Giáo trình hệ thông tin địa lý GIS và viễn thám

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA NƠNG LÂM NGƯ GIÁO TRÌNH (Lưu hành nội bộ) HỆ THƠNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) VÀ VIỄN THÁM (Dành cho sinh viên ngành Nông Lâm Ngư, Mơi trường) TS TRẦN THẾ HÙNG QUẢNG BÌNH, 2017 Mục lục MỞ ĐẦU PHẦN I HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIS 1.1 Khái niệm chung 1.2 Lợi ích hạn chế GIS 1.3 Các thành phần GIS 1.3.1 Thiết bị (Hardware) 1.3.2 Phần mềm (Software) 1.3.3 Phần người (Expertise) 1.3.4 Số liệu, liệu địa lý (Geographic data) 1.3.5 Chính sách quản lý (Policy and management) CHƯƠNG II: BẢN ĐỒ VÀ HỆ QUI CHIẾU 2.1 Các khái niệm đồ 2.1.1 Định nghĩa 2.1.2 Các tính chất đồ 10 2.1.3 Các yếu tố nội dung đồ địa lý 11 2.1.4 Cơ sở toán học đồ địa lý 13 2.1.2 Phân loại đồ 15 2.2 Các hệ qui chiếu đồ (map projections) 17 2.2.1 Lưới chiếu đồ (lưới kinh vĩ tuyến) 17 CHƯƠNG III CẤU TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG GIS 23 3.1 Mô hình thơng tin khơng gian 23 3.1.1 Định dạng kiểu Vector 23 3.2.2 Định dạng kiểu Raster 25 3.2.3 Chuyển đổi sở liệu dạng vector raster 27 3.2.4 Ưu điểm bất lợi liệu kiểu raster vector 27 5.3 Mơ hình thơng tin thuộc tính 29 CHƯƠNG IV TỔ CHỨC CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG GIS 31 4.1 Nhập liệu địa lý 31 4.1.1 Nhập liệu không gian 31 4.1.2 Nhập liệu thuộc tính phi khơng gian 35 4.2.2 Thể lược đồ CSDL 36 4.2.3 Các mơ hình CSDL 37 4.3 Hệ quản trị sở liệu GIS 39 4.3.1 Giới thiệu 39 4.3.2 Hệ quản trị sở liệu GIS 40 4.4 Xuất liệu 41 CHƯƠNG V CÁC KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH CỦA GIS 43 5.1 Khả chồng chập đồ (Map Overlaying) 43 5.2 Khả phân loại thuộc tính (Reclassification) 44 5.3 Khả phân tích khơng gian (spatial analysis) 44 5.3.1 Tìm kiếm (Searching) 44 5.3.2 Vùng đệm (Buffer zone) 45 5.3.3 Nội suy (Spatial Interpolation) 46 CHƯƠNG VI CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 48 6.1 Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên môi trường 48 6.2 Nghiên cứu điều kiện kinh tế - xã hội 48 6.3 Nghiên cứu hỗ trợ chương trình qui hoạch phát triển 48 6.4 Các lĩnh vực ứng dụng GIS sản xuất nông nghiệp phát triển nông thôn 49 6.4.1 Thổ nhưỡng 49 6.4.2 Trồng trọt 49 6.4.3 Quy hoạch thuỷ văn tưới tiêu 49 6.4.4 Kinh tế nơng nghiệp 49 6.4.5 Phân tích khí hậu 49 6.4.6 Mơ hình hố nơng nghiệp 50 6.4.7 Chăn ni gia súc / gia cầm 50 PHẦN II – CƠ SỞ VIỄN THÁM 53 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIỄN THÁM 54 1.1 Khái niệm viễn thám 54 1.2 Tư liệu sử dụng viễn thám 54 1.3 Phân loại viễn thám - phương pháp viễn thám 58 1.4 Những cảm viễn thám 59 CHƯƠNG 2: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA KỸ THUẬT VIỄN THÁM 63 2.1 Năng lượng điện từ sở vật lý viễn thám 63 2.1.1 Bức xạ điện từ 63 2.1.2 Nguồn chiếu sáng đồ thị phản xạ phổ lượng mặt trời 63 2.2 Đặc tính phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 66 2.2.1 Một số khái niệm đặc trưng phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 66 2.2.2 Đặc tính phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 68 2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng tới khả phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 75 2.3.1 Ảnh hưởng yếu tố không gian - thời gian 75 2.3.2 Ảnh hưởng khí 76 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VIỄN THÁM VỆ TINH 79 3.1 Định nghĩa phân loại 79 3.2 Các vệ tinh viễn thám 79 3.2.1 Vệ tinh Landsat 79 3.2.2 Vệ tinh SPOT 82 3.2.3 Vệ tinh MOS-1 83 3.2.4 Vệ tinh COSMOS 84 3.3 Thể hình ảnh tư liệu viễn thám vệ tinh 85 3.3.1 Tổ hợp màu 85 3.3.2 Hiện màu giả 87 CHƯƠNG 4: CƠ SỞ GIẢI ĐOÁN VÀ XỬ LÝ TƯ LIỆU VIỄN THÁM 88 4.1 Khái niệm giải đoán ảnh viễn thám 88 4.2 Tách thông tin viễn thám 88 4.3 Lập thể học 90 4.4 Yếu tố giải đoán khoá giải đoán 90 4.4.1 Các yếu tố ảnh: 90 4.4.2 Các yếu tố địa kỹ thuật 92 4.5 Nguyên tắc giải đoán tư liệu ảnh phục vụ thành lập đồ chuyên đề 96 4.6 Xử lý ảnh viễn thám 98 CHƯƠNG 5: ĐOÁN ĐỌC, ĐIỀU VẼ VÀ XỬ LÝ TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH 5.1 Đoán đọc điều vẽ ảnh mắt 5.1.1 Các chuẩn đoán đọc điều vẽ ảnh vệ tinh mẫu đoán đọc điều vẽ 99 99 99 5.1.2 Ảnh tổng hợp mầu 100 5.1.3 Đoán đọc điều vẽ ảnh chuyển kết đoán đọc điều vẽ lên đồ 102 5.2 Phân loại ảnh phương pháp xử lý số 104 5.2.1 Khái niệm 104 5.2.2 Các hệ nhập số liệu 104 5.2.3 Hiệu chỉnh ảnh 106 5.2.4 Biến đổi ảnh 108 5.2.5 Phân loại đa phổ 112 5.2.6 Giai đoạn đưa kết 118 CHƯƠNG 6: MỘT SỐ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA VIỄN THÁM 120 6.1 Viễn thám nghiên cứu sử dụng đất theo dõi biến động lớp phủ 120 6.1.1 Phân loại lớp phủ bề mặt 120 6.1.2 Phát biến động lớp phủ bề mặt 120 6.2 Sử dụng kỹ thuật viễn thám để điều tra thành lập đồ chuyên đề 121 6.3 Viễn thám nghiên cứu địa chất 126 6.4 Viễn thám nghiên cứu bảo vệ môi trường 127 MỞ ĐẦU Kỹ thuật "Thông tin Địa lý" (Geograpgic Information System) “Viễn thám” (Remote sensing) bắt đầu sử dụng rộng rãi nước phát triển từ năm 60-70 kỉ trước Với tính ưu việt, kỹ thuật GIS viễn thám ngày ứng dụng nhiều lĩnhh vực nghiên cứu quản lý, đặc biệt quản lý quy hoạch sử dụng-khai thác nguồn tài nguyên cách bền vững hợp lý GIS viễn thám ứng dụng có giá trị công nghệ tin học ngành khoa học trái đất nông lâm nghiệp, địa chất, môi trường, thủy lợi… Trong phát triển đất nước ta nay, việc tổ chức quản lý thông tin địa lý cách tổng thể đóng góp khơng nhỏ vào việc sử dụng có hiệu nguồn tài nguyên đất nước Tập giáo trình thực sở tổng hợp nhiều tài liệu nước nhiều tác giả nhằm mục đích cung cấp cho học viên tài liệu tổng hợp để phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu ứng dụng GIS viễn thám lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực Nông Lâm Ngư nghiệp, Môi trường PHẦN I HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ GIS 1.1 Khái niệm chung Khái niệm nội dung hệ thống thông tin địa lý (GIS) sử dụng từ lâu, không đồng cập nhật Với phát triển vượt bậc công nghệ thông tin, GIS đời phát triển nhanh chóng nước phát triển Ngày nay, nhiều quốc gia giới, GIS trở thành công cụ trợ giúp định hầu hết hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó với thảm hoạ thiên tai GIS có khả trợ giúp quan phủ, nhà quản lý, doanh nghiệp, cá nhân đánh giá trạng trình, thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua chức thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích tích hợp thơng tin gắn với đồ số quán sở toạ độ liệu đồ đầu vào GIS sử dụng nhằm xử lý đồng lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với thơng tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch quản lý hoạt động theo lãnh thổ Có nhiều định nghĩa GIS, nói chung thống quan niệm chung: GIS hệ thống kết hợp người hệ thống máy tính thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị thơng tin địa lý để phục vụ mục đích nghiên cứu, quản lý định Hay theo ESRI: "GIS tập hợp có tổ chức phần cứng, phần mềm máy tính, liệu địa lý, nhân thiết kế để thâu tóm, lưu trữ, cập nhật, xử lý, phân tích mơ hình hố tất dạng thơng tin có quy chiếu địa lý“ Xét góc độ cơng cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị thông tin không gian nhằm thực mục đích cụ thể Xét góc độ phần mềm, GIS làm việc với thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian đối tượng Có thể nói chức phân tích khơng gian tạo diện mạo riêng cho GIS Xét góc độ ứng dụng quản lý nhà nước, GIS hiểu cơng nghệ xử lý liệu có toạ độ để biến chúng thành thông tin trợ giúp định phục vụ nhà quản lý Xét góc độ hệ thống, GIS hệ thống gồm hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở liệu Cơ sở tri thức chuyên gia 1.2 Lợi ích hạn chế GIS GIS công nghệ ứng dụng tiến khoa học máy tính, việc sử dụng GIS mục tiêu nghiên cứu so với phương tiện cổ điển mang lại hiệu cao do: Là cách tiết kiệm chi phí thời gian việc lưu trữ số liệu, Có thể thu thập số liệu với số lượng lớn, số liệu lưu trữ cập nhật hố cách dễ dàng, Chất lượng số liệu quản lý, xử lý hiệu chỉnh tốt, Dễ dàng truy cập, phân tích số liệu từ nhiều nguổn nhiều loại khác nhau, Tổng hợp lần nhiều loại số liệu khác để phân tích tạo nhanh chóng lớp số liệu tổng hợp Tuy nhiên, có trở ngại xuất q trình sử dụng kỹ thuật GIS, trở ngại đặc biệt quan trọng cần cân nhắc thận trọng trình phát triển GIS nước phát triển Việt Nam, là: Chi phí vấn đề kỹ thuật đòi hỏi việc chuẩn bị lại số liệu thơ có, nhằm chuyển từ đổ dạng giấy truyền thống sang dạng kỹ thuật số máy tính (thơng qua việc số hố, qt ảnh.v.v.) Thơng thường q trình chiếm 80% kinh phí dự án GIS Đòi hỏi nhiều kiến thức kỹ thuật máy tính, yêu cầu lớn nguồn tài ban đầu Chi phí việc mua sắm lắp đặt thiết bị phần mềm GIS cao Trong số lĩnh vực ứng dụng, hiệu tài thu lại thấp Đặc biệt nơng lâm nghiệp, GIS có điểm thuận lợi so sánh với cách quản lý đồ tay trước đây: Chúng công cụ mạnh việc lưu trữ diễn đạt số liệu đặc biệt đồ Chúng cho kết dạng khác đồ, biểu bản, biểu đổ thống kê, Chúng công cụ đắc lực cho nhà khoa học nghiên cứu hệ thống canh tác, đánh giá đất đai, khả thích nghi kiểu sử dụng đất, quản lý xử lý đồ quản lý đất đai nơng lâm nghiệp, Nó giúp cho nhà làm khoa học khả phân tích nguyên nhân ảnh hưởng kiểm chứng biến đổi hệ thống sinh thái khả thích ứng việc thay đổi sách người dân b Giai đoạn phân loại Bản chất trình so sánh pixel chưa biết với mẫu phổ đối tượng xây dựng giai đoạn lấy mẫu, sau quy pixel loại đối tượng mà chúng gần giống Việc phân loại đa phổ phương pháp phân loại có kiểm định thường dùng thuật toán sau: - Thuật toán phân loại theo xác suất cực đại - Thuật toán phân loại theo khoảng cách ngắn - Thuật tốn phân loại hình hộp Các thuật toán giới thiệu tỷ mỷ chương Phân loại không kiểm định Cách phân loại không kiểm định không sử dụng liệu mẫu làm sở để phân loại, mà dùng thuật toán để xem xét pixel chưa biết ảnh kết hợp chúng thành số loại dựa nhóm tự nhiên loại tự nhiên có ảnh Nguyên lý phương pháp giá trị phổ loại lớp phủ phải gần giống không gian đo, lúc liệu loại khác phải phân biệt rõ với phương diện phổ Các loại thu việc phân loại không kiểm định gọi lớp phổ Do chỗ chúng dựa nhóm tự nhiên có ảnh, đặc điểm nhận dạng loại phổ lúc ban đầu chưa biết nên người giải đoán phải so sánh liệu phân loại với dạng liệu tham khảo (chẳng hạn ảnh tỉ lệ lớn đồ) để xác định đặc điểm nhận dạng giá trị thông tin loại phổ Như vậy, phương pháp phân loại có kiểm định, xác định loại thơng tin hữu ích sau xem xét khả phân tích phổ chúng phương pháp phân loại không kiểm định xác định loại tách phổ sau xác định thơng tin hữu ích chúng Trong phương pháp phân loại có kiểm định khơng xem xét đến việc lấy mẫu cho loại đối tượng bị phân loại sai Điều cho thấy ưu điểm phương pháp phân loại không kiểm định xác định rõ loại khác có mặt liệu hình ảnh Nhiều số loại chưa xuất người giải đoán dùng phương pháp phân loại có kiểm định Các loại phổ cảnh tượng có nhiều làm cho ta gặp khó khăn lấy mẫu cho tất loại chúng, phương pháp phân loại khơng kiểm định loại tự động tìm thấy 115 Có nhiều thuật tốn để nhóm chúng lại nhằm xác định nhóm phổ tự nhiên có tập liệu Một dạng thuật toán phổ biến người giải đốn chấp nhận số lượng nhóm có liệu gọi phương pháp giá trị trung bình K Khi thuật tốn lựa chọn phát vị trí trung tâm nhóm khơng gian đo nhiều chiều Lúc pixel ảnh gán cho nhóm mà véc tơ trung bình tùy chọn ngắn Sau tất pixel phân loại theo cách đó, véc tơ trung bình nhóm tính tốn lại Sau giá trị trung bình tính tốn lại sử dụng làm sở để phân loại lại liệu hình ảnh Quy trình tiếp tục lúc khơng thay đổi việc định vị véc tơ trung bình loại lần lặp thuật tốn Khi đó, người giải đốn xác định đặc điểm nhận dạng lớp phủ loại phổ Do thuật tốn giá trị trung bình K có tính lặp phải tính tốn nhiều vậy, thường sử dụng cho vùng diện tích nhỏ ảnh Các vùng diện tích nhỏ thường gọi vùng mẫu không kiểm định không nên nhầm lẫn với vùng mẫu sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định vùng mẫu có kiểm định nằm miền có chủng loại lớp phủ đồng vùng mẫu không kiểm định lại chọn địa điểm khác tồn cảnh có chứa nhiều loại lớp phủ Điều đảm bảo cho loại phổ cảnh tượng đại diện cách độc lập loại phổ vùng khác phân tích để xác định đặc điểm nhận dạng chúng Các nhóm tương tự giống biểu thị loại lớp phủ giống kết hợp lại với thích hợp Các số liệu thống kê nghiên cứu cho nhóm kết hợp sử dụng để phân loại tồn cảnh tượng (ví dụ thuật toán khoảng cách tối thiểu xác suất cực đại) Do phương pháp phân loại đòi hỏi yếu tố phân tích có kiểm định khơng kiểm định gọi phương pháp phân loại hỗn hợp Cách phân loại hỗn hợp đặc biệt có giá trị phân tích mà có biến thiên phức tạp mẫu phản xạ phổ loại lớp phủ Những điều kiện hồn tồn có tính phổ biến thực tế làm đồ thực vật vùng núi Trong điều kiện đó, khả biến thiên phổ phạm vi loại lớp phủ thường bắt nguồn từ thay đổi loại lớp phủ theo giống loài từ điều kiện địa lý khác (thổ nhưỡng, độ dốc) Cách phân loại hỗn hợp giúp người giải đoán ảnh xử lý khả thay đổi Một cách tiếp cận chung khác phân loại không kiểm định sử dụng thuật toán đưa vào độ nhậy cảm "cấu tạo bề mặt" "độ thơ" hình ảnh làm sở để xác lập tâm nhóm Cấu tạo bề mặt xác định phương sai nhiều chiều quan trắc ô "cửa sổ" chuyển động qua ảnh (chẳng hạn ô x 3) Người giải đoán đặt ngưỡng phương sai mà ngưỡng xem đồng ngưỡng xem 116 khơng đồng Số trung bình cửa sổ trơn gặp ảnh trở thành tâm nhóm Số trung bình cửa sổ trơn thứ hai gặp ảnh trở thành tâm nhóm thứ hai tiếp tục Khi đạt tới số lượng tối đa (chẳng hạn 50), người giải đốn xem khoảng cách tâm nhóm trước khơng gian trị đo nhập hai nhóm gần đồng thời kết hợp số liệu thống kê chúng Người giải đoán tiếp tục kết hợp hai nhóm gần sau tồn ảnh phân tích xong Sau phân tích tâm nhóm để xác định khả phân loại chúng sở khoảng cách thống kê người giải đốn qui định Những nhóm tách nhỏ khoảng cách kết hợp lại số liệu thống kê chúng nhập lại với Các nhóm cuối thu từ kết phân tích sử dụng để phân loại hình ảnh (chẳng hạn, với phương pháp phân loại dùng khoảng cách tối thiểu xác suất cực đại) Dữ liệu từ vùng mẫu có kiểm định sử dụng để tăng thêm kết phương pháp nhóm lại nói số loại lớp phủ chưa đặc trưng phân tích t khơng kiểm định Đường xá đặc trưng hình tuyến khác khơng hiển thị thống kê tạo nhóm lúc ban đầu đặc trưng khơng có để đáp ứng tiêu chuẩn độ trơn ô cửa sổ chuyển động Cần lưu ý kết việc làm nhận dạng loại khác phương diện phổ liệu hình ảnh Người giải đốn phải sử dụng liệu tham khảo để liên kết loại phổ với thể loại lớp phủ cần quan tâm Quá trình này, giống bước chọn lọc mẫu phân loại có kiểm định 5.2.6 Giai đoạn đưa kết Công dụng phương pháp phân loại hình ảnh cuối phụ thuộc vào sản phẩm kết đưa mà chuyển tải cách hữu hiệu thông tin giải đoán cho người sử dụng đây, ranh giới viễn thám, đồ máy tính, làm đồ số hệ thống thông tin địa lý bị xóa nhòa Có thể lựa chọn cách khơng hạn chế sản phẩm đầu Ba dạng tổng quát thường sử dụng, bao gồm sản phẩm "bản đồ" đồ họa, bảng số liệu thống kê khu vực file liệu số Các sản phẩm đồ họa Bởi liệu phân loại nằm dạng mảng liệu hai chiều, kết đồ họa dễ dàng đưa máy vi tính cách hiển thị màu tông chữ cho ô mảng theo loại lớp phủ đối tượng gán cho Có thể sử dụng loạt thiết bị cho mục đích hình thể mầu, máy in, máy ghi phim máy quét cỡ lớn Những cách hiển thị trình bày kết phân loại cách hữu hiệu người phân tích chọn cách hiển 117 thị cách tương tác tập (tập hợp con) file ban đầu dễ dàng thay đổi cách gán mầu sắc, tạo nhóm lồi Khi muốn có sản phẩm đầu copy giấy liệu sử dụng máy in tĩnh điện in laze Các in trắng đen in mầu Ta sử dụng máy chụp phim mầu scanner laze để sản xuất in cứng có độ xác cao mầu hình học Các liệu đưa bảng Một hình thức chung kết đầu dùng bảng liệt kê tóm tắt số liệu thống kê diện tích loại lớp phủ có mặt cảnh tượng diện tích nhỏ cảnh tượng mà người sử dụng xác định Ta rút số liệu thống kê diện tích từ file liệu giải đoán dựa theo ô lưới Trước hết ranh giới vùng quan tâm (như lưu vực, thung lũng tỉnh) số hóa tọa độ ma trận ảnh Trong ranh giới đó, số lượng ô loại lớp phủ lập bảng nhân với diện tích mặt đất tương ứng Quá trình đơn giản việc đo thủ công vùng đồ ưu điểm chủ yếu xử lý liệu lớp phủ mặt đất dạng số Các file thông tin số Một thể loại cuối để đưa kết file liệu giải đoán chứa kết phân loại ghi lại số phương tiện lưu trữ máy tính (chẳng hạn CCT đĩa) Dữ liệu giải đoán dạng này, dễ dàng nhập vào hệ thống GIS để hòa nhập với file liệu địa lý khác 118 CHƯƠNG 6: MỘT SỐ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA VIỄN THÁM 6.1 Viễn thám nghiên cứu sử dụng đất theo dõi biến động lớp phủ 6.1.1 Phân loại lớp phủ bề mặt Lập đồ trạng lớp phủ bề mặt (land cover) ứng dụng quan trọng tiêu biểu viễn thám Lớp phủ bề mặt phản ánh điều kiện trạng thái tự nhiên bề mặt trái đất, ví dụ đất rừng, trảng cỏ, xa mạc Trong sử dụng đất (land use) phản ảnh hoạt động người việc