Nghiên cứu phương pháp xác định ranh giới nước – đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh phục vụ công tác giám sát diễn biến đường bờ

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ 5 1.1. Tổng quan về tình hình biến động đường bờ ở Việt Nam 5 1.1.1. Tình hình xói lở dọc bờ biển 5 1.1.2. Tình hình bồi tụ 7 1.2. Một số nguyên nhân và tác động của biến động đường bờ đến môi trường, kinh tế xã hội 9 1.2.1 Các nguyên nhân của biến động đường bờ 9 1.2.2. Tác động của biến động đường bờ đến môi trường, kinh tế xã hội 10 1.3. Tổng quan về công nghệ viễn thám 12 1.3.1. Khái niệm về viễn thám 12 1.3.2. Lịch sử hình thành và xu hướng phát triển 13 1.3.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống viễn thám 18 1.4. Các thành phần cơ bản của một hệ thống viễn thám 19 1.5. Đặc điểm ảnh vệ tinh quang học Landsat 20 1.6. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ 26 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA XÁC ĐỊNH RANH GIỚI NƯỚC – ĐẤT LIỀN TỪ TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH LANDSAT 28 2.1. Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 28 2.2. Phương pháp xác định ranh giới nước – đất liền từ tư liệu viễn thám 35 2.2.1. Phương pháp tổ hợp màu 35 2.2.2. Phương pháp tỉ số ảnh Winasor 36 2.2.3 Phương pháp tỉ số ảnh Alesheikh 38 2.3. Lựa chọn phương pháp xác định ranh giới nước – đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat 40 2.3.1 Hiệu chỉnh bức xạ 40 2.3.2 Hiệu chỉnh hình học 42 2.3.3 Xác định ranh giới nước – đất liền bằng phương pháp tỉ số ảnh Alesheikh 47 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH RANH GIỚI NƯỚC – ĐẤT LIỀN KHU VỰC CÀ MAU TỪ TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT 49 3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 49 3.1.1. Đặc điểm địa lý 49 3.1.2. Đặc điểm tự nhiên 49 3.1.3. Đặc Điểm về kinh tế 50 3.1.4. Đặc điểm về văn hóa – xã hội 51 3.2 Đặc điểm tư liệu viễn thám dùng trong nghiên cứu 52 3.3 Kết quả xác định ranh giới nước – đất liền 54 3.3.1. Xử lý ngưỡng ở band5 54 3.3.2. Lập ảnh tỉ số kênh2kênh4 and kênh2kênh5 60 3.3.3. Nhân ảnh 1 và ảnh 2 62 3.3.4. Chồng ghép ảnh tạo bản đồ đường bờ 64 3.4 Phân tích diễn biến đường bờ khu vực Cà Mau từ tư liệu ảnh Landsat đa thời gian 67 KẾT LUẬN 76 Tài liệu tham khảo 77

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ 5

1.1 Tổng quan về tình hình biến động đường bờ ở Việt Nam 5

1.1.1 Tình hình xói lở dọc bờ biển 5

1.1.2 Tình hình bồi tụ 7

1.2 Một số nguyên nhân và tác động của biến động đường bờ đến môi trường, kinh tế - xã hội 9

1.2.1 Các nguyên nhân của biến động đường bờ 9

1.2.2 Tác động của biến động đường bờ đến môi trường, kinh tế - xã hội 10

1.3 Tổng quan về công nghệ viễn thám 12

1.3.1 Khái niệm về viễn thám 12

1.3.2 Lịch sử hình thành và xu hướng phát triển 13

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống viễn thám 18

1.4 Các thành phần cơ bản của một hệ thống viễn thám 19

1.5 Đặc điểm ảnh vệ tinh quang học Landsat 20

1.6 Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ 26

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA XÁC ĐỊNH RANH GIỚI NƯỚC – ĐẤT LIỀN TỪ TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH LANDSAT 28

2.1 Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên 28

2.2 Phương pháp xác định ranh giới nước – đất liền từ tư liệu viễn thám 35

2.2.1 Phương pháp tổ hợp màu 35

2.2.2 Phương pháp tỉ số ảnh Winasor 36

2.2.3 Phương pháp tỉ số ảnh Alesheikh 38

2.3 Lựa chọn phương pháp xác định ranh giới nước – đất liền từ tư liệu ảnh

vệ tinh Landsat 40

2.3.1 Hiệu chỉnh bức xạ 40

2.3.2 Hiệu chỉnh hình học 42

2.3.3 Xác định ranh giới nước – đất liền bằng phương pháp tỉ số ảnh

Alesheikh 47

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH RANH GIỚI NƯỚC – ĐẤT LIỀN KHU VỰC CÀ MAU TỪ TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT 49

3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 49

3.1.1 Đặc điểm địa lý 49

3.1.2 Đặc điểm tự nhiên 49

3.1.3 Đặc Điểm về kinh tế 50

3.1.4 Đặc điểm về văn hóa – xã hội 51

3.2 Đặc điểm tư liệu viễn thám dùng trong nghiên cứu 52

3.3 Kết quả xác định ranh giới nước – đất liền 54

3.3.1 Xử lý ngưỡng ở band5 54

3.3.2 Lập ảnh tỉ số kênh2/kênh4 and kênh2/kênh5 60

3.3.3 Nhân ảnh 1 và ảnh 2 62

3.3.4 Chồng ghép ảnh tạo bản đồ đường bờ 64

3.4 Phân tích diễn biến đường bờ khu vực Cà Mau từ tư liệu ảnh Landsat đa thời gian 67

KẾT LUẬN 76

Tài liệu tham khảo 77

DANH MỤC BẢNG BIỂ

Bảng 1.1 Một số thông số các kênh phổ ảnh Landsat TM 22

Bảng 1.2 Thông số các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ và ảnh Landsat-7 .22

Bảng 1.3 Đặc điểm các kênh phổ ảnh Landsat 8 24

Bảng 1.4 Ứng dụng chính của các kênh phổ ảnh Landsat TM và ETM+ 25

Bảng 2.1 Độ thấu quang của nước phụ thuộc bước sóng 33

Bảng 2.2 Giá trị Lmax, Lmin đối với các kênh phổ ảnh Landsat TM 40

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 18

Hình 1.2 các thành phần chính của hệ thống viễn thám 19

Hình 2.1 Đặc tính phổ của một số loại đất 29

Hình 2.2 Khả năng phản xạ phổ phụ thuộc độ ẩm của thổ nhưỡng 30

Hình 2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật 32

Hình 2.4 Khả năng thấu quang của một số loại nước 33

Hình 2.5 Tính chất phổ của một số khoáng vật chứa oxit sắt và pyroxene 34

Hình 2.6 Tổ hợp màu 543 ảnh Landsat khu vực mũi Cà Mau 16 – 01 – 2001 .35

Hình 2.7 Tổ hợp màu 543 ảnh Landsat khu vực mũi Cà Mau 14 – 01 – 2009 .36

Hình 2.6 Quy trình xây dựng bản đồ đường bờ theo phương pháp tỉ số ảnh 37 Hình 2.7 Mô hình xây dựng bản đồ đường bờ theo phương pháp tỉ số ảnh 39

Hình 2.8 Méo hình do các nguyên tố định hướng ngoài của bộ cảm 43

Hình 2.9 Hệ tọa độ ảnh và các điểm khống chế GCP 45

Hình 2.10 Quy trình xây dựng bản đồ đường bờ bằng phương pháp tỉ số ảnh .48

Hình 3.1 Ảnh Landsat 5 TM khu vực mũi Cà Mau ngày 16 – 01 – 2001 có 5 kênh phổ 53

Hình 3.2 Ảnh Landsat 5 TM khu vực mũi Cà Mau ngày 14 – 01 – 2009 có 7 kênh phổ 54

Hình 3.3 Phân tích histogram giá trị ngưỡng ở band5 ảnh Landsat ngày 16 – 01 – 2001 55

Hình 3.4 Phân tích histogram giá trị ngưỡng ở band5 ảnh Landsat 14 – 01 – 2009 56

Hình 3.5 Kết quả xử lý ngưỡng ở band5, 16 – 01 – 2001 (a), 14 – 01 – 2009 (b) 59

Hình 3.6 Ảnh tỉ số của ảnh Landsat 16 – 01 – 2001: kênh2/kênh4>1, kênh2/kênh5>1, và kết quả áp dụng kênh2/kênh4>1 và kênh2/kênh5>1 60

Hình 3.7 Ảnh tỉ số của ảnh Landsat 14 – 1 – 2009: kênh2/kênh4>1, kênh2/

kênh5>1, và kết quả áp dụng kênh 2/kênh4>1 và kênh2/kênh 5>1 61

Hình 3.8 Kết quả ảnh 1 nhân ảnh 2 (16 – 01 – 2001) 62

Hình 3.9 Kết quả ảnh 1 nhân ảnh 2 (14 – 01 – 2009) 63

Hình 3.10 Kết quả sau khi lọc nhiễu (16 – 01 – 2001) 63

Hình 3.11 Kết quả sau khi lọc nhiễu (14 – 01 – 2009) 64

Hình 3.12 Cửa sổ Layer Selection and Stacking 65

Hình 3.13 Kết quả biến động đường bờ ven biển Mũi Cà Mau giai đoạn 66

LỜI NÓI ĐẦU

Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật kéo theo sự phát triển của các lĩnhvực như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học,công nghệ vũ trụ…, đặcbiệt là kỹ thuật viễn thám nhằm tạo cơ hội đi tắt đón đầu, phát huy lợi thếcạnh tranh, đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và chủ độnghội nhập Cùng với những thành tựu trong công nghệ vũ trụ và sự phát triểncủa công nghệ thông tin, kỹ thuật viễn thám đã hình thành và phát triển manglại những hiệu quả cho nhiều hoạt động kinh tế xã hội quan trọng như: điềutra cơ bản, giám sát biến động đường bờ, khai thác và quản lý tài nguyên,giám sát và bảo vệ môi trường, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, tổ chức vàquản lý lãnh thổ cũng như an ninh, quốc phòng Nhờ đó, kỹ thuật viễn thám

có một vị trí quan trọng trong chiến lược phát triển lâu bền của mọi quốc gia

Ở các nước phát triển, kỹ thuật viễn thám là một trong các lĩnh vựckhoa học công nghệ được chú trọng phát triển hàng đầu Ở Việt Nam, kỹthuật viễn thám được ứng dụng từ những năm 1980, đã đem lại những kết quảđáng khích lệ và khẳng định tính ưu việt của kỹ thuật này về mọi mặt Tuynhiên, kỹ thuật viễn thám ở Việt Nam còn phát triên chậm và theo đánh giáchung là chậm hàng chục năm so với các nước trên thế giới, chưa tương xứngvới tiềm năng và chưa đáp ứng được các yêu cầu thực tiễn Trong 10 năm trởlại đây, kỹ thuật viễn thám ở Việt Nam phát triển nhanh cùng với sự phát triểnkinh tế đất nước Nhận thấy vai trò quan trọng của kỹ thuật viễn thám trongphát triển kinh tế xã hội, chính phủ đã có những định hướng quan trọng choviệc phát triển kỹ thuật này Năm 2003, bộ khoa học - công nghệ đã trình lênchính phủ đề án “kế hoạch tổng thể về ứng dụng và phát triển kỹ thuật viễn

thám tại Việt Nam đến năm 2010”, với các dự án về xây dựng trạm thu ảnh vệtinh, đòa tạo các kỹ sư, cán bộ phục vụ cho kỹ thuật viễn thám Đến năm

2006, chiến lược phát triển công nghệ vũ trụ và kỹ thuật viễn thám được thủtướng chính phủ phê duyệt, nhằm định hướng việc phát triển kỹ thuật viễnthám tương xứng với tiềm năng, đáp ứng được yêu cầu trong sự nghiệp côngnghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đưa khoa học và công nghệ trở thành độnglực phát triển kinh tế xã hội

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.

Hiện nay, Việt Nam đang hợp tác với các nước phát triển như Pháp,Nhật, Bỉ,… về mặt kỹ thuật chế tạo vệ tinh nhằm từng bước làm chủ kỹ thuậtviễn thám Năm 2009, chính phủ Pháp và Việt Nam ký hiệp định thư tàichính, cấp nguồn kinh phí cho dự dán thiết kế vệ tinh viễn thám đa phổVNREDSAT - 1 với tổng kinh phí là 72.5 triệu USD Sau hơn một năm chuẩn

bị, tới năm 2011, Pháp đã khởi công thiết kế, chế tạo vệ tinh viễn thám đầutiên cho Việt Nam Ngày 07/ 5/ 2013, vệ tinh VNREDSAT - 1 được đưathành công lên quỹ đạo, đây là cột mốc quan trọng đánh dấu bước phát triểnmới trng lĩnh vực công nghệ vũ trụ của Việt Nam Thành công của dự án vệtinh VNREDSAT – 1 mang ý nghĩa chính trị, kinh tế, xã hội to lớn, góp phầncủng cố quốc phòng, an ninh, qua đó khẳng định chủ quyền quốc gia ViệtNam trong không gian, đồng thời xác định vị thế của Việt Nam trong quátrình hội nhập Nhưng quan trọng nhất, là chúng ta sẽ chủ động có đượcnguồn tư liệu ảnh vệ tinh, chủ động vị trí, tọa độ cần chụp ảnh để có thể theodõi hiện trạng mặt đất, biển và hải đảo một cách có hiệu quả Đảm bảo sựphát triển lâu dài của hệ thông giám sát với chi phí thấp nhờ sử dụng nguồn

nhân lực trong nước, tiết kiệm được ngoại tệ nhà nước phải bỏ ra hàng năm

để mua ảnh viễn thám,

Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật viễn thám đặt ra các yêu cầu phântích, giải đoán ảnh viễn thám phục vụ cho nghiên cứu biến động đường bờ.Hoạt động xói lở, bồi tụ đường bờ ngày càng phức tạp, ảnh hưởng lớn đếnmôi trường sinh thái Bên cạnh đó, hiện tượng xói lở, bồi tụ đường bờ còn đedọa cuộc sống nhiều vùng dân cư, gây nguy hại cho các công trình, cơ sở kinh

tế Trước tình hình trên, việc nghiên cứu, đánh giá biến động đường bờ là mộtbài toán có tính khoa học và thực tiễn cao Cho đến nay, đã có nhiều côngtrình nghiên cứu sự biến động đường bờ với nhiều phương pháp khác nhau.Những nghiên cứu trong và ngoài nước trong đánh giá biến động đường bờcho thấy, phương pháp sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian để thành lập bản

đồ hiện trạng đường bờ có hiệu quả lớn Với ưu điểm là diện tích phủ rộng,

dữ liệu ảnh phong phú, thời gian chụp lặp lại tại một khu vực có thể trong vàingày, không tốn nhiều thời gian, công sức cũng như chi phí so với cácphương pháp khác, công nghệ viễn thám có thể được sử dụng hiệu quả trongxây dựng bản đồ hiện trạng đường bờ Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu,

giám sát biến động đường bờ bằng kỹ thuật viễn thám, tôi đã chon đề tài: “

Nghiên cứu phương pháp xác định ranh giới nước – đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh phục vụ công tác giám sát diễn biến đường bờ”

2 Mục tiêu của đề tài.

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ viễn thám và khả năng ứng dụngtrong giám sát diễn biến đường bờ

- Nghiên cứu đặc điểm và khả năng ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh quanghọc độ phân giải trung bình Landsat

- Nghiên cứu, phân tích các phương pháp xác định ranh giới nước – đấtliền từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat: phương pháp tổ hợp màu, phương pháp tỉ

số ảnh Winasor, phương pháp tỉ số ảnh Alesheikh…

- Xây dựng quy trình đánh giá biến động đường bờ từ tư liệu ảnh vệ tinhLandsat đa thời gian

- Thực nghiệm xác định biến động đường bờ khu vực bờ biển tỉnh CàMau từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat

3 Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở khoa học phương pháp xác

định ranh giới nước – đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh

- Phương pháp tổng hợp và kế thừa: phân tích, tổng hợp và áp dụng sángtạo các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài.

