`

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 định nhưng 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
Hà Nội Ngày 08 tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

1


`

Đặng Thanh TùngDANH MỤC HÌNH

2


`

MỤC LỤC

3





`

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
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

hiện tượng được nghiên cứu.Sau đó là thực hiện phân tích, xử lý và ứng dụng các
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 tới vài nghìn km.
1.1.2. Đặc điểm của ảnh viễn thám
- Ảnh viễn thám đặc trưng bởi dữ liệu không gian với hai dạng cấu trúc là
dạng raster và dạng vector:
7


`

- Cấu trúc dạng raster: Mô tả bề mặt Trái Đất và các đối tượng trên đó
bằng một lưới gồm các hàng và cột. Những phần tử nhỏ này được gọi là pixel.
- Giá trị của pixel chính là thuộc tính của đối tượng, nghĩa là trên cùng một
đơn vị diện tích mà số ô pixel càng nhiều thì đối tượng nhìn càng rõ càng chính xác
và ngược lại. Một mặt phẳng chứa đầy các pixel thì tạo thành một raster. Cấu trúc

+ 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
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,
hệ thống chụp ảnh, độ cao bay chụp, tốc độ bay chụp, điều kiện khí quyển tại
thời điểm chụp..
1.1.3. Phân loại ảnh viễn thám
- Ảnh quang học: Nguồn năng lượng chính là bức xạ Mặt Trời.
- Ảnh quang học là ảnh viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng
lượng sóng điện từ có bước sóng nằm trong dải tần từ ánh sáng nhìn thấy đến hồng
ngoại phản xạ (từ 0,3µm đến 3µm).
9


`



`

-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.
- 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) với ba kênh phổ khác nhau.
Từ 1982, các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM -4
và Landsat TM -5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt.
- Điều này tạo nên một ưu thế mới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ
khác nhau. Ngày nay, ảnh vệ tinh chuyên đề từ Landsat -7 đã được phổ biến với giá
rẻ hơn các ảnh vệ tinh Landsat TM -5, cho phép người sử dụng ngày càng có điều
kiện để tiếp cận với phương pháp nghiên cứu môi trường qua các dữ liệu vệ tinh.
- Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các thế
hệ SPOT 1, SPOT 2, SPOT 3, SPOT 4 và SPOT 5, đã đưa ra sản phẩm ảnh số
thuộc hai kiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ 10
x 10m đến 2,5 x 2,5m, và đa kênh SPOT - XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy,
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).

- 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.

12


`

- Phương pháp xử lý ảnh số: xử lý ảnh số là sự điều khiển và phân tích các
thông tin ảnh dạng số với sự trợ giúp của máy tính.
- Các dữ liệu ảnh vệ tinh thu được trong ký thuật viễn thám thường dưới
dạng số và được xử lý bởi máy tính để tạo ảnh đã được giải đoán ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc xử lý ảnh số trong viễn thám giữ vai trò quan trọng
trong việc tách thông tin hữu ích phục vụ rất nhiều chuyên ngành khác nhau.
Quy trình xử lý ảnh số:
- Nhập dữ liệu: Để xử lý ảnh số, trước hết ta phải tiến hành bước nhập tư
liệu gốc vào máy. Có hai nguồn tư liệu chính đó là ảnh tương tự do các máy 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.


Hình 1-1 Quy trình xử lý ảnh số
1.2. Tổng quan về GIS
1.2.1 Khái niệm về GIS
a. 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.
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.
b. 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
khi con người có nhu cầu đi lại, sinh hoạt, buôn bán,... Mặc dù vậy, sự đóng góp rất
lớn và rất tích cực của Giáo sư Roger Tomlinson vào năm 1963 đã khiến thế giới
phải công nhận ông chính là cha đẻ của GIS.
- Như chúng ta cũng biết, năm 1940 ngành đồ họa máy tính (Computer
Graphics) bắt đầu hình thành và phát triển. Sự khó khăn trong việc sử dụng các thiết
15


`

bị kinh điển để khảo sát những bài toán phức tạp hơn đã dẫn đến hình thành ngành
Bản đồ máy tính (Computer Cartographic) vào những năm 1960. Cũng thời gian
này, nhiều bản đồ đơn giản được xây dựng với các thiết bị vẽ và in.
- Tuy nhiên, chỉ khoảng 10 năm sau, năm 1971 khi chip bộ nhớ máy tính

Một cách
chi 1-2
tiết Các
có thể
giải
thích
baoyếu
gồm
hợpnghệ
phầnGIS
như sau:
a. 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...).

Hình 1-3 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)

của từ tính điện mà nó được tìm thấy bởi cột lưới sắt và được chuyển giao đến máy vi
tính như một cặp tương xứng. Hầu như các cursor được vừa vặn với 4 hoặc nhiều nút
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.

18


`

Hình 1-4 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 1-5 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
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,

- 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,
đường, vùng) đại diện cho các đối tượng trên bề mặt đất). Hai thông tin này được
tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội
được bởi người sử dụng hệ thống.
- Xuất dữ liệu (Data exporting): Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá
trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: Bản đồ (MAP), bảng
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
21


`

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-

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.
e. Chính sách và phương pháp (Policy and methodology)
Đây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ
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
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
23


`

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.

a. 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.
 Hệ thống vector
•

Kiểu đối tượng điểm (Points)
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.

Hình 1-8 Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm
25