sử dụng đất vùng công nghiệp, đất thổ cư loại hoa màu canh tác Nói chung lớp phủ bề mặt khơng phải trùng khớp hồn tồn với sử dụng đất Một đối tượng giải trạng sử dụng đất bao gồm nhiều đối tượng giải đồ lớp phủ Trước tiên hệ thống phân loại lớp phủ phải thành lập Hệ thống phản ảnh thông qua giải mơ tả chi tiết mục đích sử dụng, độ phân giải phổ không gian tư liệu viễn thám cần thiết phải tính đến Trình tự xử lý áp dụng phân loại lớp phủ bề mặt bao gồm bước sau: - Hiệu chỉnh hình học - Thu thập số liệu vùng mẫu - Phân loại theo phương pháp xác suất cực đại 6.1.2 Phát biến động lớp phủ bề mặt Phát biến động lớp phủ bề mặt việc làm cần thiết việc chỉnh đồ lớp phủ bề mặt trợ giúp cho việc theo dõi, quản lý tài nguyên Sự biến động thông thường phát sở so sánh tư liệu viễn thám đa thời gian đồ cũ đồ chỉnh theo tư liệu viễn thám Có hai phương pháp phát biến động, là: - So sánh hai đồ lớp phủ bề mặt thành lập độc lập với - Nhấn mạnh biến động sở áp dụng dụng phương pháp tổ hợp màu phương pháp phân tích thành phần Các biến động chia thành hai loại sau: - Biến động theo mùa 119 - Biến động hàng năm Thông thường biến động theo mùa biến động năm pha trộn với phức tạp khuôn khổ ảnh, người giải đoán cần sử dụng tự liệu thời gian, mùa năm để phát biến động thực 6.2 Sử dụng kỹ thuật viễn thám để điều tra thành lập đồ chuyên đề Khi người phóng vệ tinh tàu vũ trụ vào không gian, nhà khảo sát đồ học mong tới ngày sử dụng ảnh chụp từ vũ trụ vào mục đích đo vẽ đồ hy vọng họ ngày trở thành thực Các tàu vũ trụ Mercury, Gemini Apollo cho toàn cảnh bề mặt trái đất Các kết thực nghiệm ban đầu từ tư liệu ảnh thu nhận tàu rằng: sử dụng tư liệu ảnh thu nhận bề mặt trái đất từ tàu vũ trụ để thành lập đồ tỷ lệ 1:250.000 nhỏ Tuy nhiên độ phân giải chúng không thoả mãn số yêu cầu nội dung đồ cần thiết thể xác đường, tuyến đường sắt, khu đô thị vẽ cấu trúc nhân tạo Sau đó, vệ tinh Landsat phóng lên quỹ đạo khơng nhằm mục đích cho đo vẽ đồ địa hình mà nhằm để phân loại đất, điều tra địa chất dự tính sản phẩm thu hoạch nông nghiệp Từ năm 1980, hệ thống Sensors nghiên cứu cải tiến với tốc độ nhanh, với tốc độ phân giải tăng từ 80m/pixel ảnh Landsat tới 6m cho loại Sensors hệ Điều có tác động lớn đến khả sử dụng ảnh chụp từ vũ trụ cho công tác thành lạp đồ Trong chương này, thông báo số khả sử dụng loại tư liệu ảnh vệ tinh phổ biến công tác đo vẽ chỉnh đồ mà nhà đo ảnh giới Việt Nam nghiên cứu áp dụng Đối với tư liệu ảnh Landsat MSS Sau hàng chục năm thử nghiệm, điều tra thực tế vẽ đồ ảnh vệ tinh từ vệ tinh tài nguyên trái đất Mỹ phóng lên (sau đổi tên vệ tinh Landsat), ảnh Landsat MSS sử dụng để tạo sản phẩm đồ ảnh, số loại đồ chuyên đề, cập nhật chỉnh loại đồ cảnh quan, đồ bay, đồ địa hình đồng thời biên vẽ lược đồ nơng sâu biển, vệ tinh Landsat cung cấp lượng thông tin vô phong phú bao phủ diện tích lớn thời gian ngắn Tư liệu ảnh MSS trở thành nguồn liệu cho mục đích thành lập đồ, nhiều thể loại đồ lập từ thơng tin khai thác ảnh MSS 120 Kích thước, độ phủ ảnh Landsat biến đổi theo vĩ độ, lấy chủ yếu vùng vĩ độ thấp Vì vậy, tổng thể đo vẽ lập thể cặp ảnh Landsat Độ xác độ cao đạt qua thực tế khoảng 100m Về mặt bằng, sau nắn chỉnh hình học theo điểm khống chế đồ, sai số mặt nằm khoảng 200 450m Do thoả mãn độ xác thành lập đồ 1:1000.000 Còn xử lý hình học tốt hơn, sai số mặt giảm xuống khoảng 100 150m Đối với tư liệu ảnh Landsat TM, SPOT MAPSAT Ảnh Landsat TM có độ phân giải cao Các thực nghiệm độ xác mặt hình ảnh chúng sau xử lý đáp ứng công tác thành lập hiệu chỉnh đồ tỷ lệ 1:25.000 đến 1:50.000 Mơ hình số độ cao tạo lập từ cặp ảnh sau xử lý tự động theo cơng nghệ số đạt sai số độ cao khoảng 40m Vệ tinh SPOT với hệ thống quét CCD, độ cao bay 822 km bao phủ mặt đất 6060km ảnh Các kết thực nghiệm giáo sư Konecnyet.al sử dụng ảnh toàn sắc với tỷ số cạnh đáy B độ cao bay H B/H = 1, độ xác mặt thu khoảng 12,3m, độ xác độ cao  6,5m Nếu sử dụng ảnh đa phổ với tỷ số B/H = 0,3 độ xác mặt  9,6m độ xác độ cao  50,2m Vì vậy, thấy rằng, việc lựa chọn loại ảnh tỷ số B/H có ảnh hưởng lớn đến độ xác nhiều nước khác, người ta tiến hành nhiều thực nghiệm công tác tăng dày đo vẽ đồ ảnh SPOT, công bố nhiều kết khác độ xác, kết luận kinh