Luận văn thạc sĩ ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để xác định biến động đất đai trên địa bàn phường vĩnh trại thành phố lạng sơn giai đoạn 2003 2008

...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP H NI
----------------------------

lê thị thuỳ vân

ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để xác định
biến động đất đai trên địa bàn phờng Vĩnh Trại,
thành phố Lạng Sơn giai đoạn 2003-2008

LUN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : QUẢN LÝ ðẤT ðAI
Mã số

: 60.62.16

Người hướng dẫn khoa học : TS. NguyÔn thanh xu©n

HÀ NỘI - 2010


LỜI CAM ðOAN

Tơi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào.
Tơi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ trong quá trình thực hiện luận

văn đã được cám ơn, các thơng tin trích dẫn ñã chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 27 tháng 01 năm 2010
Tác giả luận văn

Lê Thị Thuỳ Vân

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… i


LI CM N

Để hoàn thành đợc bản luận văn này, tôi đ nhận đợc sự giúp đỡ tận
tình của TS. Nguyễn Thanh Xuân - Giám đốc Trung tâm Viễn thám - Viện
Quy hoạch và thiết kế Nông nghiệp, sự quan tâm tạo điều kiện của Trung tâm
viễn thám Quốc Gia, Sở Tài nguyên và Môi trờng tỉnh Lạng Sơn, Phòng Tài
nguyên và Môi trờng thành phố Lạng Sơn, Khoa Sau đại học, Ban chủ nhiệm
Khoa Tài nguyên và Môi trờng, đ tạo điều kiện cho tôi học tập và giúp đỡ
tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi tới gia đình, bạn bè, những ngời thân và đồng nghiệp nơi tôi
đang công tác đ giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực
hiện đề tài.
Tự đáy lòng mình, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình và quý
báu đó !
Hà Nội, ngày 27 tháng 01 năm 2010
Tác giả

Lê Thị Thuỳ V©n

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… ii

MỤC LỤC
Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục bảng

v

Danh mục hình

vi

1.

MỞ ðẦU

i

1.1.

Tính cấp thiết của đề tài

1

1.2.

Mục đích của đề tài

2

1.3.

u cầu của đề tài

2

2.

TỔNG QUAN

3

2.1.

Cơng nghệ viễn thám

3

2.2.

Hệ thống thơng tin địa lý(GIS) và hệ thống định vị tồn cầu (GPS)

19

2.3.

Lịch sử hình thành và phát triển của cơng nghệ viễn thám.

29

2.4.

Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước.

34

2.5.

Khái quát chung về biến ñộng

40

3.

ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

46

3.1.

ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

46

3.2.

Nội dung nghiên cứu

46

3.3.

Phương pháp nghiên cứu

47

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

51

4.1.3. Tìm hiểu thực trạng cơng tác quản lý đất đai của phường từ
2003 -2008
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… iii

54


4.1.4. Tình hình sử dụng và phân bố đất đai của phường từ 2003 -2008.
4.2.

55

Trình tự, nội dung xử lý, phân tích ảnh viễn thám có độ phân giải
cao để lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

58

4.2.1. Thu thập tư liệu

59

4.2.2. Nhập ảnh

60

4.2.3. Tăng cường chất lượng ảnh

60

4.2.4. Nắn chỉnh tư liệu ảnh

60

4.2.5. Phân loại ảnh

71

4.2.6. Giải đốn ảnh lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất

88

4.2.7. Lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất

90

5.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

95

5.1.

Kết luận

95

5.2.

ðề nghị

95

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

97
100

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… iv


DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

2.1.

Bảng so sánh hai phương pháp giải ñoán ảnh viễn thám

12

2.2.

Bảng ma trận biến ñộng giữa hai thời gian a và b

44

4.1.

Hiện trạng sử dụng ñất năm 2008 của phường Vĩnh Trại

56

4.2.

Các ñiểm khống chế dùng nắn ảnh 2003

65

4.3.

Bảng sai số RMS sau khi nắn ảnh 2003

66

4.4.

Các ñiểm khống chế dùng nắn ảnh 2008

69

4.5.

Bảng sai số RMS sau khi nắn ảnh 2008

70

4.6.

Bảng xây dựng tệp mẫu ảnh năm 2003

74

4.7.

Các loại hình sử dụng đất của phường Vĩnh Trại

75

4.8.

So sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại ảnh 2003

76

4.9.

Bảng xây dựng tệp mẫu ảnh năm 2008

78

4.10.

So sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại ảnh 2008

79

4.11.

Mẫu khố giải đốn ảnh vệ tinh

80

4.12.

Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2003

86

4.13.

Bảng đánh giá độ chính xác phân loại ảnh năm 2003

86

4.14.

Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2008

87

4.15.

Bảng ñánh giá kết quả phân loại năm 2008

87

4.16.

Thống kê diện tích đất giải đốn năm 2003

90

4.17.

Thống kê diện tích đất giải đốn năm 2008

90

4.18.

Thống kê diện tích biến ñộng giai ñoạn 2003-2008

91

4.19.

Biến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2003-2008 phường Vĩnh Trại

92

4.20.

Diện tích biến động từng loại đất giai ñoạn 2003 - 2008

92

4.21.

So sánh sự thay ñổi diện tích các loại đất từ 2003-2008

93

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… v


DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

2.1.

Ngun lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám

4

2.2.

Nguồn dữ liệu viễn thám

5

2.3.

Nghiên cứu núi lửa

13

2.4.

Nghiên cứu ñịa chất

13

2.5.

Nghiên cứu sóng thần

14

2.6.

Nghiên cứu bão nhiệt ñới Choi-Wan

15

2.7.

Biến ñộng tầng ô zôn

16

2.8.

Nghiên cứu nhiệt ñộ bề mặt

16

2.9.

Theo dõi nạn phá rừng nhiệt ñới

17

2.10. Ứng dụng ảnh viễn thám trong thành lập bản ñồ

19

2.11.

20

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

2.12. Thành phần chính của một hệ GIS

21

2.13.

23

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

2.14. Trạm thu ảnh vệ tinh&Trung tâm Quản lý Dữ liệu quốc gia.

38

2.15. Bản ñồ ngập lụt tỷ lệ 1/100.000 thu nhỏ (Huế)

40

2.16. Phương pháp phân loại dữ liệu ña thời gian

42

2.17. Phương pháp ñánh giá biến ñộng tạo thay ñổi phổ

42

2.18. Chỉ số thực vật qua hai mùa khác nhau trong năm

43

2.19. Phương pháp ñánh giá biến ñộng sau phân loại

45

4.1.

Cơ cấu sử dụng ñất năm 2008 của phường Vĩnh Trại

57

4.2.

Trình tự giải đốn ảnh viễn thám bằng công nghệ số

58

4.3.

Tư liệu ảnh viễn thám

59

4.4.

Ảnh tước khi ñược nắn

62

4.5.

Bản ñồ ñịa hình của phường Vĩnh Trại trên phần mềm MapInfo

62

4.6.

Thực hiện nắn ảnh theo bản ñồ trên ENVI

63

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… vi


4.7.

Lựa chọn thơng số để nắn ảnh trên ENVI

63

4.8.

Bảng nhập toạ ñộ các ñiểm khống chế ñể nắn ảnh

64

4.9.

Lựa chọn phương pháp tái chia mẫu

66

4.10. Ảnh ñược cắt theo ranh giới phường Vĩnh Trại

67

4.11. Ảnh tham chiếu và ảnh cần nắn

67

4.12. Lựa chọn phương pháp nắn ảnh theo ảnh

68

4.13. Bảng nhập toạ ñộ các ñiểm khống chế ñể nắn ảnh

68

4.14. Vị trí các điểm khống chế trên ảnh

70

4.15. Ảnh được cắt theo ranh giới phường Vĩnh Trại năm 2008

71

4.16. Xây dựng tệp mẫu cho ảnh

73

4.17. Lấy mẫu ñất mặt nước

73

4.18. Lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất

74

4.19. Kết quả lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất năm 2003

75

4.20. Quá trình lấy mẫu cho các loại hình sử dụng ñất năm 2008

78

4.21. Kết quả lấy mẫu cho các loại hình sử dụng đất năm 2008

79

4.22. Lựa chọn phương pháp phân loại

81

4.23. Kết quả phân loại ảnh 2003

81

4.24. Kết quả xử lý lọc nhiễu phân loại ảnh 2003

82

4.25. Ảnh 2003 sau khi phân loại và lọc nhiễu chuyển sang vector

82

4.26. Ảnh 2003 dạng vector xuất sang ArcView

83

4.27. Kết quả phân loại và xử lý lọc nhiễu phân loại ảnh 2008

83

4.28. Ảnh 2008 sau khi phân loại và lọc nhiễu chuyển sang vector

84

4.29. Ảnh 2008 dạng vector xuất sang ArcView

84

4.30. Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 2003 thành lập trên ArcView

89

4.31. Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 2008 thành lập trên ArcView

89

4.32. Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất 2008 thành lập trên ArcView

91

4.33. Sự biến ñộng các loại đất giai đoạn 2003 -2008

94

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… vii


1. MỞ ðẦU
1.1

Tính cấp thiết của đề tài
ðất đai là tài ngun vơ cùng q giá đối với mỗi quốc gia bởi nó là tư

liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của mơi trường
sống, là ñịa bàn phân bố của các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn
hoá, xã hội, an ninh và quốc phòng. Trong xã hội hiện nay dưới sức ép của gia
tăng dân số thì đất đai đã trở thành vấn đề sống cịn của mỗi quốc gia, mỗi
dân tộc và việc xác ñịnh biến ñộng ñất ñai càng trở nên cấp thiết nhằm sử
dụng ñất hợp lý, tiết kiệm và có hiệu quả.
Cơng nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ ñã
ñạt ñến trình độ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến, ñược ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực. ðặc biệt là ứng dụng có hiệu quả cơng nghệ viễn thám
vào ñiều tra, nghiên cứu, khai thác, sử dụng và quản lý tài ngun thiên nhiên
trong đó có tài ngun đất. Với khả năng cung cấp thơng tin đa dạng và cập
nhật của cơng nghệ viễn thám, khả năng tích hợp, phân tích thơng tin của GIS
kết hợp với phương pháp truyền thống thì việc nghiên cứu thành lập bản đồ

