Đánh giá lún nam sài gòn sử dụng kỹ thuật insar phân tích ảnh sar đa thời gian

Solari và cộng sự 2016 đã sử dụng kỹ thuật PSInSAR để phát hiện và mô tả sụt lún tại khu đô thị Pisa, Ý… Tại TP.HCM, các tác giả Hồ Tống Minh Định và Lê Văn Trung 2008, 2015 đã nghiên cứ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN THẾ ĐƯỢC

ĐÁNH GIÁ LÚN NAM SÀI GÒN

SỬ DỤNG KỸ THUẬT INSAR PHÂN TÍCH ẢNH SAR ĐA THỜI GIAN

Chuyên ngành : Kỹ thuật Địa chất

Mã số: 8520501

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Trần Anh Tú

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Nguyễn Siêu Nhân

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Phạm Thị Mai Thy

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 28 tháng 08 năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Nguyễn Việt Kỳ - Chủ tịch Hội đồng

2 PGS.TS Lê Trung Chơn - Thư ký

3 TS Nguyễn Siêu Nhân - Ủy viên phản biện 1

4 TS Phạm Thị Mai Thy - Ủy viên phản biện 2

5 PGS.TS Lê Văn Trung - Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Thế Được MSHV: 1870021

Ngày, tháng, năm sinh: 23/05/1995 Nơi sinh: Thái Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật Địa chất Mã số : 8520501

I TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ LÚN NAM SÀI GÒN SỬ DỤNG KỸ THUẬT INSAR

PHÂN TÍCH ẢNH SAR ĐA THỜI GIAN

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Thể hiện khả năng tính giá trị lún của kỹ thuật giao thoa (InSAR) từ ảnh vệ tinh Làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị lún trong quá trình giao thoa

Đánh giá diễn biến lún theo giai đoạn 2014-2019

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/08/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/08/2019

CÔNG TRÌNH ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

1 Nguyen The Duoc, Tran Anh Tu (2018) Application of SAR Images for

Evaluating the Ground Subsicence in Nam Sai Gon Using the DInSAR Technique Vietnam Journal of Construction, 10-2018, pp 56-61, 2018 (ISSN

0866-8762)

2 Nguyen The Duoc, Tran Anh Tu, Valentine Monchiet (2018) Application of the

InSAR Technology for Generating DEM in South Sai Gon Using Synthetic Aperture Radar Data ASEAN Engineering Journal, received date: March 29,

2019 (in revision) (e-ISSN 2586-9159)

3 Võ Minh Quân, Trần Anh Tú, Nguyễn Giang Nam, Lê Thanh Phong, Võ Thanh

Long, Nguyễn Huỳnh Thông, Nguyễn Thế Được (2017) Lún mặt đất vùng Nam

Sài Gòn và mối liên hệ với tầng Holocen Tạp chí Phát triển Khoa học và Công

nghệ, Tập 20, Số K4-2017, pp 103-110, 2017

CÔNG TRÌNH KHÁC ĐĂNG TRÊN HỘI NGHỊ

4 Võ Trần Thế Vĩ, Trần Anh Tú, Nguyễn Thế Được, Lê Thanh Phong, Chung

Minh Quân, Phùng Ngọc Anh (2019) Quản lý hoạt động khai thác đá bằng thiết

bị bay không người lái mỏ Tà Zôn 2, Bình Thuận Hội nghị Khoa học và Công

nghệ Trẻ Bách Khoa, 22/3/2019, Đại học Bách Khoa TPHCM, Việt Nam

5 Nguyễn Hữu Thi, Trần Anh Tú, Ngô Minh Mẫn, Hô Lâm Trường, Nguyễn Thế

Được (2019) Ứng dụng công nghệ drone và gis đánh giá hiệu quả trồng cây

phục hồi cải tạo môi trường mỏ Titan Phú Hiệp Hội nghị Khoa học và Công

nghệ Trẻ Bách Khoa, 22/3/2019, Đại học Bách Khoa TPHCM, Việt Nam

6 Tran Anh Tu, Nguyen The Duoc, Trang Nguyen Dang Khoa, Ho Nguyen Tri

Man, Bui Trong Vinh (2017) Monitoring mining area change using remote

sensing and GIS Proceedings of the 11th South East Asia Technical University

Consortium (SEATUC) Symposium, pp 292, March 13-14, 2017, Ho Chi Minh City – Vietnam

Trong những năm học tập và nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí, tác giả đã học tập được nhiều kiến thức, kinh nghiệm và nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình

từ quý Thầy, Cô tại Khoa để tác giả có thể hoàn thành tốt Luận văn tốt nghiệp này

Qua đây, tác giả chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến:

Thầy TS Trần Anh Tú, người đã trực tiếp hướng dẫn, tạo nhiều cơ hội cho tác giả tiếp cận ngành nghề và dậy tác giả nhiều bài học cũng như những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình làm Luận văn này

Quý Thầy – Cô tại Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí, đặc biệt là các Thầy Cô tại Bộ môn Tài nguyên Trái đất và Môi trường đã giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, và nghiên cứu tại Bộ môn

Toàn thể anh chị lớp Cao học khóa 2017 và 2018, bạn bè và các cô chú cán bộ công tác trong trường

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình tôi và em Nguyễn Thị Ánh Tuyết đã luôn động viên, khuyến khích và cho tác giả những lời khuyên những lúc gặp khó khăn để tác giả có động lực hoàn thành tốt Luận văn tốt nghiệp này

Một lần nữa xin được gửi lời cám ơn chân thành đến tất cả

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 08 năm 2019

Học viên thực hiện

Nguyễn Thế Được

Nam Sài Gòn là một khu đô thị đang phát triển ở phía Nam thành phố Đây cũng

là cầu nối giữa hai miền Đông và Tây nước ta Khu vực này có địa hình thấp và thuộc tầng trầm tích Holocen hiện đại với bề dầy lên tới 35m Với tình hình phát triển dân số

và đô thị như vậy, vấn đề lún đô thị và ngập lụt tất yếu xảy ra Để đánh giá lún khu vực này, kỹ thuật DInSAR được sử dụng để đánh giá 24 ảnh Sentinel-1 (20x5m) theo giai đoạn 2014-2019 Các ảnh Sentinel-1 này là ảnh radar band C và quá trình xử lý ảnh được chạy trên phần mền mã nguồn mở SNAP với kỹ thuật xử lý DInSAR

Kết quả thu được chỉ ra diễn biến theo không gian và thời gian Theo không gian, biên độ lún tăng dần từ Đông sang Tây và từ Bắc xuống Nam Theo thời gian, 05 điểm khảo sát QT1, QT2 (Bình Chánh), KS3, KS4 (Quận 7), KS5 (Thị trấn Nhà Bè) chỉ ra mối quan hệ tương quan giữa độ lún với thời gian lún với hệ số R2 > 0.8 Điều này đặc trưng cho các khu vực dân cư có độ cao đồng đều và giao thoa tốt Các điểm KS1, KS2 (Quận 8) cho kết quả tương quan trung bình (R2 từ 0.7 -0.8) Đây là các điểm đặc trưng cho khu vực bị ảnh hưởng bởi tán xạ không đồng đều (ảnh hưởng quá trình thu nhận tín hiệu vệ tinh) hoặc khu vực đồng trống với cây cỏ xung quanh

Kết quả đánh giá lún quan trắc và lún phân tích từ ảnh radar cho thấy diễn biến lún quan trắc và lún phân tích từ ảnh radar đều có hệ số tương quan cao Lún radar có

độ lún cao hơn so với lún quan trắc Điều này được thể hiện qua sai số tại QT1 là RMS

= ±82mm và QT2 là RMS = ±76mm Từ đó chỉ ra sai số này bị ảnh hưởng do sự mất tương quan trong quá trình thu ảnh và ảnh hưởng đến giá trị lún Để cải thiện các ảnh hưởng trên, kỹ thuật PSInSAR là một lựa chọn tốt để xử lý các dữ liệu và cho kết quả tốt hơn

Saigon South is a growing urban area of the Ho Chi Minh city This is also a street between the East and the West of our country The area has low topography and Holocene sediments with a thickness of up to 35m With the population and urban development, urban subsidence and flooding inevitably occur To assess the ground subsidence of this area, DInSAR technique was performed to evaluate 24 Sentinel-1 images (20x5m) in the period of 2014-2019 These Sentinel-1 images are C band radar images and image processing is run on SNAP open source software with DInSAR processing technology

The results obtained show the evolution in space and time Spatially, the amplitude of subsidence increases from East to West and from North to South Over time, 05 survey points of QT1, QT2 (Binh Chanh), KS3, KS4 (District 7), KS5 (Nha Be Town) show the correlation between ground subsidence and time with coefficient R2 > 0.8 This is typical for residential areas of uniform elevation and good interfering The KS1 and KS2 points (District 8) give the average correlation (R2 from 0.7 - 0.8) These are typical features for areas affected by unequal scattering (which affects the reception

of satellite signals) or areas of open fields with surrounding vegetation

Results of monitoring subsidence and subsidence analysis from radar images show that monitoring subsidence and subsidence analysis from radar images have high correlation coefficients Subsidence analysis has higher settlement than monitoring subsidence This is shown by the error at QT1 being RMS = ± 82mm and QT2 is RMS

= ± 76mm This error is due to the influence of the loss of correlation during image collection and the settlement value To improve the above effects, PSInSAR technique

is a good choice for processing data and for better results

Tác giả Luận văn xin cam đoan tất cả nội dung của Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tác giả và được sự hướng dẫn khoa học của Thầy TS Trần Anh

Tú Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài đã được tác giả nghiên cứu tổng hợp

từ lúc tác giả làm Đồ án môn học đến Luận văn tốt nghiệp

Những số liệu, bảng biểu, hình ảnh phục vụ cho công tác phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau và có ghi rõ trong tài liệu tham khảo Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác và có trích dẫn rõ nguồn gốc

Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan trên

Học viên: Nguyễn Thế Được MSHV: 1870021

Chuyên ngành: Kỹ thuật Địa chất Khóa: 2018

MỤC LỤC

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU v

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH vi

MỞ ĐẦU 1

Đặt vấn đề 1

Mục tiêu của luận văn 2

Nội dung nghiên cứu 2

Đối tượng nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu 2

Ý nghĩa nghiên cứu 2

Ý nghĩa thực tiễn 3

Bối cục luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 4

1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 4

1.1.1 Vị trí địa lý 4

1.1.2 Địa hình 5

1.1.3 Khí hậu 5

1.1.4 Thủy văn 6

1.2 Đặc điểm điều kiện địa chất – địa chất công trình 8

1.2.1 Đặc điểm địa chất – địa chất công trình 8

1.2.2 Đặc điểm địa mạo 10

1.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội 13

1.3.1 Dân số 13

1.3.2 Hệ thống giao thông 13

1.3.3 Kinh tế - Giáo dục và Đào tạo 14

1.4 Hiện trạng lún tại Nam Sài Gòn và thành phố 14

1.4.1 Hiện trạng lún ở khu vực nghiên cứu và thành phố 14

1.4.2 Các phương pháp đo lún, quan trắc và giám sát lún 17

1.5 Tổng quan về nghiên cứu lún mặt đất bằng ảnh viễn thám radar 17

1.5.1 Tình hình nghiên cứu lún trên thế giới 17

1.5.2 Tình hình nghiên cứu lún ở Việt Nam 19

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM RADAR 21

2.1 Giới thiệu viễn thám radar 21

2.2 Nguyên lý thu ảnh radar 21

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của RAR 22

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của SAR 24

2.3 Đặc điểm của ảnh radar 24

2.3.1 Đặc điểm hình học của ảnh radar 25

2.4 Các hệ thống vệ tinh viễn thám radar 28

2.4.1 Hệ thống máy bay radar (airborne radar) 28

2.4.2 Hệ thống vệ tinh radar (spaceborne radar) 28

2.5 Ứng dụng ảnh radar 29

2.5.1 Các ứng dụng của ảnh radar 29

2.5.2 Các ứng dụng minh họa 30

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

3.1 Phương pháp thu thập tài liệu, tổng hợp và xử lý thông tin 34

3.1.1 Ảnh radar 34

3.1.2 Số liệu quan trắc lún sâu 36

3.2 Phương pháp xử lý ảnh radar bằng kỹ thuật InSAR 37

3.2.1 Cơ sở kỹ thuật giao thoa khẩu độ mở tổng hợp (InSAR) 38

3.2.2 Cơ sở kỹ thuật giao thoa khẩu độ mở tổng hợp đa thời gian (MTInSAR)41 3.2.3 Phương pháp xử lý ảnh radar bằng kỹ thuật DInSAR 43

3.3 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu và đánh giá kết quả phân tích lún 47

3.3.1 Phương pháp thống kê, xử lý dữ liệu phân tích lún thô 47

3.3.2 Phương pháp đánh giá kết quả phân tích lún 47

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 49

4.1 Kết quả lún mặt đất sau khi xử lý ảnh radar 49

4.2 Đánh giá lún mặt đất khu vực Nam Sài Gòn 51

4.2.1 Đánh giá diễn biến lún theo thời gian qua các điểm khảo sát 51

4.2.2 Đánh giá lún bằng dữ liệu quan trắc lún sâu 61

4.3 Đề xuất giải pháp 63

KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN 70

HẠN CHẾ CỦA LUẬN VĂN 72

KIẾN NGHỊ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt

ALOS Advanced Land Observation

Satellite

ASTER

Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)

DInSAR Differential InSAR

DORIS

Delft Institute of Earth Observation and Space

Systems

ERS European Remote Sensing

GAMMA Remote Sensing Research

MTInSAR Multi-temporal InSAR

NEST The Next ESA SAR Toolbox

PALSAR The Phased Array type L-band

Synthetic Aperture Radar

PSInSAR Pesistent Scatterers InSAR

ROI PAC Repeat Orbit Interferometry

SBAS Small BASeline

SNAP The Sentinel Application

Platform

SNAPHU

Statistical-cost, Network-flow Algorithm for Phase Unwrapping

SPOT The French Satellite Pour

l'Observation de la Terre

SPT Standard Penetration Test

SRTM Shuttle Radar Topography

Bảng 1.1 Mực nước trung bình cao nhất năm tại trạm Nhà Bè từ năm 1990 đến 2016

(Đài khí tượng Thủy Văn Nam Bộ, 2017) 7

Bảng 1.2 Biến động dân số quận 7, quận 8 và huyện Bình Chánh từ 1999-2015 (Phan

Thị Xuân Thọ và cộng sự, 2011; Cục Thống Kê, 2017) 13

Bảng 2.1 So sánh ba hệ thống vệ tinh radar (Airbus Defence and Space, 2014, JAXA,

2018) 28

Bảng 2.2 Bảng thể hiện các ứng dụng của ảnh radar (Lê Văn Trung, 2015) 29

Bảng 3.1 Bảng thông tin ngày thu nhận ảnh Sentinel-1 và Baseline (B), ngày thu nhận (Acquisition) so với ảnh Master (13/11/2017) (EAS, 2018) 35

Bảng 3.2 Bảng thông tin hai vị trí quan trắc lún 36

Bảng 4.1 Bảng thể hiện thông tin 02 điểm khảo sát diễn biến tốc độ lún theo thời gian

QT1 & QT2 tại Huyện Bình Chánh 52

Bảng 4.2 Bảng thể hiện thông tin 02 điểm khảo sát diễn biến tốc độ lún theo thời gian

KS1 & KS2 tại Quận 8 54

Bảng 4.3 Bảng thể hiện thông tin 02 điểm khảo sát diễn biến tốc độ lún theo thời gian

KS3 & KS4 tại Quận 7 56

Bảng 4.4 Bảng thể hiện thông tin 01 điểm khảo sát diễn biến tốc độ lún theo thời gian

KS5 tại Huyện Nhà Bè 59

Bảng 4.5 Bảng thể hiện thông tin 02 điểm lún radar theo thời gian tại QT1 và QT2

thời điểm 12/2017 – 12/2018 so với lún quan trắc 61

HÌNH CHƯƠNG 1

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí địa lý khu vực nghiên cứu Nam Sài Gòn năm 2017 4

Hình 1.2 Biểu đồ thể hiện mực nước trung bình cao nhất năm tại trạm Nhà Bè giai đoạn 1990 – 2016 7

Hình 1.3 Sơ đồ Địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh tỷ lệ 1:500.000, 2003 (Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam) 8

Hình 1.4 Mặt cắt AB ngang qua khu vực nghiên cứu (Hình 1.3) (Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam) 9

Hình 1.5 Sơ đồ địa mạo khu vực Nam Sài Gòn (1:50.000), 1983 (Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam) 11

Hình 1.6 Mặt cắt địa mạo khu vực gần Nam Sài Gòn (1:50.000), 1983 (Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam) 11

Hình 1.7 Chú giải địa mạo khu vực gần Nam Sài Gòn (1:50.000), 1983 (Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam) 12

Hình 1.8 Lún mặt đất tại khu vực nghiên cứu Nam Sài Gòn 16

HÌNH CHƯƠNG 2 Hình 2.1 Các yếu tố cơ bản của hệ thống chụp ảnh radar (European Space Agency, 2013) 22

Hình 2.2 Minh họa công thức tính độ phân giải xiên 23

Hình 2.3 Khẩu độ tổng hợp được tạo ra dựa vào việc di chuyển của vật mang 24

Hình 2.4 Các biến dạng hình học trong một ảnh RADAR do độ cao địa hình thay đổi (Tempfli, 2009) 25

Hình 2.5 Bản đồ tốc độ LOS (line of sight) ở Veneto, Ý (S Fiaschi và cộng sự, 2017) 31

HÌNH CHƯƠNG 3 Hình 3.1 Ảnh radar từ vệ tinh Sentinel-1 (EAS, 2018) 35

Hình 3.2 Chênh lệch pha tạo thành một đồ thị giao thoa (Tempfli và cộng sự, 2009) 38

Hình 3.3 Cơ sở hình học của kỹ thuật InSAR (Ferretti và cộng sự, 2007) 39

Hình 3.4 Giao diện phần mền SNAP 6.0 44

Hình 3.5 Quy trình tiền xử lý trên phần mềm SNAP và Snaphu/Linux 44

Hình 3.6 Thiết lập 04 bước đầu tiên trong Hộp thoại Graph Processing Framework 45 Hình 3.7 Thiết lập bước 05 trong Hộp thoại Graph Processing Framework 45

Hình 3.8 Giải mở pha bằng Snaphu trên Linux 46

Hình 3.9 Thiết lập bước 07 và 08 trong Hộp thoại Graph Processing Framework 46

HÌNH CHƯƠNG 4 Hình 4.1 Lún mặt đất theo thời gian tại Nam Sài Gòn giai đoạn 2014-2019 50

Hình 4.2 Sơ đồ vị trí các điểm khảo sát diễn biến tốc độ lún theo thời gian tại Nam Sài Gòn (các điểm màu đỏ) 51

Hình 4.5 Biểu đồ thể hiện diễn biến lún tại KS1 giai đoạn 2014-2019 hiệu chỉnh 55

Hình 4.6 Biểu đồ thể hiện diễn biến lún tại KS2 giai đoạn 2014-2019 hiệu chỉnh 55

Hình 4.7 Vị trí hai điểm khảo sát KS1 và KS2 (Nguồn: Google Earth) 56

Hình 4.8 Biểu đồ thể hiện diễn biến lún tại KS3 giai đoạn 2014-2019 hiệu chỉnh 57

Hình 4.9 Biểu đồ thể hiện diễn biến lún tại KS4 giai đoạn 2014-2019 hiệu chỉnh 58

Hình 4.10 Vị trí hai điểm khảo sát KS3 và KS4 (Nguồn: Google Earth) 58

Hình 4.11 Biểu đồ thể hiện diễn biến lún tại KS5 giai đoạn 2014-2019 hiệu chỉnh 60

Hình 4.12 Vị trí điểm khảo sát KS5 với nhà xung quanh (Nguồn: Google Earth) 60

Hình 4.13 Biểu đồ so sánh diễn biến lún quan trắc và lún radar tại QT1 giai đoạn 2017-2018 62

Hình 4.14 Biểu đồ so sánh diễn biến lún quan trắc và lún radar tại QT2 giai đoạn 2017-2018 62

Hình 4.15 Quy trình tiền xử lý trên phần mềm SNAP 64

Hình 4.16 Quy trình xử lý trên phần mềm StaMPS 65

Hình 4.17 Chạy Stack cho 12 cặp ảnh để chạy giao thoa 66

Hình 4.18 Dữ liệu sau khi xuất file StaMPS trong SNAP 66

Hình 4.19 Cài đặt phần mền StaMPS trên Linux 67

Hình 4.20 Các lỗi phát sinh trên phần mền StaMPS và xử lý lỗi 67

Hình 4 21 Chạy file mt_prep_gamma_snap để tìm các điểm tương quan > 0.4 68

Hình 4.22 Lỗi phát sinh bước 2 trong quá trình chạy PSInSAR 69

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những trung tâm kinh tế quan trọng của Việt Nam, do đó vấn đề phát triển đô thị là tất yếu Trong đó, khu đô thị Nam Sài Gòn là một trong những khu đô thị được chú tâm nhất vì các điều kiện đặc thù sau: (1) là khu vực cửa ngõ giữa miền Đông và miền Tây nước ta; (2) là khu vực này có địa hình thấp trũng, cấu trúc nền đất tương đối yếu với tầng đất Holocen có bề dầy lên tới 35m (Nguyễn Giang Nam, 2016); (3) là có chế độ bán nhật triều với mực nước tăng thêm trung bình hàng năm là 1.42cm/năm và (4) là vùng thoát nước của trung tâm thành phố Do đó, lún

đô thị và ngập lụt vùng ven trung tâm thành phố này tất yếu sẽ xảy ra Qua khảo sát thực

tế tại một số khu vực lún dọc theo tuyến đường lớn và các khu dân cư, nghiên cứu chỉ

ra một số khu vực có độ lún lên tới 19cm Để khắc phục tình trạng trên, các đề án nghiên cứu và giám sát lún mặt đất trên diện rộng được đặt ra để xác định các khu vực lún Một trong những giải pháp đó là sử dụng ảnh vệ tinh

Hiện nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các vệ tinh đã được phát triển

để phục vụ nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống Trong đó có lĩnh vực giám sát môi trường như giám sát mỏ, trượt lở và sụt lún đô thị, bằng kỹ thuật giao thoa khẩu

độ mở tổng hợp – InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) Nhiều nhà khoa

học đã ứng dụng kỹ thuật trên và cho ra nhiều kết quả ấn tượng như: Przyłucka và cộng

sự (2015) đã tính toán sụt lún tại khu vực đô thị ở bể than thượng Silesi, Ba Lan bằng

kỹ thuật DInSAR Gao và cộng sự (2015) đã phân tích lún khu vực Bắc Kinh giai đoạn

2013 – 2014 bằng kỹ thuật InSAR Solari và cộng sự (2016) đã sử dụng kỹ thuật PSInSAR để phát hiện và mô tả sụt lún tại khu đô thị Pisa, Ý… Tại TP.HCM, các tác giả Hồ Tống Minh Định và Lê Văn Trung (2008, 2015) đã nghiên cứu về khả năng lún

và những tác động của lún trên toàn thành phố Tuy nhiên, việc nghiên cứu chi tiết về các khu vực có địa chất đặc thù như vùng ven đô thị (khu vực Nam Sài Gòn) thì chưa

có nhiều

Do đó để tìm hiểu sâu hơn về lĩnh vực này cũng như đánh giá lún khu vực Nam

Sài Gòn, tác giả đã chọn đề tài “Đánh giá lún Nam Sài Gòn sử dụng kỹ thuật InSAR

phân tích ảnh SAR đa thời gian” để làm đề tài tốt nghiệp Luận văn

Mục tiêu của luận văn

Thể hiện khả năng tính giá trị lún của kỹ thuật giao thoa (InSAR) từ ảnh vệ tinh Làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị lún trong quá trình giao thoa Đánh giá diễn biến lún theo giai đoạn 2014-2019

Nội dung nghiên cứu

Thu thập và tổng hợp các tài liệu về: hiện trạng lún ở khu vực Nam Sài Gòn và

TP HCM, lý thuyết và đặc điểm khu vực nghiên cứu (tài liệu, bản đồ, ảnh radar)

Thu thập và tổng hợp các tài liệu về lý thuyết và ứng dụng của viễn thám radar cũng như các nghiên cứu về giám sát lún bằng kỹ thuật InSAR ở trong và ngoài nước

Phân tích ảnh radar đa thời gian bằng kỹ thuật InSAR trên nền tảng phần mềm

mã nguồn mở SNAP 6.0, Snaphu/Linux và QGIS

Đánh giá kết quả phân tích lún bằng dữ liệu quan trắc lún thực tế

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là giá trị lún mặt đất và dữ liệu ảnh SAR (radar)

Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu của luận văn, các phương pháp nghiên cứu được áp dụng gồm:

- Phương pháp thu thập tài liệu, tổng hợp và xử lý thông tin

- Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh bằng kỹ thuật InSAR

- Phương pháp thực địa

- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu và đánh giá kết quả phân tích lún

- Phương pháp biên tập bản đồ

Ý nghĩa nghiên cứu

Là tài liệu phục vụ cho các nghiên cứu về các ứng dụng của ảnh radar cũng như

về lún mặt đất sau này

Tính giá trị lún và giám sát lún khu vực Nam Sài Gòn bằng phương pháp mới

Đi đầu trong lĩnh vực dùng ảnh radar khảo sát lún cũng như trong giám sát tai biến địa chất

Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả cuối cùng của quá trình nghiên cứu lún sẽ đưa ra các khu vực lún, tốc độ

lún để chính quyền, công ty và người dân hạn chế tác động qua bản đồ lún

Áp dụng cho các khu vực phát triển đô thị có đặc điểm tương tự

Bối cục luận văn

Bối cục của Luận văn gồm 4 chương chính:

Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Chương này sẽ giới thiệu về đặc điểm tự nhiên, đặc điểm địa chất và đặc điểm kinh tế của khu vực nghiên cứu Bên cạnh đó, chương sẽ giới thiệu về hiện trạng lún, các phương pháp đo lún và các nghiên cứu về giám sát lún bằng ảnh radar ở trong và ngoài nước Từ đó, độc giả sẽ nắm được tổng thể tình hình của khu vực nghiên cứu

Chương 2: Tổng quan về viễn thám radar

Chương này sẽ giới thiệu về các nguyên lý thu ảnh, đặc điểm của ảnh radar và các hệ thống vệ tinh thu ảnh Bên cạnh đó là các ứng dụng tiêu biểu về viễn thám radar

Từ đó, độc giả có cái nhìn tổng quan về radar và các ứng dụng của nó

Chương 3: Các phương pháp nghiên cứu

Sau khi hiểu được đặc điểm khu vực nghiên cứu và viễn thám radar, chương 3 sẽ tiếp tục làm rõ các phương pháp để phân tích và đánh giá lún mặt đất khu vực Nam Sài Gòn

Chương 4: Kết quả nghiên cứu

Sau khi phân tích, chương này sẽ thể hiện các kết quả nghiên cứu gồm:

