- Ảnh viễn thám chuyển đổi dễ dạng vào dữ liệu HTTĐL theo yêu cầu ngƣời sử dụng.
- Chức năng chồng ghép các lớp dữ liệu cho phép tích hợp và hiển thị đồng thời cả hai lớp vector và raster. Điều này cho phép cập nhật nhanh Số hóa Cấu trúc dữ liệu vector
Ảnh Vệ tinh Cấu trúc dữ liệu raster
Kết nối CSDL
Phân tích khơng gian Phân tích ảnh
Sản phẩm kết quả
các lớp dữ liệu về giao thông, thủy hệ, hiện trạng sử dụng đất trong dữ nền, cũng nhƣ các lớp dữ liệu chuyên đề của HTTĐL.
- Tƣ liệu viễn thám và HTTĐL có cùng loại tọa độ quy chiếu nên sự tƣơng đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh và HTTĐL tạo điều kiện tốt cho việc tích hợp hai loại tƣ liệu này.
- Tƣ liệu viễn thám và HTTĐL có cùng tọa độ quy chiếu.
3.3. Khả năng ứng dụng công nghệ tích hợp tƣ liệu viễn thám và HTTĐL
Ảnh viễn thám sau khi phân loại sẽ thể hiện sự phân bố các đối tƣợng theo khơng gian và thời gian. Do đó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ ra những đối tƣợng trên mặt đất tại thời điểm bay chụp và với ảnh đa thời gian cho phép thành lập các lớp chuyên đề theo các thời điểm khác nhau.
Nếu sử dụng công nghê tích hợp tƣ liệu viễn thám và HTTĐL thì sẽ bảo đảm đƣợc tính thời sự của thơng tin, dễ dàng kiểm tra mức độ chi tiết và tính thống nhất của dữ liệu cũng nhƣ không bị ảnh hƣởng do tỷ lệ và phép chiếu của bản đồ gây ra. Việc tích hợp tƣ liệu viễn thám và HTTĐL cũng rất có hiệu quả trong việc thành lập bản đồ biến động lớp phủ thực vật, bản đồ biến động môi trƣờng, nghiên cứu tai biến địa chất v.v...
3.4. Ứng dụng công nghệ tích hợp viễn thám và hệ thơng tin địa lý
Bộ cảm biến là thiết bị quan trọng dùng để thu nhận năng lƣợng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bƣớc sóng xác định. Mỗi loại cảm biến đƣợc thiết kế đáp ứng từng mục tiêu cụ thể.
Bộ cảm biến quang học tập trung chủ yếu vào số kênh phổ đƣợc thu nhận, trong khi đó, bộ cảm tạo ảnh radar thì góc tới của sóng vơ tuyến cao tần và kênh sóng đƣợc sử dụng giữ vai trị quan trọng trong việc xác định các đối tƣợng. Do đó, ứng dụng viễn thám vào từng lĩnh vực khác nhau cần phải chọn loại ảnh thích hợp nhất, nghĩa là loại bộ cảm có độ phân giải khơng gian, độ phân giải phổ và độ phân giải thời gian thích hợp với yêu cầu cụ thể của lĩnh vực ứng dụng. Ví dụ, ảnh tồn
sắc sẽ ghi nhận mức độ phản xạ phổ của thực vật khơng tốt bằng ảnh thu nhận bằng sóng đỏ do chất diệp lục hấp thu rất mạnh năng lƣợng tia đỏ.
