Thí dụ: chọn các khúc nằm trong khi đầu cuối nằm trong, nếu cả hai đầu mút nằm trên cạnh đa giác thì kiểm tra điểm giữa của nó xem có nằm trong đa giác hay không
+ Danh sách Pef và Qef:
Pef=<(P1, o), (P2, o), (P’1, b), (P3, i), (P’2, b), (P4, o), (P’3, b), (P5, b),
(P’4, b), (P’5, b)
Qef= (Q1, o), (Q2, o), (Q3, o), (Q’1, b), (Q4, i), (Q5, b),(Q’2, b), (Q’3, b),
(Q6, o), (Q7, o), (Q8, b), (Q’4, b), (Q’5, b), (Q9, b)> + Tách các đa giác kết quả
Tách từng đa giác kết quả. Bắt đầu từ khúc bất kỳ có dấu i hay b sau đó tìm trong 2 danh sách các khúc tiếp theo có đầu mút khớp với điểm cuối của cạnh trước. Lặp cho đến khi trở lại điểm ban đầu Thí dụ: hãy bắt đầu từ khúc (P’1, P3). Sau đó tìm khúc (i, b) có P3 là điểm mút, ta thấy (P3, P’2). Tiếp theo từ P’2, ta tìm trong Qef thấy khúc Q’4Q’5. Hình thành đa giác R1
Hình 2.15. Tách các đa giác kết qủa
2.8. Các bƣớc nghiên cứu biến động bằng phƣơng pháp tích hợp GIS và viễn thám
2.8.1. Xác định vấn đề nghiên cứu
Xác định vùng nghiên cứu , định nghĩa các lớp tương ứng với hệ thống phân loại lớp phủ
2.8.2. Thu thập và nghiên cứu các thông số của ảnh vệ tinh
Thu thập ảnh viễn thám cần chú ý đến điều kiện môi trường như điều kiện về khí quyển, độ ẩm đất, chu trình sinh hóa hay thời gian thu thập. Dữ liệu viễn thám phải được thu thập vào những ngày không mây, chỉ cần một lớp mỏng mây hay sương mù cũng dẫn tới sự thay đổi về phổ trên ảnh vệ tinh tạo nên sự khác biệt về phổ giữa các thời điểm thu thập ảnh
2.7.3. Xử lý ảnh viễn thám
Quá trình này bao gồm các bƣớc
- Nắn chỉnh , tăng cường chất lượng ảnh
- Lựa chọn phương pháp phân loại ảnh
- Đánh giá độ chính xác của phân loại ảnh
2.8.3. Chồng ghép Vector xác định biến động
Thành lập bản đồ biến động, thống kê và tính toán bản đồ biến động
Quy trình xác định biến động Hình 2.16. Quy trình xác định biến động P HẦN M Ề M XỬ L Ý ẢN H VI Ễ N T HÁM (E NV I) P HẦN M Ề M GI S B IÊ N T ẬP , XÁ C ĐỊ N B IẾ N ĐỘNG XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ - Vùng quan tâm
- Chủng loại quan tâm
THU THẬP DỮ LIỆU
- Dữ liệu viễn thám
NẮN ẢNH
(Nắn ảnh theo ảnh, ảnh theo bản đồ)
PHÂN LOẠI
- Xây dựng khóa giải đoán
- Lựa chọn điểm khống chế
SAU PHÂN LOẠI
- Gộp lớp, lọc nhiễu kết quả,
vector hóa kết quả
CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ VECTOR TÍNH DIỆN TÍCH BIẾN ĐỘNG C huyể n dữ li ệu
CHƢƠNG 3 : THỬ NGHIỆM CHƢƠNG TRÌNH VỚI PHẦN MỀM ENVI VÀ ARCGIS
3.1. Giới thiệu bài toán
Mục đích của chương trình được phát triển để tìm ra sự biến đổi về lớp phủ mặt đất, địa hình (biển, đồng bằng, gò đồi, rừng núi), qua đó đánh giá được những sự thay đổi theo thời gian để đưa ra được đánh giá về sự phát triển, cũng như đưa ra được cảnh báo như cảnh báo sạt lở đất, cảnh báo cháy rừng, chặt phá rừng bừa bãi, qua đó đưa ra được những biện pháp để phòng tránh.[5]
Dựa trên công cụ phần mềm ENVI và ArcGIS cùng với bộ sưu tập dữ liệu ảnh có được từ Terralook ở trên, sử dụng phần mềm Terralook ta có được ảnh vệ tinh Landsat của vùng cần nghiên cứu, cụ thể trong đề tài này là khu vực tĩnh Vĩnh Phúc tại 2 thời điểm năm 2000 và năm 2007. Từ ảnh vệ tinh, giải đoán ảnh để xác định vùng cần khảo sát, chồng ghép hai ảnh Vector của vùng khảo sát tương ứng ở trên ta tính được diện tích biến động của khu vực đó
3.2. Giới thiệu về phần mềm ENVI
ENVI là một trong những phần mềm hàng đầu trong việc xử lý, thu nhận thông tin từ dữ liệu ảnh một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính xác. Cùng với sự gia tăng về độ chính xác của dữ liệu ảnh thì vai trò của quá trình thu nhận và xử lý ảnh cũng tăng lên. Các phần mềm xử lý ảnh sẽ giúp việc thu nhận, chiết xuất ra các thông tin cần thiết một cách dễ dàng, nhanh chóng và chính xác.
