TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu ứng dụng ModelBuilder ArcGis để tạo quy trình tính tốn nhiệt độ bề mặt từ ảnh viễn thám” Nhóm sinh viên: © 2018 Slidefabric.com All rights reserved Đồn Ngọc Sơn Nguyễn Thị Thúy Hằng Ngô Quốc Việt Thái Dương Anh Giảng viên hướng dẫn: GV.Ths Phạm Thị Thanh Hòa NỘI DUNG TRÌNH BÀY 01 02 ĐẶT VẤN ĐỀ ARCGIS & MODEL BUILDER 03 04 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH • Đối tượng • Khái niệm • Nhiệt độ bề mặt • Dữ liệu khu vực nghiên cứu • Mục tiêu • Thành phần • Viễn thám • Quy trình thực hiện • Phương pháp • Chức năng • Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt • Thực hiện các bước • Ý nghĩa • Ứng dụng • Thực hiện trên MODEL BUILDER ĐẶT VẤN ĐỀ NĨNG LÊN TỒN CẦU MƠI TRƯỜNG SỐNG CỦA CON NGƯỜI, SINH ĐỜI SỐNG SINH VẬT CẤP NƯỚC, HOẠT, SẢN THỰC PHẨM, Y XUẤT BỆNH TRUYỀN NHIỄM, CHỦNG VIRUS, VI KHUẨN MỚI © 2018 Slidefabric.com All rights reserved VẤN ĐỀ CUNG TẾ • Sự phát triển cơng nghệ viễn thám ảnh vệ tinh • Trích xuất các dữ liệu trên ảnh vệ tinh nhanh chóng và chính xác khiến viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực • Bản đồ nhiệt tư liệu quan trọng để đưa dự đoán thiên tai, làm sở cho quy hoạch sử dụng đất, quản lý tài nguyên thiên nhiên Nghiên cứu ứng dụng ModelBuilder trong ArcGis để tạo quy trình tính tốn nhiệt độ bề mặt từ ảnh viễn thám • Để xử lí lý dự liệu ảnh viễn thám nhanh chóng xác, cung cấp giao diện giúp người sử dụng thao tác trực tiếp với công cụ © 2018 Slidefabric.com All rights reserved • MỤC TIÊUlập quy trình tính toán xác định nhiệt độ bề mặt mặt đất từ liệu ảnh Thành viễn thám Model Builder ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU • • Nhiệt độ bề mặt mặt đất Khu vực tỉnh Phú Thọ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Đưa sở khoa học nghiên cứu • Thực nghiệm xác định nhiệt độ bề mặt mặt đất từ ảnh vệ tính PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU • Phương pháp thu thập phân tích tài liệu • Phương pháp viễn thám GIS Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI • Giám sát thay đổi nhiệt độ bề mặt có liên quan đến hoạt động người • Dự báo thiên tai, cung cấp thông tin cần thiết để theo dõi q trình biến đổi khí hậu © 2018 Slidefabric.com All rights reserved PHẦN ARCGIS VÀ MODEL BUILDER © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 1.1 Giới thiệu Gis GIS hệ thống thơng tin có khả xây dựng, cập nhật, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích xuất liệu có liên quan tới vị trí địa lý Nhập liệu Phần cứng Phần mềm Con người Dữ liệu Phương pháp & quy trình © 2018 Slidefabric.com All rights reserved Xử lý liệu sơ GIS Lưu trữ biên tập liệu Tìm kiếm phân tích không gian Hiển thị tương tác Ứng dụng GIS Mơi trường • Ở mức đơn giản GIS dùng để đánh giá mơi trường • Phức tạp mơ hình hóa tiến trình sói mịn đất, lan truyền nhiễm nước,… • Những chức phân tích phúc tạp mơ hình dạng ảnh (raster) chiếm ưu Khí tượng thủy văn • GIS hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai lũ quét hạ lưu,… • Những ứng dụng mang tính phúc tạp nên mơ hình dạng ảnh (raster) chiếm ưu GIS Giao thơng • GIS ứng dụng đáng kể lình vực vận tải • Lập kế hoạch trì sở hạ tầng, ứng dụng định vị hàng hải hải đồ điện tử Các dịch vụ điện, nước, gas, di động,… • Là nới công ty lĩnh vực ứng dụng GIS linh hoạt • Automated Mapping, Facility Management (AM-FM) dùng để quản lý vị trí cáp, valve,… • Dữ liệu vector thường dùng lĩnh vực © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 1.2 Giới thiệu ArcGis ArcGIS hệ thống thông tin địa lý hãng ESRI, cung cấp giải pháp toàn diện từ thu thập, nhập số liệu, chỉnh lý phân tích thơng tin với cấp độ khác Xét mặt cơng nghệ, cơng nghệ ESRI xem xét giải pháp mang tính chất tổng thể hồn chỉnh, có khả khai thác hết chức GIS ứng dụng khác : Desktop (ArcGIS Desktop) © 2018 Slidefabric.com All rights reserved Máy chủ (ArcGIS Server) Các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS Online) Hệ thống thiết bị di động (ArcPAD, ) ArcGIS Desktop Bao gồm cộng cụ mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thơng tin xuất tạo nên hệ thống thông tin địa lý (GIS) hồn chỉnh Tạo chỉnh sửa liệu tích hợp (dữ liệu khơng gian tích hợp với liệu thuộc tính) Truy vấn liệu khơng gian liệu thuộc tính từ nhiều nguồn nhiều cách khác ArcGis Desktop Hiển thị, truy vấn phân tích liệu không gian kết hợp với liệu thuộc tính Thành lập bảo đồ chuyên đề in có chất lượng trình bày chun nghiệp © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 10 Tính NDVI NDVI (Normalized difference vegetation index) số thực vật khác biệt chuẩn hóa Đây số quan trọng nghiên cứu sinh thái, tăng trưởng, phát triển biến động lớp thực phủ Cơng thức tính số thực vật NDVI với ảnh Landsat © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 24 Chuyển đổi giá trị số (DN) sang giá trị xạ phổ (L) - QCAL : giá trị xạ hiệu chỉnh tính định lượng dạng số nguyên - QCALmin=1 QCALmax=65535 - Lmin Lmax giá trị xạ phổ dạng số nguyên, kênh 10 0.10033 22.00180 - Đơn vị L W/(m2.sr/m) © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 25 Tính nhiệt độ sáng Ảnh kênh 10 Landsat chuyển đổi từ giá trị xạ phổ sang biến vật lý hữu ích Đây nhiệt độ hiệu vệ tinh (nhiệt độ vật thể đen) hệ thống nhìn từ Trái đất – khí giả thiết phát xạ Công thức chuyển đổi tính theo cơng thức Planck: - T nhiệt độ hiệu vệ tinh (K) - K1: Hệ số hiệu chỉnh với Landsat 774,8853 W/m2 sr.µm - K2 : Hệ số hiệu chỉnh với Landsat 1321,0789 K - Lλ giá trị xạ phổ (W/m2 Sr.µm) (Các thơng số lấy từ file: *MTL.txt giải nén từ tập tin kênh ảnh Landsat tải từ Earthexplorer.usgs.gov) © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 26 Tính độ phát xạ bề mặt - Chỉ số Pv (proportion of vegetation) Hợp phần thực vật (Pv) kết hợp với số thực vật (NDVI) thường sử dụng thông số để đánh giá độ phát xạ trường hợp thiếu số liệu thực tế độ phát xạ mặt đất Pv=()2 - Giá trị 𝜀 (Land Surface Emissivity) tính tốn dựa vào Pv 𝜀 =0.004Pv+0.986 © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 27 Nhiệt độ bề mặt Sau xác định độ phát xạ bề mặt, nhiệt độ độ sáng hiệu chỉnh để thu giá trị nhiệt độ bề mặt Giá trị nhiệt độ bề mặt đất xác định theo công thức sau LST - nhiệt độ bề mặt đất (Land Surface Temperature) TB - giá trị nhiệt độ xạ hay nhiệt độ độ sáng λ - giá trị bước sóng trung tâm dải sóng hồng ngoại nhiệt Đối với kênh 10 kênh 11 ảnh vệ tinh Landsat 8, giá trị bước sóng trung tâm giải sóng hồng ngoại nhiệt lấy tương ứng 10.9µm 12µm 𝜀 - độ phát xạ bề mặt 𝜌 tính theo cơng thức : © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 28 Thực hiện trên ModelBuilder Chuyển đổi giá trị số (DN) sang giá trị xạ phổ (L) © 2018 Slidefabric.com All rights reserved Tính nhiệt độ sáng TB 29 Tính NDVI © 2018 Slidefabric.com All rights reserved Tính Pv 30 Tính độ phát xạ bề mặt © 2018 Slidefabric.com All rights reserved Tính nhiệt độ bề mặt (độ C) 31 Sơ đồ thực tính tốn nhiệt độ bề mặt ModelBuilder © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 32 Kết quả bản đồ phân bố nhiệt tỉnh Phú Thọ © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 33 NHẬN XÉT - Những vùng có nhiệt độ cao (màu đỏ đồ) phân bố cục phần phía Đơng tỉnh Phú Thọ, khu dân cư thuộc thành phố Việt Trì Ngồi nhiệt cao tập trung phần trung tâm khu vực Tỉnh - Ngược lại, nhiệt độ thấp (có màu xanh đồ) tập trung nơi có tỷ lệ xanh che phủ lớn, tương ứng với huyện có rừng huyện Thanh Thủy, Thanh Sơn, Lâm Thao, Phù Ninh, thị xã Phú Thọ Đoan Hùng - Nghiên cứu tập trung vào thời điểm chưa có kết đo nhiệt độ thực tế điểm quan trắc khu vực thực nghiệm Chính vậy, để đảm bảo tính khách quan độ tin cậy, cần sử dụng đa dạng tư liệu ảnh viễn thám xác định nhiệt độ bề mặt sử dụng kết quan trắc nhiệt độ, từ đưa kết luận cụ thể nhiệt độ khu vực nghiên cứu © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 34 KẾT LUẬN Xác định nhiệt độ bề mặt từ vệ tinh đáng tin cậy, dùng hỗ trợ cho tốn mơi trường biến đổi khí hậu, điều kiện lưới trạm đo mặt đất cịn thiếu Phương pháp tính tốn nhiệt độ mặt đất qua liệu ảnh Landsat khả thi, nhanh chóng Với đặc trưng độ phủ trùm rộng, khả phân giải phổ tốt, độ phân giải không gian đa dạng cung cấp miễn phí, ảnh Landsat chứng tỏ nhiều điểm mạnh công tác nghiên cứu mơi trường nói chung, nghiên cứu nhiệt độ bề mặt đất nói riêng cho khu vực nghiên cứu tỉnh Phú Thọ © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 35 Model Builder ArcGIS xem cơng cụ phân tích cho phép mơ hình hóa quy trình thực nhanh chóng thu kết Phương pháp nghiên cứu mang tính khả thi áp dụng quy trình phân tích cho khu vực khác nhau, linh hoạt thay đổi để áp dụng cho lĩnh vực nghiên cứu liên quan Những kết nghiên cứu ban đầu nhiệt độ bề mặt đất liệu ảnh Landsat sở tài liệu hữu ích cho nghiên cứu nhiệt độ bề mặt đất, hình thành “đảo nhiệt” thị, hỗ trợ cho tốn mơi trường, © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 36 KẾT LUẬN Cần đặt nhiều trạm quan trắc giá trị nhiệt độ bề mặt diện rộng khu vực nghiên cứu vào thời điểm thu nhận ảnh để có sở đánh giá độ xác kết thu Vệ tinh Landsat cung cấp nguồn liệu ảnh phong phú, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu Cần tăng cường nghiên cứu khai thác tối đa nguồn liệu có ảnh Landsat Cần thử nghiệm khu vực khác với nguồn liệu vệ tinh khác để khẳng định tính đắn phương pháp © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 37 THANKS For The Attention © 2018 Slidefabric.com All rights reserved ... Slidefabric.com All rights reserved 27 Nhiệt độ bề mặt Sau xác định độ phát xạ bề mặt, nhiệt độ độ sáng hiệu chỉnh để thu giá trị nhiệt độ bề mặt Giá trị nhiệt độ bề mặt đất xác định theo công thức sau LST - nhiệt độ bề mặt đất... ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT TỪ DỮ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM © 2018 Slidefabric.com All rights reserved 2.1 Nhiệt độ bề mặt Khái niệm: Nhiệt độ bề mặt đất coi nhiệt độ lớp khơng khí nằm bề mặt đất khí Nhiệt độ. .. trọng để đưa dự đoán thiên tai, làm sở cho quy hoạch sử dụng đất, quản lý tài ngun thiên nhiên Nghiên? ?cứu? ?ứng? ?dụng? ? ModelBuilder? ?trong? ? ArcGis? ?để? ?tạo? ?quy? ?trình? ? tính? ?tốn? ?nhiệt? ?độ? ?bề? ?mặt? ? từ? ?ảnh? ?viễn? ?thám