Sách Viễn thám ứng dụng

Viễn thám là một khoa học thu nhận thông tin của bề mặt trái đất mà không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt ấy. Điều này được thực hiện nhờ vào việc quan sát và thu nhận năng lượng phản xạ, bức xạ từ đối tượng và sau đó phân tích, xử lý, ứng dụng những thông tin nói trên (theo CCRS).

Vin ng dng chNG I vấn đề chung công nghệ viễn thám 1.1 Các vấn đề chung viễn thám Viễn thám khoa học nghiên cứu phơng pháp thu thập, đo lờng phân tích thông tin vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng Hầu hết đối tợng tự nhiên hấp thụ, phản xạ hay xạ sóng điện từ với cờng độ theo cách khác Các đặc trng thờng đợc gọi đặc trng phổ Thông tin thu đợc viễn thám có liên quan trực tiếp đến lợng phản xạ từ đối tợng, nên việc nghiên cứu đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên bớc sóng khác đóng vai trò quan trọng việc khai thác, ứng dụng có hiệu thông tin thu đợc 1.1.1 Đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên Tầm quan trọng việc nghiên cứu đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên Do thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến lợng phản xạ từ đối tợng tự nhiên, nên việc nghiên cứu tính chất quang học (chủ yếu đặc trng phản xạ phổ) đối tợng tự nhiên đóng vai trò quan trọng việc ứng dụng có hiệu phơng pháp viễn thám Sự đời phát triển kỹ thuật viễn thám gắn liền với kết nghiên cứu lĩnh vực Phần lớn phơng pháp ứng dụng viễn thám đợc sử dụng có liên quan trực tiếp gián tiếp với việc nghiên cứu đặc trng phản xạ phổ đối tợng hay nhóm đối tợng tự nhiên Các thiết bị ghi nhận, loại phim ảnh chuyên dụng với độ nhậy phổ phù hợp đ đợc chế tạo dựa kết nghiên cứu quy luật phản xạ phổ đối tợng tự nhiên http://www.ebook.edu.vn Trong lĩnh vực viễn thám, kết việc giải đoán thông tin phụ thuộc nhiều vào hiểu biết mối tơng quan đặc trng phản xạ phổ chất, trạng thái đối tợng tự nhiên Những thông tin đặc trng phản xạ phổ cho phép nhà chuyên môn chọn kênh phổ tối u chứa nhiều thông tin đối tợng nghiên cứu nhất, đồng thời sở để phân tích tính chất đối tợng địa lý, tiến tới phân loại loại đối tợng Từ năm 70 trở lại đây, bên cạnh phơng pháp giải đoán mắt hệ máy quang phơng pháp xử lý thông tin ảnh tổng hợp màu, hệ máy tính phần mềm chuyên dụng ngày phát triển ứng dụng rộng r i Tuy nhiên, mức độ chi tiết kết phân loại, xử lý chi tiết ảnh tổ hợp màu tối u máy phụ thuộc nhiều vào nghiên cứu ®Ỉc tr−ng ®ã theo thêi gian (mïa, thêi kú sinh trởng, thay đổi loại hình canh tác ) mối quan hệ đối tợng tính chất hóa-lý nh trạng thái đối tợng Trên sở đó, ta xác định ngỡng độ xám Ưu điểm việc sử dụng thông tin phổ nhanh, dễ xử lý độ xác cao không chịu ảnh hởng sai số sinh tợng tán xạ buồng chụp trình xử lý phim ảnh Mục tiêu phơng pháp nghiên cứu đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên Việt Nam phơng pháp viễn thám đ đợc ứng dụng sớm (từ năm 1960) nhng kết ứng dụng hạn chế cha có điều kiện kỹ thuật để tiến hành nghiên cứu đặc trng quang học đối tợng tự nhiên Nhng vài năm trở lại đây, việc nghiên cứu đ đợc quan tâm phòng, trung tâm viễn thám toàn quốc http://www.ebook.edu.vn Việc nghiên cứu đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên dựa mục tiêu sau: - Xác định quy luật phản xạ phổ đối tợng tự nhiên nớc ta vùng sóng nhìn thấy gần hồng ngoại - Xác định thay đổi đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên - Đánh giá mức độ ảnh hởng số yếu tố ngoại cảnh, điều kiện địa lý tới khả