Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám để đánh giá hiện trạng tài nguyên rừng tại Quảng Ngãi

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ TẤN SĨ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN RỪNG TẠI QUẢNG NGÃI Người hướng dẫn khoa học: TS NGÔ VĂN SỸ Phản biện 1: TS PHẠM VĂN TUẤN Phản biện 2: TS NGUYỄN HOÀNG CẨM Chuyên ngành: Kỹ thuật ñiện tử Mã số: 60.52.70 Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 11 tháng 11 năm 2012 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng - Năm 2012 Footer Page of 126 - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Header Page of 126 MỞ ĐẦU rừng cấp chủ yếu theo phương pháp thủ công, tức thống kê LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI “Rừng Vàng, Biển Bạc” dựa vào số liệu kiểm kê ñịa phương Nhận thức ñược tầm quan trọng rừng ñến sống Rừng nguồn tài nguyên quý giá quốc gia, rừng có người Việt Nam nói chung, Quảng Ngãi nói riêng, ñã lựa chọn chức sinh thái quan trọng, rừng tham gia vào trình nghiên cứu ñề tài: “ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH VIỄN ñiều hoà khí hậu, ñảm bảo chu chuyển oxy nguyên tố THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN RỪNG khác hành tinh, rừng trì tính ổn ñịnh ñộ màu mỡ ñất, TẠI QUẢNG NGÃI” hạn chế lũ lụt, hạn hán, ngăn chặn xói mòn ñất, làm giảm nhẹ sức tàn Đề tài hoàn thành thể hiện trạng tài nguyên rừng tỉnh phá thiên tai, bảo tồn nguồn nước làm giảm mức ô nhiễm Quảng Ngãi, từ ñó cung cấp nguồn tư liệu bổ ích cho cấp quản không khí lý ñưa quy hoạch, ñịnh hướng phát triển Tài nguyên rừng Việt Nam nói chung, Quảng Ngãi nói riêng ñang gặp phải nhiều vấn ñề nạn phá rừng trái phép nhiều hình thức nhiều mục ñích khác ñang diễn phức tạp, gây nhiều khó khăn cho cấp quyền quan chức vấn ñề quản lý MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục tiêu ñề tài nghiên cứu kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám ứng dụng việc ñánh giá trạng tài nguyên rừng Để ñạt ñược mục tiêu trên, ñề tài cần thực nhiệm vụ sau: Với phát triển mạnh mẽ khoa học vũ trụ, công nghệ xử lý - Thu thập ñồ tư liệu ảnh vệ tinh vùng nghiên cứu (bao ảnh viễn thám ñã xuất ngày tỏ rõ tính ưu việt gồm ảnh tổng thể có ñộ phân giải thấp ảnh thành phần có công tác ñiều tra, quản lý tài nguyên Dữ liệu viễn thám với tính chất ñộ phân giải cao) ña thời gian, ña phổ, phủ trùm diện tích rộng cho phép cập nhật thông tin, tiến hành nghiên cứu cách nhanh chóng, hiệu quả, - Xây dựng thuật toán xử lý ảnh : kết nối ảnh thành phần ñể có ảnh tổng thể có ñộ phân giải cao tiết kiệm ñược thời gian công sức Trong nghiên cứu trạng tài - Xử lý trích chọn thuộc tính, phân ñoạn ñể có kết nguyên rừng, nghiên cứu ảnh viễn thám ngày tỏ ưu ảnh với vùng có thuộc tính cần nghiên cứu màu khả cập nhật thông tin phân tích biến ñộng cách nhanh tô, tính toán diện tích vùng có thuộc tính chóng Nghiên cứu ảnh viễn thám ñã ứng dụng vào thực tiễn từ lâu giới; năm 1960 ñã thành lập ñồ rừng ñồ lớp phủ bề mặt Tuy nhiên, ñến Việt Nam chưa ñược áp dụng rộng rãi, việc tiến hành quy hoạch, lập ñồ trạng Footer Page of 126 - So sánh, ñối chiếu ñánh giá ñộ xác kết dựa ảnh ñịa ñồ thực tế khảo sát ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Header Page of 126 Đối tượng nghiên cứu ảnh viễn thám ñược chụp vùng rừng núi tỉnh Quảng Ngãi Khảo sát thuật toán ñối sánh, phân vùng, trích chọn ñặc trưng, so khớp ñể có ñược thuật toán phù hợp với ứng dụng Phạm vi nghiên cứu Về mặt thực tiễn Với mục tiêu ñã ñặt ra, ñề tài giới hạn nghiên cứu Ứng dụng công nghệ viễn thám cho quản lý tài nguyên rừng phạm vi vấn ñề sau: Hỗ trợ cho cấp quyền Quảng Ngãi xây dựng - Phạm vi xử lý Huyện miền núi phương án sử dụng, quản lý rừng phù hợp với quy luật tự nhiên, phát - Phạm vi ứng dụng : xác ñịnh vùng có thuộc tính rừng che triển kinh tế, xã hội vùng núi phủ, rừng bị tàn phá, khu vực dân cư sinh sống CẤU TRÚC LUẬN VĂN - Đánh giá ñộ xác so với kết thống kê từ Luận văn gồm có chương: quan chức quản lý rừng Quảng Ngãi PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU + Chương 1: Tổng quan công tác quản lý rừng Việt Nam Để thực nhiệm vụ ñề tài ñặt ra, tác giả phải nghiên cứu lý thuyết xử lý ảnh, nghiên cứu chuyển ñổi qua lại hệ + Chương 2: Công nghệ viễn thám ứng dụng quản lý tài nguyên rừng tọa ñộ WGS84 VN2000; sử dụng ngôn ngữ Visual C++ thực bước xử lý Phương pháp phân loại ảnh dựa kiểm chứng thực + Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám ñể ñánh giá tài nguyên rừng tỉnh Quảng Ngãi ñịa + Chương : Một số thuật toán chương trình xử lý ảnh viễn Trên thực ñịa tác giả ñã tiến hành thu thập thông tin liên thám ñể ñánh giá tài nguyên rừng tỉnh Quảng Ngãi quan ñến ñất rừng ñồ phân loại rừng, diện tích loại Dữ liệu thực ñịa bao gồm ghi chép, số liệu tệp tin ảnh Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUẢN LÝ RỪNG VIỆT NAM chụp ñược nhập vào sở liệu ñồ ñể tiện ñối sánh 1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG trình phân loại ảnh vệ tinh Các ñiểm thực ñịa TÀI NGUYÊN RỪNG vùng mẫu phục vụ cho trình phân loại có giám sát mà tác giả ñề 1.1.1 Định nghĩa rừng rừng, ñồ số phân ranh giới ñịa lý hành từ quan chức Rừng hệ sinh thái bao gồm quần thể thực vật rừng, cập luận văn Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Về mặt khoa học Đề tài góp phần hoàn thiện sở khoa học công nghệ nghiên cứu xử lý ảnh viễn thám Footer Page of 126 ñộng vật rừng, vi sinh vật rừng, ñất rừng yếu tố môi trường khác Header Page of 126 * Cấu trúc ñịa chất: 1.1.2 Phân loại rừng Tùy theo yêu cầu sử dụng số liệu thống kê khác nên * Nghiên cứu thạch học: phân chia rừng theo dạng khác * Ứng dụng khai khoáng khai thác dầu 1.1.2.1 Phân loại rừng theo chức * Điều tra khảo sát nước ngầm, ñiều tra ñịa chất công trình 1.1.2.2 Phân loại rừng theo trạng thái rừng * Nghiên cưú môi trường: 1.1.2.3 Phân chia trạng thái rừng trồng * Nghiên cưú khí hậu khí 1.1.3 Lịch sử ñiều tra rừng Việt Nam * Nghiên cưú thực vật, rừng: Qua gian ñoạn lịch sử tiến khoa học kỹ * Nghiên cứu thủy văn: thuật, công tác ñiều tra rừng Việt Nam có nhiều cải thiện chất lượng số lượng * Nghiên cưú hành tinh khác: 1.3 KẾT LUẬN 1.1.3.1 Điều tra rừng giai ñoạn trước 1945 Qua số liệu thống kê cho thấy xử lý ảnh viễn thám ứng dụng 1.1.3.2 Điều tra rừng giai ñoạn 1945-1954 cho nhiều lĩnh vực ñó có ñiều tra, ñánh giá tài nguyên rừng, 1.1.3.3 Điều tra rừng giai ñoạn 1955-1975 phương pháp xác hiệu cao 1.1.3.4 Điều tra rừng giai ñoạn sau 1975 1.1.4 Nguồn gốc số liệu ñiều tra rừng 1.1.4.1 Số liệu ñiều tra rừng Viện Điều tra Quy hoạch Rừng thu thập xử lý Chương CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ ỨNG DỤNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG 2.1 ĐỊNH NGHĨA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) ñược hiểu khoa 1.1.4.2 Số liệu ñiều tra rừng Đoàn ñiều tra rừng tỉnh thu thập học nghệ thuật ñể thu nhận thông tin ñối tượng, khu 1.1.4.3 Số liệu ñiều tra rừng lực lượng Kiểm Lâm thu thập vực tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận 1.1.4.4 Sự phong phú tài liệu ñiều tra rừng ñược phương tiện Những phương tiện tiếp 1.1.4.5 Sự không ñồng thông tin ñiều tra rừng xúc trực tiếp với ñối tượng, khu vực với tượng ñược nghiên 1.2 ỨNG DỤNG CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ẢNH cứu VIỄN THÁM Hiện nay, viễn thám ñược ứng dụng rộng rãi nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau, giới thiệu ứng dụng : 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỄN CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM 2.3 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA VIỄN THÁM Viễn thám nghiên cứu ñối tượng giải ñoán tách lọc * Nghiên cưú ñịa chất: thông tin từ liệu ảnh chụp hàng không, việc giải ñoán * Ứng dụng nghiên cứu ñịa mạo: ảnh vệ tinh dạng số Footer Page of 126 Header Page of 126 Phương pháp viễn thám phương pháp sử dụng xạ ñiện từ phương tiện ñể ñiều tra ño ñạc ñặc tính ñối tượng Giải ñoán, tách lọc thông tin từ liệu ảnh viễn thám ñược thực dựa cách tiếp cận khác nhau, kể ñến là: Đa phổ: Sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ dải phổ từ nhìn thấy ñến sóng radar Đa nguồn liệu: Dữ liệu ảnh thu nhận từ nguồn khác ñộ cao khác nhau, ảnh chụp mặt ñất, chụp 10 ñó Quá trình ñó ñược thể công ñoạn chính: phát (detect), ghi (record) phân tích (interprete) tín hiệu • Phát hiện: việc phát thông tin bước quan trọng Phát dải sóng, cường ñộ tính chất khác nguồn lượng ñiện từ 2.6 CÁC TƯ LIỆU HỖ TRỢ CHO VIỆC XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM Tài liệu thực tế mặt ñất ñược sử dụng rộng rãi theo khái niệm tài liệu tham khảo, với mục ñích sau: khinh khí cầu, chụp từ máy bay trực thăng phản lực ñến ảnh + Định hướng cho việc phân tích xử lý tư liệu viễn thám vệ tinh có người ñiều khiển tự ñộng + Hiệu chỉnh thiết bị thu nhận Đa thời gian Đa ñộ phân giải Đa phương pháp: Xử lý ảnh mắt số 2.4 PHÂN LOẠI ẢNH VIỄN THÁM Sự phân biêt loại ảnh viễn thám vào yếu tố sau: + Kiểm chứng thông