Phần mềm ENVI cung cấp các công cụ hữu dụng và cao cấp để đọc, khám phá, thao tác, phân tích và chia sẻ các thông tin thu nhận từ dữ liệu ảnh.
ENVI được phát triển bới các chuyên hàng đầu về hiển thị và xứ lý ảnh. Đồng thời, ENVI cũng được xây dựng trên nền tảng mở nên cho phép người dùng dễ dàng mở rộng và tùy biến các ứng dụng. Ngoài ra, người dùng có thể sử dụng ENVI trên các môi trường khác nhau như Windows, Macintosh, Linux hay Unix.
Đọc dữ liệu
ENVI hỗ trợ đọc dữ liệu của ảnh viễn thám và ảnh hàng không bao gồm ảnh toàn sắc, đa phổ, ảnh radar, ảnh lidar… ENVI cho phép người dùng đọc trên 70 định dạng dữ liệu khác nhau. Ngoài ra, ENVI còn cung cấp các công cụ hỗ trợ đọc trực tiếp dữ liệu ảnh từ các server của OGC(Open Geospatial Consortium) và JPIP(JPEG 2000 Interactive Protocol).
Thao tác với dữ liệu
Với ENVI người dùng có thể: Trực chuẩn hóa ảnh
Đăng ký hai hay nhiều ảnh Hiệu chỉnh ảnh hưởng khí quyển Chồng xếp dữ liệu vector
Xác định vùng giao(ROIs) Tạo mô hình số độ cao(DEM)
Thay đổi cỡ ảnh, quay, chuyển định dạng
Khám phá dữ liệu
ENVI cung cấp cho người dùng một giao diện thông minh để khám phá và hiển thị dữ liệu. Người dùng có thể sử dụng ENVI để khám phá nguồn dữ liệu đồ sộ và thông tin miêu tả (metadata) của nó, tạo hiệu ứng 3D, tạo hình ảnh chuyển động…
Phân tích dữ liệu
ENVI cung cấp bộ các công cụ hữu ích được xây dựng dựa trên các phương pháp khoa học đã được chứng minh giúp người dùng phân tích dữ liệu. Phân tích trong ENVI bao gồm:
Phân tích dữ liệu ảnh Phân tích dữ liệu phổ
Chia sẻ dữ liệu
Với ENVI người dùng rất dễ dàng kết hợp các tiến trình công việc. Qua đó, cho phép người dùng chia sẻ bản đồ kết quả và các báo cáo. Chức năng “save as” của ENVI sẽ hỗ trợ chuyển đổi và xuất dữ liệu. Dữ liệu có thể được xuất ra ở dạng vector hoặc raster chung nào đó, để trao đổi giữa nhiều người dùng khác nhau.
3.3. Giới thiệu về ArcGIS
3.3.1. Giới thiệu về phần mềm ArcGIS
ArcGIS là dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa lý của ESRI. Tùy mức độ đăng ký bản quyền mà ArcGIS sẽ ở dạng ArcView, ArcEditor, ArcInfo. Trong đó ArcInfo có chi phí bản quyền lớn nhất và nhiều chức năng nhất.
