NGHIÊN cứu xây DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIÁM sát môi TRƯỜNG nước mặt KHU vực hà nội từ dữ LIỆU vệ TINH VNREDSAT 1a tt

Dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A đã được sử dụng trong thành lập bản đồ lớp phủ, giám sát biến động khu vực lục địa, hải đảo và xuyên biên giới, đảm bảo mục đích quốc phòng - an ninh… Mặc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

ĐINH THỊ THU HIỀN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT KHU VỰC HÀ NỘI TỪ DỮ LIỆU

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám,

Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Trần Xuân Trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

2 TS Lê Quốc Hưng, Cục Viễn thám quốc gia

Phản biện 1: PGS.TS Trần Thị Vân Anh Phản biện 2: PGS.TS Phạm Quang Vinh Phản biện 3: PGS.TS Phạm Việt Hòa

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, vào hồi giờ ngày tháng năm 2018

Có thể tìm hiều luận án tại thư viện : Thư viện Quốc gia Hà Nội hoặc Thư

viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nước nói chung và nước mặt nói riêng là yếu tố không thể thiếu trong toàn bộ sự sống và các quá trình xảy ra trên Trái Đất Nước là môi trường cho các phản ứng chuyển dịch nhiều loại vật chất, góp phần điều tiết và điều hòa khí hậu Nước còn có vai trò quyết định trong các hoạt động kinh tế và đời sống văn hóa tinh thần của loài người [18]

Các phương pháp nghiên cứu truyền thống sử dụng kết quả phân tích các mẫu nước thử nghiệm chỉ đánh giá được chất lượng nước một cách cục bộ xung quan điểm đo Hơn nữa, cũng không thể lấy quá nhiều mẫu thử nghiệm hay thiết lập mạng lưới quan trắc chất lượng nước dày đặc do tốn kém về thời gian và chi phí Những hạn chế này đã được khắc phục khi sử dụng tư liệu viễn thám, với ưu điểm diện tích phủ trùm rộng, tiết kiệm thời gian, dải phổ và số lượng kênh phổ đa dạng, chi phí thấp

Dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A đã được sử dụng trong thành lập bản đồ lớp phủ, giám sát biến động khu vực lục địa, hải đảo và xuyên biên giới, đảm bảo mục đích quốc phòng

- an ninh… Mặc dù vậy, cho đến nay mới chỉ có Cục viễn thám quốc gia thực hiện dự án sản xuất bằng dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A, dự án đã thông qua nhiều lần hội thảo khoa học, bảo vệ sản phẩm niên độ qua các thời kỳ trong đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt Các nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám đánh giá chất lượng môi trường nước mặt chủ yếu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình như Landsat, SPOT,…hoặc độ phân

giải thấp (MODIS)Với những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ giám sát môi trường nước mặt khu vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A”

được lựa chọn xuất phát từ nhu cầu thực tế, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

Nghiên cứu nhằm xây dựng được quy trình giám sát chất lượng nước mặt một số sông, hồ, đầm khu vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat - 1A

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: đối tượng nghiên cứu trong luận án là chất lượng nước mặt ở

một số sông, hồ, đầm khu vực Hà Nội

• Phạm vi nghiên cứu:

+ Phạm vi không gian: Giới hạn trong một số sông, hồ khu vực Hà Nội

+ Phạm vi thời gian: trong nghiên cứu sử dụng 02 cảnh ảnh VNREDSat-1A, chụp

ngày 20 tháng 10 năm 2016 và ngày 21 tháng 12 năm 2017

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích, tổng hợp; Phương pháp viễn thám; Phương pháp GIS;

Phương pháp hồi quy

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

a) Ý nghĩa khoa học:

• Kết quả nghiên cứu đã minh chứng tính hiệu quả và độ tin cậy của công nghệ viễn thám trong đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt so với các phương pháp nghiên cứu truyền thống

• Góp phần minh chứng tính hiệu quả của dữ liệu ảnh vệ tinh quang học VNREDSat-1A trong xác định phân bố hàm lượng các thông số chất lượng nước mặt, phục vụ công tác giám sát, đánh giá và thành lập bản đồ chất lượng nước mặt

b) Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần cung cấp thông tin để các nhà quản lý đưa ra các biện pháp

trong giám sát và ứng phó với ô nhiễm môi trường nước mặt ở khu vực Hà Nội Bên cạnh

đó, kết quả nhận được trong đề tài cũng có thể sử dụng, tham khảo trong công tác nghiên cứu khoa học, giảng dạy ở các trường đại học, viện nghiên cứu

6 Nội dung nghiên cứu

Luận án gồm: phần mở đầu, ba chương, phần kết luận và kiến nghị và phụ lục Chương 1 trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu; Chương 2 trình bày cơ sở khoa học xây dựng quy trình công nghệ giám sát môi trường nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh

vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A Các kết quả chính của luận án được trình bày trong phần kết luận và kiến nghị

7 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Có mối quan hệ chặt chẽ giữa phổ phản xạ của nước mặt được xác

định từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A sau khi hiệu chỉnh khí quyển với hàm lượng các thông

số chất lượng nước mặt khu vực Hà Nội

Luận điểm 2: Quy trình công nghệ giám sát nước mặt được đề xuất góp phần nâng

cao hiệu quả và độ chính xác xác định hàm lượng các thông số chất lượng nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

8 Những điểm mới của luận án

• Xây dựng được quy trình công nghệ, giám sát môi trường nước mặt thông qua các thông số chất lượng nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

• Xây dựng được hàm quan hệ giữa hàm lượng các thông số chất lượng nước xác

định từ các mẫu thực địa và giá trị phổ phản xạ từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A sau khi đã hiệu chỉnh khí quyển

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về tài nguyên nước mặt Việt Nam

Việt Nam có hơn 2.360 con sông có chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó có 109 sông chính Cả nước có 16 lưu vực sông với diện tích lưu vực lớn hơn 2.500 km2, trong đó 10/16 lưu vực có diện tích trên 10.000 km2 Tổng diện tích các lưu vực sông trên cả nước lên đến 1.167.000 km2, trong đó phần lưu vực nằm ngoài diện tích lãnh thổ chiếm đến 72% [4]

Như vậy, có thể nhận thấy, tài nguyên nước ở Việt Nam có vai trò hết sức quan trọng

và đang trở nên quý hiếm trong những năm gần đây Trong khi nhu cầu về nước không ngững tăng cao, nguồn nước mặt ở nhiều sông, hồ lại đang bị suy thoái và ô nhiễm nghiêm trọng dẫn đến nguồn nước sạch ngày càng khan hiếm Hạn hán, thiếu nước xảy ra thường xuyên, nghiêm trọng ở nhiều vùng ở nước ta, không chỉ vào mùa khô mà cả mùa mưa Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, sự gia tăng dân số và các hoạt động của con người đang gây áp lực rất lớn đến chất lượng nguồn nước mặt, đe dọa an ninh về nguồn nước ở Việt Nam Ở nhiều thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, các hệ thống sông, hồ bị ô nhiễm hết sức nghiêm trọng bởi rác thải, nước thải sinh hoạt, công nghiệp, ý tế Đặc biệt ở Hà Nội, nơi tập trung 22% làng nghề cả nước (1.350 làng có nghề, 286 làng nghề truyền thống), trong đó có 43 làng chế biến thực phẩm, 59 làng dệt nhuộm đồ da, 135 làng thủ công mỹ nghệ, chất lượng nước mặt ở các sông, hồ bị ô nhiễm nặng nề

1.2 Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước mặt: Ô nhiễm do nước thải sinh hoạt; Ô nhiễm

do nước thải công nghiệp; Ô nhiễm do nước thải y tế; Ô nhiễm do nước thải nông nghiệp, làng nghề

1.3 Các thông số chất lượng môi trường nước mặt

Có nhiều thông số để đánh giá chất lượng môi trường nước mặt Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt năm 2015 (QCVN 08-MT:2015/BTNMT), có tới 36 thông số có thể sử dụng nhằm đánh giá chất lượng môi trường nước mặt (Bảng 1.4) [7]

1.4 Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám giám sát chất lượng nước mặt

1.4.1 Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu chất lượng nước mặt

Dữ liệu ảnh viễn thám với độ phân giải không gian đa dạng cho phép nghiên cứu, giám sát các vùng nước ở các quy mô khác nhau Đối với những khu vực rộng lớn như

biển, đại dương, dữ liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải thấp có thể được áp dụng do diện tích phủ trùm của một cảnh ảnh có thể lên đến một vài km2

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Các nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy tính hiệu quả của phương pháp sử dụng dữ liệu viễn thám trong đánh giá và ước lượng hàm lượng các thông số chất lượng nước, đặc biệt đối với một số thông số như TSS, chlorophyll-a, tổng nitơ và tổng photphor Mặt khác, phân tích các nghiên cứu trên thế giới cũng cho thấy, hiệu quả xác định hàm lượng một số thông số chất lượng nước như BOD5, COD từ dữ liệu viễn thám cũng ở mức nhất định, thể hiện qua giá trị hệ số R2thường đạt thấp hơn đáng kể so với khi xác định TSS, chlorophyll-a

1.4.3 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trước đây, ở Việt Nam, để đánh giá mức độ ô nhiễm nước mặt thường dựa vào việc phân tích các thông số chất lượng nước riêng biệt, sau đó so sánh giá trị từng thông số đó với giá trị giới hạn được quy định trong các tiêu chuẩn/quy chuẩn trong nước hoặc quốc tế

Cho đến nay, ở nước ta đã có một số nghiên cứu sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh quang học trong đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt, trong đó sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh quang học độ phân giải trung bình như SPOT, Landsat (nghiên cứu chất lượng nước mặt lục địa) hoặc ảnh vệ tinh độ phân giải thấp như MODIS (nghiên cứu chất lượng nước biển ven bờ)

1.5 Đặc điểm dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSAT-1A

VNREDSat-1 hay VNREDSat-1A (tên đầy đủ Vietnam Natural Resources, Environment and Disaster-monitoring Satellite-1A) là vệ tinh quang học quan sát Trái Đất đầu tiên của Việt Nam, có khả năng chụp ảnh toàn bộ các khu vực trên bề mặt Trái Đất VNREDSat-1A được phóng thành công lên quỹ đạo vào 07/05/2013 tại bãi phóng Kourou nằm trong Trung tâm không gian Guyana (Pháp) VNREDSat-1A do Công ty EADS Astrium (Pháp) thiết kế, chế tạo và được trang bị bộ cảm biến quang học bao gồm 5 kênh phổ, trong đó có 4 kênh đa phổ với độ phân giải không gian 10m, kênh toàn sắc với độ phân giải không gian 2,5m

Hệ thống chụp ảnh cho phép chụp các tấm ảnh với độ phân giải không gian là 2,5m ở kênh toàn sắc và 10m ở các kênh đa phổ (Bảng 1.9) Độ rộng dải quét đối với ảnh vệ tinh VNREDSat – 1 là 17,5 km Độ phân giải bức xạ 12 bit, tương đương với 4096 cấp độ độ xám

Tóm lại: Từ những những vấn đề nêu trên, luận án tập trung nghiên cứu nhằm: Xây

dựng được quy trình công nghệ giám sát môi trường nước mặt thông qua các thông số chất lượng nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A; Xây dựng được hàm quan hệ giữa giá trị các thông số chất lượng nước mặt xác định từ các mẫu thực địa và giá trị phổ phản xạ

từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A sau khi đã hiệu chỉnh khí quyển

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT NƯỚC MẶT TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH VNREDSAT-1A

2.1 Cơ sở khoa học phương pháp ứng dụng dữ liệu viễn thám trong đánh giá chất lượng nước

2.1.1 Bức xạ trực tiếp đối tượng nước và tính chất quang học bất biến của nó

Khi bức xạ Mặt Trời đi tới nguồn nước, thông tin phản hồi được bộ cảm (sensor) ghi nhận lại bao gồm ba thành phần:

• bức xạ từ mặt nước Lw (water leaving radiance);

• bức xạ bầu trời Ls(skylight radiance);

• bức xạ phản xạ trực tiếp từ mặt nước Lr (sky radiance directly reflected by the surface)

Hình 2.1 Các thành phần của bức xạ Mặt Trời đi tới nguồn nước được bộ cảm biến ghi

nhận

2.1.2 Bức xạ gián tiếp đối tượng nước quan trắc bằng dữ liệu viễn thám

Do đặc điểm thu nhận, ảnh viễn thám quang học, để đưa vào sử dụng cần phải tiến hành hiệu chỉnh ảnh hưởng của môi trường khí quyển (atmospheric correction) Để hiệu chỉnh các ảnh hưởng của khí quyển đến chất lượng ảnh, ảnh gốc cần biến đổi từ giá trị số nguyên (digital number - DN) về giá trị thực của bức xạ điện từ (spectral radiance), sau đó xác định ảnh phản xạ ở đỉnh khí quyển R* (top of atmospheric - TOA)

