Luận văn Thạc sĩ Quản lý tài nguyên rừng: Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám để đánh giá biến động thảm thực vật rừng tại vườn quốc gia Phong Nha Kẻ Bàng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm góp phần tạo cơ sở khoa học cho việc áp dụng công nghệ viễn thám để thành lập bản đồ thảm thực vật rừng và công tác đánh giá biến động thảm thực vật rừng tại Vườn Quốc Gia Phong Nha Kẻ Bàng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Quản lý tài nguyên rừng: Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám để đánh giá biến động thảm thực vật rừng tại vườn quốc gia Phong Nha Kẻ Bàng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN ANH MINH NG D NG C NG NGHỆ GIS V VIỄN TH M ĐỂ Đ NH GI BIẾN ĐỘNG THẢM THỰC VẬT RỪNG TẠI VƢỜN QU C GIA PHONG NHA B NG CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG MÃ NGÀNH: 8620211 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ T I NGUYÊN RỪNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN HOA HỌC: PGS.TS. TRẦN QUANG BẢO Hà Nội, 2019
i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu và tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu kết quả là sản phẩm kế thừa hoặc đã được công bố của người khác. Hà Nội, Ngày ... tháng ... năm 2019 T C GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Anh Minh
ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn là PGS.TS.Trần Quang Bảo đã định hướng, khuyến khích, chỉ dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận văn Thạc Sỹ. Được sự đồng ý của Nhà trường, Khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trường, tôi thực hiện Luận văn Thạc Sỹ “Ứng dụng công nghệ GIS và vi n thám để đánh giá biến động thảm thực vật rừng Vườn quốc gia Phong Nha K Bàng . Trong thời gian thực hiện Luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự trợ giúp, hướng dẫn tận tình của các thầy, cô, các tổ chức và cá nhân trong và ngoài trường. Nhân dịp này, tôi cũng xin phép gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trường đã tạo mọi điều kiện động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn Thạc sỹ. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và toàn thể bạn b đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, hoàn thành luận văn này. Tuy nhiên, do bản thân còn nhiều hạn chế về chuyên môn và thực tế, thời gian hoàn thành luận văn không nhiều nên luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để khóa luận hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, …tháng ….. năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Anh Minh
iii M CL C LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii M C L C ....................................................................................................... iii DANH M C TỪ VIẾT TẮT......................................................................... vi DANH M C BẢNG ...................................................................................... vii DANH M C HÌNH ẢNH ............................................................................ viii PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN C U.................................... 4 1.1. Những vấn đề chung về vi n thám và GIS ............................................ 4 1.1.1. Các khái niệm ........................................................................ 4 1.1.2. C s kho h c c ph ng pháp vi n thám ......................... 6 1.1.3. Ph ng pháp xử lý ảnh số vi n thám........................................ 15 1.2. Ứng dụng vi n thám và GIS trong giám sát rừng Thế giới .............. 17 1.3. Ứng dụng vi n thám và GIS điều tra, theo dõi di n biến rừng Việt Nam ............................................................................................... 25 1.3.1. Một số ứng dụng c hệ thống Vi n thám và GIS Việt N m29 1.3.2. Ứng dụng GIS trong Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. . 30 Chƣơng 2. M C TIÊU, NỘI DUNG V PHƢƠNG PH P NGHIÊN C U ................................................................................................ …………31 2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 31 2.1.1. Mục tiêu chung .................................................................... 31 2.1.2. Mục tiêu cụ thể .................................................................... 31 2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 31 2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 32 2.4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 33 2.4.1. Ph ng pháp kế thừ số liệu ................................................... 33
