16814-58080-1-PB (1)

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M2- 2012 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN Ô NHIỄM BỤI TRÊN KHU VỰC ðÔ THỊ BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM NHẰM HỖ TRỢ QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ Trần Thị Vân(1), Trịnh Thị Bình(1), Hà Dương Xuân Bảo(2) (1) Viện Môi trường Tài nguyên, ðHQG - HCMHCM (2) Trường ðại học Bách khoa, ðHQG – HCM (Bài nhận ngày 07 tháng 09 năm 2012, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 02 tháng 11 năm 2012) TĨM TẮT: Bài báo trình bày phương pháp tiếp cận theo hướng ứng dụng công nghệ viễn thám vào công tác giám sát môi trường khơng khí, cụ thể bước đầu nghiên cứu phát thành phần bụi PM10 từ ảnh vệ tinh SPOT Q trình tính tốn dựa giá trị phản xạ ảnh vệ tinh viễn thám Phương pháp tính thống kê hồi quy tương quan nồng độ bụi PM10 quan trắc từ trạm mặt ñất giá trị phản xạ kênh ảnh thành phần ảnh vệ tinh năm 2003 để tìm hàm hồi quy tốt nhất, áp dụng cho ảnh năm 2011 sau chuẩn hóa xạ tương đối theo điều kiện khí quyển, hình học, chiếu sáng môi trường ảnh năm 2003 Kết cho thấy có tương quan tốt hàm hồi quy phi tuyến Phân bố không gian nồng ñộ bụi PM10 > 200µg/m3 ñược phát hầu hết trục lộ giao thông, khu công nghiệp khu dân cư Nghiên cứu bước ñầu thử nghiệm, kết ñã chứng minh ảnh vệ tinh sử dụng cơng cụ hữu ích, hiệu để giám sát mơi trường khơng khí thành phố Từ khóa: nhiễm khơng khí, bụi PM10, viễn thám, hồi quy tương quan, phản xạ MỞ ðẦU khí cho thị lớn Hà Nội, TPHCM, Trong năm gần ñây, ô nhiễm không ðà Nẵng, Cần Thơ… Các nghiên cứu tập trung khí vấn đề xúc mơi trường vào phân tích thống kê từ nguồn số đo mặt đất thị, cơng nghiệp kể vùng nông trạm quan trắc mặt đất Số trạm thơn Vấn đề nhiễm thành phố Việt so với tồn khu vực thị, kết Nam ñang phát triển tạo ñe dọa thiếu định lượng mặt khơng gian Các nghiêm trọng cho sức khỏe người nghiên cứu khác sở mơ hình hóa u mà chất thải khơng khí SOx, cầu nhiều liệu kết hợp số ño mặt NOx, CO2, bụi khí PM10 (kích thước bụi < đất với liệu khí tượng, liệu phát 10µm) vượt xa giới hạn cho phép WHO thải… ñể mơ khơng gian, kết US EPA định lượng khơng gian chưa chi tiết ðã có nhiều nghiên cứu mơi trường khơng Thơng tin ghi nhận ảnh viễn khí, đặc biệt đánh giá tình hình nhiễm khơng thám kết trình tương tác xạ (phản xạ phát xạ) từ mặt trời Trang 33 Science & Technology Development, Vol 15, No.M2- 2012 trái ñất Bức xạ qua lớp khí dày thành lập đồ nhiễm mơi trường khơng phải chịu tương tác với thành phần khí khí cho thành phố Hà Nội sau bị suy giảm phần Bài báo trình bày kết nghiên cứu khả trình tán xạ, hấp thụ truyền xạ trước phát giám sát thành phần bụi ñến cảm biến vệ tinh Kết phân PM10 khơng khí từ cơng nghệ viễn thám tích ảnh vệ tinh cho giá trị ô nhiễm thể khu vực ñô thị, dựa tương quan pixel tùy thuộc vào ñộ phân giải kênh ảnh số đo mặt đất Qua xây dựng ảnh tồn vùng đồng thời vào thời phương pháp thành lập đồ phân bố nhiễm điểm quan sát, mà với ñiều kiện khả bụi nhằm hỗ trợ cơng tác quan trắc mặt đất thiết bị trạm đo mặt đất khơng KHU VỰC NGHIÊN CỨU thể ñạt ñược Khu vực ñược chọn lựa nghiên cứu thành Ảnh vệ tinh ñược nghiên cứu ứng dụng phố Hồ Chí Minh (TPHCM), giới hạn phần Việt Nam bắt ñầu từ năm 80 ứng phía Bắc tính mặt khơng gian, tập trung dụng công nghệ viễn thám nhiều năm phân tích phần giữa, bao gồm 13 quận chủ yếu tập trung vào hai loại tài nguyên ñất nội thành quận Lý chọn khu vực nước Tài nguyên thứ ba không khí - liên có khu vực có đặt quan trực tiếp tới sinh tồn người, hầu hết trạm quan trắc mặt đất tự động cơng nghệ viễn thám nước ta chưa có bán thường xun, đồng thời ñây diễn ñiều kiện ứng dụng chuyên sâu, số cơng nhiều hoạt động gây nhiễm khơng khí trình thử nghiệm đề cập (Hình 1) năm gần Có thể nghiên cứu nhóm tác giả Văn Cơng Quốc Anh [1] ứng dụng Mơ hình quang học khơng khí áp dụng ảnh Landsat ETM+ năm 2006 Nhóm bước đầu ứng dụng đơn giản phép tốn giả định để tính nồng độ bụi PM10 thành lập đồ khí bụi PM10 Quy mơ đầu tư kinh phí tốt, có nghiên cứu nhóm tác giả Lương Chính Kế [5] ðề tài ñã nghiên cứu sở khoa học khả phát giám sát số thành phần nhiễm mơi trường khơng khí, sở kết hợp tư liệu ảnh viễn thám vệ tinh tư liệu trạm quan trắc, ñồng thời ñề xuất quy trình cơng nghệ Trang 34 Hình 1.Vị trí khu vực nghiên cứu TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SOÁ M2- 2012 CƠ SỞ DỮ LIỆU THỰC HIỆN NGHIÊN thực tốt cho cơng tác giải đốn đối tượng bề CỨU mặt đất Trong giá trị ảnh phụ thuộc Dữ liệu viễn thám ñược sử dụng ảnh vào tính chất hình học chụp hình vệ vệ tinh SPOT mức 1A, thu nhận vào tinh, vào vị trí Mặt Trời, ñiều kiện thời ngày 23-03-2003 24-02-2011 Ảnh năm tiết… đơn vị có giá trị thực - số tính 2003 dùng làm chuẩn phân tích ảnh xác đến phần thập phân - có ý nghĩa đo năm 2011 kết mơ tính tốn lường với giá trị xạ W.m-2.ster-1.µm- sở ảnh năm 2003 Bên cạnh ñó, số ño Chuyển ñổi từ giá trị DN sang giá trị phổ quan trắc bụi PM10 từ trạm đo tự động hữu ích hơn, đặc biệt tốn có địa bàn TPHCM vào năm 2003 sử tính đến ảnh hưởng khí Trong dụng tính tốn tương quan nghiên cứu này, chúng tơi thực hiệu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU chỉnh xạ với bước sau: Các cảm biến vệ tinh viễn thám Chuyển ñổi giá trị xạ vệ tinh (at- quang học ghi nhận thơng tin mặt đất từ giá satellite radiance) từ DN sang giá trị thực cho trị xạ nguồn lượng Mặt trời ñi tất kênh: ðối với loại vệ tinh, tùy qua lớp khí dày lần Sự biến ñổi thuộc vào thiết bị có cách tính hệ lượng xạ mặt trời khí tán xạ số chuyển đổi riêng hiệu chỉnh xạ hấp thụ sóng ñiện từ thành phần khí Ảnh vệ tinh SPOT5 hiệu chỉnh theo cơng hạt lơ lửng Tán xạ khí gây thức: Bλ = (DN/g) + B nên tượng sương mù ảnh viễn thám, (1) làm giảm ñộ tương phản ñộ sắc nét hình Trong đó, g - giá trị gain, B - Hệ số trượt, ảnh Quá trình diễn dải phổ nhìn cung cấp sẵn metadata ảnh Spot thấy ñến cận hồng ngoại Vì vậy, ảnh viễn Chuyển đổi giá trị thực xạ vệ tinh thám dải phổ ñược sử dụng, kiểm sang giá trị phản xạ vệ tinh nghiệm, để tìm mối quan hệ với hạt lơ kênh nhìn thấy hồng ngoại gần lửng kích thước ≤ 10µm hay gọi bụi PM10 ρλ = 4.1 Hiệu chỉnh xạ Các bước hiệu chỉnh xạ nhằm ñể cực tiểu hóa loại trừ nhiễu ảnh hưởng ñến giá trị ñộ sáng pixel ảnh a Chuyển ñổi giá trị phổ Các cảm biến ghi nhận cường ñộ xạ ñiện từ bề mặt ñất ñược thể theo giá trị số nguyên dương DN ñối với kênh ðiều ρλ πBλ d Eλ cos( z ) (2) : giá trị phản xạ vệ tinh bước sóng λ, khơng có ñơn vị d : khoảng cách Trái ðất Mặt Trời, theo ñơn vị thiên văn Eλ : ñộ chiếu sáng khí tầng từ Mặt Trời trung bình (W.m-2 µm-1) z : góc thiên đỉnh Mặt Trời Trang 35 Science & Technology Development, Vol 15, No.M2- 2012 b Chuẩn hóa xạ tương đối cho trường Trong đó: Sref-i : giá trị pixel kênh thứ i ảnh “tham chiếu” hợp ảnh ña thời gian Các ñối tượng ảnh ña thời gian thay đổi khơng thể thực so sánh theo phương pháp tự ñộng ðể phát xác thay đổi cảnh quan theo Ssub-i : giá trị pixel kênh thứ i ảnh “phụ thuộc” ai, bi : hệ số hồi quy tính theo Sref-i Ssub-i thay ñổi phản xạ bề mặt từ ảnh ña thời Một phương pháp quan trọng ñể gian, cần thiết phải thực chuẩn hóa xạ xác ñịnh ñược hệ số bi (radiometric normalization) Có hai phương phương pháp phân tích hồi qui tuyến tính theo pháp chuẩn hóa xạ trường hợp cặp điểm khơng thay đổi trích từ ảnh chuẩn hóa tuyệt đối chuẩn hóa tương đối Các điểm khơng thay đổi hay gần khơng Phương pháp chuẩn hóa tuyệt đối u cầu sử thay ñổi theo thời gian ñược chọn ñối dụng số ño mặt ñất vào thời ñiểm thu nhận tượng nhân tạo ñường giao thông, mái nhà, liệu ðiều thực khơng bãi đỗ… Theo Schott cộng [6] đối có liệu đo song hành mặt đất cho tượng nhân tạo có phản xạ độc lập với chu kỳ ảnh khác Phương pháp chuẩn hóa mùa sinh thái Các khác biệt giá trị tương ñối (Relative radiometric normalization) phổ ñối tượng ñược giả thiết không yêu cầu số đo mặt đất khí vào hàm tuyến tính thời gian ảnh thu nhận Theo đó, ảnh ñược dùng làm ảnh “tham chiếu” (reference image) ảnh lại ảnh “phụ thuộc” (subject image) nghĩa ảnh ñược hiệu chỉnh theo ñiều kiện khí quyển, hình học, chiếu sáng mơi trường theo ảnh “tham chiếu” Tiền ñề sở phương pháp xạ ñạt ñến cảm biến vệ tinh biểu diễn hàm số tuyến tính độ phản xạ [6] ðối với nhiều cảm biến, giá trị phổ kênh hàm số tuyến tính xạ đạt Sau xác ñịnh ñược hệ số bi, ảnh “phụ thuộc” lúc chuẩn hóa theo công thức sau: S’i = aiSi + bi Trong ñó: (4) S’i : giá trị pixel ñã ñược chuẩn hóa kênh thứ i Si : giá trị pixel ảnh gốc kênh thứ i ai, bi : hệ số hồi quy tính từ phương trình đến cảm biến Vì vậy, khác biệt khí Sai số RMSE (root mean square error) ñược phổ ảnh quan hệ ñánh giá cho trường hợp trước sau chuẩn tuyến tính [6], [3], [4] Biểu thức tuyến tính hóa để chứng minh tính hiệu [7] Trong đó, áp dụng cho q trình chuẩn hóa sau: n số pixel lấy để tính RMSE Giá trị Sref-i = aiSsub-i + bi (3) RMSE phải giảm sau chuẩn hóa kết coi thành cơng Trang 36 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SOÁ M2- 2012 RMSE = (S '− S )2 ∑ n ảnh tham chiếu, ảnh năm 2011 ñược chuẩn hóa (5) 4.2 Quy trình xây dựng đồ phân bố khơng gian thành phần bụi Quy trình xây dựng cho trường hợp: a Trường hợp có ñầy ñủ số ño viễn thám quan trắc mặt ñất ñồng thời ðây trường hợp lý tưởng ñể thành lập theo điều kiện khí quyển, hình học mơi trường theo ảnh tham chiếu năm 2003 Phương trình hồi quy từ ảnh tham chiếu 2003 ñược áp dụng cho ảnh năm 2011 ñể xác ñịnh phân bố khơng gian thành phần bụi PM10 Sơ đồ quy trình tổng qt xây dựng đồ phân bố khơng gian nồng độ PM10 minh họa Hình đồ phân bố khơng gian thành phần bụi theo XỬ LÝ PHÂN TÍCH ẢNH VỆ TINH phương pháp viễn thám Sau trình hiệu THÀNH LẬP BẢN ðỒ PHÂN BỐ BỤI chỉnh xạ cho ảnh vệ tinh thực PM10 phép tốn biến đổi, ví dụ phân tích thành phần PCA, lúc số ño mặt ñất PM10 ñược dùng làm biến ñộc lập giá trị phản xạ từ ảnh vệ tinh làm biến phụ thuộc phân tích hồi quy ñể tìm hệ số thực nghiệm Dạng hàm hồi quy tốt ñược xác ñịnh q trình phân tích thống kê để xác 5.1 Số ño trạm mặt ñất Công tác thu thập số ño mặt ñất PM10 ñược thực theo nguyên tắc: - Chọn số đo có ngày đo vào ngày có ảnh vệ tinh nghiên cứu - Số ño vào lúc 10g sáng định giá trị ước tính PM10 cho toàn ảnh - Cùng thời gian