- Phương pháp viễn thám: phương pháp tiền xử lý ảnh viễn thám, phươngpháp tỉ số ảnh, phương pháp tổ hợp màu…

Trong suốt quá trình làm đề tài, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ,hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Nguyễn Thị Lệ Hằng và thầy giáo Trịnh LêHùng.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

NĂNG ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ 1.1 Tổng quan về tình hình biến động đường bờ ở Việt Nam

Xói lở bờ biển Bắc Bộ được xác định trên 51 đoạn với tổng chiều dài113.93km chiếm 34.2% chiều dài đường bờ cơ bản, tốc độ xói lở trung bình6.0m/năm và hàng năm bị mất 68ha đất Cường độ xói lở được phân thành 4cấp, yếu (0 – 2.5m/năm) chiếm 22.4%, trung bình (2.5 – 5.0m/năm) chiếm34.2%, mạnh (5.0 – 10.0m/năm) chiếm 16.6%, và rất mạnh (trên 10m/năm)chiếm 26.8% tổng chiều dài xói lở Xói lở bờ trên quy mô lớn, diễn biến phứctạp với nhiều đoạn bờ có cường độ xới lở mạnh và rất mạnh tiếp tục tăng theo

thời gian Từ Móng Cái đến Đồ Sơn, xói lở quy mô lớn, kéo dài, chủ yếu vớicường độ trung bình và yếu; từ Đồ Sơn đến Ba Lạt, xói lở trước đây rất mạnh,gần đây có suy giảm; từ Ba Lạt đến Lạch Trường, xói lở đặc biệt mạnh vàngày càng tăng ở Hải Hậu, Hậu Lộc Xói lở bờ biển Cát Hải (Hải Phòng)chiều dài 6.4km, Hải Hậu (Nam Định) chiều dài 17.2km, và Hậu Lộc (ThanhHóa) dài 5.0km là những trọng điểm xói lở ở ven biển Bắc Bộ, với quy môlớn, cường độ mạnh và rất mạnh, diễn biến lâu dài và có xu hướng tiếp tụctăng.

Xói lở bờ biển Trung Bộ từ Thanh Hóa (Cửa Lạch Trường) đến NinhThuận (Sơn Hải, Ninh Phước) được xác định trên 275 đoạn với tổng chiều dài328.16km, chiếm 21.1% chiều dài đường bờ cơ bản, tốc độ xói lở phổ biếndưới 5m/năm, nhưng ngày càng gia tăng Nhiều nơi, xói lở mới gần đâynhưng tốc độ lớn 40 – 60m/năm, thậm chí 150 – 250m/năm Cường độ xói lởđược chia thành 4 cấp: yếu (dưới 5m/năm) chiếm 52.2%, trung bình (5 – 15m/năm) chiếm 24.3%, mạnh (15 – 30m/năm) chiếm 10.0%, và rất mạnh (trên30m/năm) chiếm 13.5% tổng chiều dài xói lở Mỗi năm xói lở làm bờ biểnmất đi 389.9ha Từ cửa Lạch Trường đến mũi Chân Mây, xói lở quy mô lớn

và rất lớn, với cường độ yếu và trung bình; từ mũi Chân Mây đến mũi Dinh,xói lở quy mô lớn và trung bình, cường độ xói lở tập trung ở 3 mức yếu, trungbình, và rất mạnh

Xói lở bờ biển Nam Trung Bộ và Nam Bộ từ Sơn Hải (Ninh Thuận)đến Hà Tiên (Kiên Giang) có 71 đoạn, với tổng chiều dài 478.12km, chiếm52% chiều dài đường bờ cơ bản, tốc độ xói lở phổ biến khoảng 10m/năm.Cường độ xói lở được chia thành 3 cấp: trung bình (2.5 – 5m/năm) chiếm12.8%, mạnh (5 – 10m/năm) chiếm 43.7%, và rất mạnh (trên 10m/năm)

chiếm 43.5% tổng chiều dài xói lở Từ Sơn Hải đến Vũng tàu, xói lở diễn biếnlâu dài, quy mô không lớn, cường độ mạnh, đoạn Phước Thế, Liên Hương,cửa sông Phan Rí, xói lở rất mạnh và có xu hướng gia tăng trong thời giangần đây Từ Vũng Tàu đến Cà Mau, quy mô, cường độ xói lở rất lớn, diễnbiến lâu dài, phức tạp Trong đó, khu vực Vũng tàu – cửa Soài Rạp, có quy

mô xói lở không lớn, cường độ rất mạnh và rất nguy hiểm có ảnh hưởng trựctiếp đến hoạt động cảng – giao thông biển, du lịch; khu vực cửa Soài Rạp –cửa Tranh Đề, có quy mô xói lở lớn, cường độ mạnh và nguy hiểm do nhiềuđoạn xói lở mạnh tập trung đông dân cư; khu vực cửa Tranh Đề - mũi CàMau, có quy mô xói lở rất lớn, thời gian xói lở lâu dài, cường độ xói lở rấtmạnh Từ Cà Mau đến Hà Tiên, quy mô xói lở không lớn, cường độ trungbinh cao và không nguy hiểm [3]

1.1.2 Tình hình bồi tụ

Bồi tụ ở các cửa sông châu thổ

Hàng năm, các dòng sông đổ vào dải ven bờ Việt Nam khoảng 880 tỷ

m3 nước và 200 – 250 triệu tấn bùn cát, tạo nên các vùng châu thổ sông Hồngrộng 17 nghìn km2 và sông Mê Kông rộng 39 nghìn km2 và các dài tích tụchiếm phần lớn chiều dài bờ của cả nước Ở cả hai châu thổ lớn, tốc độ bồilấn ra biển khoảng 10 – 100m/năm, trung bình 30 – 50m/năm, cực đại120m/năm ở châu thổ sông Hồng, và 150m/năm ở châu thổ sông Mê Kông.Trong thế kỷ qua, đồng bằng châu thổ sông Hồng bồi lấn ra biển mỗi nămtrung bình 360ha Quá trình bồi tụ xảy ra mạnh nhất ở khu vực Kim Sơn, năm

ở dìa nam châu thổ, tốc độ bồi lấn trung bình 60 – 100m/năm, cực đại120m/năm trong thế kỷ qua Tương tự, bán đảo Cà Mau nằm ở phía tây namđồng bằng sông Mê Kông, có tốc độ bồi tụ lớn nhât, mỗi năm bồi tụ trung

bình 50 – 80m/năm, cực đại 150m/năm, và mở rộng 130ha Ở các cửa sôngven biển Trung Bộ, quá trình bồi tụ có tính chất lấp đầy bồn tích tụ sau cácdoi cát chắn cửa, tốc độ bồi lấn lâu dài thường chỉ 2 – 5m/năm, hiếm khi đạt10m/năm [3].

Sa bồi luồng bến

Các bồi tụ bất thường, ngoài mong muốn gần đây gia tăng đáng kể vàgây nhiều thiệt hại trực tiếp và gián tiếp, không chỉ về kinh tế mà còn về môitrường sinh thái, ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững Đối với ngành giaothông, sa bồi luồng bến đã trở thành hiện tượng phổ biến Cảng Hải Phòngđược xây dựng từ năm 1876 và đã từng là cảng biển lớn nhất Việt Nam suốtmột thế kỷ, nhưng do cả tác động tự nhiên và nhân sinh nên luồng vào cảng

đã bị sa bồi nghiêm trọng Từ năm 1920 – 1992, độ sâu luồng cảng giảm từ6m xuống 4m, trong khi lượng nạo vét tăng lên từ 2 đến 4 triệu tấn mỗi năm.Đến nay đã có một số phương án nhằm khắc phục sa bồi để cải tạo và nângcấp cảng nhưng tính khả thi còn rất hạn chế Cảng Cửa Lò được xây dựng từnăm 1981, thiết kế cho tàu trên vạn tấn nhưng trên thực tế, năng lực hoạt độngcủa cảng này thấp do sa bồi, và chỉ những tàu 5 – 7 nghìn tấn mới có khảnăng cập cảng Cảng Sài Gòn cũng đang phải đối mặt với những biến động sabồi phức tạ ở luồng cửa Soài Rạp Đối với các cảng nằm ở vùng cửa sôngchâu thổ, sa bồi cửa luồng hết sức căng thẳng Sa bồi cửa Định An gây khókhăn lớn cho hoạt động của cảng Cần Thơ; sa bồi luồng cửa sông Ninh Cơgần như làm tê liệt hoạt động của cảng Hải Thịnh Còn rất nhiều cảng nhỏ,bến cá khác bị sa bồi trực tiếp tại bến hoặc cửa luồng [3]

Bồi lấp cửa sông và cửa biển

Ở nhiều cửa sông và cửa đầm phá Miền Trung, sa bồi gây lấp kín cửavới khoảng thời gian kéo dài có khi đến trên chục năm Đó là các trường hợpđối với cửa Tư Hiền ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai ở Thừa Thiên – Huế,cửa sông Vệ, cửa Mỹ Á ở Quảng Ngãi, cửa sông Bàn Thạch và cửa đầm ÔLoan ở Phú Yên,… Trong khoảng thời gian từ năm 1985 – 1995 cửa Đại (HộiAn) dịch về phía nam 50m/năm; cửa Lở (sông Trường Giang) dịch về phíađông nam trên 50m/năm; cửa Vệ, cửa Đà Rằng, cửa Đà Nông dịch đáng kể vềphía Bắc Không chỉ bồi lấp cửa, hiện tượng bồi cạn cửa sông, đầm phá xảy ralâu dài trong quá trình phát triển địa chất, nhưng có thể rút ngắn thời gianđáng kể do gia tăng các nguồn bồi tích từ thượng nguồn và các cồn đụn cátven rìa Hoạt động sa bồi còn dẫn đến sự ứ tắc và đổi hướng nhánh cửa sôngcủa châu thổ sông Hồng [3].

1.2 Một số nguyên nhân và tác động của biến động đường bờ đến môi trường, kinh tế - xã hội

1.2.1 Các nguyên nhân của biến động đường bờ

a Các yếu tố khí tượng

Tác động của gió bão là nguyên nhân trực tiếp gây ra quá trình thổimòn, vận chuyển và tích tụ cát bụi đới bờ; đồng thời gián tiếp gây ra hoạt

động địa động lực của sóng nước biển Cụ thể: gió bão tạo ra sóng biển, sóng

biển là nguyên nhân trực tiếp gây ra mài mòn và sói lở đất đá bờ biển

Mưa cũng là nguyên nhân gián tiếp có ảnh hưởng đến quá trình xói lở,bồi tụ Cụ thể: mưa thường tạo ra dòng chảy lũ và dòng phù sa là nguyênnhân gây xói lở bờ biển, tạo cửa biển mới; dòng phù sa đồng thời là nguyênnhân ảnh hưởng đến quá trình bồi tụ

b Các yếu tố hải văn

Sóng biển và dòng chảy sóng là nguyên nhân quan trọng nhất làm phátsinh, phát triển xói lở, bồi tụ bờ biển

Thủy triều có tác động ít hơn đối với quá trình xói lở, bồi tụ phù sa ởđáy biển

Nước biển dâng cao do nhiều nguyên nhân khác nhau như: gió mùaĐông Bắc, bão áp thấp nhiệt đới, sóng thần, tan băng thế giới… làm tăngchiều cao sóng biển dẫn đến làm tăng khả năng xói lở, bồi tụ bùn cát Nướcbiển dâng do gió mùa Đông Bắc với chiều cao không lớn (khoảng 0,5m)nhưng do thời gian hoạt động kéo dài (5 – 10 ngày/đợt), do đó hậu quả gâybiến dạng bờ biển là rất lớn Nước dâng do sóng thần, do bão với chiều caonước dâng thường là 1m – 5m trong thời gian ngắn, năng lượng tác động vào

bờ biển lớn, gây ngập lụt lãnh thổ trên diện rộng Nước dâng do tan băng thếgiới làm dâng cao mực nước biển gây xói lở bờ biển và ngập lụt các đồngbằng duyên hải thấp

c Vận động nâng, hạ tân kiến tạo

Hoạt động nâng tân kiến tạo gây ra hiện tượng biển lùi, đường bờ biểntiến dần ra biển, quá trình tích tụ bùn cát theo hướng biển lùi

Quá trình sụt, lún tân kiến tạo gây ra hiện tượng biển tiến làm xói lở bờ,đường bờ dịch chuyển dần về phía lục địa

d Tác động của nước dưới đất

Nước dưới đất làm giảm lực kháng cắt của đất, tạo ra áp lực thủy tĩnh,thủy động trong đất tạo điều kiện cho trượt lở bờ biển xảy ra

Nước dưới đất còn là nguyên nhân gây ra các quá trình địa động lựckhác như: xói ngầm, cát chảy có tác dụng tăng cường xói lở bờ

e Ảnh hưởng của các quá trình địa động lực khác

Các quá trình địa động lực khác như: xói ngầm, cát chảy, karst, độngđất ngầm… cũng là những nguyên nhân có tác dụng hỗ trợ, tăng cường xói lở

bờ biển [10]

1.2.2 Tác động của biến động đường bờ đến môi trường, kinh tế - xã hội

Tác động của hiện tượng xói lở đường bờ đến môi trường, kinh tế

-xã hội

- Xói lở bờ biển ảnh hưởng đến hệ đa dạng sinh học: Xói lở bờ biển

gây suy giảm diện tích rừng ngập mặn dẫn đến sự suy giảm và biến mất củanhiều loại sinh vật, thực vật Cụ thể như ở Tỉnh Sóc Trăng vào những năm

1996 loài Dơi Ngựa Lớn có đến 15.000 con mà giờ đây còn không đến 1.000con do môi trường sinh sống của chúng đã bị thay đổi nhiều và do con ngườisăn bắt Loài cá long mượt trước đây sống rất nhiều ở đây giờ cũng gần nhưbiến mất Các cây dừa nước, cây mắm giờ đây cũng đang được khôi phục

- Xói lở bờ biền làm mất đất ở, đất canh tác: Ở Tỉnh Sóc Trăng, kết

quả nghiên cứu của dự án bảo vệ và phát triển các vùng đất ngập nước venbiển phía Nam đồng bằng sông Cửu Long từ năm 1996 đến nay tại khuvực ven biển huyện Vĩnh Châu cho thấy: các xã Vĩnh Tân, xã Lai Hòa, xãVĩnh Hải đoạn bờ biển Cống xóm đáy ấp Mỹ Thanh dài 3,5km, bờ biển bị xói

lở với mức độ bình quân từ 15 đến 40 mét/năm Cụ thể đoạn bờ biển xã VĩnhTân (40m/năm), xã Vĩnh Hải ( 8 – 15m/năm), xã Lai Hòa (20m/năm)… Tại 7tỉnh Miền Trung có tới 147 đoạn bị xói lở với tổng chiều dài trên 200km làmcho 6000 hộ dân phải di dời Có những điểm dân cư hiện đang ở trạng thái hếtsức nguy hiểm do xói lở như làng Hải Dương và Thuận An ở Thừa Thiên –Huế

- Ngoài ra xói lở còn có thể làm vỡ đê cực kỳ nguy hiểm, nhất là khixảy ra có bão lớn, triều cường, nước dâng gây ngập lụt nhiễm mặn cho nhữngvùng dân cư và kinh tế trù phú, rông lớn trong đê Ở Bắc Bộ có đến hàngnghìn người bị thiệt mạng trong cơn bão KATE tháng 9 năm 1955 Ở venbiển Trung Bộ, nhiều điểm dân cư, kinh tế quan trọng nằm trên vùng bờ cát,hết sức nhạy vảm và xói lở bất thường khi có nhiễu động lớn về bão, lũ ỞNam Bộ, tuyến đê biển nối liền các huyện Cầu Ngang – Duyên hải xây dựngvào năm 1976 – 1977 bị sóng đánh vỡ, nước biển tràn gây xâm ngập mặn vàhoang háo 5000 ha đất lúa một vụ trước đây Hàng năm, một số lượng lớncông sức, tiền của nhà nước và nhân dân phải bỏ ra để tu bổ, nâng cấp đê kènhưng xói lở lâu dài vẫn là một hiểm họa lớn đối với nhiều đoạn bờ

Tác động của hiện tượng bồi tụ đến môi trường, kinh tế - xã hội

Hiện tượng bồi tụ sẽ làm:

- Gia tăng diện tích đất sản xuất: hiện tượng bồi tụ các cửa sông châuthổ như châu thổ sông Hồng, châu thổ sông Mê Kông, làm gia tăng đáng kểdiện tích đất phục vụ sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản.

- Cản trở giao thông đường thủy: hiện tượng bồi lấp cửa sông, đầm phá

ở Miền Trung làm mất lối ra biển của hàng trăm tàu thuyền tại mỗi cửa

- giảm năng lực hiệu quả của các công trình giao thông – cảng: hiệntượng sa bồi luồng bến làm cảng Hải Phòng mất đi vị trí cảng hàng đầu trognsuốt một thế kỷ, và làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự phát triển kinh tế xãhội của thành phố cảng Nhiều cảng nhỏ gần đây đầu tư xây dựng hàng chụctỉ, thậm chí trên dưới trăm tỷ đồng nhưng hiệu quả sử dụng rất thấp, thậm chígần như không sử dụng được do sa bồi luồng bến, điển hình như cảng HảiThịnh

- Bồi tụ ở cửa sông gây cản trở dòng chảy, giảm khả năng tiêu thoátnước gây lũ lụt, ô nhiễm môi trường, gây nên dịch bệnh, ảnh hưởng lớn đếnnăng suất sản xuất Ngay khi lấp cửa Tư Hiền và tháng 12 năm 1994, lập tức

300 ha nuôi tôm sú bị hủy hoại, khoảng 1000 ha lúa bị ngập, và khoảng 300thuyền đánh cá lớn mất lối ra biển [3],…

1.3 Tổng quan về công nghệ viễn thám

1.3.1 Khái niệm về viễn thám

Viễn thám (Remote sensing) là một môn khoa học công nghệ nghiêncứu phương pháp đo đạc, thu thập thông tin về một đối tượng, một vùng hoặcmột hiện tượng bằng cách sử dụng thiết bị đo tác động một cách gián tiếp tớiđối tượng nghiên cứu

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng tất cả các địnhnghĩa đó đều có đac điểm chung là nhấn mạnh: “ viễn thám là khoa họcnghiên cứu các thực thể, hiện tượng trên trái đất từ xa mà không cần tác độngtrực tiếp vào nó” Một số định nghĩa tiêu biểu về viễn thám của các nhà khoahọc khác nhau như:

1 Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một sự vật màkhông phải tiếp xúc với vật đó (Ficher and others, 1976);

2 Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xavật trên một khoảng cách nhất định (Barrer and Curtis, 1976);

3 Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng được đotừ một khoảng cách xa vật không cần tiếp xúc với nó Năng lượng được đotrong các hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm(Landgrete, 1978);

4 Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nướccủa Trái đất bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụngbức xạ phổ điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặtTrái đất (Janes Capbell, 1996);

5 Viễn thám là khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vật thể,một vùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởi nhữngphương tiện không tiếp xúc với vật, vùng hoặc hiện tượng khi khảo sát(Likkesand and Kiefer, 1986)

1.3.2 Lịch sử hình thành và xu hướng phát triển

Một số tài liệu nghiên cứu cho rằng, lịch sử phát triển của viễn thám cóthể tính từ thế kỷ thứ 4 trước công nguyên khi Aristote sáng tạo ra camera –obscura Nhưng bước phát triển thực sự đầu tiên của khoa học viễn thám là

vào giữa thế kỷ 19 Vào năm 1839, Louis Daguerre đã đưa ra báo cáo về côngtrình nghiên cứu về hóa ảnh photo, khởi đầu cho ngành chụp ảnh Bức ảnhđầu tiên chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu được thực hiện vào năm 1858bởi nhà nhiếp ảnh người Pháp Gaspard Tournachon Ông đã sử dụng khinhkhí cầu ở độ cao 80m để chụp ảnh vùng Bievre nước Pháp Từ sự việc nàynăm 1858 được coi là năm khai sinh của kỹ thuật viễn thám Năm 1863Mackwell đã tìm ra các định luật về sóng điện từ, kết quả này là cơ sở vật lý

cơ bản cảu lý thuyết viễn thám

Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 – 1918), chụp ảnh hàng không được

sử dụng với quy mô lớn và có hệ thống phục vụ mục đích quân sự Đến cuốichiến tranh thế giới thứ nhất, đã có những cải tiến đáng kể về máy bay, thiết

bị xử lý của máy ảnh và số lượng người có kinh nghiệm chụp ảnh trên không,

xử lý ảnh tăng lên đáng kể Năm 1929 ở Liên Xô cũ đã thành lập Viện nghiêncứu ảnh hàng không Leningrad, viện đã sử dụng ảnh hàng không để nghiêncứu địa mạo, thực vật thổ nhưỡng

Chiến tranh thế giới thứ hai đã chứng kiến những bước nhảy thực sựtrong kỹ thuật viễn thám Ngành khoa học đo đạc ảnh đã phát triển lên tầmcao mới: Tạo ra các dụng cụ cảm biến bước sóng hồng ngoại, các hệ thốngradar,… Trong thời gian này đã chứng kiến những cuộc thử nghiệm nghiêncứu các tính chất phản xạ phổ của bề mặt địa hình và chế thử các lớp cảmquang cho chụp ảnh màu hồng ngoại Với kỹ thuật này đã giúp ích rất lớn chonhững nghiên cứu vùng ven biển đó là khả năng chụp xuyên qua nước giúpthu thập thông tin về độ sâu, chướng ngại vật dưới đáy biển, điều mà bản đồhàng hải không làm được.Trong vùng sóng dài của sóng điện từ, các hệ thôngsiêu cao tần (RADAR) đã được thiết kế và và sử dụng để theo dõi phát hiện

những vật thể chuyển động, nghiên cứu tầng ion Vào những năm 50 của thế

kỷ 20 người ta tập chung nghiên cứu vào việc phát triển các hệ thống radartạo ảnh có cửa mở thực (RAR), đồng thời hệ thống radar có cửa mở tổng hợp(Syntheric Aparture Radar – SAR) cũng được xúc tiến nghiên cứu Vào năm

1956, tại Mỹ đã tiến hành thử nghiệm khả năng dùng ảnh hàng không trongviệc phân loại và phát hiện kiểu thực vật Đến những năm 1960, các cuộc thửnghiệm về ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và đa phổ đa phổ đã được tiến hành

Năm 1957, Liên Xô đã phóng vệ tinh SPUTNIK - 1 đánh dấu sự bắt

đầu của “thời đại không gian” Năm 1959, vệ tinh EXPLORER - 6 của Mỹ đã

truyền hình ảnh của trái đất từ vệ tinh Năm 1960, vệ tinh khí tượng đầu tiêncảu thế giới TIROS - 1 đã được phóng lên, nó là tiền than của những vệ tinhthời tiết ngày nay Những vệ tinh trong không gian có vai trò đặc biệt giúpchúng ta có thể lập bản đồ và giám sát mặt đất từ dữ liệu của những vệ tinhnày

Năm 1972, một mốc quan trọng trong lịch sử viễn thám được đánh dấuvới việc Mỹ đã phóng thành công lên quỹ đạo vệ tinh nghiên cứu tài nguyênthiên nhiên LANDSAT Sự kiện này mang đến khả năng thu nhân thông tin

có tính chất toàn cầu về môi trường xung quanh Cho đến hiện nay đã có 8 vệtinh trong chương trình LANDSAT được thực hiện trong đó có 7 vệ tinh đượcphóng thành công lên quỹ đạo Hiện nay, vệ tinh LANDSAT 8 sau khi phóngthành công lên quỹ đạo đầu năm 2013 đang hoạt động tốt và cung cấp mộtkho dữ liệu lớn trong nghiên cứu tài nghiên Trái Đất

Trong những năm 60,70 của thế kỷ 20, tàu Apollo đã chụp trái đất dướidạng ảnh nổi và đa phổ, cho ra các thông tin hữu ích trong nghiên cứu mặt

đất Ngành hàng không vũ trụ của Liên Xô (cũ) và Nga ngày nay đã đóng vaitrò tiên phong trong nghiên cứu Trai Đất từ vũ trụ Các nghiên cứu đã đượcthực hiên trên các tàu vũ trụ có người như Soynz, Meteor, Cosmos hoặc trêncác trạm Salyut Sản phẩm thu được là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đaphổ độ phân giải cao, như MSU - E (trên Meteor – priroda) Các bức ảnhchụp từ vệ tinh Cosmos có 5 kênh phổ khác nhau, với kích thước 18 x 18 cm.Ngoài ra các ảnh chụp từ các thiết bị chụp KATE - 140, MKF - 6M trên trạmquỹ đạo Salyut cho ra 6 kênh ảnh thuộc giải phổ từ 0.4 µm đến 0.89 µm Độphân giải mặt đất tâm ảnh đạt 20m.

Kỹ thuật viễn thám đã được đưa vào sử dụng ở Việt Nam từ năm 1976

để điều tra quy hoạch rừng Mốc quan trọng để đánh dấu sự phát triển của kỹthuật viên thám ở Vietj Nam là sự hợp tác nhiều bên trong trương trình khuônkhổ vũ trụ quốc tế (Inter Cosmos) nhân chuyến bay vũ trụ kết hợp Liên Xô –Việt Nam tháng 07 năm 1980 Kết quả nghiên cứu các công trình khoa họcnày được trình bày trong hội nghị khoa học về kỹ thuật vũ trụ năm 1982 nhântổng kết các thành tựu khoa học của chuyến bay vũ trụ năm 1980, trong đómột phần quan trọng là kết quả sử dụng ảnh đa phổ MKF - 6M vào mục đíchthành lập một loạt bản đồ chuyên đề như địa chất, đất, sử dụng đất, tài nguyênnước, thủy văn, rừng,… Từ những năm 1990 nhiều ngành đã đưa kỹ thuậtviễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn như các ngành khí tượng, đo đạc vàbản đồ, địa chất khoáng sản, quản lý tài nguyên rừng và đã thu được nhữngkết quả rõ rệt

Hiện nay, một số tổ chức đã hoạt động một chuyên nghiệp trong lĩnhvực viễn thám Các tổ chức này tập chung nhiều ở cơ quan nhà nước và phântán từ cơ quan địa phương như là các bộ ngành, cục, tỉnh, viện, trường đại

học Kỹ thuật viễn thám trở thành một trong những công cụ được sử dụng phổbiến ở Việt Nam phục vụ cho nghiên cứu khoa học, quản lý và tạo bản đồ tàinguyên thiên nhiên Kỹ thuật viễn thám được đầu tư tổ chức trong Bộ TàiNguyên và Môi Trường như trung tâm viễn thám, viện nghiên cứu địa chất vàkhoáng sản, đã nghiên cứu nhiều đề tài viễn thám, nâng cao chất lượng nhữngnghiên cứu cơ bản trên những nghiên cứu về lĩnh vực biển, sinh thái, khoahọc Trái Đất, nghiên cứu môi trường quy hoạch.

Việc nghiên cứu và sử dụng viễn thám ở Việt Nam không ngừng đượcnâng cao Trước đây, ta sử dụng nguồn dữ liệu phổ biến là ảnh vệ tinh có độphân giải thấp và trung bình (độ phân giải khoảng 5 - 20m) Mục đích chínhcủa việc sử dụng dữ liệu này là để phục vụ cho những nghiên cứu, ứng dụngchỉ đòi hỏi độ chính xác thấp và trung bình như quản lý tài nguyên môitrường, giám sát biến động môi trường và nguồn tài nguyên thiên nhiên, cậpnhật thông tin cho các bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình hoặc các bản đồ chuyên

đề Gần đây các tổ chức đã bắt đầu sử dụng các ảnh có độ phân giải khônggian cao (độ phân giải < 5m) để phục vụ những ứng dụng mới đòi hỏi độchính xác cao như cập nhatak dữ liệu không gian cho bản đồ tỷ lệ lớn

Ngày 14/06/2006, thủ tướng chính phủ đã ra quyết định về “chiến lượcnghiên cứu và ứng dụng công nghệ vũ trụ đến năm 2020” Trong giai đoạn

2006 - 2020, đẩy mạnh chiều rộng và chiều sâu 4 lĩnh vực trong đó có viễnthám Ứng dụng viễn thám và các ngành khí tượng thủy văn, tài nguyên vàmôi trường, cụ thể là nâng cao chất lượng dự báo sớm mưa bão, lũ lụt, lũquét, sạt lở đất và các loại thiên tai khác, đánh giá biến đổi khí hậu toàn cầuđến Việt Nam Định kỳ đánh giá biến động sử dụng đất, xây dựng cơ sở dữ

liệu bản đồ chuyên đề số hóa dùng chung cho nhiều cơ quan từ trung ương tớiđịa phương…

Từ 2011 – 2020, đưa vào ứng dụng tại Việt Nam các thành tựu mới của

vệ tinh quan sát trái đất độ phân giải cao, vệ tinh định vị có độ chính xác rấtcao, thiết bị mặt đất gọn nhẹ tích hợp nhiều chức năng Bên cạnh đó thành lập

ủy ban vũ trụ Việt Nam và Viện công nghệ vũ trụ để tập trung xây dựngkhung pháp lý, phát triển cơ sở hạ tầng, phần cứng, phần mềm và nguồn nhânlực cho việc phát triển các ứng dụng viễn thám ở Việt Nam

Cột mốc quan trọng nhất đánh giấu sự phát triển cảu kỹ thuật viễn thám ởViệt Nam là sự kiện vệ tinh viễn thám VNREDSAT – 1A (Vietnam naturalresources, Environment and Disaster - monitoring Satellite - 1A) được phóngthành công lên quỹ đạo vào ngày 07/05/2013 tại sân bay vũ trụ Kourou(Pháp) Hiện nay, vệ tinh VNREDSAT - 1A bắt đầu cung cấp dữ liệu ảnhphục vụ nhu cầu quốc phòng, an ninh cũng như nghiên cứu, giám sát tàinguyên môi trường ở nước ta [1]

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống viễn thám

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám là thu nhận năng lượng phảnhồi của sóng điện từ chiếu tới vật thể, thông qua bộ cảm biến (sensor) giá trịphản xạ phổ này sẽ được chuyển về giá trị số (Hình 1.1)

Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấpthông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thôngtin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng

đã xác định Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnhviễn thám cho phép tách thông tin hữu ích về từng loại lớp phủ mặt đất khácnhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể

Thiết bị dùng để ghi nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thểđược gọi là bộ cảm biến Bộ cảm biến có thể là các máy bay chụp ảnh hoặcmáy quét Phương tiện mang các bộ cảm biến gọi là vật mang Các vật mang

cơ bản hiện nay bao gồm khinh khí cầu, máy bay, vệ tinh,…

1.4 Các thành phần cơ bản của một hệ thống viễn thám

Hệ thống viễn thám thường gồm 7 phần có quan hệ chặt chẽ với nhautheo trình tự hoạt động của hệ thống (hình 1.2)

Hình 1.2 các thành phần chính của hệ thống viễn thám

Nguồn năng lượng (A): Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn

thám là nguồn năng lượng để chiếu sang hay cung cấp năng lượng điện từ tớiđối tượng quan tâm

Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp nănglượng tới đối tượng Thông tin viễn thám thu nhận được là dựa vào nănglượng từ đối tượng đến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng lượng chiếusáng hay truyền tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối tượng tới thiết

bị nhận

Những tia phát xạ và khí quyển (B): Vì năng lượng đi từ nguồn năng

lượng tới đối tượng nên sẽ phải tương tác qua lại với vùng khí quyển nơi nănglượng đi qua Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vìnăng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng tới bộ cảm

Sự tương tác với đối tượng (C): Một khi được truyền qua khí quyển tới

đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng Phụ thuộc vào đặc điểmcủa đối tượng và sóng điện từ, sự tương tác này có thể là truyền qua đốitượng, bị đối tượng hấp thụ, hay bị đối tượng phản xạ trở lại khí quyển

Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm (D): Sau khi năng lượng được

phát ra hay phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có bộ cảm từ xa để tập hợp lại

và thu nhận sóng điện từ Năng lượng điện từ truyền từ bộ cảm mang thôngtin của đối tượng

Sự truyền tải, thu nhận và xử lý (E): Năng lượng được thu nhận từ bộ

cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếpnhận - xử lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh Ảnh này chính là dữliệu thô

Giải đoán và phân tích ảnh (F): Ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử

dụng được Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết đượcmỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào Công đoạn có thể “nhậnbiết” này gọi là giải đoán ảnh Ảnh được giải đoán bằng một hoặc nhiềuphương pháp Các phương pháp này là giải đoán bằng mắt, giải đoán tự động,giải đoán bằng kỹ thuật số, hay các công cụ điện tử để lấy được thông tin vềcác đối tượng của khu vực đã chụp ảnh

Ứng dụng (G): Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, được

thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõhơn về đối tượng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới,kiểm nghiệm những thông tin đã có,… nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể[1]

1.5 Đặc điểm ảnh vệ tinh quang học Landsat

Chương trình vệ tinh Landsat do NASA sáng lập với mục đích nghiêncứu mặt đất từ vệ tinh trên quỹ đạo trái đất không người lái Thế hệ đầu tiêncủa Landsat mang tên vệ tinh công nghệ tài nguyên trái đất (Earth ResourcesTechcology Satellite), viết tắt là ERTS, vào năm 1975 đổi tên thành Landsat

Vệ tinh Landsat - 1 được phóng lên quỹ đạo ngày 23/07/1972 và hoạtđộng tới ngày 06/01/1978 Landsat - 1 được thiết kế để thu nhận ảnh đa phổtrên mặt đất một cách hệ thống, lặp lại và có độ phân giải trung bình

Các vệ tinh tiếp theo của Landsat là Landsat - 2, 3, 4, 5, 6,7 và Landsat

- 8 Công nghệ ghi ảnh trên các thế hệ vệ tinh Landsat lần lượt sử dụng các bộcảm ngày càng hoàn thiện và tốt hơn nhiều, từ độ phân giải thấp đến độ phângiải cao, theo trật tự là RBV (Return Beam Vidicon), đa phổ (MSS), chuyên

đề (TM), chuyên đề nâng cao (ETM), chuyên đề nâng cao (ETM+), bộ cảmquang học OLI (Operational Land Imager) và bộ cảm hồng ngoại nhiệt TIRS(Thermal InfraRed Sensor) của vệ tinh Landsat-8

Nguồn dữ liệu ảnh Landsat đa dạng, phong phú, phổ biến trên toàn cầu.Đặc biệt là dữ liệu của vệ tinh Landsat - 7 Vệ tinh Landsat - 7 được thiết kếthêm kênh phổ toàn sắc Có dải sóng 0.5 - 0.9µm và độ phân giải 15m x 15m

Điều này cho phép chồng ảnh với các kênh phổ khác nhau của bộ cảm biếnETM để tạo ra ảnh tổ hợp màu với độ phân giải cao hơn.

Hiện nay, ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lượng kênh phổ và độphân giải khác nhau Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM thu từ vệ tinhLandsat - 4, 5 và ảnh Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat - 7 được sửdụng phổ biến nhất Ảnh Landsat TM gồm có 7 kênh Trong đó 6 kênh phổnằm trên dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại với độ phân giải không gian 30m x30m và một dải phổ hồng ngoại nhiệt ở kênh 6, độ phân giải 120m x 120m để

đo nhiệt độ bề mặt Đặc tính của các kênh phổ ảnh Landsat TM được thể hiệntrong bảng 1.1

Bảng 1.1 Một số thông số các kênh phổ ảnh Landsat TM

Bảng 1.2 Thông số các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ và ảnh Landsat-7

Kênh Bước sóng(µm) Tên gọi phổ không gian (m)Độ phân giải Lưu Trữ(bit)

ETM+1 0.45 - 0.52 Xanh lam 30 8

Ảnh Landsat 8, được chụp bằng vệ tinh Landsat-8, vệ tinhLandsat-8 sử dụng 2 bộ cảm biến: OLI - Operational Land Imager và bộ cảmhồng ngoại nhiệt TIRS - Thermal InfraRed Sensor Vệ tinh Landsat - 8 đượcphóng lên quỹ đạo vào ngày 11 – 02 – 2013 Ảnh Landsat 8 bao gồm 11 kênhphổ, trong đó có 8 kênh đa phổ với độ phân giải không gian 30m, 1 kênh toànsắc với độ phân giải 15m, và 2 kênh hồng ngoại nhiệt với độ phân giải 100m

So với ảnh Landsat ETM+, ảnh Landsat 8 có thêm 3 kênh phổ, trong đó kênh

1 nghiên cứu đường bờ và sol khí, kênh 9 nghiên cứu mây, khí quyển, vàthêm 1 kênh hồng ngoại nhiệt Độ phân giải không gian của ảnh hồng ngoạinhiệt Landsat 8 thấp hơn so với ảnh Landsat ETM+, tuy nhiên với độ phângiải 100m, ảnh Landsat 8 vẫn có thể sử dụng hiệu quả trong các nghiên cứu ởquy mô cấp vùng Khác với ảnh Landsat TM, ETM+ được lưu trữ ở cấu trúc 8bit với 256 cấp độ xám, ảnh Landsat 8 được lưu trữ ở cấu trúc 16 bit với

65536 cấp độ xám, tương ứng với giá trị độ xám trên ảnh từ 0 đến 65535 Đặcđiểm các kênh phổ của ảnh Landsat 8 được thể hiện trong bảng 1.3 sau đây:

Bảng 1.3 Đặc điểm các kênh phổ ảnh Landsat 8

Ứng dụng chính của các kênh phổ ảnh Landsat TM và ETM+ được thểhiện trong bảng 1.3.

Bảng 1.4 Ứng dụng chính của các kênh phổ ảnh Landsat TM và ETM+

TM2 0.52-0.60 Xanh lục Dùng để đánh giá trạng thái của thực vật,

phân biệt giữa các loại thảm thực vật,…

Dùng để phân biệt thực vật và đất, theo dõitình trạng của thực vật, phân loại thực vật,lập bản đồ ranh giới giữa các loại đất vàranh giới hình thành địa chất,…

TM4 0.76-0.90 Cận hồng

ngoại

Xác định bề mặt đất và nước, xác địnhđường bờ, xác định cây trồng, các kiểuthực vật, trạng thái và sinh khối, độ ẩm củađất,…

ngoại

Xác định các loại đá và khoáng vật, xácđịnh độ ẩm thực vật,…

1.6 Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động đường bờ

Đánh giá biến động đường bờ là một trong những bài toán phức tạptrong giám sát tài nguyên môi trường Các phương pháp truyền thồng dựa vàođiều tra thực địa chỉ có thể giải quyết được bài toán trên quy mô nhỏ Dựa vàokhả năng phản xạ và hấp thụ bức xạ điện từ của nước và đất liền rất khác nhau(những kênh ảnh ở dải sóng hồng ngoại, năng lượng bức xạ bị nước hấp thụrất nhiều độ phản xạ gần như bằng 0, trong khi đó thực vật và đất lại phản xạrất mạnh) cho nên việc sử dụng công nghệ ảnh viễn thám trong nghiên cứubiến động đường bờ rất hiệu quả Với ưu điểm độ phủ rộng, dễ thực hiện vàkhông tốn nhiều công sức cũng như chi phí so với những phương pháp truyềnthống

Cho đến nay, ở trên thế giới và cả trong nước đã có rất nhiều nhà khoahọc đã nghiên cứu về vấn đề xác định biến động đường bờ từ tư liệu ảnh viễnthám điển hình như:

Trên thế giới

- Năm 2001, tại hội nghị về viễn thám ở Singapo, G Winasor cùng với

S Budhiman đã đưa ra đề tài “The potential application of remote sensing

data for coastal study” có thể dịch là “ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám nghiên

cứu đường bờ ven biển” Trong nghiên cứu này G Winasor đã đưa ra đượcphương pháp tự động tách ranh giới nước – đất liền bằng phương pháp tỉ số

ảnh Ông sử dụng 3 kênh ảnh Landsat TM, ETM+ bao gồm: kênh 2 (xanhlục), kênh 4 (cận hồng ngoại), kênh 5 (hồng ngoại trugn bình) để lập ảnh tỉ số.

- Năm 2007, A Alesheikh cùng với A Ghorbanali, A Nouri,

“Coastline change detection using remote sensing”, đã đưa ra một phương

pháp tỉ số ảnh khác để xác định ranh giới nước – đất liền, hiện nay phươngpháp này được ứng dụng rộng rãi Trong nghiên cứu của mình Alesheikhcũng sử dụng 3 kênh ảnh: kênh 2 (xanh lục), kênh 4 (cận hồng ngoại), kênh 5(hồng ngoại trung bình) như phương pháp tỉ số ảnh G Winasor Nhưng khácvới phương pháp của G Winasor, Alesheikh đã sử dụng thêm phương pháp

xử lý ngưỡng ở kênh 5 (hồng ngoại trung bình) để tách ranh giới nước – đấtliền

Trong nước

- Tiến sĩ Trịnh Lê Hùng cùng với tiến sĩ Vũ Danh Tuyên, đã đưa ra haibài báo một bài tiếng việt, một bài tiếng anh nghiên cứu phương pháp xácđịnh biến động đường bờ từ tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian

Ở bài báo tiếng việt, “Ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên

cứu, giám sát tài nguyên môi trường “, tác giả đã đưa ra 4 phương pháp xác

định ranh giới nước – đất liền để phục vụ công tác đánh giá biến động đường

bờ ở hồ Núi Cốc tỉnh Thái Nguyên đó là: phương pháp tổ hợp màu, phươngpháp tỉ số ảnh G Winasor, phương pháp tỉ số ảnh A Alesheikh, phương phápdựa trên kết quả phân loại ảnh viễn thám đa thời gian Ở bài bái này tác giả sửdụng tư liệu ảnh viễn thám Landsat TM, ETM+ 7 kênh phổ được thu vào 27 –

12 – 1993, 08 – 11 – 2007 khu vực tỉnh Thái Nguyên

Ở bài báo tiếng anh, “Monitoring coastal dinamics using Landsat

multi-temporal images”, tác giả đã sử dụng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian

và phương pháp tỉ số ảnh A Alesheikh để xác định biến động đường bờ khuvực ven biển tỉnh Cà Mau Trong nghiên bài báo này tác giả đã sử dụngphương pháp tỉ số ảnh Alesheikh để tách ranh giới nước – đất liền từng thời

kỳ, rồi chồng ghép hai ảnh với nhau để tạo ra bản đồ đường bờ

- Năm 2013 Ths Phan kiều Diễm của Trường Đại học Cần Thơ, đã làmmột bài báo về “Đánh giá tình hình sạt lở, bồi tụ khu vực ven biển tỉnh CàMau và Bạc Liêu từ 1995 – 2010 sử dụng công nghệ viễn thám và công nghệGIS”, Tạp chí khoa học Trường Đại học Cần Thơ, số 26, trang 35 – 43

- Phạm Huy Tiến, Trần Đức Thanh, Bùi Hồng Long, Nguyễn Văn Cư(2002), “ Các kết quả chính nghiên cứu xói lở, bồi tụ vùng cửa sông ven biểnViệt Nam”, Khoa học và Công nghệ biển, tập 2, số 4, trang 12 – 26

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA XÁC ĐỊNH RANH GIỚI NƯỚC – ĐẤT LIỀN TỪ TƯ LIỆU ẢNH

VỆ TINH LANDSAT 2.1 Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên

Khả năng phản xạ phổ của các vật thể là một trong những thông số cơbản nhất cần biết khi phân loại ảnh vệ tinh Khả năng phản xạ phổ phụ thuộcvào bước sóng của sống điện từ Ở các bước sóng khác nhau giá trị phản xạphổ của một vật thể không giống nhau

Khả năng phản xạ phổ của vật thể phụ thuộc vào bước sóng được định nghĩatheo công thức sau đây:

r ρ( λ) = E E ρ(λ)

0 (λ) 100%

(2.1)Trong đó:

- E 0 (λ): năng lượng tới tại bước sóng λ

Dựa trên đặc tính phổ của vật thể tại các bước sóng, các đối tượng tựnhiên được chia thành các nhóm chính sau:

Nhóm 1: khoáng sản và thổ nhưỡng Đặc trưng bởi sự tăng lên của hệ

số phản xạ phổ tại vùng bước sóng đỏ Khả năng phản xạ phổ của khoáng sảnphụ thuộc vào cấu tạo và các thành phần trong khoáng sản Khả năng phản xạphổ của thổ nhưỡng phụ thuộc vào nồng độ hợp kim sắt và chất mùn trongđất

Nhóm 2: thực vật Đặc trưng bởi phản xạ cao nhất ở bước sóng green

(0.55 µm) và thấp nhất ở bước sóng đỏ (0.66 µm)

Nhóm 3: nước Đặc trưng bởi khả năng phản xạ thấp nhất và hệ số

phản xạ giảm liên tục trong dải sóng từ xanh nước biển (blue) đến đỏ (red)

Nhóm 4: tuyết Đặc trưng bởi giá trị phản xạ phổ cao nhất và giảm

không nhiều trong vùng sóng cận hồng ngoại Gần giống với khả năng phản

xạ phổ của lớp tuyết phủ là mây Đặc tính phổ của mây có một số giải hẹphấp thụ phổ trong vùng bước sóng dài

Tính chất chung cho tất cả các lớp đối tượng tự nhiên là sự giảm xuốngcủa giá trị phản xạ phổ ở dải sóng 2 – 3 µm Chú ý rằng trên đường cong phổcủa các đối tượng tự nhiên có 2 vùng giá trị phản xạ phổ thấp (1.43 µm và1.93 µm) do nguyên nhân hấp thụ năng lượng sóng điện từ của nước [1]

Đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng: Đặc trưng phản xạ chung

nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước sóng, đặcbiệt là bước sóng cận hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt Ở dải sóng điện từ này,chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ mà không có năng lượngthấu quang Với các loại đất có thành phần cấu tạo các chất hữu cơ và vô cơkhác nhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau Tùy thuộc vào thành phầnhợp chất có trong đất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của đất bao gồm cấutrúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ có trong đất