Ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS để xác định biến động đất đai trên địa bàn quận long biên thành phố hà nội giai đoạn 2005 2010

...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

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

TĂNG QUANG HUY

ỨNG DỤNG TƯ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG
THÔNG TIN ðỊA LÝ (GIS) ðỂ XÁC ðỊNH BIẾN ðỘNG ðẤT
ðAI TRÊN ðỊA BÀN QUẬN LONG BIÊN, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
GIAI ðOẠN 2005 - 2010

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: QUẢN LÝ ðẤT ðAI
Mã số

: 60.62.16

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN KHẮC THỜI

HÀ NỘI - 2011


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

tháng

năm 2011

Tác giả luận văn

Tăng Quang Huy

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

i


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài, tơi đã nhận được sự
giúp đỡ, những ý kiến đóng góp, chỉ bảo q báu của các thầy giáo, cơ giáo
trong Viện đào tạo sau đại học, Khoa Tài nguyên và Môi trường, trường ðại
học Nông nghiệp Hà Nội.
ðể có được kết quả nghiên cứu này, ngồi sự cố gắng và nỗ lực của bản
thân, tơi cịn nhận được sự hướng dẫn chu đáo, tận tình của PGS.TS. Nguyễn
Khắc Thời là người hướng dẫn trực tiếp tôi trong suốt thời gian nghiên cứu ñề
tài và viết luận văn.
Tơi cũng nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện của UBND quận Long
Biên, Phịng Tài ngun và Mơi trường, UBND các phường thuộc quận, các
anh chị em và bạn bè ñồng nghiệp, sự ñộng viên, tạo mọi ñiều kiện của gia

đình và người thân.
Với tấm lịng biết ơn, tơi xin chân thành cảm ơn mọi sự giúp ñỡ quý
báu ñó!
Hà Nội, ngày tháng năm 2011
Tác giả

Tăng Quang Huy

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 bảng

vi

Danh mục các hình

vii

Danh mục các biểu đồ, sơ đồ

viii

1.

MỞ ðẦU

1

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 VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

3

2.1

Cơng nghệ viễn thám

3

2.1.1

Khái niệm chung về công nghệ viễn thám

3

2.1.3

Ứng dụng cơng nghệ viễn thám

12

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 công nghệ viễn thám

29

2.3.1

Lịch sử hình thành và phát triển cơng nghệ viễn thám trên thế
giới

29

2.3.2

Lịch sử phát triển công nghệ viễn thám ở Việt Nam

33

2.4

Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước

34

2.4.1

Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với

GIS trên thế giới

2.4.2

34

Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ viễn thám kết hợp với
GIS ở Việt Nam

36

2.5

Khái quát chung về biến động

40

2.5.1

Khái niệm về biến động

40

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

iii


2.5.2

Yêu cầu về tư liệu ñể tạo ảnh biến ñộng

40

2.5.3

Các phương pháp ñánh giá 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

3.1.1

ðối tượng nghiên cứu

46

3.1.2

Phạm vi nghiên cứu

46

3.2

Nội dung nghiên cứu

46

3.3

Phương pháp nghiên cứu

46

3.3.1

Phương pháp kế thừa các tư liệu có sẵn

46

3.3.2

Phương pháp thống kê xử lý số liệu

47

3.3.3

Phương pháp ñiều tra, khảo sát thực ñịa

47

3.3.4

Phương pháp minh hoạ trên bản ñồ, biểu ñồ

47

3.3.5

Phương pháp giải ñoán ảnh viễn thám bằng cơng nghệ bán tự
động

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

4.1.1.1 Vị trí địa lý

49

4.1.1.2 ðịa hình, địa mạo

49

4.1.1.3 Khí hậu, thuỷ văn

49

4.1.1.4 Thực trạng về môi trường

50

4.1.2

50

ðiều kiện kinh tế - xã hội

4.1.2.1 Thực trạng phát triển kinh tế

50

4.1.2.2 Dân số, lao ñộng, việc làm và thu nhập

53

4.1.2.3 Thực trạng của hệ thống hạ tầng kỹ thuật

54

4.1.3

56

ðánh giá chung về ñiều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội

4.1.3.1. Thuận lợi
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

56
iv


4.1.3.2 Khó khăn
4.1.4

56

Tình hình quản lý và sử dụng đất ñai của quận giai ñoạn 2005 2010

57

4.1.4.1 Hiện trạng sử dụng ñất năm 2010

57

4.1.4.2 Biến ñộng ñất ñai giai ñoạn 2005 - 2010

60

4.2

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

61

4.2.1

Thu thập tư liệu

61

4.2.2

Nhập ảnh

62

4.2.3

Tăng cường chất lượng ảnh

62

4.2.4

Nắn chỉnh tư liệu ảnh

63

4.2.5

Phân tách các ñối tượng

65

4.2.6

Xây dựng tệp mẫu ảnh

66

4.2.7

Phân loại ảnh

69

4.2.8. ðánh giá ñộ chính xác của kết quả phân loại ảnh

71

4.2.8.1. Kết quả đánh giá độ chính xác phân loại ảnh năm 2005

71

4.2.8.2. Kết quả đánh giá độ chính xác phân loại ảnh năm 2010

73

4.3

Thành lập bản ñồ sử dụng ñất

74

4.4

Lập bản ñồ biến ñộng sử dụng ñất

78

5.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

80

5.1

Kết luận

80

5.2

ðề nghị

81

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

82

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

2.1

Bảng so sánh hai phương pháp giải đốn ảnh viễn thám

12

2.2

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

44

4.1

Tình hình phát triển kinh tế giai ñoạn 2005 - 2010

53

4.3

Biến ñộng ñất ñai giai ñoạn 2005-2010 quận Long Biên

60

4.4

Mô tả các loại ñất

66

4.5

Giá trị khác biệt phổ giữa các mẫu phân loại ảnh năm 2005

67

4.6

Mẫu giải đốn ảnh vệ tinh

68

4.7

Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2005

71

4.8

ðộ chính xác phân loại ảnh năm 2005

72

4.9

Ma trận sai số phân loại ảnh năm 2010

73

4.10

ðộ chính xác phân loại ảnh năm 2005

74

4.11

Thống kê diện tích các loại đất sau giải đốn qua các năm

77

4.12

Chênh lệch diện tích năm 2005

77

4.13

Chênh lệch diện tích năm 2010

78

4.14

Biến động các loại đất giai đoạn 2005 - 2010

78

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

vi

DANH MỤC CÁC 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

Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu núi lửa

13

2.4

Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu địa chất

13

2.5

Ứng dụng cơng nghệ viễn thám nghiên cứu sóng thần

14

2.6

Ứng dụng cơng nghệ viễn thám nghiên cứu bão nhiệt đới Choi-Wan

15

2.7

Ứng dụng cơng nghệ viễn thám nghiên cứu biến động tầng ơ zơn

16

2.8

Ứng dụng cơng nghệ viễn thám nghiên cứu nhiệt độ bề mặt

16

2.9

Ứng dụng cơng nghệ viễn thám theo dõi nạn phá rừng nhiệt ñới

17

2.10

Ứng dụng ảnh viễn thám trong thành lập bản ñồ

19

2.11

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

20

2.12

Thành phần chính của một hệ GIS

21

2.13

Hệ thống định vị tồn cầu (GPS)

24

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

Chỉ số thực vật qua hai mùa khác nhau trong năm

44

4.1

Ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu

61

4.2

Ảnh trước và sau khi ñược tăng cường chất lượng

62

4.3

Quá trình nắn ảnh trên phần mềm ENVI

64

4.4

Sai số nắn ảnh năm 2005

65

4.5

Sai số nắn ảnh năm 2010

65

4.6

Kết quả phân tách các ñối tượng

66

4.7

Ảnh phân loại năm 2005

70

4.8

Ảnh phân loại năm 2010

70

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

vii


DANH MỤC CÁC BIỂU ðỒ, SƠ ðỒ

STT

Tên biểu ñồ, sơ ñồ

Trang

Sơ ñồ 2.1. Phương pháp phân loại dữ liệu ña thời gian

42

Sơ ñồ 2.2. Phương pháp ñánh giá biến ñộng tạo thay ñổi phổ

42

Sơ ñồ 2.3. Phương pháp ñánh giá biến động sau phân loại

45

Sơ đồ 3.1. Quy trình giải ñoán ảnh vệ tinh theo phương pháp số

48

Biểu ñồ 4.1. Cơ cấu kinh tế của quận Long Biên năm 2010.

51

Biểu ñồ 4.2. Cơ cấu sử dụng các loại ñất chính năm 2010

57

Sơ ñồ 4.1. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2005

75

Sơ ñồ 4.2. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2010

76

Sơ ñồ 4.3. Biến ñộng ñất ñai giai ñoạn 2005-2010

79

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

viii


1. MỞ ðẦU
1.1

Tính cấp thiết của đề tài
ðất đai là nguồn tài ngun có hạn, là cơ sở khơng gian của mọi q

trình sản xuất. ðất đai là một trong những nguồn tài nguyên thiên nhiên quý
giá của các quốc gia. Trong q trình đơ thị hóa, cơng nghiệp hóa và dưới sức
ép của gia tăng dân số thì đất ñai ñã trở thành vấn ñề sống còn của mỗi quốc
gia, mỗi dân tộc, việc xác ñịnh biến ñộng ñất ñai càng trở nên cấp thiết nhằm
sử dụng ñất hợp lý, tiết kiệm và có hiệu quả.
Trong cơng tác quản lý nhà nước về ñất ñai, một trong những yếu tố
khơng thể thiếu là các loại bản đồ, trong đó có bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
Bản đồ hiện trạng sử dụng ñất thể hiện sự phân bố các loại ñất tại một thời
ñiểm xác ñịnh, phản ánh trung thực hiện trạng sử dụng các loại đất theo mục
đích sử dụng. Xây dựng bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất giúp chúng ta nắm rõ
cơ cấu các loại ñất, vị trí và diện tích các loại đất. Từ đó giúp các cấp lãnh đạo
có căn cứ khoa học để ñưa ra chính sách phù hợp giúp cho việc quản lý ñất
ñai ñạt hiệu quả hơn, nâng cao mức sống cho người dân, tìm ra biện pháp giải
quyết những vấn ñề bất hợp lý trong sử dụng ñất, nhằm mục ñích sử dụng ñất
ngày càng ñem lại hiệu quả cao hơn cả về kinh tế, xã hội và môi trường.
Hiện nay, bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất ñược thành lập bằng nhiều
phương pháp như: tổng hợp bản ñồ hiện trạng sử dụng đất của các đơn vị
hành chính cấp dưới trực thuộc, hiệu chỉnh bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất chu
kỳ trước, sử dụng các bản ñồ chuyên ngành và phương pháp sử dụng ảnh viễn
thám. Trong đó, phương pháp thành lập bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất từ ảnh
viễn thám vẫn còn là phương pháp mới và chưa ñược phổ biến ở nước ta.
Nhưng hiện tại, phương pháp này ñã và ñang ñược nghiên cứu, sử dụng trong
cơng tác thành lập bản đồ và phân tích không gian.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

1

Viễn thám (Remote sensing) là kỹ thuật quan sát và ghi nhận đối tượng
mà trên thực tế khơng cần phải tiếp xúc tới ñối tượng. Tư liệu viễn thám bao
gồm ảnh hàng không (ảnh chụp máy bay) và ảnh vệ tinh (ảnh chụp từ vệ
tinh). ðặc ñiểm của những tấm ảnh viễn thám là có chu kỳ lặp lại nhanh, vì
thế tư liệu viễn thám đặc biệt có hiệu quả khi nghiên cứu diễn biến của một
q trình nào đó.
Quận Long Biên là quận mới thành lập theo nghị ñịnh số
132/2003/Nð-CP ngày 06/11/2003 của Chính phủ. Quận có 14 phường với vị
trí địa lý thuận lợi, tốc độ đơ thị hóa trên địa bàn quận Long Biên đang diễn ra
mạnh mẽ nên diện tích các loại đất có nhiều biến ñộng. Với tính cấp thiết phải
xác ñịnh biến ñộng ñất ñai, phục vụ cho công tác quản lý ñất ñai quận Long
Biên, tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám và hệ
thống thông tin ñịa lý (GIS) ñể xác ñịnh biến ñộng ñất ñai trên ñịa bàn
quận Long Biên, thành phố Hà Nội giai ñoạn 2005 - 2010”.
1.2

Mục ñích của ñề tài
Xác ñịnh biến ñộng ñất ñai trên cơ sở ảnh vệ tinh chụp ña thời gian ñộ

phân giải cao tại ñịa bàn quận Long Biên.
1.3

u cầu của đề tài
- Nắm vững cơng nghệ giải đốn ảnh viễn thám, tích hợp tư liệu viễn

thám và GIS.
- Nắm được tình hình quản lý và sử dụng ñất ñai trên ñịa bàn quận
Long Biên giai ñoạn 2005-2010.

- Các số liệu ñiều tra phải ñược thu thập chính xác, đầy đủ và phải phản
ánh được một cách trung thực, khách quan.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

2


2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
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 công nghệ mà nhờ nó
các tính chất của vật thể quan sát được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà
khơng cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Hay hiểu ñơn giản viễn thám là thăm
dị từ xa về một đối tượng mà khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với ñối tượng
hoặc hiện tượng ñó [13].
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 ñiện từ như ánh sáng, nhiệt, sóng cực ngắn như một phương
tiện để ñiều tra và ño ñạc những ñặc tính của ñối tượng…
Tuy nhiên, mọi định nghĩa đều có nét chung và nhấn mạnh rằng viễn
thám là khoa học thu nhận từ xa các thơng tin về các đối tượng, hiện tượng

trên trái đất.
Về bản chất viễn thám là cơng nghệ nhằm xác ñịnh và nhận biết các ñối
tượng hoặc các ñiều kiện mơi trường thơng qua các đặc 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 cịn phương tiện dùng để mang các bộ cảm được
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 sĩ 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 sĩ 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 sĩ 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 sĩ 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 sĩ 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 sĩ 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 sĩ 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 sĩ 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 sĩ 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

- Sử dụng kinh nghiệm của
Giải đốn bằng người điều vẽ.
- Có sự hiểu biết về ảnh phức
mắt
hợp tốt hơn.
- Có thể phân tích được các thơng

Nhược điểm
- Tốn thời gian.
- ðịi hỏi người có hiểu biết,
kinh nghiệm để điều vẽ.
- Kết quả thu được khơng
đồng nhất.

tin phân bố không 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 thông tin về bối
công 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 đã
đạt đến 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 cơng nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều
tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và mơi
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 ñược từ công 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 ngun thiên nhiên, mơi trường. Do đó viễn
thám trở thành cơng nghệ đi đầu rất có ưu thế hiện nay. Một số ứng dụng của
cơng nghệ này được kể ñến như:

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ 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. Ứng dụng cơng nghệ viễn thám 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 độ dốc của
trầm tích, các yếu tố uốn nếp, ñứt gãy, các cấu trúc vịng...

Hình 2.4. Ứng dụng cơng nghệ viễn thám nghiên cứu ñịa chất
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ 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. Ứng dụng cơng nghệ viễn thám nghiên cứu sóng thần
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ 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. Ứng dụng cơng nghệ viễn thám
nghiên cứu bão nhiệt đới Choi-Wan
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

15


Hình 2.7. Ứng dụng cơng nghệ viễn thám nghiên cứu
biến động tầng ơ zơn

Hình 2.8. Ứng dụng cơng nghệ viễn thám nghiên cứu nhiệt ñộ bề mặt
ðánh giá nhiệt ñộ bề mặt ñất từ số liệu viễn thám là vấn đề 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 toàn 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

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………….

16