Tài liệu ứng dụng gis thành lập bản đồ hiện trạng lưu vực thủy điện sơn la từ ảnh viễn thám

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM PHẠM ĐỨC ANH Tên đề tài: ỨNG DỤNG GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG LƢU VỰC THỦY ĐIỆN SƠN LA TỪ ẢNH VIỄN THÁM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Quản lý Đất đai Khoa : Quản lý Tài nguyên Lớp : K43 - QLĐĐ - N01 Khóa học : 2011 - 2015 Giảng viên hƣớng dẫn : PGS. TS. Đàm Xuân Vận Thái Nguyên, năm 2015 i LỜI CẢM ƠN Để em có thể hoàn thành khóa luận này nhƣ ngày hôm nay là nhờ có công lao to lớn của các thầy cô giáo trong Khoa Tài nguyên và Môi trƣờng nói riêng và các thầy cô giáo trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên nói chung đã tận tình giảng dạy cho em trong suốt 4 năm học vừa qua. Em xin đƣợc bày bỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hƣớng dẫn trực tiếp PGS.TS. Đàm Xuân Vận đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ để em có thể hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Quản lý Tài nguyên về sự giúp đỡ nhiệt tình và những ý kiến đóng góp quý báu trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc và các cô chú, anh chị trong Trung tâm Ngoại ngữ và Tin học ứng dụng đã tạo điều kiện giúp đỡ và nhiệt tình chỉ bảo trong suốt thời gian thực tập để em có thể hoàn thành khóa luận của mình. Em xin gửi lời cảm ơn tới anh Cầm Văn Cơi cán bộ địa chính xã Mƣờng Trai - huyện Mƣờng La - tỉnh Sơn La và các bác, các chú trong vƣờn đã giúp đỡ trong việc cung cấp tài liệu và hỗ trợ điều tra thực địa. Nhân đây, em xin đƣợc cảm ơn các anh chị và các bạn trong và ngoài Khoa Tài nguyên và Môi trƣờng đã giúp đỡ rất nhiệt tình trong thời gian em thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Trong thời gian thực hiện đề tài, mặc dù em đã cố gắng nhƣng không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn để khóa luận này đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 12 năm 2014 Ngƣời thực hiện khóa luận Phạm Đức Anh ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Cơ cấu dân tộc ở khu vực dự án ............................................................... 36 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Các hợp phần của hệ thống thông tin địa lý GIS ............................ 10 Hình 2.3: Đồ thị phản xạ phổ của một số loại thực phủ ................................. 17 Hình 4.1. Sơ đồ vị trí địa lý lƣu vực Sơn La ................................................... 27 Hình 4.2. Hộp thoại lựa chọn file ảnh ............................................................. 38 Hình 4.3. Hộp thoại xem thông tin ảnh ........................................................... 40 Hình 4.4. Các cửa sổ hiển thị ảnh ................................................................... 41 Hình 4.5. Hộp thoại tăng cƣờng khả năng hiển thị ảnh .................................. 42 Hình 4.6. Mở file vector .................................................................................. 43 Hình 4.7. Hộp thoại chọn thông tin trƣớc khi nắn .......................................... 44 Hình 4.8. Chọn các cặp điểm khống chế......................................................... 45 Hình 4.9. Hộp thoại hiển thị danh sách điểm khống chế ................................ 46 Hình 4.10. Hộp thoại chọn nắn ảnh ................................................................ 46 Hình 4.11. Hộp thoại lựa chọn thông tin và chọn file vector.......................... 48 Hình 4.12. Hộp thoại chọn cửa sổ để hiển thị file vector ............................... 49 Hình 4.13. Hộp thoại chọn file vector ............................................................. 49 Hình 4.14. Hộp thoại hiển thị kết quả cắt ảnh ................................................ 50 Hình 4.15. Chọn hiển thị và chỗ lƣu kết quả cắt ảnh ...................................... 51 Hình 4.16. Kết quả sau khi cắt ảnh ................................................................. 51 Hình 4.17. Chọn phƣơng pháp phân loại ảnh ................................................. 52 Hình 4.18. Hộp thoại chọn thông số và chỗ lƣu trƣớc khi phân loại theo iso 53 Hình 4.19. Bản đồ sau khi lớp......................................................................... 53 Hình 4.20. Phân lớp của bản đồ ...................................................................... 54 Hình 4.21. Hộp thoại gộp lớp.......................................................................... 55 Hình 4.22. Các lớp đƣợc chuyển qua dạng vector .......................................... 56 Hình 4.23. Bản đồ hiện trạng lƣu vực ............................................................. 57 Hình 4.24. Bảng thuộc tính ............................................................................. 58 Hình 4.25. Bảng diện tích các đối tƣợng ........................................................ 58 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GIS : Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý CSDL : Cơ sở dữ liệu GPS Global Positioning System : Hệ thống định vị toàn cầu TT : Thông tƣ v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ ii DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ iii DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv MỤC LỤC ......................................................................................................... v Phần 1: MỞ ĐẦU.............................................................................................. 1 1.1. Tính cấp thiết.............................................................................................. 1 1.2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu của đề tài ............................................... 2 1.2.1. Mục đích củ đề tài ................................................................................... 2 1.2.2. Yêu cầu của đề tài ................................................................................... 2 1.3. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................... 3 1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học ...................................... 3 1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất ............................................................. 3 Phần 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................... 4 2.1. Cơ sở khoa học ........................................................................................... 4 2.1.1. Hệ thống thông tin địa lý GIS ................................................................. 4 2.1.2. Tổng quan về viễn thám ........................................................................ 10 2.1.3. Giới thiệu các phần mềm sử dụng......................................................... 15 2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .............................................. 17 2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................ 17 2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc.......................................................... 19 Phần 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 23 3.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 23 vi 3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................ 23 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 23 3.2. Địa điểm, thời gian nghiên cứu ................................................................ 23 3.2.1. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 23 3.2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................ 23 3.3. Nội dung nghiên cứu và các chỉ tiêu theo dõi .......................................... 24 3.3.1. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 24 3.3.2. Các chỉ tiêu theo dõi.............................................................................. 24 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 25 3.4.1. Phƣơng pháp ngoại nghiệp.................................................................... 25 3.4.2. Phƣơng pháp nội nghiệp ....................................................................... 25 3.4.3. Phƣơng pháp giải viễn thám.................................................................. 25 Phần 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................ 27 4.1. Đặc điểm về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội......................................... 27 4.1.1. Đặc điểm về điều kiện tự nhiên............................................................. 27 4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ...................................................................... 35 4.2. Quá trình xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ ảnh viễn thám kết hợp phần mềm ENVI ...................................................................................... 37 4.2.1. Mở ảnh và xem các thông tin của ảnh .................................................. 37 4.2.2. Tăng cƣờng khả năng hiển thị ảnh ........................................................ 42 4.2.4. Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu.......................................................... 48 4.2.5. Phân loại ................................................................................................ 52 4.2.6. Chuyển kết quả phân loại sang dạng vector.......................................... 55 4.3. Kết quả biên tập bản đồ hiện trạng trên phần mềm ArcGis 10.2 ............. 56 4.3.1. Kết quả thống kê các lớp trạng thái ...................................................... 56 4.3.2. Thống kế diện tích các đối tƣợng .......................................................... 58 4.3.3. Thuận lợi, khó khăn và giải pháp đề xuất ............................................. 59 vii Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 61 5.1. Kết luận .................................................................................................... 61 5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 63 1 Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển nhƣng đã nhanh chóng đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực và đƣợc phổ biến rộng rãi ở các nƣớc phát triển. Công nghệ viễn thám đã trở thành phƣơng tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng ở cấp độ từng nƣớc, từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám ngày càng đƣợc nâng cao, đây là lý do dẫn đến tính phổ cập của công nghệ này. Viễn thám là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận từ trên không của Trái Đất để nhận biết đƣợc các thông tin về đối tƣợng trên bề mặt Trái Đất mà không cần tiếp xúc nó. Nhƣ vậy, viễn thám là phƣơng pháp thu nhận thông tin khách quan về bề mặt Trái Đất và các hiện tƣợng trong khí quyển nhờ các máy thu đƣợc đặt trên các thiết bị bay chụp nhƣ máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo. Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nƣớc trên thế giới. Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng ngày càng gia tăng nhanh chóng không những trong phạm vi Quốc gia, mà cả phạm vi Quốc tế. Những kết quả thu đƣợc từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách đƣa ra các phƣơng án lựa chọn có tính chiến lƣợc về quản lý sử dụng tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng. Vì vậy viễn thám đƣợc sử dụng nhƣ là một công nghệ đi đầu rất có ƣu thế hiện nay. Phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ viễn thám nói riêng phục vụ 2 quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng đóng vai trò quan trọng cho sự nghiệp phát triển đất nƣớc ta hiện nay. Nhận thấy tầm quan trọng của công nghệ viễn thám cũng nhƣ tiềm năng của việc áp dụng ảnh viễn thám vào trong xây dựng bản đồ nói chung bản đồ hiện trạng nói riêng và cũng là để nâng cao kỹ năng và trình độ chuyên môn, đồng thời đƣợc sự cho phép của Ban lãnh đạo Khoa QLTN với sự ủng hộ hƣớng dẫn nhiệt tình của Thầy giáo PGS TS. Đàm Xuân Vận, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: ‘‘Ứng dụng GIS thành lập bản đồ hiện trạng lƣu vực thủy điện Sơn La từ ảnh viễn thám”. 1.2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu của đề tài 1.2.1. Mục đích củ đề tài - Sử dụng các phần mềm GIS nhƣ ArcGIS, MAPINFO và phần mềm giải đoán ảnh vệ tinh ENVI 4.7, với nguồn dữ liệu là ảnh vệ tinh và các loại bản đồ lƣu vực thủy điện Sơn La xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ hiện trạng. - Xây dựng đƣợc sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ hiện trạng từ khâu đầu tiên đến thành sản phẩm bản đồ. - Tìm ra đƣợc các điểm mạnh và hạn chế của việc tích hợp GIS và viễn thám trong thành lập bản đồ hiện trạng. 1.2.2. Yêu cầu của đề tài Phải có ảnh viễn thám chụp khu vực lƣu vực thủy điện Sơn La với độ phân giải thích hợp cho công tác xử lý đoán đọc. Thời điểm ảnh đƣợc chụp không quá 1 năm so với thời điểm thành lập bản đồ. Biết sử dụng thành thạo phần mềm xử lý và giải đoán ảnh viễn thám ENVI Nắm vững kiến thức chuyên môn ở các môn học nhƣ Trắc địa ảnh viễn thám, trắc địa đại cƣơng, bản đồ học, các phần mềm tin học chuyên ngành… 3 đồng thời tìm hiểu kỹ các quy trình quy phạm thành lập bản đồ nói chung bản đồ hiện trạng nói riêng. 1.3. Ý nghĩa của đề tài 1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Nắm vững các văn bản do Nhà nƣớc và địa phƣơng ban hành có liên quan đến quản lý và sử dụng tài nguyên đất. - Nắm bắt đƣợc công nghệ và ứng dụng công nghệ trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ. - Góp phần đƣa công nghệ GIS và viễn thám vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác. - Đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên về GIS và viễn thám để phát triển mạng lƣới trung tâm GIS và viễn thám trên toàn quốc trong tƣơng lai. 1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất - Xây dựng đƣợc cơ sở dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính cho lƣu vực thủy điện Sơn La một cách chính xác và dễ quản lý trong phần mềm thích hợp. - Tạo dựng hệ CSDL phục vụ công tác bảo tồn và phát triển tài nguyên bền vững. - Bản đồ kết quả sẽ là cơ sở để tìm ra các vùng ƣu thế phục vụ phát triển sản xuất nông lâm ngƣ nghiệp và xây dựng các phƣơng án quy hoạch chiến lƣợc từ tổng thể tới chi tiết. - Tiết kiệm thời gian và sức ngƣời trong việc khai thác và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên. 4 Phần 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở khoa học 2.1.1. Hệ thống thông tin địa lý GIS 2.1.1.1. Quan điểm Về GIS  Quan điểm chung Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin đƣợc hình thành vào những năm 1960 trong các cơ quan địa chính ở Canada, và suốt thời gian hai thập niên 60 - 70 GIS cũng chỉ đƣợc một vài cơ quan chính quyền khu vực Bắc Mỹ quan tâm nghiên cứu, cho mãi đến đầu thập niên 80, khi phần cứng máy tính phát triển mạnh với những tính năng cao, giá lại rẻ; đồng thời sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu cùng với nhu cầu cần thiết về thông tin đã làm cho công nghệ GIS càng ngày đƣợc quan tâm hơn và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm trở lại đây. GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích sự vật, hiện tƣợng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động, hoạch định chiến lược,…) (Hà Văn Thuân, 2010)[5]. Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đƣa ra những quyết định nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lƣợng, giá trị và tính tƣơng thích của các dữ liệu địa lý dạng số. Việc chia sẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS. Các nguồn dữ liệu tăng 5 thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn. GIS cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn cảnh, giải quyết các vấn đề phức tạp và phát triển các giải pháp hiệu quả mà trƣớc đây không thực hiện đƣợc. GIS là một công cụ đƣợc các cá nhân, tổ chức, trƣờng học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hƣớng tới các phƣơng thức mới giải quyết vấn đề. Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý tài nguyên và môi trƣờng. Các mô hình phức tạp cũng dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS (Trần Thị Băng Tâm, 2006)[7]. Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp công nghệ cao với doanh thu hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn ngƣời trên toàn thế giới. GIS đƣợc dạy trong các trƣờng phổ thông, trƣờng đại học trên toàn thế giới. Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức đƣợc những ƣu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS. 2.1.1.2. Chức năng của GIS trong các ngành  Môi trường Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trƣờng. Với mức đơn giản nhất thì ngƣời dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trƣờng . Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sƣ lan truyền ô nhiễm trong môi trƣờng khí hay nƣớc, hoặc sự phản ứng của một lƣu vực sông dƣới sự ảnh hƣởng của một trận mƣa lớn. Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tƣợng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hƣớng chiếm ƣu thế (Hội thảo ứng dụng viễn thám, 2009)[9]. 6  Khí tượng thuỷ văn Trong lĩnh vực này GIS đƣợc dùng nhƣ là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai nhƣ lũ quét ở vùng hạ lƣu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đƣa ra các biện pháp phòng chống kịp thời... vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (raster) chiếm ƣu thế (Hội thảo ứng dụng viễn thám, 2009)[9].  Nông nghiệp Những ứng dụng đặc trƣng: Giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo về sản lƣợng, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tƣới tiêu, kiểm tra nguồn nƣớc (Hội thảo ứng dụng viễn thám 2009)[9].  Dịch vụ tài chính GIS đƣợc sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tƣơng tự nhƣ là một ứng dụng đơn lẻ. Nó đã từng đƣợc áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của Ngân hàng. Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất. Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau nhƣ là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản.  Y tế Ngoại trừ những ứng dụng đánh giá, quản lý mà GIS hay đƣợc dùng, GIS còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ nhƣ, nó chỉ ra đƣợc lộ trình nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao thông. GIS cũng có thể đƣợc sử dụng nhƣ là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng. 7  Chính quyền địa phương Chính quyền địa phƣơng là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất. Tất cả các cơ quan của chính quyền địa phƣơng có thể có lợi từ GIS. GIS có thể đƣợc sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành. Nhà cầm quyền địa phƣơng cũng có thể sử dụng GIS trong việc bảo dƣỡng nhà cửa và đƣờng giao thông. GIS còn đƣợc sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp.  Bán lẻ Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô đƣợc xác định vị trí với sự trợ giúp của GIS. GIS thƣờng lƣu trữ những dữ liệu về kinh tế-xã hội của khách hàng trong một vùng nào đó. Một vùng thích hợp cho việc xây dựng một siêu thị có thể đƣợc tính toán bởi thời gian đi đến siêu thị, và mô hình hoá ảnh hƣởng của những siêu thị cạnh tranh. GIS cũng đƣợc dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đƣờng phân phối hàng ngắn nhất.  Giao thông GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải. Việc lập kế hoạch và duy trì cơ sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhƣng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải, và hải đồ điện tử. Loại hình đặc trƣng này đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS.  Các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại.... Những công ty trong lĩnh vực này là những ngƣời dùng GIS linh hoạt nhất, GIS đƣợc dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thƣờng là nhân tố của chiến lƣợc công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vực này. Dữ liệu vecto thƣờng đƣợc dùng trong các lĩnh vực này. những ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực này là Automated Mapping và Facility Management (AM-FM). AM- 8 FM đƣợc dùng để quản lý các đặc điểm và vị trí của các cáp, valve... Những ứng dụng này đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao (Hội thảo ứng dụng viễn thám, 2009)[9]. 2.1.1.3. Giới thiệu một số trung tâm GIS lớn trên thế giới Tính đến nay, trên thế giới đã hình thành nhiều cơ quan nghiên cứu GIS với qui mô lớn, nhiều hƣớng tiếp cận và mục tiêu khác nhau: RRL (Regional Research Laboratory) thành lập vào tháng 2/1987 ở Anh bắt đầu với 4 trung tâm, tiếp theo sau đó vào năm 1988 RRL nhận đƣợc sự tài trợ của ESRC (Economic and Social Research Council) và một số trƣờng đại học, tổ chức thƣơng mại. Từ đó, RRL phát triển thành trung tâm nghiên cứu chuyên biệt nhắm vào các nội dung quản lý cơ sở dữ liệu, phát triển phần mềm và phân tích không gian (Hà Văn Thuân, 2010)[5] NCGIA (National Central for Geographic Information and Analysis) thành lập từ năm 1988 đƣợc Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ (US NSF) cấp kinh phí. NCGIA triển khai theo 5 hƣớng nghiên cứu; phân tích và thống kê không gian; quan hệ giữa không gian và cấu trúc dữ liệu trí tuệ nhân tạo và các hệ chuyên gia; trình bày hình ảnh; những đề tài kinh tế, xã hội, văn hóa. Những đề tài của NCGIA mang nặng tính chất hàn lâm, đi sâu vào bản chất kỹ thuật và phƣơng pháp luận [4]. NEXPRI (Dutch Expertise Central for Spatial Data Analysis) thành lập vào tháng 1 năm 1989 và đƣợc Uỷ ban khoa học quốc gia Hà Lan cấp kinh phí. NEXPRI có hai trung tâm: “Centre of Expertise” chuyên tài trợ cho những đề tài phát triển, ứng dụng GIS và phân tích không gian; trong khi đó, trung tâm “Research Foundation” sắp xếp những nghiên cứu, huấn luyện về GIS để phối hợp với những đề tài tƣơng tự khác ở Hà Lan. NEXPRI xác định bốn hƣớng nghiên cứu chính là: lý thuyết về phân tích không gian; đánh giá định lƣợng về 9 đất; sự di chuyển của vật chất và ô nhiễm; phát triển những phƣơng pháp và kỹ thuật [4]. 2.1.1.4. Các thành phần của GIS Hệ thống thông tin địa lý có rất nhiều thành phần khác nhau, theo (Đàm Xuân Vận, 2009)[10] GIS có 5 hợp phần cơ bản là:  Thiết bị (hardware) Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.  Phần mềm (software) Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lƣu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là: + Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý. + Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS). + Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý. + Giao diện đồ hoạ ngƣời - máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng.  Số liệu (Geographic data) Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể đƣợc ngƣời sử dụng tự tập hợp hoặc đƣợc mua từ nhà cung cấp dữ liệu thƣơng mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lƣu giữ và quản lý dữ liệu.  Chuyên viên hay con người (Expertise) Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con ngƣời tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Ngƣời sử dụng GIS 10 có thể là những chuyên gia kỹ thuật, ngƣời thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những ngƣời dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.  Chính sách và cách thức quản lý (Policy and management) Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thƣơng mại là đƣợc mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức. Hình 2.1: Các hợp phần của hệ thống thông tin địa lý GIS 2.1.2. Tổng quan về viễn thám 2.1.2.1. Viễn thám là gì? Viễn thám (Remote Sensing - RS) là sự thu thập và phân tích thông tin về một đối tƣợng mà không cần có sự tiếp xúc trực tiếp đến đối tƣợng. Viễn thám là phƣơng pháp sử dụng bức xạ điện từ nhƣ một phƣơng tiện để điều tra và đo đạc những đặc tính của đối tƣợng (Nguyễn Ngọc Thạch, 2009)[8]. 2.1.2.2. Các thành phần của viễn thám Hệ thống viễn thám thƣờng bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau. (Nguyễn Ngọc Thạch, 2009)[8]. Theo trình tự hoạt động của hệ thống, chúng ta có: 11 o Nguồn năng lượng: o Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng lƣợng để chiếu sáng hay cung cấp năng lƣợng điện từ tới đối tƣợng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lƣợng mặt trời, có loại tự cung cấp năng lƣợng tới đối tƣợng. Thông tin viễn thám thu thập đƣợc là dựa Hình 2.2: Các thành phần của viễn thám vào năng lƣợng từ đối tƣợng đến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng lƣợng chiếu sáng hay truyền tới đối tƣợng sẽ không có năng lƣợng đi từ đối tƣợng đến thiết bị nhận.  Những tia phát xạ và khí quyển: Vì năng lƣợng đi từ nguồn năng lƣợng tới đối tƣợng nên sẽ phải tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng lƣợng đi qua. Sự tƣơng tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì năng lƣợng còn phải đi theo chiều ngƣợc lại, tức là từ đối tƣợng đến bộ cảm.  Sự tương tác với đối tượng: Một khi đƣợc truyền qua không khí đến đối tƣợng, năng lƣợng sẽ tƣơng tác với đối tƣợng tuỳ thuộc vào đặc điểm của cả đối tƣợng và sóng điện từ. Sự tƣơng tác này có thể là truyền qua đối tƣợng, bị đối tƣợng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển.  Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lƣợng đƣợc phát ra hay bị phản xạ từ đối tƣợng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ. Năng lƣợng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tƣợng.  Sự truyền tải, thu nhận và xử lý: Năng lƣợng đƣợc thu nhận bởi bộ cảm cần phải đƣợc truyền tải, thƣờng dƣới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhậnxử lý nơi dữ liệu sẽ đƣợc xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thô. 12  Giải đoán và phân tích ảnh: Ảnh thô sẽ đƣợc xử lý để có thể sử dụng đƣợc. Để lấy đƣợc thông tin về đối tƣợng ngƣời ta phải nhận biết đƣợc mỗi hình ảnh trên ảnh tƣơng ứng với đối tƣợng nào. Công đoạn để có thể “nhận biết” này gọi là giải đoán ảnh. Ảnh đƣợc giải đoán bằng một hoặc kết hợp nhiều phƣơng pháp. Các phƣơng pháp này là giải đoán thủ công bằng mắt, giải đoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ điện tử để lấy đƣợc thông tin về các đối tƣợng của khu vực đã chụp ảnh.  Ứng dụng: Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, đƣợc thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết đƣợc từ ảnh để hiểu rõ hơn về đối tƣợng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã có ... nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể. 2.1.2.3. Ưu điểm của công nghệ viễn thám Viễn thám là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận từ trên không của Trái đất để nhận biết đƣợc các thông tin về đối tƣợng trên bề mặt đất mà không cần tiếp xúc nó. Nhƣ vậy, viễn thám là phƣơng pháp thu nhận thông tin khách quan về bề mặt Trái đất và các hiện tƣợng trong khí quyển nhờ các máy thu sensor đƣợc đặt trên máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo. Công nghệ viễn thám có những ƣu việt cơ bản sau: - Độ phủ trùm không gian của tƣ liệu bao gồm các thông tin về tài nguyên, môi trƣờng trên diện tích lớn của trái đất gồm cả những khu vực rất khó đến đƣợc nhƣ rừng nguyên sinh, đầm lầy, hải đảo,... 2.1.2.4. Các vệ tinh quan sát Trái đất Quan sát bề mặt Trái Đất đã đạt đƣợc những thành công đáng kể trong vài thập niên qua nhờ vào sự phát triển của một ngành khoa học và công nghệ toàn cầu, đặc biệt là công nghệ viễn thám. Trong điều kiện thay đổi của khoa học đất, một số vệ tinh chiếm ƣu thế nhƣ Quickbird, Worldview, Ikonos, IRS, và GeoEye đều có độ phân giải hình ảnh nhỏ hơn 1m.