IV. Những điểm mới của đề tài
1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
Việc sử dụng kết hợp viễn thám cho nhiều mục đích khác nhau đã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới trong thời đại ngày nay.
Viễn thám bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm 60 của thế kỷ XX và đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới. Sau khi vệ tinh quan sát Trái đất Landsat đầu tiên được phóng vào năm 1972, các dữ liệu viễn thám được xem là nguồn thông tin đầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ thuật của nó. Ngày nay, Trái đất được nghiên cứu thông qua một dải quang phổ rộng với nhiều bước sóng khác nhau từ dải sóng nhìn thấy được đến dải sóng hồng ngoại nhiệt. Các thế hệ vệ tinh mới được bổ sung thêm các tính năng quan sát trái đất tốt hơn với những quy mô không gian khác nhau. Vệ tinh cung cấp một lượng thông tin khổng lồ và phong phú về các phản ứng quang phổ của các hợp phần của trái đất như đất, nước, thực vật. Chính các phản ứng này sau đó sẽ phản ánh bản chất sinh lý của trái đất và các hiện tượng diễn ra trong tự nhiên bao gồm cả các hoạt động của con người. Nhờ khả năng phân tích không gian, thời gian và mô hình hoá.
Có thể nói lâm nghiệp là một trong những lĩnh vực đầu tiên áp dụng thành tựu của công nghệ viễn thám. Hiện nay, việc sử dụng tư liệu viễn thám trong thành lập bản đồ rừng, theo dõi biến động, chặt phá rừng... đã trở thành công nghệ phổ biến trên thế giới. Tích hợp dữ liệu viễn thám với hệ thống thông tin địa lý (GIS) có thể dự báo những khu vực có nguy cơ cháy rừng; dự báo sự suy giảm diện tích rừng trên quy mô toàn cầu do biến đổi khí hậu và sự gia tăng dân số. Xét một ví dụ về kết hợp giữa viễn thám và GIS trong nghiên cứu cháy rừng: nhờ có công nghệ viễn thám con người đã sử dụng những tấm ảnh viễn thám chụp được để phân loại rừng. Còn dữ liệu GIS sẽ cung cấp các thông tin về địa hình, khí hậu, mạng lưới thuỷ văn, những thông tin về khu vực nghiên cứu. Trên cơ sở đó các thông tin tích hợp sẽ chỉ ra các khu vực có nguy cơ cháy rừng ở mức độ khác nhau.
Trong nghiên cứu địa chất: Người ta sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với GIS để thành lập các bản đồ kiến tạo, các cấu trúc địa chất...
Trong lĩnh vực nông nghiệp và sử dụng đất: Đối với nhiều quốc gia trên thế giới để quản lý và quy hoạch sử dụng đất một cách hợp lý, có hiệu quả họ đã sử dụng công nghệ viễn thám kết hợp với dữ liệu GIS. Như ở Nhật Bản để đưa ra những đánh giá về năng suất thực ban đầu cho các nước Châu Á người ta sử dụng viễn thám và GIS kết hợp với dữ liệu thống kê về các sản phẩm nông nghiệp [26]. Hay ở Trung Quốc đã sử dụng ảnh SAR ở các thời điểm khác nhau trên cơ sở kết hợp với bản đồ địa hình, bản đồ
được sử dụng để phân loại các đối tượng sử dụng đất còn dữ liệu GIS là các bản đồ nông hoá thổ nhưỡng, bản đồ địa hình, bản đồ chế độ tưới tiêu. [28]
Trong nghiên cứu môi trường, tài nguyên thiên nhiên: Trong vài năm trở lại đây thiên nhiên có nhiều biến động bất thường xảy ra và đã gây hậu quả thiệt hại về người và của vô cùng to lớn đối với con người. Những thảm họa xảy ra như sóng thần, lũ lụt, hiện tượng hiệu ứng nhà kính,… xuất phát từ thực tế đó việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu môi trường toàn cầu là vô cùng cần thiết, có ý nghĩa quan trọng. Những ứng dụng quan trọng được kể đến là thành lập bản đồ độ sâu ngập lụt, dự báo nguy cơ trượt lở đất,…
Việc nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám đã được thực hiện ở nhiều quốc gia. Trong đó phương pháp được sử dụng hiệu quả nhất là kết hợp tư liệu ảnh viễn thám và GIS. Dưới đây là một số ứng dụng của ảnh viễn thám tại một số nước trên thế giới.
Ở Hy Lạp, việc thành lập bản đồ biến động lớp phủ và bản đồ biến động sử dụng đất tỷ lệ lớn từ tư liệu ảnh viễn thám đã được nghiên cứu thực nghiệm trên khu vực đảo Lesvos thuộc vùng biển Địa Trung Hải. Khu vực nghiên cứu rộng 163.000ha, tư liệu ảnh thu thập được gồm 6 thời điểm kéo dài trong 27 năm. Gồm ảnh Landsat MSS 1975, TM 1987, TM 1995, TM 1999, ETM 2000, ETM 2001.
Các ảnh vệ tinh được phân loại độc lập theo phương pháp xác suất cực đại dựa trên các vùng mẫu được lựa chọn từ số liệu mặt đất, từ ảnh hàng không và ảnh vệ tinh độ phân giải cao như Ikonos, Quickbird.
Dữ liệu ảnh sau phân loại được xử lý dựa trên mạng xác suất điều kiện gồm các nút thể hiện sự thay đổi ngẫu nhiên và các cạnh thể hiện sự phụ thuộc vào các điều kiện giả định. Sau đó sử dụng phương pháp so sánh để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất ở các thời điểm từ mạng đó. Khi đó độ chính xác của bản đồ biến động sử dụng đất phụ thuộc vào độ chính xác của ảnh sau nắn chỉnh, độ chính xác phân loại và độ chính xác của bản đồ biến động sử dụng đất.
Ở Malaysia, để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất của huyện Rawang tỉnh Selangor, Trung tâm viễn thám Kalaysian đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat TM chụp năm 1988 và năm 1995 trên khu vực nghiên cứu rộng 441km2.
Ảnh chụp năm 1988 được nắn chỉnh hình học theo bản đồ địa hình, sau đó ảnh chụp năm 1995 được nắn theo ảnh năm 1988 theo phương pháp nắn ảnh về ảnh với sai số trung phương nhỏ hơn 0,5 pixel. [22]
Sử dụng tất cả các kênh để tổ hợp màu giả. Dùng phương pháp phân loại trực tiếp ảnh đa thời gian và thành lập bản đồ lớp phủ. Để tìm ra thông tin về sử dụng đất từ các lớp phủ, tác giả đã kết hợp với dữ liệu bản đồ và các tri thức cơ sở sau đó biểu diễn chúng theo đúng quy phạm. Cuối cùng kết hợp bản đồ hiện trạng sử dụng đất, các hiểu biết về lớp phủ thực vật để thành lập bản đồ biến động sử dụng đất.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của các hoạt động con người đến sự thay đổi sử dụng đất và lớp phủ thực vật, các nhà nghiên cứu đã chọn thực nghiệm 5 vùng nghiên cứu trên toàn bộ lãnh thổ phía Bắc (huyện Mae Chaem thành phố Chiang Mai), phía Tây (Kanchanaburi), phía Nam (The Ao Sawi Area), phía Đông (The Eastern Sea Board) phía Đông Bắc (Phusithan, Sakol Nakorn-Nakorn Phanom). [21]
Tư liệu nghiên cứu là ảnh vệ tinh Landsat năm 1990, 1999. Phương pháp nghiên cứu là phương pháp được sử dụng rộng rãi. Đầu tiên tiến hành phân loại độc lập hai ảnh vệ tinh sau đó sử dụng chức năng phân tích không gian của GIS để tính toán biến động và thành lập bản đồ biến động.
Quá trình đô thị hóa dẫn đến sự thay đổi nhanh chóng của lớp phủ thực vật và sử dụng đất. Để xác định thay đổi sử dụng đất đô thị và vùng ngoại ô của hai thành phố Polost và Novopolost, người ta đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh SPOT.
Tư liệu viễn thám của khu vực nghiên cứu là ảnh SPOT 3 chụp ngày 24/6/1994 độ phân giải 20m (kênh toàn sắc 10m) và ảnh SPOT 5 chụp ngày 19/6/2002 độ phân giải 10m. Các ảnh được nắn chỉnh hình học về lưới chiếu UTM-84. Các kết quả phân tích thực hiện bằng phần mềm PCI Geomatic. Nghiên cứu được thực hiện theo hai phương pháp đó là phương pháp phân loại ảnh đa thời gian và phương pháp so sánh sau phân loại.
Ảnh đa thời gian năm 1999 - 2002 được tạo ra trên 3 kênh ảnh XS1, XS2, XS3. Ảnh năm 2002 được tái chia mẫu theo phương pháp người láng giếng gần nhất để có cùng độ phân giải với ảnh năm 1994, và dùng phép biến đổi Histogram để chuyển từ hệ RGB sang hệ HIS. Phương pháp này không cần hiệu chỉnh khí quyển nhưng cần thận trọng trong quá trình lựa chọn vùng biến động và không biến động.
Đối với phương pháp so sánh sau phân loại tác giả đã phân loại bằng nhiều phương pháp khác nhau để chọn ra phương pháp có độ chính xác cao nhất như phân loại không kiểm định, phân loại có kiểm định theo xác suất cực đại, phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo.
Kết quả thực nghiệm đạt được như sau:
Phương pháp thứ nhất: Có ba ảnh khác nhau được tạo ra từ ba kênh ảnh, tuy nhiên bản đồ biến động cuối cùng được tạo ra từ hai kênh XS1 và XS2. Ảnh của kênh XS3 tương tự như kênh XS2. Giá trị của các pixel biến động được thể hiện ở biên của biểu đồ phân bố, giá trị pixel không thay đổi dao động xung quanh giá trị trung bình. Độ chính xác của lớp thay đổi tương đối thấp chỉ đạt 64,3%, độ chính xác vùng không thay đổi đạt 94,8%, độ chính xác toàn bộ 85,8%, hệ số Kappa 0,63.
theo xác suất cực đại và phương pháp trí tuệ nhân tạo đạt độ chính xác từ 83,1% đến 86,3%. Tuy nhiên, ma trận sai số được tạo ra cho thấy kết quả độ chính xác toàn bộ của bản đồ biến động tương ứng là 71% và 69%, thấp hơn so với phương pháp phân loại trực tiếp từ ảnh đa thời gian. [23]
Sự nhầm lẫn giữa các lớp phân loại như đất nông nghiệp và đất trồng cỏ, đất xây dựng và đất giao thông là nguyên nhân dẫn đến sai sót trong kết quả phân loại, do đó ảnh hưởng đến kết quả biến động.
Như vậy, việc vận dụng GIS và viễn thám sẽ hỗ trợ rất lớn cho nhiều đối tượng trong đó có nhà quản lý, nhà khoa học và người sử dụng. Đối với nhà quản lý sẽ hỗ trợ công tác quy hoạch và ra các chính sách; đối với nhà khoa học, nghiên cứu hỗ trợ phân tích các vấn đề có tính hệ thống cao; đối với người sử dụng sẽ được cung cấp thông tin cụ thể, chính xác, đầy đủ và cập nhật thường xuyên, được cung cấp các giải pháp để lựa chọn trong quản lý và sử dụng tài nguyên.