ứng dụng công nghệ viễn thám và gis trong thành lập bản đồ lớp phủ huyện ba vì, thành phố hà nội

Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về bản đồ lớp phủ, ảnh vệ tinh và hệ thống thông tin địa lý GIS; - Nghiên cứu về công nghệ viễn thám và GIS trong công tác thành lập bản đồ lớp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG……… vi

DANH MỤC HÌNH……… vii

MỞ ĐẦU………1

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ……… 3

1.1 Tổng quan về bản đồ lớp phủ 3

1.1.1 Khái niệm, mục đích, yêu cầu 3

1.1.2 Cơ sở toán học và độ chính xác của bản đồ lớp phủ 5

1.1.3 Nội dung và nguyên tắc biểu thị các yếu tố nội dung bản đồ lớp phủ 7

1.1.4 Các phương pháp thể hiện nội dung của bản đồ lớp phủ 10

1.1.5 Phương pháp thành lập bản đồ lớp phủ 11

1.2 Cơ sở khoa học của việc thành lập bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý 13

1.2.1 Hệ thống viễn thám 14

1.2.2 Sai số của ảnh viễn thám và phương pháp xử lý 18

1.2.3 Cấu trúc của GIS 20

1.2.4 Chức năng của GIS 23

1.2.5 Cơ sở dữ liệu trong GIS 23

1.2.6 Xây dựng chìa khóa giải đoán cho các đối tượng trên bề mặt 26

CHƯƠNG 2 - QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM VÀ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ……….………… 27

2.1 Khái quát về các loại ảnh vệ tinh và đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 27

2.1.1 Tính chất và đặc điểm kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh 27

2.1.2 Đặc tính phản xạ phổ của một số nhóm đối tượng tự nhiên 32

2.2 Phương pháp viễn thám trong việc thành lập bản đồ lớp phủ 39

2.2.1 Phương pháp đoán đọc điều vẽ ảnh bằng mắt 40

2.2.2 Phương pháp giải đoán ảnh bằng xử lý số 44

2.3 Quy trình công nghệ ứng dụng ảnh viễn thám và GIS thành lập bản đồ lớp phủ 47

2.3.1 Quy trình công nghệ xử lý ảnh vệ tinh, thành lập bình đồ ảnh 49

2.3.2 Quy trình xác định lớp phủ trên mặt đất bằng công nghệ viễn thám và GIS 51

2.3.3 Quy trình biên tập tổng hợp và đóng gói bản đồ lớp phủ 54

CHƯƠNG 3 - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ HUYỆN BA VÌ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI………56

3.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội 56

3.1.1 Vị trí địa lý 56

3.1.2 Điều kiện tự nhiên 56

3.1.3 Điều kiện kinh tế xã hội 68

3.2 Thực nghiệm thành lập bản đồ lớp phủ huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội tỷ lê 1: 50.000 73

3.2.1 Thu thập phân tích xử lý số liệu 73

3.2.2 Xử lý ảnh vệ tinh, thành lập bình đồ ảnh 74

3.2.3 Đánh giá, kiểm tra độ chính xác của kết quả phân loại 86

3.2.4 Điều vẽ ảnh, biên tập tổng hợp, hoàn thiện bản đồ 88

3.3 Đặc điểm lớp phủ huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội và định hướng phát triển kinh tế xã hội 88

3.3.1 Đặc điểm lớp phủ huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội 88

3.3.2 Hiện trạng tổ chức không gian 90

3.3.3 Định hướng phát triển kinh tế xã hội 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO.………98

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các khoanh đất phải thể hiện trên bản đồ lớp phủ 10

Bảng 2.1 Phân loại ảnh vệ tinh quang học theo kích thước pixel thực địa 27

Bảng 2.2 Các kênh và độ phân giải của ảnh vệ tinh SPOT 4 29

Bảng 3.1 Một số chỉ tiêu về dân số huyện Ba Vì 2000-2010 69

Bảng 3.2 Một số chỉ tiêu về lao động giai đoạn 2000-2010 70

Bảng 3.3 Mẫu khóa giải đoán ảnh 84

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống viễn thám 14

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thu nhận ảnh dạng “khung” 16

Hình 1.3 Méo ảnh tổng hợp 19

Hình 1.4 Méo hình do các nguyên tố định hướng ngoài 19

Hình 1.5 Mô hình tổ chức của HTTTĐL 20

Hình 2.1 Vệ tinh SPOT 28

Hình 2.2 Vệ tinh IKONOS 30

Hình 2.3 Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 34

Hình 2.4 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật……… 35

Hình 2.5 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng……… ….36

Hình 2.6 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước……… ….38

Hình 2.7 Quy trình công nghệ thành lập bản đồ lớp phủ từ ảnh viễn thám và GIS… 47

Hình 2.8 Quy trình công nghệ xử lý ảnh vệ tinh, thành lập bình đồ ảnh 49

Hình 2.9 Quy trình xác định lớp phủ bằng công nghệ viễn thám 51

Hình 2.10 Quy trình công nghệ biên tập tổng hợp và đóng gói bản đồ lớp phủ… 54

Hình 3.1 Biến trình nhiệt độ trung bình năm theo độ cao trên núi Ba Vì 62

Hình 3.2 Biểu đồ lượng mưa trung bình năm tại các trạm đo 63

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện sự tăng lượng mưa theo độ cao trên núi Ba Vì 63

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện lượng mưa trung bình tháng tại trạm đo Ba Vì 64

Hình 3.5 Bản đồ ảnh SPOT4 khu vực huyện Ba Vì 74

Hình 3.6 Giao diện phần mềm xử lý ảnh ENVI 4.5 76

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý nắn ảnh số 77

Hình 3.8 Các thông số trích điểm 79

Hình 3.9 Ảnh kết quả sau khi nắn chỉnh 80

Hình 3.10 Cắt ảnh theo địa giới hành chính……….………81

Hình 3.11 Lấy mẫu trên ảnh 83

Hình 3.12 Độ tách biệt giữa các mẫu phân loại 85

Hình 3.13 Sản phẩm ảnh sau khi được phân loại 86

Hình 3.14 Ma trận sai số tương quan chéo 87

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Công nghệ thông tin đã và đang phát triển mạnh mẽ, thâm nhập hầu hết các ngành khoa học, các hoạt động thực tiễn và nghiên cứu Các thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến của công nghệ điện tử, viễn thông và tin học đã tạo ra những bước đột phá mới trong công nghệ viễn thám và GIS Ảnh vệ tinh với hàm lượng thông tin lớn, được thu nhận trên nhiều dải sóng đang là nguồn dữ liệu phong phú và trực quan giúp cho các nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt đất một cách hiệu quả

Công nghệ xử lý, phân tích và suy giải các đối tượng địa lý nhất là lớp phủ

bề mặt đã có nhiều tiến bộ Vì thế phương pháp xây dựng thành lập bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám và GIS là một phương pháp hiện đại, có nhiều ưu thế vượt trội so với các phương pháp truyền thống như tiết kiệm kinh phí, thời gian, sức lao động và đảm bảo độ chính xác cao Nó trở thành một nhu cầu thiết yếu trong công tác nghiên cứu khoa học, đặc biệt là nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên và xã hội Trong đó, các loại tài nguyên đất, nước và các vấn đề môi trường là một trong những hướng được quan tâm nhiều Việc xây dựng bản đồ lớp phủ sẽ là cơ sở cho công tác quy hoạch tổng thể kinh tế xã hội của địa phương

Từ các lợi thế nêu trên của ảnh viễn thám và GIS trong công tác thành lập bản đồ nói riêng và giám sát tài nguyên thiên nhiên nói chung, đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ lớp phủ huyện Ba Vì, thành phố

Hà Nội” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn phục vụ công tác quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội của huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác lập cơ sở khoa học cho việc thành lập bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám và GIS lấy ví dụ cho việc thành lập bản đồ lớp phủ huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về bản đồ lớp phủ, ảnh vệ tinh và hệ thống thông tin địa lý (GIS);

- Nghiên cứu về công nghệ viễn thám và GIS trong công tác thành lập bản đồ lớp phủ;

- Nghiên cứu về các đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên;

- Xây dựng quy trình thành lập bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám và GIS;

- Thực nghiệm thành lập bản đồ lớp phủ huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp khảo sát, điều tra tổng hợp

- Phương pháp bản đồ viễn thám và GIS

- Phương pháp chuyên gia

- Phương pháp điều tra nhanh

5 Tài liệu để thực hiện luận văn

- Bản đồ địa hình huyện Ba Vì, TP Hà Nội tỷ lệ 1: 25.000;

- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện Ba Vì;

- Ảnh vệ tinh SPOT4 chụp tháng 10 năm 2012

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1 Tổng quan về bản đồ lớp phủ

1.1.1 Khái niệm, mục đích, yêu cầu

Lớp phủ đất là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành như nông nghiệp, lâm nghiệp, môi trường, … nên có rất nhiều định nghĩa về lớp phủ đất

Thư viện Dữ liệu tài nguyên thiên nhiên Australia định nghĩa: Lớp phủ đất là

bề mặt vật lý của Trái đất bao gồm các loài thực vật bản địa, đất, đá lộ thiên và nước, cũng như các yếu tố nhân tạo như lâm nghiệp, nông nghiệp và xây dựng Lớp phủ đất thường được phân biệt bởi các mẫu đặc trưng trong phương pháp viễn thám Khả năng để đo đạc và báo cáo xu hướng biến động lớp phủ mặt đất qua thời gian là rất quan trọng

(http://adl.brs.gov.au/landuse/index.cfm?fa=main.landcover)

Theo cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA), các khái niệm lớp phủ đất và sử dụng đất thường được sử dụng thay thế cho nhau nhưng thực tế các khái niệm này là rất khác biệt Theo đó, lớp phủ đất là cảnh quan được ghi lại gồm những thành phần bề mặt bao gồm: rừng, nước, thực vật, các loại đất, đá và cơ sở hạ tầng đô thị (những công trình kiến trúc bao trùm bề mặt đất) hiện diện và quan sát được Lớp phủ đất có thể được ghi nhận và được nội suy bằng ảnh

vệ tinh và ảnh hàng không Sử dụng đất được định nghĩa là các hoạt động kinh tế xã hội tại một đơn vị lãnh thổ, nhưng các hoạt động này có hoặc không được thể hiện như các đặc tính của lớp phủ đất

(http://www.csc.noaa.gov/crs/lca/whylca.html)

Theo định nghĩa của Cục Lâm nghiệp Canada: Lớp phủ đất là những đối tượng quan sát được, có tính chất vật lý và sinh học bao trùm bề mặt đất như thực vật hoặc các yếu tố nhân tạo

(http://carbon.cfs.nrcan.gc.ca/definition/93?lang=en_CA)

Theo Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO): Lớp phủ đất là lớp phủ vật chất quan sát được khi nhìn từ mặt đất hoặc thông qua vệ tinh viễn thám, bao gồm thực vật (mọc tự nhiên hoặc được trồng cấy) và các công trình nhân tạo (nhà cửa, đường giao thông…) bao phủ bề mặt mặt đất Mặt nước, băng, đá lộ hay các dải cát cũng được coi là lớp phủ mặt đất (FAO, 1997)

Các định nghĩa trên về lớp phủ đất đều thống nhất với nhau ở một số điểm sau:

- Là sự biểu thị khách quan các đối tượng trên bề mặt Trái đất

- Có thông tin định lượng về kích thước đối tượng;

- Có thông tin xác định về tính chất đối tượng;

- Có thông tin về nguồn gốc đối tượng

Khác với lớp phủ đất, sử dụng đất là khái niệm được xây dựng dựa theo chức năng, mục đích sử dụng đất Do vậy, một loại hình sử dụng đất có thể được định nghĩa là một tập hợp các hành động được thực hiện nhằm cung cấp một hay nhiều hơn loại hàng hóa hoặc dịch vụ Một loại hình sử dụng đất có thể có ở nhiều mảnh đất khác nhau hoặc trên một mảnh đất có thể có nhiều loại hình sử dụng đất khác nhau (FAO, 1997) Định nghĩa về sử dụng đất theo cách này cung cấp cơ sở cho việc đánh giá tác động kinh tế và môi trường chính xác, định lượng, cho phép các phân biệt chính xác giữa các loại hình sử dụng đất khác nhau

Thành lập bản đồ lớp phủ đất là quan trọng đối với công tác quy hoạch và quản lý tài nguyên Thành lập bản đồ lớp phủ là một công cụ cần thiết cho các nhà quản lý tài nguyên thiên nhiên trong việc bảo vệ môi trường sống và kế hoạch chống suy thoái trong tương lai Xác định độ che phủ đất là cơ sở để thực hiện hoạt động giám sát tài nguyên Sự thay đổi độ che phủ đất là thước đo trực tiếp đối với chất lượng môi trường sống (Dobson và nnk, 1995) Dữ liệu mô tả các đặc điểm và vị trí của lớp phủ đất có mối liên quan đến việc xác định diện tích đất và tài nguyên nước tương ứng, một nhu cầu quan trọng hiện nay Lớp phủ đất và biến động lớp phủ đất

được sử dụng bởi các nhà quản lý tài nguyên trong quá trình ra quyết định để đánh giá sự phát triển đô thị, xác định sự thay đổi nhu cầu đối với các nguồn tài nguyên thiên nhiên và phân tích xu hướng phát triển

 Làm tài liệu cơ bản phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất đai

và kiểm tra việc thực hiện quy hoạch sử dụng đất hàng năm đã được cấp

có thẩm quyền phê duyệt

Bản đồ lớp phủ cần đáp ứng các yêu cầu sau:

 Thể hiện được hiện trạng lớp phủ mặt đất của một đơn vị lãnh thổ tại một thời điểm

 Đạt được độ chính xác về vị trí, hình dạng, kích thước và loại hình sử dụng đất của từng khoanh đất

 Đáp ứng đồng bộ và hiệu quả các yêu cầu cấp bách của công tác kiểm kê đất đai và quy hoạch sử dụng đất

1.1.2 Cơ sở toán học và độ chính xác của bản đồ lớp phủ

Hệ quy chiếu

Bản đồ lớp phủ sử dụng hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia Việt Nam 2000

Tỷ lệ bản đồ

Tỷ lệ của bản đồ lớp phủ được lựa chọn dựa vào; kích thước, diện tích, hình dạng của đơn vị hành chính; đặc điểm, kích thước của các yếu tố nội dung biểu thị trên bản đồ

Độ chính xác của bản đồ lớp phủ

Bản đồ lớp phủ phải đáp ứng được các quy định về sai số cho phép về ranh giới sử dụng đất, loại hình sử dụng đất, các cấp hành chính, mức độ khái quát hoá nhưng phải đảm bảo sai số trung bình vị trí mặt phẳng của các địa vật chủ yếu so với điểm thuộc lưới đo vẽ gần nhất không quá 0.5 mm2 và đối với địa vật thứ yếu là 0.7 mm2 trên tờ bản đồ Sai số tương hỗ giữa các địa vật chủ yếu không lớn hơn 0.4

mm2 trên bản đồ

* Về diện tích:

Những khoanh đất có diện tích ≥ 4 mm2 trên bản đồ phải thể hiện đúng tỷ lệ bằng đường bao khép kín và thể hiện đầy đủ các ký hiệu của khoanh đất Đối với khoanh đất có diện tích ≤ 4mm2 trên bản đồ có giá trị kinh tế cao có ý nghĩa quan trọng được phóng to không quá 1.5 lần nhưng phải giữ được nét đặc trưng của khoanh đất

* Về ranh giới hành chính, ranh giới các loại hình sử dụng đất phải được thể hiện đúng hình dạng ngoài thực địa

* Đối với các nội dung hình tuyến như: Đường giao thông, thuỷ văn trục của tuyến không được lệch quá 0.2mmtheo tỷ lệ bản đồ so với thực địa

* Độ cong của đường viền của các yếu tố nội dung lớn hơn 0.5mm trên bản đồ thì phải thể hiện đúng hình dạng thực tế

* Cách thể hiện các ký hiệu, bố cục có thể tuân theo quy phạm thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

1.1.3 Nội dung và nguyên tắc biểu thị các yếu tố nội dung bản đồ lớp phủ

a Các yếu tố nội dung cơ sở địa lý

Lưới kilômét hoặc lưới kinh, vĩ tuyến: Trên bản đồ lớp phủ phải thể hiện lưới km hoặc lưới kinh vĩ độ Bản đồ tỷ lệ 1/25.000 biểu thị lưới kilômét, với kích thước ô lưới kilômét là 8 cm x 8 cm; Bản đồ tỷ lệ 1/50.000, 1/100.000, 1/250.000 và 1/1.000.000 chỉ biểu thị lưới kinh, vĩ tuyến Kích thước ô lưới kinh, vĩ tuyến của bản

đồ tỷ lệ 1/50.000 là 5’ x 5’ Kích thước ô lưới kinh, vĩ tuyến của bản đồ tỷ lệ 1/100.000 là 10’ x 10’ Kích thước ô lưới kinh, vĩ tuyến của bản đồ tỷ lệ 1/250.000

là 20’ x 20’ Kích thước ô lưới kinh, vĩ tuyến của bản đồ tỷ lệ 1/1.000.000 là 10 x 10; Dáng đất : Trên bản đồ lớp phủ cấp xã và cấp huyện dáng đất được thể hiện bằng điểm ghi chú độ cao và đường bình độ tuỳ theo khu vực (vùng đồng bằng, vùng đồi núi) và tỷ lệ bản đồ Đối với bản đồ lớp phủ cấp tỉnh dáng đất được thể hiện bằng đường bình độ và điểm độ cao ở vùng đồng bằng, ở khu vực trung du, miền núi có

độ dốc lớn dáng đất thể hiện điểm độ cao đặc trưng và đường bình độ cái tuỳ theo khu vực và tỷ lệ bản đồ Đối với bản đồ lớp phủ vùng địa lý tự nhiên - kinh tế và cả nước dáng đất thể hiện bằng đường bình độ cái theo bản đồ địa hình cùng tỷ lệ và kèm theo ghi chú độ cao

Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan: Gồm mạng lưới thuỷ văn, thuỷ hệ, đường bờ sông, hồ, đường bờ biển

- Đối với bản đồ lớp phủ cấp xã các yếu tố thuỷ văn hình tuyến như sông suối, kênh, mương và các công trình có liên quan như đập ngăn nước, trạm bơm, đường bờ biển, bờ sông, bờ hồ…

- Đối với bản đồ lớp phủ cấp huyện các yếu tố thuỷ văn hình tuyến như sông, suối, kênh mương có độ dài lớn hơn 1cm và các công trình có liên quan như đập ngăn nước, đê, trạm bơm phải thể hiện có ghi chú tên gọi

- Đối với bản đồ lớp phủ cấp tỉnh và cả nước thể hiện các yếu tố thuỷ văn hình tuyến như sông, suối, kênh mương có độ dài lớn hơn 1cm và các công trình có liên quan như đập ngăn nước, đê, trạm bơm phải thể hiện có ghi chú tên gọi

- Đối với bản đồ lớp phủ vùng địa lý tự nhiên - kinh tế và cả nước thể hiện các sông chính, đê chính, hồ đập lớn có ý nghĩa quan trọng và ghi chú tên gọi Đường bờ biển, bờ sông, bờ hồ thể hiện theo đúng quy định giống như cấp xã

Hệ thống giao thông và các công trình giao thông có liên quan: Gồm đường sắt, đường bộ, các công trình giao thông

Yêu cầu biểu thị đường bộ đối với bản đồ lớp phủ các cấp như sau:

- Trên bản đồ lớp phủ cấp xã phải biểu thị đường sắt các loại, đường bộ (quốc lộ, tỉnh lộ, đường liên huyện, đường liên xã, đường trục chính trong khu dân

cư đường trong khu vực đô thị đối với khu vực giao thông kém phát triển phải thể hiện phải thể hiện cả đường mòn, các công trình liên quan đến hệ thống giao thông như cầu, bến phà, bến xe)

- Trên bản đồ lớp phủ cấp huyện phải biểu thị đường sắt các loại, đường bộ (đường quốc lộ, tỉnh lộ, đường liên huyện, đường liên xã, đường trục chính trong khu dân cư, đối với khu vực giao thông kém phát triển, khu vực miền núi thể hiện

có chọn lọc đến đường đất nhỏ, các công trình liên quan đến hệ thống giao thông như cầu, cống lớn, bến phà, bến xe, nhà ga)

- Trên bản đồ lớp phủ cấp tỉnh phải biểu thị đường sắt, đường bộ (đường quốc lộ, tỉnh lộ, đường liên huyện, các công trình liên quan đến hệ thống giao thông như cầu, cống lớn, bến phà, bến xe, nhà ga)

- Trên bản đồ lớp phủ vùng địa lý tự nhiên - kinh tế và cả nước phải biểu thị đường sắt, đường bộ (đường quốc lộ, tỉnh lộ, khu vực miền núi phải biểu thị cả đường liên huyện, các công trình liên quan đến hệ thống giao thông như bến cảng, sân bay)

Đường biên giới, địa giới hành chính các cấp: Xác định theo hồ sơ địa giới hành chính, bản đồ điều chỉnh địa giới hành chính kèm Quyết định điều chỉnh địa giới hành chính của cơ quan nhà nước có thẩm quyền Đối với bản đồ lớp phủ vùng địa

lý tự nhiên - kinh tế chỉ thể hiện đến địa giới hành chính cấp huyện Đối với bản đồ lớp phủ vùng địa lý tự nhiên - kinh tế và cả nước chỉ thể hiện đến địa giới hành chính các cấp trùng nhau thì biểu thị đường địa giới hành chính cấp cao nhất

Các yếu tố nội dung khác: Thể hiện các điểm địa vật độc lập quan trọng có tính định hướng và các công trình kinh tế, văn hóa - xã hội như tháp, nhà thờ, đài phát thanh truyền hình, ống khói nhà máy, các công trình kinh tế – xã hội, văn hoá, phúc lợi như sân bay, nhà ga, bến xe, bến cảng, chợ, trụ sở, uỷ ban nhân dân các cấp, bưu điện, trường học, bệnh viện, trạm y tế, nhà văn hóa, nghĩa địa phải thể hiện đúng vị trí

Ghi chú địa danh, tên các đơn vị hành chính giáp ranh và các ghi chú cần thiết khác: Với bản đồ lớp phủ cấp xã và huyện thể hiện tên các sông suối, hồ, đường quốc lộ, tỉnh lộ, tên các công trình xây dựng quan trọng, tên làng xóm, cánh đồng, tên núi và tên các đơn vị hành chính giáp ranh cùng cấp Bản đồ lớp phủ cấp tỉnh thể hiện tên các sông suối chính, hồ lớn, cửa sông, đường quốc lộ, tỉnh lộ, tên các công trình xây dựng quan trọng, tên đơn vị hành chính cấp huyện, xã, tên núi và tên các đơn vị hành chính cấp tỉnh giáp ranh Bản đồ lớp phủ vùng địa lý tự nhiên - kinh tế và cả nước thể hiện tên biển, các sông suối chính, hồ lớn, cửa sông, đường quốc lộ, tên các đơn vị hành chính cấp tỉnh và các nước giáp biên

b Các yếu tố nội dung

Bản đồ lớp phủ phải biểu thị đầy đủ các khoanh đất Khoanh đất được xác định bằng một đường bao khép kín Mỗi khoanh đất biểu thị đối tượng hiện có trên mặt đất Phải biểu thị tất cả các khoanh đất có diện tích trên bản đồ theo quy định tại Bảng 1.1

Bảng 1.1 Các khoanh đất phải thể hiện trên bản đồ lớp phủ

Tỷ lệ bản đồ Diện tích khoanh đất trên bản đồ

Nhóm lớp phủ tự nhiên: là các đối tượng có tính chất tự nhiên như: mặt nước (sông,

suối, ao, hồ, đầm phá, biển), bãi cát, đất trống, bãi bồi, rừng tự nhiên, thảm cỏ cây bụi tự nhiên…

Nhóm lớp phủ nhân tạo như: rừng trồng, cây xanh trong khu dân cư, vùng canh tác

nông nghiệp, vùng nuôi trồng thủy sản, khu công nghiệp, khu dân cư…

1.1.4 Các phương pháp thể hiện nội dung của bản đồ lớp phủ

Các phương pháp thể hiện nội dung của bản đồ lớp phủ là ngôn ngữ thể hiện truyền đạt toàn bộ những thông tin chứa đựng trên bản đồ lớp phủ Phương pháp này xác định đối tượng lớp phủ đất và vị trí tương quan của các đối tượng này trong không gian cũng như xác định đặc điểm phân bố không gian các đối tượng lớp phủ này

Phương pháp ký hiệu điểm là phương pháp thể hiện bản đồ đặc biệt được dùng để

chỉ rõ vị trí phân bố của các đối tượng Ký hiệu không phản ánh theo đúng tỷ lệ bản

đồ, có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn diện tích thực theo tỷ lệ bản đồ mà ký hiệu chiếm, phản ánh được sự phân bố của các hiện tượng

Trên bản đồ lớp phủ các ký hiệu được phân loại gồm:

+ Ký hiệu hình học: ví dụ hình tròn chỉ vị trí phân bố của các điểm dân cư

+ Ký hiệu dạng chữ: thể hiện loại hình sử dụng đất trên bản đồ, tên các đơn

vị hành chính, các địa danh khác…

+ Ký hiệu trực quan: thể hiện hình dạng thực của địa vật như bưu điện, bệnh viện, trường học…

Phương pháp ký hiệu tuyến: Sử dụng để thể hiện các đối tượng có dạng tuyến như

đối tượng đường, sông ngòi, ranh giới hành chính… Ký hiệu tuyến có độ dài tuân theo tỷ lệ bản đồ, còn độ rộng có thể đúng tỷ lệ hoặc không theo tỷ lệ tuỳ theo đối tượng

Phương pháp đường đẳng trị: Sử dụng để biểu thị trên bản đồ các hiện tượng có sự

thay đổi đều đặn và phân bố liên tục trên cả bản đồ Những đường cong đều đặn nối liền các điểm có chỉ số như nhau của hiện tượng trên bản đồ gọi là đường đẳng trị Đặc trưng cho hiện tượng được biểu thị đường đồng mức, đường đẳng cao nối các điểm trên mặt đất có cùng độ cao

Phương pháp nền chất lượng: Sử dụng để biểu thị sự phân chia lãnh thổ theo những

dấu hiệu nào đó của tự nhiên cũng như kinh tế xã hội Nó được biểu thị những đặc điểm định tính của các đối tượng phân bố rộng khắp trên bề mặt đất hoặc tản mạn

Phương pháp biểu đồ bản đồ: Sử dụng để biểu thị sự phân phối của các đối tượng

nào đó bằng các biểu đồ được bố trí trên bản đồ trong các đơn vị lãnh thổ và biểu thị một đại lượng tổng số của đối tượng trong phạm vi đơn vị lãnh thổ tương ứng Dùng để thể hiện tổng số cơ cấu đất đai theo tính chất sử dụng trên lãnh thổ thành lập bản đồ

1.1.5 Phương pháp thành lập bản đồ lớp phủ

Có rất nhiều phương pháp thành lập bản đồ lớp phủ song tuỳ thuộc vào mục đích, yêu cầu thành lập bản đồ lớp phủ; tỷ lệ bản đồ nền; đặc điểm của đơn vị hành chính; diện tích, kích thước của các khoanh đất; mức độ đầy đủ, độ chính xác và tin cậy của các nguồn tài liệu hiện có; điều kiện thời gian, trang thiết bị kỹ thuật công

nghệ và trình độ của lực lượng cán bộ kỹ thuật mà lựa chọn các phương pháp xây dựng bản đồ khác nhau

Hiện nay, ở nước ta đã có đủ điều kiện sử dụng tư liệu ảnh máy bay và ảnh

vệ tinh với công nghệ truyền thống hoặc công nghệ hiện đại để lập các bản đồ chuyên đề, trong đó có bản đồ lớp phủ

Ảnh hàng không và ảnh vệ tinh phản ánh trung thực, khách quan hiện trạng

ở mặt đất tại thời điểm bay chụp, do đó nó rất phù hợp với yêu cầu của bản đồ lớp phủ Phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với điều vẽ thực địa là được sử dụng rộng rãi nhất

Ưu điểm của phương pháp sử dụng ảnh máy bay và ảnh vệ tinh là cho phép thể hiện đầy đủ, chi tiết các nội dung của bản đồ Ở những vùng điều kiện địa vật, địa hình quá phức tạp như trung du, miền núi, việc tận dụng triệt để các tư liệu ảnh hiện có để thành lập bản đồ là phương pháp được ưu tiên trong việc lựa chọn phương pháp công nghệ để xây dựng bản đồ lớp phủ đem lại hiệu quả cao hơn, giảm chi phí và thời gian so với đo vẽ trực tiếp ở mặt đất Tuy nhiên, đầu tư công nghệ ảnh đòi hỏi kinh phí đầu tư tương đối cao

* Đối với cấp xã, khu công nghệ cao, khu kinh tế sử dụng các phương pháp:

- Phương pháp sử dụng bản đồ địa chính hoặc bản đồ địa chính cơ sở;

- Phương pháp sử dụng ảnh chụp từ máy bay hoặc vệ tinh có độ phân giải cao đã được nắn chỉnh thành sản phẩm ảnh trực giao;

* Cấp vùng địa lý tự nhiên - kinh tế và cả nước sử dụng các phương pháp:

- Phương pháp tổng hợp từ các bản đồ lớp phủ của các đơn vị hành chính cấp dưới trực thuộc;

- Phương pháp sử dụng ảnh chụp từ máy bay hoặc vệ tinh có độ phân giải cao đã được nắn chỉnh thành sản phẩm ảnh trực giao;

1.2 Cơ sở khoa học của việc thành lập bản đồ lớp phủ bằng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý

Việc lựa chọn các phương pháp thành lập bản đồ lớp phủ phụ thuộc vào mục đích, yêu cầu, điều kiện từng địa phương, tài liệu thu thập được, chất lượng tài liệu, trang thiết bị, trình độ cán bộ chuyên môn, cấp đơn vị hành chính, tỷ lệ bản đồ

Ảnh vệ tinh cho thấy có những đặc điểm nổi trội mà các nguồn tài liệu khác không có như:

 Có tầm bao quát rộng, do đó việc thu nhận thông tin về tình hình sử dụng đất trên phạm vi rộng lớn một cách nhanh chóng kể cả những vùng khó đến hoặc không thể tiếp cận được Mặt khác thông tin trên ảnh vệ tinh được thống nhất về thời điểm ghi nhận nên có thể phân tích, so sánh với nhau

 Có nhiều độ phân giải khác nhau Hiện nay độ phân giải của ảnh vệ tinh đã được nâng cao rất nhiều, độ phân giải từ 30m – 1m và dưới 1m, chính vì vậy sử dụng ảnh vệ tinh để trực tiếp thành lập bản đồ một cách độc lập ở các tỷ lệ mà không cần tuần tự từ tỷ lệ lớn thu về tỷ lệ nhỏ

 Đem lại thông tin đa thời gian nhờ việc chụp lặp theo nhiều chu kỳ khác nhau từ

3 ngày, 7 ngày, 11 ngày… đến 1 tháng, 4 tháng, 1 năm… bảo đảm tính tức thời

 Phản ánh trung thành bề mặt trái đất với mối quan hệ và tác động qua lại giữa các hợp phần tự nhiên Điều đó cho thấy ảnh vệ tinh phản ánh khách quan lớp phủ và cho phép xác định nhiều loại hình sử dụng đất qua các dấu hiệu nhận biết gián tiếp

 Là mô hình của bề mặt trái đất có dạng thông tin tương tự và ở dạng số, và chúng đều có bản chất rất gần với bản đồ

Như vậy tư liệu ảnh vệ tinh là tài liệu rất tốt để thành lập các loại bản đồ lớp phủ Do đó việc lựa chọn phương pháp thành lập bản đồ lớp phủ từ ảnh vệ tinh mang tính khả thi cao

1.2.1 Hệ thống viễn thám

Thuật ngữ viễn thám (Remote sensing) - điều tra từ xa, xuất hiện từ năm

1960 do một nhà địa lý người Mỹ là E Pruit đặt ra (Thomas, 1999) Kỹ thuật viễn thám là một kỹ thuật đa ngành, nó liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau như:

- Thu nhận thông tin

- Tiền xử lý thông tin

- Phân tích và giải đoán thông tin

- Đưa ra các sản phẩm dưới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợp

Vì vậy có thể định nghĩa Viễn thám là sự thu nhận và phân tích thông tin về đối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng nghiên cứu Bằng các công cụ kỹ thuật, viễn thám có thể thu nhận các thông tin, dữ kiện của các vật thể, các hiện tượng tự nhiên hoặc một vùng lãnh thổ nào đó ở một khoảng cách nhất định

Hệ thống thu nhận thông tin Viễn thám

Bộ cảm 2

Bộ cảm 3

Bề mặt trái đất

Nguồn 2

Hệ thống viễn thám sử dụng bức xạ điện từ thông qua bốn phần cơ bản là nguồn (Source), tương tác với bề mặt trái đất (Interactions with the Earth's surface), tương tác với khí quyển (Interaction with the atmosphere) và hệ thống cảm biến (sensor)

Nguồn của bức xạ điện từ có thể là nguồn tự nhiên của bức xạ điện từ là ánh sáng Mặt trời (nguồn 1) hoặc bức xạ nhiệt của quả đất bị đốt nóng (nguồn 2) hoặc

do con người tạo ra như sóng rađar

Khi năng lượng điện từ chiếu tới vật thể, một phần năng lượng điện từ bị vật thể hấp thụ, một phần bị phản xạ và một phần sau đó bị bức xạ Cường độ và các đặc trưng của bức xạ hay phản xạ phụ thuộc vào các đặc trưng bề mặt của các đối tượng khác nhau trên mặt đất Năng lượng điện từ truyền qua môi trường khí quyển Khi đi qua khí quyển, một phần năng lượng điện từ sẽ bị hấp thụ, bị biến đổi và tán xạ Bức xạ điện từ phản xạ từ bề mặt trái đất sau khi đi qua khí quyển được ghi nhờ bộ cảm biến như máy

đo bức xạ hoặc máy chụp ảnh Năng lượng điện từ này đi vào hệ thống sensor sẽ được

đo đạc và biến đổi thành tín hiệu điện dạng phổ ghi lên băng từ

Hệ thống viễn thám sử dụng quang phổ của ánh sáng tự nhiên được gọi là hệ thống viễn thám bị động như hệ thống Landsat, hệ thống SPOT Hệ thống viễn thám sử dụng nguồn năng lượng do con người tạo ra và thu nhận được gọi là hệ thống viễn thám chủ động như hệ thống viễn thám Radar Ngoài ra, người ta cũng

có thể phân loại hệ thống viễn thám theo bước sóng

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: Sử dụng nguồn năng lượng là ánh sáng mặt trời, mặt trời sẽ cung cấp một bức xạ có bước sóng

ưu thế là 5m Tư liệu viễn thám thu nhận được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất Do vậy các thông tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ phản xạ

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Sử dụng bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức xạ

có đỉnh tại bước sóng 10m

- Viễn thám siêu cao tần: Sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động (máy phát thu được bức xạ, tán xạ hay phản xạ từ vật thể) và bị động (thu bắt tín hiệu bức

xạ do chính vật thể phát ra được ghi lại)

Hệ thống chụp ảnh Viễn thám

Hệ thống khung (Hệ thống toàn cảnh)

Hệ thống khung ghi nhận tức thời hình ảnh của một vùng hay tạo một “khung” lên địa hình Máy chụp ảnh và các ống thu ảnh (vidicon) là các ví dụ thông dụng của hệ thống như vậy

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thu nhận ảnh dạng “khung”

Mắt người cũng có thể coi là “hệ thống khung” Một máy ảnh sử dụng các hệ thống ống kính để tạo nên hình ảnh của một ảnh tại mặt phẳng tiêu cự (focal plane),

ở đó hình ảnh là rõ nét nhất Cửa sổ sáng được mở ở những khoảng cách được lựa chọn, cho phép ánh sáng đi vào máy ảnh và khi đó hình ảnh được ghi lại trên phim Ống thu ảnh (Vidicon) là một dạng của máy chụp ảnh vô tuyến mà nó ghi lại hình ảnh trên một bề mặt nạp cảm ứng điện từ Một chùm tia điện tử quét lên bề mặt để thăm dò các mẫu của các lượng nạp khác nhau tạo nên hình ảnh, các tia điện tử cung cấp các tín hiệu mà nó có thể truyền và ghi lại trên băng từ hoặc hiện hình ảnh lên phim

Hiệu quả của hệ thống khung và ống thu ảnh là tạo hình ảnh có độ phủ về phía trước (forward overlap) Phần có độ phủ có thể nhìn hình ảnh ba chiều nhờ dùng kính lập thể Phim chỉ nhạy cảm với vùng cực tím, nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ(0.3 – 0.9m) Một dải cảm ứng của các ống thu ảnh đặc biệt kéo dài tới băng nhiệt của vùng hồng ngoại Hệ thống khung có thể tạo hình ảnh liên tục cho một vùng rộng, bởi vì thế hệ thống này có một sự phân bố dày đặc của các detector

ở mặt phẳng tiêu cự, như con mắt có một mạng lưới các tế bào hình que và hình nón Nhũ tương của phim chụp ảnh bao gồm các hạt nhỏ xíu của muối bạc Bề mặt của vidicon cũng được phủ một lớp photpho rất nhạy cảm với ánh sáng

Hệ thống quét (Scanning system)

Các hệ thống quét sử dụng các tế bào quang điện (detector) với trường nhìn hẹp mà trường nhìn này được quét dọc địa hình để tạo ra hình ảnh khi các phần tử của năng lượng điện từ phát ra hoặc phản xạ từ địa hình đột ngột gặp các detector

và các tín hiệu điện tử được khuếch đại và ghi lại trên băng từ, sau đó tạo nên hình ảnh Tất cà các hệ thống quét theo trường nhìn của detector dọc theo địa hình theo các đường song song Có bốn kiểu quét phổ biến là: quét dọc, quét ngang, quét vòng cung và quét bên

Hệ thống đa phổ

Hệ thống “khung” và quét đã được mô tả ở trên nhằm ghi hình ảnh ở một band phổ đơn điệu Đối với nhiều ứng dụng của viễn thám, cần thiết phải ghi lại các hình ảnh với các ảnh đa phổ, các ảnh đa phổ được thu ở nhiều band phổ Các ảnh đa phổ có thể được ghi nhận với nhiều phương diện khác nhau Máy chụp ảnh, hay các vidicon có thể được ghép nối và chụp ảnh cùng một vùng Các cửa đóng mở cũng được ghép nối và điều khiển để đóng mở cùng một lúc Các filter lọc truyền các band lựa chọn của năng lượng được dùng để thu nhận các bức ảnh đen trắng Một nhóm điển hình của các máy ảnh đa phổ là ghi nhận ảnh ở 3 band phổ nhìn thấy là Blue: 0.4 – 0.5m; Green: 0.5 – 0.6m; Red: 0.6 – 0.7m và 1 band hồng ngoại phản xạ: 0.7 – 0.8m

Như vậy máy chụp ảnh đa phổ với 4 ống kính, 4 cửa đóng mở, cung cấp 4 ảnh của một khu vực trên 4 phim khác nhau Bất kỳ 3 phim dương bản đen trắng nào của máy chụp ảnh đa phổ cũng có thể ghi lại và chiếu thành các màu cộng cơ bản ban đầu (Blue, Green và Red) để tạo nên ảnh màu tổng hợp

Hệ thống Thematic Mapper của vệ tinh Landsat với máy quét đa phổ đã ghi lại hình ảnh ở 7 band: 3 band nhìn thấy, 3 band hồng ngoại phản xạ và 1 band hồng ngoại nhiệt Vệ tinh SPOT sử dụng hệ thống đa phổ quét dọc với độ phân giải cao

Vệ tinh Ikonos ghi nhận hình ảnh với 3 band phổ

1.2.2 Sai số của ảnh viễn thám và phương pháp xử lý

Ảnh viễn thám có hai loại sai số đó là:

Sai số về phổ (radiometric error)

Liên quan đến độ sáng của các pixel Sai số về phổ xuất phát từ các nguyên nhân:

+ Do ảnh hưởng của bầu khí quyển như hấp thụ năng lượng, tán xạ năng lượng (hiệu ứng Rayleigh, hiệu ứng Mie);

+ Do lỗi của sensor

Việc hiệu chỉnh các sai số về phổ thường được làm bởi nhà cung cấp ảnh, ở giai đoạn tiền xử lý (pre - processing)

Sai số về hình học (geometric error)

Sai số làm méo ảnh viễn thám có thể được chia làm hai nhóm là sai số méo hình hình học của chính hệ thống Sensor và sai số méo hình do ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài hệ thống

Sai số méo hình hình học của hệ thống Sensor:

Sai số hệ thống này phát sinh chủ yếu là do có sự thay đổi trong hoạt động của Sensor như các méo hình quang học của Sensor, sự thay đổi tốc độ quét tuyến tính

và sự lặp lại của các đường quét, sự thay đổi tốc độ cuộn phim của hệ thống Ảnh hưởng của các sai số này sau khi kiểm định thường rất nhỏ so với các sai số do ảnh

hưởng của các yếu tố bên ngoài hệ thống Vì thế, trong một chừng mực nào đó chúng ta không cần thiết phải quan tâm đến yếu tố này

Sai số do các yếu tố bên ngoài hệ thống:

Chủ yếu gây ra do sự thay đổi các nguyên tố định hướng ngoài (vị trí quỹ đạo của Sensor), khúc xạ khí quyển, độ cong quả đất, chênh cao địa hình Ảnh hưởng hầu hết của các loại sai số này tương tự như trong chụp ảnh hàng không, tuy nhiên trong viễn thám một số sai số này có tính khác biệt Khi nhận ảnh thẳng đứng, hình ảnh tạo ra cho từng hệ thống Sensor sẽ có khuôn mẫu hình học khác nhau, các khuôn mẫu này phụ thuộc vào máy chụp ảnh ta sử dụng Do đó sự méo hình sẽ có quan hệ tương ứng với khuôn dạng hình học tạo ảnh

Các trình tự cơ bản của hiệu chỉnh hình học bao gồm:

Lựa chọn phương pháp:Phương pháp được chọn lựa phải dựa trên bản chất méo hình của tư liệu nghiên cứu và số lượng điểm khống chế có được

Xác định tham số hiệu chỉnh: Việc xác định các tham số hiệu chỉnh thông

thường dựa trên việc thiết lập các mô hình toán học và các hệ số của mô hình này được tính theo phương pháp bình sai trên cơ sở các điểm đã biết toạ độ ảnh và toạ

độ các điểm kiểm tra Trong thực tế thường sử dụng biến đổi Helmert, biến đổi Affine, biến đổi theo phép chiếu hình và biến đổi đa thức

1.2.3 Cấu trúc của GIS

HTTĐL bao gồm các hợp phần cơ bản như sau: Dữ liệu không gian, người điều hành, phần cứng, phần mềm

Hình 1.5 Mô hình tổ chức của HTTTĐL

Cơ sở dữ liệu không gian

Dữ liệu không gian có thể đến từ nhiều nguồn, có các nguồn tư liệu sau: số liệu tính toán thống kê, báo cáo, các quan trắc thực địa, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, bản đồ giấy (dạng analog) Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và HTTĐL có khả năng cung cấp thông tin không gian bao gồm các thuộc tính địa lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ

lệ bản đồ và các số liệu đo đạc Việc tích hợp các tư liệu địa lý từ nhiều nguồn khác nhau là đặc điểm cơ bản của một phần mềm HTTĐL

Người điều hành

Vì HTTĐL là một hệ thống tổng hợp của nhiều công việc kỹ thuật như phân tích và xử lý số liệu do đó đòi hỏi người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực Người điều hành là một phần không thể thiếu được của HTTĐL Hơn nữa sự phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn được đào tạo Có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin

Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi)

Phần cứng của một HTTĐL bao gồm các hợp phần sau: Bộ xử lý trung tâm (CPU), thiết bị nhập dữ liệu, lưu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu

 Bộ xử lý trung tâm (central processing unit - CPU): hệ thống điều khiển, bộ nhớ, tốc độ xử lý là những yếu tố quan trọng nhất của CPU CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu, mà còn điều khiển, sắp đặt phần cứng khác, nó cần thiết cho việc quản lý thông tin theo sau thông qua hệ thống Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chỉ khoảng 5mm2- nó có khả năng thực hiện hàng ngàn, hoặc ngay cả hàng triệu thông tin trong một giây

 Nhập, lưu dữ và xuất dữ liệu: các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập

dữ liệu là: Bàn số hoá, máy quét để chuyển đổi dữ liệu analoge thành dạng số Hoặc đọc băng và đĩa CD - ROM có nhiệm vụ lấy thông tin hiện có trong băng và đĩa Các phương tiện thông dụng là ổ đĩa cứng, ổ đọc băng, ổ đĩa quang có thể ghi và xoá dữ liệu Thiết bị xuất dữ liệu bao gồm máy in đen trắng và màu, báo cáo, kết quả phân tích, máy in kim (plotter) Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ tin học và điện tử, đặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép san sẻ các chức năng và trao đổi giữa những người sử dụng và càng tạo điều kiện cho HTTĐL phát triển

Phần mềm

Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm HTTĐL có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:

Nhập và kiểm tra dữ liệu (Importing and checking data): Bao gồm tất cả các khía

cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng

số tương thích Đây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng CSDL địa lý

Lưu trữ và quản lý CSDL (Storing and management database): Lưu trữ và quản lý

CSDL đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí (topology) và thông tin thuộc tính (attributes) của các đối tượng địa lý (điểm, đường, vùng) đại diện cho các đối tượng trên bề mặt đất) Hai thông tin này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội được bởi người sử dụng

hệ thống

Xuất dữ liệu (Data exporting): Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình

phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: Bản đồ (MAP), bảng biểu (TABLE), biểu đồ, lưu đồ (FIGURE) được thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ

Biến đổi dữ liệu (Data transformation): Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành

nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai

Tương tác với người dùng (Query input): Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan

trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào Các giao diện người dùng ở một hệ thống thông tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu Á là ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW, Hiện nay, có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau:

 Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN, ERDAS - Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW

 Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ER- MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,

Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh phí của đơn vị, việc lựa chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau

1.2.4 Chức năng của GIS

Không một dự án xây dựng hệ GIS nào là giống nhau, vì vậy sức mạnh của các chức năng trong từng hệ GIS cũng khác nhau, kĩ thuật xây dựng các chức năng trong từng GIS cụ thể cũng khác nhau, tuy nhiên thông thường đảm bảo một số chức năng cơ bản sau:

- Thu thập dữ liệu;

- Xử lý dữ liệu thô;

- Lưu trữ và truy cập dữ liệu;

- Tìm kiếm và phân tích không gian;

- Hiển thị đồ họa và tương tác

1.2.5 Cơ sở dữ liệu trong GIS

Một CSDL của HTTĐL có thể chia ra làm 2 loại số liệu cơ bản: CSDL không gian và CSDL phi không gian Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị

CSDL không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm tọa độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh cụ thể trên từng bản

đồ HTTĐL dùng các số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản

đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi

CSDL phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng Các dữ liệu phi không gian được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và

liên kết chặt chẽ với chúng trong HTTĐL thông qua một cơ chế thống nhất chung

Mô hình thông tin không gian

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng càng có ý nghĩa Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin không gian Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng

mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng,

số lượng của hình dạng và cấu trúc Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian mô

tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ thống

Hệ thống vector

 Kiểu đối tượng điểm (Points)

 Kiểu đối tượng đường (Arcs)

 Kiểu đối tượng vùng (Polygons)

Hệ thống raster

Mô hình thuộc tính

CSDL phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết và

xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính Thông thường HTTĐL

có 4 loại số liệu thuộc tính:

- Đặc tính của đối tượng: Liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện truy vấn, hỏi đáp dữ liệu và phân tích

- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: Miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định

- Chỉ số địa lý: Tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, liên quan đến các đối tượng địa lý

- Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tượng) Để

mô tả một cách đầy đủ các đối tượng địa lý, trong bản đồ số chỉ dùng thêm các loại đối tượng khác: Điểm điều khiển, tọa độ giới hạn và các thông tin mang tính chất mô tả

Các định dạng dữ liệu GIS

Dạng Tab

CSDL bên MapInfo được tổ chức dưới dạng các bàn Các bàn này bao gồm các hàng và cột Mỗi hàng chứa thông tin về một đối tượng địa lý cụ thể Mỗi cột lại chứa thông tin về một loại chủ đề cụ thể nào đó của một tab MapInfo thể hiện các đối tượng địa lý dưới dạng các đối tượng hình học Mỗi một table lại có bốn file với phần mở rộng sau:

- * dat : File chứa thông tin ban đầu

- * map: File chứa thông tin mô tả các đối tượng bản đồ

- * id : File chứa thông tin liên kết các đối tượng với nhau

- * ind : File về chỉ số đối tượng

Dạng Vector

Trong mô hình dữ liệu vector, thì mỗi điểm được xác định bởi một cặp tọa

độ (X, Y) Các đoạn thẳng được xác định bởi một chuỗi các cặp tọa độ (X, Y) Các vùng cũng được xác định bởi một chuỗi các cặp tọa độ (X, Y) của các đoạn thẳng khép kín Các vùng có chu vi, các đoạn thẳng có chiều dài

Dạng Raster

Trong mô hình dữ liệu raster, bề mặt trái đất coi như một bề mặt liên tục, mỗi khu vực được coi như một bề mặt liên tục và là một cell, các giá trị của cell được sử dụng để mô tả các hiện tượng địa lý, và giá trị của các cell này được tổ chức thành một ma trận Nếu giá trị của cell là các số thì nó có thể mô tả các dữ liệu rời rạc như phân loại sử dụng đất hoặc các dữ liệu liên tục như các giá trị độ cao

Dạng Shapefile

Shapefile là một khuôn dạng lưu trữ dữ liệu vector, được dùng để lưu trữ vị trí, hình dạng và các giá trị thuộc tính của các đối tượng địa lý Mỗi một shapefile chứa bốn file có phần mở rộng như sau:

- *.shp : Lưu trữ đối tượng hình học

- *.shx : Lưu chỉ số của đối tượng hình học

- *.dbf : Lưu các thông tin thuộc tính của các đối tượng

Dạng Coverage

Coverage kết hợp dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính cùng các quan hệ topology trong đối tượng Dữ liệu không gian được lưu ở các file nhị phân Dữ liệu thuộc tính được lưu ở các INFO table Một coverage bao gồm một tập các file, mỗi file trong đó lại lưu thông tin về các đối tượng

Dạng Geodatabase

Geodatabase là mô hình thông tin địa lý cốt lõi để tổ chức dữ liệu GIS vào trong các lớp chủ đề và trình diễn dữ liệu không gian; Là một tập các ứng dụng và các công cụ để thao tác và quản lý dữ liệu GIS

1.2.6 Xây dựng chìa khóa giải đoán cho các đối tượng trên bề mặt

Trong khuôn khổ luận văn, đối tượng lớp phủ đất được chia thành hai nhóm đối tượng là nhóm lớp phủ tự nhiên và nhóm lớp phủ nhân tạo:

– Lớp phủ tự nhiên như: mặt nước (sông, suối, ao, hồ, đầm phá, biển), bãi cát, đất trống, bãi bồi, rừng tự nhiên, thảm cỏ cây bụi tự nhiên…

– Lớp phủ nhân tạo như: rừng trồng, cây xanh trong khu dân cư, vùng canh tác nông nghiệp, vùng nuôi trồng thủy sản, khu công nghiệp, khu dân cư…

Tiến hành công tác thực địa, sử dụng thiết bị định vị toàn cầu (GPS) để xác định vị trí tọa độ của các đối tượng đặc trưng trong ảnh Mỗi loại đối tượng được kiểm tra mẫu khóa giải đoán ở một số vị trí và phân bố đều trên phạm vi toàn ảnh

CHƯƠNG 2 - QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM VÀ

GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ 2.1 Khái quát về các loại ảnh vệ tinh và đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

2.1.1 Tính chất và đặc điểm kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh

Hiện nay vẫn chưa có quy chuẩn phân loại ảnh vệ tinh quang học nhưng để thuận tiện cho việc nghiên cứu và sử dụng tạm phân loại ảnh vệ tinh quang học dựa vào kích thước pixel thực địa (GSD-Ground Sampling Distance) như sau:

Bảng 2.1 Phân loại ảnh vệ tinh quang học theo kích thước pixel thực địa

1 Độ phân giải trung bình (Medium Resolution) 10 < GSD ≤ 30

2 Độ phân giải cao (High Resolution) 2.5 ≤ GSD ≤ 10

3 Độ phân giải rất cao (Very High Resolution) 0.5 ≤ GSD < 2.5

4 Độ phân giải siêu cao (Super High Resolution) GSD < 0.5

Hiện nay ở nước ta có nhiều tư liệu ảnh viễn thám từ nhiều nguồn khác nhau,

từ loại ảnh vệ tinh có độ phân giải cao đến siêu cao, như SPOT5, QUICKBIRD, IKONOS … Ảnh vệ tinh với hàm lượng thông tin phong phú và được thu nhận trên nhiều dải sóng: dải sóng nhìn thấy và cận hồng ngoại, dải phổ nhiệt và hồng ngoại, dải sóng vô tuyến, đang là nguồn dữ liệu phong phú và trực quan giúp cho các nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt đất một cách hiệu quả Tuỳ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu mà mức độ sử dụng và khai thác ảnh vệ tinh cũng khác nhau, đến nay công nghệ xử lý và phân tích ảnh viễn thám đã nhiều tiến bộ, nhất là đã có những thiết bị và phần mềm chuyên dụng khá hiện đại để phân tích và suy giải ảnh vệ tinh, nhất là suy giải lớp phủ bề mặt

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả của việc giải đoán các thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ, bản chất và trạng

thái các đối tượng tự nhiên Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng được nghiên cứu, đồng thời đó cũng là CSDL viễn thám để phân tích và nghiên cứu các tính chất của các đối tượng địa lý, tiến tới phân loại đối tượng đó Với lợi thế của ảnh viễn thám trong công tác thành lập bản đồ nói riêng và giám sát tài nguyên môi trường nói chung Các ảnh vệ tinh quang học SPOT5 toàn sắc, độ phân giải 2,5m và ảnh vệ tinh

độ phân giải siêu cao như QuickBird, IKONOS có thể sử dụng thích hợp và đảm bảo mang lại hiệu quả cao cho việc thành lập bản đồ lớp phủ

Hình 2.1 Vệ tinh SPOT

Các thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có bộ cảm HRV với kênh toàn sắc (0,51 - 0,73 µm),

độ phân giải 10m, ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m, phân bố trong vùng sóng nhìn thấy gồm xanh lục (0,50 - 0,59 µm), đỏ (0,61 - 0,68 µm), gần hồng ngoại (0,79

- 0,89 µm) Mỗi cảnh có độ phủ mặt đất rộng 60 km x 60 km Vệ tinh SPOT4 với kênh toàn sắc (0,49 - 0,73 µm); ba kênh đa phổ HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV và thêm kênh hồng ngoại (1,58 - 1,75 µm) có độ phân giải 20m

Vệ tinh SPOT4 và SPOT5 có thêm kênh phổ chụp SWIR, nhờ vậy rất thuận lợi cho nghiên cứu về độ ẩm và lớp phủ thực vật, đã tạo ra nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, nghiên cứu hiện trạng đất và quản lý tài nguyên thiên nhiên

Bảng 2.2 Các kênh và độ phân giải của ảnh vệ tinh SPOT 4

giải (m)

Lưu trữ (bit)

Kênh 3 Hồng ngoại gần 0,78 – 0,89 20 8 Kênh 4 Hồng ngoại trung 1,58 – 1,75 20 8

Ảnh SPOT được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực sử dụng đất, hiện trạng đất,

đo vẽ bản đồ và theo dõi biến động môi trường như mất rừng, xói mòn, phát triển

đô thị …ảnh SPOT có độ phân giải cao, đặc biệt ảnh có độ phân giải 2,5m mở ra triển vọng của nhiều ứng dụng mà trước đây chỉ có thể thực hiện được với ảnh máy bay như thành lập bản đồ tỷ lệ lớn, quy hoạch đô thị, quản lý hiểm hoạ và thiên tai…

Một số loại ảnh khác

Các vệ tinh chụp ảnh độ phân giải siêu cao đang hoạt động hiện nay chủ yếu

là các loại vệ tinh có trọng lượng nhỏ, và là loại vệ tinh có quỹ đạo đồng bộ mặt trời (sun-synchronous) để đảm bảo giữ một góc không đổi trong quan hệ tương đối so

với hướng mặt trời và luôn quan sát một điểm trên mặt đất vào cùng một thời điểm trong ngày (theo giờ địa phương) Chu kỳ thời gian quan sát lặp lại một vị trí trên mặt đất là tương đối nhanh, khoảng 1 - 3.5 ngày)

Ảnh vệ tinh IKONOS: Vệ tinh viễn thám IKONOS là loại vệ tinh phân giải

siêu cao, nó cho ảnh vệ tinh đa phổ với độ phân giải 3,2m và ảnh toàn sắc với độ phân giải 0,82m Đây là hệ thống vệ tinh thương mại đầu tiên cung cấp ảnh mặt đất

độ phân giải siêu cao dưới 1m (sub metter) Các kênh đa phổ có độ phân giải mặt đất là 3,2m, gồm kênh: xanh chàm (0,45 - 0,52 µm), xanh lục (0,51 - 0,60µm),

đỏ (0,63 - 0,70 µm), cận hồng ngoại (0,76 - 0,85 µm), kênh toàn sắc (0,45 - 0,90 µm) có độ phân giải 1m

Hình 2.2 Vệ tinh IKONOS

Một cảnh ảnh IKONOS chuẩn có kích thước 11 x 11km, vệ tinh có thể chụp một dải ảnh rộng 11km và dài 1000km liên tục hoặc chụp và tạo ảnh ghép thành khối rộng tới 12.000 km2 Với ảnh viễn thám IKONOS, có thể làm được nhiều việc

mà trước đây chỉ có thể thực hiện được với ảnh chụp từ máy bay Các ứng dụng ảnh IKONOS tập trung chủ yếu vào nhiệm vụ quy hoạch, quản lý sân bay, bến cảng, quản lý và theo dõi thảm hoạ, tai biến thiên nhiên, quản lý rừng và theo dõi môi

trường, lập bản đồ vùng bờ, nghiên cứu thực vật nhiệt đới, đo vẽ bản đồ tại những khu vực địa hình phức tạp, dân cư đông đúc…

Ảnh vệ tinh QuickBird của Mỹ, có thể thu được ảnh vệ tinh toàn sắc, đỏ, lục, lam,

cận hồng ngoại, với độ phân giải 0,6m toàn sắc và 2.4m đa phổ Một cảnh ảnh QuickBird có kích thước 16,5 x 16,5 km Đây là thế hệ vệ tinh thương mại cung cấp ảnh chụp mặt đất độ phân giải siêu cao dưới 1m Các ứng dụng của ảnh QuickBird tập trung chủ yếu là các nghiên cứu quy hoạch và giám sát các đề án lớn, theo dõi thảm hoạ và tai biến thiên nhiên, quản lý rừng, theo dõi môi trường, lập bản đồ vùng bờ, nghiên cứu thực vật nhiệt đới và thành lập các bản đồ chuyên đề tỷ lệ trung bình…

Với 4 loại ảnh vệ tinh phổ biến ở Việt Nam nói trên, trong đó ảnh IKONOS

và ảnh QuickBird với độ phân giải siêu cao, có thể đáp ứng cho việc thành lập bản

đồ lớp phủ ở tỷ lệ 1/5.000, tuy nhiên khả năng đặt mua ảnh còn khó khăn, giá thành cao, ngoài ra công nghệ xử lý ảnh còn phức tạp, vì vậy việc ứng dụng chưa được rộng rãi

Ảnh vệ tinh Landsat: là vệ tinh tài nguyên của Mỹ do cơ quan hàng không và vũ trụ

NASA quản lý Hệ thống Landsat được phóng lên quỹ đạo lần đầu tiên năm 1972, cho đến nay đã có 5 thế hệ vệ tinh được phóng Mỗi vệ tinh được trang bị một bộ quét đa phổ MSS (Multispectral scanner), một bộ chụp ảnh vô tuyến truyền hình RBP Hệ thống Landsat 4,5 còn được trang bị thêm một số bộ quét đa phổ TM (Thematic mapper) Với độ cao bay chụp 705km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo

980, quỹ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp, thời điểm bay qua xích đạo 9h39’ sáng, chu kỳ lặp 17 ngày, bề rộng tuyến chụp 185km Hệ thống Landsat MSS hoạt động ở dải phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại, sử dụng 4 kênh phổ gồm nhìn thấy – xanh (0.5 – 0.6µm); nhìn thấy - đỏ (0.6 – 0.7µm); hồng ngoại (0.7 – 0.8µm) và hồng ngoại (0.8 – 1.1µm) với độ phân giải mặt đất 80m Hệ thống Landsat TM sử dụng vùng phổ nhìn thấy, gần hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt (7 kênh) với độ phân giải mặt

đất 30m Ảnh Landsat có thể đáp ứng công tác thành lập hoặc hiệu chỉnh bản đồ tỷ

lệ 1: 25.000 đến 1: 50.000

Ảnh SPIN: Ảnh SPIN-2 được thu từ vệ tinh SPIN (Space Information Meter) của

Nga, ảnh được thu từ độ cao 220km, các bức ảnh chụp có tỷ lệ 1:200.000 với từng cảnh chụp phủ một diện tích có kích thước là 40km x 160km, kích thước trung bình của pixel ảnh trên mặt đất là 1,56m Ảnh SPIN chủ yếu được dùng vào mục đích quân sự

Ảnh OrbView: Ảnh OrbView thuộc thế hệ vệ tinh OrbView-4 có 200 kênh phổ, với

độ phân giải không gian là 8m, độ lặp lại của một điểm trên mặt đất là 3 ngày, được ứng dụng để nghiên cứu các kiểu vật chất trên mặt đất Dữ liệu của ảnh OrbView chủ yếu phục vụ cho quân đội Mỹ trong việc giám sát thông tin trên mặt đất

Ảnh ARIES: Ảnh ARIES (Australia Resource Information and Environmental

Satellite) là loại ảnh siêu phổ với số kênh phổ là 105 kênh trên dải sóng từ 0,49 đến 0,25km, cho độ phân giải là 30m với độ phủ mặt đất là 15km x 15km, độ nhìn lặp một điểm là 7 ngày, kênh toàn sắc có độ phân giải là 10m Mục đích của ảnh này là dùng vào việc khai khoáng, ngoài ra còn được dùng vào mục đích nghiên cứu nông nghiệp, rừng, đất ẩm và điều tra môi trường

Ảnh RADAR có độ phân giải 10m, 20m và 50m giúp cho nghiên cứu các biến động

tầm trung bình, như: biến động thảm thực vật, dòng chảy, trượt lở …

Ảnh MERIS độ phân giải 300m dùng trong nghiên cứu các biến động lớn như lũ, cháy

rừng …

2.1.2 Đặc tính phản xạ phổ của một số nhóm đối tượng tự nhiên

Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lý trong tự nhiên là các vật thể (đối tượng) trong những điều kiện khác nhau thì khả năng phản

xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và được gọi là đặc trưng phổ Đặc trưng phổ sẽ được

phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất, nó

sẽ cho phép phân tích được mối quan hệ giữa đặc trưng phổ và sắc, tông màu trên ảnh tổ hợp màu để giải đoán đối tượng

Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3 - 0,4 µm), vùng ánh sáng nhìn thấy (0,4 - 0,7 µm), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt Trong viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ là rất quan trọng và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối tượng Vì vậy, năng lượng phổ phản xạ thường được sử dụng để tính sự cân bằng năng lượng

Do các thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng, nên việc nghiên cứu các tính chất quang học (chủ yếu là đặc trưng phản xạ phổ) của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng hiệu quả phương pháp viễn thám Phần lớn các phương pháp ứng dụng viễn thám được sử dụng hiện nay đều có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp tới việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng hay nhóm đối tượng nghiên cứu Các thiết bị ghi nhận, các loại phim chuyên dụng với độ nhạy cảm phổ phù hợp đã được chế tạo dựa trên kết quả nghiên cứu về quy luật phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Trong thời gian gần đây, bên cạnh phương pháp giải đoán bằng mắt trên các

hệ máy quang cơ thì phương pháp xử lý thông tin trên các ảnh tổ hợp màu, trên các

hệ máy tính và phần mềm chuyên dụng ngày càng phát triển và ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, mức độ chi tiết của kết quả phân loại, xử lý chi tiết các tổ hợp màu tối

ưu trên máy phụ thuộc rất nhiều vào sự nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên, sự thay đổi các đặc trưng đó theo thời gian (mùa, thời kỳ sinh trưởng, thay đổi các loại hình canh tác, cây trồng khác… ) và sự phụ thuộc vào các đối tượng vào tính chất lý - hoá cũng như trạng thái của đối tượng Trên cơ sở đó có thể xác định ngưỡng độ xám trên ảnh thông qua mối quan hệ giữa cường độ phản xạ

và mật độ quang học ảnh, cho các đối tượng khác nhau với tính chất khác nhau

Việc xác định ngưỡng độ xám cho phép giảm đáng kể thời gian xử lý thông tin và làm tăng độ chính xác của kết quả phân loại

Thông qua việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ, có thể phân loại và xác định được tính chất của đối tượng Ưu điểm cơ bản của sử dụng thông tin phổ là nhanh, dễ xử lý và độ chính xác cao, vì không bị ảnh hưởng bởi sai số sinh ra do hiện tượng tán xạ trong buồng chụp và quá trình xử lý phim ảnh

Các đối tượng tự nhiên bao gồm tất cả các địa vật thuộc lớp phủ bề mặt trái đất, có thể chia các đối tượng này làm 3 nhóm chính: Lớp phủ thực vật, nhóm phi thực vật (đất trống, khu dân cư …), nhóm đối tượng nước

Hình 2.3 Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

(Theo Phạm Vọng Thành, 2005) (1- Đường đặc trưng phản xạ phổ của thực vật; 2- Đường đặc trưng phản xạ phổ của

đất khô; 3- Đường đặc trưng phản xạ phổ của nước)

Trong thực tế ít khi tồn tại những đối tượng đồng nhất mà thường là hỗn hợp các đối tượng (ví dụ: trong rừng ngập mặn có nuôi trồng thuỷ sản…), chính vì vậy phổ phản xạ của các đối tượng thu nhận được trên các tư liệu viễn thám thường có những thay đổi nhất định so với phổ phản xạ của chúng trong điều kiện lý tưởng (thuần nhất chỉ có một đối tượng) Hơn nữa do các bộ cảm viễn thám được chế tạo

để thu nhận phản xạ phổ ở các dải sóng khác nhau, nên thông tin nhận được của cùng một đối tượng trên các loại tư liệu viễn thám cũng khác nhau Vì vậy, khi