Tài liệu ứng dụng viễn thám và gis nghiên cứu và đánh giá hiện trạng cây xanh đô thị quận cầu giấy, hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Tịnh Thủy An ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÂY XANH ĐÔ THỊ QUẬN CẦU GIẤY, HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Tịnh Thủy An ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÂY XANH ĐÔ THỊ QUẬN CẦU GIẤY, HÀ NỘI Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý Mã số: 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN NGỌC THẠCH Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch, người thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm khoa học quý báu giúp tôi hoàn thành luận văn. Với tình cảm chân thành, tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt và nâng cao những kiến thức về chuyên ngành trong thời gian học tập tại khoa Địa lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội. Đặc biệt là sự giúp đỡ của các thầy cô tại bộ môn Bản đồ - Viễn thám và Hệ thông tin Địa lý. Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị của lớp cao học K14 Địa lý, đặc biệt là nhóm Bản đồ Viễn thám và GIS đã luôn ủng hộ và tạo không khí vui vẻ, thoải mái trong quá trình học tập cũng như trong quá trình tôi làm luận văn. Cuối cùng tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân, bạn bè đã chia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................. 1 DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... 3 DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. 5 MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6 CHƢƠNG I - TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU CÂY XANH ĐÔ THỊ ................................................................... 10 1.1. Khái quát về viễn thám và hệ thông tin địa lý .........................................10 1.1.1. Viễn thám ........................................................................................10 1.1.2. Hệ thông tin địa lý ...........................................................................13 1.2. Khái quát về cây xanh đô thị ....................................................................18 1.2.1. Vai trò của hệ thống cây xanh đô thị ..............................................18 1.2.2. Phân loại cây xanh đô thị ................................................................23 1.2.3. Tiêu chuẩn cây xanh đô thị .............................................................28 1.2.3.1. Cây xanh sử dụng công cộng .......................................................28 1.2.3.2. Cây xanh sử dụng hạn chế và chuyên dụng .................................33 1.3. Sơ lược về tình hình nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu cây xanh đô thị ...................................................................................................41 1.3.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................41 1.3.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước ..............................42 CHƢƠNG 2 - CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU CÂY XANH ĐÔ THỊ ................................................... 46 2.1. Kỹ thuật chiết tách thông tin lớp phủ bề mặt từ ảnh viễn thám ...............46 2.1.1. Phân loại dựa trên điểm ảnh (pixel-based classification) ...............46 2.1.2. Phân loại định hướng đối tượng (object-oriented classification) ....52 2.2. Các chỉ số thực vật phổ biến trong viễn thám ..........................................54 CHƢƠNG 3 - ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÂY XANH QUẬN CẦU GIẤY, HÀ NỘI .................................................................................................................... 57 1 3.1. Sơ lược về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội quận Cầu Giấy ...............57 3.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................57 3.1.2. Địa hình ...........................................................................................57 3.1.3. Khí hậu ............................................................................................57 3.1.4. Đất đai .............................................................................................58 3.1.5. Thủy văn ..........................................................................................58 3.1.6. Kinh tế - xã hội ................................................................................59 3.2. Chiết xuất thông tin cây xanh từ ảnh vệ tinh ...........................................60 3.2.1. Quy trình nghiên cứu ......................................................................60 3.2.2. Dữ liệu ảnh vệ tinh sử dụng ............................................................60 3.2.3. Phân mảnh ảnh ................................................................................63 3.2.4. Thiết lập bộ quy tắc và phân loại ảnh .............................................65 3.2.5. Thành lập bản đồ hiện trạng cây xanh ............................................72 3.2.6. Tạo lớp khu vực cây xanh đô thị năm 2013 ....................................74 3.2.7. Thành lập bản đồ biến động khu vực cây xanh đô thị giai đoạn 2013-2016..................................................................................................................75 3.3. Nhận xét ...................................................................................................77 3.3.1. Thống kê hiện trạng cây xanh phân loại theo đặc điểm thực vật ....77 3.3.2. Thống kê hiện trạng cây xanh phân loại theo vị trí và chức năng của mảng xanh .................................................................................................................78 3.3.3. Thống kê biến động khu vực cây xanh theo vị trí và chức năng của mảng xanh .................................................................................................................79 3.3.4. Ðánh giá mức độ đáp ứng tiêu chuẩn và độ ổn định của hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy, Hà Nội ...................................................................79 3.4. Đề xuất một số phương án làm tăng diện tích và chất lượng cây xanh......80 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 83 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám .......................................... 10 Hình 1.2. Đường cong phản xạ phổ của một số đối tượng ....................................... 11 Hình 1.3. Đường cong phản xạ phổ của thực vật ...................................................... 12 Hình 1.4. Đường phố nhỏ và những cây cổ thụ ........................................................ 19 Hình 1.5. Học sinh vui chơi trong công viên cây xanh ............................................. 23 Hình 1.6. Cây bóng mát hai bên đường phố ............................................................. 25 Hình 1.7. Cỏ và cây trang trí trên dải phân cách ....................................................... 27 Hình 3.1. Quy trình nghiên cứu, đánh giá hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy, Hà Nội dựa trên dữ liệu viễn thám và GIS................................................................ 60 Hình 3.2. Ảnh Sentinel-2A tổ hợp màu tự nhiên cắt lấy khu vực nghiên cứu .......... 61 Hình 3.3. Ảnh Landsat 8 tổ hợp màu tự nhiên cắt lấy khu vực nghiên cứu ............. 62 Hình 3.4. Nguyên lý của thuật toán multiresolution segmentation ........................... 64 Hình 3.5. Kết quả phân mảnh ảnh Sentinel-2A trên phần mềm eCognition ............ 64 Hình 3.6. Kết quả phân mảnh ảnh Landsat 8 trên phần mềm eCognition ................ 65 Hình 3.7. Hộp thoại thiết lập biểu thức tính chỉ số NDVI ........................................ 66 Hình 3.8. Hộp thoại thiết lập biểu thức tính chỉ số (NIR+red+green)/3 ................... 66 Hình 3.9. Hộp thoại thiết lập biểu thức tính chỉ số CIRed edge ............................... 67 Hình 3.10. Hệ thống phân cấp lớp ............................................................................ 67 Hình 3.11. Hộp thoại thiết lập ngưỡng và gán lớp phân loại .................................... 68 Hình 3.12. Bộ quy tắc phân loại ................................................................................ 68 Hình 3.13. Kết quả phân loại ảnh Sentinel 2 trên phần mềm eCognition................. 70 Hình 3.14. Hộp thoại xuất kết quả phân loại ............................................................ 70 Hình 3.15. Kết quả phân loại ảnh Landsat 8 trên phần mềm eCognition ................. 72 Hình 3.16. Bản đồ hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy năm 2016................. 73 Hình 3.17. Lớp khu vực cây xanh đô thị năm 2013 trên phần mềm ArcGIS ........... 74 Hình 3.18. Bảng thuộc tính của lớp biến động ......................................................... 75 Hình 3.19. Bản đồ biến động khu vực cây xanh đô thị quận Cầu Giấy giai đoạn 2013 - 2016 ............................................................................................................... 76 Hình 3.20. Hộp thoại chọn dữ liệu theo thuộc tính ................................................... 77 Hình 3.21. Bảng thuộc tính và hộp thoại xuất dữ liệu .............................................. 77 Hình 3.22. Hộp thoại chọn dữ liệu theo vị trí ........................................................... 78 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tiêu chuẩn đất cây xanh sử dụng công cộng ............................................. 29 Bảng 1.2. Tiêu chuẩn đất cây xanh công viên .......................................................... 30 Bảng 1.3. Tiêu chuẩn đất cây xanh vườn hoa ........................................................... 30 Bảng 1.4. Tiêu chuẩn đất cây xanh đường phố ......................................................... 30 Bảng 1.5. Tổng hợp tiêu chuẩn diện tích đất cây xanh sử dụng công cộng .............. 31 Bảng 1.6. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong nhà ở ........................................................ 35 Bảng 1.7. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các công sở .............................................. 35 Bảng 1.8. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong công trình giáo dục .................................. 35 Bảng 1.9. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các công trình y tế ................................... 36 Bảng 1.10. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các công trình dịch vụ, thương mại ....... 36 Bảng 1.11. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các công trình thể thao .......................... 36 Bảng 1.12 Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các công trình văn hóa - tôn giáo ........... 36 Bảng 1.13. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong khu công nghiệp .................................... 37 Bảng 1.14. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong khu nghĩa trang...................................... 37 Bảng 3.1. Bảng mẫu phân loại ảnh vệ tinh ............................................................... 69 Bảng 3.2. Ma trận sai số phân loại ảnh ..................................................................... 71 Bảng 3.3. Bảng thống kê diện tích các loại thảm thực vật ........................................ 77 Bảng 3.4. Bảng thống kê diện tích các loại mảng xanh ............................................ 78 Bảng 3.5. Bảng thống kê diện tích các loại thảm thực vật thuộc mảng cây xanh công cộng ........................................................................................................................... 79 Bảng 3.6. Thống kê diện tích các loại biến động theo mảng xanh ........................... 79 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cây xanh đô thị có vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống con người. Với thế giới nói chung và Việt Nam ta nói riêng thì không gian xanh, cây xanh được xác định là tiêu chí, yếu tố quan trọng cấu thành không gian đô thị, tạo lập nên cảnh quan đô thị, cũng là yếu tố cân bằng hệ sinh thái đô thị và cải thiện, khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường. Trong bối cảnh toàn cầu hóa nóng lên và môi trường đô thị đang tạo thành những đảo nhiệt, thì cây xanh là sự cần thiết để cải thiện môi trường và chất lượng cuộc sống như: cây xanh làm giảm lượng khí CO2 và tẩy đi mọi chất dơ bẩn trong không khí như ngăn bụi, giảm tiềng ồn, cây giảm nhiệt bằng cách tạo bóng mát và chống gió bão. Ta có thể tiết kiệm chi phí điều hòa và sưởi ấm nhờ trồng cây xung quanh công trình xây dựng. Cây giúp ta chống xói mòn và giữ đất. Cây tạo nên phong cảnh, cung cấp nơi cư trú, thức ăn cho các loài chim và bảo vệ cư dân thành phố. Riêng với Hà Nội, với vai trò chức năng là Thủ đô của cả nước, là đô thị có lịch sử phát triển nghìn năm thì cây xanh còn có giá trị văn hóa, truyền thống, là bản sắc đặc thù của Hà Nội. Tuy nhiên sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế và cơ sở hạ tầng trong những năm vừa qua đã và đang làm cho diện tích thực vật giảm đi một cách đáng kể. Xu hướng này ngày càng gia tăng, bên cạnh đó các phương tiện máy móc sử dụng ngày càng nhiều, nồng độ CO2 trong không khí tăng cao là mối nguy hại đe dọa đến sức khỏe của người dân thành phố. Việc quan sát trên diện rộng ở một số quận điển hình là vấn đề quan trọng và hết sức cần thiết để các cơ quan quản lý kịp thời đánh giá đúng tình hình cũng như đưa ra những chính sách và biện pháp hợp lý để cải thiện diện tích thực vật. Quận Cầu Giấy nằm ở cửa ngõ phía Tây, một trong những khu phát triển chính của thành phố Hà Nội. Theo phương pháp truyền thống, việc quản lý, thống kê số lượng, diện tích cây xanh đô thị thường được tiến hành bằng cách đo đạc và kiểm tra thực địa hoặc đo vẽ, tính toán từ không ảnh (ảnh máy bay). Tuy nhiên, những phương pháp này mất rất nhiều thời gian và tốn kém kinh phí. Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thám, các ảnh vệ tinh ngày càng được ứng dụng mạnh mẽ trong việc giám sát, theo dõi những biến động bề mặt vỏ Trái đất. Ðây là phương pháp rất hiệu quả trong việc xây dựng cập nhật thông tin trên diện rộng và tồng quát nhất phục vụ tốt cho công tác quản lý, khai thác tài nguyên thiên nhiên, nghiên cứu môi trường. Ảnh vệ tinh có thể ghi phản xạ phổ của toàn mặt đất với sự khác biệt về dữ liệu, độ phân giải cao, nhạy cảm về phổ hồng ngoại cho thực vật, có thể cung cấp dữ liệu về cây xanh đô thị, giúp cho việc xác định những biến động và giám sát một cách nhanh chóng, chính xác. Đây cũng là lý do để học viên chọn đề tài “Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu và đánh giá hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy, Hà Nội ”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu khả năng phân loại cây xanh trên ảnh vệ tinh độ phân giải cao bằng phương pháp phân loại hướng đối tượng. Đánh giá hiện trạng cây xanh quận Cầu Giấy, Hà Nội làm cơ sở khoa học cho công tác nghiên cứu và quy hoạch chung trên địa bàn quận. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Thu thập, phân tích, đánh giá và tổng quan các tài liệu đã được công bố liên quan đến nội dung của đề tài. Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh, bản đồ khu vực nghiên cứu. Khảo sát thực địa bổ sung. Thành lập bản đồ và đánh giá hiện trạng cây xanh quận Cầu Giấy. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp viễn thám và hệ thông tin địa lý Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu Phương pháp khảo sát và điều tra thực địa Phương pháp phân tích so sánh 5. Cơ sở tài liệu để thực hiện luận văn Các tài liệu nghiên cứu về địa mạo, địa chất, khí hậu, thủy văn, vỏ phong hóa, thổ nhưỡng, thực vật, môi trường, và kinh tế-xã hội hiện có về khu vực nghiên cứu. Các văn bản pháp quy về quản lý và quy hoạch cây xanh đô thị. Các bài báo khoa học, luận văn nghiên cứu về cây xanh đô thị. Các công trình nghiên cứu về ứng dụng GIS và viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ thực vật nói chung và cây xanh đô thị nói riêng của các nhà khoa học trong và ngoài nước. 6. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi không gian: Không gian nghiên cứu được giới hạn trong địa bàn quận Cầu Giấy, Hà Nội. Phạm vi khoa học: Luận văn chỉ giới hạn nghiên cứu và đánh giá hiện trạng cây xanh dựa trên tiêu chuẩn về cây xanh đô thị do Bộ Xây dựng quy định và các tiêu chí về cây xanh trong hệ sinh thái đô thị. 7. Kết quả đạt đƣợc Bản đồ hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy Bản đồ biến động khu vực cây xanh đô thị quận Cầu Giấy Báo cáo phân tích đánh giá và những đề xuất 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu nhằm đưa ra một cái nhìn tổng quát về hiện trạng cây xanh đô thị trên địa bàn quận Cầu Giấy. Làm cơ sở khoa học cho định hướng quy hoạch chung trên địa bàn quận, hướng tới xây dựng đô thị xanh. 9. Cấu trúc luận văn Luận văn bao gồm 3 chương cùng với phần Mở đầu, Kết luận, Tài liệu tham khảo. Dưới đây là tiêu đề các chương: Chương 1: Tổng quan về ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu cây xanh đô thị Chương 2: Cơ sở khoa học của ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu cây xanh đô thị. Chương 3: Đánh giá hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy, Hà Nội. CHƢƠNG I - TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU CÂY XANH ĐÔ THỊ 1.1. Khái quát về viễn thám và hệ thông tin địa lý 1.1.1. Viễn thám Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu [4]. Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó. Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là những nguồn tư liệu chính trong viễn thám. Các thiết bị dùng để thu nhận sóng điện từ gọi là bộ cảm. Thiết bị để đưa bộ cảm vào vũ trụ gọi là vật mang. Máy bay và vệ tinh là những vật mang thông dụng trong kỹ thuật viễn thám. Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông tin về đối tượng. Các thiết bị viễn thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thông tin phổ nhận biết, xác định được các đối tượng. Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám Do ảnh hưởng của các vật chất có trong khí quyển như hơi nước, khí CO2, mà độ truyền dẫn sóng điện từ của khí quyển bị giảm thiểu ở nhiều bước sóng. Tại những vùng đó bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được bức xạ từ bề mặt Trái Đất đồng nghĩa với việc bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được thông tin. Ở những vùng còn lại trong dải sóng điện từ được sử dụng trong viễn thám, bức xạ sẽ truyền tới được bộ cảm một cách đầy đủ nhất. Các tư liệu viễn thám được ghi nhận bởi vệ tinh trong dải sóng nhìn thấy và dải sóng cận hồng ngoại hoặc hồng ngoại nhiệt các bức xạ được ghi nhận thông qua các xung phát ra từ một diện tích nhất định, tùy thuộc vào độ phân giải trong không gian của bộ cảm. Các xung này được tách thành các bước sóng thiết kế sẵn cho bộ cảm và tạo ra các dữ liệu đa phổ từ bề mặt này. Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ. Đặc trưng này sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất. Kể cả đối với giải đoán bằng mắt thì việc hiểu biết nhiều về đặc trưng phổ và sắc, tông màu trên ảnh tổ hợp màu để giải đoán đối tượng. Hình 1.2. Đường cong phản xạ phổ của một số đối tượng Đối với các tư liệu viễn thám được ghi nhận bởi bộ cảm vệ tinh trong dải sóng nhìn thấy và dải cận hồng ngoại hoặc hồng ngoại nhiệt, các bức xạ được thu nhận thông qua các xung phát ra từ một diện tích nhất định, tùy thuộc vào độ phân giải không gian của bộ cảm. Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3- 0,4µm), sóng ánh sáng nhìn thấy (0,4- 0,7µm), dải sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt. Các bước sóng gần đây được sử dụng trong phân loại thạch học. Sóng hồng ngoại nhiệt được sử dụng trong đo nhiệt, sóng micromet được sử dụng trong kỹ thuật radar. Lớp phủ thực vật là đối tượng được quan tâm nhiều bởi chiếm đa số diện tích bề mặt tự nhiên. Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo chiều dài bước sóng. Trong vùng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất clorophin và một số sắc tố khác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của lá cây là: sắc tố, cấu trúc tế bào, thành phần nước. Năng lượng mặt trời khi chiếu xuống Trái Đất thì lá cây hấp thụ khoảng 85% ánh sáng nhìn thấy, phản xạ 10%, cho đi qua lá 5%. Lá cây hấp thụ mạnh ở khoảng phổ hẹp (0,4 - 0,47 µm) khoảng phổ tím, chàm - tím và ( 0,59 - 0,68 µm) khoảng phổ da cam, đỏ - da cam, đỏ. Cực đại của sự hấp thụ tại 0,43µm và 0,62µm. Hình 1.3. Đường cong phản xạ phổ của thực vật Trên đồ thị hình 1.3 nhận thấy khả năng phản xạ phổ của thực vật ở vùng bước sóng nhìn thấy và bước sóng hồng ngoại là thấp hơn nhiều so với khả năng phản xạ phổ của thực vật ở vùng bước sóng cận hồng ngoại. Ở vùng phổ hồng ngoại sự ảnh hưởng của thành phần nước tới khả năng phản xạ phổ thể hiện rõ rệt nhất khi thành phần nước hấp thụ đáng kể năng lượng mặt trời. Hàm lượng nước trong lá cây giảm đi thì khả năng phản xạ phổ của thực vật cũng tăng mạnh. Tuy nhiên, khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật là khác nhau và đặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là: Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ phổ có sự khác biệt rõ rệt. Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn ánh sáng bị hấp thụ bởi sắc tố trong tế bào (Clorophin) có trong lá cây, một phần nhỏ thấu quang qua lá còn lại là phản xạ. Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá cây, ở đây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt. Ở vùng hồng ngoại, nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá là hàm lượng nước, khi độ ẩm trong lá cao thì năng lượng hấp thụ là cực đại. 1.1.2. Hệ thông tin địa lý Hệ thông tin địa lý - HTTĐL (Geographic Information System – GIS) là một tổ chức tổng thể của các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Tư liệu địa lý, Người điều hành…được thiết kế hoạt động một cách hiệu quả nhằm tiếp nhận lưu trữ, điều kiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. HTTĐL có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ 1994-ESRI ). - G: Geographic: dữ liệu không gian thể hiện vị trí, hình dạng (điểm, đường, vùng). - I : Information: thuộc tính, không thể hiện vị trí (như mô tả bằng văn bản, số, tên...) - S: System: sự liên kết bên trong giữa các thành phần khác nhau (phần cứng, phần mềm,…) Quan niệm mới nhất (2000): GIS bao gồm 6 hợp phần - Phần cứng - Phần mềm - Mạng - Cơ sở dữ liệu (chiếm 80% giá trị của một hệ thống GIS) - Người điều hành - Quy trình nghiên cứu Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu không gian - Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và phi không gian về các đối tượng bản đồ, mối liên hệ giữa các đối tượng không gian và các tính chất của một vùng của đối tượng [3]. a. Phần cứng Phần cứng hệ thống thông tin địa lý bao gồm hệ thống máy tính và các thiết bị nhập, xuất, lưu trữ dữ liệu. Trong đó hệ thống máy tính có thể chỉ gồm 1 máy tính hoặc mạng máy tính gồm nhiều máy kết hợp lại với nhau. Các thiết bị nhập, xuất, lưu trữ dữ liệu như scanner, máy in, máy ghi đĩa, các loại ổ cứng, đĩa quang,... Tùy theo quy mô và tầm quan trọng của hệ thống mà việc đầu tư vào phần cứng sẽ được cân nhắc. b. Phần mềm Phần mềm hệ thông tin địa lý bao gồm hệ điều hành hệ thống, phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu, phần mềm hiển thị đồ hoạ… Phần mềm trong GIS bảo đảm đủ 4 chức năng nhập, lưu trữ, phân tích và xử lý, hiển thị dữ liệu không gian hoặc phi không gian. Phần mềm phải đảm bảo việc nâng cấp khi cần thiết, liên kết với các DBMS khác. Nhưng không phải lúc nào dữ liệu của chúng và các DBMS cũng tương thích với nhau do đó phải có thêm những phần mềm chuyển đổi format dữ liệu. Thông thường dựa trên mục tiêu xây dựng cơ sở dữ liệu người ta lựa chọn các giải pháp cho phần cứng và phần mềm hệ thống thông tin địa lý. c. Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu là các thông tin được lưu dưới dạng số theo một khuôn dạng nào đó mà máy tính có thể hiểu và đọc được. Dữ liệu thông tin được định vị địa lý là chìa khóa của sự khác nhau giữa GIS và các hệ thông tin khác. GIS lưu thông tin về thế giới như 1 tập các lớp theo chủ đề được liên kết với nhau bởi địa lý. Cách này tuy đơn giản nhưng rất linh hoạt và rất mạnh được chứng minh là vô giá trong việc giải quyết các vấn đề của thế giới thực từ việc theo vết lưu chuyển xe cộ, lưu chi tiết của ứng dụng quy hoạch, đến việc mô hình sự tuần hoàn của khí quyển. Cách tiếp cận những lớp (layer) cho phép chúng ta tổ chức thế giới phức tạp thành dạng đơn giản hơn, giúp chúng ta dễ dàng hiểu mối quan hệ giữa các thành phần tự nhiên. i) Các kiểu dữ liệu Kiểu dữ liệu cơ bản trong GIS phản ảnh dữ liệu truyền thống xuất hiện trên bản đồ. GIS sử dụng 2 dạng cơ bản của dữ liệu. Dữ liệu không gian: mô tả vị trí tương đối và tuyệt đối của 1 đặc tính địa lý. Dữ liệu phi không gian (thuộc tính): mô tả các thông tin về đặc tính của các hình ảnh bản đồ. Chúng được liên kết với các hình ảnh không gian thông qua các chỉ số xác định chung, thông thường gọi là mã địa lý (GeoCode) được lưu trữ trong cả hai bản ghi không gian và phi không gian. Số liệu thuộc tính phi không gian bao gồm các định tính và số liệu hình ảnh, điểm, đường, vùng hoặc mạng lưới lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu. Hệ thống thông tin địa lý có thể xử lý các thông tin thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản đồ trên cơ sở các giá trị thuộc tính. Phần lớn các phần mềm thông tin địa lý cũng có thể hiển thị các thông tin thuộc tính như là các ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển cho việc lựa chọn hiển thị các ký hiệu bản đồ. Mối quan hệ giữa dữ liệu phi không gian và không gian: Bản đồ không chỉ thể hiện các lớp các đối tượng hình học mà mỗi đối tượng này còn được gắn với một tập các thuộc tính dữ liệu thống kê khác. Ví dụ: vị trí tọa độ của rừng là dữ liệu không gian, còn những tính chất như những loài động vật, chiều cao… là những dữ liệu thuộc tính. Mỗi đối tượng hình học có một mã nhận diện dùng để liên kết với một bản ghi trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Các dữ liệu địa lý được tổ chức nhờ mô hình quan hệ địa lý và Topo. Lớp các vùng (layer), đường (line), điểm (point) liên kết với các thuộc tính tương ứng. Những mô hình liên kết đó thể hiện cách quản lý vị trí, quan hệ không gian của các đặc trưng điểm, đường và vùng. Đồng thời cho phép quản lý hiệu quả các đặc tính của các đặc trưng đó. Dữ liệu bản đồ dựa theo các đối tượng (điểm, đường, đa giác, ...) ứng với mỗi đối tượng tương ứng sẽ có số hiệu riêng để có thể quy chiếu các dữ liệu phi hình học bao gồm các dữ liệu thống kê lưu trữ trong các tệp khác nhau của cơ sở dữ liệu. ii) Mô hình dữ liệu không gian Hệ thống thông tin địa lý sử dụng hai mô hình dữ liệu cơ bản để biểu diễn các đặc trưng không gian: mô hình dữ liệu Raster và mô hình dữ liệu Vector. Mô hình dữ liệu quyết định cách thức mà dữ liệu cấu trúc, lưu trữ, xử lý và phân tích trong một hệ thống thông tin địa lý. Nhiều hệ thống thông tin địa lý sử dụng cả hai mô hình dữ liệu trên. Mô hình dữ liệu vector sử dụng các điểm tọa độ của chúng để xây dựng các đặc trưng không gian như điểm, đường và vùng. Các đặc trưng dựa trên mô hình dữ liệu Vector được coi như các đối tượng riêng biệt trong không gian. Dữ liệu vector được hiển thị dưới dạng những tọa độ định nghĩa điểm, hay những điểm này được nối với nhau Mô hình dữ liệu raster được biểu diễn dưới dạng ma trận hay lưới mà có những hàng và cột. Mỗi giao điểm của hàng và cột tạo thành 1 pixel. Mỗi ô có 1 giá trị ví dụ như mức độ màu. d. Con người Như ta đã biết, đối với một tổ chức không phải chỉ đơn giản mua một hệ thống phần cứng và một vài phần mềm nào đó là đủ, nó đòi hỏi phải có đội ngũ cán bộ kỹ thuật, đó là các chuyên viên tin học, các nhà lập trình và các chuyên gia về