iv 2.4.2. Xây dựng bộ mẫu khó ảnh cho giải đoán ảnh vê tinh tại khu vực nghiên cứu…. ................................................................................. 34 2.4.3. Ph ng pháp xây dựng bản đồ hiên trạng rừng ................... 36 2.4.4. Ph ng pháp thành lập bản đồ biến động rừng. .................. 40 2.4.5. Ph ng pháp đánh giá biến động tài nguyên rừng .............. 41 Chƣơng 3. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ VÀ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN C U ............................................................................................... 43 3.1.Vị trí địa lý ............................................................................................ 43 3.2. Các nhân tố sinh thái tự nhiên .............................................................. 44 3.2.1. Đị chất, đị mạo ................................................................ 44 3.2.2. Thổ nh ỡng .......................................................................... 46 3.2.3. Khí hậu ................................................................................ 46 3.2.4. Thuỷ văn .............................................................................. 47 3.2.5. Đ dạng sinh h c ................................................................... 49 3.3. Điều kiện kinh tế - xã hội ..................................................................... 50 Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN C U ........................................................ 52 4.1. Thành lập bản đồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu ....................... 52 4.1.1. Đặc điểm hiện trạng tài nguyên rừng ................................... 52 4.1.2. Bộ mẫu khó giải đoán ảnh vệ tinh cho khu vực nghiên cứu 56 4.1.3. Giải đoán ảnh thành lập bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng 60 4.1.4. Kiểm chứng kết quả giải đoán ảnh ....................................... 61 4.1.5. Thành lập bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu..... 62 4.2. Đánh giá biến động tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu giai đoạn 2009 – 2019 ..................................................................................................... 66 4.2.1. Biến động tài nguyên rừng VQG Phong Nh – Kẻ Bàng gi i đoạn 2009 -2019………….. .................................................................... 66 4.2.2. Nguyên nhân biến động rừng ............................................... 70
v 4.3. Đề xuất quy trình thành lập bản đồ biến động rừng Vườn quốc gia Phong Nha K Bàng từ tư liệu ảnh vệ tinh ..................................................... 74 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ ......................................................... 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 64
vi DANH M C TỪ VIẾT TẮT ý hiệu Ý nghĩa VQG Vườn Quốc Gia GIS Hệ thống thông tin địa lý UNDP United Nation Development Programme CSDL Cơ s dữ liệu GPS Hệ thống định vị toàn cầu MKA Mẫu khóa ảnh
vii DANH M C BẢNG Bảng 2.1. Ma trận sai số phân loại tại khu vực nghiên cứu ............................ 39 Bảng 2.2. Ma trận biến động giữa 2 thời điểm 2009 và 2019 ....................... 42 Bảng 4.1. Loại đất, loại rừng khu vực Phong Nha – K Bàng ....................... 52 Bảng 4.2.Một số mẫu khóa giải đoán ảnh của tại khu vực nghiên cứu .......... 56 Bảng 4.3. Số lượng mẫu khóa ảnh theo từng trạng thái rừng ......................... 59 Bảng 4.4. Thống kê diện tích theo trạng thái rừng tại khu vực nghiên cứu .. 64 Bảng 4.5. Quy đổi hệ thống phân loại............................................................. 66 Bảng 4.6. Biến động diện tích các trạng thái rừng giai đoạn 2009 – 2019 ..... 69