- Kết quả phân tích lún mặt đất khu vực Nam Sài Gòn

- Đánh giá kết quả lún mặt đất tại Nam Sài Gòn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Khu vực nghiên cứu bao gồm: quận 7, một phần quận 8 (từ phường 1 đến phường 7), một phần huyện Bình Chánh (xã Bình Hưng, xã Phong Phú và xã Đa Phước), một phần huyện Nhà Bè (xã Phước Lộc, xã Nhơn Đức, xã Long Thới, xã Phú Xuân, xã Phước Kiển và thị trấn Nhà Bè) (Hình 1.1) Phía Bắc giáp quận 4, quận 2 và một phần quận 8 với ranh giới tự nhiên là kênh Tẻ, kênh Đôi và sông Sài Gòn Phía Nam giáp một phần huyện Nhà Bè, huyện Cần Giờ và tỉnh Long An, ranh giới tự nhiên là sông Soài Rạp và sông Kinh Phía Đông giáp quận 2 và tỉnh Đồng Nai, ranh giới tự nhiên là sông Sài Gòn và sông Nhà Bè Phía Tây giáp một phần quận 8 và huyện Bình Chánh, ranh giới tự nhiên là sông Cần Giuộc

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí địa lý khu vực nghiên cứu Nam Sài Gòn năm 2017

Nghiên cứu tập trung vào khu vực dân cư Do đó, khu vực nghiên cứu được giới hạn lại theo tọa độ điểm ở 4 góc (8x11km) như sau: A (679 500m, 1 181 000m), B (690 500m, 1 189 000m), C (690 500m, 1 181 000m), D (679 500m, 1 189 000m)

1.1.2 Địa hình

Đặc điểm địa hình của Nam Sài Gòn bị sông Cần Giuộc, kênh Đôi, rạch Hiệp

Ân, rạch Ông Lớn, Ông Nhỏ, Đĩa, Bàng, Phước Long, chia cắt khu vực thành những khu vực riêng biệt và được kết nối qua hệ thống cầu (Xuân Hồng, 2017) Trong đó:

Địa hình quận 7 tương đối bằng phẳng, độ cao địa hình thay đổi không lớn, trung bình 0.6m đến 1.5m Thổ nhưỡng của quận 7 thuộc loại đất phèn mặn (Gia Bảo, 2017) Quận 8 là đồng bằng có địa hình thấp với cao độ trung bình so với mặt nước biển là 1.2m trong đó thấp nhất là 0.3m (phường 7) và cao nhất là 2.0 m (phường 2), với chu vi khoảng 32 km Quận có đến 2/3 diện tích tự nhiên nằm dưới ngưỡng của đỉnh triều cường lịch sử 1.69m (tháng 10 năm 2016) trong đó vùng bị ảnh hưởng lớn nhất cũng là khu vực có địa hình thấp nhất là phường 6, phường 7, phường 15 và phường 16 (Xuân Hồng, 2017) Riêng địa hình huyện Bình Chánh có dạng nghiêng và thấp dần theo hai hướng Tây Bắc - Đông Nam và Đông Bắc - Tây Nam, với độ cao giảm dần từ 3m đến 0.3m so với mực nước biển Dạng đất gò cao có cao trình từ 2-3m, có nơi cao nhất là 4m; thoát nước tốt, có thể bố trí dân cư, các ngành công, thương mại, dịch vụ và các cơ

sở công nghiệp, (P.Tài nguyên Môi trường, 2017)

1.1.3 Khí hậu

Khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói chung và khu vực Nam Sài Gòn nói riêng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mang tính chất cận xích đạo với 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 (khí hậu nóng ẩm và gây mưa nhiều), mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau (khí hậu khô, nhiệt độ cao và mưa ít)

Về nhiệt độ, trung bình cả năm khoảng 27-280C; cao nhất vào tháng 4, thấp nhất vào tháng 12 và tháng 1 (năm sau) Chênh lệch nhiệt độ giữa tháng nóng và lạnh nhất khoảng 40C, chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm khá cao từ 5-100C Về giờ

nắng, tháng có số giờ nắng cao nhất là 8.6 giờ/ngày (tháng 2), tháng có số giờ nắng ít

nhất là 5.4 giờ/ngày Số giờ nắng cả năm khoảng 1,890 giờ (Hồng, 2017)

Về lượng mưa, dao động trong khoảng 1,329-2,178 mm (trung bình đạt 1,940 mm/năm), phân bố không đều giữa các tháng trong năm, tập trung chủ yếu từ tháng 6 đến tháng 10 và chiếm 90% lượng mưa cả năm Vào mùa khô, lượng mưa thấp chỉ chiếm khoảng 10% lượng mưa cả năm, trong đó tháng 2 có số ngày mưa ít nhất Về độ ẩm

không khí, trung bình năm khoảng 75-80% Nhìn chung độ ẩm không ổn định và có sự biến thiên theo mùa Vào mùa mưa trung bình lên đến 86%, tuy nhiên vào mùa khô trung bình chỉ đạt 71% (Xuân Hồng, 2017)

Về gió, hướng gió thịnh hành ở khu vực là Đông Nam và Tây Nam Gió Đông Nam và Nam thịnh hành vào mùa khô, gió Tây Nam thịnh hành vào mùa mưa; riêng gió Bắc thịnh hành vào giao thời giữa hai mùa Hướng gió hoạt động trong năm có ý nghĩa quan trọng trong việc bố trí các khu công nghiệp, dân cư và nhất là các ngành công nghiệp có khả năng gây ô nhiễm không khí (Xuân Hồng, 2017)

1.1.4 Thủy văn

1.1.4.1 Các mạng lưới sông, kênh, rạch chính

Các hệ thống sông gồm: sông Cần Giuộc là sông nhánh của sông Soài Rạp, hợp lưu tại ngã 3 sông Soài Rạp và sông Vàm Cỏ, sông dài khoảng 38km Sông Sài Gòn giáp phía Nam Kênh Tẻ, kênh Đôi được tách ra từ sông Sài Gòn tại cửa Tân Thuận (quận 4), dài khoảng 32 km (Xuân Hồng, 2017)

Các hệ thống rạch gồm có: rạch Ông Lớn, rạch Đĩa, rạch Bàng, rạch Long Kiểng, rạch Hiệp Ân, Khi hệ thống này kết hợp với các rạch nhỏ, mạng lưới thoát nước dọc tuyến đường giao thông tạo ra hệ thống thoát nước chính cho toàn khu vực, tạo khả năng tiêu nước về mùa mưa cũng như khi triều cường Đồng thời, nó cũng tạo nên những lợi thế riêng của khu vực trong giao thông đường thủy, điều tiết không khí, tiêu thoát nước mưa, nước thải khu dân cư, các cơ sở sản xuất (Xuân Hồng, 2017)

1.1.4.2 Chế độ thuỷ văn của các sông, kênh, rạch

Vùng Nam Sài Gòn có địa đình thấp nên chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chế độ bán nhật triều không đều, có biên độ lớn lên xuống 2 lần/ngày với 2 đỉnh triều xấp xỉ nhau và 2 chân triều lệch nhau khá lớn Hàng tháng, triều xuất hiện 2 lần nước cao (triều cường) và 2 lần nước thấp (triều kiệt) trong 24h50’ (Thủy triều, 2017) Mức triều cao nhất trong tháng thường xảy ra vào các ngày 1, 2, 3 và 15, 16, 17; triều cao nhất trong năm vào các tháng 10, 11, 12 Chế độ triều trong khu vực Nhà Bè cũng như khu vực Nam Sài Gòn (phần tiếp giáp và ảnh hưởng tới khu vực nghiên cứu) được quan sát ở trạm Nhà Bè trên kênh Đồng Điền Bảng 1.1 và hình 1.2 sẽ thể hiện mức độ biến động thủy triều giai đoạn từ năm 1990 đến năm 2016 (27 năm)

Bảng 1.1 Mực nước trung bình cao nhất năm tại trạm Nhà Bè từ năm 1990 đến 2016

(Đài khí tượng Thủy Văn Nam Bộ, 2017)

Hình 1.2. Biểu đồ thể hiện mực nước trung bình cao nhất năm

tại trạm Nhà Bè giai đoạn 1990 – 2016

Từ hình 1.2 cho thấy sự biến động mực nước thủy triều ngày càng tăng Trải qua giai đoạn 27 năm (1990 – 2016), mực nước thủy triều tăng thêm trung bình hằng năm là 1.42cm/năm với hệ số tương quan cao R2 = 0.8128

Mực nước trung bình cao nhất năm giai đoạn 1990 - 2016 (cm)

Thời gian (Năm)

Mực nước trung bình cao nhất năm tại Trạm Nhà Bè giai đoạn

1990 - 2016

Trạm Nhà Bè Linear (Trạm Nhà Bè)

1.2 Đặc điểm điều kiện địa chất – địa chất công trình

1.2.1 Đặc điểm địa chất – địa chất công trình

Trong vùng nghiên cứu có mặt các địa tầng từ Mesozoi đến Kainozoi Thuộc Mesozoi có mặt các trầm tích Jura giữa thuộc hệ tầng La Ngà (J2ln), phun trào Jura trên-

Kreta dưới (J3K1) Thuộc Kainozoi có trầm tích Neogen, Pleistocen và Holocen Tầng đất nền của vùng nghiên cứu trong luận văn này thuộc tầng đất yếu thống Holocen và được trích lược của tác giả Ma Công Cọ và cộng sự (2010)

Hình 1.3.Sơ đồ Địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh tỷ lệ 1:500.000, 2003

(Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam)Các trầm tích Holocen (Q2) lộ ra trên bề mặt địa hình có độ cao từ 4m trở xuống, phân bố thành các dải dọc trũng Thái Mỹ xuống Bình Chánh và dọc sông Sài Gòn xuống

Khu vực Nam Sài Gòn

quận 2 và dọc bờ trái sông Đồng Nai đến Thủ Thiêm và từ quận 4, quận 7 xuống Nhà

Bè, Cần Giờ Đặc biệt theo bản đồ Địa chất công trình (Đoàn Ngọc Toản, 2010) chỉ ra khu vực Nam Sài Gòn nằm trong vùng trầm tích sông-biển-đầm lầy Do đó, đặc điểm địa chất – địa chất công trình trong luận văn sẽ nói về nguồn gốc này là chính Theo đặc điểm thạch học, cổ sinh, trầm tích Holocen chứa kiểu nguồn gốc trên nằm trong 2 phân

vị địa tầng: Holocen trung - thượng (Q22-3), Holocen thượng (Q2 )

Hình 1.4 Mặt cắt AB ngang qua khu vực nghiên cứu (Hình 1.3)

(Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam)

Holocen trung - thượng (Q 2 2-3 )

Các trầm tích Q22-3 trước đây được xếp vào hệ tầng Cần Giờ (Q22-3cg) (Hà Quang Hải và cộng sự, 1987) Trong đó, trầm tích có nguồn gốc hỗn hợp sông-biển-đầm lầy (ambQ22-3) lộ ra trên mặt địa hình thấp từ 2.0m trở xuống, phân bố khu vực từ Tân Túc (Bình Chánh) qua Nhà Bè, khu vực từ Bình Triệu xuống Thanh Đa, quận 4, quận 7, khu vực từ Nam quận 9 qua quận 2 và khu vực huyện Cần Giờ Thành phần trầm tích ambQ22-

3 gồm sét bột xen bột sét pha cát mịn, màu xám xanh, xám đen, xám vàng, chứa mùn thực vật, bào tử phấn, Foraminifera Trầm tích này phủ lên thành tạo aQ21-2 hoặc chuyển tiếp từ amQ22-3 và bị phủ bởi các trầm tích Q2

Holocen thượng (Q 2 )

Các thành tạo Q2 là trầm tích hiện đại, phân bố ở lòng và hai bên bờ sông, rạch

và dọc bờ biển Chúng lộ ra trên bề mặt địa hình thấp nhất của khu vực thành phố Hồ Chí Minh, trong đó phân bố rộng rãi hơn cả là ở khu vực huyện Cần Giờ Trong đó, trầm tích có nguồn gốc hỗn hợp biển-đầm lầy (mbQ2 ) phân bố dọc 2 bên bờ và trong lòng sông rạch từ khu vực Nam Nhà Bè xuống Cần Giờ Thành phần trầm tích khá đồng nhất sét, sét bột xám xanh đen chứa nhiều mùn xác thực vật Bề dày đạt 2.0m Trên bề mặt trầm tích là rừng cây nước mặn (bần, đước)

Trong nghiên cứu này, toàn bộ các trầm tích Holocen đều được gộp chung và gọi

là tầng đất yếu để khảo sát lún Theo Nguyễn Giang Nam (2016) đã lập mô hình bản đồ tầng đất yếu (có giá trị SPT< 5) với độ dày lên tới 35m Bên cạnh đó, tầng Pleistocen nằm ở dưới được giả thiết là ổn định để việc đánh giá lún của tầng Holocen được thuận tiện hơn

1.2.2 Đặc điểm địa mạo

Vùng Nam Sài Gòn là vùng đồng bằng thấp, độ cao thay đổi từ 0 đến 2m (Hình 1.5, Hình 1.6 và Hình 1.7) Địa hình chia làm 3 dạng chính:

Đồng bằng thấp – tích tụ hỗn hợp vật liệu sông biển: độ cao từ 1–2m, cấu tạo bởi

các trầm tích sét bột, cát và có nguồn gốc hỗn hợp sông biển thuộc hệ tầng Cần Giờ (Q2

nằm trong vùng bãi bồi cao, có bề mặt phẳng, không bị ngập nước thường xuyên và bị chia cắt mạnh bởi hệ thống sông, rạch (Hồ Văn Trai, 2007)

Bãi bồi tích tụ hỗn hợp vật liệu sông biển: độ cao từ 0–1m Cấu tạo bởi các trầm

tích gồm sét, cát, bột và có nguồn gốc sông biển, chủ yếu phân bố ở Nhà Bè và Quận 7, dọc theo thung lũng sông Đây là khu vực trầm tích hiện đại (Q2 ) và thuộc bãi bồi thấp,

bề mặt bãi bồi phẳng, hẹp nên bị ngập nước thường xuyên khi thủy triều lên và bị phân cách mạnh bởi hệ thông sông rạch (Hồ Văn Trai, 2007)

Dạng địa hình do nhân sinh: Các bề mặt TP.HCM nói chung nằm trong khu vực

kiến thiết đô thị và dân cư đông đúc, chịu tác động mạnh mẽ của con người Đó là các công trình xây dựng, đường giao thông, các công trình khai thác khoáng sản, kênh mương, gò đất đắp, bãi thải…Các hoạt động này từng bước làm thay đổi bề mặt địa hình

nguyên thủy, đặc biệt là đối với khu vực đồng bằng thấp như vùng Nam Sài Gòn (Thượng Nguyễn Phương Trang, 2003).

Hình 1.5 Sơ đồ địa mạo khu vực Nam Sài Gòn (1:50.000), 1983

(Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam)

Hình 1.6 Mặt cắt địa mạo khu vực gần Nam Sài Gòn (1:50.000), 1983

(Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam)

Hình 1.7 Chú giải địa mạo khu vực gần Nam Sài Gòn (1:50.000), 1983

(Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam)Những khu vực trũng thấp này về yếu tố tự nhiên sẽ phát triển lớp phủ thực vật

tự nhiên Khi san lấp xây dựng nhà (cấp 4) thì lớp thực vật này cũng bị chôn vùi theo,

và đó là dấu hiệu để phân biệt ranh giới trước khi san lấp Một vài khu vực có địa hình cao hay còn gọi là gò thường là nơi trồng hạt hoa màu hoặc cây ăn quả nên thường có đặc điểm loang lỗ, đây cũng chính là dấu hiệu nhận diện ranh giới các tầng khác nhau

Bề dầy trung bình san lấp khu vực này khoảng 10.2cm/năm (Trần Danh Thủy, 2017)

1.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội

1.3.1 Dân số

Khu vực nghiên cứu bao gồm: quận 7, một phần quận 8 (từ phường 1 đến phường 7), một phần huyện Bình Chánh (xã Bình Hưng, xã Phong Phú và xã Đa Phước), một phần huyện Nhà Bè (xã Phước Lộc, xã Nhơn Đức, xã Long Thới, xã Phú Xuân, xã Phước Kiển và thị trấn Nhà Bè) Dưới đây là bảng thể hiện biến động dân số khu vực nghiên cứu giai đoạn 1999-2015

Bảng 1.2.Biến động dân số quận 7, quận 8 và huyện Bình Chánh từ 1999-2015

(Phan Thị Xuân Thọ và cộng sự, 2011; Cục Thống Kê, 2017)

Từ bảng 1.2 cho thấy: dân số quận 7, quận 8, huyện Bình Chánh có xu hướng tăng từ năm 1999 đến 2015 Do các nguyên nhân sau: thứ nhất là quá trình đô thị hóa tăng nhanh ở thành phố và định hướng phát triển xuống phía Nam Thứ hai là dân cư tăng mạnh và kết hợp với lượng dân nhập cư tăng nhanh đòi hỏi nhu cầu xây dựng công trình nhà ở, văn phòng, khu đô thị, chung cư tăng mạnh

1.3.2 Hệ thống giao thông

Nam Sài Gòn có vị trí địa lý khá quan trọng với vị trí chiến lược khai thác giao thông thuỷ và bộ, là cửa ngõ phía Nam của thành phố, là cầu nối mở hướng phát triển của Thành phố với biển Đông và thế giới cũng như cầu nối các tỉnh miền Đông với các tỉnh miền Tây Các trục giao thông lớn đi qua khu vực này như: đại lộ Nguyễn Văn Linh, đường Phạm Hùng, Nguyễn Hữu Thọ, Huỳnh Tấn Phát, Quốc lộ 50,…Các tuyến đường trên giúp việc lưu thông từ trung tâm thành phố về khu vực Nam Sài Gòn được thuận lợi hơn Bên cạnh đó, sông Sài Gòn bao bọc phía Đông với hệ thống cảng chuyên dụng (quận 7), trung chuyển hàng hoá đi nước ngoài và ngược lại, rất thuận lợi cho việc phát triển thương mại và vận tải hàng hoá cũng như hành khách đi các vùng lân cận (Gia Bảo, 2017)

Tuy nhiên, với tác động lún của các con đường lớn trên đã gây nhiều ảnh hưởng đến cuộc sống và đi lại của người dân nơi đây Đặc biệt là ngập lụt kéo dài do mặt đường

bị lún và thấp hơn so với thiết kế ban đầu

1.3.3 Kinh tế - Giáo dục và Đào tạo

Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những trung tâm kinh tế lớn của cả nước, đóng góp 31.8% ngân sách nhà nước 6 tháng đầu năm 2016 (Lê Phi, 2016) Với sức hút lớn như vậy và vị trí chiến lược như trên, khu vực này có điều kiện thu hút đầu tư trong

và ngoài nước Đặc biệt là trong hoạt động bất động sản với tình hình dân nhập cư ồ ạt, khiến cho dân số thành phố tăng nhanh (8,247,829 năm 2015 – Cục Thống Kê, 2017) dẫn tới sự phát triển các khu đô thị xung quanh trung tâm thành phố như khu đô thị Nam Sài Gòn

Nhiều khu dân cư lớn nhỏ đã được xây dựng tại Nam Sài Gòn như: khu dân cư Trung Sơn, Đại Phúc Green Villas, Tân Quy Đông, An Phú Hưng,…Ngoài ra còn có các khu đô thị, khu nhà cao tầng như: khu căn hộ Phú Mỹ, Riverside Residence, Central W3 Tower – khu đô thị Himlam,…tập trung chủ yếu ở Quận 7 và phía Đông khu vực Nhà Bè Bên cạnh đó, các khu nhà hàng, trung tâm thương mại cũng phát triển dọc theo các tuyến đường lớn (mục 1.3.3) Ngoài ra, còn có khu chế xuất Tân Thuận (quận 7) là một trong những khu chế xuất lớn và hiệu quả nhất của thành phố Cùng với việc phát triển nhà ở, khu vực này còn tập trung các trường đại học lớn như: trường Đại học Tôn Đức Thắng, Đại học Cảnh sát, Đại học RMIT (Gia Bảo, 2017)

Với bối cảnh kinh tế và giáo dục như trên, cho thấy mức sống của người dân rất cao và dẫn đến việc đòi hỏi điều kiện sống phù hợp Tuy nhiên, các vấn đề ngập lụt và lún nhà lại ảnh hưởng đến điều kiện sống trên Nếu không có phương pháp giải quyết vấn đề này một cách triệt để thì trong tương lai nó sẽ làm giảm giá trị của khu đô thị Nam Sài Gòn này

1.4 Hiện trạng lún tại Nam Sài Gòn và thành phố

1.4.1 Hiện trạng lún ở khu vực nghiên cứu và thành phố

Theo công bố của Sở Tài nguyên và Môi trường (TN-MT) TP.HCM, vùng sụt lún nặng nhất vào năm 2015 là 28mm/năm Vùng có tốc độ lún nhanh (trên 15 mm/năm) tập trung chủ yếu ở khu vực ngoại vi từ Tây Bắc quận 2, huyện Nhà Bè kéo dài qua Bình

Chánh, quận 7, quận 8, Nam quận Bình Tân và khu vực giáp sông Sài Gòn của các quận

12, Thủ Đức, Bình Thạnh Tại khu vực nội thành, tốc độ lún giảm dần so với các năm trước, nhiều khu vực chỉ còn lún dưới 5 mm/năm

Bên cạnh đó, Sở Giao thông Vận tải TP.HCM đang chuẩn bị thực hiện dự án chống lún cho tuyến đường Vành đai 2, từ nút giao Mỹ Thủy (quận 2) đến cầu Phú Hữu (quận 9) Cung đường này được xây dựng trên nền đất yếu, sau một thời gian đưa vào

sử dụng đã xuất hiện nhiều đoạn bị võng, ổ gà Tại quận Bình Thạnh, đường Nguyễn Hữu Cảnh đang lún trầm trọng và cũng được lên kế hoạch cải tạo Con đường này nằm

ở khu vực “hội tụ” tất cả nguy cơ đã được các chuyên gia nghiên cứu và cảnh báo: nền đất yếu, nằm ven sông Sài Gòn, tốc độ lún nhanh…, vì thế mức độ lún lên đến 0.8m – 1.2m Không chỉ con đường mà nhiều nhà dân ở khu vực này cũng có tình trạng nứt lún, xuống cấp nhanh chóng Bên cạnh đó, nhiều trường hợp “hố tử thần” hay sự cố tại các công trình xây dựng xảy ra trong thời gian qua cũng được xác định nguyên nhân có liên quan đến hiện tượng lún nền đất (Khánh Lê, 2017)

Bên cạnh chương trình quan trắc của thành phố, Bộ TN-MT đã có những đo đạc, nghiên cứu cho thấy tình trạng sụt lún đáng báo động tại TP.HCM Quá trình tiến hành

đo kiểm tra mốc độ cao khu vực TP.HCM và ĐBSCL (do Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam thực hiện) phát hiện sai lệch các mốc cao độ, qua đó cho thấy TP.HCM và ĐBSCL

có hiện tượng lún kéo dài Sơ đồ phân vùng lún tại TP.HCM cho thấy có các khu vực như Bình Chánh, Nam quận Bình Tân, quận 8, quận 7, Đông quận 12, Tây quận Thủ Đức, Bắc huyện Nhà Bè… với diện tích 240km2, thậm chí có điểm mốc tại xã Tân Túc (huyện Bình Chánh) lún đến 44cm/10 năm, hoặc có mốc tại An Lạc - Bình Tân, mốc lún lên đến 73cm/10 năm (Khánh Lê, 2017)

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu (lún) cũng đưa ra các hiện trạng quan sát được qua kết quả đo lún tại các công trình nhà ven đường, khu dân cư và các khu vực chân cầu tại các tuyến đường lớn Các tuyến đường chính trong khu vực Nam Sài Gòn được chọn để khảo sát là: Quốc lộ 50, đường Nguyễn Hữu Thọ, đường Phạm Hùng,….Kết quả thực địa của tác giả được thể hiện như trong hình 1.3, KDC Gia Hòa (quốc lộ 50) có độ lún 19cm trong khoảng 3 năm, tòa nhà Easter City (đường Phạm Hùng) có độ lún 9.5cm trong khoảng 2 năm

Hình 1.8 Lún mặt đất tại khu vực nghiên cứu Nam Sài Gòn

Những hậu quả của hiện tượng lún mặt đất là khôn lường Các giải pháp bù lún hay chống lún cho các công trình xây dựng “ngốn” chi phí rất lớn, nhưng đáng lo ngại hơn cả là chất lượng công trình và sự an toàn của những người sử dụng công trình ấy Bên cạnh các công trình hạ tầng, phát triển kinh tế trên mặt đất thì TP.HCM đang thực hiện một khối lượng lớn các công trình xây dựng dưới lòng đất, và sắp tới sẽ còn triển khai nhiều dự án khai thác không gian ngầm như các tuyến metro, bãi đậu xe ngầm, trung tâm thương mại, hồ điều tiết… Những dịch chuyển về địa chất chắc chắn sẽ tác động lớn đến các công trình này nếu không có những biện pháp - kỹ thuật thi công phù hợp Bên cạnh đó, các chuyên gia cũng cảnh báo hiện tượng lún mặt đất có thể kéo theo nhiều tai biến địa chất khác, như trượt đất, sạt lở, (Chí Nhân, 2013)

Nhìn chung, các nhà khoa học đã chỉ ra một số nguyên nhân gây lún ở các khu vực đô thị là do quá trình đô thị hóa tăng nhanh gây sức ép tải trọng lên tầng đất yếu (khu vực đồng bằng) và quá trình khai thác nước ngầm quá mức dẫn đến quá trình lún nhanh do sự hạ thấp mực nước ngầm Để khắc phục tình trạng trên, các biện pháp cấm

và hạn chế khai thác nước ngầm, xây các công trình như hồ điều tiết nước, các công trình tích trữ nước mưa, nước mặt dưới dạng hồ chứa, kênh đào, lập bản đồ phân vùng cấm và xác định lại chuẩn cốt nền để phục vụ các công trình xây dựng trước thực trạng biến đổi khí hậu đã được đề xuất Việc khoanh vùng và giám sát các khu vực lún cũng như công bố thông tin chi tiết cho cộng đồng là cần thiết (Khánh Lê, 2017; Chí Nhân, 2013) Các phương pháp giám sát lún được sử dụng hiện nay từ các tài liệu tổng hợp

b Tòa nhà Easter City Đường Phạm Hùng

a KDC 1 Gia Hòa tại Quốc lộ 50

trên là sử dụng kỹ thuật InSAR, DInSAR và PSInSAR giao thoa các ảnh vệ tinh để tìm

ra các điểm lún Từ đó phục vụ cho công tác giám sát, khoanh vùng lún

Đặc biệt ở những nghiên cứu lún ở khu vực trung tâm thành phố Hồ Chí Minh, vùng ven thành phố bị lún do tác động của đô thị hóa và khai thác nước ngầm quá mức (Lê Văn Trung, 2008; Hồ Tống Minh Định, 2015) Tuy nhiên tại vùng ngoại thành như khu vực nghiên cứu Nam Sài Gòn, hiện chưa có nghiên cứu về lún chi tiết cũng như tác động gây lún ở đây Theo nhận định ban đầu, khu vực này chịu tác động mạnh mẽ bởi quá trình đô thị hóa trên vùng đất yếu là chính Còn về khai thác nước ngầm hầu như hạn chế và không ảnh hưởng nhiều ở khu vực này Do vậy cần thêm các khảo sát nghiên cứu về khu vực này để có đánh giá và khắc phục các ảnh hưởng tới lún Tuy nhiên, do giới hạn và cách tiếp cận của Luận văn nên tác giả tập trung vào nghiên cứu tìm ra giá trị lún của khu vực Nam Sài Gòn và không đề cập đến nguyên nhân gây lún

1.4.2 Các phương pháp đo lún, quan trắc và giám sát lún

Hiện nay có nhiều phương pháp đo lún khác nhau và tùy thuộc vào các đối tượng khác nhau Đối với đo lún công trình, các phương pháp thường sử dụng là phương pháp

đo cao hình học, phương pháp đo cao thủy tĩnh và phương pháp đo cao lượng giác Trong đó, phương pháp đo cao hình học được sử dụng nhiều và quy chuẩn kỹ thuật của phương pháp này được nêu trong TCVN 9360:2012

Đối với quan trắc lún sâu, hiện nay nhiều công ty Địa kỹ thuật cũng như Xây

dựng sử dụng thiết bị “extensometer” để quan trắc lún sâu, lún nền công trình

Đối với giám sát lún, nhất là trên diện rộng, hiện nay các nhà khoa học thường

sử dụng ảnh viễn thám (ảnh SAR/radar) từ các vệ tinh Kỹ thuật InSAR và InSAR cải tiến thường được sử dụng để tìm các điểm PS chứa các giá trị lún Kỹ thuật InSAR này

sẽ được sử dụng trong Luận văn và được mô tả sơ lược trong mục 3.1 của chương 3

1.5 Tổng quan về nghiên cứu lún mặt đất bằng ảnh viễn thám radar

1.5.1 Tình hình nghiên cứu lún trên thế giới

Một số tác giả tiêu biểu sau đã ứng dụng kỹ thuật InSAR để giám sát lún và cho

ra nhiều kết quả ấn tượng như:

Przyłucka và cộng sự (2015) đã phân tích ảnh vệ tinh TerraSAR-X kết hợp giữa phương pháp thông thường và cải tiến của phương pháp giao thoa radar khẩu độ tổng hợp vi phân (DInSAR) để tính sụt lún tại khu vực đô thị ở bể than thượng Silesi (Ba Lan) Phương pháp DInSAR thông thường đã chỉ ra một số khu vực sụt lún và lập bản

đồ lún, điều này minh chứng cho việc sụt lún gây ảnh hưởng tới 28 tòa nhà ở quận Karb

So sánh giữa dữ liệu trắc địa và SqueeSARTM cho năng suất thời gian giám sát chung

và trung bình Chênh lệch tuyệt đối là 7mm/năm, chiếm 14% tỉ lệ chuyển vị trung bình

và được đo bằng các tiêu chuẩn trắc địa Những kết quả này chứng minh rằng kết hợp khai thác các dữ liệu vệ tinh SAR có độ phân giải cao thông qua cả phương pháp thông thường và cải tiến

Gao và cộng sự (2015) đã dùng kỹ thuật InSAR xử lý ảnh TerraSAR-X (3.3m)

để phân tích lún khu vực Bắc Kinh giai đoạn 2013 – 2014 và cho kết quả lún trung bình

là 97.5mm/năm và nâng trung bình ở khu vực sân bay là 23.8mm/năm Nguyên nhân đưa ra là do sự khai thác nước ngầm không đồng đều xung quanh khu vực sân bay kết hợp với trọng tải của các tòa nhà

Solari và cộng sự (2016) đã sử dụng kỹ thuật PSInSAR để phát hiện và mô tả sụt lún tại khu đô thị Pisa, kéo dài 33km2 trong vùng đồng bằng ven biển Arno, Ý Bộ

dữ liệu SAR (vệ tinh ERS 1/2 và Envisat data) được sử dụng từ năm 1992 đến năm 2010 cho thấy tại phần phía Tây Nam khu vực nghiên cứu có không có dấu hiệu lún hoặc rất nhỏ (<2 mm/năm) và phần phía Đông cho thấy biến dạng lún 5 mm/năm Tỷ lệ lún tối

đa cao hơn 20mm/năm tại các khu vực nhà cao tầng Các nghiên cứu điển hình ở khu vực phía Đông của khu vực đô thị đã chứng minh mối tương quan trực tiếp giữa tuổi xây dựng công trình và tỷ lệ sụt lún đã phân tích, cho thấy đô thị hóa như là một yếu tố gây ảnh hướng đến lún cố kết của đất

Bên cạnh các ứng dụng trên, kỹ thuật này đã được ứng dụng thành công để quan trắc biến dạng mặt đất ở nhiều nơi như Bangkok (Thái Lan), Tokyo (Nhật Bản), Thượng Hải (Trung Quốc), Paris (Pháp) và đặc biệt cho TP.HCM Trong đó, sử dụng ảnh SAR được thu nhận bởi các vệ tinh như ERS-1 và ERS-2, RADARSAT, JERS-1, ENVISAT,… để phân tích và xác định các điểm PS biến dạng theo thời gian, sản phẩm cuối cùng của quá trình xử lý là bản đồ các điểm PS chứa thông tin vận tốc lún trung bình năm (Lê Văn Trung, 2015)

1.5.2 Tình hình nghiên cứu lún ở Việt Nam

Cho đến nay ở Việt Nam, những nghiên cứu chi tiết về ứng dụng ảnh radar về ứng dụng giám sát lún có rất ít, chỉ có ở vùng đồng bằng của một số tác giả sau:

Tại Hà Nội, Nguyễn Minh Hải và cộng sự (2014) đã dùng phần mềm SARscape 4.3 trên ENVI để xác định lún tại khu công nghiệp Bắc Thăng Long bằng kỹ thuật InSAR (41mm/năm) giai đoạn 2012 – 2013 Đặng Vũ Khắc (2015) đã dùng ảnh giao thoa band

L (23.62cm) của vệ tinh ALOS PALSAR thay cho band C (5.6cm) trong giai đoạn 2/2007 – 2/2011 để xác định tốc độ lún (0 đến 68mm/năm) và vẽ bản đồ phân vùng không gian lún bằng kỹ thuật InSAR Kết quả cho thấy tốc độ lún bị ảnh hưởng bởi việc khai thác nước ngầm và sự phát triển đô thị trên khu vực nền đất yếu

Tại thành phố Hồ Chí Minh, Lê Văn Trung và cộng sự (2008) đã ứng dụng kỹ thuật DInSAR để tính lún trong giai đoạn 12/2003-5/2004 với độ lún trung bình 20cm tại quận 7, Bình Thạnh Để phát triển kỹ thuật trên và cập nhập việc giám sát lún tại thành phố Hồ Chí Minh, Hồ Tống Minh Định và cộng sự (2015) đã dùng công nghệ giao thoa ảnh radar từ dữ liệu ALOS PARSAR với phương pháp tán xạ giao thoa liên tục (PSInSAR) Hệ số tương quan giữa tốc độ thực với kết quả ước tính PSI là R2 = 0.88,

và sai số trung bình (RMS) là 4.3 (mm/năm) được đánh giá tốt Từ năm 2006 đến 2010, ước tính lún trung bình đạt trung bình 8.0mm/năm với giá trị lớn nhất là 70mm/năm Bên cạnh đó, nghiên cứu đưa ra nguyên nhân dẫn đến tính trạng lún này là do sự phát triển đô thị hóa và hiện tượng khai thác nước ngầm quá mức

Hệ thống sông ngòi dầy đặc chia cắt khu vực thành nhiều vùng nhỏ Biến động mực nước thủy triều tăng dần qua các năm (trung bình tăng thêm 1.42cm/năm) Bề dầy tầng

đất yếu lớn, có khu vực lên đến 35m nên vấn đề nghiên cứu tốc độ lún rất cần thiết nếu phát triển đô thị ở khu vực này

Thứ hai, hiện trạng lún ở khu vực Nam Sài Gòn diễn ra mạnh ở nhiều khu vực như ở các khu dân cư, trên các trục đường chính

Thư ba, điều kiện kinh tế và dân cư phát triển mạnh ở khu vực này dẫn đến việc xây dựng các cơ sở hạ tầng, nhà ở, khu đô thị tăng nhanh ở các khu vực ngoại thành Do

đó, nhu cầu và mức sống của dân cư ở các khu đô thị mới này rất cao và đòi hỏi giải quyết các vấn đề về ngập lụt và lún đô thị ở đây

Thứ tư, các nghiên cứu về lún ở khu vực Nam Sài Gòn còn hạn chế vì các nghiên cứu lún hiện nay chỉ tập trung vào khu vực trung tâm thành phố và một vài vùng ven trung tâm Còn khu vực ven trung tâm như Nam Sài Gòn chưa được quan tâm và đánh giá chi tiết nhiều

Do đó, với các yêu cầu bức thiết trên thì việc nghiên cứu lún để cảnh báo chính quyền và người dân trước khi quy hoạch và xây dựng là cần thiết đối với khu vực ngoại thành này Và để làm được những điều trên thì một phương pháp đã được sử dụng từ lâu trên thế giới đã được áp dụng cho nghiên cứu, đó là sử dụng kỹ thuật InSAR để giám sát lún bằng ảnh radar Kỹ thuật này sẽ được trình bày trong chương 2 (tổng quan về radar) và chương 3 (phương pháp InSAR)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM RADAR

2.1 Giới thiệu viễn thám radar

Viễn thám radar sử dụng bức xạ siêu cao tần với bước sóng từ một đến vài chục centimet cho phép quan sát vật thể trong mọi thời điểm trong ngày và không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết như mây, mưa, sương mù Bên cạnh đó, kỹ thuật này còn kiểm soát được năng lượng, tần số, độ phân cực của bức xạ sóng điện từ…(đối với radar chủ động) Những thông tin này được phân tích dựa trên sự phân cực của chùm tia phản xạ (năng lượng tán xạ) của sóng siêu cao tần qua hiệu ứng Doppler Đây là những

ưu điểm cơ bản mà kỹ thuật viễn thám quang học (dải sóng ánh sáng nhìn thấy hoặc hồng ngoại) không thể có được.Có hai loại viễn thám siêu cao tần: chủ động và bị động

Kỹ thuật chủ động: thu nhận năng lượng sóng siêu cao tần do chính vệ tinh phát

ra sau khi tới được bề mặt vật thể và phản xạ trở lại Các vệ tinh sử dụng radar có khẩu

độ (cửa mở) tổng hợp (SAR), tán xạ kế siêu cao tần, radar đo độ cao,…

Kỹ thuật bị động: thu nhận và phân tích bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát

ra Các vệ tinh sử dụng bức xạ kế siêu cao tần thuộc loại viễn thám radar bị động

Toàn bộ tài liệu tổng quan trong chương 2 được tham khảo trong Giáo trình Viễn Thám (Lê Văn Trung, 2015)

2.2 Nguyên lý thu ảnh radar

Nguyên lý cơ bản của việc chụp ảnh radar là vệ tinh phát ra bức xạ điện từ đến

bề mặt trái đất và bộ cảm biến ghi nhận lại số lượng xung điện cũng như độ trễ thời gian của năng lượng tán xạ ngược Các thông tin này do sóng điện từ mang theo và xác định bởi: hướng lan truyền (kiểu tán xạ), biên độ, bước sóng, độ phân cực và pha của sóng siêu cao tần Thiết bị thu ảnh radar chủ yếu bao gồm: bộ phát sóng, bộ thu, anten thu và phát sóng, hệ thống điện tử để xử lý và thu nhận dữ liệu Hình 2.1 thể hiện các yếu tố

cơ bản của hệ thống chụp ảnh radar, hiện nay có hai loại kỹ thuật chụp ảnh radar được

sử dụng phổ biến là:

- Radar khẩu độ thực RAR (Real Aperture Radar)

- Radar khẩu độ tổng hợp SAR (Synthetic Aperture Radar)

Hình 2.1 Các yếu tố cơ bản của hệ thống chụp ảnh radar

(European Space Agency, 2013)

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của RAR

Khi năng lượng sóng điện từ không bị biến đổi theo đường truyền thì giá trị số của ảnh thường được tạo ra bằng cách lấy căn bậc hai năng lượng tín hiệu phản xạ Năng lượng nhận được từ mỗi xung radar truyền đi có thể được thể hiện dưới dạng các thông

số vật lý và phép chiếu hình học thông qua phương trình (2.1) sau:

4 3

2 2) 4

P G

trong đó: P r – năng lượng sóng phản xạ được thu nhận bởi bộ thu

G – khả năng thu nhận của anten

𝜆 – bước sóng

P t – năng lượng sóng được anten phát ra

𝜎 – hàm số của đặc trưng vật thể và kích thước của vùng phủ sóng radar

R – khoảng cách từ bộ thu đến vật thể

Phương trình 2.1 cho thấy có ba tham số chính ảnh hưởng đến năng lượng phản

xạ nhận được bởi bộ thu đó là: (1) Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống radar: bước sóng được chọn, công suất phát sóng và loại anten được chế tạo (2) Vùng quét ảnh radar: kích thước của vùng phủ sóng radar, bề rộng chùm tia, góc tới và khoảng cách từ anten đến vật thể (3) Đặc điểm của vật thể: mức độ ghồ ghề của bề mặt, chất liệu, lồi lõm của địa hình và phương chiếu của sóng vô tuyến,…Khoảng cách trên của ảnh radar nhìn

được từ kỹ thuật này thể hiện qua hai độ phân giải không gian bao gồm: độ phân giải theo tầm, độ phân giải phương vị

2.2.1.1 Độ phân giải theo tầm

Độ phân giải theo tầm còn được gọi là độ phân giải ngang tuyến và là hằng số,

độ phân giải này phụ thuộc vào chiều dài của xung vô tuyến cao tần (P) Hai đối tượng

có thể được phân biệt bởi độ phân giải theo tầm khi sự phân chia này lớn hơn một nửa chiều dài của xung Công thức 2.2 và hình 2.2 sẽ thể hiện rõ về công thức tính độ phân giải ngang tuyến (tầm xiên) như sau:

)sin(

2

.)

sin(

c A

P sr

Trong đó: R sr – độ phân giải ngang tuyến (Resolution of slant range)

P – độ dài xung của vô tuyến cao tần

c – tốc độ truyền của sóng điện từ

 – thời gian của xung (pulse)

A – góc tới (Hình 2.2)

Hình 2.2 Minh họa công thức tính độ phân giải xiên

2.2.1.2 Độ phân giải phương vị

Độ phân giải phương vị còn được gọi là độ phân giải dọc tuyến, thể hiện khả năng chụp ảnh radar lên hai đối tượng không gian riêng biệt kề nhau theo hướng song song với hướng di chuyển của bộ cảm Độ phân giải phương vị được xác định bởi bề rộng của dải quét trên mặt đất, chùm tia sóng vô tuyến cao tần (góc loe của chùm tia) và khoảng cách tầm xiên

Phân giải xiên = ½ độ dài xung

Phân giải thật

Góc tới

A

A

Đối với tất cả các loại radar, bề rộng của dải quét trên mặt đất ứng với góc cố

định Đối với một bước sóng cho trước (λ), bề rộng tia (B – rad) phụ thuộc vào chiều dài vật lý (dH) của anten theo phương ngang Độ phân giải phương vị ứng với khẩu độ thực R az được thể hiện trong phương trình 2.3 sau:

R az = R.B =

dH

Với: R az – độ phân giải phương vị (Resolution of azimuth)

R – tầm xiên từ anten đến đối tượng

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của SAR

Hầu hết các hệ thống hiện nay đều tạo ảnh radar theo nguyên lý khẩu độ tổng hợp

và được gọi là SAR (Synthetic Aperture Radar) để khắc phục hạn chế về độ dài của

anten Hình 2.3 minh họa khẩu độ tổng hợp được tạo ra dựa vào việc di chuyển hướng đến phía trước của vật mang cho phép nâng cao độ phân giải phương vị Khi đối tượng (A) nằm trong bề rộng của dải quét thứ nhất, năng lượng phản xạ của nó được ghi nhận, khi tiếp tục chuyển động về phía trước, các xung tiếp tục phản xạ lại theo chuỗi tuần tự trong suốt thời gian mà đối tượng nằm trong vùng phủ sóng Bằng việc ghi lại và kết

hợp các tín hiệu riêng biệt đó, một “synthetic aperture” được tạo ra

Hình 2.3 Khẩu độ tổng hợp được tạo ra dựa vào việc di chuyển của vật mang 2.3 Đặc điểm của ảnh radar

Ảnh radar có những đặc điểm cơ bản nhất định và khác với ảnh quang học (như ảnh Landsat, SPOT hay ảnh VNREDSat 1) Các đặc điểm riêng biệt này được hình thành

do sự khác nhau về kỹ thuật chụp ảnh radar, vùng phổ được sử dụng và những biến dạng hình học, tương tác bề mặt cũng như nhiễu của ảnh radar

2.3.1 Đặc điểm hình học của ảnh radar

Đặc điểm hình học thể hiện qua sự biến dạng của ảnh radar trong quá trình thu nhận ảnh (mục 2.2) Có hai loại biến dạng chính là biến dạng theo tỷ lệ tầm xiên và biến dạng do địa hình

2.3.1.1 Biến dạng tầm xiên

Do radar đo khoảng cách đến vật thể theo tầm xiên nên không thể hiện khoảng cách nằm ngang thực sự của vật thể trên bề mặt đất Hình 2.4 cho thấy mặc dù hai vật thể (1 và 2) có cùng kích thước trên mặt đất, nhưng kích thước cho trên ảnh là khác nhau

và được tính theo khoảng cách nghiêng (1’và 2’) Vật thể nằm ở tầm gần bị co lại trong khi vật thể ở tầm xa bị dài ra (Tempfli, 2009)

2.3.1.2 Biến dạng do địa hình

Có ba kiểu biến dạng địa hình: biến dạng rút ngắn (foreshortening), biến dạng đảo ngược (layover) và biến dạng bóng râm (shadow) (Tempfli, 2009)

Hình 2.4 Các biến dạng hình học trong một ảnh RADAR

do độ cao địa hình thay đổi (Tempfli, 2009)

Cảm biến

Khoảng cách xiên

Cao độ Địa hình

Khoảng cách thật trên mặt đất 1 2

Biến dạng Foreshortenting

5 6 7 Biến dạng Bóng râm 1’ 2’ 4’ 3’ 5’ 6’ 7’