1.4. Các phương pháp nghiên cứu xói lở bờ biển
1.4.5. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
Tư liệu viễn thám giúp nắm bắt nhanh các thông tin về biến động của đối tượng tự nhiên, đồng thời phối hợp với các hệ thông tin địa lý, chúng ta sẽ có được bức tranh đồng bộ toàn cảnh về môi trường tự nhiên. Ứng dụng tổ hợp công nghệ viễn thám với hệ thống thông tin địa lý nhằm nhanh chóng phát hiện sự biến động của môi trường theo thời gian, đặc biệt là môi trường ven biển, phát hiện những thay đổi do thiên nhiên hoặc con người nhờ các bản đồ dẫn xuất và số liệu thống kê lấy từ ảnh đa thời gian, qua đó có thể đánh giá các hoạt động kinh tế của con người và tác động của nó đến thiên nhiên và môi trường, đề xuất hướng sử dụng hợp lý tài nguyên và quy hoạch phát triển bền vững. Bên cạnh những đánh giá về tác động của thiên nhiên và con người đến quá trình xói lở - bồi tụ bờ biển khu vực nghiên cứu, nhờ sự trợ giúp của máy tính và một số phần mềm ứng dụng, những số liệu đồng bộ về bản đồ đánh giá giúp cho nhà quản lý có được bức tranh toàn cảnh tương đối tổng hợp về đối tượng cần quan tâm.
1.4.5.1. Phương pháp phân tích ảnh viễn thám
Cơ sở vật lý của tư liệu viễn thám là phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên, có thể phân tích và thể hiện các đặc trưng của các đối tượng về các tính chất vật lý hay hoá học của chúng. Dựa trên đặc trưng phản xạ phổ của từng
lớp đối tượng, có thể xác định được sự có mặt và hàm lượng của các đối tượng này. Trong phân tích biến động đường bờ, có thể sử dụng ảnh Landsat với các kênh nằm trong dải ánh sáng nhìn thấy (dải thị tần) và vùng cận hồng ngoại, cụ thể gồm kênh 1 (màu xanh lam), kênh 2 (màu xanh lục), kênh 3 (màu đỏ), kênh 4 (vùng cận hồng ngoại).
Với nguồn ảnh viễn thám quang học nói chung và ảnh Landsat nói riêng, khi phân tích ranh giới bờ và nước cần tiến hành hiệu chỉnh ảnh hưởng của khí quyển. Trước hết từ ảnh gốc cần biến đổi giá trị cấp độ xám DN về dạng bức xạ trước đầu thu L*(Wm-2sr-1μm-1) dựa vào hàm phản ảnh phổ tương thích của mỗi loại đầu thu (sensor). Sau đó, L* được biến đổi về phản xạ ở đỉnh khí quyển (TOA), R*. Tiếp theo, sử dụng các mô hình hiệu chỉnh khí quyển (Vermote et al., 1997), biến đổi từ ảnh phản xạ khí quyển TOA về phản xạ bề mặt (Trái đất).
a)
b)
Hình 1.1. a) Đặc trưng của các kênh phổ trong nước và b) Phản xạ của nước với một số bước sóng trong dải thị tần và cận hồng ngoại
Phản xạ R* với đối tượng nước, cụ thể là phản xạ rời khỏi mặt nước Rw được mô tả thông qua công thức:
R* = Tg(Ra + Rr + TdRw) (1.1) Trong đó: Ravà Rr là phản xạ của sol khí và phản xạ Rayleigh.
Tg và Td là tham số truyền dẫn và khuyếch tán bức xạ trong khí quyển.
Cuối cùng phản xạ được tính theo mối quan hệ:
) . 1
( w
w
rs S R
R R
(1.2)
Với S là albedo (suất phân chiếu) bầu trời.
Trong luận văn sử dụng ảnh vệ tinh Landsat có độ phân giải trung bình.
Đặc biệt, hiện nguồn tư liệu này đang được cung cấp miễn phí và được sử dụng rất phổ biến phục vụ cho mục đích nghiên cứu, đánh giá chất lượng môi trường. Đến nay, Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) đã phóng 8 thế hệ vệ tinh trong hệ thống Landsat. Bộ cảm biến trên các thế hệ vệ tinh được
nghiên cứu và cải tiến liên tục cho phép thu thập các thông tin ngày càng chi tiết về các đối tượng trên mặt đất. Gần đây nhất, vệ tinh Landsat 8 đã được phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 12/02/2013 với tên gọi Landsat Data Continuity Mission (LDCM), sau thời gian thử nghiệm và hiệu chỉnh đã cung cấp số liệu chính thức từ tháng 4/2013.
Thông số chi tiết ảnh vệ tinh sử dụng trong nghiên cứu được trình bày trong các bảng dưới đây:
Bảng 1.1. Các thông số của ảnh vệ tinh Landsat 5 (TM)
Kờnh ảnh Tờn kờnh Bước súng (àm) Độ phõn giải (m)
Kênh 1 (VIS-B) Xanh lam 0,45 - 0,52 30
Kênh 2 (VIS-G) Xanh lục 0,52 - 0,60 30
Kênh 3 (VIS-R) Đỏ 0,63 - 0,69 30
Kênh 4 (NIR) Cân hồng ngoại 0,76 - 0,90 30
Kênh 5 (SWIR) Hồng ngoại sóng ngắn 1,55 - 1,75 30 Kênh 6 (TIR) Hồng ngoại nhiệt 10,40 - 12,50 120 Kênh 7 (MIR) Hồng ngoại sóng ngắn 2,08 - 2,35 30
Bảng 1.2. Các thông số của ảnh vệ tinh Landsat 7 (ETM+)
Kờnh ảnh Tờn kờnh Bước súng (àm) Độ phõn giải (m)
Kênh 1 (VIS-B) Xanh lam 0,45 - 0,52 30
Kênh 2 (VIS-G) Xanh lục 0,52 - 0,60 30
Kênh 3 (VIS-R) Đỏ 0,63 - 0,69 30
Kênh 4 (NIR) Cân hồng ngoại 0,76 - 0,90 30
Kênh 5 (SWIR) Hồng ngoại sóng ngắn 1,55 - 1,75 30 Kênh 6 (TIR) Hồng ngoại nhiệt 2,08 - 2,35 30 Kênh 7 (MIR) Hồng ngoại sóng ngắn 10,40 - 12,50 60
Kênh 8 (PAN) Toàn sắc Panchromatic 15
Bảng 1.3. Các thông số của ảnh vệ tinh Landsat 8 (OLI+TIRS)
Kờnh ảnh Tờn kờnh Bước súng (àm) Độ phõn giải (m) Kênh 1 - Coastal
aerosol Ven biển+Sol khí 0,43 - 0,45 30
Kênh 2 (VIS-B) Xanh lam 0,45 - 0,51 30
Kênh 3 (VIS-G) Xanh lục 0,53 - 0,59 30
Kênh 4 (VIS-R) Đỏ 0,64 - 0,67 30
Kênh 5 (NIR) Cân hồng ngoại 0,85 - 0,88 30
Kênh 6 (SWIR 1) Hồng ngoại
sóng ngắn 1 1,57 - 1,65 30
Kênh 7 (SWIR 2) Hồng ngoại sóng
ngắn 2 2,11 - 2,29 30
Kênh 8 (PAN) Toàn sắc 0,50 - 0,68 15
Kênh 9 (Cirrus) Mây quyển 1,36 - 1,38 30
Kênh 10 (TIRS 1) Hồng ngoại nhiệt 1 10,60 - 11,19 100 (30*) Kênh 11 (TIRS 2) Hồng ngoại nhiệt 2 11,50 - 12,51 100 (30*)
1.4.5.2. Hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information System - gọi tắt là GIS) là một phần của công nghệ thông tin được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rộng rãi trong 10 năm lại đây. Ngày nay, GIS là một công cụ trợ giúp quyết định sự thành công trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. Hệ thống thông tin địa lý GIS có khả năng đánh giá hiện trạng của quá trình, các thực thể của tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào.
Trong luận văn, công nghệ GIS giúp cho việc lưu trữ, cập nhật và sử dụng có hiệu quả các dữ liệu có đã có về hiện tượng xói lở. Phương pháp bản đồ (mô hình không gian, trực quan) giúp cho việc thể hiện trực quan nhất các kết quả nghiên cứu, các điểm nóng về xói lở.