2.3 Đ nh h ện tr ng diện tích mặt nước t i khu vực nghiên cứu giai đ n 1990 - 2015.
- Nghiên cứu thực trạng diện tích mặt nƣớc lớn và các hình thức sử dụng diện tích mặt nƣớc hiện nay ở tỉnh Quảng Ninh (bao gồm lập bản đồ diện tích mặt nƣớc cho các giai đoạn, mỗi giai đoạn 3-5 năm, từ năm 1995 đến nay).
- Phân tích các nguyên nhân và cơ chế ảnh hƣởng của một số nhân tố đến sự thay đổi diện tích mặt nƣớc ở tỉnh Quảng Ninh.
2.3.2. Dự báo xu th bi n đ ng tài nguyên nước n t the 0 n ti p theo)
Dự báo về tăng, giảm diện tích mặt nƣớc trong 10 năm tiếp theo
2.3.3. Đ xuất m t s giải pháp quản lý sử d ng h p lý tà n u n nước t i khu vực nghiên cứu
a. Giải pháp k thuật
- Khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên nƣớc. - Phục hồi lại diện tích mặt nƣớc.
- Ngăn chặn các hành vi gây hại, ô nhiễm cho môi trƣờng nƣớc.
b. Giải pháp quản lý
- Thành lập ban quản lý tài nguyên nƣớc chuyên trách. - Quy hoạch quản lý sử dụng tổng thể nguồn nƣớc hợp lý.
c. Giải pháp về mặt xã hội
- Nâng cao nhận thức cho ngƣời dân địa phƣơng trong công tác quản lý bảo vệ tài nguyên nƣớc
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Một số phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài nhƣ:Thu thập và nghiên cứu tài liệu có liên quan đến vùng nghiên cứu, viễn
thám và GIS, phƣơng pháp điều tra hảo sát thực địa.Trong đó Viễn thám và GIS là công cụ chính để thực hiện các công việc trong suốt quá trình nghiên cứu. Các iến thức và thuật, inh nghiệm về giải đoán ảnh viễn thám đƣợc sử dụng trong quá trình liên ết d liệu (số hoá các đối tƣợng từ ảnh vệ tinh vùng nghiên cứu) đầu vào với GIS. Thực địa là bƣớc quan trọng nhằm iểm chứng lại ết quả của công việc giải đoán để có thể đƣa ra các bổ sung, chỉnh sửa cần thiết.
2.4 hư n h thừa tài liệu
Thu thập d liệu thứ cấp: sử dụng thông tin có s n từ các báo cáo về tình hình phát triển inh tế - xã hội, báo cáo quy hoạch sử dụng đất của tỉnh Quảng Ninh, trên các phƣơng tiện thông tin đại chúng. Niên giám thống ê của tỉnh, phòng thống ê các phƣờng, xã... Thu thập và nghiên cứu các tài liệu các liên quan đến vùng nghiên cứu. Tài liệu đƣợc thu thập chủ yếu đƣợc lƣu tr tại Sở Tài nguyên và Môi trƣờng tỉnh Quảng Ninh. Các tài liệu thu thập chủ yếu liên quan đến biến động, hiện trạng diện tích mặt nƣớc lớn trong hu vực nghiên cứu.
