(Nguồn: Cơ sở viễn thám, Nguyễn Ngọc Thạch, NXB Nông nghiệp năm 2005)
Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của các đối tượng. Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tượng khác nhau, của một nhóm đối tượng cũng rất khác nhau, song về cơ bản chúng dao động quanh giá trị trung bình.Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng lớp phủ mặt đất trên ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ.
2.1.4. Những đặc trưng để xác định RNM từ tư liệu viễn thám quang học
RNM mọc ở những khu vực tiếp giáp giữa đất liền và biển. Do đó, ba đối tượng chính thể hiện trên ảnh viễn thám là thảm thực vật, đất và nước.
Mọi sự xen kẽ của các quần thể trên bề mặt cũng bị ảnh hưởng bởi các đợt thủy triều trong ngày và mùa. Những yếu tố này tác động lớn tới đặc trưng quang hóa của các thành tố của ảnh. Blasco và cộng sự đã mơ tả chúng như là những vật cản chính để đặc trưng hóa xạ nhiệt kế chi tiết.
Hơn nữa, sự thay đổi chủng loại RNM ở châu Á cao hơn ở các vùng nhiệt đới và ôn đới. Điều này rất quan trọng cho việc ứng dụng viễn thám vì những hồn cảnh như vậy làm gia tăng khó khăn do kết quả về các lồi đặc chủng cao.
Loài quan trọng nhất và cũng là loài chủ yếu ở khu vực Tây Thái Bình Dương và Indonesia thuộc họ Đước, Mắm, Bần, và Laguncularia. Các lồi riêng lẻ chủ yếu có ở RNM Châu Phi và Châu Mỹ là mắm đỏ, mắm đen và mắm trắng.
Cấu tạo và đặc trưng phổ của tán và lá là đặc điểm chủ yếu được dùng để phân biệt các khu vực có RNM. Dáng vẻ cấu trúc bên ngoài, đồng loại hay khác loại ít nhiều đều phụ thuộc vào một số yếu tố như sự phân bố lồi, phân bố mẫu, hình thái sinh trưởng, mật độ sinh trưởng và kiểu rừng.
Những sự thay đổi về giai đoạn sinh trưởng như quá trình hoạt động ra lá và già đi của lá cũng có tác động đến sự phản xạ phổ. Wang và cộng sự (1991) đã quan sát sự phát triển mạnh mẽ của lá cây mắm đỏ sau những trận mưa trong suốt mùa mưa ở Panama. Ông đã đưa ra kết luận rằng hình ảnh đầu mùa mưa rất hữu ích vì sự triệt tiêu quang phổ trong các loài.
Số liệu đo quang phổ của hai loài RNM trong suốt quá trình khảo sát ở RNM Việt Nam năm 2010 cho ta thấy rằng các lồi khác biệt nhau vì những đặc tính hóa học, sinh học và các thành phần cấu tạo của chúng.
Hình 2.3. Đặc trưng quang phổ và các yếu tố gây ảnh hưởng của loài Mắm và Đước khi đo bằng máy quang phổ thực địa ở tỉnh Cà Mau, Việt Nam (1/2010)
(Nguồn: Phạm Việt Hòa, Luận án tiến sĩ khoa học 2012, trường Đại học Mỏ địa chất)
Sự khác biệt trong bước sóng từ 380nm đến 750nm dựa vào phản xạ phổ của màu lá là tương đối yếu về số lượng tương tự của diệp lục qua hầu hết các lồi. Tín hiệu phản xạ trong vùng cận hồng ngoại biểu thị sự phản ánh khác nhau trong mối quan hệ với cấu trúc lá vĩnh cửu và tạo điều kiện tốt để phân biệt RNM (1949). Hơn nữa Vaiphasa và cộng sự (1993) nêu giả thiết rằng, sự khác biệt quang phổ gây ra do các thành tố lá tương tác với phản xạ điện từ tại những bước sóng dài hơn trong các vùng có tia hồng ngoại ngắn và trung bình có thể hoạt động tốt hơn. Những thành tố lá này bao gồm muối, đường, nước, protein, dầu, lignin, starch, xenlulo và cả cấu trúc lá.
Tuy nhiên, tác động giữa các đợt thủy triều và loại đất có ảnh hưởng đến phản xạ phổ của các lồi cây. RNM có đặc trưng khác biệt là kiểu rừng thấp, thường bị tác động lớn bởi ảnh hưởng của thủy triều. Các tán lá của thực vật càng thưa thì ảnh hưởng của mặt đất càng lớn. Ví dụ, trong ảnh có độ phân giải trung bình, phản xạ của lớp bùn ở nền có thể nhẫm lẫn với khu vực dân cư đang đơ thị hóa.
2.2. Những vấn đề chung về hệ thông tin địa lý (GIS)
2.2.1. Khái quát chung
Hiện nay có khá nhiều định nghĩa về GIS, song có thể thống nhất chung về định nghĩa GIS như sau:
GIS là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị tồn bộ các dạng dữ liệu địa lý. GIS có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý. (Theo: Viện nghiên cứu môi trường Mỹ, 1994 – ESSRI)
Cấu trúc của GIS
GIS bao gồm các hợp phần cơ bản như sau: tài liệu không gian, người điều hành, phần cứng, phần mềm.
Hình 2.4: Mơ hình tổ chức của GIS (Theo ESRI- 1984)
Tư liệu khơng gian: có thể đến từ nhiều nguồn như số liệu tính tốn thống kê,
các quan trắc thực địa, ảnh viễn thám, bản đồ giấy. Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và GIS có khả năng cung cấp thơng tin khơng gian bao gồm các thuộc tính địa lý, khn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản đồ và các số liệu đo đạc. Việc tích hợp các dữ liệu địa lý .
Thơng thường, tư liệu khơng gian được trình bày dưới dạng các bản đồ với các thơng tin chi tiết được tổ chức ở một file riêng. Các tư liệu đó khơng đáp ứng được các nhu cầu hiện nay về tư liệu khơng gian là vì những lý do sau:
- Đòi hỏi khơng gian lưu trữ rất lớn, tra cứu khó khăn.
- Các khn dạng lưu trữ truyền thống thường khơng tương thích với các tiêu chuẩn dữ liệu hiện nay.
- Để nhập và khai thác dữ liệu, nhất thiết phải liên kết được với các thông tin địa lý trên bản đồ và các dữ liệu thuộc tính khác được lưu trữ riêng biệt và điều này trở lên rất khó khăn với hình thức lưu trữ dạng kho hoặc thư viện.
Thay thế cho các dữ liệu dạng truyền thống, hiện nay tư liệu dạng số với một khối lượng rất lớn có thể được lưu trữ trong các đĩa CD, tương ứng với những khối lượng rất lớn của tư liệu analoge. Tư liệu số cũng cho khả năng xử lý tự động trên máy tính.
Như vậy, GIS là sự phát triển đặc biệt để sử dụng cơng nghệ và nghệ thuật máy tính để xử lý tư liệu khơng gian dạng số.
Người điều hành: vì GIS là một hệ thống tổng hợp của nhiều cơng việc kỹ
thuật, do đó địi hỏi người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực. Người điều hành là một phần không thể thiếu được của GIS. Hơn nữa, sự phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải ln được đào tạo.
Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi):
Phần cứng của một GIS bao gồm các hợp phần sau: Bộ xử lý trung tấm (CPU), thiết bị nhập dữ liệu, lưu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu.
Bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit): Hệ thống điều khiển, bộ nhớ, tốc độ xử lý là những yếu tố quan trọng nhất của CPU
Nhập, lưu trữ và xuất dữ liệu: các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập dữ liệu là: bàn số hóa, máy quét để chuyển đổi dữ liệu analoge thành dạng số, hoặc đọc băng từ và đĩa CD-ROM. Các phương tiện thông dụng là ổ đĩa cứng, ổ đọc băng, ổ đĩa quang có thể ghi hoặc xố dữ liệu. Thiết bị xuất dữ liệu bao gồm máy in, báo cáo, kết quả phân tích. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ tin học và điện tử, đặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép chia sẻ các chức năng và trao đổi giữa những người sử dụng, càng tạo điều kiện cho GIS phát triển.
Phần mềm
Một hệ thống phần mềm xử lý GIS yêu cầu phải có hai chức năng sau: tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu
Tự động hóa bản đồ: bản đồ học là môn khoa học, nghệ thuật và kỹ thuật thành lập bản đồ. Do đó, tự động hóa bản đồ là thành lập bản đồ với sự trợ giúp của máy tính. Một bản đồ là sự thể hiện bằng đồ họa của mối quan hệ không gian và là sự mơ hình hóa thực tế theo những tỷ lệ nhất định. Mơ hình đó u cầu biến đổi các sơ liệu ghi bản đồ thành bản đồ và gồm các công đoạn sau: lựa chọn, phân loại, làm đơn giản hóa và tạo mẫu ký tự
Máy tính trợ giúp cho bản đồ ở nhiều phương diện như sau:
Trước hết, bản đồ trong máy tính là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa làm cho bản đồ được hồn thiện và lượng thơng tin sẽ được nâng lên. Đặc biệt, việc bổ sung thông tin cho bản đồ cũng dễ dàng thực hiện được.
Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn lên bản đồ được thao tác với tốc độ nhanh nên giá thành thấp. Việc lựa chọn, phân loại và làm đơn giản hóa các đặc điểm bản đồ cũng được thực hiện một cách khoa học. Quá trình thiết kế và khái quát hóa bản đồ cũng được lập trình và tạo nên các chức năng cụ thể của phần mềm. Kết quả như mong muốn có thể đạt được bởi nhiều cán bộ bản đồ hoặc do chính một cán bộ bản đồ làm trong nhiều thời gian khác nhau.
Thứ ba, thiết kế bản đồ có thể được hồn thiện hơn qua việc thử và chỉnh sửa lỗi. Kích thước, hình dạng hoặc vị trí của chữ hoặc ký hiệu trên bản đồ có thể dễ dàng được thay đổi và đưa về vị trí chính xác như mong muốn.
Quản lý dữ liệu: chức năng thứ hai của phần mềm GIS là hệ thống quản lý dữ liệu (data base management system DBMS). GIS phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu địa lý, đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật tự rõ ràng. Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm GIS là cho khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Các tài liệu mô tả một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí khơng gian của chúng. Sự liên kết đó là một ưu thế nổi bật của việc vận hành GIS.
2.2.2. Các chức năng của phần mềm GIS
Một phần mềm GIS có các chức năng cơ bản như sau:
nhập và bổ sung dữ liệu mà cơng việc đó khơng tiến hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ liệu, nếu khơng có chức năng đó thì khơng được xem là một GIS. Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng dữ liệu dưới dạng số hoặc dạng analoge. Dạng tư liệu không gian như bản đồ giấy hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải được chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu số khác cũng phải được chuyển đổi về tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống dạng sử dụng.
Chuyển đổi dữ liệu: chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc
nhập và bổ sung dữ liệu. Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau. Như vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau.
Lưu trữ dữ liệu: Một chức năng quan trọng của GIS là lưu trữ và tổ chức cơ
sở dữ liệu do sự đa dạng và một khối lượng lớn của dữ liệu khơng gian: đa dạng về thuộc tính, về khn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ. Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là: phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và khơng mất thông tin; các dữ liệu cho cùng một khu vực, song lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn vị đo... thì phải được định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để có thể xử lý hiệu quả.
Điều khiển dữ liệu: Do nhiều GIS hoạt động địi hỏi tư liệu khơng gian phải
được lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định do đó GIS phải đảm nhiệm được chức năng điều khiển thông tin không gian. Khả năng điều khiển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thơng qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý được nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể được tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được xác định, được tính tốn và được can thiệp, biến đổi.
Trình bày và hiển thị: Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của GIS.
Khơng gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ. Các tính tốn chung và kết quả phân tích được lưu trữ ở dạng chữ và số để dễ
dàng in ra hoặc trao đổi giữa các phần mềm khác nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thể được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác. Bản đồ được thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in. Như vậy, hiển thị và in ra là một trong những chức năng cần thiết của một GIS.
Phân tích khơng gian: Chức năng này được phát triển dựa vào sự tiến bộ của
cơng nghệ và nó trở lên thực sự hữu ích cho người sử dụng.
2.2.3. GIS trong nghiên cứu biến động RNM
Ảnh viễn thám sau khi phân loại sẽ thể hiện sự phân bố các đối tượng theo không gian và thời gian. Do đó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ ra hiện trạng lớp phủ tại thời điểm chụp ảnh. Với ảnh đa thời gian cho phép thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ trên khu vực nghiên cứu ở các thời điểm khác nhau. Bằng chức năng chồng xếp và phân tích, GIS cho phép tích hợp từ các kết quả phân loại của nhiều thời điểm chụp để thành lập nhanh và chính xác bản đồ biến động RNM của khu vực.
Với chức năng tự động cung cấp thông tin về sự thay đổi giữa các loại hình lớp phủ theo từng thời điểm yêu cầu hoặc theo đơn vị hành chính, GIS cho phép người sử dụng giám sát quá trình biến động RNM theo từng loại hình và các khoảng thời gian khác nhau.
Giải pháp truyền thống là so sánh bản đồ hiện trạng lớp phủ đã thành lập tại hai thời điểm yêu cầu, những khu vực thay đổi sẽ được thể hiện trên tờ bản đồ thứ ba gọi là bản đồ biến động cho ta thấy những thay đổi của các loại hình lớp phủ.
Tuy nhiên, ở khu vực mà loại hình lớp phủ thay đổi nhanh thì giải pháp này khơng đáp ứng được yêu cầu . Độ chính xác và tính hiện thời của bản đồ bị giảm vì phải mất nhiều thời gian để xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ bằng phương pháp truyền thống. Ngoài ra, bản đồ biến động loại này thường chứa nhiều sai sót vì hai bản đồ hiện trạng lớp phủ đã thành lập tại hai thời điểm không cùng thống nhất về chi tiết nội dung và độ chính xác yêu cầu.
dữ liệu, cũng như không bị ảnh hưởng do tỷ lệ thấp và phép chiếu của bản đồ gây ra.
2.2.4. Tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nghiên cứu sự biến động diện tích rừng ngập mặn. ngập mặn.
Tư liệu viễn thám và GIS có những ưu việt nhất định trong việc thành lập bản đồ, cung cấp, quản lý thơng tin, nhưng chúng cũng có những hạn chế nhất định khi chúng ta sử dụng riêng biệt cho một nhu cầu nào đó. Chính vì vậy, người ta phải tích hợp tư liệu viễn thám và GIS.
- Viễn thám là một trong những công nghệ thu nhập dữ liệu quan trọng và