Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Nội dung nghiên cứu

1 Nội dung nghiên cứu

Tải bản đầy đủ - 0trang

6 ( Lansat 7) và Band 10 ( Landsat 8) là cơ sở quan trọng để tính tốn nhiệt độ bề mặt

đất, giúp cho việc giám sát hiệu quả hiệu ứng nhà kính, tác động của q trình đơ thị hóa

đến việc gia tăng nhiệt độ cũng như diễn biến trạng thái nhiệt độ trong những khoảng thời

gian khác nhau ở những khu vực khác nhau.

Địa bàn TP Mỹ Tho từ lúc thành lập cho đến nay có rất nhiều thay đổi về cơ sở hạ

tầng, mất dần đất nông nghiệp, dân cư đông đúc dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ mặt đất

ngày càng nhanh vì thế cần có một nghiên cứu biến động đô thị trên địa bàn TP nhằm giải

quyết các vấn đề đô thị. Phương pháp viễn thám nhiệt được xem là một trong những giải

pháp cho vấn đề trên. Mặt khác, phương pháp này vẫn chưa được ứng dụng thực nghiệm

trên địa bàn quận. Vì những lý do trên, đề tài chọn phương pháp này là phương pháp

nghiên cứu chính.

Phương pháp nghiên cứu dựa trên phép tính cộng, trừ, nhân chia các kênh ảnh của

landsat 7 và 8. Nghiên cứu thực hiện các phép tính kênh 2, 3, 4, 5 của landsat 7 và kênh

3,4,5,6 của landsat 8 vì:

Bảng 2: 1 Một số thơng số và ứng dụng của ảnh Landsat 7 và 8

Kênh

Kênh 2 (LC7)

Kênh 3 (LC8)

Kênh 3 (LC7)

Kênh 4 (LC8)

Kênh 4 (LC7)

Kênh 5 (LC8)

Kênh 5 (LC7)

Kênh 6 (LC8)



Bước sóng

(nm)



Loại



ứng dụng

Dùng để đo phản xạ cực đại phổ lục của thực



530-610



Green



vật, xác định trạng thái thực vật và các đối

tượng khác.

Dùng xác định vùng hấp thụ chlorophy giúp



630-690



Red



750-900



NIR



1500-1750



MIR



phân loại thực vật và xác định đối tượng

khác

Dùng xác định các kiểu thực vật, trạng thái,

sinh khối, độ ẩm của đất

Xác định độ ẩm của thực vật và đất, nghiên

cứu về đá khoáng, tách tuyết và mây.



Thu thập dữ liệu



Điều tra thực địa



Dữ liệu viễn thám



Dữ liệu GIS



Nắn chỉnh hình học



Cắt ảnh theo ranh giới khu

vực nghiên cứu



Tăng cường chất lượng

ảnh



Tính các chỉ số thực vật

NDBI, SAVI, MNDWI và chỉ

số IBI



Tách lớp đô thị



Đánh giá biến động đơ thị



Đánh giá độ chính xác



Báo cáo thu hoạch



2.2



Phương pháp chính

2.2.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu, dữ liệu

a) Tài liệu tham khảo



Tham khảo tài liệu nghiên cứu trước để chắt lọc các phương pháp, thuật toán thích

hợp nhất đối với vùng nghiên cứu để tiến hành áp dụng vào đề tài cho kết quả phù hợp

nhất.

Tìm hiểu các thông tin cũng như số liệu qua nhiều nguồn khác nhau, sau đó tiến

hành chọn lọc, xử lý dữ liệu cần thiết.

Tìm dữ liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, bản đồ hành chính, thơng tin liên

quan đến tình hình sử dụng đất đơ thị tại TP Mỹ Tho qua phòng quản lý đơ thị, phòng tài

ngun mơi trường, sách báo, internet,...

Các dữ liệu liên quan đến vấn đề đơ thị, q trình phát triển đô thị.

Thu thập thông tin từ việc khảo sát thực địa

b)



Dữ liệu ảnh vệ tinh



Trong phạm vi đề tài, dữ liệu ảnh được sử dụng là landsat etm+, độ phân giải 30m,

được download trên trang web http://earthexplorer.usgs.gov/ với path/row: 125/053 vào

năm 2002 và 2015.