tin tách chiết ñược từ tư liệu viễn thám 2.7 ĐẶC TRƯNG PHỔ PHẢN XẠ CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG TỰ NHIÊN PHỤC VỤ CHO CÔNG VIỆC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG RỪNG Năng lượng mặt trời (E0) chiếu xuống mặt ñất dạng • Hình dạng quỹ ñạo vệ tinh sóng ñiện từ, lượng tác ñộng lên bề mặt ñối tượng • Độ cao bay vệ tinh, thời gian lại quỹ ñạo ñó phần bị phản xạ trở lại (EPX), phần bị ñối tượng • Dải phổ thiết bị thu hấp thụ chuyển thành dạng lượng khác (EHT), phần lại bị • Loại nguồn phát tín hiệu thu nhận truyền qua hay gọi tượng thấu quang lượng (ETQ) Có hai phương thức phân loại ảnh viễn thám • Phân loại theo nguồn tín hiệu • Phân loại theo ñặc ñiểm quỹ ñạo 2.5 THU NHẬN VÀ PHÂN TÍCH TƯ LIỆU VIỄN THÁM Năng lượng ñiện từ ánh sáng sau truyền qua cửa sổ khí tương tác với ñối tượng bề mặt Trái Đất phản xạ lại ñể thiết bị thu viễn thám ghi nhận tín hiệu Có thể mô tả trình theo công thức: E0 = EPX + EHT + ETQ (2.1) Khả phản xạ phổ r(λ) bước sóng λ ñược ñịnh nghĩa công thức: r(λ) = [EPX (λ)/E0 (λ)] x 100% (2.2) 2.8 KẾT LUẬN Chương cung cấp sở lý thuyết ảnh viễn thám, phương thức xạ thành phần , ñặc trưng phổ phản xạ thực vật Footer Page of 126 Header Page of 126 11 Chương ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN RỪNG TỈNH QUẢNG NGÃI Thu thập hình ảnh vệ tinh có ñộ phân giải cao (2,5m) 12 3.1 KỸ THUẬT CHUYỂN ĐỔI TỪ HỆ TỌA ĐỘ WGS-84 SANG HỆ TỌA ĐỘ VN-2000 3.1.1 Giới thiệu chung Xây dựng hệ quy chiếu hệ toạ ñộ quốc gia việc quan trọng ñối với quốc gia Xác ñịnh ellipsoid quy chiếu có kích thước phù hợp Xác ñịnh phép biến ñổi phù hợp từ hệ quy chiếu mặt Nắn chỉnh ảnh ellipsoid hệ quy chiếu mặt phẳng ñể thành lập hệ thống ñồ quốc gia bao gồm hệ thống phân chia mảnh danh pháp Kết nối hình ảnh thành ảnh tổng thể tờ ñồ theo tỷ lệ Xử lý toán học chặt chẽ lưới ñiểm toạ ñộ bao gồm tất Nâng cao chất lượng ảnh loại trị ño có liên quan cho ñảm bảo ñộ xác cao 3.1.2 Cơ sở lý thuyết Cắt ảnh cho ñơn vị hành Ta có hệ số VN-2000 tham số hệ thống tính chuyển Hệ tọa ñộ quốc tế WGS-84 Hệ tọa ñộ quốc gia VN-2000 có Phân loại có giám ñịnh tham số sau ñây: Ellipsoid quy chiếu quốc gia ellipsoid WGS-84 toàn cầu Tách ảnh có thuộc tính Tính toán diện tích với kích thước: a Bán trục lớn: a = 6378137,0 m b Độ dẹt: f = 1: 298,257223563 c Tốc ñộ góc quy quanh trục : ω= 7292115,0 x 10-11 rad/s So sánh – Đối chiếu Hình 3.1 Quy trình kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám ñể ñánh giá trạng tài nguyên rừng d Hằng số trọng trường Trái ñất : GM = 3986005.108 m3s-2 e Tham số dịch chuyển gốc tọa ñộ: -191,90441429 m; -39,30318279 m; -111,45032835 m f Góc xoay trục tọa ñộ: -0,00928836”; 0,01975479”; -0,00427372” g Hệ số tỷ lệ chiều dài: k = 1,000000252906278 Footer Page of 126 Header Page of 126 13 14 Vị trí ellipsoid quy chiếu quốc gia: ellipsoid WGS-84 toàn cầu ñược xác ñịnh vị trí (ñịnh vị) phù hợp với lãnh thổ Việt Nam sở sử dụng ñiểm GPS cạnh dài có ñộ cao thủy chuẩn phân bố ñều toàn lãnh thổ 3.2 CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM 3.2.1 Kỹ thuật nắn chỉnh ảnh viễn thám Nhằm ñưa tọa ñộ thực tế tọa ñộ xác ảnh cần thiết phải thực hiệu chỉnh hình học 3.1.3 Phương pháp tính toán chuyển hệ tọa ñộ từ WGS-84 sang hệ tọa ñộ VN-2000 ngược lại Ma trận ảnh 3.1.3.1 Công thức tính toán gốc – chưa Công thức áp dụng tham số ñể tính chuyển : chỉnh Ma trận ảnh X=∆x0+k(X’ + ε0.Y’ -ψ0.Z’) Y=∆y0+k(-ε0X’ + Y’+ ω0.Z’) ñã ñược chỉnh hình học (3.1) Z= ∆z0+k( ψ 0X’ - ω0Y’ + Z’) Hình 3.2 : Ma trận chỉnh hình học pixel (ñường liền) Trong ñó : so với pixel gốc (ñường gạch) - X, Y, Z tọa ñộ vuông góc không gian hệ tọa ñộ cần tính chuyển sang, ñơn vị met, -X’, Y’, Z’ tọa ñộ vuông góc không gian hệ tọa ñộ tính chuyển, ñơn vị met, - (ω0, ψ0 , ε0) góc xoay trục tọa ñộ ( góc xoay Ơ-le) tương ứng với trục X, Y, Z, ñơn vị radian 3.2.1.1 Phương thức nắn chỉnh hệ thống Các công thức toán học dùng ñể khử sai số: + Aspect ratio corection: Được biểu diễn ma trận x a u (3.2) = y b v + Earth rotation skew correction: Được biểu diễn ma trận - (∆X0, ∆Y0, ∆Z0) tham số dịch chuyển gốc tọa ñộ, x ñơn vị met, y - K hệ số tỷ lệ chiều dài hệ 3.1.3.2 Tính chuyển tọa ñộ từ hệ tọa ñộ VN-2000 sang hệ tọa ñộ WGS-84 3.1.3.3 Tính chuyển tọa ñộ từ hệ tọa ñộ WGS-84 sang hệ tọa ñộ VN2000 a u v (3.3) Hệ số a phụ thuộc vào sensor vị trí sensor so với mặt ñất + Hướng ảnh so với trục Bắc-Nam: Phép khử sai số biểu diễn ma trận x y Footer Page of 126 = cosα = sinα u -sinα cosα v (3.4) Header Page of 126 15 16 + Hiệu ứng "Panoramic": Phép khử sai số ñược biểu diễn ma trận x y tanθ/θ = i+w u v (3.5) 3.2.1.2 Phương thức nắn chỉnh theo ñồ - dùng ñiểm khống chế Để nắn chỉnh biến dạng không hệ thống, cần có hệ thống ñiểm kiểm tra mặt ñất ñối chiếu ñể xác ñịnh xác ñược toạ ñộ ñiểm ảnh Kết nắn chỉnh ñưa ảnh ñúng kích thước vị trí ñịa lý Sử dụng phép tính toán nội suy phép lấy mẫu ñể tính toán lại tất giá trị pixel có + Nội suy tái chia mẫu : Láng giềng gần nhất, song tuyến Phép kéo (Warping) + Phương pháp Polinomial (Hàm ña thức): + Phương pháp Delaunay Triangulation (lưới tam giác): 3.2.2 Kỹ thuật tăng cường ảnh 3.2.2.1 Kỹ thuật làm tăng ñộ tương phản Một số phương pháp tăng cường ñộ tương phản: + Giãn tuyến tính: ñược thực với việc ñưa giá trị xám ñộ kênh gốc giãn rộng theo tuyến tính phủ kín khoảng 0-255 + Giãn ña tuyến tính: ñược thực khoảng mức xám ñộ ảnh gốc ñược giãn riêng biệt + Giãn hàm logarit: + Giãn Gauss: Đưa giá trị ảnh gốc trở dạng phân bố chuẩn 3.2.2.2 Kỹ thuật phân chia theo mức Là kỹ thuật phân chia ñộ sáng màu kênh phổ tổ hợp kênh phổ theo mức 3.2.2 Kỹ thuật lọc không gian 3.2.2.4 Các kỹ thuật lọc ảnh Footer Page of 126 Mô hình toán học phép lọc : y(i,j)= j+w Σ Σ f(k,l) * h(i-k, j-l) (3.14) k=i-w l=l-w Trong ñó :f : ma trận ảnh ñầu vào, h : toán tử lọc, y : ñầu Tùy theo toán tử h (mặt nạ), ta có lọc khác như: lọc trung bình (means), phép lọc Gauss, phép lọc Median, … 3.2.3 Kỹ thuật chiết tách thông tin Mục ñích kỹ thuật chiết tách thông tin dựa phổ thu ñược ñưa giải pháp ñể nhận dạng lớp thông tin 3.2.4 Phân loại ảnh Phân loại ảnh viễn thám trình phân ñịnh pixel hình ảnh thành lớp nhóm ñơn vị lớp phủ mặt ñất 3.2.4.1 Phân loại không giám sát Kỹ thuật phân loại không giám sát không yêu cầu người sử dụng xác ñịnh thông tin tính có ảnh 3.2.4.2 Phân loại có giám sát Mẫu phổ ñược xác ñịnh từ ñịa ñiểm xác ñịnh ảnh Có phương pháp xếp: • Phân loại theo khoảng cách gần Phương pháp sử dụng ñể phân loại ñối tượng không gian phổ nhiều chiều • Phân loại hình hộp Các pixel ñược so sánh gán với lớp mà giá trị nằm phạm vi sai số lần ñộ lệch chuẩn vecto trung bình Nếu pixel không nằm khoảng giá trị ñó ñược gán vào lớp chưa phân loại ( Header Page of 126 17 18 • Phân loại theo xác suất cực ñại 3.2.6 Đánh giá ñộ xác kết phân loại Phương pháp xác ñịnh band phổ có phân bố chuẩn Mỗi 3.2.6.1 Phương pháp thứ pixel ñược tính xác suất thuộc vào lớp ñó ñược gán Sử dụng bảng ngẫu nhiên làm công cụ ñánh giá ñộ xác vào lớp có xác suất thuộc lớp ñó lớn Xác suất ñược ñịnh phân loại khu vực lấy mẫu nghĩa sau: 3.2.6.2 Phương pháp thứ hai Lk = P(k/X) = P(k)*P(X/k) / ∑P(i)*P(X/i) (2.25) Việc lấy mẫu cách ngẫu nhiên khắc phục ñược nhược ñiểm bị ảnh hưởng số lượng vùng mẫu có hạn Chỉ tiêu Kappa nằm phạm vi từ ñến biểu thị giảm theo tỷ lệ sai số ñược thực yếu tố phân loại hoàn toàn ngẫu nhiên ñó: N: Tổng số pixel lấy mẫu r: Số lớp ñối tượng phân loại xii: Số pixel ñúng lớp thứ i xi+: Tổng pixel lớp thứ i mẫu x+i: Tổng pixel lớp thứ i sau phân loại 3.3 TỔNG KẾT Nguyên lý phân loại theo xác suất cực ñại 3.2.5 Kỹ thuật sau phân loại Kết phân loại số thường có kết hình ảnh phân loại có phần nhiễu khác biệt phổ pixel Vì phải có công việc chỉnh sửa sau phân loại, ñó kỹ thuật làm nhẵn miền phân bố ñối tượng Footer Page of 126 Chương trình bày thuật toán chuyển ñổi hệ tọa ñộ WGS84 VN2000, thuật toán xử lý ảnh bao gồm nắn chỉnh ảnh, tăng cường ảnh, lọc ảnh, chiết tách thông tin phân loại ảnh Chỉ tiêu Kappa ñánh giá kết phân loại Header Page 10 of 126 19 20 Chương 4.2.1 Giới thiệu chương trình MỘT SỐ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN RỪNG TỈNH 4.2.2 Đọc ảnh hiển thị thuộc tính 4.2.3 Xử lý hình học Lưu ñồ thuật toán : QUẢNG NGÃI 4.1 THU THẬP ẢNH VỆ TINH 4.2 PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN RỪNG HUYỆN BA TƠ – TỈNH QUẢNG NGÃI Tổ chức chương trình mối quan hệ hỗ trợ Bắt ñầu module Chuyển hệ tọa ñộ Mở ảnh viễn thám Giới thiệu chung Chọn ñiểm khống chế với tọa ñộ VN-2000 ảnh Đọc ảnh Thiết lập thuộc tính Xử lý hình học Tính toán : - Nội suy tái chia mẫu Dùng phương pháp kéo, giãn, xoay Tính toán ñộ xám pixel Tăng cường ảnh Lưu file với tên mới; tạo tập tin header Ranh giới Ghép ảnh Kết thúc hành 4.2.4 Thiết lập thuộc tính hình ảnh Trích chọn vùng xử lý Ngoài thuộc tính ñộ phân giải, kích thước, số lượng kênh,…ảnh viễn thám thông số tọa ñộ gắn liền với ảnh Module xác ñịnh thông số tọa ñộ thông qua tọa ñộ khống chế Tổng hợp màu theo thuộc tính.Trích lớp ảnh theo thuộc tính Trích ảnh thuộc tính Tổng hợp ñánh giá Kết chung Footer Page 10 of 126 ảnh ñược chuyển ñổi sang hệ tọa ñộ VN2000 Header Page 11 of 126 21 22 4.2.5 Ghép ảnh viễn thám Bắt ñầu Lưu ñồ thuật toán : Mở file hình ảnh cần trích chọn Mở file tọa ñộ ñường biên Bắt ñầu Yes Chọn ảnh viễn thám Phân giải : Ảnh = Ảnh ? , số lượng kênh : Ảnh 1= Ảnh ?, ñã gán tọa ñộ VN2000 cho ảnh ? Chọn hình ảnh khác No Kiểm tra tọa ñộ biên nằm ảnh cần trích chọn ? No - Gán tất ñiểm ảnh R/G/B = 255/255/253: R/G/B = 255/255/255 R/G/B= 255/255/254 - Vẽ tất ñường gấp khúc với R/G/B= 255/255/254 lên hình ảnh Yes Ghép ảnh, lưu file với tên với tọa ñộ ñường biên liên tiếp - Gán giá trị R/G/B = 255/255/255 x=0, y=0 Tính toán tọa ñộ gốc mới, tạo tập tin header Dùng thuật toán vết dầu loang, gán giá trị Yes Tiếp tục ghép thêm ảnh khác ? R/G/B=255/255/255 loang ñến R/G/B=255/255/254 (thuật toán phần phụ lục luận văn ñầy ñủ) No Kết thúc Cắt xén phần dư hàng cột giá trị hàng cột có R/G/B = 255/255/255 4.2.6 Ranh giới hành 4.2.7 Trích chọn vùng xử lý Lưu ñồ thuật toán : Footer Page 11 of 126 - Lưu hình ảnh ñã trích chọn thành tên - Tạo file header cho file hình ảnh ñã trích chọn Kết thúc Header Page 12 of 126 23 24 4.2.8 Chuyển ñổi hệ tọa ñộ quốc tế WGS-84 sang hệ tọa ñộ Việt 4.3 KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Căn vào khả thông tin ảnh vệ tinh khu vực huyện Nam VN-2000 4.2.9 Tăng cường ảnh, lọc ảnh Ba Tơ, tỉnh Quảng Ngãi, ñồng thời kết hợp với tư liệu khác có 4.2.10 Trích lọc thông tin tính toán kết liên quan, ñã tiến hành phân loại ñối tượng rừng theo ñộ che phủ như: rừng tự nhiên, rừng trồng ñất chưa có rừng Bắt ñầu Phương pháp phân loại ñược sử dụng có giám sát theo thuật toán ML (Maximum Likelihood) Việc lựa chọn vùng mẫu ñược tuân Mở file hình ảnh cần trích lọc thủ theo tiêu chí vùng có ñặc tính phổ ñồng ñặc trưng cho ñối tượng cần phân loại - Chọn lưu vùng mẫu - Chọn màu tô Bảng 4.2 Kiểm chứng kết ñạt ñược Phương pháp viễn thám Lớp phủ thực vật Kiểm tra vùng mẫu theo cấp ñộ xám 0-255 Phương pháp truyền thống Đánh giá sai số |(1)-(2)| (2) Trích lọc thông tin Lọc nhiễu dùng cửa sổ lọc 3x3 , tính toán dựa giá trị chiếm ña số Tổng diện tích 110.802 113.669 2,5% Rừng tự nhiên 46.215 43.346 6,6% Rừng trồng 35.462 40.926 13,3% Đất chưa có rừng 22.112 18.638 18,6% Độ xác phân loại ảnh: Bảng 4.3 Bảng tính toán số Kappa Lưu file hình ảnh ñã trích lọc tính toán diện tích thu ñược theo màu tô Loại Rừng tự nhiên (1) Yes Tiếp tục trích lọc thuộc tính khác ? Rừng trồng (2) Đất chưa có rừng (3) Tổng cột (ha) No Kết thúc Footer Page 12 of 126 Chỉ số kappa : (1) (ha) 43346 (2) (ha) (3) (ha) 2869 Tổng hàng (ha) 46215 35462 35462 3474 18638 22112 46820 κ= 90.4% 35462 21507 103789 Header Page 13 of 126 25 26 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI xử lý dựa ảnh viễn thám ñồ ranh giới hành Tách lớp ảnh, tính toán diện tích • Kiểm chứng kết ñạt ñược: Từ kết phân loại ñạt ñược phần mềm thực ñịa báo cáo cấp quản lý Quảng Ngãi, số kappa ñạt ñược 90.4% NHỮNG HẠN CHẾ Từ kết nghiên cứu cho thấy hạn chế phương pháp nhầm lẫn ñối tượng rừng trình phân loại ảnh Do ñó, ñể bảo ñảm ñộ xác cần thiết việc phân loại ñối tượng rừng, tùy theo nhiệm vụ cụ thể, phải sử dụng kết hợp loại tư liệu viễn thám khác ảnh vệ tinh radar ảnh vệ tinh phân giải siêu cao Ngoài ra, cần phải tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm số khu vực khác có ñặc ñiểm khác biệt so với khu vực huyện Ba Tơ, Quảng Ngãi ñể nâng cao ñộ xác khả ứng dụng công nghệ viễn thám HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trong khuôn khổ luận văn chưa giải ñược hết toán có liên quan ñến ñánh giá tài nguyên rừng, chưa tính toán ñộ dốc, che lấp hướng chụp, giới hạn xử lý ảnh viễn thám chiều, chưa kết hợp với liệu thông tin ñịa lý (GIS), ñể phản ánh trung thực, có tính thực tế cao, xác cần phải tập hợp ñược ảnh ña chiều, ña phổ, nhúng liệu thông tin ñịa lý, tạo ảnh ba chiều, NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Dữ liệu ảnh vệ tinh ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, số ñó giám sát, ñánh giá tài nguyên môi trường Trên giới việc ứng dụng ảnh viễn thám ñộ phân giải cao cho mục ñích giám sát tài nguyên môi trường ñã ñang ñược ứng dụng rộng rãi, nhiên nước ta việc ứng dụng công nghệ viễn thám chưa ñược quan tâm thích ñáng Mục tiêu ñề tài phân vùng, xuất ảnh, tính toán diện tích thuộc tính ảnh viễn thám ñược ghép từ ảnh viễn thám có ñộ phân giải cao qua bước xử lý khác nhau, bước ñầu ñã tiếp cận công nghệ viễn thám ñạt ñược số kết sau : • Về lý thuyết : Luận văn ñã tập trung nghiên cứu phương pháp: tính toán chuyển hệ tọa ñộ từ WGS-84 sang hệ tọa ñộ VN-2000 ngược lại, nắn chỉnh hình học ảnh viễn thám, tăng cường ảnh, lọc ảnh Luận văn ñã tìm hiểu kỹ thuật chiết tách thông tin, phân loại ảnh sử dụng phương pháp phân loại có giám sát không giám sát Ngoài luận văn nghiên cứu phương pháp ñánh giá kết xử lý số Kappa • Về phần mềm, luận văn ñã xây dựng ñược module: Đọc thông tin ảnh viễn thám Chuyển ñổi hệ tọa ñộ WGS-84 sang VN-2000 Xử lý nắn chỉnh ảnh viễn thám Tăng cường ảnh, tăng cường ñộ tương phản lọc ảnh Thiết lập thuộc tính hình ảnh dựa hệ tọa ñộ VN2000 Ghép ảnh viễn thám rời rạc dựa tọa ñộ VN-2000 Xây dựng ranh giới hành tọa ñộ VN2000 tọa ñộ WGS-84 rời rạc ñiểm biên Trích chọn vùng Footer Page 13 of 126  ... viễn thám ứng dụng quản lý tài nguyên rừng tọa ñộ WGS84 VN2000; sử dụng ngôn ngữ Visual C++ thực bước xử lý Phương pháp phân loại ảnh dựa kiểm chứng thực + Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh. .. Đọc ảnh hiển thị thuộc tính 4.2.3 Xử lý hình học Lưu ñồ thuật toán : QUẢNG NGÃI 4.1 THU THẬP ẢNH VỆ TINH 4.2 PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN RỪNG HUYỆN BA TƠ – TỈNH QUẢNG NGÃI... sở lý thuyết ảnh viễn thám, phương thức xạ thành phần , ñặc trưng phổ phản xạ thực vật Footer Page of 126 Header Page of 126 11 Chương ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN