượng và gán thuộc tính

Thành lập bản đồ chun đề

Trình bày các kết quả giải đốn và thể hiện trên bản đồ

Hình 2.2 Các bước tiến hành giải đốn ảnh bằng mắt
b. Giải đốn ảnh bằng mắt.
Phân tích bằng mắt ñược thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh. Phân
tích ảnh bằng mắt có sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức chun mơn của
người phân tích để từ đó khai thác được các thơng tin có trong tư liệu ảnh. Kết
quả giải đốn phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích. Hạn chế
của giải đốn bằng mắt là khơng nhận biết được hết các đặc tính phổ của đối
tượng, ngun nhân do khả năng phân biệt về phổ của mắt người hạn chế tối
đa là 12-14 mức.
ðể giải đốn ảnh, ngồi sự trợ giúp của máy tính và sự hỗ trợ của phần
mềm ñể xác ñịnh các ñặc trưng phổ phản xạ, người giải đốn cịn căn cứ vào một
số chuẩn giải đốn, ñặc trưng của các ñối tượng cũng như kinh nghiệm của các
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

13


chun gia, có thể chia các chuẩn giải đốn thành 8 nhóm chính: Kích thước,
hình dạng, bóng râm, độ đen, màu sắc, cấu trúc, hình mẫu và mối quan hệ [6].
b. Giải đốn ảnh bằng cơng nghệ số.

Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu ñược trong kỹ thuật viễn thám thường dưới
dạng số và được xử lý bằng máy tính ñể tạo ảnh ñã ñược giải ñoán ứng dụng
vào nhiều lĩnh vực khác nhau.
Phương pháp với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chun
dụng có thể tách chiết rất nhiều thơng tin phổ của đối tượng, từ ñó nhận biết
các ñối tượng một cách tự ñộng. Tuy nhiên, q trình xử lý ảnh số cần có sự
kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức chuyên môn với hiểu biết về đối tượng của
người phân tích.
Các dữ liệu thu được trong viễn thám thường ñược lưu dưới dạng ảnh
số nên vấn ñề xử lý ảnh số trong viễn thám giữ vai trị quan trọng trong việc
tách thơng tin hữu ích phục vụ cho rất nhiều chuyên ngành khác nhau. Nội
dung các thành phần xử lý cơ bản và trình tự tiến hành có thể hệ thống và tóm
tắt như sau [6]:

Hình 2.3 Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

14


2.1.3 Một số ứng dụng của Viễn thám
- Nghiên cứu mơi trường
Cơng nghệ viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho cơng tác
giám sát tài ngun thiên nhiên và mơi trường ở cấp độ từng nước, từng khu
vực và trong phạm vi toàn cầu nhờ các khả năng ưu việt của Viễn Thám, như:
+ ðộ phủ trùm không gian lớn;
+ Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài ngun, mơi trường trái đất
do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục;
+ Sử dụng các dải phổ khác nhau để quan trắc các đối tượng [10].

Hình 2.4 Phát hiện ơ nhiễm mơi trường khơng khí bằng ảnh vệ tinh
SPOT
Ứng dụng cơng nghệ Viễn Thám để nghiên cứu mơi trường và sự
biến đổi mơi trường bao gồm: ðiều tra về sự biến ñổi sử dụng ñất và lớp
phủ; vẽ bản đồ thực vật; nghiên cứu các q trình sa mạc hoá và phá rừng;
giám sát thiên tai (hạn hán, cháy rừng, bão, mưa đá...); nghiên cứu ơ nhiễm
nước và khơng khí; nghiên cứu mơi trường biển (đo nhiệt độ, màu nước
biển, gió sóng)...
Các cơng trình nghiên cứu của Việt Nam về ô nhiễm môi trường không
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

15


khí mới dừng ở mức xử lý các số liệu từ các trạm quan trắc mặt ñất. Theo
nghiên cứu mới nhất của trường ðại học Giao thông, thiệt hại do khí phát thải
của xe cơ giới ở 5 thành phố Hà Nội, Hải Phịng, ðà Nẵng, TP. Hồ Chí Minh
và Cần Thơ chiếm vào khoảng 0,3%-0,6% GDP của thành phố.
Với việc xây dựng Hệ thống trạm thu ảnh vệ tinh mặt ñất (2005-2007)
thuộc dự án “Xây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi
trường Việt Nam” do Trung tâm Viễn thám quốc gia thuộc Bộ Tài nguyên và
Mơi trường chủ trì, đã tạo ra những khả năng và điều kiện mới thực hiện cơng
tác giám sát tài ngun và mơi trường ðẤT - NƯỚC - KHƠNG KHÍ nhanh
hơn, chính xác hơn và đầy đủ hơn [3].
- Nghiên cứu thực vật rừng:
Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn cầu nghiên cứu lớp phủ thực
vật theo ngày, mùa vụ, năm, tháng và theo giai ñoạn; ñiều tra phân loại rừng,
diễn biến của rừng; nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng...
Tư liệu viễn thám ñược ghi nhận trên nhiều kênh phổ, ñiều ñó giúp cho

cơng tác giải đốn các yếu tố nội dung của bản ñồ một cách thuận lợi, ñặc biệt
là khi giải ñoán về các loại thực vật, thổ nhưỡng. Tuỳ thuộc vào bước sóng
điện từ phản xạ hay bức xạ từ các vật thể sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu
sắc khác nhau.
Phản xạ phổ ứng với từng lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sự
tương tác giữa các bức xạ ñiện từ và vật thể, điều này cho phép viễn thám có thể
xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thơng qua việc đo lường phản
xạ phổ [6].

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

16


Hình 2.5 Phổ phản xạ của thực vật, đất và nước

- Nghiên cứu thuỷ văn
ðể phục vụ các mục đích quản lý và khai thác tài nguyên nước phải
ñiều tra và giám sát sự phân bố các ñối tượng thủy văn và các nguồn nước
ngầm, khối lượng và chất lượng cũng như diễn biến theo mùa, theo thời gian
của chúng, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan như lũ lụt, nhiễm mặn, biến
động lịng sơng, lịng hồ,…
Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể đem lại nhiều thơng tin trực tiếp và gián
tiếp về các nguồn nước mặt cũng như nước ngầm. Các thông tin về chất lượng
nước và về nước ngầm cũng cần ñược nghiên cứu áp dụng, khai thác từ ảnh
vệ tinh. Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh ñể ñiều tra, giám sát tài nguyên nước là
một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất.
Ảnh vệ tinh ñã ñược một số cơ quan sử dụng để khảo sát, thành lập bản
đồ biến động lịng sơng ở các tỉ lệ khác nhau, từ 1:100 000 ñến 1:25 000 cho
hệ thống sông Cửu Long, một số sông ở miền Trung và sông Hồng. Ảnh vệ

tinh hiện nay có khả năng sử dụng để điều tra giám sát chất lượng nước như
độ mặn, mức độ ơ nhiễm do chất thải cơng nghiệp và để điều tra, quản lí tổng
hợp các lưu vực sông.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

17