Ứng dụng ảnh viễn thám để đánh giá thiệt hại do lũ áp dụng điển hình tại tỉnh Quảng Nam

Vì vậy việc sử dụng các thông tin viễn thám tích hợp với hệ thống thông tin địa lý GIS và hệ thống định vị toàn cầu GPS cùng với các quan trắc thu được từ bề mặt sẽ đáp ứng khách quan và

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

GIS vi

Hệ thống thông tin địa lý vi

KTTV vi

Khí tượng thủy văn vi

PCLB vi

Phòng chống lụt bão vi

TKCN vi

Tìm kiếm cứu nạn vi

UBND vi

Ủy ban nhân dân vi

TW vi

Trung ương vi

ATNĐ vi

Áp thấp nhiệt đới vi

TRMM vi

Tropical Rainfall Measuring Mission vi

SRTM vi

Shuttle Radar Topography Mission vi

NOAA vi

National Oceanic and Atmospheric Administration vi

DEM vi

Mô hình số độ cao vi

MODIS vi

Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer vi

NDVI vi

Normalized Difference Vegetation Index vi

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

Hình 1.1: Hệ thống thông tin địa lý 14 vii

Hình 1.2: Cách nhìn trong cơ sở dữ liệu địa lý 16 vii

Hình 1.3: Chồng lớp đất, độ dốc và thảm thực vật 18 vii

Hình 1.4: Phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường 19 vii

Hình 1.5 Bản đồ chỉ số thực vật (NDVI) bề mặt lục địa theo MODIS 25 vii

Hình 1.6: Phân tích không gian mạnh mẽ 29 vii

Hình 1.7: Cải thiện khả năng truy cập ảnh 30 vii

Hình 1.8: Phương thức mới để chia sẻ 31 vii

Hình 1.9: ArcGIS Mobile……… 32 vii

Hình 1.10: Sử dụng ArcGIS Desktop 10 khi đi thực địa 32 vii

Hình 1.11: Thiết bị đầu cuối GPS 34 vii

Hình 1.12: Nhiệt độ bề mặt nước biển phân tích từ ảnh NOAA 37 vii

Hình 1.13: Sai số thể tích càng lớn khi spacing càng lớn 52 vii

Hình 1.14: Nguyên tắc tính thể tích Cut and Fill 53 vii

Hình 2.1: Ảnh radar trước và sau khi lọc bằng phin lọc Lee 91 vii

Hình 2.2: Giá trị max, min, trung bình và độ lệch chuẩn 92 vii

Hình 2.3: Kết quả chiết tách vùng ngập 92 vii

Hình 3.1: Độ cao địa hình……… 93 vii

Hình 3.2: Độ dốc……… 93 vii

Hình 3.3: Đường bình độ ……… 94 vii

Hình 3.4: Hướng dòng chảy…… 94 vii

Hình 3.5: Hướng sườn địa hình 95 viii

Hình 3.6: Lưu vực-ngưỡng diện tích 1000m 96 viii

Hình 3.7: Lưu vực- ngưỡng diện tích 10000m 96 viii

Hình 3.8: Lưu vực- ngưỡng diện tích 50000m 96 viii

Hình 3.9: Ảnh lưu vực thể hiện 3 chiều 97 viii

Hình 3.10: Giá trị lượng mưa được thể hiện dạng điểm 98 viii

Hình 3.11: Chồng lớp DEM và lượng mưa trên ArcGIS 100 viii

Hình 3.12: Chồng lớp DEM và lượng mưa trên Surfer 100 viii

Hình 3.13: Bản đồ hiện trạng ngập lụt khu vực tỉnh Quảng Nam ngày 20/11/2010 101 viii

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của đề tài 1

2.Tình hình nghiên cứu 3

3.Mục tiêu nghiên cứu 7

4.Nhiệm vụ nghiên cứu: 7

5.Phương pháp nghiên cứu 8

6.Dự kiến kết quả nghiên cứu 8

7.Tài liệu tham khảo: 9

8.Kết cấu của ĐA/KLTN 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 13

1.1 Hệ thống thông tin địa lý 13

1.1.1 Ứng dụng 14

1.1.2 Các cách nhìn 15

1.1.3 Cơ sở dữ liệu địa lý 16

1.2 Viễn thám 19

1.2.1 Giới thiệu khái quát về viễn thám 19

1.2.1.1 Hệ thống thông tin ảnh 20

1.2.1.2 Hệ thống thông tin không ảnh gồm: 20

1.2.2 Xử lý thông tin viễn thám 21

1.2.3 Giới thiêu một số vệ tinh 22

1.2.3.1 Các đặc trưng kỹ thuật của vệ tinh Landsat 22

1.2.4 Các tham số chính của viễn thám về các quá trình xảy ra trên bề mặt trái đất 23

1.2.4.1 Các đặc trưng quang phổ thực vật 23

2.1.4.2 Bức xạ bề mặt và phản xạ (Albedo) 26

2.1.4.3 Bốc thoát hơi 26

2.1.4.4 Nhiệt độ bề mặt đất 26

2.1.4.5 Độ ẩm đất 26

2.1.4.6 Xác định lượng mưa 27

1.3.1 Điểm mới của ArcGIS 10.0 28

1.3.2 GPS – Hệ thống định vị toàn cầu qua vệ tinh 34

1.3.3 Triển vọng của viễn thám ở Việt Nam 37

1.4 Một số nghiên cứu liên quan: 40

1.4.1 Một số nghiên cứu trên Thế giới 40

1.4.2 Một số nghiên cứu ở Việt Nam: 43

1.5 Dữ liệu và các phần mềm sử dụng 48

1.5.1 Các khái niệm cơ bản 48

1.5.1.1 Bề mặt (Surface) 48

1.5.1.2 Mô hình hóa bề mặt (Terrain Model) 48

1.5.1.3 Mô hình DEM 48

1.5.1.4 TRMM tính toán lượng mưa 48

1.5.2 Các phép tính trong công cụ CALCULUS cua Sufer 49

1.5.2.1 Phép tính độ dốc (Terrain Slope) 49

1.5.2.2 Phép tính hướng sườn (Terrain Aspect) 49

1.5.2.3 Phép tính độ cong bề mặt theo phương ngang (Plan Curvature) 50

1.5.2.4 Phép tính độ cong bề mặt theo phương thẳng đứng (Profile Curvature) 50

1.5.2.5 Phép tính độ cong bề mặt tiếp tuyến (Tangential Curvature) 51

1.5.2.6 Toán tử Laplacian (Tangential Curvature) 51

1.5.3 Phép tính thể tích của Surfer 51

1.5.4 Cơ sở khoa học thành lập bản đồ ngập lụt 55

1.5.4.1 Khái niệm về bản đồ ngập lụt 55

1.5.4.2 Yêu cầu khi thành lập bản đồ ngập lụt 55

1.5.4.3 Nguyên tắc thành lập bản đồ ngập lụt 56

1.5.4.4 Nội dung và các phương pháp thể hiện nội dung bản đồ ngập lụt 57

1.5.4.4.1 Nội dung bản đồ ngập lụt 57

1.5.4.4.2 Phương pháp thể hiện 58

1.5.4.5 Các phương pháp thành lập bản đồ ngập lụt 58

1.5.4.5.1 Phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa 58

1.5.4.5.2 Phương pháp nghiên cứu cơ chế và biến trình lũ thông qua các mô hình dự báo lũ dưới góc nhìn của thuỷ văn học 58

1.5.4.5.3 Phương pháp dựa vào nghiên cứu tai biến lũ lụt trên quan điểm địa mạo 59

1.5.4.5.4 Phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS 59

1.5.5 Nhu cầu thành lập bản đồ ngập lụt 61

1.5.6 Phương pháp ước tính thiệt hại 63

1.5.7 Các quan điểm và phương pháp nghiên cứu 63

1.5.7.1 Những quan điểm khoa học vận dụng trong nghiên cứu thành lập bản đồ ngập lụt

63

1.5.7.2 Các phương pháp khoa học sử dụng trong nghiên cứu thành lập bản đồ ngập lụt .64

1.5.8 Các phần mềm sử dụng 65

1.5.8.1 ArcGIS 10 65

1.5.8.2 Idrisi 66

1.5.9 Các dữ liệu sử dụng 68

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 72

2.1 Điều kiện tự nhiên tỉnh Quảng Nam 72

2.1.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên của Tỉnh Quảng Nam 72

2.1.2 Dân số Quảng Nam 74

2.1.3 Tài nguyên thiên nhiên 74

2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Nam 78

2.2.1 Nông, lâm, ngư nghiệp 78

2.2.2 Ngành Thương mại và Du lịch 80

2.2.3 Ngành Sản xuất công nghiệp 82

2.2.4 Lực lượng lao động 84

2.3.1 Các bước thực hiện với ảnh SRTM 87

2.3.1.1 Tăng cường chất lượng ảnh, nắn chỉnh và ghép ảnh SRTM bằng phần mềm IDRISI 87

2.3.1.2 Cắt vùng cần nghiên cứu và xuất ra dạng file GEOTIFF 88

2.3.1.3 Tiến hành phân tích bề mặt với phần mềm IDRISI 88

2.3.1.4 Chuyển ảnh GEOTIFF vùng nghiên cứu sang phần mềm Global Mapper 89

2.4.1.5 Phân tích tầm nhìn (Viewshed) với Global Mapper 89

2.3.1.6 Vẽ lát cắt địa hình với Global Mapper 89

2.3.1.7 Lập mô hình 3D với Global Mapper 89

2.3.1.8 Chuyển từ ảnh GEOTIFF sang dạng file lưới Surfer (*.grd) 89

2.3.2 Tính toán lượng mưa 90

2.3.3 Thiết kế và xây dựng cơ sở toán học bản đồ ngập lụt ở Quảng Nam 91

Xây dựng nền cơ sở địa lý 92

2.3.3.1 Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh SPOT 5 và ảnh ALOS PALSAR 92

2.3.3.2 Chiết tách và chồng ghép thông tin 93

2.3.3.2.1 Chiết tách thông tin lớp phủ mặt đất từ ảnh quang học 93

2.3.3.2.2 Xử lý ảnh radar chiết tách thông tin vùng ngập lụt 93

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 96

3.1 Các kết quả phân tích địa hình của Quảng Nam 96

3.2 Các kết quả phân tích lượng mưa của tỉnh Quảng Nam: 101

3.3 Chồng lớp dữ liệu DEM và lượng mưa 103

3.4.1 Về dân sinh 104

3.3.1.1 Thiệt hại về người 104

3.3.1.2 Về nhà cửa 104

3.3.3 Về giao thông: 105

3.3.4 Về thủy lợi 106

3.5 Xây dựng kịch bản phòng ngừa 111

3.5.1 Tình hình thiên tai năm 2010 111

3.5.2 Công tác chuẩn bị trước mùa mưa bão năm 2010 112

3.5.3 Công tác chỉ đạo ứng phó với thiên tai 114

3.5.4 Công tác chỉ đạo khắc phục hậu quả do thiên tai gây ra 115

3.5.4.1 Về dân sinh 115

3.5.4.2 Về nông nghiệp 115

3.5.4.3 Về giao thông 116

3.5.4.4 Về thủy lợi 116

3.5.5 Một số bài học kinh nghiệm về công tác phòng, chống và giảm nhẹ thiên tai trên địa bàn tỉnh 116

3.5.5.1 Nâng cao nhận thức cộng đồng về công tác PCLB tại các địa phương 117

3.5.5.2 Sự tham gia của hệ thống chính trị và toàn xã hội: 117

3.5.5.3 Thực hiện tốt phương châm 5 tại chỗ: 117

3.5.6 Một số vấn đề tồn tại 118

3.5.7 Phương hướng, nhiệm vụ công tác PCLB năm 2011 119

3.5.7.1 Dự báo tình hình thiên tai năm 2011 119

3.5.7.2 Một số nhiệm vụ trọng tâm về công tác PCLB năm 2011: 119

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration

MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hệ thống thông tin địa lý 14

Hình 1.2: Cách nhìn trong cơ sở dữ liệu địa lý 16

Hình 1.3: Chồng lớp đất, độ dốc và thảm thực vật 18

Hình 1.4: Phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường 19 Hình 1.5 Bản đồ chỉ số thực vật (NDVI) bề mặt lục địa theo MODIS 25

Hình 1.6: Phân tích không gian mạnh mẽ 29

Hình 1.7: Cải thiện khả năng truy cập ảnh 30

Hình 1.8: Phương thức mới để chia sẻ 31

Hình 1.9: ArcGIS Mobile……… 32

Hình 1.10: Sử dụng ArcGIS Desktop 10 khi đi thực địa 32

Hình 1.11: Thiết bị đầu cuối GPS

34 Hình 1.12: Nhiệt độ bề mặt nước biển phân tích từ ảnh NOAA 37

Hình 1.13: Sai số thể tích càng lớn khi spacing càng lớn 52

Hình 1.14: Nguyên tắc tính thể tích Cut and Fill 53

Hình 2.1: Ảnh radar trước và sau khi lọc bằng phin lọc Lee 91

Hình 2.2: Giá trị max, min, trung bình và độ lệch chuẩn 92

Hình 2.3: Kết quả chiết tách vùng ngập 92

Hình 3.1: Độ cao địa hình……… .93

Hình 3.2: Độ dốc……… 93

Hình 3.3: Đường bình độ ……… .94

Hình 3.4: Hướng dòng chảy…… .94

Hình 3.5: Hướng sườn địa hình 95

Hình 3.6: Lưu vực-ngưỡng diện tích 1000m 96

Hình 3.7: Lưu vực- ngưỡng diện tích 10000m 96

Hình 3.8: Lưu vực- ngưỡng diện tích 50000m 96

Hình 3.9: Ảnh lưu vực thể hiện 3 chiều 97

Hình 3.10: Giá trị lượng mưa được thể hiện dạng điểm 98

Hình 3.11: Chồng lớp DEM và lượng mưa trên ArcGIS 100

Hình 3.12: Chồng lớp DEM và lượng mưa trên Surfer 100

Hình 3.13: Bản đồ hiện trạng ngập lụt khu vực tỉnh Quảng Nam ngày 20/11/2010 101

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Mối tương quan giữa nhiệt độ mây và lượng mưa ……… 27Bảng 3.1: Lượng mưa trung bình hàng tháng trong năm 2010 ………98Bảng 3.2 Thống kê thiệt hại do lũ gây ra trên địa bàn tỉnh Quảng Nam năm 2010 102

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngập lụt là một hiện tượng tai biến thiên nhiên, kết quả của quá trình tập trung nước với khối lượng lớn và tràn vào các vùng địa hình thấp, gây ngập lụt trên diện rộng, không chỉ gây tổn hại nặng nề về người và của ở thời điểm đó mà còn tác động tiêu cực rất lâu dài đến môi trường sinh thái, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và các hoạt động kinh tế xã hội con người

