Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học xây dựng phương pháp xác định nồng độ bụi PM10 trong không khí từ dữ liệu ảnh vệ tinh quang học, góp phần nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của cơ sở dữ liệu bụi mịn trong đô thị Việt Nam nói chung và của Hà Nội nói riêng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC - MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN NHƯ HÙNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ BỤI (PM10) TRONG KHÔNG KHÍ KHU VỰC ĐƠ THỊ VIỆT NAM TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số : 9520503 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2019 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn Đo ảnh Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Vân Anh Trường Đại học Mỏ - Địa chất PGS.TS Phạm Quang Vinh Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 2: TS Vũ Danh Tuyên Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Phản biện 3: TS Trần Tuấn Ngọc Cục Viễn thám Quốc gia Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường Họp Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Vào hồi …… ngày ……tháng….năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Ơ nhiễm khơng khí là vấn đề lo ngại của nhiều quốc gia giới Việt Nam Việt Nam là nước phát triển, quá trình thị hóa diễn nhanh, các khu đô thị xây dựng, phát triển của các ngành công nghiệp, các phương tiện giao thông ngày càng tăng khiến tình hình nhiễm khơng khí trở nên trầm trọng bao giờ hết Các chuyên gia y tế cho biết, không khí “bẩn”, đặc biệt hạt bụi nhỏ có kích thước 2.5µm ÷ 10µm có thể vượt qua rào chắn trang, chất nhờn mũi lắng đọng ở đường hô hấp và đường thở lớn, hạt mịn (< 2.5µm) có thể vào đến phế quản phế nang gây bệnh Hiện nay, Việt Nam giám sát chất lượng khơng khí dựa nội sớ liệu đo từ trạm quan trắc tự động nên mức độ bao qt khơng rộng chi phí tớn Với khả cung cấp thông tin kịp thời, phạm vi rộng, đa thời gian Kết xác định ô nhiễm môi trường diện rộng từ tư liệu viễn thám giúp hỗ trợ các nhà lãnh đạo, cấp quản lý việc quy hoạch vùng, miền, phát triển khu công nghiệp, khu đô thị; giảm thiểu nhiễm khơng khí ảnh hưởng tới mơi trường sức khỏe cộng đồng Vì vậy, việc nghiên cứu sở lý thuyết thử nghiệm số liệu đo thực địa ứng dụng ảnh vệ tinh để xác định nồng độ bụi khơng khí ở khu vực đô thị có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu xác lập sở khoa học xây dựng phương pháp xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh quang học, góp phần nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của sở liệu bụi mịn đô thị Việt Nam nói chung của Hà Nội nói riêng Đối tượng nghiên cứu - Nồng độ bụi PM10 không khí khu vực thị liệu ảnh vệ tinh quang học Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu khơng gian: Ơ nhiễm khơng khí tại đô thị phát triển ở Việt Nam thực nghiệm tại khu vực nội thành thành phố Hà Nội; - Phạm vi nghiên cứu tư liệu: Ảnh vệ tinh quang học LANDSAT 8OLI với kênh (Coastal aerosol); kênh (Blue); kênh 3(Green); kênh (Red) Nội dung nghiên cứu - Phân tích số liệu thống kê ô nhiễm không khí, đặc biệt nồng độ bụi PM10 theo không gian thời gian tại khu vực đô thị lớn của Việt Nam; - Nghiên cứu sở khoa học trình phản xạ của các bước sóng điện từ thu nhận tại cảm vệ tinh của vệ tinh quang học tác động của hạt bụi nhỏ khơng khí; - Nghiên cứu các phương pháp đo đạc xác định nồng độ bụi mặt đất; - Nghiên cứu đề xuất mơ hình hồi quy tuyến tính xác định nồng độ bụi khơng khí (PM10) từ liệu ảnh vệ tinh quang học liệu đo bụi mặt đất tại thời điểm Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập, thớng kê xử lí sớ liệu - Phương pháp kiểm chứng - Phương pháp viễn thám - Phương pháp hồi quy Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 7.1 Ý nghĩa khoa học luận án - Đã xác lập sở khoa học và phương pháp luận tích hợp liệu ảnh vệ tinh Landsat OLI liệu quan trắc mặt đất để xác định nồng độ bụi PM10 các thị Việt Nam - Xây dựng quy trình phương pháp xác định nồng độ bụi khơng khí (PM10) từ liệu ảnh vệ tinh quang học 7.2 Ý nghĩa thực tiễn luận án - Kết nghiên cứu của luận án có thể ứng dụng để xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí ở các thị Việt Nam nói chung của thành phớ Hà Nội nói riêng, nhằm cung cấp liệu nhiễm khớng khí, góp phần giám sát, ngăn ngừa giảm thiểu tác động của bụi PM10 đối với sức khỏe người Những luận điểm bảo vệ luận án Luận điểm 1: Phương pháp xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ việc tích hợp phản xạ khí quyển tính từ liệu ảnh vệ tinh quang học liệu đo mặt đất cho kết có độ tin cậy cao Luận điểm 2: Mơ hình hồi quy tuyến tính xây dựng từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat OLI đa thời gian cho phép nâng cao độ xác xác định nồng độ bụi PM10 khu vực đô thị Những điểm luận án 9.1 Đề xuất quy trình và mơ hình tương quan giá trị phản xạ khí quyển xác định ảnh vệ tinh quang học giá trị nồng độ bụi PM10 quan trắc mặt đất đo tại thời điểm 9.2 Đánh giá ảnh hưởng phương pháp hiệu chỉnh khí quyển đến độ chính xác xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ tư liệu ảnh vệ tinh quang học Landsat OLI 9.3 Đề xuất phương pháp kết hợp ảnh vệ tinh đa thời gian xây dựng hàm hồi quy tuyến tính xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí CHƯƠNG1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề Vấn đề nghiên cứu ô nhiễm môi trường không khí ngày trở nên cần thiết, liên quan trực tiếp tới sinh tồn của người Cùng với phát triển của kỹ thuật viễn thám thiết bị quan trắc môi trường, nhà khoa học giới có nhiều nghiên cứu đề xuất các phương pháp xác định nồng độ bụi khơng khí từ phạm vi hẹp tại vị trí điểm đo, đến phạm vi rộng cho thành phố 1.1.1 Các phương pháp quan trắc thiết bị đo Phương pháp quan trắc trực tiếp thiết bị đo là phương pháp kinh điển nghiên cứu môi trường không khí Phương pháp này có hai cách thức thực hiện: quan trắc trực tiếp từ nguồn ô nhiễm hai quan trắc theo khu vực rộng với nhiều điểm đo Các yếu tớ động lực hóa học khí qủn có thể đo đạc dễ dàng thiết bị đo khí tượng hóa học đặt tại nguồn gây ô nhiễm (ống khói, bãi rác…) đặt thiết bị lưu động máy bay, xe lửa ô tô Phương pháp này cho phép cung cấp liệu theo phương thẳng đứng cụ thể cho điểm 1.1.2 Các phương pháp mơ hình Các mơ hình lan truyền chất nhiễm công cụ quan trọng sử dụng để xác định trình vận chuyển và đánh giá tác động của nhiễm khơng khí quy mơ lớn Mơ hình lan truyền chất nhiễm mơ hình tính tốn liên kết với nguồn phát thải nhiễm để tìm phân bớ của chúng môi trường Trong thập kỷ qua, khả dự báo chất lượng không khí cải thiện đáng kể phát triển khả quan trắc mơ hình hóa khí qủn, vận chủn trình di chuyển Tuy nhiên, mức độ xác mơ hình bị hạn chế bởi không chắn liệu đầu vào giả định mơ hình 1.1.3 Các phương pháp quan trắc viễn thám Thiết bị quan trắc viễn thám có hai loại cảm biến thụ động cảm biến chủ động Phản xạ ánh sáng mặt trời nguồn phổ biến của xạ đo bởi cảm biến thụ động phim ảnh, hồng ngoại, thiết bị tích điện kép, máy đo xạ Loại cảm biến chủ động phát lượng để quét các đối tượng khu vực sau đó phát và đo xạ phản xạ tán xạ ngược từ mục tiêu tư liệu RADAR LiDAR Những nghiên cứu giới chứng minh việc sử dụng ảnh vệ tinh hồn tồn có thể phát nhiễm khơng khí ở khu vực mà quan tâm Hiệu mang lại từ việc áp dụng công nghệ viễn thám vào lĩnh vực giám sát ô nhiễm môi trường khơng khí giúp đánh giá mức độ nhiễm diện rộng 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới nước 1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới Các nhà khoa học đề xuất nhiều phương pháp khác để xác định nhiễm khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh sau: - Phương pháp ước lượng nồng độ bụi khu vực đô thị sử dụng tỷ số kênh phổ tư liệu LANDSAT TM: Năm 1984, Carnahan W H., Mausel P W., Zhou G P đề xuất phương pháp ước lượng nồng độ bụi ở khu vực đô thị sử dụng tỷ số kênh phổ của tư liệu LANDSAT TM [23] - Phương pháp xác định độ dày quang học sol khí từ liệu vệ tinh cách sử dụng hiệu ứng làm mờ tán xạ [68] Bằng cách giả định phản xạ mặt đất là không đổi, tín hiệu vệ tinh thay đổi có thể thay đổi của tính chất quang học khí quyển - Phương pháp xác định bụi (PM) không khí cách xây dựng hàm tương quan độ dày sol khí AOT với hàm lượng bụi thu việc đo trực tiếp bề mặt Một số nghiên cứu điển sau: + Phương pháp xác định AOD từ ảnh hai thời điểm: Trong nghiên cứu của Sifakis Deschamps (1992) [65] Retalis cộng (1999) [62] sử dụng liệu ảnh vệ tinh SPOT LANDSAT-5/TM để xác định AOD (Aerosol Optical Depth) thành lập đồ phân tán ngang của hạt khơng khí ở khu vực đô thị Điểm khác biệt của phương pháp là các tác giả sử dụng so sánh hai ảnh vệ tinh ở điều kiện khác Một ảnh điều kiện nhiễm ảnh cịn lại ở điều kiện khơng có nhiễm khơng khí để từ đó tính AOD Kết xác định với ảnh MODIS hệ số tương quan R2 = 0.77 R2 = 0.83 với ảnh MERISENVISAT + Phương pháp bán tự động kết hợp liệu AOT với liệu bụi PM đo mặt đất cục Jerome Vidot cộng (2007) [39] Sử dụng liệu ảnh SeaWiFS xử lý đất liền và đại dương để xác định AOT kết hợp với liệu bụi PM đo hàng ngày và cục Kết phương pháp này cho phép xác định PM10 với hệ số tương quan R2 = 0.42 PM2.5 với hệ số tương quan R2 = 0.48 Chu cộng (2003) [26] chứng minh khả sử dụng MODIS để giám sát nhiễm khơng khí tồn cầu, khu vực và địa phương Mối tương quan chuỗi thời gian năm của AOT với PM10/PM2.5 thấp (0.3) Jinshan Zhu cộng (2011) [41], Adelaide cộng (2010) [16] cho thấy hệ số tương quan AOT thu từ hệ thống ảnh MODIS bụi PM10 đo đạc mặt đất khoảng 0.52 ≤ R ≤ 0.66 Kết chứng minh PM10 có thể dự đoán cách đáng tin cậy (R2 = 0.736 ÷ 0.841) cách sử dụng mơ hình dự báo dựa liệu AOD + Phương pháp sử dụng độ dày quang học (AOT) có đánh giá phụ thuộc, ảnh hưởng của yếu tố khí tượng Jay Gao Yong Zha (2010) [37] Phân tích tương quan theo mùa độ xác dự đoán cao vào mùa hè R2 = 0.749 mùa thu R2 = 0.634 thấp nhiều vào mùa xuân và mùa đông (R2 < 0.3) + Phương pháp sử dụng độ dày quang học (AOT) thu từ liệu ảnh vệ tinh MODIS kết hợp với liệu vệ tinh có độ phân giải cao và các kết quan trắc chất lượng khơng khí ở mặt đất để nâng cao độ chi tiết xây dựng đồ nhiễm khơng khí [19, 33, 70] Tư liệu LANDSAT OLI nghiên cứu ứng dụng xác định bụi khơng khí [49, 63, 78] Tính khả thi của thuật toán đề xuất nghiên cứu dựa hệ số tương quan (R) sai sớ trung bình (RMSE) so với liệu đo lường mặt đất PM10 Kết của nghiên cứu chứng minh dải phổ nhìn thấy của LANDSAT OLI có khả tính toán nồng độ PM10 ở mức độ xác chấp nhận - Một số nghiên cứu thực để phân tích mối quan hệ liệu ảnh vệ tinh vùng sóng hồng ngoại nhiệt với số tham số liên quan đến chất lượng khơng khí Tác giả Brivio cộng (1995) [21], Basly (2000) [19] có nghiên cứu bổ sung chứng mối tương quan các bước sóng nhiệt hồng ngoại thơng sớ chất lượng khơng khí Hệ sớ tương quan nồng độ hạt lơ lửng PM10 tỷ lệ phản xạ của trạm đo vùng hồng ngoại nhiệt có mức tin cậy lên đến 95% Trên sở phát triển tiếp nghiên cứu có Lim cộng (2004, 2007) [44, 45, 47, 48] nghiên cứu đề xuất để lấy giá trị chất lượng khơng khí cách sử dụng dải hồng ngoại nhiệt dải bước sóng nhìn thấy từ ảnh vệ tinh LANDSAT TM 1.2 Tổng quan kết nghiên cứu nước Ở Việt Nam, nghiên cứu xác định chất lượng khơng khí, đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường không khí thường áp dụng hai phương pháp truyền thống đó là : - Phương pháp thực nghiệm: Đo đạc khảo sát tại nhiều điểm ở khu vực nghiên cứu, phương pháp thống kê, đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường không khí ở vùng đó với nghiên cứu của Phạm Ngọc Hồ, (1993, 1999, 2003, 2006) [2, 3, 4, 5]; - Phương pháp thống kê bán thực nghiệm: Dùng mô hình tốn học mơ tả q trình khuếch tán chất ô nhiễm tính toán với trợ giúp của máy vi tính để tính tốn nồng độ tạp chất, chọn số điểm đo đạc, khảo sát để kiểm tra độ tin cậy của mơ hình, sau đó áp dụng mơ hình để đánh giá cho các vùng khác có điều kiện tương tự Các nghiên cứu nêu dừng ở mức đánh giá các thành phần nhiễm khơng khí mơ q trình lan truyền, khuếch tán dựa số liệu của trạm quan trắc thực địa Phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh để phục vụ giám sát chất lượng không khí có sớ nghiên cứu đáng ý sau: - Năm 2010, tác giả Lương Chính Kế [8] thực đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ của Bộ Tài nguyên và Môi trường “Ứng dụng công nghệ viễn thám để nghiên cứu khả pháp giám sát số thành phần ô nhiễm môi trường khơng khí khu vực thị khu cơng nghiệp” Đề tài sử dụng liệu ảnh vệ tinh để tính tốn sol khí kết nghiên cứu dừng lại ở việc xác lập mối tương quan sol khí với số thành phần ô nhiễm khơng khí Tuy nhiên, hạn chế của đề tài sớ liệu đo nhiễm ngồi thực địa khơng vào thời điểm vệ tinh bay qua Ngoài ra, việc sử dụng tư liệu ảnh ở hai năm 2003 và 2008 dẫn đến khác biệt liệu phổ - Một nghiên cứu khác, tác giả Trần Xuân Trường thực năm 2012 [9] sử dụng ảnh vệ tinh MODIS để tính toán độ dày sol khí (AOT) từ đó xác định sớ chất lượng khơng khí AQI sớ nhiễm khơng khí API Tuy nhiên, nghiên cứu cịn sớ hạn chế chưa lọc nhiễu trước đưa liệu ảnh vệ tinh LANDSAT vào tính tốn mơ hình sớ lượng điểm thực nghiệm hạn chế - Tác giả Trần Thị Vân cộng (2012, 2014) [11, 12] có nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám xác định nhiễm khơng khí Trong nghiên cứu [11] nhóm tác giả tiếp cận theo hướng ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát thành phần bụi PM10 Phương pháp thực của đề tài thể qua quy trình xử lý ảnh vệ tinh tính tốn giá trị độ dày quang học sol khí (AOT) ảnh Dữ liệu viễn thám sử dụng cho nghiên cứu ảnh viễn thám vệ tinh LANDSAT/ETM+ ngày thu nhận 21/2/1996 16/2/2003 chụp vào lúc 10h sáng khu vực nghiên cứu Nhóm tác giả chọn ảnh ngày 21/2/1996 dùng ảnh ngày sạch các điều kiện ảnh tớt (biết ngày không ô nhiễm (ngày sạch) ngày trời rõ trong, không sương mù và ảnh thứ hai chụp ngày 16/2/2003 ngày có nhiễm (trời mù sương) và có giá trị đo nồng độ bụi PM10 đồng thời mặt đất tại trạm quan sát tự động Độ dày quang học (AOT) định nghĩa là thước đo truyền xạ của cột khơng khí theo chiều thẳng đứng đơn vị diện tích mặt cắt ngang Với AOT ngày sạch xỉ khơng có có thành phần ô nhiễm, đó τ1= và τ2 lúc này là AOT ảnh ngày ô nhiễm, công thức trở thành: (1.1) Sau đó thực phân tích tương quan, hồi quy giá trị AOT tính tốn ảnh nồng độ PM10 đo tại trạm quan trắc mặt đất để tìm hàm hồi quy tớt nhất, ći tính tốn phân bớ nồng độ PM10 ảnh Đặt giá trị nồng độ PM10 y, giá trị AOT x, hàm hồi quy kết có dạng sau: y = 117.2x2 – 420.3x + 413.6 (1.2) Kết nghiên cứu của nhóm tác giả Trần Thị Vân cộng đề xuất phương pháp xác định giá trị AOT từ tư liệu ảnh viễn thám LANDSAT ETM+ xây dựng hàm hồi quy tuyến tính giá trị AOT giá trị quan trắc mặt đất tại thời điểm thu ảnh Tuy nhiên, các điểm đo mặt đất chủ yếu dựa các điểm quan trắc tự động đặt tại sớ điểm của Thành phớ Hồ Chí Minh, mật độ cịn thưa so với độ phân giải khơng gian của ảnh LANDSAT - Trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Nhật Thanh cộng (2015) [69] sử dụng liệu MODIS phát triển mơ hình hồi quy có ý nghĩa thớng kê để tính tốn nồng độ PM mặt đất Từ đưa mơ hình và quy trình xác định bụi PM2.5 sau: PM2.5t-MOD= 21.444 x AOTt-MOD – 26.984 x Tempmr + 25.287 (1.3) PM2.5t-MYD= 27.401 x AOTt-MYD – 18.909 x Tempmr + 18.993 Tuy nhiên, giới hạn của mơ hình việc xác định các đỉnh tối đa và tối thiểu nồng độ PM2.5 cần nhiều liệu mặt đất, điều kiện khí quyển khía cạnh vật lý khác - Trong năm 2016, tác giả Trịnh Lê Hùng [43] sử dụng mơ hình của Mozumder cộng (2012) [25] dựa mối tương quan với giá trị phản xạ kênh NIR, kênh SWIR số thực vật (VI, TVI) của ảnh LANDSAT để xác định bụi khơng khí tại khu vực thực nghiệm Quảng Ninh và thể công thức APILANDSAT=-460.0-10.4*SWIR +1.0*NIR -6.4*VI +851.6*TVI (1.4) Trong nghiên cứu tác giả Trịnh Lê Hùng dừng lại ở việc đưa đồ phân bố bụi không kiểm chứng với số liệu thực tế 1.2.3 Đánh giá kết nghiên cứu nước giới Qua kết nghiên cứu giới và nước cho thấy nghiên cứu ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh để xác định nồng độ bụi không khí phát triển hai nội dung chính đó là: Phương pháp và liệu sử dụng - Về phương pháp: Phần lớn nghiên cứu xác định nồng độ bụi PM từ độ dày sol khí (AOT) Các kết giả thiết phân bố không gian của hạt theo hướng thẳng đứng của khí quyển cung cấp giải pháp thực tế cho việc ước lượng giá trị PM Việc phát triển, nâng cao độ của phương pháp này phụ thuộc vào công nghệ liệu xác định độ dày sol khí (AOT) hay độ sâu sol khí (AOD) Tuy nhiên, ở Việt Nam có trạm mặt đất AERONET Một sớ phương pháp địi hỏi liệu cũ (như liệu ngày sạch) Hiện việc xác định ngày sạch khó khăn, đặc biệt đới với khu vực thị có mức độ ô nhiễm thường xuyên Mặt khác, có sớ nghiên cứu xuất phát từ tính chất vật lý của khí quyển và đặc điểm của liệu ảnh vệ tinh quang học để thành lập đồ ô nhiễm khơng khí trực tiếp từ sớ giá trị chiết xuất trực tiếp từ ảnh vệ tinh Đây là phương pháp cho 11 lượng xạ mặt trời chạm tới bề mặt trái đất ở mức 100% Khối lượng lượng đạt tới mặt đất so với khới lượng của khí qủn gọi là độ truyền 2.2.4 Đặc điểm kỹ thuật viễn thám 2.2.5 Nguyên lý thu nhận xử lý tư liệu viễn thám 2.3 Phân tích diễn biến nồng độ bụi PM10 đô thị Việt Nam 2.3.1 Chất lượng khơng khí thị Việt Nam 2.4.2 Phân tích diễn biến nồng độ bụi PM10 theo không gian thời gian 2.4 Kết luận chương Các phân tử khí hạt sol khí khí quyển ảnh hưởng đến phản xạ khuếch tán hấp thụ lượng của xạ điện từ Vì vậy, sở khoa học để xác định nồng độ hạt khí quyển tư liệu viễn thám là xác định chính xác lượng xạ bị quá trình phản xạ khuếch tán hấp thụ bởi hạt khí quyển tại cảm của vệ tinh Kết nghiên cứu chứng minh, hiệu ứng tán xạ khơng khí gây bởi phần tử khí hạt sol khí nghiên cứu tập trung vùng nhìn thấy (vùng có bước sóng khong 0.4àm ữ 0.76m) va mt phõn cn hng ngoai (vựng co bc súng khong 0.77àm ữ 0.8àm) Tuy nhiên, thay đổi của nồng độ bụi PM10 chịu tác động lớn của điều kiện khí tượng và đặc điểm địa lý của khu vực quan trắc Dựa sớ liệu phân tích từ trạm quan trắc tự động tại các thị của Việt Nam đặc điểm ô nhiễm bụi phụ thuộc vào mức độ phát triển khu công nghiệp, khu dân cư, sở hạ tầng thị của khu vực có thay đổi theo không gian thời gian Đồng thời, nồng độ bụi PM10 có khác biệt các mùa năm và các thời điểm khác ngày CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ BỤI PM10 TRONG KHƠNG KHÍ TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC 3.1 Công thức xác định nồng độ bụi PM10 từ ảnh vệ tinh quang học Dựa nghiên cứu cơng bớ tạp trí khoa học nước giới cơng thức xác định PM10 từ tư liệu ảnh vệ tinh quang học Cụ thể tính độ dày sol khí (AOT) sau đưa bởi tác giả Nadzri O cộng (2010) [56] 12 AOT(λ) = a Ra(λ1) + a Ra(λ2) + a Ra(λ3) + a4 Ra(λ4) … (3.9) Trong đó: Ra(λi) phản xạ khí quyển (i = 1, … tương ứng với kênh ảnh vệ tinh); hệ số thuật toán (i = 1,2,…) xác định thực nghiệm Mối quan hệ PM AOT bắt nguồn từ lớp khí quyển đồng đơn thuần chứa hạt Sol khí hình cầu Nồng độ tập trung ở bề mặt thu sau sấy mẫu không khí đưa bởi Koelemeijer cộng (2006) 42] (3.10) Trong đó: : mô tả phân bố kích thước hạt có bán kính r điều kiện khơ; ρ là mật độ khới lượng sol khí Ta thấy rằng hàm lượng PM tương quan tốt với AOT trực tiếp Bằng cách thay AOT PM10 vào phương trình (3.9) ta có phương trình (3.11) biểu diễn mối quan hệ PM10 giá trị phản xạ phổ của kênh ảnh bước sóng (λ) theo Lim HS cộng (2004) [46] Nadzri O cộng (2010) [56] PM10 = b 1Ra(λ1) + b 2Ra(λ2) + b 3Ra(λ3) + b4Ra(λ4) … (3.11) Trong đó: Ra(λi) phản xạ khí quyển (i = 1, … tương ứng với kênh ảnh vệ tinh); bi hệ sớ của phương trình (i = 1, 2,…) xác định thực nghiệm 3.2 Quy trình cơng nghệ xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh quang học 3.2.1 Đề xuất phương pháp xác định nồng độ bụi PM10 từ liệu ảnh vệ tinh quang học Quy trình xác định nồng độ bụi PM10 từ liệu ảnh vệ tinh quang học liệu đo bụi mặt đất gồm bước sau: - Thu thập liệu: Tư liệu ảnh vệ tinh quang học liệu đo bụi mặt đất đo thời điểm đo tại vị trí thực địa - Tiền xử lý liệu ảnh vệ tinh quang học gồm: Chuyển đổi giá trị số giá trị phổ phản xạ; Hiệu chỉnh khí quyển tính giá trị phổ mặt đất; Tính phản xạ khí quyển - Phân tích mơ hình tương quan giá trị phản xạ khí qủn nồng độ bụi PM10 khơng khí dựa phương pháp phân tích hồi quy tuyến tính - Đánh giá độ xác lựa chọn mơ hình xác định nồng độ PM10 13 - Xây dựng đồ phân bớ bụi PM10 Hình 3.1 Quy trình xác định bụi PM10 từ liệu ảnh vệ tinh quang học liệu đo bụi mặt đất 3.2.2 Chuyển đổi giá trị số giá trị phản xạ phổ 3.2.3 Hiệu chỉnh khí ảnh vệ tinh quang học 3.2.3.1 Mối tương quan nồng độ PM10 điều kiện khí tượng Mối tương quan nồng độ chất ô nhiễm và các điều kiện khí tượng là tương quan phi tuyến Như vậy, nồng độ bụi PM10 khơng khí chịu ảnh hưởng của điều kiện khí qủn tớc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, độ ẩm hay lượng mưa Do đó, phương pháp hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí qủn có ảnh hưởng lớn đến độ xác xác định nồng độ bụi PM10 từ tư liệu ảnh vệ tinh quang học 3.2.3.2 Công thức tổng quát hiệu chỉnh khí ảnh quang học Ảnh vệ tinh cung cấp thông số cho phép chuyển đổi trực tiếp từ giá trị số của ảnh sang phản xạ đỉnh khí quyển (TOA), từ đó tiếp tục tính phản xạ bề mặt Theo [54] phản xạ mặt đất Rs(λ) tính theo cơng thức sau: 14 (3.15) Trong đó: Lλ - Bức xạ phổ đỉnh khí quyển (Watts/(m2 * srad * μm)), LP - Bức xạ đường truyền, TV- Hàm truyền xạ qua khí quyển từ bề mặt trái đất đầu thu, TZ- Hàm truyền xạ qua khí quyển từ mặt trời bề mặt đất, Edown - Bức xạ phổ tới mặt phẳng địa hình của đới tượng, ESUNλ- Bức xạ phổ mặt trời ở mặt phẳng địa hình vng góc với tia sáng mặt trời, d - Khoảng cách từ trái đất đến mặt trời Mơ hình (3.15) mơ hình chặt chẽ tổng quát Tuy nhiên, ứng dụng thực tế mơ hình (3.15) đơn giản hóa, phụ thuộc vào khả có thông số xác định xạ phổ truyền qua khí quyển 3.2.3.3 Phương pháp hiệu chỉnh khí DOS Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển DOS (Dark Object Subtraction) [24] là phương pháp xạ đường chuyền tính theo cơng thức sau: (3.16) 3.2.3.4 Phương pháp hiệu chỉnh khí LaSRC Hiện nay, USGS cung cấp sản phẩm phản xạ bề mặt hiệu chỉnh theo thuật toán riêng đối với tư liệu ảnh LANDSAT 8, viết tắt là phương pháp LaSRC (LANDSAT Surface Reflectance Code) Phương pháp LaSRC tận dụng lợi của sol khí của vùng ven biển, kênh mây ti sử dụng liệu của ảnh MODIS phụ trợ làm sở để chạy mô hình phát triển bởi Vermote cộng (2016) [75] 3.2.3.5 Phương pháp hiệu chỉnh khí FLAASH FLAASH hiệu chỉnh khí qủn cho liệu dải sóng nhìn thấy, cận hồng ngoại hồng ngoại trung của tư liệu ảnh siêu phổ đa phổ, đó có tính đến ảnh hưởng của bốc thoát nước ảnh hưởng của hạt sol khí Phương pháp hiệu chỉnh khí qủn FLAASH dựa mơ hình khí quyển tiêu chuẩn của Mỹ đại diện khu vực khí qủn tồn cầu 15 3.2.3.6 Đánh giá phương pháp hiệu chỉnh khí xác định bụi PM10 Để đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển đến giá trị phản xạ khí quyển, tác giả xác định đường cong phản xạ phổ tại điểm đo mặt đất trùng tại thời điểm đo khác đối tượng bề mặt (tham khảo Hình 3.9) Qua kết thể Hình 3.9 cho thấy giá trị phản xạ bề mặt xác định từ các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển khác khác Hình 3.9c biểu diễn giá trị đặc trưng phản xạ phổ bề mặt của phương pháp hiệu chỉnh khí quyển LaSRC Giá trị phản xạ phổ bề mặt tại các điểm 2.1, 2.2 chụp ngày 30/05/2015 3.1, 3.2 chụp ngày 10/12/2016 gần trùng Hình 3.9c khẳng định mơ hình hiệu chỉnh của phương pháp LaSRC cho kết tốt với kết giá trị tán xạ phổ bề mặt của đối tượng là tương tự tại thời điểm đo khác Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển LaSRC đảm bảo thực tiền xử lý ảnh đối với liệu ảnh LANDSAT 8OLI đa thời gian Hình 3.9 So sánh các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển (a) Giá trị phản xạ đỉnh khí quyển; (b) Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển DOS; (c) Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển LaSRC; (d) Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển FLAASH; 16 3.2.4 Đo bụi mặt đất Việc thu thập liệu đo mặt đất tiến hành đồng thời máy đo bụi DustTrak II-Model 8532 sản xuất tại Mỹ Mỗi điểm đo xác định tọa độ GPS thời gian đo đảm bảo theo yêu cầu của máy đo bụi 3.2.5 Xây dựng mơ hình xác định bụi PM10 từ ảnh vệ tinh Hồi quy tuyến tính biểu thị mối quan hệ biến tiên đoán và nhiều biến giải thích Trên sở phương trình (3.11) tiến hành khảo sát phân tích tương quan và hồi quy mơ hình tính bụi PM10 với phản xạ khí quyển tính từ liệu ảnh vệ tinh quang học Mơ hình lựa chọn dựa hệ số tương quan (R) và bậc hai sai sớ trung bình (RMSE) sớ liệu đo và sớ liệu tính Kết đánh giá mơ hình hồi quy đánh giá kiểm tra thông qua xác thực chéo với các điểm đo thực địa không tham gia xây dựng mơ hình Trong nội dung luận