Thành lập bản Đồ lớp phủ sử dụng Đất khu vực nam Định từ dữ liệu Ảnh spot 5

Thành lập bản Đồ lớp phủ sử dụng Đất khu vực nam Định từ dữ liệu Ảnh spot 5Thành lập bản Đồ lớp phủ sử dụng Đất khu vực nam Định từ dữ liệu Ảnh spot 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA ĐỊA LÝ* * *

Năm học 2023 – 2024

MỞ ĐẦU

Đất đai, khối nguồn tài nguyên vững bền, nằm ẩn sau bức tranh đa dạng vàphong phú của cuộc sống trên hành tinh Nó không chỉ là mảnh ghép quan trọng củacơ sở hạ tầng tự nhiên mà còn là nền tảng của nền kinh tế, văn hóa và môi trường.Đấtđai là bản vẽ sống của sự đa dạng sinh học, nơi mà cây cỏ, cây lúa, và rừng cây hòamình trong bức tranh màu xanh tươi Đồng thời, đây cũng là môi trường sống củahàng ngàn loài động vật, từ những con giun nhỏ cho đến những loài động vật lớn, tạonên một hệ sinh thái độc đáo và phức tạp Tuy nhiên, với sự phát triển và biến độngcủa xã hội, đất đai đang phải đối mặt với những thách thức lớn Sự đô thị hóa, khaithác mài mòn tài nguyên, và biến đổi khí hậu là những vấn đề đe dọa tính bền vữngcủa đất đai Việc quản lý và bảo vệ đất đai trở thành một trách nhiệm quan trọng, đòihỏi sự hiểu biết sâu rộng về quá trình tương tác giữa con người và môi trường.Côngtác quản lý đất đai ngày càng trở nên phức tạp và đòi hỏi sự hiện đại hóa trong việcthu thập và xử lý dữ liệu Trong bối cảnh này, công nghệ Viễn thám và GIS đang từngbước thay thế các công cụ truyền thống, mang lại những lợi ích lớn trong việc giámsát lớp phủ và sử dụng đất Dưới đây là một đoạn văn mô tả về quan điểm nàyĐể nắmbắt và quản lý hiệu quả nguồn tài nguyên đất đai, việc giám sát lớp phủ và sử dụng đấtđang trở thành nhiệm vụ quan trọng hàng đầu trong lĩnh vực quản lý môi trường vàphát triển bền vững Trước đây, các công cụ truyền thống thường gặp như bản đồ giấyvà các phương pháp đo đạc truyền thống không chỉ tốn kém mà còn hạn chế về độchính xác và khả năng cập nhật Ngược lại, công nghệ Viễn thám và GIS đang nổi lênnhư những công cụ hiện đại, mạnh mẽ hỗ trợ trong việc thu thập và phân tích dữ liệuđất đai Cảm biến trên vệ tinh, drone, và máy bay không người lái giúp thu thập dữliệu từ xa với độ chính xác cao và tần suất cập nhật nhanh chóng Hệ thống Thông tinĐịa lý (GIS) kết hợp dữ liệu từ nhiều nguồn, giúp xây dựng bản đồ tương tác và phứctạp, cung cấp cái nhìn toàn diện về lớp phủ và sử dụng đất.Công nghệ này không chỉgiảm bớt khối lượng công việc mà còn tăng cường khả năng quản lý, theo dõi sự biếnđộng của đất đai và dự báo xu hướng trong tương lai Bằng cách sử dụng Viễn thámvà GIS, chúng ta có thể đưa ra quyết định quản lý dựa trên dữ liệu chính xác và thôngtin đầy đủ, từ đó thúc đẩy sự bền vững và sử dụng tài nguyên đất đai một cách thông

4minh Trong tương lai, việc tích hợp ngày càng mạnh mẽ giữa công nghệ này và quảnlý đất đai sẽ chắp cánh cho sự phát triển bền vững và hiệu quả trong sử dụng nguồn tàinguyên đất đai của chúng ta.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1.Tính cấp thiết