nghiệm sử dụng ảnh SPOT Nhìn chung có kết luận ảnh SPOT sử dụng vẽ loại đồ tỷ lệ đến 1:25.000 với khoảng cao 20 25m, để nội suy chi tiết địa vật dường chưa đáp ứng Trong hội nghị "Các ứng dụng số liệu SPOT cho địa hình" Quebel (Canada) năm 1988 tổng kết B/H = 1, độ xác mặt đạt từ 7m, độ xác độ cao đạt khoảng 4m Ảnh đa phổ MAPSAT Mỹ dùng để vẽ đồ tỷ lệ 1:50.000 với khoảng cao 20m Độ phân giải mặt đất 10m ảnh toàn sắc 30m ảnh đa phổ Theo kết điều tra, ảnh MAPSAT đáp ứng yêu cầu đo vẽ đồ tỷ lệ 1:50.000 không cần sử dụng điểm khống chế mặt đất, độ cao đáp ứng với khoảng cao 50m trở lên 121 Đối với tư liệu ảnh thu từ máy chụp ảnh vũ trụ quang học Khi sử dụng ảnh vũ trụ chụp từ máy chụp ảnh quang học đo vẽ đồ tỷ lệ trung bình nhỏ Năm 1973 nhà đo ảnh Mỹ tiến hành nhiều thử nghiệm với tư liệu ảnh SKYLAB có tỷ số B/H SKYLAB hạn chế (từ 1/7 1/9), số liệu độ cao tốt Với sai số khoảng 0,3% đến 0,4% độ cao bay chụp tức khoảng 150 180m Các kết sử dụng vẽ đồ với khoảng cao 250m Hệ thống chụp ảnh địa hình MKF-6 hệ nâng cao lắp đặt tàu vũ trụ SOYUZ 22-30 Nga có kênh chụp với hệ thống chỉnh dịch chuyển ảnh hãng Jena Zeiss (Đức) Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Liên Xô (nay Nga) hợp tác chế tạo Các kết thực nghiệm sử dụng phim đặc biệt chế tạo Nga độ phân giải ảnh đạt tới 160 cặp dòng/mm Âm gốc phóng đại tới 50 lần Các đối tượng hình tuyến với độ rộng 6m đối tượng dạng vùng có đường kính 10m nhận biết rõ ràng Cấp độ xám ảnh phân biệt thành 200 mức nhờ phương pháp đo độ xám hiển vi ảnh đa phổ thu kênh sử dụng đo ảnh Hơn nữa, máy chụp ảnh vũ trụ KATE 140 (độ phân giải 50m/cặp dòng; ảnh phủ diện tích 216216km) sử dụng phổ biến Nga Kích thước ảnh loại máy 1818cm Ngoài hai loại máy chụp ảnh vũ trụ nêu trên, có máy chụp ảnh AFK - 1000 (tiêu cự f = 1.000mm; cỡ ảnh 3030cm; độ phân giải mặt đất 5m / cặp dòng) Loại ảnh sử dụng cho mục đích giải đốn Ngồi ra, sử dụng thành lập đồ địa hình tới 1:25.000 độ xác độ cao đáp ứng khoảng cao 100m Hình ảnh tốt ảnh SPOT, đặc biệt cho ta khả phân biệt vùng thị chi tiết Năm 1983 quan vũ trụ Châu Âu thử nghiệm đưa SPACELAB-1 vào sử dụng tàu thoi Mỹ Máy chụp ảnh MC cải tiến từ ZEISS RMK 30/23 với tỷ lệ chụp ảnh 1:820.000, ảnh phủ bề mặt 190190km Mục đích thử nghiệm sử dụng ảnh phục vụ cho cơng tác thành lập đồ địa hình đồ ảnh trực giao tỷ lệ 1:50.000 Tuy nhiên kết ban đầu thoả mãn thành lập đồ tỷ lệ 1:100.000 Sau nhiều cải tiến kỹ thuật, mục đích thành lập đồ tỷ lệ 1:50.000 thực Việc phóng SPACELAB-1 mang lại hiệu lớn sử dụng ảnh chụp từ vũ trụ cho mục đích thành lập đồ Chỉ tuyến bay, số lượng ảnh thu sử dụng để thành lập 3.500 tờ đồ tỷ lệ 1:100.000 14.000 tờ đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 122 Máy chụp ảnh khổ rộng LFC quan Hàng không Vũ trụ Mỹ NASA lắp đặt tàu thoi Cỡ ảnh 2346cm, có khả thu nhiều loại ảnh với độ phủ theo độ kinh Vì cho phép ta đo vẽ theo nguyên lý lập thể với tỷ số B/H nằm khoảng 0,3-1,2 Mỗi ảnh phủ diện tích mặt đất 223446km Máy chụp ảnh có thiết bị dịch chuyển khay phim để chống nhoè, cho phép sử dụng phim có độ phân giải cao, độ nhạy thấp để chụp Hơn có hệ thống chụp ảnh để cung cấp số liệu có độ xác khoảng 5'' thu nhận góc định hướng Bảng kết tăng dày ảnh vũ trụ mà giáo sư KONECNY ELIPXOIT AL thử nghiệm Loại ảnh KATE-200 (Nga) Phim thường Phim hồng ngoại KFA-1000 (Nga) Hãng Vũ trụ Châu Âu (MC) LFC (Hoa Kỳ) Sai số Sai mặt số độ (m) cao (m)  27.0   54.1 46.6  94.9  10.6  29.9  6.9  23.7  32.9  7.7   14.9 20.2   83.3 32.5  52.0  10.0  14.0  8.5  8.5  5.8  8.6 123 Kích thước khối ảnh ảnh ảnh ảnh ảnh ảnh vùng núi Độ xác đo đường đồng mức vùng núi Phim lần thứ Phim lần thứ Ba phim có độ tương phản tốt Đối với tư liệu ảnh Radar Ảnh radar có khả thể thơng tin địa hình, địa chất, thực vật lớp đất mỏng vùng khơ, xun qua bề mặt trái đất độ sâu Điều quan trọng cho việc nghiên cứu nước ngầm mỏ Trong viễn thám, người ta sử dụng ảnh radar để vẽ đồ từ sớm Năm 1968, ảnh radar sử dụng vẽ đồ tỷ lệ 1:1.000.000 Panama gây ý lớn lĩnh vực Trắc địa - Bản đồ Vì vùng bị mây che phủ quanh năm nên tất dạng chụp ảnh khác vùng bó tay Tiếp sau đó, ảnh radar sử dụng vẽ đồ vùng Nam Mỹ thu thành tựu lớn Mặc dù vậy, so với số ảnh viễn thám việc nội suy ảnh Radar có khác biệt lớn độ xác lý thuyết độ xác thực tế nhận Vì thời gian ảnh Radar chưa coi nguồn tư liệu để thành lập loại đồ có u cầu độ xác cao Tuy nhiên sản phẩm đồ thành lập từ ảnh Radar với tỷ lệ 1:250.000 sử dụng phổ biến thực tế tư liệu ảnh Radar xem tư liệu bổ xung cho việc thành lập đồ tỷ lệ nhỏ trung bình Năm 1978 Cơng ty Hàng khơng Vũ trụ Mỹ NASA phóng vệ tinh Seasat có hệ thống Sensor bước sóng ngắn Đây coi thành công việc sử dụng hệ thống Radar chủ động để chụp ảnh mặt đất Vệ tinh Seasat phóng vào tháng khỏi quỹ đạo vào tháng 10 năm Trong thời gian ba tháng quỹ đạo, người ta nhận số lượng lớn ảnh Radar từ vệ tinh Seasat Các ảnh chứa đựng đặc trưng quang phổ phong phú đối tượng mặt đất thể đầy đủ cấu trúc bề mặt trái đất Hiện phổ biến sử dụng kết hợp tư liệu ảnh Seasat tư liệu ảnh Landsat Năm 1981 hệ thống chụp ảnh Radar vũ trụ SIR-A lắp đặt vào tàu thoi "Columbia" Mỹ chụp ảnh bề mặt trái đất với diện tích 1000km2 tỷ lệ 1:500.000, độ phân giải mặt đất 50m Chúng ta nhìn thấy ảnh Radar phần phía Bắc Trung quốc với đặc trưng địa chất thông tin đá núi Xinjiang, vết đứt gãy rõ Đồng thời nhìn thấy rõ thơng tin cấu trúc vùng hoang mạc rộng lớn Các ảnh sử dụng cho việc chỉnh đồ Mỹ người ta sử dụng ảnh để chỉnh đồ vùng mưa nhiệt đới vùng Nam Mỹ Hệ thống chụp ảnh Radar vũ trụ SIR-B tàu thoi phóng vào năm 1984 sử dụng để điều tra hiệu thơng số Radar, thăm dò khảo sát tài ngun trái đất môi trường Các kết thực nghiệm khảo sát địa 124 chất Mỹ độ phân giải chúng theo hướng phương vị 25m theo khoảng cách nằm khoảng từ 15m 58m Các kết phân tích sử dụng ảnh để đo đạc sai số vị trí chúng khoảng 12m 30m độ cao từ 15m 75m tuỳ thuộc vào tỷ số B/H độ phủ ảnh Vì ảnh sử dụng để thành lập đồ tỷ lệ 1:125.000 1:50.000 Mới đây, công nghệ chụp xử lý ảnh Radar , Mỹ xây dựng sở liệu không gian ba chiều bề mặt trái đất Đây thành tựu khoa học lớn nhà khoa học trái đất nói chung nhà trắc địa-bản đồ nói riêng 6.3 Viễn thám nghiên cứu địa chất Để đưa lời giải thoả đáng nghiên cứu yếu tố địa chất sở tư liệu ảnh viễn thám cần phải tiếp cận đối tượng quan điểm tổng hợp Nghĩa nghiên cứu đối tượng mối tương quan chặt chẽ với thành tạo tự nhiên Mặc dù nhiều trường hợp đối tượng nghiên cứu thành phần thạch học, để giải đoán đối tượng cần thiết phải nghiên cứu lớp phủ thực vật, hệ thống dòng chảy bề mặt, cấu trúc địa hình địa mạo Nghĩa thành phần thạch (lithosphere) Việc nghiên cứu thạch dựa tư liệu viễn thám tập trung vào lớp vỏ tất thông tin liên quan tới địa chất, địa mạo thuỷ văn xử lý Thông thường người ta sử dụng tư liệu có độ phân giải khác từ vật mang khác nhằm cung cấp thơng tin cách tồn diện tỷ lệ khác Mục đích việc áp dụng kỹ thuật viễn thám địa chất phát hiện, xác định lập đồ yếu tố bề mặt gần bề mặt vỏ trái đất dựa ưu điểm tư liêu viễn thám tính tổng quan khu vực, tính đa phổ Các tư liệu viễn thám giải đoán nhằm khai thác thông tin thành phần thạch học, hệ thống cấu trúc, yếu tố địa hình địa mạo, hệ thống thuỷ văn Các phương pháp giải đốn định tính định lượng khai thác triết để Phương pháp giải đốn định tính cung cấp thông tin xác định mô tả đặc tính địa hình thơng qua tơng ảnh, hình mẫu, cấu trúc hình dáng địa hình Phương pháp giải đoán định lượng bao gồm phương pháp trắc đạc ảnh áp dụng cho yếu tố đường nét, mảng, đo diện tích, đo thể tích, đo hướng Một cách tiếp cận khác trắc địa ảnh độ đen thiết lập hàm tương quan độ đen yếu tố cần giải đoán Các tư liệu khác ảnh máy bay, ảnh vệ tinh, ảnh giải sóng nhìn thấy giải siêu cao tần sử dụng để giải đoán Đương nhiên loại tư liệu khác cần phải có phương pháp giải đoán khác 125 Ảnh máy bay sử dụng nhiều nghiên cứu thạc học lẽ có độ phân giải cao cho phép quan sát lập thể Cách tiếp cận giải đoán tương tự trường hợp giải đoán khác yếu tố biết yếu tố chưa biết cho phép người giải đốn từ tầm nhìn tổng quan khu vực trước vào đối tượng cụ thể địa hình, dáng đất, hệ thống dòng chảy, lớp phủ thổ nhưỡng, lớp phủ bề mặt Tất yếu tố liên quan tới phải khai thác triệt để Giải đoán thạch học dựa ảnh máy bay vấn đề quan tâm từ lâu Allum (1966) đưa cách tiếp cận dựa phối hợp phân tích địa mạo cấu trúc sở nghiên cứu yếu tố khí hậu xói mòn khu vực Việc nghiên cứu cấu trúc nội dung nghiên cứu Lineament nghiên cứu mối tương quan đứt gẫy, máng, nếp gấp yếu tố địa hình địa mạo khác nhằm dẫn đến việc xác định thành phần thạch học khu vực Các tư liệu hồng ngoại nhiệt sử dụng chủ yếu việc nghiên cứu đới địa nhiệt đối tưọng liên quan Có thể sử dụng tư liệu việc giải đoán trực tiếp ứng dụng chuỗi tư liệu việc mô mô hình địa nhiệt lớp đất đá chứa Silic phát dễ dàng dựa đặc tính xạ nhiệt chúng Các tư liệu siêu cao tần ngày trở nên có giá trị nghiên cứu địa chất đặc tính quý giá quan sát thời tiết, khơng bị ảnh hưởng sương mù, nước đậm đặc Nó cho phép khả xun sâu xuống lòng đất vượt qua lớp phủ thực vật dày đặc tiêu biểu cho vùng khí hậu nhiệt đới Dựa tư liệu đa nghiên cứu có hiệu yếu tố như: - Các hệ thống đứt gãy - Các hệ thống dòng chảy - Nghiên cứu địa chất địa hình bị thực vật che phủ dày đặc 6.4 Viễn thám nghiên cứu bảo vệ môi trường Theo dõi chất lượng nước Vấn đề ô nhiễm nước vấn đề thời khu vực thành phố lớn dọc theo miền duyên hải Sử dụng kỹ thuật viễn thám việc theo dõi chất lượng nước số đặc trưng phản xạ, hấp thụ phổ nước đồ thị ta thấy nước sạnh bị hấp thụ bước sóng 0.50 m, nước chứa nhiều trầm tích lơ lửng lại bị hấp thụ bước sóng 0.55 m Nhìn chung xạ giải sóng nhìn thấy tán xạ lòng nước tạo cho nước có màu chàm tiêu biểu, bị trầm tích lơ lửng hấp thụ nước đục thường có màu lục màu vàng ảnh tổ hợp màu chuẩn Màu nước bị ảnh hưởng không 126 vật chất lơ lửng mà sinh vật trôi nước Các vùng nước chứa nhiều sinh vật phù du phytoplankton cho màu lục tiêu biểu tạo thành phần clorophyl Tách yếu tố tuyến tính Một đối tượng thường xuyên quan tâm giải đoán ảnh yếu tố tuyến tính - Lineament Yếu tố tuyến tính giải đốn ảnh phản ảnh nhiều tính chất bề mặt khơng phải lúc trùng với cấu trúc tuyến tính cần tìm giải đoán địa chất Do để xác định đắn Lineament cần có kiến thức tổng hợp toàn diện khu vực nghiên cứu Các cấu trúc tuyến tính chương tình máy tính tạo nên bao gồm không cấu trúc thực mà chứa đựng cấu trúc nhân tạo Chính vai trò người giải đốn có kiến thức chuyên môn quan trọng việc chọn lựa cấu trúc đắn 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Quang Minh (2010) Giáo trình kỹ thuật viễn thám NXB Đại Học Cần Thơ Võ Quang Minh (2006) Giáo trình Lý thuyết thực hành Hệ thống thông tin địa lý Lê Văn Trung (2006) Giáo trình Viễn thám thực hành viễn thám Phạm Ngọc Thạch (1997).Viễn thám nghiên cứu tài nguyên môi trường Mohan Sundara Rajan (1991) Remote sensing and geograpic information system for natural resource management Phạm Vọng Thành (2000) Trắc địa ảnh - Phần Đoán đọc điều vẽ ảnh Phạm Vọng Thành (2000) Trắc địa ảnh - Phần Cơ sở chụp ảnh chụp ảnh hàng không Phạm Vọng Thành (2001).Trắc địa ảnh - Phần Cơ sở đo ảnh D.R Green, D Rix, and J Cadoux Hudson (eds) (1994) Geographic Information The source book for GIS Đặng Văn Đức (2001) Hệ thống thông tin địa lý GIS David J Maguire, Michael F Goodchild, and David W Rhind (eds) (1991) Geographic information systems: Principles and application Volume 1: Principle David J Maguire, Michael F Goodchild, and David W Rhind (eds) (1991) Geographic information systems: Principles and application Volume 2: Application 10 J Ronald Eastman (1997) Idrisi for windows manual Version 2.0 Clark labs for cartographic technology and geographuic analysis 11 Trần Mạnh Tuấn Đào Thị Hồng Điệp (2006) Các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu ứng dụng NXB Giáo dục 12 Bùi Hữu Mạnh (2006) Hệ thống định vị toàn cầu cách sử dụng máy định vị cầm tay NXB Khoa học kỹ thuật 128 129 ... SỞ VIỄN THÁM 53 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIỄN THÁM 54 1.1 Khái niệm viễn thám 54 1.2 Tư liệu sử dụng viễn thám 54 1.3 Phân loại viễn thám - phương pháp viễn thám 58 1.4 Những cảm viễn thám. .. liệu viễn thám vệ tinh 85 3.3.1 Tổ hợp màu 85 3.3.2 Hiện màu giả 87 CHƯƠNG 4: CƠ SỞ GIẢI ĐOÁN VÀ XỬ LÝ TƯ LIỆU VIỄN THÁM 88 4.1 Khái niệm giải đoán ảnh viễn thám 88 4.2 Tách thông tin viễn thám. .. trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN,ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI, WINGIS, Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý quản lý thông tin địa lý: ERMAPPER, ATLASGIS,