Từ các phân tích trên có thể kết luận, phản xạ viễn thám xác định từ dữ liệu ảnh vệ tinh quang học tuân theo quy luật khách quan khi có tương tác của ánh sáng vào đối tượng nước

2.1.3 Phương pháp xác định hàm lượng thông số chất lượng nước từ dữ liệu viễn thám

Để thành lập bản đồ phân bố hàm lượng các thành phần ô nhiễm nước mặt từ dữ liệu ảnh viễn thám, điểm mấu chốt cần thiết lập mô hình ước lượng các thông số chất lượng nước dựa trên phản xạ rời khỏi bề mặt nước [8] [47] [48] Bản chất của việc thiết lập mô hình này là xây dựng hàm hồi quy giữa giá trị đo hàm lượng các thành phần ô nhiễm nước mặt từ các trạm đo thực địa và phản xạ rời khỏi bề mặt nước xác định từ dữ liệu ảnh viễn thám quang học

Tùy đặc điểm cụ thể của khu vực nghiên cứu, có thể sử dụng các mô hình hàm hồi quy khác nhau như hàm mũ, hàm tuyến tính, hàm đa thức

Ngoài ra, bên cạnh một phần số liệu phân tích chất lượng nước tại các điểm đo được

sử dụng để xây dựng mô hình hàm quan hệ với phản xạ bề mặt nước xác định từ ảnh vệ tinh, một phần số liệu có thể được sử dụng để đánh giá độ chính xác kết quả xây dựng mô hình

2.1.4 Cơ sở khoa học phân tích hồi quy

Phân tích hồi quy là nghiên cứu sự phụ thuộc của một biến (biến phụ thuộc) vào một hay nhiều biến khác (các biến giải thích) để ước lượng hay dự đoán giá trị trung bình của biến phụ thuộc trên cơ sở các giá trị biết trước của các biến giải thích Trong đánh giá chất lượng nước từ dữ liệu viễn thám, phân tích hồi quy được sử dụng để nghiên cứu sự phụ thuộc của hàm lượng các thông số chất lượng nước vào phản xạ phổ của một hay nhiều kênh ảnh vệ tinh

Các mối quan hệ trong phân tích hồi quy

a) Quan hệ thống kê và quan hệ hàm số

b) Hồi quy và quan hệ nhân quả

c) Hồi quy và tương quan

2.2 Đặc trưng phổ phản xạ của nước

Nhìn chung, khả năng phản xạ phổ của nước thấp so với các đối tượng khác như thực vật, đất và có xu hướng giảm dần theo chiều tăng của chiều dài bước sóng (hình 2.4) [72] Phần năng lượng phản xạ trên bề mặt nước kết hợp phần năng lượng sinh ra sau quá trình tán xạ các hạt vật chất lơ lửng trong nước phản xạ lại, tạo thành năng lượng phản xạ của nước

Hình 2.4 Đặc trưng phổ phản xạ của nước và một số đối tượng khác

(nguồn Internet)

2.3 Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh VNREDSAT - 1A

2.3.1 Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển ảnh vệ tinh VNREDSat - 1A

Có thể chia các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển thành hai nhóm phương pháp chính: nhóm phương pháp sử dụng tham số vật lý khí quyển; nhóm phương pháp sử dụng các tham số của ảnh gốc

Trong phạm vi của luận án sử dụng mô hình COST để hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí quyển đối với ảnh vệ tinh VNREDSat-1A Các bước thực hiện theo sơ đồ trên hình 2.8

Bước 1: Giá trị số nguyên của ảnh VNREDSat-1A được chuyển đổi về giá trị thực của

bức xạ điện từ (spectral radiance) theo công thức sau: Lλ =Gain DNλ +Biasλ

Bước 2: Chiết xuất thông tin từ tệp siêu dữ liệu (metadata)

2.3.2 Phương pháp hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

Mục đích của hiệu chỉnh hình học là nhằm loại bớt các sai lệch xảy ra trong quá trình chụp ảnh và đưa ảnh về toạ độ chuẩn để có thể tích hợp với các nguồn dữ liệu khác Độ chính xác của ảnh nắn ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác của các đối tượng trên bản đồ Việc nắn chỉnh hình học bằng các hệ xử lý ảnh được tiến hành dựa trên các điểm khống chế mặt đất (GCPs – Ground Control Points) Các điểm khống chế phải ít biến động và phải dễ nhận biết trên ảnh cũng như trên bản đồ, phải là các yếu tố địa vật đặc trưng và ít thay đổi

Số lượng các điểm khống chế được lấy phải đáp ứng yêu cầu mà phương pháp nắn và bậc nắn đòi hỏi cũng như phân bố đều trên phạm vi toàn ảnh

Để hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh VNREDSat-1A, trong luận án sử dụng phần mềm

xử lý ảnh thương mại ERDAS IMAGINE 2014 Sơ đồ các bước hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh VNREDSat-1A được trình bày trên hình 2.18

Bước 1: Tạo Project làm việc

Bước 2: Nhập ảnh

Bước 3: Mô hình hoá và nhập điểm khống chế

Bước 4: Thiết lập khối ảnh

Bước 5: Liên kết mô hình và đo liên kết mô hình

Bước 6: Tính toán bình sai

Bước 7: Nắn ảnh

Bước 8: Cắt ghép ảnh

Bước 9: Xuất dữ liệu

Hình 2.18 Sơ đồ các bước hiệu chỉnh hình học ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

Ảnh vệ tinh sau khi nắn chỉnh hình học được chồng lên bản đồ nền địa hình để kiểm tra độ trùng khít và đánh giá độ chính xác Nhìn chung, kết quả hiệu chỉnh có độ chính xác cao nếu khu vực sai lệch có khoảng cách ≤ 3 m đối với ảnh toàn sắc và ≤ 10 m đối với ảnh

đa phổ (Bảng 2.4) Chất lượng nắn ảnh đạt trung bình khi khu vực sai lệch có khoảng cách

từ 3 đến 4 m đối với ảnh toàn sắc và 10 đến 15 m đối với ảnh đa phổ Trong khi đó, nếu độ

Tính toán bình sai

Xuất dữ liệu

Cắt, ghép ảnh Không đạt Đạt

sai lệch lớn hơn 15 m đối với các kênh đa phổ và lớn hơn 4 m đối với kênh toàn sắc, chất

lượng nắn ảnh đạt thấp

2 4 Phương pháp đo phổ hiện trường

Phổ phản xạ mặt nước có thể được đo bằng cách sử dụng các máy đo quang phổ bức

xạ điện từ hiện trường (field spectroradiometer) Trong luận án này, tác giả sử dụng máy đo bức xạ phổ hiện trường GER 1500 Máy có thể vận hành đơn giản kiểu cầm tay hoặc lắp trên giá ba chân

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác kết quả xác định hàm lượng các thông số chất lượng nước bao gồm:

- Số lượng điểm lấy mẫu chất lượng nước

- Đặc điểm phân bố các điểm lấy mẫu

- Quá trình bảo quản, vận chuyển mẫu nước

- Kết quả hiệu chỉnh hình học, hiệu chỉnh khí quyển ảnh vệ tinh

- Sự phù hợp giữa thời gian lấy mẫu nước và thời gian chụp ảnh

2.6 Phương pháp lấy mẫu chất lượng nước

Các mẫu nước mặt được lấy cùng vị trí các điểm đo phổ phản xạ hiện trường và được thu thập tại sát mặt nước ở độ sâu 0 - 25 cm do nước mặt ở độ sâu lớn hơn 25 cm không ảnh hưởng đến phổ phản xạ mặt nước [10] Số lượng điểm lấy mẫu phải đủ lớn và phân bố đều trên khu vực nghiên cứu nhằm đảm bảo thể hiện đặc trưng phân bố hàm lượng các chất ô nhiễm nước mặt Các mẫu nước được lấy vào chai nhựa màu tối, ướp lạnh và đưa về phân tích trong phòng thí nghiệm trong ngày

2.7 Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ giám sát nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSAT-1A

Nghiên cứu đặc trưng phổ phản xạ của nước và cơ sở khoa học phương pháp đánh giá chất lượng nước từ dữ liệu viễn thám cho thấy, ảnh vệ tinh VNREDSat-1A có thể sử dụng trong xác định hàm lượng các thông số chất lượng nước

Từ những phân tích trên, trong luận án đề xuất quy trình đánh giá và giám sát chất lượng nước mặt từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A như sau:

Bước 1: Thu thập tư liệu, bao gồm thu thập tư liệu bản đồ và DEM ảnh vệ tinh quang

học VNREDSat-1A khu vực nghiên cứu

Bước 2: Nắn ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

Bước 3: Xác định phổ phản xạ đỉnh khí quyển TOA – Top of Atmospheric từ dữ liệu

ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

Bước 4: Xác định độ lệch giữa phổ phản xạ hiện trường và phổ phản xạ xác định từ

ảnh vệ tinh (phản xạ đỉnh khí quyển)

Bước 5: Hiệu chỉnh khí quyển

Bước 6: Xác định quan hệ giữa phổ phản xạ mặt nước và hàm lượng các thông số

chất lượng nước

Bước 7: Lựa chọn mô hình hồi quy tối ưu

Bước 8: Xác định hàm lượng các thông số chất lượng nước

Bước 9: Thành lập bản đồ phân bố hàm lượng các thông số chất lượng nước

B ước 10: Kết quả xác định hàm lượng và thành lập bản đồ phân bố các thông số chất

lượng nước mặt từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

Tóm lại

Trong chương 2 đã nghiên cứu cơ sở khoa học phương pháp ứng dụng dữ liệu viễn thám trong việc đánh giá chất lượng nước bao gồm: bức xạ trực tiếp đối tượng chất lượng nước và tính chất quang học bất biến của nó, bức xạ gián tiếp đối tượng nước quan trắc bằng dữ liệu viễn thám; phương pháp xác định hàm lượng thông số chất lượng nước từ dữ liệu viễn thám; cơ sở khoa học phân tích hồi quy; đặc trưng phản xạ phổ của nước và phương pháp xử lý ảnh vệ tinh VNREDSat-1A; phương pháp đo phổ hiện trường; phương pháp lấy mẫu chất lượng nước; xây dựng quy trình công nghệ giám sát môi trường nước từ

dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A Đó là cơ sở khoa học cho việc thực nghiệm xác định hàm lượng chất lượng nước mặt khu vực Hà Nội từ dữ liệu ảnh vệ tinh VNREDSat-1A

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT KHU VỰC HÀ NỘI TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH

VNREDSAT-1A

3 1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu và dữ liệu sử dụng

3.1 1 Khu vực nghiên cứu: Một số sông, hồ, đầm khu vực Hà Nội

Để đánh giá chất lượng nước mặt khu vực Hà Nội, trong nghiên cứu tác giả tiến hành

02 đợt lấy mẫu chất lượng nước, tương ứng với thời gian chụp 02 cảnh ảnh vệ tinh VNREDSat-1A khu vực Hà Nội Số lượng mẫu nước mặt được lấy trong đợt quan trắc năm

2016 là 30 mẫu (15 mẫu khu vực đầm, hồ; 15 mẫu khu vực sông Hồng), trong đợt quan trắc năm 2017 là 31 mẫu (16 mẫu khu vực đầm, hồ; 15 mẫu khu vực sông Hồng) – bảng 3.2, 3.3 Các điểm lấy mẫu phân bố đều trên khu vực nghiên cứu nhằm đảm bảo thể hiện đặc trưng phân bố hàm lượng các chất ô nhiễm nước mặt Quá trình lấy mẫu, bảo quản và phân tích

được thực hiện theo quy định trong Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN MT:2015/BTNMT

08-3.1.2.3 Số liệu đo phổ hiện trường

Phổ phản xạ hiện trường được đo ở 22 điểm (khu vực Hồ Linh Đàm, hồ Tứ Kỳ, Đầm lớn, Hồ Yên Sở và Sông Hồng) với ảnh năm 2016; ở 23 điểm đo tại Hồ Tây và Sông Hồng với ảnh năm 2017 (nơi có bề mặt nước tương đối đồng nhất) xác định bằng máy đo quang phổ cầm tay GER 1500 được sử dụng nhằm tính toán độ lệch phổ trung bình với phổ phản

xạ xác định từ ảnh vệ tinh VNREDSat-1A theo công thức

Red band

NIR band

Blue band

Green band

Red band

NIR band