phản xạ phổ đối tợng tự nhiên điều kiện Việt Nam Chính nhờ nghiên cứu cho phép loại trừ ảnh hởng số yếu tố mà điều kiện thực địa không thực đợc Tiến hành đo phổ thực địa cho phép ta xác định đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên điều kiện thực để so sánh với thông tin ảnh thay đổi đặc trng theo thời gian Do vậy, việc nghiên cứu đặc trng phản xạ phổ yếu tố tự nhiên cần thiết để nghiên cứu trạng lớp phủ bề mặt t liệu viễn thám Đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên Đặc tính phản xạ phổ đối tợng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh điều kiện chiếu sáng, môi trờng, khí bề mặt đối tợng nh thân đối tợng (độ ẩm, lớp nền, thùc vËt, chÊt mïn, cÊu tróc bỊ mỈt ) Nh− vậy, đối tợng khác có khả phản xạ phổ khác Phơng pháp viễn thám dựa chủ yếu nguyên lý để nhận biết, phát đối tợng, tợng tự nhiên Các thông tin đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên giúp nhà chuyên môn lựa chọn đợc kênh phổ tối u chứa nhiều thông tin đối tợng nghiên cứu Đây sở để phân tích nghiên cứu tính chất đối tợng, tiến tới phân loại chúng Năng lợng mặt trời (E0) chiếu xuống mặt đất dới dạng sóng điện từ, lợng tác động lên bề mặt đối tợng phần http://www.ebook.edu.vn bị phản xạ trở lại (EPX), phần bị đối tợng hấp thụ chuyển thành dạng lợng khác (EHT), phần lại bị truyền qua hay gọi tợng thấu quang lợng (ETQ) Có thể mô tả trình theo công thức: E0 = EPX + EHT + ETQ (1.1) Phơ thc vµo cÊu tróc bề mặt đối tợng, lợng phản xạ phổ phản xạ toàn phần, phản xạ phần tán xạ toàn phần Vì cần phải lu ý giải đoán ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, xử lý ảnh cần phải có thông tin khu vực khảo sát phải biết rõ thông số kỹ thuật thiết bị sử dụng, điều kiện chụp ảnh yếu tố có vai trò định việc giải đoán xử lý ảnh Đồng thời, lợng phản xạ từ đối tợng phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt đối tợng mà phụ thuộc vào bớc sóng lợng chiếu tới Do vậy, hình ảnh đối tợng đợc ghi nhận lợng phản xạ phổ bớc sóng khác khác Để nghiên cứu phụ thuộc lợng phản xạ phổ vào bớc sóng, ngời ta đa khái niệm khả phản xạ phổ Khả phản xạ phổ r() bớc sóng đợc định nghĩa công thức: r() = [EPX ()/E0 ()] x 100% (1.2) Các đối tợng tự nhiên mặt đất đa dạng phức tạp, song xét cho đợc cấu thành ba loại đối tợng bản, là: thực vật, thổ nhỡng nớc Hình 1.1 thể rõ đặc tính phản xạ phổ đối tợng phụ thuộc vào bớc sóng a Đặc trng phản xạ phổ thực vật Đặc tính chung thực vật khả phản xạ phổ phụ thuộc vào chiều dài bớc sóng giai đoạn sinh trởng khác thùc vËt http://www.ebook.edu.vn r (%) 60 40 20 ● 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 (à) Hình 1.1: Đặc tính phản xạ phổ số đối tợng tự nhiên Đờng cong đặc trng phản xạ phổ thực vật Đờng cong đặc trng phảxạ phổ thổ nhỡng Đờng cong đặc trng phản xạ phổ nớc Đây đối tợng đợc quan tâm Các trạng thái lớp phủ thực vật khác có tính chất phản xạ phổ khác Bức xạ mặt trời (E0) tới bề mặt phần bị phản xạ (E1) Bức xạ vùng sóng chàm sóng đỏ bị chất diệp lục hấp thụ để thực trình quang hợp Bức xạ vùng sóng lục gặp diệp lục phản xạ trở lại (EG) Bức xạ vùng sóng hồng ngoại (EIR > 720nm) phản xạ gặp chất diệp lục Nh vậy, lợng phản xạ từ thực vật (EPX) bao gồm: EPX = E1 + EG + EIR (1.3) Trong thành phần lợng (EG + EIR) chứa đựng thông tin cần thiết chất trạng thái thực vật, phần lợng E1 có tác dụng tạo độ chói đối tợng Sự khác đặc trng phản xạ phổ thực vật đợc xác định yếu tố cấu tạo (chất diệp lục, cấu tạo mô bì, thành phần cấu tạo biểu bì, hình thái ), thời kỳ sinh trởng (tuổi cây, giai đoạn sinh trởng ) tác động ngoại http://www.ebook.edu.vn cảnh (điều kiện chiếu sáng, thời tiết, vị trí địa lý ) Tuy vậy, đặc trng phản xạ phổ lớp phủ thực vật mang đặc điểm chung: phản xạ mạnh vùng sóng hồng ngoại gần ( > 720nm), hấp thụ mạnh vùng sóng đỏ ( = 680 ữ 720nm) Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, sắc tố ảnh hởng đến đặc tính phản xạ phổ nó, đặc biệt chất diệp lục cây, có số sắc tố khác đóng vai trò quan trọng việc phản xạ phổ thực vật Độ ẩm < 40% Độ ẩm 40 ữ 54% Độ ẩm 54 ữ 66% Độ ẩm > 66% r (%) 60 40 20 ● λ(µ) 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 Hình 1.2: Đặc tính phản xạ phổ thực vật Theo đồ thị ta thấy sắc tố hấp thụ xạ vùng sóng ánh sáng nhìn thấy vùng cận hồng ngoại, có nớc nên hấp thụ xạ vùng hồng ngoại Cũng từ đồ thị trên, ta thấy khả phản xạ phổ xanh vùng sóng ngắn vùng ánh sáng đỏ thấp Hai vùng suy giảm khả phản xạ phổ tơng ứng với hai dải sóng bị chất diệp lục hấp thụ hai dải sóng này, chất diệp lục hấp thụ phần lớn lợng chiếu tới, lợng phản xạ không lớn Vùng sóng bị phản xạ mạnh vùng ánh sáng lục tơng ứng với bớc sóng 540nm Do đó, tơi đợc mắt ta cảm nhận có màu lục Khi úa http://www.ebook.edu.vn bị bệnh -lá màu vàng hàm lợng diệp lục giảm khả phản xạ phổ bị thay đổi Nh vậy, thấy khả phản xạ phổ loại thực vật khác đặc tính chung khả phản xạ phổ thực vật là: - vùng ánh sáng nhìn thấy, vùng cận hồng ngoại hồng ngoại khả phản xạ phổ khác biệt rõ rệt - vùng ánh sáng nhìn thấy, phần lớn lợng bị hấp thụ chất diệp lục có cây, phần nhỏ thấu qua lại bị phản xạ - vùng cận hồng ngoại, cấu trúc ảnh hởng lớn đến khả phản xạ phổ, khả phản xạ phổ tăng lên rõ rệt - vùng hồng ngoại, nhân tố ảnh hởng lớn đến khả phản xạ phổ hàm lợng nớc Khi độ ẩm cao, lợng hấp thụ cực đại; ảnh hởng cấu trúc tế bào vùng hồng ngoại khả phản xạ phổ không lớn hàm lợng nớc b Đặc trng phản xạ phỉ cđa thỉ nh−ìng Thỉ nh−ìng lµ nỊn cđa líp phđ thùc vËt, cïng víi líp phđ thùc vËt t¹o thành thể thống cảnh quan tự nhiên Đặc tính chung chúng khả phản xạ phổ tăng theo độ dài bớc sóng, đặc biệt vùng cận hồng ngoại hồng ngoại (hình 1.3) Một phần xạ mặt trời chiếu tới phản xạ bề mặt đối tợng (E1), phần lại vào bề dày lớp phủ thổ nhỡng Một phần lợng đợc hấp thụ làm tăng nhiệt độ đất, phần sau tán xạ gặp hạt nhỏ thành phần vật chất khác có đất (nớc chất khoáng) phản xạ trở lại (E2) Nh vậy, phần lợng E2 chứa đựng thông tin thành phần, chất loại đất Có thể biểu diễn lợng phản xạ dới dạng: http://www.ebook.edu.vn EPX = E1 + E2 (1.4) Khả phản xạ phổ thổ nhỡng phụ thuộc chủ yếu vào chất hóa - lý đất, hàm lợng chất hữu cơ, độ ẩm, trạng thái bề mặt, thành phần giới đất Cấu trúc đất phụ thuộc vào thành phần, tỷ lệ cấu sét, bụi, cát Sét hạt mịn có đờng kính nhỏ 0.002mm, bụi có đờng kính 0.002 ữ 0.05mm, cát có đờng kính 0.05mm ữ 2mm Tuỳ thuộc vào tỷ lệ thành phần sét,bụi cát mà có loại đất khác r(%) Đất mùn Đất bụi §Êt c¸t 1 80 60 40 20 3 ● 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 (à) Hình 1.3: Đặc tính phản xạ phổ thổ nhỡng Đất cát mịn khoảng cách hạt nhỏ chúng gần Với hạt lớn khoảng cách chúng lớn hơn, khả vận chuyển không khí độ ẩm dễ dàng Khi độ ẩm lớn, hạt cát bọc màng mỏng nớc, độ ẩm lợng nớc loại đất cao độ ẩm ảnh hởng đến khả phản xạ phổ chúng Nhìn vào đồ thị ta thấy: độ ẩm tăng lên khả phản xạ phổ giảm Do vậy, hạt nớc rơi vào cát khô ta thấy cát có mầu thẫm hơn, http://www.ebook.edu.vn nguyên