BÁO CÁO THỰC TẬP Viễn thám và GIS

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương I: Khái quát biến đông lớp phủ bề mặt của Hà Nội 3 1.1 Khái niệm và một số hệ phân loại của lớp phủ 3 1.1.1 Khái niệm về lớp phủ mặt đất: 3 1.1.2 Hệ phân loại của lớp phủ mặt đất 3 1.2 Các phương pháp nghiên cứu 4 1.2.1 Biến động lớp phủ mặt đất 4 1.2.2 Nguyên nhân biến động 4 1.2.3 Các phương pháp nghiên cứu biến động 4 Chương II: Giới thiệu khái quát về phần mềm ENVI và ARGIS 7 2.1 Tổng quan về ENVI 7 2.2 Phần mềm ENVI và các thao tác cơ bản trong xử lý ảnh 12 2.3 Tổng quan về ARGIS 31 2.3.1 Khái niệm 31 2.3.2 Chức năng 31 2.3.3 Các loại arcgis 31 Chương III: Ứng dụng Arcgis biên tập bản đồ hiện trạng biến động lớp phủ 35 3.1 Khởi động ArcMap 35 3.2 Biên tập bản đồ trên phần mềm ARCGIS 42 Chương IV: Kết quả 49 4.1 Kết quả quá trình phân loại và xử lý sau phân loại 49 4.1.1 kết quả quá trình phân loại năm 2005 49 4.1.2 kết quả quá trình phân loại năm 2015 51 4.2 Kết quả thống kê biến động 52 4.3 Nhận xét 52 4.4 Cảm nhận và đóng góp ý kiến 53  

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến nhà trường cùng thầy côkhoa Trắc địa bản đồ – trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội đã tổchức, tạo điều kiện và hướng dẫn chúng em trong đợt thực tập môn đo ảnh viễnthám và GIS từ ngày 22/5/2016 Chúng em cũng xin đặc biệt gửi lời cảm ơn đến

cô Phạm Thương Huyền và cô Nguyễn Thị Thúy Hạnh đã tận tình chỉ bảo chúngem

Môn thực tập đo ảnh viễn thám và GIS giới thiệu, giúp ta làm quen với 2phần mềm phổ biến hiện nay là phần mềm ENVI và ArcGIS

Phần mềm ENVI - Environment for Visualizing Images là một phần mềm

xử lý ảnh viễn thám mạnh, với các đặc điểm chính như sau: Hiển thị, phân tíchảnh với nhiều kiểu dữ liệu và kích cỡ ảnh khác nhau Môi trường giao diện thânthiện Cho phép làm việc với từng kênh phổ riêng lẻ hoặc toàn bộ ảnh Khi mộtfile ảnh được mở, mỗi kênh phổ của ảnh đó có thể được thao tác với tất cả cácchức năng hiện có của hệ thống Phần mềm ENVI được viết trên ngôn ngữ IDL –Interactive Data Language Đây là ngôn ngữ lập trình cấu trúc, cung cấp khảnăng tích hợp giữa xử lý ảnh và khả năng hiển thị với giao diện đồ hoạ dễ sửdụng

ArcGIS là dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) củaESRI Tùy mức độ đăng ký bản quyền mà ArcGIS sẽ ở dạng ArcView,ArcEditor, ArcInfo Trong đó ArcInfo có chi phí bản quyền lớn nhất và nhiềuchức năng nhất ArcGIS là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giảipháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thôngtin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hayCSDL của các doanh nghiệp Nó được sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau

và có khả năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác

ENVI và ArcGIS là 2 phần mềm phổ biến được sử dụng nhiều trong quátrình thành lập các loại bản đồ hiện nay 2 phần mềm này có khả năng kết nối vớinhau cho phép dễ dàng tích hợp kết quả phân tích ảnh vào cơ sở dữ liệu và quytrình ứng dụng bản đồ GIS

Trong giới hạn của môn thực tập “Viễn thám và GIS” chúng ta nghiên cứunhững vấn đề sau:

- Nghiên cứu lý thuyết về thực phủ, viễn thám và GIS

- Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh, các số liệu thống kê Từ đó tiến hành giải đoánthành lập bản đồ thực phủ Rút ra các kết luận về kết quả đạt được và đánh giáphương pháp thực hiện

Mục tiêu đề tài

- Mục tiêu của đề tài là nâng cao vai trò của tư liệu viễn thám nói chung và ảnh

viễn thám độ phân giải cao nói riêng trong việc nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất Các mục tiêu của đề tài là: - Nghiên cứu hiện trạng lớp phủ mặt đất khu vực có sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao

- Đưa ra xu thế biến động một số yếu tố lớp phủ bề mặt như: đất nông nghiệp, đất ở và xây dựng, đất bằng chưa sử dụng, mặt nước

- Xác định, đánh giá được hiện trạng và diễn biến mặt nước tự nhiên của Thành phố Hà Nội từ năm 2005 đến nay

1.1 Khái niệm và một số hệ phân loại của lớp phủ

1.1.2Hệ phân loại của lớp phủ mặt đất

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng thông tin lớp phủ mặt đất và đảm bảo tính thống nhất về nội dung thông tin, người ta xây dựng các

hệ phân loại lớp phủ mặt đất

Hệ phân loại lớp phủ mặt đất đã có dựa trên nguyên tắc sau:

- Hệ phân loại dễ hiểu, dễ hình dung phân chia đối tượng bề mặt thành các nhóm chính theo trạng thái vật chất của các đối tượng như mặt nước, mặt đất, lớp phủ thực vật, đất nông nghiệp, bề mặt nhân tạo

- Phù hợp với khả năng cung cấp thông tin của tư liệu viễn thám

- Hệ thống phân loại áp dụng được cho nhiều vùng rộng lớn

- Hệ thống phân loại phân chia các đối tượng theo các cấp bậc

1.2 Các phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Biến động lớp phủ mặt đất

- Biến động được hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái (diện tích, hình thái) này sang trạng thái khác của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như xã hội

1.2.2 Nguyên nhân biến động

Các nguyên nhân chính dẫn đến biến động lớp phủ mặt đất gồm:

- Sự thay đổi đa dạng của tự nhiên

- Vấn đề con người

- Vấn đề chính sách, thể chế

- Vấn đề kinh tế và công nghệ

- Vấn đề văn hóa

- Vấn đề toàn cầu hóa

1.2.3 Các phương pháp nghiên cứu biến động

1.2.3.1 Phương pháp so sánh sau phân loại

- Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại bởi sử dụng các phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng của hai thời điểm khác nhau, thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất tại hai thời điểm Sau đó, chồng ghép bản đồ lớp phủ để tính toán, thành lập bản đồ biến động sử dụng công nghệ GIS

1.2.3.2 Phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian

- Phương pháp này thực chất là chồng xếp các ảnh đa thời gian của một khu vực, tạo thành ảnh biến động sử dụng phần mềm xử lý ảnh Sau đó tiến hànhphân loại trên ảnh biến động và thành lập bản đồ biến động

1.2.3.3 Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ

- Khi có sự biến động tại một điểm nào đó, sự thay đổi đó được thể hiện

Bản đồ lớp phủ thành phố Hà Nội (9 quận nội thành) năm 1980 thu nhỏ

từ tỷ lệ 1 : 25 000

Bản đồ lớp phủ thành phố Hà Nội (9 quận nội thành) năm 2010 thu nhỏ

từ tỷ lệ 1 : 25 000

Chương II:Giới thiệu khái quát về phần mềm ENVI và ARGIS

2.1 Tổng quan về ENVI

1 Khởi động phần mềm ENVI:

Kích đúp vào biểu tượng ENVI trên màn hình, phần mềm sẽ được kích hoạt

và xuất hiện 1 thanh thực đơn lệnh ENVI và cửa sổ IDL Development Environment Chúng ta sẽ chỉ thao tác với các công cụ sẵn có trên thanh thực đơn lệnh ENVI

2 Mở một file ảnh:

Chọn File\Open Image File (hình 1.1)

Hộp thoại Enter Input Data File xuất hiện cho phép chọn file ảnh cần mở.

