1.1.8.1. Giải đoán ảnh bằng mắt
a. Đặc điểm của hình ảnh
Theo Võ Quang Minh (1999), ảnh có các đặc điểm sau:
- Bức ảnh là một sự thể hiện bằng hình ảnh không kểđến bước sóng hay thiết bị
tạo ảnh được sử dụng để sản xuất ra nó.
- Những tính chất thông thường của một bức ảnh gồm: tỷ lệ, độ sáng, tone ảnh,
độ tương phản và độ phân giải.
+ Tỷ lệ: là tỷ số giữa hai đối tượng trên ảnh.
+ Độ sáng: là lượng ánh sáng tác động vào mắt, đó là sự nhạy cảm với ánh sáng của chủ thể mà ta có thể xác định một cách tương đối.
+ Tone ảnh: là sự khác nhau vềđộ sáng có thể hiệu chỉnh bằng thang độ xám có giá trị từđen tới trắng.
+ Tỷ số tương phản: là tỷ số giữa phần sáng nhất và phần tối nhất.
+ Độ phân giải: là khả năng phân biệt hai đối tượng liền nhau gần hơn giới hạn phân giải sẽ xuất hiện như một đối tượng đồng nhất trên ảnh.
b. Các đặc tính khác
Theo Nguyễn Ngọc Thạch và ctv (1997), khi giải đoán ảnh phải dựa vào các dấu hiệu giải đoán như sau:
- Các yếu tốảnh bao gồm:
+ Tone ảnh: là tổng hợp lượng ánh sáng được phản xạ từ bề mặt đối tượng. + Cấu trúc ảnh (texture): là tần số lập lại của sự thay đổi tone ảnh gây ra bởi tập hợp của nhiều đặc tính rất rỏ ràng của các cá thể riêng biệt.
+ Kiểu mẫu (pattern): là nhân tố quan trọng thể hiện sự sắp xếp của các đối tượng theo một qui định nhất định.
+ Hình dạng (shape): là những đặc trưng bên ngoài tiêu biểu cho từng loại đối tượng.
+ Kích thước (size): được xác định theo tỷ lệ ảnh và kích thước đo được trên
ảnh.
+ Bóng (shadow): ảnh vệ tinh thường chụp từ 9h30 đến 10h, căn cứ vào bóng râmtrên ảnh ta có thể xác định độ cao tương đối, từđó có thể phân biệt đối tượng trên
+ Màu (colour) màu của đối tượng trên ảnh màu giả (FCC) giúp cho người giải
đoán có thể phân biệt được nhiều đối tượng trên ảnh.
+ Vị trí (size): là dấu hiệu quan trọng để phân biệt đối tượng. Cùng một dấu hiệu ảnh, nếu ở các vị trí khác nhau có thể là các đối tượng khác nhau.
- Các yếu tốđịa kỹ thuật bao gồm:
+ Địa hình. + Thực vật.
+ Hiện trạng sử dụng đất.
+ Mạng lưới, giao thông, sông suối.
+ Các khe nứt lớn và các yếu tố dạng tuyến. + Tổ hợp các yếu tố.
1.1.8.2. Xử lý ảnh kỹ thuật số
Theo Võ Quang Minh (1999), ảnh thu được có các đặc điểm sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Ảnh được ghi trên băng từ máy tính chúng được đọc và xử lý tạo nên hình
ảnh.
- Các ảnh bao gồm các phần tử nhỏ bé có cùng diện tích (được gọi là pixel). - Các pixel được sắp xếp theo hàng, cột, vị trí bấc kỳ nào của một phần tử ảnh hay pixel đều được xác định tọa độ XY.
- Mỗi pixel có một giá trị số tương ứng với các giá trị phản xạ phổ.
- Giá trị DN ghi lại cường độ năng lượng điện từ rơi vào một phần tử phân giải
ở trên mặt đất mà diện tích có thể bằng 1 pixel. - Các số thứ tự số hóa từ 0 đến 255.
Theo Võ Quang Minh (1999), các bước trong xử lý ảnh kỹ thuật số bao gồm
a. Khôi phục hình ảnh
- Mục đích: Khắc phục những sai sót của tài liệu, hiện tượng nhiễu và lệch hình học sinh ra trong quá trình quét, ghi và truyền về.
- Nội dung:
+ Khôi phục sự sai lệch hình học.
+ Khôi phục sự bỏ sót các đường quét theo qui luật. + Khôi phục các đường chấm ngắt quãng theo qui luật. + Hiệu chỉnh sự tán xạ của khí quyển.
- Mục đích: Giúp nâng cao chất lượng thông tin. - Nội dung: + Tăng cường độ tương phản. + Tạo ảnh hỗn hợp. + Lọc nhiễu sự xuất hiện tản mạn trên ảnh. c. Phân loại ảnh Có 2 cách phân loại ảnh:
- Phân loại có kiểm soát (superviced classification)
+ Là xác định một vùng nhỏ, là vị trí kiểm tra (training site) hay một điểm kiểm tra. Vị trí kiểm tra thể hiện cho một tiêu chuẩn địa hình hay một lớp địa hình. Các giá trị phổ của mỗi pixel ở trong vị trí kiểm tra được dùng để xác định cho các không gian quy định lớp đó. Sau khi các cụm của các vị trí kiểm tra được xác định thì dựa vào các chỉ tiêu đó máy tính phân loại toàn bộ các pixel còn lại trong hình ảnh.
+ Đặc điểm của phân loại có kiểm soát là các lớp đối tượng được xác định một cách rõ ràng dựa vào các tính chất của đối tượng xác định trên các vị trí kiểm tra. Tuy nhiên trong thực tế có nhiều đối tượng khác nhau nhưng lại thể hiện phổ giống nhau. Hay có nhiều dấu hiệu phổ khác nhau song nhưng lại thuộc về một đối tượng thay đổi tín hiệu phổ từng pixel. Vì vậy cần phải có sự phân loại bằng việc kết hợp nhiều dấu hiệu phổ thể hiện một lớp đối tượng.
- Phân loại không kiểm soát (unsuperviced classification)
+ Giá trị pixel trên mỗi hình ảnh đa số có thể phân chia được 256 cấp (từ 0 đến 255)
+ Dựa vào các pixel (sử dụng histogram) ta có thể tự động hóa phân chia hình
ảnh ra nhiều lớp đối tượng. Mỗi lớp đối tượng tương ứng với khoảng giá trị độ sáng nhất định.
+ Sự phân loại này chỉ cho thấy sự khác biệt về giá trị độ sáng giữa các nhóm pixel trên ảnh chứ không xác định chính xác bản chất hay tên gọi của chúng.
+ Do đó sự phân loại không kiểm tra chỉ cho kết quả giả thuyết ban đầu.
d. Chuyển đổi ảnh
Chỉ số thực vật:
- Dùng giá trị ngưỡng thông qua giải đoán ảnh, phân tích biểu đồ tần số xuất hiện của ảnh.
- Phát hiện các vùng bao phủ trên ảnh theo ngưỡng giới hạn lấy từ pixel, các pixel giá trị nhỏ hơn ngưỡng nào đó gọi là giá trị ngưỡng.
- Phân tích sự thay đổi của một loạt ảnh theo thời gian:
+ Các ảnh có sự thay đổi cung cấp thông tin về sự biến đổi theo mùa hoặc các thay đổi khác. Các thông tin này được tách ra bằng sự so sánh 2 hay nhiều ảnh của một vùng hay việc thu thập ảnh theo thời gian. Bước đầu tiên phải xác định tọa độ hình ảnh tại một thời điểm trên cơ sở các điểm kiểm tra mặt đất. Tiếp theo sự xác định khối lượng đó là trừ số lượng các pixel của ảnh được nhận trước hoặc sau thời điểm đó. Các giá trị sau khi trừ có thể dương, âm hoặc bằng 0 (bằng 0 là không có sự thay đổi). + Tiếp theo là đánh dấu các giá trị nhỏ đó như một hình ảnh với độ xám trung gian thể hiện bằng 0. Màu đen và màu trắng là sự thay đổi âm cực đại hoặc dương cực
đại. Phương pháp kéo dãn độ tương phản được sử dụng để nhấn mạnh sự khác biệt đó. Phương pháp này rất có ích cho việc nghiên cứu các quá trình biến đổi, trên cơ sở phân tích các tư liệu viễn thám như: sự biến đổi nhiệt, sự biến đổi mùa màng, biến đổi lượng phù sa của các dòng sông, sự thay đổi các mạng lưới sông suối, biến đổi diện tích các
đơn vị sử dụng đất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.2. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 1.2.1. Định nghĩa 1.2.1. Định nghĩa
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một kỹ thuật quản lý thông tin dựa vào máy tính được sử dụng bởi con người vào mục đích lưu trữ, quản lý và xử lý các số liệu thuộc về địa lý hoặc không gian nhằm phục vụ cho các mục đích khác nhau, (Võ Quang Minh, 1999).
Ngoài ra hệ thống thông tin địa lý GIS còn được định nghĩa như một hệ thống dùng để xử lý số liệu dưới dạng số dùng cho việc phân tích và quản lý các số liệu thuộc vềđịa lý, được kết hợp với các hệ thống phụđể nhập và truy xuất các dữ liệu, nó có khả năng nhập, lưu trữ, mô tả và khôi phục hay biểu thị những số liệu không gian, (Võ Quang Minh, 1999).
Theo Trần Vĩnh Phước (2003), hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu về đối tượng, các hiện tượng các sự kiện của thế giới thực theo không gian và thời gian thực.
Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường (2004), hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System viết tắt là GIS) là một hệ thống bao gồm các dữ liệu
hình học và phi hình học được liên kết với nhau thể hiện trên các lớp bản đồ dưới dạng số, ảnh quét, các băng ghi hoặc các bảng biểu nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu chi tiết và đánh giá địa hình; lập kế hoạch và thiết kế các công trình; đảm bảo việc xây dựng và cải tạo các điểm dân cư, các khu công nghiệp; lắp đặt các đường ống, các tuyến đường thông tin, các đường dây tải điện,…phục vụ cho công tác quản lý nhà nước góp phần nâng cao năng xuất, chất lượng và tạo nên một nguồn thông tin tích lũy rất cần thiết. Đây là nguồn thông tin rất quan trọng để đưa ra các luận cứ khoa học phục vụ công tác xây dựng định hướng chiến lựợc phát triển kinh tế - xã hội lâu dài cho cả vùng.
Theo Godilano và Carangal (1991), GIS là hệ thống các thông số, dùng cho việc phân tích và tính toán các dữ liệu trong phạm vi dữ liệu địa lý, với sự kết hợp với các hệ thống phụ cho việc số hóa bản đồ cho người sử dụng biết nội dung để hoàn thành quyết định. Nó tiêu biểu cho một hệ thống, hệ thống này là nền tảng máy tính cho việc quản lý số liệu thuộc về không gian và không thuộc về không gian.
1.2.2. Xu hướng phát triển của GIS
Theo Vũ Duy Mẫn (2002), trong thiên niên kỹ mới, có thể khẳng định GIS sẽ được chấp nhận một cách vô cùng rộng rãi trong xã hội và trên toàn thế giới. Những người dùng GIS sẽ có nhiều lợi thế hơn so với những người không dùng. Công nghệ
GIS sẽ phát triển đồng nhịp với sự tăng trưởng về khă năng và giá của các thiết bị máy tính, hệđiều hành và đường truyền thông.
Tích hợp chức năng GIS vào các phần mềm ứng dụng chuẩn, thí dụ như bảng tính điện tử. Các nhà cung cấp GIS đã phổ biến các thư viện tiện ích bản đồ, các bản
đồ số hóa và các tập dữ liệu địa lý mở đường cho những người viết chương trình tích hợp được các chức năng GIS vào các phần mềm ứng dụng. Kỹ thuật GIS, GPS và ảnh viễn thám cùng được đưa vào các ứng dụng phổ biến của công nghệ thông tin, chúng không còn là những thứ riêng biệt mà hội nhập thành một thị trường với những họ sản phẩm cung cấp một cách rất tiện lợi các giải pháp cho người dùng.
GIS có chức năng phân tích dữ liệu không gian, đó là tiêu chuẩn phân biệt chúng với các hệ xử lý số liệu khác. Phân tích dữ liệu không gian bao gồm một dãi các chức năng từđơn giản đến phức tạp.
Thiên niên kỷ mới sẽ chứng kiến những tiến bộ đáng kể của các công cụ quản lý GIS tạo khả năng phân tích quy trình làm việc, xác định các sản phẩm thông tin cần
thiết, mô hình hóa và phân tích quy trình dữ liệu, để cài đặt các hệ thống thích hợp với các mục tiêu chiến lược của tổ chức.
1.2.3. Ứng dụng Hệ thông tin địa lý và Viễn thám trong quản lý môi trường và tài nguyên ở Việt Nam và tài nguyên ở Việt Nam
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 được xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ 20 và đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới. Sau khi vệ tinh quan sát trái đất Landsat
đầu tiên được phóng vào năm 1972, các dữ liệu viễn thám được xem là nguồn thông tin đầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ thuật của nó. Ngày nay, trái
đất được nghiên cứu thông qua một dải quang phổ rộng với nhiều bước sóng khác nhau từ dải sóng nhìn thấy được đến dải sóng hồng ngoại nhiệt. Các thế hệ vệ tinh mới
được bổ sung thêm các tính năng quan sát trái đất tốt hơn với những quy mô không gian khác nhau. Vệ tinh cung cấp một lượng thông tin khổng lồ và phong phú về các phản ứng quang phổ của các hợp phần của trái đất như: đất, nước, thực vật. Chính các phản ứng này sau đó sẽ phản ánh bản chất sinh lý của trái đất và các hiện tượng diễn ra trong tự nhiên bao gồm cả các hoạt động của con người. Chủ đề phát triển chính của viễn thám trong một thời gian dài chính là môi trường và tầm quan trọng của nó trong lĩnh vực này đã tăng lên nhânh chóng trong một vài năm gần đây, (Askne, 1995). Trong khi đó mục tiêu chính của việc sử dụng GIS là tạo ra những giá trị mới cho các thông tin hiện có thông qua phân tích không gian - thời gian và mô hình hoá các dữ
liệu có tọa độ. Nhờ khả năng phân tích không gian - thời gian và mô hình hoá, GIS cho phép tạo ra những thông tin có giá trị gia tăng cho các thông tin được triết xuất từ dữ
liệu vệ tinh, (Burrough và cộng sự, 1998).
Ảnh viễn thám, ảnh hàng không là những tư liệu quý để tìm hiểu sự thay đổi sử
dụng đất, độ che phủđất về số lượng, vị trí phân bố trên một khu vực trong những thời
điểm khác nhau, hay so sánh giữa 2 khu vực. Trên Thế giới GIS được sử dụng phổ
biến để xây dựng mô hình sử dụng đất và quan trắc, dự báo các thay đổi các thảm che phủ và địa hình (Elena và cộng sự, 2001; Kok và cộng sự, 2001; McDonalda và cộng sự 2002; Stephenne và Lambin, 2001), so sánh các hệ sinh thái nông nghiệp (Stein và Ettema, 2003), quan sát các sự thay đổi về hệ thống canh tác theo địa hình (Nelson, 2001; Schoorl và Veldkamp, 2001). Đặc biệt trong những năm gần đây, nhiều nghiên
cứu trong nước đã ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong nghiên cứu chiến lược của người nông dân trong sự thay đổi đa dạng của hệ canh tác nương rẫy dưới các tác
động của điều kiện dân số, đất đai, chính sách và các nhu cầu về kinh tế xã hội của người dân, (Lê Trọng Cúc và Rambo, 2002; Jean-Christophe Castella và Đặng Đình Quang, 2002; Brabant P, Darracq S. and Nguyễn Cẩm Vân (biên tập). 1999; Leisz và các cộng tác viên, 2003).
Ý tưởng tìm hiểu sự thay đổi sử dụng đất qua việc giải đoán ảnh viễn thám, kết hợp GIS, và điều tra khảo sát thực địa, là phương pháp mới trong áp dụng quản lý nguồn tài nguyên được đặt thành mục tiêu của đề tài và cũng giúp cho các nghiên cứu sẽ có thêm nhiều kinh nghiệm và học hỏi thêm được nhiều công nghệ mới, đúng như (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
mục đích ban đầu của Diễn Đàn Vùng Cao (VUF) đặt ra, (Nguyễn Văn Cự, 2002).
1.3. GIỚI THIỆU VỀ VỆ TINH WORLD VIEW
Ngày 18/9/2007 một vệ tinh viễn thám đời mới độ phân giải siêu cao World View 1 đã được phóng lên quỹ đạo bằng tên lửa đẩy Delta 2 từ căn cứ không quân Vandenberg, California Mỹ.
Hình 1.4. Vệ tinh viễn thám có độ phân giải siêu cao World View 1.
Vệ tinh World View 1 có quỹđạo cận cực, bay một vòng quanh Trái đất mất 95 phút, là vệ tinh thương mại ảnh độ phân giải siêu cao sẽ cung cấp các ảnh vệ tinh có độ
phân giải mặt đất cỡ 50cm, mà chưa có vệ tinh dân sự nào cho tới ngày hôm nay có thể