Trong lĩnh vực viễn thám, đã có sự phát triển đáng kể về các phương pháp vàcông nghệ để lập bản đồ không tiếp xúc và tiết kiệm chi phí cho các khu vực rộng lớn,bao gồm bản đồ che phủ/sử dụng đất và các bản đồ chuyên đề khác Điều quan trọngnhất đối với tính sẵn có và đáng tin cậy của những bản đồ này trong khoa học Trái đấtlà phát triển các quy trình hiệu quả cho phân tích và phân loại dữ liệu vệ tinh Đối vớihình ảnh vệ tinh có độ phân giải thấp và trung bình, trong đó kích thước pixel lớn hơnhoặc tương đương với kích thước của các đối tượng địa lý, phương pháp phân loại dựatrên pixel là phương pháp phù hợp nhất, trong đó mỗi pixel được phân loại vào lớpgần nhất dựa trên độ tương đồng phổ của nó Với sự gia tăng đáng kể về độ phân giảikhông gian, phương pháp phân loại dựa trên pixel trở nên ít hiệu quả hơn do mối quanhệ giữa kích thước pixel và kích thước các vật thể trên bề mặt Trái đất đã thay đổi Dođó, phân loại theo hướng đối tượng ngày càng trở nên phổ biến trong thập kỷ qua.Phương pháp này kết hợp giữa phân đoạn và phân loại theo ngữ cảnh Phân đoạn giúpchia hình ảnh thành các nhóm pixel đồng nhất, trong khi quá trình phân loại theo ngữnghĩa sắp xếp các lớp dựa trên các đặc điểm quang phổ, hình học, kết cấu và các tínhnăng khác của các đối tượng trong ảnh Mục tiêu của bài viết này là trình bày lý thuyếtvà phương pháp phân tích hình ảnh dựa trên đối tượng trong viễn thám, nhằm cungcấp cái nhìn tổng quan về lĩnh vực này và chỉ ra một số hạn chế liên quan đến các giảipháp hiện tại

1.2 Phạm vi nghiên cứu

Thành phố Nam Định nằm ở phía Bắc của tỉnh Nam Định cách Thủ đô Hà Nội90km về phía Tây Bắc, cách thành phố Thái Bình - tỉnh Thái Bình 18km và cáchthành phố Hải Phòng 90km về phía Đông Bắc, cách thành phố Ninh Bình - tỉnh NinhBình 28km về phía Nam, cách thành phố Phủ Lý, Hà Nam 30km về phía Tây Bắc

Thành phố Nam Định là đầu mối giao thông quan trọng Giao thông qua thànhphố Nam Định dày đặc và thuận tiện bao gồm: quốc lộ QL21, QL10; đại lộ Thiên

Trường - có vaitrò chiến lược, nối trung tâm hành chính, chính trị của tỉnh với vùngkinh tế trọng điểm phía Nam tỉnh; ngoài ra hệ thống đường tỉnh có dạng hướng tâm đicáchuyện (Các Tỉnh lộ: 486, 487, 488, 490, 490B, 490C); có tuyến đường sắt BắcNam chạy qua, Ga Nam Định là một trong những ga lớn trên tuyến đường sắt BắcNam,thuận tiện cho hành khách vùng Nam đồng bằng đi đến các thành phố lớn trongcảnước như Hà Nội, Huế, Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 2 XỬ LÝ ẢNH SỐ1 Khái quát về viễn thám và ảnh số

1.1 Viễn thám

Viễn thám là một lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng công nghệ có ảnh hưởnglớn đến nhiều lĩnh vực khác nhau, từ khoa học đến quân sự, từ quản lý tài nguyên đếnđịa lý học Khái niệm viễn thám đề cập đến việc sử dụng cảm biến từ xa, như vệ tinh,máy bay không người lái, hoặc máy bay trực thăng, để thu thập thông tin về mặt đấtmà không cần tiếp xúc trực tiếp

Các hệ thống viễn thám có khả năng quan sát và thu thập dữ liệu từ các dạngnăng lượng khác nhau, từ sóng hồng ngoại đến sóng radar, ánh sáng nhìn thấy vànhiều loại cảm biến khác nhau Dữ liệu thu thập từ các nguồn này được xử lý và phântích để tạo ra hình ảnh, bản đồ, và thông tin chi tiết về đối tượng, địa hình, và biến đổitheo thời gian