Độ phân giải không gian quan hệ rất mật thiết đến tỷ lệ của bản đồ cần thành lập cũng nhƣ mức độ chi tiết có thể phân biệt đƣợc trên ảnh để giải đoán và thu nhận chính xác các thơng tin cần thiết. Riêng đối với độ phân giải thời gian đƣợc xem nhƣ là khoảng thời gian giữa các thời điểm tiến hành chụp ảnh, có nhiều ứng dụng đòi hỏi ảnh phải chụp lặp thƣờng xuyên (nhƣ dự báo bão, theo dõi cháy rừng, giám sát lũ lụt,...), nhƣng cũng có những ứng dụng chỉ yêu cầu chụp ảnh theo mùa (nhƣ xác định vụ mùa, độ ẩm của đất,...) hoặc những ứng dụng chỉ cần ảnh chụp một lần (thành lập bản đồ cấu trúc địa chất). Rõ ràng, hầu hết các ứng dụng liên quan đến yếu tố thời gian đều yêu cầu chu kỳ lặp của vệ tinh ngắn, quá trình xử lý ảnh nhanh để kịp thời cung cấp thơng tin hữu ích cho ngƣời sử dụng.
Các bộ cảm quang học thƣờng bị hạn chế do mây (che khuất đối tƣợng trên ảnh), vùng nhiệt đới thì mây ảnh hƣởng khá trầm trọng đến ảnh chụp nhƣng vùng ở gần các cực thì lại khơng đủ năng lƣợng chiếu sáng của mặt trời. Những hạn chế này đƣợc khắc phục bằng viễn thám radar do khả năng tự cung cấp năng lƣợng đến các đối tƣợng và sóng điện từ đƣợc sử dụng trong kỹ thuật radar có bƣớc sóng dài nên dễ dàng xuyên qua mây hay sƣơng mù, đảm bảo thu nhận hình ảnh ở bất kỳ thời điểm hay vị trí nào trên mặt đất.
Lĩnh vực ứng dụng của viễn thám rất đa dạng, nên bộ cảm biến thƣờng đƣợc cấu tạo bằng nhiều bộ tách sóng để đáp ứng hầu hết các yêu cầu đặt ra. Ngoài ra, nhiều ứng dụng đòi hỏi phải sử dụng phối hợp nhiều nguồn dữ liệu nên còn đƣợc gọi là xử lý tích hợp và đơi khi để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác, ngƣời giải đốn cịn phải sử dụng thêm một số dữ liệu bổ sung để giải đoán ảnh, các dữ liệu này đƣợc gọi là dữ liệu bổ trợ. Để ứng dụng tốt kỹ thuật viễn thám, ngƣời giải đoán cần phải lƣu ý đến những vấn đề sau:
- Từng kênh ảnh đƣợc thu nhận từ bộ cảm chứa dữ liệu quan trọng và đồng nhất ứng với bƣớc sóng khác nhau, nên giá trị độ sáng của cùng đối tƣợng thƣờng
có giá trị khác nhau cho bởi các kênh ảnh (do mức độ hấp thụ, phản xạ hoặc tán xạ năng lƣợng khác nhau). Do đó, ngƣời giải đốn cần phải xác định kênh phổ tối ƣu trong bộ dữ liệu ảnh đa phổ để xác định từng đối tƣợng cụ thể phù hợp với yêu cầu. Ngoài ra, nhiều đối tƣợng thƣờng bị thay đổi theo thời gian nên nhiều ứng dụng đòi hỏi tách thơng tin chính xác cần phải sử dụng nhiều nguồn thơng tin liên quan đến đối tƣợng hoặc khu vực nghiên cứu.
- Các bộ cảm khác nhau của cùng vệ tinh thƣờng tạo ảnh để cung cấp thông tin bổ trợ cho nhau, nên khi tích hợp có thể hỗ trợ rất tốt cho cơng tác giải đốn và phân loại ảnh. Ví dụ, khi ta phối hợp ảnh tồn sắc độ phân giải cao với ảnh đa phổ có độ phân giải thấp, hoặc tích hợp ảnh vệ tinh quang học và ảnh radar.
