MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦUCHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS1.1 Khái quát về viễn thám1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Lịch sử phát triển1.1.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám1.1.4 Khái niệm cơ bản về bức xạ điện từ, đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên1.1.5 Phân loại viễn thám1.1.6 Một số vệ tinh viễn thám1.1.7 Ứng dụng của viễn thám1.2 Khái quát về hệ thống thông tin địa lý1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Các thành phần của GIS1.2.3 Lưu trữ dữ liệu trong GIS1.2.4 Dữ liệu cho GIS1.3 Giới thiệu một số phần mềm xử lý ảnh và thành lập bản đồ1.3.1 Giới thiệu phần mềm ENVI1.3.2 Giớ thiệu phần mềm ArcGisCHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH THÔNG TIN VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤT2.1 Khái quát về bản đồ lớp phủ mặt đất2.1.1Khái niệm2.1.2 Phương pháp nghiên cứu2.2 Chiết tách thông tin viễn thám thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất2.2.1 Các dạng dữ liệu viễn thám2.2.2 Giải đoán ảnh bằng mắt2.2.3 Phương pháp xử lý ảnh số viễn thámCHƯƠNG III. SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT 8 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤTHUYỆN ĐAN PHƯỢNG3.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu g pháp xử lý ảnh số viễn thám3.1.1 Đặc điểm tự nhiên3.1.2 Tình hình kinh tế xã hội3.2 Thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất huyện Đan Phượng3.2.1 Dữ liệu sử dụng3.2.2 Quy trình thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất3.2.3 Tiền sử lý ảnh3.2.4 Phân loại ảnh có kiểm định3.2.5 Đánh giá độ chính xác3.2.6 Thành lập bản đồ lớp phủ
1 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học Ths Lê Thị Thu Hà Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS 1.1 Khái quát viễn thám 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Lịch sử phát triển 1.1.3 Nguyên lý viễn thám 1.1.4 Khái niệm xạ điện từ, đặc tính phản xạ phổ số đối tượng tự nhiên 1.1.5 Phân loại viễn thám 1.1.6 Một số vệ tinh viễn thám 1.1.7 Ứng dụng viễn thám 1.2 Khái quát hệ thống thông tin địa lý 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Các thành phần GIS 1.2.3 Lưu trữ liệu GIS 1.2.4 Dữ liệu cho GIS 1.3 Giới thiệu số phần mềm xử lý ảnh thành lập đồ 1.3.1 Giới thiệu phần mềm ENVI 1.3.2 Giớ thiệu phần mềm ArcGis CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH THÔNG TIN VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤT 2.1 Khái quát đồ lớp phủ mặt đất 2.1.1Khái niệm 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2 Chiết tách thông tin viễn thám thành lập đồ lớp phủ mặt đất 2.2.1 Các dạng liệu viễn thám 2.2.2 Giải đoán ảnh mắt 2.2.3 Phương pháp xử lý ảnh số viễn thám CHƯƠNG III SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤTHUYỆN ĐAN PHƯỢNG 3.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu g pháp xử lý ảnh số viễn thám 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 3.1.2 Tình hình kinh tế - xã hội 3.2 Thành lập đồ lớp phủ mặt đất huyện Đan Phượng 3.2.1 Dữ liệu sử dụng 3.2.2 Quy trình thành lập đồ lớp phủ mặt đất 3.2.3 Tiền sử lý ảnh 3.2.4 Phân loại ảnh có kiểm định 3.2.5 Đánh giá độ xác 3.2.6 Thành lập đồ lớp phủ Danh mục bảng Bảng 1.1 Tóm tắt phát triển viễn thám qua kiện Bảng 1.2 Độ thấu quang nước phụ thuộc vào bước sóng Bảng 1.3 Số vệ tinh NASA phóng Bảng 1.4 Đặc trưng cảm độ phân giải không gian Bảng 1.5 Đặc trưng quỹ đạo vệ tinh MOS Bảng 1.6 Đặc trưng quỹ đạo vệ tinh IKONOS Bảng 1.7 Các thông số ảnh vệ tinh Spot Bảng 2.1 Bộ chìa khóa giải đốn ảnh viễn thám Bảng 2.2 Khóa giải đốn ảnh Landsat - TM Bảng 3.1 Thống kê số lượng mẫu loại lớp phủ Bảng 3.2 Xây dựng hệ thống phân loại Bảng 3.3 Ma trận sai số tương quan chéo theo pixcel Danh mục hình Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận liệu viễn thám Hình 1.2 Bức xạ sóng điện từ Hình 1.3 Đặc tính phản xạ phổ thực vật Hình 1.4 Khả hấp thụ nước Hình 1.5 Đặc tính phản xạ phổ thực vật Hình 1.6 Đặc tính phản xạ phổ thổ nhưỡng Hình 1.7 Khả phản xạ phổ đất phụ thuộc vào độ ẩm Hình 1.8 Khả phản xạ hấp thụ nước Hình 1.9 Khả phản xạ phổ số loại nước Hình 1.10 Viễn thám chủ động viễn thám bị động Hình 1.11 Viễn thám chủ động Hình 1.12 Viễn thám bị động Hình 1.13 Vệ tinh địa tĩnh vệ tinh quỹ đạo gần cực Hình 1.14 Vệ tinh Landsat Hình 1.15 Vệ tinh quân Cosmos-2504 Nga Hình 1.16 Vệ tinh IKONOS (Nguyễn Khắc Thời nnk, 2012) Hình 1.19 Các thành phần cứng GIS Hình 1.20 Lưu trữ liệu vecter Hình 1.21 Lưu trữ liệu raster Hình 1.22 Nguồn liệu cho GIS Hình 1.23 Dữ liệu đầu GIS Hình 1.24 Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS (Nguồn: ESRI) Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động truyền liệu từ vệ tinh Hình 2.2 Quy trình xử lý ảnh vệ tinh Hình 3.1 Ảnh tổ hợp màu thật 432 Hình 3.2 File vector TP.Hà Nội bao gồm huyện Đan Phượng Hình 3.3 Tăng cường chất lượng ảnh Hình 3.4 Mở Vector file Hình 3.5 Đặt tên file Output Hình 3.6 Hộp thoại Available Vector List Hình 3.7 Chọn huyện Đan Phượng cần cắt Hình 3.8 Cửa sổ Available Vector List Hình 3.9 File Vector quận, huyện chọn (huyện Đan Phượng) Hình 3.10 Chọn File liệu để liên kết với file ROI Hình 3.11 Cửa sổ Export EVF Layers Hình 3.12 Mở ROI Tool Hình 3.13 Chọn Input, Output ROIs Hình 3.14 Ảnh cắt khu vực huyện Đan Phượng Hình 3.15 Ảnh cần nắn ảnh gốc dùng để tham chiếu Hình 3.16 Mở ảnh nắn tổ hợp màu 753 Hình 3.17 Hộp thoại ROI Tool Hình 3.18 Chọn mẫu phân loại Hình 3.19 Tính tốn khác biệt mẫu Hình 3.20 Chọn mẫu cần tính tốn Hình 3.21 Bảng so sánh khác biệt giữaQ mẫu phân loại Hình 3.22 Chọn phương pháp phân loại có chọn mẫu Hình 3.23 Hộp thoại phân loại theo phương pháp Maximum Likelihood Hình 3.24 Ảnh phân loại phương pháp Maximum Likelihood Hình 3.25 Chọn thống kê lớp Hình 3.26 Chọn lớp để tiến hành phân loại Hình 3.27 Kết thống kê phân loại Hình 3.28 Mẫu kiểm tra ngồi thực địa Hình 3.29 Ma trận sai số tương quan chéo Hình 3.30 Chuyển sang ảnh hiện chỉnh Hình 3.31 Hộp thoại Classification Input file Hình 3.32 Hộp thoại Majority/Minority parameter Hình 3.33 Ảnh hiệu chỉnh Hình 3.34 Mở Classification Hình 3.35 Hộp thoại Raster to Vector Input Band Hình 3.36 Hộp thoại Raster to Vector Parameters Hình 3.37 File vector Hình 3.38 File vector Hình 3.39 Lưu File shp Hình 3.40 Mở liệu Hình 3.41 Kết chuyển từ raster sang vecter Hình 3.42 Đổi tên đối tượng Hinh 3.43 Đổi màu lớp đối tượng Hinh 3.44 Ảnh sau đổi màu Hinh 3.45 Chọn khổ giấy in đồ Hinh 3.46.Chon tỷ lệ đồ Hinh 3.47 Viết tiêu đề cho đồ Hình 3.48 Tạo khung lưới cho đồ Hinh 3.49 Bản đồ sau tạo khung lưới Hình 3.50 Bảng giải sau tạo Hinh 3.51 Chọn thước tỉ lệ Hinh 3.52 Chèn ghi tỷ lệ Hình 3.53 Chọn hướng Hinh 3.54 Bản đồ lớp phủ mặt đất Huyện Đan Phượng LỜI MỞ ĐẦU Bản đồ tài liệu quan trọng cần thiết công tác thiết kế quy hoạch quản lý đất đai Do tính chất lien tục thay đổi sử dụng đất trình phát triển kinh tế xã hội thị hóa địa phương nên việc xây dựng đồ phản ánh trạng sử dụng đất việc làm cần thiết Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thơng tin cách đầy đủ nhanh chóng xác nên việc áp dụng phương pháp thành lập đồ sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS trở thành phương pháp thành lập đồ có ý nghĩa thực tiễn có tính khoa học cao Trước loại đồ thành lập phương pháp truyền thống trình cập nhật chỉnh lý số liệu nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực chi phí tài Các kí hiệu độ xác đồ không thống nhất… hạn chế ảnh hưởng lớn tới cơng tác tự động hóa cập nhật đồ giai đoạn Việc áp dụng phương pháp thành lập đồ sử dụng tư liệu viễn thám GIS cho phép quan sát xác định nhanh chóng vị trí khơng gian tính chất đối tượng Đồng thời dựa độ phân giải phổ, độ phân giải không gian nhiều băng tần độ phân giải thời gian liên tục ảnh vệ tinh cho phép xác định thông tin thời điểm đối tượng cách xác nhanh nhất, chí vùng sâu, vùng xa đảm bảo tính đồng thời điểm thu nhận thông tin khả cập nhật thường xun Nhờ cơng nghệ viễn thám đem lại khả công tác quản lý đất đai nói chung việc thành lập đồ trạng lớp phủ mặt đất nói riêng Viến thám phần công nghệ vũ trụ, phát triển nhanh chóng áp dụng nhiều lĩnh vực phổ biến rộng rãi nước phát triển Dữ liệu viễn thám với đặc điểm đa thời gian, xử lý ngắn phủ trùm khu vực rộng công cụ hữu hiệu Hệ thống thông tin địa lý (GIS) hệ thống thơng tin có khả xây dựng, cập nhât, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích xuất liệu có liên quan tới vị trí địa lý, nhằm hỗ trợ định công tác quy hoạch quản lý tài ngun thiên nhiên mơi trường Vì việc “SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤTHUYỆN ĐAN PHƯỢNG” việc làm cấp thiết có ý nghĩa khoa học, thực tiễn cao CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS 1.1 Khái quát viễn thám 1.1.1 Định nghĩa Viễn thám (Remote sensing) hiểu khoa học nghệ thuật để thu nhận thông tin đối tượng, khu vực tượng thơng qua việc phân tích tài liệu thu nhận nghiên cứu Có nhiều định nghĩa khác viễn thám, phương tiện Những phương pháp khơng có tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực tượng định nghĩa có nét chung nhấn mạnh “ viễn thám khoa học thu nhận từ xa thông tin đối tượng, tượng trái đất’’ Dưới định nghĩa viễn thám theo quan niệm nhiều tác giả khác - Viễn thám nghệ thuật, khoa học, nói nhiều vật khơng cần phải - chạm vào vật (Ficher nnk, 1976) Viễn thám quan sát đối