hiện trạng sử dụng ñất, bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất sẽ ñạt hiệu quả cao hơn.
Bên cạnh việc phát triển kinh tế, gia tăng dân số là sự diễn ra nhanh
chóng của q trình cơng nghiệp hố và đơ thị hố. Q trình này kéo theo
hàng loạt các biến ñộng về quỹ ñất và tình hình sử dụng ñất (giảm diện tích
sản xuất nơng nghiệp, đất đơ thị ngày càng tăng lên..). Trong tình hình chung
đó, thành phố Lạng Sơn ñã và ñang diễn ra sự biến ñổi nhanh chóng trong q
trình sử dụng đất đặc biệt từ khi thị xã Lạng Sơn được cơng nhận là thành phố
vào năm 2003. Từ đó dẫn tới sự biến đổi hàng loạt theo cả chiều hướng tích
cực lẫn tiêu cực đến các vấn đề mơi trường tự nhiên và mơi trường xã hội.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như tính cấp bách của việc xác định
biến động đất đai trên ñịa bàn thành phố Lạng Sơn, ñược sự ñồng ý của Khoa
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 1


Tài ngun và Mơi trường, Khoa Sau đại học - trường ðại học Nông Nghiệp
Hà Nội, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Ứng dụng cơng nghệ viễn thám và GIS ñể xác ñịnh biến ñộng ñất ñai
trên ñịa bàn phường Vĩnh Trại, thành phố Lạng Sơn giai đoạn 2003-2008”.

1.2

Mục đích của đề tài
- Tìm hiểu cơng nghệ viễn thám và ứng dụng của nó, trọng tâm trong

nghiên cứu biến động sử dụng ñất.
- Thành lập ñược bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất và bản ñồ biến ñộng sử
dụng ñất qua hai thời điểm bay chụp dựa trên cơng nghệ viễn thám kết hợp
với GIS.
- ðánh giá tình hình biến ñộng ñất ñai trên ñịa bàn phường giai ñoạn
2003-2008.

1.3

Yêu cầu của đề tài
- Nắm vững cơng nghệ giải đốn ảnh viễn thám.
- Nắm được tình hình quản lý và sử dụng ñất ñai trên ñịa bàn phường từ

2003 - 2008.
- Các số liệu điều tra, thu thập chính xác, đầy ñủ và phản ánh trung
thực, khách quan.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 2


2. TỔNG QUAN
2.1

Công nghệ viễn thám

2.1.1 Khái niệm chung về công nghệ viễn thám
2.1.1.1 ðịnh nghĩa
Viễn thám (Remote sensing) là một khoa học và cơng nghệ mà nhờ nó
các tính chất của vật thể quan sát ñược xác ñịnh, ño đạc hoặc phân tích mà
khơng cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Hay hiểu đơn giản viễn thám là thăm
dị từ xa về một đối tượng mà khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng
hoặc hiện tượng đó.
Có rất nhiều ñịnh nghĩa khác nhau về viễn thám như:
Theo Ficher và nnk,1976: Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít
nhiều về một vật khơng cần phải chạm vào vật đó.
Theo Barret và Curtis, 1976: Viễn thám là quan sát về một ñối tượng
bằng một phương tiện cách xa vật trên một khoảng cách nhất ñịnh.

Theo Floy Sabin 1987: Phương pháp viễn thám là phương pháp sử
dụng năng lượng điện từ như ánh sáng, nhiệt, sóng cực ngắn như một phương
tiện ñể ñiều tra và ño ñạc những ñặc tính của ñối tượng…
Tuy nhiên, mọi ñịnh nghĩa ñều có nét chung và nhấn mạnh rằng viễn
thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các ñối tượng, hiện tượng
trên trái ñất.
Về bản chất viễn thám là cơng nghệ nhằm xác định và nhận biết các ñối
tượng hoặc các ñiều kiện môi trường thông qua các ñặc trưng riêng về phản
xạ hoặc bức xạ ñiện từ [10]. Tuy nhiên những năng lượng như 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 ñối
tượng ñược gọi là bộ cảm còn phương tiện dùng ñể mang các bộ cảm ñược
gọi là “vật mang”. Vật mang có thể là khinh khí cầu, máy bay hoặc vệ tinh.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 3


2.1.1.2 Nguyên lý cơ bản của viễn thám
Viễn thám nghiên cứu đối tượng bằng giải đốn và tách lọc thơng tin
bằng giải đốn tư liệu ảnh hàng khơng hoặc ảnh vệ tinh dạng số.
Các dữ liệu dưới dạng ảnh chụp và ảnh số ñược thu nhận dựa trên việc
ghi nhận năng lượng bức xạ và sóng phản hồi phát ra từ vật thể khi khảo sát.
Năng lượng phổ dưới dạng sóng điện từ, nằm trên các dải phổ khác nhau,
cùng cho thơng tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đốn đối
tượng một cách chính xác hơn [11].
Mặt trời
Vệ tinh

Bức xạ mặt trời

Hấp thụ

mặt trời
Khí quyển

Rừng

Nước

Cỏ

ðất

ðường

Nhà

Hình 2.1. Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám
Giải đốn, tách lọc thơng tin từ dữ liệu ảnh viễn thám ñược thực hiện
dựa trên các cách tiếp cận khác nhau, có thể kể đến là:
- ða phổ: Sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ trong dải phổ từ
nhìn thấy đến cận hồng ngoại.
- ða nguồn dữ liệu: Dữ liệu ảnh thu nhận từ các nguồn khác nhau ở các
ñộ cao khác nhau, như ảnh chụp trên mặt đất, chụp trên khinh khí cầu, chụp từ
máy bay ñến các vệ tinh.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 4


Hình 2.2. Nguồn dữ liệu viễn thám
- ða thời gian: Dữ liệu ảnh thu nhận vào các thời gian khác nhau.
- ða độ phân giải: Dữ liệu ảnh có độ phân giải khác nhau về không

gian, phổ và thời gian.
- ða phương pháp: Phân tích ảnh bằng phương pháp số hoặc bằng mắt.
2.1.1.3 Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám
Năng lượng ñiện từ của ánh sáng sau khi truyền qua các cửa sổ khí
quyển tương tác với các ñối tượng trên bề mặt Trái ñất và phản xạ lại ñể các
thiết bị thu của viễn thám có thể ghi nhận các tín hiệu đó. Q trình này thực
hiện qua 3 bước chính sau đây:
- Phát hiện: việc phát hiện các thông tin là bước rất quan trọng, bao
gồm phát hiện về dải sóng, về cường độ và tính chất khác của nguồn năng
lượng điện từ.
- Ghi tín hiệu: Các tín hiệu phát hiện được có thể ghi dưới dạng hình
ảnh hoặc các tín hiệu điện từ. Khi xử lý các tín hiệu dạng hình ảnh, một số
kiểu phim ảnh có phủ các lớp nhạy cảm ánh sáng ñể phát hiện sự khác nhau
của nguồn năng lượng điện từ tạo nên hình ảnh khơng gian, cung cấp nhiều
chi tiết trong khơng gian và có thể hiệu chỉnh hình học dễ dàng. Năng lượng
điện từ có thể được ghi dưới dạng các tín hiệu, biểu đồ phổ hoặc dưới dạng
hình ảnh số. Các tín hiệu điện từ có thể ghi nhận ở dạng phim, băng từ hoặc
ñĩa từ và có thể hiển thị dễ dàng.
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 5


- Phân tích các tín hiệu phổ: Có thể được thực hiện bằng hai phương
pháp là phân tích bằng mắt và xử lý số bằng máy tính.
2.1.2 Phương pháp xử lý thơng tin viễn thám
2.1.2.1 Khái niệm giải đốn ảnh viễn thám
Giải đốn ảnh viễn thám là q trình chiết tách thơng tin định tính cũng
như định lượng từ ảnh như hình dạng, vị trí, cấu trúc, đặc điểm, chất lượng,
ñiều kiện…Mối quan hệ tương hỗ giữa các ñối tượng dựa trên tri thức chuyên
ngành hoặc kinh nghiệm của người giải đốn ảnh. Việc tách thơng tin trong
viễn thám có thể chia thành 5 loại, cụ thể:

- Phân loại ña phổ: là q trình tách gộp thơng tin dựa trên các tính chất
phổ, khơng gian và thời gian của đối tượng.
- Phát hiện biến ñộng: là phát hiện và tách các biến ñộng dựa trên tư
liệu ảnh ña thời gian (ví dụ: xác định biến động thổ nhưỡng).
- Chiết tách các thơng tin tự nhiên: tương ứng với việc đo nhiệt độ,
trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các ñặc trưng phổ.
- Xác ñịnh các chỉ số: là việc tính tốn các chỉ số mới (ví dụ: chỉ số
thực vật, chỉ số ơ nhiễm).
- Xác định các ñối tượng ñặc biệt: là xác ñịnh các ñặc tính hoặc các
hiện tượng đặc biệt như thiên tai, cháy rừng, chỉ ra các ñường ñứt gãy, ñặc
ñiểm khảo cổ…
2.1.2.2 Giải đốn ảnh bằng mắt
Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh. Phân
tích ảnh bằng mắt có sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức chun mơn của
người phân tích để từ đó khai thác được các thơng tin có trong tư liệu ảnh. Do
đó 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 sự khác biệt về phổ của
mắt người hạn chế tối đa là 12-14 mức.
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 6


ðốn đọc bằng mắt là sử dụng mắt thường có sự trợ giúp của các dụng
cụ quang học như kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu…Cơ sở để ñoán ñọc
là các chuẩn ñoán ñọc vẽ và mẫu ñoán đọc.
Các chuẩn đốn đọc bao gồm [13]:
Chuẩn kích thước: Kích thước của một ñối tượng ñược xác ñịnh theo tỷ
lệ ảnh và kích thước đo được trên ảnh. Dựa vào thơng tin này cũng có thể
phân biệt được các đối tượng trên ảnh.
Chuẩn hình dạng: Hình dạng là những đặc trưng bên ngồi tiêu biểu