viii DANH M C HÌNH ẢNH Hình 1.1. Sóng điện từ ...................................................................................... 6 Hình 2.1. Tư liệu ảnh Sentinel 2A năm 2019 ................................................. 32 Hình 2.2. Sơ đồ Phương pháp xây dựng bộ mẫu khóa ảnh cho giải đoán ảnh vệ tinh .............................................................................................................. 35 Hình 2.3. Hệ thống 90 MKA ngoài thực địa ................................................... 36 Hình 2.4. Sơ đồ phương pháp thành lập bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng . 38 Hình 2.5. Quy trình thành lập bản đồ biến động ............................................. 40 Hình 3.1. Ví trí nghiên cứu ............................................................................. 43 Hình 4.1. Kết quả phần vùng ảnh khu vực nghiên cứu ................................... 60 Hình 4.2. Gán trạng thái cho lô rừng theo MKA điều tra thực địa ................. 61 Hình 4.3. Bản đồ hiện trạng tài nguyên rừng VQG Phong nha k bảng năm 2019 ................................................................................................................. 63 Hình 4.4. Biểu đồ tỷ lệ phần trăm diện tích các trạng thái rừng tại khu vực nghiên cứu ....................................................................................................... 65 Hình 4.5. Bản đồ biến động tài nguyên rừng giai đoạn 2009 - 2019 .............. 68 Hình 4.6. Tổng lượng khách tham quan VQG Phong Nha – K Bàng giai đoạn 2002 – 2017 ............................................................................................ 71 Hình 4.7. Sơ đồ quá trình xây dựng bản đồ hiện trạng rừng từ ảnh vi n thám ......................................................................................................................... 75
1 PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ cũng như khoa học kỹ thuật, trong đó không thể không kể đến sự ra đời của ảnh vệ tinh và công nghệ vi n thám GIS đã hỗ trợ con người rất lớn trong việc nghiên cứu những biến động về môi trường tự nhiên, đồng thời tìm hiểu và đề xuất các biện pháp quản lý về môi trường và tài nguyên thiên nhiên mà không cần trực tiếp tiếp cận với chúng. Trong Lâm nghiệp, người ta sử dụng kỹ thuật vi n thám để nghiên cứu di n biến của rừng, điều tra phân loại rừng, nghiên cứu phân vùng cháy rừng và để quản lý rừng... Tuy nhiên, khi sử dụng những bức ảnh vi n thám có độ phân giải thấp, cùng với sự thiếu chuyên nghiệp trong giải đoán ảnh sẽ gây nên những giải đoán với kết quả sai lệch cho khu vực nghiên cứu. B i vậy, việc nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao như ảnh vệ tinh Landsat và Sentiel có ý nghĩa thiết thực trong nghiên cứu và đánh giá chất lượng tài nguyên thiên nhiên nói chung và tài nguyên rừng nói riêng. Hiện nay, nguồn tư liệu vi n thám được sử dụng rộng rãi nước ta trong các nghiên cứu về Tài nguyên và Môi trường. Cùng với đó, thiết bị tin học được đồng bộ hóa tăng khả năng xử lý nhanh chóng trong việc xây dựng các loại bản đồ. Vì vậy, phương pháp vi n thám kết hợp công nghệ GIS (Cơ s dữ liệu thông tin địa lý) sẽ góp phần khắc phục nhiều hạn chế của phương pháp truyền thống và đặc biệt hiệu quả trong xử lý số liệu nhằm đánh giá biến động trong quá trình sử dụng đất đai, theo dõi di n biến tài nguyên rừng. Điều tra trên thực địa được xem xét như là một phương pháp chính xác, nhưng mất rất nhiều thời gian và tốn kém, đặc biệt là khó áp dụng những nơi xa xôi và có điều kiện địa hình phức tạp. Với đặc tính ưu việt của công nghệ Vi n thám và kỹ thuật GIS. Trong trường hợp sử dụng vi n thám và GIS
2 kết hợp với điều tra tra thực địa để đánh giá sự biến động về đất lâm nghiệp và theo dõi di n biến đất lâm nghiệp và rừng trồng qua các năm là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Việt Nam, việc quản lý, bảo vệ và phát triển tài nguyên rừng được coi là một trong những nhiệm vụ trọng tâm trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là thảm thực vật rừng các vườn quốc gia. Một trong số các vườn quốc gia lớn của Việt Nam là Vườn quốc gia Phong Nha K Bàng. Vườn quốc gia Phong Nha – K Bàng thuộc địa phận huyện Bố Trạch và Minh Hóa, tỉnh Quảng Bình, cách thành phố Đồng Hới khoảng 50km về phía Tây Bắc. Vườn Quốc gia Phong Nha – K Bàng là Di sản thiên nhiên thế giới được Tổ chức Khoa học, Giáo dục và Văn hóa của Liên hiệp quốc Unesco công nhận năm 2003 và có diện tích là 123.326 ha, có 03 phân khu: phân khu bảo vệ nghiêm ngặt (100.296 ha), phân khu phục hồi sinh thái (19.619 ha) và phân khu hành chính dịch vụ (3.411 ha). Vùng đệm có diện tích 219.855,34 ha thuộc 13 xã huyện Minh Hóa, Bố Trạch và Quảng Ninh. Là khu rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đá vôi với độ che phủ khoảng 92%. Diện tích rừng nguyên sinh chưa hoặc ít bị tác động là 88,3%.