5. Cấu trúc luận văn
1.3.1. Hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ chuyên đề trên
bản đồ chuyên đề trên thế giới và Việt Nam
1.3.1. Hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ chuyên đề trên thế giới
chuyên đề trên thế giới
Việc sử dụng kết hợp viễn thám và GIS cho nhiều mục đích khác nhau đã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới trong khoảng 30 năm trở lại đây. GIS bắt đầu đƣợc xây dựng ở Canada từ những năm sáu mƣơi của thế kỷ 20 và đã đƣợc ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới. Sau khi vệ tinh quan sát trái đất Landsat đầu tiên đƣợc phóng vào năm 1972, các dữ liệu viễn thám đƣợc xem là nguồn thông tin đầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ thuật của nó.
Từ khi viễn thám lần đầu tiên đƣợc sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ 20, các nƣớc đang phát triển là đối tƣợng chính đƣợc quan sát bằng công nghệ này. Nền kinh tế của những nƣớc này thƣờng dựa vào các hoạt động khai thác tài nguyên thiên nhiên, đôi khi, các bản đồ hoặc các dữ liệu sẵn có không chính xác hoặc đã lỗi thời, yêu cầu về độ chính xác cũng thấp hơn các bản đồ của các nƣớc công nghiệp hoá hoặc chỉ tƣơng thích với dữ liệu của các vệ tinh thế hệ đầu tiên. Nhƣng những biến đổi về môi trƣờng đang diễn ra rất nhanh chóng (ví dụ: hoạt động tàn phá rừng, sự mở rộng các đô thị), do đó cần phải có những quan trắc đầy đủ những thay đổi về hiện trạng tài nguyên thiên nhiên ở đây.
Các nƣớc trong cộng đồng chung Châu Âu (EC) đang sử dụng công nghệ viễn thám để trợ giúp hoàn thành những yêu cầu và uỷ thác của chính sách nông nghiệp EC phổ biến tới mọi nƣớc. Những yêu cầu này bao gồm xác định và đo đạc quá trình phát triển của các vụ mùa quan trọng ở Châu Âu, cung cấp dự đoán sản lƣợng sớm. Quy trình đã đƣợc chuẩn hoá này nhằm thu thập thông tin dựa trên công nghệ viễn thám, phát triển và xác định thông qua dự án MARS (giám sát nông nghiệp bằng viễn thám).
Dự án sử dụng nhiều loại tƣ liệu viễn thám khác nhau, từ ảnh NOAA- AVHRR độ phân giải thấp đến ảnh radar độ phân giải cao và nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác. Những dữ liệu này đƣợc sử dụng để phân loại mùa màng theo vùng để tiến hành kiểm kê, đánh giá tình trạng thực vật, ƣớc tính sản lƣợng và cuối cùng dự đoán thống kê tƣơng tự cho các vùng khác và so sánh kết quả. Dữ liệu đa nguồn nhƣ cận hồng ngoại và radar đƣợc dùng trong dự án để làm tăng độ chính
xác phân loại. Ảnh radar có thể cung cấp các thông tin khác so với ảnh cận hồng ngoại đặc biệt là cấu trúc thực vật, một đặc tính rất quan trọng khi phân biệt các loại mùa màng.
Một trong những ứng dụng chính trong dự án này là sử dụng ảnh quang học độ phân giải cao và ảnh radar để xác nhận các điều kiện của nhà nông khi có yêu cầu trợ giúp hoặc đền bù. Công nghệ viễn thám đƣợc sử dụng để xác định khoanh vùng nghi ngờ để sau đó nghiên cứu trực tiếp bằng các phƣơng pháp khác.
Dữ liệu viễn thám còn phục vụ để phát triển và quản lý cơ sở dữ liệu thông tin địa chính, hiện trạng sử dụng đất và diện tích khoanh thửa.
Công nghệ viễn thám có những thuộc tính cho phép giám sát tình trạng sức khoẻ mùa màng. Một trong những ƣu điểm của ảnh quang học cận hồng ngoại là có thể nhìn dƣới bƣớc sóng nhìn thấy đến vùng hồng ngoại là bƣớc sóng rất nhạy với sự phát triển tốt hay không tốt của cây trồng. Ảnh viễn thám đồng thời cũng cho ngƣời dùng một cái nhìn tổng quan rất cần thiết về đất đai. Những tiên bộ gần đây trong công nghệ và viễn thông đã cho phép nhà nông quan sát đồng ruộng của họ qua ảnh viễn thám và có những quyết sách kịp thời trong việc quản lý cây trồng. Viễn thám có thể trợ giúp ngƣời dùng xác định những cánh đồng đang bị quá khô hoặc quá ƣớt, bị sâu hại hoặc các phá hoại khác do thời tiết. Cây trồng khoẻ mạnh sẽ chứa lƣợng lớn chlorophyll, hợp chất làm cho phần lớn các cây có màu xanh lục. Phản xạ phổ vùng lam và đỏ sẽ thấp vì bị chất này hấp thụ hết. Trong khi đó, phổ lam và gần hồng ngoại lại phản xạ mạnh. Vì vậy, với những khu vực mùa màng bị phá hoại sẽ có một sự suy giảm đáng kể thành phần chlorophyll và cấu trúc lá biến đổi. Sự giảm chlorophyll có thể nhận rõ qua sự suy giảm phản xạ vùng lam và cấu trúc bên trong của lá thay đổi nhận đƣợc qua sự giảm phản xạ vùng cận hồng ngoại. Sự suy giảm phản xạ băng lục và hồng ngoại này cho ta công cụ để ƣớc tính trữ lƣợng mùa màng sớm.
Tính toán tỷ số của phản xạ kênh hồng ngoại và kênh đỏ lại cho ta một phƣơng pháp tốt để đánh gía sức khoẻ cây trồng.
Đây cũng là cơ sở tính toán cho một số những chỉ số thực vật, chẳng hạn NDVI. Những cây trồng khoẻ mạnh sẽ có lƣợng NDVI cao do chúng phản xạ mạnh với ánh sáng hồng ngoại và yếu với ánh sáng đỏ. Sự tăng trƣởng của cây
trồng và sức sống của cây là những yếu tố ảnh hƣởng mạnh mẽ đến NDVI. Ví dụ điển hình là sự khác biệt giữa những cánh đồng đƣợc tƣới tiêu và không đƣợc tƣới tiêu. Cánh đồng đƣợc tƣới tiêu sẽ có màu xanh sáng trên ảnh tổ hợp màu thực, trong khi các vùng cây khô hạn sẽ có màu tối hơn. Trên ảnh tổ hợp màu thật, phản xạ kênh hồng ngoại đƣợc thể hiện màu đỏ nên những cây trồng khoẻ mạnh cũng sẽ thể hiện bằng màu đỏ sáng còn các cây khô hạn sẽ có phản xạ yếu hơn.
Một trong những ví dụ ứng dụng giám sát mùa màng quốc tế, đó là ứng dụng viễn thám giám sát thiệt hại từ mọt đối với cây chà là đỏ ở vùng Trung Đông. Ở bán đảo Arab, chà là là loại cây phổ biến và là sản phẩm nông nghiệp quan trọng nhất. Mọt chà là đỏ có thế phá hoại nhanh chóng mùa chà là và làm thiệt hại hàng trăm triệu đôla. Công nghệ viễn thám đƣợc sử dụng để đánh giá sức khoẻ mùa chà là thông qua phân tích phổ thực vật. Các khu vực bị phá hoại sẽ có màu vàng đối với mắt thƣờng, có phản xạ kém hơn đối với vùng cận hồng ngoại và phản xạ mạnh hơn với vùng đỏ so với các khu vực khoẻ mạnh. Chính quyền hy vọng sẽ xác định đƣợc khu vực bị hại và cung cấp các phƣơng tiện diệt trừ bọ và bảo vệ các khu vực khoẻ mạnh.
Hệ thống thông tin mùa màng Canada: Bản đồ chỉ số mùa màng tổng hợp đƣợc tạo ra mỗi tuần từ ảnh NOAA-AVHRR tổ hợp. Chỉ số NDVI thể hiện sức khoẻ mùa màng trong vùng đồng cỏ từ Manitora đến Alberta. Những số liệu này đƣợc tính toán hàng tuần và so sánh với dữ liệu trong quá khứ để đánh giá những thay đổi về sức khoẻ và sự phát triển cây trồng.
Năm 1988 hạn hán khắc nghiệt đã xảy ra trên khắp vùng đồng cỏ. Chỉ số NDVI chiết xuất từ ảnh NOAA-AVHRR cho phép tiến hành phân tích vùng hạn hán và xác định ảnh hƣởng của hạn hán đến mùa màng trên vùng bị hạn. Các vùng màu đỏ và vàng là các vùng bị ảnh hƣởng nặng còn màu lục là các vùng cây trồng vẫn phát triển bình thƣờng. Ta thấy rằng các vùng bình thƣờng đều nằm ở khu vực mát hơn nhƣ Bắc Alberta (sông Hoà Binh) hay vùng cao nguyên (tây Alberta). Các vùng không phải là mùa màng (vùng núi khô hạn và vùng rừng) có màu đen trong vùng nghiên cứu
Viễn thám mang đến cho ngƣời sử dụng vô số công cụ giúp phân tích tốt hơn phạm vi và tỷ lệ của suy thoái rừng. Tƣ liệu đa thời gian hỗ trợ công tác phân
tích biến động. Hình ảnh của những năm trƣớc đƣợc so sánh với thời điểm hiện tại để tính toán những thay đổi một cách rõ ràng qua kích thƣớc và phạm vi các vùng bị chặt phá hoặc mất rừng. Dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau đƣợc dùng để thu thập các thông tin tham khảo. Ảnh radar kết hợp với ảnh quang học có thể dùng để giám sát một cách hợp lý tình trạng những điểm chặt phá đang tồn tại hoặc cảnh báo những điểm mới và thậm chí đánh giá điều kiện tái sinh rừng. Ở những nƣớc việc chặt phá rừng đƣợc quản lý chặt chẽ, viễn thám còn là công cụ giám sát để đảm bảo các công ty khai thác gỗ theo các quy định và tiêu chuẩn.
Ảnh độ phân giải cao cung cấp một cái nhìn chi tiết về suy thoái rừng trong khi ảnh radar có thể cung cấp thông tin khi khu vực bị mây bao phủ. Tất cả các thiết bị viễn thám, có thể giúp quan sát các khu vực ở xa và không thể tới đƣợc trực tiếp, nơi mà những hoạt động chặt phá bất hợp pháp có thể tiếp diễn mà không thể nhận biết đƣợc nếu không có hoạt động của trực thăng cứu hộ.
Đối với những ứng dụng đa thời gian, ảnh vệ tinh độ phân giải cao hơn có thể dùng để xác định đƣờng biên còn ảnh độ phân giải thấp hơn có thể dùng để xác định biến động theo đƣờng biên đó.
Ảnh viễn thám quang học vẫn đƣợc sử dụng nhiều hơn trong thành lập bản đồ và giám sát chặt phá rừng ở Canada vì thực vật rừng, các khu vực chặt phá và thực vật tái sinh có những dấu hiệu phổ dễ nhận biết và bộ cảm quang học có thể thu đƣợc những ảnh viễn thám không mây thuận lợi ở khu vực này.
Ảnh radar vẫn hữu ích hơn với những nƣớc nhiệt đới ẩm vì khả năng chụp qua mọi điều kiện thời tiết rất có ích trong giám sát suy thoái bao gồm chặt phá rừng ở những khu vực mây thƣờng bao phủ. Các vùng chặt phá rừng có thể đƣợc xác định trên ảnh radar nhờ vào phản xạ của các vệt cắt yếu hơn của các tán lá rừng và bìa rừng đƣợc nhấn rõ nhờ vào bóng và phản xạ sáng. Mặc dù vậy, các khu khai thác đang tái sinh thƣờng khó nhận biết vì khó phân biệt rừng tái sinh và vòm lá rừng trƣởng thành. Rừng ngập mặn thƣờng có ở các vùng dải ven bờ nhiệt đới, nơi thƣờng có mây quanh năm, do đó cần phải có một công cụ giám sát đáng tin cậy để xác định chính xác tỷ lệ rừng suy thoái. Ảnh radar có thể phân biệt rừng ngập mặn so với các loại lớp phủ khác và một số băng sóng dài có thể xuyên qua
mƣa và mây. Hạn chế duy nhất của ảnh này là khả năng phân biệt các loại rừng ngập mặn khác nhau.
Viễn thám có thể đƣợc sử dụng để phát hiện và giám sát cháy rừng và quá trình phục hồi sau cháy. Đóng vai trò công cụ cứu hộ, các thiết bị từ xa thông thƣờng quan sát và cảnh báo tới các cơ quan giám sát về hiện trạng và phạm vi của đám cháy. Tƣ liệu ảnh nhiệt NOAA - AVHRR và tƣ liệu khí tƣợng GOES có thể sử dụng để phát hiện các điểm đang cháy và các điểm nóng còn đang tồn tại trong khi các bộ cảm quang học bị khói, bụi và bóng đêm che khuất. So sánh các điểm đã cháy và đang cháy sẽ tính đƣợc tỷ lệ và hƣớng di chuyển của đám cháy. Tƣ liệu viễn thám cũng có thể cung cấp dự trù tuyến đƣờng để tiếp cận và thoát khỏi đám cháy cũng nhƣ các phân tích logic để chữa cháy và xác định khu vực khó phục hồi sau cháy.
Trong khi tƣ liệu nhiệt dùng tốt nhất trong quá trình phát hiện và thành lập bản đồ đám cháy đang diễn ra, các tƣ liệu đa phổ (quang học và gần hồng ngoại) lại rất thích hợp để quan trắc các bƣớc phát triển của thực vật trong khu vực cháy trƣớc đó. Các thời điểm có liên quan và phạm vi đám cháy có thể đƣợc xác định và mô tả và tình trạng thảm thực vật phục hồi thành công có thể đƣợc đánh giá và giám sát.
Để thành lập bản đồ cháy rừng yêu cầu tƣ liệu ảnh có độ phủ không gian trung bình, độ phân giải từ trung bình tới cao và chu kỳ chụp lặp chậm. Mặt khác, phát hiện và giám sát cháy lại yêu cầu ảnh có độ phủ rộng, độ phân giải trung bình và độ lặp nhanh.
Các tƣ liệu viễn thám thu đƣợc từ các vệ tinh nhƣ QUICKBIRD, IKONOS, LANDSAT - TM (Mỹ), SPOT5 (Pháp), ENVISAT (Châu Âu), MODIS, SEASAT (Mỹ), MOS-1 (Nhật), và vệ tinh RADARSAT (Canada) đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và mang lại nhiều thành công trong nghiên cứu và xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên [7]