cho từng đối tượng vì vậy nó có ý nghĩa quan trọng trong đốn đọc. Ví dụ hồ
hình móng ngựa là các khúc sơng cụt, dạng chổi sáng màu là các cồn cát…
Chuẩn bóng: Bóng của vật thể có thể dễ dàng nhận thấy khi khi nguồn
sáng khơng nằm chính xác ở đỉnh đầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên. Dựa
vào bóng của vật thể có thể xác ñịnh ñược chiều cao của ñối tượng.
Chuẩn ñộ ñen: ðộ ñen là một chuẩn quan trọng ñể xác định tính chất
của đối tượng. Cát khơ phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng có màu
trắng, trong khi đó cát ướt có màu tối hơn trên ảnh ñen trắng. Trên ảnh hồng
ngoại ñen trắng, cây lá nhọn phản xạ mạnh tia hồng ngoại nên có màu trắng
cịn nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sóng này nên bao giờ cũng có
màu đen.
Chuẩn màu sắc: Màu sắc giúp cho người đốn đọc dễ dàng xác ñịnh
ñược các ñối tượng trên ảnh là thực vật, nước, đất trống, đất đơ thị, hoặc xác
định được ngay đó là kiểu lồi thực vật gì.
Chuẩn cấu trúc: Cấu trúc là tập hợp của nhiều đặc tính rất rõ ràng trên
ảnh, ví dụ một bãi cỏ khơng bị lẫn các loài cây khác cho một cấu trúc mịn trên
ảnh, ngược lại rừng hỗn giao cho một cấu trúc sần sùi
Chuẩn phân bố: Là tập hợp của nhiều hình dạng nhỏ phân bố theo một
quy luật nhất định trên tồn cảnh và trong mối quan hệ tương hỗ với ñối
tượng cần nghiên cứu. Hình ảnh của các dãy nhà, ruộng lúa nước, đồi chè tạo
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 7


ra những hình mẫu riêng đặc trưng cho các đối tượng.
Chuẩn mối quan hệ tương hỗ: Một tổng thể các chuẩn đốn đọc, mơi
trường xung quanh hoặc mối liên quan của các đối tượng cung cấp thơng tin
đốn đọc quan trọng.
ðể trợ giúp cho cơng tác đốn đọc người ta thành lập các mẫu đốn
đọc. Tất cả các chuẩn đốn ñọc cùng với các thông tin về thời gian chụp, mùa
chụp, tỷ lệ ảnh đều phải đưa vào mẫu đốn đọc. Một bộ mẫu đốn đọc khơng

chỉ gồm phần ảnh mà cịn mơ tả bằng lời.
2.1.2.3 Giải đốn ảnh bằng công nghệ số
Xử lý ảnh số là phương pháp phân tích tư liệu phổ dưới dạng hình ảnh
số (digital image) chứ khơng phải dạng ảnh tương tự (analogue). Ưu điểm của
phương pháp là có thể phân tích các tín hiệu phổ một cách rất chi tiết (256
mức hoặc hơn). 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 đó
nhận biết các đối tượng một cách tự động [11]. Tuy nhiên, q trình xử lý ảnh
số cần có sự kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức chun mơn với hiểu biết về đối
tượng của người phân tích.
Các tư liệu thu được trong viễn thám phần lớn là ở dưới dạng số cho
nên vấn ñề ñoán ñọc ñiều vẽ ảnh bằng xử lý số trong viễn thám giữ một vai
trò quan trọng và trở thành phương pháp cơ bản trong viễn thám hiện ñại.
Phương pháp giải đốn ảnh bằng cơng nghệ số bao gồm các bước sau:
- Nhập số liệu: Có hai nguồn tư liệu chính đó là ảnh tương tự do các
máy chụp ảnh cung cấp và ảnh số do các máy quét cung cấp. Trong trường
hợp ảnh số thì tư liệu ảnh được chuyển từ các băng từ lưu trữ mật ñộ cao
HDDT và các băng từ CCT. Ở dạng này máy tính nào cũng ñọc ñược số liệu.
Các ảnh tương tự cũng ñược chuyển thành dạng số thông qua các máy quét.
- Khơi phục và hiệu chỉnh ảnh: ðây là giai đoạn mà các tín hiệu số
được hiệu chỉnh hệ thống nhằm tạo ra một tư liệu ảnh có thể sử dụng ñược.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 8


Giai ñoạn này thường ñược thực hiện trên các máy tính lớn tại các Trung
tâm thu số liệu vệ tinh. ðây là giai đoạn mà các tín hiệu số được hiệu chỉnh
hệ thống, nó bao gồm các bước sau [12]:
+ Hiệu chỉnh bức xạ: Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng chịu
một mức ñộ nhiễu xạ nhất ñịnh. Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải
thực hiện một số phép tiền xử lý. Khi thu các bức xạ từ mặt ñất trên các vật

mang trong vũ trụ, người ta thấy chúng có một số sự khác biệt so với trường
hợp quan sát cùng ñối tượng ñó ở khoảng cách gần. ðiều này chứng tỏ ở
những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất định gây bởi
ảnh hưởng của góc nghiêng và độ cao mặt trời, một số điều kiện quang học
khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, độ mù...Chính vì vậy, ñể bảo ñảm ñược
sự tương ñồng nhất ñịnh về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu
chỉnh bức xạ.
+ Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên ñường truyền xuống mặt
ñất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất ñịnh trước khi tới ñược mặt ñất và bức
xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới ñược bộ cảm.
Do vậy, bức xạ mà bộ cảm thu được chứa đựng khơng phải chỉ riêng năng
lượng hữu ích mà cịn nhiều thành phần nhiễu khác. Hiệu chỉnh khí quyển là
một cơng đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ khơng mang
thơng tin hữu ích.
+ Hiệu chỉnh hình học: Méo hình hình học được hiểu như sự sai lệch vị
trí giữa tọa độ ảnh thực tế đo được và tọa ñộ ảnh lý tưởng ñược tạo bởi một
bộ cảm có thiết kế hình học lý tưởng và trong các ñiều kiện thu nhận lý tưởng.
Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng được mối tương quan giữa hệ
toạ ñộ ảnh ño và hệ toạ ñộ quy chiếu chuẩn. Hệ toạ độ quy chiếu chuẩn có thể
là hệ toạ độ mặt đất (hệ tọa độ vng góc hoặc hệ tọa ñộ ñịa lý) hoặc hệ toạ
ñộ ảnh khác.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 9


- Biến đổi ảnh: Các q trình xử lý, tăng cường chất lượng, biến đổi
tuyến tính...là giai đoạn tiếp theo. Giai đoạn này có thể thực hiện trên các máy
tính nhỏ và bao gồm các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng ảnh, biến
đổi tuyến tính.
+ Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách đặc tính

Tăng cường chất lượng có thể được định nghĩa như một thao tác
chuyển ñổi nhằm thể hiện ảnh với cường ñộ, ñộ tương phản phù hợp với thiết
bị hiển thị ảnh. Chiết tách ñặc tính là một thao tác nhằm phân loại, sắp xếp
các thơng tin có sẵn trong ảnh theo các u cầu hoặc chỉ tiêu ñưa ra dưới dạng
các hàm số.
Những phép tăng cường chất lượng cơ bản thường ñược sử dụng là
biến ñổi cấp ñộ xám, biến ñổi histogram, tổ hợp màu, chuyển ñổi màu giữa
hai hệ RGB và HSI...
Sau khi tăng cường chất lượng ảnh, một trong những ưu ñiểm của
phương pháp xử lý ảnh số là có thể chọn các tổ hợp màu tuỳ ý. Tổ hợp màu
có nghĩa là gán 3 màu cơ bản ñỏ, lục, chàm cho ba kênh phổ nào đó [3]. Có
hai phương pháp trộn màu đó là cộng màu và trừ màu.
Nếu ta chia tồn bộ dải sóng nhìn thấy thành 3 vùng cơ bản là đỏ, lục,
chàm và sau đó lại dùng ánh sáng trắng chiếu qua kính lọc đỏ, lục, chàm
tương ứng ta thấy hầu hết các mầu tự nhiên ñều ñược khôi phục lại. Phương
pháp tổ hợp màu này ñược gọi là tổ hợp mầu tự nhiên.
Trong viễn thám, các kênh phổ khơng được chia đều trong dải sóng
nhìn thấy nên khơng thể tái tạo lại được các mầu tự nhiên mặc dù cũng sử
dụng ba mầu cơ bản ñỏ, lục, chàm. Tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu
giả. Tổ hợp mầu giả thông dụng nhất trong viễn thám là khi ta gán màu ñỏ
cho kênh hồng ngoại, màu lục cho kênh ñỏ, màu chàm cho kênh lục. Trong tổ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 10


hợp màu này, thực vật có màu đỏ (với mức ñộ khác nhau của mầu ñỏ thể hiện
mức ñộ dày ñặc của thảm thực vật), ñất trống thường có cường ñộ rất cao nên
có màu trắng, nước có màu xanh là tổ hợp của hai màu chàm và màu lục.
- Phân loại đa phổ: Nhằm tách các thơng tin cần thiết phục vụ theo dõi
các ñối tượng hay lập bản ñồ chuyên ñề là khâu then chốt của việc khai thác

tư liệu viễn thám.
Mục đích của q trình phân loại là tự ñộng phân loại tất cả các pixel
trong ảnh thành các lớp phủ đối tượng. Có hai phương pháp phân loại cơ bản
là phân loại khơng kiểm định và phân loại có kiểm định.
+ Phân loại có kiểm định: ðược dùng ñể phân loại các ñối tượng theo yêu
cầu của người sử dụng. Trong phân loại có kiểm định người giải đốn kiểm tra
q trình phân loại pixel bằng việc quy định cụ thể theo thuật tốn máy tính các
mơ tả bằng số các loại lớp phủ mặt đất gọi là dữ liệu mẫu. ðể có kết quả phân
loại chính xác, dữ liệu mẫu cần phải vừa đặc trưng vừa đầy đủ. Việc phân loại
thường dùng ba thuật tốn: thuật tốn phân loại theo xác suất cực đại, thuật toán
phân loại theo khoảng cách ngắn nhất, thuật toán phân loại hình hộp.
+ Trong phân loại khơng kiểm định khơng sử dụng dữ liệu mẫu làm cơ
sở ñể phân loại mà dùng các thuật tốn để xem xét các pixel chưa biết trên
một ảnh và kết hợp chúng thành một số loại dựa trên các nhóm tự nhiên hoặc
các loại tự nhiên có trên ảnh.
- Xuất kết quả: Sau khi hoàn tất các khâu xử lý cần phải xuất kết quả. Ở
ñây, ranh giới giữa viễn thám, bản ñồ máy tính, làm bản đồ số và hệ thống
thơng tin địa lý bị xố nhồ. Có thể lựa chọn một cách khơng hạn chế các sản
phẩm đầu ra. Ba dạng tổng quát thường ñược sử dụng: các sản phẩm bản ñồ
ñồ hoạ, các dữ liệu ñưa ra bằng bảng, các file thông tin bằng số.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 11


2.1.2.4 So sánh hai phương pháp giải đốn ảnh viễn thám
Bảng 2.1. Bảng so sánh hai phương pháp giải đốn ảnh viễn thám
Phương pháp

Ưu ñiểm

Nhược ñiểm

- Sử dụng kinh nghiệm của - Tốn thời gian.
- ðịi hỏi người có hiểu biết,
Giải đốn bằng người điều vẽ.
mắt

- Có sự hiểu biết về ảnh phức kinh nghiệm ñể ñiều vẽ.
- Kết quả thu được khơng
hợp tốt hơn.
- Có thể phân tích được các thơng đồng nhất.
tin phân bố khơng gian.
- Thời gian xử lý ngắn.

- Rất khó ứng dụng kinh

- Kết quả xử lý được chuẩn hố. nghiệm của người điều vẽ.
Giải đốn bằng - Chiết xuất được các đặc tính - Chiết xuất ít thơng tin về bối
cơng nghệ số vật lý.
cảnh.
- Năng suất cao, có thể đo được - Kết quả phân tích các thơng
các chỉ số đặc trưng tự nhiên.
tin kém.

2.1.3 Ứng dụng công nghệ viễn thám
Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ ñã
ñạt ñến trình ñộ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến ñược 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 khí tượng thuỷ văn và tài nguyên môi trường ở nhiều nước
trên thế giới [2]. Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực ñiều

tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi
trường ngày càng gia tăng nhanh chóng khơng những đối với các nước phát
triển có trình độ khoa học tiên tiến mà cịn đối với các nước nền kinh tế ñang
phát triển. Những kết quả thu được từ cơng nghệ viễn thám giúp các nhà khoa
học và các nhà hoạch định chính sách lựa chọn các phương án có tính chiến
lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường. Do đó viễn
thám trở thành cơng nghệ đi đầu rất có ưu thế hiện nay. Một số ứng dụng của
công nghệ này được kể đến như:

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 12


2.1.3.1 Nghiên cứu ñịa chất
Viễn thám từ lâu ñã ñược ứng dụng để giải đốn các thơng tin địa chất.
Dữ liệu viễn thám được dùng cho giải đốn là các ảnh máy bay, ảnh vệ tinh
và ảnh radar. Tổ hợp dữ liệu viễn thám với dữ liệu ñịa lý sẽ làm giàu thêm
khả năng nghiên cứu các thơng tin địa chất cần quan tâm [11].
- Ứng dụng trong nghiên cứu ñịa mạo: Các dạng ñịa hình ñược thể hiện rất
rõ trên ảnh viễn thám và được giải đốn một cách chính xác như: địa hình kiến
tạo, địa hình sơng suối, núi lửa, địa hình thành tạo do cát, thành tạo do băng...

Hình 2.3. Nghiên cứu núi lửa
- Cấu trúc địa chất: Mục đích chính của việc áp dụng kỹ thuật viễn
thám trong ñịa chất là phát hiện, xác ñịnh và lập bản ñồ các yếu tố trên bề mặt
hoặc gần bề mặt của vỏ trái ñất dựa trên các ưu ñiểm của tư liệu viễn thám
như tính tổng quan khu vực, tính đa phổ...Các tư liệu viễn thám được giải
đốn nhằm khai thác các thông tin về các hệ thống cấu trúc, các yếu tố địa
hình địa mạo, các hệ thống thuỷ văn như: giải đốn các bề mặt và ñộ dốc của
trầm tích, các yếu tố uốn nếp, ñứt gãy, các cấu trúc vịng...

Hình 2.4. Nghiên cứu địa chất
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 13


- Ứng dụng trong khai khoáng và khai thác dầu.
- ðiều tra khảo sát nước ngầm, ñiều tra ñịa chất cơng trình...
2.1.3.2 Nghiên cứu mơi trường
Viễn thám là phương tiện hữu hiệu để nghiên cứu mơi trường và sự
biến đổi mơi trường bao gồm: điều tra về sự biến đổi sử dụng ñất và lớp
phủ; vẽ bản ñồ thực vật; nghiên cứu các q trình sa mạc hố 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)...
Những năm gần đây việc ứng dụng cơng nghệ viễn thám trong nghiên
cứu mơi trường tồn cầu cũng như mơi trường khu vực, các thảm hoạ thiên tai
như lũ lụt, cháy rừng, hiệu ứng nhà kính...đã trở nên phổ biến và có hiệu quả
cao. Trong nghiên cứu các thảm hoạ do lụt lội gây ra đã có nhiều cơng trình
được cơng bố, ñặc biệt từ năm 1997 trở lại ñây. Các nghiên cứu chỉ ra, ñể
thành lập bản ñồ sâu ngập lụt và tần số xuất hiện ngập lụt, việc tích hợp thơng
tin từ các bản đồ lớp phủ đất, bản ñồ ñịa chất, bản ñồ hệ thống thoát nước và
bản ñồ ñịa văn là tổ hợp tốt nhất.

Hình 2.5. Nghiên cứu sóng thần
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 14


2.1.3.3 Phân loại lớp phủ bề mặt, phát hiện biến ñộng lớp phủ bề mặt
Lập bản ñồ hiện trạng lớp phủ bề mặt là một trong những ứng dụng
quan trọng nhất và tiêu biểu nhất của viễn thám. Lớp phủ bề mặt phản ánh các
ñiều kiện và trạng thái tự nhiên trên bề mặt trái đất (ví dụ: đất có rừng, trảng

cỏ, xa mạc...).
Trong việc hiệu chỉnh bản ñồ lớp phủ bề mặt, theo dõi quản lý tài
nguyên thiên nhiên việc phát hiện các biến ñộng của lớp phủ bề mặt là rất cần
thiết và quan trọng. Sự biến ñộng thơng thường được phát hiện trên cơ sở so
sánh tư liệu viễn thám ña thời gian hoặc giữa bản ñồ cũ và bản ñồ mới ñược
hiệu chỉnh theo tư liệu viễn thám. Có hai phương pháp phát hiện biến động là:
- So sánh hai bản ñồ lớp phủ bề mặt ñược thành lập ñộc lập với nhau.
- Nhấn mạnh các biến ñộng trên cơ sở áp dụng phương pháp tổ hợp
màu hoặc phương pháp phân tích thành phần chính.
Các biến ñộng có thể chia thành biến ñộng theo mùa và biến động hàng
năm. Thơng thường hai loại biến động này pha trộn với nhau rất phức tạp
trong khuôn khổ một bức ảnh, do vậy người giải đốn cần sử dụng các tư liệu
cùng thời gian, cùng mùa trong năm ñể phát hiện đúng các biến động [12].
2.1.3.4 Nghiên cứu khí hậu
Nghiên cứu ñặc ñiểm tầng ozon, mây, mưa, nhiệt ñộ quyển khí, dự báo
bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khí tượng.

Hình 2.6. Nghiên cứu bão nhiệt đới Choi-Wan
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 15


Hình 2.7. Biến động tầng ơ zơn

Hình 2.8. Nghiên cứu nhiệt ñộ bề mặt
ðánh giá nhiệt ñộ bề mặt ñất từ số liệu viễn thám là vấn ñề tổng hợp
của việc tính tốn các thành phần của năng lượng và bốc thốt hơi. ðo nhiệt
độ bề mặt có ý nghĩa quan trọng trong giám sát cháy rừng.
2.1.3.5 Nghiên cứu thực vật, rừng
Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ tồn cầu nghiên cứu thực phủ theo
ngày, vụ, mùa vụ, năm, tháng và theo giai ñoạn; ðiều tra phân loại rừng, diễn

biến của rừng; Nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng...Thực vật
là ñối tượng ñầu tiên mà ảnh viễn thám vệ tinh thu nhận được thơng tin. Trên
ảnh viễn thám chúng ta có thể tính tốn sinh khối, ñộ trưởng thành và sâu
bệnh dựa trên chỉ số thực vật, nghiên cứu cháy rừng qua ảnh vệ tinh.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 16


Hình 2.9. Theo dõi nạn phá rừng nhiệt đới
2.1.3.6 Nghiên cứu thuỷ văn
Mặt nước và các hệ thống dòng chảy ñược hiển thị rất rõ trên ảnh vệ
tinh. Dữ liệu vệ tinh ñược ghi nhận trong mùa lũ, là dữ liệu được sử dụng để
tính tốn diện tích thiên tai và dự báo lũ lụt. Cơng nghệ viễn thám được sử
dụng ñể lập bản ñồ phân bố tài nguyên nước, bản ñồ phân bố tuyết, bản ñồ
phân bố mạng lưới thuỷ văn...
2.1.3.7 Sử dụng tư liệu viễn thám ñể thành lập bản ñồ
Các con tàu vũ trụ ñầu tiên như Mercury, Gemini, Apollo đã cho chúng
ta tồn cảnh bề mặt trái ñất. Các kết quả thực nghiệm ban ñầu từ các tư liệu
ảnh thu nhận trên các con tàu trên ñã chỉ ra rằng: có thể sử dụng các tư liệu
ảnh thu nhận bề mặt trái ñất từ các con tàu vũ trụ này ñể thành lập bản ñồ tỷ lệ
1/250.000 và nhỏ hơn [12]. Tuy nhiên, ñộ phân giải của chúng không thoả
mãn một số yêu cầu của nội dung bản đồ chi tiết như thể hiện chính xác con
đường, các khu đơ thị và vẽ cấu trúc nhân tạo ở trong đó. Từ năm 1980, các
hệ thống Sensors ñược nghiên cứu và cải tiến với tốc ñộ nhanh, tốc ñộ phân
giải từ 80m/pixel của ảnh Landsat tới 6m. ðiều này có tác động lớn đến khả
năng sử dụng các tấm ảnh chụp từ vũ trụ cho công tác thành lập bản ñồ. Một
số khả năng sử dụng các tư liệu ảnh vệ tinh phổ biến trong công tác thành lập
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học nông nghiệp…………… 17