DÂY LƯNG & VÍ DA CHẤT LƯỢNG CAO THƯƠNG HIỆU H2


Khả năng Sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ phân bố các loại hình đất ngập nước ở Việt Nam

Ảnh Vệ Tinh

Dữ liệu ảnh đã xử lý
     
   Từ đầu năm 1989 Việt Nam đã trở thành thành viên thứ 50 trên Thế giới và là quốc gia đầu tiên ở Đông Nam Á ký công ước quốc tế về các vùng đất ngập nước (Công ước Ramsar). Đất ngập nước của Việt Nam rất đa dạng, chiếm diện tích lớn và là một dạng tài nguyên quan trọng. Tuy nhiên việc quản lý, khai thác và bảo vệ hệ sinh thái này vẫn còn nhiều vấn đề bất cập. Nghiên cứu khả năng sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ phân bố các loại hình thể đất ngập nước ở Việt Nam để có kiến nghị và đề xuất các phương pháp quản lý và khai thác hợp lý là rất cần thiết.
           Đất ngập nước là một hệ sinh thái rất đặc thù, có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển kinh tế-xã hội, bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học. Trước hết đây là vùng có năng suất sinh học cao, cung cấp nguồn lương thực và thực phẩm chủ yếu để nuôi sống con người; Đồng thời cũng là vùng đất có chức năng bảo vệ môi trường cơ bản như điều tiết nguồn nước ngầm, khống chế lũ lụt, bảo vệ bờ biển, ổn định vi khí hậu...
          Ở nước ta, đất ngập nước có phân bố ở nhiều nơi và ở các vùng khác nhau. Nhưng tập trung hơn cả vẫn là ở các khu vực đồng bằng và dải ven biển với nhiều loại hình và rất phong phú về các đặc trưng sinh thái. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có một tài liệu kiểm kê nào có thể đưa ra được những thông tin đầy đủ và hệ thống về hiện trạng phân bố của các loại đất này. Quan điểm về các chỉ tiêu phân loại vẫn còn có những điểm chưa được thống nhất.
           Với khả năng thông tin của ảnh vệ tinh, đặc biệt là khả năng xác định được các đối tượng trên mặt phủ có độ chính xác và tính khách quan cao, cho phép có thể thành lập được bản đồ về phân bố các loại hình đất ngập nước trong phạm vi các cấp lãnh thổ khác nhau- từ cấp khu vực, cấp vùng đến toàn quốc.

Các loại ảnh vệ tinh hiện có

           Cho đến thời điểm hiện nay, ảnh vệ tinh có nhiều loại và đã có nhiều thế hệ. Song được sử dụng phổ biến hơn cả vẫn là các ảnh vệ tinh tài nguyên chụp ở dải phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại; Như hệ thống ảnh Landsat của Mỹ, ảnh SPOT của Pháp, ảnh KFA-1000, MK-4 và KATE-200 của Nga... Các loại ảnh này có thể được dùng trong các lĩnh vực về điều tra tài nguyên, giám sát môi trường; Đặc biệt được sử dụng để thành lập ra các bản đồ về hiện trạng (hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng, hiện trạng lớp phủ, hiện trạng môi trường, bản đồ địa hình...) và các bản đồ biến động (biến động diện tích rừng, biến động bờ sông-bờ biển, biến động lớp phủ...). Có thể nói rằng, ảnh vệ tinh là tư liệu rất tốt để nghiên cứu các đối tượng trên bề mặt đất. Hiện nay đã có những loại ảnh có độ phân giải hình học khác nhau,cho phép xác định nhiều đối tượng và hiện tượng ở những mức độ chi tiết cũng khác nhau. ảnh được chụp với diện rộng và ở tầm cao nên có thể ghi nhận được nhiều đối tượng, hiện tượng trong một phạm vi lớn ở cùng một thời điểm và có khả năng tự tổng hợp hoá tự nhiên.
           Để xác định phạm vi phân bố các loại hình đất ngập nước, có thể coi ảnh vệ tinhlà tư liệu và công cụ hữu hiệu.

Khả năng đáp ứng của ảnh vệ tinh đối với nội dung của bản đồ phân bố các loại hình đất ngập nước

           Theo hệ thống phân loại của Công ước Ramsar, đối chiếu với điều kiện thực tế ở Việt Nam, bản đồ phân bố các loại hình đất ngập nước có thể gồm các nội dung sau đây:

Đất ngập nước nước mặn

           Thuộc biển: Thuỷ vực nông bao gồm cả vịnh và eo biển; Thảm thực vật thuỷ sinh (rong, có biển); Rạn san hô; Bờ biển đá gồm vách đá và bờ đá; Bãi đá, bãi cát, bãi bùn; Bãi có rừng ngập mặn; Bãi có cỏ, cói, lau, sậy; Đầm lầy mặn
           Thuộc cửa sông: Nước vùng cửa sông; Bãi cát, bãi bùn; Bãi có cỏ, cói, lau, sậy; Bãi có rừng ngập mặn, dừa nước; Bãi có rừng ngập mặn, dừa nước; Đầm lầy mặn
           Thuộc đầm phá, hồ nước mặn: Đầm phá nước mặn, nước lợ; Hồ nước mặn, nước lợ

Đất ngập nước nước ngọt.

           Thuộc sông suối, kênh rạch: Sông suối, kênh rạch có nước thường xuyên, thác nước; Vùng Châu thổ sông; Sông suối, kênh rạch có nước theo mùa; Đồng bằng ngập nước sông theo mùa.
           Thuộc ao hồ: Ao hồ có nước thường xuyên; Ao hồ có nước theo mùa; Vùng đất trũng ven ao hồ ngập nước theo mùa
           Thuộc đầm lầy: Đầm lầy nước ngọt thường xuyên; Đầm lầy nước ngọt theo mùa; Đất than bùn; Suối phun nước ngọt và đất ngập nước ở các ô trũng trên núi; Đầm lầy có rừng cây chịu ngập úng (rừng tràm); Đầm lầy có rừng cây bụi

Đất ngập nước nhân tạo

           Đất nuôi trồng thuỷ sản: Đất nuôi trồng thuỷ sản ở vùng bãi bồi cửa sông, ven biển; Đất nuôi trồng thuỷ sản ở vùng rừng ngập mặn; Đất nuôi trồng thuỷ sản ở đất ruộng lúa; Đất nuôi trồng thuỷ sản trên cát; Nuôi ở hồ ao, sông cụt, đấu, thùng đào
           Đất canh tác nông nghiệp: Đất trồng lúa được tưới nước; Đất trồng lúa ở vùng ngập trũng
           Đất làm muối
           Đất công nghiệp: Khu vực khai thác, đào bới; Nơi xử lý nước thải
           Hồ chứa nước và hệ thống đập, kênh dẫn nước
           Với khả năng thông tin của ảnh vệ tinh, có thể đưa ra hai nhóm đối tượng có mức độ khai thác được trên ảnh như sau:
           - Nhóm các đối tượng dễ xác định được trên ảnh gồm: Thuỷ vực nông; Bãi có rừng ngập mặn, dừa nước; Bãi có cỏ, cói, lau sậy; Đầm lầy; Nước vùng cửa sông; Bãi, đầm, phá; Sông suối; Kênh rạch, ao hồ; Vùng nuôi trồng thuỷ sản; Rừng tràm; Đất canh tác nông nghiệp; Đất làm muối; Khu vực khai thác, đào bới; Nơi xử lý nước thải; Hồ chứa nước; Đập và kênh dẫn nước.
           - Nhóm các đối tượng xác định được trên ảnh nhưng phải có tài liệu khác hỗ trợ gồm: Đầm lầy phân thành đầm lầy mặn, ngọt; Sông ngòi, hồ ao có nước thường xuyên hay theo mùa; Đất than bùn; Rạn san hô; Bờ biển đá, vách đá; Bãi ven bờ phân ra bãi đá, bãi cát, bãi bùn; Đầm phá, hồ là loại nước mặn, nước lợ. Thảm thực vật thuỷ sinh.
           Thông tin khai thác được trên ảnh vệ tinh phụ thuộc rất nhiều vào độ phân giải của ảnh (độ phân giải hình học, độ phân giải phổ). Vì vậy khi xây dựng các chỉ tiêu phân loại cũng như chọn tỷ lệ bản đồ, việc đầu tiên là phải đánh giá tư liệu ảnh. Với ảnh vệ tinh độ phân giải cao (5-20m) và siêu cao (dưới 5m)cho phép thành lập các bản đồ đất ngập nước ở tỷ lệ 1:10.000 và nhỏ hơn. Còn đối với ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình (trên 20m) chỉ có thể thành lập được các bản đồ ở tỷ lệ 1:100.000 và nhỏ hơn.

