I.3.1 Cost Distance
Tính toán chi phí khoảng cách tích lũy nhỏ nhất với mỗi cell từ nguồn gần nhất thông qua chi phí bề mặt.
Hình 1.20 Tool CostDistance trong ArcGis
Để xác định chi phí cho việc mở đường từ 1 điểm tới nguồn, chức năng chi phí bề mặt dựa trên node/link đại diện cho cell sử dụng trong lý thuyết đồ thị. Trong node/link đại diện cho cell, trung tâm của cell được coi là 1 node và mỗi node được liên kết với nhiều liên kết khác. Mỗi liên kết có một trở kháng liên kết với nó. Trở kháng có nguồn gốc từ các chi phí liên kết với cell ở mỗi đầu của liên kết và hướng di chuyển qua các cell. Nếu di chuyển từ 1 cell tới 1 trong 4 cell lân cận trực tiếp, chi phí di chuyển qua các liên kết đến các node lân cận bằng trung bình cộng chi phí cell 1 và cell 2.
Cost 2 : chi phí của cell 2
a1 : chi phí di chuyển từ cell 1 tới cell 2
Chi phí tích lũy khi di chuyển từ cell 1 tới cell 3
Cost 3 : chi phí của cell 3 a2 : chi phí tích lũy
Minh họa
Hình 1.21 Cách làm việc của tool costdistance
I.3.2 Cost Path
Hình 1.22 Tool CostPath trong Arcgis
Trong đó :
Input raster or feature destination data : lớp điểm cần đi tới Input cost distance raster : chi phí khoảng cách
Input cost backlink raster : lớp backlink .
Backlink là đối với mỗi cell trong các raster backlink, một giá trị xác định những cell lân cận đó là các cell tiếp theo trên con đường chi phí ít nhất là tích lũy từ các cell đến cell nguồn đơn, hoặc thiết lập các cell nguồn.
I.4. TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ ĐẶC TRƯNG ẢNH LANSAT
I.4.1 Viễn thám
Viễn thám là ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu đời, nghiên cứu thông tin về một vật, hiện tượng gián tiếp trên dữ liệu thu được bằng phương pháp chụp ảnh hàng không, ảnh radar và ảnh vệ tinh. Trên thực tế, có nhiều định nghĩa khác nhau
về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét chung cho rằng “Viễn Thám là khoa học thu nhận thông tin về các thực thể, hiện tượng trên trái đất từ xa”.
Nguyên lý hoạt động của viễn thám là sử dụng bức xạ điện từ tới vật thể và thu lại tín hiệu phản hồi bằng bộ cảm. Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định. Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám cho phép tách thông tin hữu ích về từng loại lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể.
So với các phương pháp nghiên cứu tài nguyên môi trường truyền thống, công nghệ viễn thám có những ưu điểm vượt trội:
- Độ phủ chùm không gian của tư liệu gồm các thông tin về tài nguyên, môi trường trên diện tích lớn của trái đất kể cả những khu vực rất khó đến được như rừng nguyên sinh, đầm lầy và hải đảo.
- Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục trên cùng một đối tượng mặt đất của các máy thu viễn thám. Khả năng này cho phép công nghệ viễn thám ghi nhận lại được sự biến đổi của tài nguyên, môi trường, giúp giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
- Sử dụng các dải phổ khác nhau để quan trắc các đối tượng(ghi nhận đối tượng), nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục đích, trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ của trái đất.
- Cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao và siêu cao, là dữ liệu cơ bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và hệ thống cơ sở dữ liệu địa lý quốc gia.
Bên cạnh những ưu điểm cơ bản trên, công nghệ viễn thám cũng tồn tại một số nhược điểm chính sau:
- Để xử lý và phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh yêu cầu chuyên môn cao và kinh nghiệm trong thực hành
- Đối với những vùng nghiên cứu có diện tích nhỏ, sử dụng kỹ thuật viễn thám không kinh tế do giá thành cao
- Các phần mềm để xử lý ảnh vệ tinh có giá thành cao
- Nếu kết quả giải đoán ảnh viễn thám chưa được kiểm tra bằng công tác ngoại nghiệp, việc sử dụng có thể sẽ có nhiều hạn chế.
I.4.2 Đặc trưng ảnh viễn thám
Chương trình vệ tinh Landsat do NASA sáng lập với mục đích nghiên cứu mặt đất từ vệ tinh trên quỹ đạo trái đất không người lái. Thế hệ đầu tiên của Landsat mang tên vệ tinh công nghệ tài nguyên trái đất (Earth resources techcology satellite), viết tắt là ERTS, vào năm 1975 đổi tên thành Landsat.
