Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám có thể chia thành 5 thành phần cơ bản như sau:

- Nguồn cung cấp năng lượng

- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển

- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt đất

- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh số bởi bộ cảm biến

- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lý.

Hình II.23: Các thành phần cơ bản của một hệ thống viễn thámA: năng lượng sóng điện từ được bức xạ từ nguồn cung cấp

B: năng lượng này tương tác với các phân tử trong khí quyển

C: khi đến mặt đất, năng lượng tương tác với bề mặt vật thể

D: năng lượng phản xạ được tách và ghi nhận bởi bộ cảm biến

E: truyền dữ liệu về các trạm thu để xử lý

F: giải đoán và phân tích ảnh viễn thám

G: ứng dụng ảnh viễn thám vào các lĩnh vực liên quan.

Có thể hình dung hệ thống viễn thám một cách đơn giản theo hình II.22. Bức xạ mặt trời một phần bị khuyếch tán trong khí quyển; khi xuống đến mặt đất, một phần bị hấp thụ, một phần truyền qua, một phần phản xạ. Bộ cảm trên vệ tinh thu những sóng phản xạ này - sóng điện từ mang thông tin. Tín hiệu thu được từ vệ tinh truyền xuống trạm thu trên mặt đất. Sau khi được xử  lý bằng công nghệ xử lý ảnh số hay giải đoán bằng mắt thường, những thông tin này sẽ chuyển đến cho người dùng.

 Hình II.24 minh họa rõ hơn quá trình thu nhận sóng điện từ mang thông tin của viễn thám quang học (với bộ cảm thụ động) và viễn thám radar (với bộ cảm tích cực).  

Hình II.25: Quá trình thu nhận sóng điện từ

Các hệ thống viễn thám bị động ghi lại năng lượng được bức xạ tự nhiên hay phản xạ từ một số đối tượng, còn hệ thống viễn thám chủ động được cung cấp một năng lượng riêng cho nó và chiếu trực tiếp vào đối tượng nhằm mục đích đo đạc phần năng lượng đi trở về. Việc chụp bằng đèn Flash là một ví dụ cho viễn thám chủ động. Trái lại, việc ghi lại nguồn sáng có thể có của địa hình đó là viễn thám bị động. Một dạng khác phổ biến của viễn thám chủ động, đó là radar. Nó được cấp một nguồn năng lượng riêng của năng lượng điện từ ở bước sóng radar.

Bộ cảm biến chỉ thu nhận năng lượng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bước sóng xác định. Năng lượng sóng điện từ sau khi tới được bộ cảm biến được chuyển thành tín hiệu số và truyền về trạm thu trên mặt đất. Sau khi được xử lý, ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ đã xác định (từ cực tím đến hồng ngoại) nên người ta còn gọi là dữ liệu ảnh đa phổ hay đa kênh.

I. Phương tiện ghi, lưu trữ và phân phối dữ liệu

Nhìn chung, dữ liệu vệ tinh được trạm mặt đất thu và ghi lại theo thời gian thực vào band từ số mật độ độ cao HDDT (High Density Digital Tape) với 14 hoặc 28 rãnh. Tùy thuộc vào yêu cầu, dữ liệu HDDT sẽ được chuyển đổi thành band từ tương thích máy tính CCT (Computer Compatible Tape) với 9 rãnh hoặc các phương tiện khác để phân phối đến người dùng.

Hiện tại các đĩa quang khá phổ biến như:

- WORM (Write Once Read Many).

- Đĩa quang từ MO có thể xóa.

- Đĩa CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory).

- Đĩa CD-RW (Compact Disc – ReWritable).

Các phương tiện ghi, lưu trữ được đặc trưng bởi các yếu tố sau:

- Dung tích nhớ.

- Giá phương tiện và đơn giá dữ liệu (giá cho 1 MB)

- Khả năng tương thích: các định dạng dữ liệu dễ chuyển đổi trong hệ thống máy tính

- Di chuyển thuận tiện: kích thước, trọng lượng, độ bền

Căn cứ vào mục đích công việc mà lựa chọn các phương tiện cho thích hợp. Bảng 2.21 trình bày các phương tiện chủ yếu sử dụng trong viễn thám.

Tại các trung tâm dữ liệu, các yếu tố về lưu trữ dữ liệu, sự di chuyển, giá và độ bền thì quan trọng hơn so với độ tương thích. Hiện tại, các band DAT (Digital Audio Tape) đang thay thế cho HDDT và CCT do kích thước nhỏ hơn.

Đối với người dùng, khả năng tương thích rất quan trọng. Các đĩa CD-ROM, CD-RW rất tiện, giá thấp rất thích hợp cho các máy tính cá nhân.

Bảng 2.21 Đặc điểm lưu trữ dữ liệu/phương tiện phân phối

Phương tiện Dung lượng (GB)

Giá phương tiện ($)

Đơn giá (Cent/MB)

Khả năng tương thích

Khả năng vận chuyển

HDDT 7-100 400-1000 1-6 × ×Magnetic tape 0.15 27 18 O ×8mm carridge tape 2.5 20 0.3 O ODAT 1.3 35 2 O OTreaamer tape 0.15 10.000 23 ∆ OOptical tape 1000 0.7 1 × ×5.25 inch floppy disc 1.2 1.3 60 O ∆3.5 inch floppy disc 1.2 - 4 200 1 O O5.25 inch MO disk 0.65 47 30 ∆ O3.5 inch MO disk 0.128 130 37 ∆ O5.25 inch WORM disc

0.8 8 16 × O

CD - ROM 0.54 27 1.5 O O

II. Đánh giá hệ thống thu thập dữ liệu viễn thám

Các hệ thống thu thập dữ liệu viễn thám được đánh giá dựa vào các độ phân giải dữ liệu sau:

Độ phân giải không gian: phản ánh diện tích mặt đất được tóm tắt bởi một giá trị dữ liệu trong ảnh. Đối với hệ thống viễn thám là kích thước tính bằng mét của trường nhìn không đổi (IFOV). Ví dụ đối với Landst MSS là 79 × 79m, Lansat TM là 30 × 30m, SPOT là 20 × 20m.

Độ phân giải phổ: được xem là số lượng và độ rộng của các khoảng bước sóng trong phổ điện từ mà các bộ cảm vệ tinh phát hiện được.

Độ phân giải thời gian: là thời gian thu nhận dữ liệu viễn thám lặp lại tại một diện tích cụ thể của các bộ cảm. Ví dụ, độ phân giải thời gian của Landsat TM là 16 ngày.

Độ phân giải bức xạ: được xem là độ nhạy của detector trong việc phân biệt độ mạnh tín hiệu mà nó ghi nhận từ các dòng bức xạ phản xạ hoặc phát xạ từ các đối tượng.

Ảnh có độ phân giải cao hơn sẽ biểu hiện chi tiết hơn về đối tượng. Độ phân giải phụ thuộc vào phương tiện chụp ảnh (phim, thấu kính), vào điều kiện chụp ảnh (độ cao phi trình, sương mù, độ tương phản giữa đối tượng và nền) cũng như vào kỹ thuật in tráng. Giảm độ phân giải trong các điều kiện nói trên đồng nghĩa với việc làm mất thông tin trên ảnh thu được.

Các ảnh phân giải cao có diện che phủ lớn cho phép loại bỏ những sai lệch gây ra do độ chiếu sáng và thời tiết khác nhau so với việc chụp ảnh các diện che phủ nhỏ vào thời gian và thời tiết khác nhau.

III.Giải đoán ảnh trong viễn thám:

VIII.1/ Quy trình giải đoán ảnh

Giải đoán ảnh được định nghĩa là một quá trình tách thông tin định tính cũng như định lượng từ ảnh viễn thám tạo ra bản đồ chuyên đề dựa trên các tri thức chuyên môn hoặc kinh nghiệm của người giải đoán (hình dạng, vị trí, cấu trúc, chất lượng, điều kiện, mối quan hệ giữa các đối tượng).

Để giải đoán ảnh cần sử dụng kiến thức của chuyên gia có sự hỗ trợ của các dụng cụ quang học từ đơn giản đến phức tạp như kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại.

Mục đích của việc giải đoán ảnh: là tách các thông tin hữu ích phục vụ cho yêu cầu của người giải đoán.

Cơ sở của việc giải đoán: dựa trên các tone (độ đậm nhạt) màu, kích thước, hình dạng của vật thể, địa hình, thảm thực vật, kiểm tra bằng thực địa.

Bước đầu tiên của quá trình giải đoán bằng mắt cần phải xác định mục tiêu (Ví dụ: để thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ hay bản đồ địa chất) sau đó xác định mức độ chi tiết mong muốn của kết quả. Do đó quá trình tách thông tin từ ảnh vệ tinh cần chú ý đến độ chính xác yêu cầu để chọn phương pháp thích hợp. Kết quả của quá trình giải đoán ảnh phụ thuộc rất nhiều vào sự chủ quan của người giải đoán nên để có kết quả tốt cần phải có cơ sở thống nhất cho việc giải đoán là khoá giải đoán.

Trong giải đoán ảnh bằng mắt, việc xác định khóa giải đoán là cần thiết nhưng nó mang tính nguyên tắc và phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm thực tiễn của người giải đoán. Cùng một dấu hiệu ảnh nhưng có thể là dấu hiệu của nhiều kiểu thảm thực vật khác nhau và ngược lại, nhiều kiểu thảm thực vật giống nhau song đặc điểm trên ảnh lại có thể thay đổi tùy từng điều kiện cụ thể và từng khu vực lãnh thổ. Để giải quyết được vấn đề trên đòi hỏi người giải đoán phải có trình độ chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn.

VIII.2/ Các kỹ thuật hỗ trợ cho quá trình giải đoán

VIII.2.1/ Khoá giải đoán

Khoá giải đoán là chuẩn giải đoán cho đối tượng nhất định bao gồm tập hợp các yếu tố và dấu hiệu do nhà giải đoán có kinh nghiệm thiết lập, nhằm trợ giúp cho công tác giải đoán nhanh và đạt được kết quả giải đoán chính xác thống nhất cho các đối tượng từ nhiều người khác nhau.

Tùy thuộc vào cách mà trong đó các yếu tố chuẩn đoán được thiết lập, nhìn chung có hai kiểu khoá đã được công nhận:

- Các khóa tuyển chọn (Selective keys)

Kiểu khóa này dùng cho thực vật, các nhà giải đoán thường lựa chọn các đối tượng có đặc điểm phù hợp với các đối tượng đã được xác định..

- Các khóa loại trừ (Elimination keys)

Được sắp xếp để các nhà giải đoán thực hiện quá trình có sự suy xét từng bước chính xác. Từ đó dẫn đến việc loại bỏ các tin tức thiếu cơ sở. Hầu hết các nhà giải đoán thích sử dụng khóa loại trừ trong phân tích của họ, mặc dù vậy các nghiên cứu cho thấy có sự khác nhau không nhiều giữa kết quả đạt được của hai kiểu khóa.

Như vậy kết quả của giải đoán chủ yếu phụ thuộc vào khoá giải đoán.

Đọc ảnh

Phân tích ảnh

Chuẩn bị

Trắc đạc ảnh

Thành lập bản đồ chuyên đề

Đọc thông tin hỗ trợ Đọc các thông tin hỗ trợ

Chuẩn bị dữ liệu ảnh

Tạo khóa giải đoán (kích thước, màu sắc, cấu trúc…)

Đo đạc các yếu tố định lượng(chiều cao, vị trí…)

Tách gộp các yếu tố của đối tượng và gán thuộc tính

Trình bày các yếu tố giải đoán và thể hiện trên bản đồ

Hình II.26 Các bước tiến hành giải đoán bằng mắt

VIII.2.2/ Kiểm tra thực địa

Kiểm tra thực địa được xem là dạng tài liệu hỗ trợ nhằm đánh giá dữ liệu phân tích. Về bản chất, công việc này để các nhà giải đoán làm quen với diện tích nghiên cứu và các nét đặc trưng của đối tượng được giải đoán. Kiểm tra thực địa được thực hiện sau khi đã giải đoán ảnh nhằm hiệu chỉnh các kết quả. Công việc thực địa rất tốn kém (thường gấp 3 lần phân tích trong phòng) nên phải có kế hoạch tỉ mỉ. Loại công việc, khối lượng, thời gian, phương pháp thu thập và thủ tục tích hợp dữ liệu cần được tính toán cẩn thận (số điểm và tuyến khảo sát, lấy mẫu ngẫu nhiên hay hệ thống…).

Khối lượng và dạng công việc ngoài trời cho từng đề án có thể thay đổi phụ thuộc vào:

- Kiểu phân tích dữ liệu.

- Chất lượng ảnh bao gồm độ phân giải và thông tin giải đoán được.

- Yêu cầu độ chính xác về phân loại và ranh giới.

- Kinh nghiệm của chuyên gia giải đoán ảnh và sự hiểu biết của họ về bộ cảm biến, diện tích và các chủ đề giải đoán.

- Đặc điểm địa hình và điều kiện giao thông trên diện tích nghiên cứu.

Để quá trình giải đoán đạt hiệu quả cao cần chú ý:

- Giải đoán nên thực hiện theo từng bước một.

- Giải đoán nên bắt đầu từ khái quát đến đặc trưng (cụ thể).

- Giải đoán nên tiến hành từ cái đã biết đến cái chưa biết.

VIII.2.3/ Ứng dụng giải đoán ảnh trong lập bản đồ chuyên đề

Các công đoạn cần thực hiện để thành lập bản đồ chuyên đề từ ảnh thường theo các trình tự sau:

- Chuẩn bị: xem xét khái quát các thông tin định tính và định lượng dưới dạng bản đồ về tỷ lệ, hình dạng, vị trí, cấu trúc, chất lượng, điều kiện của các đối tượng và mối quan hệ giữa chúng.

- Các công việc cơ sở: đọc các chỉ dẫn, định hướng ảnh theo bản đồ cơ sở.

- Đọc ảnh: đọc các dấu hiệu phân tích như hình dáng, kích thước, kiểu mẫu, tone, hoa văn, màu, bóng đổ và các quan hệ kết hợp khác. Đọc ảnh là cơ sở xây dựng chìa khóa giải đoán.

- Đo đạc ảnh: đo đạc chiều dài, chiều cao, vị trí các đối tượng, xác định mật độ, nhiệt độ các đối tượng (sử dụng dữ liệu tham khảo hoặc dữ liệu kiểm định một cách suy diễn và quy nạp).

- Phân tích ảnh: xác định mối quan hệ giữa các thông tin, trạng thái thực tế hoặc hiện tượng giải đoán và kiểm định vị trí.

- Thành lập bản đồ chuyên đề: chuyển kết quả phân tích lên bản đồ cơ sở, hoàn chỉnh hệ thống chú giải và bản đồ.

VIII.3/ Xử lý ảnh

Các dữ liệu ảnh được thu thập trong kỹ thuật viễn thám thường dưới dạng số và được xử lý bởi máy tính để tạo ảnh đã được giải đoán.Các dữ liệu thu được trong viễn thám thường được lưu dưới dạng ảnh số nên vấn đề xử lý ảnh số trong viễn thám đóng vai trò quan trọng trong việc tách thông tin hữu ích phục vụ cho nhiều ngành khác nhau.

Xử lý ảnh là quá trình sử dụng máy tính và các phần mềm ứng dụng để xử lý ảnh viễn thám tuỳ theo mục đích sử dụng.

1. Phân loại ảnh

Phân loại không kiểm định

Phân loại không kiểm định được sử dụng khi thiếu thông tin khảo sát tại thực địa. Chương trình máy tính được yêu cầu để nhóm các pixel có tính chất phổ giống nhau thành các nhóm đơn nhất theo một số tiêu chuẩn thống kê nhất định ta có thể cho máy tự động phân loại. Nhóm các yếu tố có độ phản xạ gần giống nhau thành một nhóm.

Phân loại không kiểm định làm nền tảng cho việc phân loại có kiểm định, vì dựa vào bảng phân loại này và những kiến thức thực tế cùng phần mềm hỗ trợ, người sử dụng có thể phân loại chính xác hơn.

Phân loại có kiểm định

Phân loại có kiểm định được thực hiện khi đặc tính và vị trí của một số hình thức như trong sử dụng đất nông nghiệp, khu công nghiệp, khu đô thị…đã biết được nhờ vào công tác khảo sát thực địa, phân tích dữ liệu không gian ảnh, dựa vào kinh nghiệm cá nhân. Những người phân tích dựa vào kiểu mẫu ảnh vì chúng có đặc tính phản xạ phổ khác nhau.

2. Quy trình phân loại ảnh

Quá trình tách thông tin từ ảnh vệ tinh có thể được thực hiện bằng máy tính hay giải đoán bằng mắt. Trong đó phân loại ảnh là quá trình tách hay gộp thông tin dựa trên các tính chất của phổ, không gian và thời gian cho bởi ảnh của đối tượng cần nghiên cứu.

Phương pháp phân loại ảnh được giới thiệu ở đây là các thuật toán được sử dụng để phân các đối tượng nào đó có các tính chất tương đối đồng nhất về mặt phổ thành các loại cơ bản được quan tâm bởi người giải đoán. Như vậy cần phải phân biệt loại thông tin và loại phổ trong phân loại ảnh viễn thám. Loại thông tin là những loại hình khác nhau của bề mặt đất mà người giải đoán cố gắng xác định nó trong ảnh, ví dụ như loại hình sử dụng đất, loại đất đá, loại cây…mà con người quan tâm (dùng để thành lập bản đồ chuyên đề).

Loại phổ là nhóm các pixel đồng nhất (gần giống nhau ) về giá trị độ sáng trong các kênh phổ khác nhau của ảnh vệ tinh. Mục tiêu của việc phân loại là làm phù hợp loại phổ của dữ liệu ảnh với thông tin được yêu cầu bởi người giải đoán.

Phương pháp phân loại ảnh được thực hiện bằng cách gán tên loại (loại thông tin) cho các khoảng cấp độ sáng nhất định (loại phổ) thuộc một nhóm đối tượng nào đó có

tính chất tương đối đồng nhất về phổ nhằm phân biệt các nhóm đó với nhau trong khuôn khổ ảnh. Tùy thuộc vào số loại thông tin yêu cầu, loại phổ trên ảnh được phân thành các loại tương ứng dựa theo một quy luật quyết định nào đó được xác định trước.

Trình tự phân loại gồm các bước sau:

Bước 1: Xác định số loại thông tin cần phân chia trong khu vực, các loại cần được định nghĩa rõ ràng về mặt chỉ tiêu, các chỉ tiêu này cần được lựa chọn có tính đến đặc thù của dữ liệu ảnh vệ tinh ( thời gian thu nhận ảnh, độ phân giải không gian, phổ…)

Bước 2: Tuyển chọn các đặc trưng bao gồm các đặc trưng về phổ của đối tượng

( ảnh đa phổ ) biến động về thời gian ( ảnh đa thời gian ) hoặc cấu trúc cụ thể của đối tượng nhằm thiết lập tiêu chuẩn cho phép phân biệt giữa các loại quan tâm (xử lý riêng rẽ hoặc phối hợp với nhau ).

Bước 3: Chọn vùng mẫu trên ảnh bao gồm dữ liệu tương ứng với vùng mẫu được khảo sát thực địa hoặc từ những dữ liệu cần thiết được lựa chọn dựa trên bước 1 và bước 2. Các số liệu được lấy trên cơ sở vùng mẫu có ý nghĩa quyết định trong việc thành lập các chỉ tiêu và luật quyết định trong phân loại, từ đó chọn thuật toán thích hợp của một trong hai phương pháp phân loại: phương pháp có giám định và phương pháp phi giám định, còn gọi là phân loại giám sát và phi giám sát.

Bước 4: Ước tính thống kê vùng mẫu nhằm xác định các giá trị tương ứng với loại phổ trong không gian đặc trưng của đối tượng quan tâm, từ đó áp dụng nhiều phương pháp phân loại khác nhau ứng với vùng mẫu và so sánh kết quả đạt được nhằm tìm thuật toán tối ưu cho cho kết quả phân loại.

Bước 5: Thực hiện phân loại, các pixel sẽ được phân tuần tự vào các loại tương ứng đã xác định.

Bước 6: Ảnh sau khi phân loại được làm trơn bởi các thuật toán lọc, đây là giai đoạn hậu xử lý sau khi phân loại.

Bước 7: Kiểm tra phân loại để đánh giá độ chính xác và mức độ tin cậy của ảnh sau khi phân loại. Kết quả phân loại được kiểm tra bằng cách so sánh ảnh phân loại với dữ liệu tham khảo đã có.

Ước tính thống kê

Huấn luyện phi giám địnhHuấn luyện giám định

Mẫu dữ liệu huấn luyện

Chọn đặc trưng phân loại

Phân loại

Xác định các loại mẫu

Hình II.27 Trình tự các bước phân loại ảnh viễn thám

IV. Sự tương thích giữa dữ liệu viễn thám và GIS

a) Dữ liệu viễn thám được xử lý và lưu trữ dưới dạng cấu trúc raster.

Hai mô hình vector và raster thường được sử dụng trong GIS để lưu trữ dữ liệu không gian, do đó việc tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS rất dễ dàng thực hiện.

b) Ảnh viễn thám chuyển đổi dễ dàng vào loại dữ liệu GIS mong muốn.

Với công nghệ hiện nay, các phần mềm của GIS đều có module chuyển đổi mô hình dữ liệu từ vector sang raster bảo đảm tính chính xác và không mất mát thông tin. Ngoài ra chức năng chồng ghép các lớp dữ liệu cho phép tích hợp và hiển thị đồng thời cả hai lớp vector và raster, điều này cho phép cập nhật nhanh các lớp dữ liệu về giao thông, thủy hệ, trong dữ liệu nền, cũng như lớp dữ liệu chuyên đề của GIS (hiện trạng sử dụng đất, biến đổi đường dọc bờ sông…) ở nhiều tỷ lệ khác nhau và cấp độ cập nhập khác nhau.

c) Dữ liệu viễn thám và dữ liệu GIS có cùng tọa độ tham chiếu.

Sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS đó là trong thực tế cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu không gian và có thể lập bản đồ số hóa. Điều này cho thấy yêu cầu dữ liệu trên cùng một khu vực sẽ có cùng tọa độ tham chiếu, nên về khía cạnh cơ

Đánh giá kết quả

sở toán học dữ liệu tương ứng của hai công nghệ sẽ tham chiếu cùng một hệ tọa độ và độ cao thống nhất. Do đó tính hiệu quả trong vận hành, phân tích và hiển thị dữ liệu sẽ được nâng cao đáng kể cho người sử dụng, đồng thời đảm bảo tính thống nhất của dữ liệu

d) Dữ liệu tích hợp tạo thuận lợi trong xây dựng và cập nhật dữ liệu.

Công nghệ viễn thám cho phép thành lập bản đồ tự động trong một phạm vi rộng lớn và cập nhật nhanh dữ liệu. Các thông tin chuyên đề tạo ra các dạng số từ công nghệ viễn thám dễ dàng được tổ chức thành các lớp thông tin hợp lý cho việc lưu trữ, quản lý, phân tích, và hiện thị trong môi trường GIS. Ngược lại nguồn dữ liệu có sẵn trong GIS luôn được cập nhật để đảm bảo tính hiện thời nhằm phản ánh chính xác thế giới thực sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc nắn chỉnh hình học, tạo dữ liệu mẫu, phân loại và đánh giá chất lượng sau khi xử lý ảnh. Do đó giải pháp xử lý tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS là phối hợp ưu thế của hai công nghệ trong việc thu thập, lưu trữ, phân tích và xử lý dữ liệu địa lý để nâng cao hiệu quả trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian.

Trong quy trình trên cho thấy quy trình xử lý và giải đoán ảnh vệ tinh rất ít sử dụng dữ liệu dạng vector, do đó các hệ thống xử lý ảnh viễn thám thường không đủ chức năng xử lý dữ liệu vector như GIS. Tuy nhiên những dữ liệu dạng vector sẵn có trong GIS như điểm khống chế mặt đất rất cần thiết cho nắn chỉnh hình học tạo bình độ ảnh, lớp polygon về ranh giới hành chính, loại hình sử dụng đất rất quan trọng cho việc giải đoán ảnh. Nói chung, độ chính xác về không gian và thời gian của dữ liệu địa lý phụ thuộc chủ yếu vào độ phân giải không gian và thời gian của ảnh vệ tinh được sử dụng và tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, công nghệ tích hợp viễn thám và GIS sẽ cập nhật hay xây dựng cơ sở dữ liệu GIS có yêu cầu tương ứng với độ chính xác trên diện rộng và tiết kiệm rất nhiều công lao động và thời gian thực hiện.

V. Các vấn đề trong việc sử dụng ảnh:

Để sử dụng hiệu quả dữ liệu ảnh phục vụ các mục đích ứng dụng khác nhau, người sử dụng cần phải xem xét các vấn đề cơ bản như sau:

- Mục tiêu của dự án là gì? Ảnh vệ tinh có thể ứng dụng để giải quyết vấn đề đặt ra?

- Độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh nào là phù hợp?

- Loại bản đồ cần được thành lập hay cập nhật? Ảnh nào có thể được áp dụng (Ảnh toàn sắc? Ảnh hàng không? Xác định kênh phổ nào là thích hợp?)

- Khảo sát thực địa có bao gồm trong kinh phí của dự án? Mức độ chi tiết nào cần thiết cho việc xử lý ảnh?

- Yêu cầu sử dụng ảnh trong phân tích biến đông?

- Dữ liệu thực trên mặt đât có cần phải thu thập?

- Điều kiện thời tiết và chiếu sáng như thế nào? Chọn ảnh rada, quang học hay dịch chuyển thời gian chụp ảnh để phù hợp điều kiện và sự thay đổi của thời tiết.

- Mức độ ảnh đã được xử lý bởi nhà cung cấp? (hiệu chỉnh hình học, bức xạ, khí quyển…)

- Độ chính xác cần thiết cho công việc?

- Vị trí địa lý của khu vực chụp ảnh?

- Kinh phí của dự án? Chọn giải pháp hiệu quả nhất?

VI. Ứng dụng của viễn thám

Ứng dụng công nghệ viễn thám để giải quyết những vấn đề thực tế thường yêu cầu phải liên kết với các loại thông tin khác nhằm phục vụ hiệu quả công tác phát triển kinh tế - xã hội theo hướng vươn tới sự phát triển bền vững trên cơ sở sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và giảm thiểu thiên tai. Hiện nay, xu thế tích hợp viễn thám và GIS đang trở thành công nghệ rất hiệu quả phục vụ cho các lĩnh vực sau:

- Dự báo thời tiết, theo dõi và dự báo những hiện tượng nguy hiểm như bão, áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, mưa lớn, lốc…

- Giám sát hiện tượng sạt lở bờ biển, bờ sông, các tai biến địa chất, cháy rừng và điều tra hiện trạng môi trường, giám sát biến động lớp phủ mặt đất, xói mòn đất, hoang mạc hóa, giám sát ô nhiễm do chất thải công nghiệp và dầu tràn…Các hiện tượng này thường diễn ra trên phạm vi rộng và bao gồm cả vùng sâu, vùng xa, biển khơi, hải đảo. Mặt khác, các hiện tượng đó diễn ra trong những khoảng thời gian không định trước nên chỉ có công nghệ viễn thám với khả năng bao quát các vùng rộng lớn, và có chu kỳ quan sát lặp lại khác nhau cũng như quan sát trong bất kỳ thời tiết nào, mới có thể đáp ứng được một phần các yêu cầu về giám sát môi trường và thiên tai.

- Trong các nghiên cứu địa chất và tìm kiếm – thăm dò khoáng sản, ảnh vệ tinh một mặt đen nhiều thông tin mới mà bằng các phương pháp truyền thống khó hoặc không đạt được, mặt khác cho phép giảm đáng kể khối lượng công tác thăm dò – tìm kiếm và khảo sát ngoài thực địa, nhờ đó có thể rút ngắn thời gian khảo sát và tiết kiệm được nhiều công sức, tiền của, nhất là đối với những vùng rừng núi khó đến.

- Bản đồ địa hình là tài liệu cơ sở của nhiều ngành dùng cho các mục đích dân sự cũng như quân sự. Để đáp ứng nhu cầu về hiệu chỉnh (cập nhật) một cách hệ thống các bản đồ địa hình ở các tỷ lệ cơ bản nhà nước (từ 1: 10.000 và nhỏ hơn) theo các chu kỳ quy định, kinh nghiệm cho thấy công nghệ khả thi nhất hiện nay là sử dụng ảnh vệ tinh.

- Để quản lý, quy hoạch sử dụng và bảo vệ tài nguyên rừng, tài nguyên đất và có được số liệu chính xác làm cơ sở để hoạch định các chương trình phát triển kinh tế - xã hội, biện pháp ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh, kết hợp với điều tra khảo sát cho tính đồng nhất về thời điểm thu thập thông tin trên phạm vi rộng, kể cả những vùng núi hẻo lánh, khó đến.

- Cung cấp thông tin cho công tác quản lý nuôi trồng thủy sản ven bờ và phục vụ đánh bắt hải sản xa bờ, thông tin về mùa màng phục vụ xuất khẩu nông sản, thông tin điều tra tổng hợp phục vụ quản lý dải ven bờ cũng như quy hoạch vùng, quy hoạch ngành phục vụ chuyển dịch cơ cấu kinh tế.

- Ứng dụng công nghệ viễn thám còn để đảm bảo đầy đủ hơn cơ sở khoa học – kỹ thuật cũng như rút ngắn thời gian thực hiện công tác quy hoạch và thiết kế mạng lưới giao thông, phát triển đô thị, xây dựng các công trình thủy điện…

- Công nghệ viễn thám còn có khả năng dùng đẻ nghiên cứu rất nhiều yếu tố hải dương học và nguồn lợi hải sản như dòng chảy, nước trồi, nhiệt độ, độ mặn, phân bố phù dung và hải sản…

- Viễn thám cho phép đảm bảo cung cấp thông tin kịp thời đáp ứng nhu cầu an ninh – quốc phòng. Hiện nay, những ứng dụng mới và theo hướng liên kết viễn thám – hệ thông tin địa lý (GIS) và định vị vệ tinh (GPS) đã tạo nên những công cụ rất hiệu quả phục vụ cho công tác bảo vệ an ninh – quốc phòng.

Một số ứng dụng cụ thể của viễn thám:

1. Ứng dụng viễn thám trong nông lâm nghiệp

Để quản lý, quy hoạch và bảo vệ tài nguyên rừng, tài nguyên đất nhà nước ta đã quy định 5 năm tiến hành một lần tổng kiểm kê đất trên phạm vi toàn quốc để theo dõi về biến động tình hình sử dụng đất. Tuy nhiên cho đến nay ta vẫn không có số liệu chính xác về diện tích rừng và diện tích các loại hình sử dụng đất làm cơ sở để hoạch định các chương trình phát triển kinh tế - xã hội, còn việc theo dõi biến động tài nguyên và biến động sử dụng đất thì hầu như không thực hiện được. Lý do là vì các phương pháp truyền thống không đủ khả năng đáp ứng yêu cầu. Biện pháp khả thi nhất để khắc phục tình trạng trên là ứng dụng rộng rãi và thường xuyên tư liệu ảnh vệ tinh, kết hợp với điều tra khảo sát, nâng cao độ tin cậy, tính đồng nhất về thời điểm của thông tin trên phạm vi cả nước, kể cả vùng hẻo lánh.

Ảnh vệ tinh và ảnh hàng không được sử dụng như một công cụ thành lập bản đồ để phân loại cây trồng, kiểm tra và giám sát sự phát triển cũng như phát hiện kịp thời vùng sâu bệnh. Nhìn chung hiện nay viễn thám cũng được ứng dụng khá hiệu quả trong nông lâm nghiệp bao gồm:

- Phân loại cây trồng, quản lý và đánh giá năng suất thu hoạch

- Thành lập bản đồ thích nghi cho từng loại cây trồng

- Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Phân tích biến động các loài hình sử dụng đất

Thành lập bản đồ loại cây trồng

Bản đồ loại cây trồng là tài liệu cơ sở của ngành nông nghiệp dùng để lập kế hoạch hoặc thống kê loại cây gì, đã được trồng ở đâu, trồng khi nào và phát triển ra sao, cho một vùng đất cụ thể. Song đến nay nhu cầu về bản đồ cây trồng của nước ta vẫn chưa được đáp ứng đầy đủ một phần do còn thiếu bản đồ hoặc do bản đồ đã cũ. Trước tình hình đó đòi hỏi phải đẩy mạnh công tác thành lập bản đồ loại cây trồng ở nước ta một cách hệ thống theo các chu kỳ quy định.

Viễn thám cung cấp một biện pháp hiệu quả và tin cậy cho việc thu thập các thông tin cần thiết để thành lập bản đồ loại cây trồng mà các phương pháp truyền thống không đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu này. Những phản xạ phổ của các vùng đất nông

nghiệp (cánh đồng) sẽ thay đổi theo sự phát triển của cây trồng, loại cây và sự tươi tốt của cây…do đó có thể cung cấp thông tin qua việc đo lường, theo dõi bởi các bộ cảm biến của ảnh vệ tinh. Ảnh đa thời được sử dụng để theo dõi sự phát triển của cây trồng, dữ liệu ảnh đa phổ giúp cho việc gia tăng độ chính xác phân loại và cung cấp nhiều thông tin hơn để phân biệt chi tiết các loại cây trồng cụ thể. Ví dụ, bước sóng nằm trong vùng khả kiến và hồng ngoại cung cấp thông tin liên quan đến hàm lượng chất diệp lục của cây và cấu trúc cành lá của chúng. Năng suất thu hoạch thường khác nhau rất nhiều giữa những vùng đất (đất bạc màu) hoặc khí hậu ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng. Viễn thám cho phép xác định những vùng gặp khó khăn để chuyển đổi cây phù hợp hoặc có biện pháp tưới tiêu hay tăng lượng phân bón nhằm góp phần tăng năng suất.

Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thường được xây dựng cho mục đích kiểm kê và đánh giá hiện trạng của khu vực. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất có thể xem như là tấm gương phản chiếu hoạt động của con người lên tài nguyên đất đai. Các loại hình thức sử dụng đất hiện tại là kết quả của quá trình sử dụng và chọn lọc đã được con người chấp nhận về mặt xã hội và có hiệu quả đối với người sử dụng.

Ảnh sau khi được giải đoán thể hiện sự phân bố của các đối tượng theo không gian và theo thời gian, do đó kết quả xử lý ảnh viễn thám sẽ chỉ cho ra hiện trạng lớp phủ tại thời điểm chụp. Để bổ sung thông tin cần thiết cho việc xử lý ảnh viễn thám, GIS cung cấp dữ liệu sẵn có liên quan đến hiểu biết thực địa của khu vực có những loại sử dụng đất cụ thể nào, những bản đồ đã thành lập…là cơ sở tốt để tham khảo. Việc tích hợp thông tin từ các kết quả phân loại của ảnh vệ tinh cũng như hiểu biết đầy đủ sẽ cho phép thành lập nhanh và chính xác bản đồ hiện trạng sử dụng đất.

Lập bản đồ sử dụng đất /lớp đất phủ thường sử dụng những thông tin về sử dụng đất là lớp phủ đất đang diễn ra trong khu vực. Thông tin lớp phủ đất có thể được giải đoán trực tiếp từ các ảnh viễn thám thích hợp. Thông tin về hoạt động nhân sinh trên mặt đất (sử dụng đất) không phải lúc nào cũng được phỏng đoán từ lớp phủ đất. Các thông tin bổ sung cũng rất cần thiết để xác định các loại hình sử dụng đất như công viên, khu vực bảo tồn nước có thể có các sử dụng đất trùng với ranh giới hành chính mà không dễ nhận ra trên ảnh viễn thám.

Lập bản đồ sử dụng đất từ ảnh viễn thám phải trải qua nhiều giai đoạn đầu tiên là việc thực hiện các phân tích trên ảnh, tiếp theo là phân loại và lập bản đồ dựa vào GIS. Người thực hiện phải quan tâm đến việc biểu diễn và phân tích ảnh trực quan. Phân tích ảnh trực quan là quá trình phân tích ảnh đồ họa bằng mắt nhằm đạt được những hiểu biết sâu sắc về dữ liệu. Vấn đề đặt ra là để phục vụ cho mục đích phân tích ảnh trực quan khoa học thì cần phải biểu diễn ảnh vệ tinh như thế nào, chọn kênh ảnh nào là phù hợp hoặc chọn ảnh tổ hợp màu, cơ sở phân loại dựa vào kiểu dáng của các mảnh đất canh tác.

