Sử dụng GEE vào quản lý và phân tích chất lượng không khí Tp.HCM, Phân tích chất lượg không khí, Sử dụng Sentinel 5p Tropomi vào các loại khí khác nhau, hiển thị trên bản đồ, giao diện người dùng, phát triển thêm
Trang 1KHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ VIỄN THÁM
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: TIN HỌC MÔI TRƯỜNG
Trang 2KHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ VIỄN THÁM
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: TIN HỌC MÔI TRƯỜNG
ỨNG DỤNG GOOGLE EARTH ENGINE GIÁM SÁT MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ KHU VỰC TP HCM
NĂM 2020
Giảng viên hướng dẫn : TS Dương Thị Thúy Nga
Sinh viên thực hiện : Hà Quốc Bảo
Khóa : 2020-2024
TP Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2024
Trang 3Trong thời đại ngày nay, vấn đề ô nhiễm không khí đã trở thành một trong những thách thức lớn nhất mà nhân loại đang phải đối mặt Mỗi ngày, hàng triệu người trên khắp thế giới phải đối diện với không khí ô nhiễm, với những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái
Đề tài tiểu luận này sẽ tập trung nghiên cứu về ô nhiễm không khí và những hệ lụy của nó, không chỉ đơn thuần là vấn đề môi trường, mà còn là vấn đề sức khỏe, xã hội
và kinh tế Nhiều hệ luỵ tác nhân, từ các khí thải công nghiệp đến khí thải giao thông,
đã tạo nên một môi trường sống mà trong đó, con người và tự nhiên không thể tránh khỏi ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng
Chúng ta sẽ đàm phán về các chất gây ô nhiễm, như NO2 và SO2, và những ảnh hưởng không lường trước được của chúng đối với chất lượng không khí và cuộc sống hàng ngày Đồng thời, chúng ta cũng sẽ khám phá cách mà việc quản lý ô nhiễm không khí không chỉ là trách nhiệm của các chính trị gia và chính phủ, mà còn là của toàn bộ cộng đồng
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ và sự gia tăng nhanh chóng của đô thị hóa, việc tìm kiếm giải pháp bền vững và thông minh trở nên cấp thiết Hy vọng rằng thông qua nghiên cứu này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về tình hình ô nhiễm không khí, cũng như tìm ra những giải pháp thiết thực để giảm thiểu ảnh hưởng của nó và bảo vệ sức khỏe cộng đồng
Trang 4Em xin gửi lời chào trân trọng và lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô khoa Hệ Thống Thông Tin và Viễn Thám trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường TPHCM Nhờ sự quan tâm, dạy dỗ và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô, em đã hoàn thành thành công quá trình thực tập tốt nghiệp
Em cũng muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến cô giáo – TS Dương Thị Thúy Nga, giảng viên khoa Hệ thống Thông tin và Viễn Thám tại Đại học Tài Nguyên
và Môi Trường Thành phố Hồ Chí Minh Cô đã hướng dẫn và góp ý cho em, giúp em hoàn thành bài báo cáo thực tập trong thời gian qua
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Th.S Nguyễn An Bình, người đã cho phép
và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành quá trình thực tập tốt nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Triển khai khoa học công nghệ của Viện Địa lý Tài Nguyên TPHCM Em chúc cho mọi thành viên trong Viện Địa lý Tài Nguyên TPHCM luôn dồi dào sức khỏe và đạt được nhiều thành công trong công việc
Để báo cáo thực tập này đạt kết quả tốt đẹp, em đã nhận được sự hỗ trợ và giúp đỡ đặc biệt từ nhiều thầy cô và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc, em muốn tỏ lòng tri ân đến tất cả các thầy cô và bạn bè đã tạo điều kiện và hỗ trợ trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài
Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế, báo cáo này có thể không tránh khỏi những thiếu sót Em mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô để
có cơ hội bổ sung và nâng cao ý thức, phục vụ tốt hơn trong thực tế sau này
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 5(Của Cán bộ hướng dẫn tại đơn vị thực tập)
XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN ………… , ngày….tháng….năm……
Trang 6
(Của giảng viên hướng dẫn tại khoa)
Kết luận: Đồng ý hoặc Không đồng ý cho sinh viên nộp báo cáo thực tập ………… , ngày….tháng….năm……
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(ký tên)
Trang 7(Của giảng viên phản biện)
………… , ngày….tháng….năm……
NGƯỜI NHẬN XÉT
(ký tên)
Trang 8LỊCH LÀM VIỆC
Họ và tên sinh viên: Hà Quốc Bảo
