phần mở đầu và kết luận, luận văn có ba chƣơng: CHƢƠNG I: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƢƠNG II: ÁP DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS THEO DÕI BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ TĨNH CHƢƠNG III: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HÀ TĨNH GIAI ĐOẠN 2000-2014 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG I: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về viễn thám, hệ thống thông tin địa lý 1. Viễn thám Viễn thám (Remote sensing – Tiếng Anh) đƣợc hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một 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 với hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu (Nguyễn Ngọc Thạch – 2005).
Viễn thám điện từ là khoa học và công nghệ sử dụng sóng điện từ để chuyển tải thông tin từ vật cần nghiên cứu tới thiết bị thu nhận thông tin cũng nhƣ công nghệ xử lý để các thông tin thu nhận có ý nghĩa. Về bản chất viễn thám là công nghệ nhằm xác định và nhận biết các đối tƣợng hoặc các điều kiện môi trƣờng thông qua các đặc trƣng riêng về phản xạ hoặc bức xạ điện từ. Tuy nhiên những năng lƣợng nhƣ từ trƣờng và trọng trƣờng cũng có thể đƣợc sử dụng. Kỹ thuật viễn thám là một kỹ thuật đa ngành, liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau nhƣ: thu nhận thông tin, tiền xử lý thông tin, phân tích và giải đoán thông tin, đƣa ra các sản phẩm dƣới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợp.
Thông tin trên ảnh viễn thám có đƣợc về các đối tƣợng nhờ vào quá trình “chụp ảnh” vệ tinh mà thực chất là quá trình thu nhận năng lƣợng sóng điện từ phản xạ hoặc phát xạ từ vật thể. Thông tin có đƣợc về đối tƣợng trong quá trình này chính là nhờ sự khác biệt của phản ứng với sóng điện từ của các đối tƣợng khác nhau (phản xạ, hấp thụ hay phân tách sóng điện từ). - Năng lƣợng sóng phản xạ từ đối tƣợng bao gồm hai phần: năng lƣợng phản xạ trực tiếp từ bề mặt đối tƣợng và năng lƣợng tán xạ bởi cấu trúc bề mặt đối tƣợng. Năng lƣợng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc và bản chất của đối tƣợng mà chỉ phụ thuộc vào đặc tính bề mặt: độ ghồ ghề, hƣớng.
của đối tƣợng. - Năng lƣợng tán xạ là kết quả của một quá trình tƣơng tác giữa bức xạ với bề dày của đối tƣợng mà bức xạ đó có khả năng xuyên tới. Năng lƣợng này phụ 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thuộc vào cấu trúc, bản chất và trạng thái của đối tƣợng. Đây là nguồn năng lƣợng mang thông tin giúp ta có thể nhận biết đƣợc các đối tƣợng và trạng thái của chúng.
Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trƣng này thƣờng đƣợc gọi là các đặc trƣng phổ. Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu đƣợc về các đối tƣợng. Đối với mỗi vật trong tự nhiên có đặc tính phản xạ phổ điện từ khác nhau trên các bƣớc sóng khác nhau. Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ (cƣờng độ, dạng đƣờng cong ở các dải sóng khác nhau) có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tƣợng trên bề mặt.
Thông tin về phổ là thông tin đầu tiên, là tiền đề cho các phƣơng pháp phân tích ảnh trong viễm thám. Các đối tƣợng chủ yếu trên mặt đất bao gồm: lớp phủ thực vật, nƣớc, đất hay cát, đá công trình xây dựng. Mỗi loại này có các phản xạ khác nhau với sóng điện từ tại các bƣớc sóng khác nhau. Phổ phản xạ của các nhóm đối tượng chính Đây là hình biểu diễn đƣờng cong phản xạ phổ của các loại lớp phủ mặt đất (thực vật, đất và nƣớc), chúng có tính chất khái quát việc phản xạ phổ của ba loại lớp phủ chủ yếu.
Trên thực tế, các loại thực vật, đất và nƣớc khác nhau sẽ có các đƣờng 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cong phản xạ phổ khác nhau. Sự khác nhau này chủ yếu đƣợc thể hiện ở độ lớn của phần trăm phản xạ, song hình dạng tƣơng đối của đƣờng cong ít có sự thay đổi. - Thực vật: phản xạ phổ cao nhất ở bƣớc sóng màu lục (0,5 – 0,6µm) (tƣơng ứng với dải sóng màu lục- Green) trong vùng nhìn thấy và có màu xanh lục. Khi yếu tố diệp lục giảm đi, thực vật chuyển sang khả năng phản xạ ánh sang màu đỏ trội hơn, dẫn đến lá cây có màu vàng (do tổ hợp màu Green và Red) hoặc màu đỏ hẳn.
Các đặc trƣng phản xạ phổ của thực vật nổi bật nhất ở vùng hồng ngoại gần (0,7 – 1,4 µm), là vùng bƣớc sóng mà thực vật có phản xạ cao nhất. Mức độ phản xạ của thực vật phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau, có thể kể đến là lƣợng diệp lục, độ dày tán lá và cấu trúc tán lá. Đồ thị phổ phản xạ của một số cây trồng nông nghiệp - Nước: có phản xạ chủ yếu nằm trong vùng nhìn thấy (0,4 – 0,7 µm) và phản xạ mạnh ở dải sóng lam (0,4 – 0,5 µm) và lục (0,5 -0,6 µm). Giá trị phản xạ của một đối tƣợng nƣớc phụ thuộc chủ yếu vào độ đục của nó.
Nƣớc trong có giá trị phản xạ rất khác với nƣớc đục, nƣớc càng đục có độ phản xạ càng cao. - Đất: có phần trăm phản xạ tăng dần theo chiều tăng của chiều dài bƣớc sóng. Phần trăm phản xạ của đất chủ yếu phụ thuộc vào độ ẩm và màu của đất. Đất khô, đƣờng cong phổ phản xạ tƣơng đối đơn giản, ít có những cực đại và cực tiểu 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất phổ của đất khá phức tạp và không rõ ràng nhƣ ở thực vật.
Tuy nhiên quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đất tăng dần về phía sóng có bƣớc sóng dài. Các giá trị hấp thụ phổ do hơi nƣớc cũng diễn ra ở vùng 1,4; 1,9 và 2,7 µm.Phản xạ phổ của một số loại đất Đƣờng cong phản xạ phổ của đất trống khá giống cát khô, chỉ khác nhau về cƣờng độ phản xạ, vì vậy khi chúng ta sử dụng ảnh của Landsat TM rất dễ dàng tách ba đối tƣợng này. Tuy nhiên, giữa đất trống khô và khu dân cƣ thành phố lại có đồ thị phản xạ khá giống nhau, nên đây là khó khăn cho việc phân loại đất dân cƣ thành phố. Trong nhóm đất dân cƣ cần thể hiện cả hai đối tƣợng là đất dân cƣ thành phố và đất dân cƣ nông thôn, nhƣng trên ảnh Landsat TM việc xác định các điểm dân cƣ nông thôn là rất khó khăn kể cả phƣơng pháp giải đoán bằng mắt cũng nhƣ giải đoán ảnh số, vì các điểm dân cƣ nông thôn thƣờng có diện tích nhỏ, phân tán và thƣờng có cây cối xung quanh nên thƣờng lẫn vào các đối tƣợng thực vật.
Còn dân cƣ thành phố thƣờng có hệ thống giao thông dày đặc dạng bàn cờ hoặc tỏa tia và xây dựng bằng gạch gói nên việc nhận biết rất dễ dàng. Cùng với các đặc trƣng phản xạ phổ của các đối tƣợng tự nhiên cơ bản, Root và Mille vào năm 1971 đã nghiên cứu và đƣa ra các đặc trƣng phản xạ phổ của một số đối tƣợng chính trong đô thị nhƣ bê tông, ván lợp, nhựa đƣờng và đất trống. Các đặc trƣng này là thông tin quan trọng giúp quá trình giải đoán các đối tƣơng đô thị. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Đặc trưng phổ phản xạ của một số đối tượng chính trong đô thị Các đối tƣợng khác nhau trong cùng một nhóm đối tƣợng sẽ có dạng đƣờng cong phổ phản xạ chung, tƣơng đối giống nhau, song sẽ khác nhau về các chi tiết nhỏ trên đƣờng cong hoặc khác nhau về độ lớn của giá trị cƣờng độ phản xạ. Khi tính chất của đối tƣợng thay đổi thì đƣờng cong phổ phản xạ cũng bị biến đổi theo. Một loại sai biệt nữa là sai biệt có tính chất cục bộ khi cấu trúc của đối tƣợng khác nhau trong không gian (ví dụ lúa đƣợc cấy và lúa đƣợc sạ), hoặc cấu trúc đó khác nhau theo hƣớng của nguồn sáng (ví dụ các dãy cây trồng hƣớng Bắc nam sẽ có ảnh khác với cùng dãy đó đƣợc trồng hƣớng Đông Tây). Độ phân giải của ảnh viễn thám Các thông số quan trọng nhất đặc trƣng cho khả năng thông tin cung cấp của một ảnh vệ tinh là độ phân giải của nó.
Có ba loại độ phân giải: độ phân giải không gian, độ phân giải thời gian và độ phân giải phổ. - Độ phân giải không gian: phụ thuộc vào hai thông số FOV (Firld of view – trƣờng/góc nhìn)và IFOV (Instantaneous field of wiew – trƣờng/góc nhìn thức thì) đƣợc thiết kế sẵn do đặc tính đầu thu. Thông số FOV cho ta thấy đƣợc phạm vi không gian mà đầu thu có thể thu nhận đƣợc sóng điện từ từ đối tƣợng. Rõ ràng là với các góc nhìn càng lớn (FOV càng lớn) thì ảnh thu đƣợc càng rộng, và với cùng một góc nhìn, vệ tinh nào có độ cao lớn hơn sẽ có khoảng thu ảnh lớn hơn.
Còn với IFOV của đầu thu đặc trƣng cho phạm vi không gian. Tổng hợp giá trị bức xạ của các đối tƣợng trong một góc IFOV đƣợc thu nhận cùng một lúc và mang một giá trị, 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đƣợc ghi nhận nhƣ một điểm ảnh. Trong ảnh số, một điểm ảnh đƣợc gọi là một pixel và giá trị kích thƣớc pixel đặc trƣng cho khả năng phân giải không gian của ảnh. Góc IFOV càng nhỏ thì khả năng phân biệt các đối tƣợng trong không gian càng lớn, nghĩa là giá trị pixel càng nhỏ và phạm vi chụp ảnh càng hẹp.
Ý nghĩa quan trọng nhất của độ phân giảikhông gian là cho ta biết các đối tƣợng nhỏ nhất mà có thể phân biệt đƣợc trên ảnh. - Độ phân giải phổ: Tùy thuộc vào mục đích thu thập thông tin, mỗi loại đầu thu đƣợc thiết kế để có thể thu nhận sóng điện từ trong một số khoảng bƣớc sóng nhất định. Độ rộng hẹp của khoảng bƣớc sóng này là độ phân giải phổ của ảnh. Khoảng bƣớc sóng càng hẹp thì tính chất phản xạ phổ của các đối tƣợng càng đồng nhất.