Đề tài Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và gis xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác qui hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM VIỄN THÁM QUỐC GIA ________________________________________________________ BÁO CÁO TỔNG KẾT KHKT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUI HOẠCH BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG CẤP TỈNH CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS. NGUYỄN QUỐC KHÁNH 7024 11/11/2008 HÀ NỘI – 10/2008 bé tµi nguyªn vµ m«i tr−êng trung t©m viÔn th¸m quèc gia 108 §−êng Chïa L¸ng - QuËn §èng §a - Hµ Néi ---------------***--------------- b¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vμ kü thuËt ®Ò tμi cÊp bé: NGHI£N CøU øNG DôNG C¤NG NGHÖ VIÔN TH¸M Vµ GIS X¢Y DùNG Bé B¶N §å HIÖN TR¹NG TµI NGUY£N THI£N NHI£N PHôC Vô C¤NG T¸C QUY HO¹CH B¶O VÖ M¤I TR¦êNG CÊP TØNH. Sè ®¨ng ký: …… Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2008 Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2008 chñ nhiÖm ®Ò tμi c¬ quan chñ tr× ®Ò tμi gi¸m ®èc trung t©m viÔn th¸m quèc gia TS. NguyÔn Quèc Kh¸nh TS. Lª Minh Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2008 Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m 2008 héi ®ång ®¸nh gi¸ chÝnh thøc c¬ quan qu¶n lý ®Ò tμi chñ tÞch héi ®ång TL. bé tr−ëng bé tµi nguyªn vµ m«i tr−êng vô tr−ëng vô khoa häc vµ c«ng nghÖ TS. Lª Kim S¬n Hμ néi, 10 - 2008 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN TT Họ và tên Học hàm, học vị, chuyên môn Đơn vị công tác Thực hiện A Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Quốc Khánh TS. Trắc địa ảnh Trung tâm Viễn thám Quốc gia I.1; II.3-5; III.3 Kết luận; Kiến nghị B Cán bộ tham gia nghiên cứu 1 Nguyễn Thị Thanh Bình CN. Địa lý Trung tâm Viễn thám Quốc gia II.4; III.7; 2 Vũ Thị Minh Trâm ThS. Địa lý Trung tâm Viễn thám Quốc gia II.2 3 Lê Phú Cường ThS. Môi trường Trung tâm Viễn thám Quốc gia III.6 4 Nguyễn Thị Bích Hường CN. Địa lý Trung tâm Viễn thám Quốc gia III.4 5 Nguyễn Trường Sơn KS. Trắc địa Trung tâm Viễn thám Quốc gia III.5 6 Dương Thị Lan Anh KS. Địa chính Trung tâm Viễn thám Quốc gia III.1 7 Nguyễn Thị Thanh Hương KS. Bản đồ Trung tâm Viễn thám Quốc gia I.2 8 Trần Tuyết Mai CN. Địa chính Trung tâm Viễn thám Quốc gia I.3 9 Nguyễn Thị Xuân ThS. Địa lý Trung tâm Viễn thám Quốc gia III.2 10 Đặng Trọng Hải ThS. Quản lý đất đai Trung tâm Viễn thám Quốc gia II.1 2 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Công tác điều tra, khảo sát và thành lập bản đồ tài nguyên thiên nhiên đã được tiến hành ở Việt Nam từ nhiều năm nay và có những thành công đáng kể, đặc biệt là phương pháp luận để thành lập bộ bản đồ đồng bộ có tính chỉnh hợp cao theo quan điểm hệ thống bằng phương pháp viễn thám kết hợp với các phương pháp cổ truyền. Tuy nhiên, do điều kiện về công nghệ và tư liệu nên các bản đồ được thành lập trước đây vẫn còn có những hạn chế, chưa thực sự đáp ứng được yêu cầu đồng bộ và tính hiện thời cao. Nhưng ngay từ đầu những năm 90, các chuyên gia đã khẳng định: "Triển vọng của việc sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp với các thành tựu mới về tin học và tự động hóa để thành lập bản đồ chuyên đề, cũng như để nghiên cứu thiên nhiên, nói chung, cho mục đích khai thác lãnh thổ, mà nội dung chính là sử dụng hợp lí tài nguyên và bảo vệ thiên nhiên, còn rất lớn"[7]. Chính vì vậy để kế thừa và phát huy những kinh nghiệm quý báu của thế hệ các nhà bản đồ viễn thám đi trước, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh” đã được thực hiện với mục đích nghiên cứu, khai thác, sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với công nghệ GIS từ đó đưa ra quy trình công nghệ để xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh. Hiện nay công tác quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh là nhu cầu cấp thiết, một trong những khâu quan trọng của công tác này là đánh giá hiện trạng tài nguyên thiên nhiên mà phương tiện của nó là bản đồ. Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám kết hợp với hệ thống thông tin địa lý để xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên đảm bảo tính hiện thời, đồng bộ phục vụ quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh là yêu cầu khách quan và cấp thiết được đặt ra. Trong giai đoạn hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ viễn thám ngày càng hiện đại và mang nhiều ứng dụng hơn. Việc thu nhận và xử lý tư liệu viễn thám đã được thực hiện tại Trung tâm Viễn thám Quốc gia từ cuối năm 2007, cung cấp cho người sử dụng nguồn tư liệu chủ động và phong phú hơn, đây là những tư liệu ảnh vệ tinh mới nhất dạng số, có độ phân giải cao nên có thể áp dụng các công nghệ xứ lý ảnh như tăng cường độ phân giải, chiết xuất các thông tin chuyên đề...giúp cho việc xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên thực hiện một cách nhanh chóng, chính xác. 3 Kết quả thu được sau quá trình thực hiện đề tài bao gồm: 1. Kết quả nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên ở Việt Nam cũng như trên thế giới. 2. Kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ các hệ sinh thái, hiện trạng mạng lưới thuỷ văn, hiện trạng lớp phủ mặt đất, hiện trạng phân bố các vùng đất ngập nước, hiện trạng lớp phủ rừng, hiện trạng phân bố các vùng nuôi trồng thuỷ sản, hiện trạng tài nguyên du lịch. 3. Kết quả nghiên cứu, xây dựng quy trình công nghệ thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS. 4. Kết quả sản xuất thử nghiệm ở khu vực Thành phố Hải Phòng bao gồm: Các bình đồ ảnh, các sản phẩm trung gian như bộ khóa ảnh, thư viện kí hiệu và xây dựng CSDL chuyên đề từ đó kết xuất ra bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên tỉ lệ 1:100 000 bao gồm các bản đồ sau: bản đồ các hệ sinh thái, bản đồ hiện trạng mạng lưới thuỷ văn, bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ hiện trạng phân bố các vùng đất ngập nước, bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng, bản đồ hiện trạng phân bố các vùng nuôi trồng thuỷ sản, bản đồ hiện trạng tài nguyên du lịch. Kết quả thực hiện đề tài đã khẳng định, hiện nay việc lựa chọn công nghệ viễn thám và GIS là giải pháp tối ưu trong công tác xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh. Công cụ viễn thám cho phép thu nhận thông tin về tiềm năng, hiện trạng các đối tượng trên địa bàn rộng, trong một thời gian ngắn. Công cụ GIS hỗ trợ đắc lực trong việc chiết tách, tổng hợp và lưu trữ thông tin chính xác, nhanh chóng, hiệu quả. Sự kết hợp hai công nghệ là giải pháp tốt nhất, đáp ứng yêu cầu thông tin đồng bộ, hiện thời của bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh. Để hoàn thành nhiệm vụ của đề tài, chúng tôi đã nhận được sự hỗ trợ nhiệt tình từ Trung tâm Viễn thám Quốc gia – Bộ Tài nguyên và Môi trường, từ các cơ quan, các ngành liên quan, và đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của các chuyên gia, các đồng nghiệp trong cũng như ngoài ngành. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn! 4 MỤC LỤC Mở đầu Chương I. Tổng quan về hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên I.1. Tổng quan về quy hoạch môi trường I.2. Hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên thế giới I.3. Hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên ở Việt Nam Chương II. Cơ sở khoa học và quy trình công nghệ ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên II.1. Các phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng II.2. Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên II.3. Nghiên cứu mối liên hệ giữa chỉ số thực vật của ảnh vệ tinh (NDVI) với hiện trạng tài nguyên thiên nhiên II.4. Xây dựng hệ phân loại của bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên (khu vực thử nghiệm) II.5. Quy trình công nghệ thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS Chương III. Thử nghiệm thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trong phạm vi Thành phố Hải Phòng III.1. Các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của Thành phố Hải Phòng III.2. Hiện trạng thông tin tư liệu III.3. Xử lý ảnh viễn thám III.4. Thành lập bản đồ nền III.5. Điều vẽ ảnh viễn thám III.6. Thiết kế cơ sở dữ liệu III.7. Thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên, tỉ lệ 1:100000 khu vực thử nghiệm Kết luận Kiến nghị Tài liệu tham khảo 9 14 14 21 28 41 41 42 66 76 93 108 108 122 124 129 130 132 141 153 154 155 5 Phụ lục: Phụ lục 1: Bảng mã loại các yếu tố nội dung Phụ lục 2: Bộ khoá ảnh vệ tinh SPOT 5 Phụ lục 3: Bảng hướng dẫn số hoá và biên tập Phụ lục 4: Khung cấu trúc CSDL Phụ lục 5: Thư viện kí hiệu trong môi trường ArcGIS 157 176 191 224 249 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1: Cơ cấu một số loại hình sử dụng đất khu vực Hải Phòng năm 2005 146 Biểu đồ 2: Cơ cấu một số loại hình sử dụng đất khu vực Hải Phòng năm 2008 146 Biểu đồ 3: Biến động một số loại hình sử dụng đất khu vực Hải Phòng năm 2005- 2008 147 6 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Hiện trạng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS ở Việt Nam 33 Bảng 2. Độ phân giải không gian của tư liệu ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình 44 Bảng 3. Độ phân giải không gian của tư liệu ảnh vệ tinh có độ phân giải cao 45 Bảng 4. Các thông số ảnh SPOT 46 Bảng 5: Độ phân giải không gian của tư liệu ảnh vệ tinh có độ phân giải siêu cao 47 Bảng 6. Các đặc điểm của ảnh vệ tinh 53 Bảng 7. Một số ứng dụng của ảnh vệ tinh trong nghiên cứu môi trường biển 56 Bảng 8. Tổ hợp các kênh của một số ảnh viễn thám để tính chỉ số thực vật NDVI 68 Bảng 9. Phân loại các đối tượng theo chỉ số thực vật NDVI 69 Bảng 10. Hệ phân loại các hệ sinh thái 77 Bảng 11. Hệ phân loại hiện trạng mạng lưới thuỷ văn 81 Bảng 12. Hệ phân loại lớp phủ mặt đất 82 Bảng 13. Hệ phân loại hiện trạng sử dụng đất 85 Bảng 14. Hệ phân loại hiện trạng lớp phủ rừng 87 Bảng 15. Hệ phân loại hiện trạng phân bố các vùng đất ngập nước 89 Bảng 16. Hệ phân loại hiện trạng phân bố các vùng nuôi trồng thuỷ sản 91 Bảng 17. Hệ phân loại hiện trạng tài nguyên du lịch 93 Bảng 18. Tỷ lệ của bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên 94 Bảng 19. Độ dài các sông qua khu vực Hải Phòng 113 Bảng 20. Lưu lượng bình quân các sông 114 Bảng 21. Thống kê diện tích các loại hình sử dụng đất khu vực Hải Phòng năm 2008 144 Bảng 22. Thống kê cơ cấu một số loại hình sử dụng đất khu vực Hải Phòng năm 2005-2008 145 7 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Quy trình quy hoạch môi trường 19 Hình 2. Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 48 Hình 3. Sơ đồ tích hợp GIS và Viễn thám 64 Hình 4. Các khoảng và đường cong đặc trưng cho độ phản xạ của thảm thực vật 67 Hình 5. Sơ đồ quy trình thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS 107 Hình 6. Sơ đồ vị trí nghiên cứu chỉ số thực vật NDVI 126 Hình 7. Ảnh vệ tinh SPOT khu vực Hải phòng 126 Hình 8. Ảnh đơn kênh chỉ số thực vật NDVI khu vực Hải phòng 127 Hình 9. Kết quả ảnh phân loại chỉ số thực vật NDVI khu vực Hải Phòng 128 Hình 10. Sơ đồ cấu trúc cơ sở dữ liệu các bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên 134 CÁC TỪ VIẾT TẮT GIS Geographic Information System NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer MERIS MEdium Resolution Imaging Spectrometer GLI Global Imager (onboard the ADEOS-II) MIPS Multipurpose Image Processing System LAI Leaf Area Index FPAR Fraction of Photosynthetically Active Radiation ENRMS Environment and Natural Resources Monitoring System SPOT Satellite Pour l'Observation de la Terre Envisat Environmental Satellite HRVIR High-Resolution Visible Infra-Red CSDL Cơ sở dữ liệu 8 HTSDĐ Hiện trạng sử dụng đất QHMT Quy hoạch Môi trường NDVI Chỉ số thực vật BVMT Bảo vệ môi trường NEPA Luật về Bảo vệ môi trường của Mỹ NEA Đạo luật môi trường của Mỹ EIA Đánh giá tác động môi trường LHQ Liên hợp quốc ADB Ngân hàng phát triển châu Á KTXH Kinh tế xã hội GDP Tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm RADAR Radio Detection And Ranging H5N1 Dịch cúm A TNMT Tài nguyên môi trường MT Môi trường VNGS Trạm thu ảnh vệ tinh mặt đất NDC Trung tâm dữ liệu viễn thám Quốc gia DUS Hệ thống ứng dụng dữ liệu viễn thám NCKH Nghiên cứu khoa học BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường ĐNN Đất ngập nước NCMT Nhạy cảm môi trường 9 MỞ ĐẦU Công tác kiểm kê, đánh giá hiện trạng là công việc cần thiết đầu tiên trong quy trình xây dựng kế hoạch, quy hoạch phát triển bất cứ một lĩnh vực nào. Trong lĩnh vực môi trường cũng vậy, quy hoạch môi trường (QHMT) là xác định chức năng môi trường cho các phạm vi lãnh thổ khác nhau, hài hòa với sự phát triển kinh tế, nhằm bảo vệ môi trường không bị suy thoái, ô nhiễm và ngày càng cải thiện hơn theo đời sống kinh tế - xã hội. Trên quy mô lớn, quy hoạch sẽ xác định khu rừng nào cần bảo vệ, phát triển để đảm nhiệm chức năng phòng hộ; Vùng nào không thể phát triển công nghiệp, không thể đắp đập, ngăn sông, khai thác lâm sản; Vùng nào nên canh tác nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, hay phát triển du lịch sinh thái là hợp lý... Ở quy mô nhỏ, như trong phạm vi một đô thị, nhiệm vụ quy hoạch môi trường vẫn không thể thiếu, rất cần xác định không gian cho cây xanh, cho hồ điều hòa sinh thái, cho các nhà máy xử lý ô nhiễm…Mục đích chính của QHMT khu vực là điều hòa giữa phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường. Nội dung điều hòa của QHMT là đảm bảo một cách chắc chắn sự phát triển kinh tế - xã hội không vượt quá khả năng chịu đựng của môi trường tự nhiên và đảm bảo sự phát triển kinh tế và xã hội phù hợp tốt nhất với hệ thống tự nhiên. Vậy muốn xác định được sức chịu tải của môi trường tự nhiên và ngưỡng cần phải dừng lại để phát triển ổn định của nền kinh tế - xã hội, trước hết phải nắm bắt được quy luật phân bố, hiện trạng, tỷ trọng hợp lý của các thành phần, các yếu tố, đối tượng cấu thành nên môi trường đó. Những thông tin này thực sự cần thiết và hữu ích khi đảm bảo tính hiện thời và có độ tin cậy cao, nhất là tại thời điểm môi trường ô nhiễm và suy thoái nhanh trên diện rộng do sự phát triển kinh tế tự do, tự phát, đặc biệt tại các nước đang phát triển như nước ta hiện nay. Hiện nay, chúng ta đã phải hứng chịu những hậu quả của việc không tính đến yếu tố môi trường trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội như: Xói lở ở cửa sông Lò (Hải Hậu-Nam Định) do việc quai đê, lấn biển, khoanh vùng nuôi tôm, trồng cói ở cửa sông Hồng tại huyện Xuân Thủy (Nam Định) đã ngăn các dòng chảy cửa sông dẫn đến thay đổi dòng chảy ven bờ. Tại rừng tràm U Minh, việc đào hệ thống các kênh rạch để đi lại, ngăn lửa đã làm cho nước rút khỏi rừng nhanh chóng, làm khô rừng U Minh Thượng, mất cân bằng sinh thái rừng và hậu quả là những trận cháy rừng dữ dội liên tục xảy ra trong mấy năm gần đây…Còn nhiều các tai biến môi trường khác đã xảy ra, gây nên những thiệt hại nghiêm trọng về tinh thần cũng như của cải vật chất như động 10 đất ở Điện Biên (Lai Châu); ô nhiễm môi trường nước, không khí, gây nên các bệnh hiểm nghèo; lũ quét, lụt lội do suy giảm diện tích rừng đầu nguồn…Giải quyết những vấn đề bức xúc này thì việc cần làm ngay là xây dựng quy hoạch môi trường tổng thể từ cấp trung ương đến địa phương một cách nghiêm túc để thế hệ mai sau không phải hứng chịu những gì chúng ta đã gây ra ngày hôm nay. Trong khả năng của ngành bản đồ viễn thám, việc cung cấp thông tin hiện trạng phân bố các đối tượng nhanh, có độ tin cậy cao đã và đang ngày càng được cải thiện, nhờ sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ hiện đại như viễn thám và tin học. Nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám đã xây dựng phương pháp luận chặt chẽ, hoàn chỉnh, nhưng do điều kiện kinh tế của nước ta trước đây nên những ứng dụng của công nghệ tin học chưa được nghiên cứu kỹ càng và đáp ứng nhu cầu thực tế. Trong điều kiện hiện nay, khi công nghệ tin học đã ứng dụng phổ biến thì việc nghiên cứu sử dụng kết hợp các công nghệ tiên tiến để nâng cao chất lượng và hiệu quả của phương pháp nghiên cứu đối tượng bằng bản đồ là việc làm cần thiết, hữu ích cho nhiều lĩnh vực trong đó có công tác quy hoạch môi trường. Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh” do Trung tâm Viễn thám Quốc gia, Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì và Tiến sĩ Nguyễn Quốc Khánh chủ nhiệm, thực hiện trong thời gian 2 năm nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách trên. Thực tế, việc xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường rất phức tạp, đòi hỏi phải có sự liên kết chặt chẽ của các chuyên gia nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong phạm vi đề tài đề cập chủ yếu đến khả năng khai thác thông tin về hiện trạng một số nhóm đối tượng tài nguyên thiên nhiên mà sử dụng tư liệu viễn thám sẽ hiệu quả hơn phương pháp truyền thống khác. Việc kết hợp ứng dụng công nghệ viễn thám với công nghệ hệ thống thông tin địa lý đã rút ngắn thời gian thi công so với công nghệ truyền thống trước đây và tăng độ chính xác, tính logíc, hiện thời của thông tin bản đồ. Khả năng lưu trữ và cập nhật thông tin của công nghệ này sẽ đảm bảo cho tính kế thừa, và thuận lợi cho việc bổ sung, hoàn thiện thêm thông tin của bộ bản đồ. 11 Với định hướng như vậy, đề tài xác định thử nghiệm trong phạm vi cấp tỉnh và tập trung khai thác thông tin, xây dựng quy trình công nghệ để thành lập một số bản đồ cần thiết trong bộ bản đồ tài nguyên thiên nhiên như diễn giải dưới đây: 1. Mục tiêu của đề tài : - Nghiên cứu khả năng khai thác và sử dụng tư liệu ảnh viễn thám trong việc đánh giá hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh; - Đề xuất ra quy trình công nghệ sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với công nghệ GIS để xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh; 2. Nội dung nghiên cứu ứng dụng và triển khai thực nghiệm 2.1. Nghiên cứu hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên ở Việt Nam. 2.2. Nghiên cứu hiện trạng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên thế giới. 2.3. Nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên. 2.4. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ sinh thái, hiện trạng lớp phủ mặt đất, hiện trạng mạng lưới thuỷ văn, hiện trạng lớp phủ rừng, hiện trạng phân bố các vùng nuôi trồng thuỷ sản, hiện trạng phân bố các vùng đất ngập nước, hiện trạng tài nguyên du lịch. 2.5. Nghiên cứu mối liên hệ giữa chỉ số thực vật của ảnh vệ tinh (NDVI) với hiện trạng tài nguyên thiên nhiên. 2.6. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS. 2.7. Hợp tác với Thái Lan: tham quan, học hỏi kinh nghiệm ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ quy hoạch bảo vệ môi trường tại Thái Lan. 2.8. Triển khai thử nghiệm thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trong phạm vi Thành phố Hải Phòng: 12 2.8.1. Nghiên cứu đánh giá, thu thập tài liệu, tư liệu ảnh vệ tinh phục vụ thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ quy hoạch cấp tỉnh khu vực thử nghiệm 2.8.2. Lập mẫu khoá ảnh viễn thám các đối tượng chuyên đề phục vụ thành lập các bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên khu vực thử nghiệm 2.8.3. Xử lý ảnh, phân loại các đối tượng trên ảnh viễn thám phục vụ thành lập các bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên 2.8.4. Thành lập bình đồ ảnh viễn thám Landsat TM, ảnh SPOT5. 2.8.5. Biên tập, hiện chỉnh, thành lập bản đồ nền 2.8.6. Điều vẽ ảnh nội, ngoại nghiệp theo các chuyên đề 2.8.7. Chuyển vẽ, số hoá, biên tập 2.8.8. Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề khu vực thử nghiệm 2.8.9. Biên tập các lớp thông tin trong CSDL, thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ quy hoạch cấp tỉnh, tỉ lệ 1:100 000 3. Sản phẩm của đề tài: 3.1. Báo cáo về nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên 3.2. Quy trình công nghệ thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS 3.3. Thành lập bình đồ ảnh viễn thám 3.4. Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề 3.5. Thành lập các bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên thử nghiệm trong phạm vi Thành phố Hải Phòng, bao gồm các bản đồ sau: + Bản đồ các hệ sinh thái + Bản đồ hiện trạng mạng lưới thuỷ văn + Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất + Bản đồ hiện trạng sử dụng đất + Bản đồ hiện trạng phân bố các vùng đất ngập nước + Bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng + Bản đồ hiện trạng phân bố các vùng nuôi trồng thuỷ sản + Bản đồ hiện trạng tài nguyên du lịch 3.6. Báo cáo tổng kết đề tài 13 4. Bố cục của đề tài: Chương I. Tổng quan về hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên Trình bày tổng quan về quy hoạch môi trường và khảo sát hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên ở Việt Nam và trên thế giới. Chương II. Cơ sở khoa học và quy trình công nghệ ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên Trình bày về các phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng, cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên, nghiên cứu mối liên hệ giữa chỉ số thực vật của ảnh vệ tinh (NDVI) với hiện trạng tài nguyên thiên nhiên, xây dựng hệ phân loại của bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên (khu vực thử nghiệm) và xây dựng quy trình công nghệ thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS. Chương III. Thử nghiệm thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trong phạm vi Thành phố Hải Phòng Trình bày về các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, hiện trạng thông tin tư liệu, quá trình xử lý ảnh viễn thám, thành lập bản đồ nền, điều vẽ ảnh viễn thám, xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề và thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên, tỉ lệ 1:100000 khu vực Thành phố Hải Phòng gồm các bản đồ sau: + Bản đồ các hệ sinh thái + Bản đồ hiện trạng mạng lưới thuỷ văn + Bản đồ hiện trạng lớp phủ mặt đất + Bản đồ hiện trạng sử dụng đất + Bản đồ hiện trạng phân bố các vùng đất ngập nước + Bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng + Bản đồ hiện trạng phân bố các vùng nuôi trồng thuỷ sản + Bản đồ hiện trạng tài nguyên du lịch. Kết luận và kiến nghị 14 Chương I. Tổng quan về hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên I.1. Tổng quan về quy hoạch môi trường Theo điều 1 và 2 của Luật bảo vệ Môi trường ban hành ngày 10-1-1994: Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và thiên nhiên. Thành phần môi trường là các yếu tố tạo thành môi trường: không khí, nước, đất, âm thanh, ánh sáng, lòng đất, núi, rừng, sông, hồ, biển, sinh vật, các hệ sinh thái, các khu dân cư, khu sản xuất, khu bảo tồn thiên nhiên, cảnh quan thiên nhiên, danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử và các hình thái vật chất khác. Định nghĩa trên cho thấy "Môi trường" chính là môi trường sống xung quanh ta, và chính ta là một cá thể tạo nên môi trường. Mọi hoạt động của từng cá thể đều tác động đến môi trường và tạo nên đặc tính của môi trường xung quanh nó. Chính vì vậy việc xây dựng các chiến lược, đưa ra các chính sách đường lối để định hướng các hoạt động của từng cá thể trong môi trường là rất cần thiết, đặc biệt trong giai đoạn môi trường suy thoái, ô nhiễm ngày càng trầm trọng như hiện nay. Trước tình hình đó, sau hội nghị Môi trường toàn cầu, Liên hợp quốc đã ra quyết nghị 1/1973 thành lập cục Quy hoạch Môi trường. Gần 4 thập kỷ đã qua nhưng Quy hoạch Môi trường vẫn còn là một lĩnh vực mới cả về mặt lý thuyết và thực tiễn. Trên thực tế, đã có nhiều công trình nghiên cứu về QHMT trên thế giới và ở nước ta cũng đã bắt đầu quan tâm đến từ cuối những năm 90, nhưng QHMT thực sự là lĩnh vực rộng và phức tạp. Theo Leonard Ortolano, tác giả cuốn sách khá phổ biến về quy hoạch môi trường với tiêu đề “Quy hoạch môi trường và ra quyết định” [7], một công trình về quy hoạch môi trường bao gồm những nội dung chính sau: Quản lý chất thải, đánh giá tác động môi trường, sử dụng đất và môi trường. Trong đó Ortolano đã sử dụng tổng hợp các kiến thức liên ngành như sinh học, kỹ thuật, địa lý, địa chất, kiến trúc cảnh quan, môi trường sinh học, luật môi trường, chính sách môi trường, thẩm mỹ môi trường ...