CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 ỨNG DỤNG ARCGIS PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU ẢNH RASTER USGS TRONG XÁC ĐỊNH MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG ĐẤT APPLICATION OF ARCGIS IN ANALYSING AND PROCESSING USGS RASTER IMAGE FOR DEFINING LAND USES KS TRẦN ĐỨC PHÚ Khoa Cơng trình thuỷ, Trường ĐHHH Tóm tắt Ngày nay, GIS phát triển mạnh mẽ giới ứng dụng rộng rãi lĩnh vực chuyên môn Từ kết thu việc nghiên cứu ứng dụng ArcGIS, báo trình bày hướng ứng dụng GIS để phân tích xử lý liệu ảnh raster USGS phục vụ việc xác định mục đích sử dụng đất Abstract Nowadays, GIS has become more and more developed all over the world and has been applied widely in many specialized fields From results of studying and applying ArcGIS, this article presents a application of GIS in Analysing and Processing USGS raster image for defining Land uses Khái niệm chung ảnh raster USGS Trung tâm khảo sát địa chất Quốc gia Hoa kỳ (The U.S Geological Survey - USGS) Quan trắc khao học tài nguyên trái đất (Earth Resources Observation and Science - EROS), Đại học Nebraska-Lincoln (UNL) Trung tâm hợp tác nghiên cứu Công đồng Châu Âu (The Joint Research Centre of the European Commission) tạo liệu độ phân giải km đặc tính bao phủ đất tồn cầu cho việc sử dụng dải rộng nghiên cứu mơi trường mơ hình hóa ứng dụng (Loveland and others, 2000) Dữ liệu lấy từ liệu Bức xạ cao cấp 1-km độ phân giải cao (Advanced Very High Resolution Radiometer - AVHRR) kéo dài 12 tháng dựa cấu trúc liệu linh hoạt khái niệm khu vực đất bao phủ theo mùa Các khu vực bao phủ đất theo mùa cung cấp khung cho thể mẫu theo thời gian không gian thảm thực vật sở liệu Các khu vực biên soạn bao gồm nhóm đất tương đối đồng (ví dụ: đặc tính hệ thực vật hình dạnh tương đồng) thể đặc tính vật hậu học (nghĩa là, khởi phát, héo, khoảng thời gian theo mùa trạng thái xanh tốt), có mức độ phổ biến sản phẩm Thay dựa đơn vị lập đồ xác lược đồ phân loại vùng bao phủ đất định trước, vùng bao phủ đất theo mùa đưa tóm tắt cho đơn vị thuộc tính mơ tả định lượng Các thuộc tính coi bảng tính đặc trưng khu vực cho phép cập nhật, tính tốn, chuyển đổi mục nhập vào thông số lớp học Dữ liệu cung cấp tính linh hoạt cho việc sử dụng sở liệu đặc tính bao phủ đất loạt mơ hình mà khơng có sửa đổi sâu rộng mơ hình đầu vào Mơ tả liệu Cơ sở liệu bao phủ đất toàn cầu phát triển tảng lục địa nối tiếp lục địa Các lục địa sở liệu toàn cầu chia sẻ chung hệ quy chiếu đồ (Interrupted Goode Homolosine Phép chiếu phương vị đồng diện tích Lambert - Lambert Azimuthal Equal Area), có độ phân giải khơng gian danh nghĩ 1-km, dựa liệu AVHRR 1-km khoảng thời gian năm Trong sở liệu lục địa có yếu tố dựa khía cạnh địa lý bật lục địa cụ thể, có nguồn gốc chung đồ chuyên đề sản xuất thông qua việc tập hợp vùng bao phủ đất theo mùa Các đồ chuyên đề gồm có: - Vùng bao phủ đất theo mùa Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 77 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 - Hệ sinh thái tồn cầu (Olson, 1994a, 1994b) - Chương trình sinh địa quốc tế phân loại bao phủ đất (Belward, 1996) - Hệ thống bao phủ đất mục đích sử dụng đất USGS (Anderson and others, 1976) - Mơ hình sinh đơn giản (Sellers and others, 1986) - Mơ hình sinh đơn giản (Sellers and others, 1996) - Lược đồ chuyển giao Sinh - Khí (Dickinson and others, 1986) - Hình thức sống thực vật (Running and others, 1994) Để có mơ tả chi tiết phương pháp luận cho sở liệu toàn cầu, xem trang chủ LP DAAC (http://edc2.usgs.gov/glcc/glcc.php) Để phục vụ cho việc nghiên cứu ứng dụng ArcGIS việc phân tích xử lý liệu ảnh vệ tinh để xác định mục đích sử dụng đất, viết này, tác giả đề cập đến việc phân tích mẫu sở liệu bao phủ đất khu vực châu Phi (The Africa land cover data base) Nguồn liệu Hợp AVHRR NDVI 1-km liệu kép sử dụng đặc tính bao phủ đất Bên cạnh đó, liệu địa lý khác bao gồm liệu số độ cao, thể khu vực sinh thái, quốc gia khu vực – cấp thực vật đồ bao phủ đất 3.1 Dữ liệu AVHRR Các sở liệu sử dụng ghép lại AVHRR 1-km 10-ngày từ tháng năm 1992 đến tháng năm 1993 chương trình quốc tế Sinh Khí (International Geosphere Biosphere Programme – IGBP) (Eidenshink Faundeen, 1994) Dữ liệu đa thời gian AVHRR NDVI sử dụng để chia mặt đất thành khu vực bao phủ đất, dựa tính mùa vụ Trong liệu AVHRR sử dụng việc phân loại NDVI, liệu kênh đơn sử dụng cho phân loại sau đặc tính đất đai mặt đất Đánh giá chất lượng liệu quản lý báo cáo Zhu Yang (1996) 3.2 DEM Dữ liệu DEM sử dụng để mơ hình hóa yếu tố sinh thái quản lý phân phối thực vật tự nhiên, thành phần quan trọng để xác định loại bao phủ đất phân tầng khu vực theo mùa đại diện cho hai nhiều loại thực vật khác 3.3 Dữ liệu khu vực sinh thái Dữ liệu vùng sinh thái sử dụng để xác định vùng bao phủ đất khác cho việc phân tầng khu vực theo mùa đại diện cho hai nhiều loại thực vật khác Dữ liệu cấp độ khu sinh thái lục địa quốc gia sử dụng trình 3.4 Dữ liệu đồ Các đồ Atlat khu sinh thái, đất, thảm thực vật, sử dụng đất, bao gồm đất sử dụng giai đoạn thể mặt nghiên cứu phục vụ liệu tham khảo để hướng dẫn ghi tiêu đề liệu Phân tích liệu 4.1 Đặc tính khơng gian Kích thước liệu Phép chiếu phương vị đồng diện tích Lambert - Lambert Azimuthal Equal Area cho tập liệu đặc tính bao phủ đất châu Phi 9276 hàng (rows) 8350 cột (columns) tạo tập liệu kích thước khoảng 77 MB dành cho 8-bit (byte) hình ảnh Sau tóm tắt tham số chiếu đồ sử dụng cho chiếu này: Phép chiếu (Projection Type): phương vị đồng diện tích Lambert (Lambert Azimuthal Equal Area) Đơn vị đo (Units of Measure): mét Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 78 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 Kích cỡ điểm ảnh (Pixel Size): 1000 mét Bán kính mặt cầu (Radius of sphere): 6370997 m o Kinh tuyến gốc (Longitude of origin): 20 00’ 00’’ E Vĩ tuyến gốc (Latitude of origin): o 00’ 00” N Sai hướng Đông (False easting): 0.0 Sai hướng Bắc (False northing): 0.0 Tọa độ XY góc (trung tâm điểm ảnh) theo đơn vị chiếu (m): Dưới bên trái (Lower left): (- 4458000, - 4795000) Trên trái (Upper left): (- 4458000, 4480000) Trên bên phải (Upper right): (3891000, 4480000) Dưới bên phải (Lower right): (3891000, - 4795000) 4.2 Cấu trúc ảnh IGBP Giá trị mô tả liệu sử dụng để phục vụ cho nghiên cứu mô tả cụ thể sau: Bảng Giá trị mô tả liệu Giá trị Mô tả Description Rừng kim xanh lâu Evergreen Needleleaf Forest Rừng rộng xanh lâu Evergreen Broadleaf Forest Rừng kim sớm rụng Deciduous Needleleaf Forest Rừng rộng sớm rụng Deciduous Broadleaf Forest Rừng hỗn hợp Mixed Forest Cây bụi kín Closed Shrublands Cây bụi thưa Open Shrublands Rừng Savannas Woody Savannas Savannas Savannas 10 Đồng cỏ Grasslands 11 Đầm lầy vĩnh viễn Permanent Wetlands 12 Vùng trồng Croplands 13 Đô thị khu dân cư Urban and Built-Up 14 Vùng trồng Thực vật tự nhiên xen kẽ Cropland/Natural Vegetation Mosaic 15 Băng tuyết Snow and Ice 16 Đất cằn thực vật thưa thớt Barren or Sparsely Vegetated 17 Mặt nước Water Bodies 4.3 Phân tích, xử lý liệu Tệp tin sử dụng để phân tích, xử lý liệu afigbp1_2l.img.gz file có cấu trúc liệu byte ảnh IGBP khu vực châu Phi Giải nén file liệu ta thu file ảnh raster afigbp1_2l.img Để đưa ảnh raster vào ArcInfo ta làm bước sau: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 79 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 Đổi tên file thành file có định dạng dải (Band sequential format: *.bsq), IGBP.bsq Tạo file ascii (file tạo cách sử dụng notepad), đặt tên IGBP.hdr Tệp tin chứa thông tin : số hàng, cột tọa độ x y liệu hình ảnh Dựa theo đặc tính khơng gian ta có thơng số cụ thể sau: BYTEORDER M LAYOUT BSQ NROWS 9276 NCOLS 8350 NBANDS NBITS SKIPBYTES XDIM 1000 YDIM 1000 ULXMAP - 4457500 ULYMAP 4480500 Hình Ảnh liệu raster IGBP.bsq Từ đó, xem sơ ArcCatalog Như hình minh họa: Từ file liệu IGBP.bsq tiến hành chuyển đổi dạng liệu GRID ArcGIS cách sử dụng lệnh Export Raster to Different Format, chọn Input Raster file liệu IGBP.bsq Output Raster Dataset file liệu IGBP_GRID với phần mở rộng để trống Dữ liệu tự động chuyển sang dạng GRID phù hợp với việc sử dụng môi trường ArcGIS đồng thời liệu định dạng lại theo nhóm liệu định sẵn Sử dụng PROJECTDEFINE để định nghĩa thông tin phép chiếu phù hợp Các tài liệu cho sở liệu lục địa chứa thông tin phép chiếu yêu cầu Ở sử dụng phép chiếu phương vị đồng diện tích Lambert - Lambert Azimuthal Equal Area với tham số nêu chi tiết phần đặc tính khơng gian Tạo file liệu Legend.dbf từ Excel thơng tin ghi Bảng Tiếp gắn thơng tin không gian (dữ liệu ảnh thu được) với liệu mô tả (Legend) Trong ArcMap, nhập ảnh IGBP_GRID vào, sau sử dụng lệnh Joint với file liệu Legend Ta kết cuối liệu đất sau phân tích phân chia thành loại theo mục đích sử dụng cụ thể chứa đựng thơng tin mơ tả có liên quan Hình Ảnh liệu IGBP dạng GRID Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 80 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 Kết Kết thu trình liệu GIS sở liệu mục đích sử dụng đất khu vực Dựa vào sở liệu này, người sử dụng xác đinh mục đích sử dụng đất tại khu vực Đồng thời, dựa vào sở liệu này, ta dễ dàng xác định diện tích loại đất khác Nếu kết hợp liệu với liệu dân số, ta xác định số đặc tính như: Diện tích đất nơng nghiệp đầu người, diện tích đất cần cho quy hoạch nơng nghiệp, quy hoạch vùng dân cư Kết luận Cùng với phát triển khơng ngừng máy tính điện tử, công cụ hỗ trợ khác Ngày nay, ứng dụng phân tích sở liệu viễn thám ứng dụng rộng rãi Bài báo đưa ứng dụng việc sử dụng phần mềm ArcGIS việc phân tích xử lý liệu ảnh viễn thám phục vụ cho việc ứng dụng vào việc xác định mục đích sử dụng đất Tuy nhiên, sở liệu ảnh viễn thám hạn chế nên nội dung báo, tác giả đưa phân tích tiêu biểu cho việc ứng dụng GIS để làm tiền đề cho việc ứng dụng GIS lĩnh vực chun mơn mẻ Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Anderson, J.R., Hardy, E.E., Roach J.T., Witmer R.E, A land use and land cover classification system for use with remote sensor data: U.S Geological Survey Professional, 1976 [2] Belward, A.S., ed., The IGBP-DIS global km land cover data set (DISCover)-proposal and implementation plans: IGBP-DIS Working, 1996 [3] Giáo trình Applied Geographical Data Structuring, Dept of Physical Geography and Ecosystems Analysis, and GIS Centre at Lund University, Sweden, 2002 [4] Zhu, Z., and Yang, L., Characteristics of the 1-km AVHRR data set for North America: International Journal of Remote Sensing, 1996 [5] Olson, J.S., Global ecosystem framework-definitions: USGS EROS Data Center Internal Report, 1994 Người phản biện: ThS Hồng Hồng Giang Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 81 ... liệu GIS sở liệu mục đích sử dụng đất khu vực Dựa vào sở liệu này, người sử dụng xác đinh mục đích sử dụng đất tại khu vực Đồng thời, dựa vào sở liệu này, ta dễ dàng xác định diện tích loại đất. .. nay, ứng dụng phân tích sở liệu viễn thám ứng dụng rộng rãi Bài báo đưa ứng dụng việc sử dụng phần mềm ArcGIS việc phân tích xử lý liệu ảnh viễn thám phục vụ cho việc ứng dụng vào việc xác định mục. .. sở liệu toàn cầu, xem trang chủ LP DAAC (http://edc2 .usgs. gov/glcc/glcc.php) Để phục vụ cho việc nghiên cứu ứng dụng ArcGIS việc phân tích xử lý liệu ảnh vệ tinh để xác định mục đích sử dụng đất,