tượng phương tiện cách xa vật - khoảng cách định (Barret Curtis, 1976) Viễn thám khoa học lấy thông tin từ đối tượng, đo từ khoảng cách cách xa vật khơng cần tiếp xúc với Năng lượng đo hệ viễn thám lượng điện từ phát từ vật quan tâm (D A Land - Grete, 1978) Viễn thám ứng dụng vào việc lấy thông tin mặt đất mặt nước trái đất, việc sử dụng ảnh thu từ đầu chụp ảnh sử dụng xạ phổ điện từ, đơn kênh đa phổ, xạ phản xạ từ bề mặt trái đất ( Janes B - Capbell, 1966) Viễn thám “ khoa học nghệ thuật thu nhận thông tin vật thể, vùng, tượng, qua phân tích liệu thu phương tiện khơng tiếp xúc với vật, vùng, tượng khảo sát”, ( Lillesand Kiefer, 1986) Phương pháp viễn thám phương pháp sử dụng lượng điện từ ánh sáng, nhiệt, sóng cực ngắn phương tiện để điều tra đo đạc đặc tính đối tượng ( Floy Sabin 1987) Định nghĩa loại trừ quan trắc điện từ trọng lực quan trắc thuộc lĩnh vực địa vật lý, sử dụng để đo trường lực nhiều đo xạ điện từ Thuật ngữ viễn thám sử dụng Mỹ vào năm 1960, bao gồm tất lĩnh vực khơng gian ảnh, giải đốn ảnh, địa chất ảnh Về chất, tính chất vật thể xác định thơng qua lượng xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám công nghệ nhằm xác định nhận biết đối tượng điều kiện môi trường thông qua đặc trưng riêng phản xạ xạ 1.1.2 Lịch sử phát triển Viễn thám khoa học, thực phát triển mạnh mẽ qua ba thập kỷ gần đây, mà công nghệ vũ trụ cho ảnh số, bắt đầu thu nhận từ vệ tinh quĩ đạo trái đất vào năm 1960 Tuy nhiên, viễn thám có lịch sử phát triển lâu đời, bắt đầu việc chụp ảnh sử dụng phim giấy ảnh Từ thể kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đưa báo cáo cơng trình nghiên cứu hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu, thực vào năm 1858 Gaspard Felix Tournachon - nhà nhiếp ảnh người Pháp Tác giả sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m, chụp ảnh vùng Bievre, Pháp Một ảnh chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu ảnh vùng Bostom tác giả James Wallace Black, 1860 Việc đời ngành hàng không thúc đẩy nhanh phát triển mạnh mẽ ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim giấy ảnh, nguyên liệu nhạy cảm với ánh sáng (photo) Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất ảnh chụp chồng phủ cho khả nhìn ảnh (stereo) Khả giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọc thông tin từ ảnh có hiệu cao Một ngành chụp ảnh, thực phương tiện hàng không máy bay, khinh khí cầu tàu lượn phương tiện không khác, gọi ngành chụp ảnh hàng không Các ảnh thu từ ngành chụp ảnh hàng không gọi không ảnh Bức ảnh 10 chụp từ máy bay, thực vào năm 1910, Wilbur Wright, nhà nhiếp ảnh người Ý, việc thu nhận ảnh di động vùng gần Centoceli thuộc nước Ý (bảng 1-1) Chiến tranh giới thứ (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích qn Cơng nghệ chụp ảnh từ máy bay kéo theo nhiều người hoạt động lĩnh vực này, đặc biệt việc làm ảnh đo đạc ảnh Những năm sau đó, thiết kế khác loại máy chụp ảnh phát triển mạnh mẽ Đồng thời, nghệ thuật giải đốn khơng ảnh đo đạc từ ảnh phát triển mạnh, sở hình thành ngành khoa học đo đạc ảnh (photogrametry) Đây ngành ứng dụng thực tế việc đo đạc xác đối tượng