LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS. NGUYỄN TIẾN THÀNH người đã
hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Trắc Địa- Bản Đồ đã giảng dạy
tôi trong suốt thời gian học tập tại trường và tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận
văn này.
Tuy đã cố gắng nhất địnhnhưng trong thời gian và trình độ có hạn nên chắc
chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế nhất định. Kính mong nhận được
sự góp ý của thầy cô và các bạn

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu ,
tìm hiểu của riềng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều
được trình bày hoặc là cá nhân tôi hoặc là tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu . Tất cả
các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo qui
định của lời cam đoan của mình.
Hà Nội ngày 30 tháng 5 năm 2016
Người cam đoan

Đặng Thanh Tùng

2


MỤC LỤC

3

môi trường.Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất đã được ứng dụng rộng rãi trong thời gian gần đây và đem lại
hiệu quả cao, giúp các nhà địa lý nghiên cứu, điều tra tài nguyên nắm bắt thông tin
nhanh chóng và đồng bộ trên diện rộng.
Hoài Đức có Địa hình của huyện nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền núi
và đồng bằng, gồm 3 vùng đồi núi, đồng bằng, vùng bãi. Có nhiều thay đổi về hiện
trạng đất trong thời kì phát triển trong thời gian gần đây để có thể quản lý và theo
5


dõi tốt thì ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để thành lập bản đồ hiện trạng lớp
phủ mặt đất năm 2015 là nhiệm vụ cấp thiết.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
- Mục đích:
Xây dựng được bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất huyện Hoài Đức thành
phố Hà Nội bằng phương pháp ứng dụng GIS và viễn thám.
- Nhiệm vụ
+ Tìm hiểu đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Hoài Đức, Thành phố
Hà Nội
+ Khảo sát hiện trạng sử dụng đất trên địa bàn huyện Hoài Đức để phục vụ
cho giải đoán ảnh vệ tinh
+ Nghiên cứu khả năng khai thác và sử dụng tư liệu ảnh viễn thám trong
thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
+ Nghiên cứu quy trình thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất bằng
phương pháp viễn thám
+ Thu thập, tổng hợp tư liệu ảnh viễn thám, bản đồ và các tài liệu khác của
huyện Hoài Đức
+ Biết sử dụng phần mềm ENVI và ARCGIS để thành lập bản đồ hiện trạng
sử dụng đất.
3. Đối tượng nghiên cứu

thông tin này vào nhiều lĩnh vực khác nhau.
- Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái Đất hay các hành tinhmà 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

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 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.

9


+ 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

1.4. Lịch sử phát triển của khoa học 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 tiên (TR0S1),
11


được phóng lên quĩ đạo trái đất vào tháng 4 năm 1960, mở đầu cho việc quan
sát và dự báo khí tượng.
-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

một kênh thuộc dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x 20m.
-Các ảnh vệ tinh của Nhật, như MOS -1, phục vụ cho quan sát biển (Marine
Observation Satellite).
Công nghệ thu ảnh 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 thám ở 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.

12


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.
1.5. Các phương pháp xử lý ảnh viễn thám
-Để xử lý ảnh viễn thám người ta sử dụng hai phương pháp là phương pháp
giải đoán ảnh bằng mắt thường và phương pháp xử lý số trên máy tính.
Phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt thường: Giải đoán ảnh bằng mắt là
sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết các thông tin từ tư liệu viễn
thám dạng hình ảnh.
- Giải đoán bằng mắt (visual interpretaion) là công việc đầu tiên, phổ biến
nhất và có thể áp dụng trong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến phức
tạp. Việc phân tích ảnh bằng mắt có thể được trợ giúp bằng một số thiết bị quang
học: kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, máy tổng hợp màu,... nhằm nâng cao
khả năng phân tích của mắt người.
- Cơ sở để giải đoán bằng mắt là đưa vào các dấu hiệu giải đoán trực tiếp
hoặc gián tiếp và chìa khóa giải đoán. Các yếu tố giải đoán (kích thước, hình dạng,
bóng, tone, màu, cấu trúc, mẫu và tổ hợp mối quan hệ) cũng như thời gian chụp

cung cấp và ảnh số do các máy quét cung cấp.
Trong trường hợp ảnh tương tự sẽ được chuyển về dạng số thông qua các
máy quét. Trường hợp tư liệu là ảnh số thì nó sẽ được chuyển từ các băng từ lưu trữ
mật độ cao.
- Khôi phục và hiệu chỉnh ảnh: Đây là giai đoạn mà các tín hiệu số được
hiệu chỉnh hệ thống, bức xạ hoặc hình học nhằm tạo ra một tư liệu ảnh có thể sử
dụng được. Giai đoạn này thường được thực hiện trên các máy tính lớn tại các
trung tâm thu số liệu vệ tinh.
- Biến đổi ảnh: Các quá trình xử lý như tăng cường chất lượng ảnh, biến đổi
tuyến tính... là giai đoạn tiếp theo. Giai đoạn này có thể thực hiện trên các máy
tính trong khuôn khổ một phòng thí nghiệm, hay phòng công tác nội nghiệp.
- Phân loại: Phân loại đa phổ với mục đích tách các thông tin cần thiết phục
vụ việc theo dõi các đối tượng hay lập bản đồ chuyên đề là khâu then chốt của
việc khai thác tư liệu viễn thám.
- Xuất kết quả: Sau khi hoàn tất các khâu xử lý cần phải xuất kết quả. Kết
quả có thể dưới dạng phim ảnh, số hay các bản đồ đường nét. Trong đó kết quả
dạng số ngày càng được khai thác sử dụng nhiều vì nó là đầu vào rất tốt cho một
công nghệ mới là GIS - hệ thống thông tin địa lý. Trên cơ sở ứng dụng hệ thống
thông tin địa lý nhiều chủng loại thông tin khác nhau cùng được đưa vào xử lý
tạo ra một kết quả chính xác và phong phú hơn nhiều so với trường hợp chỉ sử
dụng tư liệu viễn thám.
2. Tổng quan về GIS
2.1 Khái niệm về GIS
2.1.1 Khái niệm về GIS
- GIS, viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Geographic Information Systems, ngày
nay được biết đến nhiều trên thế giới như là một hệ thống thông tin địa lý
(HTTTĐL) có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị các dữ liệu địa lý.
15



