- Phân loại có kiểm định:
c. NHẬP DỮ LIỆU RASTER * Quá trình nhập dữ liệu Raster
*. Quá trình nhập dữ liệu Raster
Quá trình nhập dữ liệu và biên tập cơ sở dữ liệu Raster vào hệ thống GIS bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau: thu thập dữ liệu, nhập dữ liệu, tạo cơ sở dữ liệu và biên tập dữ liệu. Hình dưới liệt kê một số công đoạn cơ bản trong quá trình xây dựng cơ sở dữ liệu Raster trong GIS. Tuy nhiên, quá trình chi tiết có sự biến động theo các phần mềm GIS khác nhau và mỗi dạng dữ liệu Raster cũng có quy trình kỹ thuật khác nhau. Đặc biệt, hiện nay dữ liệu Raster hầu hết lưu dưới dạng số trong các thiết bị thu thập dữ liệu, vì vậy công tác nhập dữ liệu ở đây thực chất chỉ còn khâu nhập dữ liệu vào phần mềm ứng dụng cụ thể theo định dạng nhất định. Nội dung nhập và biên tập cơ sở dữ liệu Raster không nhất thiết phải thực hiện đầy đủ các bước như mô tả ở Hình dưới.
Ảnh vệ tinh Quét ảnh Ảnh máy bay Nắn ảnh Bản đồ chuyên đề Số hóa và Raster hoá Nội suy Dữ liệu Vector Dữ liệu điểm
Quá trình nhập và biên tập cơ sở dữ liệu Raster
Với bản đồ chuyên đề và ảnh máy bay dạng đã in và đang được lưu trữ tại các cơ quan quản lý chuyên ngành. Các bước chính để nhập dữ liệu bao gồm thu thập ảnh, bản đồ sau đó tiến hành quét, đăng ký tọa độ cho ảnh quét và tiến hành số hóa dữ liệu (quá trình Vector hóa). Cuối cùng, dữ liệu số hóa Vector chuyển đổi sang dữ liệu Raster. Quá trình chuyển đổi có thể làm sai số dữ liệu, việc lựa chọn độ phân giải phù hợp để duy trì độ chính xác tốt nhất cần được cân nhắc kỹ. Với dữ liệu ảnh vệ tinh dạng ảnh số, tệp dữ liệu ảnh nhập vào phần mềm cụ thể. Ví dụ, phần mềm IDRISI cho phép nhập được rất nhiều tệp ảnh viễn thám với định dạng dữ liệu khác nhau. Khâu tiếp theo là đăng ký hệ tọa độ (nắn ảnh) cho ảnh nhập vào hệ thống. Bước này cần tiến hành thu thập dữ liệu tại thực địa để thu thập tọa độ các điểm khống chế. Thiết bị GPS thường được sử dụng để xác định tọa độ điểm khống chế ảnh. Dữ liệu dạng điểm cần nhập vào máy tính và tiến hành nội suy và tạo lớp dữ liệu Raster.
*. Nguồn dữ liệu
(a) Nguồn dữ liệu ảnh máy bay
Ảnh máy bay là một nguồn thông tin hữu ích về một vùng tương đối rộng lớn mà không cần phải khảo sát thực địa. Các nhóm đối tượng địa lý như đường giao thông, ao hồ, sông suối, công trình xây dựng, trang trại và rừng có thể được nhận biết tương đối dễ dàng trên ảnh hàng không. Các đặc điểm khác như thảm thực vật, loại đất và các kiến tạo địa chất thì nhận biết khó hơn. Tuy vậy, người có nhiều kinh nghiệm có thể nhận được khá nhiều thông tin qua ảnh hàng không. Khi sử dụng một cặp hai ảnh chồng xếp lên nhau có thể tạo dựng thành ảnh không gian ba chiều (3D), qua đó đem lại cảm nhận về độ cao các đối tượng trong ảnh. Thông qua diễn giải ảnh hàng không, người phân tích ảnh phân loại đối tượng trong ảnh và đưa dữ liệu mới này vào hệ thống quản lý dữ liệu hoặc để cập nhật thông tin đã có từ trước.
(b) Nguồn dữ liệu ảnh viễn thám
Viễn thám là một phương pháp thu thập thông tin về bề mặt Trái đất từ xa thông qua sử dụng các hệ thống vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo nhất định. Hệ thống viễn thám ghi nhận mức năng lượng phát ra hoặc được phản xạ từ các đối tượng trên bề mặt Trái đất. Dữ liệu ảnh viễn thám được tổ chức theo mô hình dữ liệu Raster. Mỗi ảnh là một ma trận số tín hiệu mức năng lượng phản xạ mà vệ tinh thu nhận được và ghi lại.
Với sự phát triển nhanh của công nghệ chế tạo thiết bị thu thập dữ liệu về tài nguyên Trái đất ngày càng phát triển như hệ thống vệ tinh viễn thám của Hoa Kỳ, Châu Âu, Nhật Bản; hệ thống định vị toàn cầu GPS; công nghệ chụp ảnh hàng không. Xu hướng nhập, lưu trữ và sử dụng dữ liệu dạng Raster ngày càng phổ biến trên Thế giới. Trong tương lai không xa, các nguồn dữ liệu này sẽ chiếm một vị trí quan trọng trong xây dựng cơ sở dữ liệu trong các hệ thống GIS. Các dạng dữ liệu này đã được lưu trữ ở các thiết bị thu thập dữ liệu và nhập trực tiếp vào máy tính để biên tập, phân tích và sử dụng. Các dữ liệu Raster này có thể chuyển thành dữ liệu Vector.
Một số nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh có thể sử dụng trong xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý được cung cấp miễn phí. Phần lớn các dữ liệu cung cấp miễn phí có nguồn gốc từ Trung tâm nghiên cứu vũ trụ của Hoa Kỳ (NASA). Dưới áp lực của những biến đổi môi trường
toàn cầu, NASA cam kết cung cấp một số nguồn tư liệu ảnh vệ tinh cho các nhà khoa học để giúp họ có thể nghiên cứu về biến đổi khí hậu và các vấn đề liên quan đến quản lý tài nguyên Trái đất. Ví dụ, dữ liệu lớp phủ thực vật thế giới là nguồn dữ liệu khá phong phú và được cung cấp miễn phí hoàn toàn. Các ảnh LANDSAT TM/ETM, SPOT,QUICKBIRD, IKONOS, MODIS được lưu trữ tại trang web http://www.landcover.org/index.shtml. Dữ liệu địa hình độ phân giải 90m x90m (SRTM 90m Digital Elevation Data) cũng được cung cấp miễn phí. Nguồn dữ liệu này có thể tham khảo tại trang web http://srtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp.
Ngoài ra, các dữ liệu quan trắc dạng điểm cũng là nguồn dữ liệu quý giá để nội suy thành cơ sở dữ liệu Raster. Dữ liệu LIDAR là một trong nguồn dữ liệu dạng điểm và sử dung nội suy để cho ta dữ liệu Raster. Các mô hình số độ cao của các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn thường được nội suy từ dữ liệu điểm. Hầu hết các loại dữ liệu cần phải được nắn để đảm bảo độ chính xác. Thông thường dữ liệu địa hình, mạng lưới giao thông, các điểm mốc và dữ liệu quan trắc thực địa bằng GPS được sử dụng như điểm khống chế để nắn ảnh.
Từ năm 2003 đến năm 2005, Việt Nam nhận được sự giúp đỡ về kỹ thuật và tài chính của Cộng hòa Pháp để xây dựng hệ thống giám sát tài nguyên và môi trường. Hệ thống bao gồm Trạm thu ảnh SPOT, ảnh Envisat ASAR và ảnh MERIS; Trung tâm dữ liệu quốc gia có khả năng xử lý, phân tích, lưu trữ và phân phối các dữ liệu thu nhận được; Hệ thống ứng dụng dữ liệu (gồm các đơn vị chuyên môn) cho phép sử dụng các dữ liệu đã được xử lý ở Trung tâm dữ liệu vào các mục đích riêng của từng cơ quan, tổ chức. Hệ thống này đã và đang đáp ứng rộng rãi, kịp thời các nhu cầu cơ bản về tư liệu viễn thám cho các ngành. Công nghệ viễn thám có nhiều ưu việt so với các dữ liệu quan trắc và đo đạc truyền thống khác. Những ưu điểm cơ bản là khả năng giám sát đối tượng theo không thời gian. Khả năng không gian là ảnh viễm thám có độ phủ trùm trên diện tích lớn
của Trái đất gồm cả những khu vực rất khó đến được như rừng nguyên sinh, đầm lầy và hải đảo. Khả năng giám sát đối tượng theo thời gian là khả năng theo dõi sự biến đổi của tài nguyên, môi trường Trái đất vì chu kỳ quan trắc lặp liên tục trên cùng một đối tượng trên mặt đất. Khả năng này cho phép ghi lại được các biến đổi của tài nguyên, môi truờng giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Hơn nữa, sử dụng các dải phổ đặc biệt khác nhau để quan trắc các đối tượng, nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục đích, trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ của Trái đất. Ngoài ra, ảnh viễn thám là tư liệu ảnh số có độ phân giải cao nên hỗ trợ hiệu quả cho thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia, hệ thống dữ liệu địa lý quốc gia.
Hiện nay, nhiều hệ thống các vệ tinh viễn thám quan trắc tài nguyên Trái đất như LANDSAT, SPOT, ENVISAT, QUIKBIRD cung cấp nhiều dữ liệu Raster. LANDSAT là vệ tinh quan trắc tài nguyên Trái đất do NASA quản lý. Vệ tinh LANDSAT bay ở độ cao 705km, mỗi cảnh có độ bao phủ mặt đất là 185km x 170km với chu kỳ chụp lặp là 16 ngày. Cho đến nay, bảy thế hệ vệ tinh LANDSAT đã được phát triển. Vệ tinh LANDSAT 7 mới được phóng vào quỹ đạo tháng 4/1999 với đầu thu TM cải tiến gọi là ETM (Enhanced Thematic Mapper). Trên vệ tinh LANDSAT TM có ý nghĩa quan trọng nhất trong việc nghiên cứu tài nguyên và môi trường. Ảnh LANDSAT cung cấp miễn phí cho người dùng trên toàn Thế giới. Dữ liệu LANDSAT gồm nhiều kênh (Band) khác nhau.
Ảnh LANDSAT có thể tải về từ địa chỉ http://glcf.umiacs.umd.edu/. Địa chỉ này duy trì bởi Chương trình dữ liệu lớp phủ thực vật toàn cầu (Global Land Cover Facility) của Đại học Maryland, Hoa Kỳ. Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm nghiên cứu không gian CNES (Centre National d’Etudes Spatiales -) của Pháp chế tạo và phát triển. Vệ tinh đầu tiên SPOT1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, các thế hệ tiếp theo là SPOT2, SPOT3, SPOT4 và SPOT5 lần lượt được phóng vào quỹ đạo năm 1990, 1993, 1998 và 2002. Các thế hệ vệ tinh SPOT1,2,3 có đầu thu HRV với kênh toàn sắc độ phân giải 10m và ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m. Mỗi cảnh có độ bao phủ mặt đất là 60km x 60km. Vệ tinh SPOT4 với kênh toàn sắc độ phân giải 10m và ba kênh đa phổ của HRVIR tương đương với ba kênh phổ truyền thống của HRV có độ phân giải 20m và đầu thu ảnh kênh thực vật. Vệ tinh SPOT5 được trang bị một cặp đầu thu HRG (High Resolution Geometric) là loại đầu thu ưu việt hơn các loại trước đây. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải 2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60km đến 80km. Ảnh QUICKBIRD hiện nay là một trong những loại ảnh vệ tinh thương mại có độ phân giải cao nhất. Hệ thống thu ảnh QUICKBIRD có thể thu được đồng thời các ảnh toàn sắc lập thể có độ phân giải từ 67cm đến 72cm và các tấm ảnh đa phổ có độ phân giải từ 2,44m đến 2,88m. Một ảnh QUICKBIRD chuẩn có kích thước 16,5km x 16,5km. Vệ tinh ENVISAT cung cấp nhiều loại dữ liệu viễn thám, trong đó quan trọng nhất là hai đầu thu ASAR (ảnh Radar) và MERIS (ảnh quang học). Ảnh vệ tinh ENVISAT MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) có bước sóng là 0,412-0,9mm (VIS, NIR), số kênh phổ là 15, độ phân giải là 260m theo phương vuông góc với dải chụp, 290m dọc theo dải chụp và độ rộng dải chụp là 1165km. Ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) có bước sóng/tần số là 5.331 Ghz (C band), số kênh phổ là 4 (phân cực), độ phân giải là 30 - 1000m.
