Công nghệ tích hợp tư Liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý

77 Ch−ơng 3 công nghệ tích hợp t− liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý 3.1. Tích hợp là gì? Tích hợp tiếng Anh là integrate có nghĩa là hợp thành một thể thống nhất, bổ sung thành một thể thống nhất, hợp nhất.Nh− vậy, tích hợp t− liệu viễn thám và GIS là việc hợp nhất các −u điểm của hai loại t− liệu viễn thám và GIS thành một thể thống nhất, đồng thời tìm cách hạn chế các yếu điểm của hai loại t− liệu nói trên. 3.2 Tại sao phải tích hợp? Ng−ời ta phải tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL vì những lý do sau: - Viễn thám là một trong những công nghệ thu thập dữ liệu quan trọng và hiệu quả nhất cho việc cập nhật và xây dựng cơ sở dữ liệu HTTĐL. - Nguồn cung cấp thông tin địa lý là số liệu trắc địa - bản đồ, ảnh hàng không, ảnh viễn thám, số liệu điều tra, thống kê. hữu hiệu cho việc thu thập dữ liệu để cập nhật cho HTTĐL, nh−ng những dữ liệu sẵn có đ−ợc l−u trữ trong GIS cũng là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc phân loại và xử lý ảnh viễn thám. Giải pháp xử lý tích hợp viễn thám và HTTĐL là phối hợp −u thế của hai công nghệ trong việc thu thập, l−u trữ, phân tích và xử lý dữ liệu địa lý để nâng cao năng suất trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian (hình 3.1). - Tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL nhằm tạo ra công nghệ cung cấp dữ liệu địa lý cần thiết cho HTTĐL, nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi tr−ờng 78 - Công nghệ viễn thám là một trong những công nghệ thu thập dữ liệu không gian quan trọng và hiệu quả nhất. Sự tích hợp t− liệu viễn thám HTTĐL dựa trên t− liệu raster rất khả thi vì cấu trúc dữ liệu giống nhau, hơn nữa có sự t−ơng đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và HTTĐL, cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu không gian và có thể thầnh lập bản đồ số, đặc biệt là có cùng một số thuật toán xử lý dữ liệu không gian số. Khi ảnh vệ tinh đR đ−ợc xử lý và cung cấp d−ới dạng t−ơng thích với HTTĐL, những chức năng phân tích của HTTĐL có thể áp dụng hiệu quả đối với t− liệu viễn thám. Do đó, công nghệ tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL không chỉ sử dụng ảnh viễn thám phối hợp với dữ liệu vector của HTTĐL (ranh giới, toạ độ, độ cao), phối hợp các chức năng sẵn có của hai công nghệ mà còn có thể khai thác tối đa dữ liệu thuộc tính nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong việc cung cấp thông tin đáp ứng nhanh các nhu cầu trong quy hoạch, theo dõi biến động sử dụng đất và thành lập bản đồ chuyên đề 79 Hình 3.1 Vai trò của Viễn thám trong việc xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu HTTĐL ảnh số vệ tinh sau khi đ−ợc giải đoán hoặc phân tích, xử lý để tạo ra dữ liệu có tỷ lệ thích hợp theo yêu cầu ứng dụng, hoặc đ−ợc sử dụng để xây dựng mô hình số độ cao (DEM), hay thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất sẽ là nguồn cung cấp thông tin quan trọng cho HTTĐL. - Với khả năng cung cấp ảnh số độ phân giải cao và chu kỳ lặp ngắn (cập nhật thông tin trong vài ngày), t− liệu viễn thám đR góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng HTTĐL trong quản lý, quy hoạch và phát triển đô thị ảnh hàng không ảnh số Bản đồ giấy Dữ liệu thực địa Mô hình số độ cao Đo đạc vị trí điểm Mô hình toán học GIS Viễn thám/ không ảnh Địa lý - kinh tê - xR hội 80 (hình 3.2). Ngoài ra, t− liệu viễn thám đa thời gian là công cụ hữu hiệu cho phép chồng lớp bản đồ và phân tích biến động đáp ứng các yêu cầu của ng−ời sử dụng. Hình 3.2 - Độ chính xác của ảnh vệ tinh và yêu cầu cập nhật dữ liệu. - Việc sử dụng công nghệ tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL cho phép cập nhật, xây dựng dữ liệu và phân tích biến động hiệu quả và đóng vai trò khá quan trọng cho việc hỗ trợ ra quyết định nhanh, trên phạm vi rộng với giá thành rẻ (hình 3.3) Đ ịa h ìn h 1 3 5 C ôn g tr ìn h D ịc h vụ cô ng c ộn g Q uả n lý lâ m ng hi ệp , n ôn g ng hi ệp Địa hình Quy hoạch sử dụng đất ảnh IKONOS SPOT LANDSAT AVHRR Thời gian cập nhật (năm) Độ chính xác không gian (m) 0.5 0.01 0.1 1 10 25 50 100 81 Hình 3.3 - Vai trò của HTTĐL và Viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết định. Với chức năng tích hợp, HTTĐL thực hiện việc chồng xếp những lớp thông tin khác nhau thông qua việc sử dụng nguồn dữ liệu đa dạng đ−ợc xây dựng trên một hệ quy chiếu thống nhất. Công nghệ viễn thám cho phép thành lập bản đồ tự động trên một phạm vi rộng lớn và cập nhật nhanh dữ liệu. Các thông tin chuyên đề tạo ra ở dạng số từ công nghệ viễn thám dễ dàng đ−ợc tổ chức thành các lớp thông tin hợp lý cho việc l−u trữ, quản lý, phân tích và hiển thị trong môi tr−ờng HTTĐL. Ng−ợc lại, nguồn dữ liệu sẵn có trong HTTĐL luôn đ−ợc cập nhật để đảm bảo tính hiện thời nhằm phản ánh chính xác thế giới thực sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho việc nắn chỉnh hình học, tạo dữ liệu mẫu, phân loại và đánh giá chất l−ợng sau khi xử lý ảnh trong HTTĐL nh− điểm khống chế mặt đất rất cần thiết cho nắn chỉnh hình học, lớp polygon về ranh giới hành chính, loại hình sử dụng đất quan trọng cho công tác giải đoán ảnh. Công nghệ tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL sẽ cập nhật hay xây dựng cơ sở dữ liệu HTTĐL trên diện rộng và tiết kiệm nhiều công sức và thời gian thực hiện. Chính sách định h−ớng; Dân số, giáo dục và y tế, văn hoá - xR hội; Kinh tế, công nghệ, Tác động của con ng−ời; Đô thị hoá, công nghiệp hoá; Phát triển xây dựng. Quyết định thực thi; Lập kế hoạch, chính sách; Biện pháp quản lý. Chuyển đổi môi tr−ờng; Biến động sử dụng đất, thay đổi khí hậu; Ô nhiễm môi tr−ờng, sạt lở đất, lũ lụt, phá rừng, thay đổi tập quán, Thống kê Thông báo cho công chúng Hoạt động của con ng−ời Ph. tích,đánh giá bởi HTTĐL Giám sát bởi Viễn thám Cơ sở dữ liệu 82 - Mặc dù,t− liệu Viễn thám có trữ l−ợng thông tin khá lớn ( độ phân giải không gian,độ phân giải thời gian và độ phân giải phổ lớn) song khi giải đoán chúng, đôi khi ta gặp phải tr−ờng hợp khó giải đoán hoặc không giải đoán đ−ợc.Những tr−ờng hợp nh− vậy, nếu có t− liệu HTTĐL hỗ trợ thì việc giải đoán chúng sẽ dễ dàng và chính xác hơn rất nhiều.Ví dụ, khi giải đoán vùng trồng ngô và vùng trồng mía: cả hai loại cây trồng này đều có điều kiện sinh tr−ởng,chiều cao cây, khả năng phản xạ phổ,... gần nh− nhau nên rất khó phân biệt, thế nh−ng nếu biết đ−ợc phong tục,tập quán canh tác của c− dân vùng đó thì sẽ có câu trả lời chính xác cho việc phân loại cây trồng ở vùng nói trên ( Ví dụ, ở vùng núi Hà Giang,Cao Bằng đồng bào Mèo th−ờng ăn mèn mén, uống r−ợu ngô nên cây l−ơng thực chủ yếu của họ là cây ngô, nếu biết đ−ợc tập quán canh tác của họ thì chúng ta sẽ giải đoán chính xác loại cây trồng này). Mặt khác,trong một số bài toán phân loại ảnh viễn thám, HTTĐL là công cụ hỗ trợ đắc lực cho các chuyên gia viễn thám trong việc cung cấp thông tin bổ trợ nh− ranh giới, độ cao, độ dốc 3.3 Có thể tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL đ−ợc không? T− liệu viễn thám và HTTĐL có thể tích hợp đ−ợc vì những lý do sau: - Dữ liệu viễn thám đ−ợc xử lý và l−u trữ d−ới dạng cấu trúc raster Trong HTTĐL, hai mô hình dữ liệu vector và raster th−ờng đ−ợc sử dụng để l−u trữ dữ liệu không gian, trong khi đó dữ liệu viễn thám đ−ợc xử lý và l−u trữ d−ới dạng raster, do đó việc tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL rất dễ dàng thực hiện. -ảnh viễn thám chuyển đổi dễ dàng vào loại dữ liệu HTTĐL mong muốn Chức năng chồng xếp các lớp dữ liệu cho phép tích hợp và hiển thị đồng thời cả hai lớp vector và raster, điều này cho phép cập nhật nhanh các 83 lớp dữ liệu về giao thông, thuỷ hệ, thực phủ trong dữ liệu nền, cũng nh− các lớp dữ liệu chuyên đề của HTTĐL (hình 3.4). Số hoá Chuyển đổi vector-raster Cấu trúc dữ liệu raster Kết nối cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh Phân tích không gian Phân tích ảnh Cấu trúc dữ liệu vector Sản phẩm xuất ra của kết quả 84 Hình 3.4 Mô hình chuyển đổi dữ liệu Viễn thám và HTTĐL -T− liệu viễn thám và HTTĐL có cùng toạ độ quy chiếu T− liệu viễn thám và HTTĐL có cùng tọa độ quy chiếu nên sự t−ơng đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và HTTĐL tạo điều kiện tốt cho việc tích hợp hai loại t− liệu này. 3.4 Khả năng ứng dụng công nghệ tích hợp t− liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý ảnh viễn thám sau khi phân loại sẽ thể hiện sự phân bố của các đối t−ợng theo không gian và thời gian. Do đó, kết quả xử lý một ảnh viễn thám sẽ chỉ ra hiện trạng sử dụng đất tại thời điểm chụp ảnh và với ảnh đa thời gian cho phép thành lập các lớp chuyên đề sử dụng đất trên vùng đất cụ thể nh−ng ở các thời điểm khác nhau. Bằng chức năng chồng xếp và phân tích, GIS cho phép tích hợp từ các kết quả phân loại của nhiều thời điểm chụp để thành lập nhanh và chính xác bản đồ biến động sử dụng đất của khu vực. Với chức năng tự động cung cấp thông tin về sự thay đổi giữa các loại hình sử dụng đất theo từng thời điểm yêu cầu hoặc theo đơn vị hành chính, HTTĐL cho phép ng−ời sử dụng giám sát quá trình biến động sử dụng đất theo bất kỳ loại hình nào và ở bất kỳ khoảng thời gian nào. Giải pháp truyền thống là so sánh bản đồ hiện trạng sử dụng đất đR thành lập tại hai thời điểm yêu cầu, những khu vực thay đổi sẽ đ−ợc thể hiện trên tờ bản đồ thứ ba gọi là bản đồ biến động đất cho ta thấy những thay đổi của các loại hình sử dụng đất. Tuy nhiên, ở khu vực mà loại hình sử dụng đất thay đổi nhanh thì giải pháp này không đáp ứng đ−ợc yêu cầu. Độ chính xác và tính hiện thời của bản đồ bị giảm vì phải mất nhiều thời gian để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng ph−ơng pháp tổng hợp. Ngoài ra, bản đồ biến động đất loại này th−ờng chứa nhiều sai sót vì hai bản đồ hiện trạng sử dụng đất đR thành lập tại hai thời điểm không cùng thống nhất về chi tiết nội dung và độ chính xác yêu cầu. 85 Nếu sử dụng công nghệ tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL thì sẽ đảm bảo đ−ợc tính hiện thời của thông tin, dễ dàng kiểm tra mức độ chi tiết và tính thống nhất của dữ liệu, cũng nh− không bị ảnh h−ởng do tỷ lệ và phép chiếu của bản đồ gây ra. Việc tích hợp t− liệu viễn thám và HTTĐL cũng rất có hiệu quả trong việc thành lập bản đồ biến động lớp phủ thực vật, bản đồ biến động môi tr−ờng v.v...