Những vùng phát triển nhất thường là những vùng nằm ở vị trí tốt, ít dốc, khai thác dễ, các thửa ruộng thường rộng và vuông vắn. Trong các vùng trũng thì các dải đất cao và khô ráo rất thuận lợi cho khai phá và xây dựng làng xóm hoặc đô thị. Trong các vùng núi, các mảnh đất thấp thường có tầng dày, gần sông suối dễ trồng trọt nhưng hình dạng của các mảnh đất không đều đặn. Đường giao thông chính cắt qua những đoạn xây dựng thuận lợi và điều kiện tự nhiên ổn định. Sau khi phân tích ảnh trực quan ta dựa vào đó thực hiện công tác phân loại ảnh cộng với phần mềm hộ trợ.

2. Ứng dụng viễn thám trong việc nghiên cứu bề mặt nước biển (viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên và môi trường)

Sử dụng viễn thám để nghiên cứu các dòng nhiệt trên biển do chất thải công nghiệp

Hoạt động công nghiệp luôn sử dụng nước làm tác nhân tản nhiệt và đồng thời cũng thải ra các dòng nước nóng kèm theo các chất thải khác, quá trình đó có tác động lớn đến môi trường.

Sử dụng ảnh hồng ngoại nhiệt cho phép xác định và phân biệt các dòng nhiệt khác nhau, bao gồm các dòng nhiệt độ cao có khả năng giết chết các vật chất hữu cơ hoặc hủy hoại môi trường sống của chúng, đôi khi việc xác định được các dòng nước nóng thuận lợi cho việc nuôi tôm hùm và sò.

Sử dụng viễn thám trong việc phát hiện váng dầu

Thông thường việc nghiên cứu các dòng chảy trên biển sử dụng các máy đo dòng chảy, các phao trôi, các thiết bị đo nhiệt độ trực tiếp. Song có thể sử dụng viễn thám để nghiên cứu các vấn đề đó, đặc biệt là đối với các vùng mặt nước biển rộng lớn.

Những nghiên cứu đã tổng hợp những kinh nghiệm như sau:

- Màu của ảnh liên quan đến các vật lơ lửng như phù sa và sinh vật trôi nổi. Sử dụng vùng nhìn thấy của tư liệu vệ tinh CZCS, LANDSAT, MSS, TM và các máy quét khác.

- Các trường nhiệt sử dụng kênh hồng ngoại của tư liệu vệ tinh địa tĩnh GOES, AVHRR, LANDSAT, TM, SEASAT…

- Có thể sử dụng dải rada của tư liệu vệ tinh SEASAT để nghiên cứu sóng biển. Điều này cũng cho phép nghiên cứu về dòng biển, các lớp nước biển và độ sâu đáy biển.

Thông thường để nghiên cứu váng dầu, chụp ảnh bằng tia cực tím (320 nm-380 nm) có hiệu quả hơn. Tuy nhiên cũng có thể dùng ảnh cả vùng nhìn thấy và gần hồng ngoại để nâng cao độ chính xác, tránh nhầm lẫn giữa váng dầu, tảo và bọt biển. Những áp dụng chính của viễn thám khi nghiên cứu váng dầu là giúp cho việc xây dựng các luật bắt buộc về kiểm soát ô nhiễm dầu và xác định quy mô tác động của ô nhiễm do dầu để có biện pháp xử lý kịp thời.

3. Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu tai biến

Động đất, trượt lở, hoạt động núi lửa, quá trình ngập lụt, cháy rừng là những những hiện tượng tai biến tự nhiên đã giết chết hàng ngàn người và làm thiệt hại hàng tỷ đô la hàng năm và luôn là mối hiểm họa cho người dân sống ở các vùng đó.

Sử dụng viễn thám cho phép bổ sung một phương pháp nghiên cứu hữu hiệu nhằm nhận biết các tai biến đó.

Nghiên cứu động đất

Động đất thường phát sinh ở vùng mà vỏ trái đất yếu và có các đứt gãy đang hoạt động, viễn thám góp phần dự đoán động đất bằng việc phát hiện các đứt gãy đó. Thông tin này có thể phát hiện trên tư liệu Landsat, Spot…với các giải sóng khác nhau. Tất

nhiên việc chụp ảnh hồng ngoại, ảnh rada sẽ cung cấp thêm nhiều thông tin chính xác tân kiến tạo và dự báo động đất.

Nghiên cứu sự sụt lún đất

Đây cũng là một hiện tượng tai biến quan trọng cần được nghiên cứu kỹ vì nó cũng gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Nguyên nhân của sự lún đất có thể là[8]:

- Các đứt gãy địa chất có tác động vào các thành tạo địa chất trẻ.

- Các đứt gãy đột biến

- Sự lún hạ của các đứt gãy vòng

- Sự khác biệt của mạng lưới thủy văn ở các phía khác nhau của đứt gãy.

- Do sự tăng độ ẩm về một phía của đứt gãy

- Các dị thường về thực vật

Nghiên cứu trượt lở đất

Trượt lở đất xuất hiện trên mặt đất và cả dưới đáy biển ở vùng có nền vật chất không ổn định. Hiện tượng trượt lở đất thực ra khó phân biệt trên ảnh song nếu phân tích kỹ ảnh đa phổ đặc biệt là ảnh máy bay thì có thể dễ dàng phát hiện bằng sự thay đổi màu sắc, độ cao và hình dạng các khối trượt. Hiện tượng trượt lỡ đất ở vùng núi cũng dễ dàng phát hiện trên ảnh vệ tinh song cũng dễ nhầm lẫn với các hoạt động canh tác trên sườn dốc.