án, tác giả đề xuất khảo sát với kênh phổ ảnh LANDSAT OLI bao gồm Kênh - Coastal aerosol (0.43àm ữ 0.45àm), Kờnh 2- Blue (0.45àm ữ 0.51àm), Kờnh Green (0.53àm ữ 0.60 àm) v Kờnh 4-Red (0.63àm ữ 0.68àm) Bng 3.4 Cỏc mụ hỡnh kho sát phân tích tương quan hồi quy 17 3.3 Kết luận chương Quy trình xác định nồng độ bụi PM10 từ tư liệu ảnh quang học đề xuất luận án dựa kết phân tích tính tốn hồi quy giá trị phản xạ khí quyển tính từ liệu ảnh vệ tinh quang học giá trị đo mặt đất bụi PM10 tại thời điểm thu nhận Tuy nhiên, độ xác của quy trình đề xuất phụ thuộc vào kết xác định giá trị phản xạ phổ khí quyển từ lượng hấp thụ phản xạ của các bước sóng điện từ của tư liệu ảnh viễn thám quang học ảnh hưởng của bụi PM10 khơng khí Các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển ảnh vệ tinh khác cho giá trị tương quan khác giá trị phản xạ khí quyển giá trị đo bụi mặt đất PM10 Qua kết phân tích giá trị phản xạ phổ mặt đất tại các điểm đo mặt đất, tác giả chứng minh phương pháp hiệu chỉnh khí quyển LaSCR dành riêng cho LANDSAT với thơng sớ khí qủn xác định tại thời gian thực tốt với giá trị phản xạ phổ mặt đất tại thời điểm khác nhau đới với đới tượng có tính chất vật lý Điều chứng minh vai trò của các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển sử dụng phân tích liệu ảnh vệ tinh đa thời nội dung luận án CHƯƠNG THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ BỤI PM10 TRONG KHƠNG KHÍ TỪ ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC LANDSAT OLI 4.1 Khu vực thực nghiệm Khu vực thực nghiệm quận trung tâm Thành phố Hà Nội, nơi có mật độ dân cư, giao thông cao và các khu vực xây dựng ngây nhiễm mơi trường lớn Hình 4.1 Vị trí khu vực nghiên cứu 18 4.2 Dữ liệu thử nghiệm 4.2.1 Dữ liệu ảnh vệ tinh quang học LANDSAT OLI Hình 4.2 Dữ liệu thử nghiệm LANDSAT 8OLI (a) Chụp ngày 22/01/2015; (b) Chụp ngày 30/05/2015; (c) Chụp ngày 10/12/2016 4.2.2 Dữ liệu đo bụi mặt đất Trên sở lập lịch chụp ảnh của vệ tinh LANDSAT OLI qua khu vực Hà Nội quan sát, theo dõi thời tiết để tiến hành thu thập liệu bụi thực địa ngày chụp ảnh vệ tinh Hình 4.8 Sơ đồ vị trí Hình 4.6 Sơ đồ vị Hình 4.7 Sơ đồ vị đo bụi tại thực địa trí đo bụi tại thực địa trí đo bụi tại thực địa ngày 10/12/2016 ngày 22/01/2015 ngày 30/05/2015 4.3 Thử nghiệm phương pháp hiệu chỉnh khí Qua kết phân tích hồi quy ANOVA tại Bảng 4.9 kết đồ phân bố bụi PM10 tại Hình 4.9 Hình 4.13 cho thấy giá trị tương quan tại hai ảnh chụp ở thời kỳ khác với nhiệt độ đặc trương cho thời kỳ (vào tháng mùa Xuân nhiệt độ trung bình khoảng 180C vào tháng mùa Hè nhiệt độ trung bình thời điểm đo khoảng 390C) ở ba phương pháp hiệu chỉnh khí quyển cao Mặt khác dựa việc tính tốn thử nghiệm kiểm tra của 15 mơ hình hồi quy sử dụng các phương pháp hiệu chỉnh khác cho thấy phương pháp hiệu chỉnh khí quyển theo phương pháp LaSRC cho kết tớt với sai sớ trung bình nhỏ Điều đó chứng 19 minh các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển ảnh vệ tinh quang học có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh giá trị đo mặt đất Bảng 4.9 Phân tích hồi quy tuyến tính phương pháp hiệu chỉnh khí 4.4 Kết thực nghiệm với ảnh vệ tinh độc lập Trong phần thực nghiệm, tác giả lựa chọn phương pháp hiệu chỉnh khí quyển LaSRC để xác định giá trị phản xạ mặt đất từ liệu ảnh vệ tinh quang học Trong đó, sử dụng chu kỳ năm vào ngày 22/1/2015 và 30/5/2015 để thực nghiệm xây dựng mơ hình Cịn chu kỳ ngày 10/12/2016 để kiểm tra mơ hình độc lập Các điểm quan trắc dùng tính toán mơ hình và dùng để kiểm tra lấy xen kẽ phân bố diện rộng 4.4.1 Kết thực nghiệm với ảnh vệ tinh LANDSAT OLI ngày 22/1/2015 Trong chu kỳ 22/01/2015, tác giả sử dụng 10 điểm quan trắc bụi PM10 để tính toán mơ hình và điểm quan trắc bụi PM10 chu 20 kỳ để kiểm tra mơ hình Từ kết tính tốn mơ hình hồi quy thể Bảng 4.10, ta thấy mơ hình 15 với việc sử dụng kênh ảnh của LANDSAT 8OLI chụp ngày 22/1/2015 cho kết tốt với R2 = 0.996 sai sớ trung bình (RMSE) là 33 μg/m3 Do đó, ta có mơ hình xác định bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh LANDSAT có phương trình sau: PM10 = 15973 Ra(λ1) -33053 Ra(λ2)+ 65607 Ra(λ3) -30011 Ra(λ4) (4.1) Trong đó: Ra(λi) giá trị phản xạ khí quyển xác định ảnh LANDSAT 8OLI tương ứng Kênh 1, Kênh 2, Kênh 3, Kênh Kết đánh giá mô hình hồi quy tiến hành đánh giá kiểm tra thông qua xác thực chéo với các điểm đo thực địa chu kỳ ngày 22/1/2015 tương ứng với điểm quan trắc chu kỳ không tham gia tính tốn mơ hình Từ kết tính kiểm tra ta thấy rằng, giá trị tính giá trị đo chu kỳ cho sai số trung phương là 65μg/m3 và tính tương quan cao Tuy nhiên kiểm tra cho với giá trị đo bụi thực địa khơng ngày cho kết sai sớ trung phương lớn (ngày 30/5/2015 là 420 μg/m3, ngày 10/12/2016 là 183 μg/m3) 4.4.2 Kết thực nghiệm ảnh vệ tinh LANDSAT OLI chụp ngày 30/5/2015 Trong chu kỳ 30/05/2015, tác giả sử dụng 10 điểm quan trắc bụi PM10 để tính toán mơ hình và điểm quan trắc bụi PM10 chu kỳ để kiểm tra mơ hình Từ kết tính