Landsat-1 được phóng lên quỹ đạo ngày 23/7/1972 và hoạt động tới ngày 6/1/1978. Landsat-1 được thiết kế để thu nhận ảnh đa phổ trên mặt đất một cách hệ thống, lặp lại và có độ phân giải trung bình đa phổ.
Các vệ tinh tiếp theo của Landsat là Landsat-2,3,4,5,6 và Landsat-7. Công nghệ ghi ảnh trên các thế hệ vệ tinh Landsat lần lượt sử dụng các bộ cảm ngày càng hoàn thiện và tốt hơn nhiều, từ độ phân giải thấp đến độ phân giải cao, theo trật tự là RBV (Return Beam vidicon), đa phổ (MSS), chuyên đề (TM), chuyên đề nâng cao (ETM), chuyên đề nâng cao (ETM+).
Nguồn dữ liệu ảnh Landsat đa dạng, phong phú, phổ biến trên toàn cầu. Đặc biệt là dữ liệu của vệ tinh Landsat-7. Vệ tinh Landsat-7 được thiết kế thêm kênh phổ toàn sắc, có dải sóng 0.5-0.9µm và độ phân giải 15x15m. Điều này cho phép chồng ảnh với các kênh phổ khác nhau của bộ cảm biến ETM để tạo ra ảnh tổ hợp màu với độ phân giải cao hơn.
Hiện nay, ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lượng kênH phổ và độ phân giải khác nhau. Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM thu từ vệ tinh Landsat-4,5 và ảnh Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat-7 được sử dụng phổ biến nhất. Ảnh Landsat TM gồm có 7 kênh. Trong đó 6 kênh phổ nằm trên dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại với độ phân giải không gian 30mx30m và một dải phổ hồng ngoại nhiệt ở kênh 6, độ phân giải 120mx120m để đo nhiệt độ bề mặt. Đặc tính của các kênh phổ ảnh landsat TM được thể hiện trong bảng :
Kênh Bước sóng
(µm)
Tên gọi phổ Độ phân giải không gian(m) Lưu trữ (bit) TM1 0.45 - 0.52 Xanh lam 30 8 TM2 0.52 - 0.60 Xanh lục 30 8 TM3 0.63 - 0.69 Đỏ 30 8 TM4 0.76 - 0.90 Cận hồng ngoại 30 8 TM5 1.55 - 1.75 Giữa hồng ngoại 30 8 TM6 10.4 - 12.5 Hồng ngoại nhiệt 120 8 TM7 2.08 - 2.35 Giữa hồng ngoại 30 8
Bảng 1 : một số thông số các kênh phổ ảnh Landsat TM
Ảnh Landsat ETM+ bao gồm 8 kênh phổ ở các bước sóng có bản giống ảnh Landsat TM. Điều khác biệt là ở Landsat ETM+, kênh hồng ngoại nhiệt có độ phân giải cao hơn (60m) và có thêm kênh toàn sắc với độ phân giải không gian là 15m. Đặc tính các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ được thể hiện trong bảng :
Kênh Bước sóng
(µm)
Tên gọi phổ Độ phân giải
không gian(m)
Lưu trữ (bit)
ETM+1 0.45-0.52 Xanh lam 30 8
ETM+2 0.52-0.60 Xanh lục 30 8
ETM+4 0.76-0.90 Cận hồng ngoại 30 8
ETM+5 1.55-1.75 Giữa hồng ngoại(SWIR) 30 8
ETM+6 10.4-12.5 Hồng ngoại nhiệt 60 8
ETM+7 2.08-2.35 Giữa hồng ngoại(SWIR) 30 8
ETM+8 0.52-0.90 Toàn sắc 15 8
Bảng 2: Một số thông số các kênh phổ ảnh Landsat ETM+ và ảnh Landsat-7
Ứng dụng chính của các kênh phổ ảnh Landsat TM và ETM+ được thể hiện trên bảng :
Kênh Bước sóng (µm)
Tên gọi Ứng dụng chính
TM 1 0.45-0.52 Xanh lam Dùng để nghiên cứu thềm lục địa nông, phân biệt sự khác nhau giữa đất và thực vật, xác định các đối tượng nhân tạo như đường, nhà cửa,…
TM 2 0.52-0.6 Xanh lục dùng để đánh giá trạng thái của thực vật, phân biệt giữa các loại thảm thực vật,… TM 3 0.63-0.69 Đỏ Dùng để phân biệt thực vật và đất, theo dõi
tình trạng thực vật, phân loại thực vật,lập bản đồ ranh giới giữa các loại đất và ranh giới hình thành địa chất,…
TM 4 0.76-0.9 Cận hồng ngoại
Xác định bề mặt đất và nước, xác định đường bờ, xác định cây trồng, các kiểu thực vật, trạng thái và sinh khối, độ ẩm của đất,… TM 5 1.55-1.75 Giữa hồng ngoại Xác định độ ẩm của thực vật và đất, giám sát thảm thực vật, tách tuyết và mây,… TM 6 10.4-12.5 Hồng ngoại nhiệt
Sử dụng để đo vẽ bản đồ nhiệt mặt đất, nhiệt độ của thảm thực vật, ứng dụng trong địa chất, xác định hoạt động địa chất,… TM 7 2.08-2.35 Giữa hồng
ngoại
Xác định các loại đá và khoáng vật, xác định độ ẩm thực vật,….
Bảng 3: Ứng dụng chính của các kênh phổ ảnh Landsat TM, ETM+.
I.4.3 phương pháp phân loại có kiểm định
Phương pháp phân loại có kiểm định (supervised classification) là hình thức phân loại kết hợp giữa giải đoán tự động nhờ sự trợ giúp của máy tính, kết quả điều tra thực địa và trình độ của người giải đoán.
Phương pháp phân loại có kiểm định cho phép người giải đoán có thể thiết lập các loại thông tin cần thiết phù hợp với mục đích bài toán và vùng nghiên cứu cụ thể. Bên cạnh đó, người giải đoán có thể kết hợp sử dụng các tư liệu khác về vùng nghiên cứu để có thể có được thông tin chính xác nhất về các đối tượng cần giải đoán.
Ưu điểm nổi bật nhất của phương pháp phân loại có kiểm định là độ chính xác cao, mẫu phân loại có thể dùng trong thời gian dài, tốc độ tính toán nhanh.
Bên cạnh đó, phương pháp này cũng có nhược điểm là độ chính xác của kết quả phân loại phụ thuộc vào độ chính xác của mẫu phân loại cũng như trình độ của người giải đoán.
Các bước trong giải đoán tự động có kiểm định:
1. Chọn mẫu giải đoán (dữ liệu mẫu): mẫu giải đoán được chọn dựa trên tính chất phổ của đối tượng cần giải đoán, các dữ liệu bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề khác, dữ liệu điều tra thực địa;
2. Chọn thuật toán giải đoán tự động. Tiến hành giải đoán; 3. Đánh giá kết quả phân loại (lập ma trận sai số,....)
Các thuật toán cơ bản trong giải đoán ảnh tự động có kiểm định:
1. Thuật toán hình hộp (paralellepiped);
2. Thuật toán khoảng cách ngắn nhất (minimum distance); 3. Thuật toán xác suất cực đại (maximum likehood);
4. Thuật toán khoảng cách Mahalanobis
Chương II : TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN CÁC CHỈ TIÊU
II.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu
II.1.1 Vị trí địa lý :
Nằm ở vị trí 16017`55`` đến 16049`12`` vĩ độ Bắc và 106044`01`` đến 107014`15`` kinh độ Đông. Phía Bắc giáp với các huyện Gio Linh, Cam Lộ: Phía Nam giáp tỉnh Thừa Thiên Huế và Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào: Phía Đông giáp huyện Triệu Phong và Hải Lăng: Phía Tây giáp huyện Hướng Hóa . Đakrông có vị trí quan trọng không chỉ đối với tỉnh Quảng Trị mà còn với cả khu vục Bắc Trung Bộ, đây chính là cửa ngõ đi vào thị xã Đông Hà, vào Thừa Thiên Huế là khu vực cuối các tỉnh Cam Lộ, Triệu Phong, Gio Linh, Hải Lăng với huyện Hướng Hóa của tỉnh Quảng Trị là khu vực biên giới tiếp giáp với nước Lào .
II.1.2 Địa hình, địa chất :
Địa hình Đakrông cao về phía Đông – Đông Nam thấp về phía Tây - Tây Bắc. Cao nhất là đỉnh Kovalađút 1251m, thấp nhất là khu vực bãi bồi Ba Lòng 25m. Đồi núi tập trung ở phía Đông Nam của huyện.
