Tài liệu ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn trên địa bàn huyên thạnh phú tỉnh bến tre

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƢỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI ------------------------- TRẦN HOÀNG TIẾP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐỂ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG RỪNG NGẬP MẶN TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN THẠNH PHÚ TỈNH BẾN TRE LUẬN VĂN KỸ SƢ NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Cần Thơ – 2014 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƢỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI ------------------------- ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐỂ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG RỪNG NGẬP MẶN TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN THẠNH PHÚ TỈNH BẾN TRE LUẬN VĂN KỸ SƢ NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Mã ngành: 52850103 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Ts. Võ Quốc Tuấn SINH VIÊN THỰC HIỆN Trần Hoàng Tiếp MSSV: 4105094 Lớp Quản Lý Đất Đai K37 Cần Thơ – 2014 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI ---------oOo--------XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN Xác nhận của Bộ môn Tài nguyên đất đai về đề tài: “Ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn trên địa bàn huyện Thạnh Phú tỉnh Bến Tre” Do sinh viên: Trần Hoàng Tiếp MSSV: 4115094 Lớp Quản lý đất đai K37, Bộ môn Tài nguyên đất đai – Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên – Trƣờng Đại học Cần Thơ thực hiện. Từ ngày 30/01/2013 đến ngày 16/05/2014 Ý kiến bộ môn : ............................................................................................................ ………………………………………………………………………………. .............. ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày…..tháng…..năm 2014 Trƣởng Bộ Môn i TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƢỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI -------  ------- NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Chứng nhận chấp thuận báo cáo luận văn tốt nghiệp ngành Quản Lý Đất Đai với đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn trên địa bàn huyện Thạnh Phú tỉnh Bến Tre” Do sinh viên: Trần Hoàng Tiếp MSSV: 4115094 Lớp Quản lý đất đai K37 – Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên – Trƣờng Đại học Cần Thơ thực hiện từ ngày 30/01/2013 đến 16/05/2014 Nhận xét của cán bộ hƣớng dẫn: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Kính trình hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thông qua! Cần Thơ, Ngày……..Tháng……..Năm 2014 Cán bộ hƣớng dẫn Võ Quốc Tuấn ii TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI ------------o0o-----------CHỨNG NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG Hội đồng chấm báo cáo Luận văn tốt nghiệp chứng nhận chấp thuận báo cáo với đề tài:”Ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn trên địa bàn huyện Thạnh Phú tỉnh Bến Tre” Do sinh viên:Trần Hoàng Tiếp MSSV: 4115094 Lớp Quản lý đất đai K37, Bộ môn Tài nguyên đất đai – Khoa Môi trƣờng và Tài Nguyên thiên nhiên – Trƣờng Đại học Cần Thơ thực hiện. Từ ngày 30/01/2013 đến 16/05/2014 và bảo vệ trƣớc hội đồng………….. …………………………………………. Ngày……Tháng……Năm 2014 Báo cáo Luận văn tốt nghiệp đã đƣợc hội đồng đánh giá mức:…………………… Ý kiến hội đồng ……………………………………………………………………….………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày……tháng…….năm 2014 Chủ tịch hội đồng iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trƣớc đây. Tác giả luận văn Trần Hoàng Tiếp iv LÝ LỊCH CÁ NHÂN Họ và tên: Trần Hoàng Tiếp. Ngày sinh: 02/02/1987. Nơi sinh: Tân Phong – Thạnh Phú – Bến Tre. Họ tên cha: Trần Văn Sĩ. Họ tên mẹ: Tô Thị Nhơn. Tốt nghiệp Trung học phổ thông năm 2007, tại Trƣờng trung học phổ thông Đoàn Thị Điểm, Huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre. Vào học tại Trƣờng Đại học Cần Thơ tháng 9/2011, học ngành Quản Lý Đất Đai. Tốt nghiệp Kỹ sƣ chuyên ngành Quản Lý Đất Đai năm 2014. v LỜI CẢM TẠ  Qua ba năm học tại khoa Môi trƣờng và Tài nguyên thiên nhiên, Trƣờng Đại Cần Thơ với những kiến thức mới , những lĩnh vực khoa học đầy mới mẻ, ngoài nổ lực của bản thân cố gắng tìm tòi, học hỏi, nếu không có sự chỉ dạy tận tình của quý Thầy Cô, chắc chắn khó mà thành công đƣợc. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô, trong bộ môn Tài Nguyên Đất Đai đã tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn chỉnh luận văn. Thời gian làm luận văn tại Bộ môn Tài Nguyên Đất Đai đã giúp em có điều kiện cũng cố thêm những kiến thức đã học, đồng thời áp dụng những kiến thức đó vào thực tiễn. Đây chính là kết quả của một quá trình rèn luyện, học tập của em tại Trƣờng Đại học Cần Thơ. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến: Quý thầy cô thuộc Bộ môn Tài Nguyên Đất Đai, Trƣờng Đại học Cần Thơ, những ngƣời đã trực tiếp giảng dạy và hƣớng dẫn em trong suốt thời gian học và rèn luyện tại trƣờng. Thầy Võ Quốc Tuấn ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn chính cho em hoàn thành đề tài luận văn này. Cô cố vấn học tập Phan Kiều Diễm đã giúp đỡ em tận tình trong suốt ba năm học. Anh Cao Quốc Đạt đã chỉ dẫn rất tận tình trong thời gian em làm luận văn. Cám ơn tất cả các bạn lớp Quản lý đất đai K37 đã động viên và cùng tôi trãi qua thời gian sinh viên. Sự giúp đỡ trên là niềm phấn khích rất lớn để em hoàn thành luận văn này. Em xin kính chúc quý Thầy, Cô bộ môn Tài Nguyên Đất Đai – Khoa Môi Trƣờng và Tài Nguyên Thiên Nhiên – Trƣờng Đại học Cần Thơ đƣợc nhiều sức khỏe và công tác tốt. Sau cùng con xin gởi lòng thành kính sâu sắc đến Ba, Mẹ đã có công sinh thành, nuôi dạy và luôn quan tâm, động viên con trong suốt quá trình học tập để con có đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay. Trần Hoàng Tiếp vi TÓM LƢỢC Ngày nay việc sử dụng thông tin vệ tinh viễn thám đã và đang phục vụ cho nhiều mục tiêu nghiên cứu khác nhau, mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ, đặc biệt là đối với ảnh viễn thám độ phân giải cao trong nghiên cứu ngành lâm nghiệp. Đề tài đƣợc thực hiện nhằm mục tiêu: Nghiên cứu khả năng giải đoán các loài thực vật rừng của ảnh vệ tinh Landsat 8 độ phân giải 30m. Hoàn thiện quy trình xử lý ảnh Landsat 8 trong giải đoán các loài thực vật rừng. Thành lập bản đồ các loài thực vật rừng khu vực nghiên cứu. Đề tài đã sử dụng phƣơng pháp giải đoán ảnh viễn thám để xử lý ảnh Landsat 8 độ phân giải 30m. Kết quả nghiên cứu đã giải đoán đƣợc 8 nhóm đối tƣợng bao gồm: rừng đƣớc, rừng bần mắm lá, cây hàng năm, đất trống, bãi bồi, bãi cát, lúa, lúa tôm với độ chính xác toàn cục đạt 97,8% (k=0,6), kết quả xử lý sau khi phân loại tách đƣợc bốn nhóm đối tƣợng là: thủy sản phân loại trùng vào đối tƣợng rừng, đƣớc kết hợp với nuôi trồng thủy sản và sông hồ, rừng hỗn hợp phân loại trùng với rừng mắm, rừng đƣớc và rừng đƣớc kết hợp với nuôi trồng thủy sản, lúa phân loại trùng với đất trồng cỏ. Qua đó, đề tài đã thực hiện việc xử lý kết quả giải đoán đáp ứng mục tiêu đề ra với quy trình thực hiện giải đoán ảnh trong phân loại các nhóm đối tƣợng, đƣợc xây dựng với 10 bƣớc. Trên cơ sở đó, bản đồ hiện trạng rừng trên khu vực nghiên cứu đƣợc thành lập. Qua kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng phân loại các loài thực vật rừng còn hạn chế, cần nghiên cứu thêm các loại ảnh khác nhau để có thể chọn loại ảnh phù hợp cho mục tiêu nghiên cứu. vii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN ...................................................................................................... i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ............................................................................. ii CHỨNG NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG ..........................................................................................iii LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................... iv LÝ LỊCH CÁ NHÂN ................................................................................................................. v LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................................ vi TÓM LƢỢC ............................................................................................................................. vii MỤC LỤC ...............................................................................................................................viii DANH SÁCH BẢNG................................................................................................................. x DANH SÁCH HÌNH ................................................................................................................. xi DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT.................................................................................................. xii MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................................................... 2 1.1 Giới thiệu về Viễn Thám (Remote sensing) ..................................................................... 2 1.1.1 Định nghĩa về viễn thám ............................................................................................ 2 1.1.2 Nguyên lý cơ bản của viễn thám ............................................................................... 3 1.1.3 Sự phản xạ của các sự vật theo độ dài sóng .............................................................. 5 1.1.4 Sự ghi nhận của các sự vật lên ảnh viễn thám ........................................................... 8 1.1.5 Ứng dụng của viễn thám ............................................................................................ 8 1.1.6 Phƣơng pháp giải đoán ảnh viễn thám..................................................................... 11 1.1.7 Đánh giá độ chính xác trong phƣơng pháp phân loại viễn thám ............................. 14 1.2 Giới thiệu về vệ tinh LANDSAT ................................................................................... 16 1.3 Giới thiệu phần mềm eCognition ................................................................................... 18 1.4 Khái quát về rừng ngập mặn ven biển ............................................................................ 20 1.4.1 Vai trò của rừng ngập mặn ...................................................................................... 20 1.4.2 Thực trạng về rừng ngập mặn ven biển ................................................................... 21 1.5 Phƣơng pháp khảo sát hiện trạng tài nguyên rừng ......................................................... 22 1.5.1 Dụng cụ thiết bị trong điều tra rừng ........................................................................ 23 1.5.2 Phƣơng pháp bố trí ô điều tra .................................................................................. 23 1.6 Đặc điểm vùng nghiên cứu ............................................................................................. 26 1.6.1 Vị trí địa lý ............................................................................................................... 26 1.6.2 Địa hình ................................................................................................................... 26 viii 1.6.3 Khí hậu .................................................................................................................... 27 1.6.4 Thủy văn .................................................................................................................. 28 1.6.5 Tốc độ tăng trƣởng kinh tế ...................................................................................... 28 1.6.6 Lâm nghiệp .............................................................................................................. 28 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP ............................................................. 