Tiểu luận Phương pháp nghiên cứu khoa học Nghiên cứu công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ khu vực

Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ chuyên đề đã được ứng dụng rộng rãi trong thời gian gần đây và đem lại hiệu quả cao giúp các nhà khoa học đặc biệt là các nhà đ

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

TIỂU LUẬN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ KHU VỰC

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: PKB

LỚP: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- KHÓA 2013- 2015

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

HẢI PHÒNG- 2015

A PHẦN MỞ ĐẦU 1: Lý do chọn đề tài

Từ khi cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật xuất hiện, thế giới đã và đang có nhiều thay đổi toàn diện về mọi mặt Trong đó, lĩnh vực phát triển mạnh mẽ nhất thay đổi nhanh chóng nhất là lĩnh vực công nghệ thông tin Nhờ sự phát triển của khoa học kĩ thuật nhiều phát minh được ra đời và ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn, tiêu biểu là công nghệ viễn thám và GIS Công nghệ viễn thám và GIS là một trong những thành tựu khoa học đã đạt đến trình độ cao và trở thành kỹ thuật phổ biến được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế-xã hội ở nhiều nước trên thế giới, không những với các nước phát triển có trình độ khoa học kỹ thuật tiên tiến

mà còn đối với các nước đang phát triển với nền kinh tế và công nghệ lạc hậu, chậm phát triển Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên và môi trường mà còn được sử dụng rộng rãi trong việc thành lập bản đồ chuyên đề Tiềm năng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS giúp các nhà khoa học, các nhà hoạch định chính sách

có những lựa chọn trong việc sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường Vì vậy viễn thám và GIS được sử dụng như là “công nghệ đi đầu” rất có ưu thế hiện nay

Xã hội ngày càng phát triển thì vai trò của các bản đồ chuyên đề ngày càng quan trọng Sự thể hiện nội dung, đối tượng,mức độ chính xác… càng cao thì càng thuận lợi cho việc nghiên cứu Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ chuyên đề đã được ứng dụng rộng rãi trong thời gian gần đây và đem lại hiệu quả cao giúp các nhà khoa học đặc biệt là các nhà địa lý nghiên cứu, điều tra tài nguyên nắm bắt thông tin nhanh chóng và đồng bộ trên diện rộng, không những vậy phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS còn giúp cho các nhà địa

lý dễ dàng tiếp cận với sự phát triển của nền tin học hiện nay Chính vì vậy, phương pháp luận về nghiên cứu viễn thám và GIS là việc cần thiết cho thành lập các bản đồ chuyên đề Vì vây em quyết định chọn đề tài “nghiên cứu công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản chuyên đề”

2: Mục đích nghiên cứu đề tài

Ngoài mục đích làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học thì nghiên cứu đề tài nhằm các mục đích sau:

Hệ thống hóa kiến thức về công nghệ viễn thám và GIS

Nghiên cứu những đặc điểm, quá trình thực hiện của công nghệ viễn thám

và GIS trong thành lập bản đồ chuyên đề Đánh giá tính hiệu quả của công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ chuyên đề Nâng cao kiến thức đã được đào tạo trong nhà trường đồng thời cung cấp cơ sở lý luận làm phong phú hơn cho nội dung bản đồ chuyên đề

3: Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

3.1 Nội dung nghiên cứu

- Một số vấn đề lý luận về vấn đề nghiên cứu

- Nghiên cứu công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ chuyên đề

- Một số ứng dụng của công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ chuyên

Nghiên cứu đặc điểm của công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản

đồ chuyên đề, đánh giá hiệu quả và từ đó đưa vào một số ứng dụng

4: Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập thông tin, tài liệu: là phương pháp trên cơ sở mục đích, yêu cầu của đề tài đề ra để sưu tầm những tài liệu có liên quan Từ đó chọn lọc, sắp xếp, thống kê tài liệu theo yêu cầu của đề tài

- Phương pháp phân tích, tổng hợp, đánh giá: là phương pháp trên cơ sở tài liệu đã thu thập được, tiến hành phân tích, tổng hợp từ đó rút ra các nhận định cần thiết

- Phương pháp bản đồ: là phương pháp sử dụng các tranh ảnh, bảng số

liệu…để làm rõ thêm đối tượng mà đề tài yêu cầu

5 Ý nghĩa Khoa học và thực tiễn

Trong những năm qua, tình trạng sử dụng đất không theo quy hoạch xảy ra phổ biến tại khá nhiều nơi ở nước ta, điều này đã gây nhiều khó khăn trong công tác quản lý đất đai từ trung ương đến cơ sở Đặc biệt đối với các vùng núi hay vùng sâu, vùng xa… làm tác động xấu tới sự bền vững của các nguồn tài nguyên đất đai cũng như giảm thiểu độ che phủ của rừng, nguồn nước ngầm cung cấp cho sinh hoạt và canh tác giảm mạnh…