tốn mơ hình hồi quy thể Bảng 4.12 cho thấy mô hình 15 với việc sử dụng kênh ảnh của LANDSAT 8OLI chụp ngày 30/5/2015 cho kết tốt với R2 = 0.978 sai sớ trung bình (RMSE) là 34 μg/m3 Mơ hình xác định bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh LANDSAT có phương trình sau: PM10 = 45446 Ra(λ1) -60149 Ra(λ2)+ 1949 Ra(λ3) -15291 Ra(λ4) (4.1) Trong đó: Ra(λi) giá trị phản xạ khí quyển xác định ảnh LANDSAT 8OLI tương ứng với Kênh 1, Kênh 2, Kênh 3, Kênh Từ phương trình (4.2), tác giả xác định đồ phân bố bụi từ ảnh vệ tinh ngày 22/1/2015, ngày 30/5/2015, ngày 10/12/2016 xác định giá trị bụi PM10 tính tại các điểm kiểm tra Kết đánh giá mơ hình hồi quy tiến hành kiểm tra thông qua xác thực chéo với điểm điểm đo thực địa chu kỳ không tham gia tính tốn mơ hình ngày 30/5/2015 Kết kiểm tra cho thấy giá trị tính giá trị đo chu kỳ cho sai số trung phương nhỏ 37μg/m3 và tính tương quan cao Tuy nhiên kiểm tra cho chu 21 kỳ khác khơng ngày cho kết sai sớ trung phương lớn nhiều, cụ thể ngày 22/1/2015 1611 μg/m3, ngày 10/12/2016 852 μg/m3 4.4.3 Đánh giá kết hồi quy tuyến tính với ảnh vệ tinh đơn thời gian Kết so sánh giá trị tương quan và sai sớ trung bình của 15 mơ hình hồi quy tuyến tính cho thấy mơ hình sử dụng kênh ảnh cho giá trị hệ số tương quan lớn sai sớ trung bình nhỏ so với mơ hình cịn lại Cụ thể giá trị hệ số tương quan R2 = 0.996 R2 = 0.978, sai sớ trung bình (RMSE) là 33 μg/m3 và 34 μg/m3 tương ứng ngày 22/1/2015 ngày 30/5/2015 (b) (a) Hình 4.13 Bản đồ phân bớ bụi PM10 tính tốn sử dụng phản xạ khí qủn của kênh ảnh LANDSAT 8OLI (a) Ảnh chụp ngày 22/1/2015; (b) Ảnh chụp ngày 30/5/2015 Tuy nhiên kiểm tra chéo với các điểm không chu kỳ cho thấy giá trị tính giá trị đo bụi thực địa tại chu kỳ khác khơng ngày cho kết sai số trung phương cao nhiều (Bảng 4.11 Bảng 4.13) Kết này phản ánh mơ hình đề xuất với ảnh đơn thời gian đảm bảo độ chính xác xác định dùng để xác định nồng độ bụi PM10 ảnh đấy, sử dụng cho ảnh ở thời điểm khác khơng đảm bảo độ xác 4.5 Kết thực nghiệm với ảnh vệ tinh đa thời gian Tác giả đề xuất việc xây dựng mơ hình hồi quy tuyến tính thành lập đồ bụi PM10 khơng khí từ ảnh vệ tinh LANDSAT OLI đa thời gian Trên sở nghiên cứu quy luật bụi ở thành phố Hà Nội, tác giả chọn chu kỳ ảnh đại diện cho thời điểm thời điểm có nhiệt độ cao thời điểm có nhiệt độ thấp năm để xây dựng mơ hình Cụ thể ở tác giả sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT OLI ngày 22/1/2015 ngày 30/5/2015 20 giá trị quan trắc bụi PM10 thời điểm để xây dựng mơ hình hồi quy tuyến tính Mơ 22 hình đề xuất kiểm tra chéo với 10 giá trị quan trắc bụi thực chu kỳ (ngày 22/1/2015 ngày 30/5/2015) 14 giá trị quan trắc bụi thực địa không chu kỳ ngày 10/12/2016 Tác giả xây dựng mơ hình xác định bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh LANDSAT đa thời gian có dạng sau: PM10 = 13458 Ra(λ1) -6814 Ra(λ2) -38702 Ra(λ3) +22859 Ra(λ4) (4.3) Trong đó: Ra(λi) giá trị phản xạ khí quyển xác định ảnh LANDSAT 8OLI tương ứng với Kênh 1, Kênh 2, Kênh 3, Kênh Từ phương trình (4.3), tác giả tiến hành thành lập đồ bụi PM10 từ ảnh vệ tinh LANDSAT 8OLI cho ngày 22/1/2015 ngày 30/5/2015 thể Hình 4.14 và xác định nồng độ bụi PM10 đồ vừa thành lập Hình 4.14 Bản đồ phân bớ bụi PM10 tính tốn mô hỉnh sử dụng kênh ảnh (a) Ảnh ngày 22/1/2015; (b) Ảnh chụp 30/05/2015 Hình 4.15 Bản đồ PM10 kết kiểm tra mơ hình đa chu kỳ (chu kỳ ngày 22/1/2015 30/5/2015) sử dụng phản xạ khí quyển phương pháp hiệu chỉnh khí quyển LaSRC của kênh ảnh vệ tinh LANDSAT 8OLI ngày 10/12/2016 để tính tốn mơ hình Tác giả tiến hành đánh giá độ xác nồng độ bụi PM10 khơng khí xác định từ tư liệu ảnh LANDSAT so với liệu đo bụi thực địa tương ứng điểm ngày 22/1/2015 và điểm ngày 30/5/2015 phương pháp sai số trung phương (Bảng 4.15) Từ kết kiểm tra cho thấy, giá trị tính giá trị đo chu 23 kỳ cho sai số trung phương nhỏ, cụ thể ngày 22/1/2015 66μg/m3, ngày 30/5/2015 37μg/m3 So sánh với sai sớ mơ hình đơn chu kỳ (ở mục 4.4.1 và 4.4.2) có độ chính xác tương đương Với giá trị đo bụi thực địa ngày 10/12/2016 cho kết sai sớ trung phương nhỏ nhiều tính đơn ảnh 4.6 Kết luận chương Qua kết tính tốn, kiểm tra mơ hình so sánh đồ phân bớ bụi PM10 với trường hợp cụ thể, tác giả có số nhận xét sau: - Các phương pháp hiệu chỉnh khí qủn ảnh vệ tinh quang học có ảnh hưởng đến độ chính xác xác định mơ hình phân bớ bụi khơng khí PM10 Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển LaSRC cho kết hệ số tương quan cao sai số chuẩn thấp - Kết tính toán các mơ hình xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh ở hai thời điểm đặc trưng cho kết tương quan tốt (giá trị R2 lớn 0.8) và sai sớ trung phương giá trị tính giá trị đo bụi thực địa nhỏ Điều chứng minh tính tương quan tuyến tính phản xạ khí qủn tính tốn ảnh vệ tinh LANDSAT OLI bụi khơng khí cao Từ khẳng định tính khả thi của phương pháp đề xuất - So sánh mơ hình xác định nồng độ bụi PM10 từ liệu ảnh vệ tinh quang học với liệu đo