CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về GIS 1. Khái niệm GIS Khái niệm “thông tin” đề cập đến phần dữ liệu được quản lý bởi GIS.
Đó là các dữ liệu về thuộc tính và không gian của đối tượng. GIS có tính “hệ thống” tức là hệ thống GIS được xây dựng từ các mô đun. Việc tạo các mô đun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất. GIS là một hệ thống có ứng dụng rất lớn.
Từ năm 1980 đến nay đã có rất nhiều các định nghĩa được đưa ra, tuy nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực. [13] Mô hình công nghệ Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau: Hình1. Mô hình công nghệ GIS Các lĩnh vực khoa học liên quan đến GIS GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhất các số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích. Vì vậy có thể nói, GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể.
Các thành phần GIS GIS bao gồm 5 thành phần: Con người Dữ liệu Phương pháp phân tích Phần mềm 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần cứng Các thành phần này kết hợp với nhau nhằm tự động quản lý và phân phối thông tin thông qua biểu diễn địa lý. Chức năng GIS Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau: Capture: thu thập dữ liệu. Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số… Store: lưu trữ. Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster.
Query: truy vấn (tìm kiếm). Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiển thị trên bản đồ. Analyze: phân tích. Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của người dùng.
Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi. Display: hiển thị. Hiển thị bản đồ. Output: xuất dữ liệu.
Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều định dạng: giấy in, Web, ảnh, file… 1. Khái quát về Viễn thám 1. Giới thiệu về viễn thám Định nghĩa: Viễn thám tiếng anh gọi là Remote Sending được hiểu như một khoa học, nghệ thuật thu nhận thông tin về đối tượng, khu vực hay hiện tượng trên bề mặt Trái đất mà không tiếp xúc trực tiếp với chúng. Công việc này được thực hiện bởi cảm nhận (sensing) và lưu trữ các nặng lượng phản xạ hay được phát ra từ các đối tượng nghiên cứu.
Sau đó là thực hiện phân tích, xử lý và ứng dụng các thông tin nay vào nhiều lĩnh vực khác nhau. [3] Thuật ngữ viễn thám (Remote sensing) - điều tra từ xa, xuất hiện từ năm 1960 do một nhà địa lý người Mỹ là E.Pruit đặt ra (Thomas, 1999). Ngày nay kỹ thuật viễn thám đã được phát triển và ứng dụng rất nhanh và rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực. Như vậy viễn thám thông qua kỹ thuật hiện đại không tiếp cận với đối tượng mà xác định nó qua thông tin ảnh chụp từ khoảng cách vài chục mét tới vài nghìn km.
Kỹ thuật viễn thám là một kỹ thuật đa ngành, nó liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau như: 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thu nhận thông tin Tiền xử lý thông tin Phân tích và giải đoán thông tin Đưa ra các sản phẩm dưới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợp. Đặc trưng của ảnh viễn thám Năng lượng điện tử có thể được nhận biết bằng phim ảnh hay điện tử. Có thể ghi biến thiên năng lượng trên phim nháy ánh sáng. Cần phân biệt hai khái niệm ảnh (image) và ảnh chụp (photograph) trong viễn thám.
Ảnh được hiểu là hình thức biểu diễn “cảnh” bất kỳ, không quan tâm đến bước sóng hay thiết bị viễn thám nào được sử dụng. Ảnh chụp đề cập đến ảnh được chụp trên phim ảnh. Thông thường, ảnh được chụp tại bước sóng từ 0. Vậy, mọi ảnh chụp là ảnh, nhưng không phải mọi ảnh là ảnh chụp.
Ảnh chụp có thể được biểu diễn và hiển thị dưới dạng ảnh số bằng cách chia ảnh thành các ô vuông nhỏ bằng nhau (theo cột và hàng), gọi là pixel. Biểu diễn độ sang của mỗi vùng bằng một giá trị số (DN- Digital Number). Các loại ảnh viễn thám a. Khuôn mẫu dữ liệu ảnh viễn thám Khuôn mẫu dữ liệu ảnh viễn thám mô tả cách thức dữ liệu được ghi lên thiết bị lưu trữ, ví dụ DVD.
Một ảnh viễn thám thường được lưu trữ trong hai tệp, ví dụ với Landsat ETM+ như sau: Tệp metadata: Chứa tập các mô tả bằng chữ hay số của dữ liệu lưu trữ trong tệp dữ liệu ảnh ( tệp thứ 2). Chúng bao gồm tổng số dòng quét, số pixel/dòng, phép chiếu sử dụng tọa độ địa lý của tâm ảnh. Tệp dữ liệu ảnh: Chứa các giá trị điểm ảnh của các kênh 1-7, sắp xếp theo từng kênh. Với mỗi kênh, các giá trị pixel của dòng quét thứ 1 sẽ được lưu trữ từ trái sang phải thành một bản ghi.
Tiếp theo là lưu trữ dữ liệu của dòng quét thứ 2,… b. Một số hệ thống vệ tinh và loại ảnh viễn thám Vệ tinh/Cảm biến thời tiết Theo dõi và dự báo thời tiết là một trong những ứng dụng dân sự đầu tiên của vệ tinh viễn thám. Dưới đây là một vài cảm biến/ vệ tinh tiêu biểu, sử dụng trong các ứng dụng khí tượng. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com GOES Vệ tinh địa tĩnh môi trường GOES ( Geostationary Operational Environmental Satellite) là phiên bản tiếp theo của các hệ thống vệ tinh ATS.
Chúng được NASA thiết kế cho cơ quan khí tượng và đại dương quốc tế Hoa Kỳ nhằm cung cấp thường xuyên các bức ảnh kích thước nhỏ về bề mặt Trái đất và sự bảo phủ của mây. Các vệ tinh thế hệ GOES đã được các nhà khí tượng học sử dụng rỗng rãi trong việc giám sát và dự báo thời tiết trong hơn 20 năm nay. Những vệ tinh này là một phần của mạng lưới vệ tinh khí tượng toàn cầu được bố trí cách nhau khoảng 70 độ theo trục Kinh độ của trái đất, nó bao phủ gần như toàn cầu. NOAA AVHRR Đây là các vệ tinh khí tượng hoạt động trên quỹ đạo gần cực ở độ cao 380- 870 km, được đồng bộ với Mặt trời (sun - synchronous), chúng là một phần của thế hệ vệ tinh TIROS cái tiến, chúng cung cấp các thông tin bổ sung cho các vệ tinh khí tượng địa tĩnh (GOES).
Mỗi cặp vệ tinh có thể bao phủ toàn cầu, chúng làm việc cùng nhau để đảm bảo thông tin ở bất kỳ vùng nào trên Trái đất đều được cập nhật sau không quá 6 giờ. Một trong chúng bay ngang qua xích đạo theo hướng từ Bắc tới Nam vào buổi sáng sớm trong khi vệ tinh còn lại làm việc này vào buổi chiều. Các cảm biến/ vệ tinh quan trắc mặt đất Landsat Mặc dù tồn tại nhiều hệ thống vệ tinh thời tiết, tuy nhiên tất cả đều sử dụng cho mục đích giám sát bề mặt Trái đất, chúng không được thiết kế tối ưu cho mục đích lập bản đồ chi tiết bề mặt trái đất. Vệ tinh đầu tiên được thiết kế để giám sát bề mặt Trái đất, vệ tinh Landsat-1, được phóng bởi NASA vào năm 1972.
Ban đầu được gọi là ERTS-1 (Earth Resource Technology Satellite), Landsat được thiết kế như một thử nghiệm để kiểm tra tính khả thi của việc thu thập dữ liệu quan trắc trái đất đa quang phổ. Kể từ đó, chương trình đã thu thập được dữ liệu phong phú từ khắp nơi trên thế giới từ một số vệ tinh Landsat. SPOT SPOT (Systeme Pour l’Observation de la Terre) là thế hệ vệ tinh chụp ảnh và quan sát Trái đất được thiết kế và phóng lên bởi CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) của Pháp, với sự hỗ trợ của Thụy Điển và Bỉ. Ảnh SPOT tương đối đa dạng về dải phổ và độ phân giải không gian từ thấp, trung bình đến cao (5m - 1km), trường 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phủ mặt đất của ảnh SPOT cũng tương đối đa dạng từ 10km x 10km đến 200km x 200km.
Ảnh SPOT có thể thu ảnh của từng ngày, thường vào 11h sáng. IRS Các vệ tinh viễn thám của Ấn Độ (IRS) kết hợp các tính năng của cảm biến MSS/TM và cảm biến HRV SOPT. Vệ tinh thứ ba của thế hệ vệ tinh IRS là IRS-1C được phóng lên năm 1995 có ba độ cảm biến. Các cảm biến toàn sắc không chỉ có độ phân giải cao mà còn có thể được định hướng tới một góc 26º quanh trục, cho phép chụp ảnh lập thể và tăng tần suất quét lại.
Bảng dưới đây cung cấp những đặc điểm cụ thể của mỗi cảm biến. Khái quát về xử lý ảnh Viễn thám Để có thể sử dụng được dữ liệu viễm thám ta phải có khả năng tách thông tin có ý nghĩa từ ảnh. Nói cách khác là phải diễn giải và phân tích ảnh viễn thám. Phân tích ảnh viễn thám là thực hiện nhận biết, đo các đối tượng khác nhau trong ảnh để tách thông tin hữu ích về chúng.
Các đặc trưng của đối tượng trên ảnh có đặc trưng sau: Đối tượng có thể là các đặc trưng điểm, đường và vùng. Nó có thể có hình dạng bất kỳ. Đối tượng cần được phân biệt với nhau, phải tương phản với các đặc trưng khác ở xung quanh chúng. Xử lý ảnh số là thực hiện một loạt thủ tục bao gồm lập khuôn mẫu, hiệu chỉnh dữ liệu, nâng cao chất lượng để dễ dàng giải đoán hay phân lớp tự động các đối tượng bằng máy tính.
Để có thể xử lý số ảnh viếm thám, dữ liệu phải được thu thập dưới dạng số phù hợp và lưu trữ trong máy tính. Đồng thời phải có phần cứng, phần mềm phù hợp, nói cách khác phải có hệ thống phân tích ảnh phù hợp. Xử lý ảnh viếm thám bao gồm nhiều bước được phân thành ba nhóm chính như sau : Tiền xử lý Nâng cao chất lượng và hiển thị ảnh Trích chọn đặc trưng 1. Vai trò của công nghệ viễn thám và GIS trong phát triển nông lâm nghiệp 1.
Ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.