Luận Văn Ứng dụng, nghiên cứu phát triển phương pháp xử lý ảnh số theo dõi biến động tài nguyên thiên nhiên m

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lĩnh vực viễn thám (VT), kỹ thuật xử lý ảnh số (XLAS) đã
xâm nhập vào Việt Nam (VN) từ khá sớm. Đầu tư của Nhà nước về
trang thiết bị XLAS cho các cơ sở VT trên cả nước là rất lớn nhưng
chưa thực sự phát huy được hiệu quả. Nguyên nhân chủ yếu là do độ
tin cậy của kết quả phân loại chưa đáp ứng được yêu cầu của người sử
dụng.
Đề tài được lựa chọn nhằm giải quyết một phần bất cập kể trên.
Mặt khác, khu vực thử nghiệm cho nghiên cứu là một địa bàn quan
trọng về kinh tế, xã hội và quốc phòng của đất nước. Việc xây dựng
các công trình lớn như thuỷ điện Hoà Bình (TĐHB), thuỷ điện Sơn La
(TĐSL) và việc cơ cấu lại tổ chức kinh tế-xã hội (KTXH) Tây Bắc (TB)
làm cho khu vực đã và đang có nhiều biến động lớn. Bởi vậy, việc
nghiên cứu, đánh giá biến động phục vụ cho tổ chức không gian lãnh
thổ khu vực (KV) là hết sức cấp thiết.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu của luận án là đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin
cậy của phương pháp phân loại (PPPL) ảnh số và vận dụng để nghiên
cứu đánh giá biến động tài nguyên mặt đất (TNMĐ) vùng Trung-Hạ
lưu sông Đà. Để đạt được mục tiêu kể trên, luận án sẽ giải quyết các
nhiệm vụ cu thể sau:
1) Tìm hiểu bản chất, đặc điểm, phân tích điểm mạnh, yếu của các
PPPL ảnh số trong VT;
2) Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của kết quả phân loại
(PL) ảnh số và các kỹ thuật sau PL nhằm cải thiện chất lượng ảnh PL;
3) ứng dụng để xây dựng các bản đồ (BĐ) hiện trạng làm căn cứ
xác định biến động TNMĐ vùng Trung-Hạ lưu sông Đà.
2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các PPPL ảnh VT, các giải
pháp nâng cao độ tin cậy của kết quả PL, các kỹ thuật sau PL.
Khu vực nghiên cứu (KVNC) ứng dụng là vùng lưu vực sông Đà
đoạn từ sau đập TĐSL đến cuối lưu vực. Nội dung nghiên cứu giới hạn
trong việc nghiên cứu hiện trạng và biến động lớp phủ bề mặt với các
đối tượng được xác định là tài nguyên (TN) rừng, nước mặt và thực
trạng khai thác sử dụng TN đất.
4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
ý nghĩa khoa học: Kết quả của luận án góp phần nâng cao vị thế
của kỹ thuật XLAS trong VT, nâng cao độ tin cậy của phương pháp VT
trong nghiên cứu các đối tượng mặt đất, khắc phục được tình trạng
lãng phí về trang thiết bị kỹ thuật hiện nay.
ý nghĩa thực tiễn: Kiểm kê và đánh giá mức độ biến động TN
rừng, nước mặt và thực trạng khai thác sử dụng TN đất với sự phát triển
kinh tế của TB cùng sự hình thành của hai công trình thuỷ điện lớn
nhất Đông Nam á: TĐHB và TĐSL.
5. Cơ sở tài liệu, trang thiết bị và phần mềm
- Tài liệu thuộc nhiều lĩnh vực như địa lý, VT, XLAS, nhận dạng,
xác suất thống kê, kỹ thuật mạng nơ ron v.v.
- Các báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước, cấp bộ mà NCS đã
trực tiếp tham gia hoặc chủ trì, các kết quả nghiên cứu của NCS đã
đăng trên các tạp chí chuyên ngành.
- Kết quả nghiên cứu của các đề tài, luận án có liên quan của
nhiều tác giả khác.
- ảnh VT và các tài liệu về ĐKTN, KTXH khu vực nghiên cứu.
Phần mềm xử lý ảnh sử dụng là ENVI.
6. Phương pháp nghiên cứu
3
- Nghiên cứu tài liệu: nhằm tổng hợp, kế thừa các nghiên cứu liên
quan cả trong và ngoài nước, tìm hiểu các PPPL ảnh số nói riêng, kỹ
thuật XLAS nói chung và cơ sở của chúng là các lý thuyết nhận dạng,
sác xuất thống kê, mạng nơ ron v.v.
- Toán, nhận dạng, sác xuất thống kê: phân tích đánh giá các
PPPL ảnh số, đề xuất các nguyên tắc và giải pháp nhằm nâng cao độ
tin cậy của kết quả phân loại, xây dựng quy trình phân tích ảnh VT cho
mục tiêu thành lập bản đồ chuyên đề.
- Bản đồ, viễn thám, xử lý ảnh số, điều tra thực địa : kiểm chứng
qua thực nghiệm các nguyên tắc và giải pháp đã đề xuất, vận dụng
trong xử lý, phân tích ảnh, thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ các thời
kỳ khu vực Trung-Hạ lưu sông Đà.
- Công nghệ hệ thông tin địa lý: sử dụng các bản đồ vừa xây
dựng, kiểm kê, xác định biến động tài nguyên rừng, nước mặt và thực
trạng khai thác sử dụng tài nguyên đất trong khu vực.
7. Luận điểm bảo vệ
ã Luận điểm 1: Hệ thống phân loại (HTPL) được thiết kế hợp lý
dựa trên các lớp phổ, số liệu mẫu đủ đại diện, tận dụng chiều của
không gian phổ, tích hợp các thông tin bổ trợ trong quá trình PL, sử
dụng giá trị ngưỡng để kiểm soát là những tiêu chí mang tính nguyên
tắc. Quy trình phân tích ảnh kết hợp chặt chẽ các PPPL không giám sát
(KGS), có giám sát (CGS) và giải đoán bằng mắt là một giải pháp hữu
hiệu nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả phân tích ảnh.
ã Luận điểm 2: ảnh VT đa thời gian độ phân giải cao cho phép
kiểm soát hiệu quả TN rừng, nước mặt và những biến động trong khai
thác sử dụng TN đất. Trong hơn một thập kỷ qua, diện tích đất chưa sử
dụng (CSD) ở KV Trung-Hạ lưu sông Đà được thu hẹp đáng kể với sự
gia tăng ở những mức độ khác nhau của đất thổ cư, đất canh tác nông
4
nghiệp (NN), mặt nước và đặc biệt là diện tích đất có rừng cho thấy TN
đất trong KV đang được khai thác sử dụng tích cực hơn, môi trường tự
nhiên của KV cũng được cải thiện rõ rệt.
8. Đóng góp mới
a) Đã phân tích, đánh giá về các PPPL ảnh số, từ đó đưa ra 5
nguyên tắc nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả PL ảnh VT;
b) Đã đề xuất các giải pháp và quy trình phân tích ảnh VT sử
dụng kết hợp các PPPL KGS, CGS và giải đoán bằng mắt cho phép
nâng cao độ tin cậy của kết quả nhờ các đặc trưng cơ bản sau:
- Tạo khả năng cho người sử dụng can thiệp tích cực hơn vào
toàn bộ quá trình phân tích;
- HTPL được điều chỉnh trên cơ sở dung hoà giữa yêu cầu của
nhiệm vụ và khả năng của tư liệu;
- Cho phép xác định và sử dụng trong PL các đặc trưng thống kê
tiêu biểu hơn cho các lớp.
c) Đã vận dụng thành công các nguyên tắc và giải pháp kể trên
trong theo dõi biến động TN thiên nhiên vùng Trung-Hạ lưu sông Đà.
9. Bố cục của luận án
ã Phần mở đầu
ã Chương 1: Viễn thám và xử lý ảnh số trong viễn thám
ã Chương 2: Đánh giá các phương pháp phân loại ảnh số
ã Chương 3: Nâng cao độ tin cậy của kết quả phân tích ảnh
ã Chương 4: ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh số trong nghiên cứu biến
động tài nguyên vùng Trung và Hạ lưu sông Đà
ã Kết luận và kiến nghị