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
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
cung cấp được ảnh có độ phân giải cao tới như vậy.
Tên lửa đẩy Delta 2 đưa vệ tinh World View 1 lên quỹ đạo. Chính phủ Mỹ là khách hàng tiềm năng lớn nhất cần ảnh World View 1 cho việc quan sát các vùng trọng điểm và cho mục đích dọ thám. Ngoài ra hiện nay các nhu cầu về
bất động sản, giám sát môi trường và các người sử dụng Google Earth ngày càng tăng cao.
Digital Globe, trụ sở đóng tại Longmont, Colorado đã vận hành vệ tinh Quick Bird gần 6 năm nay, nay với sự có mặt của World View 1 sẽ cho phép nâng cao khả
năng thu chụp ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao lên gấp 5 lần. Bởi vì 2 vệ tinh này bay
đồng thời trên quỹ đạo cho phép chụp ảnh một vị trí bất kỳ trên mặt đất hàng ngày thay vì phải mất từ 3 đến 5 ngày như trước kia mới chụp lặp lại được. Ngoài ra trên vệ tinh này sử dụng một loại hệ thống con quay điều khiển định vị đặc biệt, lần đầu tiên ứng dụng cho vệ tinh dân sự, cho phép vệ tinh định vị điểm chụp ảnh nhânh hơn vệ tinh Quick Bird cũ gấp 10 lần, nhờ đó mà việc chụp ảnh sẽ được nhânh hơn, chụp được nhiều ảnh hơn trên quỹđạo. Digital Globe dựđịnh sẽ công bố bức ảnh
đầu tiên của World View 1 sau 1 tháng, đúng diệp kỷ niệm 6 năm phóng Quick Bird cũng bằng tên lửa đẩy Delta 2 từ Vandenberg.
Vệ tinh Quick Bird cung cấp các ảnh 0,6m vệ tinh World View 1 cho các bức
ảnh có độ phân giải cao hơn 0,5m. Đối với việc khai thác thông tin ảnh, đây là một bước tiến mới vềđộ phân giải. Các khách hàng của World View 1 sẽ là Cục tình báo.
Ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao cũng sẽ được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác trong đó có những ứng dụng mới nhưđể lập bản đồ sinh thái, theo dõi sự biến đổi sinh thái liên quan đến đời sống của các thú vật lớn có thể nhìn thấy trên ảnh như voi. Digital Globe hy vọng sẽ vận hành vệ tinh Quick Bird độ 2 năm nữa. Vệ tinh World View 1 được thiết kế tuổi thọ khoảng 7,5 năm. Công ty Ball Aerospace đang tiếp tục sản xuất vệ tinh World View 2, dự kiến phóng lên quỹđạo khoảng cuối năm 2008.
Vệ tinh World view 1 là sản phẩm của sự hợp tác giữa công ty Ball Aerospace và tập đoàn công nghệ với bộ phận cảm biến hình ảnh được cung cấp bởi tập đoàn ITT, nó có tính năng vượt trội và hệ thống hình ảnh toàn sắc cung cấp các ảnh có độ
phân giải 0.5m với số lần quay chụp lại là 1.7 ngày. Vệ tinh World view 1 có khả năng thu chụp ảnh lên tới 750,000 km2 (tương ứng với 290,000 dặm vuông) mỗi ngày với
ảnh có độ phân giải 50cm. Tần số quay chụp lại cho phép nâng cao khả năng chụp ảnh, tăng cường các thiết bị dọ thám và góp phần hỗ trợ cho việc cập nhật bản đồ. Vệ tinh này cũng cho phép việc quay chụp, lưu trữ và kết nối các hình ảnh toàn cầu một cách thường xuyên hơn so với bất cứ một vệ tinh hình ảnh thương mại nào khác trong quỹ đạo, đồng thời cho phép sao chụp ảnh, lưu trữ và gửi ảnh tới các khách hàng có yêu
càu gấp về thời gian. World view 1 cũng có khả năng đáp ứng tính chính xác cao về vị
trí địa lí và có tốc độ nhânh nhất từ trước tới nay.
Vệ tinh Worldview 1 là một trong hai vệ tinh thế hệ mới của công ty Digital Globe được phóng lên trong thời gian gần đây. Vào cuối năm 2008, công ty Ball Aerospace và tập đoàn công nghệ phối hợp cùng tập đoàn ITT sẽ hoàn tất World view 2, nâng tổng số vệ tinh của Digital Globe trên quỹ đạo lên thành ba và giúp công ty này có khả năng cung ứng trực tiếp thiết bị quay chụp ảnh lên đến 1 triệu km2 một ngày với hình ảnh có độ phân giải cao đến khách hàng trên toàn thế giới. Thêm vào đó World view 2 cũng sẽ cung cấp ảnh đa phổ 8 kênh với màu sắc trung thực và có ứng dụng quang phổ cao trong việc lập bản đồ và giám sát thị trường.
1.4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ENVI
Hình 1.5. Biểu tượng phần mềm ENVI
ENVI là phần mềm lí tưởng để trực quan hoá, phân tích và biểu diễn ảnh số. ENVI có tất cả các tính năng để xử lí ảnh hoàn thiện, bao gồm: công cụ sửa chữa hình học; phân tích địa hình; phân tích rađa; dạng raster và vector của GIS và được hỗ trợ
hình ảnh từ nhiều nguồn khác nhau.
ENVI chuyên hiển thị ảnh, có khả năng phân tích đa phổ cho hình ảnh quét của SPOT, TM. Ngoài ra ENVI còn có chức năng hiển thị vector.
Các chức năng cơ bản của ENVI: - Hiển thịảnh.
- Tách chiết các thông tin phổ. - Tạo hình ảnh chuyển động. - Hiển thị hình ảnh với mạng lưới. - Phân loại ảnh đa phổ.
- Các chức năng phân loại theo Mask. - Hiệu chỉnh bức xạ.
- Tạo lập các đồ thị.
- Tạo hình ảnh nhiều chiều. - Xử lý hình ảnh Radar.
- Xử lý thông tin phổ tạo các ảnh chỉ số: chồng xếp các band, tạo ảnh tỉ số... - Các định dạng dữ liệu: xây dựng theo hệ thống ASCII, có thể nhập và xuất dữ
liệu ảnh ởđịnh dạng IMG và bảng dữ liệu ở định dạng GRD.
ENVI (The Enviroment for Visualizing) là một phần mềm xử lý ảnh khá mạnh, hệ thống này được thiết kếđể đáp ứng yêu cầu của các nhà nghiên cứu có nhu cầu sử
dụng dữ liệu ảnh viễn thám (Remote Sensing-RS), bao gồm các loại ảnh vệ tinh (Satellite) và ảnh máy bay (aircraft). ENVI hiển thị và phân tích ảnh với nhiều kiểu dữ
liệu và kích cỡ ảnh khác nhau, tất cả trong một môi trường giao diện thân thiện với người sử dụng, (Trần Nguyễn Ánh, 2007).
ENVI có một thư viện khá đầy đủ các thuật toán xử lý dữ liệu ảnh cùng với giao diện cửa sổ đồ hoạ - Tương tác thân thiện với người sử dụng. Phần mềm hỗ trợ
các công cụ để thực hiện một số chức năng chính như: chuyển đổi dữ liệu (transforms), lọc ảnh (filtering), phân loại ảnh (Classification), đăng ký hệ lưới chiếu (registration) và hiệu chỉnh hình học (Geometric corections), các công cụ phân tích phổ, các công cụ sử dụng cho ảnh Radar, (Trần Nguyễn Ánh, 2007).
ENVI hỗ trợ cho phép xử lý những dữ liệu không phải là dữ liệu chuẩn, hiển thị
và phân tích những ảnh lớn, và cũng cho phép mở rộng khả năng phân tích dữ liệu bởi các hàm của người dùng, (Trần Nguyễn Ánh, 2007).
Ngoài ra, ENVI cho phép làm việc với từng kênh phổ riêng lẻ hoặc toàn bộảnh. Khi một file ảnh được mở, mỗi kênh phổ của ảnh đó có thểđược thao tác với tất cả các chức năng hiện có của hệ thống. Với nhiều file ảnh được mở, ta có thể dễ dàng lựa chọn các kênh từ các file ảnh để xử lý cùng nhau, (Trần Nguyễn Ánh, 2007).
Theo Trần Nguyễn Ánh (2007), ENVI có các công cụ chiết tách phổ, sử dụng thư viện phổ, và các chức năng chuyên cho phân tích ảnh phân giải phổ cao (High resolution imges). ENVI được thiết kế dựa trên ngôn ngữ lập trình IDL (Interactive Data Language). IDL là ngôn ngữ lập trình có cấu trúc và cung cấp khả năng thích hợp giữa xử lý ảnh và khả năng hiển thị với giao diện đồ họa dễ sử dụng. Tính linh hoạt và mềm dẻo của ENVI phần lớn nhờ vào khả năng của IDL. Các dạng dữ liệu của ENVI: