Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung luận văn bao gồm 3 chương như sau: Chương 1 - Tổng quan về sol khí và ảnh vệ tinh: Trình bày tổng quan về ô nhiễm không khí, khái niệm... Chương 2 - Các sản phẩm sol khí: Trình bày về các sản phẩm sol khí của MODIS, VIIRS và AERONET nói chung. Chương 3 - Trình bày về phương pháp tiền xử lý ảnh vệ tinh, tích hợp dữ liệu AOD từ trạm mặt đất. Chương 4 - Trình bày kết quả thực nghiệm, đánh giá và phân tích về AOD từ ảnh vệ tinh.
1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÙI THỊ MAI NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ DÀY QUANG HỌC SOL KHÍ TỪ ẢNH VỆ TINH DỰA TRÊN CÁC TRẠM QUAN TRẮC Ngành : Công nghệ thông tin Chuyên ngành : Kỹ thuật phần mềm Mã số : 60480103 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội, 2017 Đặt vấn đề, định hướng nghiên cứu Trong năm qua, với xu đổi hội nhập, nước khu vực Đông Nam Á khu vực lân cận bước đổi hướng đến công nghiệp hóa Tuy nhiên, với phát triển mạnh mẽ đó, quốc gia phải đối mặt với nhiều thách thức, có vấn đề nhiễm mơi trường khơng khí Khói bụi, chất thải từ nhà máy, tình trạng đốt rừng phá huỷ hàng ngàn hecta rừng nguyên sinh phục vụ cho công nghiệp nông nghiệp, núi lửa phun trào…dẫn đến ô nhiễm không khí nghiêm trọng đặc biệt thành phố lớn Ơ nhiễm khơng khí với việc khai thác tài nguyên không hợp lý, chặt phá rừng bừa bãi…, làm cho tầng Ozon bị thủng, gây nên hiệu ứng nhà kính đặc biệt thay đổi khí hậu tồn cầu gây nên tượng El nino kèm theo trận mưa lụt, bão khủng khiếp hạn hán kéo dài Ơ nhiễm khơng khí khơng vấn đề nóng tập trung thị phát triển, khu, cụm công nghiệp… mà trở thành mối quan tâm tồn xã hội Sol khí số thành phần gây ô nhiễm khơng khí Theo [1] sol khí ảnh hưởng trực tiếp tới khí hậu tính tán xạ hấp thụ xạ mặt trời chúng làm thay đổi cân lượng hệ thống Trái đất - Khí Sol khí ảnh hưởng gián tiếp tới khí hậu chúng hạt nhân ngưng kết mây hạt nhân băng, có khả làm thay đổi tính chất quang học, vi vật lý thời gian tồn mây Chính vậy, hiểu biết phân bố xu hướng biến đổi theo không gian thời gian sol khí quan trọng để hiểu đặc điểm sol khí ảnh hưởng chúng đến khí hậu Trái đất Nhằm giám sát sol khí khí hậu, NASA PHOTONS với hàng trăm cộng tác viên đến từ trường đại học, quan… thiết lập lên mạng lưới quan trắc nhiều khu vực giới Mặc dù việc giám sát sol khí nhiều hạn chế việc trì hoạt động cung cấp số liệu nghiên cứu Mặt khác thông số đại diện cho khu vực nhỏ đặt trạm quan trắc mà giám sát liên tục bao quát toàn Trái đất Vì vậy, nhà khoa học nghiên cứu thực gắn thiết bị lên vệ tinh để giám sát sol khí, khí hậu, đất, nước với phạm vi rộng lớn Sử dụng liệu ảnh vệ tinh giám sát ô nhiễm không khí có sol khí hướng tiếp cận đầy hứa hẹn Các nghiên cứu gần tiềm việc sử dụng công nghệ ảnh vệ tinh viễn thám MODIS, VIIRS… giám sát ô nhiễm kết hợp với nguồn quan trắc mặt đất AERONET Nhằm đảm bảo chất lượng nguồn liệu đầu vào sử dụng sản phẩm ảnh vệ tinh cho ứng dụng, cần thực đánh giá chất lượng sản phẩm Theo hướng nghiên cứu này, thực Nghiên cứu đánh giá độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ tinh dựa trạm quan trắc cho khu vực Đông Nam Á với Đài Loan Hồng Kông Mục tiêu luận văn Ảnh viễn thám ứng dụng quản lý khí hậu biến đổi mơi trường, giám sát ô nhiễm không khí, nguồn nước, đất đai…cập nhật khí hậu theo vùng, địa phương, hỗ trợ dự báo thời tiết, phân loại địa hình, thành lập đồ… Để ứng dụng sản phẩm ảnh sol khí từ vệ tinh vào nghiên cứu hệ thống giám sát, cần thực đánh giá sản phẩm sol khí Vì vậy, tơi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ tinh dựa trạm quan trắc” Với mục đích nghiên cứu đánh giá độ dày quang học sol khí (AOD) từ ảnh vệ tinh, bước đầu làm chủ kiến thức công nghệ lĩnh vực Để đạt mục tiêu trên, nghiên cứu học tập lý thuyết ảnh vệ tinh, từ vào nghiên cứu sản phẩm sol khí Đồng thời, nhằm đối chiếu với liệu từ trạm quan trắc bước đầu nắm tri thức, công cụ kĩ thuật xử lý trích xuất liệu sol khí từ ảnh vệ tinh Từ đó, tích hợp liệu từ ảnh vệ tinh liệu từ trạm quan trắc mặt đất để tiến hành đánh giá Mục tiêu luận văn nghiên cứu, đánh giá xác định xu hướng biến đổi độ dày quang học sol khí theo biến trình năm, theo tháng phạm vi tồn khu vực theo quốc gia dựa số liệu từ trạm quan trắc Đồng thời, đưa nhận định mối quan hệ nồng độ sol khí quốc gia điểm cháy khu vực Phạm vi phương pháp nghiên cứu Luận văn giới hạn nghiên cứu khu vực Đông Nam Á, Đài Loan Hồng Kông Trên sở đó, tơi thực nghiên cứu ảnh viễn thám, tiền xử lý giải đoán ảnh 5 Trong tập trung tìm hiểu ảnh vệ tinh MODIS AOD có độ phân giải km ảnh vệ tinh VIIRS AOD có độ phân giải km Đồng thời thực tìm hiểu cơng cụ mã nguồn mở để xử lý trích xuất liệu ảnh viễn thám Trong có bộ thư viện GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) giúp đọc thông tin siêu liệu (metadata), trích xuất band chứa liệu sol khí, chuyển đổi định dạng tạo ảnh Ngôn ngữ kịch Python ngôn ngữ lập trình PHP sử dụng để viết mã lệnh xử lý ảnh vệ tinh Cơ sở liệu không gian PostgreSQL – PostGIS lưu trữ thông tin ảnh vệ tinh liệu ảnh dạng raster Bước thực trích xuất liệu sol khí từ ảnh vệ tinh MODIS VIIRS, lấy liệu từ trạm quan trắc, lấy liệu cháy rừng…Sau có đầy đủ liệu, thực tích hợp liệu ảnh vệ tinh liệu từ tram quan trắc dựa khoảng thời gian không gian xác định Cuối cùng, đưa đánh giá phân tích độ dày quang học sol khí dựa tham số thống kê trung bình số học, độ lệch chuẩn, sai số,… Từ thơng số phân tích trên, thực đánh giá AOD theo toàn khu vực, theo quốc gia, đánh giá mối tương quan AOD từ ảnh vệ tinh AOD từ trạm quan trắc, đánh giá mối quan hệ AOD tình hình cháy khu vực nghiên cứu Kết cấu luận văn Bên cạnh phần mở đầu, kết luận, phụ lục, hình vẽ bảng biểu minh hoạ, nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan sol khí ảnh vệ tinh: trình bày tổng quan nhiễm khơng khí, khái niệm, nguồn gốc tác hại sol khí, độ dày quang học sol khí phương pháp quan sát Chương 2: Các sản phẩm sol khí: trình bày sản phẩm sol khí MODIS, VIIRS AERONET nói chung Đi sâu vào sản phẩm MODIS AOD km, MCD14ML, VIIRS AOD km liệu trạm quan trắc Chương 3: Phương pháp: trình bày phương pháp tiền xử lý ảnh vệ tinh, tích hợp liệu AOD từ trạm mặt đất liệu AOD từ ảnh vệ tinh, đánh giá AOD từ ảnh vệ tinh Chương 4: Thực nghiệm: trình bày kết thực nghiệm, đánh giá phân tích AOD từ ảnh vệ tinh Nội dung luận văn 5.1 Tổng quan Ơ nhiễm khơng khí có mặt chất lạ khơng khí biến đổi quan trọng thành