thực địa cho thấy mô hình dựa liệu ảnh độc lập cho sai số trung phương nhỏ đối với liệu đo chu kỳ sai số trung phương lớn đối với liệu đo khác chu kỳ Mơ hình xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí sử dụng kết hợp liệu ảnh vệ tinh quang học nhiều chu kỳ năm, so sánh với liệu đo thực địa của năm cho độ chính xác cao so với mơ hình dựa liệu ảnh độc lập KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu sở lý thuyết thực nghiệm của phương pháp xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí liệu ảnh vệ tinh, tác giả có sớ kết luận sau: - Phương pháp xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh đề xuất sử dụng luận án chứng minh đảm bảo độ tin cậy sở lý thuyết kết thực nghiệm Mô hình xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí xác định dựa phân tích hồi quy tuyến tính giá trị phản xạ khí quyển giá trị đo bụi mặt đất tại thời điểm Kết 24 chứng minh giá trị phản xạ khí quyển xác định ảnh vệ tinh quang học có tính tương quan cao với nồng độ bụi PM10 khơng khí tại khu vực Hà Nội, từ đó làm sở để áp dụng đối với khu vực đô thị khác ở Việt Nam - Phân tích sở lý thuyết của “cửa sổ khí quyển” của sóng xạ điện từ kết thực nghiệm cho thấy việc kết hợp kênh ảnh ảnh LANDSAT 8OLI dải sóng nhìn thấy (Kênh - Coastal aerosol; Kênh 2- Blue; Kênh - Green; Kênh - Red) cho hệ số tương quan cao sai số trung phương nhỏ - Kết nghiên cứu của luận án chứng minh ảnh hưởng của các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển của ảnh vệ tinh quang học đến độ xác của mơ hình xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ liệu ảnh vệ tinh giá trị đo bụi mặt đất Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển LaSRC cho kết hệ số tương quan cao sai số trung phương thấp so với phương pháp hiệu chỉnh khí quyển DOS, FLAASH Điều đó chứng tỏ rằng, để nâng cao độ chính xác xác định nồng độ bụi PM10 khơng khí từ tư liệu ảnh vệ tinh quang học đòi hỏi cần phải xác định xác giá trị phản xạ phổ mặt đất tại thời điểm đo - Việc sử dụng liệu ảnh vệ tinh đa thời gian kết hợp với liệu quan trắc bụi mặt đất thời điểm để xây dựng mơ hình xác định nồng độ bụi từ ảnh vệ tinh khả thi và nâng cao độ xác so với sử dụng đơn chu kỳ Từ đó, tác giả đề xuất sử dụng mô hình xây dựng từ liệu đa thời gian để thành lập đồ phân bố bụi PM10 cho liệu ảnh vệ tinh tại thời điểm năm Tiền đề cho việc xây dựng mơ hình hồi quy tuyến tính phù hợp với tất chu kỳ ảnh việc quan trắc nồng độ bụi PM10 khơng khí B KIẾN NGHỊ - Trong tương lai, tác giả đề xuất cần nghiên cứu các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển ảnh vệ tinh để nâng cao độ xác của phương pháp đề xuất nội dung luận án - Nghiên cứu kết hợp loại ảnh vệ tinh đa độ phân giải, đa thời gian tại khu vực địa lý khác để nghiên cứu nâng cao độ xác của mơ hình tương quan giá trị phản xạ khí quyển giá trị đo bụi mặt đất tại thời điểm thu nhận ảnh Đồng thời đánh giá diễn biến của bụi PM10 khơng khí theo khơng gian thời gian DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NCS Tiếng Việt Nguyễn Như Hùng, Trần Vân Anh (2017), Nghiên cứu khả phát bụi PM10 khơng khí liệu ảnh vệ tinh LANDSAT OLI khu vực Hà Nội, Tạp chí khoa học Đo đạc Bản đồ, Số 32-6/2017 Nguyễn Như Hùng, Trần Vân Anh, Nguyễn Thanh Bình, Vũ Trọng Hồng (2017), Mơ hình phát bụi PM10 khơng khí khu vực Hà Nội liệu ảnh Vệ tinh LANDSAT OLI liệu đo bụi mặt đất, Hội thảo Ứng dụng GIS toàn quốc 2017, ISBN 978-604-913-652-8 Nguyễn Như Hùng, Trần Vân Anh, Phạm Quang Vinh, Nguyễn Thanh Bình, Vũ Văn Hồng (2018), Mơ hình xác định bụi PM10 khơng khí khu vực Hà Nội liệu ảnh Vệ tinh LANDSAT OLI liệu đo bụi mặt đất, Tạp chí Khoa học Trái đất Mơi trường, Vol 34 No1, 2018, ISN 2588-1094 Tiếng Anh Nguyen Nhu Hung, Tran Van Anh (2014), Estimation of PM10 from AOT of satellite LANDSAT image over Hanoi city, Proceedings International Symposium on GeoInformatics for Spatial-Infrastructure Development In Earth and Allied Sciences GIS-IDEAS 2014, ISBN: 978-604-80-0917-5 Nguyen Nhu Hung, Tran Van Anh, Tran Phuong Ly, Doan Thi Nam Phuong (2017), Study of pm10 evaluation in atmosphere by LANDSAT OLI and measurement data, experiment in Hanoi region, Vietnam, Geo-spatial Technologies and Earth Resources (GTER 2017) Publishing House for Science and Technology, Vietnam, ISBN 978-604-913-618-4 ... khác ngày CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ BỤI PM10 TRONG KHƠNG KHÍ TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC 3.1 Công thức xác định nồng độ bụi PM10 từ ảnh vệ tinh quang học Dựa nghiên cứu công bố tạp... pháp xác định nồng độ bụi PM10 từ liệu ảnh vệ tinh quang học Quy trình xác định nồng độ bụi PM10 từ liệu ảnh vệ tinh quang học liệu đo bụi mặt đất gồm bước sau: - Thu thập liệu: Tư liệu ảnh vệ. .. hợp liệu ảnh vệ tinh Landsat OLI liệu quan trắc mặt đất để xác định nồng độ bụi PM10 các đô thị Việt Nam - Xây dựng quy trình phương pháp xác định nồng độ bụi khơng khí (PM10) từ liệu ảnh