Luận văn Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng

việc quan sát đối tượng của thế gới thực. Kiểu thành phần sơ cấp Biểu diễn dạng đồ hoạ Biểu diễn dạng Vector Điểm . + x (x,y) trong 2D (x, y, z) trong 3D Đường Danh sách toạ độ (toạ độ các điểm đầu, cuối và các điểm tại các vị trí cong) hoặc hàm toán học mô tả. 20 Kiểu thành phần sơ cấp Biểu diễn dạng đồ hoạ Biểu diễn dạng Vector Vùng Đường có điểm đầu và cuối trùng nhau hoặc tập hợp các đường nếu có các vùng lồng nhau. Bề mặt Ma trận tập hợp các điểm hoặc các hàm toán học mô tả và các đường bình độ. Khối Tập các bề mặt. Bảng 1.1 Mô hình dữ liệu Vectơ Điểm là thành phần sơ cấp của dữ liệu GIS trong mô hình vector, các điểm được nối với nhau bởi các đường để tạo thành các thực thể khác. Tuỳ theo tỷ lệ quan sát mà các thực thể được biểu diễn bằng các điểm, đường hay vùng…Như vậy mô hình này sử dụng các điểm hay đoạn thẳng để nhận biết các vị trí của vật thể trong thế giới thực nên phép thao tác nhiều hơn trên các đối tượng so với mô hình Raster và việc tính toán các đặc điểm như diện tích, chu vi đặc biệt là tìm đường đi nhanh và hiệu quả hơn. Hình 1.8. Dữ liệu biểu diễn dạng Vector 21 Mô hình dữ liệu Raster Số liệu được tạo thành từ ma trận các ô lưới với độ phân giải xác định. Mỗi ô lưới nhận một gía trị xác định tương ứng với thông tin mà nó lưu trữ. Nếu độ phân giải nhỏ sẽ làm giảm độ chính xác về thông tin của các đối tượng cần lưu trữ, nếu độ phân giải lớn thì cơ sở dữ liệu lưu trữ yêu cầu cần phải lớn. Hình 1.9. Dữ liệu biểu diễn dạng Raster Biểu diễn dạng Vector, Raster Hình 1.10. Biểu diễn dạng vector, raster Dưới đây là hình vẽ mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất X2,Y2 X1,Y1 X5,Y5 X4,Y4 X3,Y3 Dạng Vector Dạng Raster 22 Hình 1.11. Mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất So sánh mô hình Raster và Vector Mô hình raster Mô hình vector Ưu điểm Mô hình hiệu quả Dễ tổ hợp, nạp chồng Hướng ảnh vệ tinh Có khả năng mô phỏng Dễ phân tích dữ liệu Thuận tiện biểu diễn hiện tượng tự nhiên Mô hình cô đọng Có khả năng tạo lập topo lưới, tổng quát hóa, dễ sửa đổi Thao tác hình học dễ dàng, chính xác Nhược điểm Chất lượng đồ họa hạn chế Khó mô hình hóa mạng Biến đổi phi tuyến phức tạp Cấu trúc dữ liệu phức tạp Bảng 1.2 So sánh mô hình Raster và Vector 23 1.2. Khái quát về viễn thám 1.2.1. Định nghĩa Viễn thám (Remote sensing) 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. [2] Viễn thám có thể hiểu đơn giản 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. 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". Sóng điện từ hoặc được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tài nguyên chủ yếu trong viễn thám. Tuy nhiên những năng lượng như 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 được gọi là vật mang. Vật mang gồm khí cầu máy bay, vệ tinh, tầu vũ trụ. 1.2.2. Phân loại viễn thám theo bước sóng Viễn thám có thể được phân thành 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng: - Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: nguồn năng lượng chính sử dụng là bức xạ mặt trời. Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500 mµ. Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự 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 laze là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời. 24 - Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng trong hồng ngoại nhiệt là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra. Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 10.000mµ. - Viễn thám siêu cao tần: trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và bị động. Trong viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể. Hình 1.12. Phân loại viễn thám theo bước sóng 1.2.3. Nguyên lý cơ bản của viễn thám Viễn thám nghiên cứu đối tượng bằng giải đoán và tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh chụp hàng không, hoặc bằng việc giải đoán ảnh vệ tinh dạng số. Các dữ liệu dưới dạng ảnh chụp và ảnh số được thu nhận dựa trên việc ghi nhận năng lượng bức xạ (không ảnh và ảnh vệ tinh) và sóng phản hồi (ảnh 25 radar) phát ra từ vật thể khi khảo sát. Năng lượng phổ dưới dạng sóng điện từ, nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán đối tượng một cách chính xác hơn. Hình 1.13. Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm Nếu biết trước phổ phát xạ, phản xạ (emited/reflected) chuẩn của vật thể trong phòng thí nghiệm, xác định bằng các máy đo phổ, ta có thể giải đoán vật thể bằng cách phân tích đường cong phổ thu được từ ảnh vệ tinh. Xử lý ảnh số là kỹ nghệ làm hiển thị rõ ảnh và tách lọc thông tin từ các dữ liệu ảnh số, dựa vào các thông tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra. Các phần mềm xử lý ảnh số được phát triển, nhằm cho ra thông tin về phổ bức xạ của các vật thể hoặc các hiện tượng xảy ra trong giới hạn diện phủ của ảnh. Giải đoán, tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh viễn thám được thực hiện dựa trên các cách tiếp cận khác nhau, có thể kể đến là: - Đa phổ: Sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ trong dải phổ từ nhìn thấy đến sóng radar. - Đa nguồn dữ liệu: Dữ liệu ảnh thu nhận từ các nguồn khác nhau ở các độ cao khác nhau, như ảnh chụp trên mặt đất, chụp trên khinh khí cầu, chụp từ máy bay trực thăng và phản lực đến các ảnh vệ tinh có người điều khiển hoặc tự động. - Đa thời gian: Dữ liệu ảnh thu nhận vào các thời gian khác nhau. - Đa độ phân giải: Dữ liệu ảnh có độ phân giải khác nhau về không gian, phổ và thời gian. 26 - Đa phương pháp: Xử lý ảnh bằng mắt và bằng số. 1.2.4. Ứng dụng của viễn thám Hiện nay, viễn thám được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau và dưới đây là giới thiệu những ứng dụng chính: Nghiên cưú địa chất: Viễn thám từ lâu đã được ứng dụng để giải đoán các thông tin địa chất. Dữ liệu viễn thám được dùng cho giải đoán là các ảnh máy bay, ảnh vệ tinh và ảnh radar. Lĩnh vực dùng dữ liệu này có thể kể đến là địa mạo, cấu trúc địa chất, trầm tích, khai khoáng, dầu mỏ, địa tầng, địa chất công trình, nước ngầm và các nghiên cứu về địa chất môi trường. Dữ liệu ảnh radar cho phép nghiên cứu cấu trúc địa chất một cách hữu hiệu vì ảnh radar rất nhạy cảm với địa hình. Tổ hợp dữ liệu viễn thám với dữ liệu địa lý sẽ làm giàu thêm khả năng nghiên cứu các thông tin địa chất cần quan tâm. Một số ứng dụng của viễn thám trong địa chất có thể kể ra như sau: - Nghiên cứu địa mạo: các dạng địa hình được thể hiện rất rõ trên ảnh viễn thám (địa hình kiến tạo, núi lửa, địa hình sông suối, địa hình tam giác châu, địa hình thành tạo do cát, thành tạo do băng) và được giải đoán một cách chính xác. - Cấu trúc địa chất: giải đoán các bề mặt và độ dốc của tầng trầm tích, các yếu tố uốn nếp, đứt gãy, linearment và chuyển động nâng hạ (dùng ảnh giao thoa radar), các rift núi lửa hiện đại, các cấu trúc vòng, tiêm nhập, bất chỉnh hợp địa tầng, các ứng dụng trong nghiên cứu địa động lực. - Nghiên cứu thạch học: định các đá trầm tích, macma, biến chất và thành tạo xen kẽ khác. Nghiên cứu trật tự địa tầng và tương quan tuổi. - Khai khoáng và khai thác dầu. - Điều tra khảo sát nước ngầm, điều tra địa chất công trình... Nghiên cưú môi trường: Viễn thám là phương tiện hữu hiệu để nghiên cứu môi trường đất liền (xói mòn, ô nhiễm), môi trường biển (đo nhiệt độ, màu nước biển, gió sóng), Nghiên cưú khí hậu và quyển khí (đặc điểm tầng ozon, 27 mây, mưa, nhiệt độ quyển khí), dự báo bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khí tượng. Nghiên cứu thực vật, rừng: Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn cầu nghiên cứu thực vật theo ngày, mùa vụ, năm, tháng và theo giai đoạn. Thực vật là đối tượng đầu tiên mà ảnh viễn thám vệ tinh thu nhận được thông tin. Trên ảnh viễn thám chúng ta có thể tính toán sinh khối, độ trưởng thành và sâu bệnh dựa trên chỉ số thực vật, có thể nghiên cứu cháy rừng qua các ảnh vệ tinh. Nghiên cứu thủy văn: Mặt nước và các hệ thống dòng chảy được hiển thị rất rõ trên ảnh vệ tinh và có thể khoanh vi được chúng. Dữ liệu ảnh vệ tinh, được ghi nhận trong mùa lũ, là dữ liệu được sử dụng để tính toán diện tích thiên tai và cho khả năng dự báo lũ lụt. Nghiên cứu các hành tinh khác: Các dữ liệu viễn thám thu từ vệ tinh cho phép nghiên cứu các vì sao và mặt trăng. Điều này khẳng định rằng viễn thám là một công nghệ và có ứng dụng hết sức rộng lớn vượt ra khỏi tầm trái đất. 1.2.5. Phân loại viễn thám Sự phân biệt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố sau: - Hình dạng quỹ đạo của vệ tinh. - Độ cao bay của vệ tinh, thời gian còn lại của một quỹ đạo. - Dải phổ của các thiết bị thu. - Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận. Có hai phương thức phân loại viễn thám chính là: • Phân loại theo nguồn tín hiệu: Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn thám được chia làm hai loại: - Chủ động (active): nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay. - Thụ động (hay bị động - passive): nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên. 28 Hình 1.14. Hoạt động của hệ thống viễn thám chủ động và bị động • Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: có hai nhóm chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) Hình 1.15 Mô hình viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực Căn cứ vào đặc điểm quỹ đạo vệ tinh, có thể chia ra hai nhóm vệ tinh là: + Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên. + Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất. Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu lặp lại là cố định đối với 1 vệ tinh (ví dụ LANDSAT là 18 ngày, SPOT là 26 ngày..). 29 Trên hai nhóm vệ tinh nói trên đều có thể áp dụng nhiều phương pháp thu nhận thông tin khác nhau tùy theo sự thiết kế của nơi chế tạo. Có các nguyên tắc thu nhận hình ảnh như sau (chủ động, bị động, chụp khung, quét dọc, quét ngang, quét bên sườn,...). 1.2.6. Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám Năng lượng điện từ của ánh sáng sau khi truyền qua các cửa sổ khí quyển tương tác với các đối tượng 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. Trên cơ sở các tín hiệu đó có thể tách chiết các thông tin về đối tượng. Quá trình đó được thể hiện bằng các công đoạn chính: phát hiện (detect), ghi (record) và phân tích (interprete) các tín hiệu. - Phát hiện: việc phát hiện các thông tin là bước rất quan trọng. Phát hiện về dải sóng, về cường độ và tính chất khác của nguồn năng lượng điện từ. - Ghi tín hiệu: các tín hiệu phát hiện được có thể ghi dưới 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 các lớp nhạy cảm ánh sáng để phát hiện sự khác nhau của nguồn năng lượng điện từ tạo nên hình ảnh (photograph) không gian, không đắt và cung cấp nhiều chi tiết trong không gian và có thể hiệu chỉnh hình học dễ dàng. Năng lượng điện từ có thể được ghi dưới dạng các tín hiệu, biểu đồ phổ hoặc dưới dạng hình ảnh số (image) giống như hình ảnh nền của màn hình của tivi, tài liệu số thường có giá đắt hơn tư liệu ảnh, song lại có nhiều ưu điểm về độ phân giải phổ, khả năng hiệu chỉnh và khả năng truyền thông tin. 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 được bằng hai phương thức: phân tích bằng mắt và xử lý số bằng máy tính. + Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh. Đây là công việc đã rất phổ biến trong viễn thám, phân tích ảnh bằng mắt có sự kết hợp rất nhuần nhuyễn các kiến thức chuyên môn của người phân tích để từ đó khai thác được các thông tin tồn tại trong tư liệu ảnh. Kết quả giải đoán phụ 30 thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích. Tất nhiên, hạn chế của giải đoán bằng mắt là không nhận biết được hết các đặc tính phổ của đối tượng, nguyên nhân là do khả năng phân biệt sự khác biệt về phổ của mắt người hạn chế (tối đa là 12 - 14 mức). + Xử lý số là phương pháp xử lý phân tích tư liệu phổ dưới dạng hình ảnh số (image) chứ không phải dạng ảnh tương tự (analoge hay pictorial). Ưu thế của phương pháp xử lý số là có thể phân tích các tín hiệu phổ một cách rất chi tiết (256 mức hoặc hơn). Với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng, có thể tách chiết rất nhiều thông tin phổ của đối tượng, từ đó có thể nhận biết các đối tượng một cách tự động. Tất nhiên quá trình xử lý số cần có sự kết hợp nhuần nhuyễn với kiến thức chuyên môn của người phân tích, hoặc người lập các chương trình tính toán. 31 CHƯƠNG 2. TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 2.1 Thu thập ảnh viễn thám bằng TerraLook Terralook Landsat và cảm biến vệ tinh khác thu thập được hình ảnh về Trái đất từ không gian trong hơn 35 năm. Dữ liệu mà các vệ tinh cung cấp đã được sử dụng trong quản lý đất đai cộng đồng và khoa học. TerraLook được phát triển để mở rộng số thành viên sử dụng hình ảnh vệ tinh bằng cách cung cấp cả hai dạng dữ liệu ASTER và dữ liệu Landsat như mô phỏng tự nhiên, màu sắc hình ảnh dưới dạng JPEG. TerraLook nhằm mục đích phục vụ cộng đồng người dùng có nhu cầu về hình ảnh của Trái đất nhưng không có chuyên môn kỹ thuật chuyên sâu về viễn thám hoặc không thể bỏ ra một số tiền lớn để sở hữu các bức ảnh vệ tinh và phần mềm xử lý hình ảnh chuyên ngành khoa học. Bộ sưu tập TerraLook bao gồm điều khiển từ xa có thể sử dụng dễ dàng cảm nhận hình ảnh thiết kế cho các giải thích trực quan và được phân phối miễn phí cho người sử dụng. Bộ sưu tập TerraLook sẽ có giá trị cho bất kỳ ai muốn nhìn thấy những thay đổi của bề mặt Trái đất từ năm 1972. Người dùng cần phải thực hiện phân tích kỹ thuật số để có được các nguồn dữ liệu. Các TerraLook tham chiếu địa lý là sản phẩm tương thích với hầu hết các ứng dụng GIS và lập bản đồ web. Bộ ảnh thu được gồm ảnh Aster, Landsat 2000, Landsat 1990, Landsat 1975 với độ phân giải ảnh: - ASTER: 15 met/1 pixel - Landsat 2000: 30 met/1pixel - Landsat 1990: 30 met/pixel - Landsat 1975: 80 met/pixel Ảnh vệ tinh dải bờ biển 32 Hình 2.1: Ảnh vệ tinh Landsat năm 2000 chụp dải bờ biển Hải Phòng Hình 2.2. Ảnh vệ tinh Landsat năm 1990 chụp dải bờ biển Hải Phòng 2.2 Thu thập và tiền xử lý dữ liệu bản đồ véctơ Dữ liệu GIS được thu thập, nhận diện và đo đạc vào cùng thời điểm, cùng độ phân giải không gian, tuân thủ cùng một thủ tục nhận diện và nhập vào GIS theo cùng phương pháp là lý tưởng nhất. Nếu như vậy các thao tác phân 33 tích trên khối dữ liệu đó mới cho kết quả có chất lượng cao. Nhưng trên thực tế, việc thu thập dữ liệu lại được thực hiện vào các thời điểm khác nhau và chúng thường có độ phân giải khác nhau. Một số dữ liệu được thu thập từ bản đồ có sẵn mà không biết được tọa độ thực, một số khác được thu thập bằng đo đạc trực tiếp. Cần chú ý là trong mọi trường hợp việc thu thập tọa độ vị trí các đối tượng và thu thập các thuộc tính của chúng phải tiến hành vào cùng thời điểm. Có rất nhiều loại dữ liệu được sử dụng trong công việc phân tích GIS. Điều này phản ánh mục tiêu của chính hệ thống. Vì GIS được sử dụng trong nhiều loại ứng dụng khác nhau từ phân tích địa chất, phân tích thị trường đến lập kế hoạch nông thôn cho nên chúng ta khó có thể kiểm kê và phân lớp dữ liệu một cách dễ hiểu. Nhập dữ liệu là công đoạn tốn kém thời gian nhất trong thao tác GIS, thường tốn đến 80% ngân sách trong một dự án. Cách tốt nhất để có nhanh dữ liệu là sử dụng dữ liệu có sẵn của các công ty hay tổ chức khác. Việc chia sẻ dữ liệu trở nên thông thường trong thế giới GIS góp phần đẩy nhanh chuẩn hóa dữ liệu và phát sinh khái niệm dữ liệu về dữ liệu (metadata) để mô tả nguồn gốc và độ chính xác của các lớp GIS. Điều quan trọng trong xử lý dữ liệu có sẵn là phải đáp ứng nhu cầu cụ thể. Nếu dữ liệu có sẵn mà không phù hợp với nhiệm vụ thì phải tự số hóa bản đồ. Có thể nói rằng tập dữ liệu không có tài liệu là dữ liệu không có giá trị. Nếu không biết nguồn gốc của dữ liệu thì người dùng sẽ mất nhiều thời gian để kiểm chứng chúng. Mỗi đối tượng GIS được mô tả bởi kiểu, hình dạng, các thuộc tính, quan hệ và số lượng của nó. Các kiểu dữ liệu bao gồm: dữ liệu hình học và dữ liệu thuộc tính. Các phương pháp thu thập dữ liệu có thể được phân chia thành hai loại chính. Thứ nhất là phương pháp thu thập dữ liệu bằng chính những đối tượng. Phương pháp này thương cho kết quả chính xác nhất, nhưng chi phí cũng tốn kém nhất. Chúng bao gồm: 34 - Trắc địa mặt đất - Phương pháp định vị bằng vệ tinh - Chụp ảnh bằng máy bay hay vệ tinh Thứ hai là phương pháp thu thập dữ liệu từ nguồn số hóa hay tương tự có sẵn. Phương pháp này cho dữ liệu ít chính xác hơn phương pháp trên nhưng đòi hỏi chi phí thấp hơn. Chúng bao gồm: - Số hóa bằng tay các bản đồ giấy - Số hóa tự động bản đồ giấy bằng máy quét - Sử dụng các cơ sử dữ liệu, bản đồ số hóa có sẵn. Phương pháp thu thập bản đồ bằng ảnh vệ tinh Viễn thám bao hàm sử dụng thiết bị hay cảm biến để thu thập từ xa các quan hệ phổ và không gian của đối tượng quan sát được. Từ viễn cảnh thẳng đứng hay xiên trên cao, cảm tưởng về bề mặt trái đất khác đáng kể so với khi quan sát từng điểm xung quanh ta. Ta có thể nhìn thấy vô số các đặc trưng trên bề mặt trái đất như là quan sát thấy các quan hệ ngữ cảnh và không gian thích ứng của chúng trên bản đồ chuyên đề. Đó là lý do viễn thám được sử dụng rộng rãi. Bằng các cảm biến trên máy bay hoặc vệ tinh mà các đặc trưng trên các vùng rộng lớn được đo đạc và phân tích, không bị các vùng lân cận cản trở. Đó là phương pháp hiệu quả nhất để duy trì, cập nhật thông tin về trái đất. Khi nói đến viễn thám hầu như người ta suy nghĩ đến vệ tinh mang thiết bị cảm biến. Hầu hết các vệ tinh bay vòng quanh trái đất theo quỹ đạo mặt trời có độ cao tử 700 đến 1000 km. Các ảnh do vệ tinh chụp được gửi về trái đất bằng tín hiệu sóng radio để các chạm thu mặt đất thu được. Đặc trưng của cảm biến vệ tinh bao gồm các điểm chính sau: - Lớp quang phổ (vị trí dải tần) - Mật độ quang phổ (độ rộng dải tần) 35 - Kính thước quang phổ (tổng số dải tàn) - Mật độ phóng xạ (lượng tử) - Mật độ hình học (kích thước điểm ảnh trên mặt đất - Tần suất chụp (số lần chụp trong đơn vị thời gian) Bộ cảm biến được sử dụng nhiều có chất lượng cao được đặt trên vệ tinh Landsat loại TM (Thematic Mapper) Sau khi đã có dữ liệu ảnh, công việc tiếp theo là xử lý chúng theo một trong các cách mà con người diễn giải hay kỹ thuật xử lý tự động ảnh số. Con người có thể nhận biết nhanh các mẫu của ảnh trong một số trường hợp. Nhưng nên ứng dụng phương pháp xử lý ảnh số bằng máy tính trong phần lớn các trường hợp khác. Các công việc phải làm là: - Làm rõ và tách sườn ảnh - Lọc nhiễu - Ghép ảnh - Phân tích các thành phần chính - Tính toán tỷ lệ và chỉ số ảnh Mục tiêu chính của xử lý ảnh bằng máy tính là phân lớp (classification) hay còn gọi là nhận dạng mẫu. Phân lớp là nhóm các đối tượng vào các lớp trên cơ sở mức độ tương tự và tuân thủ một hay nhiều biến. Mục tiêu của hầu hết các ứng dụng viễn thám là phân biệt và ánh xạ các lớp thông tin mặt đất chính xác. Số hóa bản đồ B1. Tìm kiếm bản đồ phù hợp Tìm kiếm bản đồ phù hợp phụ thuộc vào lựa chọn vùng, chủ đề và chu kì phù hợp, thời gian phù hợp. Phần lớn thư viện bản đồ chứa mô tả vùng, chủ đề trong danh mục đồng thời chứa cả thời gian phát hành bản đồ. Tuy nhiên hiếm khi thời gian thu thập dữ liệu phù hợp mà vẫn còn hợp lệ với thời gian lập bản đồ. Vào năm 1992, DCW (Digital Char of the World), bản đồ thế giới 36 có kèm theo chỉ báo khung thời gian được phát hành trên giấy và dạng số trong tệp. Tệp dữ liệu của DCW chứa toàn bộ các đoạn thẳng tạo thành bờ biển, sông ngòi, đường bình đồ, đương biên quốc gia, đường quốc lộ chính, đường xe hỏa và các thành phố. Các tệp này được số hóa từ bản đồ tỷ lệ 1 :1000000 của ONC (Operational Navigation Charts). Dung lượng của dữ liệu DCW khoảng 1.6 Gbyte được lưu trữ trên CD-ROM. Nội dung của chúng được chia thành nhiều lớp bản đồ, như đường biên hành chính, bờ biển, sử dụng đất, đường quốc lộ, đường sát, hệ thống thủy lợi. Mỗi lớp lại được chia