phần khí gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người, sinh vật hệ sinh thái khác Sol khí sản sinh từ nhiều nguồn khác Trong có số nguồn chiếm tỷ trọng lớn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người biến đổi khí hậu như: sol khí núi lửa, bụi sa mạc, sol khí người Độ dày quang học sol khí - Aerosol Optical Thickness (AOD) Aerosol Optical Depth (AOD) đại lượng đặc trưng cho suy giảm tia xạ mặt trời qua khí hấp thụ tán xạ phần tử sol khí điểm quan trắc so với giới hạn đỉnh khí Để nghiên cứu tình Hình khí hậu tồn cầu có sol khí, người ta thiết lập trạm quan trắc toàn giới AERONET chương trình Mạng lưới thiết lập NASA PHOTONS với nhiều cộng tác viên từ quan, viện nghiên cứu, trường đại học từ khắp nơi giới Hình 1.3 thể mạng lưới trạm quan trắc tồn giới Chương trình cung cấp sở liệu công cộng dài hạn, liên tục dễ tiếp cận đặc tính quang học, vật lý xạ sol khí Mạng lưới sử dụng chuẩn hóa cơng cụ, hiệu chuẩn, xử lý phân phối để đảm bảo tính quán liệu Hệ thống cung cấp sản phẩm AOD, nước, sản phẩm Aerosol Inversion sản phẩm phụ khác Có thể tải xuống sản phẩm từ địa thức AERONET 5.2 Các sản phẩm ảnh vệ tinh MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) cảm biến gắn vệ tinh Terra (đưa vào hoạt động từ 18 tháng 12 năm 1999) ban đầu EOSAM1 Aqua (đưa vào hoạt động từ tháng năm 2002) ban đầu EOS PM1 Người ta sử dụng cảm biến để thu nhận tạo ảnh vệ tinh nhằm phục vụ nghiên cứu mặt đất, khí quyển, đại dương có sol khí Bức ảnh vệ tinh gửi vào ngày 24 tháng năm 2000 (Hình 2.1) 8 Sản phẩm MOD04_3K MYD04_3K cung cấp liệu sol khí cấp với độ phân giải không gian km x km Trung bình ngày có 144 tệp ảnh cho sản phẩm Mỗi tệp ảnh có kích cỡ khoảng 7MB Luận văn sử dụng sản phẩm cung cấp LAADS DAAC [15] Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) bắt đầu hoạt động vào ngày 28 tháng 10 năm 2011 tàu Suomi-NPP Suomi-NPP có quỹ đạo giống tàu vũ trụ A-Train (CloudSat, CALIPSO, Terra MODIS), có vị trí cao hơn, đến khoảng 13:30 bay qua đường xích đạo với chu kỳ lặp lại khoảng 16 ngày VIIRS có độ rộng 3040 km với độ phân giải không gian 375 m NPP quan sát bề mặt Trái đất lần/24h, lần vào ban ngày lần vào ban đêm Có hai loại sản phẩm sol khí VIIRS VIIRS AOD IP VIIRS AOD EDR Các sản phẩm tạo thành dựa việc phân tích liệu thô (RDRs), liệu cấp Sau liệu thơ phân tích thành SDR liệu cấp 1B Và liệu tổng hợp lại thành EDR liệu cấp AERONET (AErosol RObotic NETwork) mạng lưới liên kết điểm quan trắc Trái đất NASA PHOTONS thiết lập Chương trình có đóng góp cộng tác viên từ quan, viện nghiên cứu, trường đại học, nhà khoa học cá nhân đối tác quốc gia Chương trình cung cấp sở liệu tên miền công cộng lâu dài, liên tục dễ tiếp cận đặc tính quang học, vật lý xạ sol khí cho nghiên cứu Hình 1.3 thể mạng lưới vị trí quan trắc giới Dữ liệu từ trạm quan trắc AERONET chia làm ba cấp: cấp 1.0, cấp độ 1.5 cấp 2.0 Dữ liệu cấp 2.0 đảm bảo chất lượng Trong sản phẩm chia thành hai loại: Aerosol Optical Depth (v2,v3) Aerosol Inversion Dữ liệu cấp 1.0 cung cấp theo thời gian thực Sau khoảng 12 tháng, liệu cấp 2.0 cung cấp website AERONET [20] 5.3 Phương pháp Trên giới có nghiên cứu liên quan đến đánh giá sản phẩm sol khí ảnh vệ tinh dựa trạm quan