Chi tiết hơn được thể hiện bảng 2.2

Bảng 2: 2 Dữ liệu ảnh thu thập

Năm

2002

2015



Mã ảnh

LE71250532002348SGS00

LC81250532015040LGN0

0

c)



Ngày chụp

14/12/2002

09/02/2015



Chất lượng

ảnh

9

9



Độ phân

giải

30m

30m



Bản đồ số hóa TP Mỹ Tho



Bên cạnh dữ liệu ảnh viễn thám, bản đồ số hóa qn bình tân sử dụng để hổ trợ một

số thao tác xử lý ảnh.

Lớp chuyên đề trong bản đồ số cấn thiết cho đề tài: ranh giới huyện, ranh giới xã,

dân cư, thủy hệ, giao thông,...

Bản đồ số hỗ trợ cắt ranh giới khu vực ngiên cứu.



2.2.2

a)



Phương pháp viễn thám

Xử lý ảnh sơ bộ

 Nắn chỉnh hình học



Biến dạng hình học được hiểu là sự sai lệch vị trí giữa tọa độ ảnh thực tế và tọa độ

ảnh lý tưởng được tạo ra bởi một bộ cảm có thiết hình học lý tưởng và trong các điều

kiện thu nhận lý tưởng. Nắn chỉnh hình học nhắm đưa ảnh biến dạng hình học về đúng vị

trí tọa độ lý tưởng.

Biến dạng ảnh viễn thám có thể chia ra làm hai loại là biến dạng do chính hệ thống

bộ cảm (nội sinh) và biến dạng do ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài hệ thống (ngoại

sinh).

Biến dạng do hệ thống bộ cảm phát sinh do có sự thay đổi trong hoạt động của bộ

cảm như biến dạng hình quang học của bộ cảm, sự thay đổi tốc độ quét tuyến tính và lặp

lại của các đường quét, sự thay đổi tốc độ cuộn phim của hệ thống,… ảnh hưởng của các

biến dạng này sau khi kiểm định thường rất nhỏ so với biến dạng ngoại sinh, vì thế trong

chừng nực nào đó ta không cần quan tâm đến yếu tố này.

Biến dạng do yếu tố bên ngoài hệ thống chủ yếu do sự thay đổi các yếu tố định

hướng bên ngồi (vị trí quỹ đạo của bộ cảm), khúc xạ khí quyển, độ cong quả đất, chênh

cao địa hình,…

Bản chất của nắn chỉnh hình học là xây dựng được mối tương quan giữa hệ tọa độ

ảnh và hệ tọa độ quy chiếu chuẩn. Hệ tọa độ quy chiếu chuẩn có thể là hệ tọa độ ảnh và

hệ tọa độ quy chiếu chuẩn. Hệ tọa độ quy chiếu chuẩn có thể là hệ tọa độ mặt đất ( vng

góc hoặc địa lý ) hoặc hệ tọa độ ảnh khác. Nắn chỉnh ảnh số dựa trên hàm số chuyển đổi

tọa độ và các phương pháp tái chia mẫu thích hợp ( nội suy giá trị cấp độ xám của các

điểm ảnh)

 Hiệu chỉnh ảnh

Sự cần thiết của việc hiệu chỉnh hình học ảnh viễn thám:





Do bản chất của các phương pháp thu chụp của ảnh camera/sensor trên máy bay/

vệ tinh nên hình ảnh của mặt đật nhân được trên các tấm ảnh còn chứa nhiều sai







số.

Các kênh ảnh của mỗi ảnh vệ tính cần phải được xử lý hiệu chỉnh để khớp, chỉnh

để có thể đưa ra hình ảnh chân thực, chính xác nhất phục vụ cho các cơng việc

nghiên cứu nó tốt hơn.



 Cắt ảnh

Sau khi đã hiệu chỉnh ảnh viễn thám cần thực hiện việc cắt ảnh của quận Bình Tân

để khoanh vùng nghiên cứu, ta sẽ cắt ảnh theo ranh giới hành chính.

Việc cắt ảnh sẽ giúp cho việc xử lý ảnh sau này sẽ nhanh chóng hơn và giảm được

dung lượng bộ nhớ hao tốn.

 Tăng cường độ tương phản ảnh

Trong nhiều trường hợp, ảnh gốc có độ tương phản thấp nên khi hiển thị trên màn

hình, có nhiều chi tiết không rõ ràng. Tăng cường độ tương phản cho ảnh sẽ giúp ảnh

được hiển thị rõ hơn.

tăng cường độ tương phản ảnh nhằm làm thay đổi sự tương phản trong toàn cảnh hoặc

trong từng phần của ảnh. Kỹ thuật làm tăng cường độ tương phản cho phép hiển thị rõ

hơn thơng tin, đặc biệt ở những vùng có độ sáng quá thấp hoặc quá cao.

Để xử lý, hình ảnh thường được đưa về chế độ 8-bit (256 cấp độ xám) và độ sáng

của hình ảnh thay đổi từ đen (DN=-1) đến trắng (DN=1). Trong thực tế hình ảnh thu nhận

được có sự thay đổi độ sáng giữa DN cực tiểu (min) và DN cực đại (Max) khơng phải là

tồn bộ dải từ 0-255 mà chỉ trong một khoảng nào đó. Ví dụ từ 50- 150. Như vậy thơng

tin trong các dải 0-49 và 151-255 không được sử dụng. Kỹ thuật tăng độ tương phản là

kéo giãn giữa min và Max.

Các giá trị mới được tính theo cơng thức:

 DNmới = *255



Trong đó:



DN – giá trị số trên ảnh chưa xử lý

Min – giá trị xám độ cực tiểu (50)

Max - giá trị xám độ cực đại (150)

DNmới - giá trị mới sau khi hiệu chỉnh



Ảnh được tăng cường độ tương phản là phần tối (Min) được chuyển thành màu đen

và phần sáng nhất (Max) chuyển thành màu trắng. các giá trị phổ ở giữa sẽ có sự chênh

lệch nhau cao hơn, vì thế khả năng phân biệt chúng bằng mắt thường cũng cao hơn.

Các phương phá p giản ảnh

Giãn tuyến tính: được thực hiện với việc đưa giá trị xám độ của kênh gốc giãn rộng

theo tuyến tính phủ kín khoảng 0-255v à thực hiện khi từng khoảng của mức xám độ trên

ảnh gốc được giãn riêng biệt.



Giãn hàm logarit: được thực hiện bằng việc áp dụng hàm logarit, hàm mũ hoặc một

hàm toán học được định trước. Giãn logarit rất có lợi khi quan tâm đến khoảng có giá trị

xám độ ở mức thấp.

Giãn biểu đồ cân bằng (histogram equalization): đưa ra ảnh mới có mật độ đồng

nhất dọc theo truc số, tức là giá trị số trở thành có cùng tần số. Theo phân bố chuẩn thì ở

khoảng giữa sẽ có độ lặp thường xun hơn vì vậy chúng được giãn ra trên trục mới.

Kết quả của phép tăng cường độ tương phản thường dễ nhận thấy bởi ảnh sẽ sáng

hơn, rõ hơn và màu sắc cũng mạnh hơn. Tuy nhiên, giá trị của ảnh gốc không hề bị thay

đổi chừng nào người sử dụng chưa ghi ảnh mới đã tăng cường đè lên ảnh gốc.

b)



Tính tốn các chỉ số

 Chỉ số thực vật SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index)



Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ dài bước sóng. Trên đồ thị thể

hiện đường đặc trưng phản xạ phổ thực vật xanh và các vùng phản xạ phổ chính.

Trong vùng sóng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phảnxạ

phổ của nó, đặc biệt là chất clorophin trong lá cây, ngồi ra còn một số chất sắc tố khác

cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật.

Theo đồ thị trên ta thấy sắc tố hấp thụ bức xạ vùng sóng ánh sáng nhìn thấy và ở vùng

cận hồng ngoại, do trong lá cây có nước nên hấp thụ bức xạ vùng hồng ngoại. Cũng từ đồ

thị trên ta có thể thấy khả năng phản xạ phổ của lá xanh ở vùng sóng ngắn và vùng ánh

sáng đỏ là thấp. Hai vùng suy giảm khả năng phản xạ phổ này tương ứng với hai dải sóng

bị clorophin hấp thụ. Ở hai dải sóng này, clorophin hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu

tới, do vậy năng lượng phản xạ của lá cây không lớn. Vùng sóng bị phản xạ mạnh nhất

tương ứng với sóng 0,54μ. tức là vùng sóng ánh sáng lục. Do đó lá cây tươi được mắt ta

cảm nhận có màu lục. Khi lá úa hoặc có bệnh, hàm lượng clorophin trong lá giảm đi lúc

đó khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị thay đổi và lá câysẽ có mầu vàng đỏ.

Ở vùng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu lên khả năng phản xạ phổ của lá cây là hàm lượng

nước trong lá. Khả năng hấp thụ năng lượng (rλ) mạnh nhất ở các bước sóng 1,4μ; 1,9μ

và 2,7μ. Bước sóng 2,7μ hấp thụ mạnh nhất gọi là dải sóng cộng hưởng hấp thụ, ở đây sự

hấp thụ mạnh diễn ra đối với sóng trong khoảng từ 2,66μ - 2,73μ.

Trên hình cho thấy ở dải hồng ngoại khả năng phản xạ phổ của lá mạnh nhất ở bước sóng

1,6μ và 2,2μ - tương ứng với vùng ít hấp thụ của nước.



Tóm lại: Khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật là khác nhau và đặc tính chung nhất

về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:

Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ phổ khác

biệt rõ rệt.

Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi clorophin có trong lá cây,

một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ.

Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng

nước, ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấp thụ là cực đại. Ảnh hưởng của

các cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đối với khả năng phản xạ phổ là khơng lớn bằng

hàm lượng nước trong lá.



Hình 2. 1 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật



Hình 2. 2 Đặc tính hấp thụ của lá cây và của nước

Dựa vào phản xạ phổ của thực vật nghiên cứu của Heute, A.R., 1988. Xây dựng chỉ số

thực vật SAVI .Chỉ số này liên kết với đặc điểm độ che phủ của thực vật như là sinh khối,

chỉ số diện tích lá và phần trăm thực phủ.

Chỉ số thực vật NDVI được xác định dựa trên sự phản xạ khác nhau của thực vật thể hiện

giữa kênh phổ khả kiến và kênh phổ cận hồng ngoại, dùng đề biểu thị mức độ tập trung

của thực vật trên mặt đất.

Chỉ số thực vật được tính tốn:



Trong lĩnh vực phân tích ảnh viễn thám, rất nhiều chỉ số được tạo ra từ các kênh phổ để

quan sát trạng thái của lớp phủ và lớp sử dụng đất phù hợp với từng mục đích nghiên

cứu. Ví dụ: để quan sát lớp thực vật, thơng thường các nghiên cứu sử dụng chỉ số NDVI;

hoặc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến sự thay đổi của nước thì chọn chỉ số NDWI

(Normalized Difference Wate Index). Tuy nhiên, trong trường hợp này, để thành lập bản

đồ phân bố đất đô thị, ta chọn chỉ số SAVI để quan sát sự thay đổi của thực vật. chỉ số

SAVI có khả năng làm tăng đặc tính của thực vật ngay cả ở những vùng có lớp phủ thực

vật dưới 15%, trong khi đó chỉ số NDVI chỉ đạt hiệu quả với những vùng có độ che phủ

thực vật trên 30%. Điều đó có nghĩa là chỉ số SAVI có độ nhạy với thực vật lớn hơn so

với chỉ số NDVI, vì vậy rất phù hợp cho các nghiên cứu về đô thị.



 Chỉ số nước MNDWI (Modified Normalized Difference Wate

Index)

khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và

thành phần vật chất có trong nước. Khả năng phản xạ phổ ở đây còn phụ thuộc vào

bề mặt nước và trạng thái của nước. Trong điều kiện tự nhiên, mặt nước hoặc một

lớp mỏng nước sẽ hấp thụ rất mạnh năng lượng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại

(hình 2.9) do vậy, năng lượng phản xạ rất ít. Vì khả năng phản xạ phổ của nước ở

dải sóng dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụp cho ta khả năng

đoán đọc điều vẽ thủy văn, ao hồ... Ở dải sóng nhìn thấy khả năng phản xạ phổ của

nước tương đối phức tạp. Các nghiên cứu cho thấy nước đục có khả năng phản xạ

phổ cao hơn nước trong, nhất là những dải sóng dài.



Hình 2. 3 Khả năng phát xạ phổ của nước

Chỉ số nước MNDWI được tính t án:



Với chỉ số NDWI, bằng nghiên cứu của mình, tác giả Xu đã cho thấy lớp nước được

phân tách từ ảnh viễn thám thường bị nhiễu bởi lớp đất xây dựng do cả nước và đất

xây dựng đều phản xạ ở vùng sóng ánh sáng lục (kênh 2 ) nhiều hơn so với vùng

cận hồng ngoại (kênh 4). Để giải quyết vấn đề này, tác giả Xu [13] đã sử dụng kênh

hồng ngoại giữa (kênh 5) để làm tăng đặc tính nước ở vùng đơ thị .



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Nội dung nghiên cứu

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×