nhân có chênh lệch rõ rệt đờng đặc trng 1, 2, Tuy nhiên, cát ẩm có thêm nớc không thẫm mầu Thành phần chất hữu có đất ảnh hởng tới khả phản xạ phổ đối tợng, với hàm lợng chất hữu từ 0,5 ữ 5,0% đất có mầu nâu sẫm Nếu hàm lợng hữu thấp đất có mầu nâu sáng Ôxít sắt ảnh hởng tới khả phản xạ phổ đất Khả phản xạ phổ tăng hàm lợng ôxít sắt đất giảm xuống Khi loại bỏ ôxít sắt khỏi đất, khả phản xạ phổ đất tăng lên rõ rệt dải sóng từ 500nm ữ 1100nm nhng với bớc sóng lớn 1100nm hầu nh tác dụng Độ ẩm 0-4 % Độ ẩm 5ữ12 % Độ Èm 22÷32 % r(%) 80 60 40 20 λ(µ) ● 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 Hình 1.4: Khả phản xạ phổ thổ nhỡng phụ thuộc vào độ ẩm Nh đ nói, có nhiều yếu tố ảnh hởng đến khả phản xạ phổ thổ nhỡng, nhiên chúng có liên quan chặt chẽ với Vùng phản xạ xạ phổ mạnh dùng để ghi nhận thông tin hữu ích thổ nhỡng hình ảnh hai vùng phổ dấu hiệu để đoán đọc điều vẽ đặc tính thổ nhỡng http://www.ebook.edu.vn màu sắc pixel tương ứng với mã quy định Trên ảnh đa phổ thay đổi kết hợp hướng giá trị véc tơ thay đổi phổ Sự thay đổi có xảy hay khơng định véc tơ thay đổi phổ có vượt khỏi ngưỡng quy định hay không Giá trị ngưỡng xác định từ kết thực nghiệm dựa vào mẫu biến động khơng biến động Trên hình 4.7 thể thuật tốn phân tích thay đổi phổ Trường hợp a, khơng xảy biến động biến động nhỏ véc tơ thay đổi phổ không vượt khỏi giá trị ngưỡng, trường hợp b, c có xảy biến động hướng véc tơ thay đổi phổ thể tính chất biến động trường hợp b khác trường hợp c, ví dụ trường hợp b xảy biến thực vật, trường hợp c khác biệt giai đoạn tăng trưởng trồng Sau lớp thơng tin thể thay đổi hay không thay đổi đặt lên ảnh để thành lập đồ biến động Phương pháp phân tích véc tơ thay đổi phổ ứng dụng hiệu nghiên cứu biến động rừng biến động hệ sinh thái rừng ngập mặn Nhưng nhược điểm phương pháp khó xác định ngưỡng biến động Nghiên cứu biến động sử dụng đất phơng ph¸p sè häc Đây phương pháp đơn giản để xác định mức độ biến động hai thời điểm cách sử dụng tỉ số ảnh kênh khác kênh thời điểm ảnh http://www.ebook.edu.vn 108 Trước tiên ảnh nắn hệ tọa độ Sau dùng phép biến đổi số học để tạo ảnh thay đổi Phép trừ phép chia số học sử dụng trường hợp Nếu ảnh thay đổi kết phép trừ số học giá trị độ xám pixel ảnh thay đổi dãy số âm dương Các kết âm dương biểu thị mức độ biến đổi vùng, giá trị thể không thay đổi Với giá trị độ xám từ đến 255 giá trị pixel thay đổi khoảng từ -255 đến + 255 Thông thường để tránh kết mang giá trị âm người ta cộng thêm số không đổi Công thức toán học để biểu diễn là: Dijk = BVijk (1) - BVijk (2) + c Trong đó: Dijk: giá trị độ xám pixel thay đổi BVijk (1): giá trị độ xám ảnh thời điểm BVijk (2): giá trị độ xám ảnh thời điểm c: số (c = 127) i: số dịng; j: số cột k: Kênh ảnh (ví dụ kênh ảnh Landsat TM) Ảnh thay đổi tạo cách tổ hợp giá trị độ xám theo luật phân bố chuẩn Gauss Vị trí có pixel không thay đổi, độ xám biểu diễn xung quanh giá trị trung bình, vị trí có pixel thay đổi biểu diễn phần biên đường phân bố http://www.ebook.edu.vn 109 Cũng tương tự vậy, ảnh thay đổi tạo từ phép chia số học giá trị pixel ảnh tỷ số chứng tỏ có thay đổi, khơng có thay đổi Giá trị giới hạn ảnh thay đổi (tạo phép trừ số học) ảnh tỷ số kênh định ngưỡng ranh giới thay đổi - không thay đổi, biểu thị biểu đồ độ xám ảnh thay đổi Thông thường độ lệch chuẩn lựa chọn kiểm tra theo kinh nghiệm Nhưng ngược lại, hầu hết nhà phân tích sử dụng phương pháp thử nghiệm nhiều phương pháp kinh nghiệm Giá trị ngưỡng thay đổi xác định bắt gặp giá trị thay đổi thực tế Vì để xác định ta cần phải hiểu rõ khu vực nghiên cứu, chí phải lựa chọn số vùng biến động ghi lại để hiển thị vùng nghiên cứu mà người lựa chọn biết rõ Tuy nhiên kỹ thuật kết hợp với kỹ thuật khác để nghiên cứu biến động thành lập đồ biến ng hiu qu Nghiên cứu biến động sử dụng đất phơng pháp sử dụng mạng nhị phân õy phương pháp xác định biến động hiệu [12] Đầu tiên tiến hành lựa chọn để phân tích ảnh thứ thời điểm n Ảnh thứ sớm ảnh thứ (n-1) muộn (n+1) Các ảnh nắn chỉnh hệ tọa độ Tiến hành phân loại ảnh thứ theo phương pháp phân loại thông thường Tiếp theo chọn kênh (ví dụ kênh 3) từ hai ảnh để tạo tệp liệu Các tệp liệu phân tích phép biến đổi số học (như tỷ số kênh, phép cộng , trừ, nhân, chia để tạo http://www.ebook.edu.vn 110 khác ảnh phương pháp phân tích thành phần chính) để tính tốn số tạo ảnh Kênh Kênh Kênh Ảnh Ảnh sau phân loại Kênh - Ảnh Kênh - Ảnh Phép biến đổi số học Phát pixel thay đổi tạo mạng nhị phân Kênh Kênh Kênh Ảnh Ảnh sau phân loại Ảnh sau phân loại Bản đồ biến động Hình 4.8 Nghiên cứu biến động sử dụng đất phương phỏp sử dụng mạng nhị phân Sau ú s dng kỹ thuật phân ngưỡng để xác định vùng thay đổi không thay đổi ảnh theo phương pháp số học trình bày Ảnh thay đổi ghi lại tệp "mạng nhị phân" có hai giá trị "thay đổi" "không thay đổi" Và phải cẩn thận việc http://www.ebook.edu.vn 111 thành lập mạng lưới Sau mạng nhị phân chồng phủ lên ảnh thứ hai để phân tích pixel thay đổi Khi có pixel xác định có thay đổi phân loại ảnh thứ hai Sau đó, phương pháp so sánh sau phân loại truyền thống ứng dụng để tìm thông tin biến động Sơ đồ phương pháp thể hình 4.8 Ưu điểm phương pháp giảm sai số xác định biến động bỏ sót nhầm lẫn cung cấp cụ thể thông tin biến động từ loại sang loại Phương pháp phân tích số lượng nhỏ vùng thay đổi hai thời điểm Ở hầu hết vùng nghiên cứu, giai đoạn từ 1-5 năm diện tích biến động thường khơng lớn q 10% diện tích tồn vùng nghiên cứu, phương pháp thích hợp để thành lập đồ vùng có biến động nhỏ.Nhưng bất lợi lớn phương pháp phức tạp, đỏi hỏi số bước thực kết cuối phụ thuộc vào vào chất lượng mạng nhị phân sử dụng để phân tích Tuy nhiên để nghiên cứu biến động thành lập đồ biến động sử dụng đất phương pháp hữu dụng 6.Nghiªn cứu biến động sử dụng đất phơng pháp chồng xếp ảnh phân loại lên đồ đ có Trong số trường hợp mà khu vực nghiên cứu có đồ trạng sử dụng đất thành lập từ ảnh viễn thám có đồ số hóa thay sử dụng ảnh viễn thám thời điểm sử dụng nguồn liệu sẵn có Tiến hành phân loại ảnh thời điểm thứ hai, sau tiến hành so sánh pixel tương tự phương pháp so sánh sau phân loại để tìm biến động thông tin biến động http://www.ebook.edu.vn 112 Ưu điểm phương pháp sử dụng nguồn liệu biết, giảm nguồn sai số bỏ sót hay nhầm lẫn biết thông tin chi tiết biến động Hơn cần phân loại độc lập ảnh thời điểm Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm liệu số hóa khơng đủ độ xác liệu đồ khơng tương thích với hệ thống phân loại Nghiên cứu biến động sử dụng đất phơng pháp cộng màu kênh ảnh Trong phng phỏp ta chọn kênh ảnh định (ví dụ kênh 1) sau ghi ảnh thời điểm lên băng từ đặc biệt hệ thống xử lý ảnh số Khi màu sắc liệu ảnh chồng xếp cho thấy biến động hay không biến động theo nguyên lý tổ hợp màu Ảnh Ảnh Ảnh Ảnh màu đỏ Kênh n Kênh n Kênh n Ảnh màu lục Ảnh màu chàm Ảnh biến động Bản đồ biến động Hình 4.9 Nghiên cứu biến động sử dụng đât phương pháp cộng màu kênh ảnh Ví dụ có hai ảnh Landsat TM năm 2000 năm 2005 Gán màu lục cho kênh ảnh năm 2000, gán màu đỏ cho kênh ảnh năm 2005, gán màu chàm cho kênh ảnh trống Khi tất vùng khơng có thay đổi hai thời điểm có màu vàng (theo nguyên lý cộng màu, http://www.ebook.edu.vn 113 tổ hợp màu chàm màu đỏ tạo thành màu vàng) Như vào màu sắc ta định lượng thay đổi (h×nh 4.9) Ưu điểm phương pháp xác định biến động hai chí ba thời điểm ảnh lần xử lý ảnh Tuy nhiên kỹ thuật xử lý ảnh theo phương pháp không cung cấp số liệu cụ thể diện tích biến động từ loại đất sang loại đất khác Tuy phương pháp tối ưu để nghiên cứu biến động phạm vi rộng lớn vùng lãnh thổ Nghiªn cøu biÕn động sử dụng đất phơng pháp kết hợp Thc chất việc thành lập đồ biến động phương pháp véc tơ hóa vùng biến động từ tư liệu ảnh có độ phân giải cao ảnh SPOT Pan 10x10m, ảnh hàng không Nếu liệu ảnh thời điểm có độ phân giải thấp ta tiến hành phân loại ảnh theo phương pháp phân loại không kiểm định Từ ảnh phân loại không kiểm định tạo đồ trạng thời điểm Tiếp theo chồng xếp đồ lên ảnh có độ phân giải cao để phát biến động Sau tiến hành véc tơ hóa vùng biến động Việc khoanh vẽ vùng xảy biến động ảnh thực dễ dàng nhờ phương pháp giải đoán mắt dựa vào chuẩn đốn đọc chuẩn hình dạng, chuẩn cấu trúc, chuẩn kích thước … Chính vậy, phương pháp thông dụng người xử lý sử dụng phương pháp giải đốn mắt ảnh hàng khơng hai thời điểm Quá trình xử lý thực dễ dàng thỏa mãn hai yếu tố: - Nếu hai ảnh hiển thị hình lúc, bên cạnh http://www.ebook.edu.vn 114 - Các tính chất hình học ảnh nhau, định hướng vẽ đối tượng ảnh ảnh đối tượng có kích thước, hình dạng Ưu điểm phương pháp độ xác cao cung cấp đầy đủ thông tin biến động nhiên phương pháp thực ảnh độ phân giải cao So sánh phương pháp nghiên cứu biến động sử dụng đất tư liệu viễn thám hệ thông tin địa lý Từ kết thực nghiệm nghiên cứu công bố cho thấy: - Các phương pháp thành lập đồ biến động trừ phương pháp liên quan đến phép phân loại thông thường, phương pháp lại phải xác định ngưỡng phân chia thực nghiệm để tách pixel biến động không biến động Trên thực tế, việc xác định ngưỡng xác vấn đề khơng đơn giản - Các phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian, phương pháp số học, phương pháp mạng nhị phân, phương pháp cộng màu đòi hỏi người xử lý phải có trình độ hiểu biết định kỹ thuật xử lý ảnh Vì khó thực với người khơng phải thuộc quan chun mơn Thêm vào đó, để phát biến động thực sự, phương pháp đòi hỏi tư liệu viễn thám phải thu thập thời điểm năm Tuy nhiên, khó để thu nhận liệu viễn thám thời điểm năm, đặc biệt vùng nhiệt đới, nơi mà mây che phủ phổ biến nhiều ngày năm Đồng thời phải lưu ý tới độ ẩm đất lượng nước thảm thực vật trường hợp thời tiết lâu ngày không mưa vừa mưa xong thời điểm thu nhận ảnh http://www.ebook.edu.vn 115 - Phương pháp so sánh sau phân loại số phương pháp sử dụng rộng rãi Bản đồ biến động thành lập từ kết phân loại có kiểm định đạt độ xác cao [13] - Trong phương pháp so sánh sau phân loại, ảnh thời điểm phân loại độc lập nên tránh nhiều vấn đề khơng phải chuẩn hóa ảnh hưởng khí cảm ứng điện từ ảnh chụp thời điểm khác nhau, lấy mẫu lại kích thước pixel trường hợp liệu đa thời gian không độ phân giải không gian Ngoài ra, phương pháp phương pháp phù hợp cho việc chuyển kết phân loại hệ thơng tin địa lý để phân tích biến động sau phân loại Phương pháp cho nhạy cảm với thay đổi phổ đối tượng khác độ ẩm đất số thực vật Tuy nhiên phương pháp có hạn chế phụ thuộc vào độ xác ảnh phân loại tốn nhiều thời