31 2.1 Phƣơng tiện..................................................................................................................... 31 2.1.1 Thu thập ảnh, các tƣ liệu có liên quan ..................................................................... 31 2.1.2 Các phần mềm chuyên dụng và phƣơng tiện khác .................................................. 31 2.2 Phƣơng pháp thực hiện ................................................................................................... 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .................................................................................. 37 3.1 Kết quả thu thập dữ liệu ảnh........................................................................................... 37 3.2 Kết quả phân đoạn ảnh ................................................................................................... 37 3.3 Phân loại ảnh theo đối tƣợng thành lập bản đồ phần trăm rừng. .................................... 38 3.4 Kết quả kiểm tra, khảo sát thực địa ................................................................................ 41 3.5 Đánh giá độ chính xác phân loại ảnh.............................................................................. 50 3.6 Bản đồ hiện trạng rừng Huyện Thạnh Phú- Bến Tre...................................................... 52 3.7 Quy trình giải đoán ảnh độ phân giải cao phân loại các loài thực vật ............................ 54 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 56 4.1 Kết luận .......................................................................................................................... 56 4.2 Kiến nghị ........................................................................................................................ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 57 PHỤ CHƢƠNG ........................................................................................................................ 59 ix DANH SÁCH BẢNG Bảng Tiêu đề Trang 1.1 Ví dụ về ma trận sai số của phân loại 14 1.2 Hiện trạng đất lâm nghiệp huyện Thạnh Phú năm 2005 28 1.3 Hiện trạng đất lâm nghiệp huyện Thạnh Phú năm 2010 29 2.1 Đặc điểm ảnh viễn thám Landsat 8 đƣợc sử dụng trong nghiên cứu 31 2.2 Ma trận sai số của phân loại 35 3.1 Hiện trạng khảo sát khu vực Thạnh Phú 41 3.2 Kết quả đánh giá độ chính xác sau phân loại 51 x DANH SÁCH HÌNH Tiêu đề Hình Trang 1.1 Các giai đoạn cơ bản trong quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám 4 1.2 Sự phản xạ đối với nƣớc 5 1.3 Sự phản xạ đối với đất 7 1.4 Sự phản xạ đối với thực vật 7 1.5 Ảnh của vệ tinh Landsat 8 16 1.6 Giao diện phần mềm eCognition 19 2.1 Sơ đồ xử lý ảnh Landsat thành lập bản đồ hiện trạng các loài thực vật rừng 32 3.1 Ảnh Landsat 37 3.2 Quá trình phân đoạn ảnh 38 3.3 Biểu đồ diện tích các nhóm đối tƣợng đƣợc phân loại 40 3.4 Sơ đồ các điểm điều tra 43 3.5 Rừng đƣớc Thạnh Phú – Bến Tre 44 3.6 Rừng bần mắm Thạnh Phú – Bến Tre 44 3.7 Khu vực bãi bồi ven biển Thạnh Phú 45 3.8 Khu vực bãi cát ven biển Thạnh Phú 45 3.9 Khu vực rừng kết hợp thủy sản 46 3.10 Rừng hỗn hợp 46 3.11 Khu vực dân cƣ 47 3.12 Sông khu vực Thạnh Phú 47 3.13 Khu vực nuôi thủy sản 48 3.14 Lúa - vƣờn - nhà ở 48 3.15 Lúa tôm 49 3.16 Xã Quới Điền nuôi tôm thẻ chân trắng 49 3.17 Vùng trồng dƣa hấu trên giồng cát 50 3.18 Bản đồ hiện trạng rừng Huyện Thạnh Phú – Bến Tre 52 3.19 Quy trình xử lý ảnh viễn thám thành lập bản đồ hiện trạng các loài thực vật 55 xi DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt DN Tiếng anh Tiếng Việt Giá trị số Digatal Number ĐVT Đơn vị tính GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý GPS Global Poistioning Hệ thống định vị toàn cầu LDCM Landsat Data Continuity Mission Vệ tinh Landsat 8 NDVI Normalized Difference Vegetation Index Chỉ số khác biệt thực vật eCognition Phần mềm giải đoán ảnh OLI Operational Land Imager Landsat 8 TIRS The Mal Infrared