MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lớp phủ mặt đất là là tất cả các thành phần vật chất tự nhiên và nhân tạo bao phủ trên bề mặt trái đất gồm các yếu tố thực vật, các công trình kinh tế - xã hội đƣợc xây dựng của con ngƣời, thổ nhƣỡng, nƣớc, dải đất cát. Lớp phủ mặt đất thể hiện trạng thái tự nhiên của bề mặt thực địa. Trải qua thời gian, lớp phủ mặt đất đã không ngừng biến đổi đặc biệt dƣới sự tác động mạnh mẽ của các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội của con ngƣời.
Bản đồ lớp phủ mặt đất là một trong những nguồn tài liệu quan trọng giúp các nhà quy hoạch, các nhà hoạch định chính sách có cái nhìn tổng quan về hiện trạng lớp phủ mặt đất qua từng thời kỳ. Do tính chất liên tục thay đổi của bề mặt lớp phủ trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội và đô thị hóa của từng địa phƣơng nên việc xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ là một việc làm cần thiết. Với việc áp dụng phƣơng pháp thành lập bản đồ sử dụng tƣ liệu ảnh viễn thám cho phép chúng ta quan sát và xác định nhanh chóng về vị trí, kết quả và tính chất của đối tƣợng. Đồng thời dựa trên độ phân giải không gian trên nhiều băng tần và độ phân giải thời gian của ảnh vệ tinh cho phép chúng ta xác định đƣợc thông tin từng thời điểm của đối tƣợng một cách chính xác và nhanh nhất, thậm chí ở những vùng sâu vùng xa vẫn đảm bảo đƣợc tính đồng nhất về thời điểm thu nhận thông tin và khả năng cập nhật thƣờng xuyên.
Nhờ đó công nghệ viễn thám đã đem lại khả năng mới cho công tác quản lý đất đai nói chung cũng nhƣ trong việc thành lập bản đồ lớp phủ nói riêng. Công nghệ viễn thám ngày càng phát triển nhanh chóng và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực từ khí tƣợng - thủy văn, địa chất môi trƣờng cho đến nông - lâm - ngƣ nghiệp,. Kỹ thuật viễn thám với khả năng quan sát các đối tƣợng ở 4 độ phân giải khác nhau là xạ, phổ, không gian, thời gian cho phép quan sát và xác định nhanh chóng lớp phủ trên mặt đất và sự biến động với sự tin cậy nhất định mà các phƣơng pháp xây dựng bản đồ truyền thống không có đƣợc. Ảnh thu đƣợc có độ phủ rộng ở các tỷ lệ và có độ phân giải ngày càng lớn, góp phần hữu ích phục vụ 1 cho quản lý và dự báo lớp phủ mặt đất.
Tƣ liệu viễn thám cho phép chúng ta cập nhật thông tin, tiến hành nghiên cứu một cách nhanh chóng, hiệu quả, tiết kiệm thời gian, công sức. Huyện Lƣơng Tài gồm 13 xã và 01 thị trấn với tổng diện tích 10.566,57 ha, dân số 104. Thị trấn Thứa là trung tâm kinh tế văn hóa của huyện. Do tốc độ đô thị hóa nhanh nên dẫn đến sự thay đổi nhanh chóng của bề mặt lớp phủ mặt đất nhƣ diện tích thảm thực vật đã và đang đƣợc chuyển đổi sang xây dựng các công trình thƣơng mai, khu công nghiệp,….
Cùng với đó là những tác động xấu của việc đô thị hóa nhanh đến với môi trƣờng nhƣ sự gia tăng nền nhiệt trong khu vực đô thị, ô nhiễm môi trƣờng,… Từ đó đặt ra yêu cầu cần xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ để kiểm soát sự thay đổi của lớp phủ mặt đất tại huyện Lƣơng Tài, tỉnh Bắc Ninh, giúp cung cấp thêm tài liệu cho việc quản lý và sử dụng đất đai tại huyện Lƣơng Tài. Xuất phát từ thực tế đó, đƣợc sự phân công của Khoa Tài nguyên và Môi trƣờng – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, cùng với sự hƣớng dẫn trực tiếp của ThS. Nguyễn Đức Thuận em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hiện trạng lớp phủ huyện Lương Tài - tỉnh Bắc Ninh từ dữ liệu ảnh viễn thám”. Mục tiêu nghiên cứu Sử dụng công nghệ viễm thám để nghiên cứu hiện trạng lớp phủ mặt đất huyện Lƣơng Tài – tỉnh Bắc Ninh từ dữ liệu ảnh viễn thám.
Yêu cầu nghiên cứu - Công tác điều tra thu thập số liệu phải đúng thực tế, đảm bảo trung thực, khách quan nhất; - Kết quả đánh giá hiện lớp phủ dựa theo dữ liệu ảnh vệ tinh phải đảm bảo yêu cầu bao gồm: đầy đủ, chính xác theo bề mặt lớp phủ. 2 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Khái quát về viễn thám, hệ thống thông tin địa lý, công nghệ tích hợp viễn thám và GIS 1. Khái quát về viễn thám 1.
Khái niệm về viễn thám Theo nghĩa rộng, viễn thám là môn khoa học nghiên cứu việc đo đạc, thu thập thông tin về một đối tƣợng, sự vật bằng cách sử dụng thiết bị đo qua tác động một cách gián tiếp (ví dụ nhƣ qua các bƣớc sóng ánh sáng) với đối tƣợng nghiên cứu. Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái Đất hay các hành tinh mà nó còn có thể thăm dò đƣợc cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh. Trên Trái Đất, ngƣời ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu phát các ảnh viễn thám. Viễn thám đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm địa lý, khảo sát đất đai, và hầu hết các ngành khoa học Trái Đất (ví dụ thủy văn, sinh thái học, khí tƣợng học, hải dƣơng học, glaciology, địa chất); nó cũng có các ứng dụng trong quân sự, tình báo, thƣơng mại, kinh tế, kế hoạch và trong các ứng dụng nhân đạo.
Ở hiện tại, thuật ngữ "viễn thám" thƣờng dùng để chỉ việc sử dụng các công nghệ cảm biến dựa trên vệ tinh hoặc máy bay để phát hiện và phân loại các vật thể trên Trái Đất. Nó bao gồm bề mặt Trái Đất, bầu khí quyển và đại dƣơng, dựa trên việc truyền tính hiệu (ví dụ nhƣ bức xạ điện từ). Nó có thể đƣợc chia thành viễn thám "chủ động" (khi tín hiệu đƣợc phát ra từ vệ tinh hoặc máy bay tới vật thể và sự phản xạ của nó đƣợc cảm biến phát hiện) và viễn thám "thụ động" (khi cảm biến phát ra ánh sáng mặt trời) Hình 1.1: Ảnh minh họa vệ tinh áp dụng công nghệ viễn thám 3 1. Nguyên lý cơ bản của viễn thám Do tính chất của các vật thể (nhà, đất, cây, nƣớc…) có thể đƣợc xác định thông qua năng lƣợng bức xạ hay phản xa từ vật thể nên viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tƣợng hoặc các điều kiện môi trƣờng thông qua những đặc trƣng riêng về phản xạ và bức xạ.
Nguồn năng lƣợng chính thƣờng sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời.Năng lƣợng điện từ phát ra bởi mặt trời tƣơng tác với các thành phần bầu khí quyển trƣớc khi đến đƣợc mặt đất, năng lƣợng sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạn đƣợc thu nhận bởi sensor đặt trên vật mang. Bộ cảm biến chỉ thu nhận năng lƣợng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bƣớc sóng xác định năng lƣợng sóng điện từ sau khi tới đƣợc bộ cảm biến đƣợc chuyển thành tín hiệu số và truyền về trạm thu mặt đất. Ngoài các yếu tố trên thì trong quá trình thu nhận ảnh viễn thám ta phải quan tâm đến các yếu tố thời tiết, không nên thu nhận ảnh viễn thám trong các yếu tố thời tiết xấu. Ảnh quang học khi thu nhận thông tin chủ yếu dựa vào năng lƣợng mặt trời nên khi thời tiết xấu thì sẽ không thu nhận đƣợc hoặc thu nhận kém.
Ảnh radar không hoặc ít chịu ảnh hƣởng của các yếu yếu tố thời tiết. Do sử dụng sóng microwave, cùng với đặc điểm tần số dạo động và tính phân cực nên việc thu nhận ảnh Radar ít chịu ảnh hƣởng bới các yếu tố thời tiết, có thể xuyên qua mây, sƣơng mù, mƣa….2: Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám 4 Nguồn năng lƣợng hay là nguồn chiếu sáng (A) Sự bức xạ và khí quyển(B) Tƣơng tác với các đối tƣợng trên mặt đất (C) Thu nhận năng lƣợng bởi các bộ cảm biến (Sensor) (D) Truyền, phản xạ và xử lý (E) Giải đoán và phân tích (F) Ứng dụng (G) 1. Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám Năng lƣợng điện từ của ánh sáng sau khi truyền qua các cửa sổ khí quyển tƣơng tác với các đối tƣợng trên bề mặt Trái Đất và phản xạ lại để các thiết bị thu của viễn thám có thể ghi nhận các tín hiệu đó. Quá trình này có thể thực hiện qua 3 bƣớc chính sau: - Phát hiện: Việc phát hiện các thông tin là bƣớc rất quan trọng, bao gồm phát hiện về dải sóng, về cƣờng độ và tính chất khác của nguồn năng lƣợng điện từ; - Ghi tín hiệu: Các tín hiệu phát hiện đƣợc có thể ghi dƣới dạng hình ảnh hoặc các tín hiệu điện từ.
Khi xử lý các tín hiệu dạng hình ảnh, một số kiểu phim ảnh có phủ lớp nhạy cảm ánh sáng để phát hiện sự khác nhau của nguồn năng lƣợng điện từ tạo nên hình ảnh không gian, cung cấp nhiều chi tiết trong không gian và có thể hiệu chỉnh hình học dễ dàng. Năng lƣợng điện từ có thể đƣợc ghi dƣới dạng các tín hiệu, biểu đồ phổ hoặc dƣới dạng hình ảnh số. Các tín hiệu điện từ có thể ghi nhận ở dạng phim, băng từ hoặc đĩa từ và có thể hiển thị dễ dàng; - Phân tích các tín hiệu phổ: Có thể thực hiện đƣợc bằng hai phƣơng pháp. Phương pháp xử lý thông tin viễn thám a.
Khái niệm giải đoán ảnh viễn thám Giải đoán ảnh viễn thám là quá trình chiết tách thông tin định tính cũng nhƣ định lƣợng từ hình ảnh nhƣ hình dạng, vị trí, cấu trúc, đặc điểm, chất lƣợng, điều kiện… Mối quan hệ tƣơng hỗ giữa các đối tƣợng dựa trên tri thức chuyên ngành hoặc kinh nghiệm của ngƣời giải đoán ảnh.