2.4 2 hư n h xử lý ảnh vệ tinh
2.4.2.1. Hiệu chỉnh bức xạ
Do nhiều nguyên nhân hác nhau nhƣ: do ảnh hƣởng của bộ cảm biến hoặc có thể do ảnh hƣởng của địa hình và góc chiếu của mặt trời hoặc do ảnh hƣởng của khí quyển, … làm ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng ảnh thu đƣợc. Để đảm bảo nhận đƣợc nh ng giá trị chính xác của năng lƣợng bức xạ và phản xạ của vật thể trên ảnh vệ tinh, cần phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ nhằm loại trừ các nhiễu trƣớc khi sử dụng ảnh
Để đảm bảo nhận đƣợc nh ng giá trị chính xác của năng lƣợng bức xạ và phản xạ của vật thể cho trên ảnh vệ tinh, cần phải thực hiện việc hiệu chỉnh
nhằm loại trừ các nhiễu trƣớc khi sử dụng ảnh. Hiệu chỉnh bức xạ đƣợc phân thành ba nhóm chính sau:
+ Hiệu chỉnh do ảnh hưởng bởi bộ cảm biến
Nếu sử dụng các bộ cảm quang học, bao giờ cũng xảy ra trƣờng hợp cƣờng độ bức xạ tại tâm lớn hơn tại góc. Hiện tƣợng này đƣợc gọi là
vignetting (thể hiện bởi Cosnθ, trong đó θ là góc hợp bởi tia tới và quang trục
của thấu kính và n là tham số phụ thuộc vào thấu ính đƣợc sử dụng, thƣờng
n = 4). Đây là sai số không thể tránh khỏi do các hệ thống quang học tạo ra.
Khi sử dụng các bộ cảm quang điện tử thì xác định số hiệu chỉnh bức xạ có thể thực hiện bằng cách xác định sự sai khác gi a cƣờng độ bức xạ trƣớc Sensor và cƣờng độ tín hiệu của chuẩn. Ngoài ra, ảnh vệ tinh thu đƣợc trong một số trƣờng hợp bị mất dòng ảnh, tạo vệt dòng ảnh và nhiễu ngẫu nhiên trên ảnh. Nh ng ảnh hƣởng tạo ra nhƣợc điểm nhất định cần phải khôi phục để cung cấp ảnh cho ngƣời sử dụng.
* Mất dòng ảnh (Dropped Lines): Nguyên nhân là do một bộ phận tách
sóng nào đó của mảng tuyến tính hông tách đƣợc (hoặc không hoạt động) năng lƣợng phản xạ cho pixel đƣợc phân chia ứng với từng dòng ảnh. Kết quả nhận đƣợc ảnh vệ tinh bị mất đi một hoặc dòng ảnh riêng biệt mà cần phải khôi phục. Ví dụ bộ cảm biến có 16 bộ tách sóng tạo thành dòng quét (hàng trên ảnh), nếu một bộ tách sóng không hoạt động sẽ tạo ra trong mỗi dòng quét thứ 16 là một chuỗi zero gây ra một dòng đen (hoặc vài dòng đen nếu có vài bộ tách sóng) mà có thể nhận biết dễ dàng bằng mắt.
Để khôi phục, bƣớc đầu tiên là tính giá trị trung bình trên dòng quét sao cho toàn bộ ảnh, so sánh giá trị trung bình của từng dòng với giá trị vừa nhận đƣợc này.Bất cứ dòng nào lệch khỏi (vƣợt quá ngƣỡng cho phép) giá trị trung bình trên dòng quét cho toàn bộ ảnh thì đƣợc xem nhƣ là bị ảnh hƣởng.Trong
nh ng vùng mà có sự thay đổi lớn về lớp phủ mặt đất, cần xem xét histogram của phần ảnh có biến đổi đặc biệt và xử lý riêng phần ảnh này.
Bƣớc kế tiếp là thay thế dòng bị mất, mỗi pixel trong dòng bị mất sẽ nhận một giá trị đƣợc nội suy từ các pixel xung quanh.giá trị trung bình của các pixel xung quanh đƣợc dùng để thay thế cho giá trị pixel bị mất.
* Vệt dòng ảnh (Stripping/banding): là hiện tƣợng ảnh để lộ ra nhiều
dòng nhiễu do sự đáp ứng hông đồng bộ gi a các bộ tách sóng trong cùng mảng tuyến tính. Hiện tƣợng này thƣờng xảy rahơn so với “dòng bị mất”.Mặc dù tất cả các bộ tách sóng của cùng mảng tuyến tính đã đƣợc kiểm tra cẩn thận và rất phù hợp với nhau về mức độ cảm nhận trƣớc khi phóng vệ tinh, sau một thời gian vận hành một số bộ tách sóng bị thay đổi thông số (tăng hay giảm mức độ cảm nhận). Kết quả là mỗi dòng quét đƣợc ghi nhận bởi chính các bộ tách sóng này sẽ sáng hơn hay tối hơn so với các dòng quét khác. Cần lƣu ý rằng, trong trƣờng hợp này giá trị thực của năng lƣợng phản xạ cần đƣợc thể hiện bởi dòng quét khiếm khuyết đó, nhƣng cần phải hiệu chỉnh để phù hợp cho toàn ảnh.