- Phần mềm (software)
16


- Số liệu (Geographic data)
- Chuyên viên (Expertise)
- Chính sách và phương pháp quản lý (Policy and methodology)
hhhhh

Hình 1 Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS
Một cách chi tiết có thể giải thích bao gồm các hợp phần như sau:
2.2.1 Thiết bị (hard ware)
Thiết bị bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy in
(printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện
lưu trữ số liệu (Floppy diskettes, CD ROM v.v...).

17


Hình 1 Các thành phần thiết bị cơ bản của GIS
•

Bộ xử lý trung tâm CPU
Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng nhất của
máy vi tính. CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu, mà còn điều
khiển, sắp đặt phần cứng khác mà nó thì cần thiết cho việc quản lý thông tin theo
sau thông qua hệ thống. Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chỉ khoảng 5mm2nó có khả năng thực hiện hàng ngàn, hoặc ngay cả hàng triệu thông tin trong một
giây.

•

18


cho việc chuyển các tín hiệu đặc biệt cho việc điều khiển chương trình, ví dụ để chỉ ra
điểm cuối của đường thẳng. Các bàn số hoá (digitizer) hiện nay có kích thước thay
đổi từ bàn nhỏ là 27cm x 27cm đến bàn lớn từ 1m x 1.5m.

Hình 1 Bàn số hoá ( Digitizer)
 Scanner

Máy ghi scanner sẽ chuyển các thông tin trên bản đồ tương xứng 1 cách tự
động dưới dạng hệ thống raster. Một cách luân phiên nhau, bản đồ có thể được
trải rộng ra trên bàn mà đầu scanning di chuyển trong 1 loạt đường thẳng song
song nhau. Các đường quét (scan) phải được vector hoá trước khi chúng được đưa
vào hệ thống cơ sở dữ liệu vector.

Hình 1- Máy quét (Scanner) (Nguồn : Weir 1988)

•

Các bộ phận để in ấn (OUTPUT DEVICES)

 Máy in (printer)

Là bộ phận dùng để in ấn các thông tin, bản đồ, dưới nhiều kích thước
19


khác nhau tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng, thông thường máy in có khổ từ A3
đến A4. Máy in có thể là máy màu hoặc trắng đen, hoặc là máy in phun mực,

biểu (TABLE), biểu đồ, lưu đồ (FIGURE) được thể hiện trên máy tính, máy in,
máy vẽ...
- Biến đổi dữ liệu (Data transformation): Biến đổi dữ liệu gồm hai
lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến
đổi dữ liệu có thể được thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính
một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai.
- Tương tác với người dùng (Query input): Giao tiếp với người dùng là yếu
tố quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người dùng ở
một hệ thống tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó. Các phần
mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu Á là
ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW,... Hiện nay, có
rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như
sau:
 Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN,

ERDAS - Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI.
 Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ER-

MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,..
Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả
năng kinh phí của đơn vị, việc lựa chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau.
21


2.2.3 Chuyên viên (Expertise)
Đây là một trong những hợp phần quan trọng của công nghệ GIS, đòi hỏi
những chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các chức năng phân
tích và xử lý các số liệu. Đòi hỏi phải thông thạo về việc lựa chọn các công cụ
GIS để sử dụng, có kiến thức về các số liệu đang được sử dụng và thông hiểu các
tiến trình đang và sẽ thực hiện.

thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Hệ
thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ
nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người
sử dụng thông tin. Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong 1
khung tổ chức phù hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu
23


trữ và phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo
nhu cầu. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi 1 bộ phận quản lý, bộ phận này
phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để
phục vụ người sử dụng thông tin. Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể
đạt được và tính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ được minh chứng khi công cụ này
có thể hỗ trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện được những
mục tiêu công việc. Ngoài ra, việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên
quan cũng phải được đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các
nguồn số liệu hiện có.
Như vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và phương pháp
đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là
yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS.
Trong phối hợp và vận hành các hợp phần của hệ thống GIS nhằm đưa vào
hoạt động có hiệu quả kỹ thuật GIS, 2 yếu tố huấn luyện và chính sách- phương
pháp là cơ sở của thành công. Việc huấn luyện các phương pháp sử dụng hệ thống
GIS sẽ cho phép kết hợp các hợp phần: Thiết bị, Phần mềm, Chuyên viên và số
liệu với nhau để đưa vào vận hành. Tuy nhiên, yếu tố chính sách và phương pháp
sẽ có tác động đến toàn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự
thành công của hoạt động GIS.
2.3 Cơ sở dữ liệu trong GIS
Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia ra làm 2 loại số
liệu cơ bản: Cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu phi không gian. Mỗi loại

Các đối tượng kiểu điểm có các đặc điểm:

•

Là tọa độ đơn (x,y)

•

Không cần thể hiện chiều dài và diện tích
Trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng. Tuy nhiên trên
bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể thể hiện dưới dạng một điểm. Vì vậy, các
đối tượng điểm và vùng có thể được dùn0g phản ánh lẫn nhau.

25

Hình 1-7 Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm