Nghiên Cứu Xây Dựng Thuật Toán Chlorophyll-A Cho Vùng Nước Biển Ven Bờ Tỉnh Bình Định Sử Dụng Ảnh Vệ Tinh Sentinel-2.Pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Kỳ Sơn NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN CHLOROPHYLL-A CHO VÙNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ TỈNH BÌNH ĐỊNH SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH SENTINEL-2 LUẬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Kỳ Sơn

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN

CHLOROPHYLL-A CHO VÙNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ TỈNH BÌNH ĐỊNH SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH SENTINEL-2

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Kỳ Sơn

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN

CHLOROPHYLL-A CHO VÙNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ TỈNH BÌNH ĐỊNH SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH SENTINEL-2

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Trần Văn Thụy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả luận văn hoàn toàn là kết quả của tự bản thân tôitìm hiểu, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Văn Thụy

Các tài liệu tham khảo được trích dẫn và chú thích đầy đủ

Học viên

Lê Kỳ Sơn

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô trong khoa Môi Trường - Trường Đạihọc Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền đạt các kiến thức quýbáu cho tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơnsâu sắc đến giáo viên hướng dẫn Thầy PGS TS Trần Văn Thụy, người đã tận tìnhchỉ bảo và hướng dẫn về mặt chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luậnvăn này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thành viên trong Đề tài: “Nghiên cứu ứngdụng công nghệ viễn thám hỗ trợ giám sát chất lượng môi trường nước biển ven bờtỉnh Bình Định phục vụ nuôi trồng thủy sản tại địa phương và vùng phụ cận” đã tạođiều kiện đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luậnvăn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, giúp đỡ to lớn từ phía Viện CôngNghệ Môi trường, đồng nghiệp và gia đình đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình triểnkhai các nội dung nghiên cứu

Trong suốt qua trình thực hiện luận văn, mặc dù bản thân tôi đã cố gắng tậptrung tìm hiểu nghiên cứu và tham khảo thêm nhiều tài liệu liên quan Tuy nhiên, dothời gian hạn chế và bản thân còn chưa nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu khoahọc vì vậy luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sựchỉ bảo từ các Thầy, Cô và góp ý từ bạn bè, đồng nghiệp để luận văn được hoànthiện hơn

Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2022

Lê Kỳ Sơn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 0

LỜI CẢM ƠN 1

DANH MỤC BẢNG 3

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về tỉnh Bình Định 3

1.1.1 Điều kiện tự nhiên 3

1.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 9

1.2 Tổng quan về công nghệ viễn thám 10

1.2.1 Lựa chọn ảnh viễn thám 12

1.2.2 Tổng quan về dữ liệu ảnh Sentinel-2 13

1.3 Tổng quan về Chlorophyll-a 16

1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ viễn thám trong quan trắc thông số Chlorophyll-a trong và ngoài nước 18

1.4.1 Trên thế giới 18

1.4.2 Trong nước 18

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Đối tượng nghiên cứu 21

2.2 Phương pháp nghiên cứu 21

2.2.1 Phương pháp kế thừa 21

2.2.2 Phương pháp khảo sát hiện trạng nước biển ven bờ 21

2.2.3 Phương pháp viễn thám 27

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 28

2.3 Khung logic cho quá trình nghiên cứu 29

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu hiện trạng Chlorophyll-a tại vùng nước biển ven bờ tỉnh Bình Định tháng 07 năm 2020 30

3.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu viễn thám phục vụ việc xây dựng thuật toán Chlorophyll-a 32

3.2.1 Thu thập dữ liệu ảnh viễn thám 32

3.2.2 Phân tích ảnh viễn thám 34

3.3 Thành lập thuật toán Chlorophyll-a cho vùng nước biển ven bờ tỉnh Bình Định sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2 39

3.4 Kiểm tra hiệu quả của thuật toán Chlorophyll-a 46

3.4.1 Phương trình tương quan giữa kết quả tính toán và thực tế quan trắc Chlorophyll-a 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

1 Kết luận 54

2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 1

PHỤ LỤC 1 CÁC ẢNH SENTINEL BÌNH ĐỊNH THÁNG 07 NĂM 2020 2

PHỤ LỤC 2 CÁC ẢNH SENTINEL BÌNH ĐỊNH THÁNG 04 NĂM 2021 7

-PHỤ LỤC 3: TRƯỜNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA CÁC KÊNH ĐA PHỔ ẢNH VIỄN THÁM VEN BIỂN TỈNH BÌNH ĐỊNH THÁNG 07 NĂM 2020 12

-PHỤ LỤC 4 BẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH NĂM GIAI ĐOẠN 20082018 TỈNH BÌNH ĐỊNH 48

-PHỤ LỤC 5 BẢN ĐỒ LƯỢNG MƯA TRUNG BÌNH NĂM GIAI ĐOẠN 20082018 TỈNH BÌNH ĐỊNH 49

-PHỤ LỤC 6 BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC TỈNH BÌNH ĐỊNH 50

-DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Đặc điểm ảnh Sentinel-2 {49] 14

Bảng 2 Các mức xử lý dữ liệu Sentinel-2 cung cấp cho người dùng [33] 16

Bảng 3 Những tác nhân ảnh hưởng đến chỉ số Chlorophyll-a tỉnh Bình Định 22

Bảng 4 Các tiêu chí thiết kế các điểm quan trắc, lấy mẫu 24

Bảng 7 Hiện trang Chlorophyll-a tại vùng nước biển ven bờ tỉnh Bình Định tháng 07 năm 2020 30

Bảng 8 Danh sách ảnh vệ tinh được sử dụng 33

Bảng 9 Hệ số Cronbach Alphata cảu các phổ phát xạ 39

Bảng 10 Giá trị Cronbach’s Alpha của từng biến 39

Bảng 11 Bảng tổng hợp phương trình tương quan 45

Bảng 12 Danh sách ảnh vệ tinh được sử dụng kiểm tra 46

Bảng 13 Bảng so sánh dữ liệu quan trắc Chlorophyll-a và số liệu tính toán Chlorophyll-a dựa trên thuật toán 47

Bảng 14 Bảng phấn bố tuần suất của Chlorophyll-a tính toán(µg/l) 52

Bảng 15 Bảng phấn bố tuần suất của Chlorophyll-a quan trắc(µg/l) 53

Bảng 16 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 1 12

Bảng 17 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 2 14

Bảng 18 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 3 17

Bảng 19 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 4 22

Bảng 20 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 5 28

Bảng 21 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 6 34

Bảng 22 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 7 37

Bảng 23 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 8 40

Bảng 24 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 9 43

Bảng 25 Trường cơ sở dữ liệu của các kênh đa phổ của ảnh vệ tinh STT 10 45

-DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám [1] 11

Hình 2 Nhóm methyl ở vị trí C-3 của Chlorophyll-a [34] 17

Hình 3 Vị trí các điểm lấy mẫu tháng 07 năm 2020 tại Bình Định 25

Hình 4 Vị trí lấy mẫu tại Bình Định tháng 04 năm 2021 26

Hình 5 Khung logic điều hành các bước nghiên cứu 29

Hình 6 Khoanh vùng dữ liệu ảnh 33

Hình 7 Xác định tọa độ lấy mẫu trên bản đồ 35

Hình 8 Phần mềm Acolite 36

Hình 9 Kết quả phổ phát xạ các bước sóng sau hiệu chỉnh Acolite 37

Hình 10 Phân tích và lựa chọn các điểm ảnh tối ưu bằng phần mềm QGIS 38

Hình 11 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 443 nm (band 1) 40

Hình 12 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 492 nm (band2) 40

Hình 13 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 560 nm (band 3) 41

Hình 14 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 665 nm (band 4) 41

Hình 15 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 704 nm (band 5) 42

Hình 16 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 740 nm (band 6) 42

Hình 17 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 783 nm (band 7) 43

Hình 18 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 833 nm (band 8) 43

Hình 19 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước sóng 865 nm (band 9) 44

Hình 20 Mối tương quan giữa Hàm lượng Chlorophyll-a với phổ phát xạ bước

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DEM Mô hình số độ cao-MHSĐC

(Digital Elevation Mode!)

GIS Hệ thống thông tin địa lý

(Geographical Information System)

LUT Bảng tra cứu mô hình lục địa (The

Continental Model Lookup Table)

cận hồng ngoại (Poche Infra-Rouge)

SAR Vệ tinh radar khẩu độ tổng hợp

(Synthetic Aperture Radar)

Sở TN-MT Sở Tài nguyên và Môi trường

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Bình Định là tỉnh duyên hải miền Trung, có vị trí địa lý thuận lợi là gần cácvùng biển Hoàng Sa, Trường Sa là ngư trường cá nổi lớn, cá di cư xa có giá trị kinh

tế và xuất khẩu như cá thu, cá ngừ, cá nhám, cá chuồn, các loài mực (mực ống, mựcđại dương) Nguồn lợi thủy sản ở vùng biển Bình Định khá đa dạng và phong phúvới trên 500 loài cá, trong đó có 38 loài có giá trị kinh tế Nuôi trồng thủy sản(NTTS) nước mặn (biển) đã hình thành các vùng ươm, nuôi tôm hùm Hiện nay,mặc dù tỉnh đã quy hoạch hẳn một vùng NTTS công nghệ cao (tại xã Mỹ Thành,huyện Phù Mỹ), được nhà nước đầu tư xây dựng hệ thống ao xử lý nước thải, nhưngtrên thực tế rất nhiều hộ dân lại chọn cách xả thẳng nước, chất thải chưa qua xử lý

ra ngoài môi trường Bên cạnh đó, hiện trên địa bàn tỉnh vẫn còn rất nhiều nơi nuôitrồng và khai thác thủy sản mang tính tự phát, phát sinh các nguồn chất thải ra môitrường mà không được xử lý đúng cách Mặt khác, những sự cố tràn dầu, nước thải

từ các hoạt động nuôi tôm trên cát, nước thải từ dịch vụ hậu cần nghề cá… cũngkhiến môi trường vùng biển ven bờ bị suy giảm nghiêm trọng

Tuy nhiên, việc kiểm soát, giám sát chất lượng môi trường ven biển ở BìnhĐịnh hiện đang gặp nhiều khó khăn do cả tỉnh chỉ có 2 đơn vị là Trung tâm Quantrắc môi trường và Chi cục Bảo vệ môi trường (Sở TN-MT Bình Định) Hàng nămđịnh kỳ 4 lần lấy mẫu nước biển để quan trắc Việc giám sát như vậy chỉ mang tínhthời điểm và chỉ thực hiện được ở một số vị trí nhất định, không có phạm vi rộnglớn và mang tính liên tục, từ đó việc nhận diện nguyên nhân và đề xuất các giảipháp khắc phục còn chưa kịp thời, hiệu quả Với những lý do trên, việc ứng dụngcông nghệ cao để giám sát các thông số môi trường một cách liên tục, trên mộtphạm vi rộng lớn là nhu cầu thực sự cần thiết, giúp phát hiện kịp thời và xử lý các

sự cố gây ô nhiễm môi trường, đề xuất các giải pháp phát triển NTTS bền vững

Do đó, đề tài: “Nghiên cứu xây dựng thuật toán Chlorophyll-a cho vùng

nước biển ven bờ tỉnh Bình Định sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2” được đưa ra

nhằm xây dựng thuật toán để giám sát thông số Chlorophyll-a phục vụ NTTS vàphát triển bền vững

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám về quan trắc thông số

Chlorophyll-a hỗ trợ giám sát chất lượng môi trường nước biển ven bờ tỉnh Bình Định phục vụnuôi trồng thủy sản tại địa phương

3 Nội dung nghiên cứu

- Nội dung 1: Khảo sát hiện trạng môi trường nước biển ven bờ về thông số

Chlorophyll-a tại các vùng nước mặt phục vụ nuôi trồng thủy sản tại Bình Định

- Nội dung 2: Xây dựng cơ sở dữ liệu viễn thám phục vụ việc xây dựng thuật

toán Chlorophyll-a

- Nội dung 3: Xây dựng thuật toán Chlorophyll-a cho vùng nước biển ven bờ

tỉnh Bình Định sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

là một trong những cửa ngõ ra biển của các tỉnh Tây Nguyên và vùng nam Lào [2]

b) Thủy văn

Sông ngòi ở Bình Định mang đặc tính của hệ thống sông vùng Nam Trung Bộ

Độ dốc của các dòng sông cao, với chiều dài ngắn, hàm lượng phù sa rất thấp Trênđịa bàn tỉnh có 4 sông lớn là: Sông Kone, sông Lại Giang, sông La Tinh và sông HàThanh

Sông Kone, sông Hà Thanh đổ vào đầm Thị Nại, sông La Tinh đổ vào đầm Đề

Gi, sông Lại Giang đổ ra cửa An Dũ Về mùa khô nước ở các con sông đều bị cạn,dòng chảy yếu, về mùa mưa dòng chảy xiết mang phù sa và cát lấp đầy cửa sông

Do các con sông hàng năm bị bồi đắp bởi các trầm tích lắng đọng và đất đá bị rửatrôi từ các dãy núi đổ xuống, kết hợp với dòng nước yếu không thể đẩy các chất phù

sa lắng đọng này ra biển làm giảm khả năng thoát lũ trong mùa mưa bão và tưới tiêutrong mùa khô, đồng thời cảnh báo về tiềm năng thuỷ sản bị cạn kiệt, nhất là cácloài cá quý hiếm (như cá chình, đặc biệt chình mun) do bị cắt đứt mắt xích trong hệsinh thái thuỷ vực

Bên cạnh đó, hiện tượng xâm thực của nước mặn vào các con sông ngày càngtăng, dẫn đến sự mặn hoá làm giảm nguồn lợi thuỷ sản nước ngọt Đặc biệt là khuvực hạ lưu sông Kone và sông Hà Thanh, đây là nơi tập trung đông dân cư nhất

trong khu vực và có nhiều hoạt động sản xuất công nghiệp nên vấn đề xâm nhậpmặn và ngập sẽ gây nhiều tác động đến sản xuất và đời sống của người dân [11].

c) Khí hậu

Bình Định có tính chất nhiệt đới ẩm, gió mùa Nhiệt độ không khí trung bìnhnăm: ở khu vực miền núi biến đổi 20,1 - 26,1°C; tại vùng duyên hải là 27°C Độ ẩmtuyệt đối trung bình tháng trong năm: tại khu vực miền núi là 22,5 - 27,9% và độ

ẩm tương đối 79 – 92%; tại vùng duyên hải độ ẩm tuyệt đối trung bình là 27,9% và

độ ẩm tương đối 79% Tổng lượng mưa trung bình năm là 1.751mm, cực đại là2.658mm, cực tiểu là 1.131mm Mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 – 12; mùa khô kéo dài

từ tháng 01 – 8 [13] (chi tiết xem phụ lục 4)

d) Đa dạng sinh học

Tỉnh Bình Định được chia làm 8 vùng sinh thái: HST rừng tự nhiên; HST rừngthứ sinh; HST rừng tre nứa, các thảm cỏ, cây bụi thứ sinh; HST nông nghiệp; HSTthủy vực nội địa; HST đầm phá; HST rạn san hô; và HST dân cư, đô thị, KCN [12].Bình Định có HST nhạy cảm như đầm Thị Nại, đầm Trà ô, đầm Đề Gi và các hồchứa khác rất độc đáo với tính ĐDSH cao và là một trong những quê hương củamột số loài thuỷ sản có giá trị kinh tế cao đặc biệt là Chình mun; vùng ven biển cócác rạn san hô như Cù Lao Xanh (chi tiết hiện trạng bảo vệ môi trường và đa dạngsinh học của tỉnh được thể hiện ở phụ lục 6)

- Hệ sinh thái rừng tự nhiên

HST rừng tự nhiên được xác định trên cơ sở rừng giàu, nguyên sinh với thảmthực vật ở trạng thái rừng IIIA, IIIB Hệ sinh thái rừng tự nhiên có tính ĐDSH cao,chưa bị tác động nhiều bởi các hoạt động phát triển kinh tế và sự can thiệp trực tiếpcủa con người HST này bao gồm hai kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm ở đai độcao trên 800m và rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới ở đai độ cao dưới 800 m.Diện tích hệ sinh thái rừng tự nhiên có khoảng 47.420 ha, được phân bố chủ yếu ởcác huyện An Lão, Vĩnh Thạnh, Vân Canh và một ít ở huyện Tây Sơn

- Hệ sinh thái rừng thứ sinh

Đây là HST có các kiểu rừng thứ sinh nghèo, trạng thái rừng ở mức IIA, IIB

Hệ sinh thái rừng thứ sinh được phục hồi sau canh tác nương rẫy, phục hồi sau phá

rừng Diện tích của HST này là 237.070 ha chiếm 39,2 % diện tích đất tự nhiên củatỉnh HST thứ sinh phân bố chủ yếu tập trung ở các huyện Vĩnh Thạnh, An Lão,Hoài Ân, Vân Canh và phân bố rải rác ở các huyện Phù Cát, Phù Mỹ.

- Hệ sinh thái rừng tre nứa, các thảm cỏ, cây bụi thứ sinh

Kiểu này cũng có nguồn gốc gián tiếp từ kiểu rừng kín thuờng xanh mua ẩmnhiệt đới và là hậu quả trực tiếp của quá trình làm nuơng rẫy hoặc khai thác kiệt màchua phục hồi lại rừng cây gỗ Trạng thái rừng ở mức IA, IB, IC Tuy nhiên, ởnhiều khu vực, vẫn còn có những khoảnh rừng nhỏ b é sót lại trên diện tích rừng trenứa có cây gỗ rải rác Diện tích HST khoảng 12.740 ha chiếm 2,1% diện tích đất tựnhiên Hiện tại kiểu sinh cảnh này còn có nhiều khả năng để phục hồi lại rừng bởinguồn gieo giống của các loài cây gỗ vẫn còn và điều kiện đất đai chua bị biến đổinhiều Thành phần thực vật chủ yếu là các loài le (Pseudoxytenanthera nigrociliata,

P hosseusii)), lồ ô (Bambusa procera), nứa (Neohouzeana dulloa) và rải rác có cây

lá rộng còn sót lại nhu: các loài dẻ, vạng trứng, lim xẹt, lõi thọ, trám, ngát, ba soi

Le là loài tre mọc tản, còn lồ ô và nứa là những loài cây mọc cụm thành từng bụilớn rất dày, các loài cây khác không thể mọc chen vào được

- Hệ sinh thái nông nghiệp

HST nông nghiệp của tỉnh Bình Định bao gồm những khu vực cánh đồngđược trồng trọt nhiều mùa vụ, những khu vực cánh đồng ít canh tác và có năng suấtthấp, và có thể cả những cánh đồng bỏ hoang Các khu vực cánh đồng có thể lớn,nhỏ, nằm trên các vùng đất bằng hay đất dốc Các cánh đồng có thể trồng nhữngloại cây ngắn ngày như các loại lúa, rau, hay những cây dài ngày, lưu niên như cácloại cây ăn quả Thông thường, những diện tích lớn hay được sử dụng để trồng cácloại rau và các loại cây hoa màu khác tạo nên một bức tranh xen kẽ gồm các cánhđồng trồng các loại cây và cỏ bỏ hoang đan xen với nhau Diện tích HST này là280.100 ha chiếm 46,3% diện tích đất tự nhiên, được phân bố chủ yếu ở các huyệnPhù Cát, Phù Mỹ, Hoài Nhơn, An Nhơn, Tuy Phước, Tây Sơn

- Hệ sinh thái thủy vực nội địa

HST thuỷ vực nội địa ở Bình Định rất phong phú và đa dạng, là các kiểu HSTđặc trung với các nơi cu trú cho các quần thể thuỷ sinh vật bao gồm các sông suối,

hồ, ao Các loại hình thuỷ vực nội địa đuợc phân biệt dựa trên các đặc điểm tựnhiên nhu địa hình, địa mạo, nền đáy và chế độ thuỷ văn Diện tích HST thủy vựcnội địa nuớc ngọt là 10.790 ha chiếm 1,7% diện tích đất tự nhiên phân bố chủ yếucác huyện An Lão, Tây Sơn, Vĩnh Thạnh, Vân Canh và phân bố rải rác ở các huyệnkhác.

+ Suối: Các suối của Bình Định nằm ở thuợng nguồn các sông Lại Giang,sông Kôn và sông Hà Thanh ở các huyện miền núi nhu An Lão, Vĩnh Thạnh, TâySơn và Vân Canh

Thành phần thuỷ sinh vật đặc trung cho HST suối bao gồm: thực vật thuỷ sinh(Macrophyta), thành phần ấu trùng côn trùng ở nuớc rất phong phú, các loài ốc kíchthuớc nhỏ họ Thiariadae, Viviparidae, các loài cua suối họ Potamidae, các loài cákích thuớc nhỏ Do độ trong lớn nên các nhóm tảo bám đá (Periphyton) phát triển là

cơ sở thức ăn quan trọng cho cá và động vật không xuơng sống Theo đánh giá củanhiều tác giả (Kottelat, 1996), khu hệ thuỷ sinh vật HST suối có tỷ lệ các loài đặchữu cao và trong kiểu HST này, có nhiều loài còn chua đuợc phát hiện

+ Sông: Bình Định có hai hệ thống sông lớn là sông Lại Giang (dài 120 km,bắt nguồn từ vùng rừng núi An Lão, Hoài Ân đổ ra cửa An Dũ) và sông Kôn (dài

178 km bắt nguồn từ vùng núi đông Truờng Sơn chảy qua Vĩnh Thạnh, Tây Sơn đổ

ra đầm Thị Nại) Ngoài hai hệ thống sông trên, còn các sông nhỏ khác là La Tinh(dài 52 km), sông Hà Thanh (dài 48 km) Sông là nơi cu trú rất quan trọng của cácquần thể cá và các thủy sinh vật khác ngoài cá Hệ động vật đáy phong phú bao gồmcác nhóm tôm, cua, trai, ốc phong phú Mùa lụt là sự kiện quan trọng của nhiều loài

cá sông Nhiều loài cá có tập tính đẻ trứng trong, hoặc truớc hoặc ngay sau mùa lũlụt

+ Vùng cửa sông: Cửa sông là HST phức hợp do có sự tuơng tác giữa sông vàbiển Bởi vậy quần xã thuỷ sinh vật ở đây mang tính hỗn hợp giữa các nhóm sinhthái nuớc ngọt, nuớc lợ và nuớc mặn Đây là nơi cu trú nuôi duỡng, bãi đẻ trứng củanhiều loài cá biển và nhiều nhóm động vật không xuơng sống Một điều đáng luu ý

là trong khu vực cửa sông, RNM rất phát triển cũng là nơi cu trú và nuôi duỡng chonhiều loài thuỷ sinh vật

+ Ruộng lúa nuớc: Ruộng lúa nuớc là dạng thuỷ vực nông, ngập nuớc theomùa Nhiệt độ nuớc cao, hàm luợng ôxy hòa tan thấp, hệ thuỷ sinh vật kém phongphú.

+ Hồ và hồ chứa: Với đặc tính riêng hồ có phức hệ thuỷ sinh vật đặc trung.Khu hệ cá hồ bao gồm nhiều loài cá ăn nổi Mối đe doạ cho HST hồ là sự di nhậpcác loài cá lạ, ô nhiễm, sự phú duỡng và thay đổi mực nuớc Các quần thể thuỷ sinhvật hồ khá phong phú và nhạy cảm với những biến đổi môi truờng

- Hệ sinh thái đầm

Bình Định là tỉnh ven biển miền Trung Nam bộ, chiều dài bờ biển là 134 km.Hiện nay tỉnh Bình định có hệ thống đầm phá đặc trung cho duyên hải miền NamTrung bộ, bao gồm 3 đầm lớn là Đầm Thị Nại với diện tích 5.000 ha, Đầm Trà ô vớidiện tích khoảng 1.200 ha và đầm Đề Gi có diện tích 1.580 ha Hệ thống đầm códiện tích lên đến khoảng gần 8.000 ha, thuộc thành phố Quy Nhơn, huyện Phù Mỹ

và huyện Phù Cát, Bình Định Trong HST này có mặt các loài động vật nổi, độngvật đáy, thực vật bậc cao, nhuyễn thể, giáp xác, cá, các loài tảo, rong biển, cỏ biển,san hô Nguồn lợi thủy sản trong đầm khá phong phú, nhiều loài có giá trị kinh tếcao nhu cua xanh, tôm đất, cá dìa, cá mú, hàu, sìa, Đặc biệt ở HST đầm có loài cáChình mun đuợc xếp trong danh lục sách Đỏ Việt Nam

- Đầm Trà Ổ thuộc địa phận 4 xã Mỹ Thắng, Mỹ Đức, Mỹ Châu và Mỹ Lợi,phía Bắc huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định

- Đầm Đề Gì nằm cách thị trấn Phù Mỹ 11km về phía Đông, thuộc địa phận 3

xã Mỹ Thanh, Mỹ Cát, Mỹ Chánh huyện Phù Mỹ và 2 xã Cát Khánh, Cát Minhhuyện Phù Cát tỉnh Bình Định Đầm có diện tích 1.580 ha trải dài theo hướng TâyBắc- Đông Nam với chiều dài khoảng 7km, chiều rộng khoảng 150m, chiều sâutrung bình 1,6m

- Đầm Thị Nại thuộc địa bàn phường Nhơn Bình, Đống Đa, Hải Cảng, Thị Nại

và xã Nhơn Hội (thành phố Quy Nhơn), xã Phước Thuận, Phước Sơn, Phước Hòa,Phước Thắng (huyện Tuy Phước) và xã Cát Chánh (huyện Phù Cát) Đầm trải dàitheo hướng Bắc Nam với chiều dài khoảng 12km, rộng 4km, thông ra cửa biển QuyNhơn với chiều rộng 300m, lạch sâu từ 3-9m Diện tích đầm lúc nước lớn là 5.060

ha và diện tích khi triều rút là 3.200 ha Đầm mang tính chất của một vịnh biển vớidiện tích rừng ngập măn có lúc lên đến 1000 ha và thảm cỏ biển trên 200 ha.

- Hệ sinh thái rạn san hô

Vùng phân bố của rạn san hô ven bờ tỉnh Bình Định từ Hoài Mỹ (Hoài Nhơn)đến Quy Nhơn Đặc biệt ở vùng vịnh Quy Nhơn với địa hình nhiều đảo nhỏ, ghềnh

đá là nơi có hế sinh thái rạn san hô và thảm cỏ biển phong phú tập trung ở vùng venbiển thuộc các xã Nhơn Lý, Nhơn Hải, Ghềnh Ráng và Cù Lao Xanh (Nhơn Châu).Đây là những xã nằm trong vùng trọng điểm về tiếm năng kinh tế và du lịch biểncủa tỉnh Bình Định Rạn san hô tập trung ở khu vực phía nam trong tam giác CùLao Xanh, Hòn Đất, hòn Khô

- Hệ sinh thái dân cư, đô thị, KCN

HST dân cu, là kết quả của sự phát triển lâu dài và những khu vuờn truyềnthống tại nơi ở, là nguồn cung cấp chủ yếu đáp ứng các nhu cầu của gia đình, kếthợp các loại cây không những đáp ứng nhu cầu tự cung tự cấp của nguời nông dân

mà phần du thừa còn có thể đem bán ngoài chợ tăng thu nhập Hơn nữa, còn có sựchọn lọc giống cây trồng một cách tích cực và sự trao đổi các loại cây trong vuờngiữa những nguời nông dân.Vuờn gia đình là nơi tập hợp các loại cây, cây ăn quả,cây bụi, cây leo, các loại cỏ, cung cấp thức ăn, cỏ khô, vật liệu xây dựng, củi đun,duợc liệu, các chức năng về tôn giáo và xã hội khác nhu trang trí và tạo bóng mátcho nhà ở

Mức độ phong phú của các loài trong các HST vuờn gia đình thuờng đạt mức

đa dạng từ vừa phải cho tới rất cao, thể hiện tính đa dạng cao về chủng loại và cấutrúc Những loại cây ăn quả chủ yếu trong hệ sinh thái thổ cu bao gồm xoài, đu đủ,chuối, cam, chanh, hồng xiêm, thị, nhót Những loại rau điển hình bao gồm đậu,bầu, bí, cà, các loại rau ăn lá nhu rau ngót, rau dền, rau cải, rau muống, Nhiềuloại rau thơm đồng thời cũng là thảo mộc và cây duợc liệu cũng đuợc trồng trongcác vuờn gia đình nhu tía tô, kinh giới, ngải, sả, hẹ, đinh lăng,

Trong hệ sinh thái thổ cu đa dạng nhất là loài côn trùng với 300 loài thuộc 39

họ Những cây xanh và hoa, đặc biệt là trong mùa khô, làm cho các khu vuờn giađình trở thành một môi truờng sống quan trọng đối với nhiều loại côn trùng

1.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội

a) Dân số

Năm 2018, dân số trung bình tỉnh Bình Định là 1.529.020 người [19] Mật độdân số trung bình 251,8 người/km2, bằng 93% mật độ trung bình của cả nước (274người/km²); tỷ lệ dân số thành thị chiếm 31,03%, nông thôn chiếm 68,97%; dân sốnam chiếm 48,85%, dân số nữ chiếm 51,15% Bình Định có dân tộc Kinh (chiếm98%), ngoài ra còn có các dân tộc khác cùng sinh sống trên địa bàn, trong đó chủyếu là 3 dân tộc Chăm, Ba Na và Hrê sinh sống ở các huyện miền núi và trung du.Dân cư trên địa bàn tỉnh phân bố không đều, mật độ dân số toàn tỉnh là 251,8người/km2; dân cư tập trung đôngnhất tại khu vực thành phố Quy Nhơn (mật độ dân

số trung bình 1007,2 người/km2), tiếp đến là tại thị xã An Nhơn (mật độ trung bình752,8 người/km2), huyện Hoài Nhơn (mật độ trung bình 502,2 người/km2); thấpnhất là huyện Vân Canh với 31,6 người/km2

Thành phố Quy Nhơn là đô thị loại 1, được Chính phủ xác định là đô thị trungtâm phía nam của Vùng kinh tế trọng điểm Miền Trung, cùng với Đà Nẵng và Huế

là những trung tâm thương mại, dịch vụ và giao dịch quốc tế của cả khu vực MiềnTrung và Tây Nguyên

b) Kinh tế

Tổng sản phẩm trong tỉnh (GRDP) năm 2018 (theo giá so sánh 2010) tăng7,32% so với năm 2017 Khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản tăng 4,99%; khuvực công nghiệp và xây dựng tăng 9,03%, riêng công nghiệp tăng 9,28%; khu vựcdịch vụ tăng 7,38%; thuế sản phẩm trừ trợ cấp sản phẩm tăng 8,43% GRDP năm

2018 theo giá hiện hành ước đạt 70.214 tỷ đồng; GRDP bình quân đầu người đạt45,7 triệu đồng, tương đương 1.986 USD (Tăng 172 USD so với năm 2017) Về cơcấu kinh tế năm 2018, khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm tỷ trọng 26,1%;khu vực công nghiệp và xây dựng chiếm 31,7%; khu vực dịch vụ chiếm 37,8%;thuế sản phẩm trừ trợ cấp sản phẩm chiếm 4,4% [19]

c) Xã hội

Cơ sở vật chất ngành giáo dục, y tế, văn hoá, khoa học, công nghệ tiếp tụcđược tăng cường đầu tư Đến nay, tỉnh đã hoàn thành phổ cập giáo dục tiểu học

đúng độ tuổi và phổ cập giáo dục trung học cơ sở, quy mô giáo dục, mạng lướitrường, lớp học mầm non, phổ thông và các cơ sở dạy nghề phát triển phù hợp vớiphân bố dân cư và địa hình của tỉnh Trên 90% trạm y tế có bác sĩ, hệ thống bệnhviện các tuyến được đầu tư hoàn thiện, chất lượng khám chữa bệnh được nâng cao[14] Công tác xoá đói giảm nghèo, đền ơn đáp nghĩa, đào tạo nghề được chú trọng,

an sinh xã hội được đảm bảo Khoa học, công nghệ có nhiều tiến bộ, góp phần nângcao năng suất, chất lượng một số cây trồng, vật nuôi, cải thiện chất lượng chăm sócsức khỏe nhân dân, cung cấp một số luận cứ khoa học cho việc xây dựng các quyhoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Các hoạt động văn hoá, thể thaođược đẩy mạnh, góp phần làm phong phú thêm đời sống văn hoá, tinh thần củanhân dân

Cùng với việc từng bước đầu tư, nâng cấp, tỉnh Bình Định cũng đã chú trọngcông tác xây dựng, quảng bá hình ảnh, thu hút đầu tư, du lịch, cải cách hành chính,cải thiện môi trường đầu tư - kinh doanh và đào tạo nhân lực Bình Định hiện đượcxem là một trong những địa phương có môi trường đầu tư - kinh doanh thuận lợi,cởi mở, đã và đang là điểm đến ưa thích của nhiều nhà đầu tư tiềm năng và dukhách trong, ngoài nước

1.2 Tổng quan về công nghệ viễn thám

Viễn thám là một ngành khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các đốitượng, hiện tượng trên trái đất [3] Theo định nghĩa này các kỹ thuật như nhiếp ảnh,

đo sâu hồi âm hoặc khảo sát địa chấn đều có thể được coi như là các kỹ thuật viễnthám Tuy nhiên, thông thường viễn thám được hiểu như là công nghệ thu thập vàphân tích thông tin vềs bề mặt trái đất từ các độ cao khác nhau và sử dụng sóng điện

từ như là phương tiện truyền tải thông tin chính [4]

Hình 1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám [1]

Có thể tóm tắt nguyên lý thu nhận và quy trình xử lý dữ liệu viễn thám nhưtrong Hình 1, cụ thể như sau:

Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời,năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được bộ cảm biếnđặt trên vật mang thu nhận Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể đượcảnh viễn thám thu nhận và xử lí tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnhdựa trên kinh nghiệm của chuyên gia Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liênquan đến các vật thể và hiện thượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vàotrong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Quản lý tài nguyên, Đất đai, Nông Lâmnghiệp, Địa chất, Khí tượng, Môi trường…

Cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám dựa trên bản chất vật lý trong tựnhiên là các vật thể (đối tượng) trong những điều kiện khác nhau thì khả năngphản xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng Từ đó, nguồn

tư liệu viễn thám được hình thành như là kết quả thu nhận năng lượng phản xạhoặc bức xạ các sóng điện từ của các đối tượng bằng các thiết bị gọi là bộ viễncảm hay bộ cảm (remote sensor) hoặc bằng các máy chụp ảnh Sóng điện từ đượcphản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tư liệu chủ yếu trong viễnthám Các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua các năng lượngbức xạ hoặc phản xạ từ vật thể

1.2.1 Lựa chọn ảnh viễn thám

Việc lựa chọn nguồn tư liệu ánh trong nghiên cứu luôn phụ thuộc vào đốitượng nghiên cứu và nguồn tư liệu ảnh sẵn có Theo đánh giá trong nhiều công bốkhoa học ứng dụng công nghệ viễn thám mỗi loại ảnh thường có giá trị sử dụng chotừng đối tượng cụ thể [57], [32], [33] Kavzoglu và Yildiz (2014) [40] đã chỉ raphân loại theo hướng đối tượng là một quá trình gồm các bước phân đoạn và phânloại lặp đi lặp lại nhiều lần để làm tăng giá trị của thông tin phân tích và đủ điềukiện để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của người sử dụng Phân đoạn ảnh được sử dụng

để hợp nhất các điểm ảnh vào các đối tượng, sau đó quá trình phân loại sẽ đượcthực hiện dựa trên các đối tượng này thay vì các pixel riêng lẻ [8]

Ảnh viễn thám có thể thu thập từ nhiều nguồn vệ tinh khác nhau, có thể phânchia làm 2 nhóm:

· Ảnh quang học có thể lấy từ các vệ tinh như: Landsat 4, 5, 7 và 8, 2A/B [20], [27], [41], [50], [56]

Sentinel-· Ảnh radar có thể thu thập từ vệ tinh radar khẩu độ tổng hợp (SyntheticAperture Radar _ SAR) như Sentinel-1A/B, ERS-1/2, ENVISAT, ALOSPALSAR, RADASAT-2 [25], [43], [49], [53]

Ưu điểm của ảnh quang học so với ảnh SAR là có các bước tiền xử lý và phântích đơn giản hơn Do đó, ảnh quang học được sử dụng nhiều hơn trong các trườnghợp phân tích các chỉ số môi trường, rủi ro thiên tai khi cần kết quả nhanh chóng.Trong đó, ảnh quang học lấy từ các vệ tinh Sentinel-2A/B đã và đang được sửdụng rộng rãi cho các mục đích xây dựng các bản đồ đặc trưng của bề mặt đệmcũng như giám sát và quản lý các chỉ số, rủi ro thiên tai [24], [26], [30], bởi vì ảnhSentinel-2 cho phép xem xét các yếu tố bề mặt đệm với độ phân giải theo khônggian thay đổi từ quy mô lưu vực tới quy mô vùng hoặc toàn cầu, tại các thời điểmkhác nhau Bart và cộng sự [26] đã sử dụng dữ liệu ảnh Sentinel-2 có độ phân giải

10 m để thiết lập các bản đồ ngập nước với nhiều cấp độ đặc trưng khác nhau, trong

đó bao gồm cả phân loại các kiểu thảm thực vật và thay đổi diện tích mặt nước vùngđầm lầy St Lucia (Nam Phi) Douglas và cộng sự [30] đã kết hợp ảnh Sentinel-2 và

Landsat 8 OLI để nghiên cứu sự biến động theo thời gian của các hệ sinh thái trênmặt đất Bar và cộng sự [31] đã xác định các khu vực cháy rừng dưới ảnh hưởngcủa các điều kiện thời tiết khô hanh trong mùa khô cho vùng Western Himalaya sửdụng ảnh Sentinel-2 và Landsat-8 OLI Những ví dụ trên khẳng định rằng nguồn dữliệu bề mặt đệm thu thập, giải đoán được từ ảnh Sentinel-2 là nguồn dữ liệu vô cùngquý giá, giúp việc quản lý các chỉ số môi trường, rủi ro thiên tai trở lên hiệu quảhơn.

1.2.2 Tổng quan về dữ liệu ảnh Sentinel-2

Đây là vệ tinh quan sát Trái đất được cơ quan hàng không vũ trụ châu Âu pháttriển, và là một phần thuộc chương trình Copernicus nhằm thực hiện công tác theodõi, hỗ trợ và cung cấp các dịch vụ như: giám sát, quản lý môi trường

Hệ thống này gồm hai vệ tinh Sentinel 2A và 2B được phóng lần lượt vàongày 33/6/2015 và 7/3/2017 Các vệ tinh này có hệ thống chụp ảnh ở 13 kênh phổ

từ dải sóng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại sóng ngắn Bộ cảm biến sửdụng nguyên tắc chụp ảnh chổi đẩy và được thiết kế có độ phân giải không giankhác nhau, cụ thể là 4 kênh 10m, 6 kênh 20m và 3 kênh 60m và độ rộng dải quét lênđến 290km [47] Với độ phân giải 10m và thời gian lặp lại nhanh, Sentinel-2 sẽ làmột công cụ hỗ trự đắc lực trong công tác tìm kiếm cứu nạn Đặc điểm về dữ liệuảnh của Sentinel-2 được thể hiện trong bảng sau:

trung tâm (nm)

Độ rộng bước sóng (nm)

Bước sóng trung tâm (nm)

Độ rộng bước sóng (nm)

trung tâm (nm)

Độ rộng bước sóng (nm)

Bước sóng trung tâm (nm)

Độ rộng bước sóng (nm)

- Level 1A: không cung cấp cho người dùng Nhận được bằng cách giải nén

dữ liệu level 0 Đã có thông tin vị trí cho từng tâm điểm ảnh nhờ một mô hình hìnhhọc Kích thước ảnh như level 0

- Level 1B: là mức dữ liệu thấp nhất mà người dùng có thể tiếp cận Mức xử lýcao hơn 1A ở phần hiệu chỉnh bức xạ ở giá trị đỉnh khí quyển (TOA), kích thướcảnh không đổi so với level 1A

- Level 1C: được cung cấp cho người dùng, ảnh đã được nắn trực giao về hệtọa độ UTM/WGS84, diện tích 100km2, sử dụng DEM Mỗi điểm ảnh được cungcấp giá trị phản xạ tại đỉnh khí quyển để tính chuyển sang giá trị bức xạ Tùy theocác kênh phổ mà dữ liệu được tái chia mẫu về các độ phân giải không gian khácnhau (10m, 20m, 60m)

- Level 2A: được cung cấp cho người dùng, dữ liệu này cung cấp giá trị phản

xạ tại đáy khí quyển, sử dụng từ các sản phẩm của level 1C Dữ liệu này cũng đượcchia thành các ô diện tích 100km2 Dữ liệu level 2A không được tạo ra một cách có

hệ thống ở phần mặt đất; người dùng tự tạo ra dữ liệu mức này nhờ các công cụ hỗtrợ Sentinel-2 với dữ liệu đầu vào là level 1C

Bảng 2 Các mức xử lý dữ liệu Sentinel-2 cung cấp cho người dùng [33]

Phục vụ Dung lượng

Level-1B

Giá trị bức xạ đỉnh khíquyển, xử lý hình họcmức độ thiết bị chụp

Mang tính

hệ thống Dài hạn

27 MB (mỗicảnh25x23km2)

600 MB (mỗicảnh100x100km2)

1.3 Tổng quan về Chlorophyll-a

Chlorophyll-a (C55H72O5N4Mg) là một sắc tố quang hợp ưu thế trong tảo, thựcvật phù du và được sử dụng như thông số đại diện cho sinh khối của thực vật nổi[22], [42]

Chlorophyll-a là một trong các phân tử Chloropyll Mỗi loại Chlorophyll được

[37] Trong các phần xanh của lá cây, Chlorophyll có trong tổ chức đặc biệt, phântán ở trong nguyên sinh chất, gọi là lục lạp hoặc hạt diệp lục [15] Màu xanh cótrong lục lạp, tồn tại ở dạng liên kết với protein gồm: Chlorophyll-a vàCholorophyll-b với tỉ lệ 3/1 Trong đó Chlorophyll-a: có màu từ xanh da trời đếnxanh lá cây, hấp phụ bước sóng 660-665nm và Cholorophyll-b có màu từ vàng đếnxanh lá cây, hấp phụ bước sóng 642-652nm [37] Chlorophyll-a và b khác nhau ở vịtrí C3, loại a chứa nhóm methyl -CH3, loại b chứa nhóm formyl -CHO [28], [34].

Hình 2 Nhóm methyl ở vị trí C-3 của Chlorophyll-a [34]

Sắc tố Chl-a đóng vai trò quan trọng trong chu trình cacbon giữa khí quyển vàbiển; chu trình vật chất và chuyển đổi năng lượng; giám sát dòng hải lưu và quản lýnghề cá [52] Bên cạnh đó, Chl-a nói riêng, sắc tố thực vật nói chung được sử dụngkhông chỉ là thông số đánh giá năng suất sinh học của vực nước [1], [9], [48] màcòn đóng vai trò như một chất chỉ thị sinh học trong đánh giá chất lượng môi trường[10], [18], [35] Ở các quốc gia như Hoa Kỳ, Canada, Úc, New Zealand,Chlorophyll-a được dùng như một chỉ số cơ bản để đánh giá độ phú dưỡng hay chấtlượng nước của các thủy vực vì nó phản ánh trực tiếp sức khỏe của hệ sinh tháithủy sinh [57], do các hoạt động của Chlorophyll-a là liên kết giữa hàm lượng chấtdinh dưỡng, đặc biệt là phốt pho và sản lượng tảo [31]

1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ viễn thám trong quan trắc thông số Chlorophyll-a trong và ngoài nước

1.4.1 Trên thế giới

Ứng dụng công nghệ viễn thám để nghiên cứu chất lượng môi trường nước đãđược tiến hành trên thế giới từ cuối thập kỷ 70 của thế kỷ 20 [31] và cho đến nay

đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, trong đó phải kể đến như:

- Dự án SPEAR (Sustainable options for People, catchment and AquaticResources) là một dự án của Ủy ban châu Âu trong chương trình hợp tác quốc tế vớicác nước đang phát triển phục vụ mục tiêu quản lý bền vững NTTS của Trung Quốcđối với động vật có vỏ, cá và rong biển sử dụng nhiều dữ liệu viễn thám (Landsat,MODIS, MERIS, AVHRR) ở Vịnh Sanggou và Huangdu Các dữ liệu viễn thámcho phép mô hình hóa chi tiết hơn về hiện tượng phú dưỡng và mối tương quan của

nó đối với NTTS Dữ liệu từ MODIS và MERIS đã được phân tích Công nghệ ảnhsiêu phổ (HIS) để xác định sự phân bố Chlorophyll và độ đục cho khu vực ngoàikhơi của vịnh [39]

- Valentini và cộng sự (2016) đã tạo ra một bản đồ về sự phù hợp cho việcnuôi cá vược và cá tráp tại các khu vực khác nhau thuộc phía bắc biển Adriatic sử dụng dữ liệu thu được từ vệ tinh gồm nhiệt độ mặt nước biển (là sản phẩm củaNASA MODIS và ESA Copernicus), Chlorophyll từ ESA MERIS.[44]

1.4.2 Trong nước

Ở Việt Nam, cho đến nay cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụngcông nghệ viễn thám trong giám sát chất lượng môi trường nói chung, môi trườngbiển nói riêng Một số nghiên cứu tiêu biểu có thể kể đến như:

- Năm 2014, Vũ Văn Tác đã sử dụng nguồn dữ liệu từ đề tài “Khai thác nguồn

số liệu Chlorophyll vùng Biển Đông qua ảnh MODIS từ website của US NASA”thuộc phòng Dữ liệu biển, Viện Hải dương học để lập sơ đồ mô tả phân bố hàmlượng Chlorophyll-a trung bình tầng nước mặt ở biển Đông [9] Kết quả cho thấy sốliệu Chlorophyll-a được chiết xuất từ ảnh vệ tinh AQUA là đáng tin cậy và có thể

sử dụng trong nghiên cứu sức sản xuất sơ cấp cũng như giám sát chất lượng môitrường nước

- Với hướng tiếp cận sử dụng kết hợp công nghệ viễn thám và GIS giám sátchất lượng tài nguyên và môi trường, nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Tàinguyên và Môi trường biển, Viện Hàn lâm KHCNVN do TS Nguyễn Văn Thảođứng đầu triển khai thực hiện đề tài “Nghiên cứu các phương pháp phân tích, đánhgiá và giám sát chất lượng nước ven bờ bằng tư liệu viễn thám độ phân giải cao và

độ phân giải trung bình, đa thời gian; Áp dụng thử nghiệm cho ảnh của vệ tinhVNREDSat-1”, mã số VT/CB-01/14-15 thuộc Chương trình Khoa học và Côngnghệ Vũ trụ giai đoạn 2012 - 2015 Đề tài đã khảo sát thực địa đo đạc quang học vàlấy mẫu nước vùng nước ven bờ đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long để xâydựng các thuật toán xác định hàm lượng Chl, SPM, CDOM từ ảnh MODIS

Ngoài ra, dữ liệu ảnh VNREDSat-1 được sử dụng để xác định hàm lượngSPM vùng ven biển ở tỷ lệ lớn Đề tài đã Phân tích 194 mẫu Chl-a, 194 mẫu SPM

và 194 mẫu CDOM tại ba vùng nghiên cứu và đã xây dựng 02 thuật toán theo môhình truyền thống là OC2 Vietnam và OC4 Vietnam để xử lý dữ liệu ảnh MODISxác định phân bố hàm lượng Chlorophyll-a trên cơ sở bộ dữ liệu đo quang học vàhàm lượng Chlorophyll-a tại vùng biển Việt Nam

Đề tài đã thiết lập bản đồ phân bố hàm lượng Chlorophyll-a trung bình thángcủa năm từ 2004 đến 2014 cho vùng biển Việt Nam tại tỷ lệ 1:2.000.000 được xâydựng từ kết quả xử lý ảnh MODIS 12 bản đồ phân bố hàm lượng SPM trung bìnhtháng của 11 năm (từ 2004 đến 2014) cho vùng biển Việt Nam tại tỷ lệ 1:7.000.000

từ xử lý ảnh MODIS, 10 bản đồ hiện trạng phân bố hàm lượng SPM đại diện chomùa mưa và mùa khô được xây dựng tại tỷ lệ 1:50.000 cho khu vực vịnh Hạ Long,ven bờ sông Hồng và Cửu Long từ xử lý ảnh Landsat-8 và VNREDSAT1 Tuynhiên trong nghiên cứu này ảnh VNREDSat-1 hạn chế trong xây dựng thuật toánxác định hàm lượng Chlorophyll-a và giá trị CDOM do thiếu các kênh phổ có cácbước sóng dưới 0,43nm

- Năm 2016, Nguyễn Văn Thảo và cộng sự đã chứng minh được việc sử dụngảnh viễn thám MODIS (AQUA và TERRA) và VNREDSat-1 có thể đánh giá thôngtin chất lượng nước (thông số Chlorophyll-a, hàm lượng vật chất lơ lửng và hàmlượng thành phần Carbon hữu cơ,…) tại vùng ven bờ châu thổ sông Hồng và HạLong [51]

Tóm lại, qua phân tích tình hình nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh trong giámsát quan trắc thông số Chlorophyll-a trên thế giới và trong nước có thể thấy rằngphương pháp này có độ chính xác thấp hơn phương pháp quan trắc truyền thống (sai

số 10 - 15%), nhưng có phạm vi giám sát rộng lớn và liên tục, do đó có thể ứngdụng để theo dõi chất lượng nước biển ven bờ như một công cụ cảnh báo ở tầm vĩ

mô, khi thấy có dấu hiệu diễn biến chất lượng nước xấu đi ở một khu vực nào đó, cóthể kết hợp tiến hành lấy mẫu và phân tích theo phương pháp truyền thống để đánhgiá mức độ ô nhiễm một cách chính xác hơn ở khu vực đó Kết quả của luận văn sẽ

là tài liệu tham khảo cho các hướng nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo về phát triểngiám sát môi trường bằng công nghệ viễn thám tại Việt Nam

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Thuật toán Chlorophyll-a từ thông số Chlorophyll-a phản ánh hiện trạng môitrường nước biển ven bờ tại các vùng nước mặt phục vụ nuôi trồng thủy sản dựatrên các dữ liệu ảnh viễn thám Sentinel-2 ven bờ khu vực tỉnh Bình Định tháng 7năm 2020, tháng 4 năm 2021

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp kế thừa

- Thu thập tài liệu, dữ liệu về phương pháp đánh giá nhanh chất lượng nướcbiển ven bờ, về nghiên cứu, ứng dụng công nghệ viễn thám trong xác định nhanhchất lượng nước

- Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu do các cơ quan đầu ngành thựchiện hàng năm có liên quan đến lĩnh vực và khu vực nghiên cứu

2.2.2 Phương pháp khảo sát hiện trạng nước biển ven bờ

Mẫu sau khi được lấy cần tiến hành lọc mẫu tại hiện trường, bảo quản fintertrong đĩa sachi nhựa, bọc kín, bảo quản lạnh 0-50C tránh tiếp xúc với ánh sáng, gửibằng đường hàng không hằng ngày tới phòng thí nghiệm thuộc Viện công nghệ môitrường trong 24h sau khi lọc mẫu Mẫu được phân tích theo TCVN 6662 : 2000ISO10260 : 1992

2.2.2.1 Lựa chọn vị trí quan trắc, lấy mẫu nước

Mẫu nước biển được thu thập trong các chuyến thực địa vùng ven biển BìnhĐịnh, giới hạn giữa 130037’ và 140034’ vĩ độ Bắc, từ Cù Lao Xanh đến Mũi KimBồng, thời gian lấy mẫu vào tháng 7 năm 2020 và tháng 4 năm 2021

Các điểm quan trắc hiện trạng Chlorophyll-a tại vùng nước biển ven bờ tỉnhBình Định tháng 07 năm 2020 và tháng 04 năm 2021 được nghiên cứu xây dựngdựa trên điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Bình Định (Mục 1.1, Chương 1) vàcác kết quả khảo sát thực địa của Đề tài thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Côngnghệ Việt Nam “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám hỗ trợ giảm sát chấtlượng môi trường nước biển ven bờ tỉnh Bình Định phục vụ nuôi trồng thủy sản tại

địa phương và vùng phụ cận“ (Mã số: ĐTDLCN.11/20) Từ kết quả khảo sát thựcđịa của Đề tài có 4 tác nhân chính ảnh hưởng đến chỉ số Chlorophyll-a vùng nướcbiển ven bờ tỉnh Bình Định, cụ thể như sau:

Bảng 3 Những tác nhân ảnh hưởng đến chỉ số Chlorophyll-a tỉnh Bình Định

· Huyện Phù Mỹ: tập trung nuôi sò huyết

· Nhơn Hải, Nhơn Châu và Ghềnh Ráng,nuôi tôm hùm giống

· Khu nuôi tôm xã Cát Khánh, H Phù Cát

· Khu nuôi tôm xã Phước Thắng, H TuyPhước

· Khu nuôi tôm công nghệ cao xã MỹThành, H Phù Mỹ

· Khu nuôi tôm công nghệ cao xã Cát Hải,

H Phù Cát

· Khu nuôi tôm hùm giống xã NHơn Hải,

TP Quy Nhơn

· Khu du lịch FLC Quy Nhơn

· Nhà máy xử lý NTSH Nhơn Bình, TP.Quy Nhơn

· Khu du lịch bãi tắm Kỳ Co, TP QuyNhơn

· Khu nhà hàng nổi Hòn Khô, TP QuyNhơn

· Khu nhà hàng Hải Cảng, TP Quy Nhơn

· Khu du lịch Gềnh Ráng Tiên Sa, TP.Quy Nhơn

· Khu du lịch bãi tắm Trung Lương

· Cảng Quy Nhơn, TP Quy Nhơn

STT Tác nhân Phân bố

· Cảng cá Nhơn Lý, TP Quy Nhơn

· Cảng cá Đề Gi, H Phù Cát

Trên cơ sở khoanh vùng những khu vực có những tác nhân ảnh hưởng đến chỉ

số Chlorophyll-a tỉnh Bình Định ở nội dung trên kết hợp với sự đa dạng về đặc tínhquang học của vùng nước ven bờ Các điểm khảo sát thực địa vùng nước ven bờđược thiết kế với các tiêu chí sau:

Bảng 4 Các tiêu chí thiết kế các điểm quan trắc, lấy mẫu

1 - 50% các điểm khảo sát nằm ở vùng nước

cửa sông, đầm nuôi tôm, ao hồ (nước trong

bờ)

~50% các điểm khảo sát nằm ven bờ (nước

ngoài bờ)

Đảm bảo sự đa dạng vềđặc tính quang học củavùng nước ven bờ, đảmbảo phủ kín tối đa cácđiều kiện nguồn nướccung cấp

2 - 50% các điểm khảo sát nằm ở khu vực có

nhóm nghiên cứu đã tiến hành lấy mẫu 76 mẫu nước ven biển (nước ngoài bờ) củatỉnh Bình Định trong tháng 7 năm 2020 và 55 mẫu tháng 04 năm 2021

76 mẫu nước ven biển được thể hiện trong hình sau:

Hình 3 Vị trí các điểm lấy mẫu tháng 07 năm 2020 tại Bình Định

Nguồn: Nhóm nghiên cứu xác định tọa độ trên nền tảng Google Earth

Các mẫu quan trắc thực tế tại vùng nước biển ven bờ tỉnh Bình Định tháng 04năm 2021 được thể hiện như hình sau:

Hình 4 Vị trí lấy mẫu tại Bình Định tháng 04 năm 2021

2.2.2.2 Thu thập và phân tích mẫu

Trong khuôn khổ Đề tài nhóm nghiên cứu đã tiến hành lấy 76 mẫu nước venbiển (nước ngoài bờ) của tỉnh Bình Định trong tháng 7 năm 2020 và 55 mẫu tháng

04 năm 2021 Mẫu sau khi được lấy cần phải bảo quản ở nhiệt độ 0-5oC trong thùnglạnh và tránh ánh sáng Mẫu được gửi tới phòng thí nghiệm trong vòng 24h sau khilấy mẫu để tránh sự thay đổi nồng độ các chất ô nhiễm và hoạt độ sinh học của của

mẫu Mẫu được phân tích theo TCVN 6662 : 2000 ISO10260 : 1992 tại phòng phântích Viện Công nghệ Môi trường theo các bước:

- Bước 1 Lấy tảo và chất lơ lửng trong mẫu nước bằng lọc

- Bước 2 Chiết picment tảo từ phần còn lại của quá trình lọc vào etanol nóng

- Bước 3 Đo phổ xác định nồng độ clorophyl-a trong phần chiết

- Bước 4 Đánh giá nồng độ clorophyl-a và picment nâu từ sự khác nhau của

độ hấp thụ ở 665 nm trước và sau khi axit hóa phần chiết

- Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển bằng cách sử dụng phương pháp "hiệuchỉnh quang phổ tối" sử dụng phần mềm Acolite [55] Phần nềm Acolite sử dụngthuật toán điều chỉnh quang phổ tối (DSF) theo cơ chế sau:

Thuật toán điều chỉnh quang phổ tối (DSF) sử dụng hai giả định để ước tính

hệ số phản xạ đường dẫn khí quyển, đường ρ , từ một cảnh vệ tinh hoặc vùng phụ:

+ Bầu khí quyển là đồng nhất ở một mức độ nhất định, tức là đường dẫn ρ làkhông đổi trong cảnh (phụ) được xem xét

+ Cảnh (phụ) chứa các pixel có ρ s ≈ 0 trong ít nhất một trong các dải cảmbiến, nơi có thể ước tính đường dẫn ρ

Quang phổ tối đại diện, ρ tối được xây dựng từ ρ t thấp nhất quan sát đượctrong mỗi dải Ρ tối được sử dụng để chọn tổ hợp dải / mô hình thích hợp nhất đểước tính đường đi ρ trong một quy trình ba bước:

Đối với phản xạ đường dẫn khí quyển cụ thể của cảnh và hình học quan sát,đường phổ ρ được tính toán cho một loạt các mô hình sol khí và độ dày quang học

của sol khí ở 550 nm, τ a Đối với mỗi dải, được biểu thị bằng bước sóng trọng sốcủa dải λ và mỗi loại sol khí trong LUT, ρ tối ( λ ) quan sát được sẽ bị giới hạn bởihai giá trị ρ đường dẫn ( λ ), tương ứng với τ a bước trong LUT Các giá trị τ a giớihạn này sau đó được nội suy tuyến tính thành ρ tối ( λ) để đưa ra ước tính τ a cho

mô hình dải và sol khí này

Đối với một mô hình aerosol nhất định, τ ước tính từ dải cho giá trị thấp nhấtkhác không τ a sẽ được sử dụng, vì các giá trị cao hơn thu được bằng cách sử dụngcác dải khác sẽ cho ρ s âm đối với các pixel tối trong dải cho τ thấp nhất a

Sau đó, một mô hình aerosol được chọn bằng cách sử dụng Chênh lệch bìnhphương trung bình gốc (RMSD) giữa ρ bóng tối và ρ đường đi ước tính RMSDđược tính toán cho từng cặp băng tần có chứa băng tần được trang bị Mô hìnhaerosol và sự kết hợp dải cho RMSD thấp nhất trong bất kỳ so sánh theo cặp nào đóđược coi là phù hợp nhất và cuối cùng được chọn để hiệu chỉnh khí quyển

Với sự kết hợp dải phù hợp nhất và mô hình sol khí được chọn, các thông sốcần thiết cho việc hiệu chỉnh khí quyển sau đó được truy xuất từ LUT cho tất cả cácdải bằng cách sử dụng τ a được tính toán ở bước sóng 550 nm cho phép tính toán hệ

số phản xạ bề mặt định hướng, hệ số phản xạ "hiệu chỉnh theo đường dẫn" và ướctính của độ phản xạ bầu trời giao diện không khí và nước, được đặt thành 0 chopixel đất và ước tính phân tích cho pixel nước

+ Phương pháp Phân tích dữ liệu không gian bằng phần mềm QGIS; phân

tích và lựa chọn các điểm ảnh tối ưu tương ứng với các điểm đo đạc thực địa [6]

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu

- Phương pháp thu thập và xử lý số liệu, thống kê,vẽ biểu đồ phân bố tần suất(Histogram Diagram) bằng phần mềm Excel. Đây là phương pháp được sử dụngtrong trường hợp số liệu có sự hỗn độn, nhiều thành phần Chính vì thế cần tiếnhành xử lý tổng hợp, trình bày, tính toán Từ đó kết quả sẽ giúp khái quát đặc trưngtổng thể

- Phương pháp kiểm định thống kê Cronbach Alpha với SPSS [16]

Cronbach Alpha là một phép được sử dụng để đo lường các biến rải rácnhằm đánh giá mức độ chặt chẽ của các biến Dùng để đánh giá độ tin cậy liên quan

đến tính chính xác, tính nhất quán của kết quả, tránh sai số ngẫu nhiên, đánh giá độtin cậy của thang đo.

Mức giá trị hệ số Cronbach's Alpha:

+ Từ 0.8 đến gần bằng 1: thang đo lường rất tốt

+ Từ 0.7 đến gần bằng 0.8: thang đo lường sử dụng tốt

+ Từ 0.6 trở lên: thang đo lường đủ điều kiện

2.3 Khung logic cho quá trình nghiên cứu

Hình 5 Khung logic điều hành các bước nghiên cứu

Thu thập xây dựng cơ sở dữ liệu hiện

ven bờ tỉnh Bình Định năm 2020

Xây dựng cơ sở dữ liệu viễn thám phục

vụ việc xây dựng thuật toán

Chlorophyll-a.

Xây dựng thuật toán Chlorophyll-a cho

vùng nước biển ven bờ tỉnh Bình Định sử

dụng ảnh vệ tinh sentinel-2

Nghiệm chứng tính khả thi của thuật toán

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu hiện trạng Chlorophyll-a tại vùng nước biển ven bờ tỉnh Bình Định tháng 07 năm 2020

Kết quả phân tích 76 mẫu tại vùng nước biển ven bờ tỉnh Bình Định tháng 07năm 2020 được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 5 Hiện trang Chlorophyll-a tại vùng nước biển ven bờ tỉnh Bình Định