Nghiên cứu môi trường ven biển việt nam sử dụng công nghệ viễn thám và GIS

NGUYỄN HOÀNG SÂM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Hoàng Sâm KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG VEN BIỂN VIỆT NAM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG KHOÁ 2008 - 2010 Hà Nội – Năm 2011 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Lịch sử nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Những khái niệm công nghệ viễn thám GIS 1.1.1 Khái niệm viễn thám 1.1.2 Quang phổ điện từ 1.1.3 Ảnh hưởng khí 1.1.4 Đặc tính phổ đối tượng tự nhiên 1.1.5 Hệ số khác biệt thực vật (NDVI) 10 1.2 Các liệu sử dụng nghiên cứu 11 1.2.1 Dữ liệu ảnh vệ tinh 11 1.2.2 Các nguồn liệu khác 14 1.3 Tổng quan phân loại ảnh Viễn thám 14 1.3.1 Các kỹ thuật phân loại 14 1.3.2 Xác định số thống kê 16 1.3.3 Ghép nhóm 17 1.3.4 Phân loại hình hộp 18 1.3.5 Phân loại theo định 19 1.3.6 Phân loại khoảng cách ngắn 20 1.3.7 Phân loại xác suất cực đại 21 1.4 Tổng quan sản phẩm đầu nghiên cứu 23 Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học i Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS CHƯƠNG LẬP BẢN ĐỒ LỚP PHỦ THỰC VẬT CHO VIỆT NAM SỬ DỤNG DỮ LIỆU MODIS 25 2.1 Phương pháp lập đồ lớp phủ thực vật sử dụng liệu MODIS 25 2.1.1 Loại bỏ ảnh hưởng mây sử dụng thuật toán Best Index Slope Extraction (BISE) chuỗi hệ số khác biệt thực vật 26 2.1.2 Đặc tính lớp phủ thực vật 29 2.1.3 Phân loại theo phương pháp cấu trúc định 30 2.2 Kết lập đồ lớp phủ thực vật Việt Nam 32 2.2.1 Đánh giá độ xác 33 2.2.2 Nhận xét kết 34 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH CÁC LOẠI ĐẤT BỊ ẢNH HƯỞNG BỞI MỰC NƯỚC DÂNG 35 3.1 Phương pháp xác định diện tích loại đất bị ảnh hưởng 35 3.1.1 Xác định mực thủy triều 35 3.1.2 Xác định khu vực bị ảnh hưởng 37 3.1.3 Ngưỡng cao độ dùng để xác định vùng ảnh hưởng mực nước dâng 39 3.2 Kết tổng hợp khu vực bị ảnh hưởng nước biển dâng 41 3.3 Nhận xét kết 42 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH CÁC KHU VỰC RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN VIỆT NAM VÀ SỰ BIẾN ĐỔI RỪNG NGẬP MẶN 44 4.1 Phương pháp xác định khu vực rừng ngập mặn liệu Landsat, mơ hình số độ cao đồ đất 44 4.1.1 Đặc tính lớp phủ thực vật 44 4.1.2 Phương pháp loại bỏ vùng ảnh bị mây che 45 4.1.3 Phương pháp phân loại lớp phủ thực vật liệu ảnh Landsat thu nhận lần 46 4.1.4 Phương pháp phân loại lớp phủ thực vật liệu ảnh Landsat thu nhận hai mùa (mùa thu hoạch mùa cối phát triển tự nhiên) 49 4.1.5 Chuẩn hóa kết phân loại rừng ngập mặn đồ đất 51 4.2 Kết phân loại lớp phủ thực vật dùng ảnh vệ tinh Landsat 52 4.2.1 Kết chuẩn hóa rừng ngập mặn đồ đất 53 4.2.2 Đánh giá độ xác 56 Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học ii Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS 4.2.3 Nhận xét kết 57 4.3 Xác định biến đổi diện tích rừng ngập mặn 59 4.3.1 Khu vực nghiên cứu 59 4.3.2 Kết phân loại rừng ngập mặn qua thời kỳ 60 4.3.3 Kết xác định thay đổi rừng ngập mặn 62 4.3.4 Nhận xét kết 64 CHƯƠNG TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ TỪ DỮ LIỆU LANDSAT 65 5.1 Phương pháp tính tốn nhiệt độ từ liệu Landsat 65 5.1.1 Chuyển đổi từ thang đo độ sáng ảnh vệ tinh thành đơn vị lượng xạ thu nhận 65 5.1.2 Chuyển từ lượng xạ thành nhiệt độ Kelvin 66 5.1.3 Chuẩn hóa xạ 67 5.1.4 Chuyển đổi từ nhiệt độ Kelvin thành nhiệt độ Celsius 68 5.2 Kết tính tốn nhiệt độ liệu Landsat 68 5.3 Nhận xét kết 69 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH MẠNG LƯỚI SÔNG VÀ ĐƯỜNG PHÂN LƯU 70 6.1 Phương pháp xác định mạng lưới sông đường phân lưu 70 6.1.1 Loại bỏ điểm gián đoạn dịng chảy mơ hình số độ cao 70 6.1.2 Xác định hướng dòng chảy 71 6.1.3 Tính tốn tích lũy dịng chảy 73 6.1.4 Phân loại kết tính tốn tích lũy dịng chảy phân chia hạng dịng chảy 73 6.1.5 Xác định điểm tiếp nhận đường phân lưu 75 6.2 Kết xác định mạng lưới sông đường phân lưu 75 6.3 Nhận xét kết 77 CHƯƠNG KẾT LUẬN 79 LỜI CẢM ƠN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học iii Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Hoàng Sâm, học viên cao học lớp KTMT 2008-2010, thực đề tài: "Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS" hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Lân Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu thảo luận luận văn thật không chép tài liệu khác Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học iv Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DEM Mơ hình số độ cao ETM+ Vệ tinh Landsat có nhiệm vụ lập đồ chuyên đề tăng cường EVI Chỉ số thực vật tăng cường H28V8 Vị trí cột 28 hàng lưới ảnh MODIS IDL Ngơn ngữ lập trình mơ tả giao diện MIR Phổ hồng ngoại MODIS The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer NDVI Hệ số khác biệt thực vật NIR Phổ cận hồng ngoại P126R46 Vị trí cột 126 hàng 46 lưới ảnh Landsat Panchromatic Kênh ảnh tồn sắc SRTM Sản phẩm Radar có nhiệm vụ quan sát địa hình TM Vệ tinh Landsat có nhiệm vụ lập đồ chuyên đề WRS2 Hệ tham chiếu toàn cầu hệ cho ảnh Landsat Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học v Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Đặc điểm loại ảnh vệ tinh Landsat 13   Bảng 2: Đặc tính giải phổ liệu vệ tinh Landsat ETM+ 13   Bảng 3: Danh mục ảnh Landsat sử dụng 14   Bảng 4: Đặc điểm loại lớp phủ thực vật 30   Bảng 5: Các ngưỡng sử dụng phân loại ảnh 31   Bảng 6: Thống kê kết loại lớp phủ thực vật Việt nam 32   Bảng 7: Ma trận sai số 33   Bảng 8: Ngưỡng cao độ dùng để xác định vùng ảnh hưởng 40   Bảng 9: Tổng hợp khu vực bị ảnh hưởng nước biển dâng 41   Bảng 10: Diện tích loại đất bị ảnh hưởng nước biển dâng 42   Bảng 11: Ngưỡng cho phân loại ảnh Landsat thu nhận mùa 48   Bảng 12: Ngưỡng cho phân loại ảnh Landsat thu nhận hai mùa 51   Bảng 13: Phân bố diện tích rừng ngập mặn Việt Nam (Đã chuẩn hóa) 56   Bảng 14: Ma trận sai số 57   Bảng 15: Diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (Xuân Thủy - Tiền Hải) từ 1989 tới 2010 61   Bảng 16: Thay đổi diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (từ 1989 tới 2010) 62   Bảng 17: Khoảng phổ xạ liệu Landsat ETM+ (Watts/(meter squared * ster * µm)) 66   Bảng 18: Hệ số hiệu chỉnh cho band hồng ngoại nhiệt liệu Landsat ETM+ TM 67   Bảng 19: Giá trị hệ số phát xạ 68   Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học vi Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Quang phổ điện từ   Hình 2: Cửa sổ khí   Hình 3: Phổ phản xạ loại vật chất khác   Hình 4: Khái niệm NDVI 10   Hình 5: Các bước phương pháp phân loại có kiểm định 15   Hình 6: Định nghĩa lớp 15   Hình 7: Bản chất hình học phân loại hình hộp 18   Hình 8: Phương pháp phân loại theo định 19   Hình 9: Phương pháp phân loại theo khoảng cách ngắn 20   Hình 10: Khoảng cách Ơclit mảng hai chiều 20   Hình 11: Nguyên lý phân loại theo phương pháp xác suất cực đại 21   Hình 12: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu 23   Hình 13: Phương pháp lập đồ lớp phủ thực vật sử dụng liệu MODIS 25   Hình 14: Chuỗi hệ số khác biệt thực vật chuẩn hóa thuật toán Best Index Slope Extraction (BISE) với khoảng thời gian hiệu chỉnh 32 days 26   Hình 15: (i) Ảnh màu tự nhiên Modis; (ii)NDVI bị ảnh hưởng mây; (iii) NDVI chuẩn hóa thuật tốn BISE 27   Hình 16:Cấu trúc định dùng để lập đồ lớp phủ thực vật 30   Hình 17: Kết lập đồ lớp phủ thực vật cho Việt Nam sử dụng liệu MODIS 2001 32   Hình 18: Phương pháp xác định diện tích loại đất bị ảnh hưởng 35   Hình 19: Giao diện phần mềm WXTide32 chạy hệ điều hành Microsoft Windows 36   Hình 20: Xác định mực thủy triều cao thấp 36   Hình 21: Mực thủy triều cao nhất-thấp mực thủy triều kỷ tới 37   Hình 22: Cấu trúc định dùng để xác định khu vực bị ảnh hưởng thủy triều 38   Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học vii Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS Hình 23: Các khu vực thủy triều dọc theo vùng biển Việt Nam 39   Hình 24:Kết khu vực bị ảnh hưởng nước biển dâng 41   Hình 25: Sơ đồ phương pháp xác định khu vực rừng ngập mặn 44   Hình 26: Đặc tính phổ phản xạ số loại lớp phủ thực vật 45   Hình 27: (i) Tổng lượng phản xạ ảnh Landsat; (ii) Phổ hồng ngoại nhiệt Landsat (band 6) 45   Hình 28: (i) Ảnh tổ hợp màu tự nhiên Landsat ; (ii) Kết xác định vùng mây che (trắng) 46   Hình 29: Cấu trúc định dùng để xác định vùng ảnh bị mây che 46   Hình 30: (i) Ảnh tổ hợp màu tự nhiên Landsat; (ii) Đặc tính phổ vùng mẫu 46   Hình 31: Cấu trúc định dùng để xác định khu vực rừng ngập mặn liệu Landsat 47   Hình 32: Ảnh Landsat (i) Tháng 9.2001; (ii) Mùa thu hoạch tháng 11.2001 49   Hình 33: Cấu trúc định dùng để xác định lớp phủ thực vật từ ảnh Landsat khác biệt mùa vụ 49   Hình 34: Đặc tính phổ vùng mẫu 50   Hình 35: Sơ đồ chuẩn hóa kết phân loại rừng ngập mặn đồ đất 51   Hình 36: (i) Vị trí ảnh Landsat ETM+ (ii) Bản đồ lớp phủ thực vật duyên hải Việt Nam 52   Hình 37: (i) Ảnh Landsat vào mùa thu hoạch 11.2001; (ii) Ảnh Landsat 9.2001; (iii) Kết phân loại lớp phủ thực vật 52   Hình 38: (i) Bản đồ đất vùng sông Hậu Giang năm 1988 (Tỷ lệ 1:250.000); (ii) Bản đồ đất nhiễm mặn không nhiễm mặn 53   Hình 39: (i) Bản đồ đất miền Bắc 1979 (Tỷ lệ 1:500.000); (ii) Bản đồ đất nhiễm mặn không nhiễm mặn 53   Hình 40:Chuẩn hố kết phân loại rừng ngập mặn ảnh Landsat đồ đất miền Bắc 1979 54   Hình 41: Kết phân loại rừng ngập mặn Việt Nam 55   Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học viii Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS Hình 42: Phân bố diện tích rừng ngập mặn Việt Nam 56   Hình 43: Phương pháp xác định biến đổi diện tích rừng ngập mặn 59   Hình 44: Khu vực nghiên cứu (Xuân Thủy - Tiền Hải) hiển thị GoogleEarth 59   Hình 45: (i) Ảnh màu tự nhiên Landsat khu vực Xuân Thủy - Tiền Hải 1989; (ii) Kết phân loại rừng ngập mặn 60   Hình 46: (i) Ảnh màu tự nhiên Landsat khu vực Xuân Thủy - Tiền Hải 2001; (ii) Kết phân loại rừng ngập mặn 60   Hình 47: (i) Ảnh màu tự nhiên Landsat khu vực Xuân Thủy - Tiền Hải 2010; (ii) Kết phân loại rừng ngập mặn 61   Hình 48: Diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (Xuân Thủy - Tiền Hải) từ 1989 tới 2010 61   Hình 49: Kết thay đổi diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu từ 1989 tới 2010 63   Hình 50: Phương pháp tính tốn nhiệt độ từ liệu Landsat 65   Hình 51: (i) Ảnh màu tự nhiên Landsat khu vực miền Bắc 2001(P126R46); (ii) Kết phân loại lớp phủ thực vật 68   Hình 52: Kết tính tốn nhiệt độ liệu Landsat 69   Hình 53: Sơ đồ trích xuất dạng thông tin thủy văn 70   Hình 54: Mơ hình số độ cao trước sau loại bỏ điểm trũng 70   Hình 55: Mơ hình số độ cao trước sau loại bỏ điểm cao bất thường 71   Hình 56: Xác định hướng dịng chảy 71   Hình 57: Tính tốn tích lũy dịng chảy 73   Hình 58: Phương pháp xếp STRAHLER Shreve 74   Hình 59: Xác định đường phân lưu 75   Hình 60: Kết xác định mạng lưới sông thuộc tỉnh Hà Tĩnh 76   Hình 61: Kết xác định lưu vực sông thuộc tỉnh Hà Tĩnh 76   Hình 62: Hiển thị lưu vực tỉnh Hà Tĩnh mơ hình số độ cao dạng 3D 77   Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học ix Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS 4.3.2 Kết phân loại rừng ngập mặn qua thời kỳ (i) (ii) Hình 45: (i) Ảnh màu tự nhiên Landsat khu vực Xuân Thủy - Tiền Hải 1989; (ii) Kết phân loại rừng ngập mặn (i) (ii) Hình 46: (i) Ảnh màu tự nhiên Landsat khu vực Xuân Thủy - Tiền Hải 2001; (ii) Kết phân loại rừng ngập mặn Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 60 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS (i) (ii) Hình 47: (i) Ảnh màu tự nhiên Landsat khu vực Xuân Thủy - Tiền Hải 2010; (ii) Kết phân loại rừng ngập mặn Hình 48: Diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (Xuân Thủy - Tiền Hải) từ 1989 tới 2010 Bảng 15: Diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (Xuân Thủy - Tiền Hải) từ 1989 tới 2010 Year Area (Meters²) 1989 12.019.675 2001 10.817.545 2010 14.363.829 Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 61 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS 4.3.3 Kết xác định thay đổi rừng ngập mặn No Bảng 16: Thay đổi diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu (từ 1989 tới 2010) Class Area (m2) Mất hẳn rừng giai đoạn 1989 - 2001 Cut from 1989-2001 but not grow again Mất hẳn rừng già giai đoạn 2001 - 2010 Cut old mangrove from 2001-2010 10,138,504.50 858,548.25 Rừng mọc giai đoạn 1989-2001 bị chặt 2001-2010 2,005,445.25 Grow 1989-2001 cut 2001-2010 Tổng diện tích rừng bị chặt Rừng mọc 1989-2001 Grow 1898-2001 Rừng mọc 2001-2010 New grow 2001-2010 Tổng diện tích rừng mọc Rừng bị cắt 1989-2001 tái sinh 2001-2010 Cut 1989-2001 but grow again 2001-2010 Phần diện tích rừng già khơng bị thay đổi No change Diện tích rừng khơng thay đổi Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 13,002,498.00 7,238,772.00 6,102,434.25 13,341,206.25 307,842.75 714,780.00 1,022,622.75 62 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng cơng nghệ viễn thám GIS Hình 49: Kết thay đổi diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu từ 1989 tới 2010 Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 63 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS 4.3.4 Nhận xét kết - Diện tích rừng ngập mặn năm 2010 lớn năm 1989 2001 Diện tích rừng ngập mặn có xu hướng giảm giai đoạn 1989 đến 2001 lại tăng lên giai đoạn 2001 đến 2010 - Tổng diện tích rừng mọc lớn tổng diện tích rừng bị chặt Có thể thấy phần lớn diện tích rừng bị chặt diễn giai đoạn 1989 đến 2001 Khu vực rừng mọc đa số xuất bãi bồi hình thành - Phần lớn rừng ngập mặn rừng có tuổi nhỏ 20 năm mọc bãi bồi Phần diện tích rừng già khơng bị thay đổi 714,780 m2 (khoảng 5%) Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 64 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS CHƯƠNG TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ TỪ DỮ LIỆU LANDSAT 5.1 Phương pháp tính tốn nhiệt độ từ liệu Landsat Phổ hồng ngoại nhiệt (Dạng số nguyên) Dữ liệu ảnh Landsat Chuyển hóa thành xạ W/(m2*ster*µm) Kết phân loại lớp phủ Bảng hệ số phát xạ Chuyển thành nhiệt độ (K) Chuẩn hoá nhiệt độ(K) Chuyển đơn vị đo nhiệt độ (C) Hình 50: Phương pháp tính tốn nhiệt độ từ liệu Landsat 5.1.1 Chuyển đổi từ thang đo độ sáng ảnh vệ tinh thành đơn vị lượng xạ thu nhận Công thức sau sử dụng để chuyển đơn vị độ sáng (DN) liệu Landsat Global Land Cover Facility (GLCF) cung cấp thành đơn vị xạ14: Lλ = ((LMAXλ - LMINλ)/(QCALMAX-QCALMIN)) * (QCALQCALMIN) + LMINλ Trong đó: - Lλ = Năng lượng xạ cửa thu cảm biến W/(m2*ster*µm) - QCAL = Giá trị độ sáng pixel lượng tử hóa hiệu chỉnh (DN) - LMINλ = Năng lượng xạ mà định tỷ lệ thành QCALMIN W/(m2*ster*µm) - LMAXλ= Năng lượng xạ mà định tỷ lệ thành QCALMAX W/(m2*ster*µm) 14 http://landsathandbook.gsfc.nasa.gov/handbook/handbook_htmls/chapter11/chapter11.ht ml Nguyễn Hồng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 65 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS - QCALMIN = Giá trị độ sáng nhỏ pixel lượng tử hóa hiệu chỉnh (tương ứng với LMINλ) (QCALMIN = áp dụng cho sản phẩm LPGS NLAPS xử lý sau ngày 4/4/2004; QCALMIN = áp dụng cho sản phẩm NLAPS xử lý trước ngày4/5/2004) - QCALMAX = Giá trị độ sáng lớn pixel lượng tử hóa hiệu chỉnh (tương ứng vớiLMAXλ) (QCALMAX= 255) Bảng 17: Khoảng phổ xạ liệu Landsat ETM+ (Watts/(meter squared * ster * µm)) Processed Before July 1, 2000 Low Gain Band Number High Gain Processed After July 1, 2000 Low Gain High Gain LMIN LMAX LMIN LMAX LMIN LMAX LMIN LMAX -6.2 297.5 -6.2 194.3 -6.2 293.7 -6.2 191.6 -6.0 303.4 -6.0 202.4 -6.4 300.9 -6.4 196.5 -4.5 235.5 -4.5 158.6 -5.0 234.4 -5.0 152.9 -4.5 235.0 -4.5 157.5 -5.1 241.1 -5.1 157.4 -1.0 47.70 -1.0 31.76 -1.0 47.57 -1.0 31.06 0.0 17.04 3.2 12.65 0.0 17.04 3.2 12.65 -0.35 16.60 -0.35 10.932 -0.35 16.54 -0.35 10.80 -5.0 244.00 -5.0 158.40 -4.7 243.1 -4.7 158.3 5.1.2 Chuyển từ lượng xạ thành nhiệt độ Kelvin Theo định luật xạ Planck áp dụng cho vật đen tuyệt đối: T= hc 2hc "K ln( +1) "I Hay viết theo cách khác: ! Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 66 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng cơng nghệ viễn thám GIS Trong đó: T = Nhiệt độ hiệu đầu thu vệ tinh tính theo Kelvin K2 = Hệ số hiệu chỉnh lấy từ bảng K1 = Hệ số hiệu chỉnh lấy từ bảng L = Năng lượng phản xạ watts/(meter squared * ster * µm) Bảng 18: Hệ số hiệu chỉnh cho band hồng ngoại nhiệt liệu Landsat ETM+ TM Constant 1- K1 Constant - K2 watts/(meter squared * ster * µm) Kelvin Landsat 666.09 1282.71 Landsat 607.76 1260.56 5.1.3 Chuẩn hóa xạ Theo định luật Stefan–Boltzmann15, cịn gọi định luật Stefan, cho tổng số lượng xạ bề mặt đơn vị diện tích vật đen đơn vị thời gian (còn gọi phát xạ vật đen, mật độ dòng lượng, thông lượng xạ), j* , tỉ lệ thuận trực tiếp với lũy thừa bậc bốn nhiệt độ tuyệt đối chính: Nhìn chung vật vật xám Do vậy, khơng hấp thụ hay phản xạ tồn dịng xạ Thay vào đó, phát xạ phần đặc trưng hệ số phát xạ ε: Phát xạ j* đo đạc theo dòng lượng (năng lượng thời gian diện tích), hệ thống đo đạc SI quy định đơn vị J/s/m2 hay watt/m2 Hệ SI quy định nhiệt độ tuyệt đối kelvin ε hệ số phát xạ vật xám; vật đen tuyệt đối ε = Trong nhiều trường hợp chung, hệ số phát xạ phụ thuộc vào độ dài bước sóng, ε = ε(λ) 15 http://en.wikipedia.org/wiki/Stefan%E2%80%93Boltzmann_law Nguyễn Hồng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 67 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS Do đó, cơng thức chuẩn hóa phát xạ sau: Ts = Tb / ε / Ts = Nhiệt độ bề mặt vật phát xạ tính theo độ Kelvin ε hệ số phát xạ Tb = Nhiệt độ vật đen tuyệt đốitương ứng (K) Bảng 19: Giá trị hệ số phát xạ 16 Land class type Emissivity ( ε ) Nước 0.99 Thực vật 0.969 Đô thị 0.92 Đất trống 0.949173 5.1.4 Chuyển đổi từ nhiệt độ Kelvin thành nhiệt độ Celsius T (Celsius) = T (kelvin) – 273 5.2 Kết tính tốn nhiệt độ liệu Landsat (i) (ii) Hình 51: (i) Ảnh màu tự nhiên Landsat khu vực miền Bắc 2001(P126R46); (ii) Kết phân loại lớp phủ thực vật 16 http://www.icess.ucsb.edu/modis/EMIS/html/em.html Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 68 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS HonGai Mine Coal Haiphong city Nam Dinh city Hình 52: Kết tính tốn nhiệt độ liệu Landsat 5.3 Nhận xét kết Một số khu vực có nhiệt độ cao (trên 34 0C) xác định (i) thành phố, (ii) Khu vực mỏ than, (iii) khu công nghiệp, (iv) bãi cát khô trống Nhiệt độ khu vực đất liền dao động khoảng 230C (khu vực nông thôn, cánh đồng) đến 380C (khu vực đô thị, công nghiệp) Nhiệt độ nước biển nhìn chung thấp nhiệt độ đất liền (dưới 230C) Nhiệt độ giảm dần độ sâu tăng dần Khu vực bị ảnh hưởng mây thể nhiệt độ 120C Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 69 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS CHƯƠNG XÁC ĐỊNH MẠNG LƯỚI SÔNG VÀ ĐƯỜNG PHÂN LƯU 6.1 Phương pháp xác định mạng lưới sơng đường phân lưu Hình 53: Sơ đồ trích xuất dạng thông tin thủy văn 6.1.1 Loại bỏ điểm gián đoạn dịng chảy mơ hình số độ cao Các điểm làm gián đoạn dịng chảy chia làm loại điểm trũng điểm cao bất thường Điểm trũng (ao, hồ, thùng, vũng ) khu vực thấp khu vực xung quanh phù hợp để gọi điểm bẫy nước, hố sụt Đây khu vực hệ thống thoát nước nội Các điểm nên loại bỏ để đảm bảo phân định đắn cho lưu vực dòng chảy.Nếu điểm khơng loại bỏ, mạng lưới nước có lẽ bị gián đoạn Hình 54: Mơ hình số độ cao trước sau loại bỏ điểm trũng Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 70 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS Công cụ sử dụng để loại bỏ điểm cao bất thường lỗi trình tạo mơ hình số độ cao Hình 55: Mơ hình số độ cao trước sau loại bỏ điểm cao bất thường 6.1.2 Xác định hướng dòng chảy Hình 56: Xác định hướng dịng chảy Đầu cơng cụ xác định hướng dịng chảy ảnh có giá trị độ sáng số nguyên từ tới 255 Giá trị cho hướng chảy từ trung tâm là: Ví dụ, hướng độ dốc phía trái hướng chảy gán giá trị 16 Nếu ô thấp lân cận, gán giá trị lân cận thấp dịng chảy xác định hướng tới ô Nếu nhiều ô lân cận có giá Nguyễn Hồng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 71 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS trị thấp gắn giá trị dòng chảy xác định theo cách Nó thường loại bỏ điểm trũng coi điểm nhiễu Nếu có độ thay đổi giá trị độ cao với nhiều hướng khác phần vùng trũng hướng dịng chảy khơng xác định Trong trường hợp đó, giá trị gán cho tổng hướng Ví dụ, thay đổi độ cao giống phía phải (gán giá trị 1) hướng xuống (gán giá trị 4), hướng dòng chảy ô 1+4=5 Các ô không xác định hướng chảy đánh dấu điểm nhiễu (Điểm trũng điểm cao bất thường) Nếu có độ thay đổi giá trị độ cao với nhiều hướng khác khơng phần vùng trũng hướng dịng chảy xác định dựa bảng tham chiếu See Greenlee (1987) Kết tính thay đổi cao độ chia cho chiều dài trung tâm ô, thể % Đối với ô liền kề, tương tự phần trăm độ dốc ô Đối với khu vực phẳng, khoảng cách trở thành khoảng cách tới gần có cao độ thấp Kết đồ tăng phần trăm đường dốc từ Khi tính tốn độ dốc khu vực phẳng, khoảng cách đường chéo ô 1.414 nhân với kích thước xấp xỉ 1.5 nhân với kích thước để tăng tốc độ tính tốn số ngun Khi sử dụng lựa chọn thông thường, ô biên ảnh chảy vào phía với thay đổi cao độ Nếu thay đổi thấp 0, chảy ngồi bề mặt Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 72 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng cơng nghệ viễn thám GIS 6.1.3 Tính tốn tích lũy dịng chảy Hình 57: Tính tốn tích lũy dịng chảy Kết tính tốn tích lũy dịng chảy ảnh tích lũy dịng chảy tới xác định tích lũy trọng số từ tất chảy vào ô thấp Các ô không xác định hướng chảy nhận dịng chảy; chúng khơng phân phối dịng chảy cho khác Một ô xem không xác định hướng chảy giá trị hướng dịng chảy số khác số 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 Tích lũy dịng chảy dựa số lượng ô chảy vào ô ảnh kết Ơ tính tốn khơng tính vào tích lũy Ơ kết với độ tích lũy dịng chảy cao khu vực tập trung dịng chảy cao định nghĩa kênh dẫn nước Ơ kết với độ tích lũy dòng chảy cao nằm điểm cao địa hình định nghĩa đường phân thủy 6.1.4 Phân loại kết tính tốn tích lũy dịng chảy phân chia hạng dịng chảy Kết hàm tính tốn tích lũy dịng chảy sử dụng để tạo hệ thống mạng lưới dòng chảy cách áp dụng ngưỡng để lựa chọn với tích lũy dịng chảy cao Ví dụ, có 100 khác chảy vào thường xem thành phần mạng lưới dòng chảy Kết mạng lưới Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 73 Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS dịng chảy sử dụng để trích xuất đặc tính mạng lưới liên kết mạng lưới dịng chảy Một phương pháp phân tích để xác định giá trị ngưỡng thích hợp cho xác định mạng lưới trình bày báo Tarboton (1991) Do vậy, mạng lưới dịng chảy trình bày dạng ảnh tạo áp dụng ngưỡng dựa kết tính tốn tích lũy dòng chảy Kết cho ảnh mạng lưới dòng chảy với lớp lớp mạng lưới lớp khơng phải mạng lưới Nếu Tích lũy dịng chảy lớn Ngưỡng Mạng lưới khơng khơng thuộc mạng lưới *Phân chia hạng dịng chảy Hình 58: Phương pháp xếp STRAHLER Shreve Kết phân hạng dòng chảy tốt liệu mạng dòng chảy hướng dòng chảy tạo từ bề mặt Nếu liệu mạng dòng chảy lấy từ liệu khác, kết khơng sử dụng theo cách dựa ô tương ứng với ô, hướng dịng chảy khơng tương ứng với mạng ô nằm mạng lưới Trong phương pháp xếp STRAHLER, tất liên kết không phân nhánh xếp nhánh cấp Khi nhánh cấp giao cắt từ điểm xếp thành loại nhánh cấp Khi nhánh cấp giao cắt hình thành lên nhánh cấp tương tự Khi nhánh có cấp giao cắt với hình thành lên nhánh cấp cao Đây phương pháp phổ biến phương pháp xếp hạng dòng chảy Kết việc xếp tạo ảnh số nguyên Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học 74 ... "Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS" Nguyễn Hoàng Sâm – Luận văn tốt nghiệp cao học Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS. .. Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ Viễn thám GIS nghiên. .. nghiệp cao học Nghiên cứu môi trường ven biển Việt Nam sử dụng công nghệ viễn thám GIS CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Những khái niệm công nghệ viễn thám GIS 1.1.1 Khái niệm viễn thám Viễn thám định nghĩa