Để hiệu chỉnh ảnh có nhiều biện pháp, nhƣng phổ biến nhất là làm phù hợp histogram của ảnh bằng cách chia histogram tƣơng ứng với từng bộ phận tách sóng, chọn histogram chuẩn và hiệu chỉnh histogram của bộ tách sóng bị khiếm khuyết.Giá trị mới của pixel đƣợc tính toán và hiệu chỉnh lại.
* Nhi u ngẫu nhiên trên ảnh: Hiện tƣợng này sinh ra không phải do bộ
tách sóng mà do sai số sinh ra trong quá trình truyền d liệu ảnh hoặc bị gián đoạn tạm thời. Do ảnh hƣởng này, một số pixel trên ảnh có giá trị độ sáng lớn hay nhỏ hơn rất nhiều so với các pixel xung quanh. Kết quả tạo ra các điểm sáng trắng hay sậm đen trên ảnh mà làm ảnh hƣởng đến việc tách thông tin từ ảnh viễn thám. Biện pháp dùng cửa sổ lọc để loại trừ nhiễu ngẫu nhiên là khá phổ biến trong xử lý ảnh hiện nay.
+ Ảnh hưởng do địa hình và góc chiếu của mặt trời
* Bóng chói mặt trời: Tạo ra hiện tƣợng bức xạ của mặt đất ở vùng này
sáng hơn ở nh ng vùng khác. Ảnh hƣởng của bóng chói mặt trời và hiện tƣợng vigneting có thể đƣợc hiệu chỉnh đồng thời bằng cách ƣớc tính đƣờng cong bóng râm dựa trên việc phân tích chuỗi Fourier để tách các thành phần sóng có tần số thấp.
* Bóng râm: là hiện tƣợng che khuất nguồn bức xạ bởi bản thân địa
hình (vùng đồi, núi, nhà cao tầng…). Để có thể hiệu chỉnh cần phải có mô hình độ cao số DEM và toạ độ vật mang tại thời điểm thu tín hiệu (xác định góc gi a tia bức xạ và vector trực giao với bề mặt địa hình).
* Góc chiếu của mặt trời: Do vị trị tƣơng đối của trái đất với mặt trời
thay đổi theo thời gian trong ngày và mùa trong năm, làm cho vùng Bắc bán cầu có góc đứng của mặt trời vào mùa đông nhỏ hơn mùa hạ. Kết quả là ảnh chụp vào các mùa khác nhau sẽ có cƣờng độ chiếu sáng của mặt trời khác nhau.
Hiệu chỉnh ảnh hƣởng do góc chiếu của mặt trời đƣợc tiến hành bằng cách lấy giá trị độ sáng của pixel chia cho sin góc đứng của mặt trời (giá trị độ lớn của góc đứng đƣợc cho bởi file header của ảnh vệ tinh) công thức tính nhƣ sau:
sin
BV
BVhc
Trong đó BVhc là giá trị độ sáng của pixel cho bởi ảnh mới đã đƣợc hiệu chỉnh góc chiếu của mặt trời. Vì góc đứng luôn nhỏ hơn 90 độ nên BVhc luôn lớn hơn BV (giá trị độ sáng của ảnh chƣa hiệu chỉnh).
Khi có ảnh đa thời gian cho cùng một khu vực, việc hiệu chỉnh tƣơng đối có thể đƣợc thực hiện bằng cách chọn ảnh có góc chiếu của mặt trời cao làm chuẩn và hiệu chỉnh bức xạ các ảnh còn lại theo ảnh chuẩn này.
