Đề cương viễn thám

Chia sẻ: Hoaneuro Hoan | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

498
lượt xem 41
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chúng ta nhận biết và phân biệt các đối tượng khác nhau nhờ ánh sáng nhìn thấy được phản xạ từ bề mặt các vật thể. Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng (0,4 – 0,7μm) với dải phổ đỏ, da cam, vàng….chàm, tím Các đối tượng tự nhiên ví dụ như thực vật có màu xanh lá cây vì chúng phản xạ mạnh ánh sáng màu này trong dải bước sóng nhìn thấy. Ngoài ra các đối tượng cũng phản xạ ánh sáng vùng gần hồng ngoại và tử ngoại mà mắt thường không nhìn thấy....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề cương viễn thám

ĐỀ CƯƠNG VIỄN THÁM Câu 1: Nguyên lý viễn thám: 1. Nguyên lý phản xạ ánh sáng khác nhau Chúng ta nhận biết và phân biệt các đối tượng khác nhau nhờ ánh sáng nhìn thấy được phản xạ từ bề mặt các vật thể. Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng (0,4 – 0,7μm) với dải phổ đỏ, da cam, vàng….chàm, tím Các đối tượng tự nhiên ví dụ như thực vật có màu xanh lá cây vì chúng phản xạ mạnh ánh sáng màu này trong dải bước sóng nhìn thấy. Ngoài ra các đối tượng cũng phản xạ ánh sáng vùng gần h ồng ngoại và tử ngoại mà mắt thường không nhìn thấy. Các đối tượng khác nhau dưới mặt đất sẽ phản xạ các bước sóng đi ện t ừ khác nhau (các đối tượng thuộc cùng một lớp sẽ có độ phổ khác nhau trong các băng phổ khác nhau và các lớp đối tượng khác nhau cũng sẽ có phổ khác nhau trên cùng một băng phổ. Tóm lại: Tất cả các đối tượng trong tự nhiên sẽ có ph ản xạ phổ riêng đặc trưng phụ thuộc vào bề mặt của chúng ví dụ bề mặt thực vật, đất, nước… Dựa vào đặc trưng này mà ta có thể nhận biết và phân loại các đối tượng thông qua việc đo cường độ phổ phản xạ từ bề mặt các đối tượng tự nhiên trên tư liệu ảnh viễn thám. 2. Nguyên lý bức xạ năng lượng nhiệt khác nhau Tất cả các đối tượng trong tự nhiên bức xạ năng lượng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ riêng của chúng. Các thông tin nhiệt về các đối tượng được thu nhận nhờ việc đo cường độ bức xạ. Như vậy nhờ các thông tin này chúng ta cũng có th ể nhận biết và phân biệt được các đối tượng Tóm lại: theo hai nguyên tắc trên hệ thống viễn thám có th ể hoạt động trong vùng cực tí, vùng ánh sáng nhìn thấy vùng gần hồng ngoại và vùng sóng cực ngắn của quang phổ điện từ Tương tác với khí quyển: Năng lượng điện từ truyền qua môi trường khí quyển. Khi đi qua tầng khí quyển, năng lượng điện từ sẽ bị hấp thụ một phần, một phần sẽ bị biến đổi và tán xạ 3. Hệ thống viễn thám Hệ thống viễn thám sử dụng bức xạ điện từ với bốn thành ph ần cơ bản là: Nguồn: Nguồn bức xạ điện từ có thể là nguồn tự nhiên của bức xạ điện từ là ánh sáng mặt trời hoặc bức xạ nhiệt của qu ả đ ất b ị đ ốt nóng, hoặc do con người tạo ra như sóng radar, sóng siêu cao tần
Tương tác với bề mặt trái đất: khi năng lượng điện từ chiếu tới vật thể, một phần năng lượng này bị hấp thụ, một phần bị ph ản x ạ, một phần sau đó bị bức xạ. Cường độ và các đặc trưng của bức xạ hay phản xạ phụ thuộc vào đặc trưng bề mặt của các đối tượng khác nhau trên m ặt đất. Bộ cảm biến: Bức xạ điện từ phản xạ từ bề mặt trái đất sau khi đi qua khí quyển được ghi lại nhờ bộ cảm biến như máy đo bức xạ hoặc máy chụp ảnh. Năng lượng điện từ này đi vào hệ thống sensor sẽ được đo đạc và biến đổi thành tín hiệu dạng phổ ghi trên băng từ Câu 2: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật: Khả năng phản xạ phổ của thực vật thay đổi theo chiều dài bước sóng Trong vùng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất clorophin trong lá cây; Thực vật phản xạ phổ cao nhất ở bước sóng màu lục (0.5 - 0.6 μm) (tương ứng với dải sóng màu lục-Green) trong vùng nhìn thấy và có màu xanh lục. Khi diệp lục tố giảm đi, thực vật chuyển sang kh ả năng ph ản xạ ánh sáng màu đỏ trội hơn, dẫn đến lá cây có màu vàng; Các đặc trưng phản xạ phổ của thực vật nổi bật nhất ở vùng hồng ngo ại gần (0,7-1.4μm), là vùng bước 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 lượng chlorophyll (diệp lục), độ dày tán lá và cấu trúc tán lá.
- Vùng cận hồng ngoại do trong lá cây có nước nên nó h ấp th ụ b ức x ạ vùng hồng ngoại do dó phản xạ phổ của lá cây giảm; - Khi lá cây bị úa hoặc có bệnh, hàm lượng clorophin trong lá giảm đi lúc đó khả năng phản xạ phổ cũng bị thay đổi và trên ảnh vệ tinh lá cây có màu vàng đỏ; - Ở vùng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu đến khả năng phản xạ phổ của lá cây là hàm lượng nước trong lá; - Khi hàm lượng nước trong lá cây giảm đi thì khả năng ph ản x ạ phổ của lá cây tăng lên đáng kể Tóm lại : khả năng phản xạ phổ của mỗi loại th ực vật khác nhau là khác nhau. Đặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:
- ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và h ồng ngoaijkhar năng phản xạ phổ khác biệt rõ rệt - ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng bị hấp th ụ bởi clorophin có trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ - ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ, ở đây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt - ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước - vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thụ là cực đại, ảnh hưởng của cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ là không lớn bằng hàm lượng nước trong lá. Câu 3: đặc tính phản xạ phổ của các loại đất: Nhìn chung các đường đặc trưng phản xạ của thổ nhưỡng không phức tạp như của thực vật - Đặc tính chung nhất của chúng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại. Ở đây chỉ có khả năng hấp thụ và năng lượng phản xạ mà không có năng lượng thấu quang. Khả năng phản xạ phổ của các loại đất Các loại đất với thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ và vô c ơ khác nhau thì khả năng phản xạ phổ cũng khác nhau; Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến phản xạ phổ của đất là c ấu trúc bề mặt đất, độ ẩm của đất, và các thành phần hợp chất hữu cơ, vô cơ. Cấu trúc của đất phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ sét, bụi, cát
- Ô xít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của đất, phản xạ phổ tăng khi hàm lượng ô xít sắt trong đất giảm xuống rõ nét nhất trong giải phổ nhìn thấy; Tóm lại: Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ ph ổ c ủa th ổ nhưỡng, tuy nhiên chúng có quan hệ chặt chẽ với nhau (cấu trúc, độ ẩm, độ mịn bề mặt, hàm lượng chất hữu cơ và ô xít sắt) Một điểm quan trọng cần lưu ý là biên độ đồ thị khả năng phản xạ của các loại đất có thể khác xa nhau nh ưng nhìn chung nh ững khác nhau này ổn định ở nhiều dải sóng khác nhau; Đối với thực vật chúng ta giải đoán nhờ khả năng phản xạ phụ thuộc vào bước sóng (đoán đọc điều vẽ ở các kênh khác nhau) nhưng với thổ nhưỡng thì không làm như vậy được do vậy chủ yếu chúng ta phải đoán đọc điều vẽ ở các dải sóng nhìn thấy. Câu 3: Đặc tính phản xạ phổ của nước Cũng giống như phản xạ phổ của thổ nhưỡng, phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước; Khả năng phản xạ phổ của của nước còn phụ thuộc vào bề m ặt nước và trạng thái của nước; Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng, còn một số đặc tính của nước cần ph ải sử dụng dải sóng nhìn thấy để nhận biết; Đồ thị phản xạ phổ của nước
Trong điều kiện tự nhiên, mặt nước hoặc một lớp nước mỏng s ẽ h ấp th ụ năng lượng rất mạnh ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại do đó năng lượng phản xạ là rất ít; Khả năng phản xạ phổ của nước ở dải sóng dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụp cho ta khả năng đoán đọc đi ều v ẽ các đối tượng thủy văn, ao hồ… Nước biển, nước ngọt, nước cất có chung đặc điểm là thấu quang mạnh, độ thấu quang của nước đục giảm hơn và bước sóng càng dài thì độ thấu quang càng lớn; Tuy nhiên trong điều kiện tự nhiên không phải lúc nào cũng lý tưởng như nước cất. Thông thường trong nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vô cơ vì vậy khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước; Khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào độ đục của nước; Hàm lượng clorophin trong nước cũng là một trong các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của nước; Tóm lại: Trong khoảng bước sóng từ nhìn thấy trở đi khả năng phản xạ phổ của nước giảm dần theo chiều tăng của bước sóng - Với mỗi loại nước khác nhau khả năng phản xạ phổ khác nhau - Thông thường trong nước chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vô cơ vì v ậy khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nước - Các nghiên cứu cho thấy nước đục có khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong nhất là những dải sóng dài-liên quan đến đất trong nước - Hàm lượng clorophin trong nước (thực vật dưới nước) cũng là một y ếu tố ảnh huwongr tới khả năng phản xạ phổ của nước ở bước sóng ngắn và tăng khả năng phản xạ phổ của nước ở bước sóng có màu xanh lá cây - Ngoài ra còn một số các yếu tố khác ảnh hưởng đến kh ả năng ph ản x ạ của nước như hàm lượng khí metan, oxy, nito, cacbonic…trong nước Câu 5: MỘT SỐ YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG PHẢN XẠ PHỔ CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG TỰ NHIÊN Để đoán đọc điều vẽ các đối tượng tự nhiên có hiệu quả ta ph ải xác định ảnh hưởng của các yếu tố không gian thời gian, khí quyển đến khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên I. ảnh hưởng của các yếu tố không gian-thời gian 1. yếu tố thời gian thực vật phủ mặt đất và một số đối tượng khác thường hay thay đ ổi theo thời gian. Do vậy khả năng phản xạ phổ cũng thay đổi theo thời gian. Ví dụ cây rụng lá vào mùa đông và xanh tố vào mùa xuân, mùa hè, hoặc lúa có
biểu hiện khác nhau theo thời vụ. Vì vậy khi giải đoán ảnh c ần bi ết rõ thời vụ, thời điểm ghi nhận ảnh và đặc điểm của đối tượng cần giải đoán 2. yếu tố không gian Yếu tố không gian cục bộ: thể hiện khi chụp ảnh cùng một loại đối tượng. ví dụ cây trồng theo hàng, luống thì khả năng phản xạ phổ của 2 loại trồng này sẽ đem lại khả năng phản xạ phổ khác nhau Yếu tố địa lý: thể hiện khi cùng loại thực vật nh ững điều ki ện sinh trưởng khác nhau theo vùng địa lý thì khả năng phản xạ phổ khác nhau Yếu tố thời gian cùng có thể hiện. Khi góc mặt trời h ạ th ấp ta s ẽ có hình ảnh núi có bóng và cùng một đối tượng trên 2 s ườn núi một bên đ ược chiếu sáng và một bên không được chiếu sáng đã tạo nên khả năng phản xạ phổ khác nhau. Để có thể khống chế được ảnh hưởng của yếu tố không gian và thời gian đến khả năng phản xạ phổ ta cần thực hiện một số phương án sau: + ghi nhận thong tin vào thời điểm mà khẩ năng phản xạ ph ổ của một đ ối tượng khác + ghi nhận thong tin vào những lúc mà khả năng ph ản xạ phổ của một đối tượng không khác biệt mấy + ghi nhận thong tin thường xuyên, định kỳ thong qua m ột kho ảng th ời gian nhất định + ghi nhận thông tin trong điều kiện môi trường nhất đ ịnh, ví d ụ góc m ặt trời tối thiểu, mây ít hơn 10%, qua một số ngày nhất định hoặc sau khi gặt lúa II. Ảnh hưởng của khí quyển Khi xem xét hệ thống ghi nhận các số liệu về thông tin vi ễn thám ta th ấy rằng năng lượng bức xạ từ mặt trời chiếu xuống các đối tượng trân mặt đất phải qua một tấng khí quyển, sau đó ph ản xạ t ừ b ề m ặt trái đ ất năng lượng lại được truyền qua khí quyển tới máy ghi nhận thông tin trên vệ tinh. Do vậy khí quyển ảnh hưởng rất lớn tới khả năng ph ản x ạ ph ổ c ủa các đối tượng tự nhiên Khí quyển có thể ảnh hưởng tới số liệu vệ tinh viễn thám bằng 2 con đường là tán xạ và hấp thụ năng lượng - Hiện tượng tán xạ chỉ làm đổi hướng các tia chiếu mà không làm mất năng lượng. Hiện tượng tán xạ là do các thành phần không khí hoặc các ion trong khí quyển phản xạ tia chiếu tới, hoặc do lớp khí quy ển dày đ ặc, mật độ không khí ở các lớp không đồng nhất nên khi tia chi ếu truy ền qua các lớp này sẽ gây ra hiện tượng khúc xạ; - Hiện tượng hấp thụ diễn ra khi tia sáng không được tán xạ mà năng lượng được truyền qua các nguyên tử không khí trong khí quyển và làm nóng lớp khí quyển;
Tóm lại các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tán xạ và hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời là: - Do sự hấp thụ, khúc xạ năng lượng mặt trời của các ph ần t ử trong khí quyển; - Do sự hấp thụ có chọn lọc bước sóng của hơi nước, ozon và các hợp chất không khí trong khí quyển; - Sự tán xạ năng lượng chiếu tới do sự không đồng nhất của khí quyển và các hạt nhỏ trong khí quyển; Câu 6. Nêu nội dung của các yếu tố ảnh trong giải đoán ảnh vệ tinh 1. Kích thước Kích thước của đối tượng tuỳ thuộc vào tỷ lệ ảnh, kích th ước có thểxác định nếu lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với mẫu số tỷ lệ của ảnh (cần phải chọn một tỷ lệ ảnh phù hợp để giải đoán). Theo chuẩn kích thước, người ta biết đượcmột số tính chất đặc trưng của địa vật bằng cách gián tiếp. Chuẩn kích thước dung để đoán đọc đi ều vẽ các địa vật có cùng hình dạng 2. Hình dạng Là đặc trưng bên ngoàI tiêu biểu cho đối tượng và có ý nghĩa quan trọng trong giải đoán ảnh. Hình dạng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên cao xuống được coi là chuẩn giải đoán ảnh quan trọng ( ruộng thường có dạng hình vuông hay chữ nhật, khu vực chung cư cao tầng khác với nhà riêng lẻ...) Có 2 loại hình dạng xác định và không xác định: Hình dạng xác định là chuẩn đoán đọc điều vẽ tin cậy các mục tiêu nhân tạo và chúng thường có ảnh với hình dạng hình học xác định Còn các địa vật tự nhiên (cánh đồng ccor, khu rừng) th ường có ảnh với hình dạng không xác định thường là chuẩn đoán đọc điều vẽ ảnh không tin cậy Ngoài ra người ta còn chia ra hình vết, hình tuyến, hình kh ối, hình ph ẳng. Hình tuyến có ý nghĩa rất quan trọng khi đoán đọc điều vẽ các địa vật hình tuyến như các yếu tố giao thong, thủy lợi và người ta có th ể nhìn th ấy chúng ngay cả trên tỷ lệ ảnh nhỏ 3. Hình bóng Khi nguồn phát năng lượng (mặt trời hay rada) không nằm ngay trên đỉnh đầu hoặc trong trưòng hợp nghiêng sẽ xuất hiện bóng của đối tượng. Căn cứ theo bóng của vật thể có thể xác định được chiều cao của vật thể, trong ảnh rada bóng râm là yếu tố giúp cho việc xác định địa hình và hình dạng mặt đất.
Tuy nhiên, bóng râm trong ảnh vệ tinh quang học th ường làm gi ảm kh ả năng giải đoán đối với khu vực nhiều nhà cao tầng, rất khó khăn trong việc xác định diện tích của vật thể. Có 2 loại bóng : bóng bản thân và bóng đổ - Bóng bản thân là bóng năng ngay tại chính bản thân địa v ật đó, t ức là phía địa vật không được chiếu sáng - Bóng đổ là bóng do địa vật hắt xuống mặt đất hay xuống địa vật khác 4. Độ đậm nhạt Cấp độ sang từ 0-255 Đối tượng màu đen tương ứng với cấp độ sang là 0, màu trắng tương ứng với cấp độ sang 255 Là tổng hợp năng lượng phản xạ của bề mặt của đối tượng. Mỗi vật th ể được thể hiện bằng một cấp độ ánh sáng nhất định tỷ lệ với cường độ phản xạ ánh sáng của nó (ảnh đen trắng biến thiên t ừ màu tr ắng đ ến màu đen, ảnh màu thì tôn ảnh sẽ cho độ đậm nhạt màu để phân biệt vật th ể khác nhau). Ví dụ, cát khô phản xạ rất mạnh ánh sáng nên bao giờ cũng có màu tr ắng, trong khi đó cát ướt do độ phản xạ kém hơn nên có màu tối hơn trên ảnh đen trắng. Trên ảnh hồng ngoại đen trắng, do thực vật phản xạ mạnh h ơn nên chúng có màu trắng và nước lại hấp thụ hầu hết bức xạ trong dải sóng này nên bao giờ cĩng có màu đen.Độ đậm nhật (nền ảnh) là yếu t ố rất quan trọng và cơ bản trong việc giải đoán ảnh. 5. Màu sắc Là một yếu tố rất thuận lợi trong việc xác định chi tiết các đối tượng. Ví dụ, các kiểu loài thực vật có thể được phát hiện dễ dàng thông qua màu sắc (ngay cả cho những người không có nhiều kinh nghiệm). Trong giải đoán ảnh khi sử dụng ảnh hồng ngoại màu, các đối tượng khác nhau sẽ cho các tông màu khác nhau, đặc biệt khi s ử d ụng ảnh đa phổ tổ hợp màu. Tuỳ theo mục tiêu giải đoán, việc chọn lựa các kênh ph ổ thích hợp để tổ hợp màu sẽ hiển thị rõ nhất các đ ối tượng mà ng ười gi ải đoán quan tâm. Vd: nước: có màu xanh sẫm, rừng có màu đỏ tươi, đát NN: đỏ nh ạt, đất trống: xám trắng, đô thị: trắng, đường GT: trắng xanh 6. Cấu trúc Là tần số lặp lại của sự thay đổi tông ảnh cho một khu vực cụ th ể trên một vùng ảnh mà trong mối quan hệ với đối tượng đó có cấu trúc là mịn hay sần sùi. Ví dụ, hình ảnh của các dãy nhà, hình mẫu của ruộng nước, đồi chè… tạo ra những hình mẫu đặc trưng riêng cho các đối tượng đó (cỏ cho cấu
trúc mịn, rừng cho cấu trúc thô). Chú ý, chu ẩn c ấu trúc cũng tuỳ thu ộc vào tỷ lệ ảnh và cấu trúc mịn thường thể hiện đối tượng là đồng chất hoặc có bề mặt bằng phẳng 7. Hình mẫu Liên quan đến việc sắp xếp của đối tượng về mặt không gian mà m ắt người giải đoán có thể phân biệt được. Đây là dạng tương ứng với vật thể theo một quy luật nhất định, nghĩa là sự lặp lại theo trật t ự c ụ th ể c ủa tông ảnh hay cấu trúc sẽ tạo ra sự phân biệt và đồng thời có thể nhận biết được hình mẫu. Ví dụ các dãy nhà, giao lộ, hay dễ dàng phân biệt cây ăn trái khác với cây rừng hay cây được trồng trong thành phố…Hình mẫu cung cấp thông tin từ sự đồng nhất về hình dạng của chúng. 8. mối liên quan Sự phối hợp tất cả các yếu tố giải đoán, môi trường xung quanh hoặc mối liên quan của đối tượng nghiên cứu với các đối tượng khác sẽ cung cấp một thông tin giải đoán quan trọng để giảm nhẹ việc xác định chính xác đối tượng. Ví dụ, khu vực thương mại sẽ liên quan đến các đ ường giao thông lớn; khu dân cư sẽ có nhiều trường học, công viên… Câu 7: ND Các yếu tố địa kỹ thuật trong giải đoán ảnh vệ tinh 1. Địa hình: Địa hình cho phép phân biệt sơ bộ các y ếu t ố trên ảnh, t ừ đó định hướng rất rõ trong phân tích 2. Thực vật: Sự phân bố của một kiểu thảm thực vật và đặc điểm của nó là một dấu hiệu hết sức quan trọng để phân biệt đối tượng 3. Hiện trạng sử dụng đất: Đây chính là mục tiêu, vừa là dấu hiệu trong giải đoán bằng mắt. Hiện trạng sử dụng đất cung cấp nh ững thong tin quan trọng để xác định các đối tượng Ví dụ: Lúa một vụ, vùng bồi cao Lúa 2 vụ - vùng thấp thường xuyên vừa đủ nước đó là các đ ồng b ằng phù sa 4. Mạng lưới sông suối: Mạng lưới sông suối có quan hệ rất mật thiết với hình dạng địa hình, độ dốc, lớp vỏ phong hóa đồng thời nó cũng cho biết đặc điểm cấu trúc địa chất của khu vực 5. Hệ thống các khe nứt lớn và các yếu tố dạng tuyến 6. Tổ hộp các yếu tố giải đoán Ví dụ: Bãi bồi không thể có ở sườn núi, mặc dù vài đặc điểm trên ảnh hưởng trông rất giống dấu hiệu của nó. Các bãi bồi chỉ phân bố ở 2 bên bờ sông, suối, có màu sáng, còn 2 bên sườn núi, các m ảng màu sáng l ại là các đối tượng trượt lở hoặc vùng canh tác nương rẫy Câu 8.Vẽ sơ đồ giải thích quy trình kỹ thuật xử lý ảnh số
1. Nhập dữ liệu Có 2 nguồn dữ liệu chính đó là ảnh tương tự do các máy chụp cung cấp và ảnh số do các máy quét đa phổ cung cấp. Để xử lý ảnh số thì dữ liệu bắt buộc phải được lưu dưới dạng số sao cho có thể lưu trữ, vận hành và phân tích bằng máy tính. Trường hợp ảnh số thì dữ liệu được chuyển từ các băng từ lưu trữ mật độ cao HDDT ( High Density Digital Tape) vào các băng từ CCT(Computer Compatible Tape) hay CD-ROM để bất kỳ máy tính nào cũng có thể đọc được số liệu. Trường hợp các ảnh tương tự phải được chuyển thành ảnh số thông qua các máy quét 2. Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh Đây là giai đoạn tiền xử lí mà phải được th ực hiện trước khi ti ến hành phân tích và tách các thông tin trên ảnh vệ tinh. Tiền xử lý ảnh số bao gồm hiệu chỉnh hình học và bức x ạ, thường được thực hiện trên các máy tính lớn tại các trung tâm thu d ữ li ệu vệ tinh nhằm tạo ra một dữ liệu ảnh ảnh lý tưởng cung cấp cho người s ử dụng Hiệu chỉnh bức xạ để bảo đảm ảnh số nhận được những giá trị chính xác của năng lượng bức xạ và phản xạ do bộ cảm biến thu được (không bị nhiễu do khí quyển hay sai số hệ thống của bộ cảm biến). Hiệu chỉnh hình học bao gồm những hiệu chỉnh biến dạng hình học do sự thay đổi của bề mặt đất hay của bộ cảm biến và chuy ển đổi
ảnh số về toạ độ thực của địa phương hay toàn cầu để thuận lợi cho việc tách các thông tin hữu ích cho trên ảnh vệ tinh. 3. Biến đổi ảnh Các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng ảnh, lọc không gian, nén ảnh, tạo ảnh tỷ số…có thể thực hiện trên các máy tính cá nhân trong khuôn khổ của phòng thí nghiệm hoặc cơ quan khai thác ứng dụng ảnh vệ tinh. Biến đổi ảnh là thao tác được áp dụng thường xuyên trong quá trình xử lý ảnh, thực chất là biến đổi ảnh gốc thành ảnh mới nhằm th ể hiện ảnh được rõ ràng hơn, hay tạo điểm nhấn đối với các đối t ượng c ần quan tâm, giúp cho công tác giải đoán hiệu quả và chính xác hơn. 4. Phân loại và phân tích Phân loại ảnh đa phổ với mục đích tách các thông tin c ần thi ết ph ục v ụ việc giám sát các đối tượng hay lập bản đồ chuyên đề là khâu then ch ốt của việc xử lý ảnh viễn thám. Thực chất là gộp các nhóm đối tượng nào đó có các tính chất tương đối đồng nhất trên ảnh, bằng cách tiến hành gán màu hay khoảng cấp độ sáng nhất định nhằm phân biệt các nhóm đó với nhau trong khuôn khổ ảnh. 5. Xuất kết quả Sau khi hoàn tất các khâu xử lý, kết quả nhận được có thể xuất dưới dạng phim ảnh, copy màu … các kết quả xuất dạng số ngày càng được khai thác sử dụng nhiều hơn vì nó cho phép tích hợp với GIS (h ệ thông tin địa lý). Dữ liệu viễn thám là nguồn cung cấp cơ sở dữ liệu cho GIS trên cơ sở các lớp thông tin chuyên đề khác nhau; sử dụng ch ức năng ch ồng lớp hay phân tích của GIS để tạo ra một kết quả chính xác và phong phú hơn Câu 9: Ưu nhược điểm của phương thành lập bản đồ hi ện tr ạng bằng tư liệu ảnh vệ tinh. Khoảng 10 năm trở lại đây, tư liệu ảnh viễn thám đã trở thành m ột phương tiện kỹ thuật hiện đại được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khkt khác nhau, đặc biệt là trong công tác thành lập bản đ ồ HTSDD b ởi nh ững ưu thế vốn có của nó mà những nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu truyền thống không thể có được: - Khả năng cập nhật thông tin - Tính chất đa thời gian của tư liệu - Tính chất phong phú của thong tin đa phổ với các d ải ph ổ ngày càng được mở rộng
- Tính chất đa dạng của nhiều tầng, nhiều dạng thông tin ảnh hàng không, ảnh chụp vũ trụ - Tính đa dạng của tư liệu: băng từ, phim, ảnh, đĩa từ… Từ những ưu điểm đó mà việc lựa chọn thuật toán thích hợp trong vi ệc xử lý số liệu viễn thám để thành lập bản đồ HTSDD là m ột v ấn đ ề quan trọng. Nếu thuật toán ploai sử dụng hợp lý thì kqua của việc phân lo ại sẽ chính xác và thời gian tiến hành nhanh, việc xử lý trở nên đơn giản Ngược lại thuật toán phân loại sử dụng không hợp lý sẽ đẫn tới bỏ sót, phân loại nhầm hoặc tốc độ phân loại chậm Tuy nhiên: pp này cũng còn một số mặt hạn chế như: - Nhiều dạng khác nhau của lớp phủ bề mặt có th ể không đ ược phân biệt trên ảnh, để giải đoán được ta phải có sự hỗ trợ của các tư liệu khác - Thông tin theo chiều caocos giá trị để phân loại nh ững đối t ượng s ử dụng đất thường bị mất đi hoặc k rõ nét - ở những khu vực đã có bản đồ thành lập chu kỳ trước, vi ệc áp d ụng phương pháp này là không hiệu quả vì phải giải đoán ảnh ở cả những vùng mà HTSDD không thay đổi - đối với một vùng nhỏ thì chi phí cho các tư liệu viễn thám đ ắt h ơn so với các phương pháp truyền thống vì vậy sẽ không kinh tế Câu 10. Quy trình công nghệ thành lập bản đồ hi ện tr ạng s ử d ụng đất bằng tư liệu ảnh viễn thám? Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng tư liệu viễn thám th ực chất là quá trình xử lý, phân tích ảnh kết hợp với các nguồn tài liệu khác có liên quan cũng như khảo sát ngoại nghiệp để xác định các loại đ ất theo loại hình sử dụng. Vị trí phân bố trong không gian và th ể hiện k ết qu ả đó dưới dạng mô hình bản đồ Ngoài việc phụ thuộc vào các tư liệu ảnh sử dụng, công tác thành lập b ản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng ảnh viễn thám phụ thuộc rất nhiều vào kết quả giải quyết 2 vấn đề sau: - pp giải đoán ảnh viễn thám - Quy trình thành lập bản đồ HTSDD Quy trình thành lập bản đồ HTSDD bằng ảnh viễn thám đ ược phân thành 2 loại chính: - quy trình thành lập bản đồ HTSDD bằng phương pháp tương tự - quy trình thành lập bản đồ HTSDD bằng phương pháp số Trong thực tế ngoài 2 loại quy trình trên còn có loaijn quy trình k ết h ợp phương pháp số và phương pháp tương tự. Các laoij quy trình trên khác nhau về mặt kỹ thuật nhưng sơ đồ công nghệ chung đều bao g ồm các bước sau:
1. Công tác chuẩn bị: - Lập đề cương - thu thập phân tích tài liệu Lập, chỉ dẫn biên tập Cần xá định loại ảnh viễn thamschinhs sẽ sử dụng và các tài liệu bổ trợ cung cấp thêm thôn tin về các loại đất khó hoặc k xác định được trên ảnh Các tài liệu bổ trợ này thường là: - ảnh vệ tinh (loại ảnh sử dụng), ảnh hàng không - bản đồ địa hình, bản đồ địa chính, bản đồ QHSDD - bản đồ chuyên đề có liên quan đến sử dụng đất, đặc biệt là b ản đồ hi ện trạng sử dụng đất đã có - các báo cáo và số liệu thống kê sử dụng đất của vùng c ần thành l ập b ản đồ dưới dạng giấy hoặc ở dạng số, giúp ích rất nhiều cho khâu gi ải đoán ảnh 2. Xử lý ảnh và lập bản đồ nền - xử lý ảnh, lập bình đồ ảnh hoặc trực ảnh - lập bản đồ nền Xử lý ảnh: Mục đích tạo ra nền ảnh dùng để giải đoán các loại đ ất. N ền ảnh tốt nhất để giải đoán là bình đồ ảnh hoặc bình đồ trực ảnh. Xử lý ảnh có thể =phần mềm chuyên dụng và bằng máy vitinhs hoặc xử lý tương tự bằng các thiết bị quang điện tử Lập bình đồ ảnh bằng phương pháp số đảm bảo được độ chính xác cao hơn, đồng đều hơn và thực hiện nhanh chóng hơn Việc nắn chỉnh hình học để tạo ra bình đồảnh đảm bảo độ chính xác c ần thiết cho bản đồ, xử lý ảnh còn nhằm tạo ra nền ảnh có ch ất lượng cao về mặt hình ảnh – có khả năng thông tin cao, nhờ đó dễ dàng xác đ ịnh được các loại đất nhằm đảm bảo độ tin cậy của các khoanh vi trên bản đồ Bản đồ nền: có thểđược thành lập bằng phương pháp truyền thống cũng như phương pháp số, nhưng tốt nhât là thành lập bản đồ địa hình cùng t ỷ lệ Các yếu tố nội dung, mức độ khái quát hóa của từng y ếu tố tuân theo các quy định thông thường đối với bản đồ nền Câu 11. Nội dung phương pháp phân loại ảnh vi ễn thám không ki ểm định. Phân loại không giám định Tại những khu vực không có thông tin về đối tượng cần phân loại, kỹ thuật phân loại không giám định thường được s ử dụng. Kỹ thu ật phân loại này chỉ sử dụng thuần tuý thông tin phổ do ảnh cung c ấp và đòi
hỏi người phân tích phải có kinh nghiệm về việc chỉ định s ố cụm phổ ban đầu. Trình tự thực hiện có thể tóm tắt như sau: - Từ các dữ liệu mẫu được chọn ngẫu nhiên, các pixel trên ảnh được gộp thành các nhóm có các đặc trưng phổ tương đối đồng nhất bằng kỹ thuật ghép nhóm. - Sau đó, loại ứng với từng nhóm được xác định và sử dụng các nhóm này ước tính các tham số thống kê cho quá trình phân loại tiếp theo. Ghép nhóm là gộp các pixel có các tính chất phổ giống nhau thành một nhóm. Kỹ thuật ghép nhóm được chia thành hai loại: phân cấp và không phân cấp. 1. Ghép nhóm phân cấp Chỉ tiêu đánh giá sự tương đồng giữa các pixel là kho ảng cách không gian phổ. Phương pháp này được tiến hành bằng cách lần lượt gộp từng cặp nhóm có khoảng cách ngắn nhất cho đến khi đạt được số nhóm yêu cầu. Trong phương pháp ghép nhóm phân cấp, khoảng cách ngắn nh ất giữa các nhóm sẽ được sử dụng như một chỉ tiêu để gộp các nhóm. Quá trình gộp nhóm sẽ lặp lại cho đến khi số lượng cũng nh ư kho ảng cách giữa các nhóm thỏa mãn yêu cầu đặt ra Các loại khoảng cách được sử dụng trong ghép nhóm phân cấp ph ụ thu ộc vào các mô hình ghép nhóm như sau: Người láng giềng gần nhất: Trong phương pháp này, các pixel gần nhau với khoảng cách bé nhất được ghép lại với nhau tạo ra m ột nhóm mới. Người láng giềng xa nhất: Các pixel có khoảng cách xa nhất được ghép với nhau tạo ra nhóm mới. Phương pháp tâm điểm: Khoảng cách giữa trọng tâm của hai nhóm được so sánh để thành lập nhóm mới. Trung bình nhóm: Khoảng cách tính theo căn trung bình bình ph ương giữa tất cả các cặp dữ liệu trong hai nhóm khác nhau được so sánh để thành lập nhóm mới.
Phương pháp khu vực: Khoảng cách tối thiểu tính theo căn trung bình bình phương giữa trọng tâm của nhóm và từng pixel được so sánh để thành lập nhóm mới. 2 Ghép nhóm không phân cấp Trong phương pháp này, đầu tiên số nhóm được ấn định tạm th ời bằng một số nào đó, sau đó các pixel được phân tích và được ghép sao cho khả năng phân biệt giữa các nhóm là cao nhất, sau đó các trọng tâm được tính lại và số lượng các nhóm cũng được điều chỉnh. Quá trình này được lặp lại cho đến khi số lượng các nhóm trở nên ổn định. Ghép nhóm không phân cấp theo phương pháp ISODATA được dùng khá phổ biến hiện nay Phương pháp ISODATA là một trong những thuật toán lặp tối ưu cơ bản tiêu biểu nhất được thực hiện gồm các bước sau: Bước 1: Chọn C điểm nào đó trên ảnh xem như là trọng tâm của C nhóm tương ứng với số loại có trên ảnh, do đó giá trị của pixel tại đi ểm chỉ định được xem là trung bình của nhóm mi (i=1,…, C). Bước 2: Tính khoảng cách từng pixel trên ảnh đến trung bình của nhóm mi, gộp pixel vào nhóm thích hợp dựa vào khoảng cách ngắn nhất. Bước 3: Tính giá trị trung bình của các nhóm mới hình thành mi (i=1,…, C). Bước 4:Nếu mi = mi* cho tất cả các nhóm thì quá trình lặp kết thúc, ngược lại tính lại trọng tâm các nhóm và tiếp tục lặp cho đến khi các nhóm ổn định. Câu 12. Nêu nội dung phương pháp phân loại ảnh vi ễn thám có ki ểm định. Phân loại có giám định là một hình thức phân loại mà các chỉ tiêu phân loại được xác lập dựa trên các vùng mẫu và dùng luật quyết định dựa trên thuật toán thích hợp để gán nhãn pixel ứng với từng vùng phủ cụ thể. Các vùng mẫu là những khu vực trên ảnh tương ứng với từng loại mà người giải đoán biết được đặc trưng phổ (hay đặc tính). Dựa trên dữ liệu vùng mẫu thu được trên từng vùng mẫu, các tham số thông kê được xác định
Từ đó, các chỉ tiêu phân loại được sử dụng trong quá trình chỉ định pixel thuộc vào từng loại cụ thể. Ví dụ minh họa các vùng mẫu trên ảnh vệ tinh tương ứng v ới từng loại thông tin mà người giải đoán tiến hành phân loại theo yêu c ầu công việc Các số liệu nhận được trên cơ sở các vùng mẫu được chọn trên ảnh vệ tinh có ý nghĩa quyết định trong việc thành lập các chỉ tiêu và luật quyết định trong phân loại. Việc xác định các tham số thông kê vùng mẫu phụ thuộc cụ thể vào phương pháp phân loại sẽ sử dụng. Tuy nhiên, phần lớn các phương pháp phân loại đều sử dụng hàm mật độ xác suất và các tham số như giá trị trung bình vùng mẫu Ngoài ra, việc xác định các tham số này còn được áp dụng để ch ọn phương pháp phân loại thích hợp và với nhiều thuật toán khác nhau đ ược áp dụng với cùng vùng mẫu cho phép so sánh kết quả đạt đ ược nh ằm tìm thuật toán tối ưu cho kết quả phân loại. Trong kỹ thuật phân loại có giám định, việc trước tiên là chọn các vùng mẫu cho mỗi loại theo yêu cầu đã được xác định. Số lượng pixel tối thiểu yêu cầu phải được thu thập cho một mẫu là từ 10k đến 100k pixel ( k: số kênh ph ổ của ảnh v ệ tinh đ ược dùng trong phân loại) Điều quan trọng khi vạch các vùng mẫu là việc chọn vùng mẫu phân bố trên toàn cảnh ảnh sẽ tăng cơ hội mà các mẫu này đại diện cho sự biến đổi của các loại thể hiện trên ảnh Phân loại không giám định xác định các loại đồng nhất về phổ trên ảnh vệ tinh, nhưng không liên kết được với loại thông tin cần thiết mà người giải đoán quan tâm. Kết quả là ảnh đạt được sau khi phân loại không giám định không thể hiện rõ ràng trực quan đối với người sử dụng mà đòi người giải đoán phải chỉ định hợp nhất loại phổ ứng với loại thông tin cần thiết Phương pháp phân loại có giám định cho phép người giải đoán chủ động thiết lập ngay các loại thông tin cần thiết phù hợp v ới m ục tiêu ứng d ụng cụ thể và vùng địa lý trên ảnh phân loại. Điều này có ý nghĩa r ất quan
trọng khi người sử dụng muốn so sánh sự biến động của các loại lớp phủ mặt đất tại những thời điểm khác nhau hay ảnh được phân loại phải tương thích với các vùng lân cận Ngoài ra, người giải đoán có thể kiểm soát được số loại tương ứng và cần thiết cho từng vùng địa lý cụ thể cũng như đánh giá được độ chính xác của kết quả phân loại. Tuy nhiên, trong phương pháp này đòi hỏi phải có mẫu chính xác ứng với từng loại thông tin được phân loại ( mẫu của những loại đã biết là những pixel trên ảnh có đặc trưng phổ đồng nhất tương ứng với đ ối tượng cần quan tâm). Thực chất của loại phân loại giám định là chỉ định pixel ( gán nhãn pixel) vào từng loại thông tin cụ thể dựa trên thông tin ph ổ của chúng. Thuật toán được tiến hành dựa trên dữ liệu mẫu thu được trên từng vùng mẫu Kích thước vùng mẫu phải đủ lớn để tránh mất nhiều th ời gian đ ể xác định và phân tích bổ sung bằng công tác khảo sát thực địa Vị trí của vùng mẫu cũng giữ vai trò quan trọng vì nó cần ph ải phù hợp với vị trí đã có tương ứng trên bản đồ cũng như thuận tiện cho việc đi lại của công tác dã ngoại. Ngoài ra khi chọn vùng mẫu nên chọn vùng có tập hợp các pixel ở trung tâm, không nên bao gồm các pixel phân bố đều ở các kênh khác nhau để thể hiện chính xác đặc trưng phổ của từng loại thông tin. Câu 13. Có mấy phương pháp phân loại giải đoán ảnh vệ tinh? Nêu các ưu nhược điểm của từng phương pháp giải đoán đó. Câu 14. Phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng bằng cách sử dụng tư liệu viễn thám để hiệu chỉnh bản đồ hiện trạng chu kỳ trước. pp này tương tự như pp hiện chỉnh bản đồ HTSDD nhưng thay vì phỉa ra ngòa thực địa vất vả, nặng nhọc để cập nhật những thay đổi về HTSDD ta chỉ cần giải đoán ảnh ở những khu vực có sự thay đổi này Quy trình hiện chỉnh bản đồ HTSDĐ với việc sử dụng ảnh vệ tinh bao gồm các bước sau
a. Xây dựng thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình - Khảo sát sơ bộ, thu thập, đánh giá, phân loại tài liệu, - Xây dựng thiết kế kỹ thuật – dự toán công trình. b. Công tác chuẩn bị - Lập, kiểm tra và đánh giá chất lượng bình đồ ảnh vệ tinh trực giao, - Kiểm tra, đánh giá và sao bản đồ HTSDĐ chu kỳ trước, - Lập kế hoạch chi tiết. c. Công tác nội nghiệp - So sánh bình đồ ảnh trực giao với bản đồ HTSDĐ chu kỳ tr ước để xác định những khu vực đã thay đổi, - Giải đoán xác định các yếu tố nội dung HTSDĐ ở những khu vực thay đổi đã xác định trên bình đồ ảnh trực giao, - Kiểm tra kết quả đã giải đoán. d. Công tác ngoại nghiệp Điều tra, đối soát và bổ sung các yếu tố HTSDĐ ở ngoài trời. e. Biên tập tổng hợp - Chuyển kết quả điều tra, bổ sung, chỉnh lý lên bản đồ HTSDĐ, - Biên tập bản đồ. f. Hoàn thiện và in bản đồ - Kiểm tra kết quả thành lập bản đồ, - Hoàn thiện và in bản đồ, - Viết thuyết minh thành lập bản đồ. - Kiểm tra, nghiệm thu, Ngoài ưu điểm cơ bản của ảnh vệ tinh đối với công tác hiện chỉnh bản đồ HTSDĐ là:
- Hiệu quả xử lý với ảnh mật độ cao, thu được số liệu th ường xuyên, chất lượng ảnh tốt, - Có khả năng tiếp cận ở những khu vực nguy hiểm (núi cao, v ực thẳm, biên giới hải đảo), - Không cần nhiều điểm khống chế và không yêu cầu các kỹ thuật đặc biệt Quy trình công nghệ trên ta thấy đặc điểm của công tác gi ải đoán ảnh v ệ tinh ở đây là chỉ giải đoán ở những nơi có sự thay đổi về hiện trạng sử dụng đất mà không cần phải giải đoán toàn bộ tấm ảnh. Rút ngắn đáng kể thời gian thành lập bản đồ HTSDĐ. Mặt khác, chính tờ bản HTSDĐ chu kỳ trước và ảnh vệ tinh m ới chụp ở khu vực không có biến động sẽ là khóa giải đoán rất tốt, vì th ế nên công tác giải đoán ảnh Vệ tinh khi hiện chỉnh bản đồ HTSDĐ phần lớn tiến hành ở trong phòng, cho phép giảm đáng kể chi phí về th ời gian và tiền của Câu 15. Có mấy phương pháp đánh giá biến động t ừ ảnh v ệ tinh? Nêu nội dung các phương pháp đánh giá biến động đó. Phương pháp 1: Phân tích sau phân loại Đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện. Tiến hành phân loại độc lập hai ảnh chụp ở hai th ời kỳ khác nhau. Thường sử dụng ma trận chéo để tính toán tương quan biến động giữa các đối tượng, lập được các báo cáo số liệu th ống kê và b ản đồ bi ến động.