ñiểm quan trắc thành lập ñồ phân bố bụi PM10 Qua khảo sát thực tế, ñể thỏa mãn tiêu b Trường hợp thiếu số ño mặt ñất Trong nhiều trường hợp khơng có số đo mặt đất để tính hồi quy cho năm ảnh cần tính, lúc cần có ảnh làm chuẩn (ảnh thứ - ảnh “tham chiếu”) vào năm có đầy đủ số ño mặt ñất ñể tìm hàm hồi quy tốt Sau đó, ảnh năm cần tính (ảnh thứ hai - ảnh “phụ thuộc”) chuẩn hóa theo điều kiện khí quyển, hình học mơi trường ảnh làm chuẩn ban đầu Sau áp dụng hàm hồi quy tốt để tính cho ảnh thứ hai Trong nghiên cứu này, phương pháp ñã ñược áp dụng nhằm ñể chuẩn hóa cho ảnh SPOT5 năm 2011 theo ảnh năm 2003 Ảnh 2003 ñược chọn làm chí có số đo quan trắc trạm ghi tự ñộng Chi cục Bảo vệ Mơi trường TPHCM quản lý Các trạm thiết lập vào năm 2002 có tổng cộng trạm, tập trung khu vực TPHCM Nghiên cứu quan tâm ñến PM10 số ño tốt ñược tập trung vào năm 2003, năm khác ghi nhận có thời điểm bị đứt qng, có lúc có từ đến vài ba trạm có số đo ðến năm 2009 hồn tồn khơng có số ño thông số PM10, trạm ñã xuống cấp chưa bảo trì, sửa chữa Vì vậy, nghiên cứu ñã chọn ảnh vệ tinh vào năm 2003 làm chuẩn phân tích theo số đo mặt đất (Bảng 1) Trang 37 Science & Technology Development, Vol 15, No.M2- 2012 Ảnh vệ tinh Ảnh phụ thuộc Ảnh tham chiếu Dữ liệu mặt ñất PM10 Các bước thực cho ảnh tham chiếu Hiệu chỉnh hình học Hiệu chỉnh xạ (chuyển từ DN sang Bλ) Chuyển ñổi giá trị phản xạ Các thuật tốn biến đổi Phân tích thống kê PM10 với kênh ảnh tham chiếu Chuẩn hóa xạ tương đối cho ảnh phụ thuộc Các Hàm hồi quy PM10 Hàm hồi quy tốt Bản đồ nồng độ bụi PM10 ảnh phụ thuộc Hình Sơ đồ quy trình tổng qt xây dựng ñồ phân bố không gian nồng ñộ PM10 Bảng Số ño PM10 từ trạm quan trắc tự ñộng lúc 10g sáng ngày 23/3/2003 Tên Trạm (Nguồn: [2]) Trang 38 PM10 (µm/m3) DOSTE 189.7 Bình Chánh 114.2 Tân Sơn Hồ 59.5 Thống Nhất 55.5 Sở Thú 38.8 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M2- 2012 5.2 Xử lý ảnh vệ tinh Phân tích thành phần PCA Hiệu chỉnh hình học Các kênh phổ khác ảnh vệ tinh ña Ảnh SPOT5 năm 2003 khu vực TPHCM phổ thường có tương quan lẫn Kỹ ñược nắn ñiểm khống chế chọn thuật PCA cho phép chuyển ñổi giá trị ñộ sáng ñồ ñịa hình tỷ lệ 1:50.000 Bậc nắn ñược pixel chuyển ñổi nén liệu chọn bậc nhằm ñể giảm thiểu biến ñổi ảnh cách giữ tối ña lượng thông tin hữu ñáng kể giá trị xạ phổ pixel sau ích loại bỏ thơng tin trùng lắp (các yếu phép nắn ảnh hưởng tới bước xử lý ảnh tố tương quan) Kết liệu ảnh thu ñược số sau ðồng thời, ñể ñảm bảo giữ ñược (gọi ảnh thành phần chính) chứa thơng tin xạ phổ sau phép nắn, phương kênh ảnh tương quan (độc lập tuyến tính) pháp nội suy người láng giềng gần ñược Các trục thành phần kênh ảnh vệ sử dụng cho tất kênh phổ ảnh SPOT tinh trình bày ma trận hiệp phương Kết nắn chỉnh cho sai số RMSE bảo ñảm sai với thay ñổi cao liệu ảnh ñặt nhỏ 0,5 pixel Ðể ñảm bảo xác cho trục thành phần thứ thay ñổi việc ñịnh chuẩn tương ñối ảnh vệ tinh đa thời trục cuối Kỹ thuật ñược áp gian, ảnh SPOT5 năm 2011 ñược nắn theo ảnh dụng thực kênh ảnh SPOT5 năm 2003 ñể sai số nắn chỉnh hai ảnh năm 2003 2011 nhằm ñể loại bỏ nhiễu nhỏ bảo ñảm nhỏ pixel tương quan kênh ảnh Hiệu chỉnh xạ 5.3 Phân tích tương quan hồi quy ảnh Hiệu chỉnh xạ thực ñồng thời cho năm 2003 ảnh năm 2003 ảnh năm 2011 ñể chuyển ñổi Các trạm ño mặt ñất tự ñộng ñược số hóa giá trị xạ từ số nguyên DN sang số thực ñưa lên ảnh vệ tinh Tại trạm có số đo với đơn vị xạ Bλ W.m ster µm ngày với ảnh SPOT 2003 giá trị phản xạ Sau công việc thực tiếp cho ảnh với phổ kênh ảnh trích xuất để tính việc chuyển ñổi sang giá trị phản xạ Các bước tương quan với số ño nồng ñộ PM10 (Bảng 2) -2 -1 -1 tính tốn cơng thức tính thực trình bày mục “Phương pháp nghiên cứu” Bảng Tập số liệu mẫu để tính tương quan hồi quy Tên Trạm Pño ρ1 ρ2 ρ3 ρ4 DOSTE 189.7 0.233700 0.242662 0.267288 0.294520 Bình Chánh 114.2 0.208772 0.216569 0.237862 0.329062 Tân Sơn Hoà 59.5 0.153723 0.146119 0.228053 0.221799 Trang 39 Science & Technology Development, Vol 15, No.M2- 2012 Thống Nhất 55.5 0.164110 0.176125 0.188818 0.265431 Sở Thú 38.8 0.123602 0.121331 0.203531 0.169076 (Pño – nồng ñộ PM10 (µg/m3) đo trạm tự động; ρi – phản xạ phổ kênh i (i=1,2,3,4)) Việc tính tương quan nghiên cứu nhằm để tìm hàm hồi quy tốt cho q trình có hàm mũ số e cho hệ số ñộ chặt (R2) cao tính tốn biểu diễn phân bố khơng gian nồng độ Phân tích cặp biểu đồ hình 3a, bụi PM10 từ ảnh vệ tinh Số ño ảnh vệ tinh 3b, 3c, 3d cho thấy, giá trị nồng ñộ PM10 mặt giá trị phản xạ ñược tính tương quan với đất giá trị phản xạ trích từ ảnh vệ tinh có số đo nồng ñộ bụi quan trắc mặt ñất Giá trị mối tương quan thuận tốt hệ số tương phản xạ phổ ảnh SPOT ñược dùng quan r có xu hướng giảm dần bước sóng biến ñộc lập, nồng ñộ PM10 ño trạm tự tăng dần (từ dải sóng green – kênh đến cuối ñộng biến phụ thuộc phân tích hồi dải sóng SWIR kênh 4) Trong tìm quy ñể tìm hệ số thực nghiệm thấy tương quan tốt nồng ñộ PM10 Phần mềm Minitab Excel ñược sử dụng với giá trị phản xạ kênh (green) với hệ số cho trình tính tốn phân tích tương tương quan tuyến tính 0,95 phi quan hồi quy ðồ thị ñiểm ñược sử dụng ñể tuyến 0,98 Trường hợp với kênh (SWIR), biểu diễn mối liên hệ nồng ñộ PM10 hệ số tương quan yếu (r = 0.7), mức xác suất ý giá trị phản xạ phổ kênh ảnh Quá nghĩa không đạt 95% (F = 0.2), trình tính tốn thử nghiệm bao gồm cho khơng tồn tương quan nồng độ PM10 trường hợp tuyến tính phi tuyến Hồi quy mặt ñất với giá trị phản xạ phổ kênh tuyến tính trường hợp ñơn giản ñể mô tả xấp SWIR xỉ, gần ñúng mối quan hệ ñối tượng Trên cặp biểu ñồ tương quan ñầu tiên, ta chưa rõ hình thức Tuy nhiên, để mơ tả thấy rằng, biểu diễn hàm phi tuyến y xác tượng cần thiết phải tìm hàm hồi = a * e bx hệ số tương quan ñều > 0,9 cao quy phi tuyến phù hợp Vì vậy, tồn hệ số tương quan tuyến tính tiến đến phân tích thống kê, nghiên cứu tính toán gần giá trị ðây ý tốt để chọn phân tích cho tường hợp quan hệ tuyến hàm hồi quy phi tuyến tốt trường tính quan hệ phi tuyến hợp nghiên cứu Các Hình 3a, 3b, 3c, 3d kết tìm kiếm Thực thuật tốn phân tích thành phần tương quan để xác định hàm hồi quy phù hợp PCA cho kênh ảnh SPOT ñể tạo kênh ảnh vệ tinh (4 kênh ảnh SPOT) kênh ảnh cịn tương quan với có Sau tính cho trường hợp hồi quy tuyến tính, chứa nhiều thơng tin Sau chuyển ñổi kiểu hàm hồi quy phi tuyến thử phân tích thành phần PCA, kết nghiệm cho tập số liệu mẫu tìm thấy tạo thành phần PC1, PC2, Trang 40 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M2- 2012 PC3, PC4 với thơng tin hữu ích tập trung So sánh thông số thống kê trường thành phần ñầu ñặc biệt thành phần hợp tìm hàm hồi quy phi tuyến phân tích thứ PC1 (chiếm giữ thơng tin lên ñến kênh phổ phản xạ với hàm hồi quy 0,90% toàn ảnh) Khảo sát tương tự trường hợp phân tích thành phần chính, rõ ràng trường hợp quan hệ với kênh ảnh SPOT hàm hồi quy phi tuyến kênh thành phần so sánh thông số thống kê r, F, Etb thứ PC1 tốt ðây yếu tố thành phần chính, cho thấy hàm hồi quy tốt định để chọn hàm tính nồng ñộ PM10 hàm số ño mặt ñất thành phần cho tồn ảnh vệ tinh: PC1 với hệ số tương quan cao P = 24.632 * e trường hợp hồi quy phi tuyến ñạt ñến 0,99 10.502 * PC1 (6) Hàm hồi quy áp dụng để tính nồng (Hình 3e) độ bụi PM10 cho ảnh SPOT năm 2003 r = 0.95; F = 0.015 < 0.05 R = 0.98 a) r = 0.92; F = 0.026 < 0.05 r = 0.96 b) r = 0.90; F = 0.038 < 0.05 r = 0.96 c) Trang 41 Science & Technology Development, Vol 15, No.M2- 2012 r = 0.7, F = 0.2 > 0.05 r = 0.81 d) r = 0.98 (j) r = 0.99 e) Hình ðồ thị biểu diễn tương quan theo hồi quy tuyến tính phi tuyến nồng ñộ PM10 từ trạm ño mặt ñất giá trị phản xạ pixel trên: (a) kênh 1; (b) kênh 2; (c) kênh 3; (d) kênh 4; (e) thành phần PC1 5.4 ðánh giá sai số tính nồng độ bụi từ ảnh quy phi truyến Các kết sai số trung bình vệ tinh tính từ hàm hồi quy phi tuyến ñều cho giá Sai số E ñược ñánh giá cho trường hợp nồng trị thấp so với tính theo hàm hồi quy tuyến độ bụi PM10 tính từ ảnh vệ tinh so với nồng độ tính trường hợp kênh ảnh Sai số PM10 thực ño trạm quan trắc ñể minh cao tìm thấy theo quan hệ kênh SWIR chứng tính hiệu phương pháp đạt đến 28,7µg/m3, sai số tính E= (Ptính − Pđo )2 ∑ n (7) Trong đó, n số mẫu lấy để tính E; Ptính Pđo giá trị nồng độ bụi tính từ ảnh vệ tinh số ño trạm quan trắc mặt ñất Bảng kết tổng hợp tính tốn sai số số đo kết tính từ ảnh vệ tinh viễn thám số đo quan trắc mặt đất, cho thấy sai số tính nồng độ PM10 trực quan hệ kênh ảnh kênh GREEN, RED, NIR SWIR cho trường hợp: tính theo hàm hồi quy tuyến tính tính theo hàm hồi Trang 42 kênh GREEN cho giá trị thấp 7,81µg/m3 ðiều cho biết dải phổ với bước sóng GREEN ảnh SPOT5 2003 hấp thụ nhiều thành phần bụi PM10 Phân tích tiếp với trường hợp biến đổi thành phần PCA kết sai số tốt, sai lệch vịng 1,64µg/m3 Như vậy, việc ứng dụng công nghệ viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp số ño mẫu quan trắc mặt ñất theo phương pháp cho kết mô phân bố khơng gian nồng độ bụi PM10 tốt chi tiết tồn khu vực nghiên cứu TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M2- 2012 Bảng Sai số trung bình tính hồi quy cho trường hợp tuyến tính phi tuyến kênh ảnh Kênh phản xạ Etb (tuyến tính) Etb (phi tuyến) Kênh (GREEN) 16.2 7.8 Kênh (RED) 19.8 11.6 Kênh (NIR) 20.6 17.7 Kênh (SWIR) 31.5 28.2 PC1 9.5 1.6 5.5 ðịnh chuẩn ảnh 2011 theo ảnh 2003 hệ số ñược kết hợp với biến ñộc lập Ảnh năm 2003 ñược chọn ảnh tham giá trị phản xạ ảnh 2011 ñể tính giá trị chiếu, có số đo mặt ñất nồng ñộ PM10 ñồng phụ thuộc theo công thức (4) Ảnh 2011 thời Ảnh năm 2011 khơng có số đo trạm chuẩn hóa chuyển đổi sang ảnh PCA Sau quan trắc mặt đất, vậy, chuẩn hóa ảnh thành phần thứ PC1 áp 2011 theo ảnh 2003 sử dụng ñược dụng hàm hồi quy (6) ñể thành lập đồ phân hàm hồi quy tốt tìm thấy từ năm 2003 để bố khơng gian nồng độ bụi PM10 cho năm tính cho năm 2011 phân tích mục 2011 Hình cho thấy ñường hồi quy tuyến “Phương pháp nghiên cứu” tính tốt với hệ số tương quan r luôn Các ñiểm mẫu ñược chọn cho trình lớn 0.9 (0.94; 0.98; 0.99) ðiều phản ñịnh chuẩn tương ñối ñối tượng bất biến ánh ñiểm mẫu ảnh ñược chọn bất biến khơng đáng kể (giả bất biến - xác Bảng tổng hợp hàm hồi quy pseudoinvariant), điểm giao lộ nằm tuyến tính phù hợp ñể xác ñịnh hệ số a b đường bê tơng, mái nhà, điểm di tích dùng ñể ñịnh chuẩn tương ñối cho kênh ảnh lịch sử lâu đời… Hàm hồi quy tuyến tính 2011 Các giá trị sai số trung bình trường xác ñịnh từ tập số liệu mẫu ñể tính hệ số hợp sau chuẩn hóa ảnh nhỏ sai số thực nghiệm a b theo công thức (3) Sau trung bình trước chuẩn hóa Bảng Các thơng số thống kê tính kênh ảnh SPOT5 năm 2011 Kênh Hàm hồi quy r F Etb(trước) Etb(sau) B1 (GREEN) ρ1-2003 = 2.9084ρ1-2011 - 0.2427 0.94 0.002 0.034 0.02 B2 (RED) ρ2-2003 = 2.4371ρ2-2011 - 0.1425 0.99 0.0002 0.05 0.009 B3 (NIR) ρ3-2003 = 1.6346ρ3-2011 - 0.0726 0.98 0.0006 0.05 0.01 Trang 43 Science & Technology Development, Vol 15, No.M2- 2012 (a) (b) (c) Hình 3.8 ðồ thị tương quan xác ñịnh hệ số thực nghiệm dùng ñịnh chuẩn tương ñối cho ảnh 2011 theo ảnh 2003 (a) kênh 1; (b) kênh 2; (c) kênh >300µ g/m3 ðó khu vực thuộc KCN Tân KẾT QUẢ Bản ñồ phân bố khơng gian nồng độ bụi Bình, KCN Tân Tạo, KCX Linh Trung, PM10 theo ảnh SPOT ngày 24-02-2011 ñược ñoạn quốc lộ 1A từ ngã tư Gò Dưa ñến ga Sóng thành lập cho khu vực TPHCM (Hình Thần, đoạn dốc xuống cầu vượt Tân Thới Hiệp 5) ðây ảnh thể môi trường không khí hướng An Sương, Cơng Trường Dân Chủ, vào lúc 10g sáng (là có xe tải ñược Ngã Gò Vấp, Vòng xoay Phú Lâm phép di chuyển khu vực nội thành) ðánh Nếu xem xét diễn môi trường bụi giá tranh tổng thể cho thấy, tồn PM10, so sánh năm 2011 2003 khu vực, giá trị nồng ñộ bụi PM10 thấp từ kết đồ cho thấy chất lượng mơi 300µg/m3 vào năm 2011 Trang 45 Science & Technology Development, Vol 15, No.M2- 2012 Vị trí điểm ý Pmax2003 Pmax2011 Ngun nhân dự đốn Khu Cơng Nghiệp Tân Bình 208 385 Hoạt động cơngnghiệp Khu Chế Xuất Linh Trung, Thủ ðức 281 329 Hoạt động cơngnghiệp KCN Tân Tạo, Quốc Lộ 1A, Bình Tân 394 385 Hoạt động cơngnghiệp ðoạn Quốc Lộ A từ ngã tư Gò Dưa đến Ga Sóng 246 380 Hoạt động giao thơng 235 358 Hoạt động giao thơng 316 386 Hoạt động giao thông Công Trường Dân Chủ, Quận 10 260 350 Hoạt động giao thơng Ngã Gị Vấp 243 342 Hoạt động giao thơng Vịng xoay Phú Lâm, Quận 221 378 Hoạt động giao thơng Thần, Thủ ðức ðoạn dốc xuống cầu vượt Tân Thới Hiệp hướng ñi An Sương (Quốc Lộ 1A, Quận 12) Khu dân cư kẹp Quộc Lộ 1A- Hương Lộ 2- Hương Lộ 10, Bình Tân Số điểm quan trắc mặt đất (5 ñiểm), KẾT LUẬN Kết nghiên cứu thử nghiệm đó, phương trình hồi quy chưa thuyết phục lắm, chứng minh ñược việc ứng dụng cơng nghệ điều chắn làm cho độ xác viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp số kết mô phân bố khơng gian từ đo mẫu quan trắc mặt ñất cho kết mô ảnh vệ tinh viễn thám chưa tốt Tuy nhiên phân bố khơng gian nồng ñộ bụi PM10 ñiều kiện trạm quan trắc tự động Trong điều kiện khơng có số liệu đo mặt đất để thường xun khơng cịn hoạt động, việc đánh tính tốn, với phương pháp chúng tơi cố giá tình hình nhiễm bụi dựa vào gắng tái không gian phân bố thành phần ñiểm ño bán thường xuyên với có PM10 khu vực TPHCM vào năm 2011 Về điểm, khó biết tình hình nhiễm độ xác chúng tơi khơng có sở để nơi tồn thành phố ðồng thời với thực (do khơng có số đo mặt ñất ñể ñối việc ñầu tư cho trạm quan trắc tự ñộng tốn chứng), theo kết phân tích kém, với ưu điểm ảnh vệ tinh, chụp ảnh bên trên, khu vực đường giao thơng, khu tồn khu vực, với phương pháp xử lý công nghiệp, khu dân cư, điều kiện tính tốn kiểm nghiệm giới khí tượng đối chiếu với thơng tin tình nhiều năm qua, phương pháp nghiên cứu hình nhiễm bụi TPHCM từ năm bổ sung vào phương pháp qua nay, kết nghiên cứu có phần quan trắc để góp phần đánh giá tình hình phản ánh thực trạng nhiễm ô nhiễm bụi cho TPHCM STUDY OF DUST POLLUTION DETECTING ABILITY IN URBAN AREAS BY REMOTE SENSING TECHNOLOGY TO SUPPORT AIR ENVIRONMENT OBSERVATION Trang 46 TAÏP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M2- 2012 Tran Thi Van(1), Trinh Thi Binh(1), Ha Duong Xuan Bao(2) (1) Institute for Environment and Resources, VNU-HCM; (2) University of Technology, VNU-HCM ABSTRACT: This paper presents the approach towards application of remote sensing technology to monitor the air environemnt Specific inital research is findings PM10 dust from SPOT satellite image The calculation based on reflectance value on remote sensing satellite images The main method is to calculate statistical correlation regression between the PM10 concentration from ground station observations and reflectance value on each image band and the main components of satellite imagery in 2003 to find the best regression function, applied then to images 2011 where its radiance value was relatively normalized under atmospheric, geometric, environmental conditions of image 2003 The results showed the best correlation in nonlinear regression case Spatial distribution of PM10 concentrations > 200µg/m3 found on most main roads, industrial parks and residential areas This study is a first step test, but the results have demonstrated that satellite imagery can be used as a useful, effective tool, to monitor air environment in cities Keywords: air pollution, correlation regression, PM10, reflectance, remote sensing TÀI LIỆU THAM KHẢO rectification: Toward a common [1] Văn Công Quốc Anh cộng sự, Ứng radiometric response among multidate, dụng công nghệ Viễn thám GIS ñể multisensor images Remote Sensing of thành lập đồ phân bố nhiễm khơng Environment, 35, 11 – 27, (1991) khí khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, ðề [5] Luong Chinh Ke, Ho Thi Van Trang, tài NCKH cấp sở, Trung tâm ðịa tin Tran Ngoc Tuong, Nguyen Le ðang, học, Khu công nghệ phần mềm, ðại học Detecting Air Pollution In Vietnam By Quốc gia TPHCM, (2007) Optical Satellite Images, E-proceedings [2] Chi Cục Bảo Vệ Môi Trường thành phố of The 31th Asian Conference on Remote Hồ Chí Minh, Báo cáo thống kê nguồn Sensing (ACRS2010), 1-5 November thải giao thông năm 2010 số 2010, Hanoi, Vietnam, (2010) tuyến ñường Hồ Chí Minh, (2010) [6] Schott, J R., Salvaggio, C & Volchok, [3] Caselles, V and Lopez Garcia, M.J., An W J., Radiometric scene normalization alternative simple approach to estimate using pseudoinvariant features Remote atmospheric correction in multitemporal Sensing of Environment, 26, 1-16, (1988) studies Int J Remote Sens., 10: 1127- [7] Yuan & Elvidge, Comparison of relative 1134, (1989) radiometric [4] Hall, F G., Strebel, D E., Nickeson, J E., & Goets, J E., Radiometric normalization techniques ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 51, 117– 126, (1996) Trang 47 ... OBSERVATION Trang 46 TAÏP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 15, SỐ M2- 2012 Tran Thi Van(1), Trinh Thi Binh(1), Ha Duong Xuan Bao(2) (1) Institute for Environment and Resources, VNU-HCM; (2) University of Technology,... chỉnh theo cơng hạt lơ lửng Tán xạ khí gây thức: Bλ = (DN/g) + B nên tượng sương mù ảnh viễn thám, (1) làm giảm ñộ tương phản ñộ sắc nét hình Trong đó, g - giá trị gain, B - Hệ số trượt, ảnh Quá