Có hai cách để hiển thị ảnh đó là hiển thị ảnh đơn sắc (đen - trắng) và tổhợp Màu:

1 Mở ảnh đơn sắc: Chọn vào ô tùy chọn Gray Scale sau đó chọn một kênh

cần hiển thị bằng cách kích trái chuột vào tên kênh trong hộp thoại Available Bands List Tên kênh này sẽ xuất hiện ngay trong ô Selected Band Nhấn phím, kích chuột vào Load Band để hiển thị ảnh cần mở.

2 Mở ảnh tổ hợp màu: Chọn vào ô tùy chọn RGB Color, sau đó chọn cáckênh tương ứng với các bước sóng đỏ (R), lục (G), lam (B) trong phần SelectedBands rồi kích Load Band để hiển thị ảnh (Hình 1.2)

3

3 Mở khung cửa sổ hiển thị ảnh:

Khi một ảnh đã được mở trong ENVI, có ba cửa sổ sẽ hiển thị lên màn hình

(hình 1.3): Image Window, Scroll Window và Zoom Window Ba cửa sổ này

được liên kết chặt chẽ với nhau, việc thay đổi ở cửa sổ này sẽ kéo theo nhữngthay đổi tương ứng ở các cửa sổ còn lại

Tất cả các cửa sổ đều có thể thay đổi kích thước bằng cách chọn và kéochuột trái ở góc cửa sổ hiển thị

Hình 1.3 Ba cửa sổ hiển thị ảnh.

1 4 Xem định dạng file ảnh:

2Để biết ảnh được lưu ở định dạng nào ta chọn vào ảnh cần xem và quan sát

trong ô Dims trên hộp thoại Available Bands) Giá trị trên ô này có ý nghĩa như

sau: 2 số đầu cho biết số dòng, số cột của ảnh, đơn vị trong ngoặc tròn chỉ ra đơn

vị tính dung lượng ảnh, và cuối cùng trong ngoặc vuông chính là khuôn dạng dữliệu ảnh được lưu trữ

Hình 1.4 khuôn dạng dữ liệu ảnh được lưu trữ.

5 Xem thông tin tọa độ của ảnh:

Trên cửa sổ Available Bands List ta chú ý thấy dưới mỗi ảnh được mở đều

có phần Map Info thông tin về tọa độ của ảnh (hình 1.2) Nhấn chuột trái để sổ

nội dung này ra ta sẽ có các thông tin sau:

1 Phép chiếu – Proj: bao gồm phép chiếu và múi chiếu

2 Độ phân giải không gian của ảnh – Pixel

3 Lưới chiếu – Datum: xác định mặt elipxoid

4 Tọa độ địa lý – UL Geo: đây là tọa độ của điểm phía trên bên trái ảnh

3 6 Tăng cường khả năng hiển thị ảnh:

ENVI cung cấp các công cụ khá hiệu quả cho việc tăng cường khả năng hiển thị các thông tin trên ảnh như Enhance – tăng cường và Filter - lọc ảnh

Hình 1.5 Tăng cường khả năng hiển thị ảnh.

2.2 Phần mềm ENVI và các thao tác cơ bản trong xử lý ảnh

1 Các thao tác cơ bản trong xử lý ảnh bằng phần mềm ENVI

a Khởi động phần mềm ENVI

Kích đúp vào biểu tượng ENVI trên màn hình, phần mềm sẽ được kích hoạt

và xuất hiện 1 thanh thực đơn lệnh ENVI và cửa sổ IDL DevelopmentEnvironment Chúng ta sẽ chỉ thao tác với các công cụ có sẵn trên thanh thựcđơn lệnh ENVI

- Vào Basic Tools / Layer Stacking, xuất hiện hộp thoại Layer Stacking Parameters.