Ứng dụng của viễn thám rất đa dạng, bao gồm theo dõi biến động đô thị, quảnlý tài nguyên tự nhiên, dự báo thời tiết, nghiên cứu khoa học, và quân sự Công nghệnày đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát biến đổi khí hậu, phòng chống thảmhọa tự nhiên, và hỗ trợ quyết định trong các lĩnh vực như nông nghiệp và đô thị hóa

1.2 Ảnh số

Ảnh số là một khái niệm chủ yếu liên quan đến việc biểu diễn và lưu trữ hìnhảnh bằng dạng số hóa, thay vì sử dụng các phương tiện truyền thống như phim ảnhhoặc tấm phim Qua quá trình chuyển đổi, ảnh số được biểu diễn dưới dạng các giá trịsố, mỗi giá trị tương ứng với một điểm ảnh trên hình ảnh Điều này cho phép lưu trữ,xử lý, và chia sẻ dữ liệu hình ảnh dễ dàng thông qua các thiết bị điện tử và mạngthông tin

Ảnh số có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng dễ dàng chỉnh sửa và tái tạo hìnhảnh mà không làm mất chất lượng, khả năng lưu trữ lượng lớn dữ liệu trong không

8gian nhỏ, và khả năng chia sẻ nhanh chóng qua Internet Các thiết bị như máy ảnh kỹthuật số, điện thoại thông minh, và máy quét giúp chúng ta thu thập ảnh số một cáchthuận tiện và nhanh chóng.

1.3 Ảnh số trong viễn thám

Ảnh số đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực viễn thám, mở ra những khảnăng mới và cung cấp thông tin độ chính xác cao về địa lý và môi trường Trong ngữcảnh viễn thám, ảnh số là kết quả của quá trình thu thập dữ liệu từ xa bằng cách sửdụng cảm biến trên các thiết bị như vệ tinh, máy bay không người lái, hoặc máy baytrực thăng

Ảnh số trong viễn thám cung cấp một cái nhìn toàn diện và chi tiết về các khuvực đối tượng được quan sát Tính năng này rất hữu ích trong việc theo dõi thay đổiđịa hình, quản lý tài nguyên tự nhiên, và giám sát môi trường Nó cũng chơi một vaitrò quan trọng trong các ứng dụng như nghiên cứu khoa học, địa lý học, và quân sự

Ảnh số trong viễn thám có khả năng chụp ảnh ở nhiều dải sóng phổ khác nhau,từ hồng ngoại đến radar, tạo ra những hình ảnh mang đầy đủ thông tin về đối tượngđược quan sát Công nghệ xử lý ảnh số và phân tích dữ liệu đa phổ giúp hiểu rõ hơnvề động lực học của môi trường và đưa ra dự đoán về các thay đổi trong tương lai

Tính linh hoạt của ảnh số trong viễn thám không chỉ giúp nâng cao khả năng đolường và giám sát mà còn hỗ trợ quyết định tốt hơn trong nhiều lĩnh vực quan trọng,từ quản lý tài nguyên đến ứng phó với thách thức môi trường và xã hội

1.4 Quá trình xử lý ảnh số

Quá trình xử lý ảnh số trong lĩnh vực viễn thám đóng vai trò quan trọng trongviệc chuyển đổi dữ liệu hình ảnh số từ các nguồn vệ tinh, máy bay không người lái,hoặc máy bay trực thăng thành thông tin hữu ích và chi tiết về môi trường và địa lý.Đầu tiên, dữ liệu hình ảnh số được thu thập từ các cảm biến này, bao gồm nhiều dảisóng phổ như hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, và radar Sau đó, quá trình tiền xử lýđược áp dụng để loại bỏ nhiễu, cân bằng độ sáng, và điều chỉnh độ tương phản, nhằmtối ưu hóa chất lượng dữ liệu

Bước quan trọng tiếp theo là phân đoạn ảnh, nơi hình ảnh được chia nhỏ thànhcác vùng dựa trên các đặc trưng như màu sắc, độ sáng, hoặc cấu trúc không gian Điềunày giúp xác định và tách biệt các đối tượng hoặc đặc điểm cụ thể trong hình ảnh.Thông tin được trích xuất từ các vùng đã được phân đoạn, bao gồm đặc điểm địa lý,sự biến động của đối tượng, và các thông tin về tài nguyên tự nhiên.

Cuối cùng, dữ liệu trích xuất được phân tích và đánh giá để hiểu rõ hơn về môitrường hoặc đối tượng được quan sát Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việchỗ trợ quyết định và giám sát trong nhiều lĩnh vực như quản lý tài nguyên, dự báothảm họa tự nhiên, và nghiên cứu khoa học Tổng cộng, xử lý ảnh số trong viễn thámđóng vai trò quan trọng, mang lại thông tin chính xác và đầy đủ, hỗ trợ quyết định vàgiải quyết các thách thức đa dạng mà con người đối mặt trong thế giới hiện đại

1.5 Đặc trưng của xử lý ảnh số trong viễn thám

Xử lý ảnh số trong viễn thám nổi bật với những đặc trưng đặc biệt, tận dụng đadạng dải sóng phổ để cung cấp thông tin chi tiết và đa chiều về môi trường và đốitượng quan sát Một trong những đặc điểm quan trọng là sự đa dạng của dải sóng,không chỉ giới hạn ở mức ánh sáng nhìn thấy mà còn bao gồm hồng ngoại, radar, vàcác dải sóng khác

Bước tiền xử lý đóng vai trò quan trọng để tối ưu hóa chất lượng dữ liệu Quátrình này bao gồm loại bỏ nhiễu, cân bằng độ sáng, và điều chỉnh độ tương phản,nhằm làm cho dữ liệu phù hợp với mục tiêu cụ thể Việc này đảm bảo rằng thông tintrích xuất từ hình ảnh số là chính xác và đáng tin cậy

Ngoài ra, khả năng phân đoạn ảnh là một đặc trưng quan trọng khác của xử lýảnh số trong viễn thám Quá trình này chia nhỏ hình ảnh thành các vùng dựa trên cácđặc trưng như màu sắc, độ sáng, hoặc cấu trúc không gian, giúp xác định và tách biệtcác đối tượng hoặc đặc điểm cụ thể

Cuối cùng, việc trích xuất thông tin chi tiết và phân tích dữ liệu là bước quan

10sát, đồng thời hỗ trợ quyết định và giám sát trong nhiều lĩnh vực như quản lý tàinguyên, dự báo thảm họa tự nhiên, và nghiên cứu khoa học Đặc trưng của xử lý ảnhsố trong viễn thám không chỉ là kỹ thuật mà còn là cơ sở quan trọng cho sự hiểu biếtsâu sắc về thế giới xung quanh chúng ta.

1.6 Nắn chỉnh hình học ảnh SPOT

Quá trình nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh SPOT là một phần quan trọng củaviệc xử lý dữ liệu hình ảnh, nhằm đảm bảo rằng thông tin thu được từ các vệ tinh nàylà chính xác và phản ánh đúng trạng thái của môi trường Các thuật toán nắn chỉnhnày tập trung vào việc điều chỉnh biến dạng hình học, chói sáng, và các yếu tố khác cóthể tác động đến chất lượng hình ảnh

Một trong những phương pháp quan trọng là sử dụng biến đổi affine và biếnđổi Affine không đồng dạng Biến đổi Affine giữ nguyên hình dạng cơ bản của đốitượng, trong khi biến đổi affine không đồng dạng cho phép điều chỉnh chi tiết hơntheo các biến thay đổi đặc biệt Điều này giúp duy trì tính chính xác của dữ liệu đốitượng trong hình ảnh

Chỉnh chói sáng và độ tương phản là bước quan trọng khác trong quá trình này.Các phương pháp như Histogram Equalization và Adaptive Histogram Equalizationđược sử dụng để làm cho phân bố độ sáng trên hình ảnh đồng đều hơn, giúp nâng caochất lượng hình ảnh và làm tăng khả năng phân đoạn đối tượng

Nghiêng góc là một yếu tố quan trọng và để giảm biến dạng hình học, thuậttoán SPOT sử dụng phương pháp Rational Polynomial Coefficients (RPC) Điều nàygiúp điều chỉnh góc quan sát và độ cao của vệ tinh, đảm bảo rằng hình ảnh thu được làchính xác và đáng tin cậy

Cuối cùng, trong trường hợp có nhiều lần quan sát, quá trình đồng bộ hóa hìnhảnh đa đợt giúp đảm bảo sự nhất quán giữa các hình ảnh thu thập từ các thời điểmkhác nhau Những nỗ lực này không chỉ cải thiện chất lượng hình ảnh vệ tinh SPOTmà còn làm cho chúng trở thành một nguồn thông tin quý giá cho việc giám sát môitrường, quản lý tài nguyên, và nghiên cứu địa lý

CHƯƠNG 3: KÊNH PHỔ SPOT 51 Khái Niệm

Kênh phổ trong ngữ cảnh của vệ tinh Spot 5 đề cập đến các băng tần tương ứngvới các bộ lọc mà vệ tinh này sử dụng để thu thập dữ liệu hình ảnh SPOT 5 là một dựán của CNES (Centre National d'Études Spatiales) của Pháp và được quản lý bởi côngty CNES-Astrium

Spot 5 có năm kênh phổ chính, mỗi kênh tương ứng với một dải bước sóng nhấtđịnh Các kênh phổ này giúp vệ tinh thu thập thông tin đa dạng về mặt đất, từ hình ảnhchụp cảnh đến thông tin về sự thay đổi của đất đai và môi trường

Dưới đây là mô tả ngắn về các kênh phổ chính của Spot 5:Kênh Panchromatic (P): Đây là kênh hình ảnh chụp toàn bộ dải bước sóng và cóđộ phân giải cao nhất Kênh này thường được sử dụng để tạo ra hình ảnh đen trắng rõnét và chi tiết

Kênh Blue (B): Đo bước sóng ở mức xanh lá cây, thường được sử dụng để phânbiệt các vùng thực vật và nước

Kênh Green (G): Tương tự như kênh Blue, nhưng phản ánh dải bước sóng xanh lácây

Kênh Red (R): Đo bước sóng ở mức đỏ, được sử dụng để phân biệt giữa các đốitượng và đặc điểm khác nhau trên mặt đất

Kênh Near-Infrared (NIR): Đo bước sóng gần hồng ngoại, thường được sử dụng đểxác định sự chênh lệch giữa các loại cây và môi trường, cũng như thông tin về sự mọccây và sức khỏe của cây cối

Kênh Blue (B):Dải Bước Sóng: Phản ánh bước sóng ở mức xanh lá cây (450-520 nm)

12Ứng Dụng: Hữu ích trong việc phân loại và đánh giá môi trường, đặc biệt làcác khu vực thực vật và nước.

Kênh Green (G):Dải Bước Sóng: Phản ánh bước sóng ở mức xanh lá cây (520-590 nm).Ứng Dụng: Giúp phân biệt giữa các loại thực vật và theo dõi sự phát triển củachúng

Kênh Red (R):Dải Bước Sóng: Phản ánh bước sóng ở mức đỏ (625-695 nm).Ứng Dụng: Hữu ích trong việc xác định đối tượng và đặc điểm trên mặt đất,như các loại đất, đồng cỏ, và đồng lúa

Kênh Near-Infrared (NIR):Dải Bước Sóng: Phản ánh bước sóng ở mức gần hồng ngoại (770-890 nm).Ứng Dụng: Được sử dụng để phân biệt giữa các loại cây cỏ, đánh giá sức khỏecủa cây cối, và theo dõi thay đổi trong thực vật

Bước 1: Tại ứng dụng focus của Banff, chọn Analysis, mở Object analyst

Ảnh đã qua xử lý EnviBước 2: Tiến hành làm phân đoạn từ kênh nguồn

Tỉ lệ: 10Hình dạng: 0.75Độ nén: 0.65Bước 3: Thực hiện tính toán thuộc tính bao gồm thống kê, hình học và kết cấu

14Bước 4: Biên tập dữ liệu địa lý

Bước 5: Phân loại các dữ liệu được giám sát từ bước 4 và kết quả