Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU5CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS31.1 Khái quát về viễn thám31.1.1 Định nghĩa31.1.2 Lịch sử phát triển41.1.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám81.1.4 Khái niệm cơ bản về bức xạ điện từ, đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên101.1.5 Phân loại viễn thám191.1.6 Một số vệ tinh viễn thám231.1.7 Ứng dụng của viễn thám281.2 Khái quát về hệ thống thông tin địa lý291.2.1 Định nghĩa291.2.3 Lưu trữ dữ liệu trong GIS321.2.4 Dữ liệu cho GIS321.3 Giới thiệu một số phần mềm xử lý ảnh và thành lập bản đồ341.3.1 Giới thiệu phần mềm ENVI341.3.2 Giớ thiệu phần mềm ArcGis36CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH THÔNG TIN VIỄN38THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤT382.1 Khái quát về bản đồ lớp phủ mặt đất382.1.1Khái niệm382.1.2 Phương pháp nghiên cứu382.2 Chiết tách thông tin viễn thám thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất392.2.1 Các dạng dữ liệu viễn thám392.2.2 Giải đoán ảnh bằng mắt412.2.3 Phương pháp xử lý ảnh số viễn thám45CHƯƠNG III. SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT 8 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤTHUYỆN ĐAN PHƯỢNG503.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu503.1.1 Đặc điểm tự nhiên503.1.2 Tình hình kinh tế xã hội513.2 Thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất huyện Đan Phượng523.2.1 Dữ liệu sử dụng523.2.2 Quy trình thành lập bản đồ lớp phủ mặt đất543.2.3 Tiền sử lý ảnh553.2.4 Phân loại ảnh có kiểm định633.2.5 Đánh giá độ chính xác783.2.6 Thành lập bản đồ lớp phủ81KẾT LUẬN101TÀI LIỆU THAM KHẢO103
1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học Ths Lê Thị Thu Hà Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU Bản đồ tài liệu quan trọng cần thiết công tác thiết kế quy hoạch quản lý đất đai Do tính chất lien tục thay đổi sử dụng đất trình phát triển kinh tế xã hội thị hóa địa phương nên việc xây dựng đồ phản ánh trạng sử dụng đất việc làm cần thiết Trước yêu cầu đòi hỏi phải cập nhật thơng tin cách đầy đủ nhanh chóng xác nên việc áp dụng phương pháp thành lập đồ sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS trở thành phương pháp thành lập đồ có ý nghĩa thực tiễn có tính khoa học cao Trước loại đồ thành lập phương pháp truyền thống trình cập nhật chỉnh lý số liệu nhiều thời gian, sử dụng nhiều nhân lực chi phí tài Các kí hiệu độ xác đồ không thống nhất… hạn chế ảnh hưởng lớn tới cơng tác tự động hóa cập nhật đồ giai đoạn Việc áp dụng phương pháp thành lập đồ sử dụng tư liệu viễn thám GIS cho phép quan sát xác định nhanh chóng vị trí khơng gian tính chất đối tượng Đồng thời dựa độ phân giải phổ, độ phân giải không gian nhiều băng tần độ phân giải thời gian liên tục ảnh vệ tinh cho phép xác định thông tin thời điểm đối tượng cách xác nhanh nhất, chí vùng sâu, vùng xa đảm bảo tính đồng thời điểm thu nhận thông tin khả cập nhật thường xun Nhờ cơng nghệ viễn thám đem lại khả công tác quản lý đất đai nói chung việc thành lập đồ trạng lớp phủ mặt đất nói riêng Viến thám phần công nghệ vũ trụ, phát triển nhanh chóng áp dụng nhiều lĩnh vực phổ biến rộng rãi nước phát triển Dữ liệu viễn thám với đặc điểm đa thời gian, xử lý ngắn phủ trùm khu vực rộng công cụ hữu hiệu Hệ thống thông tin địa lý (GIS) hệ thống thơng tin có khả xây dựng, cập nhât, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích xuất liệu có liên quan tới vị trí địa lý, nhằm hỗ trợ định công tác quy hoạch quản lý tài ngun thiên nhiên mơi trường Vì việc “SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ MẶT ĐẤTHUYỆN ĐAN PHƯỢNG” việc làm cấp thiết có ý nghĩa khoa học, thực tiễn cao CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM VÀ GIS 1.1 Khái quát viễn thám 1.1.1 Định nghĩa Viễn thám (Remote sensing) hiểu khoa học nghệ thuật để thu nhận thông tin đối tượng, khu vực tượng thơng qua việc phân tích tài liệu thu nhận nghiên cứu Có nhiều định nghĩa khác viễn thám, phương tiện Những phương pháp khơng có tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực tượng định nghĩa có nét chung nhấn mạnh “ viễn thám khoa học thu nhận từ xa thông tin đối tượng, tượng trái đất’’ Dưới định nghĩa viễn thám theo quan niệm nhiều tác giả khác - Viễn thám nghệ thuật, khoa học, nói nhiều vật - khơng cần phải chạm vào vật (Ficher nnk, 1976) Viễn thám quan sát đối tượng phương tiện cách xa vật khoảng cách định (Barret Curtis, - 1976) Viễn thám khoa học lấy thông tin từ đối tượng, đo từ khoảng cách cách xa vật khơng cần tiếp xúc với Năng lượng đo hệ viễn thám lượng điện từ phát từ vật quan tâm (D A Land - Grete, 1978) Viễn thám ứng dụng vào việc lấy thông tin mặt đất mặt nước trái đất, việc sử dụng ảnh thu từ đầu chụp ảnh sử dụng xạ phổ điện từ, đơn kênh đa phổ, xạ phản xạ từ bề mặt trái đất ( Janes B - Capbell, 1966) Viễn thám “ khoa học nghệ thuật thu nhận thông tin vật thể, vùng, tượng, qua phân tích liệu thu phương tiện không tiếp xúc với vật, vùng, tượng khảo sát”, ( Lillesand Kiefer, 1986) Phương pháp viễn thám phương pháp sử dụng lượng điện từ ánh sáng, nhiệt, sóng cực ngắn phương tiện để điều tra đo đạc đặc tính đối tượng ( Floy Sabin 1987) Định nghĩa loại trừ quan trắc điện từ trọng lực quan trắc thuộc lĩnh vực địa vật lý, sử dụng để đo trường lực nhiều đo xạ điện từ Thuật ngữ viễn thám sử dụng Mỹ vào năm 1960, bao gồm tất lĩnh vực khơng gian ảnh, giải đốn ảnh, địa chất ảnh Về chất, tính chất vật thể xác định thơng qua lượng xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám cịn cơng nghệ nhằm xác định nhận biết đối tượng điều kiện môi trường thông qua đặc trưng riêng phản xạ xạ 1.1.2 Lịch sử phát triển Viễn thám khoa học, thực phát triển mạnh mẽ qua ba thập kỷ gần đây, mà công nghệ vũ trụ cho ảnh số, bắt đầu thu nhận từ vệ tinh quĩ đạo trái đất vào năm 1960 Tuy nhiên, viễn thám có lịch sử phát triển lâu đời, bắt đầu việc chụp ảnh sử dụng phim giấy ảnh Từ thể kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Daguerre (1789 - 1881) đưa báo cáo cơng trình nghiên cứu hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh Bức ảnh đầu tiên, chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu, thực vào năm 1858 Gaspard Felix Tournachon nhà nhiếp ảnh người Pháp Tác giả sử dụng khinh khí cầu để đạt tới độ cao 80m, chụp ảnh vùng Bievre, Pháp Một ảnh chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu ảnh vùng Bostom tác giả James Wallace Black, 1860 Việc đời ngành hàng không thúc đẩy nhanh phát triển mạnh mẽ ngành chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim giấy ảnh, nguyên liệu nhạy cảm với ánh sáng (photo) Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất ảnh chụp chồng phủ cho khả nhìn ảnh (stereo) Khả giúp cho việc chỉnh lý, đo đạc ảnh, tách lọc thông tin từ ảnh có hiệu cao Một ngành chụp ảnh, thực phương tiện hàng không máy bay, khinh khí cầu tàu lượn phương tiện không khác, gọi ngành chụp ảnh hàng không Các ảnh thu từ ngành chụp ảnh hàng không gọi không ảnh Bức ảnh chụp từ máy bay, thực vào năm 1910, Wilbur Wright, nhà nhiếp ảnh người Ý, việc thu nhận ảnh di động vùng gần Centoceli thuộc nước Ý (bảng 1-1) Chiến tranh giới thứ (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích qn Cơng nghệ chụp ảnh từ máy bay kéo theo nhiều người hoạt động lĩnh vực này, đặc biệt việc làm ảnh đo đạc ảnh Những năm sau đó, thiết kế khác loại máy chụp ảnh phát triển mạnh mẽ Đồng thời, nghệ thuật giải đốn khơng ảnh đo đạc từ ảnh phát triển mạnh, sở hình thành ngành khoa học đo đạc ảnh (photogrametry) Đây ngành ứng dụng thực tế việc đo đạc xác đối tượng từ liệu ảnh chụp Yêu cầu đòi hỏi việc phát triển thiết bị xác cao, đáp ứng cho việc phân tích khơng ảnh Trong chiến tranh giới thứ hai (1939 - 1945) không ảnh dùng chủ yếu cho mục đích quân Trong thời kỳ này, ngồi việc phát triển cơng nghệ radar, đánh dấu phát triển ảnh chụp sử dụng phổ hồng ngoại Các ảnh thu từ nguồn lượng nhân tạo radar, sử dụng rộng rãi quân Các ảnh chụp với kênh phổ hồng ngoại cho khả triết lọc thông tin nhiều Ảnh mầu, chụp máy ảnh, dùng chiến tranh giới thứ hai Việc chạy đua vào vũ trụ Liên Xô cũ Hoa 10 Kỳ thúc đẩy việc nghiên cứu trái đất viễn thám với phương tiện kỹ thuật đại Các trung tâm nghiên cứu mặt đất đời, quan vũ trụ châu Âu ESA (Aeropian Remote sensing Agency), Chương trình Vũ trụ NASA (Nationmal Aeromautics and Space Administration) Mỹ Ngoài thống kê trên, kể đến chương trình nghiên cứu trái đất viễn thám nước Canada, Nhật, Pháp, Ấn Độ Trung Quốc Bức ảnh đầu tiên, chụp trái đất từ vũ trụ, cung cấp từ tàu Explorer-6 vào năm 1959 Tiếp theo chương trình vũ trụ Mercury (1960), cho sản phẩm ảnh chụp từ quỹ đạo trái đất có chất lượng cao, ảnh màu có kích thước 70mm, chụp từ máy tự động Vệ tinh khí tượng (TIR0S-1), phóng lên quĩ đạo trái đất vào tháng năm 1960, mở đầu cho việc quan sát dự báo khí tượng Vệ tinh khí tượng NOAA, hoạt động từ sau năm 1972, cho liệu ảnh có độ phân giải thời gian cao nhất, đánh dấu cho việc nghiên cứu khí tượng trái đất từ vũ trụ cách tổng thể cập nhật ngày Bảng 1.1 Tóm tắt phát triển viễn thám qua kiện Thờigian Sự kiện (Năm) 1800 Phát tia hồng ngoại 1839 Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp ảnh đen trắng 1847 Phát dải phổ hồng ngoại phổ nhìn thấy 1850-1860 Chụp ảnh từ khinh khí cầu 1873 Xây dựng học thuyết phổ điện từ Nhìn vào ma trận sai số tương quan chéo ta thấy có 1327 pixcel giải đốn tổng số 1462 pixcel cần đánh giá Chỉ số κ = 0.8846 nên đạt độ xác cao Bảng 3.3 Ma trận sai số tương quan chéo theo pixcel Lớp Dân cư Sông Thực vật Ao, hồ Dân cư sông Thực vật Ao, hồ Khu Đất công nông nghiệp nghiệp Giao thông Tổng 400 0 0 409 338 0 0 338 190 0 0 191 0 36 0 37 0 59 69 0 0 270 273 Khu công nghiệp Đất nông nghiệp Giao thông Tổng 15 81 34 145 422 340 274 44 59 276 47 1462 3.2.6 Thành lập đồ lớp phủ a Chuyển ảnh phân loại sang ảnh chỉnh Để chuyển sang vector kết phân loại, từ thực đơn lệnh ENVI chọn Classification / Post classification / Majority/Minority Analysis Hình 3.30 Chuyển sang ảnh chỉnh Trên hình xuất hộp thoại Classification Input file, sau chọn ảnh bấm OK Hình 3.31 Hộp thoại Classification Input file Trên hình xuất hộp thoại Majority/Minority parameter cho phép chọn lớp cần chuyển sang ảnh hiệu chỉnh Chọn đường dẫn lưu kết Hình 3.32 Hộp thoại Majority/Minority parameter Ta ảnh hiệu chỉnh Hình 3.33 Ảnh hiệu chỉnh b Xuất kết phân loại Để chuyển sang vector kết phân loại, từ thực đơn lệnh ENVI chọn Classification / Post classification / Classification to Vector Hình 3.34 Mở Classification Trên hình xuất hộp thoại Raster to Vector Input Band, chọn file kết phân loại cần chuyển nhấn OK Hình 3.35 Hộp thoại Raster to Vector Input Band Xuất hộp thoại Raster to Vector Parameters cho phép chọn lớp cần chuyển sang dạng vector Chọn đường dẫn lưu kết Hình 3.36 Hộp thoại Raster to Vector Parameters Hình 3.37 File vector Trên cửa sổ Available Vectors List, vào File / Export Layers to Shapefile chọn đường dẫn lưu file, nhấn OK Mở file cửa sổ mới, ta có File vector cửa sổ Vector Window#1 c Kết chuyển sang file.shp Trên cửa sổ #1 ta vào file chọn Export Active Layer to Shapelife Hình 3.38 File vector Xuất hộp thoại OutputEVF Layer to Shapefile, chọn đường dẫn nhấn OK Hình 3.39 Lưu File shp d Chuyển sang arcgis để thành lập đồ Khởi động ArcMap, kích chuột phải vào Layer /Add Data để mở liệu Hình 3.40 Mở liệu Hình 3.41 Kết chuyển từ raster sang vecter Để đổi màu đối tượng ta kích chuột phải vào file liệu chọn Open Attribute Table, sau bơi đen cột mà ta muốn đối tên kích chuột phải chọn Properties Hình 3.42 Đổi tên đối tượng Khi đổi tên xong Kích chuột phải vào file liệu / Properties/ Sybology / Categories nhấn Add All Value để đổi màu cho đối tượng Hinh 3.43 Đổi màu lớp đối tượng Sau chọn màu xong ấn OK Hinh 3.44 Ảnh sau đổi màu Chọn khổ giấy: Vào File/ Page and Print Setup, Size, chọn khổ giấy, nhấn OK để chấp nhận