[16] Trong thời gian vừa qua Ban quản lý Vườn Quốc gia Phong Nha K Bàng đã đạt được một số thành tựu quan trọng trong lĩnh vực ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh trong giám sát tài nguyên rừng nhưng bên cạnh đó vẫn còn nhiều tồn tại và hạn chế. Các hoạt động nghiên cứu khoa học về công tác sử dụng ảnh vệ tinh Vườn Quốc gia vẫn còn rất thụ động, chưa có tính chuyên sâu và chưa có tính hệ thống. Nhiều khu vực trong VQG PN-KB chưa được điều tra nghiên cứu nên không có thông tin, dẫn liệu khoa học phục vụ công tác giám sát và quản lý bảo vệ. Hiện tại VQG PN-KB vẫn chưa có được đầy đủ cơ s dữ liệu đầu vào cho các hoạt động theo dõi di n biến tài nguyên
3 rừng.Cơ s dữ liệu khoa học về VQG PN-KB chưa được quản lý, sử dụng một cách thống nhất, số liệu còn manh mún, thiếu, không đồng bộ và chưa hoàn chỉnh bộ cơ s dữ liệu GIS về tài nguyên động, thực vật, đất, nước, hang động, thảm thực vật, kiểm soát cháy rừng và quản lý lưu vực. Bên cạnh đó, các mối đe dọa phải đối mặt trực tiếp trong quản lý, bảo tồn các giá trị di sản Vườn Quốc gia như: Săn bẫy động vật hoang dã, khai thác gỗ trái phép, khai thác các loại lâm sản ngoài gỗ,.. Xuất phát từnhu cầu thực ti n trên và những quan điểm, tôi đã thực hiện : “ n n n n v v nt m n n n t mt v tr n n qu on - n ”.
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN C U 1.1. Những vấn đề chung về viễn thám và GIS 1.1.1. C k n m Hệ thống thông tin địa lý - GIS (Geographical Information System) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượngtrên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ s dữ liệu thông thường như cấu trúc hỏi đáp, các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý. Trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược. GIS (Geographic Information System) hay hệ thống địa lý được hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống. + Khái niệm “địa lý liên quan đến các đặc trưng về không gian. Chúng có thể là vật lý, văn hóa, kinh tế,…trong tự nhiên. + Khái niệm “thông tin đề cập đến dữ liệu được quản lý b i GIS. Đó là các dữ liệu về thuộc tính và không gian của đối tượng. + Khái niệm “hệ thống là hệ thống GIS được xây dựng từ các môđun. Việc tạo các môđun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất. Vi n thám (Remote sensing): là một ngành 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.[11] Vi n thám dùng để thu nhận thông tin khách quan về bề mặt Trái đất và các hiện tượng trong khí quyển nhờ các bộ phận cảm biến (sensors) được lắp
5 đặt trên máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo.. Công nghệ vi n thám cho phép ghi lại được các biến đổi của tài nguyên và môi trường, đã giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường hiệu quả hơn. Vi n thám cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao, làm dữ liệu cơ bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ và cơ s dữ liệu địa lý Quốc gia. Tách thông tin trong vi n thám có thể phân thành 5 loại: +Phân loại: là quá trình tách, gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian cho b i ảnh của đối tượng cần nghiên cứu. +Phát hiện biến động: là sự phát hiện và tách các sự biến động (thay đổi) dựa trên dữ liệu ảnh đa thời gian. +Tách các đại lượng vật lý: chiết tách các thông tin tự nhiên như đo nhiệt độ, trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trưng phổ hoặc thị sai của ảnh lập thể. +Tách các chỉ số: tính toán xác định các chỉ số mới (chỉ số thực vật NDVI…) +Xác định các đặc điểm: xác định thiên tai, các dấu hiệu phục vụ tìm kiếm khảo cổ… Cơ s của vi n thám: Bức xạ điện từ: Thành phần đầu tiên của một hệ thống vi n thám là nguồn năng lượng để chiếu vào đối tượng, năng lượng này dạng bức xạ điện từ. Tất cả bức xạ điện từ đều có một thuộc tính cơ bản và phù hợp với lý thuyết sóng cơ bản. Bức xạ điện từ bao gồm điện trường (E) có hướng vuông góc với hướng của bức xạ điện từ di chuyển và từ trường (M) hướng về phía bên phải của điện trường. Cả hai cùng di chuyển với tốc độ của ánh sáng (c). Có 2 đặc điểm của bức xạ điện từ đặc biệt quan trọng mà chúng ta cần hiểu nó là bước sóng và tần số.
6 B ớc sóng (λ): Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền đi trong 1 chu kỳ, đơn vị của bước sóng thường là mét (m). Đôi khi sử dụng các đơn vị khác của mét như micromet… Tần số (f): Tần số là số chu kỳ sóng đi qua một điểm cố định trong một đơn vị thời gian. Thông thường tần số được tính bằng herzt (Hz) tương đương với 1 chu kỳ trên một giây. Ngoài ra tần số còn được tính bằng một số đơn vị khác của Hz như MHz, KHz… Trong vi n thám, các sóng điện từ được sử dụng với các dải bước sóng của quang phổ điện từ. Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các bước sóng khác nhau, sự phân chia thành các dải phổ có liên quan đến tính chất bức xạ khác nhau.[10] Dữ liệu vi n thám là nguồn cung cấp cơ s dữ liệu cho GIS trên cơ s các lớp thông tin chuyên đề khác nhau; sử dụng chức năng chồng lớp hay phân tích của GIS để tạo ra một kết quả phong phú hơn. Do đó, việc phối hợp vi n thám và GIS sẽ tr thành công nghệ tích hợp rất hiệu quả để xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau. 1.1.2. C s k o p n p pv nt m 1.1.2.1 C s vật lý Bức xạ điện từ là quá trình truyền năng lượng điện từ trên cơ s các dao động của điện trường và từ trường trong không gian. Hình 1.1. Sóng điện từ
7 Các bức xạ điện từ này vừa có tính chất sóng lại vừa có tính chất hạt, tính chất sóng của bức xạ điện từ này được thể hiện bằng biểu thức sau: (C=299,793 km/s trong môi trường chân không). Trong vi n thám, các sóng điện từ được sử dụng với các dải bước sóng của quang phổ điện từ. Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các bước sóng khác nhau, sự phân chia thành các dải phổ có liên quan đến tính chất bức xạ khác nhau. Quang phổ điện từ có các dải sóng chính như sau: - Các tia vũ trụ: là các tia từ vũ trụ có bước sóng vô cùng ngắn với λ 30cm.
8 Còn tính chất hạt được mô tả theo tính chất của photon hay quang lượng tử được thể hiện bằng biểu thức sau: (h là hằng số plank) 1.1.2.2. T ng tác và đặc tr ng phản xạ phổ - Sự tương tác năng lượng với các đối tượng trên mặt đất. Sóng điện từ lan truyền tới bề mặt của vật thể, năng lượng sóng điện từ sẽ tương tác với vật thể đưới dạng hấp thụ (A), phản xạ (R), truyền qua vật thể (T), phần trăm năng lượng phản xạ phụ thuộc vào chất liệu và điều kiện tương tác với vật thể đó. EI(λ) = ER(λ) + EA(λ) + ET(λ) Trong đó: EI: là năng lượng tới mặt đất ER: năng lượng phản xạ EA: năng lượng hấp thụ ET: năng lượng truyền qua Tỷ lệ giữa các hợp phần năng lượng phản xạ, hấp thụ, truyền qua là rất khác nhau, tuỳ thuộc vào các đặc điểm của đối tượng trên bề mặt, cụ thể là phần vật chất và tình trạng của đối tượng. Ngoài ra, tỷ lệ giữa các hợp phần đó còn phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng chiếu tới. Trong vi n thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ rất quan trọng và vi n thám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối tượng. Vì vậy, năng lượng phản xạ phổ thường được sử dụng để tính sự cân bằng năng lượng. ER(λ) = EI(λ) – [EA(λ) + ET(λ)] Công thức trên nói lên rằng năng lượng phản xạ bằng năng lượng rơi xuống một đối tượng sau khi đã bị suy giảm b i việc truyền qua hoặc hấp thụ. Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt Trái Đất là thông số quan trọng nhất trong vi n thám. Độ phản xạ phổ được đo theo công thức: Trong đó: là độ phản xạ phổ (tính bằng %).
9 Như vậy, phổ phản xạ là tỷ lệ phần trăm của năng lượng rơi xuống đối tượng và được phản xạ tr lại. Với cùng một đối tượng độ phản xạ phổ khác nhau các bước sóng khác nhau. - Phổ phản xạ c một số đối t ợng tự nhiên chính: Đồ thị phổ phản xạ được xây dựng với chức năng là một hàm số của giá trị phổ phản xạ và bước sóng, được gọi là đường cong phổ phản xạ. Đường cong phổ phản xạ cho biết một cách tương đối rõ ràng tính chất phổ của một đối tượng và hình dạng đường cong phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn các dải sóng mà đó thiết bị vi n thám có thể ghi nhận được các tín hiệu phổ. Phản xạ phổ ứng với từng loại lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể, điều này cho phép vi n thám có thể xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đo lường phản xạ phổ. Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của các đối tượng. Trong thực tế, giá trị phổ của các đối tượng hoặc một nhóm đối tượng khác nhau cũng rất khác nhau, song về cơ bản chúng dao động xung quanh giá trị trung bình. Thông tin vi n thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ của các đối tượng, nên việc nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác, ứng dụng có hiệu quả các thông tin thu được từ các phương tiện bay. Kết quả của việc giải đoán các lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ và bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên. Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cho phép các nhà khoa học chọn lọc các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng nghiên cứuvà là cơ s để nghiên cứu tính chất của đối tượng, tiến tới phân loại chúng. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự
10 nhiên phụ thuộc vào các yếu tố như điều kiện ánh sáng, môi trường khí quyển và bề mặt đối tượng cũng như bản thân các đối tượng đó (độ ẩm, lớp nền, thực vật, chất mùn,cấu trúc bề mặt, ...) - Đặc tr ng phản xạ phổ c lớp ph thực vật: Khả năng phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào chiều dài bước sóng và giai đoạn sinh trư ng, phát triển của thực vật. Các trạng thái lớp phủ thực vật khác nhau sẽ có đặc trưng phản xạ phổ khác nhau. Đặc điểm chung phản xạ phổ của các trạng thái thực vật là phản xạ mạnh vùng sóng hồng ngoại gần ( >0,72µm) và hấp thụ mạnh vùng sóng đỏ (0,68µm <
11 Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật được xác định b i các yếu tố bên trong và bên ngoài của lá cây, thời kỳ sinh trư ng và tác động của ngoại cảnh như: hàm lượng sắc tố diệp lục, thành phần và cấu tạo mô bì, biểu bì, hình thái lá, …tuổi cây, giai đoạn sinh trư ng phát triển, …, điều kiện sinh trư ng, vị trí địa lý, điều kiện chiếu sáng,…Vì vậy, khả năng phản xạ phổ của mỗi loài thực vật, mỗi trạng thái của lớp phủthực vật là khác nhau. Tuy nhiên, chúng vẫn có những điểm chung như sau: Khả năng phản xạ phổ của thực vật có sự rõ rệt vùng sóng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại. Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, phần lớn năng lượng được diệp lục trong lá cây hấp thụ phục vụ cho quá trình quang hợp, một phần nhỏ truyền qua và phần còn lại bị phản xạ lại. Vùng hồng ngoại gần, khả năng phản xạ phổ của thực vật là mạnh nhất. - Đặc tr ng phản xạ phổ c n ớc: Khả năng phản xạ phổ của nước phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ chiếu tới, bề mặt nước, trạng thái nước, thành phần vật chất có trong nước. Nước có độ dẫn truyền cao trong khoảng sóng nhìn thấy và tính truyền dẫn tăng dần khi bước sóng giảm. Kết quả là đối với nước sâu, chỉ có ánh sáng xanh lơ có thể lan truyền đến những độ sâu nhất định, các bước sóng dài bị hấp thụ ngay mực nước nông. Đối với nước trong, có thể đáng giá độ sâu bằng cường độ của bức xạ nhìn thấy, đặc biệt là ánh sáng xanh lơ phản xạ từ đáy. Tuy nhiên, đối với độ sâu lớn hơn 40m, tất cả bức xạ của khoảng nhìn thấy bị hấp thụ và được thể hiện trên ảnh hoàn toàn đen. Những vật liệu lơ lửng, phù du và màu tự nhiên làm tăng phản xạ của nước trong khoảng nhìn thấy. Trong khoảng hồng ngoại gần, nước giống như vật đen tuyệt đối và hấp thụ thực sự toàn bộ năng lượng tới. Chỉ có những vật thể tự nhiên với tính chất này mới phân biệt được chúng d dàng bằng các đặc điểm bề mặt trong khoảng này của phổ điện tử, ngay cả nếu chúng không sâu hay có chứa nhiều thể phù du.