ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM ĐỊA TIN HỌC Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG (Mekong Delta Geographic Information Systems – MGIS) TÀI LIỆU TẬP HUẤN VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH TP Hồ Chí Minh, 2016 Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 PHẦN GIỚI THIỆU VỀ VIỄN THÁM Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 N i dung T ng quan Vê tinh va cảm bi n Xư ly ảnh ng d ng Tài liệu tham ảo Canada Centre for Remote Sensing Fundamentals of Remote sensing Thomas M Lillesand and Ralph W Kiefer Remote sensing and image interpretation John Wiley & Sons, New York, NY, third edition, 1994 Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 T n qu n 1.1 t 1.2 t 1.3 t 1.4 T t 1.5 - v tt 1.6 1.7 qu v tr 1 Viễn thám ì? Đ ĩ : t o ọ v t u t thu thập thôn tin ố t ợ , vù t ợ t ô qu p â t t ô t t u ợ t t t khơn có tiếp xúc trực tiếp v ố t ợ , vù t ợ ợ ê u [2] v N uồ ă ợ o s (A) Tru ề ă ợ qu qu ( ) T t v v tt ( ) 4.T u ă ợ t (D) Tru ề dẫ , T u v Xử ý (E) G o v p â t (F) Ứ dụ (G) Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 Bức xạ điện từ Yêu ầu ầu t ê v t p ó n uồn năn lượn để chiếu sán cho vật thể (tr ă ợ p tr v t t ) N uồ ă ód xạ điện từ ó v số t t qu trọ tro t Đó bước són t ê u tần Ph điện từ Ph són điện từ p t eo dã t só ắ ( o t v t X) t só d ( o v só v só vơ tu r d o) ó ều vù tro qu p só t ó ov t Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 Ph điện từ Á s – “ t ” ú t – ót r t p ầ tro quang ph nhìn thấy Ph điện từ  Tím 0.4 - 0.446 mm  xanh lam 0.446 - 0.500 mm  Lục 0.500 - 0.578 mm  Vàn 0.578 - 0.592 mm  Cam 0.592 - 0.620 mm  Đỏ 0.620 - 0.7 mm Trong ó màu xanh lam, lục đỏ ữ màu Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 Ph T só điện từ t o o (IR) ằ tro vù 0.7 – 100 μ ù o ót ợ o : Hồn n oại phản xạ v t hồn n oại nhiệt ó o p t tro vù o p ợ sử dụ tro v t t eo ố v tro vù t ấ ợ ù o p o só ằ tro o t 0.7 – 3.0 μ ù o t so v vù t ấ ợ v p ầ o p p ầ ă ợ ó ất p tr t ề t Tr Đất d d ù o t o só ằ tro o t 3.0 – 100 μ , t 10 Ph điện từ p ầ tro qu p ợ qu tâ ầ â tro v t vùn vi són (só s o tầ ) ó só t –1 o só d ất ợ dù tro v t 11 Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 Tươn tác với khí Tr t p Tr dù tro v t ợ ề t Tr Đất, ú d u qu ầu qu Đất tv o tro qu ót s v N ữ u ê â â r tán xạ v hấp thụ 12 Tươn tác xạ - vật thể ô qu ề ót t Tr Đất t t v t ấp t ụ tro t v ó d t t ót r ă ợ (I) t ợ ề t Đó : Hấp thụ (A), phản xạ (R) v truyền qu vật thể (T) T v ă ợ t ợ t t t t eo t ều tro trê Tỷ lệ ỗ o t t dự v o bước són ă ợ , vật chất nhữn điều kiện riên ề 13 Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 Tươn tác xạ - vật thể N uồ : ttp://re ote-sensing.net/concepts.html 14 Cảm biến bị độn chủ độn M t Trờ u ấp uồ ă ợ t u t ov t H t ố v t o t uồ ă ợ tự ê sẵ ó ợ ọ cảm biến bị độn ỉ ót ợ sử dụ p t r ă ợ uồ ă ợ tự ê ó sẵ Đố v tất ă ợ p , ỉ o ợ tro t t trờ us v o ề t Tr Đất K ó ă ợ p t t trờ v o ê M t , cảm biến chủ độn , v dụ r ẩu t ợp (SAR), u ấp ă ợ ú us p tr p v tt ợ ê u p t v tt ợ p t v o ô Ưu o ă o ợ ất ú o, ô p â t tro t eo ù t 15 Lớp tập huấn “VIỄN THÁM VÀ XỬ LÝ ẢNH”, năm 2016 Các đặc trưn củ ảnh Một ảnh kỹ thuật số ợ t vù ỏ d , ợ ọ p ầ tử o điểm ảnh (pixel), ú d o s ỗ vù v t tr số o số n uyên hữu hạn (DN – digital number) 16 Theo ch