Đánh giá biến động độ che phủ thực vật giai đoạn 20052015 sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat khu vực huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 1 3.Nội dung nghiên cứu: 2 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. Bố cục đồ án 2 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM 3 1.1. Khái niệm về viễn thám 3 1.2. Các thành phần chính của hệ thống viễn thám 3 1.3. Phân loại viễn thám 5 1.3.1. Phân loại theo nguồn tín hiệu 5 1.3.2. Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo 6 1.3.3. Phân loại theo dải sóng thu nhận 6 1.4. Ứng dụng của công nghệ viễn thám 7 1.4.1. Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để thành lập bản đồ 7 1.4.2. Ứng dụng trong điều tra và quản lý tài nguyên môi trường 8 1.4.3. Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu địa chất 8 1.5. Tìm hiểu về vệ tinh viễn thám Landsat 9 1.5.1. Giới thiệu 9 1.5.2. Ứng dụng của anh Landsat 12 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT 17 2.1. Tiền xử lý ảnh vệ tinh 17 2.1.1. Hiệu chỉnh bức xạ 17 2.1.2. Hiệu chỉnh hình học 19 2.2. Xác định độ che phủ thực vật 21 2.2.1. Xác định chỉ số thực vật 21 2.2.2. Xác định độ che phủ thực vật 22 2.3. Đánh giá biến động độ che phủ thực vật 24 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT HUYỆN ĐÔNG ANH, THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 20052015 25 3.1. Đặc điểm khu vực nghiên cứu 25 3.1.1. Vị trí địa lý 25 3.1.2. Điều kiện tự nhiên 26 3.1.3. Điều kiện kinh tế xã hội 27 3.2. Nguồn tài liệu và phần mềm sử dụng 29 3.2.1. Nguồn tài liệu 29 3.2.2. Phần mềm sử dụng 30 3.3. Xử lý ảnh vệ tinh trên phần mềm 33 3.3.1. Sử dụng phần mềm Envi xử lý ảnh vệ tinh Landsat 33 3.3.2. Sử dụng phần mềm ArcMap để đánh giá biến động và biên tập bản đồ 43 3.4. Kết quả xác định độ che phủ thực vật qua hai thời kỳ 47 3.4.1. Hiện trang độ che phủ phủ thực vật huyện Đông Anh, Hà Nội năm 2005 47 3.4.2. Hiện trang độ che phủ phủ thực vật huyện Đông Anh, Hà Nội năm 2015 49 3.5. Đánh giá biến động độ che phủ thực vật huyện Đông Anh qua hai thời kỳ 51 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 53 KẾT LUẬN 53 KIẾN NGHỊ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54  

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 1

3.Nội dung nghiên cứu: 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Bố cục đồ án 2

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM 3

1.1 Khái niệm về viễn thám 3

1.2 Các thành phần chính của hệ thống viễn thám 3

1.3 Phân loại viễn thám 5

1.3.1 Phân loại theo nguồn tín hiệu 5

1.3.2 Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo 6

1.3.3 Phân loại theo dải sóng thu nhận 6

1.4 Ứng dụng của công nghệ viễn thám 7

1.4.1 Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để thành lập bản đồ 7

1.4.2 Ứng dụng trong điều tra và quản lý tài nguyên môi trường 8

1.4.3 Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu địa chất 8

1.5 Tìm hiểu về vệ tinh viễn thám Landsat 9

1.5.1 Giới thiệu 9

1.5.2 Ứng dụng của anh Landsat 12

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT 17

2.1 Tiền xử lý ảnh vệ tinh 17

2.1.1 Hiệu chỉnh bức xạ 17

2.1.2 Hiệu chỉnh hình học 19

2.2 Xác định độ che phủ thực vật 21

2.2.1 Xác định chỉ số thực vật 21

2.2.2 Xác định độ che phủ thực vật 22

2.3 Đánh giá biến động độ che phủ thực vật 24

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT HUYỆN ĐÔNG ANH, THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2005-2015 25

3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 25

3.1.1 Vị trí địa lý 25

3.1.2 Điều kiện tự nhiên 26

3.1.3 Điều kiện kinh tế - xã hội 27

3.2 Nguồn tài liệu và phần mềm sử dụng 29

3.2.1 Nguồn tài liệu 29

3.2.2 Phần mềm sử dụng 30

3.3 Xử lý ảnh vệ tinh trên phần mềm 33

3.3.1 Sử dụng phần mềm Envi xử lý ảnh vệ tinh Landsat 33

3.3.2 Sử dụng phần mềm ArcMap để đánh giá biến động và biên tập bản đồ 43

3.4 Kết quả xác định độ che phủ thực vật qua hai thời kỳ 47

3.4.1 Hiện trang độ che phủ phủ thực vật huyện Đông Anh, Hà Nội năm 2005 47

3.4.2 Hiện trang độ che phủ phủ thực vật huyện Đông Anh, Hà Nội năm 2015 49

3.5 Đánh giá biến động độ che phủ thực vật huyện Đông Anh qua hai thời kỳ 51

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 53

KẾT LUẬN 53

KIẾN NGHỊ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các thế hệ vệ tinh Landsat 9

Bảng 1.2 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat TM 10

Bảng 1.3 : Thông tin kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ 11

Bảng 1.4 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat 8 12

Bảng 1.5 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat TM 13

Bảng 1.6 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ 14

Bảng 1.7 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat 8 15

Bảng 3.1: Dữ liệu thu thập 29

Bảng 3.2 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vực Đông Anh năm 2005 48

Bảng 3.3 : Bảng thống kê độ che phủ thực vật khu vữ Đông Anh năm 2015 50

Bảng 3.4 : Diện tích biến động độ che phủ thực vật huyện Đông Anh năm 2005 và 2015 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 : Các thành phần của hệ thống viễn thám 3

Hình 1.2 : Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 4

Hình 1.3 : Viễn thám chủ động và viễn thám bị động 5

Hình 1.4 : Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải) 6

Hình 1.5 : Vệ tinh Landsat 7(trái) và Vệ tinh Landsat 8(phải) 10

Hình 1.6 : độ che phủ của ảnh vệ tinh Landsat trên quy mô toàn cầu 16

Hình 2.1 : Các nguồn nhiễu bức xạ 17

Hình 2.2 : Các bước hiệu chỉnh hình học 19

Hình 2.3 : Giá trị chỉ số NDVI đối với thực vật tươi tốt (trái) và héo úa (phải) 22

Hình 3.1 : Bản đồ Đông Anh 25

Hình 3.2 : Thành Cổ Loa 28

Hình 3.3: tải ảnh Landsat 2005 (bên trái) và ảnh Landsat 2015 (bên phải) 30

Hình 3.4 : Thanh công cụ Envi 33

Hình 3.5 : Đã mở và load ảnh lên 33

Hình 3.6 : Bảng File Selection 34

Hình 3.7 : Bảng Radiometric Cailbration 34

Hình 3.8 : Hiệu chỉnh khí quyển bằng FLAASH 35

Hình 3.9 : Sau khi đã hiệu chỉnh khí quyển xong 36

Hình 3.10 : Bảng Band Math 36

Hình 3.11 : Khu vực Đông Anh trên ảnh Landsat 37

Hình 3.12: Bảng Spatial Subset via ROI Parameters 37

Hình 3.13 : khu vực Đông Anh sau khi cắt 38

Hình 3.14 : bảng NDVI Calculation Input File 38

Hình 3.15 : bảng NDVI Calculation Parameters 2005(trái) và 2015(phải) 39

Hình 3.16 : NDVI_ĐôngAnh2005 39

Hình 3.17 : NDVI_ĐôngAnh2015 40

Hình 3.18 : Nhập công thức năm 2005(trái), năm 2015(phải) 40

Hình 3.20 : Độ che phủ thực vật năm 2005 41

Hình 3.21 : Độ che phủ thực vật năm 2015 42

Hình 3.22 : Bảng hộp thoại Add Data 43

Hình 3.23 : Bảng hộp thoại Union 44

Hình 3.24 : Bảng hộp thoại Raster Calculator 44

Hình 3.25 : Bảng Calculate Geometry 45

Hình 3.27 : Tạo khung bản đồ 46

Hình 3.28 : Bản đồ độ che phủ thực vật huyện Đông Anh năm 2005 47

Hình 3.29 : Bản đồ độ che phủ thực vật huyện Đông Anh năm 2015 49

Hình 3.29 : Bản đồ biến động độ che phủ thực vật huyện Đông Anh 51

giai đoạn 2005 - 2015 51

Hình 3.20 : Biểu đồ diện tích độ che phủ thực vật huyện Đông Anh 52

năm 2005 và 2015 52

em được tiếp cận với nhiều môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên khoaTrắc địa – Bản đồ cũng như tất cả các sinh viên đang ngồi trên ghế nhà trường.

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Tiến Thành đã tận tâm giúp đỡ emtrong thời gian làm đồ án tốt nghiệp Nếu không có sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tâm của

cô thì em nghĩ em không thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp cách tốt đẹp được

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !!!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Sinh viên

Nguyễn Tú Thanh

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vũ trụ thì ảnh viễn thám cũng đã xuấthiện và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong công tác điều tra quản lý tài nguyên, đặc biệtlà sự xuất hiện của các tư liệu viễn thám mới như LANDSAT, SPOT, IKONOS,ASTER, đây là những ảnh viễn thám có độ phân giải không gian và phân giải phổcao Một số tư liệu viễn thám còn có khả năng chụp lập thể, đặc biệt là có thể cập nhậpthông tin nhanh chóng thông qua việc thu nhận và xử lý ảnh vệ tinh ở nhiều thời điểmkhác nhau, tạo thành ảnh đa thời gian ở dạng số, là sản phẩm dễ dàng sử dụng trongcác phần mềm phân tích ảnh hiện đại, đã đem lại giá trị đích thực của phương phápviễn thám trong nghiên cứu mối quan hệ và tác động qua lại của các đối tượng, cáchiện tượng, như các đối tượng biến động thảm thực vật, tài nguyên rừng đem lại khảnăng thực tế cho xu hướng thành lập bản đồ theo quan điểm đồng bộ, hệ thống

Độ che phủ thực vật là một trong nhiều yếu tố quan trọng được sử dụng để đánhgiá các quá trình tự nhiên như xói lở, trượt lở, lũ lụt cũng như tốc độ phá hủy môitrường tự nhiên do các hoạt động nhân sinh Đối với những khu vực miền núi hiểm trở,thành lập bản đồ thảm phủ gặp nhiều khó khăn do không thể tiến hành lấy mẫu phântích đều khắp vùng Thành lập sơ đồ thảm phủ thực vật từ phân tích ảnh viễn thám đãrút gọn thời gian và làm tăng độ chính xác của bản đồ

Nhận thức được tầm quan trọng của sự thay đổi độ che phủ thực vật với sự thayđổi khí hậu và chất lượng cuộc sống, đồng thời với mong muốn áp dụng phương phápmới, có hiệu quả trong đánh giá và quản lý tài nguyên rừng, em đã chọn đề tài : “

Đánh giá biến động độ che phủ thực vật giai đoạn 2005-2015 sử dụng tư liệu ảnh

vệ tinh Landsat khu vực huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội”.

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu của đồ án đánh giá biến động độ che phủ thực vật từ tư liệu ảnh vệ tinhLandsat giai đoạn 2005 - 2015

Phạm vi nghiên cứu là khu vực huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội – là mộttrong những huyện đa dạng hệ thực vật của thành phố Hà Nội và đang chịu sự biến đổi

3.Nội dung nghiên cứu:

-Nghiên cứu tổng quan về viễn thám

-Tìm hiểu phương pháp xử lý ảnh vệ tinh

-Nghiên cứu quy trình biến động độ che phủ thực vật từ tư liệu ảnh vệ tinh

Landsat

-Đánh giá biến động độ che phủ vật khu vực Đông Anh-Hà Nội

4 Phương pháp nghiên cứu

-Phương pháp thu thập dữ liệu: thu thập ảnh vệ tinh, bản đồ và các tài liệu khác

của khu vực nghiên cứu

-Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế: nhằm bổ sung chính xác các thông tin

thực tế và khu vực nghiên cứu, đánh giá độ chính xác kết quả nghiên cứu

-Phương pháp viễn thám: chiết tách thông tin

-Phương pháp GIS: sử dụng trong thành lập bản đồ biến động độ che phủ thực

vật khu vực nghiên cứu

5 Bố cục đồ án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung đề tài được trìnhbày trong 3 chương:

Chương I : Tổng quan về công nghệ viễn thám

Chương II: Phương pháp viễn thám trong nghiên cứu biến động độ che phủ thựcvật

Chương III: Thực nghiệm đánh giá biến động độ che phủ thực vật khu vực huyệnĐông Anh, thành phố Hà Nội giai đoạn 2005-2015

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM

1.1 Khái niệm về viễn thám

Viễn thám (Remote sensing – tieesng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệthuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thôngqua việc phân tích tài liệu thu nhận bằng các phương tiện Những phương tiện nàykhông có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng nghiên cứu

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều cónét chung nhấn mạnh “viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các đốitượng, hiện tượng trên trái đất”

Thuật ngữ viễn thám được sử dụng đầu tiên ở Mỹ vào năm 1960, bao gồm tất cảcác lĩnh vực như không gian ảnh, giải đoán ảnh, địa chất ảnh

Về bản chất, do các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua nănglượng bức xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám còn là một công nghệ nhằm xácđịnh và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưngriêng về sự phản xạ và bức xạ

Nguồn tài nguyên chủ yếu sử dụng trong viễn thám là sóng điện tử hoặc đượcphản xạ, hoặc bức xạ từ vật thể Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hoặcbức xạ vật thể được gọi là bộ cảm biến (sensor) Bộ cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổigiá trị điện từ sang giá trị số để thu được ảnh số (digtal number) Phương tiện dùng đểmang bộ cảm biến được gọi là vật mang Hiện nay, vật mang rất đa dạng có thể là kinhkhí cầu, máy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ…

1.2 Các thành phần chính của hệ thống viễn thám

Hình 1.1 : Các thành phần của hệ thống viễn thám

Sóng điện tử được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tinchủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp các thông tin về các vậtthể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng xác định Đo lường vàphân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bở ảnh viễn thám, cho phép tách thông tinhữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vậtthể.

Nguồn năng lượng chính thường được sử dụng trong viễn thám là nguồn nănglượng mặt trời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được

bộ cảm biến đặt trên vật mang thu nhận

Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu nhận và

xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm củachuyên gia Cuối cùng dữ liệu, thông tin liên quan đến các vật thể, hiện tượng trên mặtđất sẽ được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như lâm nghiệp, địa chất, khítượng

Hình 1.2 : Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám

Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển sẽ bị cácphần tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tùy thuộc từng bước sóng cụ thể.Trong viễn thám người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sóng điện từ trong khíquyển vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điên từ với khí quyển sẽ có tácđộng mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận

1.3 Phân loại viễn thám

Sự phân biệt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố:

-Hình dáng quỹ đạo vệ tinh

-Độ bay cao của vệ tinh, thời gian còn lại của một quỹ đạo

-Dải phổ của các thiết bị thu

- Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận

1.3.1 Phân loại theo nguồn tín hiệu

Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn thám được chia làm hai loại: viễn thám chủđộng và viễn thám bị động

1.3.2 Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo

Có hai loại chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực(hay gần cực)

Hình 1.4 : Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải)

Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ quay bằng tốc độ quay của trái đất, nghĩa là

vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên

Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc sovới mặt phẳng xích đạo của trái đất Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay củatrái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trênmặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu là lặp lại đối với một vệ tinh Ví dụLandsat là 18 ngày, SPOT là 26 ngày

1.3.3 Phân loại theo dải sóng thu nhận

Theo bước sóng sử dụng có thể chia viễn thám thành ba loại cơ bản:

-Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

-Viễn thám hồng ngoại nhiệt

-Viễn thám siêu cao tần

Mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu đối với nhóm viễn thám trong dải sóngnhìn thầy và hồng ngoại Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 0,5μm Tưliệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thầy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ

bề mặt vật thể và bề mặt trái đất Các thông tin từ vật thể được xác định từ các phổphản xạ.

Viễn thám siêu cao tần sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ 1 đến vàichục centimet Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần chủ độngđược chủ động phát ra từ máy phát Kỹ thuật rada thuộc viễn thám siêu cao tần chủđộng Rada chủ động phát ra nguồn năng lượng tới các vật thể sau đó thu lại đượcnhững bức xạ, tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể

Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần bị động do chính vậtthể phát xạ Bức xạ kế siêu cao tần là bộ cảm thu nhận và phân tích bức xạ siêu cao tầncủa vật thể

1.4 Ứng dụng của công nghệ viễn thám

1.4.1 Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để thành lập bản đồ

Khi con người phóng các vệ tinh và các con tàu vũ trụ vào không gian, các nhàkhảo sát và bản đồ học đã mong một ngày nào có thể sử dụng các tấm ảnh chụp từ vũtrụ vào mục đích đo vẽ bản đồ Các kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng : có thể sửdụng tư liệu ảnh thu nhận bề mặt trái đất từ các con tàu vũ trụ để thành lập bản đồ tỷ lệ1: 250.000 và nhỏ hơn Tuy nhiên độ phân giải của chúng không thỏa mãn một số yêucầu của nội dung bản đồ cần thiết như thể hiện chính xác các con đường, các tuyếnđường sắt, các khu đô thị, và vẽ các cấu trúc nhân tạo trong đó

a Đối với tư liệu ảnh Landsat MSS, TM, ETM+

Ảnh Landsat MSS được sử dụng để tạo ra các sản phẩm bản đồ ảnh, một số loạibản đồ chuyên đề, cập nhật và hiện chỉnh các loại bản đồ cảnh quan, bản đồ bay, bảnđồ địa hình và đồng thời biên vẽ lược đồ nông sâu của biển

Ảnh Landsat TM có độ phân giải cao có thể đáp ứng công tác thành lập hoặchiệu chỉnh bản đồ tỷ lệ 1: 250.000 đến 1: 50.000

b Đối với ảnh SPOT, MAPSAT

Ở nhiều nước, người ta tiến hành nhiều thực nghiệm về công tác tăng dày và đo

vẽ bản đồ trên ảnh SPOT Nhìn chung đều có kết luận ảnh SPOT có thể sử dụng vẽ cácloại bản đồ tỷ lệ 1: 250.000 với khoảng cao đều từ 20 đến 25m

Ảnh đa phổ MAPSAT dùng để vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 50.000 với khoảng cao đều20m Độ phân giải mặt đất là 10m đối với ảnh toàn sắc và 30m đối với ảnh đa phổ

c Đối với tư liệu ảnh thu từ máy chụp ảnh vũ trụ quang học

Khi sử dụng ảnh vũ trụ được chụp từ các máy chụp ảnh quang học có thể đo vẽbản đồ tỷ lệ trung bình và nhỏ

1.4.2 Ứng dụng trong điều tra và quản lý tài nguyên môi trường

b Giám sát tài nguyên đất

Sử dụng viễn thám để giám sát tài nguyên đất qua việc thống kê và thành lập bảnđồ sử dụng đất, điều tra trạng thái mùa màng và thảm thực vật Xác định và phân loạicác vùng thổ nhưỡng, đánh giá mức độ thoái hóa đất, tác hại của xói mòn, quá trìnhmuối hóa Kết hợp qua phân tích viễn thám và điều tra thông tin ngoài thực địa điểnhình sẽ đưa cho ta kết quả chính xác

c Theo dõi chất lượng nước

Vấn đề ô nhiễm nước đang là vấn đề thời sự tại khu vực các thành phố lớn và dọctheo miền duyên hải Sử dụng kỹ thuật viễn thám trong việc theo dõi chất lượng nướcvà một số đặc trưng phản xạ, hấp thụ của nước Nước sạch bị hấp thụ ít nhất ở bướcsóng 0.5μm, nước chứa nhiều trầm tích lơ lửng bị hấp thụ ít nhất ở bước sóng 0.5 μm.Nhìn chung bức xạ trong dải sóng nhìn thấy tán xạ trong lòng nước tạo thành cho nướctrong có màu chàm tiêu biểu, nhưng do bị các trầm tích lơ lửng hấp thụ nên nước đụcthường có màu lục hoặc màu vàng trên các ảnh tổ hợp màu chuẩn

1.4.3 Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu địa chất

Mục đích chính của việc áp dụng kỹ thuật viễn thám trong địa chất là phát hiện,xác định và lập bản đồ các yếu tố trên bề mặt hoặc gần bề mặt của vỏ trái đất dựa trêncác ưu điểm của tư liệu viễn thám như tính tổng quan khu vực, tính phổ Các tư liệuviễn thám được giải đoán nhằm khai thác các thông tin về thành phần thạch học, các

hệ thống cấu trúc, các yếu tố địa hình địa mạo, các hệ thống thủy văn

Các tư liệu như ảnh máy bay được sử dụng trong nghiên cứu bởi nó có độ phângiải cao và cho phép quan sát lập thể Được sử dụng trong giải đoán ảnh.

Các tư liệu hồng ngoại nhiệt được sử dụng chủ yếu trong nghiên cứu các đới địanhiệt và những đối tượng liên quan Sử dụng giải đoán trực tiếp hoặc ứng dụng trong

mô hình địa nhiệt

Các dữ liệu siêu cao tần cũng được ứng dụng trong nghiên cứu địa chất bởi cácđặc tính như quan sát trong mọi thời tiết, không bị ảnh hưởng bở sương mù, hơi nướcđậm đặc Các dữ liệu này còn cho phép nghiên cứu xuyên sâu xuống lòng đất và vượtqua lớp phủ thực vật dày đặc, tiêu biểu cho các vùng khí hậu nhiệt đới

1.5 Tìm hiểu về vệ tinh viễn thám Landsat

1.5.1 Giới thiệu

Vệ tinh LANDSAT là tên chung cho hệ thống các vệ tinh chuyên dùng vào mụcđích thăm dò tài nguyên Trái Đất Thế hệ đầu tiên của vệ tinh LANDSAT mang tên Vệtinh công nghệ tài nguyên Trái đất (Earth Resouress Technology Satellite – ERTS),đến năm 1975, được đổi tên thành LANDSAT Vệ tinh ERTS - 1 được phóng vàongày 23/6/1972 Sau đó NASA đổi tên chương trình ERTS thành LANDSAT, ERTS -

1 được đổi tên thành LANDSAT 1 Cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh LANDSATđược thực hiện, trong đó có 7 vệ tinh được phóng thành công lên quỹ đạo Ảnh vệ tinhLANDSAT với đặc điểm độ phân giải không gian trung bình, số lượng kênh phổtương đối lớn, giá thành hạ, thậm chí miễn phí trở thành nguồn tư liệu phong phú vàquý giá trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường

Landsat 6 05/3/1993 Bị hỏng ngay khi phóng ETM

Landsat 8 11/02/2013 Đang hoạt động OLI và TIRS

(Nguồn: http://landsat.org.vn)

Tư liệu vệ tinh Landsat là tư liệu viễn thám đang được sử dụng rộng rãi trên toànthế giới và Việt Nam

Hình 1.5 : Vệ tinh Landsat 7(trái) và Vệ tinh Landsat 8(phải)

Hiện nay, ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lượng kênh phổ và độ phân giảikhác nhau Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM được thu từ vệ tinh Landsat 4, Landsat 5và ảnh Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat 7 được sử dụng phổ biến nhất

Ảnh Landsat TM gồm 6 kênh phổ nằm trên dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại với

độ phân giải không gian 30m×30m và một số giải phổ hồng ngoại ở kênh 6, độ phângiải 120m×120m để đo nhiệt độ bề mặt

Bảng 1.2 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat TM

TM

Landsat

Độ phân giải không gian

Số dòng quét Số bit

Độ phủ cảnh của TM4-TM7

185 x 185 km10% chồng phíatrước, 8% hai rìa

cao hơn (60m×60m) và có thêm toàn sắc (Pan) với độ phân giải không gian là 15m×

15m

Bảng 1.3 : Thông tin kênh phổ của ảnh Landsat ETM+

Bộ cảm biến Kênh ảnh Khoảng phổ Kích thước

vùng quét

Độ phân giải không gian

LDCM mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI - Operational LandImager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS - Thermal Infrared Sensor) Những bộcảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảmLandsat trước