- Chọn Import File xuất hiện hộp thoại Layer Stacking Input File, chọn và load

các kênh ảnh cần ghép

Hình 2.2 Hộp thoại Layer Stacking Parameters

- Chọn Reorder Files xuất hiện hộp thoại Reorder Files, đổi vị trí các kênh ảnh cần

ghép

Hình 2.3 Hộp thoại Reorder Files

- Nhấn Choose để chọn đường dẫn lưu file

- Nhấn OK, xuất hiện hộp thoại Available Bands List, chọn các kênh phổ và mở

ảnh

+ Mở ảnh đơn sắc: Chọn vào ô Gray Scale sau đó chọn kênh cần hiển thị, kích chuột vào Load Band.

- Xuất hiện hộp thoại Iport Vector Files Parameters, nhấn Choose để chọn đường dẫn và đặt tên file Output, nhấn OK

Hình 2.6 Đặt tên file Output

- Xuất hiện thanh Available Vector List

Hình 2.7 Hộp thoại Available Vector List

- Chọn file vừa xuất hiện là Layer: VNM_adm3.shp, nhấn Load selected, mở trên

New window xuất hiện File vector cả nước

- Trong vector file cả nước vừa mở Window#1 / Edit / View/Edit/Query Attributes Chọn hàng nào có quận hay huyện mình muốn, chọn cả hàng đó

Cũng trong cửa sổ Attributes này, vào File / Save selected records to new layer, chọn đường dẫn và lưu Nhấn OK

Hình 2.8 Chọn xã, phường cần cắt

- Cửa sổ Available Vector List xuất hiện

- Chọn File subset rồi Load selected, chọn New Window, xuất hiện Vector

Window#2

Hình 2.10 File Vector xã, phường đã được chọn (quận Thanh Xuân)

- Trên cửa sổ Available Vector List, chọn File / Export Layers to ROIs, xuất hiện cửa sổ mới, chọn file, nhấn OK

Hình 2.11 Chọn File dữ liệu để liên kết với file ROI mới

- Xuất hiện cửa sổ Export EVF Layer, chọn Convert all records of an EVF layer to one ROI

Hình 2.12 Cửa sổ Export EVF Layers

- Mở ảnh xuất hiện 3 cửa sổ ảnh quen thuộc, trên cửa sổ ảnh lớn nhất #1, vào

Hình 2.13 Mở thanh ROI Tool

- Trong ROI Tool chọn File / Subset data via ROIs / chọn ảnh ghép kênh ban đầu/ xuất hiện Spatial Subset via ROI Parameters / Select item (chọn 1 file),phần Max pixels out of ROI chọn Yes / chọn Output

- Xuất hiện file đã cắt trong Avialable Bands List Mở kênh 543 chế độ RBS Color

Hình 2.14 Ảnh cắt khu vực quận Thanh Xuân

 Phân loại không kiểm định

Phần mềm ENVI cung cấp 2 phương pháp là Isodata và K-Means

Hình 2.17 Ảnh phân loại bằng phương pháp Isodata

• Phương pháp K-Means:

Lựa chọn các tham số tương ứng trước khi tiến hành phân loại

Các tham số trong phương pháp này tương tụ như phương pháp Isodata

Hình 2.18 Ảnh phân loại bằng phương pháp K-Means

 Phân loại có kiểm định

• Chọn mẫu phân loại

Từ thực đơn lệnh chọn Tools / Region Of Interest / ROI Tool Trên màn

hình xuất hiện hộp thoại ROI Tool.

Dùng chuột trái để chọn mẫu, kích chuột phải để đóng vùng Sau khi chọn

xong một mẫu, nhấn ô New Region để chọn mẫu tiếp theo.

Hình 2.21 Chọn mẫu phân loại

Tính toán sự khác biệt giữa các mẫu: trong cửa sổ ROI Tool chọn Options / Compute ROI Separability

- Quan sát các giá trị và điều chỉnh cho chính xác

- Lưu các mẫu bằng cách chọn File / Save ROIs

• Phân loại có chọn mẫu

- Trên thanh thực đơn lệnh chính chọn Classification / Supervised, chọn phương

pháp phân loại phù hợp

Hình 2.23 Chọn phương pháp phân loại có chọn mẫu

- Xuất hiện hộp thoại Classification Input File cho phép chọn ảnh cần phân loại.

Xuất hiện hộp thoại tiếp theo chọn Select All Items, chọn đường dẫn lưu file

Hình2.24 Hộp thoại phân loại theo phương pháp Maximum Likelihood

Hình 2.25 Ảnh phân loại bằng phương pháp Maximum Likelihood

Từ thực đơn lệnh chính của ENVI chọn Classification / Post Classification / Class Statistics.

- Xuất hiện hộp thoại Statistics Input File yêu cầu chọn ảnh tương ứng để tiến hành

tính toán thống kê

- Xuất hiện hộp thoại Class Selection cho phép chọn các lớp kết quả dự định dùng để

phân loại

- Nhấn OK để thực hiện và kết quả xuất hiện trên màn hình

Hình 2.27 Kết quả thống kê phân loại

Đánh giá độ chính xác kết quả phân loại

Từ thực đơn chính của của ENVI ta vào Classification / Post Classification / Confusion Matrix, chọn Using Ground Truth Image Xuất hiện

hộp thoạicho ta chọn ảnh cần đánh giá độ chính xác Xuất hiện hộp thoại Match

Classes Parameters, chọn các lớp tương ứng, nhấn OK Xuất hiện hộp thoại

Confusion Matrix Parameter, chọn các giá trị cần thiết và chịn đường dẫn lưu

Hình 2.28 Ma trận sai số tương quan chéo

ArcGIS: là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàndiện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trênmạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL củacác doanh nghiệp

Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là mộtgiải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hếtcác chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: desktop (ArcGISDesktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGISOnline), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD) và có khả năng tương tíchcao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau

2.3.2 Chức năng

- Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộctính) - cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những

dữ liệu lấy từ Internet;

- Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiềucách khác nhau;

- Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính;

- Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp

2.3.3 Các loại arcgis

- ArcMap: Để xây dựng, hiển thị và phân tích các bản đồ

+ Tạocác bản đồ từ rất nhiều laoị dữ liệu khác nhau

+ Truy vấn dữ liệu không gian để tìm kiếm và hiểu mối liên hệ giữa các đối tượngkhông gian

Mỗi bản đồ trong Arcmap là một map document, một bản đồ có thể có mộthay nhiều Data frame Data frame là một nhóm các dữ liệu (Data layer) cùng

hiện thị trong cùng một hệ quy chiếu Map Document được ghi trong file với

đuôi là mxd Thông tin thuộc tính của đối tượng được lưu trữ trong các bảngthuộc tính gọi là attribute table Mỗi feature class hay shapefile chỉ có một bảngthuộc tính

Cấu tạo của bảng bảo gồm: các dòng (record ) và các cột (field)

Arcmap có 2 chế độ hiện thị: Data view (khung giao diện chính để làm bảnđồ) và Layout view (biên tập bản đồ)

ArcGIS Destop là một bộ phần mềm ứng dụng gồm: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ModelBuilder, ArcScene và ArcGlobe Khi sử dụng các ứng dụng này đồng thời, người sử dụng có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu Phần mềm ArcGIS Desktop được cung cấp cho người dùng ở 1 trong 3 cấp bậc với mức độ chuyên sâu khác nhau là ArcView, ArcEditor, ArcInfo:

ArcView: Cung cấp đầy đủ chức năng cho phép biểu diễn, quản lý, xây

dựng và phân tích dữ liệu địa lý, các công cụ phân tích không gian cùng với việcbiên tập và phân tích thông tin từ các lớp bản đồ khác nhau đồng thời thể hiệncác mối quan hệ và nhận dạng các mô hình Với ArcView, cho phép:

- Ra các quyết định chuẩn xác hơn dựa trên các dữ liệu địa lý;

- Xem và phân tích các dữ liệu không gian bằng nhiều phương pháp;