Luận văn Thạc sĩ Quản lý đất đai: Đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực cồn vành, tỉnh Thái Bình bằng tư liệu viễn thám đa thời gian 1990 - 2019

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu ứng dụng công nghệ hiện đại vào công tác quản lý đất đai và xây dựng bản đồ biến động. Đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành, tỉnh Thái Bình. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Quản lý đất đai: Đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực cồn vành, tỉnh Thái Bình bằng tư liệu viễn thám đa thời gian 1990 - 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN THANH CHIẾN ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ VÀ SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC CỒN VÀNH, TỈNH THÁI BÌNH BẰNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN 1990 - 2019 CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI MÃ SỐ: 8850103 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THANH HOÀN Hà Nội, 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các tư liệu, số liệu sử dụng trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Người cam đoan Nguyễn Thanh Chiến
ii LỜI CẢM ƠN Để bài luận văn được hoàn thành.Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ để hoàn tất luận văn. Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Thanh Hoàn đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này. Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Viện Quản lý đất đai và Phát triển nông thôn, Trường Đại học Lâm Nghiệp những người đã truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt trong thời gian học tập vừa qua. Sau cùng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các anh chị sinh viên khóa trên đã luôn động viên, giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Nguyễn Thanh Chiến
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii MỤC LỤC ....................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. vi MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM – GIS TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ VÀ SỬ DỤNG ĐẤT. 3 1.1. Viễn thám ............................................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm viễn thám và ảnh viễn thám........................................................ 3 1.1.2. Cơ sở vật lý của khoa học viễn thám ........................................................... 4 1.1.3. Đặc điểm của ảnh vệ tinh ............................................................................. 6 1.1.4. Giới thiệu chung các hệ thống vệ tinh và tư liệu viễn thám ....................... 8 1.1.5. Kĩ thuật xử lí ảnh viễn thám........................................................................ 14 1.2. Hệ thông tin địa lý (GIS)...................................................................... 21 1.3.Tổng quan về nghiên cứu lớp phủ mặt đất và sử dụng đất ................... 25 1.3.1. Tổng quan về nghiên cứu thảm thực vật.................................................... 25 1.3.2. Khái quát về đánh giá biến động sử dụng đất........................................... 27 1.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng viễn thám – GIS đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất trong và ngoài nước .............................. 30 1.5. Kết luận tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám – GIS trong đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất. ........................................................ 33 Chương 2.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................34 2.1. Nội dung ............................................................................................... 34 2.2. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 34 2.2.1. Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp ...................................................... 34
iv 2.2.2. Phương pháp thống kê, tổng hợp và xử lý số liệu ..................................... 35 2.2.3. Phương pháp so sánh, phân tích. ............................................................... 36 2.2.4. Phương pháp đánh giá biến động .............................................................. 37 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM – GIS NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ VÀ SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC CỒN VÀNH, THÁI BÌNH GIAI ĐOẠN 1990 - 2019 .. 38 3.1. Đặc điểm địa lí tự nhiên và kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu.... 38 3.1.1. Điều kiện tự nhiên ....................................................................................... 38 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .................................................................. 45 3.2. Thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành,Thái Bình năm 1990 và 2019 ............................................................ 48 3.3. Thành lập bản đồ biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành,Thái Bình giai đoạn 1990 – 2019 ...................................................... 56 3.4. Đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành, Thái 58 Bình giai đoạn 1990 – 2019 ........................................................................ 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 63
v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đặc trưng bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 5 và Landsat 8 ............ 12 Bảng 1.2: Ứng dụng chính của ảnh Landsat ................................................... 13 Bảng 1.3: Hệ thống phân loại lớp phủ mặt đất để sử dụng với dữ liệu viễn thám.26 Bảng 2.1: Danh sách ảnh Landsat ................................................................... 35 Bảng 3.1: Chìa khóa giải đoán các đối tượng ................................................. 51 Bảng 3.2: Bảng diện tích hiện trạng lớp phủ và sử dụng đất năm 1990 ......... 53 Bảng 3.3: Bảng diện tích hiện trạng lớp phủ và sử dụng đất năm 2019 ......... 55 Bảng 3.4: Bảng ma trận biến động diện tích hiện trạng lớp phủ và sử dụng đất năm 1990 và 2019 ........................................................................................... 58 Bảng 3.5:Thống kê diện tích theo loại hình sử dụng đất tại các thời điểm 1990 và 2019 theo hiện trạng lớp phủ và sử dụng đất. ............................................ 59
vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám ........................... 4 Hình 1.2: Các giải sóng chủ yếu sử dụng trong viễn thám ............................... 4 Hình 1.3: Hình vệ tinh Landsat 8 đang bay trên quỹ đạo ............................... 11 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống phần cứng của hệ GIS ............................................ 23 Hình 2.1: Quy trình thành lập bản đồ biến động lớp phủ và sử dụng đất ....... 36 Hình 3.1:Sơ đồ khu vực nghiên cứu ............................................................... 39 Hình 3.2: Công tác tìm và tải ảnh Landsat trên trang web ............................. 48 Hình 3.3: Ảnh Landsat được tổ hợp màu trên ArcGIS ................................... 49 Hình 3.4: Tiến hành cắt ảnh khu vực nghiên cứu trên ArcGIS ...................... 49 Hình 3.5: Ảnh sau khi được tổ hợp màu và cắt sẽ tiến hành Segmentation trên phần mềm eCognition Developer ................................................................... 50 Hình 3.6: Tiến hành giải đoán ảnh bằng mắt và gán thuộc tính cho đối tượng........50 Hình 3.7: Bản đồ hiện trạng lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành – Thái Bình năm 1990 (thu nhỏ từ tỷ lệ 1: 150.000) .................................................. 52 Hình 3.8: Biểu đồ tỉ lệ diện tích hiện trạng lớp phủ sử dụng đất năm 1990 ... 53 Hình 3.9: Bản đồ hiện trạng lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành – Thái Bình năm 2019 (thu nhỏ từ tỷ lệ 1: 150.000) .................................................. 54 Hình 3.10: Biểu đồ tỉ lệ diện tích hiện trạng lớp phủ sử dụng đất năm 2019 . 55 Hình 3.11: Bản đồ biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành – Thái Bình năm 1990 và năm 2019 (thu nhỏ từ tỷ lệ 1 : 150.000) ................... 56 Hình 3.12: Bảng cơ sở dữ liệu về biến động hình thức sử dụng đất............... 57
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay, tư liệu vệ tinh là một nguồn thông tin rất quan trọng trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai. Các nước phát triển trên thế giới (như Mỹ, EU, Nhật Bản,...) đã và đang đưa vào quỹ đạo trái đất rất nhiều các vệ tinh viễn thám (như Landsat-8, VIIRS, Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-3, GCOM-C, ...) cung cấp dữ liệu miễn phí trên toàn cầu. Ở Việt Nam, cùng với vệ tinh VNREDSAT-1 đang hoạt động, một loạt các thế hệ vệ tinh sắp tới của Việt Nam như VNREDSAT-1b (ảnh quang học), LOTUS-1 (ảnh radar) và rất nhiều tư liệu viễn thám có thể khai thác miễn phí trên thế giới đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu, ứng dụng viễn thám. Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước từ nhiều năm nay cho thấy, tư liệu viễn thám có nhiều ưu thế đặc biệt trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý đất đai, tài nguyên thiên nhiên và môi trường trên diện rộng. Đề tài này là một nghiên cứu thử nghiệm sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian để theo dõi, đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành, tỉnh Thái Bình phục vụ cho việc quy hoạch và quản lý đất đai. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hiện đại vào công tác quản lý đất đai và xây dựng bản đồ biến động. Đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành , tỉnh Thái Bình. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Góp phần hoàn thiện hơn công tác quản lý đất đai với công nghệ hiện đại. Theo dõi biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành – Thái Bình bằng tư liệu viễn thám đa thời gian phục vụ cho việc quy hoạch và quản lý đất đai.
2 Góp phần hoàn thiện hệ thống quản lý đất đai, nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước. 4. Cấu trúc luận văn gồm 3 chương như sau: Chương I. Tổng quan nghiên cứu ứng dụng viễn thám - GIS trong đánh giá biến động lớp phủ và sử dụng đất. Chương II. Nội dung và phương pháp nghiên cứu. Chương III. Kết quả và phân tích kết quả ứng dụng viễn thám - GIS nghiên cứu biến động lớp phủ và sử dụng đất khu vực Cồn Vành, Thái Bình giai đoạn 1990 – 2019.
3 Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM – GIS TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ VÀ SỬ DỤNG ĐẤT 1.1. Viễn thám 1.1.1. Khái niệm viễn thám và ảnh viễn thám Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học vànghệthuật 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. Sau đó là thực hiện phân tích,xử lý và ứng dụng các thông tin này vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái Đất hay các hành tinh mà nó còn có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh. Người ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu phát các ảnh viễn thám. Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ngày càng gia tăng nhanh chóng không những trong phạm vi quốc gia, mà cả phạm vi quốc tế. Những kết quả thu được từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Vì vậy viễn thám được sử dụng như là một công nghệ đi đầu rất có ưu thế hiện nay. Ảnh viễn thám (ảnh vệ tinh) là ảnh số thể hiện các vật thể trên bề mặt trái đất được thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh. Như vậy viễn thám thông qua kỹ thuật hiện đại không tiếp cận với đối tượng mà xác định nó qua thông tin ảnh chụp từ khoảng cách vài chục mét tới vài nghìn km.
4 1.1.2. Cơ sở vật lý của khoa học viễn thám Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là những nguồn tư liệu chính trong viễn thám. Các thiết bị dùng để thu nhận sóng điện từ bộ cảm được gọi là vật mang (platform). Máy bay và vệ tinh là những vật mang thông dụng trong kỹ thuật viễn thám. Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông tin về đối tượng. Các thiết bị viễn thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thông tin phổ nhận biết, xác định được các đối tượng. Hình 1.2: Các giải sóng chủ yếu sử dụng trong viễn thám
5 Ở những vùng còn lại trong giải sóng điện từ được sử dụng trong viễn thám, bức xạ sẽ truyền tới được bộ cảm. Do ảnh hưởng của các vật chất có trong khí quyển như hơi nước, khí CO2, son khí (aerosol) mà độ truyền dẫn sóng điện từ của khí quyển bị giảm thiểu ở nhiều bước sóng. Tại những vùng đó bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được bức xạ từ bề mặt Trái Đất đồng nghĩa với việc bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được thông tin. Các tư liệu viễn thám được ghi nhận bởi vệ tinh trong dải sóng nhìn thấy và giải cận hồng ngoại hoặc hồng ngoại nhiệt các bức xạ được ghi nhận thông qua các xung phát ra từ một diện tích nhất định, tuỳ thuộc vào độ phân giải không gian của bộ cảm.Các xung này được tách thành các bước sóng thiết kế sẵn cho bộ cảm và tạo ra các dữ liệu đa phổ từ bề mặt này.Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ. Đặc trưng nàysẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất. Kể cả đối với giải đoán bằng mắt thì việc hiểu biết về đặc trưng phổ của các đối tượng sẽ cho phép giải thích được mối quan hệ giữa đặc trưng phổ và sắc, tông mầu trên ảnh tổ hợp mầu để giải đoán đối tượng. Đối với các tư liệu viễn thám được ghi nhận bởi vệ tinh trong dải sóng nhìn thấy và dải cận hồng ngoại hoặc hồng ngoại nhiệt, các bức xạ được ghi nhận thông qua các xung phát ra từ một diện tích nhất định, tuỳ thuộc vào độ phân giải không gian của bộ cảm. Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3 - 0,4 μm), sóng ánh sáng (0,4 - 0,7 μm), dải sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt. Các bước sóng ngắn gần đây được sử dụng trong phân loại thạch học. Sóng hồng ngoại nhiệt được sử dụng trong đo nhiệt, sóng micro mét được sử dụng trong kỹ thuật Rada. Một trong những ứng dụng đặc biệt quan trọng của dữ liệu viễn thám là nghiên cứu SDĐ. Hiện nay, viễn thám đã phát triển trở thành một phương
6 pháp tiên tiến và hiện đại trong nghiên cứu sử dụng đất và theo dõi biến động đất đai. Cơ sở khoa học của nghiên cứu biến động từ tư liệu viễn thám là dựa vào đặc trưng phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên. Dựa vào tính chất phản xạ sóng điện từ của đối tượng trên bề mặt trái đất mà kỹ thuật viễn thám có thể phân tích, so sánh và nhận diện chúng từ các thông tin phổ phản xạ… 1.1.3. Đặc điểm của ảnh vệ tinh Ảnh viễn thám đặc trưng bởi dữ liệu không gian với hai dạng cấu trúc là dạng raster và dạng vector: Cấu trúc dạng raster: Mô tả bề mặt Trái Đất và các đối tượng trên đó bằng một lưới gồm các hàng và cột. Những phần tử nhỏ này được gọi là pixel. Giá trị của pixel chính là thuộc tính của đối tượng, nghĩa là trên cùng một đơn vị diện tích mà số ô pixel càng nhiều thì đối tượng nhìn càng rõ càng chính xác và ngược lại.Một mặt phẳng chứa đầy các pixel thì tạo thành một raster.Cấu trúc dạng này thường được dùng để mô tả các đối tượng hiện tượng phân bố liên tục trong không gian, dùng để lưu dữ thông tin dạng ảnh.Thông thường có một số mô hình biểu diễn bề mặt như DEM (Digital Elevation Model), DTM (Digital Terrain Model), Tin (Triangulated Irregular Network) cũng thuộc dạng raster. Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử lý và phân tích.Tốc độ tính toán nhanh, thực hiện các phép tính bản đồ dễ dàng.Tuy nhiên nó lại kém chính xác về vị trí không gian của đối tượng.Khi độ phân giải càng thấp tức là kích thước ô pixel lớn thì sự sai lệch càng lớn. Cấu trúc vector: Mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng. Về mặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng: đối tượng dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng (region hay polygon). Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ X,Y. Đường là một chuỗi các cặp tọa độ X,Y liên tục. Vùng là khoảng không gian được
7 giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau. Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao. Cấu trúc vector có ưu điểm là vị trí của các đối tượng được định vị chính xác (nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao).Cấu trúc này giúp cho người sử dụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn.Tuy nhiên cấu trúc này có nhược điểm là phức tạp khi thực hiện các phép chồng xếp bản đồ. Ảnh viễn thám có một số đặc điểm nổi bật như sau: Tỷ lệ: Là tỷ số khoảng cách giữa hai điểm của một ảnh tương ứng với khoảng cách trên mặt đất của hai điểm đó. Tỷ lệ hình ảnh được xác định bởi các yếu tố như: Độ dài tiêu cự hiệu dụng của thiết bị viễn thám; độ cao mà từ đó hình ảnh được thu nhận; yếu tố phóng đại được sử dụng trong in phóng ảnh. Độ sáng và tone ảnh: Sự khác nhau về cường độ của bức xạ điện từ phát ra từ địa hình tạo nên sự khác nhau về độ sáng của hình ảnh, độ sáng của hình ảnh tỷ lệ với cường độ bức xạ phát ra từ các đối tượng. Độ sáng: Đó là lượng ánh sáng tác động vào mắt của chủ thể mà có thể xác định được một cách tương đối. Để đo cường độ ánh sáng người ta thường dùng quang kế (photometro). Khi phân tích ảnh, để phân biệt độ sáng của ảnh có thể hiệu chỉnh bằng thang cấp độ xám, ảnh được phân ra các vùng có tông sáng, trung bình hay tối dựa vào thang độ xám. Tone ảnh: là tổng hợp lượng ánh sáng được phản xạ về mặt đối tượng, là dấu hiệu quan trọng để xác định đối tượng. Độ phân giải không gian và năng lực phân giải: Độ phân giải được hiểu như là khả năng để phân biệt hai đối tượng ở liền nhau trong một bức ảnh, nói chính xác hơn là khoảng cách tối thiểu giữa các đối tượng mà có thể nhận biết và phân biệt được trên ảnh. Năng lực phân giải và độ phân giải không gian là hai khái niệm có sự liên hệ rất chặt chẽ . Khái niệm phân giải được áp dụng
8 cho một hệ thống tạo ảnh hay một thành phần của hệ thống, trong khi đó độ phân giải không gian được áp dụng cho một ảnh được tạo ra bởi hệ thống đó. Độ phân giải: Đây là đặc điểm quan trọng liên quan trực tiếp đến chất lượng ảnh, độ phân giải chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như đặc điểm khu vực bay chụp, hệ thống chụp ảnh, độ cao bay chụp, tốc độ bay chụp, điều kiện khí quyển tại thời điểm chụp.. 1.1.4. Giới thiệu chung các hệ thống vệ tinh và tư liệu viễn thám Viễn thám là một khoa học, thực sự phát triển mạnh mẽ qua hơn ba thập kỷ gần đây, khi mà công nghệ vũ trụ đã cho ra các ảnh số, bắt đầu được thu nhận từ các vệ tinh trên quĩ đạo của trái đất vào năm 1960. Tuy nhiên, viễn thám có lịch sử phát triển lâu đời, bắt đầu bằng việc chụp ảnh sử dụng phim và giấy ảnh. Từ thế kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 1881) đã đưa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh. Năm 1858 G.F.Toumachon người Pháp đã sử dụng kinh khí cầu bay ở độ cao 80 m để chụp ảnh từ trên không, từ sự việc này mà năm 1858 được coi là năm khai sinh của ngành khoa học viễn thám. Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu của công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự. Trong chiến tranh thế giới thứ hai (1939 - 1945) không ảnh đã dùng chủ yếu cho mục đích quân sự.Trong thời kỳ này, ngoài việc phát triển công nghệ radar, còn đánh dấu bởi sự phát triển ảnh chụp sử dụng phổ hồng ngoại. Các bức ảnh thu được từ nguồn năng lượng nhân tạo là radar, đã được sử dụng rộng rãi trong quân sự. Bức ảnh đầu tiên, chụp về trái đất từ vũ trụ, được cung cấp từ tàu xplorer 6 vào năm 1959. Tiếp theo là chương trình vũ trụ Mercury (1960), cho ra các sản phẩm ảnh chụp từ quỹ đạo trái đất có chất lượng cao, ảnh màu có kích thước 70mm, được chụp từ một máy tự động. Vệ tinh khí tượng đầu
9 tiên (TR0S1), được phóng lên quĩ đạo trái đất vào tháng 4 năm 1960, mở đầu cho việc quan sát và dự báo khí tượng. Vào năm 1967, tổ chức hàng không và vệ tinh quốc gia (NASA) được sự hỗ trợ của Bộ nội vụ Mỹ đã tiến hành chương trình nghiên cứu thăm dò tài nguyên trái đất ERTS (ERTS - Earth Resources Technology Satellite: Vệ tinh kỹ thuật thăm dò tài nguyên trái đất). Vệ tinh ERTS-1 được phóng vào ngày 23/6/1972.Sau đó NASA đổi tên chương trình ERTS thành Landsat, ERTS - 1 được đổi tên thành Landsat 1. Vệ tinh Landsat bay qua xích đạo lúc 9h39 phút sáng. Cho đến nay, NASA đã phóng được 8 vệ tinh trong hệ thống Landsat. Ngày 23-7-1972 Mỹ đã phóng thành công vệ tinh nhân tạo Landsat 1 mang đến khả năng thu nhận thông tin có tính toàn cầu về các hành tinh trong đó có Trái Đất và môi trường xung quanh. Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất Landsat 1, là các vệ tinh thế hệ mới hơn như Landsat 2, Landsat 3, Landsat 4 và Landsat 5. Ngay từ đầu, RTS-1 mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và bộ cảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau. Từ 1982, các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM -4 và Landsat TM -5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt.Điều này tạo nên một ưu thế mới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau. Ngày nay, ảnh vệ tinh chuyên đề từ Landsat 7 đã được phổ biến với giá rẻ hơn các ảnh vệ tinh Landsat TM 5, cho phép người sử dụng ngày càng có điều kiện để tiếp cận với phương pháp nghiên cứu môi trườngqua các dữ liệu vệ tinh. Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các thế hệ SPOT 1, SPOT 2, SPOT 3, SPOT 4 và SPOT 5, đã đưa ra sản phẩm ảnh số thuộc hai kiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ 10 x 10m đến 2,5 x 2,5m, và đa kênh SPOT XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênh thuộc dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x 20m.
10 Các ảnh vệ tinh của Nhật, như MOS 1, phục vụ cho quan sát biển (Marine Observation Satellite). Công nghệ thuảnh vệ tinh cũng được thực hiện trên các vệ tinh của Ấn Độ RS 1A, tạo ra các ảnh vệ tinh như LSS thuộc nhiều hệ khác nhau. Riêng ở Việt Nam kỹ thuật viễn thám đã được đưa vào sử dụng từ những năm 1976 tại Viện Quy hoạch rừng, mốc quan trọng để đánh dấu sự phát triển của kỹ thuật viễn thámở Việt Nam là sự hợp tác nhiều bên trong khuôn khổ của chương trình vũ trụ Quốc tế (Inter Kosmos) nhân chuyến bay vũ trụ kết hợp Xô – Việt tháng 7 năm 1980. Vào ngày 9/7/2009 Bộ TN&MT đã khánh thành trạm thu nhận ảnh viễn thám hiện đại đầu tiên của Việt Nam có địa điểm đặt tại cánh đồng Bun, thôn Vân Trì, xã Minh Khai, Từ Liêm, Hà Nội. Tháng 4 năm 2008 Việt Nam đã thuê Pháp phóng thành công vệ tinh VINASAT-1 (mua của Mỹ) lên quỹ đạo địa tĩnh lần đầu tiên. Trong nội dung đề tài đã sử dụng các ảnh của vệ tinh Landsat 5,8 trong các năm 1990và 2019 để làm tư liệu chính phục vụ cho việc nghiên cứu và giải đoán. Ở trong nghiên cứu này tôi đã chọn 3 kênh tổ hợp màu tự nhiên của 2 vệ tinh. Vệ tinh Landsat 5 là tổ hợp màu 321 và của Landsat 8 là 432. Vì tổ hợp màu này gần với “màu sắc thật” nên khi thực hiện và sử dụng tổ hợp màu tự nhiên như thật này ta sẽ rất dễ nhận biết và phân loại được các yếu tố phân loại bằng mắt thường. Đặc trưng kỹ thuật của bộ c ảm ảnh vệ tinh Landsat 5 Landsat 5 đã được phóng từ căn cứ không quân Vandenberg ở California vào ngày 1 tháng 3 năm 1984 và giống như Landsat 4, mang theo Máy quét đa năng (MSS) và các thiết bị Bản đồ chuyên đề (TM). Landsat 5 đã cung cấp dữ liệu hình ảnh Trái đất gần 29 năm - và lập kỷ lục Guinness thế giới về 'Vệ tinh quan sát trái đất hoạt động lâu nhất', trước khi ngừng hoạt động vào ngày 5 tháng 6 năm 2013.
11 Đặc trưng kỹ thuật của bộ cảm ảnh vệ tinh Landsat 8 Vệ tinh thế hệ thứ 8 - Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM). Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ. Landsat sẽ tiếp tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 – 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên trái đất. Nhiệm vụ của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp. Hình 1.3: Hình vệ tinh Landsat 8 đang bay trên quỹ đạo Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI – Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal Infrared Sensor). Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước. Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài xem chi tiết ở Bảng 3.1. Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc. Dải quét của LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km. Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất. Bộ cảm OLI cung
12 cấp hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tượng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề mặt. Bộ cảm OLI và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước Bảng 1.1: Đặc trưng bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 5 và Landsat 8 Landsat5 Kênh Bước sóng µm Độ phân giải m Kênh 1 0.45-0.52 30 Kênh 2 0.52-0.60 30 Kênh 3 0.63-0.69 30 Kênh 4 0.76-0.90 30 Kênh 5 1.55-1.75 30 Kênh 6 10.40-12.50 120* (30) Kênh 7 2.08-2.35 30 Landsat8 Kênh Bước sóng µm Độ phân giải m Kênh 1 0.433-0.453 30 Kênh 2 0.450-0.515 30 Kênh 3 0.525-0.600 30 Kênh 4 0.630-0.680 30 Kênh 5 0.845-0.885 30 Kênh 6 1.560-1.660 30 Kênh 7 2.100-2.300 30 Kênh 8 0.500-0.680 15 Kênh 9 1.360-1.390 30 Kênh 10 10.6-11.2 100 Kênh 11 11.5-12.5 100
13 Bảng 1.2: Ứng dụng chính của ảnh Landsat Kênh phổ Bước sóng Ứng dụng Ứng dụng nghiên cứu đường bờ, phân biệt thực Xanh lam 0,45µm-0,52µm vật và đất, lập bản đồ về rừng và xác định các đối tượng khác. Được dùng để đo phản xạ cực đại phổ lục của thực Xanh lục 0,52µm-0,60µm vật, xác định trạng thái thực vật, xác định các đối tượng khác. Dùng xác định vùng hấp Đỏ phụ chlorophyll giúp phân 0,63µm-0,69µm loại thực vật, xác định các đối tượng khác. Dùng xác định các kiểu Cận hồng ngoại 0,76µm-0,90µm thực vật, trạng thái và sinh khối, độ ẩm của đất Được sử dụng để xác định Hồng ngoại 1,55µm-1,75µm độ ẩm của đất và đất, sóng ngắn 2,08µm-2,35µm nghiên cứu về đá khoáng, tách tuyết và mây. Được dùng để xác định thời Hồng ngoại điểm thực vật bị sốc, độ ẩm 10,4µm-12,5µm nhiệt của đất và thành lập bản đồ nhiệt. Với độ phân giải thấp và giải phổ liên tục, ảnh của kênh này được sử dụng để Kênh toàn sắc 0,52µm -0,9µm chồng ghép với các kênh ảnh khác, từ đó đo vẽ chính xác các đối tượng.