Sensor Nhiệt cảm biến hồng ngoại UTM Universal Transverse Mercator Hệ tọa độ Mercator WGS 84 World Geodetic System xii MỞ ĐẦU Rừng là tài nguyên vô cùng quý giá và có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trƣờng sinh thái, bảo vệ đất, giữ nƣớc, chống xói mòn, rửa trôi đất, giảm lũ lụt,…rừng cũng là nguồn lực để phát triển kinh tế nông thôn, miền núi và đảm bảo an ninh quốc phòng của quốc gia. Chính vì vậy nhu cầu bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng ngày càng trở nên cấp thiết và không chỉ trên phạm vi một quốc gia mà đã trở thành vấn đề đang đƣợc chú trọng trên mỗi châu lục và toàn cầu. Để làm tốt việc này, công tác điều tra theo dõi và đánh giá hiện trạng tài nguyên rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu. Rừng ngập mặn huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre, có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc bảo vệ đa dạng sinh học, duy trì cân bằng sinh thái, phòng chống xói lở bảo vệ bờ biển, hạn chế sự xâm nhập nƣớc mặn sâu vào trong nội đồng, đặc biệt là góp phần rất lớn trong việc chống biến đổi khí hậu. Sự tồn tại và phát triển của hệ sinh thái rừng ngập mặn Thạnh Phú có vai trò hết sức quan trọng đối với quá trình phát triển bền vững ở Bến Tre và vùng ven biển cửa sông Cửu Long, góp phần ổn định đời sống và sản xuất của nhân dân. Với yêu cầu cấp thiết đặt ra cần phải có bản đồ hiện trạng rừng, các phƣơng pháp cổ điển nhƣ đo đạc mặt đất hoặc sử dụng ảnh hàng không thƣờng mất nhiều thời gian và kinh phí, nên cần có giải pháp hữu hiệu hơn trong kiểm kê, đánh giá tình trạng rừng ngập mặn. Trong thời gian gần đây với sự phát triển của kỹ thuật thu thập dữ liệu từ vệ tinh, tình trạng lớp phủ rừng hoặc hiện trạng sử dụng đất của một khu vực hoàn toàn có thể đƣợc ghi nhận theo chu kỳ nhất định. Với yêu cầu đặt ra cùng với khả năng ƣu việt của công nghệ viễn thám đặc biệt là ảnh Landsat 8 có độ phân giải là 30m, và kỹ thuật xử lý ảnh số của các phần mềm chuyên dùng, đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn trên địa bàn huyện Thạnh Phú tỉnh Bến Tre” đƣợc thực hiện với mục tiêu:  Đánh giá khả năng giải đoán các loài thực vật từ ảnh vệ tinh Landsat 8.  Thành lập bản đồ hiện trạng các loài thực vật trên địa bàn Huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre.  Hoàn thiện quy trình kỹ thuật xử lý ảnh ở mức độ chi tiết trong giải đoán hiện trạng các loài thực vật rừng vùng ven biển Huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre. 1 CHƢƠNG 1: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu về Viễn Thám (Remote sensing) Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển từ lâu, có mục đích nghiên cứu thông tin về một vật và một hiện tƣợng thông qua việc phân tích dữ liệu ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, ảnh hồng ngoại nhiệt và ảnh radar. Sự phát triển của khoa học viễn thám đƣợc bắt đầu từ mục đích quân sự với việc nghiên cứu phim và ảnh, đƣợc chụp lúc đầu từ khinh khí cầu và sau đó là trên máy bay ở các độ cao khác nhau. Ngày nay, viễn thám ngoài việc tách lọc thông tin từ ảnh máy bay, còn áp dụng các công nghệ hiện đại trong thu nhận và xử lý thông tin ảnh số, thu đƣợc từ các bộ cảm có độ phân giải khác nhau, đƣợc đặt trên vệ tinh thuộc quỹ đạo trái đất. Viễn thám đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau nhƣ quân sự, địa chất, địa lý, môi trƣờng, khí tƣợng, thủy văn, thủy lợi, lâm nghiệp, và nhiều ngành khoa học khác. Các dữ liệu viễn thám, trong đó có ảnh đa phổ, siêu phổ và ảnh nhiệt đƣợc dùng trong các nghiên cứu khác nhau nhƣ: sử dụng đất, lớp phủ mặt đất, rừng, thực vật, khí hậu khí tƣợng, nhiệt độ trên mặt đất và mặt biển, đặc điểm khí quyển và tầng ozon,…dữ liệu ảnh radar sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau nhƣ nghiên cứu các mục tiêu quân sự, đo vận tốc gió, đo độ cao bay và độ cao của sóng biển, nghiên cứu cấu trúc địa chất, sụt lún đất, theo dõi lũ lụt,…Ngoài ra còn ứng dụng trong nghiên cứu bề mặt của hành tin khác (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005). 1.1.1 Định nghĩa về viễn thám Có rất nhiều định nghĩa về viễn thám, tuy nhiên có thể hiểu đó là một ngành khoa học nghiên cứu về đo đạc, thu thập thông tin, dữ liệu, thuộc tính của các đối tƣợng, sự vật bằng cách sử dụng thiết bị, công nghệ đo lƣờng từ xa, một cách gián tiếp, ví dụ nhƣ xác định đối tƣợng, sự vật nghiên cứu thông qua các bƣớc sóng ánh sáng của chúng (Bảo Huy, 2009). Viễn thám là một khoa học và là một nghệ thuật để thu nhận các thông tin về đối tƣợng, một khu vực hoặc một hiện tƣợng thông qua việc phân tích tƣ liệu thu nhận đƣợc bằng các phƣơng tiện. Những phƣơng tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tƣợng, khu vực hoặc một hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu. Thực hiện những công việc đó chính là thực hiện viễn thám – hay hiểu đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tƣợng hoặc một hiện tƣợng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tƣợng hoặc hiện tƣợng đó (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005). 2 1.1.2 Nguyên lý cơ bản của viễn thám Công nghệ viễn thám nhằm xác định và nhận biết các vật thể trên mặt đất (bao gồm thực vật, đất, đá và nƣớc) hoặc các điều kiện môi trƣờng thông qua những đặc trƣng riêng về sự phản xạ và bức xạ của vật thể đó. Do đó, sóng điện từ đƣợc phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tƣợng cần phải đo lƣờng và phân tích trong viễn thám (Võ Quang Minh, 2008). Theo Võ Quang Minh (2008), thiết bị cảm nhận sóng điện từ đƣợc phản xạ hay bức xạ từ vật thể đƣợc gọi là bộ cảm biến. Bộ cảm biến có thể là máy chụp ảnh hoặc máy quét. Chúng chỉ thu nhận năng lƣợng sóng điện từ hay bức xạ từ vật thể theo từng bƣớc sóng xác định. Phƣơng tiện mang bộ cảm biến đƣợc gọi là vật mang. Vật mang đó có thể là khinh khí cầu, máy bay, tàu con thoi hoặc vệ tinh. Các đối tƣợng khác nhau trên mặt đất có những đặc điểm riêng khác nhau, nhƣ thành phần vật chất, kích thƣớc, màu sắc,…do đó sẽ có phản xạ không nhƣ nhau. Dựa trên các đặc điểm phản xạ riêng, khác nhau của các đối tƣợng, có thể giải đoán chúng qua từng kênh ảnh hoặc tổ hợp các kênh màu theo mục tiêu sử dụng (Bảo Huy, 2009). Năng lƣợng sóng điện từ sau khi tới đƣợc bộ cảm biến đƣợc chuyển thành tín hiệu số và truyền về trạm thu trên mặt đất. Sau khi đƣợc xử lý, ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tƣơng ứng với năng lƣợng bức xạ do bộ cảm biến cảm nhận đƣợc ở từng dải phổ xác định (Võ Quang Minh, 2008). Các dữ liệu dƣới dạng ảnh chụp và ảnh số đƣợc thu nhận dựa trên việc ghi nhận năng lƣợng bức xạ (không ảnh và ảnh vệ tinh) (hay còn gọi là hệ thống viễn thám thụ động) và sống phản hồi (ảnh radar) phát ra từ vật thể khi khảo sát (hay còn gọi là hệ thống viễn thám chủ động). Năng lƣợng phổ dƣới dạng sóng điện từ, nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán đối tƣợng một cách chính xác hơn (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005). Ảnh viễn thám đƣợc chia thành nhiều phần tử nhỏ thƣờng đƣợc gọi là phần tử ảnh (pixel). Mỗi pixel tƣơng ứng với một đơn vị không gian và có giá trị nguyên hữu hạn ứng với từng cấp độ xám. Các pixel thƣờng có hình dạng vuông và đƣợc xác định bởi cặp tọa độ là chỉ số cột (tăng dần từ trái sang phải) và chỉ số hàng (tăng dần từ trên xuống). Nếu kích thƣớc pixel quá lớn thì chất lƣợng ảnh kém, còn trong trƣờng hợp ngƣợc lại thì dung lƣợng thông tin cần lƣu trữ lại quá lớn. Diện tích nhỏ nhất đƣợc ghi nhận tƣơng ứng với một pixel đƣợc gọi là độ phân giải của ảnh. Tùy theo loại vệ tinh 3 và lĩnh vực ứng dụng, ảnh viễn thám sẽ đƣợc cung cấp với độ phân giải khác nhau (Võ Quang Minh, 2008). Viễn thám nghiên cứu đối tƣợng bằng giải đoán và tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh chụp hàng không, hoặc bằng việc giải đoán ảnh vệ tinh dạng số. Quá trình tách thông tin từ ảnh có thể đƣợc thực hiện bằng máy tính hay giải đoán bằng mắt. Theo Nguyễn Ngọc Thạch (2005), nếu biết trƣớc phổ phản xạ, phản xạ chuẩn của vật thể trong phòng thí nghiệm, xác định bằng các máy đa phổ, ta có thể giải đoán các vật thể bằng cách phân tích đƣờng cong phổ thu đƣợc từ ảnh vệ tinh. Các phần mềm xử lý ảnh số đƣợc phát triển, nhằm cho ra thông tin về phổ bức xạ của các vật thể hoặc các hiện tƣợng xảy ra trong giới hạn diện phủ của ảnh. Xử lý ảnh số là kỹ nghệ làm hiển thị rõ ảnh và tách lọc thông tin từ các dữ liệu ảnh số, dựa vào các thông tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra. Theo Lê Văn Trung (2006), toàn bộ quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám có thể chia thành các giai đoạn cơ bản sau (Hình 1.1) Hình 1.1 Các giai đoạn cơ bản trong quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám A: Năng lƣợng sóng điện từ bức xạ từ nguồn cung cấp năng lƣợng. B: Năng lƣợng này tƣơng tác với các phần tử trong khí quyển. C: Khi đến mặt đất, năng lƣợng này tƣơng tác với các vật thể trên bề mặt đất. D: Tách và ghi nhận năng lƣợng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh số bởi bộ cảm. 4 E: Truyền dữ liệu về các trạm thu để xử lý. F: Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và phân tích ảnh viễn thám. G: Ứng dụng ảnh viễn thám vào các lĩnh vực liên quan. Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp xử lý ảnh số đƣợc thực hiện trên các phần mềm xử lý ảnh nhƣ IDRISI, ERDAS, ENVI,…giải đoán, tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh viễn thám đƣợc thực hiện trên các cách tiếp cận khác nhau, có thể kể đến là:  Đa phổ: sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ trong dải phổ từ nhìn thấy đến sóng radar.  Đa nguồn dữ liệu: dữ liệu ảnh thu nhận từ các nguồn khác nhau ở các độ cao khác nhau, nhƣ ảnh chụp mặt đất, chụp trên khinh khí cầu, chụp từ máy bay, trực thăng và phản lực đến các vệ tinh có ngƣời điều khiển hoặc tự động.  Đa thời gian: dữ liệu ảnh thu nhận vào các thời điểm khác nhau.  Đa độ phân giải: dữ liệu ảnh có độ phân giải khác nhau về không gian, phổ và thời gian.  Đa phƣơng pháp: xử lý ảnh bằng mắt và bằng kỹ thuật số. 1.1.3 Sự phản xạ của các sự vật theo độ dài sóng Theo Lê Quang Trí và ctv (1999), tùy theo mọi sự vật mà chúng có sự phản xạ thay đổi nhƣ sau: Hình 1.2: Sự phản xạ đối với nƣớc 5 Sự phản xạ đối với nƣớc: Nƣớc trong sẽ hấp thu một số năng lƣợng lớn bức xạ trong khoảng ánh sáng nhìn thấy đƣợc và sẽ hấp thu hoàn toàn các bƣớc sóng thuộc phổ hồng ngoại. Nƣớc đục có mang phù sa thì có sự phản xạ khá hơn nƣớc trong trong khoảng ánh sáng nhìn thấy đƣợc. Trong các trƣờng hợp đặc biệt, mặt nƣớc phẳng phản xạ từ ánh sáng mặt trời lên máy ảnh thì sẽ tạo một ánh sáng (hot spot) trên ảnh. Sự phản xạ đối với đất: Nhân tố ảnh hƣởng lên sự phản xạ đối với đất là độ ẩm, cấu trúc đất (đặc tính cát, thịt và sét), độ gồ ghề, oxit sắt và chất hữu cơ. Chẳng hạn nhƣ độ ẩm trong đất sẽ làm giảm cƣờng độ phản xạ, độ ẩm của đất làm cho cấu trúc đất thô, đất cát thoát nƣớc tốt, độ ẩm trong đất thấp nên cƣờng độ phản xạ cao.Trong trƣờng hợp không có nƣớc, đất có khuynh hƣớng thay đổi cấu trúc đất khô sẽ có màu sẫm hơn cấu trúc đất mịn, hai nhân tố làm giảm độ phản xạ của đất là bề mặt gồ ghề và chứa vật liệu hữu cơ, sự có mặt của oxit sắt trong đất cũng làm giảm cƣờng độ phản xạ trong bƣớc sóng nhìn thấy. Sự phản xạ của đất dựa vào các yếu tố sau đây:  Tình trạng ẩm của bề mặt trái đất.  Thành phần khoáng trong đất.  Hàm lƣợng hữu cơ trong đất.  Độ phẳng của bề mặt trái đất.  Thông thƣờng thì đất ẩm hấp thu ánh sáng nhiều hơn đặc biệt là ở bức xạ hồng ngoại, đất có chứa thành phần sắt nhiều cũng hấp thu mạnh, đất có chứa nhiều carbonare calcium hay nhiều cát thì phản xạ mạnh với cả ánh sáng nhìn thấy đƣợc và ánh sáng hồng ngoại. Mặt đất gồ ghề tạo ra nhiều bóng râm sẽ làm giảm sự phản xạ của bức xạ ánh sáng thấy đƣợc, đất có nhiều chất hữu cơ có sa cấu mịn sẽ hấp thu nhiều ánh sáng, ngƣợc lại đất có sa cấu mịn nhƣng không có chất hữu cơ thì sẽ phát xạ nhiều hơn. 6