-Ảnh đa thời gian (đƣợc chụp vào các ngày, tuần, tháng khác nhau hoặc vào các năm trƣớc đó) sẽ cung cấp rất tốt thơng tin biến động dùng để theo dõi sự thay đổi của lớp phủ mặt đất hoặc sự phát triển trong khu vực nào đó của thành phố (mở rộng hay đơ thị hố). Cơng việc này thƣờng liên quan đến phân loại ảnh chụp ở các thời điểm khác nhau trên cùng một khu vực, tiến hành so sánh kết quả phân loại để xác định những biến động về ranh giới giữa các loại. Do đó cần chú ý đến việc chọn cùng bộ dữ liệu mẫu và dữ liệu thẩm tra để có cơ sở đánh giá chính xác về mặt tính chất cũng nhƣ quy mơ của những biến động cùng với sự phát triển nhƣ vũ bão của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là viễn thám và HTTĐL.
Cơng nghệ tích hợp viễn thám và HTTĐL đang đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ biến động sử dụng đất, bản đồ rừng, thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình, ứng dụng trong lĩnh vực bảo vệ môi trƣờng và nhiều lĩnh vực khác. Ứng dụng ảnh để thành lập bản đồ hệ thống đứt gẫy địa chất sẽ trình bày ở ở chƣơng sau.
CHƢƠNG 4 : ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ HTTĐL THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỨT GÃY ĐỊA CHẤT KHU VỰC SÔNG
CẢ - RÀO NẬY
4.1. Phƣơng pháp luận phân tích ảnh vệ tinh nghiên cứu đứt gãy địa chất khu vực Sông Cả - Rào Nậy tỷ lệ 1:200.000 vực Sông Cả - Rào Nậy tỷ lệ 1:200.000
Khu vực nghiên cứu nằm trong địa phận của 3 tỉnh là Nghệ An, Hà Tĩnh và Quảng Bình với tọa độ: 17030 đến 19045 vĩ độ Bắc và 103050 đến 106040 kinh độ Đông.
4.1.1. Tài liệu sử dụng.
Để phát hiện các đứt gãy địa chất khu vực chúng tôi sử dụng 2 loại tƣ liệu viễn thám, đó là ảnh Landsat TM và ảnh SPOT 4 để phân tích, phát hiện các đứt gãy địa chất ở tỷ lệ 1:200.000 cho toàn bộ vùng nghiên cứu.
1. Ảnh Landsat TM:
Landsat là vệ tinh viễn thám đầu tiên đƣợc NASA phóng lên quỹ đạo vào năm 1972. Từ năm 1994, ảnh vệ tinh Landsat do công ty EOSAT phân phối tuy nhiên những ảnh quá thời gian 2 năm đƣợc đƣa vào lƣu trữ và do Trung tâm dữ liệu Cục Địa chất Mỹ phân phối.
Ảnh phục vụ đề tài là ảnh Landsat – 7 đƣợc phóng từ tháng 10 năm 1999.
a. Quỹ đạo của vệ tinh Landsat đƣợc đặc trƣng bởi các thơng số chính sau:
Độ cao bay của vệ tinh: 705 km.
Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 980
Quỹ đạo đồng bộ mặt trời và bán kính lặp lại
Thời điểm bay qua xích đạo là 9 giị 30 sáng.
Chiều rộng dải bay chụp: 185 km
b. Bộ cảm biến:
MSS (Multispectral Scanner)
TM (Thematic Mapper).