trắc Ichoku cộng vào năm 2002 đưa phương pháp tiếp cận không gian thời gian cho việc đánh giá sản phẩm MODIS 10km phạm vi toàn cầu [21] Năm 2002, D A Chu cộng đánh giá độ dày quang học sol khí sản phẩm MODIS 10km theo không gian thời gian cho khu vực đất liền [22] Năm 2005, Tripathi cộng [23] so sánh MODIS AOD AERONET AOD bước sóng 550nm cho khu vực vịnh Ganga, Ấn Độ Man Sing Wong cộng [24] thực xác định tương quan AOD liệu MODIS, MISR, OMI CALIPSO với trạm đo mặt đất Hồng Kông vào năm 2012.Năm 2016, Q Xiao cộng [25] đánh giá độ dày quang học sol khí VIIRS, GOCI, MODIS Collection khu vực Đông Á 10 Ở Việt Nam, số nghiên cứu liên quan tới đánh giá liệu AOD ảnh vệ tinh với trạm AERONET Phạm Xuân Thành cộng vào năm 2015 [1] đánh giá tương quan phân tích AOD ảnh MODIS/TERRA MODIS/Aqua với trạm AERONET Việt Nam Kết cho thấy hệ số tương quan cao, có khả sử dụng sản phẩm MODIS nghiên cứu AOD Việt Nam Có hai cực đại vào khoảng tháng 10 tháng 3, hai cực tiểu vào khoảng tháng 12 tháng 6,7 Hệ số tương quan cao Nghĩa Đô đạt 0.9 Trần Tuấn Vinh nhóm cộng trường Đại học cơng nghệ [26] phân tích AOD sản phẩm sol khí ảnh VIIRS/S-NPP từ 2012 đến 2015 sản phẩm sol khí ảnh CALIOP từ năm 2006 đến năm 2015 với trạm AERONET Việt Nam Dữ liệu ảnh viễn thám thường bao gồm nhiều thông tin: nhiều kênh ảnh, nhiều đối tượng, liệu,…vì để nâng cao tính xác hiệu nghiên cứu ảnh viễn thám, người ta cần nhận biết đối tượng quan tâm qua trình xử lý giải đốn ảnh Q trình tiền xử lý ảnh chia làm bước: Bước 1: Thu thập liệu: Ảnh tải từ nhà cung cấp lưu trữ ổ cứng Thông thường, ảnh tải nhà cung cấp ảnh kiểm tra xử lý liệu ảnh để nâng cao chất lượng ảnh Trong trường hợp sử dụng liệu chưa hiệu chỉnh, người dùng cần tự hiệu chỉnh ảnh để nâng cao chất lượng 11 Bước 2: Biến đổi ảnh: thay đổi mầu sắc, xoay ảnh, chỉnh sửa ảnh,…có thể thực người sử dụng để đạt hiệu cao nghiên cứu ảnh Bước 3: Phân loại ảnh: phân loại đối tượng ảnh, làm bật đối tượng quan tâm, trích xuất liệu mong muốn Ở liệu AOD 550nm Đồng thời chuyển đổi liệu vừa trích xuất sang dạng Geotiff để sử dụng Bước 4: Kết quả: sau q trình xử lý giải đốn ảnh, tạo ảnh chuyên đề, ảnh tiền xử lý để làm đầu vào cho mục đích nghiên cứu khác Dữ liệu từ vệ tinh liệu từ trạm quan trắc mặt đất có độ phân giải khơng gian thời gian khác Vì cần có ràng buộc để tích hợp theo thời gian vị trí Để so sánh AOD MODIS , VIIRS AERONET, trước hết thành lập mảng số liệu thống kê theo thời gian từ hai nguồn Việc tạo lập mảng số liệu được tiến hành theo bước thể Sau tích hợp liệu dựa cách lấy giá trị trung bình khoảng thời gian T bán kính R, để đánh giá AOD cần sử dụng tham số thống kê Từ tham số thống kê, đưa kết đánh giá theo ngày, theo tuần, theo tháng, theo năm Hình 3.6 thể trình đánh giá tham số thống kê 12 Chuẩn bị tích hợp liệu Q trình đánh giá AOT Dữ liệu AOT MODIS VIIRS Dữ liệu AOT AERONET AOT cho trạm 550nm (bán kính R) AOT 550nm trung bình (thời gian T phút ) Theo năm Theo tháng Theo mùa Theo ngày Đánh giá AOT Mơ phân tích Đánh giá phân tích Arithmetic mean Standard deviation Coeficient Of Determination Linear regression model Root Mean Square Error (RMSE) Mean Square Error (MSE) Relative Error (RE) Prediction and model result 5.4 Thực nghiệm Đông Nam Á khu vực châu Á, bao gồm 11 quốc gia: Việt Nam, Lào, Campuchia, Đông Timor, Indonesia, Malaysia, Myanmar, Philippines, Singapore, Thái Lan Brunei (Hình 4.1) Đơng Nam Á nằm phía Đơng Tiểu Lục địa Ấn Độ, phía Nam Trung Quốc phía bắc Úc, Ấn Độ Dương (phía tây) Thái Bình Dương (ở phía đơng) Các nước Đơng Nam Á chia theo đại lục biển Các nước Đơng Nam Á đại lục, gọi nước Đông Dương, bao gồm Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Myanmar, (Tây) Malaysia Các nước Đông Nam Á biển, 13 gọi nước Đông Ấn gồm Indonesia, (Đông) Malaysia, Singapore, Philippines, Đông Timor, Brunei Phía bắc khu vực Đơng Nam Á sát với Trung Quốc, có hai vùng kính tế đặc thù Hồng Kông Đài Loan Nhằm giám sát nghiên cứu khí hậu, quốc gia Đông Nam Á thiết lập trạm quan trắc sol khí mặt đất nằm chương trình AERONET Theo số liệu thống kê AERONET thời điểm tháng năm 2017, có 65 trạm tồn khu vực nghiên cứu Tuy nhiên có 49 trạm có liệu cấp 2.0 từ năm 2012 đến 2016 Thực chọn khu vực quốc gia trạm đại diện với mục tiêu loại bỏ trạm có liệu liệu khơng theo tháng Sau thực chọn trạm AERONET, có 28 trạm có liệu tương đối ổn định đưa để đánh giá (bản đồ trạm quan trắc Hình 4.3) Quá trình thực nghiệm chia làm giai đoạn Hình 4.4.Giai đoạn thứ thực chuẩn bị liệu 14 tiền xử lý Dữ liệu cần chuẩn bị bao gồm: sản phẩm sol khí MODIS km (MOD04_3K MYD04_3K), sản phẩm sol khí VIIRS km (GAERO_VAOOO), sản phẩm sol khí AERONET level 2.0, sản phẩm điểm cháy MODIS: MCD14ML Sau chuẩn bị đầy đủ liệu, thực tiền xử lý ảnh vệ tinh lưu trữ vào sở liệu Giai đoạn thực tích hợp liệu AOD từ vệ tinh liệu AOD trạm AERONET Kết lưu trữ vào sở liệu PostgreSQL Giai đoạn thực đánh giá thống kê số liệu dựa tham số thống kê để đưa kết Chi tiết cài đặt thực nghiệm xem Phụ lục 4: Cài đặt xử lý liệu Phương pháp Sản phẩm AOD AERONET Tiền xử lý Sản phẩm sol khí MODIS VIIRS Tiền xử lý nội suy sang liệu AOD 550nm AOD 550nm Tích hơp AOD Tiền xử lý ảnh vệ tinh trích xuất liệu AOD 550nm AOD 550nm Fires long lat Sản phẩm điểm cháy MODIS Trích xuất liệu điểm cháy Tích hợp liệu AOD MODIS, VIIRS AOD AERONET Số vụ cháy theo năm Trung bình AOD MODIS AERONET tháng năm 0.9 0.646 0.595 0.583 0.444 0.456 AOD trung bình 0.542 0.5 0.425 0.4 0.423 0.409 0.36 0.355 0.311 0.371 0.302 Đánh giá mối quan hệ AOD điểm cháy 0.3 0.3 0.31 0.31 0.299 0.249 0.2 0.203 0.226 0.232 11 12 0.1 Trung bình AOD MODIS 10 Trung bình AOD AERONET AOD theo khu vực thành thị nông thôn 0.7 0.6 0.5 Đánh giá AOD MODIS VIIRS 0.4 0.3 0.2 0.1 MODIS AOD 0.8 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5 Hồng Kông Indonesia Lào Malaysia Philippines Singapore Đài Loan Thái Lan Trung bình MODIS VIIRS AOD Thành thị Trung bình MODIS VIIRS AOD Nơng thơn Trung bình AERONET AOD Thành thị Trung bình AERONET AOD Nơng thôn Việt Nam 390166 326623 318046 2012 2013 295235 226493 149188 2014 2015 2016 2017 Indonesia y = 0.7701x + 0.0256 R² = 0.8121 113882 120000 0.8 0.680 89638 100000 0.7 0.6 80000 60000 0.5 0.564 0.434 0.4 0.3 40000 21542 0.2 20000 0.1 0 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 Năm Số vụ cháy 450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 AOD 0.682 0.6 AOD trung bình Đánh giá MODIS AOD, VIIRS AOD 0.7 Số vụ cháy 0.765 0.8 Số vụ cháy AOD AERONET AOD (MODIS,VIIRS) Tổng AERONET AOD Cơ sở liệu thiết kế tương ứng với bước trình thực nghiên cứu Hình 4.13 thể mơ hình sở liệu Cấu trúc gồm schema chính: org – lưu 15 thông tin tệp tin gốc tải về, res – lưu thông tin tệp tin Geotiff liệu dạng Raster sau thực tiền xử lý ảnh, validate – lưu thông tin liệu sau tích hợp AOD thu từ vệ tinh AOD trạm quan trắc org.SatOrgMOD04_3K PK ID PK org.SatOrgVIIRSAOT ID PK StationID PK aqstime Station Name AOD 550nm Country filename aqstime aqstime aqstime res.SatResampMYD04_3K res.SatResampVIIRSAOT PK ID PK org.grdstation PK filename ID org.grdaeraot_data ID filename res.SatResampMOD04_3K PK org.SatOrgMYD04_3K PK ID ID filename filename filename aqstime aqstime aqstime RasRef RasRef RasRef validate.select_data_final validate.data_fires_asian pixel YYYYMMDD aqstime HHMISS sate_aod Lon aronet_aod Lat 5.5 Kết Độ dày quang học sol khí trung bình có xu hướng tăng dần từ 2012 đến 2014, giảm xuống năm 2015 tăng trở lại vào 2016 (Hình 4.17 – biểu đồ xu hướng tăng trưởng AOD qua năm) Tình hình nhiễm khơng khí ngày nghiêm trọng mà nguyên nhân nước khu vực nước phát triển, cơng nghiệp hố diễn ạt Đây nguồn gây ô nhiễm lớn người gây Q trình gây nhiễm q trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch than, dầu, khí đốt tạo chất khí độc hại Nguồn nhiễm khí thải cơng nghiệp có nồng độ độc hại cao, tập trung không gian nhỏ Chính phủ nước đưa nhiều biện pháp nỗ lực bảo vệ môi trường, hiệu chưa mong đợi 16 Xét toàn khu vực nghiên cứu ta thấy tương quan R 0.901 R2 0.812 (Hình 4.19) MODIS AOD AERONET AOD có độ tương quan cao Điều thể mối quan hệ tuyến tính AOD thu từ ảnh vệ tinh AOD thu từ trạm quan trắc Như vậy, nghiên cứu vấn đề khí hậu, giám sát sol khí … sử dụng sản phẩm sol khí MODIS 3km vào ứng dụng MODIS AOD Tương quan MODIS AOD AERONET AOD y = 0.7701x + 0.0256 R² = 0.8121 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5 0 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 AERONET AOD Độ dày quang học sol khí từ VIIRS khơng có xu hướng rõ rệt AOD tăng từ 2012 đến 2014 giảm xuống 2015 tăng trở lại vào 2016 Loại trừ năm 2012, AOD VIIRS AERONET AOD tăng giảm tương đồng Độ dày quang học sol khí thu từ VIIRS thu từ trạm quan trắc AERONET có tương quan cao: R2 = 0.6805 (Hình 4.12) Điều thể mối quan hệ tuyến 17 tính AOD thu nhận từ VIIRS AOD quan sát từ trạm AERONET Trên tồn khu vực nghiên cứu, sử dụng sản phẩm sol khí VIIRS để đưa vào nghiên cứu biến đổi khí hậu, giám sát nhiễm khơng khí… Khu vực thành thị bị ô nhiễm không khí cao nhiều so với nơng thơn Xét tồn khu vực, AOD (MODIS, VIIRS) trung bình thành thị đạt 0.519, AOD (MODIS,VIIRS) trung bình nơng thơn đạt 0.294 (Bảng 4.10) Sự phát triển kinh tế, tăng trưởng dân số di cư thị ngun nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí thành thị tăng cao Số vụ cháy từ năm 2012 đến năm 2016 diễn cao từ tháng 12 đến tháng năm sau, cao điểm tháng (482263 điểm cháy) Sau số vụ cháy giảm xuống thấp vào tháng có xu hướng tăng lên từ tháng đến tháng 10 Cao điểm thứ hai diễn tháng với 125187 điểm cháy xảy số vụ cháy Số vụ cháy theo tháng 600000 482263 500000 400000 288519 300000 180581 200000 117293 125187 85017 107715 56153 46376 46282 41564 34081 100000 18 Việc cháy rừng không ảnh hưởng đến quốc gia mà ảnh hưởng đến nhiều quốc gia bên cạnh Tiêu biểu đợt cháy rừng Indonesia vào tháng 9/2015 Việc đốt rừng gây tình trạng khói bụi bao phủ nhiều nước Đơng Nam Á Đám khói gây ảnh hưởng đến nhiều quốc gia khu vực Brunei, Indonesia, Malaysia, Singapore, Thái Lan Việt Nam Một phần công nghiệp sản xuất dầu cọ Indonesia Malaysia, người dân đảo phá rừng đốt rẫy để trồng cọ keo, chúng bắt đầu cháy âm ỉ tầng đất rừng khu vực than bùn, đám cháy gần bị dập sức lực người Khi cháy than bùn tạo nên đám khói khổng lồ tràn ngập Đông Nam Á Năm 2015, số vụ cháy rừng đạt đỉnh điểm vào tháng tháng 80353 61841 vụ Số vụ cháy tháng diễn nhiều gấp lần so với thời điểm năm 2014.Kéo theo VIIRS AOD MODIS đạt giá trị lên tới 0.713 0.708 vào tháng tháng 10 (Hình 4.32) Số vụ cháy tăng cao kéo theo AOD tăng cao, điều thể ảnh hưởng lớn cháy rừng đến sol khí khu vực 100000 61841 50000 0.8 0.6 0.4 0.2040.2 0.708 AOD Số vụ cháy Năm 2015 80353 0.713 Năm tháng Số vụ cháy Trung bình AOD AERONET Trung bình AOD VIIRS MODIS 19 Cháy rừng xảy tác động nhiều nguyên nhân, nhân tố ảnh hưởng bao gồm yếu tố tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội sách liên quan cơng tác quản lý, điều hành, dự báo phòng ngừa cháy rừng Kết luận Luận văn sử dụng chuỗi số liệu độ dày quang học sol khí thu được từ ảnh vệ tinh MODIS ảnh vệ tinh VIIRS để đánh giá dựa số liệu trạm quan trắc mặt đất AERONET khu vực Đông Nam Á, Đài Loan Hồng Kơng Các sản phẩm sol khí MODIS km VIIRS km sử dụng MODIS cung cấp liệu ảnh sol khí tải LAADS DAAC liệu vụ cháy xảy Ảnh vệ tinh VIIRS tải NOAA-CLASS Ảnh vệ tinh sau tải qua bước tiền xử lý để trích xuất liệu AOD 550nm công cụ thư viện mã nguồn mở Dữ liệu quan trắc mặt đất lấy từ AERONET liệu điểm cháy từ MODIS ghi vào sở liệu Quá trình tiền xử lý ảnh vệ tinh trích xuất liệu sử dụng mã nguồn có sẵn trung tâm FIMO Chương trình ban đầu chứa module thu thập tải liệu, xử lý tạo sản phẩm PNG, Geotiff Quá trình thực nghiệm cải tiến thêm module xử lý liệu, tích hợp AOD từ vệ tinh AERONET để lưu vào sở liệu, tiền xử lý liệu điểm cháy, nội suy liệu AERONET AOD từ 500nm sang 550nm… Các chương trình tích hợp thêm giao diện đưa đồng ngơn ngữ lập trình chung Song song với đó, sở liệu cải tiến để phù hợp 20 với trình thực nghiệm Dữ liệu luận văn tích hợp dựa khơng gian thời gian Các mẫu quan sát xác định theo phạm vi bán kính R tính từ vị trí đặt trạm quan trắc Dữ liệu AOD trạm mặt đất lấy theo khoảng thời gian dao động T trước sau thời gian vệ tinh bay qua Dữ liệu sau tích hợp đánh giá dựa thơng số tương quan nhằm xác định bán kính thời gian có tương đồng tốt Luận văn sử đụng liệu AOD từ vệ tinh 550nm, nhiên AERONET khơng có liệu AOD sẵn cho bước sóng Vì giá trị AOD 550nm cho trạm AERONET thực nội suy từ giá trị AOD 500nm dựa thông số Angstrom Dữ liêu AOD từ MODIS VIIRS đánh giá so sánh với liệu AOD từ AERONET sau tích hợp Độ dày quang học trung bình tồn khu vực thu từ MODIS VIIRS giá trị thu trạm quan trắc AERONET có tương quan lẫn Hệ số tương quan MODIS, VIIRS AERONET khu vực 0.81 0.68 Độ dày quang học sol khí trung bình MODIS 0.504.Còn với VIIRS, AOD trung bình 0.395 thấp nhiều so với MODIS AOD Sai số trung bình MODIS AOD AERONET AOD lớn 0.087 chiếm 40,68% tổng số mẫu quan sát Sai số trung bình VIIRS AOD AERONET AOD lớn 0.036 chiếm 48.76% Có thể nói số liệu VIIRS AOD xác độ tương quang liệu so với đo trạm quan trắc mặt đất thấp 21 AOD thể giá trị cao Việt Nam (0.774 cho MODIS AOD 0.643 cho VIIRS AOD ) khu vực thành thị, Lào (0.861 cho MODIS AOD 0.641 cho VIIRS AOD) thấp Philipines Các quốc gia khu vực hầu hết nước phát triển với kinh tế nông nghiệp Là nơi cung cấp nguyên liệu nhân công giá rẻ, khu vực Đông Nam Á ngày tập trung nhiều khu cơng nghiệp, nhà máy kéo theo tình trạng thị hố, tắc nghẽn giao thơng, nhiễm khói bụi, rác thải, khai thác đốt phá rừng phục vụ nông nghiệp công nghiệp… Đồng thời, địa hình nằm khu vực hay có núi lửa phun trào thường xuyên phải gánh chịu trận bão nhiệt đới từ biển làm cho khu vực trở thành điểm nóng nhiễm khơng khí Riêng với Philippines, quốc gia xếp vào mức ô nhiễm nặng khu vực Đông Nam Á Tuy nhiên AOD lại thấp sai số vơ cao Do địa hình tính chất trạm gần biển, nên đánh giá Philipines, cần cân nhắc thêm việc đánh giá tập liệu AOD khác số liệu AOD cho riêng biển, số liệu AOD cho riêng đất liền kết luận xác sản phẩm Kết hợp số liệu AOD thu từ MODIS, VIIRS, AERONET với số liệu vụ cháy từ MODIS, nhận thấy giá trị AOD biến đổi tỉ lệ thuận với tần suất xảy vụ cháy Cả số vụ cháy AOD đạt cao điểm vào tháng tháng 10 Đây tháng trọng điểm đốt nông nghiệp để bắt đầu mùa canh tác Đặc biệt nghiêm trọng tháng 10, cháy rừng khiến cho khói bụi sương mù bao phủ tồn Đơng Nam Á, dẫn đến tình trạng AOD tăng cao 22 nhiều nước khu vực Có thể sử dụng sản phẩm sol khí từ MODIS VIIRS để áp dụng vào nghiên cứu ứng dụng liên quan đến giám sát cháy khu vực Việc đánh giá phân tích sản phẩm VIIRS MODIS khu vực Đông Nam Á, Đài Loan, Hồng Kông làm bật lên đặc điểm khả áp dụng sản phẩm điều kiện khí hậu quốc gia, vùng lãnh thổ khác Qua q trình nghiên cứu, thân tơi tích lũy nhiều kiến thức ảnh viễn thám Hiểu cơng cụ sử dụng để trích xuất tiền xử lý liệu HDFView, GDAL, Python, sở liệu PosgreSQL…Dựa hiểu biết đó, thực đánh giá độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ tinh MODIS VIIRS khu vực nghiên cứu Trong tương lai, việc đánh giá phân tích sản phẩm sol khí từ vệ tinh khác tiến hành thấy tranh toàn cảnh AOD khu vực Đông Nam Á Làm tiền đề cho việc áp dụng sản phẩm sol khí từ vệ tinh vào nghiên cứu biến đổi khí hậu, giám sát nhiễm ứng dụng khác Từ làm sở để tiếp tục nghiên cứu, tích hợp ứng dụng liệu độ dày quang học sol khí ảnh vệ tinh từ nhiều nguồn khác ... phẩm ảnh sol khí từ vệ tinh vào nghiên cứu hệ thống giám sát, cần thực đánh giá sản phẩm sol khí Vì vậy, lựa chọn đề tài Nghiên cứu đánh giá độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ tinh dựa trạm quan. .. tinh cho ứng dụng, cần thực đánh giá chất lượng sản phẩm Theo hướng nghiên cứu này, thực Nghiên cứu đánh giá độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ tinh dựa trạm quan trắc cho khu vực Đông Nam Á... quan trắc Với mục đích nghiên cứu đánh giá độ dày quang học sol khí (AOD) từ ảnh vệ tinh, tơi bước đầu làm chủ kiến thức công nghệ lĩnh vực Để đạt mục tiêu trên, nghiên cứu học tập lý thuyết ảnh