Tích hợp công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý để thành lập bản đồ sử dụng đất

-2- Lời cam đoan Tôi xin cam đoan toàn nội dung nghiên cứu đề tài công trình nghiên cứu riêng thân Đề tài cha đợc công bố lần không trùng lặp với đề tài khác Các số liệu đo đạc, khảo sát, kết tính toán xử lý hoàn toàn trung thực khách quan Tác giả đề tài Vũ Danh Tuyên -3- Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PSG.TS Phạm Vọng Thành đ giúp đỡ, hớng dẫn khoa học suốt trình làm luận văn Tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn Trắc địa ảnh, trờng Đại học Mỏ-Địa chất, Trung tâm Công nghệ - Cục đo đạc đồ quân đội Trung tâm Viễn thám đ giúp hoàn thiện đề tài Tôi xin cảm ơn Ban l nh đạo Trờng Cao đẳng Tài nguyên Môi Trờng Hà nội, Khoa Trắc địa Bản đồ, bạn đồng nghiệp đ tạo điều kiện, giúp đỡ, góp ý trình làm luận văn Do thời gian hạn chế, kinh nghiệm kiến thức có hạn nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận đợc ý kiến đóng góp quý báu kết nghiên cứu luận văn đợc hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn ! -4- Mục lục Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục sơ đồ, hình vẽ Mở đầu Chơng 1- Tổng quan công tác thành lập Bản đồ trạng sử dụng đất 1.1 Bản đồ trạng sử dụng đất( HTSDĐ), tỷ lệ hệ thống giải 1.2 Các phơng pháp thành lập đồ HTSDĐ 1.3 Tình hình thành lập đồ HTSDĐ giới Việt nam Chơng - Các vấn đề chung công nghệ Viễn thám Trang: 12 12 16 17 21 2.1 Các vấn đề chung viễn thám 21 2.2 Khả thông tin ảnh vệ tinh 31 2.3 Các phơng pháp giải đoán ảnh viễn thám 33 2.4 Phơng pháp thành lập đồ HTSDĐ t liệu viễn thám 41 Chơng - Các vấn đề chung hệ thông tin Địa lý 3.1 Hệ thông tin Địa lý(HTTĐL) 3.2 Một số khả ứng dụng HTTĐL công tác Trắc địa Bản đồ 52 52 57 3.3 ứng dụng HTTĐL để thành lập đồ HTSDĐ Chơng - Tích hợp công nghệ viễn thám HTTĐL để thành lập đồ HTSDĐ khu vực tỉnh Yên Bái 4.1 Tại phải tích hợp ? 4.2 Quy trình công nghệ tích hợp công nghệ viễn thám HTTĐL 4.3 Thùc nghiƯm 63 65 65 67 KÕt ln vµ kiến nghị 69 88 Tài liệu tham khảo 92 Phụ lục 94 -5- Danh mục sơ đồ, bảng biểu Sơ đồ 2.1 Quy trình công nghệ thành lập đồ HTSDĐ phơng pháp xử lý số Trang: 47 Sơ đồ 3.1 Các thành phần phần cứng HTTĐL 52 Sơ đồ 3.2 Các modul phần mềm HTTĐL 53 Sơ đồ 3.3 Quá trình nhập liệu HTTĐL 54 Sơ đồ 3.4 Mô hình modul quản lý lu trữ liệu 55 Sơ đồ 3.5 Mô hình modul xuất liệu 55 Sơ đồ 3.6 Mô hình modul biến đổi liệu 56 Sơ đồ 3.7 Mô hình hệ thống thông tin Địa 59 Sơ đồ 4.1 Biểu diễn mô hình tích hợp thông tin 66 Sơ đồ 4.2 Quy trình tích hợp công nghệ viễn thám HTTĐL 68 Sơ đồ 4.3 Sơ đồ khối thuật toán tích hợp thông tin 80 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật t liệu vệ tinh SPOT5 71 Bảng 4.2 Giá trị nhỏ lớn kênh ảnh trớc sau tăng cờng chất lợng ảnh 74 Bảng 4.3 Vị trí điểm khống chế độ xác chúng 75 Bảng 4.4 Ma trận sai số kết phân loại 77 -6- Danh mục hình vẽ Trang: Hình 2.1 Đặc tính phản xạ phổ số đối tợng tự nhiên 24 Hình 2.2 Đặc tính phản xạ phổ thực vật 25 Hình 2.3 Đặc tính phản xạ phổ thổ nhỡng 27 Hình 2.4 Đặc tính phản xạ phổ đất phụ thuộc vào độ ẩm 28 Hình 2.5 Khả phản xạ hấp thụ nớc 29 Hình 2.6 Nguyên lý tổ hợp mầu 48 Hình 4.1 ảnh khu vực nghiên cứu 72 Hình 4.2 Nhập ảnh 73 Hình 4.3 Xây dựng ảnh tổ hợp mầu 73 Hình 4.4 Histogram kênh ảnh 73 Hình 4.5 ảnh tổ hợp màu trớc sau tăng cờng chất lợng 74 Hình 4.6 Phân loại không giám định 76 Hình 4.7 81 Cơ sở liệu HTTĐL Hình 4.8 Tệp kết phân vùng độ xám 82 Hình 4.9 Kết phân loại có sử dụng t liệu HTTĐL 86 -7- mở đầu Tính cấp thiết đề tài Hiện giới, đặc biệt nớc công nghiệp phát triển việc xây dựng đồ theo dõi biến động trạng sử dụng đất (HTSDĐ) đợc tiến hành thờng xuyên sở sử dụng t liệu viễn thám với phần mềm xử lý chuyên dụng T liệu viễn thám không dừng lại việc thành lập đồ HTSDĐ mà đợc ứng dụng nhiều ngành khoa học khác nh: công tác điều tra quy hoạch, công tác khí tợng, đánh giá tác động môi trờng, Việc thành lập đồ HTSDĐ có vai trò quan trọng công tác quản lý nhà nớc, đất đai Chính phủ ta ngày thấy rõ tầm quan trọng việc điều tra nghiên cứu HTSDĐ đ yêu cầu địa phơng năm phải thành lập đồ HTSDĐ khu vực lần, phơng pháp truyền thống không đáp ứng đợc nhu cầu thời gian nh kinh phí Trớc nhu cầu thực tế khả kỹ thuật viễn thám ngày cao, kết hợp với hệ thông tin địa lý việc đặt vấn đề đa công nghệ viễn thám ứng dụng vào việc giám sát loại tài nguyên môi trờng có việc kiểm kê đất đai việc làm cần thiết Mục đích nghiên cứu Với phát triển công nghệ tin học kỹ thuật viễn thám, ngày hầu hết nớc phát triển giới nh nớc khu vực áp dụng công nghệ xử lý ảnh số để thành lập loại đồ chuyên đề, có đồ HTSDĐ -8- T liệu viễn thám không dừng lại việc thành lập đồ HTSDĐ mà đợc ứng dụng nhiều ngành khoa học khác nh: công tác điều tra quy hoạch, công tác khí tợng, đánh giá tác động môi trờng, Việc điều tra nghiên cứu HTSDĐ có vai trò chiến lợc công tác quản lý nhà nớc Chính phủ ngày thấy rõ tầm quan trọng việc điều tra nghiên cứu HTSDĐ đ yêu cầu địa phơng năm phải thành lập đồ HTSDĐ khu vực lần, phơng pháp truyền thống không đáp ứng đợc nhu cầu Hiện nay, với phát triển không ngừng công nghệ thông tin, hệ thống sở liệu ngày đợc cập nhật hoàn thiện, có HTTĐL(GIS) Việc kết hợp GIS viễn thám vấn đề đợc quan tâm công tác thành lập đồ HTSDĐ Đối tợng phạm vi nghiên cứu Thành lập đồ trạng sử dụng đất việc tích hợp công nghệ viễn thám hệ thông tin địa lý (GIS), thực chất trình xử lý, phân tích ảnh kết hợp với nguồn tài liệu khác có liên quan để xác định loại đất theo loại hình sử dụng, vị trí phân bố không gian thể kết dới dạng mô hình đồ Ngoài việc phụ thuộc vào t liệu ảnh sử dụng, công tác thành lập đồ trạng sử dụng đất ảnh viễn thám phụ thuộc nhiều vào kết phơng pháp giải đoán ảnh viễn thám Phơng pháp nghiên cứu Các phơng pháp nghiên cứu đợc sử dụng luận văn là: - Phơng pháp xử lý số t liệu viễn thám để thành lập đồ HTSDĐ - Phơng pháp tích hợp công nghệ viễn thám HTTĐL - Phơng pháp thống kê -9- ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đất đai có vai trò quan trọng sù nghiƯp ph¸t triĨn kinh tÕ – x héi, an ninh - quốc phòng đất nớc Đó t liệu sản xuất trực tiếp kinh tế nông lâm ng nghiệp, địa bàn để phát triển kinh tế công nghiệp dịch vụ, nhu cầu thiết yếu cho sinh hoạt ngời, đất đai đóng vai trò quan trọng nghiệp bảo vệ môi trờng Hệ thống quản lý đất đai chặt chẽ sách đất đai phù hợp có tác ®éng tÝch cùc ®èi víi sù ph¸t triĨn kinh tÕ đất nớc Bản đồ HTSDĐ tài liệu quan trọng cần thiết cho công tác quy hoạch, thiết kế quản lý hành Đối với công tác quản lý đất đai, đồ HTSDĐ đợc sử dụng nh loại đồ thờng trực làm để giải toán tổng thể cần đến