Thông số kỹ thuật của bộ cảm biến TM: Độ phân giải của ảnh (kích thƣớc pixel): 30 m 7 kênh phổ gồm: Kênh 1: 0.45 – 0.52 µm Kênh 2: 0.52 – 0.60 µm Kênh 3: 0.63 – 0.69 µm Kênh 4: 0.76 – 0.90 µm Kênh 5: 1.55 – 1.75 µm
Kênh 6: 10.04 – 12.50 µm (độ phân giải ảnh là 120 m) Kênh 7: 2.08 – 2.35 µm
2. Ảnh vệ tinh SPOT:
Vệ tinh SPOT 4 là vệ tinh quang học của Pháp với các đặc tính sau:
Thời gian phóng vệ tinh 24/ Ba 1998
Thời gian hoạt động 5 năm Trọng lƣợng 2760 kg
Thiết bị mang theo 1470 kg
Thời gian bay quanh Trái đất 101.46 mn
Góc nghiêng 98.72
Độ lệch tâm 1.3 10-3 Số vòng quay trong 1 ngày 14 + 5/26
Chu trình lạp lại 26 ngày
Vân tốc 7.4 km/s
Thời gian qua xích đạo 10:30 giờ địa phƣơng
Đặc tính đƣờng bay quỹ đạo Theo xích đạo 45 Vĩ đỗ Khoảng cách bay giữa 2 vùng liên tiếp 2824 km 2000 km
Khoảng cách giữa 2 vùng kế tiếp 108 km 76 km
Độ cao quỹ đạo bay 822 km 832 km
Độ phân giải không gian của thiết bị : 2*HRVIR
Độ phân giải của ảnh
20 m cho các kênh màu
10 m cho ảnh đen trắng
Quang phổ của các kênh ảnh Multispectral mode
0.50 - 0.59
0.79 - 0.89
1.58 - 1.75
"Panchromatic mode" 0.61-0.68
4.1.2. Phương pháp xử lý để thành lập bản đồ hệ thống đứt gãy địa chất
Quy trình thành lập bản đồ đứt gãy địa chất bằng ảnh viễn thám gồm 2 phần chính:
Quy trình thành lập bằng phƣơng pháp tƣơng tự. Quy trình thành lập bằng phƣơng pháp số.
Trên thực tế ngồi hai loại quy trình trên cịn có loại quy trình kết hợp phƣơng pháp số và phƣơng pháp tƣơng tự. Các loại quy trình trên khác nhau về mặt kỹ thuật, nhƣng sơ đồ công nghệ chung đều bao gồm các bƣớc sau:
1. Nhập ảnh:
Có hai nguồn tƣ liệu chính đó là ảnh tƣơng tự do các máy chụp ảnh cung cấp và ảnh số do các máy quét cung cấp. Trong trƣờng hợp của luận văn là ảnh số đƣợc chuyển từ các băng từ lƣu trữ mật độ cao HDDT vào các băng từ CCT. Ở dạng này máy tính nào cũng có thể đọc đƣợc số liệu.
2. Nắn chỉnh hình học ảnh
Quá trình nắn ảnh viễn thám giữ vai trò rất quan trọng trong công nghệ xử lý ảnh viễn thám. Việc nắn chỉnh này sẽ giúp ta hồn thiện các q trình xử lý gia cơng các thơng tin trong bài tốn phân loại, thành lập hoặc hiện chỉnh bản đồ, chồng xếp thông tin chuyên đề, xây dựng cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý. Méo hình hình học là sai lệch vị trí giữa toạ độ ảnh thực tế đo đƣợc và toạ độ ảnh lý tƣởng thu đƣợc từ bộ cảm có thiết kế hình học lý tƣởng và trong các điều kiện thu
nhận lý tƣởng. Để đƣa các toạ độ ảnh thực tế về toạ độ ảnh lý tƣởng phải hiệu chỉnh hình học. Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng mối tƣơng quan giữa hệ toạ độ ảnh đo và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn có thể là hệ toạ độ mặt đất hoặc hệ toạ độ ảnh khác.
Nắn chỉnh hình học ảnh bao gồm hai dạng: - Nắn trực tiếp từ ảnh sang ảnh nắn.
- Nắn từ ảnh đã nắn quay về ảnh gốc theo các mức nắn chỉnh sau:
Mức 1:
Mức 1a: - Giãn đều độ quét của ảnh. - Khơng nắn chỉnh hình học. Mức 1b: - Giãn đều độ quét của ảnh.
- Nắn chỉnh độ quay của Trái Đất thực hiện cho toàn cảnh.
Mức 2: Ảnh thẳng đứng nhƣng không nắn chỉnh biến dạng một cách chặt
chẽ.
Mức 2a: - Giãn đều độ quét của ảnh.
- Nắn chỉnh hình học ở đây có sử dụng phƣơng pháp hai chiều với những tham số sau:
Trạng thái của vệ tinh khi bay chụp.