để phân tích các khía cạnh khác nhau phục vụ cho quá trình QHMT và ra quyết định. Vậy có thể hiểu khái quát QHMT là quá trình sử dụng có hệ thống các kiến thức khoa học để xây dựng các chính sách và biện pháp trong khai thác sử dụng 15 hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường nhằm định hướng các hoạt động phát triển trong khu vực đảm bảo mục tiêu phát triển bền vững. Trước khi bộ luật về Bảo vệ môi trường Mỹ ra đời (NEPA-1969). Các nhà làm quy hoạch ở Mỹ đã bị coi là không thực tế, và những khuyến nghị về quy hoạch môi trường ít có tác dụng. Nhưng thấy được sự cần thiết phải có một chương trình hành động tích cực hơn để bảo vệ môi trường, tài nguyên thiên nhiên, các nhà hoạt động môi trường Mỹ đã khởi xướng phong trào yêu cầu đánh giá tác động môi trường và vẫn coi đó là biện pháp, không nhằm thay thế cho quy hoạch phát triển thích hợp, mà chỉ là một thủ tục từng phần, ít nhất cũng có thể uốn nắn lại những thiếu sót về môi trường trên cơ sở từng dự án, tùy thuộc vào sự cải tiến trong quá trình quy hoạch. Những hoạt động trên là tiền đề cho bộ luật môi trường của Mỹ (NEA), sự ra đời của bộ luật này cùng với các công cụ quản lý của nó, như đánh giá tác động môi trường (EIA), đã có ý nghĩa lớn đối với sự phát triển về lý thuyết cũng như phương pháp luận của quy hoạch môi trường. Trong khu vực châu Á, Thái Bình Dương, tiếp sau hội nghị LHQ về Môi trường và con người ở Stockholm, cuộc họp liên Chính phủ ở Bangkok năm 1973 đã chấp nhận chương trình hành động ASEAN về môi trường và con người. Tiếp sau đó phần lớn các nước đã thành lập các cơ quan bảo vệ môi trường và ban hành luật môi trường mới [1]. Năm 1991, Ngân hàng phát triển châu Á (ADB) đã cho xuất bản tài liệu hướng dẫn về "Quy hoạch tổng hợp phát triển kinh tế và môi trường vùng" trên cơ sở đúc kết kinh nghiệm từ các nghiên cứu điển hình ở khu vực Châu Á, trong đó đã xác định quy hoạch tổng hợp bao gồm ba hợp phần cân bằng nhau là: Quy hoạch phát triển KTXH vùng; Quy hoạch quản lý tài nguyên thiên nhiên; Quy hoạch quản lý chất lượng môi trường. Như vậy vấn đề tài nguyên và môi trường đã thực sự được đặt ở vị trí rất cao trong chiến lược phát triển vùng. Ở nước ta trong thời gian qua, đặc biệt là từ khi thực hiện chính sách đổi mới, về phát triển KTXH đã có những bước phát triển đáng khích lệ, tốc độ tăng trưởng GDP bình quân hàng năm là 7%, cơ cấu kinh tế chuyển đổi theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khác nhau, quá trình phát triển cũng đã làm nảy sinh nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng. Môi trường đất, nước, không khí ở một số thành phố lớn, khu công nghiệp tập trung và các khu đông dân cư 16 đang bị suy thoái, ô nhiễm, tài nguyên thiên nhiên, đa dạng sinh học đang bị cạn kiệt, sự cố môi trường có chiều hướng gia tăng... Các tình trạng này đã được cảnh báo rộng trên các phương tiện thông tin và đặc biệt trong báo cáo Hiện trạng môi trường Quốc gia hàng năm do cục Bảo vệ Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì. Hiện nay những vấn đề bức xúc về môi trường nước ta đang diễn ra là: • Suy thoái rừng • Ða dạng sinh học trên đất liền và dưới biển bị suy giảm • Suy giảm chất lượng nguồn nước • Suy thoái và ô nhiễm môi trường đất • Ô nhiễm môi trường đô thị và khu công nghiệp • Suy thoái môi trường nông thôn • Tai biến thiên nhiên và sự cố môi trường Hiện nay vấn đề môi trường đã trở thành mối quan tâm chung của toàn cầu, những biến đổi khí hậu không chỉ ảnh hưởng đến một khu vực hay một quốc gia mà hậu quả của nó đã ảnh hưởng trên cả cấp vùng lãnh thổ rộng lớn đa quốc gia và thực tế là chúng ta chưa thể kiểm soát được. Đơn cử như: trên quy mô lớn, hiện tượng trái đất nóng lên gây tan băng ở Bắc cực là hậu quả của việc phát triển kinh tế không tính đến sức chịu tải của môi trường toàn cầu; trên quy mô nhỏ, hiện tượng ô nhiễm dầu ven bờ biển nước ta năm 2007 lại do sự cố tràn dầu từ hệ thống giàn khoan ở các nước khác trong khu vực. Những tai biến thiên nhiên như bão; lũ quét ở Lào Cai, lụt lội ở Yên Bái; lốc xoáy ở Thái Nguyên, động đất ở Lai Châu, hạn hán, xói lở, sạt lở, trượt đất… và nhiều sự cố môi trường như dịch cúm A (H5N1), cháy rừng tràm U Minh, rừng thông Huế, sự cố đắm tàu, tràn dầu gây ô nhiễm môi trường vùng biển và ven bờ, sự phát triển quá mức của tảo độc gây nên hiện tượng thủy triều đỏ…là những hiện tượng đã và đang xảy ra ngày càng tăng gây nên những tổn thất, thiệt hại về người và của ngày càng nặng nề. Trước tình hình trên, Chính phủ đã có những biện pháp tích cực nhằm cải thiện môi trường. Chỉ thị 36-CT/TW của Bộ Chính trị đã đưa ra những quan điểm, nguyên tắc cơ bản, thể hiện đường lối, chủ trương về bảo vệ môi trường trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ở nước ta: "Coi công tác bảo vệ môi trường là sự nghiệp của toàn Ðảng, toàn dân và toàn quân; là nội dung cơ bản không thể tách rời trong đường 17 lối, chủ trương và kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội của tất cả các cấp, các ngành; là cơ sở quan trọng bảo đảm phát triển bền vững, thực hiện thắng lợi sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước". Chính phủ cũng đã cam kết vận dụng các nguyên tắc và nội dung cơ bản của Chương trình Nghị sự 21 vào điều kiện cụ thể của nước ta: "Coi phòng ngừa và ngăn chặn ô nhiễm là nguyên tắc chủ đạo kết hợp với xử lý ô nhiễm, cải thiện môi trường và bảo tồn thiên nhiên; kết hợp phát huy nội lực với tăng cường hợp tác quốc tế trong bảo vệ môi trường và phát triển bền vững". Từ sau khi Luật Bảo vệ môi trường ra đời (10-1-1994), đã thêm nhiều nghị định, chính sách về môi trường như Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020 (theo QĐ 256/2003/QĐ-TTg) và các chiến lược bảo vệ môi trường địa phương và ngành. Đồng thời chúng ta đã tham gia ký kết các công ước quốc tế như Công ước về việc bảo vệ di sản văn hóa và tự nhiên của Thế giới (10-11- 1972), Công ước Ramsar (2-2-1971), Công ước Basel, Công ước về đa dạng sinh học(5-6-1992). Quán triệt quan điểm chỉ đạo của Ðảng và cam kết của Chính phủ, Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia 2001 - 2010 có nội dung cơ bản sau: • Bảo vệ môi trường nước và sử dụng bền vững tài nguyên nước • Bảo vệ môi trường đất và sử dụng bền vững tài nguyên đất • Bảo tồn đa dạng sinh học • Bảo vệ môi trường không khí • Bảo vệ môi trường đô thị và khu công nghiệp • Bảo vệ môi trường nông thôn • Bảo vệ môi trường biển, ven biển và hải đảo • Bảo vệ các vùng đất ngập nước • Bảo vệ môi trường thiên nhiên và di sản văn hóa Các di sản văn hoá, thiên nhiên của đất nước có vai trò đặc biệt đối với công tác bảo vệ môi trường do tính độc đáo, đặc thù, quí hiếm, có một không hai về các khía cạnh văn hoá và môi trường. Nước ta có nhiều di sản văn hoá, thiên nhiên có tầm cỡ quốc tế và quốc gia trong đó có những di sản đã được thế giới công nhận (Huế, Hạ Long, Hội An, Mỹ Sơn, Phong Nha-Kẻ Bàng). 18 Cần phải coi việc gìn giữ, bảo vệ và tôn tạo môi trường văn hoá, tự nhiên cho di sản văn hoá, thiên nhiên của đất nước như một bộ phận quan trọng của Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia. Bộ phận này của Chiến lược phải tính toán đầy đủ đến việc bảo vệ đồng bộ các loại môi trường văn hoá, nhân văn, lịch sử, sinh thái, của từng di sản. Trong thời gian gần đây nhiều đề tài QHMT cũng đã được nghiên cứu và thực hiện ở các quy mô và cấp độ khác nhau tại các địa phương, nhưng chưa được áp dụng cụ thể nhiều vào thực tế. Tuy vẫn còn nhiều khác biệt giữa định nghĩa và quy trình thực hiện, nhưng QHMT vẫn luôn thể hiện đặc trưng rõ nét nhất là tính đa ngành khi phải giải quyết tổng hợp các vấn đề môi trường, trong mối tương tác phức tạp với các hệ thống kinh tế, chính trị, và xã hội. Bên cạnh đó, có thể nói QHMT là một công cụ giúp cho tiến trình ra quyết định (xác định các định hướng và quy mô phát triển vùng một cách bền vững nhất) và bản thân cũng là một tiến trình ra quyết định (lựa chọn và xác định các vấn đề ưu tiên để có các chương trình, kế hoạch môi trường phù hợp…). QHMT được thực hiện bằng nhiều phương pháp phối hợp với nhau như phương pháp phân tích hệ thống, phương pháp bản đồ và GIS, phương pháp phân vùng chức năng môi trường, phương pháp đánh giá tác động môi trường tích hợp. Về cơ bản dù thực hiện bằng phương pháp nào cũng theo một quy trình cơ bản như sau: Quy trình QHMT về cơ bản cũng tương tự như trong các lĩnh vực quy hoạch khác, tuy rằng khái niệm môi trường thường được hiểu đi liền với thiên nhiên hay các hiểm họa MT [2]. • Điều tra, thu thập các thông tin về điều kiện tài nguyên và môi trường khu vực nghiên cứu. • Xem xét các khía cạnh môi trường quan tâm và xác định những vấn đề môi trường bức xúc. • Hình thành mục tiêu. • Thiết kế quy hoạch. • Đề xuất giải pháp quản lý nhằm thực hiện phương án quy hoạch đề xuất. • Đánh giá tác động môi trường, điều kiện môi trường, phương án, dự án. 19 Hình 1: Quy trình quy hoạch môi trường [2] Như vậy trong quy trình trên, bước đầu tiên của nhiệm vụ này là cần thu thập các thông tin về hiện trạng tài nguyên và môi trường khu vực, mà bản đồ là mô hình tổng quan nhất có thể đáp ứng được nhiệm vụ này. Đây là điều kiện cần thiết để xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên nhằm đánh giá điều kiện môi trường phục vụ cho công tác QHMT, là nhiệm vụ ngành bản đồ viễn thám có thể đáp ứng được phần cơ bản về cung cấp thông tin hiện trạng của một số nhóm tài nguyên. Chất lượng và tiến độ của các bước sau trong công tác QHMT cũng rất phụ thuộc vào kết quả thực hiện nhiệm vụ đầu tiên này. Tài nguyên và môi trường là lĩnh vực rất rộng, trong đó tài nguyên là tất cả các dạng vật chất, văn hóa, tri thức được sử dụng để tạo ra của cải vật chất, hoặc tạo ra giá trị sử dụng mới cho con người. Tài nguyên rất đa dạng và đa dụng nên có nhiều cách phân loại tài nguyên: • Theo quan hệ với con người: Tài nguyên thiên nhiên và tài nguyên xã hội • Theo phương thức và khả năng tái tạo: Tài nguyên tái tạo và tài nguyên không tái tạo • Theo bản chất tự nhiên: Tài nguyên nước, tài nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên biển, tài nguyên khoáng sản, tài nguyên năng lượng, tài nguyên khí hậu cảnh quan, di sản văn hóa kiến trúc, tri thức khoa học và thông tin. Tài nguyên thiên nhiên là nguồn của cải vật chất nguyên khai được hình thành và tồn tại trong tự nhiên mà con người có thể sử dụng để đáp ứng các nhu cầu trong cuộc sống. Mối quan hệ giữa nguồn tài nguyên thiên nhiên với các nguồn tài nguyên Quy trình quy hoạch Điều kiện môi trường Vấn đề TNMT Mục tiêu MT Thiết kế quy hoạch Quản lý Đánh giá: Điều kiện MT, tác động MT, phương án Thực hiện, giám sát 20 khác, đặc biệt là con người rất chặt chẽ và thường xuyên tương tác với nhau, tạo nên một hệ thống, một môi trường sống có quy luật và phát triển theo nguyên tắc nhân quả. Trong công tác QHMT, mối quan tâm đến tài nguyên thiên nhiên bao gồm [3]: • Hiện trạng tài nguyên nước: Trữ lượng, chất lượng, tình hình khai thác và sử dụng tài nguyên nước mặt, nước ngầm… • Hiện trạng chất lượng không khí. • Hiện trạng tài nguyên đất: Các loại đất, chất lượng và tình hình sử dụng đất nông nghiệp, lâm nghiệp, đất công nghiệp, đất khu dân cư, đất chuyên dùng, đất chưa sử dụng. • Hiện trạng đa dạng sinh học: Các hệ sinh thái điển hình, tài nguyên động thực vật và đặc điểm phân bố, xu hướng phát triển hay tình hình khai thác … • Hiện trạng tài nguyên khoáng sản: Đặc điểm phân bố, chủng loại, số lượng tài nguyên khoáng sản và các khuynh hướng trong việc khai thác, sản xuất truyền thống của địa phương. Theo định hướng trên và xét trên khả năng có thể khai thác thông tin từ tư liệu viễn thám hiện có, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài đã xác định giới hạn nghiên cứu bao gồm hiện trạng một số nhóm tài nguyên sau: • Tài nguyên nước: Khai thác thông tin về hiện trạng mạng lưới thuỷ văn. • Tài nguyên đất: Khai thác thông tin về hiện trạng lớp phủ mặt đất, hiện trạng sử dụng đất và hiện trạng phân bố các vùng nuôi trồng thuỷ sản. • Đa dạng sinh học: Khai thác thông tin về các hệ sinh thái, hiện trạng lớp phủ rừng, hiện trạng phân bố các vùng đất ngập nước. Ngoài ra thông tin về hiện trạng tài nguyên du lịch là nguồn tài nguyên tổng hợp của tự nhiên và nhân tạo có tính chọn lọc và nhạy cảm cao với những biến đổi của môi trường, nguồn thông tin này phản ánh đồng thời hiện trạng và mức độ khai thác nguồn tài nguyên của con người trong khu vực, nên cũng rất cần thiết cho công tác quy hoạch môi trường. Việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong đó sử dụng các tư liệu ảnh vệ tinh mới nhất có độ phân giải cao và siêu cao sẽ giúp cho việc xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên thực hiện một cách nhanh chóng chính xác và đồng bộ. Ảnh vệ tinh có tầm bao quát rộng. Một tấm ảnh chụp từ vệ tinh Landsat TM phủ trùm diện tích 32.400 km2, một tấm ảnh chụp từ vệ tinh SPOT phủ trùm diện tích 21 3.600 km2. Với tầm bao quát rộng như thế, ảnh vệ tinh cho phép nhanh chóng thu nhận được thông tin trên những vùng rộng lớn ở cùng thời điểm trong cùng điều kiện vật lí. Nhờ vậy ảnh vệ tinh đã tạo ra cơ sở kĩ thuật để đảm bảo tính đồng nhất về thời điểm của thông tin, và khả năng thành lập bản đồ trong thời gian ngắn đáp ứng yêu cầu về tính cập nhật của thông tin. Từ đó ảnh vệ tinh đem lại giá trị đích thực của phương pháp bản đồ trong nghiên cứu mối quan hệ và tác động qua lại của các đối tượng, các hiện tượng, nhất là các đối tượng biến động nhanh như sử dụng đất, thảm thực vật, tài nguyên rừng,... đem lại khả năng thực tiễn cho xu hướng thành lập bản đồ theo quan điểm đồng bộ, hệ thống. Và nhờ đặc điểm này tư liệu ảnh viễn thám đã đem lại ý nghĩa cho công tác thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên. I.2. Hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên trên thế giới Đánh giá hiện trạng và quy hoạch môi trường đã được thực hiện ở nhiều Quốc gia trên thế giới. Các kết quả nghiên cứu được đưa ra rất có giá trị cả về ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đặc biệt là các công trình nghiên cứu ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Cộng hoà Liên bang Nga, Canada..... Quy hoạch bảo vệ môi trường đã trở thành một nhiệm vụ không thể thiếu được trong chiến lược phát triển KTXH một cách bền vững ở mọi quốc gia. Trong đó có cả việc xây dựng các quy trình, các hướng dẫn/chỉ dẫn kèm theo, cũng như bao gồm cả các giải pháp, biện pháp riêng và tổng hợp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, phát triển bền vững kinh tế - xã hội. Đối với các nước đang hay chậm phát triển việc tiến hành đánh giá hiện trạng và lập quy hoạch môi trường, thống nhất giữa bảo vệ môi trường với phát triển KTXH mới bắt đầu được triển khai gần đây và chủ yếu ở một số lĩnh vực, một số môi trường như đất, nước, không khí. Phần lớn ở các nước này mục tiêu chính là các quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế- xã hội, còn các vấn đề bảo vệ môi trường chưa được định hướng đầy đủ và thống nhất. Việc sử dụng kết hợp viễn thám và GIS cho nhiều mục đích khác nhau đã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới trong khoảng 30 năm trở lại đây. GIS bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ 20 và đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới. Sau khi vệ tinh quan sát trái đất Landsat đầu tiên được phóng vào năm 1972, các dữ liệu viễn thám được xem là nguồn thông tin đầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ thuật của nó. 22 Từ khi viễn thám lần đầu tiên được sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ 20, các nước đang phát triển là đối tượng chính được quan sát bằng công nghệ này. Nền kinh tế của những nước này thường dựa vào các hoạt động khai thác tài nguyên thiên nhiên, đôi khi, các bản đồ hoặc các dữ liệu sẵn có không chính xác hoặc đã lỗi thời, yêu cầu về độ chính xác cũng thấp hơn các bản đồ của các nước công nghiệp hoá hoặc chỉ tương thích với dữ liệu của các vệ tinh thế hệ đầu tiên. Nhưng những biến đổi về môi trường đang diễn ra rất nhanh chóng (ví dụ: hoạt động tàn phá rừng, sự mở rộng các đô thị), do đó cần phải có những quan trắc đầy đủ những thay đổi về hiện trạng tài nguyên thiên nhiên ở đây. Các nước trong cộng đồng chung Châu Âu (EC) đang sử dụng công nghệ viễn thám để trợ giúp hoàn thành những yêu cầu và uỷ thác của chính sách nông nghiệp EC phổ biến tới mọi nước. Những yêu cầu này bao gồm xác định và đo đạc quá trình phát triển của các vụ mùa quan trọng ở Châu Âu, cung cấp dự đoán sản lượng sớm. Quy trình đã được chuẩn hoá này nhằm thu thập thông tin dựa trên công nghệ viễn thám, phát triển và xác định thông qua dự án MARS (giám sát nông nghiệp bằng viễn thám). Dự án sử dụng nhiều loại tư liệu viễn thám khác nhau, từ ảnh NOAA- AVHRR độ phân giải thấp đến ảnh radar độ phân giải cao và nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác. Những dữ liệu này được sử dụng để phân loại mùa màng theo vùng để tiến hành kiểm kê, đánh giá tình trạng thực vật, ước tính sản lượng và cuối cùng dự đoán thống kê tương tự cho các vùng khác và so sánh kết quả. Dữ liệu đa nguồn như cận hồng ngoại và radar được dùng trong dự án để làm tăng độ chính xác phân loại. Ảnh radar có thể cung cấp các thông tin khác so với ảnh cận hồng ngoại đặc biệt là cấu trúc thực vật, một đặc tính rất quan trọng khi phân biệt các loại mùa màng. Một trong những ứng dụng chính trong dự án này là sử dụng ảnh quang học độ phân giải cao và ảnh radar để xác nhận các điều kiện của nhà nông khi có yêu cầu trợ giúp hoặc đền bù. Công nghệ viễn thám được sử dụng để xác định khoanh vùng nghi ngờ để sau đó nghiên cứu trực tiếp bằng các phương pháp khác. Dữ liệu viễn thám còn phục vụ để phát triển và quản lý cơ sở dữ liệu thông tin địa chính, hiện trạng sử dụng đất và diện tích khoanh thửa. Công nghệ viễn thám có những thuộc tính cho phép giám sát tình trạng sức khoẻ mùa màng. Một trong những ưu điểm của ảnh quang học cận hồng ngoại là có thể nhìn dưới bước sóng nhìn thấy đến vùng hồng ngoại là bước sóng rất nhạy với sự 23 phát triển tốt hay không tốt của cây trồng. Ảnh viễn thám đồng thời cũng cho người dùng một cái nhìn tổng quan rất cần thiết về đất đai. Những tiên bộ gần đây trong công nghệ và viễn thông đã cho phép nhà nông quan sát đồng ruộng của họ qua ảnh viễn thám và có những quyết sách kịp thời trong việc quản lý cây trồng. Viễn thám có thể trợ giúp người dùng xác định những cánh đồng đang bị quá khô hoặc quá ướt, bị sâu hại hoặc các phá hoại khác do thời tiết. Cây trồng khoẻ mạnh sẽ chứa lượng lớn chlorophyll, hợp chất làm cho phần lớn các cây có màu xanh lục. Phản xạ phổ vùng lam và đỏ sẽ thấp vì bị chất này hấp thụ hết. Trong khi đó, phổ lam và gần hồng ngoại lại phản xạ mạnh. Vì vậy, với những khu vực mùa màng bị phá hoại sẽ có một sự suy giảm đáng kể thành phần chlorophyll và cấu trúc lá biến đổi. Sự giảm chlorophyll có thể nhận rõ qua sự suy giảm phản xạ vùng lam và cấu trúc bên trong của lá thay đổi nhận được qua sự giảm phản xạ vùng cận hồng ngoại. Sự suy giảm phản xạ băng lục và hồng ngoại này cho ta công cụ để ước tính trữ lượng mùa màng sớm. Tính toán tỷ số của phản xạ kênh hồng ngoại và kênh đỏ lại cho ta một phương pháp tốt để đánh gía sức khoẻ cây trồng. Đây cũng là cơ sở tính toán cho một số những chỉ số thực vật, chẳng hạn NDVI. Những cây trồng khoẻ mạnh sẽ có lượng NDVI cao do chúng phản xạ mạnh với ánh sáng hồng ngoại và yếu với ánh sáng đỏ. Sự tăng trưởng của cây trồng và sức sống của cây là những yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ đến NDVI. Ví dụ điển hình là sự khác biệt giữa những cánh đồng được tưới tiêu và không được tưới tiêu. Cánh đồng được tưới tiêu sẽ có màu xanh sáng trên ảnh tổ hợp màu thực, trong khi các vùng cây khô hạn sẽ có màu tối hơn. Trên ảnh tổ hợp màu thật, phản xạ kênh hồng ngoại được thể hiện màu đỏ nên những cây trồng khoẻ mạnh cũng sẽ thể hiện bằng màu đỏ sáng còn các cây khô hạn sẽ có phản xạ yếu hơn. Một trong những ví dụ ứng dụng giám sát mùa màng quốc tế, đó là ứng dụng viễn thám giám sát thiệt hại từ mọt đối với cây chà là đỏ ở vùng Trung Đông. Ở bán đảo Arab, chà là là loại cây phổ biến và là sản phẩm nông nghiệp quan trọng nhất. Mọt chà là đỏ có thế phá hoại nhanh chóng mùa chà là và làm thiệt hại hàng trăm triệu đôla. Công nghệ viễn thám được sử dụng để đánh giá sức khoẻ mùa chà là thông qua phân tích phổ thực vật. Các khu vực bị phá hoại sẽ có màu vàng đối với mắt thường, có phản xạ kém hơn đối với vùng cận hồng ngoại và phản xạ mạnh hơn với vùng đỏ so 24 với các khu vực khoẻ mạnh. Chính quyền hy vọng sẽ xác định được khu vực bị hại và cung cấp các phương tiện diệt trừ bọ và bảo vệ các khu vực khoẻ mạnh. Hệ thống thông tin mùa màng Canada: Bản đồ chỉ số mùa màng tổng hợp được tạo ra mỗi tuần từ ảnh NOAA-AVHRR tổ hợp. Chỉ số NDVI thể hiện sức khoẻ mùa màng trong vùng đồng cỏ từ Manitora đến Alberta. Những số liệu này được tính toán hàng tuần và so sánh với dữ liệu trong quá khứ để đánh giá những thay đổi về sức khoẻ và sự phát triển cây trồng. Năm 1988 hạn hán khắc nghiệt đã xảy ra trên khắp vùng đồng cỏ. Chỉ số NDVI chiết xuất từ ảnh NOAA-AVHRR cho phép tiến hành phân tích vùng hạn hán và xác định ảnh hưởng của hạn hán đến mùa màng trên vùng bị hạn. Các vùng màu đỏ và vàng là các vùng bị ảnh hưởng nặng còn màu lục là các vùng cây trồng vẫn phát triển bình thường. Ta thấy rằng các vùng bình thường đều nằm ở khu vực mát hơn như Bắc Alberta (sông Hoà Binh) hay vùng cao nguyên (tây Alberta). Các vùng không phải là mùa màng (vùng núi khô hạn và vùng rừng) có màu đen trong vùng nghiên cứu Viễn thám mang đến cho người sử dụng vô số công cụ giúp phân tích tốt hơn phạm vi và tỷ lệ của suy thoái rừng. Tư liệu đa thời gian hỗ trợ công tác phân tích biến động. Hình ảnh của những năm trước được so sánh với thời điểm hiện tại để tính toán những thay đổi một cách rõ ràng qua kích thước và phạm vi các vùng bị chặt phá hoặc mất rừng. Dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau được dùng để thu thập các thông tin tham khảo. Ảnh radar kết hợp với ảnh quang học có thể dùng để giám sát một cách hợp lý tình trạng những điểm chặt phá đang tồn tại hoặc cảnh báo những điểm mới và thậm chí đánh giá điều kiện tái sinh rừng. Ở những nước việc chặt phá rừng được quản lý chặt chẽ, viễn thám còn là công cụ giám sát để đảm bảo các công ty khai thác gỗ theo các quy định và tiêu chuẩn. Ảnh độ phân giải cao cung cấp một cái nhìn chi tiết về suy thoái rừng trong khi ảnh radar có thể cung cấp thông tin khi khu vực bị mây bao phủ. Tất cả các thiết bị viễn thám, có thể giúp quan sát các khu vực ở xa và không thể tới được trực tiếp, nơi mà những hoạt động chặt phá bất hợp pháp có thể tiếp diễn mà không thể nhận biết được nếu không có hoạt động của trực thăng cứu hộ. Đối với những ứng dụng đa thời gian, ảnh vệ tinh độ phân giải cao hơn có thể dùng để xác định đường biên còn ảnh độ phân giải thấp hơn có thể dùng để xác định biến động theo đường biên đó. 25 Ảnh viễn thám quang học vẫn được sử dụng nhiều hơn trong thành lập bản đồ và giám sát chặt phá rừng ở Canada vì thực vật rừng, các khu vực chặt phá và thực vật tái sinh có những dấu hiệu phổ dễ nhận biết và bộ cảm quang học có thể thu được những ảnh viễn thám không mây thuận lợi ở khu vực này. Ảnh radar vẫn hữu ích hơn với những nước nhiệt đới ẩm vì khả năng chụp qua mọi điều kiện thời tiết rất có ích trong giám sát suy thoái bao gồm chặt phá rừng ở những khu vực mây thường bao phủ. Các vùng chặt phá rừng có thể được xác định trên ảnh radar nhờ vào phản xạ của các vệt cắt yếu hơn của các tán lá rừng và bìa rừng được nhấn rõ nhờ vào bóng và phản xạ sáng. Mặc dù vậy, các khu khai thác đang tái sinh thường khó nhận biết vì khó phân biệt rừng tái sinh và vòm lá rừng trưởng thành. Rừng ngập mặn thường có ở các vùng dải ven bờ nhiệt đới, nơi thường có mây quanh năm, do đó cần phải có một công cụ giám sát đáng tin cậy để xác định chính xác tỷ lệ rừng suy thoái. Ảnh radar có thể phân biệt rừng ngập mặn so với các loại lớp phủ khác và một số băng sóng dài có thể xuyên qua mưa và mây. Hạn chế duy nhất của ảnh này là khả năng phân biệt các loại rừng ngập mặn khác nhau. Viễn thám có thể được sử dụng để phát hiện và giám sát cháy rừng và quá trình phục hồi sau cháy. Đóng vai trò công cụ cứu hộ, các thiết bị từ xa thông thường quan sát và cảnh báo tới các cơ quan giám sát về hiện trạng và phạm vi của đám cháy. Tư liệu ảnh nhiệt NOAA AVHRR và tư liệu khí tượng GOES có thể sử dụng để phát hiện các điểm đang cháy và các điểm nóng còn đang tồn tại trong khi các bộ cảm quang học bị khói, bụi và bóng đêm che khuất. So sánh các điểm đã cháy và đang cháy sẽ tính được tỷ lệ và hướng di chuyển của đám cháy. Tư liệu viễn thám cũng có thể cung cấp dự trù tuyến đường để tiếp cận và thoát khỏi đám cháy cũng như các phân tích logic để chữa cháy và xác định khu vực khó phục hồi sau cháy. Trong khi tư liệu nhiệt dùng tốt nhất trong quá trình phát hiện và thành lập bản đồ đám cháy đang diễn ra, các tư liệu đa phổ (quang học và gần hồng ngoại) lại rất thích hợp để quan trắc các bước phát triển của thực vật trong khu vực cháy trước đó. Các thời điểm có liên quan và phạm vi đám cháy có thể được xác định và mô tả và tình trạng thảm thực vật phục hồi thành công có thể được đánh giá và giám sát. Để thành lập bản đồ cháy rừng yêu cầu tư liệu ảnh có độ phủ không gian trung bình, độ phân giải từ trung bình tới cao và chu kỳ chụp lặp chậm. Mặt khác, phát hiện 26 và giám sát cháy lại yêu cầu ảnh có độ phủ rộng, độ phân giải trung bình và độ lặp nhanh [24]. Các tư liệu viễn thám thu được từ các vệ tinh như QUICKBIRD, IKONOS, LANDSAT - TM (Mỹ), SPOT5 (Pháp), ENVISAT (Châu Âu), MODIS, SEASAT (Mỹ), MOS-1 (Nhật), và vệ tinh RADARSAT (Canada) được sử dụng rộng rãi trên thế giới và mang lại nhiều thành công trong nghiên cứu và xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên. Tình hình thăm quan học hỏi kinh nghiệm và hợp tác với Thái Lan Thái Lan nằm ở giữa khu vực Đông Nam Á, trải dài 1.620km từ Bắc đến Nam và 775km từ Đông sang Tây. Thái Lan có biên giới phía Bắc tiếp giáp với Lào và Myanmar, phía Đông giáp với Campuchia và Vịnh Thái Lan, phía Tây giáp với Myanmar và Ấn Độ Dương và phía Nam giáp với Malaysia. Công nghệ viễn thám được ứng dụng ở Thái Lan trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, lâm nghiệp, môi trường và thảm họa thiên nhiên, quy hoạch đô thị vv... , đã được phát triển từ đầu những năm 80 của thế kỷ trước và trong vòng hơn 20 năm qua, trình độ viễn thám ứng dụng ở Thái Lan đã phát triển tương đối cao trong khu vực. Đoàn cán bộ của đề tài đi tham quan, học hỏi kinh nghiệm ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS tại Thái Lan từ ngày 17 tháng 6 năm 2007 đến ngày 24 tháng 6 năm 2007. Trong thời gian ở Thái Lan đoàn đã đi thăm và học hỏi kinh nghiệm ở các cơ quan sau: 1. GISTDA là một tổ chính phủ trực thuộc Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường của Thái Lan, có mục đích phát triển công nghệ vũ trụ và địa tin học ứng dụng cho các ngành kinh tế. GISTDA đã hợp tác với các nước có công nghệ phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Nga để phát triển công nghệ vũ trụ, viễn thám và công nghệ thông tin, với việc ký hợp đồng phát triển vệ tinh quan sát Trái Đất có tên THEOS với hãng EADS Astrium - Pháp vào tháng 7 năm 2004, Thái Lan sẽ có cơ hội phát triển cao hơn nữa về công nghệ vũ trụ và viễn thám ứng dụng. 2. Cục Tài nguyên nước –Department of Water Resources (DWR) 3. Cục Thuỷ lợi Hoàng gia – Royal Irrigation Department (RID) 4. Cục Phòng chống và Giảm nhẹ thiên tai – Department of DisASTER Prevention and Mitigation (DPM) 5. Cục Phát triển Đất đai- Land Development Department (LDD) 27 6. Cục Khí tượng – Meteorological Department (TMD) 7. Cục Khoáng sản –Department of Mineral Resources (DMR) 8. Cục Lâm nghiệp Hoàng gia- Royal Forest Department (RFD) 9. Cục Quản lý công trình đô thị và Quy hoạch thành phố – Department of Public Works and Town& Country Planning (DPT) Đồng thời Đoàn đã tham gia Hội thảo về Khả năng ứng dụng của vệ tinh Theos và Quản lý thiên tai do Cơ quan phát triển Công nghệ Vũ trụ và Địa tin học Thái Lan (GISTDA) tổ chức. Một trong những hướng được Thái Lan quan tâm là ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc quản lý thiên tai. Các bước công nghệ chính trong việc áp dụng công nghệ mới đó là: - Thu nhận ảnh vệ tinh như MODIS, LANDSAT, SPOT, IKONOS, QUICK BIRD, thu thập các thông tin khác. - Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình và kết hợp với CSDL ảnh vệ tinh. - Xử lý nắn chỉnh về hệ quy chiếu thống nhất các ảnh vệ tinh và thông tin địa hình, bao gồm cả công việc đo đạc GPS thực địa và thu thập các thông tin về hiện tượng lũ xảy ra trên thực địa (Geoprocessing). - Thành lập các bản đồ chuyên đề: Bản đồ đánh giá các nguy cơ, bản đồ đánh giá thiệt hại, bản đồ cảnh báo sớm, giám sát thiên tai, quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch đô thị, quản lý nguồn nbước, du lịch, v.v... và cuối cùng là khâu cung cấp sản phẩm đến người sử dụng. Các dữ liệu ảnh viễn thám là đầu vào của hệ thống sử dụng nhiều thể loại dữ liệu vệ tinh khác nhau từ NOAA, LANDSAT, SPOT, ASTER đến các vệ tinh phân giải siêu cao IKONOS, QUICK BIRD, v.v... được thu chụp, xử lý, lưu trữ và cung cấp đến người sử dụng. Một mặt khác, Thái Lan hiện nay là một đầu mối (sub-node) thu ảnh ALOS ở ASEAN, có khả năng cung cấp trực tiếp ảnh vệ tinh ALOS với thời gian ngắn nhất có thể. Ngoài ra Thái Lan còn có khả năng cung cấp dữ liệu viễn thám THEOS kênh PAN độ phân giải 2 m (Độ phủ 22 km) và MSS độ phân giải 15 m (Độ phủ 90 km). Vệ tinh THEOS của Thái Lan được phóng lên quỹ đạo ngày 1 tháng 10 năm 2008, nặng 750 kg, độ cao bay chụp 822 km. Bản đồ ảnh tỷ lệ 1:250000, 1:50000 cấp tỉnh và lưu vực là các bản đồ chính để thành lập CSDL GIS của hệ thống giám sát lũ lụt của Thái Lan. 28 Trong quá trình thực hiện ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS phía Thái Lan đã kiến nghị các vấn đề khó khăn cần giải quyết như sau: - Khuôn dạng dữ liệu gốc không tương thích dùng trực tiếp ngay trong GIS cần phải xử lý các dữ liệu ảnh các loại trước khi nhập vào CSDL GIS, - Vấn đề quản lý tập dữ liệu lớn đa thể loại đòi hỏi có thêm kinh nghiệm - Cần thêm kinh nghiệm quản lý luồng dữ liệu đa thể loại thông tin với khối lượng lớn. I.3. Hiện trạng ứng dụng viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên ở Việt Nam Từ đầu những năm 80 viễn thám bắt đầu được ứng dụng như một nguồn tư liệu mới, một phương pháp, công nghệ mới trong nhiều lĩnh vực và đã đem lại hiệu quả rõ rệt về khoa học, công nghệ và kinh tế. Công tác điều tra, khảo sát và thành lập bản đồ tài nguyên thiên nhiên đã được tiến hành ở Việt Nam từ nhiều năm nay và kết quả đã thành lập được nhiều loại bản đồ. Song ở quy mô toàn quốc và ở cấp tỉnh công tác thành lập bản đồ điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên chủ yếu mới tiến hành riêng lẻ theo từng loại tài nguyên và từng hợp phần của môi trường tự nhiên. Những công tác này được tiến hành ở những thời kỳ khác nhau và tuân theo các yêu cầu khác nhau. Vì vậy các bản đồ đã thành lập có chất lượng không đồng đều và thường là không chỉnh hợp với nhau. Mặt khác, các bản đồ phản ánh hiện trạng của các loại tài nguyên biến động nhanh hoặc một số mặt biến động của tài nguyên (sử dụng đất, hiện trạng rừng) được thành lập, chủ yếu theo các tài liệu ở những thời điểm khác nhau mà thường đã không còn phản ánh đúng hiện trạng ở thời điểm hoàn thành bản đồ. Vì vậy các tài liệu này ít có ý nghĩa thực tiễn. Nhiều khía cạnh động thái của các điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên không được phản ánh trên bản đồ. Trong lĩnh vực địa chất: tư liệu viễn thám đã được sử dụng để thành lập nhiều loại bản đồ địa chất nhằm phục vụ nghiên cứu các chuyên đề địa chất và tìm kiếm, thăm dò khoáng sản. Tư liệu viễn thám được sử dụng chỉnh lý bản đồ địa chất tỷ lệ 1:500.000 phủ trùm toàn quốc, bản đồ tỷ lệ 1:200.000 ở một số vùng và để thành lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 ở nhiều vùng. Tư liệu viễn thám còn được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và thành lập bản đồ cấu trúc địa chất, địa mạo, tìm kiếm khoáng sản (chủ yếu là nội sinh), thạch học, địa chất thuỷ văn, địa chất công trình, tai 29 biến địa chất (trượt đất, biến động đới bờ, động đất,…), địa chất đô thị và địa chất môi trường. Trong lĩnh vực điều tra tài nguyên rừng: điều tra và thành lập bản đồ rừng tỷ lệ 1:100.000, 1:250.000, 1:500.000, 1:1.000.000 phủ trùm toàn quốc theo chu kỳ 5 năm. Ngoài ra, tư liệu viễn thám còn được sử dụng thành lập bản đồ hiện trạng rừng ở tỷ lệ 1:50.000 trên nhiều vùng và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng cũng như nghiên cứu môi trường sinh thái rừng, kiểm kê tài nguyên rừng phục vụ công tác quản lý tài nguyên và quy hoạch lâm nghiệp. Các bản đồ phục vụ công tác kiểm kê, đánh giá nguồn tài nguyên rừng đã được nhiều ngành quan tâm đến, trong đó vai trò chủ đạo thuộc về ngành Lâm nghiệp. Tuy nhiên do nhiều ngành quan tâm nhưng chưa có sự thống nhất chung trong quy tắc thể hiện, hệ phân loại và quy trình công nghệ, nên những bản đồ đã có không thể tích hợp vào cùng một cơ sở dữ liệu chuyên đề để có thể dùng chung được. Vì vậy cần thiết phải thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng trên cơ sở những bản đồ đã có, mà trọng tâm là các bản đồ về rừng của ngành Lâm nghiệp, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ địa hình, sau đó bổ sung nội dung theo nguồn tư liệu viễn thám mới. Ở Việt Nam, trong hơn nửa thế kỷ qua, do chiến tranh hủy diệt và các loại thiên tai khác cùng với các hoạt động khai thác lâm sản, phá rừng làm nương rẫy đã làm mất đi khoảng năm triệu ha rừng (Báo cáo phân tích đánh giá diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc giai đoạn 1976-1990-1995; Báo cáo chương trình điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc 5 năm các giai đoạn 1996- 2000 và 2000-2005). Trong những năm gần đây, mặc dù Nhà nước đã có nhiều cố gắng đầu tư cho ngành lâm nghiệp trong việc khôi phục rừng nhưng vẫn chưa thể bù đắp phần diện tích rừng bị mất hàng năm, trong khi đó chất lượng rừng tiếp tục bị suy thoái nghiêm trọng. Vấn nạn phá rừng bừa bãi đã gây nhiều hậu quả nghiêm trọng không chỉ làm giảm sút khả năng cung cấp của rừng, mà còn dẫn đến các tai họa cho đời sống con người như lũ lụt, hạn hán, xói mòn kéo theo các thảm hoạ về môi trường. Trước tình hình đó, việc cần thiết là phải tăng cường công tác quản lý đối với tài nguyên rừng trên tất cả các mặt: quản lý, bảo vệ, phát triển và sử dụng có hiệu quả. Để thực hiện được nhiệm vụ trên, trước hết phải có các thông tin và số liệu điều tra rừng một cách nhanh chóng, kịp thời và đảm bảo độ chính xác đồng bộ trên một khu vực rộng lớn thậm chí trên toàn quốc. Vì vậy việc áp dụng công nghệ viễn thám, và 30 gần đây kết hợp thêm công nghệ GIS đã thực sự hữu hiệu trong công tác đánh giá và kiểm kê nguồn tài nguyên rừng. Những năm trong thập kỷ 80 và 90 ở nước ta, việc khai thác các thông tin trên tư liệu viễn thám chủ yếu vẫn sử dụng phương pháp giải đoán bằng mắt, nhất là trong ngành Lâm nghiệp. Điều này dẫn đến nhiều hạn chế trong việc khai thác tối ưu thông tin trên ảnh viễn thám. Bắt đầu từ năm 1994 trở lại đây, tại một số cơ quan lớn như Viện Điều tra Quy hoạch rừng, Cục Kiểm lâm đã tiếp cận và bước đầu cũng đạt được một số kết quả nhất định trong việc nghiên cứu phương pháp xử lý và giải đoán ảnh viễn thám để thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng. Tuy nhiên mức độ khai thác các thông tin viễn thám vẫn còn nhiều hạn chế do các cơ quan nghiên cứu chuyên ngành không chủ động trong việc thu nhận tư liệu viễn thám. Trong lĩnh vực nghiên cứu lớp phủ bề mặt: Ở Việt Nam, việc theo dõi diễn biến lớp phủ bề mặt như biến động về diện tích rừng phòng hộ, rừng đầu nguồn, rừng ngập mặn ven biển đang được quan tâm lớn. Song từ trước tới nay công tác này thường được thực hiện bằng phương pháp truyền thống, phân tích tư liệu Viễn thám: ảnh hàng không và ảnh vệ tinh, bằng mắt thường trên ảnh in ra giấy, nên kết quả nhận được thường chậm và thậm chí thiếu chính xác, không đáp ứng kịp thời với thời đại.Vì vậy ít có ý nghĩa sử dụng trong các biện pháp thích hợp để ngăn chặn ô nhiễm môi trường. Nhờ ứng dụng phương pháp xử lý ảnh số và GIS vào chiết tách lớp phủ bề mặt trong những năm gần đây, nên kết quả thu được đã tiến triển nhanh chóng, chính xác và tốt hơn. Trong lĩnh vực nông nghiệp: sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra đất, tình hình phân bố cây trồng và sử dụng đất đai cũng như các điều kiện sinh thái nông nghiệp, đánh giá môi trường đất, đánh giá đất phục vụ công tác quy hoạch phát triển nông nghiệp ở nhiều vùng. Trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch sử dụng đất đai: thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:250.000 phủ trùm toàn quốc và bản đồ các tỷ lệ 1:100.000, 1:50.000 cho một số vùng, kiểm kê tình hình sử dụng đất và quy hoạch sử dụng đất. Trong lĩnh vực điều tra tổng hợp các vùng: thành lập các bộ bản đồ chuyên đề bao gồm địa chất - địa mạo, thổ nhưỡng - sử dụng đất, lớp phủ thực vật – tài nguyên rừng, thuỷ văn và tài nguyên nước, cảnh quan sinh thái,…làm cơ sở khoa học cho các chương trình, các dự án phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường. 31 Trong công tác điều tra nghiên cứu biển: sử dụng khảo sát một số yếu tố hải dương học như địa chất - địa mạo dải ven biển, biến động