Hiện nay, ảnh vệ tinh đã và đang được ứng dụng trong xây dựng dữ liệu sử dụng đất, giám sát biến động hệ sinh thái và đa dạng sinh học, xây dựng bản đồ thổ nhưỡng, địa chất, điều tra và giám sát tài nguyên nước, giám sát tài nguyên và môi trường. Việc thành lập bản đồ sử dụng đất ở các cấp khác nhau có lẽ là ứng dụng đang được triển khai phổ biến hơn các ứng dụng còn lại. Ảnh vệ tinh LANDSAT TM đã và đang được sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở các cấp ở nước ta. Cấp toàn quốc, bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1990 tỉ lệ 1: 1.000.000 được thành lập có sự hỗ trợ của LANDSAT TM và bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1993 tỷ lệ 1: 250.000 thành lập bằng ảnh LANDSAT TM. Cấp vùng sinh thái, các bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:250.000 của các vùng sinh thái như vùng Tây Nguyên, vùng Đồng bằng sông Cửu Long, vùng Đồng bằng sông Hồng được thành lập sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính. Ở cấp tỉnh, bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn của một số địa phương cũng được thành lập bằng ảnh vệ tinh. Những bản đồ này thường được thành lập ở các tỉ lệ 1:100.000 đến 1: 25.000. Ngoài ra, ảnh vệ tinh đã được sử dụng để thành lập bản đồ phân bố hệ sinh thái như hệ sinh thái rừng ngập mặn, đất ngập nước như bản đồ rừng ngập mặn tỉ lệ 1: 100.000, bản đồ đất ngập nước toàn quốc tỷ lệ 1: 250 000, bản đồ biến động bờ biển thời kì 1965 - 1995 tỉ lệ 1: 100.000 phủ trùm cả dải ven biển. Hiện nay, nhiều phần mềm GIS như ArcGIS, IDRISI cung cấp đa dạng công cụ cho phép nhập và xử lý ảnh vệ tinh để tạo ra các bản đồ chuyên đề khác nhau. Hai
phần mềm này có thể nhập và hiển thị được ảnh vệ tinh ở nhiều định dạng dữ liệu khác nhau.
*. Nắn ảnh và ghép ảnh
Dữ liệu Raster thường được nhập vào hệ thống GIS thông qua chức năng nhập dữ liệu ảnh số như ảnh vệ tinh, mô hình số độ cao. Ngoài ra, dữ liệu Raster có thể tạo ra bằng chuyển đổi từ dữ liệu Vector. Với các dữ liệu Raster là ảnh số như ảnh vệ tinh, việc nắn ảnh và ghép ảnh là rất cần thiết. Nắn ảnh là quá trình hiệu chỉnh tọa độ thường được thực hiện thông qua thu thập các điểm khống chế ngoài thực địa bằng thiết bị GPS. Trên cơ sở các điểm khống chế đo đạc, ta sẽ nắn chỉnh ảnh theo các điểm khống chế đó. Ngoài ra, ghép các ảnh nhỏ để tạo ra ảnh có kích thước lớn hơn (mosaic) cũng cần được thực hiện nếu như vùng nghiên cứu rộng lớn.
Khi ghép các ảnh nhỏ thành một ảnh lớn sẽ có một số pixel giáp ranh chồng xếp lên nhau. Pixel chồng xếp có thể là giá trị của ảnh thứ nhất, thứ hai, giá trị trung bình, giá trị Min hay Max từ ảnh 1 và 2.