Mặt phẳng trung bình của vùng phủ ảnh.
Lƣới chiếu bản đồ.
Do tƣ liệu ảnh sử dụng đều đã đƣợc nắn chỉnh ở mức 2a. Ở những bức ảnh này có độ chính xác ở mức 1b nhƣng là những bức ảnh thẳng đứng và chƣa hiệu chỉnh với số đo đạc trên địa hình. Do đó khi sử dụng đặc biệt với mục đích nghiên cứu thì phải nắn chỉnh những bức ảnh sao cho chồng khít lên những điểm khống chế trên bản đồ địa hình.
Mức 2b: Nắn chỉnh hình học trên những phần mềm chuyên dụng:
Có hai phƣơng pháp nắn chỉnh.
Nắn chỉnh ảnh với ảnh.
Nắn chỉnh ảnh với bản đồ địa hình.
Do việc nắn chỉnh ảnh với ảnh địi hỏi phải có một ảnh có toạ độ chuẩn. Nên việc thực hiện nắn chỉnh ảnh với ảnh khó thực hiện hơn việc nắn chỉnh ảnh với bản đồ. Vì trong khu vực nghiên cứu đã xuất bản nhiều hệ thống bản đồ tỉ lệ lớn nên việc thu thập các bản đồ thực hiện một cách dễ dàng hơn.
Nắn chỉnh ảnh với bản đồ:
Trong thao tác này chúng tơi có sử dụng một số phần mềm chuyên xử lý ảnh nhƣ ENVI, PCI, và một số phần mềm có chức năng xử lý ảnh nhƣ: ILWIS, ARC/INFO. Các phần mềm này rất linh hoạt có thể chuyển đổi cho nhau để tiến hành những bƣớc xử lý tiếp theo. Nhƣng qua việc xử lý thử trên các phần mềm trên thì việc xử lý trên phần mềm ENVI là hiệu quả hơn cả.
Một điểm quan trọng mà trong khi nắn chỉnh hình học ảnh cần quan tâm là đặc điểm của địa hình khu vực. Khi lấy các điểm khống chế để nắn chỉnh hình học phải chọn những điểm ít bị biến đổi thí dụ nhƣ: các điểm cắt nhau giữa đƣờng sắt và đƣờng bộ, cầu cống, các mỏm núi đá …
Khi sử dụng phần mềm ENVI để nắn chỉnh ảnh theo bản đồ thì bản đồ này phải đƣợc để dƣới dạng file vector và có đi mà phần mềm ENVI có thể giao diện đƣợc ví dụ nhƣ đi *.mif
Những bước nắn chỉnh trên phần mềm ENVI cần phải thực hiện theo những bước sau:
Bƣớc 1: Lựa chọn những điểm khống chế mang tính chất cố định trên mặt đất mà có thể xác định đƣợc trên ảnh.
Bƣớc 3: Lựa chọn phƣơng pháp nắn ảnh theo bản đồ: chọn Map\Registration\Select GSPs: Image to Map để chọn các điểm khống chế mặt đất.
Bƣớc 4: Chọn các tham số về phép chiếu, lƣới chiếu, múi chiếu, đơn vị và kích thƣớc pixel cho phù hợp.
Bƣớc 5: Xác định điểm khống chế trên ảnh và những vị trí tƣơng thích của chúng trên file vector.
Bƣớc 6: Sau khi đã chọn đƣợc đủ số lƣợng điểm khống chế tiến hành chạy chƣơng trình trƣớc khi chạy chƣơng trình chọn hàm nắn, thơng thƣờng nếu là vùng rộng chọn trên 12 điểm khống chế và nắn chỉnh theo hàm đa thức là phù hợp hơn cả, sau đó chọn phƣơng pháp nắn với hàm trên thì chọn phƣơng pháp Nearest Neighbor là hợp lý hơn. Trong khi chạy chƣơng trình nắn thì bức ảnh nắn đƣợc lƣu