So với Landsat 7, LDCM có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh vàchu kỳ lặp lại (16 ngày) Tuy nhiên, ngoài các dải phổ tương tự Landsat 7, bộ cảm OLIthu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải phổ mới nhằm phục vụ quan sát mây ti và quan sát chấtlượng nước ở các hồ và đại dương nước nông ven biển cũng như sol khí Bộ cảm TIRsthu nhận dữ liệu ở 2 dải phổ hồng ngoại nhiệt, phục vụ theo dõi tiêu thụ nước, đặc biệt

ở những vùng khô cằn thuộc miền tây nước Mỹ

Bảng 1.4 : Một số thông tin kênh phổ của ảnh Landsat 8

(micrometers)

Độ phân giải (meters) LDCM – Band 1 - Coastal aerosol 0.433 - 0.453 30

0.845 - 0.885 30

Band 6 - SWIR 1 1.560 - 1.660 30Band 7 - SWIR 2 2.100 - 2.300 30Band 8 - Panchromatic 0.500 - 0.680 15Band 9 - Cirrus 1.360 - 1.390 30Band 10 - Thermal Infrared

1.5.2 Ứng dụng của anh Landsat

Hiện nay, ở Việt Nam các cơ quan ứng dụng viễn thám sử dụng nhiều loại tư liệuảnh vệ tinh, trong số đó các tư liệu ảnh LANDSAT, MODIS, SPOT,…là phổ biến Các

tư liệu này mới được ứng dụng cho việc điều tra nghiên cứu các đối tượng trên đất liềnnhư để hiện chỉnh bản đồ tại Trung tâm Viễn thám, lập bản đồ địa chất tại Cục Địachất Việt Nam, Viện nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản, sử dụng trong quản lý tổnghợp vùng bờ ở Cục Bảo vệ Môi trường Tại các cơ quan ngoài Bộ, các tư liệu viễnthám được sử dụng tại các Viện nghiên cứu và một số trường Đại học Tuy nhiên, việcứng dụng các tư liệu này chủ yếu cho việc quan sát sử dụng đất, môi trường, đô thị.Cũng có một số thí nghiệm ảnh viễn thám nghiên cứu về biển nhưng lẻ tẻ, chủ yếu tậptrung ở một số địa điểm ven bờ như Hải Phòng, Quảng Ninh, Nha Trang, Vũng Tàu

Có một số đề tài nghiên cứu ứng dụng ảnh MODIS nghiên cứu các thông số trườngnhiệt độ, sóng thì mới chỉ làm ví dụ chưa được kiểm chứng nghiêm túc

Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau như việcđiểu tra và giám sát tài nguyên đất, tài nguyên nước và môi trường; trong địa chất,trong nông nghiệp, lâm nghiệp và trong nghiên cứu chuyên đề về biển; ứng dụng nhiềutrong lĩnh vực tìm kiếm nước ngầm, quy hoạch đô thị, theo dõi biến động của môitrường… Với các thế hệ vệ tinh Landsat được trang bị các loại bộ cảm MSS, TM (của

vệ tinh Landsat 4,5), ETM+ (của vệ tinh Landsat 7) hay bộ thu nhận ảnh mặt đất OLIvà bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt TIRS (cuả vệ tinh Landsat 8) như hiện nay thì khả

năng ứng dụng của ảnh vệ tinh Landsat chắc chắn sẽ rất đa dạng Dưới đây là đề tàithống kê những ứng dụng chính của ảnh Landsat trong các nghiên cứu:

Bảng 1.5 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat TM

(cận hồng ngoại)

Xác định loại cây trồng, vùng có và không thực

vật, độ ẩm của đất, sinh quyển

TM5 1,55 - 1,75 (hồng

ngoại sóng ngắn)

Cảm nhận độ ẩm của đất và thực vật, phân biệt

vùng bao phủ bởi mấy tuyết

(hồng ngoại nhiệt)

Phân biệt độ ẩm của đất, sự dày đặc của rừng,thành lập bản đồ nhiệt, xác định cháy rừngTM7 2,08 - 2,35

(hồng ngoại sóngngắn)

Phân biệt các loại đá và khoáng sản, hàm lượng

(cận hồng ngoại)

Dùng xác định các kiểu thực vật, trạng thái và

sinh khối, độ ẩm của đất

ETM+5 1,55 - 1,75

2,08 - 2,35

Được sử dụng để xác định độ ẩm của thực vật vàđất, nghiên cứu về đá khoáng, tách tuyết và mây

(hồng ngoạisóng ngắn)ETM+6 10,4 - 12,5

(hồng ngoại nhiệt)

Được dùng để xác định thời điểm thực vật bị sốc,

độ ảm của đất và thành lập bản đồ nhiệt đọ.ETM+7 0,52 - 0,90

(toàn sắc)

Với độ phân giải thấp và giải phổ liên tục, ảnh củakênh này được sử dụng để chồng ghép với cáckênh ảnh khác, từ đó chính xác hơn

( Theo Climategis.com )

Bảng 1.7 : Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat 8

Kênh 6 1,56-1,66

(Sóng ngắn hồngngoại SWIR 1)

Được dùng để phân biệ độ ẩm của đất và thực vật, xuyên qua được các đám mây mỏng

Kênh 7 2,1-2,3

(Sóng ngắn hồngngoại SWIR 2)

Phản ánh rõ nét về độ ẩm của đất và thực vật hơn kênh 6

(Nguồn: Cách đọc ảnh trong viễn thám – Trường đại học KHTN)

Ảnh vệ tinh được xem là nguồn dữ liệu tốt nhất, đặc biệt khi ta cần tính toán ởtầm phủ lớn Ảnh Landsat có những ưu điểm và nhược điểm sau:

Ưu điểm của ảnh vệ tinh Landsat:

-Khả năng phân giải phổ tốt, khả năng phân giải không gian 30m×30m và caohơn có thể tới 1m×1m ảnh Landsat là ảnh số nên thích hợp cho việc xử lý bằng cácthiết bị xử lý ảnh số hiện đại, cho phép đưa ra nhiều loại sản phẩm ảnh mà phươngpháp tương tự không thực hiện được.

-Sản phẩm Landsat được phát hành dưới dạng số và dạng phim ảnh với mức độ

xử lý nhiễu và xử lý hình học khác nhau để dễ dàng tiện lợi trong việc sử dụng ẢnhLandsat sử dụng có hiệu quả trong địa chất, trong nông nghiệp, lâm nghiệp và trongnghiên cứu chuyên đề về biển

Nhược điểm của ảnh vệ tinh Landsat:

-Hạn chế chủ yếu của ảnh Landsat là chưa có ảnh lập thể

-Ảnh Landsat 7 khi tải về để sử dụng thường bị lỗi kẻ dọc

-Dữ liệu ảnh Landsat có độ phân giải thời gian thấp (do chu kì lặp là 16 ngày,một tháng có hai cảnh ảnh, có những tháng có một cảnh ảnh mà có trường hợp ảnh lại

bị nhiều mây thì sẽ không sử dụng được)

Hiện nay, vệ tinh Landsat có độ che phủ tương đối lớn nhằm mở rộng khả năngtiếp cận nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat nhằm phục vụ các mục đích theo dõi vàgiám sát tài nguyên, môi trường

Hình 1.6 : độ che phủ của ảnh vệ tinh Landsat trên quy mô toàn cầu

(Nguồn : oceanrs.com)

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN

ĐỘNG ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT

2.1 Tiền xử lý ảnh vệ tinh

Ảnh viễn thám sau khi thu nhận từ ảnh vệ tinh thông thường vẫn tồn tại nhiều sai

số Sai số của ảnh viễn thám là những yếu tố làm sai lệch giá trị phổ hoặc đặc điểmhình học của ảnh Do vậy, để có thể sử dụng trong các bài toán cụ thể, một yêu cầu bắtbuộc là phải tiền xử lý ảnh viễn thám

2.1.1 Hiệu chỉnh bức xạ

Tất cả các tư liệu số hầu như bao giờ cũng phải chịu một mức độ nhiễu xạ nhấtđịnh Để loại trừ các nhiễu này cần phải thực hiện một số phép tiền xử lý Khi thu cácbức xạ từ mặt đất trên các vật mang vũ trụ, người ta thấy chúng có một số khác biệt sovới trường hợp quan sát cùng đối tượng đó ở khoảng cách gần Điều này chứng tỏ ởkhoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu nhất định do góc nghiêng và độ caomặt trời gây ra…Chính vì vậy để bảo đảm được sự tương đồng nhất định về mặt bứcxạ cần phải hiệu chỉnh ảnh

Các nguồn nhiễu bức xạ gồm 3 nhóm chính sau:

Hình 2.1 : Các nguồn nhiễu bức xạ

Các nguồn nhiễu do biến đổi nhạy của bộ cảm

Trong trường hợp các bộ cảm thuần túy quang học bao giờ cũng xảy ra trườnghợp cường độ bức xạ tại tâm ảnh lớn hơn tại các góc Hiện tượng này gọi là hiện tượnglàm mờ ảnh Đây là một sai lệch không thể tránh khỏi các hệ quang học Khi sử dụngcác bộ cảm quang điện tử thì sự chênh lệch giữa cường độ bức xạ trước ống kính vàcường độ mà thiết bị thực sự ghi nhận cũng là một đại lượng cần đưa vào quá trìnhhiệu chỉnh

Các nguồn nhiễu do địa hình và góc chiếu của mặt trời

-Bóng chói mặt trời:

Bản thân mặt trời tạo bóng chói của mình trên mặt đất dưới dạng một vùng sánghơn những vùng khác Ảnh hưởng của bóng chói mặt trời có thể hiệu chỉnh bằng cáchước tính đường cong bóng râm dựa trên việc phân tích chuối Fourier để tách các thànhphần sóng có tần sóng thấp

-Bóng che:

Bóng che là hiện tượng che khuất nguồn bức xạ do bản thân địa hình (vùng đồi,núi, nhà cao tầng…) Để có thể hiệu chỉnh nó cần có số liệu mô hình số địa hình DEMvà tọa độ vật mang tại thời điểm thu tín hiệu (xác định góc giữa tia bức xạ và vectortrực giao với bề mặt địa hình)

-Góc chiếu mặt trời:

Góc chiếu mặt trời do nguyên nhân vị trí tương đối của Trái đất với mặt trời thayđổi theo thời gian trong ngày và mùa trong năm, làm cho vùng Bắc bán cầu có đứngcủa mặt trời vào mùa đông nhỏ hơn mùa hạ Gây hiệu ứng làm ảnh chụp cùng khu vựcvào các mùa khác nhau sẽ có cường độ chiếu sáng khác nhau Biện pháp loại trừ bằngcách hiệu chỉnh dựa trên góc tới của mặt trời

Các nguồn nhiễu do trạng thái khí quyển

Rất nhiều các hiệu ứng khí quyển khác nhau như hấp thụ, phản xạ, tán xạ…ảnhhưởng tới chất lương ảnh thu được Người ta thường sử dụng các mô hình khí quyển

để mô phỏng trạng thái khí quyển và áp dụng các quy luật quang hình học và quangkhí quyển để giải quyết vấn đề này

2.1.2 Hiệu chỉnh hình học

Biến dạng hình học của ảnh được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa tọa độ ảnh thực

tế (đo được) và tọa độ ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình họcchính xác và trong điều kiện thu nhận lý tưởng, nhằm loại trừ sai số giữa tọa độ ảnhthực tế và tọa độ ảnh lý tưởng cần phải tiến hành hiệu chỉnh hình học

Nguyên nhân gây biến dạng hình học gồm:

-Nội sai : bởi tính chất hình học của bộ cảm biến

-Ngoại sai : bởi vị thế của vật mang và hình dáng của vật thể (địa hình)

-Ngoài ra, sự thay đổi địa hình cũng gây nên biến dạng hình học của ảnh Tuynhiên khi mặt đất có sự chênh cao lớn thì khoảng cách trên ảnh trở nên lớn hơn Ảnhhưởng do sự thay đổi địa hình gây nên biến dạng tăng dần từ tâm ảnh ra các biên, cácđiểm trên mặt đất có độ cao thấp hay cao hơn độ cao chuẩn tham chiếu (trong lúc chụpảnh) đều bị biến dạng

Hiệu chỉnh hình học phải được thực hiện để loại trừ sự biến dạng về mặt hìnhhọc của ảnh Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng mối tương quan giữa tọa

độ ảnh và hệ tọa độ quy chiếu chuẩn (có thể là hệ tọa độ mặt đất vuông góc hoặc địalý) dựa vào các điểm khống chế mặt đất, vị thế của Sensor, điều kiện khí quyển

Các bước hiệu chỉnh hình học :

Hình 2.2 : Các bước hiệu chỉnh hình học

+ Hiệu chỉnh phối hợp (Combined method) : chỉnh hệ thống loại trừ nội sai, sau

đó dùng đa thức bậc thấp phân loại sai số còn lại (±1 pixel)

-Xác định các thông số và kiểm tra độ chính xác: Sau khi đăng ký tọa độ ảnh, độchính xác của việc hiệu chỉnh hình học cần phải kiểm tra bởi các cặp điểm GCP màkhông tham gia trong quá trình chuyển đổi (điểm kiểm tra) Nếu độ chính xác khôngthỏa mãn tiêu chuẩn yêu cầu (sai số 1 pixel) thì phải kiểm tra lại dữ liệu tọa độ đượcnhập trong quá trình chuyển đổi hoặc chọn mô hình tính khác sao cho kết quả đạt đượclà tốt nhất

-Nội suy và tái chia mẫu: là giai đoạn cuối cùng của hiệu chỉnh hình học, vì ảnhsau khi hiệu chỉnh sẽ có sự thay đổi vị trí nên giá trị độ sáng của các pixel cần phảiđược tính và gán lại theo vị trí mới Phương pháp nội suy và tái chia mẫu nhằm xácđịnh giá trị độ sáng của các pixel trên ảnh đã hiệu chỉnh từ các giá trị độ sáng của cácpixel trên ảnh gốc Như chúng ta đã biết, ảnh số có thể được xem như là mảng giá trị

độ xám được lưu trữ trong máy tính, vì vậy việc nắn chỉnh ảnh số là sự thay đổi vị trícủa các con số này và hiển thị giá trị độ xám của các pixel nằm trong mảng sắp xếpcủa ảnh số Sự biến đổi này dựa trên hàm số chuyển đổi tọa độ và các phương pháp táichia mẫu được lựa chọn thích hợp

-Các thuật toán sau đây thường được sử dụng trong thực tế để nội suy lại giá trị

độ xám của các pixel:

+ Người láng giềng gần nhất: là phương pháp đơn giản nhất, nhanh và bảo đảmkhông có các giá trị ngoại lai Trong phương pháp này, giá trị của các pixel trên ảnh đãhiệu chỉnh được nội suy theo giá trị độ sáng của các pixel lân cận trong ảnh gốc

+ Tuyến tính kép: việc nội suy tuyến tính dựa trên 4 pixel trên ảnh gốc bao quanh

vị trí của pixel trên ảnh đã hiệu chỉnh, ảnh được tạo ra sẽ có độ tương phản dịu hơn.+ Hàm bậc ba: là phương pháp nội suy dựa trên 16 pixel trên ảnh gốc bao xung

quanh vị trí của pixel trên ảnh đã hiệu chỉnh Mặc dù tốc độ tại chia mẫu là chậm nhất

so với hai phương pháp trên nhưng kết quả nói chung là tốt nhất

2.2 Xác định độ che phủ thực vật

2.2.1 Xác định chỉ số thực vật

Chỉ số thực vật được chuẩn hóa sự khác biệt (NDVI – Normalized DifferenceVegetation Index) là một đại lượng thay thế về số lượng thực vật và điều kiện sống.Chỉ số này liên kết với đặc điểm độ che phủ của thực vật như sinh khối, chỉ số diệntích là và phần trăm thực phủ giúp đánh giá trạng thái sinh trưởng và phát triển của câytrồng, làm cơ sở số liệu để dự báo sâu bệnh, hạn hán, diện tích năng suất và sản lượngcây trồng…

Chỉ số thực vật NDVI được xác định dựa trên sự phản xạ khác nhau của thực vậtthể hiện giữa kênh phổ thấy được và kênh phổ cận hồng ngoại, dùng để biểu thị mức

độ tập trung của thực vật trên mặt đất

Chỉ số thực vật NDVI được tính toán theo công thức:

NDVI = NIR−R NIR+R

NIR : kênh phổ cận hồng ngoại

R : kênh phổ thấy được

Giá trị của NDVI là dãy số từ -1 đến +1:

-Giá trị NDVI thấp thể hiện nơi đó NIR và R có độ phản xạ gần bằng nhau, chothấy khu vực đó độ phủ thực vật thấp

-Giá trị NDVI cao thể hiện nơi đó NIR có độ phản xạ cao hơn của R, cho thấykhu vực đó độ phủ thực vật tốt

-Giá trị NDVI có giá trị âm cho thấy ở đó Vi có độ phản xạ cao hơn độ phản xạcủa R, nơi đây không có thực vật, là những thể mặt nước hay do mây phủ

Hình 2.3 : Giá trị chỉ số NDVI đối với thực vật tươi tốt (trái) và héo úa (phải)

2.2.2 Xác định độ che phủ thực vật

Độ che phủ thực vật (fractional vegetationcover - FVC) được định nghĩa là tỷ lệdiện tích thực vật (bao gồm lá, cành và thân cây) chiếu xuống trên một đơn vị diện tích[7] Độ che phủ thực vật, FVC, là thông số quan trọng khắc họa mức độ che phủ thựcvật trên bề mặt trái đất FVC có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu môi trường sinhthái như nghiên cứu quy luật phân bố và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố củathảm thực vật trên bề mặt trái đất, phân tích đánh giá môi trường sinh thái, giám sát sựbiến động lớp thực phủ bề mặt một cách chính xác và kịp thời, phân tích xu thế pháttriển của thảm thực vật đối với việc bảo vệ cân bằng sinh thái [6]

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật viễn thám, nhiều nghiên cứu gầnđây đã chứng minh kỹ thuật viễn thám là phương pháp hiệu quả trong xác định FVCTrong đo có phương pháp mô hình phân giải pixel hỗn hợp tuyến tính (Linear spectralmixture model – LSMM), tổng quát do Van đề xuất thể hiện bởi công thức [7]:

R k=∑

i=1

n

f i r i ,k + e k (1)

Trong đó: R k là giá trị phản xạ phổ của kênh k

n là số lượng các đối tượng thuần trong một pixel hỗn hợp

f i là tỷ lệ của đối tượng thuần i trong một pixel hỗn hợp

r i , k là giá trị của phản xộ phổ của đối tượng thuần i tại kênh k trong pixel hỗn hợp

e k là phần dư khớp mô hình tại kênh k

Các đối tượng thuần trong pixel hỗn hợp phải thỏa mãn điều kiện:

ba đối tượng này cống hiến Tỷ lệ về diện tích của các đối tượng thuần (nước, thực vậthoặc thổ nhưỡng) trên diện tích của một pixel được coi là trọng số Trong đó, tỷ lệphần trăm của phần thực vật bao phủ trong một pixel chính là độ che phủ thực vật củapixel đó Độ che phủ thực vật được xác định theo công thức :

f =( NDVI −NDVI s

¿ ¿2 (3)Trong đó: f: là tỷ lệ thực vật trong một pixel hỗn hợp, chính là độ che phủ thực vật

NDVI s : là NDVI của thổ nhưỡng

NDVI v : là NDVI của thực vật tương ứng

NDVI : là NDVI của pixel hỗn hợp và được xác định bởi công thức sau :

NDVI = δ NIR−δ¿

δ NIIR+δ¿ (4)Trong đó δ NIIR , δ¿ lần lượt là giá trị của phản xạ phổ kênh cận hồng ngoại và kênhđỏ

Việc xác định NDVI v v à NDVI s là điều khó khăn, đồng thời tồn tại nhiều tính bấtđịnh do chúng chịu ảnh hưởng của các loại thổ nhưỡng, các loại thực vật khác nhau,hàm lượng chất diệp lục và các yếu tố khác Trong nghiên cứu này, NDVI v và NDVI s

được xác định từ kết quả nghiên cứu của Sobrino [6] Khi đó, nếu NDVI > 0.5 thìpixel đó được coi là hoàn toàn bao phủ bởi thực vật (đối tượng thuần thực vật), độ chephủ thực vật = 1 Nếu NDVI < 0.2 thì pixel đó được coi là hoàn toàn bao phủ bởi thổ

nhưỡng (đối tượng thuần thổ nhưỡng), độ che phủ thực vật = 0 Nếu 0.2<NDVI < 0.5thì độ che phủ thực vật được xác định theo công thức (4).

2.3 Đánh giá biến động độ che phủ thực vật

Biến động được hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay đổi trạng thái (diện tích hìnhthái) này sang trạng thái khác của sự vật hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiêncũng như xã hội Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự thay đổi, sự khác biệt vềtrạng thái của sự vật, hiện tượng bằng quan sát chúng tại những thời điểm khác nhau

Ta có thể đánh giá biến động độ che phủ thực vật bằng phương pháp thành lậpbản đồ biến động bằng tư liệu viễn thám và kết hợp với GIS Sử dụng phương phápviễn thám để chiết xuất thông tin lớp phủ bề mặt khu vực nghiên cứu cùng các tài liệukhác xác định hiện trạng độ che phủ thực vật Sử dụng hệ thống thông tin địa lý nhằmphân tích, đánh giá biến động độ che phủ thực vật

Dữ liệu viễn thám mang thông tin phong phú về hiện trạng lớp phủ bề mặt và cónhiều cách tiếp cận khác nhau để chiết xuất các thông tin về hiện trạng lớp phủ bề mặt

từ viễn thám Quá trình chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám là một quá trình chuyểnđổi thông tin ảnh thành các thông tin có ý nghĩa đối với người sử dụng Việc chiết xuấtthông tin được tiếp cận theo cả hai hướng: không gian và thời gian

-Tiếp cận theo không gian cho phép chiết xuất thông tin từ ảnh ở nhiều quy mô:pixel

-Tiếp cận theo thời gian đánh giá biến động bề mặt lớp phủ từ các ảnh viễn thámchụp qua các thời gian

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐỘ CHE PHỦ THỰC VẬT HUYỆN ĐÔNG ANH, THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2005-2015

3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu

3.1.1 Vị trí địa lý

Đông Anh là một huyện ngoại thành nằm ở vị trí cửa ngõ phía Bắc của Thủ đôHà Nội với diện tích tự nhiên là 18.230 ha (182,3 km²) Đông Anh có 1 thị trấn và 23

xã, có rảnh giới tự nhiên với các quận huyện khác ở Hà Nội chủ yếu là các con sống,

đó là sông Hồng, sống Đuống ở phía Nam huyện, là ranh giới giữa Đông Anh với khuvực nội thành và sông Cà Lồ ở phía Bắc huyện, là ranh giới giữa Đông Anh với huyệnSóc Sơn Cụ thể địa giới hành chính của huyện Đông Anh được xác định như sau:

- Phía Bắc giáp huyện Sóc Sơn, Hà Nội

- Phía Nam giáp sông Hồng giáp với quận Tây Hồ và quận Bắc Từ Liêm

- Phía Đông bắc giáp huyện Yên Phong và thị xã Từ Sơn thuộc tỉnh Bắc Ninh

- Phía Tây giáp huyện Mê Linh, Hà Nội

Hình 3.1 : Bản đồ Đông Anh

Với diện tích tự nhiên khá rộng, lại nằm hoàn toàn ở khu vực phía Bắc sôngHồng nên Đông Anh đã được Chính phủ và Thành phố Hà Nội phê duyệt, là đấu mốigiao thông quan trọng nối Thủ Đô Hà Nội với các Tỉnh phía Bắc trong vùng quy hoạchphát triển công nghiệp, đô thị, dịch vụ và du lịch