ERSI có những sản phẩm chủ yếu sau:
ArcGIS gồm các ứng dụng chính ArcMap,ArcCatalog,ArcToolbox. ArcIMS dùng để đưa dữ liệu GIS lên Web
ArcPad dùng cho các thiết bị Mobile
ArcSDE dùng làm cầu nối truy xuất vào các hệ quản trị cơ sở dữ liệu ArcExplore dùng truy cập nguồn dữ liệu trên Web
ArcGIS server hỗ trợ các chức năng bên phía server cũng như triển khai các ứng dụng qua mạng
3.3.2. Giới thiệu về ArcMap
ArcMap cho phép người sử dụng thực hiện các chức năng sau:
Hiển thị trực quan: Thể hiện dữ liệu theo sự phân bố không gian giúp người dùng nhận biết được các quy luật phân bố của dữ liệu các mối quan hệ không gian mà nếu sử dụng phương pháp truyền thống thì rất khó nhận biết. Tạo lập bản đồ: Nhằm giúp cho người sử dụng dể dàng xây dựng các bản đồ chuyên đề để truyền tải thông tin cần thiết một cách nhanh chóng và chuẩn xác,
ArcMap cung cấp hàng loạt các công cụ để người dùng đưa dữ liệu của họ lên bản đồ, thể hiện, trình bày chúng sao cho có hiệu quả và ấn tượng nhất. Trợ giúp ra quyết định: ArcMap cung cấp cho người dùng các công cụ để phân tích, xử lý dữ liệu không gian, giúp cho người dùng dể dàng tìm được lời giải đáp cho các câu hỏi như là “Ở đâu…?”, “Có bao nhiêu…?”,… Các thông tin này sẽ giúp cho người dùng có những quyết định nhanh chóng, chính xác hơn về một vấn đề cụ thể xuất phát từ thực tế mà cần phải được giải quyết. Trình bày: ArcMap cho phép người dùng trình bày, hiển thị kết quả công việc của họ một cách dễ dàng. Người dùng có thể xây dựng những bản đồ chất lượng và tạo các hiển thị tương tác để kết mối các báo cáo, đồ thị, biểu đồ, bảng biểu, bản vẽ, tranh ảnh và những thành phần khác với dữ liệu của người dùng. Họ có thể tìm kiếm, truy vấn thông tin địa lý thông qua các công cụ xử lý dữ liệu rất mạnh và chuyên nghiệp của ArcMap.
Khả năng tùy biến của chương trình: Môi trường tùy biến của ArcMap cho phép người dùng tự tạo các giao diện phù hợp với mục đích, đối tượng sử dụng, xây dựng những công cụ mới để thực hiện công việc của người dùng một cách tự động, hoặc tạo những chương trình ứng dụng độc lập thực thi trên nền tảng của ArcMap.
Một số khái niệm cơ bản trong ArcMap
Bản đồ là một thành phần cơ bản trong ArcMap. Người sử dụng có thể hiển thị thông tin địa lý trên bản đồ theo nhiều layer. Những layer này hiển thị một kiểu dữ liệu đặc trưng như là: sông ngòi, ao hồ, đường giao thông, địa giới hành chánh, khu bảo tồn động vật hoang dã…. Layer không lưu trữ dữ liệu thông tin địa lý thực. Nó chỉ tham chiếu đến những dữ liệu lưu trữ trong coverage, shapefile, geodatabase, image, grid… và định cách hiển thị thông tin trên bản đồ.
Việc tham chiếu những dữ liệu bằng cách này cho phép layer phản ánh lại hầu hết những thông tin mới nhất trong dữ liệu GIS. TOC (Table of contents) là một danh sách chứa tất cả layer trên bản đồ và hiển thị những đối tượng
hành layer đó tắt hay mở, tức là layer đó được hiển thị trên bản đồ hay không. Thứ tự của các layer trong TOC cũng rất quan trọng. Layer đặt ở trên sẽ được nằm đè lên những layer dưới trong bản đồ. Các layer trong bản đồ được tổ chức trong một data frame. Một data frame là một nhóm các layer hiển thị trong cùng một không gian tham chiếu (project). Người sử dụng luôn luôn nhận một data frame khi tạo một bản đồ mới. Nó ở vị trí trên cùng của những layer mà nó chứa data frame có thể được thay đổi cho phù hợp với mục đích sử dụng. Khi một bản đồ bao gồm nhiều data frame, thì một trong số chúng sẽ là data frame active. Data frame active là một data frame nhận trực tiếp các thao tác trên ArcMap. Ví dụ nếu thêm một layer vào bản đồ, thì layer đó được thêm vào data frame active. Data frame active có thể dễ dàng nhận biết được trong bản đồ bởi vì nó được tô đậm và nổi bật trên data view. Nếu bản đồ chỉ có một data frame thì nó là data frame active. Chỉ có data frame active là được hiển thị trên data view.
Hình 3.1. Giới thiệu về ArcMap
3.4. Vị trí vùng nghiên cứu
Trong giới hạn đề tài này, tôi xin nghiên cứu về sự biến đổi thảm thực vật của khu vực tỉnh Vĩnh Phúc trong hai năm 2000 và 2007, cụ thể là hai ảnh viễn thám Landsat7 ETM+ cho ngày 04/11/2000 và ngày 08/11/2007, đều ở độ phân giải không gian ảnh là 30m. Đặc điểm vị trí địa lý Vĩnh Phúc có ba vùng sinh
thái rõ rệt: đồng bằng, trung du và miền núi; liền kề với thủ đô Hà Nội, Vĩnh Phúc có ba vùng sinh thái rõ rệt: đồng bằng, trung du và miền núi; liền kề với thủ đô Hà Nội
3.5. Khái quát biến động vùng nghiên cứu 3.5.1. Nắn chỉnh ảnh 3.5.1. Nắn chỉnh ảnh
Nắn chỉnh ảnh theo bản đồ
3.5.2. Phân lớp, giải đoán ảnh
Hình 3.4. Chọn các mẫu giải đoán
Bảng khóa giải đoán của khu vự nghiên cứu
STT Khóa giải đoán Ký hiệu
1 Rừng tự nhiên RTN 2 Đất cát DC 3 Mặt nước MN 4 Núi đá ND 5 Đất nông nghiệp DNN 6 Rừng chồng RC
7 Khu dân cư LDC
Kết quả sau khi phân loại :
3.5.3. Biến đổi ảnh sang dạng Vector
Hình 3.6. Dữ liệu Vector ảnh Landsat 2000
3.5.4. Chồng ghép bản đồ
Ở đây ta sẽ chọn khu vực cần xác định biến động, cụ thể là khu rừng như hình 3.8 và hình 3.9
Hình 3.8. Khu vực cần tình biến động trong bản đồ năm 2000
3.5.5. Tính diện tích biến động
KẾT LUẬN
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ viễn thám đã có những bước phát triển mạnh mẽ, đặc biệt với sự trợ giúp của phần mềm ArcGIS, đã mang lại hiệu quả cao trong quá trình xử lý hình ảnh để thành lập các bản đồ chuyên đề khác nhau.
Kết quả của việc xử lý, nắn chỉnh, chồng ghép hình ảnh dựa vào phần mềm giúp ta hình thành bản đồ chuyên đề về hiện trạng của khu vực mà mình muốn theo dõi với các thông tin trung thực và chính xác, giúp cho việc quản lý đất đai, tài nguyên thiên nhiên, phòng tránh thiên tai một cách hợp lý nhất.
Do mới tiếp cận công nghệ, vì vậy đề tài còn nhiều hạn chế và thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ các thầy cô và các bạn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Lê Thanh Bình (2010), Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý
vùng ven biến Hải Phòng, Luận văn Thạc sĩ, trường Đại học Thái Nguyên.
2. Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thông tin địa lý, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
3. Đặng Văn Đức (2011) , Phát triển phần mềm xử lý ảnh viễn thám trên
nền phần mềm GRASS.
4. Bảo Huy (2009), GIS và viễn thám trong quản lý tài nguyên rừng và môi
trường, Nhà xuất bản tổng hợp Thành phố Hồ Chí Minh, tr. 59-61.
5. Trần Hùng (2008), Xử lý và phân tích dữ liệu viễn thám với phần mềm ENVI, tr. 16-19.
Tiếng Anh
6. Mohamed Abdelrahim (2001), Remote sensing and GIS integation:
Towards intelligent imagery within a spatial data infrastructure.
7. Thomas M. Lillesand, Ralph W. Kiefer (2000), Remote Sensing and Image Interpretation.
8. Fundamentals of Remote sensing – A Canada Centre for Remote Sensing Tutorial.