từ liệu ảnh chụp Yêu cầu đòi hỏi việc phát triển thiết bị xác cao, đáp ứng cho việc phân tích khơng ảnh Trong chiến tranh giới thứ hai (1939 - 1945) không ảnh dùng chủ yếu cho mục đích quân Trong thời kỳ này, ngồi việc phát triển cơng nghệ radar, đánh dấu phát triển ảnh chụp sử dụng phổ hồng ngoại Các ảnh thu từ nguồn lượng nhân tạo radar, sử dụng rộng rãi quân Các ảnh chụp với kênh phổ hồng ngoại cho khả triết lọc thông tin nhiều Ảnh mầu, chụp máy ảnh, dùng chiến tranh giới thứ hai Việc chạy đua vào vũ trụ Liên Xô cũ Hoa Kỳ thúc đẩy việc nghiên cứu trái đất viễn thám với phương tiện kỹ thuật đại Các trung tâm nghiên cứu mặt đất đời, quan vũ trụ châu Âu ESA (Aeropian Remote sensing Agency), Chương trình Vũ trụ NASA (Nationmal Aeromautics and Space Administration) Mỹ Ngoài thống kê trên, kể đến chương trình nghiên cứu trái đất viễn thám nước Canada, Nhật, Pháp, Ấn Độ Trung Quốc Bức ảnh đầu tiên, chụp trái đất từ vũ trụ, cung cấp từ tàu Explorer-6 vào năm 1959 Tiếp theo chương trình vũ trụ Mercury (1960), cho sản phẩm ảnh chụp từ quỹ đạo trái đất có chất lượng cao, ảnh màu có kích thước 70mm, chụp từ máy tự động Vệ tinh khí tượng (TIR0S-1), phóng lên quĩ đạo trái đất vào tháng năm 1960, mở đầu cho việc quan sát dự báo khí tượng Vệ tinh khí tượng NOAA, hoạt Kết Luận Với tình trạng biến động đất đai nay, việc quản lý đất đai sổ sách đồ giấy đáp ứng nhu cầu cập nhật thông tin biến động đất đai cách kịp thời Công tác xây dựng chỉnh lý đồ trạng sử dụng đất phương pháp truyền thống gặp phải khơng khó khăn giai đoạn nay, đặc biệt địi hỏi nghiệp vụ kỹ thuật tồn ngành địa có phối hợp đồng nỗ lực to lớn tất cấp quản lý Việc ứng dụng công nghệ Gis viễn thám vào thành lập đồ trạng lớp phủ mặt đất cho phép cập nhật thông tin cách nhanh chóng tương đối xác trạng sử dụng đất, đáp ứng tính cấp thiết độ xác mà cơng tác quản lý đất đai đòi hỏi Đối với Huyện Đan Phượng, qua đề tài nghiên cứu này, cung cấp sở khoa học cho việc nghiên cứu trạng sử dụng đất khu vực Qua ảnh phân loại giúp hình dung cách tổng quát loại hình sử dụng đất phân bố chúng lãnh thổ Huyện Đan Phượng Với kết phân loại đó, thành lập đồ trạng sử dụng đất Huyện Đan Phượng Đồng thời, từ cung cấp sở khoa học kết hợp với đồ trạng sử dụng đất huyện điểm khác giúp đánh giá biến động sử dụng đất Huyện Đan Phượng qua thời kì Kiến Nghị Phương pháp kết hợp công nghệ viễn thám với GIS nghiên cứu lớp phủ mặt đất có độ tin cậy cao Tuy nhiên để xác định xác trạng lớp phủ nên chọn ảnh thu nhận vào ngày năm có lượng mây che phủ thấp, điều khó thực nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới Việt Nam, mây sương mù phổ biến Trong giai đoạn 2016 tốc độ thị hố Huyện Đan phượng diễn nhanh dẫn tới bề mặt lớp phủ mặt đất thay đổi rõ rệt hai loại đất xây dựng vầ đất trồng hàng năm Chính quyền địa phương cần có sách cụ thể hỗ trợ việc làm, vốn để người dân ổn định sản xuất nâng cao đời sống TÀI LIỆU SỬ DỤNG Các tư liệu điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội, kiểm kê đất đai huyện Đan Phượng - Hà Nội Giáo trình viến thám trường đại học nơng nhiệp Hà Nội (PGS.TS NGUYỄN KHẮC THỜI (Chủ Biên))