Đơn vị thực tập: Viện Địa lý tài nguyên Thành phố Hồ Chí Minh
Họ và tên người hướng dẫn (đơn vị thực tập): ThS.NCV Nguyễn An Bình
Thời gian thực tập từ ngày 27 tháng 11 năm 2023 đến ngày 19 tháng 01 năm 2024
Tuần Nội dung công việc được
giao
Tự nhận xét
về mức độ hoàn thành
Nhận xét của CB hướng dẫn
Chữ ký của
CB hướng dẫn
- Học cách sử dụng Code Editor trong GEE
Hoàn thành
Trang 94
Từ ngày 18/12
đến ngày 24/12
Bắt đầu thực hành sử dụng Code Editor:
+ Thêm các thư viện và dữ liệu
+ Cắt ảnh, chọn lọc khu vực + Tính toán số liệu, chỉ số,
và viết báo cáo
- Tìm thêm các tài liệu liên quan để bổ xung khuyết thiếu và củng cố kết quả của
Trang 10Mục lục
Chương 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Giới thiệu về cơ quan thực tập 1
1.2 Sơ lược về nơi thực tập 2
1.2.4 Nhiệm vụ: 2
1.2.5 Hoạt Động Nghiên Cứu: 3
1.2.6 Tổ chức của cơ quan nơi thực tập 3
1.2.5 Các hoạt động chuyên ngành 4
1.3 Trong quá trình thực tập tại đơn vị 4
1.4 Phạm vi của đề tài 5
Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 6
2.1 Tổng quan về viễn thám 6
2.1.1 Viễn thám là gì? 6
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của viễn thám 6
2.1.3 Thành phần của viễn thám 8
2.1.4 Phân loại viễn thám 9
2.1.5 Ứng dụng hiện nay 10
2.2 Tổng quan về công cụ sử dụng trong quá trình làm việc 10
2.2.1 GEE ( Google earth engine) 10
2.2.2 Cách sử dụng 11
2.2.3 Ưu và nhược điểm của công cụ 12
2.3 Tổng quan về đề tài 13
2.3.1 Ý tưởng và lý do chọn đề tài 13
2.3.2 Mục tiêu đề tài 14
2.3.3 Khu vưc nghiên cứu 15
2.4 Tổng quan về Sentinel-5P 15
Trang 112.4.1 Ảnh Sentinel-5P-TROPOMI 17
2.4.2 Đặc Điểm Của Ảnh Sentinel-5P TROPOMI: 18
2.4.3 Ứng Dụng và Sử Dụng Trong Các Đề Tài: 18
Chương 3 ỨNG DỤNG VÀ THỬ NGHIỆM 20
3.1 Tìm hiểu chung về công cụ 20
3.1.1 Thanh công cụ và chức năng 20
3.1.2 Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám dựa trên nền tảng GEE 22
3.2 Dữ liệu 23
3.2.1 Ranh giới 23
3.2.2 Bộ dữ liệu ảnh để tính toán thông số 24
3.2.3 Thêm dữ liệu 29
3.2 Phương pháp nghiên cứu 29
3.4 Tiến hành thực nghiệm 31
3.5 Kết quả 38
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45
4.1 Thảo luận và đánh giá 45
4.2 Kết luận 45
4.3 Hướng phát triển đề tài 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO 47
Trang 12
Danh Mục các Bảng, Hình
Hình 1 Nguyên lý hoạt động 7
Hình 2 Giao diện GEE 11
Hình 2 Giao diện Code Editor 12
Hình 3 Chi tiết Copernicus Sentine-5P 16
Hình 4 Sơ đồ các thành phần của Earth Engine Code Editor 20
Hình 5 Ranh giới 23
Hình 6 Code xác định biến 24
Hình 7 Bộ dữ liệu Sentinel-5P TROPOMI 24
Hình 8 Dữ liệu No2 25
Hình 9 Dữ liệu So2 26
Hình 10 Dữ liệu Co 27
Hình 11 Dữ liệu HCHO 28
Hình 12 Code xác định dữ liệu 29
Hình 13 Sơ đồ nghiên cứu 30
Hình 14 Khai báo tham số 31
Hình 15 Ảnh Sentinel-5P 31
Hình 16 Ảnh Sentinel 2023 32
Hình 17 Hiệu ứng đồng thời và phương sai 33
Hình 18 Code tính NDVI khu vực 34
Hình 18 Code tính tương quan No2 và NDVI 34
Hình 19 Phương sai của No2 và So2 35
Hình 19 Code hiển thị biểu đồ chuỗi thời gian cho No2, So2, Co và HCHO 35
Hình 20 Code biểu đồ chuỗi thời gian cho NDVI 36
Hình 21 Code tính biểu đồ phân theo mùa của No2 36
Hình 22 Code xuất biểu đồ về Drive (1) 37
Trang 13Hình 23 Thông số tương quan No2 – So2 38
Hình 24 Thông số tương quan No2- NDVI 38
Hình 24 Thông số phương sai No2 và So2 38
Hình 25 Biểu đồ chuỗi thời gian cho NDVI 39
Hình 26 Biểu đồ chuỗi thời gian cho NO2 39
Hình 27 Biểu dồ chuỗi thời gian cho SO2 39
Hình 28 Biểu đồ chuỗi thời gian cho CO 40
Hình 29 Biểu đồ chuỗi thời gian cho HCHO 40
Hình 30 Biểu đồ phân tích theo mua cho NO2 40
Hình 31 Giao diện khi đã hoàn thành và chạy code 41
Hình 32 Tích vào ô hiển thị No2 41
Hình 33 Tích vào ô hiển thị So2 42
Hình 34 Tích vào ô hiển thị Co 42
Hình 35 Tích vào ô hiển thị HCHO 43
Hình 36 Hiển thị NDVI của khu vực 43
Hình 37 Giao diện người dùng 44
Hình 38 Chú thích 44
Trang 14Chương 1: TỔNG QUAN
Việc thực tập là một phần quan trọng trong hành trình học tập của sinh viên, mang lại những trải nghiệm thực tế và cơ hội phát triển kỹ năng chuyên môn Thực tập giúp sinh viên áp dụng những kiến thức đã học trong môi trường công việc thực tế, từ đó củng cố và mở rộng hiểu biết của họ về lĩnh vực nghề nghiệp mong muốn
Vai trò của thực tập không chỉ là cơ hội để sinh viên học hỏi và phát triển kỹ năng chuyên môn, mà còn là bước đầu tiên để xây dựng mạng lưới quan hệ nghề nghiệp Qua thực tập, sinh viên có cơ hội tìm hiểu về môi trường làm việc, nắm bắt các quy trình công việc, và tạo ra cơ hội gặp gỡ với các chuyên gia trong ngành
Ngoài ra, thực tập còn giúp sinh viên phát triển kỹ năng mềm như giao tiếp, làm việc nhóm, và quản lý thời gian Những kinh nghiệm này không chỉ hỗ trợ sinh viên trong sự nghiệp hiện tại mà còn làm nền tảng cho sự phát triển dài hạn trong tương lai Tóm lại, việc thực tập không chỉ là một phần quan trọng của quá trình học tập, mà còn
là bước quan trọng để chuẩn bị cho sự thành công trong sự nghiệp sau này
Nắm được trọng tâm của việc thực tập quan trọng như thế nào phía nhà trường đã tạo điều kiện giúp sinh viên có thể đảm bảo đủ chất lượng khi tốt nghiệp, tổ chức nhiều ngày hội việc làm để sinh viên có thể học hỏi và nhiều cơ hội tiếp cận đến doanh nghiệp hơn Là một sinh viên học tại trường em cũng đã và tiếp cận nhiều doanh nghiệp khác nhau, hơn hết nữa hiện tại em cũng đang học việc và thực tập tại Viện Địa Lý Tp.HCM
1.1 Giới thiệu về cơ quan thực tập
Viện Địa lý tài nguyên TP.HCM là Viện nghiên cứu chuyên ngành về Khoa học Trái đất, Viện có lịch sử ra đời và phát triển hơn 40 năm qua các thời kỳ sau:
• 1976 – 1980: Tổ Địa học thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Miền Nam, đây là tổ chức sơ khai của Viện Địa lý tài nguyên TP.HCM ngày nay
• 1980 – 1986: Phòng Địa học thuộc Phân Viện Khoa học Việt Nam tại TP.HCM
• 1986 – 1993: Trung tâm Địa học thuộc Phân Viện Khoa học Việt Nam tại TP.HCM
Trang 15• 06/1993 – 09/2007: Phân Viện Địa lý tại TP.HCM, thành lập trên cơ sở Trung tâm Địa học theo Quyết định số 25/KHCNQG-QĐ của Trung tâm Khoa học Tự nhiên
và Công nghệ Quốc gia
• 2007 – nay: Viện Địa lý tài nguyên TP.HCM, thành lập trên cơ sở phát triển của Phân Viện Địa lý tại TP.HCM theo Quyết định số 1898/QĐ-KHCNVN ngày 20/09/2007 của Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (nay là Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) [1]
1.2 Sơ lược về nơi thực tập
Tên Cơ Quan: Viện Địa lý TP.Hồ Chí Minh
Vị Trí: Số 1 - Mạc Đĩnh Chi - Quận 1 - Thành phố Hồ Chí Minh
Chức năng chính:
o Nghiên cứu và giảng dạy trong lĩnh vực địa lý
o Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ Viễn thám, GIS, GPS, Internet… phục vụ quy hoạch, sử dụng
o Thực hiện các dự án nghiên cứu về địa lý và các vấn đề liên quan
1.2.4 Nhiệm vụ:
Thu nhận, phân tích và xử lý ảnh từ vệ tinh phục vụ điều tra, quy hoạch, khai thác,
sử dụng tài nguyên, bảo vệ môi trường vùng lãnh thổ;
Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS, GPS, Internet,… trong phân tích dữ liệu không gian, mô hình hóa, phục vụ công tác dự báo, đánh giá tài nguyên;
Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các giải pháp khoa học công nghệ thông tin trong điều tra tài nguyên, kiểm soát và xử lý ô nhiễm môi trường, bảo vệ đa dạng sinh học; trong sử dụng và khai thác có hiệu quả tài nguyên thiên nhiên, phòng tránh giảm nhẹ tác hại tai biến và thiên tai;
Nghiên cứu, xây dựng và phát triển các phương pháp bảo mật cơ sở dữ liệu, các phần mềm tính toán tự động hóa;
Trang 16Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các giải thuật tính toán để giải các bài toán lý thuyết và thực nghiệm trong điều tra cơ bản;
Xây dựng các phần mềm tự động hóa;
Thực hiện một số nhiệm vụ quan sát vũ trụ, vệ tinh thuộc chương trình vũ trụ theo
sự phân công của Chủ tịch Viện
Đào tạo nguồn nhân lực khoa học và công nghệ có trình độ cao trong lĩnh vực địa
lý, tài nguyên, môi trường và các lĩnh vực khác có liên quan [2]
1.2.5 Hoạt Động Nghiên Cứu:
Hoạt động trong nước: Gắn kết giữa nghiên cứu điều tra cơ bản tổng hợp và nghiên
cứu triển khai ứng dụng, tập trung và các vấn đề như: nghiên cứu đánh giá tổng hợp phục vụ quy hoạch vùng lãnh thổ; đánh giá tiềm năng đất đai, chuyển đổi cơ cấu cây trồng; điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất; tiêu thoát lũ, tác động của lũ, tiềm năng lũ; lũ quét; sạt lở, sụp lún đất; động đất; cấu trúc địa chất- địa chất công trình, địa chất thủy văn; cấu trúc trầm tích, bồi lắng phù sa; thăm dò khai thác cát; sinh thái đất, đất ngập nước; sử dụng đất líp; thủy địa hóa, thủy sinh học; môi trường nuôi tôm; đa dạnh sinh học; xâm nhập mặn; dông-sét; ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm; công nghệ địa vật lý; công nghệ polymer vô cơ, thành lập các bản đồ chuyên đề trên cơ sở viễn thám và GIS, xây dựng cơ sở dữ liệu
Hợp tác quốc tế: Thường xuyên trao đổi và hợp tác nghiên cứu với các Viện, Trương
đại học của Nhật, Pháp,Đức,Mỹ, Anh,Ba Lan, Bỉ, Đài Loan, về các lĩnh vực mà viện đang thực hiện
1.2.6 Tổ chức của cơ quan nơi thực tập
Viện Địa lý[1] là một đơn vị sự nghiệp trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (theo Nghị định số 24/CP ngày 22/05/1993 của Chính phủ) được thành lập theo Quyết định số 19/QĐ-KHCNQG ngày 19/06/1993 của Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia nay là Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Là một viện chuyên ngành về địa lý học [3]
Các phòng chuyên môn
Trang 17- Phòng Địa lý tổng hợp
- Phòng Tài nguyên nước
- Phòng Địa lý môi trường và Kinh tế xã hội
- Phòng Địa vật lý
- Phòng Địa chất – Địa mạo
- Phòng Tài nguyên đất
- Trung tâm Viễn thám và Hệ thông tin địa lý
- Trung tâm Phân tích – Thí nghiệm và Công nghệ khoáng
- Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Triển khai khoa học
1.2.5 Các hoạt động chuyên ngành
Cung cấp dịch vụ khoa học, công nghệ trong lĩnh vực địa lý và các lĩnh vực khác có liên quan: Điều tra, khảo sát, đo đạc (địa hình, khí tượng, thủy – hải văn, bùn cát vùng cửa sông ven biển, vùng biển và hải đảo), giám sát, đánh giá các dạng tài nguyên tự nhiên và nhân văn; quan trắc, phân tích, giám sát và đánh giá tác động môi trường; phân tích, thử nghiệm trong lĩnh vực lý, hóa, sinh ở các dạng vật chất rắn, lỏng, khí
1.3 Trong quá trình thực tập tại đơn vị
Đối với một sinh viên vẫn còn đang học tại trường và được nhận vào thực tập tại nơi này thì bản thân em vẫn chưa có kinh nghiệm nào trong nghành nên chỉ được nhận một số công việc đơn giản tại tơi thực tập
Một số công việc đã làm tại đơn vị :
- Tìm hiểu và học tập cách sử dụng phần mền đang được đơn vị tin dùng (Google Earth Engine)
- Được giới thiệu và tham khảo các dự án mà đơn vị đang nghiên cứu
- Thực hiện một vài chức năng cơ bản trong tầm khả năng
- Được train tận tâm từ các đồng nghiệp nhiều kinh nghiêm
Song trong quá trình thực tập tại đơn vị và nhận được nhiều kinh nghiệm từ các
“tiền bối” em cũng đã học hỏi và đúc kết ra kinh nghiệm của riêng bản thân mình và đã thực hiện một đề tài cá nhân của mình dựa trên những kinh nghiệm đã học hỏi được
Trang 18Địa điểm nghiên cứu : Khu vực thành phố Hồ Chí Minh
Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập dữ liệu : Sử dụng ảnh Sentinel-5P từ bộ sư tập ảnh
- Phân tích dữ liệu : Tính toán số liệu và đưa ra đánh giá tổng quan
- Vẽ biểu đồ trực quan hoá dữ liệu
Trang 19Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.1 Tổng quan về viễn thám
2.1.1 Viễn thám là gì?
Viễn thám là một ngành khoa học thu thu thập, đo lường và phân tích thông tin của vật thể trên bề mặt Trái Đất hoặc gần bề mặt Trái Đất bằng cách sử dụng các bộ cảm biến được gắn trên máy bay, tàu vũ trụ… mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng [4]
Thuật ngữ "viễn thám" thường được hiểu là "viễn thám hình ảnh" hoặc "viễn thám
vệ tinh" Đây là một lĩnh vực trong khoa học và công nghệ liên quan đến việc sử dụng hình ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay không người lái (drone), hoặc các nguồn hình ảnh từ
xa khác để thu thập thông tin và phân tích dữ liệu địa lý
Các ứng dụng của viễn thám bao gồm đo lường, giám sát, quản lý tài nguyên, quản
lý môi trường, quản lý rủi ro, định vị địa lý, và nhiều lĩnh vực khác Công nghệ viễn thám hình ảnh giúp chúng ta có cái nhìn tổng thể về môi trường, đô thị, và các vùng khác trên trái đất thông qua việc thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu hình ảnh từ các nguồn xa
Viễn thám hình ảnh cung cấp thông tin chi tiết và không gian, giúp quyết định trong nhiều lĩnh vực, từ quản lý nguồn nước đến quản lý đô thị, phân loại đất, dự báo thảm họa tự nhiên, và nhiều ứng dụng khác Công nghệ này đang phát triển và trở nên ngày càng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của viễn thám
Viễn thám là một công nghệ thu thập thông tin từ xa về một vùng đất hoặc đối tượng
mà không cần tiếp xúc trực tiếp Nguyên lý hoạt động của viễn thám bao gồm sự sử dụng các thiết bị cảm biến để thu thập dữ liệu từ một khoảng cách, chẳng hạn như từ vệ tinh, máy bay không người lái (drone), hoặc các thiết bị khác Dữ liệu thu thập được bao gồm thông tin về hình ảnh, nhiệt độ, sóng nhấn, phổ màu, và nhiều thông tin khác tùy thuộc vào loại cảm biến được sử dụng
