Luận văn thạc sĩ Xử lý số liệu định vị và bản đồ: Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

BUN SOVANNROTHANA TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT Chuyên ngành: Xử lý số liệu định vị và bản đồ bằng kỹ thuật tin học

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, viễn thám bắt đầu được ứng dụng từ những năm tám mươi và đã mang lại nhiều kết quả đáng kể nhưng vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của thực tiễn Để nhanh chóng phát triển công nghệ viễn thám kết hợp với công nghệ GIS (Geographical Information Systems) đáp ứng được các nhu cầu phát triển kinh tế của đất nước trong thời kỳ công nghiệp hoá và hiện đại hóa, Bộ Khoa học-Công nghệ và Môi trường đã phối hợp với các Bộ, Ngành có liên quan xây dựng đề án “Kế hoạch tổng thể về ứng dụng và phát triển công nghệ viễn thám ở Việt Nam giai đoạn 2001–2010” nhằm hướng đến sự phát triển bền vững trên cơ sở sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và giảm thiểu thiên tai

Tuy nhiên, việc ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám độ phân giải cao trong việc cung cấp thông tin không gian và cập nhật biến động phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu GIS cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể và đề ra quy trình hiệu quả, nhằm hỗ trợ các cơ quan khai thác và ứng dụng công nghệ mới trong việc xây dựng lớp bản đồ nền và chuyên đề thích hợp Đề tài được thực hiện theo hướng tích hợp kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh tương thích với GIS ở nhiều cấp độ khác nhau (đa tỉ lệ, đa thời gian…) và cung cấp quy trình thích hợp nhằm nhanh chóng cung cấp thông tin hữu ích và chính xác cho hệ thống thông tin địa lý thành phố Hồ Chí Minh để quản lý, phân tích, đánh giá cũng như cập nhật biến động dữ liệu không gian của thành phố như: thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ bề mặt (land cover) và bản đồ hiện trạng sử dụng đất (land use); phát hiện biến động đất; giám sát vùng ô nhiễm …

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Công nghệ viễn thám (Remote Sensing) đã được hình thành và phát triển khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau và đã đem lại hiệu quả cao cho nhiều hoạt động kinh tế xã hội quan trọng như: điều tra cơ bản, công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát và bảo vệ môi trường, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, quản lý lãnh thổ cũng như an ninh quốc phòng Đây là kỹ thuật nghiên cứu các đối tượng (vật thể) mà không cần có những tiếp xúc trực tiếp với chúng Nhờ đó, những ứng dụng của kỹ thuật viễn thám có một vị trí quan trọng trong chiến lược phát triển bền vững của mọi quốc gia

Theo nghiên cứu thống kê trên thế giới, lợi ích mang lại từ việc ứng dụng kỹ thuật tích hợp viễn thám và GIS trong quản lý thành phố sẽ đem lại tiết kiệm rất lớn về thời gian và nhân lực

Thành phố Brisbane của Australia đã áp dụng công nghệ tích hợp viễn thám và GIS thành công để quản lý đô thị từ năm 1994, sau đó Australia cũng đã hỗ trợ Trung Quốc xây dựng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đầu tiên cho thành phố Zhuhai tỉnh Guangdong và ảnh viễn thám độ phân giải cao đã giữ vai trò khá quan trọng trong việc cập nhật dữ liệu không gian Trong khu vực Đông Nam Á, thành phố Semarang thuộc tỉnh Central Java cũng đã nhanh chóng thực hiện việc áp dụng kỹ thuật tích hợp viễn thám và GIS phục vụ công tác quản lý ủoõ thũ.

Những vấn đề nghiên cứu còn tồn tại

Nhiều kết quả nghiên cứu về tích hợp viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã ứng dụng khá phổ biến Tuy nhiên, nguồn tư liệu đa số sử dụng là ảnh Landsat Trong nghiên cứu này, sử dụng tư liệu ảnh ASTER (có độ phân giải không gian tốt hơn) nhằm so sánh độ chi tiết kết quả bản đồ hiện trạng sử dụng đất được tạo ra

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT

Khái niệm

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất (BĐHTSDĐ) là bản đồ thể hiện sự phân bố các loại đất tại một thời điểm xác định Nội dung của BĐHTDĐ phải đảm bảo phản ánh trung thực hiện trạng sử dụng các loại đất theo mục đích sử dụng và các loại đất theo thực trạng bề mặt tại thời điểm thành lập

BĐTHSDĐ được thành lập theo đơn vị hành chánh các cấp (xã, huyện, tỉnh, thành phố) và vùng lãnh thổ (quốc gia) làm tài liệu phục vụ thông kê, kiểm kê quỹ đất đã giao và chưa được giao sử dụng hàng năm và theo định kỳ 5 năm, lập quy hoạch-kế hoạch sử dụng đất và cung cấp thông tin cho các mục đích nghiên cứu khoa học phát triển các ngành kinh tế xã hội

Trên BĐHTSDĐ các khoanh đất được sử dụng để vẽ tập hợp một hoặc nhiều thửa đất nằm liền kề nhau có cùng loại đất theo mục đích sử dụng Khoanh đất được vẽ trên bản hoặc ngoài thực địa giới hạn bởi một đường bao khép kín trên bản đồ gọi là ranh giới khoanh đất Khoanh đất được thể hiện đúng vị trí, kích thước theo tỷ lệ bản đồ bằng các ký hiệu được quy định

Phương pháp thành lập BĐHTSDĐ dựa trên cơ sở diện tích khu vực thành lập, tính chính xác, tính đầy đủ và độ tin cậy của nguồn tài liệu hiện có; tỷ lệ bản đồ, thiết bị và năng lực kỹ thuật công nghệ Ngày nay, ngoài các phương pháp truyền thống, phương pháp dùng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao có thể đáp ứng được việc thành lập BĐHTSDĐ các cấp kết hợp với công nghệ GIS trên nền tảng công nghệ thông tin hiện đại.

Cơ sở toán học

Cơ sở toán học BĐHTSDĐ là cơ sở toán học của bản đồ nền Bản đồ nền phải là bản đồ địa hình có hệ quy chiếu thống nhất Cơ sở toán học, nội dung và

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất độ chính xác của bản đồ nền dùng thành lập BĐHTSDĐ theo quy định của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường:

• Elipsoide quy chiếu quốc gia là Elipsoide WGS 84 toàn cầu với kích thước:

- Tốc độ quay quanh trục 7292115,00x10 -11 rad/s

- Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 6 0 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k0 = 0,9996 để thể hiện các bản đồ nền tỷ lệ từ 1/ 500.000 đến 1/ 25.000

- Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với mũi chiếu 3 0 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k0 = 0,9999 để thể hiện các bản đồ nền tỷ lệ từ 1/ 10.000 đến 1/ 1.000

Tỷ lệ BĐHTSDĐ phụ thuộc vào diện tích đơn vị hành chánh; vào đặc điểm , diện tích độ chính xác các yếu tố nội dung cần thể hiện Bảng 2.1 quy định tỷ lệ BĐHTSDĐ theo quy mô diện tích tự nhiên (Nguồn Bộ Tài nguyên và Môi trường 2005)

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất Đơn vị thành lập bản đồ Tỷ lệ bản đồ Quy mô diện tích tự nhiên (ha)

Cấp xã, khu công nghệ cao, khu kinh teá

Dưới 150 Trên 150 đến 300 Trên 300 đến 2.000 Treân 2.000

Bảng 3.1: Tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất (TLTK12: Bộ Tài nguyên và

Môi trường – Quy phạm thành lập BĐHTSDĐ)

Viễn thám trong công tác thành lập bản đồ HTSDĐ tại Việt Nam

Trong những năm gần đây ảnh viễn thám đã được sử dụng khá rộng rãi trong một số ngành kỹ thuật ở Việt Nam, tuy rằng chưa có một chiến lược lâu dài và đồng bộ trong việc quản lý dữ liệu để có thể dùng chung một cách hiệu quả nhưng bước đầu đã chứng tỏ nhu cầu ngày càng cần thiết của nó và tính hiệu quả đã được khẳng định mà các phương pháp truyền thống không thể có được Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn cũng đã ứng dụng kỹ thuật viễn thám và GIS trong công tác đánh giá thích nghi đất đai, thành lập bản đồ hiện trạng sử

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất dụng đất phục vụ cho công tác quy hoạch sử dụng đất Trong đó như trong lĩnh vực địa chất, kỹ thuật viễn thám đã được ứng dụng rộng rãi để nghiên cứu kiến tạo cấu trúc trái đất như nghiên cứu các tập hợp và các tầng cấu trúc, nghiên cứu các dạng uốn nếp, xác định các cấu trúc sâu, nghiên cứu thăm dò và khai thác tài nguyên trong lòng đất đo vẽ và lập bản đồ địa mạo, bản đồ thạch học

Viễn thám ở Việt Nam bắt đầu từ công nghệ tương tự, và từng bước chuyển sang công nghệ số kết hợp với công nghệ tương tự và hệ thống GIS Công nghệ viễn thám đã được sử dụng rộng rãi trong công tác điều tra tài nguyên nước, tài nguyên đất, tài nguyên biển, nói chung phục vụ cho rất nhiều lĩnh vực trong thời đại hiện nay Để quản lý và khai thác tài nguyên rừng, tài nguyên đất một cách chặc chẽ và có hiệu quả nhà nước cũng đã quy định chu kỳ kiểm kê thủ công từ cơ sở từ cấp xã, huyện vẫn còn nhiều bất cập trong công tác điều tra biến động và sử dụng đất Cho đến nay nhà nước vẫn chưa có được số liệu chính xác về diện tích rừng và diện tích các loại hình sử dụng đất để làm cơ sở cho chiến lược phát triển kinh tế xã hôi

Trung tâm viễn thám-Bộ Tài nguyên và Môi trường giới thiệu “phương pháp sử dụng ảnh viễn thám trong công tác kiểm kê diện tích đất đai và xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005” đã nêu vai trò ảnh viễn thám cho phép giải quyết các nhiệm vụ chủ yếu như sau:

1 Điều tra tài nguyên đất, đánh giá sử dụng đất, quy hoạch sử dụng đất

2 Điều tra rừng, giám sát khai thác và bảo vệ rừng, quy hoạch phát triển rừng

3 Quy hoạch và phát triển nông nghiệp, giảm sát mùa vụ nông nghiệp

4 Khảo sát nguồn nước và quy hoạch sử dụng tài nguyên nước

CƠ SỞ VIỄN THÁM VÀ GIS

Viễn thám (Remote Sensing)

Viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu về các phương pháp thu thập, đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng

Thuật ngữ Remote Sensing (viễn thám) được sử dụng đầu tiên ở Mỹ vào năm 1960 bao gồm tất cả các lĩnh vực như không ảnh, giải đoán ảnh, địa chất ảnh Do các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua năng lượng bức xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám còn là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về sự phản xạ và bức xạ

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 cần phải đo lường và phân tích trong viễn thám

Hình 4.1 Đặc trưng phổ của đối tượng được ghi nhận bởi veọ tinh LandSat (TLTK5: Leõ Vaờn Trung)

Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến (sensor) Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh (cameras) hoặc máy quét (scanners)

Phương tiện mang các sensors được gọi là vật mang (platform) Vật mang có thể là máy bay (aircraft), khinh khí cầu (radiosonde), tàu con thoi (space shuttle) hoặc vệ tinh (satellite)

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 được thu nhận bởi bộ cảm biến đặt trên vật mang Thông tin về đối tượng có thể nhận biết được thông qua xử lý tự động trên máy tính hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh của đối tượng dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia Cuối cùng, các dữ liệu hoặc

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất thông tin dưới dạng ảnh số sẽ được áp dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, môi trường và những các nhiều ngành nghề khác

Hình 4.3 Nguyên lý thu nhận dữ liệu được sử dụng trong viễn thám (TLTK5: Lê Văn Trung) 4.1.1 Khái niệm cơ bản về viễn thám Ảnh viễn thám dùng để ghi nhận giá trị sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể và các giá trị này thường được lưu dưới dạng số Ảnh được chia thành nhiều phần tử nhỏ thường được gọi là phần tử ảnh(pixel) Mỗi pixel tương ứng với một đơn vị không gian và có giá trị nguyên hữu hạn ứng với từng cấp độ xám

Các pixel thường có hình dạng vuông và được xác định bằng tọa độ là chỉ số hàng tăng dần từ trên xuống và chỉ số cột từ trái sang phải Nếu kích thước pixel quá lớn thì chất lượng ảnh sẽ kém, còn trong trường hợp ngược lại thì dung lượng thông tin cần lưu trữ lại quá lớn Diện tích nhỏ nhất trên mặt đất được ghi nhận tương ứng với một pixel được gọi là độ phân giải của ảnh Tuỳ theo loại vệ

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tinh và lĩnh vực ứng dụng, ảnh viễn thám được cung cấp sẽ có độ phân giải khác nhau

Hình 4.4 Dữ liệu ảnh vệ tinh được sử dụng trong cung cấp thông tin

Bởi vì ảnh viễn thám được ghi lại theo những dải phổ khác nhau từ cực tím đến sóng Radio nên người ta còn gọi là dữ liệu ảnh đa phổ (Multi-Spectral), đa kênh (Multi-Channel) hoặc nhiều kênh (Multi-Band Data) Thông tin được lưu trong dữ liệu ảnh số theo đơn vị bit (binary digit), thông thường các ảnh viễn thám được ghi theo 6, 7, 8 hoặc 10 bits đồng thời vệ tinh NOAA (The National Oceanic and Atmospheric Administration) dùng 10 bits để ghi Trong xử lý ảnh số bằng máy tính, đơn vị thường sử dụng là byte (1 byte = 8 bits) Do đó, đối với ảnh thu được mã hóa có số bits nhỏ hơn hoặc bằng 8 thì được lưu dưới dạng 1 byte (byte type) Đây là loại phổ biến nhất vì mỗi pixel sẽ nhận giá trị số nguyên: 0 - 255 và có thể thể hiện đến 256 cấp độ xám Đối với ảnh có số bits lớn hơn 8 được lưu ở dạng 2 byte hay trong một từ (word type) có thể lưu được

Hình 4.5 Ảnh vệ tinh chụp trên 3 kênh phổ lưu dưới dạng 8 bits

4.1.2 Cấu trúc cơ bản của dữ liệu ảnh viễn thám

Năng lượng sóng điện từ sau khi tới được bộ cảm biến (sensor) được chuyển thành tín hiệu số Dữ liệu xuất của ảnh tương ứng với năng lượng bức xạ do bộ cảm biến nhận được và thông tin được cung cấp dựa vào giá trị của pixel cho trên ảnh

Dữ liệu ảnh số được ghi lại và tổ chức theo những trật tự nhất định gọi là khuôn dạng (format) Đây là sự phối hợp vị trí không gian (hàng, cột) và giá trị phổ (band) để thu nhận, thể hiện, và phân tích ảnh Hiện nay có 3 loại khuôn dạng thông dụng của dữ liệu ảnh số như sau:

• Khuôn dạng BSQ (Band Sequence): trong đó các kênh phổ được lưu tuần tự hết kênh này sang kênh khác Nghĩa là ảnh số hàng và cột ghi theo từng kênh (band)

• Khuôn dạng BIL (Band Interleaved by Line): là khuôn dạng trong đó từng hàng được ghi theo thứ tự của số band Như vậy, mỗi hàng được ghi tuần tự theo kênh phổ và sau đó lặp lại theo số thứ tự của từng hàng

Heọ thoỏng thoõng tin ủũa lyự (GIS)

4.2.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý

Thành phần hoàn chỉnh của GIS được công nhận bởi FIS (Federation International of Surveyors) là một hệ thống bao gồm phần cứng (Hardware), phần mềm (Software), dữ liệu (Data) và người sử dụng (User) Với sự phát triển nhanh của công nghệ thông tin đã ảnh hưởng tích cực đến việc giảm giá thành và tăng tốc độ xử lý của phần cứng, hoàn thiện chức năng quản lý và phân tích dữ liệu của phần mềm, đồng thời cũng làm cho vòng đời của chúng trở nên ngắn hơn so với dữ liệu nếu được cập nhật

Ngoài 4 thành phần cơ bản trên, để quản lý toàn bộ cơ sở dữ liệu của một thành phố hay một quốc gia, đồng thời tạo thuận lợi cho việc chia sẻ và kết nối thông tin rất đa dạng về nhu cầu có liên quan trực tiếp cũng như gián tiếp với nhiều cơ quan, ban, ngành Quy trình và cách thức tổ chức hệ thống GIS được xem là thành phần thứ 5 góp phần giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển ứng dụng GIS

Hình 4.11 Mô hình GIS 5 thành phần 4.2.2 Các chức năng của GIS

GIS gồm có 4 chức năng chính: nhập dữ liệu, quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu và hiển thị dữ liệu nhằm ứng dụng hiệu quả trong quản lý tài nguyên thiên

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất nhiên, môi trường Trong đó quản lý thiết kế quy hoạch cơ sở hạ tầng kỹ thuật, quản lý sử dụng đất đai, quản lý kinh tế xã hội,…

• Nhập dữ liệu: Nhập dữ liệu là quá trình mã hóa dữ liệu thành dạng có thể đọc và lưu trữ trên máy tính có nghĩa là tạo cơ sở dữ liệu GIS Nhập dữ liệu giữ vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra cơ sở dữ liệu đầy đủ và chính xác.

• Quản lý dữ liệu: Dữ liệu địa lý thể hiện thế giới thực được quản lý trong

GIS theo các mô hình dữ liệu nhất định Dữ liệu thuộc tính thường được quản lý dưới dạng mô hình quan hệ, trong khi dữ liệu không gian được quản lý dưới dạng mô hình dữ liệu vector và raster Có thể chuyển đổi qua lại giữa hai mô hình: vector sang raster (raster hoá) hoặc raster sang vector (vector hoá) Để biểu diễn các dữ liệu vector có 2 loại cấu trúc dữ liệu thường được sử dụng đó là: Spaghetti (phần mềm MapInfo) và Topology (phần mềm Arcview, Geomedia,…) Quản lý dữ liệu giữ vai trò rất quan trọng trong việc truy cập nhanh cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính, góp phần phân tích dữ liệu hiệu quả cho các bài toán ứng dụng thực tế Có bốn phương pháp cơ bản trong quản lý dữ liệu thể hiện trong hình 4.12 như sau:

- Các phần mềm ứng dụng GIS truy xuất dữ liệu được lưu trữ trong các tập tin dữ liệu không gian và phi không gian

- Các phần mềm ứng dụng GIS truy xuất dữ liệu từ 2 cơ sở dữ liệu riêng: không gian và thuộc tính (áp dụng đối với ArcInfo)

- Các phần mềm ứng dụng GIS truy xuất dữ liệu từ một cơ sở dữ liệu thuộc tính và không gian.

- Ngay từ đầu phát triển cơ sở dữ liệu không gian có khả năng xử lý dữ liệu không gian và thuộc tính trong cùng một cơ sở dữ liệu.

• Phân tích dữ liệu: GIS có thể phân biệt với các hệ thống thông tin khác bởi khả năng phân tích kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính cùng lúc Các chức năng phân tích dữ liệu của GIS có thể chia thành 4 nhóm chính: Duy trì và phân tích dữ liệu không gian, Duy trì và phân tích dữ liệu thuộc tính, Phân tích tổng hợp dữ liệu không gian và thuộc tính, Định dạng xuất Mỗi nhóm chính bao gồm nhiều chức năng được thể hiện trong hình 4.13

Khoâng gian & thuộc tính cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu không gian Cơ sở dữ liệu thuộc tính

Khoâng gian & thuộc tính cơ sở dữ liệu

Phaàn meàm cho quản lý dữ liệu khoâng gian

DBMS cho quản lý thuộc tính dữ liệu

DBMS cho người dùng thieát keá Phần mở rộng DBMS để chứa dữ liệu khoâng gian DBMS treân thị trường Ứng dụng phaàn meàm GIS phaàn meàm GIS Ứng dụng phaàn meàm Ứng dụng GIS phaàn meàm

Hình 4.12 Phương pháp quản lý dữ liệu GIS (TLTK1: Lê Văn Trung)

Chuyển đổi format Chuyển đổi hình học Chuyển đổi giữa những phép chiếu bản đồ

Tổng hợp Gheùp bieân Soạn thảo đồ họa 1.Duy trì và phân tích dữ liệu không gian

Làm thưa tọa độ Các chức năng soạn thảo thuộc tính

2 Duy trì và phân tích dữ liệu thuộc tính Các chức năng truy vấn thuộc tính

Thu hồi/ Phân loại/Đo lường

Thu hoài Phân loại Đo lường Các phép tính phủ lớp

Tìm kieám Đường và điểm trong polygon

Các chức năng đo vẽ ủũa hỡnh

Các phép tính lân cận

3 Phaõn tớch toồng hợp dữ liệu không gian và thuộc tính

Các chức năng liên kết

Network Kéo giãn Seek Intervisibility Illumination Xem phối cảnh

4 Định dạng xuất (Formatting output)

Chú giải bản đồ Nhãn text

Kiểu đường, vùng Ký hiệu đồ họa

Hình 4.13 Chức năng phân tích chính của GIS (TLTK1: Lê Văn Trung)

• Hiển thị dữ liệu: GIS cho phép lưu trữ và hiển thị thông tin hoàn toàn tách biệt, có thể hiển thị được thông tin ở các tỉ lệ khác nhau, mức độ chi tiết của thông tin được lưu trữ chỉ bị giới hạn bởi khả năng lưu trữ phần cứng và phương pháp mà phần mềm dùng để hiển thị dữ liệu Người ta chỉ có thể hiển thị thông tin ở mức độ chi tiết kém hơn nó được lưu trữ, do đó thông tin cần được nhập vào ở độ chi tiết cao nhất Ngoài ra, dữ liệu được cung cấp bởi GIS không chỉ đơn thuần là bản đồ mà còn có cả bảng báo cáo, biểu đồ, hình ảnh,… và bằng nhiều hình thức hiển thị như hình ảnh tức thời trên màn hình; bản in ra giấy từ máy in hay máy vẽ, cũng như dữ liệu được ghi trên các môi trường từ Hình 4.14 minh họa các yêu cầu hiển thị và thiết bị tương ứng

BẢN ĐỒ BẢNG BIỂU HÌNH ẢNH

Hình 4.14 Hiển thị dữ liệu của GIS

Tóm lại, dữ liệu được cung cấp bởi GIS có chất lượng được đảm bảo, luôn được cập nhật, lý lịch của dữ liệu được tự mô tả thông qua metadata, việc truy cập và phân tích dữ liệu rất hiệu quả bởi hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu

4.2.3 Cấu trúc dữ liệu không gian

Trong mô hình dữ liệu vector, GIS cung cấp chính xác vị trí của điểm, đường và vùng thể hiện các đối tượng địa lý trong không gian Vị trí của các đối tượng địa lý trên bề mặt đất thường được lưu trữ theo một hệ tọa độ tham chiếu X,Y (hệ tọa độ HN 72, VN 2000) như thường được thể hiện trên bản đồ, do đó điểm, đường và vùng có giá trị tọa độ thể hiện như sau:

Hình 4.15 minh hoạ phương pháp cơ bản được sử dụng trong GIS để lưu trữ dữ liệu Trong đó, mô hình dữ liệu vector và Mô hình dữ liệu raster thường được sử dụng để thể hiện thế giới thực

Hình 4.15 Mô hình dữ liệu không gian của GIS (TLTK1: Lê Văn Trung)

Có 2 loại cấu trúc dữ liệu không gian thường được áp dụng trong mô hình dữ liệu vector như sau:

Cấu trúc dữ liệu Spaghetti: Cấu trúc được xây dựng rất đơn giản và dễ hiểu, trong đó mối quan hệ không gian giữa các đối tượng không được mã

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất húa Nhược điểm của cấu trỳc này làứ khụng hữu hiệu đối với hầu hết cỏc dạng phân tích không gian Tuy nhiên, mô hình này khá hữu hiệu để tái sản xuất bản đồ số bởi vì không cần lưu trữ quan hệ không gian

Hình 4.16 Cấu trúc dữ liệu không gian của GIS (TLTK1: Lê Văn Trung)

Cơ sở tích hợp GIS và viễn thám

Sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS là trong thực tế cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu không gian và có thể thành lập bản đồ số, đặc biệt là có cùng một số thuật toán xử lý dữ liệu không gian số (digital spatial data)

Từ quan điểm của các chuyên gia GIS, công nghệ viễn thám là một trong những công nghệ thu thập dữ liệu khá quan trọng và hiệu quả nhất Sự tích hợp dữ liệu viễn thám vào GIS rất khả thi và ngược lại trong một số bài toán phân loại ảnh viễn thám, các chuyên gia viễn thám sẽ đạt được kết quả chính xác hơn nếu có được các thông tin địa lý bổ trợ, ví dụ như các số liệu ranh giới, độ cao, độ dốc,…

Trong chương này nhằm đề xuất quy trình không chỉ sử dụng ảnh viễn thám phối hợp với dữ liệu vector của GIS mà còn phối hợp các chức năng sẵn có của hai công nghệ nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong việc cung cấp thông tin đáp ứng các yêu cầu trong xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian

4.3.1 Tiềm năng cung cấp dữ liệu của viễn thám Ảnh hàng không hoặc vệ tinh dưới dạng ảnh số được giải đoán hoặc phân tích, xử lý để tạo ra dữ liệu hoặc cập nhật bản đồ có tỉ lệ thích hợp theo yêu cầu hoặc xây dựng mô hình biểu diễn độ cao mặt đất, giám sát sự biến động hiện trạng sử dụng đất và môi trường Nhìn chung dữ liệu ảnh viễn thám độ phân giải cao có khả năng cung cấp rất tốt các thông tin về kinh tế xã hội và là nguồn xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý đô thị rất hiệu quả Viễn thám là một trong những công nghệ rất hiệu quả trong việc thu thập dữ liệu và cung cấp thông tin quan trọng cho hệ thống thông tin địa lý của thành phố trong tương lai, có thể tóm tắt khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý đô thị theo hình 4.18 nhử sau:

Hình 4.18 Khả năng ứng dụng viễn thám cung cấp dữ liệu GIS

Cần thiết cho một số Sở,

Môi trường ẹũa chaỏt Sử Dụng Đất

Cần thiết cho toàn thành á

Caáp, thoát nước ẹieọn Quy hoạch ẹũa Chớnh

Hình 4.19 Lĩnh vực ứng dụng và tỉ lệ bản đồ cần thiết

0,01 0,1 1 10 25 50 100 (m) Độ chính xác không gian ẹũa chớnh Coõn g trỡnh Dũch vu ù C C Qua ỷn l yự LN Địa hình QH sử dụng đất Ảnh IKONOS SPOT

LandSat AVHRR Độ chính xác yêu cầu của dữ liệu GIS phụ thuộc chủ yếu vào loại tỉ lệ bản đồ được thành lập và chu kỳ cập nhật Tuỳ thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, dữ liệu địa lý có yêu cầu tương ứng với độ chính xác về không gian và thời gian

Hình 4.20 Độ chính xác về không gian và thời gian của dữ liệu ủũa lyự (TLTK5: Leõ Vaờn Trung)

Hình 4.20 cho thấy độ chính xác và khả năng cập nhật của dữ liệu ảnh viễn thám tương ứng trong thành lập và cập nhật dữ liệu không gian Việc chọn loại dữ liệu ảnh vệ tinh tuỳ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ của dữ liệu địa lý phục vụ yêu cầu ứng dụng trong từng lĩnh vực Bảng 4.1 dưới đây thể hiện một số đặc trưng kỹ thuật của ảnh viễn thám đang sử dụng phổ biến hiện nay