+Ảnh hưởng khí quyển
Rất nhiều các hiệu ứng khí quyển hác nhau nhƣ hấp thụ, phản xạ, tán xạ… ảnh hƣởng tới chất lƣợng ảnh thu đƣợc. Bức xạ mặt trời trên đƣờng truyền xuống mặt đất bị hấp thụ, tán xạ một lƣợng nhất định trƣớc khi tới mặt đất và năng lƣợng bức xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trƣớc khi tới đƣợc bộ cảm. Do đó, bức xạ mà bộ cảm thu đƣợc không phải chỉ đơn thuần năng lƣợng trực tiếp mà còn nhiều thành phần nhiễu khác. Hiệu chỉnh do ảnh hƣởng khí quyển là giai đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ ảnh hƣởng của nh ng thành phần bức xạ không mang thông tin h u ích. Để hiệu chỉnh khí quyển, ngƣời ta thƣờng sử dụng các mô hình khí quyển nhằm mô phỏng trạng thái khí quyển và áp dụng các quy luật quang học để hiệu chỉnh. Các phƣơng pháp cơ bản sau đây thƣờng đƣợc sử dụng:
* Phương pháp sử dụng hàm truyền bức xạ: là giải pháp gần đúng đƣợc
sử dụng để xác định phƣơng trình chuyển đổi bức xạ. Giá trị các thông số đƣợc tính dựa trên trạng thái trung bình của khí quyển (hàm lƣợng bụi khí quyển ảnh hƣởng đến ánh sáng khả kiến và vùng gần hồng ngoại, mật độ hơi nƣớc ảnh hƣởng đến sóng hồng ngoại nhiệt… cần đƣợc ƣớc tính).
* Phương pháp sử dụng dữ liệu thực mặt đất: Ngay trong thời điểm bay
chụp, tiến hành đo đạc năng lƣợng bức xạ các đối tƣợng cần nghiên cứu. Sau đó, dựa trên sự khác biệt cƣờng độ bức xạ thu đƣợc trên ảnh vệ tinh và giá trị đo đƣợc thực tế xác định giá trị hiệu chỉnh bức xạ. Phƣơng pháp này cho ết quả chính xác nhƣng hông phải lúc nào cũng thực hiện đƣợc (vị trí đặc biệt và mùa thích hợp).
* ác phương pháp khác: Một số vệ tinh đƣợc trang bị các bộ cảm đặc
biệt chuyên thu nhận các tham số trạng thái khí quyển đồng thời với các bộ cảm thu nhận ảnh và việc hiệu chỉnh đƣợc thực hiện ngay tỏng quá trình bay chụp. Ví dụ vệ tinh NOAA, ngoài Sensor AVHRR để thu nhận ảnh còn trang
bị Sensor HIRS (High Resolution Infrared Radiometer Sounder) đo mật độ và hơi nƣớc để thực hiện hiệu chỉnh khí quyển.
2.4.2.2. Hiệu chỉnh hình học ảnh
Biến dạng hình học của ảnh đƣợc hiểu nhƣ sự sai lệch vị trí gi a toạ độ ảnh thực tế (đo đƣợc) và toạ độ ảnh lý tƣởng đƣợc tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình học chính xác và trong các điều kiện thu nhận lý tƣởng, nhằm loại trừ sai số gi a toạ độ ảnh thực tế và toạ độ ảnh lý tƣởng cần phải tiến hành hiệu chỉnh hình học.
Nguyên nhân sinh ra biến dạng hình học của ảnh là do tổng hợp từ hai nguồn sai số chính:
- Nội sai gây ra bởi tính chất hình học của bộ cảm.
- Ngoại sai gây bởi vị trí thế của vật mang và hình dáng của vật thể. Ngoài ra, sự thay đổi địa hình cũng gây nên biến dạng hình học của ảnh.Tuy nhiên khi mặt đất có sự chênh cao lớn thì khoảng cách trên ảnh trở nên lớn hơn. Ảnh hƣởng do sự thay đổi địa hình gây nên biến dạng tăng dần từ tâm ảnh ra các biên, các điểm trên mặt đất có độ cao thấp hay cao hơn độ cao chuẩn tham chiếu (trong lúc chụp ảnh) đều bị biến dạng
Hiệu chỉnh hình học phải đƣợc thực hiện để loại trừ sự biến dạng về mặt hình học của ảnh. Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng mối tƣơng quan gi a hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn (có thể là hệ toạ độ mặt đất vuông góc hoặc địa lý) dựa vào các điểm khống chế mặt đất, vị thế của Sensor, điều kiện khí quyển …
Các bƣớc thực hiện quá trình hiệu chỉnh hình học nhƣ sau:
+ Chọn phương pháp
Chọn phƣơng pháp phải dựa trên bản chất sự biến dạng của ảnh và số lƣợng điểm khống chế mặt đất s n có (thể hiện trên ảnh) để chọn phƣơng pháp hiệu chỉnh thích hợp.ba phƣơng pháp sau đây thƣờng đƣợc sử dụng:
* Hiệu chỉnh hệ th ng: Áp dụng loại trừ biến dạng do nội sai do thiết bị chế tạo không hoàn chỉnh. Trong trƣờng hợp này, nếu có d liệu tham chiếu hình học của Sensor thì biến dạng hình học của ảnh do sai số hệ thống đƣợc loại trừ hoàn toàn.
* Hiệu chỉnh phi hệ th ng: Lâp đa thức tƣơng quan gi a hệ toạ độ ảnh
và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn (dùng phƣơng pháp số bình phƣơng nhỏ nhất). Trong phƣơng pháp này đòi hỏi phải có một số điểm đã biết toạ độ thực trên mặt đất và đƣợc thể hiện rõ ràng trên ảnh, các điểm này đƣợc gọi là điểm khống chế mặt đất (GCP). Quá trình xác định toạ độ ảnh (cho bởi hàng, cột) của các điểm này trong ảnh bị biến dạng .Khi chọn các điểm này cần phải lƣu ý đến sự phân bố vị trí của các điểm trên ảnh (không nên tập trung ở vùng nhỏ của ảnh) vì sự phân bố tốt sẽ nâng cao độ chính xác hiệu chỉnh.Đa thức tƣơng quan gi a hệ toạ độ ảnh và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn của các điểm GCP sẽ đƣợc xử lý bởi chƣơng trình trên máy tính và sau hi chuyển đổi ảnh sẽ có htd mặt đất. Độ chính xác đạt đƣợc phụ thuộc vào bậc của đa thức, số điểm khống chế và sự phân bố của chúng.
Quá trình đăng ý hình học của ảnh đối với bản đồ đƣợc gọi là image- to-map registration, trong thực tế có thể áp dụng phƣơng pháp này để đăng ý từ toạ độ của một ảnh này đối với ảnh hác và đƣợc gọi là image-to-image registration.
* Hiệu chỉnh ph i hợp: Hiệu chỉnh hệ thống đƣợc áp dụng trƣớc đối
với ảnh nhằm loại trừ sai số hệ thống do thiết bị (nội sai), sau đó sai số còn lại (ngoại sai) sẽ đƣợc loại trừ bằng đa thức bậc thấp hơn để nhận đƣợc ảnh có sai số là tối thiểu sau khi hiệu chỉnh hình học.
+ Kiểm tra độ chính xác: Sau hi dăngd ý toạ độ ảnh, độ chính xác
của việc hiệu chỉnh hình học cần phải đƣợc kiểm tra bởi các cặp điểm GCP mà không tham gia trong quá trình chuyển đổi (điểm kiểm tra). Nếu dộ chính
xác không thoả mãn tiêu chuẩn yêu cầu (sai số 1 pixel) thì phải kiểm tra lại d liệu toạ độ đƣợc nhập trong quá trình chuyển đổi hoặc chọn mô hình toán khác sao cho kết quả đạt đƣợc là tốt nhất.
+ Nội suy và tái chia mẫu: là giai đoạn cuối cùng của hiệu chỉnh hình
học, vì ảnh sau khi hiệu chỉnh sẽ có sự thay đổi vị trí nên giá trị độ sáng của cá