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ có độ phân giải cao trong việc tìm hiểu biến động của lớp phủ thực vật sẽ giúp chúng ta tiến hành đánh giá được quá trình tác động của con người tới thảm thực vật trong nhiều năm, để từ đó kết hợp với các nghiên cứu đa ngành khác phục vụ quá trình sử dụng đất tốt hơn

Những kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần cho công tác điều tra tài nguyên của các vùng đất, cũng như rút ra được các kết luận khoa học về khả năng ứng dụng viễn thám và GIS trong các hoạt động đánh giá sự biến động lớp phủ qua nhiều giai đoạn để phục vụ tốt hơn nữa trong công tác quản lý đất đai

B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ

VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ

Bản đồ chuyên đề là bản đồ chỉ thể hiện một hoặc một số đối tượng hay một phần của các đối tượng, hiện tượng tự nhiên, kinh tế xã hội được hay không được biểu hiện trên bản đồ địa lý chung Đối tượng của bản đồ chuyên đề rất đa dạng tùy thuộc vào nội dung mà chúng ta nghiên cứu

1.1.2 CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM

Viễn thám( Remote sensing = RS) được định nghĩa bằng nhiều định nghĩa khác nhau.Theo CCRS- Canada Centre For Remove Sensing: viễn thám là một khoa học thunhận thông tin của bề mặt trái đất mà không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt ấy.Điều này được thực hiện nhờ vào việc quan sát và thu nhận năng lượng phản xạ,bức xạ từ đối tượng và sau đó phân tích, xử lý, ứng dụng những thông tin nói trên Theo tác giả Lê Huỳnh thì viễn thám là khoa học và công nghệ mà nhờ đó nghiên cứu các đối tượng thiên nhiên, nhận diện đo đạc và phân tích các đặc trưng của chúng từ xa Đối tượng trong định nghĩa này có thể hiểu là một đối tượng cụ thể hay một hiện tượng

Ngoài ra viễn thám còn có thể được coi là dạng công nghệ thu bắt, ghi nhận,

xác định, phân tích và tìm hiểu về đối tượng không gian cũng như điều kiện môi trường nhờ vào tính đồng nhất hay quy luật quang học về phản xạ và bức xạ của chúng

1.1.3 GIS

Còn được gọi là hệ thống thông tin địa lý là một nhánh của công nghệ thông tin, đã được hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất nhanh trong những năm gần đây

Theo Pavlidis,1982 hệ thông tin địa lý là một hệ thống có chức năng xử lý các thông tin địa lý nhằm phục vụ việc quy hoạch, trợ giúp quyết định trong một lĩnh vực chuyên môn nhất định

Theo viện nghiên cứu môi trường của Mỹ ESRI đưa ra định nghĩa đầu tiên vào năm 1994 Hệ thông tin địa lý là tổ hợp của 4 hợp phần có quan hệ thống nhất chặt chẽ với nhau gồm phần cứng( máy tính và thiết bị liên quan), phần mềm, tổ

chức con người và cơ sở dữ liệu không gian được hoạt động đồng bộ nhằm thu thập, lưu trữ, quản lý thao tác tìm kiếm – hỏi đáp, phân tích hiển thị và mô hình hóa các dữ liệu không gian và các quá trình không gian có định vị tọa độ được tham chiếu với một hệ tọa độ dùng để thể hiện bề mặt cầu của trái đất và các dữ liệu thuộc tính nhằm thõa mãn các yêu cầu thực tế

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ

 Bản đồ chuyên đề biểu hiện phân chia nội dung thành chính và phụ Khi bản đồ địa lý chung thể hiện đồng đều các yếu tố nội dung thì ngược lại bản đồ chuyên đề

có sự phân chia rõ rệt nội dung chính cần làm sáng tỏ và yếu tố phụ thuộc phục vụ cho việc làm rõ nội dung chính

 Bản đồ chuyên đề đi sâu phản ánh những nội dung bên trong của đối tượng

 Bản đồ chuyên đề sử dụng kí hiệu phi tỷ lệ là chính

1.3 MỘT SỐ YÊU CẦU CỦA BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ

1.3.1 CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ

Cơ sở toán học của bản đồ chuyên đề đó là dãy tỷ lệ, lưới chiếu và bố cục bản đồ Dãy tỷ lệ của bản đồ chuyên đề: phải đảm bảo khả năng đối chiếu, sosánh và chỉnh hợp các bản đồ có liên quan với nhau, đảm bảo sự thống nhất cơ sở địa lý lãnh thổ, thống nhất kích thước, thỏa mãn đòi hỏi của các cơ quan có liên quan

Lưới chiếu bản đồ chuyên đề: cần lựa chọn phù hợp với nội dung, công dụng của bản đồ và các đặc điểm địa lý của lãnh thổ Những bản đồ chuyên đề được xây dựng trên cơ sở các bản đồ địa hình phân mảnh thì cần thành lập theo lưới chiếu của các bản đồ địa hình đó

Bố cục của bản đồ chuyên đề: được xác đinh bởi ranh giới của lãnh thổ cần được lập bản đồ, sắp xếp vị trí của nó so với khung bản đồ, kích thước bản đồ, bản chú giải và các yêu cầu khác Khi xây dựng bản đồ chuyên đề trên cơ sở các bản đồ địa

lý tổng quát cần gắn liền bố cục của chúng với sự phân chia lãnh thổ hành chính, với đường phân vùng địa lý tự nhiên hoặc đường phân vùng kinh tế xã hội

1.3.2 TỔNG QUÁT HÓA CỦA BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ

Tổng quát hóa bản đồ là sự lựa chọn, phân loại đơn giản hóa và ký hiệu hóa

Mục đích : chức năng của bản đồ tác động trực tiếp đến nội dung và hình thức phản ánh nội dung bản đồ Ví dụ như sự khác nhau về cả nội dung và phương pháp thể hiện của bản đồ địa lý chung tra cứu và bản đồ địa lý chung giáo khoa treo tường có tỷ lệ 1:1500000 cho lãnh thổ Việt Nam chẳng hạn, kích thước lớn của các

ký hiệu trên bản đồ treo tường có ảnh hưởng lớn đến việc tổng quát hóa chính là do bản đồ treo tường được dùng ở lớp học có yêu cầu về khoảng cách nhìn lớn hơn nhiều so với bản đồ tra cứu cho việc đọc và làm ở nhà

Chủ đề: của bản đồ trực tiếp xác định các yếu tố chính và cơ bản của nội dung bản

đồ Ví dụ lấy 2 bản đồ Việt Nam tỷ lệ 1:1500000, đề tài của bản đồ là địa lý tổng quát và bản đồ đo cao Các điểm dân cư và mạng lưới giao thông trên bản đồ địa lý chung là nội dung cơ bản Còn ở bản đồ đo cao chỉ gồm một số điểm dân cư và hệ

thống đường giao thông mang tính chất định hướng do đó phải bỏ đi nhiều chỉ để lại những cái chính Trong quá trình tổng quát hóa ở đây nội dung cơ bản là địa hình với các dạng khác nhau, các tầng màu và các điểm độ cao chủ đạo

Tỷ lệ bản đồ: xác định các giới hạn không gian của bản đồ, mặt khác cũng do khía cạnh kĩ thuật khi thu nhỏ kích thước nên không thể biểu hiện hết mọi chi tiết Điều này thể hiện ở mọi bản đồ Những chi tiết rất quan trọng đối với vùng lãnh thổ của một tỉnh hay một khu vực nhưng có thể là thứ yếu đối với một số bản đồ khác có khi không còn giá trị đối với những bản đồ cỡ toàn quốc hoặc thế giới

Đặc điểm lãnh thổ: ảnh hưởng đến tổng quát hóa bản đồ ở chỗ cùng một loại đối tượng hoặc cùng những tính chất của đối tượng nhưng lại có sự thể hiện khác nhau

do chúng nằm ở những vùng cảnh quan khác nhau hoặc do các mối quan hệ đặc biệt của các đối tượng đó với các đối tượng khác Ví dụ trên các bản đồ địa hình thì các ao, hồ ở vùng Đông Bắc nước ta là quá dày đặc và bình thường nên khi thể hiện lên bản đồ phải lựa chọn những ao, hồ có diện tích lớn, đóng vai trò quan trọng Còn ở những vùng núi cao và Tây Nguyên thì những ao, hồ này lại có ý nghĩa rất lớn nên cần phải thể hiện

Tổng quát hóa bản đồ có ý nghĩa lớn hơn nhờ bỏ bớt các chi tiết của yếu tố, nêu rõ các đặc tính cơ bản của hiện tượng, tạo khả năng nhận thức các yếu tố nội dung và đặc điểm lãnh thổ được nhanh và chuẩn xác, đảm bảo tính trung thực, chính xác với thực tế

1.4 Ý NGHĨA CỦA BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ

Các bản đồ chuyên đề của từng miền, vùng, cả nước, từng khu vực, từng phần châu lục, nhóm nước hay thậm chí cả quy mô toàn cầu đều thực sự rất quan trọng, rất có ý nghĩa không chỉ đối với sự phát triển của bản đồ chuyên đề hay địa

lý học mà còn đóng góp rất lớn và có hiệu quả cho việc quy hoạch, xây dựng, phát triển, khai thác và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên, nguồn lao động cũng như tài nguyên kinh tế xã hội của từng quốc gia và toàn thế giới

Các bản đồ chuyên đề với tỷ lệ khác nhau cho chúng ta biết từ chi tiết đến tổng thể, từ vị trí địa lý của hiện tượng tại một khu vực nhỏ rồi từ đó hiểu thêm về đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội… của hiện tượng trên những vùng lớn hơn, thấy

rõ cấu trúc phân bố của hiện tượng cùng mối liên hệ hữu cơ hay ảnh hưởng lẫn nhau của các hiện tượng Không những thế khi so sánh cùng một hiện tượng trên các bản đồ xuất bản ở nhiều giai đoạn lịch sử khác nhau, chúng ta cũng hiểu rõ được tiến trình phát triển, động thái của hiện tượng…những điều đó cho thấy vai trò, ý nghĩa to lớn của bản đồ chuyên đề

1.5 VAI TRÒ CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS

Công nghệ viễn thám và GIS là một công cụ hữu hiệu giúp cho các nhà khoa học, đặc biệt là các nhà địa lý, nghiên cứu, điều tra tài nguyên nắm bắt thông tin nhanh chóng và đồng bộ trên diện rộng Dữ liệu viễn thám khi xử lý trong tổ hợp với hệ thống thông tin địa lý sẽ là nguồn tư liệu khách quan mang tính kế thừa và

đổi mới liên tục trong bản đồ số, thực sự trở thành những tư liệu đáng tin cậy cho các nhà chuyên môn tham khảo trong nhiều lĩnh vực khác nhau Nhất là trong lĩnh vực thành lập bản đồ chuyên đề

Sự kết hợp giữa công nghệ viễn thám và GIS sẽ đi sâu vào khai thác các yếu

tố có trên thực tế, sau đó tổng hợp, phân tích dữ liệu đã thu thập, chụp lại được rồi đưa ra kết quả chính xác về từng lĩnh vực trên tờ bản đồ chuyên đề Nó sẽ rút ngắn được thời gian mà tác giả phải tiến hành các thao tác ngoài thực địa như đo đạc, quan sát…chưa kể đó là những vùng núi cao hiểm trở khó quan sát và đo đạc được Nhưng ở công nghệ viễn thám và GIS thì đem lại kết quả chính xác cao dù ở moị địa hình, không gian rộng lớn và được thực hiện trong thời gian nhanh hơn

Nếu không có công nghệ viễn thám và GIS thì việc nghiên cứu, điều tra gặp nhiều khó khăn, phải mất một thời gian rất lâu mới có thể tạo ra được một tờ bản

đồ chuyên đề mà tính chính xác lại không cao, không biểu thị hết mọi nội dung cần

có trên một tờ bản đồ…Vì vậy công nghệ viễn thám và GIS có vai trò rất quan trọng không chỉ với lĩnh vực bản đồ chuyên đề mà còn nhiều lĩnh vực khác nữa

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ

2.1 CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM

2.1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM

Trong khoảng 3 thập kỷ gần đây khi công nghệ vũ trụ xuất hiện đã cho ra đời các ảnh số thu nhận từ các vệ tinh trên quỹ đạo của trái đất

Năm 1839, Louis Daguere là người khởi đầu cho ngành chụp ảnh Ảnh chụp về bề mặt trái đất từ khinh khí cầu bắt đầu được sử dụng từ năm 1958

Trong chiến tranh thế giới thứ hai(1939-1945) không ảnh đã được sử dụng chủ yếu cho mục đích quân sự Ảnh Rada và ảnh hồng ngoại ra đời Ảnh màu đã được sử dụng

Sau chiến tranh thế giới thứ hai việc chạy đua vũ trang giữa Liên Xô và Hoa

Kỳ đã thúc đẩy việc nghiên cứu trái đất bằng công nghệ viễn thám đã ra đời Như

cơ quan vũ trụ của Châu Âu ESA, chương trình của Mỹ NASA Ngoài ra có thể kể đến các chương trình nghiên cứu trái đất bằng viễn thám tại các nước như Canada, Nhật Bản, Ấn Độ, Trung Quốc…

Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự tiến bộ của kĩ thuật vũ trụ, hàng không, kĩ thuật thu nhận năng lượng sóng điện từ và công nghệ thông tin

2.1.2 HỆ THỐNG VIỄN THÁM

Theo trình tự hoạt động viễn thám gồm 7 phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau

Nguồn năng lượng( A) để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng Thông tin viễn thám thu nhập được là dựa vào năng lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận Dựa vào yếu tố này viễn thám được chia thành viễn thám chủ

động và viễn thám bị động.

Mô hình hệ thống viễn thám

Khí quyển( B) năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng và từ đối tượng đến bộ cảm( thiết bị ghi) sẽ tương tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng lượng đi qua

Sự tương tác với đối tượng(C) khi được truyền qua không khí đến đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng Tùy thuộc vào đặc điểm của cả đối tượng

và sóng điện từ thì sự tương tác này có thể truyền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển

Thiết bị thu nhận năng lượng (D) sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, cần có một bộ cảm từ xa để thu nhận sóng điện từ, năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng

Sự truyền tải thu nhận và xử lý( E) năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận, xử lý nơi dữ liệu sẽ được ghi sang dạng ảnh Ảnh này chính là dữ liệu thô

Giải đoán và phân tích ảnh( F) ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng được Để lấy được thông tin về đối tượng, phải nhận biết được mỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào Công đoạn có thể “nhận biết” này gọi là giải đoán ảnh Ảnh được giải đoán bằng một hoặc kết hợp nhiều phương pháp giải đoán thủ công bằng mắt, giải đoán kĩ thuật số hay các công cụ điện tử khác để lấy được thông tin về các đối tượng của khu vực đã chụp ảnh

Người sử dụng(G) đây là thành phần cuối cùng của quá trình viễn thám được thực hiện khi thông tin đã được chiết từ ảnh để hiểu rõ hơn về đối tượng, để khám phá những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã có, nhằm giải quyết các vấn đề cụ thể

2.1.3 MỘT SỐ DẠNG VỆ TINH VIỄN THÁM VÀ ẢNH VIỄN THÁM THƯỜNG GẶP

Tùy theo mục đích sử dụng mà các vệ tinh được đưa vào vũ trụ ở nhiều độ cao khác nhau Dựa vào vị trí tương đối của quỹ đạo vệ tinh so với mặt đất người ta phân ra hai dạng vệ tinh thường gặp

 Vệ tinh quỹ đạo đồng hành với mặt trời( Sunsynchronous) vệ tinh này thường cho ảnh tại một địa điểm mặt đất vào cùng một thời điểm Đa số các vệ tinh quan sát tài nguyên có quỹ đạo thuộc dạng này( LANDSAT,SPOT,MOS)

 Vệ tinh quỹ đạo đồng hành với vòng quay của trái đất( Geosynchronous) khi quỹ đạo vệ tinh song song với xích đạo được gọi là vệ tinh đĩa tinh

Đa số các vệ tinh khí tượng có quỹ đạo thuộc dạng này(GOES,GMS…)Một số dạng ảnh vệ tinh thường gặp:

Một trong những ảnh vệ tinh đầu tiên dùng cho điều tra tài nguyên và lập bản đồ chuyên đề là ảnh đa phổ LANDSAT-MSS( Hoa Kỳ) sau đó là LANDSAT-TM(Hoa Kỳ), ảnh SPOT( Pháp),ảnh MOS Nhật Bản.Phổ biến gần đây nhất là RADASAT( Canada) và ERS-SAR(ESA- Châu âu)

Hiện nay ảnh rada được dùng khá phổ biến do tính năng không bị ảnh hưởng độ

mù khí quyển cũng như mây, mưa của thời tiết trong mùa mưa Có hai ảnh rada thường dùng là RADASAT và ESR-SAR

2.1.4 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỄN THÁM TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ

2.1.4.1 ẢNH MÁY BAY VÀ CHỤP MÁY BAY

Chụp ảnh máy bay là một dạng đầu tiên của ảnh chụp viễn thám và nó vẫn tồn tại như một phương tiện chụp ảnh hữu hiệu nhất hiện nay Dần dần chụp ảnh máy bay đã được sử dụng thêm các phương tiện chụp ảnh hồng ngoại nhiệt, rada

và các loại chụp ảnh khác bên cạnh sự tiến bộ của chụp ảnh vệ tinh

Tùy theo tỷ lệ mà các loại ảnh này được chia thành từng cấp khác nhau Mỗi cấp có độ chính xác riêng và phù hợp với từng mục đích giải đoán

Ảnh hàng không tỷ lệ rất nhỏ: ảnh này có tỷ lệ nhỏ hơn 1:100000 có tác dụng ở những vùng có độ chia cắt lớn, thường chụp ảnh tỷ lệ rất nhỏ cho địa hình vùng núi cao

Ảnh hàng không tỷ lệ nhỏ: bao gồm các ảnh hàng không có tỷ lệ từ 1:100000 đến 1:35000, ảnh cho phép phân biệt các dạng và kiểu địa hình, các kiến trúc địa chất, phân chia được các tầng đá khác nhau, phân chia nhiều cảnh quan

Ảnh hàng không tỷ lệ trung bình: có tỷ lệ từ 1:35000 đến 1:12000 phù hợp cho việc giải đoán địa chất Dùng ảnh cấp này có thể giải đoán địa chất công trình

tỷ lệ vừa và lớn, khó phân biệt được các dạng thực vật riêng biệt nhưng cho phép giải đoán khá tốt lớp phủ thực vật để định dạng các loại kiểu thảm thực vật, phân biệt các dạng địa hình vừa và nhỏ, cũng như các yếu tố thủy văn Ảnh hàng không

tỷ lệ trung bình cũng cho phép để vẽ thành lập bản đồ địa hình cùng tỷ lệ

Ảnh hàng không tỷ lệ lớn có tỷ lệ 1:12000 đến 1:1000 Ảnh cấp này cho phép giải đoán chính xác toàn bộ phần cơ bản của địa hình kể cả vi địa hình, thành

phần của các quần hợp thực vật thân gỗ và trảng cây bụi Dùng ảnh hàng không tỷ

và đường chuẩn, ở đó sự biến dạng được coi là không có

Các hệ quy chiếu thường dùng trong bản đồ là:

Nhóm các hệ quy chiếu hình nón

Nhóm các hệ quy chiếu hình trụ

Nhóm các hệ quy chiếu phương vị

Nhóm các hệ quy chiếu phát triển từ các biểu thức toán học

2.1.4.3 PHƯƠNG PHÁP CHUNG TRONG GIẢI ĐOÁN ẢNH VIỄN THÁM VÀ LẬP BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ

Qúa trình giải đoán ảnh và đưa thông tin về nhiều dạng khác nhau thường được tiến hành trong sự phối hợp hài hòa giữa các phương pháp giải đoán bằng mắt và

xử lý số Sau khi tiến hành giải đoán bằng mắt và xử lý số thì người ta tiến hành các thao tác phân tích ảnh, chuẩn bị kĩ thuật và xác định các yếu tố dùng để giải đoán ảnh Các yếu tố dùng để giải đoán ảnh là những yếu tố tạo nên những đặc trưng của ảnh bao gồm các yếu tố không gian như hình dạng, cấu trúc, vị trí…giải đoán ảnh vệ tinh đặc biệt là phương pháp giải đoán bằng mắt cần đến yếu tố thực nghiệm trong công tác điều tra, cần phải dựa vào các giả thiết, các quy luật tự nhiên.Còn phương pháp xử lý ảnh số thì cần phải dựa vào các mẫu giải đoán để phân tích, đánh giá hướng đi tới kết quả

Quá trình xử lý ảnh số, vệ tinh được đặc trưng bởi những bước sau:

Truy cập dữ liệu và hiện ảnh: là bước chuyển từ dữ liệu gốc thu được trên vệ tinh sang dữ liệu dạng số lưu trữ trong phòng thí nghiệm

Tăng cường chất lượng ảnh: là bước cần thiết nhằm hoàn thiện ảnh dùng cho giải đoán bằng mắt và xử lý số Kỹ thuật tăng cường chất lượng giúp cho việc thể hiện các yếu tố trên ảnh rõ ràng hơn

SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH ẢNH

Giải đoán ảnh và phân loại đối tượng: đây là bước định tính hóa các đối tượng

trong xử lý ảnh số Trong quá trình này, từng phần tử ảnh được tính toán, phân loại

Quá trình

phân tích

Nhiệm vụ đặt ra cho quá trình phân tích

- Giải đoán và nắm bắt thông tin

Hậu thuẫn về

kĩ thuật

Quá trình phân tích

Yếu tố cơ sở tông ảnh và màu

Mẫu giải đoán Quá trình phân

Các yếu tố không gian khác

kích cỡ Hình dạng Cấu trúc Dạng mẫu Độ cao Vị trí

…

.Các dữ liệu tham khảo các mô hình toán học

Giải đoán theo mẫu bằng áp dụng phân tích tổng hợp Nêu hướng

đi tới kết quả Mô hình kết quả

vào phạm trù thông tin và như vậy ảnh được biến thành một ma trận các phạm trù thông tin theo quy ước của các nhà chuyên môn Sau quá trình giải đoán bằng mắt hoặc xử lý số các thông tin cơ bản được chuyển sang dạng bản đồ và thể hiện lại bằng công nghệ biên tập bản đồ chuyên đề.Bao gồm các quá trình như chỉnh lý dữ liệu, nắn chỉnh hình học: đây là phương pháp quan trọng trong quy trình thành lập bản đồ vì nó ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ sau khi được số hóa dự trên nền ảnh, sau đó tiến hành vector hóa ảnh đã được phân loại: là quá trình biến đổi

dữ liệu raster thành dữ liệu raster Dữ liệu sau các quá trình phân tích, đưa lên nền bản đồ, chuyển đổi dữ liệu thì được tiến hành sắp xếp lại đối tượng theo mục tiêu của bản đồ cần thành lập, tiến hành sửa chữa, biên vẽ lại bản đồ theo yêu cầu của bản đồ như chỉnh tỷ lệ, tọa độ Và cuối cùng là kiểm tra hoàn tất và tiến hành in bản đồ

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Xử lý và tăng cường chất lượng ảnh

Nắn chình hình học vào hệ chiếu của bản đồ nền

Phân loại ảnh theo mẫu đã lựa chọn

Chuyển ảnh đã phân loại sang hệ thông tin địa lý ở dạng raster

Vector ảnh đã phân loại trong phần mềm của hệ thông tin đị lý

Dữ liệu viễn thám Chỉnh lý ảnh và tư liệu

Giải đoán bằng mắt theo phương

In bản đồ

Người ta dùng viễn thám như một phương tiện nắm bắt thông tin, sau đó chồng nội dung chuyên đề lên nền bản đồ như một cơ sở để định vị và định hướng

2.2 GIS

2.2.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA GIS

2.2.1.1 VAI TRÒ CỦA GIS

- GIS dùng để phân tích dữ liệu không gian

- Cho phép ta tính toán và trình bày các kiến thức địa lý theo một cách mới hấp dẫn

- Gis ghép nối các hoạt động có sự giống nhau về địa lý

2.2.1.2 KHẢ NĂNG CỦA GIS

- Lưu trữ và duy trì thông tin của cùng các mối quan hệ không gian cần thiết

- Thao tác trên dữ liệu, tìm kiếm, chuyển đổi, hiệu chỉnh, tính toán

- Lập mô hình ứng dụng( phân tích, tổng hợp, dự báo thiết kế quy hoạch, ra quyết định…)

- Trình diễn các sản phẩm dưới các dạng khác nhau hình ảnh, bản đồ…

2.2.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA GIS

Khi mới hình thành, GIS được dùng trong kĩ nghệ máy tính có định hướng địa lý nhưng dần dần đã trở thành một ngành khoa học có tính đa ngành, đã và đang có sự cuốn hút rất rộng lớn đối với người sử dụng và các ngành liên quan tới các lĩnh vực về trái đất

Thực tế trong 30 năm gần đây, GIS đã phát triển rất mạnh mẽ về lý thuyết công nghệ và tổ chức, GIS đã được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như địa

lý, địa chính, trắc địa, giao thông Đến nay GIS còn mở rộng sang khoa học nhân văn, kinh tế ,y học, chính trị quân sự…

Xét trên tổng thể, GIS phát triển theo 4 giai đoạn chính

Từ 1960-1975 là giai đoạn cuối thiếu niên của GIS Giai đoạn này đặc trưng bởi sự phát triển có tính chất riêng rẽ, không có sự tiếp xúc quốc tế và ít dữ liệu trên máy tính

Từ 1975-1980 GIS đã phát triển mạnh mẽ trong các cơ quan nhà nước và bắt đầu

có tính quốc tế

Những năm 80 của thế kỷ XX là giai đoạn phát triển mạnh của GIS trong thương mại Các phần mềm máy tính đã được phát triển đa dạng và được bán rộng rãi trên thị trường quốc tế

Hiện nay là giai đoạn mà người sử dụng GIS đã phổ biến trên khắp thế giới, thời

kỳ phát huy mạnh mẽ sự cạnh tranh quảng cáo của các công ty phần mềm GIS, thời kỳ mà người sử dụng đã hiểu rõ vai trò, tác dụng của GIS

2.2.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

Bao gồm phần cứng, phần mềm, tổ chức con người và cơ sở dữ liệu Sau này do sự hỗ trợ của công nghệ thông tin và tính đa dạng của các hệ thống ứng dụng, năm 2000 ESRI bổ sung thêm vào định nghĩa cấu trúc của GIS có thêm hai

hợp phần là mô hình và mạng Định nghĩa này được chấp nhận rộng rãi và được quan niệm như một định nghĩa chính thức về GIS

Cấu trúc và chức năng của GIS

Qua sơ đồ cho chúng ta thấy cơ sở dữ liệu đóng vai trò quan trọng nhất, các thông tin từ các phần cứng, phần mềm, người điều hành đều được đưa vào cơ sở

dữ liệu Tại đây cơ sở dữ liệu biến đổi thông tin thực hiện các chức năng của mình

đó là nhập, xuất dữ liệu, lưu trữ, điều khiển, trình bày, phân tích Trong các chức năng đó thì chức năng phân tích của gis là có vai trò quan trọng nhất Chức năng phân tích trong gis được hiểu là các cách xem xét, xử lý, để dữ liệu trong gis cho ra những kết quả theo các yêu cầu được định bởi một loạt các chỉ tiêu được thực hiện bằng các thuật toán khác nhau Có hai nhóm chức năng phân tích trong gis là chức năng phân tích không gian và chức năng phân tích thuộc tính

Chức năng phân tích không gian bao gồm một loạt các dạng chức năng liên quan đến dữ liệu không gian như tính diện tích, tính chu vi, các phép chồng ghép thông tin, cách xử lý phân tích địa hình…

Chức năng phân tích thuộc tính là các chức năng thống kê như tính tần suất,

xử lý các dữ liệu biểu bảng

 Cơ sở dữ liệu có vai trò quan trọng nhất nhưng nếu thiếu một trong các hợp phần trên thì hệ thống của GIS sẽ ngừng hoạt động hoặc không hoạt động hiệu quả Giữa các hợp phần có mối quan hệ chặt chẽ với nhau

Con người: quyết định sự vận hành có hiệu quả và sự phát triển của GIS, kiến thức và năng lực về GIS của cơ quan, cá nhân sẽ định hướng cho nghiên cứu ứng dụng GIS theo yêu cầu đặt ra Phần cứng( máy tính và các thiết bị liên quan) Mức độ tiên tiến của thiết bị nhất là tốc độ xử lý ảnh hưởng trực tiếp đến việc phát

Người

điều hành

Phần cứng

Phần mềm

Cơ sở dữ liệu không gian

Phân tích

triển vận hành của phần mềm, tốc độ xử lý càng nhanh thì hoạt động của phần mềm diễn ra càng nhanh

Phần mềm: là công cụ trực tiếp để thực hiện các chức năng của GIS, phần mềm luôn thay đổi phù hợp với nhu cầu xã hội và từng thế hệ máy tính

Cơ sở dữ liệu: có vai trò rất quan trọng trong hệ thống và chiếm tới 80% giá trị theo cả nghĩa về lý thuyết cũng như về giá trị kinh tế của hệ thống

Mạng: cơ cấu tổ chức, các hợp phần, hoạt động mạng góp phần vào sự phổ biến hợp tác và hoàn thiện của GIS

Mô hình GIS quy định tính ưu việt của hệ thông tin địa lý giúp phát huy các chức năng của hệ thống

2.2.4 MÔ HÌNH CẤU TRÚC DỮ LIỆU CỦA GIS

Cấu trúc dữ liệu là mô hình cấu trúc theo các phần tử riêng lẽ mà trong mỗi nhóm thì dữ liệu được tổ chức thành các danh sách và các mảng, ở đó các mối quan hệ được xác định rõ ràng, chúng được thiết kế để phản ánh việc ghi dữ liệu trong mã máy tính Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong gis là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

2.2.4.1 DỮ LIỆU KHÔNG GIAN

Dữ liệu không gian có hai dạng cấu trúc đó là cấu trúc dữ liệu vector và cấu trúc dữ liệu raster

Mô hình cấu trúc dữ liệu vector: Vector là một đoạn thẳng có hướng và độ dài nhất định Trong mô hình dữ liệu vector vị trí của đối tượng không gian được ghi nhận chính xác bằng các tọa độ x, y trong một hệ tọa độ tham chiếu với hệ tọa

độ dùng cho trái đất

Cấu trúc vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút( là điểm xuất phát và kết thúc của đường), cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng Về mặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng là đối tượng dạng điểm, đối tượng dạng đường, và đối tượng dạng vùng Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ x, y liên tục Vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ x, y trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau Tọa độ của các điểm nút nằm trong các đường hình thành nên vùng

Mô hình dữ liệu

Vector