Với khả năng cung cấp ảnh số độ phân giải cao 1m và chu kỳ lặp ngắn (cập nhật thông tin trong vài ngày), công nghệ viễn thám đã góp phần nâng cao hiệu quả trong việc ứng dụng GIS quản lý, quy hoạch và phát triển đô thị

Veọ tinh Sensor Độ phân giải Toàn sắc (PAN) Đa phổ (MS) Độ rộng đường quyét Độ phân giải cao

40 km Độ phân giải trung bình

JERS-1 OPS IRS-1C/D PAN IRS-1C/D LISS III TK-350 (Kosmos)

200 km Độ phân giải thaáp

IRS-1C/D WIFS TIROS/AVHRR (NOAA)

Bảng 4.1 Độ chính xác về không gian của dữ liệu ảnh viễn thám

(TLTK1: Leâ Vaên Trung) 4.3.2 Nhu cầu cần thiết tích hợp giữa viễn thám và GIS

Tích hợp viễn thám và GIS nhằm tạo ra công nghệ hiệu quả kết hợp chiến lược xử lý ảnh cũng như dòng luân chuyển thông tin và chuyển đổi dữ liệu trong quá trình xử lý và giải đoán ảnh, để tạo ra dữ liệu địa lý cần thiết cho GIS đáp ứng nhu cầu đa dạng trong quản lý đô thị

Từ quan điểm của các chuyên gia GIS, công nghệ viễn thám là một trong những công nghệ thu thập dữ liệu không gian khá quan trọng và hiệu quả nhất Sự tích hợp dữ liệu viễn thám vào GIS dựa trên dữ liệu raster rất khả thi vì cấu trúc dữ liệu giống nhau, hơn nữa có sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS đó là trong thực tế cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu không gian và có thể thành lập bản đồ số, đặc biệt là có cùng một số thuật toán xử dữ liệu không gian số (digital spatial data) Khi ảnh vệ tinh đã được xử lý và cung cấp

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất dưới dạng tương thích với GIS, những chức năng phân tích của GIS có thể áp dụng hiệu quả đối với dữ liệu viễn thám Do đó, công nghệ tích hợp viễn thám và GIS không chỉ sử dụng ảnh viễn thám phối hợp với dữ liệu vector của GIS (ranh giới, toạ độ, độ cao,…), phối hợp các chức năng sẵn có của hai công nghệ mà còn có thể khai thác tối đa dữ liệu thuộc tính nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong việc cung cấp thông tin đáp ứng nhanh các nhu cầu trong quy hoạch, quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trường, theo dõi biến động sử dụng đất và thành lập bản đồ chuyên đề,…

TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ GIS

Thuật toán cơ bản trong công tác xử lý ảnh viễn thám

Hiện nay công nghệ viễn thám có khả năng cung cấp dữ liệu dưới dạng thích hợp với GIS nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong việc cung cấp thông tin, một số thuật toán chủ yếu cần được thực hiện hoàn chỉnh để hỗ trợ cho việc chuyển đổi cấp độ xám của ảnh, tổ hợp màu, phân tích thành phần chính, phân loại ảnh để thuận lợi giúp cho người giải đoán ảnh dễ đọc, dễ nhận biết nội dung hơn, từ đó sắp xếp các thông tin có trong ảnh theo một yêu cầu nào đó nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian theo từng giai đoạn

5.1.1 Biến đổi cấp độ xám

Thuật toán cấp độ xám được xây dựng nhằm biến đổi khoảng giá trị cấp độ xám thực tế của ảnh về khoảng cấp độ xám thích hợp với thiết bị hiển thị Đây là một kỹ thuật đơn giản để tăng cường chất lượng ảnh sau đó kết quả của việc áp dụng thuật toán sẽ tạo ra ảnh mới có hình ảnh rõ ràng hơn ảnh gốc, giúp cho người giải đoán ảnh dễ đọc, dễ nhận biết nội dung hơn

Thuật toán biến đổi thường dựa theo hàm số như sau: y = f (x)

Trong đó y là giá trị cấp độ xám sau khi biến đổi và x là giá trị cấp độ xám của ảnh gốc Phép biến đổi tuyến tính cơ bản sau đây thường được sử dụng:

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất y = ax + b

Giá trị cấp độ xám được tính theo công thức min min min max min max (x x ) y x x y y y − +

Ví dụ : cấp độ xám của ảnh gốc biến thiên từ xmin = 20 đến xmax = 120 khoảng cấp độ xám mà thiết bị hiển thị có khả năng thể hiện từ ymin = 0 đến ymax = 255 Nếu pixel của ảnh gốc có giá trị là x = 40 sau khi biến đổi, cấp độ xám của pixel này là:

5.1.2 Thể hiện màu dữ liệu ảnh

Thể hiện màu dữ liệu ảnh vệ tinh đóng vai trò rất quan trọng trong việc giải đoán ảnh bằng mắt Phương pháp cơ bản thường được sử dụng là tổ hợp màu trên cơ sở gán ba kênh phổ nào đó cho ba màu cơ bản: Red, Green và Blue (R,G,B) Ảnh nhận được sẽ có màu sắc khác nhau tùy thuộc vào việc chọn kênh phổ và chỉ định màu cơ bản (R, G, B) Khi ảnh có 3 kênh được thu nhận tương ứng cùng vùng phổ Red, Green, Blue ta sẽ nhận được ảnh màu tự nhiên

Tuy nhiên trong ảnh đa phổ viễn thám, các kênh phổ không phải luôn được phân chia tương ứng cùng vùng phổ của Red, Green và Blue nên không thể tái

Y ymax ymin xmin xmax X tạo màu tự nhiên trên màn hình hiển thị ảnh Ví dụ khi cần hiển thị những thông tin ghi nhận trên vùng phổ không nhìn thấy (ảnh hồng ngoại) sự tổ hợp màu với kênh phổ hồng ngoại sẽ không cho màu tự nhiên, trường hợp này được gọi là tổ hợp màu giả Tổ hợp màu giả thông dụng nhất hay được sử dụng trong viễn thám là tổ hợp màu hồng ngoại, khi gán màu đỏ (Red) cho kênh gần hồng ngoại, màu lục (Green) cho kênh đỏ và màu chàm (Blue) cho kênh lục Trên tổ hợp màu này các đối tượng được thể hiện giống như thể hiện trên film hồng ngoại

5.1.3 Biến đổi giữa các ảnh

Tạo ảnh tỷ số: Phép chia được sử dụng khá rộng rãi trong việc tạo ảnh tỉ số nhằm loại trừ ảnh hưởng địa hình, tách đặc tính các yếu tố địa chất bằng cách chọn hai kênh thích hợp trong ảnh đa phổ, chia giá trị độ sáng tương ứng từng pixel của hai kênh ảnh gốc này để nhận được giá trị độ sáng pixel của ảnh tỷ soá: ij(Ratio) ijK ijL

Trong đó: BVijK : Giá trị độ sáng pixel (i, j) kênh K

BV ijL : Giá trị độ sáng pixel (i, j) kênh L

Tạo ảnh dựa trên chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Là dạng đặc biệt của ảnh tỉ số được đề xuất đầu tiên bởi

Rouse và các cộng sự (1973) Ảnh chỉ số thực vật đối với Landsat được tính nhử sau:

BV : Giá trị độ sáng pixel (i, j) kênh 7 (sóng hồng ngoại) ij7

BVij5 : Giá trị độ sáng pixel (i, j) kênh 5 (sóng ánh sáng đỏ)

Giá trị NDVI càng lớn đối với những vùng có độ che phủ thực vật cao và càng bé đối với những vùng thực vật thưa thớt

5.1.4 Phân loại ảnh viễn thám

Phân loại ảnh viễn thám được thực hiện bằng cách gán cho các khoảng cấp độ xám nhất định thuộc một nhóm đối tượng nào đó có các tính chất tương đối đồng nhất nhằm phân biệt các nhóm đó với nhau trong trong khuôn khổ ảnh Có 2 phương pháp cơ bản trong phân loại ảnh viễn thám:

- Phân loại có giám định (Supervised classification) là một hình thức phân loại mà các chỉ tiêu phân loại được xác lập dựa trên các vùng mẫu và dùng luật quyết định (decision rule) dựa trên thuật toán thích hợp để gán nhãn pixels ứng với từng vùng phủ cụ thể Các vùng mẫu là những khu vực trên ảnh tương ứng với từng loại mà người giải đoán biết được đặc trưng phổ (hay đặc tính) Dựa trên dữ liệu huấn luyện (training data) thu được trên từng vùng mẫu, các tham số thống kê được xác định Từ đó, các chỉ tiêu phân loại được sử dụng trong quá trình chỉ định pixels thuộc vào từng loại cụ thể

- Phân loại phi giám định (Unsupervised classification) thường được áp dụng tại những khu vực không có thông tin về đối tượng cần phân loại, kỹ thuật phân loại này chỉ sử dụng thuần túy thông tin do ảnh cung cấp Trình tự thực hiện có thể tóm tắt như sau: Từ các dữ liệu mẫu được chọn ngẫu nhiên, các pixels trên ảnh được gộp thành các nhóm có các đặc trưng phổ tương đối đồng nhất bằng kỹ thuật ghép lớp (clustering) Sau đó, loại ứng với từng nhóm được xác định và sử dụng các nhóm này ước tính các tham số thống kê cho quá trình phân loại tiếp theo Hình 5.1 thể hiện nguyên lý cơ bản trong phân loại ảnh viễn thám