Dưới đây là mô tả nguyên lý hoạt động cơ bản của viễn thám:
Trang 20Phát sóng và Thu sóng:
Các thiết bị viễn thám tạo và phát sóng các tia phát ra vùng quan tâm Các tia này có thể là ánh sáng nhìn thấy hoặc các dạng sóng không nhìn thấy bằng mắt người, như tia tử ngoại, hồng ngoại, radar, hay sóng vô tuyến
Tương tác với Môi trường:
Sóng được phát ra sẽ tương tác với môi trường, được phản xạ, hấp thụ, hoặc truyền qua Mỗi loại môi trường và vật thể trong vùng thu thập sẽ ảnh hưởng đến cách sóng phản ánh hoặc được hấp thụ
Hình 1 Nguyên lý hoạt động
Ghi nhận Dữ liệu:
Các cảm biến trên thiết bị viễn thám ghi lại dữ liệu về sóng phản ánh hay hấp thụ Các dạng dữ liệu này có thể là hình ảnh, dữ liệu nhiệt độ, dữ liệu phổ màu, và các thông tin khác phản ánh tính chất của vùng đất hoặc đối tượng
Truyền Dữ liệu:
Dữ liệu được truyền về trạm đọc (ground station) hoặc trạm kiểm soát thông qua các phương tiện truyền thông, chẳng hạn như sóng radio hoặc kết nối cáp
Xử lý và Phân tích:
Trang 21Dữ liệu nhận được được xử lý và phân tích để tạo ra thông tin hữu ích Các thuật toán và phương pháp xử lý ảnh số, đồng thời với các kỹ thuật khoa học dữ liệu, được áp dụng để trích xuất thông tin chính xác từ dữ liệu thu thập
Hiển thị và Sử dụng:
Kết quả của viễn thám được hiển thị dưới dạng hình ảnh, bản đồ, hoặc thông tin khác, giúp người sử dụng hiểu rõ hơn về đối tượng hoặc vùng đất quan tâm Thông tin này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như quản lý tài nguyên, địa lý, môi trường, và quân sự
Bộ cảm biến là thiết bị được sử dụng để thu thập sóng điện từ được phản xạ / bức
xạ từ vật thể, cảm biến đó có thể là máy chụp hoặc máy quét Những phương tiện dùng
để mang các cảm biến này được gọi là vật mang, chúng có thể là máy bay, tàu con thoi,
vệ tinh hoặc khinh khí cầu…
Nguồn năng lượng chính được sử dụng để thu thập dữ liệu trong công nghệ viễn thám là bức xạ mặt trời, bộ cảm biến được đặt trên vật mang thu nhận năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ lại
2.1.3 Thành phần của viễn thám
Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lý ảnh bằng công nghệ viễn thám bao gồm 5 thành phần cơ bản sau:
o Nguồn cung cấp năng lượng
o Sự tương tác của nguồn năng lượng đó với khí quyển
o Sự tương tác của năng lượng với các vật thể trên bề mặt Trái Đất
o Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh số thông qua bộ cảm biến
o Hiển thị ảnh số, là đầu vào cho việc giải đoán và xử lý dữ liệu
Quá trình thu thập dữ liệu thông qua bộ cảm biến chịu tác động mạnh mẽ bởi khả năng lan truyền sóng điện từ trong khí quyển Mỗi dải phổ điện từ sẽ có đặc điểm và một tốc độ lan truyền sóng khác nhau, ví dụ như:
Trang 22o Khả kiến: Có bước sóng từ 0,4 – 0,76µm, rất ít hấp thu bởi oxy, hơi nước Năng lượng phản xạ cực đại khi bước sóng đạt 0,5µm trong khí quyển Năng lượng do dải phổ điện từ này cung cấp giữ vai trò quan trọng trong viễn thám
o Sau Khả kiến: Hồng ngoại gần trung bình, có bước sóng từ 0,77-1,34 & 2,4, năng lượng phản xạ mạnh với các bước sóng hồng ngoại gần từ 0,77 – 0,9, sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại theo dõi biến đổi thực vật từ 1,55-2,4
1,55-o Hồng ngoại nhiệt: Có bước sóng từ 3 – 22µm, có một số vùng bị hấp thụ mạnh bởi hơi nước, dải sóng điện từ này giữ vai trò quan trọng trong việc phát hiện cháy rừng và hoạt động của núi lửa (từ 3,5 – 5µm) Bức xạ nhiệt của Trái Đất có năng lượng cao nhất được phát hiện qua dải sóng hồng ngoại nhiệt tại bước sóng 10µm
o Vô tuyến (Radar): Có bước sóng từ 1mm – 30cm, dải sóng điện từ này không được hấp thụ mạnh từ khí quyển, cho phép cảm biến thu nhận dữ liệu 24/24
mà không bị ảnh hưởng bởi mây, sương mù hay mưa [4]
2.1.4 Phân loại viễn thám
Công nghệ viễn thám được phân thành 3 loại tương ứng với vùng bước sóng được
sử dụng, cụ thể là:
o Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ: Sử dụng nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời để đo lường vùng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt Trái Đất để thu thập dữ liệu ảnh Ảnh được thu bởi loại viễn thám này là ảnh quang học,
o Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Sử dụng nguồn năng lượng nhiệt do chính các vật thể phát ra để đo lường các yếu tố của vật thể bằng dữ liệu ảnh Ảnh thu được bởi loại viễn thám này được gọi là ảnh nhiệt
o Viễn thám siêu cao tần: Sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và bị động để thu thập dữ liệu (kỹ thuật bị động ghi lại năng lượng từ sóng vô tuyến cao tần có bước sóng > 1mm, kỹ thuật chủ động phát năng lượng riêng đến các vật thể thông qua vệ tinh và thu lại sóng phản xạ từ vật thể đó) Ảnh thu được bởi loại viễn thám này được gọi là ảnh radar
Trang 23Công nghệ viễn thám đang dần được chú ý nhiều hơn, đặc biệt là khi xu hướng tích hợp viễn thám vào GIS đang dần trở nên tất yếu Nó hỗ trợ hiệu quả cho các nhu cầu thu thập dữ liệu thiết thực để phục vụ cho đời sống, kinh tế, xã hội và quân sự…
2.1.5 Ứng dụng hiện nay
Quan trắc, giám sát về ô nhiễm môi trường: đất, nước do chất thải sinh hoạt và chất thải công nghiệp; không khí do khí phát thải công nghiệp và sinh hoạt; ô nhiễm môi trường do thiên tai, các khoáng chất tự nhiên độc hại phát tán vào môi trường, khai thác khoáng sản; kiểm kê khí nhà kính
Công tác thu thập thông tin, dữ liệu, phân tích, điều tra, đánh giá, theo dõi diễn biến tài nguyên, môi trường định kỳ và đột xuất nhằm đưa ra các báo cáo phục vụ phát triển kinh tế - xã hội; phòng, chống thiên tai; giám sát hạn hán, cảnh báo cháy rừng, diễn biến
lũ lụt, cứu hộ cứu nạn và ứng phó với biến đổi khí hậu; hiện trạng sản xuất nông nghiệp Xây dựng, cập nhật bản đồ chuyên đề và cơ sở dữ liệu chuyên đề về hiện trạng tài nguyên thiên nhiên và môi trường, thực trạng biến đổi khí hậu; lập bản đồ địa chất các
tỷ lệ
Cập nhật cơ sở dữ liệu nền địa lý quốc gia, hệ thống bản đồ địa hình quốc gia Phục vụ công tác quốc phòng, an ninh [5]
2.2 Tổng quan về công cụ sử dụng trong quá trình làm việc
2.2.1 GEE ( Google earth engine)
Google Earth Engine là một nền tảng dữ liệu và tính toán mạnh mẽ do Google phát triển để hỗ trợ việc xử lý và phân tích hình ảnh vệ tinh và dữ liệu địa lý từ nhiều nguồn khác nhau
Google Earth Engine có các tính năng như xử lý dữ liệu lớn, truy cập và quản lý các
bộ dữ liệu vệ tinh, cung cấp các công cụ phân tích hình ảnh và dữ liệu địa lý, và hỗ trợ phát triển ứng dụng sử dụng API (giao diện lập trình ứng dụng) của nó
Trang 24Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm quản lý tài nguyên, giám sát môi trường, dự báo thảm họa, và nhiều ứng dụng khác liên quan đến xử lý dữ liệu địa lý và hình ảnh vệ tinh
2.2.2 Cách sử dụng
Thực hiện truy cập vào đường dẫn sau : https://earthengine.google.com/signup/
Hình 2 Giao diện GEE
Để đăng ký, trước hết bạn cần nhập địa chỉ email và mật khẩu của Google Sau đó, bạn sẽ điền và gửi biểu mẫu đăng ký, bao gồm thông tin như tên, đơn vị/tổ chức công tác, quốc gia và một giải thích về lý do bạn muốn sử dụng Earth Engine Bạn cũng cần chấp nhận các Điều khoản và Điều kiện Một số điều quan trọng cần xem xét trong Điều khoản dịch vụ bao gồm:
o Google Earth Engine chỉ được sử dụng cho mục đích nghiên cứu, phát triển và giáo dục Nó có thể được sử dụng để đánh giá các hoạt động thương mại, nhưng không được phép sử dụng cho mục đích sản xuất bền vững
o Không có sự đảm bảo rằng Google Earth Engine sẽ duy trì truy cập miễn phí
o Công ty Google có thể truy cập các lệnh/mã nguồn của bạn
Trang 25Nếu quá trình đăng ký diễn ra thành công, bạn sẽ nhận được email xác nhận trong vài phút, hoặc đôi khi trong vài ngày
Khi hoàn thành và đăng nhập thì giao diện của sẽ hiển thị như thế này :
Hình 2 Giao diện Code Editor
(Do ở đây mình đã có tài khoản và làm một số công việc khác nhau rồi nên nó sẽ hiển thị như vậy)
Nên nhớ là chúng ta chỉ tạo tài khoản ở trên Google earth engine Và chúng ta thực hành và làm việc tại Code Editor tại đường link : https://code.earthengine.google.com/
2.2.3 Ưu và nhược điểm của công cụ
Ưu điểm:
o Quy mô Lớn và Tốc độ (Google Earth Engine có khả năng xử lý dữ liệu lớn với tốc độ nhanh, giúp người dùng thực hiện các phân tích và xử lý trên toàn cầu một cách hiệu quả.)
o Bộ Dữ liệu Đa Dạng (Cung cấp truy cập đến một loạt các bộ dữ liệu vệ tinh từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm Landsat, Sentinel, MODIS và nhiều dữ
Trang 26o Công Cụ Phân Tích Mạnh mẽ (Earth Engine có các công cụ và thư viện mạnh mẽ giúp người dùng thực hiện nhanh chóng các phân tích hình ảnh và dữ liệu địa lý phức tạp.)
o Dễ Sử Dụng và Tiện ích API (Cung cấp API linh hoạt và tài liệu hướng dẫn dễ sử dụng, giúp người dùng tận dụng các tính năng một cách thuận tiện.)
o Hỗ Trợ Cộng Đồng (Có một cộng đồng người dùng và nhà phát triển lớn, giúp chia sẻ kiến thức, mã nguồn và giải pháp cho nhiều vấn đề khác nhau.) Nhược điểm:
o Yêu Cầu Kỹ Thuật Cao (Sử dụng Google Earth Engine yêu cầu kiến thức chuyên sâu về xử lý hình ảnh, lập trình và việc làm việc với dữ liệu địa lý.)
o Giới Hạn Tính Tương Tác (Không thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu
sự tương tác người dùng lớn, vì nó thường được thiết kế để xử lý lớn.)
o Khả Năng Truy Cập Miễn Phí Không Đảm Bảo (Không có đảm bảo rằng Google Earth Engine sẽ duy trì truy cập miễn phí trong tương lai.)
o Dữ Liệu Có Thể Cũ (Một số bộ dữ liệu có thể không luôn được cập nhật kịp thời, điều này có thể ảnh hưởng đến tính chính xác của phân tích.)
o Phụ Thuộc vào Kết Nối Internet (Việc sử dụng Google Earth Engine yêu cầu kết nối internet ổn định, điều này có thể làm hạn chế sự tiện ích trong một
và nhà máy nhiệt điện chạy than cùng với việc sử dụng nhiên liệu rắn là các nguồn chủ yếu gây ra ô nhiễm không khí Một số loại chất gây ô nhiễm không khí chủ yếu là: cacbon dioxide(CO2), cacbon monoxide (CO), metan (CH4), sulfur dioxide (SO2) và chủ yếu là nitơ dioxide (NO2)… Các loại khí này đều trực tiếp hoặc gián tiếp ảnh hưởng
Trang 27thành sulfat, là một thành phần chính gây ô nhiễm hạt mịn, NO2 có thể gây bệnh về đường hô hấp Ở khu vực đô thị, nguồn gốc phát sinh các loại khí như NO2, SO2 chủ yếu từ hoạt động giao thông liên quan đến đốt nhiên liệu hóa thạch; trong đó SO2 phát thải từ đốt than và dầu chứa lưu huỳnh (xe buýt, các nhà máy có hoạt động đốt nhiên liệu khác) Ô nhiễm không khí ngoài trời là lý do đứng đằng sau hậu quả nghiêm trọng
về sức khoẻ và gây ra gần 3 triệu người chết mỗi năm Tuy nhiên, nhờ công nghệ vệ tinh, giờ đây có thể giám sát chất lượng không khí một cách nhanh chóng và trên diện rộng
Đề tài :”Giám sát mức độ ô nhiễm không khí khu vực tp hcm năm 2020” được em chọn lọc dựa trên nhiều đề tài khác nhau trong quá trình học suốt bấy giờ Do trong quá trình thực tập ở đây cũng đang làm về viễn thám, là một trong những nội dung em
đã và được học tại trường nhiều môn học khác nhau như :”Viễn Thám cơ bản”, “Viễn thám ứng dụng”, “Lập trình GIS”, “Mô hình hoá môi trường”… Nhờ đó mà em mới có thể nảy ra ý tưởng và lựa chọn thực hiện đề tài này
2.3.2 Mục tiêu đề tài
Mục tiêu chính của đề tài "Giám sát mức độ ô nhiễm không khí khu vực TP.HCM năm 2020" là nghiên cứu, đánh giá và cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng ô nhiễm không khí trong khu vực TP.HCM vào năm 2020
1 Xác Định Mức Độ Ô Nhiễm Không Khí
2 Đánh Giá Nguồn Gốc và Phân Phối Ô Nhiễm
3 Tổng Hợp và Biểu Đồ Hóa Dữ Liệu
4 So Sánh với Chuẩn Chất Lượng Không Khí
5 Đánh Giá Ảnh Hưởng Đến Sức Khỏe Cộng Đồng
Trang 28Hoàn thành tốt đề tài và đánh giá một cách khách quan về sự ô nhiễm không khí có ảnh hưởng ra sao đến xã hội hiện nay, qua đó có thể để củng cố thêm cho nội dung bài báo cáo
Biết và hiểu thêm về bộ môn “Viễn Thám”
Học hỏi thêm cách sử dụng công cụ làm việc
Trao dồi thêm nhiều kinh nghiệm và có thêm kiến thức về môi trường và hoạt động
ở cơ quan làm việc
2.3.3 Khu vưc nghiên cứu
Do đây chỉ là một đề tài nghiên cứu và đánh giá đơn giản và chung nên là khu vực nghiên cứu em sẽ không giới hạn cụ thể chia nhỏ mà sẽ lấy toàn bộ địa phận Thành phố
Hồ Chí Minh
TP.Hồ Chí Minh nằm trong toạ độ địa lý khoảng 10 0 10’ – 10 0 38 vĩ độ bắc và 106
0 22’ – 106 054 ’ kinh độ đông Phía Bắc giáp tỉnh Bình Dương, Tây Bắc giáp tỉnh Tây Ninh , Đông và Đông Bắc giáp tỉnh Đồng Nai, Đông Nam giáp tỉnh Bà Rịa -Vũng Tàu, Tây và Tây Nam giáp tỉnh Long An và Tiền Giang
TP.Hồ Chí Minh cách thủ đô Hà Nội gần 1.730km đường bộ, nằm ở ngã tư quốc tế giữa các con đường hàng hải từ Bắc xuống Nam, từ Ðông sang Tây, là tâm điểm của khu vực Đông Nam Á Trung tâm thành phố cách bờ biển Đông 50 km đường chim bay Đây là đầu mối giao thông nối liền các tỉnh trong vùng và là cửa ngõ quốc tế Với hệ thống cảng và sân bay lớn nhất cả nước, cảng Sài Gòn với năng lực hoạt động 10 triệu tấn /năm Sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất với hàng chục đường bay chỉ cách trung tâm thành phố 7km
2.3.4 Điều kiện tự nhiên
2.4 Tổng quan về Sentinel-5P
Sứ mệnh Tiền thân Copernicus Sentinel-5 là [6] sứ mệnh Copernicus đầu tiên chuyên theo dõi bầu khí quyển của chúng ta Copernicus Sentinel-5P là kết quả của sự hợp tác chặt chẽ giữa ESA, Ủy ban Châu Âu, Văn phòng Vũ trụ Hà Lan, ngành công nghiệp, người sử dụng dữ liệu và các nhà khoa học Nhiệm vụ bao gồm một vệ tinh
Trang 29mang theo thiết bị Công cụ giám sát TROPOspheric (TROPOMI) Công cụ TROPOMI được đồng tài trợ bởi ESA và Hà Lan
Mục tiêu chính của sứ mệnh Copernicus Sentinel-5P là thực hiện các phép đo khí quyển với độ phân giải không gian-thời gian cao, được sử dụng cho chất lượng không khí, bức xạ ozone & tia cực tím cũng như theo dõi và dự báo khí hậu [7]
Hình 3 Chi tiết Copernicus Sentine-5P
Vệ tinh được phóng thành công vào ngày 13 tháng 10 năm 2017 từ sân bay vũ trụ Plesetsk ở Nga
Thời gian cục bộ của vệ tinh đi qua nút tăng dần là 13:30 giờ đã được chọn để tạo điều kiện thuận lợi cho cái gọi là hoạt động hình thành lỏng lẻo với tàu vũ trụ Suomi-NPP của NASA Khái niệm này sẽ cho phép sử dụng dữ liệu mặt nạ đám mây có độ phân giải cao, được đặt cùng vị trí do thiết bị VIIRS (Bộ đo bức xạ hình ảnh hồng ngoại nhìn thấy được) trên tàu Suomi-NPP trong quá trình xử lý thường xuyên sản phẩm metan TROPOMI
Trang 30Nhiệm vụ Tiền thân Copernicus Sentinel-5 giảm bớt khoảng cách về tính sẵn có của các sản phẩm dữ liệu khí quyển toàn cầu giữa SCIAMACHY/Envisat (kết thúc vào tháng 4 năm 2012), nhiệm vụ OMI/AURA và các nhiệm vụ Copernicus Sentinel-4 và Sentinel-5 trong tương lai
Thiết bị TROPOMI kết hợp các thế mạnh của SCIAMACHY, OMI và công nghệ tiên tiến để cung cấp các quan sát với hiệu suất mà các thiết bị hiện tại trong không gian không thể đáp ứng được Hiệu suất của các thiết bị trên quỹ đạo hiện tại vượt trội về độ nhạy, độ phân giải quang phổ, độ phân giải không gian và độ phân giải thời gian
Kế hoạch cung cấp dữ liệu tiền thân Copernicus Sentinel-5 và phát hành sản phẩm thực tế ra công chúng trong giai đoạn khởi động:
o Ra mắt +8 tháng - Cấp-1B; Tổng số cột Ozone (Sản xuất gần thời gian thực), Nitrogen Dioxide, Carbon Monoxide; Thông tin về Đám mây & Khí dung
=> dữ liệu được công bố vào ngày 10 tháng 7 năm 2018
o Ra mắt +10 tháng - Dữ liệu Tổng số cột Ozone (Sản xuất ngoại tuyến), Formaldehyde, Sulphur Dioxide ==> được phát hành vào ngày 17 tháng 10 năm
2018
o Ra mắt +12 tháng - Dữ liệu Tổng cột Ozone tầng đối lưu, Tổng cột mêtan
==> được phát hành vào ngày 1 tháng 3 năm 2019
Giai đoạn tăng tốc Tiền thân Copernicus Sentinel-5 đã kết thúc vào ngày 5 tháng 3 năm 2019 và kể từ thời điểm này, sứ mệnh đang trong giai đoạn hoạt động thường lệ Việc phát hành công khai sản phẩm Chiều cao lớp khí dung diễn ra vào tháng 9 năm
2019 và phát hành Hồ sơ Ozone vào tháng 11 năm 2021
2.4.1 Ảnh Sentinel-5P-TROPOMI
Ảnh được sử dụng để nghiên cứu ở đây là ảnh “Sentinel-5P”
Sentinel-5P TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument) là một công cụ quan trọng trên vệ tinh Sentinel-5P, thuộc chương trình Copernicus của Cơ quan Vũ trụ Châu
Âu (European Space Agency - ESA) TROPOMI được thiết kế để theo dõi thành phần của khí quyển và đặc tính chất lượng không khí, đặc biệt là tầng khí quyển thấp (troposphere)