Do chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố tự nhiên khác nhau nên đất đai ở Đakrông rất đa dạng và phong phú bao gồm bảy loại chính đó là: Đất màu tím trên đá sét, đất nâu vàng trên phù sa cổ, đất phù sa bồi, đất đỏ vàng trên đá phiến thạch sét, đất đỏ vàng trên đất mácmaxit và đất vàng nhạt trên đá cát. Nhóm đất có địa hình đồi chiếm hơn 95 diện tích phù hợp trông các loại cây công nghiệp có giá trị cao như cà phê, tiêu, cao su ... Ngoài ra có đât phù sa sông phù hợp trồng cây nông nghiệp như bắp đậu ....
II.1.3 Khí hậu thủy văn :
Đakrông có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa thể hiện rõ ở chế độ mưa và gió mùa. Khí hậu Đakrông chịu ảnh hưởng rõ rệt của bức xạ nội chí tuyến và đặc điểm địa lý mà trước hết là sự xuất hiện của dãy núi Trường Sơn, nằm trong khu vục chuyển tiếp của hai mùa khí hậu mùa nóng và mùa lạnh.
II.1.4 Sông ngòi :
Sông Đakrông bắt nguồn từ dãy núi Trường Sơn ở phía Nam và đông Nam huyện Đakrông có chiều dài 85 km. Sông Quảng Trị chảy qua Đakrông là hợp lưu của hai con sông Đakrông và sông Rào Quán. Thượng lưu gọi là sông Đakrông, hạ lưu gọi là sông Ba Lòng Trong hệ thống sông Đakrông có nhiều con suối tương đối lớn đổ ra như Paây, Scam, Ra Ngao, Ta Sam Ba Le, Rơlay vv….. Ngoài ra còn có nhiều con suối đỏ vào song Ba Lòng như Khe Làng An, Khe Vẽ,… Sông Đakrông có độ dài ngắn và dốc nên tốc độ chảy cao về mùa mưa lũ thưỡng xảy ra tình trạng lũ lụt lớn.
II.2 Lựa chọn các chỉ tiêu
II.2.1 Độ dốc địa hình
Các yếu tố thiên nhiên bao gồm điều kiện địa hình , địa chất, thủy văn, thổ nhưỡng và thảm thực vật tại vùng nghiên cứu có ảnh hưởng rất lớn tới việc mở một tuyến đường nên chúng có ảnh hưởng quan trọng tới việc lựa chọn các giải pháp mở đường.
Trong những yếu tố kể trên thì địa hình có ảnh hưởng quyết định tới việc vạch tuyến vì địa hình có ảnh hưởng lớn đến bình đồ và trắc dọc, trắc ngang tuyến, do đó ảnh hưởng nhiều tới việc di chuyển .
Cách tính độ dốc với đơn vị là % trong Arcgis : Chức năng của Slope là tính toán tỉ lệ tối đa của sự thay đổi giữa mỗi điểm với điểm lân cận (sự thay đổi về độ cao
tối đa so với khoảng cách từ 1 điểm tới 8 điểm lân cận) . các điểm đầu ra đều có giá trị độ dốc. Có thể tính độ dốc bằng phần trăm (percent ) hoặc Độ (Degree) như sau:
Hình 2.1 Cách tính độ dốc
Phân cấp đường theo kỹ thuật : có 3 loại địa hình
+ Địa hình đồng bằng là loại địa hình thuận tiện nhất cho việc di chuyển. Vùng đồng bằng độ dốc ngang địa hình < 10 %
+ Địa hình đồi, đồi thoải là địa hình có mức độ khó khăn trung bình đối với việc di chuyển, độ dốc 10 – 25%
+ Địa hình đồi cao với độ dốc 25 – 30% và núi với độ dốc > 30% là địa hình có nhiều vấn đề khó khăn trong việc di chuyển .
Địa hình cũng là một nhân tố tự nhiên ảnh hưởng đến xói mòn đất. Các yếu tố địa hình như độ dốc , chiều dài sườn dốc, hình dạng (lồi, lõm, thẳng, bậc thang …), mức độ chia cắt ngang của địa hình ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn đất . Độ dốc của sườn là yếu tố địa hình có ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình xói mòn. Độ dốc làm tăng cường độ dòng chảy và do đó đẩy nhanh quá trình rửa trôi, xói mòn đất , gây nên xói mòn nặng hơn. Độ dốc tăng 2 lần, xói mòn tăng từ 2 đến 4 lần. Hiện tượng xói mòn làm đất mất ổn định và có thể dẫn đến hiện tượng sạt lở.
II.2.2 Địa chất
Sự phân loại đá rất đa dạng, tùy theo điều kiện khí hậu, thời tiết của từng vùng, miền mà trong cùng 2 loại đá ở các vùng có điều kiện khác nhau lại có tính chất