Trong khoảng chục năm trở lại đây, những trận lũ lụt xảy ra ngày càng tăng với cường độ mạnh như ở Trung Quốc (1998), Tây Âu (1998, 2000), CH Séc (2002), Bangladesh (2001), vùng Viễn Đông thuộc nước Nga (2002), Italia (2006), Philippin (2007)

Việc nghiên cứu các giải pháp phòng lũ lụt được nhiều Quốc gia quan tâm và hướng tiếp cận là sự kết hợp giữa giải pháp công trình và phi công trình Giải pháp công trình thường được sử dụng là xây dựng các hồ chứa, đê điều, cải tạo lòng sông…Các giải pháp phi công trình là trồng rừng, bảo vệ rừng; xây dựng và vận hành các phương án phòng tránh lũ và di dân lúc cần thiết khi có thông tin dự báo và cảnh báo chính xác Việc dự báo và cảnh báo ngập lụt sẽ là một biện pháp rất cần thiết có thể giảm thiểu tối đa thiệt hại về người và tài sản

Nước ta là một nước có nhiều đồi núi, địa hình phức tạp (độ cao, độ dốc, hướng, khe suối thung lũng…), điều kiện khí tượng, khí hậu, thuỷ văn diễn biến khó lường Cùng với sự ấm lên của khí hậu toàn cầu các hiện tượng thời tiết bất thường như hạn hán, lũ lụt ngày càng gia tăng, mức độ gây tổn hại ngày càng lớn, nhiệt độ tăng cao kết hợp với hạn hán dẫn tới nguy cơ cháy rừng, sự phát sinh phát triển của sâu bệnh đối với mùa màng ngày càng trầm trọng

Quảng Nam là một tỉnh ven biển thuộc vùng phát triển kinh tế trọng điểm miền Trung Phía Bắc giáp thành phố Đà Nẵng; phía Đông giáp biển Đông với trên 125 km

bờ biển; phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi; phía Tây giáp tỉnh Kon Tum và nước Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào.

Địa hình tỉnh Quảng Nam tương đối phức tạp, thấp dần từ Tây sang Đông, hình thành 3 vùng sinh thái: vùng núi cao, vùng trung du, vùng đồng bằng và ven biển; mặt khác bị chia cắt theo các lưu vực sông Vu Gia, Thu Bồn, Tam Kỳ, đã tạo nên các tiểu vùng có những nét đặc thù như:

► Vùng đồng bằng nhỏ, hẹp thuộc hạ lưu các sông Vu Gia, Thu Bồn, Tam

Kỳ, được phù sa bồi đắp hàng năm, nhân dân có truyền thống thâm canh lúa nước và cây công nghiệp ngắn ngày, cây thực phẩm

► Vùng ven biển đa phần là đất cát, sản xuất chủ yếu là hoa màu, trồng rừng

chống cát bay, nuôi trồng và đánh bắt hải sản, Trong quá trình công nghiệp hoá thì vùng này có lợi thế về mặt bằng xây dựng thuận lợi, gần các sân bay, bến cảng, các hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt và lưới điện quốc gia

Hiện tại, công tác quản lý lũ lụt, đưa ra các chương trình phòng ngừa, ứng phó khi có lũ xảy ra của các nhà quản lý vẫn còn nhiều bất cập do thiếu thông tin, thiếu sự liên kết giữa các ngành và đặc biệt là thiếu các công cụ hỗ trợ

Ngày nay, với kỹ thuật GPS và GIS, Viễn thám càng ngày càng có rất nhiều ứng dung thực tế cụ thể trong nhiều lĩnh vực Trong đó, không thể không kể đến các ứng dụng của Viễn thám trong nghiên cứu các lĩnh vực thuộc Khoa học Trái Đất, đặc biệt

là Môi trường Trong lĩnh vực quản lý môi trường, công nghệ viễn thám được coi như một công cụ quan trắc hữu ích nhằm theo dõi những biến động của môi trường theo thời gian, phát hiện kịp thời những ảnh hưởng bất lợi của các hiện tượng thiên nhiên và tác động của con người lên môi trường: lũ lụt, phát hiện cháy rừng, nghiên cứu động đất và thành lập bản đồ chuyên đề (đặc biệt là các bản đồ biến động môi trường) Trong thành lập bản đồ, viễn thám cung cấp thông tin bao quát trên diện rộng, chi phí lại thấp, giảm bớt được một khối lượng lớn công việc mà trước đây khi xây dựng bản

đồ lũ phải đo đạc, quan trắc và khảo sát thực địa nhưng kết quả lại không cao

Vì vậy việc sử dụng các thông tin viễn thám tích hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cùng với các quan trắc thu được từ bề mặt sẽ đáp ứng khách quan và đa dạng các thông tin cần thiết phục vụ công tác lập bản đồ chuyên đề nghiên cứu giám sát và dự báo khí tượng thuỷ văn, khí tượng nông nghiệp

và môi trường mà đặc biệt là phục vụ cho công tác giám sát và cảnh báo tác hại của thiên tai để có các biện pháp phòng tránh và ứng cứu kịp thời

Từ những lý do trên mà đề tài: “Bước đầu ứng dụng ảnh viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng ngập lụt- áp dụng điển hình tại tỉnh Quảng Nam” được

hình thành nhằm góp một phần vào việc kiểm soát lũ, giảm bớt được thiệt hại do lũ gây

ra đồng thời cung cấp một công cụ hỗ trợ các nhà quản lý trong quá trình ra quyết định, lên kế hoạch phòng ngừa ứng phó và từ đó nâng cao tầm của công tác quản lý môi truờng, thiên tai nhằm hướng đến phát triển bền vững

2 Tình hình nghiên cứu

Nghiên cứu trong và ngoài nước

1 Nghiên cứu trong nước

Ở nước ta đã có nhiều dự án, đề tài nghiên cứu khoa học về lũ lụt và cách phòng tránh trên các lưu vực ở các sông lớn như đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long và các hệ thống sông ở Trung Bộ Việt Nam Có thể kể ra một số đề tài dự án đã được thực hiện như sau:

Đề tài 1: “Điều tra nghiên cứu và cảnh báo ngập lụt phục vụ phòng tránh thiên tai

ở các lưu vực sông miền Trung” do Viện Khí tượng Thủy văn thực hiện năm 2002

1999-Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho 4 lưu vực sông chính: Hương (Thừa Huế), Thu Bồn (Quảng Nam), Vệ (Quảng Ngãi) và Kôn-Thanh (Bình Định)

Thiên-Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ 1999 và các bản đồ ngập úng với các chu

kỳ tái hiện khác nhau

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực và điều tra bổ sung sau đó sử dụng mô hình DEM để xây dựng bản đồ ngập.

Nhược điểm: Số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh chi tiết các khu vực ngập Chưa được kiểm tra thực địa

Đề tài 2: “Nghiên cứu cơ sở khoa học cho các giải pháp tổng thể dự báo phòng

tránh ngập lụt ở các tỉnh miền Trung” do Viện Địa lý, Trung tâm Khoa học Tự nhiên

và Công nghệ Quốc gia thực hiện năm 2000-2001

Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông chính: Hương (Thừa Huế), Thu Bồn (Quảng Nam), Vệ (Quảng Ngãi) và Kôn-Thanh (Bình Định), sông Cái (Khánh Hòa)

Thiên-Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 và một số bản đồ ngập úng với các chu kỳ tái hiện

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực và điều tra bổ sung

Nhược điểm: Số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh chi tiết các khu vực ngập

Đề tài 3: “Nghiên cứu xây dựng tập bản đồ ngập lụt tỉnh Thừa Thiên-Huế” do

Viện Địa lý, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia thực hiện năm 1999-2001

Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông Hương (Thừa Thiên-Huế).Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 tỷ lệ 1:50.000 và bản đồ cảnh báo ngập cho khu vực sông Hương

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực và điều tra bổ sung

Nhược điểm: Sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ, số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh chi tiết các khu vực ngập

Đề tài 4: “Xây dựng bản đồ phân vùng ngập lụt và phương án cảnh báo nguy cơ

ngập lụt hạ lưu sông Hương, sông Bồ tỉnh Thừa Thiên-Huế” do Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ thực hiện năm 1999-2001

Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 tỷ lệ 1:20.000, 1:10.000 và bản

đồ nguy cơ ngập lụt với các tần suất cho lưu vực sông Hương

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực địa và điều tra bổ sung

Nhược điểm: Sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ, số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh chi tiết các khu vực ngập

Dự án: “Lập bản đồ ngập lụt cho 7 tỉnh miền Trung” do Trung tâm Tư vấn và hỗ

trợ công nghệ KTTV (UNDP tài trợ) thực hiện từ 2001 đến nay

Nội dung: Đã lập được bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông Hương (Thừa Huế), Thu Bồn-Vu Gia (TP Đà Nẵng, Quảng Nam)

Thiên-Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 tỷ lệ 1:25.000, 1:10.000 và bản

đồ nguy cơ ngập lụt ứng với các chu kỳ tái hiện

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực và điều tra bổ sung có kết hợp với mô hình số độ cao để lập bản đồ ngập

Dự án: “Xây dựng CSDL hệ thống thông tin địa hình thủy văn cơ bản phục vụ

phòng chống lũ lụt và phát triển kinh tế-xã hội vùng Đồng bằng sông Cửu Long” do Trung tâm Viễn thám – Bộ Tài nguyên và Môi trường làm chủ đầu tư

Đây là một trong những dự án lớn áp dụng nhiều công nghệ hiện đại trong lĩnh vực

đo đạc bản đồ, quản lý dữ liệu, hệ thống thông tin địa lý và hệ thống thông tin thủy văn

Các sản phẩm của dự án góp phần quan trọng trong công cuộc phòng chống lũ lụt

và phát triển kinh tế xã hội vùng đông bằng sông Cửu Long theo chủ trương “Sống chung với lũ” mà Đảng và Nhà nước đã đưa ra

Nhìn chung cách thức tiếp cận và thực hiện các đề tài trong nước chủ yếu dựa trên

cơ sở các phương pháp truyền thống là sử dụng số liệu thực đo và điều tra thực địa bổ sung rồi kết hợp với mô hình số độ cao để chiết tách vết lũ Các kết quả thu được hầu hết chỉ là bản đồ ngập lụt, bản đồ hiện trạng lũ ở các chu kỳ khác nhau, chưa có những

số liệu chi tiết về vùng ngập và đánh giá nhanh những ảnh hưởng và thiệt hại mà lũ lụt gây ra.

2 Nghiên cứu ngoài nước

Bangladesh đã xây dựng thành công hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt trên cơ sở ứng dụng mô hình thủy văn và thủy lực MIKE-11 (của Đan Mạch) dưới sự trợ giúp của UNDP/WMO kết hợp với sử dụng tư liệu viễn thám GMS, NOAA-12 và NOAA-14

Hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt này được áp dụng cho vùng lãnh thổ rộng 82.000 km2, trên đoạn dài 7.270km sông, 195 nhánh, sử dụng 30 trạm giám sát

Trung Quốc đã xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt trên cơ sở sử dụng tư liệu viễn thám FY-II, OLR, GPCP, ERS-II, SSM/I

Ấn Độ bắt đầu xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt từ năm 1959 cho khu vực sông Hằng Hiện nay, ở Ấn Độ có 145 trung tâm dự báo, 500 trạm khí tượng, 350 trạm thủy văn phục vụ cho vùng lưu vực rộng 240.000km2, sử dụng khả năng thông tin của các tư liệu ảnh vệ tinh IRS, TM Landsat-5, ERS, RADARSAT

Một số nước thuộc Châu Phi sử dụng mô hình thủy văn FEWS NET kết hợp với hệ thống thông tin địa lý GIS để xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt cho 5.600 vùng hạ lưu với sự trợ giúp xây dựng của tổ chức USGS/EROS

Cơ quan hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) thực hiện chương trình Sentinel Asia, đây là chương trình chia sẻ thông tin về thiên tai giữa các nước trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương Các thông tin được chia sẻ thông qua mạng Web-GIS, tạo

ra một cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh trong việc giám sát thiên tai Chương trình Sentinel Asia là sự khởi đầu cho việc thành lập một điểm phân phối thông tin quan trọng dựa trên nền tảng Internet, thông tin được phân phối ở đây là dữ liệu ảnh vệ tinh không gian

về thảm họa thiên nhiên trong khu vực Châu Á-Thái Bình Dương

Thái Lan là một nước nằm trong khu vực Đông Nam Châu Á, có nhiều điểm tương đồng về điều kiện tự nhiên với Việt Nam Thái Lan đặc biệt quan tâm đến việc xây dựng hệ thống giám sát thiên tai nói chung và lũ lụt nói riêng Thái Lan cũng là nước

có tiềm lực về công nghệ và có các công cụ hữu hiệu áp dụng trong việc phòng chống thiên tai về lũ lụt, Thái Lan đã đưa ra đánh giá rằng: đây là hiện tượng thiên tai có tần suất cao, mức độ gây thiệt hại trung bình, mức độ quản lý và ứng phó cũng mới chỉ đạt mức trung bình và tính rủi ro là rất cao Trong bảng ưu tiên quan tâm các hiện tượng thiên tai thường xảy ra ở Thái Lan thì lũ lụt là hiện tượng chiếm ưu tiên số 1.

Một trong những hướng được Thái Lan quan tâm là ứng dụng công nghệ viễn thám

và GIS trong việc quản lý thiên tai

3 Mục tiêu nghiên cứu

Thành lập mô hình số độ cao DEM bằng ứng dụng SRTM, thu thập cơ sở dữ liệu

vũ lượng mưa từ ảnh viễn thám TRMM sau đó tích hợp vào phần mềm Arc View để tạo bản đồ hiện trạng ngập lụt tại Quảng Nam

4 Nhiệm vụ nghiên cứu:

• Tổng quan các nghiên cứu, ứng dụng ảnh viễn thám trong công tác quản lý môi trường và tài nguyên, quản lý thiên tai trên thế giới cũng như ở nước ta trong những năm gần đây

• Thu thập các dữ liệu cần thiết cho luận văn như: bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu, các thống kê về lưu luợng mưa hằng năm, luợng mưa trung bình hàng tháng tại khu vực nghiên cứu, các ảnh viễn thám về luợng mưa và về địa hình khu vực nghiên cứu

• Chỉnh sửa các hình ảnh viễn thám để loại bỏ các điểm gây nhiễu Xây dựng mô hình số độ cao DEM, thu thập dữ liệu vũ lượng mưa từ ảnh viễn thám TRMM Sử dụng công cụ Arc View tích hợp, chồng lớp các bản đồ với nhau Xây dựng cơ sở

dữ liệu về cho bản đồ dựa vào các thông tin đã thu thập đuợc

• Tích hợp các tiêu chí để đánh giá thiệt hại do lũ lụt với đất vào bản đồ, sự dụng các chức năng của Arc View để phân tích, đánh giá các thông tin về vùng đất bị ngập lụt

• Chồng các lớp bản đồ với nhau để tạo ra được bản đồ hiện trạng ngập lụt tại tỉnh Quảng Nam.

5 Phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp nghiên cứu các cơ sở lý thuyết: Phân tích các tài liệu liên quan

tới đề tài

2 Phương pháp kế thừa: kế thừa các nghiên cứu lý thuyết, các số liệu quan trắc

về lượng mưa tại Bình Định, kế thừa các phuơng pháp xử lý trên ảnh viễn thám

3 Phương pháp phân tích thống kê: được sử dụng để phân tích, xử lý các số liệu

thu thập được

4 Phương pháp điều tra khảo sát thực tế: xây dựng các biểu mẫu và tiến hành

điều tra khảo sát thực tế

5 Phương pháp thu thập thông tin, số liệu: thu thập thông tin, số liệu về luợng

mưa, thiệt hại do lũ lụt…để làm CSDL cho đề tài

6 Phương pháp chuyên gia: nhằm thu thập các ý kiến của chuyên gia am hiểu về

lĩnh vực đang xem xét

7 Phương pháp so sánh: được sử dụng trong đánh giá các kết quả nghiên cứu:

đánh giá mức độ thiệt hại ở các lưu luợng mưa khác nhau, đánh giá hiệu quả của các biện pháp ứng phó, độ tin cậy của mô hình thiết lập…

8 Phương pháp nghiên cứu bản đồ: tích hợp các bản đồ với nhau trên nền Arc

View, thao tác trên bản đồ để phân tích, đánh giá kết quả

9 Phương pháp phân tích, tổng hợp: Phân tích là chia các tổng thể hay các vấn

đề phức tạp ra thành những phần đơn giản để giải quyết Phương pháp tổng hợp là liên kết, thống nhất các bộ phận các yếu tố đã được phân tích, khái quát hóa lại các vấn đề

6 Dự kiến kết quả nghiên cứu

- Việc thực hiện đề tài sẽ giúp nâng cao năng lực quản lý bằng những tư duy mới mang tính đột phá Tạo ra một sự thay đổi về chất trong công tác quản lý môi trường

- Hỗ trợ các cơ quan, tổ chức làm công tác quản lý thiên tai, hỗ trợ quá trình

ra quyết định, lên các kế hoạch phòng ngừa, ứng phó với các cơn mưa lũ lớn, lên kế hoạch di dời dân những vùng ngập khi có lũ xảy ra

- Lập đuợc bản đồ quản lý lũ lụt, đánh giá thiệt hại do lũ gây ra, dự báo các ảnh huởng đối với đất đai, dân cư khu vực nghiên cứu.

Tính mới của đề tài

phẩm có tính ứng dụng cao trong thực tiễn

7 Tài liệu tham khảo:

• Bùi Tá Long, 2008, Mô hình hóa môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

Tp Hồ Chí Minh, 441 trang

• Bùi Tá Long, 2006, Hệ thống thông tin môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc

gia Tp Hồ Chí Minh, 334 trang

• Trần Trọng Đức, Kỹ thuật viễn thám, Bài giảng môn trắc địa bản đồ, Đại học

Bách Khoa Tp HCM

• Engineer Manual, 2003, Remote Sensing, USA Army Corps of Engineers

8 Kết cấu của ĐA/KLTN

Sơ đồ phương pháp luận của đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Hệ thống thông tin địa lý

1.2 Viễn thám

1.3 Tích hợp GIS, GPS, viễn thám và triển vọng tại Việt Nam

1.4 Một số nghiên cứu liên quan

1.5 Dữ liệu và các phần mềm sử dụng

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

2.1 Điều kiện tự nhiên tỉnh Quảng Nam

2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Nam

2.3 Phương pháp thực hiện

2.3.1 Các bước thực hiện với ảnh SRTM

2.3.2 Tính toán lượng mưa

2.3.3 Thiết kế và xây dựng cơ sở toán học bản đồ ngập lut ở Quảng Nam

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Các kết quả phân tích địa hình của Quảng Nam

3.2 Các kết quả phân tích lượng mưa của tỉnh Quảng Nam

3.3 Chồng lớp dữ liệu DEM và lượng mưa

3.4 Đánh giá ảnh hưởng thiệt hại do lũ gây ra

3.5 Xây dựng kịch bản phòng ngừa

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

9 Kế hoạch thực hiện đồ án/ khóa luận tốt nghiệp trong tuần:

Ý kiến giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên) TP HCM, ngày 12 tháng 7 năm 2011.Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm lại đây GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào

Có nhiều cách tiệm cận khác nhau khi định nghĩa GIS Nếu xét dưới góc độ hệ thống, thì GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm các thành phần: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình-kiến thức chuyên gia?, nơi tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công nghệ thông tin

Khi xây dựng một hệ thống GIS ta phải quyết định xem GIS sẽ được xây dựng theo

mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện nào Chỉ trên cơ sở đó người ta mới quyết định xem GIS định xây dựng sẽ phải đảm đương các chức năng trợ giúp quyết định gì và cũng mới có thể có các quyết định về nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống cũng như cơ cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển hệ thống GIS Với một xã hội có sự tham gia của người dân và quá trình quản

lý thì sự đóng góp tri thức từ phía cộng đồng đang ngày càng trở nên quan trọng và càng ngày càng có vai trò không thể thiếu

Hình 1.1: Hệ thống thông tin địa lý

sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược)

Việc áp dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực dữ liệu không gian đã tiến những bước dài: từ hỗ trợ lập bản đồ (CAD mapping) sang hệ thống thông tin địa lý (GIS) Cho đến nay cùng với việc tích hợp các khái niệm của công nghệ thông tin như hướng đối tượng, GIS đang có bước chuyển từ cách tiếp cận cơ sở dữ liệu (database aproach) sang hướng tri thức (knowledge aproach)

Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị tri thức địa lý, tri thức này được thể hiện qua các tập thông tin:

* * * * * Các bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trình bày kết

quả và sử dụng như là một nền thao tác với thế giới thực Các tập thông tin địa lý: thông tin địa lý dạng file và dạng cơ sở dữ liệu gồm các yếu tố, mạng lưới, topology, địa hình, thuộc tính Các mô hình xử lý: tập hợp các quy trình xử lý để phân tích tự động Các mô hình dữ liệu: GIS cung cấp công cụ mạnh hơn là một cơ sở dữ liệu thông thường bao

gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như các hệ thông tin khác Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lý đóng vai trò quan trọng Metadata: hay tài liệu miêu tả dữ liệu, cho phép người sử dụng tổ chức, tìm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý

1.1.2 Các cách nhìn

Khi làm việc với hệ thống GIS có thể tiếp cận dưới các cách nhìn nhận như sau:

Cơ sở dữ liệu địa lý (Geodatabase - theo cách gọi của ESRI): GIS là một cơ sở dữ liệu không gian chuyển tải thông tin địa lý theo quan điểm gốc của mô hình dữ liệu GIS (yếu tố, topology, mạng lưới, raster, ) Hình tượng hoá (Geovisualization): GIS là tập các bản đồ thông minh thể hiện các yếu tố và quan hệ giữa các yếu tố trên mặt đất Dựa trên thông tin địa lý có thể tạo nhiều loại bản đồ và sử dụng chúng như là một cửa sổ vào trong cơ sở dữ liệu để hỗ trợ tra cứu, phân tích và biên tập thông tin Xử lý (Geoprocessing): GIS là các công cụ xử lý thông tin cho phép tạo ra các thông tin mới

từ thông tin đã có Các chức năng xử lý thông tin địa lý lấy thông tin từ các tập dữ liệu

đã có, áp dụng các chức năng phân tích và ghi kết quả vào một tập mới

Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ (bản đồ) để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý.

Hình 1.2: Cách nhìn trong cơ sở dữ liệu địa lý

Do các ứng dụng GIS trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng và phức tạp xét cả về khía cạnh tự nhiên, xã hội lẫn khía cạnh quản lý, những năm gần đây GIS thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy mô và đa tỷ lệ Tuỳ thuộc vào nhu cầu của các người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn, là ở các tỷ lệ khác nhau, nói cách khác là tuỳ thuộc vào các định hướng do cơ sở tri thức đưa ra.

1.1.3 Cơ sở dữ liệu địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) sử dụng cơ sở dữ liệu địa lý (geodatabase) làm dữ liệu của mình

Các thành phần của cơ sở dữ liệu không gian bao gồm:

* * * * * * * Tập hợp các dữ liệu dạng vector (tập các điểm, đường và vùng) Tập hợp các dữ liệu dạng raster (dạng mô hình DEM hoặc ảnh) Tập hợp các dữ liệu dạng mạng lưới (ví dụ như đường giao thông, lưới cấp thoát nước, lưới điện ) Tập hợp các

dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác Dữ liệu đo đạc Dữ liệu dạng địa chỉ Các bảng

dữ liệu là thành phần quan trọng của cơ sở dữ liệu không gian, được liên kết với các thành phần đồ họa với nhiều kiểu liên kết khác nhau

Về khía cạnh công nghệ, hình thể, vị trí không gian của các đối tượng cần quản lý, được miêu tả bằng các dữ liệu đồ hoạ Trong khi đó, tính chất các đối tượng này được miêu tả bằng các dữ liệu thuộc tính

Mô hình cơ sở dữ liệu không gian không những quy định mô hình dữ liệu với các đối tượng đồ hoạ, đối tượng thuộc tính mà còn quy định liên kết giữa chúng thông qua

mô hình quan hệ và định nghĩa hướng đối tượng bao gồm các tính chất như thừa kế (inherit), đóng gói (encapsulation) và đa hình (polymorphism)

Ngoài ra, cơ sở dữ liệu không gian hiện đại còn bao gồm các ràng buộc các đối tượng đồ hoạ ngay trong cơ sở dữ liệu, được gọi là topology Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải

là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ Trước công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những kỹ năng cần thiết để sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định GIS cung

cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân tích Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ quan trọng đặc biệt là phân tích liền kề và phân tích chồng xếp Nhóm này tạo nên ứng dụng quan trọng đối với nhiều ứng dụng mang tính phân tích Quá trình chồng xếp sử dụng một số bản đồ để sinh ra thông tin mới và các đối tượng mới Trong nhiều trường hợp topology mới sẽ được tạo lại Phân tích chồng xếp khá tốn thời gian và thuộc vào nhóm các ứng dụng có tính chất sâu, khi hệ thống được khai thác sử dụng ở mức độ cao hơn là được sử dụng cho từng vùng cụ thể hoặc cả nước với tỷ lệ bản đồ phù hợp Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp

dữ liệu phải được liên kết vật lý Sự chồng xếp này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế

lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý tài nguyên môi trường Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ

sử dụng GIS Các lớp dữ liệu GIS có thể như hình sau:

GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc

Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số Việc chia sẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS Các nguồn dữ liệu tăng thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám, đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn GIS đã được công nhận là một hệ thống với nhiều lợi ích không chỉ trong các công tác thu thập đo đạc địa lý mà còn trong các công tác điều tra tài nguyên thiên nhiên, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường

Hình 1.4: Phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường

Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị Tuy nhiên các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản đồ bằng công nghệ GIS Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tư mới có thể đưa vào ứng dụng chính thức

1.2 Viễn thám.

1.2.1 Giới thiệu khái quát về viễn thám

Viễn thám là một khoa học và là một nghệ thuật nghiên cứu các thông tin thu nhận

được thông qua sự phân tích các dữ liệu nhận được bằng các công cụ kỹ thuật mà không

Thông tin viễn thám thu nhận được nhờ các công cụ thiết bị khác nhau từ một khoảng cách nhất định đối với đối tượng nghiên cứu thông qua năng lượng điện từ phản

xạ từ bề mặt trái đất

Tuỳ thuộc vào các trang thiết bị thu nhận thông tin từ mặt đất mà người ta chia ra làm 2 loại:

- Hệ thống thông tin ảnh ( photographic information);

- Hệ thống thông tin không ảnh ( nonphotographic information)

1.2.1.1 Hệ thống thông tin ảnh

Là phổ biến nhất trong kỹ thuật viễn thám nó được phân ra làm 3 loại sau:

1 Hệ thống khung (Framing system), thu nhận liên tục hình ảnh của một vùng hay

một khung liền địa hình, cho phép chụp được ảnh trên nhiều giải phổ khác nhau, tư liệu thu được ở dạng số, độ ổn định hình học tốt, nhưng khó chụp ở vùng rộng lớn

2 Hệ thống quét (Scanning system), các hệ thống quét thực hiện quét các trường

nhìn của các biến đổi (detector) theo địa hình tạo nên một giải các tia song song Có 4 kiểu quét là quét dọc, quét ngang, vòng cung, và quét bên sườn

3 Hệ thống đa phổ: các hệ thống khung và quét nêu trên chỉ ghi đơn điệu hình ảnh

của một băng phổ Đối với viễn thám còn phải thu ở nhiều băng phổ khác nhau trên các hướng khác nhau, vì vậy mà các máy ảnh đa phổ đồng thời ghi hình ảnh ở 3 hoặc 4 băng khác nhau ở khoảng nhìn thấy (blue 0,4-0,5 mµ, green 0,5-0,6 mµ Red 0,6-0,7

mµ và hồng ngoại gần 0,7-0,8 mµ) Ngày nay với công nghệ tiên tiến các máy quét có

thể thu được các băng phổ rộng hơn thậm chí đến 14 mµ.

Các thông tin thu được do thiết bị quét có thể xử lý bằng các phương pháp tổng hợp màu hoặc xử lý bằng máy tính điện tử sẽ cho biết kết quả về các tư liệu phân tích

1.2.1.2 Hệ thống thông tin không ảnh gồm:

- Các thông tin về phổ là loại thông tin viễn thám hết sức quan trọng và ngày càng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật viễn thám Nó được xác định thông qua các giá trị phản xạ phổ tự nhiên của các đối tượng nghiên cứu ở mặt đất để suy ra bản chất và phát

hiện trực tiếp không cần thông qua ảnh.

- Các thông tin về trường vật lý quả đất như từ trường, trọng lực, phóng xạ…

1.2.2 Xử lý thông tin viễn thám

Là một trong những khâu quan trọng nhất của kỹ thuật viễn thám Một trong những

cơ sở của việc xử lý thông tin viễn thám là căn cứ vào đặc điểm phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên

Một bức ảnh là hình ảnh được ghi lại ở bước sóng khác nhau, ở đó sự tương tác giữa các chất hoá học nhạy cảm với ánh sáng trên phim chụp Các hình ảnh này được

mô tả dưới dạng các đặc tính chủ yếu, những tính chất thông thường đó là: tỷ lệ, độ sáng và tông ảnh, độ tương phản, độ phân giải

Về giải đoán ảnh: có 3 bước: đọc ảnh để nhận dạng ảnh (vùng núi, rừng, sông, hồ…), phân tích ảnh, và đánh giá ảnh Các yếu tố cần giải đoán ảnh bao gồm: dạng ảnh, kích thước ảnh, bóng ảnh, tông ảnh, màu ảnh, kiến trúc ảnh và tần suất biến đổi tông trên ảnh

Các yếu tố tự nhiên cần chú ý khi giải đoán: địa hình, thảm thực vật, các kiểu mạng lưới sông suối và mật độ, các dạng xói mòn, sử dụng đất-đất canh tác, hệ thống khe nứt

và hình dạng, tổ hợp các yếu tố giải đoán giúp hiệu chỉnh và loại bỏ những sai sót do lầm lẫn để nâng cao độ chính xác

Các phương pháp và thiết bị xử lý thông tin viễn thám: Có 2 phương pháp chính

là phương pháp xử lý bằng mắt và phương pháp bằng máy tính

Xử lý bằng mắt: Chủ yếu dựa vào sự phân biệt của mắt người trực tiếp hoặc gián

tiếp thông qua các dụng cụ quang học mang tính chất định tính

Phương pháp xử lý bằng máy tính bao gồm:

Kỹ thuật chỉnh khôi phục hình ảnh: Khôi phục sự bỏ sót các đường quét, lọc những nhiễu xuất hiện tản mạn trên hình ảnh, hiệu chỉnh sự tán xạ của khí quyển, hiệu chỉnh

sự méo hình học

Tăng cường chất lượng ảnh: Tăng cường độ tương phản, chuyển mật độ và tone màu, làm đều mật độ trên ảnh, tăng cường đường biên, ghép nối số hóa ảnh, tạo ảnh lập thể.

Chiết tách thông tin của ảnh Nhận dạng phân loại các pixel, tạo ảnh thành phần chính, tạo ảnh tỷ số, phân loại đa phổ trên cơ sỏ các tín hiệu số của chúng

Để xử lý hoá ảnh cần thiết phải có những chương trình phần mềm chuyên dụng: ERDAS, FERICOLOR, ILWIS, ARCVIEW, PCI,…với các phiên bản khác nhau thường xuyên được cải tiến và nâng cao

Hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng phương pháp sử lý bằng máy tính

1.2.3 Giới thiêu một số vệ tinh

1.2.3.1 Các đặc trưng kỹ thuật của vệ tinh Landsat

Một ảnh của vệ tinh landsat chụp vùng có diện tích 185x185km thu nhận có 4 kênh phổ khác nhau:

· MSS – 4 từ 0,5 đến 0,6 mµ ;

· MSS – 5 từ 0,6 đến 0,7 mµ;

· MSS – 6 từ 0,7 đến 0,8 mµ;

· MSS – 7 từ 0,8 đến 1,1 mµ

Độ phân giải mặt đất của các băng từ MSS–4 đến MSS–7 là 80m

Vệ tinh landsat 4 và 5 có thiết bị thu nhận gồm MSS và TM Thiết bị thu TM gồm 7 băng với bước sóng như sau:

· Băng 7: 2,089 – 2,35 mµ.

Độ phân giải các băng1- 5 và 7 là 30m với băng 6 là 126m

Độ phân giải không gian của Landsat cao nhưng độ phân giải thời gian thấp (16 ngày) ngoài ra giá thành của ảnh vệ tinh landsat rất cao lên chủ yếu chỉ được dùng cho việc thành lập bản đồ và một số nghiên cứu khác mà rất ít được ứng dụng rộng rãi trong nghiệp vụ

1.2.3.2 Vệ tinh TERRA-MODIS

Vệ tinh TERRA và đầu đo là phổ kế bức xạ MODIS với 36 băng phổ từ 0,4 đến

14 mµ và độ phân giải không gian từ 250m (băng1, 2), 500m (băng 3 đến 7) và 1000m

(băng 8 đến 36) Các dữ liệu MODIS đã được đưa vào sử dụng để theo dõi mây, chất lượng khí quyển, chỉ số thực vật, phân loại lớp phủ, cháy rừng, hàm lượng diệp lục (chlorophyll) trong nước biển, nhiệt độ mặt nước biển, nhiệt độ bề mặt lục địa bốc thoát hơi bề mặt lớp phủ, diễn biến lớp phủ băng lục địa và đại dưong Với tính năng như vậy, các dữ liệu MODIS được sử dụng ở nhiều tỷ lệ khác nhau: tỷ lệ trung bình và nhỏ, hoặc về phương diện lãnh thổ, từ quy mô cấp vùng, khu vực đến quy mô toàn cầu Vệ tinh TERRA mang đầu đo MODIS ban ngày đi từ bắc xuống nam, qua xích đạo khoảng 10h30’ giờ địa phương, thời gian bay hết một vòng quanh trái đất xấp xỉ 1h40’ Còn về ban đêm thì chiều bay của vệ tinh ngược lại Như vậy vệ tinh TERRA sẽ bay lãnh thổ Việt Nam một ngày hai lần vào lúc 10h30 sáng và 10h30 tối, do đó ở Việt Nam sẽ thu được ảnh MODIS hai lần trong một ngày Do độ phân giải không-thời gian và độ phân giải phổ của vệ tinh TERRA cao nên rất được ứng dụng rộng rãi trong nghiệp vụ

1.2.4 Các tham số chính của viễn thám về các quá trình xảy ra trên bề mặt trái đất

1.2.4.1 Các đặc trưng quang phổ thực vật

Bất kỳ vật thể nào trên bề mặt đất đều có tác dụng điện từ Đồng thời bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không tuyệt đối (nhiệt độ k =-273,160C) đều liên tục phát ra sóng điện từ (nhiệt bức xạ) Do thành phần cấu tạo của các vật thể trên bề mặt

trái đất khác nhau nên sự hấp thu hoặc phát xạ các sóng điện từ là khác nhau, ngay như thảm thực vật mỗi loại thực vật khác nhau cũng hấp thu và phát xạ các sóng điện từ cũng khác nhau Vì vậy trên cơ sở các dữ liệu viễn thám ta có thể xác định được các đặc trưng quang phổ khác nhau của của bề mặt trái đất Trong đó một trong những đặc trưng quang phổ quan trọng nhất của viễn thám là quang phổ thực vật Từ những đặc trưng này làm cơ sở để xây dựng lên các chỉ số thực vật, là những thông tin quan trọng trong nghiên cứu và phục vụ khí tượng nông nghiệp.

Các chỉ số phổ thực vật được phân tách từ các băng cận hồng ngoại, hồng ngoại và dải đỏ là các tham số trung gian mà từ đó có thể thấy được các đặc tính khác nhau của thảm thực vật như: sinh khối, chỉ số diện tích lá, khả năng quang hợp, tổng các sản phẩm sinh khối theo mùa mà thực vật có thể tạo ra Những đặc tính đó có liên quan và phụ thuộc rất lớn vào dạng thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tính sinh lý, sinh hoá và sâu bệnh…Công nghệ gần đúng để giám sát đặc tính các hệ sinh thái khác nhau là phép nhận dạng chuẩn và phép so sánh giữa chúng

Đặc trưng cho bề mặt trái đất bao gồm các chỉ số thực vật như sau:

1 Chỉ số thực vật NDVI (normalized difference vegetation index)

NDIV = (IR-R)/(IR+R)

Trong đó IR là giá trị bức xạ của bước sóng cận hồng ngoại (near infrared), R là giá trị bức xạ của bước sóng nhìn thấy (visible).Chỉ số thực vật được dùng rất rộng rãi để xác định mật độ phân bố của thảm thực vật, đánh giá trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây trồng, làm cơ sở số liệu để dự báo sâu bệnh, hạn hán, diện tích năng suất và sản lượng cây trồng…Hình1 là bản đồ chỉ số thực vật (NDVI) bề mặt trái đất theo MODIS

Hình 1.5 Bản đồ chỉ số thực vật (NDVI) bề mặt lục địa theo MODIS

2 Tỷ số chỉ số thực vật RVI (ratio vegetion index)

RIV = IR/R

RVI thường dùng để xác định chỉ số diện tích lá, sinh khối khô của lá và hàm lượng chất diệp lục trong lá Vì vậy chỉ số RVI được dùng để đánh giá mức độ che phủ và phân biệt các lớp thảm thực vật khác nhau nhất là những thảm thực vật có độ che phủ cao

3 Chỉ số thực vật sai khác DVI (difference vegetion index) hay còn gọi là chỉ số

thực vật môi trường EVI (environmental vegetion index), chỉ số thực vật cây trồng CVI (crop vegetion index)

5 Chỉ số màu sáng thực vật LVI (light vegetation index)

Năm 1976 R J Kauth và G S Thomas đã tìm được mối liên hệ giữa chỉ số hạn hán thực vật và số liệu vệ tinh TM:

Trong đó b1-b7 là quang phổ của các bước sóng khác nhau của ảnh vệ tinh TM

6 Chỉ số úa vàng thực vật YVI (yellow vegetation index)

2.1.4.2 Bức xạ bề mặt và phản xạ (Albedo)

Phân loại các giải phổ của mỗi hệ đo bức xạ cho phép biết được tất cả các thông tin

về phổ Nhận biết được phản xạ Albedo có thể đánh giá được bức xạ quang hợp và tổng lượng ánh sáng mặt trời trên bề mặt trái đất- đó là điều kiện tiên quyết cho cây trồng sinh trưởng và phát triển

2.1.4.3 Bốc thoát hơi

Trên 3 cơ sở sau đây có thể xác định được bốc thoát hơi: Phương trình năng lượng,

mô hình lớp biên khí quyển và tổng khối lượng Nghiệp vụ đánh giá bốc thoát hơi các chỉ số thực vật cần biết là mùa sinh trưởng, dạng đất và tốc độ gió

2.1.4.4 Nhiệt độ bề mặt đất

Đánh giá nhiệt độ bề mặt đất từ số liệu viễn thám là vấn đề tổng hợp của việc tính toán các thành phần của cán cân năng lượng và bốc thoát hơi Đo nhiệt độ bề mặt là rất quan trọng để giám sát cháy rừng

2.1.4.5 Độ ẩm đất

Đo độ ẩm đất phải sử dụng máy phân tích phổ hồng ngoại AVHRR , song phải

được nâng cao độ chính xác Dùng MIMR và khai thác ERS – 1 (dải băng C) và JERS-1 (dải bang L) từ số liệu của SAR có thể đánh giá được độ ẩm đất với sai số cho phép.

2.1.4.6 Xác định lượng mưa

Để xác định được lượng mưa cần phân tích mối tương quan giữa lượng mưa và nhiệt độ mây Sử dụng đặc trưng của dải phổ hồng ngoại nhiệt của mây để xác định trạng thái nhiệt độ của mây theo màu sắc ảnh vệ tinh Thông thường mây càng cao nhiệt

độ càng thấp lượng mưa càng lớn ở Trung Quốc đã nghiên cứu và xác định được mối tương quan giữa lượng mưa và nhiệt độ mây theo bảng 1.1:

Bảng 1.1: Mối tương quan giữa nhiệt độ mây và lượng mưa

Màu sắc

ảnh vệ tinh

Phạm vi nhiệt độ của mây ( 0 C)

Nhiệt độ trung bình của mây ( o C)

về công nghệ này Để có những hiểu biết sâu sắc và làm chủ được công nghệ viễn thám

và GIS, biết sử dụng các sản phẩm viễn thám và GIS trong nghiên cứu và ứng dụng để giám sát, quản lý tài nguyên khí hậu, đất đai, nguồn nước và môi trường cần có những đầu tư thích hợp về đào tạo con người, trang thiết bị và những phần mềm tương thích

1.3 Tích hợp GIS, GPS, viễn thám và triển vọng tại Việt Nam

1.3.1 Điểm mới của ArcGIS 10.0

1.3.1.1 Tăng năng suất

- Tìm kiếm theo từ khóa hoặc loại dữ liệu để tìm dữ liệu, biểu tượng và bản đồ một cách nhanh chóng

- Duyệt và thêm dữ liệu trực tiếp từ cửa sổ Catalog trong ArcMap

- Đơn giản hóa việc thành lập và tạo các sản phẩm bản đồ bằng công cụ sketch được bố trí hợp lý trên Desktop (2D/3D) và biên tập Web

- Tự động hóa việc tạo các sản phẩm bản đồ bằng Python và Map books

- Tiết kiệm thời gian thông qua khả năng hiển thị nhanh hơn, chuyển hướng dễ dàng hơn, và khả năng xử lý dữ liệu chạy ở chế độ nền

1.3.1.2 Phân tích không gian mạnh mẽ

- Tự động hóa các thao tác và phân tích phổ biến với Python scripting

- Kết hợp ArcGIS với các chương trình khoa học khác để đưa ra câu trả lời thích hợp nhất

- Tận dụng được các ưu điểm của các công cụ phân tích mới như fuzzy overlay và location /allocation

- Tạo, quản lý, và hiển thị dữ liệu biến đổi theo thời gian cho nhiều phân tích có chiều sâu

- Thực hiện trong môi trường 3D hầu hết mọi thao tác bạn có thể làm trong một môi trường 2D: tạo mô hình, chỉnh sửa, hiển thị, và phân tích

Hình 1.6: Phân tích không gian mạnh mẽ

1.3.1.3 Cải thiện khả năng truy cập ảnh

- Sử dụng và quản lý ảnh (dữ liệu dạng ảnh) hiệu quả hơn trên Desktop và trên Server

- Trải nghiệm tốc độ làm việc nhanh hơn với khả năng hiển thị ảnh nhanh

· Tiết kiệm thời gian bằng cách sử dụng cửa sổ phân tích ảnh để giải đoán và xử lý ảnh

· Dễ dàng quản lý các bộ ảnh có dung lượng lớn bằng tính năng ghép ảnh và xử lý the-fly

on Cung cấp khả năng ghép ảnh linh động cho rất nhiều ứng dụng

Hình 1.7: Cải thiện khả năng truy cập ảnh

1.3.1.4 Phương thức mới để chia sẻ

- Tăng cường khả năng cộng tác thông qua việc tích hợp chặt chẽ với công cụ tìm kiếm ArcGIS Online và khả năng chia sẻ

- Dễ dàng tạo ra và phân phối các dự án có thể bao gồm dữ liệu, các lớp, bản đồ, công cụ, scenes, globes, sơ đồ, và add-ins.

- Khám phá và sắp xếp dữ liệu địa lý trên toàn tổ chức thông qua dịch vụ tìm kiếm mới trong ArcGIS Server

- Cho phép thực hiện tính năng biên tập đến từng đối tượng (feature - level) thông qua các ứng dụng Web

Hình 1.8: Phương thức mới để chia sẻ

1.3.1.5 Mở rộng GIS ngoài thực địa.

- Mở rộng các dự án thiết bị di động dựa trên máy tính bảng sử dụng ArcGIS Mobile tùy biến, sẵn sàng để triển khai các ứng dụng

- Đơn giản hóa việc triển khai ArcGIS Mobile bằng việc sử dụng Mobile Project Centre mới