thông tin thời bề mặt lớp phủ Bản đồ HTSDĐ nguồn liệu đầu vào có giá trị cho hệ thống thông tin địa lý (HTTĐL), cho ngành sử dụng nhiều đất nh nông-lâm nghiệp, giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện, xây dựng nhiều tổ chức đơn vị kinh tế nh hợp tác x nông-lâm nghiệp nhiều cấp l nh thỉ hµnh chÝnh nh− x , hun, tØnh Việc thành lập đồ HTSDĐ đ thành nhiệm vụ thờng xuyên Ngày nay, hệ thông tin địa lý ngày đợc mở rộng với nhiều nguồn t liệu, thông tin phong phú Cùng với phát triển công nghệ tin học, công nghệ viễn thám đ có phát triển mạnh mẽ mang lại hiệu cao vỊ chÊt l−ỵng, thêi gian lÜnh vùc hiƯn chØnh, cập nhật thành lập loại đồ khác có đồ HTSDĐ áp dụng công nghệ viễn thám để thành lập đồ HTSDĐ ®iỊu kiƯn n−íc ta lµ mét vÊn ®Ị quan träng Vì đề tài Tích hợp công nghệ viễn thám hệ thông tin địa lý để thành lập đồ trạng sử dụng đất phục vụ công tác kiểm kê đất đai việc làm có ý nghÜa thùc tiƠn vµ mang tÝnh khoa häc cao - 10 - C¬ së khoa häc cđa luận văn Hiện có hai phơng pháp để thành lập đồ HTSDĐ: Phơng pháp truyền thống phơng pháp xử lý số Trớc yêu cầu thực tế đặt ra, việc thành lập đồ HTSDĐ theo phơng pháp truyền thống không đáp ứng đợc yêu cầu kể thời gian nh độ xác Đối với phơng pháp thành lập đồ HTSDĐ t liệu ảnh viễn thám vấn đề đặt giải toán phân loại bề mặt lớp phủ dựa phơng pháp phân loại có giám định phân loại không giám định Trong hai phơng pháp phân loại việc xác định bề mặt lớp phủ dựa chuẩn đoán đọc điều vẽ dựa vào đặc trng phản xạ phổ đối tợng tự nhiên Nếu đối tợng không giải đoán đợc trực tiếp ảnh phải khảo sát, điều tra thực địa Nh không tận dụng đợc tính u việt t liệu viễn thám Vấn đề đặt nghiên cứu giải pháp thành lập đồ HTSDĐ dựa t liệu viễn thám nguồn thông tin khác nhằm giảm thời gian, kinh phí, nâng cao suất lao động mà đảm bảo đợc độ xác yêu cầu Đề tài giải vấn đề nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, từ đa phơng pháp thành lập đồ HTSDĐ tối u nhất, phï hỵp víi thùc tÕ hiƯn Bè cơc luận văn Nội dung luận văn chia làm chơng, đợc trình bày nh sau: Chơng 1- Tổng quan công tác thành lập Bản đồ trạng sử dụng đất Trong chơng trình bày khái niệm, tỷ lệ hệ thống giải đồ HTSDĐ Các phơng pháp thành lập đồ HTSDĐ ViƯt Nam cịng nh− trªn thÕ giíi - 11 - Chơng - Các vấn đề chung công nghệ viễn thám Trình bày vấn đề chung viễn thám nh yếu tố ảnh hởng tới khả thu nhận ảnh viễn thám Chơng phân tích rõ khả thành lập đồ trạng sử dụng đất ứng dụng phơng pháp phân loại có giám định, phân loại không giám định, từ chúng đa u nhợc điểm công nghệ viễn thám công tác thành lập đồ HTSDĐ Chơng - Các vấn đề chung hệ thống thông tin địa lý Trong chơng giới thiệu khái niệm HTTĐL, giới thiệu số phần mềm ứng dụng HTTĐL công tác quản lý Địa thành lập đồ chuyên đề Chơng - Thực nghiệm Nội dung chơng làm rõ vấn đề nghiên cứu: phải tích hợp công nghệ viễn thám hệ thông tin địa lý tích hợp nh Tiến hành thành lập đồ trạng sử dụng đất khu vực tỉnh Yên Bái phơng pháp tích hợp công nghệ viễn thám HTTĐL Kết luận kiến nghị - Trên sở nghiên cứu lý thuyết kết thực nghiệm minh hoạ rút nhận định, kết luận khoa học thực tế đề tài, đồng thời nêu lên kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu số vấn đề liên quan đến nội dung đề tài - 80 Begin Đặc tính đối tợng vẽ phân vùng độ xám Đối tợng vùng Fale