Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng

1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Lê Thanh Bình TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM HỖ TRỢ QUẢN LÝ

Trang 1

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Lê Thanh Bình

TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM HỖ TRỢ QUẢN LÝ VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Đặng Văn Đức

Thái Nguyên - 2010

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn “Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ

trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng” là công trình nghiên cứu của tôi dưới

sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Đặng Văn Đức, tham khảo các nguồn tài liệu đã được chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo Các nội dung công bố và kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2010

Lê Thanh Bình

Trang 3

3

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU 6

1 Lý do chọn đề tài 6

2 Mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài 6

3 Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng 6

4 Ý nghĩa khoa học 6

5 Phương pháp nghiên cứu 6

TỔNG QUAN 7

NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM 9

1.1 Khái quát về Hệ thông tin địa lý GIS 9

1.1.1 Khái niệm Hệ thông tin địa lý 9

1.1.2 Các thành phần của Hệ thông tin địa lý 12

1.1.3 Các chức năng của Hệ thống thông tin địa lý 15

1.1.4 Hệ thông tin địa lý làm việc như thế nào 17

1.2 Khái quát về viễn thám 22

1.2.1 Định nghĩa 22

1.2.2 Phân loại viễn thám theo bước sóng 22

1.2.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám 23

1.2.4 Ứng dụng của viễn thám 25

1.2.5 Phân loại viễn thám 26

1.2.6 Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám 28

CHƯƠNG 2 TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 30

2.1 Thu thập ảnh viễn thám bằng TerraLook 30

2.2 Thu thập và tiền xử lý dữ liệu bản đồ véctơ 31

2.3 Nắn chỉnh dữ liệu bản đồ 38

2.4 Đơn giản hóa dữ liệu không gian 42

2.5 Chồng ghếp bản đồ 43

2.6 Một số thuật toán minh họa 48

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG 54

Trang 4

3.1 Giới thiệu bài toán 54

3.2 Giới thiệu về ArcGIS 54

3.2.1 Giới thiệu về phần mềm ArcGIS 54

3.2.2 Giới thiệu về ArcMap 55

3.3 Vị trí vùng nghiên cứu 57

3.4 Khái quát biến động địa hình vùng nghiên cứu 58

3.4.1 Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh 58

3.4.2 Chồng ghép bản đồ 61

3.4.3 Tính diện tích biến động 62

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Trang 5

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình một hệ thống thông tin địa lý 9

Hình 1.2 Các tầng trong GIS 9

Hình 1.3 Các thành phần của GIS 11

Hình 1.4 Sơ đồ tổ chức hệ thống phần cứng máy tính 12

Hình 1.5 Phần mềm GIS và các chức năng thực hiện 13

Hình 1.6 Chức năng của Hệ thống thông tin địa lý 15

Hình 1.7: Các layer 16

Hình 1.8 Dữ liệu biểu diễn dạng Vector 18

Hình 1.9 Dữ liệu biểu diễn dạng Raster 19

Hình 1.10 Biểu diễn dạng vector, raster 19

Hình 1.11 Mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất 20

Hình 1.12 Phân loại viễn thám theo bước sóng 22

Hình 1.13 Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm 23

Hình 1.14 Hoạt động của hệ thống viễn thám chủ động và bị động 26

Hình 1.15 Mô hình viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực 26

Hình 2.1: Ảnh vệ tinh Landsat năm 2000 chụp dải bờ biển Hải Phòng 30

Hình 2.2 Ảnh vệ tinh Landsat năm 1990 chụp dải bờ biển Hải Phòng 30

Hình 2.3 Phần mềm nhập bản đồ qua bàn số hóa 35

Hình 2.4 Số hóa bản đồ 36

Hình 2.5 Minh họa thuật toán Douglas-Peucker 36

Hình 2.6 Chồng ghép dữ liệu 42

Hình 2.7 Chồng ghép đa giác 44

Hình 2.8 Tiến trình phủ đa giác 45

Hình 2.9 Đường và đa giác lệch nhau 46

Hình 2.10 Giao của các đoạn thẳng 48

Hình 2.11 Điểm trong đa giác 49

Hình 2.12 Điểm trong đa giác 49

Hình 2.13 Diện tích đa giác 50

Hình 2.14 Giao 2 đa giác 51

Hình 2.15 Xác định cạnh trong đa giác 52

Hình 2.16 Tách các đa giác kết quả 52

Hình 3.1 Giới thiệu ArcGIS 54

Hình 3.2 Giới thiệu ArcMAP 56

Hình 3.3 Các điểm khống chế được lựa chọn 57

Hình 3.4 Lựa chọn điểm khống chế trên bản đồ vector 58

Hình 3.5 Lựa chọn điểm khống chế tương ứng trên ảnh VT năm 2000 58

Hình 3.6 Thao tác nắn chỉnh 59

Hình 3.7 Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh năm 2000 59

Hình 3.8 Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh năm 1990 60

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Mô hình dữ liệu Vectơ 17

Bảng 1.2 So sánh mô hình Raster và Vector 19

Trang 6

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

- Công nghệ GIS và viễn thám đã được các nước phát triển trên thế giới phát triển ứng dụng hiệu quả, tại Việt Nam hiện tại công nghệ này mới ở giai đoạn khởi đầu

