Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Lê Thanh Bình

TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM HỖ TRỢ

QUẢN LÝ VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Đặng Văn Đức

Thái Nguyên - 2010

2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn “Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ

trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng” là công trình nghiên cứu của tôi dưới

sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đặng Văn Đức, tham khảo các nguồn tài

liệu đã được chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo. Các nội

dung công bố và kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa

từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào.

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2010

Lê Thanh Bình

3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU ................................................................................................................6

1. Lý do chọn đề tài............................................................................................6

2. Mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài .............................................6

3. Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng ...................................................................6

4. Ý nghĩa khoa học ...........................................................................................6

5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................6

TỔNG QUAN .........................................................................................................7

NỘI DUNG.............................................................................................................6

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM......................................9

1.1. Khái quát về Hệ thông tin địa lý GIS.............................................................9

1.1.1. Khái niệm Hệ thông tin địa lý..................................................................9

1.1.2. Các thành phần của Hệ thông tin địa lý .................................................12

1.1.3. Các chức năng của Hệ thống thông tin địa lý.........................................15

1.1.4. Hệ thông tin địa lý làm việc như thế nào ...............................................17

1.2. Khái quát về viễn thám................................................................................22

1.2.1. Định nghĩa ............................................................................................22

1.2.2. Phân loại viễn thám theo bước sóng ......................................................22

1.2.3. Nguyên lý cơ bản của viễn thám.............................................................23

1.2.4. Ứng dụng của viễn thám .......................................................................25

1.2.5. Phân loại viễn thám...............................................................................26

1.2.6. Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám .....................................28

CHƢƠNG 2. TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN VÀ MÔI TRƢỜNG ........................................30

2.1 Thu thập ảnh viễn thám bằng TerraLook ......................................................30

2.2 Thu thập và tiền xử lý dữ liệu bản đồ véctơ ..................................................31

2.3 Nắn chỉnh dữ liệu bản đồ..............................................................................38

2.4 Đơn giản hóa dữ liệu không gian ..................................................................42

2.5 Chồng ghếp bản đồ.......................................................................................43

2.6 Một số thuật toán minh họa ..........................................................................48

CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG...............................54

4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.1 Giới thiệu bài toán........................................................................................54

3.2 Giới thiệu về ArcGIS....................................................................................54

3.2.1 Giới thiệu về phần mềm ArcGIS ..........................................................54

3.2.2 Giới thiệu về ArcMap...........................................................................55

3.3 Vị trí vùng nghiên cứu..................................................................................57

3.4 Khái quát biến động địa hình vùng nghiên cứu .............................................58

3.4.1 Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh .............................................58

3.4.2 Chồng ghép bản đồ...............................................................................61

3.4.3 Tính diện tích biến động.......................................................................62

KẾT LUẬN .......................................................................................................63

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................64

5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mô hình một hệ thống thông tin địa lý..................................................... 9

Hình 1.2. Các tầng trong GIS ................................................................................. 9

Hình 1.3. Các thành phần của GIS ....................................................................... 11

Hình 1.4. Sơ đồ tổ chức hệ thống phần cứng máy tính .......................................... 12

Hình 1.5. Phần mềm GIS và các chức năng thực hiện........................................... 13

Hình 1.6. Chức năng của Hệ thống thông tin địa lý .............................................. 15

Hình 1.7: Các layer.............................................................................................. 16

Hình 1.8. Dữ liệu biểu diễn dạng Vector............................................................... 18

Hình 1.9. Dữ liệu biểu diễn dạng Raster............................................................... 19

Hình 1.10. Biểu diễn dạng vector, raster .............................................................. 19

Hình 1.11. Mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất................................ 20

Hình 1.12. Phân loại viễn thám theo bước sóng.................................................... 22

Hình 1.13. Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm.................................................... 23

Hình 1.14. Hoạt động của hệ thống viễn thám chủ động và bị động...................... 26

Hình 1.15 Mô hình viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực ... 26

Hình 2.1: Ảnh vệ tinh Landsat năm 2000 chụp dải bờ biển Hải Phòng................. 30

Hình 2.2. Ảnh vệ tinh Landsat năm 1990 chụp dải bờ biển Hải Phòng ................. 30

Hình 2.3. Phần mềm nhập bản đồ qua bàn số hóa ................................................ 35

Hình 2.4. Số hóa bản đồ ....................................................................................... 36

Hình 2.5. Minh họa thuật toán Douglas-Peucker.................................................. 36

Hình 2.6. Chồng ghép dữ liệu ............................................................................. 42

Hình 2.7. Chồng ghép đa giác ............................................................................ 44

Hình 2.8. Tiến trình phủ đa giác........................................................................... 45

Hình 2.9. Đường và đa giác lệch nhau ................................................................. 46

Hình 2.10. Giao của các đoạn thẳng .................................................................... 48

Hình 2.11. Điểm trong đa giác ............................................................................. 49

Hình 2.12. Điểm trong đa giác ............................................................................. 49

Hình 2.13. Diện tích đa giác................................................................................. 50

Hình 2.14. Giao 2 đa giác .................................................................................... 51

Hình 2.15. Xác định cạnh trong đa giác ............................................................... 52

Hình 2.16. Tách các đa giác kết quả..................................................................... 52

Hình 3.1. Giới thiệu ArcGIS......................................................................................... 54

Hình 3.2. Giới thiệu ArcMAP....................................................................................... 56

Hình 3.3. Các điểm khống chế được lựa chọn...................................................... 57

Hình 3.4. Lựa chọn điểm khống chế trên bản đồ vector........................................ 58

Hình 3.5. Lựa chọn điểm khống chế tương ứng trên ảnh VT năm 2000................. 58

Hình 3.6. Thao tác nắn chỉnh................................................................................ 59

Hình 3.7. Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh năm 2000 ............................. 59

Hình 3.8. Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh năm 1990 ............................. 60

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Mô hình dữ liệu Vectơ .......................................................................... 17

Bảng 1.2 So sánh mô hình Raster và Vector ......................................................... 19

6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

- Công nghệ GIS và viễn thám đã được các nước phát triển trên thế giới

phát triển ứng dụng hiệu quả, tại Việt Nam hiện tại công nghệ này mới ở giai

đoạn khởi đầu.

- Hải Phòng là thành phố có dải bờ biển đẹp và tương đối dài. Theo thời

gian thì dải bờ biển này có sự biến động. Lựa chọn đề tài này để nắm được và

chỉ ra sự biến động đó.

2. Mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài

Ứng dụng GIS và viễn thám trong việc xác định biến động dải bờ biển Hải

Phòng theo thời gian.

3. Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng

- Các tài liệu, thông tin có liên quan tới GIS

- Các tài liệu, thông tin liên quan tới xử lý ảnh viễn thám và dữ liệu bản đồ

4. Ý nghĩa khoa học

Thông qua việc sử dụng công nghệ GIS và ảnh viễn thám để hỗ trợ công

tác quản lý tài nguyên thiên nhiên.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Khai thác thông tin từ nhiều nguồn, hệ thống hóa và lựa chọn các thông

tin cần thiết.

- Tìm hiểu, khảo sát thực tế hiện trạng công tác quản lý tài nguyên thiên

nhiên

- Sử dụng các công cụ thu thập và xử lý ảnh viễn thám, thu thập dữ liệu

bản đồ

- Sử dụng phương pháp chuyên gia phân tích và thiết kế hệ thống, xây

dựng kiến trúc tổng thể, xây dựng các chi tiết kỹ thuật, nghiên cứu xây dựng

mô hình.