Hình 5.1 Phân loại ảnh viễn thám (TLTK5: Lê Vă Trung)

Phân loại có giám định (Supervised classification) là phương pháp thường được sử dụng nhiều nhất hiện nay, có nhiều thuật toán được áp dụng trong phương pháp này như: Phân loại hình hộp (Parallelpiped Classifer); Phân loại theo cây quyết định (Decision tree Classifier); Phân loại theo khoảng cách ngắn nhất (Minium distance Classifier) và Phân loại gần đúng nhất (Maximum

Phương pháp phân loại gần đúng nhất MLC được áp dụng khá phổ biến và được xem như là thuật toán chuẩn để so sánh với các thuật toán khác, MLC được xây dưng trên cơ sở giả thiết hàm mật độ xác suất tuân theo luật phân bố chuẩn Mỗi pixel được tính xác suất thuộc vào một loại nào đó và nó được chỉ định gán tên loại mà xác suất thuộc vào loại đó là lớn nhất

Band 1 phân vào loại B Xác suất thuộc về loại A : nhỏ

Xác suất thuộc về loại B : lớn

Nguyên tắc phân loại gần đúng nhất

Theo hình trên, pixel sẽ được phân vào loại B vì có xác suất thuộc vào loại

B lớn hơn xác suất thuộc vào loại A

Xác suất này được định nghĩa như sau: Likelihood Lk là xác suất hậu định (posterior probability) của pixel trực thuộc loại K nếu Lk là maximum

Trong đó: P(k): xác suất tiền định của loại K

P(X/k): xác suất điều kiện có thể xem X thuộc loại K

( hàm mật độ xác suất) Thường P(k) và ∑[p(i) x p(X/i)] được xem bằng nhau cho tất cả các loại

Do đó, Lk chỉ phụ thuộc vào p(X/k)

Trong trường hợp dữ liệu ảnh tuân theo luật phân bố chuẩn (normal distribution) theo Gauss thì đại lượng Lk có thể được viết như sau:

Trong đó: ° Lk(X) : xác suất mà X thuộc loại K

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ° X = [ x1 , x2 , … , xn ] : vector giá trị cấp độ xám (dữ liệu ảnh với n keânh) ° n : soỏ keõnh phoồ ° μk : vector trung bình của loại K ° ∑k : ma trận phương sai – hiệp phương sai ° |∑k|: định thức của ma trận ( determinant of |∑k| )

5.1.5 Đánh giá kết quả phân loại ảnh viễn thám

Khi chọn một trong các thuật toán phân loại ứng với bộ dữ liệu ảnh viễn thám, kết quả xử lý cho chúng ta những thông tin hữu ích về vùng phủ của mặt đất, kết quả giải đoán được thể hiện dưới dạng bản đồ chuyên đề mã hoá màu (dạng raster) Hình 5.2 thể hiện sự phân chia cụ thể 5 màu tương ứng với 5 loại khác nhau và giá trị của các pixels tương ứng được chỉ định cho mỗi loại

Mô hình chuyển đổi dữ liệu viễn thám và GIS để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Dữ liệu của GIS bao gồm dữ liệu không gian và thuộc tính, được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau và luôn được cập nhật để đảm bảo tính hiện thời (real time) nhằm phản ánh chính xác thế giới thực (real world) đã được mô hình qua hệ thống Viễn thám được xem như là một trong những công nghệ rất hữu hiệu cho việc thu thập dữ liệu để cập nhật cho GIS, nhưng những dữ liệu sẵn có được lưu trong GIS cũng là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc phân loại và xử lý ảnh viễn thám Giải pháp xử lý tích hợp viễn thám và GIS là phối hợp ưu thế của hai công nghệ trong việc thu thập, lưu trữ, phân tích và xử lý dữ liệu địa lý để nâng cao hiệu năng trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian Ảnh viễn thám sau khi được xử lý và giải đoán dưới dạng raster có thể chuyển đổi dễ dàng qua định dạng vector của GIS để lưu trữ, cập nhật hay phân tích để cung cấp thông tin cho nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau Người sử dụng có thể chuyển đổi qua lại giữa 2 định dạng vector và raster hoặc phối hợp chúng trên cùng khu vực để thành lập các loại bản đồ chuyên đề Ngoài ra với chức năng chồng lớp và tạo mô hình độ cao số, GIS cung cấp thông tin hữu ích cho việc giải đoán và xử lý ảnh viễn thám Mô hình chuyển đổi dữ liệu viễn thám và GIS thể hiện như sau:

Chuyển đổi Vector-Raster Cấu trúc dữ liệu Vector

Phân tích ảnh Phaân tích khoâng gian Ảnh Viễn Thám Cấu trúc dữ liệu Raster

Sản phẩm xuất của kết quả

Hình 5.3 Mô hình chuyển đổi dữ liệu giữa viễn thám và GIS

Trong mô hình trên cho thấy quy trình xử lý và giải đoán ảnh rất ít sử dụng dữ liệu dạng vector, do đó các hệ thống xử lý ảnh viễn thám thường không đủ chức năng xử lý dữ liệu vector như GIS (vector overlay, vector buffer, …) Tuy nhiên, những dữ liệu dạng vector sẵn có trong GIS như điểm khống chế mặt đất rất cần thiết cho nắn chỉnh hình học tạo bình đồ ảnh, lớp polygon về ranh giới hành chánh, loại hình sử dụng đất rất quan trọng cho công tác giải đoán ảnh

Do đó một quy trình thích hợp cần phải được xây dựng để phối hợp ưu thế của hai công nghệ nâng cao hiệu năng trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian Mô hình tích hợp GIS và viễn thám nhằm tạo ra quá trình xử lý thuận lợi và lưu trữ hợp lý các dạng cấu trúc dữ liệu phổ biến nhất đáp ứng cho công tác xây dựng và cập nhật dữ liệu cho một hệ thống thông tin địa lý

Mô hình được xây dựng nhằm đáp ứng ba yêu cầu cơ bản trong tích hợp:

1 Tỉ lệ của dữ liệu địa lý yêu cầu bởi GIS và khả năng cung cấp của viễn thám

2 Chu kỳ lặp của vệ tinh và thời gian cập nhật dữ liệu của GIS

3 Dòng luân chuyển thông tin và chuyển đổi dữ liệu trong quá trình xử lý và giải đoán ảnh viễn thám kết hợp với các chức năng của GIS

Nói chung, độ chính xác về không gian và thời gian của dữ liệu địa lý phụ thuộc chủ yếu vào loại tỉ lệ bản đồ cần được thành lập và chu kỳ cập nhật Tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, công nghệ tích hợp viễn thám và GIS sẽ cập nhật hay xây dựng cơ sở dữ liệu GIS có yêu cầu tương ứng với độ chính xác trên diện rộng và tiết kiệm rất nhiều công lao động và thời gian thực hiện

Tích hợp viễn thám và GIS còn nhằm kết hợp chiến lược xử lý ảnh cũng như dòng luân chuyển thông tin và chuyển đổi dữ liệu trong quá trình xử lý và giải đoán ảnh để tạo ra thông tin cần thiết đáp ứng cho từng ứng dụng cụ thể Xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian đòi hỏi mô hình tương tác giữa thuật toán sử dụng, dữ liệu mẫu được cung cấp, thông tin cần được tạo ra và lưu trữ như thế nào… Hình 5.4 thể hiện mô hình tích hợp trong quá trình luân chuyển thông tin và chuyển đổi dữ liệu trong quá trình xử lý và giải đoán ảnh để cung caáp thoâng tin caàn thieát

Hình 5.4 Dòng luân chuyển thông tin và chuyển đổi dữ liệu địa lý

VIỄN THÁM KHẢO SÁT ĐO ĐẠC DỮ LIỆU

XỬ LÝ ẢNH ẢNH SỐ ẢNH

KHÁI QUÁT HOÁ NỘI SUY

CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ

THOÂNG TIN ẹềA LYÙMOÂ HÌNH PHAÂN TÍCH Để việc tích hợp dữ liệu được thuận lợi, các dữ liệu thông tin địa lý cần được lưu trữ dưới dạng số và được đưa về cùng một hệ tọa độ đồng nhất Các dữ liệu số phải ở các dạng có khả năng cho phép chồng phủ lên nhau, nghĩa là tương đối đồng nhất về mặt hình học (raster với vector)

Các hệ thống GIS không có các chức năng phù hợp với việc xử lý dữ liệu ảnh viễn thám, đặc biệt là đánh giá đối tượng thông qua các giá trị phổ phản xạ hay phân loại các đối tượng có cùng đặc trưng phổ Ngược lại, các hệ xử lý ảnh viễn thám lại không có được các chức năng phân tích, biên tập các dữ liệu không gian và quan trọng nhất là không có các chức năng mô hình hóa dữ liệu Việc tạo ra quy trỡnh phối hợp hai cụng nghệọ nhằm tạo ra cụng nghệ hiệu quả kết hợp chiến lược xử lý ảnh cũng như dòng luân chuyển thông tin và chuyển đổi dữ liệu trong quá trình xử lý và giải đoán ảnh, để tạo ra dữ liệu địa lý cần thiết cho GIS đáp ứng nhu cầu đa dạng trong quản lý đô thị

Dữ liệu GIS xét về chủng loại phong phú hơn dữ liệu viễn thám Chúng có thể ở dưới dạng vector, raster, số nguyên, số thực hoặc dưới dạng bảng biểu,… được lưu trữ trong hệ quản lý cơ sở dữ liệu GIS Chính vì tính đa dạng, GIS có thể tích hợp được dữ liệu viễn thám sau khi được xử lý Yêu cầu đầu tiên là cần đồng nhất dạng số liệu, nghĩa là dữ liệu viễn thám cần được chuyển về các dạng dữ liệu đồng nhất với các dữ liệu trong cơ sở dữ liệu trên GIS (khuôn dạng và tọa độ tham chiếu) Điều đó có thể thực hiện hoặc bằng phương pháp vector hóa hoặc raster hóa và nắn chỉnh hình học

Trên cơ sở tích hợp viễn thám và GIS, các dữ liệu phải được xây dựng trên mô hình quan hệ không gian với một hệ tọa độ thống nhất và đều ở dạng số Công nghệ viễn thám sẽ cung cấp một phần cơ sở dữ liệu đầu vào cho GIS và

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ngược lại các thông tin liên quan đến dữ liệu mẫu, các phương pháp định lượng như thống kê, nội suy… sẵn có trong GIS cho chúng ta khả năng đánh giá, định lượng tương quan giữa các yếu tố đất đai và sử dụng đất để tìm ra những câu trả lời khác nhau trong quá trình xử lý ảnh

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thường được xây dựng cho mục đích kiểm kê và đánh giá hiện trạng của khu vực Với công nghệ truyền thống, thường thì mỗi

5 năm bản đồ sử dụng đất mới được xây dựng mới một lần, cho nên số liệu không thể cập nhật ngay vào GIS giữa giai đoạn 5 năm đó Ngoài ra, trên cơ sở quản lý các thửa bản đồ ở cấp tỷ lệ lớn theo quy định của ngành Địa Chính, để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng phương pháp tổng hợp, ngoài công tác điều tra thực địa còn phải tổng hợp nguồn tài liệu rất lớn từ các mảnh nhỏ để xây dựng nên bản đồ toàn vùng Quả là một công việc không dễ dàng nếu không có sự quản lý tốt dữ liệu ngay từ đầu

Với công nghệ viễn thám các ảnh viễn thám của nhiều năm, khi theo dõi diễn biến sử dụng đất nông nghiệp sẽ dễ dàng biết diện tích tăng giảm ra sao, từ đó ta sẽ đánh giá xu thế phát triển có thích hợp hay không trên điều kiện đất đai tại đó Điều này sẽ giúp cho việc dự báo phát triển vùng và kiểm soát quá trình đô thị hoá tự phát Trong điều kiện cho phép, hoàn toàn có thể sử dụng ảnh chụp ở nhiều thời điểm khác nhau và từ nhiều sensor khác nhau để đồng thời có được thông tin về tính đa dạng của hiện trạng sử dụng đất Ngoài ra, việc dùng các tư liệu viễn thám đa thời gian còn cho phép hiệu chỉnh và cập nhật chính xác các lớp dữ liệu không gian như mạng lưới thủy văn, giao thông, thực phủ,…

Việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất chủ yếu dựa vào đặc trưng phản xạ của đối tượng và thuật toán phân loại của viễn thám Ảnh sau khi giải

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất đoán thể hiện sự phân bố của đối tượng theo không gian và thời gian (tính thời gian là chính xác, vì dữ liệu viễn thám được thu nhận tại một thời điểm nhất định) Do đó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ cho ra hiện trạng lớp phủ tại thời điểm chụp Để bổ sung cho thông tin cần thiết cho xử lý ảnh viễn thám, GIS cung cấp dữ liệu sẵn có liên quan đến hiểu biết thực địa của khu vực nghiên cứu, có những loại sử dụng đất cụ thể nào, những bản đồ đã thành lập, nông lịch,… là cơ sở tốt để tham khảo Việc tích hợp thông tin từ các kết quả phân loại của nhiều thời điểm chụp cũng như hiểu biết đầy đủ về khu vực sẽ cho phép thành lập nhanh và chính xác bản đồ hiện trạng sử dụng đất của khu vực

TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Các đặc điểm về vị trí địa lý

Khu vực nghiên cứu nằm về phía Nam Thành phố Hồ Chí Minh; có tọa độ địa lý từ khoảng từ 106 0 32’35” đến 106 0 47’11” kinh Đông và 10 0 36’33” đến

Khu vực nghiên cứu có vị trí:

- Phía Bắc: Giáp khu vực nội thành và phần còn lại của huyện Bình Chánh

- Phía Nam và Tây: Giáp tỉnh Long An

- Phía Đông: Giáp quận 2, huyện Cần Giờ và tỉnh Đồng Nai ẹũa hỡnh

Khu vực nghiên cứu thuộc vùng thấp trũng ở phía Nam-Tây Nam của Thành phố Vùng này có độ cao trung bình trên dưới 1m và cao nhất 2m, thấp nhaát 0,5m

Khí hậu và thời tiết ở khu vực nghiên cứu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo Đặc điểm chung của khí hậu-thời tiết là nhiệt độ cao đều trong năm và có hai mùa mưa - khô rõ ràng làm tác động chi phối môi trường cảnh quan sâu sắc Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau

Hệ thống thủy văn trong khu vực nghiên cứu có mạng lưới sông ngòi kênh rạch khá chằng chịt Tuyến trục sông lớn nhất là sông Đồng Nai nối thông qua sông Sài Gòn

Hầu hết các sông rạch trong khu vực nghiên cứu đều chịu ảnh hưởng dao động triều bán nhật của biển Đông Mỗi ngày, nước lên xuống hai lần, theo đó thủy triều thâm nhập sâu vào các kênh rạch trong thành phố, gây nên tác động không nhỏ đối với sản xuất nông nghiệp và hạn chế việc tiêu thoát nước

Các loại hình sử dụng đất

Trong khu vực nghiên cứu có 6 loại hình sử dụng chính bao gồm: đất ở đô thị, đất chuyên dùng, đất trồng lúa, đất trồng cây ăn trái, đất trồng cây lâu năm khác, đất nuôi trồng thủy sản.

Hiện trạng ứng dụng Viễn thám - GIS và công tác quản ly ù

Trên địa bàn Thành phố nói chung và khu vực nghiên cứu nói riêng đã bắt đầu tiếp cận công nghệ viễn thám - GIS và sau đó đã triển khai mở rộng các nghiên cứu thử nghiệm đi vào ứng dụng trong thực tiễn Đến nay đã thu được một số kết quả nhất định đáng khích lệ, nhưng nhìn chung việc phát triển ứng dụng công nghệ viễn thám – GIS vẫn còn chậm, chưa đáp ứng được yêu cầu thực tiễn Nguồn ảnh được cung cấp chủ yếu do hợp tác khao học và trao đổi theo dự án, nên chỉ ứng dụng ảnh viễn thám có độ phân giải trung bình trong việc xây dựng dữ liệu chuyên biệt GIS đáp ứng yêu cầu của các chuyên ngành

Tư liệu ảnh vệ tinh được sử dụng tương đối chủ yếu là ảnh Landsat và SPOT

Việc ứng dụng viễn thám phực vụ cho việc thành lập các bản đồ chuyên đề đều áp dụng quy trình giải đoán trực tiếp bằng mắt (image interpretation), chưa có một quy trình tích hợp hoàn chỉnh để cung cấp dữ liệu cho GIS nhằm phân tích không gian Việc sử dụng dữ liệu sẵn có trên môi trường GIS để tạo dữ liệu mẫu trong các thuật toán phân loại cũng chưa được áp dụng phổ biến và cuù theồ

Công tác quản lý việc tổ chức phát triển công nghệ này vẫn còn tản mạn, thiếu định hướng nên chưa phát huy hết tiềm năng to lớn của công nghệ viễn thám – GIS Nhằm kịp thời tập hợp lực lượng khoa học công nghệ, đẩy mạnh nghiên cứu về viễn thám – GIS, đóng góp thiết thực cho các chương trình phát

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất triển kinh tế xã hội và an ninh - quốc phòng, cần nhất thiết phải có một chiến lược, định hướng đúng đắn trên cơ sở nhận thức được tầm quan trọng và hữu ích của công nghệ viễn thám – GIS trong phục vụ đa ngành Để quản lý, quy hoạch sử dụng và bảo vệ tài nguyên rừng, tài nguyên đất, quy định 5 năm tiến hành một lần kiểm kê rừng và tổng kiểm kê đất trên phạm vi toàn quốc; để theo dõi biến động về tài nguyên rừng và tình hình sử dụng đất, tiến hành kiểm kê 2 năm một lần ở cấp tỉnh Song cho đến nay, vẫn không có được số liệu chính xác về diện tích rừng và diện tích các loại hình sử dụng đất làm cơ sở để hoạch định các chương trình phát triển kinh tế- xã hội, còn việc theo dõi diễn biến tài nguyên rừng và biến động sử dụng đất thì hầu như không được thực hiện được Lý do ở đây là các phương pháp cổ truyền không đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu này Biện pháp khả thi duy nhất để khắc phục tình trạng trên là ứng dụng rộng rãi và thường xuyên tư liệu ảnh vệ tinh, kết hợp với điều tra khảo sát và nâng cao độ tin cậy, tính đồng nhất về thời điểm thu thập thông tin trên phạm vi cả nước

Tích hợp viễn thám và GIS trong lĩnh vực quản lý đô thị sẽ nâng cao hiệu quả công tác quy hoạch và quản lý đô thị, tăng cường năng lực theo dõi biến động hiện trạng đô thị hoá; hơn nữa sẽ nâng cao chất lượng ứng dụng và góp phần rút ngắn khoảng cách giữa trình độ nghiên cứu ứng dụng viễn thám – GIS trong lĩnh vực quản lý đô thị với trình độ của các nước trong khu vực và trên thế giới; góp phần tạo ra nguồn nhân lực chuyên nghiệp ứng dụng công nghệ tích hợp viễn thám – GIS để xây dựng cơ sở dữ liệu, cập nhật dữ liệu, thành lập các bản đồ chuyên đề khác nhau, …

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ

Cơ sở dữ liệu nền

Dữ liệu nền căn bản cho GIS được xây dựng từ các lớp của bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000, hệ tọa độ HN-72, kinh tuyến trung ương 105 o , múi chiếu 6 o , do Tổng Cục Địa Chính phát hành Sau đó, dữ liệu bản đồ nền được chuyển sang hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến trung ương 105 o , múi chiếu 6 o , bằng cách sử dụng phần mềm Geotool phiên bản 1.2 Ở đây trong phạm vi vùng nghiên cứu ứng dụng, cơ sở dữ liệu nền được xây dựng dựa trên 7 lớp cơ bản: lớp cơ sở toán học (lưới tọa độ), lớp ranh giới hành chính (tỉnh, huyện, xã), lớp giao thông, lớp thủy hệ, lớp dân cư và lớp thực phủ.

Tư liệu sử dụng

Bản đồ số địa hình tỷ lệ 1/ 25.000 của khu vực Tp.HCM; bản đồ nền này là cơ sở để nắn chỉnh hình học cho ảnh viễn thám, cập nhật dữ liệu và là cơ sở dữ liệu nền phục vụ cho việc thành lập bản đồ HTSDĐ (do Trung tâm Viễn thám và Hệ thông tin Địa lý, Viện Địa lý Tài nguyên Tp.HCM cung cấp)

Dữ liệu ảnh vệ tinh ASTER có độ phân giải 15m x 15m, thu nhận ngày 30/ 10/ 2003 và 12/ 12/ 2004 (Nguồn Trung tâm Viễn thám và GIS , Viện Địa lý

Tài nguyên Thành phố Hồ Chí Minh) khu vực Tp.HCM là dữ liệu được sử dụng để thành lập bản đồ HTSDĐ (chỉ có 3 kênh 15m x 15m là: 1 2 và 3N) Đặc tính các kênh phổ của tư liệu ảnh ASTER được tổng hợp theo bảng dưới đây:

Bảng 7.1 Đặc tính các kênh phổ của tư liệu ảnh ASTER

Hình 7.1 Ảnh ASTER thu nhận ngày 30 tháng 10 năm 2003, RGB_231

Hình 7.2 Ảnh ASTER thu nhận ngày 12 tháng 12 năm 2004, RGB_231

Thành lập bản đồ SDĐ

Việc xử lý, phân loại ảnh viễn thám để xây dựng bản đồ HTSDĐ được thực hiện trên nền raster với phần mềm ENVI Khi chuyển sang tích hợp với GIS để phối hợp dữ liệu bản đồ nền trong GIS xây dựng bản đồ HTSDĐ được chuyển đổi sang dạng vector để tiến hành phân tích không gian và thuộc tính với phần meàm ARCVIEW

Trong luận văn số liệu tính toán phân tích biến động giữa hai thời điểm ảnh thu nhận chủ yếu dựa trên dữ liệu không gian của bản đồ nền đã được số hóa và kết quả phân loại ảnh vệ tinh trong điều kiện có nhiều hạn chế của người thực hiện về mặt thời gian và kinh nghiệm – và kết quả chỉ mang tính minh họa cho việc xây dựng phương pháp của đề tài

7.3.2 Chọn vùng mẫu Ảnh sau khi được nắn chỉnh hình học sẽ được chuyển sang phân loại với phương pháp phân loại ảnh được chọn lựa là kỹ thuật phân loại có giám sát với thuật toán phân loại gần đúng nhất MLC Trong kỹ thuật phân loại này, việc trước tiên là chọn các vùng mẫu cho mỗi loại sử dụng đất

Việc chọn mẫu phải bảo đảm theo quy định là số lượng pixel tối thiểu yêu cầu cho một mẫu là từ 10n đến 100n (n: số kênh phổ dùng trong phân loại) Việc chọn các vị trí vùng mẫu được phân bố tương đối đều trên toàn ảnh khu vực nghiên cứu Điều này làm tăng tính đại diện của mẫu phân loại đối với sự biến đổi của các loại hình sử dụng đất

Các mẫu được chọn tương ứng với các đối tượng sử dụng đất khu vực nghiên cứu mà ảnh vệ tinh có khả năng cung cấp thông tin gồm các loại sử dụng đất sau đây:

- Đất trồng cây lâu năm khác

- Đất nuôi trồng thủy sản

Bảng 7.2 Bảng ký hiệu các loại đất ở các vị trí lấy mẫu

STT Loại sử dụng đất Ký hiệu Màu sắc

2 Đất trồng cây lâu năm khác LNK

3 Đất nuôi trồng thủy sản TSL

4 Đất ở đô thị OĐT ĐẤT TRỒNG LÚA

Phối hợp màu giả: RGB – 231 Caáu truùc mịn

Hình 7.4 ĐẤT TRỒNG CÂY LÂU NĂM KHÁC

Phối hợp màu giả: RGB – 231 Caáu truùc tương đối mịn

Hình 7.6 ĐẤT NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

Phối hợp màu giả: RGB – 231 Caáu truùc mịn û: RGB – 231 ươn

Phối hợp màu giaCaáu truùc t g đối mịn

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ĐẤT Ở ĐÔ THỊ

Hình 7.8 7.3.3 Lập khoá giải đoán ảnh Để giải đoán ảnh, người ta căn cứ vào các đặc trưng phổ phản xạ của các đối tượng cũng như kết hợp sử dụng những dấu hiệu giải đoán còn gọi là khóa giải đoán Nhìn chung, có thể chia các yếu tố giải đoán thành 8 nhóm chính sau:

- Kớch thước: kớch thước của đối tượng tựy thuộc vào tỉ lờù ảnh, kớch thước có thể được xác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với nghịch đảo tỉ lệ của ảnh (cần phải chọn một tỉ lệ ảnh phù hợp để giải đoán)

- Hình dạng: có ý nghĩa quan trọng trong giải đoán ảnh, hình dạng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên cao xuống được coi là dấu hiệu giải đoán ảnh quan trọng

- Hình bóng: khi nguồn sáng không nằm chính xác ở đỉnh đầu (nadir) hoặc trong trường hợp chụp ảnh xiên sẽ xuất hiện bóng của đối tượng Căn cứ theo hình bóng của vật thể có thể xác định được chiều cao của chúng

Phối hợp màu giả: RGB – 231 Caáu truùc mịn

- Độ đậm nhạt: Mỗi vật thể được thể hiện bằng một cấp độ xám nhất định tỉ lệ với cường độ phản xạ ánh sáng của nó Ví dụ: cát khô phản xạ rất mạnh ánh sánh nên bao giờ cũng có màu trắng, trong khi đó cát ướt do độ phản xạ kém hơn nên có màu tối hơn trên ảnh đen trắng Trên ảnh hồng ngoại đen trắng, do thực vật phản xạ mạnh nên chúng có màu trắng và nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong giải sóng này nên bao giờ cũng có màu đen

- Màu sắc: là một yếu tố rất thuận lợi trong việc xác định chi tiết các đối tượng Ví dụ các kiểu loài thực vật có thể được phát hiện dễ dàng thông qua màu sắc (ngay cả cho những người không có nhiều kinh nghiệm) Trong giải đoán ảnh khi sử dụng ảnh hồng ngoại màu, các đối tượng khác nhau sẽ cho các tông màu khác nhau đặc biệt khi sử dụng ảnh đa phổ tổ hợp màu

- Cấu trúc: là một tập hợp của nhiều hình mẫu nhỏ phân bố thường theo một quy luật nhất định trên toàn ảnh và trong một mối quan hệ với đối tượng cần nghiên cứu Ví dụ: hình ảnh của các dãy nhà, hình mẫu của ruộng lúa nước, … tạo ra những hình mẫu đặc trưng riêng cho các đối tượng đó (cỏ cho cấu trúc mịn, rừng cho cấu trúc thô,… chú ý cấu trúc cũng tùy thuộc vào tỉ lệ ảnh)

- Hình mẫu: dạng tương ứng với vật thể theo một quy luật nhất định Ví dụ dãy nhà, giao lộ,… hình mẫu cung cấp thông tin từ sự đồng nhất về hình dạng của chuùng

- Mối liên quan: sự phối hợp tất cả các yếu tố giải đoán, môi trường xung quanh hoặc mối liên quan của đối tượng nghiên cứu với các đối tượng khác sẽ cung cấp một thông tin giải đoán quan trọng

Khóa giải đoán là chuẩn giải đoán cho đối tượng nhất định được thiết lập nhằm trợ giúp cho công tác giải đoán nhanh và đạt kết quả giải đoán chính xác các đối tượng thống nhất từ nhiều người giải đoán khác nhau

Đánh giá độ chính xác các bản đồ SDĐ được thành lập

Để đánh giá sai số kết quả phân loại ảnh, tiến hành đi thực địa (ngày 10 tháng 4 năm 2008) để chọn bộ dữ liệu mẫu kiểm tra Tuy nhiên, do thời gian thực địa khác xa với thời gian thu nhận dữ liệu vệ tinh, nên các điểm mẫu của bộ dữ liệu mẫu kiểm tra được chọn phân bố tương đối đều và mang tính đại diện cho các loại hình sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu và tại các vị trí ít bị thay đổi về mặt thời gian

Bảng 7.1 và 7.2 thể hiện ma trận đánh giá kết quả phân loại ảnh vệ tinh tương ứng thời điểm thu nhận dữ liệu năm 2003 và năm 2004; trong đó có thể hiện tỷ lệ phần trăm độ chính xác của người sản xuất và người sử dụng

Bảng 7.3 Ma trận đánh giá kết quả phân loại ảnh vệ tinh năm 2003

DỮ LIỆU THAM CHIẾU LUC LNK TSL ODT TỔNG ĐCX người dùng

(%) Sdd03_LUC 230 18 3 48 299 76,92 Sdd03_LNK 50 304 0 0 354 85,87 Sdd03_TSL 22 0 286 22 330 86,67 Sdd03_ODT 46 0 35 536 617 86,87 TOÅNG 348 322 324 606 1600

DỮ L IỆU P H ÂN L O ẠI ĐCX người SX

(%) 66,09 94,40 88,27 88,45 Độ chính xác toàn cục ,75%

Bảng 7.4 Ma trận đánh giá kết quả phân loại ảnh vệ tinh năm 2004

DỮ LIỆU THAM CHIẾU LUC LNK TSL ODT TỔNG ĐCX người dùng

(%) Sdd04_LUC 632 5 10 0 647 97,68 Sdd04_LNK 12 489 0 0 501 97,60 Sdd04_TSL 0 0 314 0 314 100 Sdd04_ODT 0 0 0 225 225 100 TOÅNG 644 494 324 225 1687

DỮ L IỆU P H ÂN L O ẠI ĐCX người SX

(%) 98,13 98,98 96,91 100 Độ chính xác toàn cục = 98,39%

Phân tích đánh giá biến động SDĐ

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất phản ánh hoạt động của con người lên tài nguyên đất đai tại thời điểm thành lập Qua một khoảng thời gian nào đó, các loại hình sử dụng đất sẽ thay đổi do tác động của môi trường, hoạt động của con người trong phát triển kinh tế - xã hội và quốc phòng, Đánh giá được mức độ và xu thế thay đổi giữa các loại hình sử dụng đất trên một vùng lãnh thổ, sẽ cho phép dự báo được chiều hướng xảy ra trong sử dụng đất cả không gian và thời gian Thành lập bản đồ biến động đất giữa hai thời điểm cụ thể là yêu cầu bức thiết trong việc đánh giá được mức độ và xu thế thay đổi giữa các loại hình sử dụng đất trên một vùng lãnh thổ Giải pháp truyền thống là so sánh hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã thành lập tại hai thời điểm được yêu cầu, những khu vực thay đổi sẽ được thể hiện trên tờ bản đồ thứ ba gọi là bản đồ biến động đất nhằm cho thấy những thay đổi và dịch chuyển vị trí của các loại hình sử dụng đất

Tuy nhiên, với khu vực mà các loại hình sử dụng đất thay đổi nhanh như khu vực Nam Sài Gòn, thì giải pháp này không đáp ứng được yêu cầu Độ chính xác của bản đồ bị giảm dần theo thời gian (thông tin đã bị thay đổi ngay cả tại thời điểm hoàn thành xong) Ngoài ra, bản đồ biến động đất được thành lập thường chứa nhiều sai sót do kỹ thuật giải đoán hơn là sự thay đổi thực sự, vì hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã thành lập tại hai thời điểm không có cùng một thống nhất về chi tiết nội dung và độ chính xác yêu cầu

Nếu sử dụng công nghệ tích hợp viễn thám và GIS sẽ đảm bảo được tính thời gian thực (real time) của thông tin, dễ dàng kiểm soát mức độ chi tiết và tính thống nhất của dữ liệu, cũng như không bị trở ngại về vấn đề tỉ lệ và phép chiếu của bản đồ Ảnh viễn thám đa thời gian sẽ dễ dàng và nhanh chóng cho biết diện tích tăng giảm ra sao, từ đó ta sẽ đánh giá xu thế phát triển có thích hợp hay không giúp cho việc dự báo phát triển vùng và kiểm soát quá trình đô thị hoá tự phát Trong điều kiện cho phép, hoàn toàn có thể sử dụng ảnh chụp ở nhiều thời điểm khác nhau, từ nhiều độ phân giải khác nhau để đồng thời có được thông tin chính xác về sự biến động sử dụng đất

7.5.2 Đánh giá biến động SDĐ Ảnh viễn thám sau khi giải đoán thể hiện sự phân bố của đối tượng theo không gian và thời gian (tính thời gian là chính xác, vì dữ liệu viễn thám được thu nhận tại một thời điểm nhất định) Do đó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ cho ra hiện trạng sử dụng đất tại thời điểm chụp và với ảnh đa thời gian cho phép thành lập các lớp chuyên đề sử dụng đất trên vùng đất cụ thể nhưng ở các thời gian khác nhau Các lớp dữ liệu này được lưu trữ trong GIS dưới dạng lớp chuyên đề nhằm cung cấp thông tin có liên quan đến hiểu biết tình hình sử dụng đất của khu vực nghiên cứu bao gồm có những loại sử dụng đất cụ thể nào, diện tích bao nhiều,… Bằng chức năng chồng lớp và phân tích, GIS cho phép tích

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất hợp thông tin từ các kết quả phân loại của nhiều thời điểm chụp để thành lập nhanh và chính xác bản đồ biến động sử dụng đất của khu vực

Do cùng hệ thống tọa độ, nên việc tiến hành chồng hai lớp chuyên đề sử dụng đất (10/ 2003 và 12/ 2004) để thành lập bản đồ biến động rất dễ dàng và bằng chức năng phân tích của GIS cho phép xác định thông tin chính xác về vị trí chuyển đổi, diện tích biến động và loại hình sử dụng đất mới hình thành của toàn khu vực

LUC OẹT LNK TSL Toồng

Bảng 7.5 Ma trận biến động sử dụng đất tính theo đơn vị ha

LUC OẹT LNK TSL Toồng

Bảng 7.6 Ma trận biến động các loại hình sử dụng đất của năm 2003 so với năm 2004

Hình 7.12 Xu thế đô thị hóa ở khu vực nghiên cứu trong khoảng thời gian hơn 1 năm (từ 30/10/ 2003 đến 12/12/ 2004)

Đánh giá kết quả việc ứng dụng công nghệ tích hợp viễn thám và GIS

Một trong những thuận lợi khi sử dụng công nghệ tích hợp viễn thám và GIS để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất là sẽ giảm thời gian và chi phí cho các lần cập nhật tiếp theo Chỉ cần hiệu chỉnh và xây dựng đúng bản đồ sử dụng đất ở cấp tương ứng cho lần đầu tiên, các lần hiệu chỉnh sau sẽ căn cứ trên cơ sở dữ liệu ban đầu để điều chỉnh, do đó sẽ giảm nhẹ công tác thực địa cũng như giải đoán Điều này sẽ đem lại hiệu quả cao hơn trong công tác chỉnh lý và xây dựng bản đồ theo định kỳ cho các cấp so với biện pháp truyền thống Ngoài ra, đối với bản đồ hiện trạng sử dụng đất áp dụng quy trình tổng hợp từ cấp dưới

Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất lên (huyện, xã) sẽ mất đi tính hiện thời (real-time) của dữ liệu, vì trên địa bàn thành phố tốc độ đô thị hóa rất nhanh

Do sử dụng tư liệu ảnh ASTER có độ phân giải không gian là 15m x 15m nên phần lớn các đối tượng có thể phân biệt được nếu dựa vào hình dạng, màu sắc và cấu trúc (texture) của các đối tượng Đặc biệt các đối tượng có xắp xếp dạng lô thửa rõ ràng, nếu các đối tượng này đã được xác định ngoài thực tế thì loại đất và ranh giới của chúng được xác định nhanh trên ảnh

Số lượng các loại hình sử dụng đất ít chi tiết hơn so với qui trình thành lập bản đồ của Bộ Tài Nguyên Môi Trường Đất lúa không phân biệt được số vụ, do vậy chỉ xác định được một loại chung là đất lúa Đất trồng cây lâu năm có thể phân biệt được đất trồng cây công nghiệp lâu năm và cây ăn quả nhưng có những vùng không phân biệt được, vì thế chỉ gộp lại thành một loại là đất trồng cây lâu năm khác, …

Hơn nữa, do sử dụng tư liệu ảnh ASTER chỉ với ba kênh phổ 1, 2 và 3N, thiếu kênh Blue (0.4 - 0.5μm) và kênh hồng ngoại sóng ngắn, nên khi tiến hành phân loại và đánh giá biến động giữa hai thời điểm, các đối tượng thực vật có sự biến đổi lớn

Tiêu đề	Tích hợp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Tác giả	Bun Sovannrothana
Người hướng dẫn	PGS. TS. Lê Văn Trung, TS. Nguyễn Ngọc Lâu
Trường học	Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Xử lý số liệu định vị và bản đồ bằng kỹ thuật tin học
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	1,7 MB