Khả năng giải đoán các đối tượng là nội dung bản đồ phân bố các loại hình đất ngập nước trên ảnh vệ tinh

           Giải đoán ảnh hay còn gọi là điều vẽ, suy giải ảnh là việc “đọc” ảnh thông qua các dấu hiệu trực tiếp có trên ảnh hoặc các dấu hiệu gián tiếp (dấu hiệu chỉ định) để suy diễn. Các dấu hiệu trực tiếp bao gồm dấu hiệu về màu sắc, cấu trúc, diện mạo và mật độ ảnh. Các dấu hiệu gián tiếp là các quy luật, đặc điểm phân bố, điều kiện sinh thái về các mối quan hệ tương hỗ giữa các đối tượng.
           Theo nội dung của bản đồ phân bố các loại hình đất ngập nước, các mẫu giải đoán ảnh (cụ thể là ảnh vệ tinh SPOT) cho một số đối tượng được mô tả như sau:
           - Thuỷ vực nông, thực chất đây là vùng biển ven bờ có độ sâu dưới triều khoảng 3-5m. Trên ảnh có thể xác định nhờ sắc ảnh có màu lơ, lơ đục; Cấu trúc hạt mịn.
           - Rạn san hô là đối tượng tương đối khó xác định trực tiếp được trên ảnh mà phải dựa vào dấu hiệu gián tiếp (sinh thái-chỉ định) và dựa vào mô hình tương tự để ngoại suy. Tuy nhiên, do đặc điểm chung của rạn san hô ở Việt Nam thường có dạng cấu trúc rạn viền bờ, nên với các đảo trên ảnh hoặc đường bờ biển có viền trắng bao quanh.
           - Vách đá, bờ đá có phân bố ở rìa các khối núi đá sát biển, thường là ở các vùng biển mở. Quan sát trên ảnh thấy đường bờ biển loại này là các đoạn thẳng, dưới chân bờ không có bãi.
           - Bãi ngập ven bờ (bãi đá, bãi cát, bãi bùn) là phần bãi chỉ lộ ra khi triều kiệt. ở vùng cửa sông hoặc chỗ đoạn bờ biển kín có thể mở rộng thành vùng lồi ra phía biển. Trên ảnh thường có màu xanh lơ đục chạy dọc thành vệt theo bãi.
           - Bãi bồi ven sông, ven biển là các bãi được hình thành của quá trình bồi tụ tự nhiên. Kết cấu bề mặt thường là bùn, cát hoặc cát-bùn. Các bãi này thường đã ổn định, nhiều nơi đã được sử dụng để nuôi trồng thuỷ sản, trồng rừng ngập mặn, trồng cói. Trên ảnh bãi bồi chưa được sử dụng có màu lơ xám, xám, xám nâu; Cấu trúc hạt mịn.
           - Bãi cát, cồn cát có phân bố ở dải ven biển, ven sông. Trên ảnh có màu trắng, trắng xám hoặc trắng phớt xanh lơ (phụ thuộc vào độ ẩm và thực phủ trên cát); Cấu trúc hạt mịn.
           - Rừng ngập mặn, dừa nước là đối tượng dễ xác định được trên ảnh, đặc biệt là khi các loại cây này có tán che phủ lớn. Trên ảnh có sắc màu đỏ, đỏ hồng hoặc nâu đỏ; Cấu trúc hạt mịn.
           - Rừng tràm phát triển trên vùng đất chua phèn, thường bị ngập nước nhất là vào mùa mưa và ở một số vùng có ở các ô trũng nước ngọt, phía sau các đồi cát ven biển, ven sông. Trên ảnh có màu đỏ, nâu đỏ; Diện mạo ô vệt; Cấu trúc hạt mịn.
           - Vùng cửa sông là khu vực tiếp giáp giữa sông và biển. Trên ảnh rất dễ xác định thông qua hình ảnh như màu sắc, hình thù. Tuy nhiên không phải vùng cửa sông nào cũng có màu xanh đậm mà có khi là màu xanh lam, lam nhạt do ảnh hưởng của dòng phù sa.
           - Đầm, phá được tạo bởi các doi cát chạy song song với bờ biển rồi khép kín lại, chỉ để thông với biển bằng các cửa lạch nhỏ. Do đặc điểm phân bố và hình dạng rất đặc trưng nên có thể xác định được một cách dễ dàng các đầm, phá trên ảnh.
           - Đầm lầy là các vùng đất thấp, có thể bị ngập nước theo mùa. Đầm lầy có hai loại: Đầm lầy mặn có ở vùng ven biển do ảnh hưởng của nước biển và đầm lầy ngọt phân bố sâu ở trong đất liền, thường gắn với vùng trũng ao, hồ, sông cụt tù đọng và ở vùng ven sông. Trên bề mặt có thể có thực phủ ở dạng cây bụi, cỏ, lau sậy. Hình ảnh trên ảnh có dạng loang lổ, cấu trúc ô vệt, có màu nâu, nâu xám, xanh xám.
           - Bãi cỏ ngập nước gặp ở vùng bãi nông bằng phẳng ven biển, mấp mé ở mặt nước triều thấp. Trên ảnh có màu nâu, nâu lơ.
           - Ruộng muối là diện tích đất ở vùng ven biển được sử dụng vào sản xuất muối. Trên ảnh rất dễ xác định vì ruộng muối có cấu trúc ô đều đặn với các vệt màu đốm trắng và các sọc xanh, xanh xám là kênh và rạch dẫn nước biển vào.
           - Vùng nuôi trồng thuỷ sản bao gồm các hồ ao, đầm, phá, thùng đào, sông cụt, ruộng trũng và kênh rạch được sử dụng để nuôi trồng các loại thuỷ sản. Trong thực tế các vùng đất được cải tạo có thể chỉ chuyên nuôi tôm, cá... hoặc có khi lại là vùng rừng ngập mặn hoặc ruộng lúa một vụ kết hợp với nuôi trồng thuỷ sản. Có thể nhận biết được loại đất này trên ảnh thông qua diện mạo ô thửa, cấu trúc hạt mịn đều hoặc ô vệt (đối với vùng chuyên nuôi); Còn loại có diện mạo tuyến sọc với màu sắc xen kẽ nhau đó là vùng nuôi trồng thuỷ sản trong vùng rừng ngập mặn.
           - Ruộng cói, bàng phân bố ở vùng nước lợ, nước mặn ở chân ruộng trũng hoặc bãi bồi vùng cửa sông ven biển. Loại đất này trên ảnh có diện mạo ô thửa lớn được tạo thành bởi các bờ vùng, đê bao hoặc tạo thành từng vạt lớn dọc theo bãi bồi ven sông, ven biển. Màu sắc phụ thuộc vào tán che của cây cói, bàng, có thể ở dạng màu đỏ, đỏ sẫm hoặc nâu, nâu lơ; Cấu trúc hạt mịn.
           - Đất canh tác ngập nước. Đây là vùng đất bằng phẳng ở đồng bằng, lòng chảo, thung lũng trên chân ruộng trũng và thấp chuyên để trồng lúa. Hình ảnh loại đất này có thể phân biệt dễ dàng thông qua diện mạo ô thửa do hệ thống kênh rạch, bờ vùng bờ thửa tạo nên. Màu sắc phụ thuộc vào trạng thái của cây trồng. Sau thu hoạch hoặc mới gieo cấy có màu lơ, lơ xám. Thời kỳ lúa tươi tốt có màu đỏ, đỏ sẫm; Cấu trúc hạt mịn.
           - Đất ngập nước từng mùa có ở vùng đất trũng. Vào mùa mưa lũ, nước được dồn đọng ở đây. Việc xác định loại đất này trên ảnh hoàn toàn phụ thuộc vào thời điểm chụp ảnh. Vì vậy phải sử dụng kết hợp với bản đồ địa hình để xác định đối tượng này.
           - Hồ ao tự nhiên có hai loại: Có nước thường xuyên và có nước từng mùa. Trên ảnh có thể xác định được các đối tượng này thông qua hình ảnh về màu sắc và hình dạng.
           - Sông suối cũng có 2 loại: Có nước thường xuyên và có nước theo mùa. Giống như hồ ao tự nhiên có thể xác định được dễ dàng trên ảnh. Tuy nhiên để phân biệt có nước thường xuyên hay có nước từng mùa phải có ảnh chụp ở 2 thời điểm ở mùa mưa và mùa khô, kết hợp với điều tra thực địa.
           - Kênh rạch là đối tượng dễ phát hiện trên ảnh, bởi có hình dạng là các tuyến đường thẳng màu lơ, lơ đậm.
           - Khu vực khai thác, đào bới. Đây có thể là vùng khai thác khoáng sản, khai thác đá, khai thác đất hoặc vùng được đào bới phục vụ cho mục đích khác. Trên ảnh là những vệt loang lổ nhiều màu phụ thuộc vào loại đất đá được đào bới. Màu đen, xám thẫm, xám là vùng khai thác than lộ thiên. Màu trắng, xám sáng, lơ xám là vùng khai thác đá. Màu trắng, lơ là vùng khai thác đất...
           - Nơi xử lý nước thải có phân bố chủ yếu ở các khu công nghiệp hoặc khu dân cư đông đúc. Do diện tích nhỏ, nên khó phát hiện được trên ảnh, trừ những hồ chứa có diện tích lớn.
           - Hồ chứa nước là hồ nhân tạo phục vụ để chứa nước cho mục đích thuỷ lợi, dân sinh và thuỷ điện. Đây là đối tượng rất dễ phát hiện được trên ảnh nhờ hình dạng, màu sắc và đặc biệt là hình ảnh của đập ngăn nước có dạng thẳng nằm ở phía hạ lưu của hồ.

Một vài nhận xét

          Ở Việt Nam hiện nay đã có khá nhiều ảnh vệ tinh, có loại đã phủ trùm toàn quốc. Công nghệ xử lý và khai thác ảnh đã có nhiều tiến bộ, nhất là đã có những thiết bị và phần mềm chuyên dụng khá hiện đại. Các loại hình đất ngập nước thực chất cũng chỉ là những đối tượng của lớp phủ bề mặt, được hệ thống và sắp xếp theo những chuẩn mực nhất định. Vì vậy, khả năng sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập loại bản đồ này là hoàn toàn có thể thực hiện được. Hơn thế nữa, khi phân tích ảnh còn có thể tìm ra được các quy luật và đặc điểm phân bố, ghi nhận hiện trạng và biến động của các loại đất này cũng như có thể tiến hành nghiên cứu về các quan hệ tương hỗ giữa chúng với nhau và giữa hệ sinh thái đất ngập nước với các hệ sinh thái tự nhiên khác.

Tài liệu tham khảo:

          Tài liệu về “Bảo vệ đất ngập nước-Tổng quan các vấn đề hiện tại và hành động cần thiết”. Biên soạn Patrik J. Dugan - Điều phối viên, Chương trình Đất ngập nước. Người dịch Nguyễn Khắc Kinh
KS. Vũ Đình ThảoTrung tâm Viễn thám

Các mức xử lý ảnh vệ tinh SPOT

Khi hình thành 1 dự án GIS - RS ngoài hệ thống của dự án thì việc nguồn ảnh là rất quan trọng. độ phân giả ảnh và ảnh đã qua sử lý hay chưa qua sử lý là hoang toàn khác nhau. Bài viết nhằm cung cấp thông tin cho độc giả về ảnh vệ tinh và thông tin về các mức độ sử lý nguồn ảnh.
Trung tâm Viễn thám quốc gia có khả năng xử lý và cung ứng các loại vệ tinh như ảnh SPOT(của Pháp) ảnh LANDSAT, QUICKBIRD(của Mỹ), ảnh KFA(của Nga), ảnh RADARSAT(Canada), ảnh ERS(ESA) ở các mức dộ xử lý khác nhau (1A, 2A, 2B và 3).
anh-ve-tinh
Ảnh vệ tinh SPOT
  • Mức 1A: ảnh vệ tinh thô - chưa định vị và xử lý phổ;
  • Mức 1B: hiệu chỉnh các sai số như: sự quay của Trái đất, ảnh hưởng của độ cong Trái đất, góc chụp nghiêng...;
  • Mức 2A: ảnh được định vị về hệ tọa độ bản đồ UTM, Gauss... chỉ sử dụng các thông tin quỹ đạo của vệ tinh, không sử dụng các điểm khống chế mặt đất;
  • Mức 2B: ảnh vệ tinh được nắn chỉnh về hệ tọa độ bản đồ sử dụng các điểm khống chế ảnh được đo đạc ngoài thực địa hoặc lấy từ bản đồ tỷ lệ lớn hơn (áp dụng cho khu vực đồng bằng);
  • Mức 3: (trực ảnh) ảnh vệ tinh được nắn chỉnh về hệ tọa độ bản đồ sử dụng các điểm khống chế và mô hình số độ cao để loại trừ các sai số do chênh cao địa hình gây ra (áp dụng cho khu vực miền núi).

Ứng dụng ảnh viễn thám siêu Phổ (hyperspectral)

Giới thiệu

Trong ba thập kỷ qua, công nghệ viễn thám đã có những thành tựu hết sức to lớn trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất và trở thành một công cụ quan trọng cho việc đánh giá và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Ngành viễn thám đã mở ra khả năng cho những nghiên cứu về môi trường ở mức toàn cầu, cung cấp các dữ liệu chính xác và kịp thời cho các nhà quản lý.
Tại Việt nam, các loại ảnh viễn thám truyền thống như LandSat, SPOT và ảnh máy bay đã được sử dụng khá rộng rãi trong việc xây dựng bản đồ địa hình, địa chất, hiện trạng rừng. Tuy nhiên những loại ảnh này có nhược điểm là số băng tần ít (LandSat 7 băng, SPOT 5 băng) nên lượng thông tin mang lại còn bị hạn chế. Hiện đã có một loại ảnh mới, ảnh viễn thám siêu phổ (hyperspectral), có hơn 100 băng tần. Do số băng tần nhiều hơn, ảnh viễn thám siêu phổ (VTSP) cho phép giải đoán những yếu tố hết sức chi tiết mà trên ảnh viễn thám truyền thống không thể nhận biết được, ví dụ các loại đất, các khoáng bật, các loại thực vật khác nhau
Bài báo này nhằm mục đích giới thiệu ảnh viễn thám siêu phổ, các tính đặc điểm kỹ thuật của loại ảnh này và một số ứng dụng của nó trong lĩnh vực nghiên cứu môi trường. Bài báo được chia làm 2 phần: i). giới thiệu các khái niệm cơ bản về VTSP và một số ứng dụng của nó; ii). trình bầy kết quả một nghiên cứu ứng dụng VTSP cho theo dõi sa mạc hoá ở Tây Ban Nha. Công trình này được trích từ luận án Thạc sỹ của tác giả, thực hiện tại Viện NC Viễn Thám Hà lan (ITC), 2001.
 

Cơ sở viễn thám siêu phổ và các ứng dụng của nó trong quản lý môi trường

ảnh viễn thám băng tần rộng truyền thống (ví dụ: ảnh LandSat 7 băng, ảnh SPOT 5 băng) từ lâu đã được ứng dụng thành công cho việc xây dựng bản đồ hiện trạng, và theo dõi các biến đổi môi trường. Tuy nhiên các kỹ thuật mới đã chỉ ra rằng, bên cạnh những ưu điểm như dễ sử dụng, được nắn chỉnh tốt, được nhiều phần mềm xử lý ảnh hỗ trợ, ảnh viễn thám băng tần rộng cũng có những hạn chế nhất định. Do số băng tần ít và độ rộng của mỗi băng tần là rất lớn, nên trên ảnh viễn thám truyền thống, nhiều thông tin quan trọng bị trộn lẫn với nhau.
Trên ảnh viễn thám, giá trị quang phổ phát xạ R (radiation value) do sensor nhận được là một hàm số (f) giữa vị trí (x), thời gian (t), độ dài bước sóng (λ), và góc chụp (θ)
R=f(x,t, λ, θ)
Qua hàm số này ta thấy: để có thêm thông tin từ ảnh, hay nói cách khác để tăng được giá trị R, ít nhất một trong các biến x,t, λ, θ phải có sự biến đổi. Nếu chú ý tới yếu tố độ dài bước sóng ta sẽ thấy tại mỗi bước sóng các vật thể sẽ có cường độ phản xạ khác nhau. Nhiều đối tượng có phản xạ đặc trưng (spectral signature) giúp chúng ta phân biệt được chúng với những đối tượng khác, và phần lớn những điểm đặc trưng này nằm ở những bước sóng rất hẹp. Để đoán đọc những điểm đặc trưng này, chúng ta cần những ảnh có bước sóng hẹp. Viễn thám siêu phổ ra đời nhằm phục vụ cho mục đích nói trên.


VTSP[2] là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thu nhận ảnh ở rất nhiều băng tần hẹp và liên tiếp nhau từ giải phổ nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại trung, tới hồng ngoại nhiệt. Một hệ thống VTSP điển hình thường thu nhận trên 200 band dữ liệu, qua đó cho phép xây dựng một quang phổ phản xạ [HVA1] liên tiếp (countinous reflectance spectrum) cho từng điểm ảnh (pixel). VTSP cho phép phân biệt [HVA2] được các yếu tố mặt đất có quang phổ chuẩn đoán nằm trong những bước sóng hẹp, mà hệ thống ảnh đa phổ truyền thống ko phát hiện được. Hình 1 biểu thị quang phổ phản xạ của 1 số khoáng vật trong khoảng 200 tới 250-nm. Trên ảnh siêu phổ HyMap ta có thể thấy mỗi khoáng chất có một đường quang phổ khác biệt với các đỉnh hấp thụ và phản xạ tại những bước sóng nhất định. Trong khi đó band 7 ảnh Landsat TM ở khoảng sóng này chỉ cho ta 1 điểm dữ liệu duy nhất do đó không thể phân biệt được các khoáng vật này.
Hình 1. Quang phổ phản xạ của một số khoáng vật trên ảnh HyMap
Thiết bị VTSP đầu tiên là Fluorescence Line Image (FLI), và Airborne Imaging Spectrometer (AIS) do NASA chế tạo năm 1981 và 1983. Thiết bị này thu thập 128 band dữ liệu trong khoảng 1200 đến 2400 nm, độ rộng của mỗi băng là 9.3 nm. Năm 1987 NASA đã cải tiến hệ thống AIS thành hệ thống Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS). AVIRIS được thiết kế với các chức năng nắn chỉnh tiên tiến để phục vụ cho các nghiên cứu đa ngành. Hiện nay VTSP được ứng dụng trong một số nghiên cứu về: khoáng vật bề mặt, chất lượng nước, đo độ sâu, xác định xói mòn đất, xác định loại thực vật, hàm lượng nước trong lá ...vv. Nhiều tổ chức viễn thám và các công ty tư nhân đã sản xuất nhiều loại thiết bị VTSP khác nhau, danh sách và đặc tính kỹ thuật chi tiết của các hệ thống VTSP hiện hành có thể tham khảo Van de Meer, 1999

3. ứng dụng VTSP vào việc theo dõi quá trình sa mạc hoá

Tây Ban Nha là quốc gia duy nhất ở châu Âu chịu ảnh hưởng của sa mạc hoá tới hơn một nửa diện tích đất nông nghiệp. Điều kiện môi trường khắc nghiệt với 10 tháng mùa khô, mùa mưa ngắn với lũ lớn, địa hình chia cắt mạnh, và tầng đất mỏng làm cho quá trình xói mòn xẩy ra hết sức mạnh mẽ. Vùng Tebernas thuộc tỉnh Almeria là vùng bị sa mạc hoá nghiêm trọng nhất miền Đông Nam Tây Ban Nha. Việc xác định và kiểm soát quá trình này là hết sức cần thiết không những cho Tây Ban Nha mà cho cả những quốc gia khác đang phải đối đầu với vấn đề sa mạc hoá. Tuy nhiên các loại ảnh viễn thám truyền thống như LandSat, SPOT lại không đủ độ phân giải để đoán đọc các loại hiện trạng sa mạc hoá như, đất xói món trơ sỏi đá, đất bị nhiễm mặn ...vv. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài đặt ra là ứng dụng kỹ thuật VTSP để theo dõi quá trình này.

Vùng nghiên cứu, dữ liệu và phương pháp

Thung lũng Tabernas nằm ở phía Đông nam Tây Ban Nha, với khí hậu nóng và khô điển hình của vùng Địa Trung Hải. Lượng mưa hàng năm rất thấp (220-mm/năm), và các trận mưa thường tập trung trong vòng 30 ngày của tháng 11 tạo ra các trận lũ lớn. Do mặt đất hầu như không có thực vật che phủ nên quá trình xói mòn xẩy ra mạnh. Tất cả các điều kiện trên cộng với khí hậu khô nóng và điều kiện địa chất đặc biệt đã đẩy nhanh quá trình sa mạc hóa và tạo ra bốn loại đất sau: đất nhiễm mặn, đất xói mòn trơ sỏi đá, đất có hàm lượng calci cao, và đất có hàm lượng thạch cao cao.
Dữ liệu viễn thám sử dụng cho nghiên cứu này là ảnh HyMap chụp tháng 7/1999. ảnh HyMap thu thập dữ liệu trong khoảng bước sóng 400-2500-nm, chia làm 128 band với độ rộng của mỗi band là 16-nm. Độ phân giải mặt đất (pixel size) là 7´7-m.
Do ảnh VTSP có số band dữ liệu rất lớn nên các phương pháp phân loại ảnh truyền thống như Nearest Neighbourhood hoặc Maximumlikelyhood không phù hợp vì sẽ tốn rất nhiều thời gian tính toán. Phương pháp áp dụng cho nghiên cứu này là Linear Spectral Unmixing (LSU). Đây là một phương pháp mới đang được thử nghiệm trong lĩnh vực phân loại ảnh viễn thám. Nguyên lý của phương pháp này có thể mô tả tóm tắt như sau:
- Người ta thấy rằng trong diện tích của 1 pixel thường có nhiều yếu tố khác nhau: ví dụ 30% là nước, 30% là lúa, 40% là đất trống. Mỗi yếu tố được gọi là 1 endmember.
- Quang phổ phản xạ của mỗi một pixel trên ảnh là trung bình cộng quang phổ của từng endmember nhân với trọng số là % diện tích của endmember đó (xem hình 2)
- Vì vậy khi biết giá trị quang phổ của 1 pixel và biết được giá trị quang phổ của các endmember, ta có thể tính được diện tích của từng endmember thông qua thuật toán hồi quy.

Hình 2. Linear Spectral Unmixing cho 1 pixel (nguồn: Boardman 1993)


Trong nghiên cứu này, quang phổ của các endmember được xác định bằng cách: i). đo trực tiếp trên thực địa; ii). sau đó tiến hành nắn chỉnh (calibration) dựa trên dữ liệu ảnh. Phần mềm sử dụng cho phân loại ảnh là Envi 3.0. Kết quả phân loại ảnh HyMap được trình bầy ở hình 3.
Hình 3. ảnh phân loại các yếu tố sa mạc hoá.

Kết quả và thảo luận

Độ chính xác của ảnh phân loại được kiểm tra bằng 200 điểm đối chứng trên thực địa. Kết quả cho thấy Gypsifereous soil (đất chứa thạch cao) đạt độ chính xác 93%, Saline soil (đất nhiễm mặn): 75%, Calcareous soil (đất chứa Calxi): 70%, Desert pavement (xói mòn trơ sỏi đá) 60%, Shrub in hilland (cây bụi): 60%. Độ chính xác chung đạt 71%.
So với các tiêu chuẩn phân loại ảnh thông thường, thường là 80%, độ chính xác này chưa phải là cao. Tuy nhiên cần chú ý rằng, 80% là tiêu chuẩn đặt ra cho việc phân loại bản đồ hiện trạng, với các đối tượng khác nhau rất rõ rệt, ví dụ giữa mặt nước và đường xá, giữa đất trống và đất có rừng ...vv - trong khi các đối tượng trong nghiên cứu này đều là đất trống, hầu như không thể phân biệt được trên ảnh hàng không và ảnh LandSat. Nhìn từ góc độ này thì độ chính xác 71% trên ảnh Hyperspectral là cao và rất có ý nghĩa.
Trong những năm tới, ảnh VTSP với các ưu điểm của mình chắc chắn sẽ trở thành một xu thế mới của điều tra viễn thám. Tại Việt nam, VTSPcó thể ứng dụng cho những lĩnh vực sau: xây dựng bản đồ mặn hoá vùng ven biển, sa mạc hoá vùng ven biển miền Trung, phân loại thảm thực vật, đo độ khô của tán rừng phục vụ dự báo cháy rừng, đánh giá chất lượng nước. Chúng ta cần xúc tiến nghiên cứu VTSP để bắt kịp các tiến bộ về kỹ thuật này khi ảnh viễn thám Hyperspectral được thương mại hoá vào năm 2004-2005.
Summary
Hyperspectral sensing and its application for desertification monitoring — Case study in Tabernas, Spain
Many studies showed that conventional Remote sensing image such as SPOT and Landsat can be use to map land use/land cover as well as to predict salinity level, nutrient status of the soil. However, those conventional image with a few spectral bands may over smooth the reflectance characteristic of the surface. Hyperspectral remote sensing is a promising data source to over come this problem . A general introduction of hyperspectral remote sensing , its principle, characteristic, typical sensor, and application has been presented. Case study on desertification monitoring in Terbernas, Spain, showed that hyperspectral image can be used to map desertification feature with the accuracy of 71%.

Tài liệu tham khảo

1. Boardman J.W (1993). Automated spectral unmixing AVIRIS data using convex geometry concepts. Fourth JPL Airborn Geosience Workshop, JPL publication.
2. Coleman, T.L. (1993). Spectral differntiation of surface soil and soil properties: Is it possible from space platfroms?. Soil science 155 (4) 283-293
3. Rao. UR. (1993). Space and environment, 44th congress of the International Astronautical federation, 1993, Graz, Austria
4. ENV 3.2 (1999). The Environment for Visualizing Images: User's Guide. Colorado, Limited Liability Company.
5. Van Der Meer (1999). Camera and Multispectral scanning system in Remote sensing as apply for geology. ITC lecture note, No RSD 10
Hoàng Việt Anh 

Bản quyền © Climate GIS, Chịu trách nhiệm xuất bản: Trần Văn Toàn, Mail: climategis@gmail.com, Hotline: +84 979 91 6482