bờ biển và cửa sông, trường nhiệt lớp mặt, phân bố san hô, điều tra các loại tài nguyên biển,… Trong lĩnh vực khí tượng thuỷ văn: ảnh vệ tinh NOAA, GMS đã được sử dụng để nghiên cứu và dự báo thời tiết và bão. Các tư liệu viễn thám còn được sử dụng cho công tác dự báo khí tượng biển, nghiên cứu nước biển dâng. Đồng thời ảnh RADAR cũng được sử dụng để nghiên cứu ngập lụt. Ảnh vệ tinh đa thời gian cũng được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu mạng lưới thuỷ văn và biến động của các dòng sông qua các thời kỳ nhằm phục vụ công tác chống xói lở và quy hoạch sử dụng các vùng ven sông. Trong lĩnh vực thuỷ sản: ứng dụng viễn thám đánh giá môi trường trong nuôi trồng thuỷ sản ven bờ Việt Nam phục vụ đề xuất các biện pháp quản lý. Trong lĩnh vực nghiên cứu và giám sát môi trường: Ảnh vệ tinh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu giám sát tài nguyên và môi trường như theo dõi quá trình chặt phá rừng, theo dõi và cảnh báo cháy rừng, địa chất môi trường, đô thị hoá, thành lập bộ bản đồ nhạy cảm ô nhiễm dầu dải ven biển Việt Nam, nghiên cứu hạn hán, nghiên cứu hoang mạc hoá do cát lấn, bảo vệ và giám sát môi trường biển, … Trong lĩnh vực phòng chống thiên tai và cứu hộ cứu nạn: đã được ứng dụng trong một số đề tài nghiên cứu hoặc dự án như ngập lụt, xói lở, trượt đất, động đất, bão và trợ giúp các công tác theo dõi, cảnh báo, ứng cứu, cứu hộ cứu nạn cũng như khắc phục hậu quả thiên tai cũng như rủi ro do con người gây ra. Trong lĩnh vực bản đồ: các tư liệu viễn thám được sử dụng để hiện chỉnh bản đồ địa hình các tỷ lệ 1:1.000.000, 1:100.000, 1:50.000 và 1:25.000, cập nhật hệ thống bản đồ địa hình quốc gia. Ngoài ra, sử dụng kết hợp các loại ảnh vệ tinh, hải đồ hiện có để thành lập bản đồ các vùng đảo Trường Sa và Hoàng Sa. Thành lập bản đồ địa chính các tỷ lệ của nhiều vùng trên cả nước. Công nghệ viễn thám ở Việt Nam đang vươn tới trình độ tiên tiến, khởi đầu từ công nghệ tương tự, chuyển sang công nghệ số kết hợp với GIS; sự kết hợp công nghệ này đã đáp ứng được nhu cầu về thông tin của rất nhiều lĩnh vực. Các phần mềm hàng đầu được ứng dụng cho xử lý, phân tích ảnh kết hợp với GIS như ERDAS, DIDACTIM, PCI, ERMAPPER, OCAPI, PHOTOSTYLER, SPAN, IMAGE 32 INTERPRETER, PRODIGEO, SOCET SET, ENVI,… và PARMAP, ILWIS, ARC/INFO, ARC GIS, MAPINFO,… Trước đây các tư liệu ảnh vệ tinh được sử dụng ở Việt Nam chủ yếu có độ phân giải thấp và trung bình như Landsat, Spot, 2,3,4. Từ năm 2000 trở về đây một số cơ quan đầu tư mua các loại ảnh độ phân giải siêu cao như IKONOS, QUICKBIRD,… Đặc biệt như Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường kết hợp với Bộ Quốc phòng mua phủ trùm ảnh vệ tinh SPOT5, đặt ảnh Quickbird của một số tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long. Ở Việt Nam đã được trang bị trạm thu ảnh vệ tinh NOAA và GMS dùng trong công tác dự báo thời tiết, nghiên cứu bão, môi trường, một số yếu tố hải dương học. Các loại ảnh vệ tinh khác được đầu tư mua thông qua các dự án, đề tài của một số vùng trong cả nước; đặc biệt hiện nay đã có bộ ảnh LANDSAT TM, SPOT 2,4 và SPOT5 phủ trùm. Năm 2005, Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường được nhà nước giao chủ trì thực hiện Dự án "Xây dựng Hệ thống Giám sát Tài nguyên thiên nhiên và Môi trường tại Việt Nam (Hệ thống ENRMS)". Đầu năm 2008, hệ thống đã chính thức đưa vào hoạt động. Hệ thống bao gồm: - Trạm thu ảnh vệ tinh mặt đất VNGS (thu ảnh các vệ tinh SPOT2,4,5 với các đầu thu HRV, HRVIR và HRG; ENVISAT với các đầu thu ASAR và MERIS) - Trung tâm dữ liệu viễn thám Quốc gia NDC. - Hệ thống ứng dụng dữ liệu viễn thám DUS (15 đầu mối, bao gồm các Bộ, ngành có liên quan) Các dữ liệu thu nhận được sẽ cung cấp cho các cơ quan thuộc khối dân sự trong cả nước phục vụ mục đích điều tra quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trường, giám sát tai biến môi trường, theo dõi, cảnh báo, trợ giúp cứu hộ khi có sự cố xảy ra. Bảng 1: Hiện trạng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS ở Việt Nam [25] TÊN CƠ QUAN PHẦN MỀM GIS PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH THỂ LOẠI ẢNH ĐANG SỬ DỤNG MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG ẢNH VIỄN THÁM PHẠM VI SỬ DỤNG ẢNH VIỄN THÁM MỨC ĐỘ SỬ DỤNG ẢNH VT Bộ Tài nguyên và Môi trường Trung tâm Viễn thám Arc/Info Arcview Mapinfo MGE Prodigeo Multiscope Ocapi ENVI SOCET SET Landsat SPOT Radarsat ERS Envisat Asar, Meris Palsar Quickbird − Thống kê tài nguyên đất − Đánh giá đất, quy hoạch sử dụng đất − Lập bản đồ − Hiện chỉnh bản đồ địa hình − Đánh giá môi trường − Giám sát lũ lụt, trượt lở đất, tràn dầu, biến đổi khí hậu … − Xây dựng CSDL Dùng ảnh hàng không, vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ năm và khi cần thiết Viện Nghiên cứu Địa chính Arc/Info Arcview Mapinfo MGE Geomedia ImageStation Trifid ENVI SPOT IRS − Đo vẽ bản đồ địa hình − Lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất − Lập bản đồ địa chính Dùng ảnh hàng không, vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ 1 năm và khi cần thiết Cục Bảo vệ Môi trường Arc/Info Arcview Winasean Ilwis EOS-AM1 MODIS NOAA − Bảo vệ, giám sát môi trường − Giảm nhẹ thiên tai Dùng ảnh vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ tháng và khi cần thiết 34 Cục Đo đạc và Bản đồ Mapinfo MGE Geomedia IlWis SPOT − Đo đạc, lập bản đồ − Hiện chỉnh bản đồ địa hình Dùng ảnh hàng không, vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ 1 năm và khi cần thiết Công ty Ảnh Địa hình Mapinfo GIS Office Geomedia ImageStation ProMap Ảnh hàng không − Đo vẽ bản đồ địa hình − Lập bản đồ địa chính Dùng ảnh hàng không cho toàn lãnh thổ Chu kỳ 1 năm và khi cần thiết Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Biển Arc/Info Arcview - IMS − Dự báo khí tượng biển − Nghiên cứu dải ven bờ − Nghiên cứu nước biển dâng Dùng ảnh vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ giờ Viện Địa chất - Khoáng sản Mapinfo Arc/Info Envi ERMapper ILWIS Landsat − Nghiên cứu địa chất − Thăm dò khoáng sản Dùng ảnh vệ tinh cho từng khu vực Chu kỳ năm và khi cần thiết Liên đoàn Bản đồ địa chất Pamap Didactim Idrisi Er-Mapper Ergovista Landsat SPOT JERS-1 − Giám sát môi trường − Theo dõi xói lở đất − Điều tra tài nguyên tn − Nghiên cứu địa chất − Thăm dò khoáng sản Dùng cả ảnh hàng không và vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ năm và khi cần thiết Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Viện Hải dương học Nha Trang Arc/Info Mapinfo Microstation - - − Nghiên cứu địa chất biển − Điều tra tài nguyên biển Dùng ảnh cho từng khu vực Dùng khi cần thiết 35 Phân viện Hải dương học Hải Phòng Arc/Info Arcview Envi Winasean Landsat SPOT Radarsat − Giám sát môi trường − Theo dõi xói lở đất − Điều tra tài nguyên thiên nhiên − Quy hoạch phát triển − Lập bản đồ Dùng ảnh vệ tinh cho từng khu vực Dùng khi cần thiết Trung tâm Dữ liệu Hải dương học Mapinfo Abicas Microstation - - − Theo dõi xói lở đất − Lập bản đồ Dùng ảnh hàng không cho toàn lãnh thổ Dùng khi cần thiết Viện Địa lý Arc/Info Spans Arcview PCI Winasean Envi ERDAS ER-Mapper Landsat SPOT Radarsat EOS-AM1 ADEOS MOS-1 Nghiên cứu các lĩnh vực: − Giám sát môi trường − Theo dõi khai thác gỗ − Giám sát hệ sinh thái − Điều tra tài nguyên tn − Kiểm kê đất và rừng Dùng ảnh hàng không và vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ năm Viện Địa chất Spans Arc/Info Arcview PCI ER-Mapper Ilwis Agroma ETM Landsat TM SPOT Radarsat ERS NOAA Nghiên cứu các lĩnh vực: − Thành lập bản đồ chuyên đề − Giám sát môi trường − Nghiên cứu thiên tai − Theo dõi lũ lụt, xói mòn Dùng ảnh hàng không và vệ tinh cho vùng và địa phương Chu kỳ năm và khi cần thiết Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Viện Điều tra Quy hoạch Rừng Arc/Info Mapinfo PCI Agroma Ilwis Landsat 5 TM SPOT − Điều tra hiện trạng rừng − Giám sát môi trường rừng Dùng ảnh hàng không, vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ năm và khi cần thiết 36 Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp Arc/Info Mapinfo Ilwis PCI Agroma Landsat TM SPOT − Điều tra hiện trạng đất nông nghiệp − Giám sát mùa vụ Dùng ảnh hàng không, vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ năm và khi cần thiết Viện Khoa học Thuỷ lợi Mapinfo Ilwis - - − Điều tra chất lượng nước − Theo dõi biến động dòng và bờ sông, biển − Khảo sát nguồn nước Dùng ảnh hàng không cho toàn lãnh thổ Chu kỳ năm và khi cần thiết Đại học Quốc gia Hà Nội Khoa Địa Lý Arc/Info Mapinfo Ilwis, MGE Winasean Envi ERDAS ER-Mapper Landsat TM SPOT Radarsat − Thành lập bản đồ chuyên đề − Nghiên cứu thiên tai − Theo dõi lũ lụt, xói mòn − Đào tạo, NC Khoa học Dùng ảnh hàng không, vệ tinh cho toàn lãnh thổ Chu kỳ năm và khi cần thiết Hệ thống cung cấp một nguồn tư liệu phong phú và kịp thời giúp viễn thám Việt Nam có đủ khả năng tư liệu đi vào nghiên cứu, giám sát các hiện tượng của tài nguyên và môi trường ngay từ khi bắt đầu hình thành. Mở ra các ứng dụng theo yêu cầu của thực tiễn: đánh giá mùa màng, theo dõi sâu bệnh, theo dõi diễn biến dầu tràn, theo dõi diễn biến lũ lụt, đánh giá thiệt hại do hạn hán,… Để phát triển bền vững và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, không ít đề tài nghiên cứu, đánh giá về tình trạng môi trường, hiện trạng tài nguyên thiên nhiên, những dự án quy hoạch môi trường cấp tỉnh, .. đã được thực hiện. Tuy nhiên, những nghiên cứu này sử dụng phương pháp viễn thám và GIS vẫn còn ở qui mô nhỏ, và trong nhiều nghiên cứu, đánh giá quy hoạch môi trường chỉ ở mức độ thử nghiệm. Trong thời gian qua đã có các đề tài có liên quan đến ứng dụng công nghệ viễn thám xây dựng các bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên và quy hoạch bảo vệ môi trường sau: + Đề tài cấp Bộ: “Phương pháp luận quy hoạch môi trường” của TS. Trịnh Thị Thanh, Khoa Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội làm chủ nhiệm công bố năm 1998. + Sách “Quy hoạch môi trường và phát triển bền vững” của Phó Giáo sư Nguyễn Thế Thôn, công bố năm 2004, là công trình đầu tiên của Việt Nam đề cập một cách có hệ thống các vấn đề lý thuyết, cũng như ứng dụng cụ thể, trong việc quy hoạch môi trường. Cuốn sách đã được dùng làm giáo trình cho sinh viên các trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Hà Nội), Đại học Khoa học Huế, Đại học Lâm nghiệp, và là tài liệu có ích cho các nhà quản lý, hoạch định môi trường và kinh tế nước ta + Đề án “Quy hoạch bảo vệ môi trường thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An, do Viện Địa lý - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam phối hợp với UBND tỉnh Nghệ An thực hiện năm 2004. + Sách hướng dẫn “Xây dựng kế hoạch hành động bảo vệ môi trường cấp tỉnh” do Cục Môi trường - Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường biên soạn tháng 12 năm 2001. + Đề tài NCKH cấp nhà nước (mã số 46-A-06-01): “Sử dụng tư liệu viễn thám để thành lập bản đồ cho mục đích khai thác lãnh thổ và bảo vệ thiên nhiên” do TS. Tô Quang Thịnh, Trung tâm Viễn thám – Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước làm chủ nhiệm, thực hiện năm 1991. Đề tài đã thiết lập phương pháp luận chung về sử dụng tư liệu viễn thám để thành lập một số bản đồ cho mục đích khai thác lãnh thổ và bảo vệ thiên 38 nhiên, cụ thể là: Bản đồ dự báo quặng nội sinh, bản đồ tài nguyên nước mặt, bản đồ cảnh quan, bản đồ biến động của một số đối tượng tự nhiên và kinh tế xã hội. Hạn chế của đề tài là thành lập một số bản đồ chuyên đề bằng phương pháp bản đồ thông thường, sử dụng tư liệu viễn thám nhưng chưa ứng dụng công nghệ GIS. + Dự án sản xuất thử nghiệm “Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân bố các vùng nhạy cảm môi trường” (Quyết định phê duyệt số 1657/QĐ - BTNMT ngày 29/10/2003) thực hiện tại Trung tâm Viễn thám – Bộ Tài nguyên và Môi trường. Dự án đã nghiên cứu phương pháp, quy trình thành lập và hệ thống phân loại của bản đồ phân bố các vùng nhạy cảm môi trường, và thử nghiệm thành lập bản đồ phân bố các vùng nhạy cảm môi trường. Hạn chế của Dự án là thành lập một số bản đồ chuyên đề bằng phương pháp bản đồ thông thường, sử dụng tư liệu viễn thám nhưng chưa ứng dụng công nghệ GIS. + Năm 1994- 1995 với sự hỗ trợ của quỹ SIDA Thuỵ Điển, trong khuôn khổ dự án “Đánh giá hiểm hoạ về môi trường biển” do Cục Môi trường (Bộ KHCNMT) chủ trì; Trung tâm Viễn thám (Tổng cục Địa chính) cùng với Tập đoàn TRIMAR (Thụy Điển) đã tiến hành nghiên cứu và thành lập bộ bản đồ nhạy cảm môi trường đối với sự cố dầu tràn phủ trùm dải ven biển Việt Nam ở tỷ lệ 1: 100 000 trong đó bản đồ hệ sinh thái là một bản đồ thành phần. Năm 2000- 2002 trong dự án ESA do UNDESA tài trợ, một lần nữa Trung tâm Viễn thám lại tiến hành thành lập loại bản đồ này ở một số vùng ven biển của Việt Nam. Trung tâm Khảo sát Nghiên cứu Tư vấn Môi trường Biển thuộc Viện Cơ học, Viện KHTNCNQG cũng đã tiến hành nghiên cứu và thành lập bản đồ NCMT vùng ven biển Bình Thuận - Cà Mau tỷ lệ 1: 250 000 (1996); Quảng Ninh - Hải Phòng tỷ lệ 1: 100. 000 (năm 2001); Đà Nẵng - Khánh Hoà tỷ lệ 1: 50 000 (năm 2002). + Đề tài:“Xây dựng bản đồ nhạy cảm của các hệ sinh thái với tác động môi trường khu vực thành phố Hải Phòng nhằm sử dụng hợp lý cảnh quan lãnh thổ cho các mục tiêu phát triển bền vững” do Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng Viễn thám và Hệ thông tin địa lý thuộc trường ĐHKHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội thực hiện năm 2007. Đề tài này đã ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong việc tích hợp thông tin nghiên cứu tính nhạy cảm của các hệ sinh thái. + Bộ bản đồ bao gồm các bản đồ biến động diện tích nuôi trồng thuỷ sản và bồi tụ-xói lở dải ven biển thuộc đề tài “Nghiên cứu các giải pháp quản lí môi trường phục 39 vụ sản xuất thuỷ sản bền vững” do Viện Kinh tế và Qui hoạch Thuỷ sản Bộ Thuỷ sản chủ trì và Trung tâm Viễn thám thực hiện. Ngoài ra còn có các bản đồ phủ trùm trên khu vực nhỏ như bản đồ hiện trạng sử dụng đất và phân vùng chức năng nuôi trồng thủy sản khu vực Đầm Nại, tỉnh Ninh Thuận... + Các bản đồ hiện trạng và biến động một số thành phần tài nguyên và môi trường như mạng lưới thủy văn và diễn biến dòng chảy, hiện trạng và biến động lớp phủ thực vật khu vực Thủy điện Sơn La của đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp Viễn thám và hệ thống thông tin Địa lý phục vụ mục đích giám sát một số thành phần tài nguyên, môi trường tại các khu vực xây dựng công trình thủy điện” + Trong khuôn khổ của Dự án “Điều tra, đánh giá tình hình quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất ngập nước (ĐNN) ven biển và đề xuất phương hướng quy hoạch sử dụng nhằm bảo vệ môi trường và phòng chống thiên tai” do Cục Bảo vệ môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì, Trung tâm Viễn thám, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã thành lập Bộ bản đồ đất ngập nước ven biển Việt Nam tỷ lệ 1: 100 000 năm 2007, bằng phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám. Đây là công trình thành lập bản đồ hiện trạng phân bố các vùng đất ngập nước ứng dụng công nghệ viễn thám lớn nhất ở nước ta và đã có ý nghĩa rất lớn trong việc khẳng định hiệu quả của việc sử dụng tư liệu viễn thám trong lĩnh vực kiểm kê, đánh giá hiện trạng ĐNN nói riêng và tổng thể nguồn tài nguyên thiên nhiên nói chung. Trong quá trình thành lập bộ bản đồ này, công nghệ GIS cũng đã được sử dụng, nhưng mới được khai thác ở khả năng đồ họa và lưu trữ dữ liệu, chưa khai thác khả năng phân tích và xây dựng CSDL của công nghệ này. Ngoài ra còn nhiều các đề tài và các công trình thành lập bản đồ hiện trạng và biến động các vùng đất ngập nước khác đã thực hiện trong những năm gần đây, có ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS ở các mức độ khác nhau, nhưng trên phạm vi hẹp như: Tiểu dự án “ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong giải đoán, thành lập bản đồ biến động đường bờ, đất ngập nước, diện tích rừng đảo Phú Quốc” thuộc dự án “Điều tra, đánh giá và dự báo biến động các điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội và môi trường biển đảo Phú Quốc phục vụ cho việc xây dựng các giải pháp bảo vệ môi trường Phú Quốc” do Trung tâm Giám sát tài nguyên và môi trường thực hiện trong năm 2007; Bản đồ hiện trạng sử dụng đất ngập nước (HTSDĐNN) các huyện ven biển vùng Khu Bốn cũ tỷ lệ 1:25.000 - 1:10.000 do Trung tâm Quy hoạch sử dụng đất đai 40 cùng phối hợp với Trung tâm Giám sát tài nguyên và môi trường thực hiện trong năm 2007; Đề tài cấp cơ sở của Trung tâm Viễn thám “Nghiên cứu sử dụng các phần mềm chuyên về xử lý, phân tích và giải đoán ảnh viễn thám để thành lập bản đồ về các loại hình đất ngập nước, lấy ví dụ tại khu vực ven biển huyện Xuân Thủy, tỉnh Nam Định” thực hiện trong năm 2007... + Những đánh giá về khả năng Sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ phân bố các loại hình đất ngập nước ở Việt Nam đã nhận định "Với khả năng thông tin của ảnh vệ tinh, đặc biệt là khả năng xác định được các đối tượng trên mặt phủ có độ chính xác và tính khách quan cao, cho phép có thể thành lập được bản đồ về phân bố các loại hình đất ngập nước trong phạm vi các cấp lãnh thổ khác nhau từ cấp khu vực, cấp vùng đến toàn quốc” do Kỹ sư Vũ Đình Thảo – Trung tâm Viễn thám Quốc gia thực hiện. + Bộ bản đồ chuyên đề và xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý (GIS) vùng kinh tế trọng điểm phía Nam thuộc Dự án “Điều tra, khảo sát, xây dựng phương án môi trường đáp ứng quy hoạch khai thác và sử dụng tài nguyên tại 3 vùng kinh tế trọng điểm Bắc bộ, miền Trung và phía Nam” do Trung Tâm Viễn thám thực hiện năm 2007-2008 và Cục Bảo vệ Môi trường- Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì. Kết quả về lý thuyết và thực tiễn của các đề tài đã thực hiện là những kinh nghiệm rất hữu ích cho quá trình thực hiện đề tài này. 41 Chương II. Cơ sở khoa học và quy trình công nghệ ứng dụng viễn thám và GIS thành lập bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên II.1. Các phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng II.1.1. Các phương pháp nghiên cứu 1. Phương pháp tổng hợp và kế thừa: - Thu thập tài liệu đã có liên quan tới các phương pháp và nội dung của đề tài. - Phân tích lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp. - Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến nội dung của đề tài. 2. Phương pháp kết hợp ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS - Các phương pháp giải đoán và chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh bao gồm phương pháp phân loại tự động, bán tự động (có giám định), giải đoán bằng mắt và điều vẽ trực tiếp trên máy tính, điều vẽ bằng mắt trên ảnh in ra kết hợp với điều vẽ ngoại nghiệp. - Các lớp thông tin được chiết tách ra từ ảnh vệ tinh được số hóa và chuẩn hoá, đưa vào CSDL chuyên đề. - Sử dụng các công cụ GIS để chồng lớp thông tin lên bản đồ nền để thành lập bản đồ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh. 3. Phương pháp thu thập, phân tích thông tin - Các thông tin thu thập được là cơ sở để phân tích, đánh giá phục vụ cho việc viết báo cáo. 4. Phương pháp điều tra thực địa - Các thông tin thu thập, xử lý từ các tài liệu và chiết tách từ tư liệu ảnh viễn thám trong nội nghiệp sẽ được kiểm tra, xác minh ngoại nghiệp để đảm bảo tính hiện thời và độ chính xác của thông tin. - Các thông tin mới không có trên các tài liệu, tư liệu hiện có sẽ được bổ sung bằng phương pháp điều tra thực địa. 5. Phương pháp phân tích thống kê - Các số liệu thống kê thu thập được từ các trạm quan trắc và các cơ quan lưu trữ đầu ngành qua quá trình xử lý, phân tích sẽ bổ sung thêm nội dung cho bộ bản đồ và là cơ sở để đánh giá các thông tin thu được từ các bản đồ mới thành lập. 42 - Các số liệu thống kê thu được từ phân tích các thông tin của bộ bản đồ là cơ sở để đánh giá và quy hoạch môi trường. 6. Phương pháp phân tích đa thời gian - Phần lớn các tài liệu, tư liệu hiện có được thu thập và thành lập ở nhiều thời điểm khác nhau, nên cần có quá trình nghiên cứu và phân tích kỹ lưỡng những thông tin đa thời gian này. Trên thực tế, thông tin mới nhất chưa hẳn đã là thông tin tốt nhất. Cụ thể đối với tư liệu ảnh vệ tinh trong khu vực thử nghiệm: ảnh mới nhất là ảnh AVNIR thu chụp tháng 3 năm 2008 có độ phân giải kém hơn ảnh SPOT 5 thu chụp các năm 2003-2005 nên những đối tượng không thay đổi sẽ được xác định trên tư liệu ảnh SPOT 5 trước, sau đó sẽ bổ sung nội dung thay đổi từ tư liệu ảnh AVNIR. - Các thông tin đa thời gian qua quá trình phân tích sẽ cho thấy xu thế biến động của các hiện tượng, đối tượng bề mặt. Thông tin này không chỉ hữu ích cho việc thành lập các bản đồ biến động mà còn là dấu hiệu điều vẽ quan trọng để xác định các đối tượng hiện có trên tư liệu ảnh vệ tinh mới. II.1.2. Các kỹ thuật sử dụng - Các kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh - Các kỹ thuật chiết xuất thông tin ảnh viễn thám - Các kỹ thuật GIS - Các kỹ thuật phân tích thống kê II.2. Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên II.2.1. Nghiên cứu cơ sở khoa học ứng dụng ảnh vệ tinh xây dựng bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho công tác quy hoạch môi trường Kỹ thuật xử lý ảnh số và GIS (Hệ thông tin Địa lý) có thể được coi là hai trong các kỹ thuật chủ đạo của công nghệ viễn thám hiện đại. Toàn bộ các công đoạn quan trọng của công nghệ Viễn thám đều được thực hiện nhờ sự trợ giúp của máy vi tính từ thu nhận tư liệu, hiệu chỉnh hệ thống phân tích thông tin cho đến thành lập các bản đồ chuyên đề về hiện trạng tài nguyên thiên nhiên với các mục đích khác nhau trên cơ sở xử lý, phân loại các đối tượng trên ảnh Viễn thám. Việc ứng dụng tư liệu Viễn thám như Landsat, Spot đã được ứng dụng nhiều trong thực tế để nghiên cứu lớp phủ của một vùng lãnh thổ. 43 Trong những năm gần đây, một loạt bộ cảm thế hệ mới như MODIS, MERIS, GLI đặt trên các vệ tinh có quỹ đạo bay quan trắc mặt đất với độ phân giải thời gian cao (chu kỳ quan sát lặp lại là 4 ngày) cung cấp một khối lượng lớn thông tin về bề mặt Trái Đất, nên có thể cho phép nghiên cứu lớp phủ trên cả hai góc độ đa phổ và đa thời gian. Chuỗi tư liệu đa thời gian cho phép loại trừ ảnh hưởng của thời tiết có mây, phân biệt được các loại thảm thực vật rụng lá với thảm thực vật thường xanh, phân loại được đất nông nghiệp với các chu kỳ gieo trồng và thu hoạch theo mùa ổn định. Hiện nay phương pháp Viễn thám và GIS với những ưu thế tuyệt đối về trùm phủ không gian rộng lớn, khả năng quan sát lặp lại theo chu kỳ ngắn và tính đa phổ về thông tin đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác nghiên cứu lớp phủ nói chung, hiện trạng tài nguyên môi trường nói riêng. Phương pháp Viễn thám và GIS đã được thực hiện nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng hệ MIPS (Multipurpose Image Processing System) – hệ xử lý ảnh đa mục đích thành lập các bản đồ chuyên đề trên một số vùng lãnh thổ khác nhau được thực hiện trên tư liệu ảnh Viễn thám SPOT và LANDSAT. II.2.1.1. Tư liệu Viễn thám Sự phát triển của tư liệu Viễn thám gắn liền với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật hàng không vũ trụ, các phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin của các đối tượng trên mặt đất. Tư liệu Viễn thám bao gồm ảnh mặt đất được chụp từ máy bay, kinh khí cầu hoặc các phương tiện khác trên không trung, chụp bằng phim ảnh từ các loại máy chụp khác nhau (gọi chung là ảnh Viễn thám hàng không) và ảnh chụp từ vệ tinh với độ phân giải khác nhau : thấp, trung bình và cao (được gọi là ảnh Viễn thám vệ tinh). Ngoài ra còn có tư liệu Viễn thám siêu cao tần Radar (cả hàng không và vệ tinh). II.2.1.1.1. Tư liệu Viễn thám ảnh hàng không Thông tin về một vật trên các bức ảnh "hàng không" được chụp bằng phim ảnh là dựa vào phản xạ phổ của ánh sáng trong dải sóng nhìn thấy. Ảnh chụp theo phương pháp này chỉ nhạy cảm với dải sóng hữu hạn, nhìn thấy. Bức ảnh hàng không đầu tiên dùng trong nghiên cứu Trái Đất, là ảnh được chụp từ kinh khí cầu. Thông tin thu nhận được từ tư liệu Viễn thám ảnh hàng không rất đa dạng. Các ảnh được chụp bằng máy ảnh hàng không có thể kể đến là các ảnh hàng không trắng đen và ảnh màu nằm trong dải phổ nhìn thấy, đơn kênh hoặc đa kênh. Thời kỳ đầu ảnh được chụp trên các khinh 44 khí cầu. Giai đoạn tiếp theo khi ngành hàng không phát triển thì việc chụp ảnh được thực hiện trên các máy bay. Trong chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai, ảnh hàng không đã phát triển đáng kể do yêu cầu phục vụ mục đích quân sự. Một loạt các kiểu máy bay mới ra đời đáp ứng cho công nghệ đo đạc ảnh hàng không. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ sản xuất máy bay, công nghệ sản xuất máy ảnh, kỹ thuật giải đoán ảnh Viễn thám, thu thập thông tin từ ảnh hàng không cũng đã xuất hiện. Ảnh hàng không ra đời đã đánh dấu thời kỳ mới ứng dụng khoa học kỹ thuật ảnh Viễn thám vào nhiều lĩnh vực khác nhau, phục vụ sản xuất và an ninh quốc phòng. Hiện nay tư liệu viễn thám ảnh hàng không đã được phát triển rất mạnh ở nhiều quốc gia trên thế giới và ở Việt Nam, nhằm phục vụ hiệu quả cho việc phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng. II.2.1.1.2. Tư liệu Viễn thám ảnh vệ tinh Khi công nghệ vũ trụ phát triển mạnh, việc thu nhận ảnh từ vệ tinh cũng đã được tiến triển theo. Những thành tựu và kinh nghiệm đạt được đã góp phần cung cấp cơ sở dữ liệu cho việc phát triển vệ tinh quan sát tài nguyên sau này. Một số tư liệu Viễn thám vệ tinh tài nguyên thường được sử dụng trên thế giới hiện nay như sau : • Một số tư liệu Viễn thám ảnh vệ tinh tài nguyên độ phân giải trung bình : Bảng 2: Độ phân giải không gian của tư liệu ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình Độ phân giải Số T/T Vệ tinh/sensor Toàn sắc(m) Đa phổ (m) Số kênh phổ Bề rộng tuyến chụp(Km) 1 Landsat 1-5 MS (Mỹ) - 80 4 185 2 MOS MESSR (Nhật) - 50 4 100 3 MOS VTIR (Nhật) - 900-2700 4 1500 4 MOS MSR (Nhật) - 32000 2 317 5 IRS WIFS (Ấn Độ) - 188 2 774 6 RESURS-01 (Nga) - 170-600 5 600 7 TERRA MODIS - 250-1000 36 2330 45 Ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình có độ phủ rộng và chu kỳ lặp lại ngắn. Vì vậy thường được ứng dụng trong nghiên cứu tài nguyên trên vùng rộng lớn quy mô quốc gia, khu vực hoặc toàn cầu. Một số tư liệu Viễn thám vệ tinh tài nguyên độ phân giải cao : Sự phát triển của công nghệ Viễn thám, đã cung cấp nhiều ảnh vệ tinh có độ phân giải cao. Một trong các ảnh có độ phân giải cao tới 2,5m đã được kể đến là các ảnh của vệ tinh SPOT-5. Hiện nay các ảnh vệ tinh có độ phân giải cao là đều được thu chụp từ các vệ tinh thuộc thế hệ mới. Bảng 3: Độ phân giải không gian của tư liệu ảnh vệ tinh có độ phân giải cao. Độ phân giải Số T/T Vệ tinh/sensor Toàn sắc(m) Đa phổ (m) Số kênh phổ Bề rộng tuyến chụp(Km) 1 IRS-IC/D (Ấn Độ) 5,8 23-70 5 120 2 SPOT 1-5 (Pháp) 2,5-10 10-20 5 60 Ảnh vệ tinh độ phân giải cao có độ phủ nhỏ hơn so với ảnh độ phân giải trung bình, chu kỳ lặp lại dài hơn. Tuy nhiên các thông tin thu được có độ chi tiết cao hơn và thường ứng dụng trong nghiên cứu các khu vực nhỏ. Giới thiệu hệ thống vệ tinh SPOT Vệ tinh SPOT-1 (Systeme pour Ľobservation de la Terre) được cơ quan hàng không Pháp phóng lên quỹ đạo tháng 2/1986. Đến nay số vệ tinh được đưa vào hoạt động có 5 thế hệ: SPOT-1 (1986), SPOT-2 (1900), SPOT-3 (1993), SPOT-4 (1998), SPOT-5 (2002). Đây là loại vệ tinh đầu tiên sử dụng kỹ thuật quét dọc tuyến chụp với hệ thống quét điện tử có khả năng cho ảnh lập thể dựa trên nguyên lý chụp nghiêng. Quỹ đạo: - Quỹ đạo đồng bộ mặt trời cận cực. - Độ cao bay là 830km. - Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo là 98,7˚. - Thời gian bay qua xích đạo là 10h30΄ sáng. - Chu kỳ lặp lại là 26 ngày. 46 Bộ cảm: Mỗi vệ tinh SPOT được trang bị một bộ quét đa phổ HRV gồm hai máy chụp đa phổ HRV-1 và HRV-2, Bộ cảm HRV (High Resolution Visible) là máy quét điện từ CCD. Tuy nhiên HRV có thể thay đổi góc quan sát nhờ một gương định hướng cho phép thay đổi hướng quan sát ±27˚ so với trục thẳng đứng nên có thể thu được ảnh lập thể. Đến vệ tinh SPOT-4 có bộ cảm biến HRVIR (High-Resolution Visible Infra-Red) được cải tiến để thu nhận vùng phổ hồng ngoại. Tư liệu ảnh Viễn thám SPOT: - Ảnh đa phổ (Mutispectral XS) gồm có 3 kênh phổ khác nhau: 0,50 - 0,59μm, 0,61 – 0,68 μm, 0,79 – 0,89 μm được gọi là ảnh SPOT – XS. Độ phân giải mặt đất của ảnh SPOT-XS là 20m. Ảnh SPOT-XS sẽ ghi nhận hình ảnh trên một diện rộng 60km. - Ảnh toàn sắc (Panchoromatic) được thu nhận hầu như toàn bộ dải sóng nhìn thấy 0,5 – 0,73 μm được gọi là ảnh SPOT – PAN. Cách thu nhận của ảnh SPOT – PAN cũng tương tự như ảnh SPOT – XS với dãy tế bào quang điện gồm 6000 tế bào nên độ phân giải mặt đất là 10m. Bảng 4: Các thông số ảnh SPOT Tên ảnh vệ tinh Kênh phổ Bước sóng (μm) Độ phân giải (m) SPOT 5 Panchromatic B1 : green B2 : red B3 : near infrared B4 : mid infrared (MIR) 0.48 - 0.71 µm 0.50 - 0.59 µm 0.61 - 0.68 µm 0.78 - 0.89 µm 1.58 - 1.75 µm 2.5 – 5 10 10 10 20 SPOT 4 Panchromatic B1 : green B2 : red B3 : near infrared B4 : mid infrared (MIR) 0.61 - 0.68 µm 0.50 - 0.59 µm 0.61 - 0.68 µm 0.78 - 0.89 µm 1.58 - 1.75 µm 10 20 20 20 20 SPOT 1 SPOT 2 SPOT 3 Panchromatic B1 : green B2 : red B3 : near infrared 0.50 - 0.73 µm 0.50 - 0.59 µm 0.61 - 0.68 µm 0.78 - 0.89 µm 10 20 20 20 HRVIR- M Panchromatic 0,61 – 0,68 µm 10 Ảnh vệ tinh SPOT được coi là tư liệu chính trong nghiên cứu xây dựng bộ bản đồ hiện trạng tài nguyên thiên nhiên phục vụ quy hoạch bảo vệ môi trường cấp tỉnh của đề tài này. 47 • Một số tư liệu Viễn thám vệ tinh tài nguyên độ phân giải siêu cao : Bảng 5 : Độ phân giải không gian của tư liệu ảnh vệ tinh có độ phân giải siêu cao Độ phân giải Số T/T Vệ tinh/sensor Toàn sắc (m) Đa phổ (m) Số kênh phổ Bề rộng tuyến chụp(Km) 1 IKONOS (Mỹ) 0,82 3,28 5 11 2 Quickbird (Mỹ) 0,61 2,44 5 16,5 3 Orbview-4 1 4-8 200 5 x 20 4 EROS 1,8 - 1 12,7 Ảnh vệ tinh có độ phân giải cao nhất hiện nay là Worldview 1 có độ phân giải là 0,47m và GeoEye 1 có độ phân giải là 0,41m.. Loại tư liệu này cho phép chúng ta nhận biết chi tiết các đối tượng trên bề mặt Trái Đất. Nó thường được sử dụng trong công tác đo đạc và thành lập các bản đồ tỷ lệ lớn. II.2.1.1.3. Tư liệu Viễn thám siêu cao tần (RADAR): Một lượng lớn các thông tin hiện nay về tài nguyên và môi trường được thu nhận bởi bộ cảm hoạt động trên dải phổ của sóng Radar (Radio Dectection and Ranging). Viễn thám sóng Radar không những chỉ sử dụng trong lĩnh vực quân sự mà còn được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu môi trường của Trái Đất, phục vụ cho khoa học vào mục đích hòa bình. Công nghệ Radar sử dụng nguồn sóng dài siêu tần, được phát ra từ một anten và thu nhận sóng phản hồi, là một phương tiện hữu hiệu của năng lượng nhân tạo, không còn phụ thuộc vào năng lượng mặt trời nên có thể nghiên cứu môi trường trong mọi lúc và mọi thời tiết. Ngoài ra, đặc tính của sóng Radar là không bị ảnh hưởng của mây phủ, chúng có khả năng xuyên mây và thậm chí xuyên vào một lớp mỏng của thạch quyển góp phần tích cực vào nghiên cứu các đối tượng dưới lớp phủ thực vật. Sóng Radar có bước sóng trong khoảng từ 1mm đến 1m. Trong công nghệ Viễn thám sóng Radar có hai hệ Viễn thám nhận sóng Radar cần quan tâm. Hệ Viễn thám sử dụng nguồn năng lượng sóng Radar chủ động, do nguồn năng lượng từ Anten tạo ra và thu sóng phản hồi gọi là hệ Radar tích cực và hệ thu năng lượng sóng Radar phát xạ tự nhiên từ một vật trên mặt đất gọi là Viễn thám Radar thụ động. Ngoài ra, các hệ Radar có thể được phân loại theo các đặc tính như Radar tạo ảnh và Radar không tạo ảnh. Các thiết bị Viễn thám Radar có thể được đặt trên mặt đất, máy bay hoặc trên vệ tinh. Hiện nay có một số hệ thống Viễn thám Radar đang hoạt động như ERS (Châu Âu), RADARSAT (Canada), Envisat Asar (Châu Âu), Alos Palsar 48 • • • • • 20 40 60 0 • • • • • •0,6 1,0 1,4 1,6 2,0 2,4 λ(μm) rλ(%) • • • 0,8 1,2 1,8 2,2 2,6 Thực vật Thổ nhưỡng Nước (Nhật Bản), TerraSar X, Cosmosky Med (Italia). Ảnh viễn thám Radar có độ phân giải từ 3m đến 150m. Độ phủ của một cảnh từ 10 đến 500km, phụ thuộc vào mode ghi ảnh. Trong số các ảnh Radar thì Radarsat có khả năng kỹ thuật tương đối tốt nhất. Hệ thống Radarsat có thể cho tới 25 loại ảnh Radar có các bước sóng và phương thức thu nhận khác nhau, cả ngày lẫn đêm và trong mọi thời tiết. Hệ thống Radar cũng cho phép chụp ảnh lập thể. Khả năng chụp ảnh lập thể được mở rộng đáng kể, cho phép lập mô hình số địa hình các vùng chưa được lập bản đồ địa hình đầy đủ. Dựa vào ảnh Radasat lập thể có thể vẽ được những đường bình độ vùng núi cao hoặc những thung lũng quanh năm thường xuyên có mây mù bao phủ mà ảnh máy bay cũng như ảnh vệ tinh quang học không thể chụp rõ được. Mục đích của Radasat chủ yếu nhằm nghiên cứu băng, đường bờ biển, đất liền. Ngoài ra còn có nhiều ứng dụng khác. II.2.1.2. Những đặc trưng phản xạ phổ của các đối tựơng tự nhiên Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện chiếu sáng, môi trường khí quyển và bề mặt đối tượng cũng như bản thân các đối tượng đó (độ ẩm, lớp nền đất đá, thực vật, lớp mùn, cấu trúc bề mặt,…). Như vậy đối với các đối tượng khác nhau sẽ có khả năng phản xạ phổ khác nhau. Năng lượng mặt trời (E0) chiếu xuống mặt đất dưới dạng sóng điện từ. Sóng điện từ, năng lượng của nó sẽ tác động lên bề mặt trái đất và sẽ xẩy ra các hiện tượng sau: - Phản xạ năng lượng (Epx), - Hấp thụ năng lượng (Eht), - Thấu quang năng lượng (ETQ). Có thể mô tả quá trình trên theo công thức: E0 = Epx + Eht + ETQ (2.1) Hình 2: Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 49 Trong quá trình này khi bề mặt đối tượng tiếp nhận năng lượng chiếu tới tùy thuộc vào cấu tạo vật chất, cấu trúc thành phần, hoặc điều kiện chiếu sáng mà các thành phần Epx , Eht , ETQ sẽ có giá trị khác nhau đối với các đối tượng khác nhau. Phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt của đối tượng, năng lượng phản xạ phổ có thể phản xạ toàn phần, phản xạ một phần hoặc tán xạ toàn phần. Vì vậy cần phải lưu ý khi giải đoán các ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, nhất là khi xử lý hình ảnh cần phải có các thông tin về các khu vực đang khảo sát và phải biết rõ các thông số kỹ thuật của thiết bị được sử dụng, điều kiện chụp ảnh. Vì các yếu tố này có vai trò nhất định trong việc giải đoán ảnh. Đồng thời năng lượng được phản xạ từ các đối tượng không những phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt đối tượng mà còn phụ thuộc vào bước sóng của năng lượng chiếu tới. Do vậy đối với mỗi vật trong tự nhiên có đặc tính phản xạ phổ điện từ khác nhau trên các bước sóng khác nhau: Epx = E0- (Eht + ETQ ) (2.2) Để thấy rõ sự phụ thuộc của năng lượng phản xạ phổ vào bước sóng người ta đưa khái niệm phản xạ phổ tính theo phần trăm (%) bằng công thức sau: R(λ) = Epx(λ)/ E0(λ).100% (2.3) Các đối tượng tự nhiên trên mặt đất rất đa dạng và phức tạp. Nhưng thường được cấu thành bởi 3 loại đối tượng cơ bản đó là thực vật, nước và đất và đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng phụ thuộc vào các bước sóng . II.2.1.2.1. Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật: Đặc tính chung nhất của thực vật là khả năng phản xạ phổ phụ thuộc vào chiều dài bước sóng và các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của thực vât. Trong vùng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc trưng phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất chlorophyll. Ngoài ra còn một số các yếu tố khác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật. Vùng sóng bị phản xạ mạnh nhất tương ứng với sóng 0,54μm, tức là vùng sóng ánh sáng lục (green). 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 cây sẽ có màu vàng đỏ. Ở vùng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu đến khả năng phản xạ phổ của lá cây là hàm lượng nước trong lá. Lượng nước này sẽ hấp thụ năng lượng mạnh nhất ở các bước sóng 1,4 μm , 1,9 μm , và 2,7 μm. Bước sóng 2,7 μm hấp thụ mạnh nhất gọi là 50 dải sóng cộng hưởng hấp thụ (thực chất dải sóng này nằm trong khoảng 2,66 μm - 2,73 μm ). - Tuổi thực vật: Khi thực vật ở tuổi trẻ, phản xạ phổ nhìn thấy giảm, và phổ hồng ngoại tăng. Khi thực vật ở giai đoạn già, nguyên lý là ít chất diệp lục thì sẽ hấp thụ năng lượng ít, do vậy trên dải sóng nhìn thấy phản xạ giảm. Đối với phổ hồng ngoại do ít nước nên hấp thụ hồng ngoại giảm. - Hàm lượng nước trong thực vật: Đối với thực vật nước càng nhiều thì độ phản xạ càng ít. Đại đa số sẽ tăng độ phản xạ trên các sóng nhìn thấy và giảm trên sóng hồng ngoại. - Góc nhìn: Đại đa số các kiểu thực vật có độ phản xạ phụ thuộc vào góc nhìn. Sự khác nhau đối với một dải phổ cho trước, phản xạ cũng khác nhau trên các cây có tuổi khác nhau. Nói chung khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật có khác nhau. Song chúng vẫn có những điểm chung như sau: 9 Vùng ánh sáng nhìn thấy cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ phổ khác biệt rõ rệt. 9 Vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởi chlorophyll có trong lá cây. Một phần nhỏ bị thấu qua, còn lại bị phản xạ. 9 Vùng cận hồng ngoại nhân tố ản