thành lớp bản đồ con. Thí dụ lớp đường sắt được chia thành đường đơn hay đường đôi. Xâm nhập bản đồ được thực hiện thông qua chỉ số tên dịa phương hay cho trước tọa độ kinh vĩ tuyến. Dữ liệu này có cấu trúc topo trong khuôn mẫu vector VPF (Vector Product Format). B2: Số hóa bản đồ Khi chuẩn bị bản đồ để số hóa thì cần coi trọng phương pháp quy chiếu không gian của dữ liệu. Tiến trình tham chiếu địa lý là tiến trình cung cấp địa chỉ không gian có thể thực hiện nhờ sử dụng hệ tọa độ địa lý, tọa độ lưới hay không dùng tạo độ. Trong trường hợp này, dữ liệu mới tạo ra không thể phù hợp với dữ liệu có sẵn trong các tệp mà phải thực hiện nắn chỉnh chúng. Khi sử dụng hệ tọa độ địa lý, Trái đất được coi như là hình cầu. Khi sử dụng hệ tọa độ lưới, trái đất được coi như mặt phẳng. Hệ tọa độ lưới UTM tổ hợp cả hệ tọa độ địa lý và tọa độ lưới nó là tập các mặt phẳng bao quanh trái đất. Nhiều hệ GIS không lưu trữ tọa độ theo khuôn dạng mẫu độ, phút, giây mà lưu trữ hệ tọa độ thập phân. Do vậy, khi hiển thị và khi nhập tọa độ đặc trưng bản đồ thường phải chuyển đổi giữa chúng. Công thức biến đổi độ, phút, giây sang khuôn mẫu độ thập phân như sau: 60 ) 60 Seconds (Minutes + Degrees = Degrees Decimal  Với ví dụ phải chuyển đổi 42o45’30” sang độ thập phân ta có: 758333333.42 60 ) 60 30(45 +42 = Degrees Decimal   37 Công thức biến đổi độ thập phân sang độ, phút, giây được mô tả thông qua ví dụ. Số nguyên của độ thập phân là độ, ví dụ độ thập phân 75,213458 thì có 75 độ. Số phút bằng phần nguyên của phép nhân phần lẻ độ thập phân với 60, ta có 0,213458 * 60 = 12,807480, kết quả là 12 phút. Tính tương tự cho số giây: 0,807480 * 60 = 48,4488 để có kết quả là 48”. Vậy 75,213458 = 75o12’18”. Số hóa bản đồ bằng bàn số hóa (digitizer) hay nhập bản đồ giấy bằng máy quét (scanner) là phương pháp thường được sử dụng. Số hóa bằng bàn số hóa là tiến trình ghi lại vị trí của trình tự các điểm đặc trưng dọc theo đường trên bản đồ. Phương pháp này cho kết quả dưới dạng bản đồ vector 2D. Máy quét làm việc tương tự máy fax. Kết quả nhập bản đồ bằng máy quét là số liệu raster. Nếu sử dụng công cụ phần mềm chuyển đổi raster sang vector thì ta cũng có số liệu bản đồ vector 2D. Một trong những đặc trưng quan trọng của dữ liệu bản đồ là độ chính xác. Độ chính xác của dữ liệu phát sinh từ tiến trình số hóa hay quét bản đồ phụ thuộc trước hết vào độ chính xác của bản đồ giấy. Hình là giao diện của module nhập bản đồ của hệ thống PopMap for Windows 4.2. Module này có đầy đủ chức năng vẽ, cập nhật, sửa đổi các đường biên đối tượng bản đồ và gắn nhãn cho đối tượng kiểu điểm, đường, vùng. Các đặc trưng bản đồ được nhập thông qua bàn số hóa hay chuột. Hình 2.3. Phần mềm nhập bản đồ qua bàn số hóa 38 Phương tiện chính để chuyển đổi dữ liệu tuyến tính sang dữ liệu số là bàn số hóa và máy quét. Sử dụng bàn số hóa bằng tay còn máy quét thì làm việc tự động. Bàn số hóa bao gồm bàn nhỏ chứa lưới dây kim loại mịn đặt theo các trục Đecac. Con trỏ chứa cuộn dây kim loại và được nối với bàn để người thao tác xác định điểm cần ghi lại. Vị trí chính xác được xác định nhờ dấu thập mỏng tại đầu con chạy. Trên con trỏ còn có các phím để nhập mã lệnh và hay dữ liệu. Công nghệ chung nhất của bàn số hóa dựa trên nguyên tắc điện từ. Lưới dây trong bảng nhỏ và cuộn dây con trỏ