độ mặc đinh, ENVI phân chia ảnh thành lớp Để thay đ i chọn Edit Range để tùy bi n khoảng giá trị mầu sắc lát cắt Chọn Delete Range n u muốn xóa bớt dải lát cắt, chọn Options\Add New Ranges để thêm lát cắt, chọn Clear Ranges để xóa tồn lát cắt có Sau chọn giá trị phù hợp, nhấn Apply để thực K t hiển thị tức thời ảnh 3.3 Tính số thực vật NDVI Chức sử d ng để chuyển liệu đa ph thành ảnh đơn kênh thể phân bố thực vật Ảnh số thực vật có giải giá trị nằm từ -1 đ n +1, với giá trị pixel ảnh NDVI cao thể thực vật tươi tốt dầy đặc Để tính số thực vật, chọn Transforms\NDVI (Vegetation Index) Chọn ảnh cần tính nhấn OK, sau hộp thoại NDVI Calculation Parameters xuất (Hình 3.11) Hình 3.11: Hộp thoại tính số thực vật – NDVI ENVI mặc định chọn kênh để tính số NDVI cho số loại vệ tinh Landsat, SPOT, AVHRR, AVIRIS Hoặc ta chọn kênh đỏ - Red kênh hồng ngoại gần - Near IR vào ô tương ứng Chọn nơi lưu k t nhấn OK, k t tạo ảnh NDVI hiển thị danh sách Available Bands List./ 53 IV KỸ THUẬT XỬ LÝ SAU PHÂN LOẠI Các k t sau phân loại đòi hỏi phải xử lý đánh giá độ xác, khái qt hóa lớp thơng tin vectơ hóa… Phần mềm ENVI cung cấp cho số cơng c thỏa mãn yêu cầu tác nghiệp hiệu Thống kê kết – Class Statistics: Chức cho phép tính tốn thống kê ảnh dựa k t phân loại Các giá trị thống kê như: giá trị nhỏ (min), giá trị lớn (max), giá trị trung bình (mean), độ lệch chuẩn Stdev (Standard Deviation) liệu ảnh phân loại đồ thị (Histogram) Để ti n hành, chọn Classification\Post Classification\Class Statistics xuất hộp thoại Classification Input File, yêu cầu chọn file k t phân loại Ti p đ n hình xuất hộp thoại Statistics Input File yêu cầu chọn file ảnh tương ứng để ti n hành tính tốn thống kê Hộp thoại Class Selection để chọn loại k t dự định sử d ng để ti n hành phân loại Sau chọn xong loại xuất hộp thoại Compute Statistics Parameters cho phép chọn tham số để tính thống kê (hình 4.1) Hình 4.1: Chọn giá trị tham số tính tốn thống kê Chọn đường dẫn đ n thư m c lưu k t quả, nhấn OK để thực Sau tính tốn, hình xuất loạt hộp thoại: 54 - Class Stats Summary: bảng thống kê t ng số pixel có loại tỷ lệ phần trăm t ng số pixel có ảnh - Statistics Report: thống kê giá trị nhỏ nhất, lớn nhất, giá trị trung bình, độ lệch chuẩn theo kênh ph lớp k t phân loại - N u ta chọn chức vẽ đồ thị chọn tham số hộp thoại Compute Statistics Parameters hình có hộp thoại đồ thị giá trị thống kê tương ứng Ma trận sai số - Confusion Matrix Chức cho phép so sánh ảnh phân loại với k t thực địa vùng mẫu với m c đích đánh giá độ xác k t phân loại Để thực hiện, chọn Classification\Post Classification\Confusion Matrix chọn phương pháp: a) sử d ng ảnh, k t phân loại từ thực địa – Using Ground Truth Image, b) sử d ng file chọn vùng mẫu từ thực địa – Using Ground Truth ROIs Hộp thoại Classification Input File xuất để chọn ảnh cần đánh giá độ xác tương ứng Ti p đ n hộp thoại Match Classes Parameters xuất hiện, chọn lớp tương ứng k t phân loại thực địa (hình 4.2) Nhấn OK để chấp nhận Hình 4.2: Hộp thoại Match Classes Parameters Hộp thoại Confusion Matrix Parameter xuất cho ta chọn giá trị cần thi t chọn đường dẫn lưu k t K t so sánh xuất hình dạng ma trận tương quan chéo, bảng ma trận k t bao gồm độ xác k t phân loại (hình 4.3) 55 Hình 4.3: Ma trận sai số đánh giá độ xác phân loại Phân tích theo đa số thiểu số - Majority/Minority Analysis Chức dùng để gộp pixel rời rạc bị phân loại lẫn loại khác Để loại bỏ, chọn kích thước cửa s lọc Kernel Size, để giá trị pixel trung tâm thay th giá trị pixel chi m đa số cửa s lọc N u chọn Minority Analyis, giá trị pixel trung tâm thay th giá trị pixel chi m thiểu số cửa s lọc Để thực hiện, từ thực đơn lệnh ENVI ta chọn Classification\Post Classification\Majority/Minority Analysis (Hình 4.4) Hình 4.4: Hộp thoại Majority/Minority Parameters 56 Sau chọn, hộp thoại Majority/Minority Parameters xuất cho phép ta chọn loại định lọc, phương pháp dự định ti n hành, kích thước cửa s lọc đường dẫn lưu k t (hình 4.4) K t tính tốn cho ảnh danh sách Available Bands List Gộp loại – Combine Classes Chức tạo công c để khái quát hóa k t phân loại Các loại có đặc tính tương tự gộp vào chung hoạc để tạo thành loại khác Để thực hiện, chọn Classification\Post Classification\Combine Classes, hình xuất hộp thoại Combine Classes Input File, ta chọn file k t phân loại cần gộp nhấn OK Chọn cặp loại định gộp tương ứng với ô Input Class - loại đầu vào, Output Class - loại đầu ra, nhấn OK chọn đường dẫn lưu k t (Hình 4.5) Hình 4.5: Lựa chọn cặp lớp tương ứng để gộp lớp Thành lập đồ màu cho kết phân loại – Class Color Mapping Khi có ảnh k t phân loại, ta thay đ i màu sắc loại phù hợp với tên gọi chúng Để thực hiện, chọn Tools\Color Mapping\Class Color Mapping, hình xuất hộp thoại Class Color Mapping cho phép chọn loại để gán tên màu tương ứng Sau hoàn tất ta chọn Options\Save Changes để thực việc thay đ i màu (Hình 4.6) 57 Hình 4.6: Thay đổi tên màu hiển thị cho loại Chuyển kết phân loại sang dạng vectơ – Classification to Vector Layer tập Để xuất file k t phân loại sang dạng vectơ nhằm dễ dàng trao đ i, biên hay xử lý với chức GIS, chọn Classification\Post Classification\Classification to Vector hay chọn Vector\Classification to Vector Màn hình xuất hộp thoại Raster to Vector Input Band, ta chọn file k t phân loại cần chuyển định dạng nhấn OK Ti p đó, xuất hộp thoại Raster To Vector Parameters cho phép ta chọn loại cần chuyển sang dạng vectơ Chọn đường dẫn lưu k t nhấn OK để thực K t lưu theo định dạng file vector *.evf ENVI (Hình 4.7) Hình 4.7: Xuất file kết phân loại sang dạng vectơ 58 Chồng lớp vectơ lên ảnh – Overlay Vector File Để quan sát trực quan dễ dàng nhận bi t đối tượng ảnh, nhu cầu chồng lớp thơng tin dạng vectơ (như đường bình độ, giải phân loại,…) Để thực hiện, chọn Overlay\Vectors, hình xuất hộp thoại Vector Parameters Chọn File\Open Vector File chọn định dạng file vectơ tương ứng định mở File vectơ chọn hiển thị chồng phủ lên file ảnh (Hình 4.8) Hình 4.8: Chồng lớp vectơ lên ảnh Biên tập in ảnh – Quick Map Quick Map công c đơn giản để biên tập tạo đồ để in cách nhanh chóng Chọn File\Quick Map\New Quick Map Trên hình xuất hộp thoại Quick Map Default Layout cho phép ta chọn kích thước giấy in (Output Paper Size), Hướng thể (Orientation) tỷ lệ đồ - Map Scale (Hình 4.9) Sau đó, hộp thoại Quick Map Image Selection cho phép xác định giới hạn không gian khu vực dự định thể lên đồ 59 Hình 4.9: Xác định tham số ban đầu đồ Sau chọn khu vực thể lên đồ, hình xuất hộp thoại Quick Map Parameters cho phép đưa tiêu đề (Main Title), ghi b sung, lựa chọn thước tỷ lệ (Scale Bars), kiểu lưới (Grid Lines) mũi tên định hướng (North Arrow Type) đồ Hoàn tất tham số, ta đồ có dạng hình 4.10 Hình 4.10: Bản đồ ảnh biên tập ENVI 60 B THỰC HÀNH VỚI DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH Bài 1: Hiể n t i –̣ Tăng cƣờng – Hiêụ c ỉn in ̀ o ̣c Gồ m n i dung sau:  Phần mềm ENVI o Hiên thị liệu ảnh o Tăng cường chất lượng ảnh o Phân loại ảnh  Phần mềm QGIS o Hiệu chỉnh hình học: Chuyển đ i liệu từ hệ tọa độ WGS-84 sang VN-2000 Dữ liệu sử d ng: liệu ảnh LandSat đa thời gian VNREDSat-1 thuộc khu vực Tây Nam Bộ Bƣớc 1: Hiên thi ảnh - Mở file ảnh - Nhận biết thông tin hiển thị ảnh - Liên kết động chồng lớp ảnh Bài tập thực hành Hiển thị kênh ảnh; Nhận biết đối tượng (VD: mặt nước, thực vật, đô thị …) ảnh? Đánh giá thay đổi đối tượng giá trị phổ? Đánh giá thay đổi giá trị phổ vùng lúa, nước, đất trống theo kênh ? Bƣớc 2: Tổ hợp màu RGB - Chọn View > Open RGB Image View - Chọn kênh ảnh tương ứng với màu Red, Green, Blue Bài tập thực hành: Tổ hợp màu RGB cho màu tự nhiên so sánh với màu sai? Tổ hợp màu RGB cho tạo ảnh màu hồng ngoại.Cho nhạn xét thực phủ? Đánh giá thay đổi màu tương ứng với ảnh LandSat VNREDSat-1 61 Bƣớc 3: Tăng cƣờng chất lƣợng ảnh - Sử d ng Linear - Tuyến tính: để thực phép giãn n tính - Áp d ng trường hợp hiển thị giá trị thực pixel ảnh theo giá trị hiển thị hình từ đ n 255 Bài tập thực hành Tăng cường chất lượng ảnh để hiển thị rõ kênh ảnh Tương tự, so sánh cho cặp ảnh theo phương pháp áp dụng Tăng cường chất lượng ảnh cho tổ hợp màu ngẫu nhiên từ kênh ảnh Bƣớc : Nắn chỉnh hình học ảnh Phần mềm QGIS sử d ng để nắn chỉnh hình học ảnh từ hệ tọa độ WGS-84 sang VN-2000 Bƣớc 1: Mở phần mềm QGIS thêm liệu shapefile - Cách 1: Nhấn double click vào biểu tượng Desktop - Cách 2: Start > QGIS > QGIS Desktop Mở liệu shapefile đường giao thông, thủy hệ ranh giới hành đơn vị hành hệ tọa độ VN-2000  Mở tool Georeferencer - Cách 1: Raster > Georeferencer > Georeferencer… 62 - Cách 2: Chọn biểu tượng Georeferencer,  Thêm liệu raster hệ tọa đ VN-2000 - Nhấn vào biểu tượng Add raster layer 63 Chọn điểm khống ch (GCP) đồ ảnh cần nắn Chọn biểu tượng Add point, click chuột lên ảnh vào điểm cần lưu tọa độ, nhập tọa độ theo đồ VN2000 - Xuất bảng điền thông tin tọa độ (nhập vào tọa độ X Y tương ứng) 64 - Làm tương tự cho điểm khống ch lại, chọn điểm - Xong nhấn chọn biểu tượng Start Georeference sau:  Transformation type: Polynomial 65 , xuất bảng thực  Resampling method: nearest neighbor  Output raster: Đặt tên file xuất nơi lưu file  Ở m c Target SRS chọn hệ tọa độ theo khai báo Datum hình (Datum: VN-2000/UTM zone 48N có mã số EPSG-3405) Thi t lập thông số yêu cầu - Xong nhấn Start Georefenecing để thực chuyển đ i - Tắt cửa số chuyển đ i sau thực xong, quay lại hình QGIS, thêm lớp raster vừa chuyển đ i, lớp vector tương ứng, chỉnh cho lớp vector lên Bài tập thực hành Thực cho ảnh LandSat VNREDSat-1 66 Bài 2: P ân loa ̣i – C uyể n đổ i dƣ̃ liêụ Phân loại P i giám định - Phân loại Isodata - Phân loại K-Means Phân loại có giám định - Cách tạo vùng mẫu - Phân loại theo khoảng cách ngắn - Phân loại MLC - Hậu xử lý phân loại - Thành lập đồ C uyể n đổ i dƣ̃ liêụ - Tạo ảnh tỷ số - Tạo ảnh NDVI Bài tập thực hành Khảo sát thuật tốn phân loại? Đánh giá độ xác phân loại? Giám sát biến động thực phủ? Thành lập đồ lớp phủ cho địa phương 67