gian 4.2.2 Trình tự bước nghiên cứu biến động cơng nghệ tích hợp tư liệu viễn thám hệ thông tin địa lý Phát biến động sử dụng đất việc làm cần thiết để trợ giúp cho việc theo dõi quản lý tài nguyên thiên nhiên Có nhiều phương pháp nghiên cứu biến động khác nhau, nhiên chia thành hai nhóm là: phương pháp so sánh sau phân loại (từ đồ đồ); phương pháp quang phổ (từ ảnh ảnh) Việc sử dụng cách hay cách khác phụ thuộc vào đối tượng biến động cần xác định, liệu thu thập được, độ xác yêu cầu … Trình tự bước nghiên cứu biến động tóm tắt sau: http://www.ebook.edu.vn 116 Xác định vấn đề nghiên cứu Xác định vùng nghiên cứu, định rõ biến động theo thời gian (theo mùa theo năm) Định nghĩa lớp tương ứng với hệ thống hệ thống phân loại lớp phủ Nghiên cứu thông số ảnh vệ tinh để lựa chọn phương pháp xác định biến động sử dụng đất Đó thơng số đặc trưng cho thơng tin ảnh bao gồm độ phân giải không gian góc nhìn, độ phân giải thời gian, độ phân giải phổ, độ phân giải radiometric điều kiện môi trường Độ phân giải không gian ảnh khoảng cách tối thiểu hai đối tượng mà chúng phân chia tách biệt ảnh Độ phân giải khơng gian định góc nhìn tức thời thu Độ phân giải không gian thường thể kích thước pixel Ví dụ, ảnh Landsat TM có độ phân giải 30x30m Nếu hai ảnh có độ phân giải khơng gian việc định hướng ảnh theo ảnh khác thực dễ dàng Tuy nhiên hai ảnh thu từ cảm có trường nhìn tức thời khác ví dụ ảnh Landsat TM (30x30m) thời điểm 1, ảnh SPOT XS (20x20m) thời điểm Trong trường hợp ta phải định chọn đơn vị biểu diễn nhỏ đồ (20x20m) phải tái chia mẫu để ảnh có kích thước pixel Thơng thường ta phải chọn độ phân giải không gian nhỏ Trong trường hợp yêu cầu sai số nắn chỉnh hình học nhỏ 0,5 pixel Ngoài cần lưu ý tới góc nhìn ảnh, ảnh thu thập có góc nhìn khác ảnh hưởng đến kết biến động Hệ http://www.ebook.edu.vn 117 thống thu nhận ảnh vệ tinh ảnh SPOT thường chụp góc ±200 Rõ ràng với góc nhìn 200 góc nhìn 00 diện tích vùng thay đổi lớn Vì nghiên cứu biến động, ta nên chọn tư liệu ảnh có góc nhìn xấp xỉ Độ phân giải phổ: Tín hiệu phản xạ từ đối tượng mặt đất thu nhận theo dải sóng khác Mỗi dải sóng gọi kênh Nếu liệu viễn thám thu thập có độ phân giải phổ khác xử lý liệu để nghiên cứu biến động nên chọn kênh ảnh có dải sóng gần Ví dụ ảnh SPOT kênh (lục), kênh (đỏ), kênh (gần hồng ngoại) kết hợp hiệu ảnh Landsat TM kênh (lục), kênh (đỏ), kênh (gần hồng ngoại) ảnh Landsat MSS kênh (lục), kênh (đỏ) kênh (gần hồng ngoại) Độ phân giải radiometric ảnh định nghĩa thay đổi nhỏ độ xám phát thu Trên thực tế độ phân giải radiometric ảnh số xác định số bậc dùng để biểu diễn giá trị độ xám pixel, thường 8bit Trong hợp lý tưởng liệu viễn thám thu thập có độ phân giải radiometric Nếu liệu thời điểm có độ phân giải thấp (Landsat MSS - 6bit) so với liệu thời điểm khác (Landsat TM - 8bit) liệu có độ phân giải thấp (6bit) nên giảm nén thành bit để xử lý Tuy nhiên độ xác liệu giảm nén khơng tốt so với liệu bình thường chưa giảm nén Độ phân giải thời gian: Có hai vấn đề quan trọng định đến việc lựa chọn cách thức nghiên cứu biến động liên quan đến độ phân giải thời gian Một là, thời gian chụp ngày Nếu liệu viễn thám thu từ cảm thời gian chụp gần nhau, ví dụ ảnh http://www.ebook.edu.vn 118 Landsat TM thời gian chụp khoảng trước 9h45' vùng lãnh thổ Mỹ, góc chiếu mặt trời ảnh hưởng với liệu Thứ hai thời gian thu liệu ngày năm, ví dụ ngày 1/4/1999 1/4/2000 ảnh hưởng thay đổi mùa năm loại bỏ khơng có khác chu kỳ sinh trưởng thực vật Các điều kiện môi trường: Bao gồm điều kiện khí quyển, độ ẩm đất, chu kỳ sinh hóa, thủy triều Dữ liệu viễn thám phải thu nhận vào ngày không mây, trời quang đãng, cần lớp mỏng sương mù dẫn tới thay đổi phổ ảnh vệ tinh tạo nên khác biệt phổ thời điểm thu nhận ảnh Rõ ràng độ che phủ mây 0% tốt cả, lớn 20% khơng thể chấp nhận Trong điều kiện lý tưởng, độ ẩm đất với tất thời điểm ảnh dùng để nghiên cứu biến động Đất có độ ẩm tối đa đất khơ ngun nhân dẫn đến sai sót nghiêm trọng biến động Vì lựa chọn tư liệu viễn thám để nghiên cứu biến động cần phải biết rõ ngày chụp ảnh xem xét lại ghi chép lượng mưa ngày tuần trước liệu viễn thám thu nhận Các thông tin chu kỳ sinh trưởng trồng, thủy triều đóng vai trị quan trọng định đến biến động thật tư liệu ảnh viễn thám Xử lý liệu viễn thám để xác định biến động Quá trình bao gồm bước: -Thu thập số liệu biến động tài liệu liên quan http://www.ebook.edu.vn 119 - Nắn chỉnh ảnh, tăng cường chất lượng hình ảnh - Lựa chọn phương pháp nghiên cứu biến động - Lựa chọn phương pháp phân loại ảnh phân loại khơng kiểm định, có kiểm định phương pháp kết hợp để phân loại ảnh - Thành lập đồ biến động tính tốn số thống kê biến động Đánh giá độ xác: Độ xác kết thống kê phụ thuộc vào độ xác ảnh phân loại đồ biến động thành lập Biểu thị kết quả: Kết thể dạng tương tự lưu giữ dạng số http://www.ebook.edu.vn 120 MụC LụC Chơng 1: Những vấn đề chung công nghệ viễn thám 1.1 Các vấn đề chung viễn thám 1.1.1 Đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên 1.1.2 Một số yếu tố ảnh hởng tới khả phản xạ phổ đối tợng tự nhiên 11 1.2 Khả thông tin ảnh viễn thám 12 1.3 Các phơng pháp giải đoán ảnh viễn thám 14 1.3.1 Phơng pháp giải đoán ảnh mắt 15 1.3.2 Phơng pháp giải đoán ảnh xử lý số 19 1.4 Dánh giá độ xác phân loại phơng pháp viễn thám Chơng 2: Các vấn đề chung hệ thống thông tin địa lý 2.1 Định nghĩa thành phần hệ thống thông tin địa lý 37 2.1.1 Định nghĩa 37 2.1.2 Các thành phần hệ thống thông tin địa lý 38 2.2 Cấu trúc mô hình liệu hệ thống thông tin địa lý 43 2.2.1 Cấu trúc liệu hệ thông tin địa lý 2.2.2 Các điểm, đờng vùng 43 43 2.2.3 Định nghĩa đồ 44 2.2.4 Dữ liệu địa lý máy tính 45 2.2.5 Các cấu trúc sở liệu- tổ chức liệu máy tính 46 2.2.6 Cấu trúc liệu kiểu raster 51 2.2.7 CÊu tróc d÷ liƯu kiĨu vector 57 2.2.8 Cấu trúc liệu cho đồ- lựa chọn raster vector 60 2.3 Mô hình số độ cao 64 2.3.1 Khái niệm 64 2.3.2 Công dụng mô hình số độ cao 64 http://www.ebook.edu.vn 121 2.3.3 Các phơng pháp biểu diễn mô hình số độ cao 65 2.3.4 Các nguồn liệu phơng pháp lấy mẫu 70 2.3.5 Các kết thu đợc từ mô hình số độ cao 73 2.4 Giới thiệu số phần mềm HTTDDL Chơng 3: Công nghệ tích hợp t liệu viễn thám hệ thống thông tin địa lý 3.1 Tích hợp gì? 65 3.2 Sự tơng thích t liệu viễn thám hệ thống thông tin địa lý 3.3 Sự cần thiết phải tích hợp t liệu viễn thám hệ thống thông tin địa lý http://www.ebook.edu.vn 122 67 ... quan trọng việc ứng dụng có hiệu phơng pháp viễn thám Sự đời phát triển kỹ thuật viễn thám gắn liền với kết nghiên cứu lĩnh vực Phần lớn phơng pháp ứng dụng viễn thám đợc sử dụng có liên quan trực...chNG I vấn đề chung công nghệ viễn thám 1.1 Các vấn đề chung viễn thám Viễn thám khoa học nghiên cứu phơng pháp thu thập, đo lờng phân tích thông tin... nghiên cứu đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên Việt Nam phơng pháp viễn thám đ đợc ứng dụng sớm (từ năm 1960) nhng kết ứng dụng hạn chế cha có điều kiện kỹ thuật để tiến hành nghiên cứu đặc trng