7. Cấu trúc của luận văn
2.3.Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám vào nghiên cứu biến động lớp phủ
mặt đất
Phƣơng pháp Viễn thám cho phép thu thập thông tin về đối tƣợng trên mặt đất thông qua hình ảnh của đối tƣợng mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp ngoài thực địa. Các loại tƣ liệu ảnh viễn thám có thể đƣợc chụp từ máy bay (ảnh hàng không) nhƣng thông dụng nhất là đƣợc chụp từ ảnh vệ tinh.
Tƣ liệu viễn thám có hai loại chính là ảnh quang học và ảnh radar. Ảnh quang học chụp bề mặt trái đất nhờ năng lƣợng mặt trời và các thiết bị chụp ảnh sử dụng thấu kính quang học, hệ thống chụp ảnh này đƣợc gọi là hệ thống thụ động. Loại thứ hai là ảnh radar đƣợc chụp nhờ các thiết bị thu, phát sóng radar đặt trên vệ tinh. Hệ thống này đƣợc gọi là hệ thống chụp ảnh chủ động hay tích cực.
Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tƣợng lớp phủ mặt đất trên ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ.
Những ƣu thế cơ bản của ảnh vệ tinh có thể kể ra là:
- Cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất trên khu vực trùm phủ lớn (Landsat 180km x180km, SPOT, ASTER 60km x 60 km) cho phép tiến hành theo dõi giám sát trên những khu vực rộng lớn cùng một lúc.
- Cung cấp thông tin đa dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau cho phép nghiên cứu các đặc điểm của đối tƣợng từ nhiều góc độ phản xạ phổ khác nhau.
- Cung cấp các loại ảnh có độ phân giải khác nhau đo đó cho phép nghiên cứu bề mặt ở những mức độ chi tiết hoặc khái quát khác nhau. Ví dụ nhƣ các loại ảnh độ phân giải siêu cao nhƣ SPOT 5, IKONOS, QuickBird để nghiên cứu chi tiết, hoặc các loại ảnh có độ phân giải thấp nhƣng tần suất chụp lặp cao, diện tích phủ trùm lớn nhƣ MODIS, MERIS cho phép cung cấp các thông tin khái quát ở mức vùng hay khu vực. - Khả năng chụp lặp lại hay còn gọi là độ phân giải thời gian. Do đặc điểm quĩ đạo của vệ tinh nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định lại có thể chụp lặp lại đƣợc vị trí trên mặt đất. Sử dụng các ảnh vệ tinh chụp tại các thời điểm khác nhau sẽ cho phép theo dõi diễn biến của các sự vật hiện tƣợng diễn ra trên mặt đất, ví dụ nhƣ quá trình sinh trƣởng của cây trồng, lúa, màu.
- Các dữ liệu đƣợc thu nhận ở dạng số nên tận dụng đƣợc sức mạnh xử lý của máy tính và có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống thông tin nhƣ hệ thống thông tin địa lý (GIS).
Do những đặc tính hết sức ƣu việt kể trên ảnh vệ tinh đã trở thành một công cụ không thể thiếu đƣợc trong công tác theo dõi giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng nói chung và việc chiết tách các thông tin lớp phủ nói riêng, nhất là ở những vùng khó tiếp cận nhƣ các vùng núi cao, biên giới, hải đảo.
Phƣơng pháp viễn thám cho phép thu thập phần lớn các thông tin ở trong phòng nhƣng kết quả giải đoán cần đƣợc kiểm chứng ở ngoài thực địa do đó công tác thực địa là một phần không thể thiếu trong công nghệ Viễn thám.
Ảnh vệ tinh quang học với nhiều ƣu điểm nhƣ hình ảnh quen thuộc với con ngƣời, dễ giải đoán, kỹ thuật tƣơng đối dễ phát triển trên nền các công nghệ chụp ảnh hiện hành nên đã nhanh chóng đƣợc chấp nhận và ứng dụng rộng rãi. Các loại ảnh quang học nhƣ Landsat, SPOT, Aster, IKONOS, QuickBird đã trở nên quen thuộc và phổ biến trên toàn thế giới. Trong công tác thành lập các loại bản đồ lớp phủ bằng công nghệ Viễn thám sử dụng ảnh quang học đã đƣợc đƣa vào các qui trình qui phạm tƣơng đối hoàn chỉnh. Bảng dƣới đây liệt kê các thông số kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh quang học chính.
Ảnh vÖ tinh C¸c kªnh phæ §é ph©n gi¶i TÇn suÊt chôp lÆp (ngµy) DiÖn tÝch phñ trïm (km) SPOT 2 XS (®a phæ) PAN (toµn s¾c) 20 m 10 m 26 60 x 60 SPOT 4 XS (§a phæ) PAN (toµn s¾c) 20 m 10 m 26 60 x 60 SPOT 5 XS (§a phæ) PAN (toµn s¾c) PAN (toµn s¾c) 10 m 5 m 2,5m 26 60 x 60 LANDSAT TM Kªnh 1,2,3,4,5,6,7 30 m 16 180 x 180 LANDSAT ETM+ Kªnh 1,2,3,4,5,6,7 Kªnh 8 30 m 15 m 16 180 x 180 ASTER Kªnh 1,2,3N,3B Kªnh 4,5,6,7,8,9 Kªnh 10,11,12,13,14 15 m 30 m 90 m 16 60 x 60 IKONOS Kªnh toµn s¾c Kªnh ®a phæ T¹i t©m ngoµi t©m 0,82 m 1 m 3,2 m 4 m 14 11 x 11 QUICKBIRD Kªnh ®a phæ Kªnh toµn s¾c 2,44 m 0,61 m 1 - 3,5 16,5 x 16,5
Bảng 2.4: Các thông số kỹ thuật của một số loại ảnh vệ tinh quang học cơ bản
Nhƣợc điểm chính của ảnh quang học là chỉ có thể chụp vào ban ngày khi đƣợc mặt trời chiếu sáng và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết. Trong trƣờng hợp thời tiết xấu nhƣ mƣa bão, mây, mù, sẽ rất khó chụp đƣợc ảnh. Trên ảnh quang học cũng thƣờng có nhiều mây, nhất là ở khu vực nhiệt đới trong đó có Việt nam. Những những nhƣợc điểm này đã làm hạn chế rất nhiều khả năng ứng dụng của ảnh quang học. Đặc biệt là đối với những ứng dụng cần sử dụng ảnh chụp ở nhiều thời điểm.
Tuy ảnh vệ tinh có nhiều tính năng ƣu việt, nhƣng khả năng ứng dụng vào thực tiễn để thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất còn phụ thuộc vào các yếu tố khác nhƣ độ
chính xác hình học, khả năng hông tin về các đối tƣợng mà ảnh vệ tinh có thể đem lại, công nghệ đƣợc sử dụng. Trong số các loại ảnh vệ tinh, do đặc thù của ảnh, các ảnh radar ít đƣợc sử dụng nhƣ tài liệu chính để thành lập bản dồ lớp phủ. Nhƣng trong một số trƣờng hợp ảnh radar cho phép nhận dạng đƣợc nhiều loại đối tƣợng khi xử lý ảnh ở các thời điểm khác nhau.
Về độ chính xác hình học, đối với nhiều loại ảnh vệ tinh hiện nay (nhƣ SPOT, IKONOS, QuickBird) đã có thể thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất đến tỷ lệ 1:5000.
Bên cạnh khả năng đảm bảo độ chính xác về hình học, khả năng thông tin về các đối tƣợng lớp phủ của ảnh vệ tinh có ý nghĩa quyết định đến khả năng và phƣơng pháp sử dụng ảnh vệ tinh thành lập bản đồ lớp phủ và đánh giá biến động lớp phủ.
Trên thế giới việc ứng dụng công nghệ viễn thám, tại những nƣớc phát triển, đã đƣợc thực hiện ngay từ khi có những tấm ảnh đầu tiên của vệ tinh quan sát trái đất. Cho đến nay ảnh vệ tinh đã đƣợc ứng dụng ở hầu khắp các nƣớc, kể cả những nƣớc đang phát triển. Ở Việt nam, mặc dù việc ứng dụng công nghệ Viễn thám có chậm hơn những nƣớc tiên tiến trong khu vực nhƣng ảnh vệ tinh cũng đã đƣợc sử dụng ở rất nhiều các cơ quan, ngành và địa phƣơng khác nhau nhƣ nông nghiệp, lâm nghiệp, đo đạc và bản đồ, qui hoạch đất đai, địa chất – khoáng sản… Những ứng dụng tiêu biểu của ảnh vệ tinh liên quan đến việc chiết tách các thông tin về lớp phủ mặt đất là:
- Thành lập bản đồ lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất
- Điều tra thành lập bản đồ hiện trạng và theo dõi biến động rừng - Theo dõi giám sát mùa màng ..
- Thành lập bản đồ và theo dõi biến động các vùng đất ngập nƣớc - Thành lập bản đồ và theo dõi biến động rừng ngập mặn
- Kiểm kê tài nguyên nƣớc mặt
- Qui hoạch đô thị và theo dõi quá trình đô thị hóa
Một vài nhận xét chung về khả năng sử dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất:
- Ảnh vệ tinh phản ánh trực tiếp lớp phủ mặt đất với các hợp phần tự nhiên cùng các dấu vết tác động của con ngƣời lên đó cũng nhƣ các đối tƣợng kinh tế- xã hội do con ngƣời tạo ra.
- Trên ảnh vệ tinh có nhiều đối tƣợng có hình ảnh và vùng phân bố đặc thù nên có thể điều vẽ dễ dàng với độ chính xác cao. Tuy nhiên, do đặc điểm của đối tƣợng,
độ phân giải phổ, độ phân giải hình học, điều kiện chụp, xử lý ảnh nên dẫn đến trƣờng hợp một vài đối tƣợng có hình ảnh gần giống nhau, rất khó để phân biệt trên ảnh. Do vậy cần kết hợp thêm thông tin từ các nguồn tài liệu khác, đặc biệt là số liệu thực địa.
- Trên ảnh vệ tinh, có thể cùng một đối tƣợng nhƣng có nhiều hình ảnh khác nhau, tùy thuộc vào trạng thái bề mặt, vị trí, thói quen canh tác, … Vì vậy nên sử dụng ảnh đa thời điểm và am hiểu điều kiện sinh thái cảnh quan, kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu.
- Thực tế cho thấy, ảnh đa phổ đem lại nhiều thông tin về các đối tƣợng lớp phủ mặt đất. Tuy nhiên, độ phân giải cao của ảnh toàn sắc đƣợc khai thác kết hợp với ảnh đa phổ sẽ đem lại hiệu quả cao nhất.
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS VÀO NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ KHU VỰC HUYỆN TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI.