MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đã từ lâu, bản đồ là công cụ rất cần thiết trong các hoạt động điều tra, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên cũng như phát triển kinh tế xã hội. Bản đồ sau một thời gian sử dụng sẽ bị cũ đi, chất lượng suy giảm, thông tin trên bản đồ bị lạc hậu không phản ánh đúng hiện trạng trên bề mặt đất nên cần phải được hiện chỉnh hoặc thành lập mới. Thành lập mới bản đồ thường rất tốn kém và mất nhiều thời gian.
So với thành lập mới, việc hiện chỉnh bản đồ giúp cho việc cung cấp thông tin cập nhật một cách nhanh chóng hơn, với chi phí thấp hơn. Đối với bản đồ địa hình, tuỳ thuộc vào tỷ lệ bản đồ và từng khu vực để xác định khu vực cần hiện chỉnh. Đối với những vùng ít thay đổi như đồi núi, có thể sau 5 - 10 năm tiến hành hiện chỉnh một lần. Đối với những vùng có nhiều biến động như đô thị, khu công nghiệp, vùng ven biển thời gian có thể tiến hành hiện chỉnh 3 - 5 năm một lần.
Chu kỳ hiện chỉnh đối với các loại bản đồ tỷ lệ nhỏ thuờng dài hơn so với bản đồ tỷ lệ lớn, nhưng khu vực cần hiện chỉnh thường lớn hơn và mang tính chất khu vực. Nhu cầu hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ lớn thường tập trung ở những vùng trọng điểm có nhiều hoạt động kinh tế xã hội nhưng diện tích hiện chỉnh thường nhỏ hơn. Nếu các đối tượng trên thực tế thay đổi > 40% thì nên thành lập mới thay vì hiện chỉnh. Hiện nay ở Việt Nam, có một số phương pháp hiện chỉnh bản đồ thường được sử dụng như: phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa, phương pháp sử dụng ảnh hàng không, phương pháp liên biên từ bản đồ lớn hơn,…Các phương pháp này có ưu điểm là độ chính xác tương đối cao nhưng nhược điểm là giá thành cao, thời gian thi công kéo dài, diện tích phủ trùm không lớn, phải có bản đồ tỷ lệ lớn hơn mới thành lập được,… Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật thu nhận thông tin từ xa và xử lý ảnh đã làm cho công nghệ viễn thám được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Ảnh vệ tinh ngày càng xuất hiện nhiều trên thế giới và Việt 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Ảnh vệ tinh có ưu điểm: Diện tích phủ trùm lớn, tính đồng bộ về thông tin cao, cho phép tiến hành hiện chỉnh trên khu vực rộng lớn, ảnh vệ tinh sử dụng nhiều kênh phổ khác nhau cho ra các thông tin đa dạng về các đối tượng, khả năng chụp lặp cao phù hợp với việc theo dõi các biến động theo thời gian, có khả năng quan sát được những khu vực đi lại khó khăn hay thậm chí không đến được, các loại ảnh vệ tinh hiện nay rất đa dạng từ độ phân giải thấp, trung bình, cao đến siêu cao, cho phép hiện chỉnh bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau từ nhỏ đến lớn.Với những ưu điểm đó ảnh vệ tinh trở thành công cụ hiệu quả nhất phục vụ công tác hiện chỉnh các loại bản đồ. Trong công tác hiện chỉnh bản đồ người ta thường sử dụng bình đồ ảnh được thành lập từ ảnh vệ tinh. Trên bình đồ ảnh vệ tinh, các thông tin về các đối tượng địa lí có thể được khai thác trực tiếp trên đó để phục vụ cho mục đích hiện chỉnh.
Để có được bình đồ ảnh, ảnh vệ tinh phải được nắn chỉnh nhằm loại trừ hay hạn chế các ảnh hưởng của rất nhiều nguyên nhân khác nhau tới vị trí từng điểm ảnh, phải đưa về tỷ lệ bản đồ cần hiện chỉnh trong cùng một hệ quy chiếu, cùng một hệ tọa độ của bản đồ. Độ chính xác của bản đồ sau khi hiện chỉnh, độ tin cậy của thông tin khai thác được phụ thuộc vào độ chính xác của bình đồ ảnh, hay nói một cách khác đi là độ chính xác của quá trình nắn ảnh vệ tinh. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó tôi chọn đề tài nghiên cứu: "Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình". Mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài là nghiên cứu cơ sở khoa học và thực nghiệm của quá trình nắn ảnh, tạo bình đồ ảnh nhằm đưa ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ công tác hiện chỉnh bản đồ.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Do sự hạn chế về tư liệu ảnh vệ tinh, đối tượng nghiên cứu của luận văn là các loại ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình phục vụ trong công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Nội dung nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu những khái niệm cơ bản về viễn thám, bình đồ ảnh, bình đồ ảnh vệ tinh, các bước thành lập bình đồ ảnh bằng tư liệu ảnh vệ tinh, chủ yếu là công đoạn nắn ảnh từ đó lựa chọn, đề xuất các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm nâng cao độ chính xác trong công tác thành lập bình đồ ảnh. Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài đặt ra, tác giả áp dụng phương pháp nghiên cứu như sau: thu thập thông tin, tài liệu hiện có tìm hiểu khả năng lý thuyết, đặc tính kỹ thuật của một số ảnh vệ tinh hiện có ở Việt Nam nhằm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tới độ chính xác của nắn ảnh như độ chính xác điểm khống chế ảnh, số lượng điểm khống chế sử dụng trong mô hình và phân bố đồ hình của chúng, mô hình nắn chỉnh hình học và mô hình số độ cao để đảm bảo cho việc nắn ảnh đạt độ chính xác hình học cao.
Nghiên cứu độ chính xác đạt được cho việc thành lập bình đồ ảnh vệ tinh. Trên cơ sở các nghiên cứu, đề xuất các giải pháp kỹ thuật tối ưu cho việc thành lập bình đồ ảnh.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Về mặt khoa học, đề tài nghiên cứu góp phần giúp học viên nắm chắc những kiến thức cơ bản về viễn thám cũng như các kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh và các bước cũng như phương pháp thành lập bình đồ ảnh từ tư liệu ảnh vệ tinh. Bên cạnh đó kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần đánh giá khả năng của tư liệu viễn thám trong công tác hiện chỉnh bản đồ hiện nay. Về mặt thực tiễn, các kết quả nghiên cứu của luận văn đưa ra một số giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác thành lập bình đồ ảnh vệ tinh phục vụ tốt cho công tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình nhằm giảm bớt công sức và chi phí trong công tác hiện chỉnh bản đồ.
3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH VỆ TINH VÀ BÌNH ĐỒ ẢNH VỆ TINH 1.1 Ảnh vệ tinh 1.1 Những khái niệm cơ bản về viễn thám Viễn thám là một ngành khoa học và công nghệ giúp cho việc xác định, đo đạc hoặc phân tích các tính chất của các vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Sóng điện từ hoặc được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn năng lượng chủ yếu trong viễn thám. Những năng lượng từ trường, trọng trường cũng có thể được sử dụng. Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm.
Phương tiện dùng để mang các bộ cảm gọi là vật mang, gồm khí cầu, máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ. Viễn thám có thể phân loại làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng: - Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại - Viễn thám hồng ngoại nhiệt - Viễn thám siêu cao tần Figure Source: http://observe.gov/nasa/education/reference/reflect/ir.1- Các kênh phổ sử dụng trong viễn thám 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời. Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500nm. Tư liệu viễn thám trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc vào phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất.
Vì vậy, các thông tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ phản xạ. Tuy nhiên, radar sử dụng tia laser là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra. Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 10.
Trong viễn thám siêu cao tần người ta sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và bị động. Viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.2 - Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám 1.2 Lý thuyết phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 1.1 Bức xạ điện từ Bức xạ điện từ truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao động của trường điện từ trong không gian hoặc trong lòng các vật chất. Quá trình lan truyền của sóng 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com điện từ tuân theo định luật Maxwell. Bức xạ điện từ có tính chất sóng và tính chất hạt.3 - Bức xạ điện từ Tính chất sóng được xác định bởi bước sóng, tần số và tốc độ lan truyền, tính chất hạt được mô tả theo tính chất quang lượng tử hay phôton.
Bức xạ điện từ có bốn tính chất cơ bản đó là tần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phân cực. Bốn thuộc tính của bức xạ điện từ liên quan đến các nội dung thông tin khác nhau, ví dụ như tần số hay bước sóng liên quan tới màu sắc, sự phân cực liên quan tới hình dạng của vật thể. Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ theo các cách khác nhau và đặc trưng này gọi là đặc trưng phổ. 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1- Phân loại sóng điện từ và các kênh phổ sử dụng trong viễn thám Vùng phổ Độ dài sóng Tần số Tử ngoại 100A0 - 0.4µm 750 - 3000THz Nhìn thấy 0.75µm 430 - 750THz Cận Hồng ngoại 0.3µm 230 - 430THz Hồng ngoại ngắn 1.