- Hải Phòng là thành phố có dải bờ biển đẹp và tương đối dài Theo thời gian thì dải bờ biển này có sự biến động Lựa chọn đề tài này để nắm được và chỉ ra sự biến động đó

2 Mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài

Ứng dụng GIS và viễn thám trong việc xác định biến động dải bờ biển Hải Phòng theo thời gian

3 Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng

- Các tài liệu, thông tin có liên quan tới GIS

- Các tài liệu, thông tin liên quan tới xử lý ảnh viễn thám và dữ liệu bản đồ

4 Ý nghĩa khoa học

Thông qua việc sử dụng công nghệ GIS và ảnh viễn thám để hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên

5 Phương pháp nghiên cứu

- Khai thác thông tin từ nhiều nguồn, hệ thống hóa và lựa chọn các thông tin cần thiết

- Tìm hiểu, khảo sát thực tế hiện trạng công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên

- Sử dụng các công cụ thu thập và xử lý ảnh viễn thám, thu thập dữ liệu bản đồ

- Sử dụng phương pháp chuyên gia phân tích và thiết kế hệ thống, xây dựng kiến trúc tổng thể, xây dựng các chi tiết kỹ thuật, nghiên cứu xây dựng

mô hình

Trang 7

7

TỔNG QUAN

Việt Nam có đường bờ biển dài 3200 km, với khoảng 3000 đảo và khoảng

4000 xã ven biển Cũng giống như nhiều nước Đông Nam Á, phần lớn dân số, công nghiệp, dịch vụ, đầu tư, những thành phố lớn đều nằm ven biển Thành phố Hải Phòng có dải bờ biển dài trên 125 km, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là cát bùn do 5 cửa sông chính đổ ra biển Có khoảng gần 40% dân số sống trên diện tích 780km2 thuộc các xã, quận, huyện sát biển Khu nội thành được đô thị hóa trên trăm năm nằm ngay cận cửa biển Nam Triệu

Vì vậy, Hải Phòng là địa phương chịu nhiều tác động môi trường do ảnh hưởng của nước biển dâng Xói sạt bờ biển là hiện tượng phổ biến ở ven biển Hải Phòng, kể cả ở bờ các đảo và nhiều đoạn nằm sâu phía trong

và nhiều đoạn bờ nằm sâu phía trong các cửa sông Xói lở các đoạn bờ đảo Cát Hải đã trở thành điển hình cả nước

Đời sống của một bộ phận không nhỏ của những ngư dân sống trong vùng ven biển vẫn còn gặp nhiều khó khăn, trình độ dân trí thấp, phương thức khai thác tài nguyên còn lạc hậu Đây là một nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm tài nguyên biển, và ảnh hưởng sâu sắc đến tình hình kinh tế, chính trị, môi trường sinh thái Đứng trước thực tế đó, việc tìm ra sự thay đổi địa hình dải bờ biển Hải Phòng và các nguyên nhân nhằm giúp các nhà hoạch định chính sách đưa

ra các biện pháp bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên biển là một việc làm hết sức quan trọng và cần thiết

Nghiên cứu về tài nguyên môi trường đã được thực hiện không chỉ dựa trên các phương tiện, công nghệ truyền thống mà đã bắt đầu thực hiện bằng các hệ thống quan sát từ xa đặt trên các vệ tinh nhân tạo hoặc các thiết bị bay

có người điều khiển Công nghệ vũ trụ với các hệ thống thu thập thông tin đa phổ, đa thời gian đã cho phép chúng ta thực hiện các công việc thu thập và tổng hợp dữ liệu một cách nhanh chóng hơn, hiệu quả hơn Việc ứng dụng các công nghệ vũ trụ đã và đang đem lại những hiệu quả to lớn trong việc gìn giữ

và phát triển bền vững nguồn tài nguyên thiên nhiên

Trang 8

Ngày nay, qua thực tế và các công trình nghiên cứu, con người cũng đã nhận thấy tính không ổn định của hệ thống Trái đất với các hiện tượng như lũ lụt, hạn hán, sạt nở đất, các báo động về nguồn nước ngầm,…, do đó, để có thể đưa ra những quyết định cũng như các kế hoạch đúng đắn trong việc sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên biển, thì ngoài các nghiên cứu chuyên đề khác, chúng ta phải đánh giá được thực trạng biến đổi dải bờ biển qua các thời kỳ Vùng biển thành phố Hải Phòng là nơi có sự thay đổi tương đối mạnh về địa chất, đặc biệt dải bờ biển trong những năm gần đây do sự tác động mạnh của thiên nhiên và con người đã có sụ biến động Hiện nay có nhiều phương pháp cũng như cách tiếp cận khác nhau để theo dõi, nghiên cứu sự thay đổi địa hình bờ biển Phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS là một trong những phương pháp hiện đại, sử dụng công cụ mạnh có khả năng giúp giải quyết những vấn đề về không gian ở tầm vĩ mô trong một thời gian ngắn và trên một diện tích rộng Từ những quan điểm nêu trên thì việc nghiên cứu và phát triển rộng phương pháp sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám và các dữ liệu địa

lý để tìm hiểu sự thay đổi hiện trạng bờ biển và xem xét các sự thay đổi đó nhằm đưa ra những khuyến cáo phù hợp để tăng cường hơn nữa công tác quản lý dải bờ biển

Nghiên cứu, đánh giá sự thay đổi dải bờ biển qua các giai đoạn khác nhau

đã có nhiều tác giả đề cập trong nhiều các công trình và đề tài nghiên cứu Tuy nhiên việc áp dụng chúng vào những hoàn cảnh cụ thể cũng rất cần được nghiên cứu để tìm ra cách tiếp cận hợp lý cũng như đánh giá khả năng ứng dụng của chúng một cách đúng đắn Từ các lý do như đã nêu, được sự đồng ý của khoa Công nghệ thông tin tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng”

Trang 9

9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM

1.1 Khái quát về Hệ thông tin địa lý GIS

1.1.1 Khái niệm Hệ thông tin địa lý

Có nhiều cách hiểu cũng như định nghĩa khác nhau về GIS, song đều có điểm giống nhau như: bao hàm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý và GIS So với bản đồ thì GIS lưu trữ và biểu diễn dữ liệu hoàn toàn độc lập với nhau GIS cung cấp khả năng quan sát trên các góc độ khác nhau với cùng một tập dữ liệu

Theo cách định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft khoa địa lý

trường đại học TEXAS : GIS là cơ sở dữ liệu (CSDL) số chuyên dụng trong

đó hệ trục toạ độ không gian là phương tiện tham chiếu chính GIS gồm các công cụ để thực hiện các công việc sau :

- Nhập số liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu tổng hợp

từ các nguồn khác

- Lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL

- Biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hoá bao gồm các dữ liệu thống kê và

dữ liệu không gian

- Lập báo cáo gồm các bản đồ chuyên đề, bảng biểu, kế hoạch

Từ định nghĩa trên cho thấy 3 vấn đề cơ bản của GIS:

- Thứ nhất: GIS có quan hệ với ứng dụng CSDL, toàn bộ thông tin trong GIS đều liên kết với tham chiếu không gian, CSDL GIS sử dụng phép chiếu không gian như phương tiện chính để lưu trữ và xâm nhập thông tin

- Thứ hai: GIS là công nghệ tích hợp, một hệ thống GIS đầy đủ có khả năng phân tích bao gồm phân tích ảnh vệ tinh, ảnh máy bay… hay tạo mô hình thống kê, vẽ bản đồ

- Thứ ba: GIS không chỉ đơn thuần là hệ thống phần cứng, phần mềm rời rạc mà còn sử dụng vào hỗ trợ quyết định

Trang 10

Theo cách định nghĩa của David Cowen (Hoa kỳ): GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hoá và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp

Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn Để lưu trữ, quản lý các

dữ liệu về thế giới thực cần có một CSDL lớn Khi lưu trữ dữ liệu này cần giảm số lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng các quá trình đơn giản hoá hay trừu tượng hoá Thực chất đó là quá trình tập trung chọn lọc những điểm cơ bản, đặc trưng nhất của đối tượng cần lưu trữ, loại bỏ các chi tiết thừa không cần thiết đồng thời hình tượng hoá đối tượng đó

Hình 1.1 Mô hình một hệ thống thông tin địa lý

Mục tiêu của GIS là: cung cấp cấu trúc một hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn,

mô phỏng… GIS lưu thông tin về thế giới thực thành các tầng bản đồ chuyên

đề (Layer) có khả năng liên kết địa lý với nhau từ các đối tượng có liên quan, khi thể hiện một bản đồ chuyên đề các layer tương ứng được gọi ra

trừu tượng hoá

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	514,25 KB