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


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


MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH


LỜI MỞ ĐẦU

1


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
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là huyện Hoài Đức thành phố Hà Nội.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp viễn thám và GIS: phương pháp này sử dụng phần mềm phân
tích và giải đoán ảnh viễn thám ENVI 4.5 và phần mềm Arcgis được sử dụng để
biên tập và lưu trữ bản đồ.
- Phương pháp tổng hợp và xử lý thông tin: phương pháp này được vận dụng
để phân tích,tổng hợp và xử lý các tài liệu thu thập được để thấy được hiện trạng

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

tới

vài

nghìn


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.
+ 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.
5


+ 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
như là khả năng để phân biệt hai đối tượng ở liền nhau trong một bức ảnh, nói chính
xác hơn là khoảng cách tối thiểu giữa các đối tượng mà có thể nhận biết
và phân biệt được trên ảnh. Năng lực phân giải và độ phân giải không gian là
hai khái niệm có sự liên hệ rất chặt chẽ. Khái niệm phân giải được áp dụng cho
một hệ thống tạo ảnh hay một thành phần của hệ thống, trong khi đó độ phân
giải không gian được áp dụng cho một ảnh được tạo ra bởi hệ thống đó. Độ
phân giải: Đây là đặc điểm quan trọng liên quan trực tiếp đến chất lượng ảnh, độ
phân giải chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như đặc điểm khu vực bay chụp,

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),
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.

7


-Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất Landsat 1, là các vệ tinh thế hệ mới
hơn như Landsat 2, Landsat 3, Landsat 4 và Landsat 5. Ngay từ đầu, RTS-1 mang
theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và bộ cảm RBV
(Return

Beam

Vidicon)

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.
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.
8


- 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
ảnh, mùa, kiểu phim, tỷ lệ ảnh,... sẽ được xem xét kỹ để thiết lập nên chìa khóa
giải đoán.
- Tư liệu ảnh viễn thám dùng để đoán đọc điều vẽ ảnh bằng mắt tốt nhất là
ảnh tổ hợp màu, vì màu sắc là một chuẩn tương đối ổn định, hơn nữa nó có tính
trực quan sinh động hơn ảnh đen trắng.
- Kết quả của giải đoán ảnh bằng mắt sẽ được chuyển thông tin lên bản đồ
nền theo các phương pháp là can vẽ, chiếu quang học, chuyển theo hệ thống lưới,
sử dụng máy đo vẽ ảnh.

- 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
10


(HTTTĐL) có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị các dữ liệu địa lý.
GIS đang ngày càng "lấn lướt" nhiều công nghệ khác trong việc hỗ trợ ra quyết định
liên quan đến đất đai, môi trường, tài nguyên thiên nhiên, cơ sở hạ tầng, và kinh tế
xã hội.
-GIS là công nghệ tích hợp các thao tác trên cơ sở dữ liệu không gian với khả
năng tra cứu và phân tích, cùng khả năng hiển thị trực quan dưới dạng bản đồ.
2.1.2 Lịch Sử hình thành GIS
- Theo nhiều tài liệu cho thấy, lịch sử hình thành GIS không được cụ thể lắm
bởi lẽ những khái niệm tương tự GIS đã tồn tại ngay từ khi xuất hiện con người, từ


Hình 1-1 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...).

12


Hình 1-2 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.
• Bộ nhớ trong (RAM)
Tất cả máy vi tính có một bộ nhớ trong mà chức năng như là "không gian
làm việc" cho chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) này
có khả năng giữ 1 giới hạn số lượng dữ liệu ở một số hạng thời gian (ví dụ, hệ điều
hành MS - DOS mẫu có 640Kb ở RAM). Điều này có nghĩa nó sẽ ít có khả năng
thực hiện điều hành phức tạp trên bộ dữ liệu lớn trong hệ điều hành.
• Bộ sắp xếp và lưu trữ ngoài (diskette, harddisk, CD-ROM)
Băng có từ tính được giữ không những trong cuộn băng lớn (giống trong
cuộn băng máy hát đĩa) mà còn trong cuộn băng nhỏ (giống như cuốn băng được
dùng trong máy hát nhạc). Thuận lợi của dây băng có từ tính là nó có thể lưu trữ
một số lượng lớn dữ liệu. Sự gia tăng khả năng lưu trữ thực hiện bằng các đĩa có từ
tính. Các đĩa cứng với khả năng lưu trữ rất lớn (Khoảng 600-700Mb). Đĩa cứng

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,
14


Laser, hoặc máy in kim.

Hình 1-5 Máy in (printer)
 Máy vẽ (plotter)
Đối với những yêu cầu cần thiết phải in các bản đồ có kích thước lớn,
thường máy in không đáp ứng được mà ta phải dùng đến máy Plotter (máy
vẽ). Máy vẽ thường có kích thước của khổ A1 hoặc A0.

Hình 1-6 Máy vẽ (plotter)
2.2.2 Phần mềm (Software)
Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính
thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một
hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật
GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu (Importing and checking data): Bao gồm tất cả
các khía cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào
một dạng số tương thích. Đây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở
dữ liệu địa lý.

15


- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Storing and management database): Lưu
trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí
(topology) và thông tin thuộc tính (attributes) của các đối tượng địa lý (điểm,


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.

17


2.2.4 Số liệu, dữ liệu địa lý (Geographic data)
Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (georeferenced data) riêng lẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu
(database). Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về vị trí
địa lý, thuộc tính (attributes) của thông tin, mối liên hệ không gian (spatial
relationships) của các thông tin, và thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng
trong kỹ thuật GIS là:
- Cơ sở dữ liệu không gian: Là những mô tả hình ảnh bản đồ hoặc ảnh vệ
tinh được số hoá theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được. Hệ
thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình
hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ.
 Số liệu Vector: Được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi
dạng có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.
 Số liệu Raster: Được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật
đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số liệu
của ảnh Vệ tinh và số liệu bản đồ được quét (scanned map) là các loại số liệu
Raster.
- Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tình - Attribute): Được trình bày
dưới dạng các ký tự, số, hoặc ký hiệu để mô tả thuộc tính của các thông tin thuộc
về địa lý.
Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất.
Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như:
Nhiệt độ, cao độ...Và thực hiện các phân tích không gian (Spatial analyses) của số
liệu. Còn số liệu thuộc tính được dùng để mô tả cơ sở dữ liệu.

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
có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả,
xử lý và hiển thị.
Cơ sở dữ liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng
bao gồm tọa độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh cụ thể trên
từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra một
bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại
vi.
Cơ sở dữ liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan
19


hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các dữ liệu phi không gian
được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng
không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua
một cơ chế thống nhất chung.
2.3.1 Mô hình thông tin không gian
Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì
chúng càng có ý nghĩa. Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng
được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực. Dữ liệu trong hệ GIS còn
được gọi là thông tin không gian. Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng
mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian.
Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng,
số lượng của hình dạng và cấu trúc. Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian
mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên. Mô hình không gian
đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện
phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ thống.
2.3.1.1 Hệ thống vector
• Kiểu đối tượng điểm (Points)


21