True Kênh giá trị độ xám cã n»m tƯp tin mÉu Fale True KiĨm tra đối tợng Thoả m n sở liệu HTTĐL(giao nhau, trùng loại) Fale True - Xoá đối tợng vùng cũ - In vùng theo loại ký hiệu đối tợng Bản vẽ phân vùng độ xám theo đối tợng phân loại End Sơ đồ 4.3 Sơ đồ khối thuật toán tích hợp thông tin Giữ nguyên đối tợng - 81 - - Tổ chức liệu đầu vào chơng trình + Tệp tin mẫu chứa giá trị phổ loại đối tợng + Cơ sở liệu HTTĐL, lớp phục vụ cho trình phân loại đối tợng tồn dới dạng vùng Tại vùng kèm với thuộc tính thông tin đối tợng Ví dụ: lớp đất có rừng tự nhiên, lớp dân c Đất trống Dân c a Các đối tợng b Thuộc tính đối tợng Hình 4.7 Cơ sở liệu HTTĐL Hình 4.8 Tệp kết phân vùng độ xám - 82 - + Tệp kết phân vùng độ xám thuộc tính cho đối tợng (hình 4.8) Trong trình tích hợp kết phân loại đợc chuyển file sang định dạng phần mềm MAPINFO để tiện cho trình xử lý kết phân loại - Dới đề tài trích phần m nguồn modul tích hợp: include Declare Declare Declare Declare Declare Declare "caidat.mb" Sub main Sub banvedx Sub banvedh Sub teptinmau Sub dieuve Sub taovungmoi(loai as string,ob as Object) Global ttbvdx,ttbvdh,ttttm as string Sub main Create Menu "VIEN THAM" As "Ban ve vung xam" Calling banvedx, "Ban co so du lieu dia ly" calling banvedh, "Tep tin mau" calling teptinmau, "Thuc hien dieu ve" calling dieuve, "(-", "Exit " Calling bye, "(-", "About " Calling About Alter Menu Bar Add "VIEN THAM" Set Window Message Font (".VNTime", 1, 10, BLUE) Print Chr$(12) + "Vu Danh Tuyen!" End Sub sub banvedx ttbvdx = vtl() end sub sub banvedh ttbvdh = vtl() end sub sub teptinmau ttttm = FileOpenDLG("","","tab","Tep tin mau xam") end sub sub dieuve Dim kenh() as string*1 Dim loai(),loaidh() as string Dim ktdx,ktdl as Logical Dim vungdx(),obdh() as object Dim dxmin(),dxmax(),i,j,soloai,n,rmin(),rmax(),bmin(),bmax(),gmin(),gmax(),k as integer IF (ttttm"")and(ttbvdx"")and(ttbvdh"") THEN Open Table ttttm As mau Fetch first from mau - 83 - While not(EOT(mau)) Redim loai(Ubound(loai)+1) i = ubound(loai) Redim kenh(i) Redim dxmin(i) Redim dxmax(i) kenh(i) = mau.COL1 dxmin(i) = mau.COL2 dxmax(i)=mau.COL3 loai(i) = mau.COL4 fetch next from mau Wend Close Table mau ' -Set map layer ttbvdx EdiTable On Set coordsys table ttbvdx ' select * from ttbvdh n = SelectionInfo(SEL_INFO_NROWS) Fetch first from selection for i=1 to n if ObjectInfo( selection.obj , OBJ_INFO_TYPE)=OBJ_TYPE_REGION then Redim obdh(Ubound(obdh)+1) j = ubound(obdh) Redim loaidh(j) obdh(j) = selection.obj loaidh(j)=selection.COL1 end if Fetch next from selection next ' soloai = ubound(loai) if soloai>=1 then Select * from ttbvdx n = SelectionInfo(SEL_INFO_NROWS) redim vungdx(n) Redim rmin(n) Redim rmax(n) Redim bmin(n) Redim bmax(n) Redim gmin(n) Redim gmax(n) Fetch first from selection for i=1 to n vungdx(i) = selection.OBJ rmin(i)=selection.COL1 rmax(i)=selection.COL2 bmin(i)=selection.COL3 bmax(i)=selection.COL4 gmin(i)=selection.COL5 gmax(i)=selection.COL6 Fetch next from selection next delete object from selection 'Commit Table ttbvdx ' FOR i=1 To n IF ObjectInfo( vungdx(i) , OBJ_INFO_TYPE)=OBJ_TYPE_REGION THEN if (rmin(i)>0)and(rmax(i)>0) then j=1 ktdx=true While (j=dxmin(j))and(rmax(i)0) then j=1 ktdx=true While (j=dxmin(j))and(rmax(i)0) then j=1 ktdx=true While (j=dxmin(j))and(rmax(i)