CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Khái niệm, phân loại viễn thám 1. Khái niệm viễn thám Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện.
Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu. Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó. Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh “viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất” [35]. Dưới đây là định nghĩa về viễn thám theo quan niệm của các tác giả khác nhau: - Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó (Ficher và cs, 1976).
- Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật trên một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976). - Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ một khoảng cách cách xa vật không cần tiếp xúc với nó. Năng lượng được đo trong các hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm (D. - Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của trái đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức xạ phổ điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất (Janes B.
- Viễn thám là “khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vật thể, một vùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởi phương tiện không tiếp xúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát” (Lillesand và Kiefer, 1986). PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 5 1. Phân loại ảnh viễn thám Theo Phó Giáo sư Bảo Huy (2009) [19], ảnh viễn thám chia làm các loại sau: - Ảnh quang học: Được tạo ra nhờ thu nhận và phân tích các bước sóng ánh sáng nhìn thấy. - Ảnh hồng ngoại: Được thiết lập nhờ thu nhận các bước sóng hồng ngoại phát ra từ vật thể, đối tượng quan sát.
- Ảnh radar: Được xây dựng trên cơ sở thu nhận các bước sóng trong dải sóng siêu cao tần. Phân loại ảnh còn dựa vào độ phân giải không gian (resolution) của ảnh, nó xuất phát từ nguồn vệ tinh cung cấp ảnh phân giải thấp, ảnh phân giải trung bình, hay phân giải cao hoặc rất cao,… 1. Định nghĩa GIS Hiện nay có khá nhiều định nghĩa GIS [7], như: Định nghĩa 1: GIS là một hộp công cụ “Một bộ công cụ mạnh mẽ để thu thập, lưu trữ, tổng hợp, chuyển đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho một tập hợp các mục đích” (Burrough và McDonnell, 1998). Định nghĩa 2: GIS là một hệ thống thông tin “Hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu được tham chiếu bởi không gian địa lý tọa độ.
Nói cách khác, GIS là một hệ thống cơ sở dữ liệu với khả năng cụ thể cho không gian tham chiếu dữ liệu, cũng như thiết lập một hoạt động để làm việc, phân tích với các dữ liệu” (Star và Estes, 1989). Định nghĩa 3: GIS đóng một vai trò trong xã hội “Tổ chức hoạt động mà người ta đo lường và đại diện cho các hiện tượng địa lý, và sau đó biến đổi các đại diện vào các hình thức khác trong khi tương tác với cấu trúc xã hội” (Chrisman, 1999). Song có thể thống nhất chung về định nghĩa như sau: “GIS là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng (máy tính và các thiết bị ngoại vi), phần mềm, dữ liệu địa lý và người điều hành; được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm thu nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. GIS có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý” (Davis, 1996) [42].
Công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS 1. Tích hợp là gì? Tích hợp tiếng Anh là “integrate”, có nghĩa là hợp thành một thể thống nhất, bổ sung thành một thể thống nhất, hợp nhất. Như vậy, công nghệ tích hợp tư liệu viễn PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 6 thám và GIS là việc hợp nhất các ưu điểm của hai loại tư liệu viễn thám và công nghệ GIS thành một thể thống nhất, đồng thời tìm cách hạn chế các yếu điểm của hai loại tư liệu nói trên. Tại sao phải tích hợp tư liệu viễn thám và GIS? Những kết quả ứng dụng viễn thám gần đây chỉ ra rằng giải quyết một vấn đề thực tiễn trong quản lý tài nguyên rừng chỉ dựa đơn thuần trên tư liệu viễn thám là một việc hết sức khó khăn và trong nhiều trường hợp không thể thực hiện [29].
Công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS nhằm tạo ra công nghệ hiệu quả, kết hợp chiến lược xử lý ảnh cũng như dòng luân chuyển thông tin và chuyển đổi dữ liệu trong quá trình xử lý và giải đoán ảnh, để tạo ra dữ liệu địa lý cần thiết cho GIS đáp ứng nhu cầu đa dạng trong công tác quản lý tài nguyên rừng nói riêng và tài nguyên thiên nhiên nói chung. Vì vậy cần phải có một sự tiếp cận tổng hợp, trong đó tư liệu viễn thám giữ một vai trò quan trọng và hiệu quả nhất cho việc cập nhật và xây dựng cơ sở dữ liệu cho GIS. Thực tế, nguồn cung cấp thông tin địa lý là số liệu trắc địa - bản đồ, ảnh hàng không, ảnh viễn thám, số liệu điều tra, thống kê và GIS dựa trên các cơ sở dữ liệu quan trắc, viễn thám để cập nhật, xây dựng cơ sở dữ liệu và đưa ra các câu hỏi truy vấn, phân tích, thống kê trên các đối tượng địa lý, làm cơ sở để GIS tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng, kịp thời chính xác và chi tiết, đáp ứng được yêu cầu của vấn đề thực tiễn đặt ra. Hiện nay, nhu cầu ứng dụng công nghệ GIS trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác sử dụng, quản lý tài nguyên rừng và môi trường ngày càng cao không những trong phạm vi quốc gia, mà cả phạm vi quốc tế nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng trong hoạch định chính sách, các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
Do đó, việc sử dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS cho phép cập nhật, xây dựng dữ liệu và phân tích biến động hiệu quả và đóng vai trò quan trọng cho việc hỗ trợ ra quyết định nhanh, trên phạm vi rộng với giá thành rẻ [54]. Khả năng ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS Ảnh viễn thám sau khi phân loại sẽ thể hiện sự phân bố của các đối tượng theo không gian và thời gian. Do đó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ ra hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng tại thời điểm chụp ảnh và với ảnh đa thời gian cho phép thành lập các lớp chuyên đề sử dụng đất, hiện trạng rừng trên vùng đất cụ thể nhưng ở các thời điểm khác nhau, bằng chức năng chồng xếp và phân tích, GIS cho phép tích hợp từ các kết quả phân loại của nhiều thời điểm chụp để thành lập nhanh và chính xác bản đồ biến động sử dụng đất, bản đồ biến động hiện trạng rừng của khu vực. Với PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 7 chức năng tự động cung cấp thông tin về sự thay đổi giữa các loại hình sử dụng đất, thay đổi hiện trạng rừng theo từng thời điểm yêu cầu hoặc theo đơn vị hành chính, GIS cho phép người sử dụng giám sát quá trình biến động sử dụng đất, biến động hiện trạng rừng theo bất kỳ loại hình nào và ở bất kỳ khoảng thời gian nào.
Giải pháp truyền thống là so sánh bản đồ hiện trạng sử dụng đất, biến động hiện trạng rừng đã thành lập tại hai thời điểm yêu cầu, những khu vực thay đổi sẽ được thể hiện trên tờ bản đồ thứ ba gọi là bản đồ biến động cho ta thấy những thay đổi của các loại hình sử dụng đất, thay đổi hiện trạng rừng tuy nhiên, ở khu vực mà loại hình sử dụng đất, biến động hiện trạng rừng thay đổi nhanh thì giải pháp này không đáp ứng được yêu cầu, độ chính xác và tính hiện thời của bản đồ bị giảm vì phải mất nhiều thời gian để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất, biến động hiện trạng rừng bằng phương pháp tổng hợp, mặt khác bản đồ biến động đất, biến động hiện trạng rừng loại này thường chứa nhiều sai sót vì hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng đã thành lập tại hai thời điểm không cùng thống nhất về chi tiết nội dung và độ chính xác yêu cầu. Nếu sử dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS thì sẽ đảm bảo được tính hiện thời của thông tin, dễ dàng kiểm tra mức độ chi tiết và tính thống nhất của dữ liệu, cũng như không bị ảnh hưởng do tỷ lệ và phép chiếu của bản đồ gây ra [54]. Theo tác giả Nguyễn Đức Phương (2012) đã tổng hợp một số lĩnh vực khác nhau có khả năng ứng dụng công nghệ tích hợp tư liệu viễn thám và GIS [29]: - Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra về sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ; vẽ bản đồ thực vật; nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; giám sát thiên tai,… - Viễn thám ứng dụng trong điều tra đất bao gồm: Xác định và phân loại các vùng thổ nhưỡng; đánh giá mức độ thoái hoá đất, tác hại của xói mòn, quá trình muối hoá. - Viễn thám trong lâm nghiệp, diễn biến của rừng bao gồm: Điều tra phân loại rừng, diễn biến của rừng; nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng, cháy rừng.