2.1.1.1. Thu thập dữ liệu viễn thỏm:
Ảnh viễn thỏm tai Việt Nam hiện nay đƣợc thu nhận một cỏch chủ động và hiệu quả từ Trạm Thu ảnh của Trung tõm Viễn thỏm quốc gia. Vỡ võy, trong quỏ trỡnh thu thập dữ liệu viễn thỏm, ngoài cỏc tƣ liệu sẵn cú, chỳng ta cần xỏc định cỏc thời điểm đặt mua và thu nhận tớn hiệu từ vệ tinh. Do đú, cần nghiờn cứu để lập ra hai quy trỡnh thu ảnh: quy trỡnh đặt thu ảnh thƣờng xuyờn và quy trỡnh đặt thu ảnh trong cỏc trƣờng hợp khẩn cấp khi xảy ra thiờn tai lũ lụt . Đối với quy trỡnh thu ảnh thƣờng xuyờn, việc thu ảnh tại trạm thu cần tuõn thủ theo cỏc bƣớc nhƣ trỡnh bày ở dƣới. Quy trỡnh đặt thu ảnh trong cỏc trƣờng hợp khẩn cấp khi xảy ra thiờn tai lũ lụt đƣợc cõn nhắc cỏc điều kiện đặt và thu ảnh, đƣợc trỡnh bày ở Chƣơng 4.
Thu ảnh vệ tinh Spot
H
Hỡỡnnhh22..QQuuyyttrrỡỡnnhhđđặặtttthhuuảảnnhhvvệệttiinnhhSSppoott
Đặt yờu cầu thu ảnh
Sau khi Trạm thu ảnh vệ tinh nhận đƣợc yờu cầu cung cấp loại tƣ liệu ảnh vệ tinh của vựng mà ngƣời sử dụng quan tõm, quản lý trạm thu sẽ xử lý kế hoạch thu ảnh. Cụng đoạn đầu tiờn là xỏc lập khu vực cần thu ảnh ở dạng tệp tin vộctơ hoặc ở dạng hỡnh ảnh trờn cụng cụ chuyờn dụng PRM (Programming Relation Management Tool) của SPOT Image rồi gửi yờu cầu thu nhận tớn hiệu ảnh trong khoảng thời gian đƣợc
yờu cầu ở định dạng tài liệu chuẩn (do SPOT Image quy định) đến SPOT Image thụng qua mạng Internet. Tiếp theo SPOT Image sẽ gửi lại thƣ điện tử xỏc nhận đó nhận đƣợc yờu cầu cho quản lý trạm thu.
Tớnh khả thi của yờu cầu
Ngƣời lập kế hoạch của SPOT Image sẽ chia vựng quan tõm dƣới dạng lƣới ụ vuụng và nghiờn cứu kỹ về tớnh khả thi cho việc thu ảnh tại vựng đú nhƣ: kiểm tra vị trớ địa lý và thời gian cần thu ảnh cú trựng với cỏc yờu cầu của cỏc trạm thu khỏc nhận trƣớc đú hay khụng và thụng tin về thời tiết của khu vực cần thu ảnh. Sau đú SPOT Image sẽ gửi lại tớnh khả thi của yờu cầu (tớnh khả thi cao, vừa, ớt khả thi) cho quản lý trạm thu. SPOT Image sẽ đặt yờu cầu thu ảnh ở mức ƣu tiờn hơn nếu dự bỏo thời tiết của vựng quan tõm đẹp (bầu trời trong, khụng mõy). Ngƣợc lại SPOT Image cú quyền hủy cỏc yờu cầu nếu dự bỏo thời tiết của vựng cần thu ảnh cú bầu trời khụng mõy nhỏ hơn 5% (tƣơng đƣơng với 95% mõy trờn ảnh).
Trao đổi và lập chương trỡnh thu ảnh
Quản lý trạm thu và đại diện của SPOT Image cựng trao đổi để đƣa ra chƣơng trỡnh thu nhận tớn hiệu ảnh cuối cựng phự hợp với yờu cầu và điều khoản của cả hai bờn và ký vào Bản chƣơng trỡnh thu ảnh. Tiếp đú SPOT Image sẽ gửi chƣơng trỡnh thu ảnh sang Trung tõm điều khiển vệ tinh của CNES (Cơ quan Nghiờn cứu khụng gian Phỏp) để lập chƣơng trỡnh thu ảnh cho vệ tinh. Sau đú Trung tõm điều khiển vệ tinh sẽ gửi lại tệp tin kỹ thuật đặc thự của việc thu ảnh cho SPOT Image để chuyển tiếp cho Trạm thu ảnh vệ tinh. Yờu cầu thu ảnh ở chế độ chuẩn sẽ đƣợc thực hiện trong vũng 7 ngày làm việc.
Dũ tỡm và thu nhận tớn hiệu ảnh vệ tinh
Khi nhận đƣợc tệp tin kỹ thuật từ SPOT Image hệ thống thu nhận sẽ tự động chiết tỏch thụng tin thu nhận và gửi lệnh cho ăngten để chuẩn bị cho cụng đoạn dũ tỡm và thu nhận tớn hiệu khi vệ tinh bay qua. Hệ thống sẽ tự động chiết tỏch tệp tin bỏo cỏo tỡnh trạng hoạt động của trạm thu sau khi quỏ trỡnh thu nhận hoàn tất để gửi lại cho SPOT Image. Tiếp đú, quản lý trạm thu kiểm tra chất lƣợng hỡnh ảnh thu đƣợc, nếu đạt yờu cầu sẽ kết thỳc chƣơng trỡnh thu ảnh với SPOT Image. Sau đú, thụng bỏo cho ngƣời sử dụng biết Trạm thu đó thu đƣợc tớn hiệu ảnh của vựng quan tõm.
Trạm thu sẽ xử lý tớn hiệu nhận đó thu đƣợc và xử lý ra sản phẩm ảnh theo yờu cầu và chuyển cho ngƣời sử dụng.
Thu ảnh vệ tinh ENVISAT
H
Hỡỡnnhh3..QQuuyyttrrỡỡnnhhđđặặtttthhuuảảnnhhvvệệttiinnhhEENNVVIISSAATT
Đặt yờu cầu thu ảnh
Khi Trạm thu ảnh vệ tinh nhận đƣợc yờu cầu cung cấp ảnh từ ngƣời sử dụng, quản lý trạm thu sẽ xử lý yờu cầu đú. Cụng đoạn lập kế hoạch thu ảnh đƣợc thực hiện trực tiếp trờn chƣơng trỡnh trực tuyến EOLISA của ESA (Cơ quan Hàng khụng vũ trụ Chõu Âu). Quản lý trạm thu sẽ chọn loại ảnh cần thu và vựng quan tõm theo thời gian nhƣ đỳng yờu cầu của ngƣời sử dụng rồi gửi lại cho ESA.
Kiểm tra yờu cầu thu ảnh
Sau khi tiếp nhận yờu cầu từ Trạm thu ảnh vệ tinh, ESA sẽ kiểm tra yờu cầu thu ảnh, nếu khụng xảy ra xung đột với cỏc yờu cầu đặt thu ảnh của cỏc trạm thu khỏc thỡ ESA sẽ tiếp nhận yờu cầu đú. Ngƣợc lại nếu trựng với cỏc yờu cầu khỏc đó đặt trƣớc hoặc cỏc yờu cầu ở mức độ ƣu tiờn cao hơn thỡ ESA sẽ gửi lại thụng bỏo và đề nghị quản lý trạm thu đặt và gửi lại yờu cầu cần thu ảnh. Với chế độ chuẩn thỡ yờu cầu đặt thu ảnh sẽ đƣợc thực hiện trong khoảng 15 ngày.
Lập kế hoạch thu ảnh cho vệ tinh
Khi yờu cầu đặt thu ảnh đƣợc chấp nhận ESA sẽ lập kế hoạch thu ảnh và gửi tới Trung tõm điều khiển vệ tinh, CNES để trung tõm lập chƣơng trỡnh điều khiển thu ảnh cho vệ tinh.
Thu nhận tớn hiệu ảnh
ESA sẽ gửi tệp tin cấu hỡnh thu ảnh cho Trạm thu ảnh vệ tinh trƣớc khi thu nhận tớn hiệu từ vệ tinh trƣớc 48 giờ. Sau đú hệ thống thu nhận sẽ tự động chiết tỏch tệp tin cấu hỡnh nhận đƣợc thành tệp tin cấu hỡnh đặc trƣng riờng dành cho ăngten để Trạm thu sẵn sàng thu nhận tớn hiệu khi vệ tinh đi qua.
Xử lý và bàn giao sản phẩm ảnh
Khi quỏ trỡnh thu nhận tớn hiệu từ vệ tinh kết thỳc, quản lý trạm thu sẽ kiểm tra lại chất lƣợng tớn hiệu ảnh. Nếu chất lƣợng tớn hiệu đạt yờu cầu trạm thu sẽ xử lý ra sản phẩm ảnh nhƣ đó đƣợc yờu cầu và chuyển giao lại cho khỏch hàng.
4.1.1.2. Thu thập dữ liệu bản đồ và cơ sở dữ liệu địa hỡnh:
Từ tr-ớc đến nay việc xây dựng bản đồ ngập lụt ở Việt Nam thiếu rất nhiều các t- liệu mang tính thời sự và cũng ch-a có các ph-ơng pháp tốt để thực hiện. Việc xây dựng bản đồ ngập lụt ở n-ớc ta trong thời gian rất ngắn, đảm bảo độ chính xác cao đang là yêu cầu cấp bách và cần nghiên cứu, xây dựng ph-ơng pháp mới để thành lập bản đồ nguy cơ ngập lụt, dự báo, giám sát lũ lụt một cách nhanh chóng và thuận tiện. Việc thu thập các dữ liệu bản đồ và cơ sở dữ liệu địa hình đòi hỏi hết sức tỉ mỉ và chi tiết tại các cơ sở đã có bản đồ nền, khi thu thập các dữ liệu này đòi hỏi phảI chọn lọc và phân tích, lựa chọn các tỷ lệ thích hợp theo yêu cầu đật ra.
Một đặc điểm quan trọng cần quan tâm khi lực chọn dữ liệu của các loại bản đồ phục vụ quản lý ngập lụt là đòi hỏi quy trình cung cấp nhanh sản phẩm, diện bao quát trên vùng rộng lớn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.2. Thu thập, chiết tỏch số liệu khớ tượng thủy văn
Số liệu khớ tƣợng thuỷ văn yờu cầu cho nghiờn cứu lũ lụt là cỏc sheets thể hiện nhƣ một cơ sở dữ liệu bao gồm dữ liệu mƣa, dũng chỏy, lƣu lƣợng,...
Vỡ võy, cần quan tõm đặc biệt khi lấy cỏc dữ liệu này tại cỏc tram đo tự động hoặc đo đạc thực tế, cần thống kờ chỳng tại cỏc thời điểm nhạy cảm của quỏ trỡnh xảy ra lũ lụt.
Một cỏch khỏc, trong trƣờng hợp thiếu cỏc số liệu khớ tƣợng thuỷ văn tại cỏc trạm đo mặt đất ở những nơi địa hỡnh khú khăn phức tạp, cần chạy mụ hỡnh để chiết tỏch đƣợc cỏc thụng tin cần thiết từ ảnh viễn thỏm. Ở một số nƣớc trờn thế giới, cỏc
chuyờn gia viễn thỏm thƣờng sử dụng quy trỡnh này; vớ dụ: chiết tỏch số liệu mƣa từ ảnh MTSAT.
Việc thu thập số liệu theo phƣơng phỏp chiết tỏch từ ảnh viễn thỏm đó đƣợc đề cập và nghiờn cứu thành cụng tại một số cơ quan trong Bộ tài nguyờn và mụi trƣờng. Hiện nay việc ứng dụng một số hệ cụng nghệ trong việc phõn tớch cỏc đặc trƣng địa hỡnh, mặt đệm phục vụ cho cỏc mụ hỡnh toỏn thuỷ văn, thuỷ lực đƣợc ứng dụng rộng rói trờn thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam. Hiệu quả đem lại bằng cụng nghệ này gúp phần giảm bớt thời gian cho việc thu thập cũng nhƣ trỏnh những sai sút so với làm thủ cụng. Cỏc thụng số cho mụ hỡnh thuỷ văn, thuỷ lực tuy cú sự khỏc biệt nhƣng đều dựa trờn cỏc tài liệu đo đạc, cỏc loại bản đồ đó đƣợc thành lập dựa trờn những cụng nghệ khỏc nhau. Tựu chung lại cú thể kể ra một số thụng số chớnh mà cụng nghệ cú thể hỗ trợ để phục vụ cho cỏc mụ hỡnh thuỷ văn, thuỷ lực nhƣ sau:
- Thụng số phục vụ tớnh toỏn mƣa - dũng chảy bao gồm: Ranh giới lƣu vực (đƣờng phõn nƣớc), diện tớch lƣu vực, cỏc thụng số phục vụ tớnh toỏn thấm, thụng số diễn toỏn dũng chảy mặt (chiều dài, rộng lƣu vực, chiều dài sụng nhỏnh), thụng số diễn toỏn dũng chảy ngầm…
- Cỏc thụng số phục vụ tớnh toỏn thuỷ lực: Cỏc sụng chớnh để tớnh toỏn thuỷ lực, quan hệ cao độ - diện tớch dung tớch vựng ngập, trong điều kiện bản đồ DEM cú độ phõn giải cao cú thể chiết tỏch ra đƣợc cỏc mặt cắt ngang, dọc.
Quy trỡnh chiết tỏch cỏc thụng số phục vụ cho cỏc mụ hỡnh thuỷ văn, thuỷ lực đƣợc thực hiện theo cỏc bƣớc sau:
Bƣớc 1: Thu thập tƣ liệu ảnh, mụ hỡnh số địa hỡnh tuỳ theo nguồn dữ liệu đó cú mà việc thu thập tƣ liệu cú thể ở cỏc dạng khỏc nhau để phục vụ cho quỏ trỡnh nghiờn cứu.
Bƣớc 2: Tiến hành nắn chỉnh cỏc loại ảnh, phõn tớch và tạo ra bản đồ một số lớp phủ thực vật; sửa cỏc lỗi trờn mụ hỡnh số.
Bƣớc 3: Sử dụng cụng nghệ GIS tiến hành phõn tớch ra cỏc thụng số đầu vào cần thiết nhƣ đó đƣợc nờu ở trờn; chiết tỏch lƣu vực con.
Trong điều kiện hiện nay, với việc chủ động trong thu nhận ảnh viờn thỏm, chuớng ta nờn ỏp dụng phƣơng phỏp này với lợi thế nhanh chúng, chi phỉ thấp và đỏp ứng cỏc yờu cầu rất tốt trong điều kiện lũ lụt tại nhứng vựng cú địa hỡnh phức tạp, những nơi khú khăn trong việc thu thập số liệu mặt đất.
2.2. Xử lý thụng tin viễn thỏm và tớnh toỏn trờn mụ hỡnh thủy văn thủy văn thủy lực lực
2.2. 1. Chiết tỏch thụng tin lụt từ ảnh viễn thỏm
Trong cỏc hệ thống Radar chủ động, tớn hiệu thu đƣợc là tớn hiệu phản hồi từ cỏc đối tƣợng mặt đất trở lại mỏy thu bức xạ phỏt đi từ một mỏy phỏt đặt cựng và thƣờng sử dụng chung ăngten với mỏy thu. Do vậy, tớn hiệu phản hồi này khụng chỉ phụ thuộc vào hệ số phản hồi, đặc trƣng riờng cho mỗi đối tƣợng nghiờn cứu (và hƣớng thu nhận) mà cũn phụ thuộc vào cỏc thụng số kỹ thuật của hệ thống radar. Từ tớn hiệu thu đƣợc, để cú đƣợc những bức ảnh cú ý nghĩa phải trải qua một quỏ trỡnh tiền xử lý phức tạp dựa trờn cỏc thụng số kỹ thuật của hệ thống Radar.
Bài toỏn định chuẩn ảnh đƣợc đặt ra với mục đớch chuyển cỏc giỏ trị pixel trờn ảnh thành cỏc giỏ trị hệ số phản hồi (backscatter coefficient), đặc trƣng riờng cho mỗi đối tƣợng nghiờn cứu, độc lập với hệ thống radar cũng nhƣ hệ thống khụi phục ảnh ở trạm thu. Giữa hai đại lƣợng này, về mặt nguyờn tắc phải cú mối tƣơng quan tỉ lệ đơn giản. Tuy nhiờn trờn thực tế vấn đề này trở nờn phức tạp hơn do cỏc giỏ trị pixel của ảnh radar vẫn cũn chứa một số sai số chƣa loại trừ hết trong quỏ trỡnh tiền xử lý.
Việc chuyển đổi giỏ trị xỏm độ của ảnh Envisat sang giỏ trị độ sỏng 0 và giỏ trị hệ số tỏn xạ ngƣợc 0 đũi hỏi phải tớnh chuyển lại giỏ trị đầu ra "scaling". Cụng đoạn này đƣợc thực hiện trong suốt quỏ trỡnh xử lý ảnh. Mỗi pixel đầu ra đƣợc đƣa ra bởi một (hoặc hai) giỏ trị số (DN) thể hiện độ lớn của pixel thu đƣợc.
Nhiễu là hiện tƣợng phổ biến và là đặc trƣng của hệ thống chụp ảnh radar (với bƣớc súng cỡ mm đến 1m). Giống nhƣ ỏnh sỏng Laser, súng radar phỏt ra đƣợc truyền theo pha và tƣơng tỏc rất ớt trờn đƣờng đi tới cỏc đối tƣợng trờn bề mặt. Sau khi tƣơng tỏc với cỏc đối tƣợng trờn bề mặt, cỏc súng này khụng cũn cựng pha nữa, nguyờn nhõn là do khoảng cỏch từ cỏc đối tƣợng trờn bề mặt đến bộ thu phỏt tớn hiệu là khỏc nhau, hoặc là do sự khỏc biệt giữa tớn hiệu tỏn xạ đơn và tỏn xạ nhiều lần. Khi khụng cựng pha, cỏc súng radar cú thể tƣơng tỏc và tạo ra cỏc điểm ảnh (Pixel) sỏng và tối và đƣợc
gọi là nhiễu. Để sử dụng ảnh một cỏch cú hiệu quả thỡ cần phải làm giảm cỏc pixel nhiễu này.
Hàng loạt cỏc phộp lọc đƣợc thiết kế chuyờn dụng cho ảnh radar đó ra đời và hiện nay thƣờng đƣợc cung cấp trong cỏc module xử lý ảnh radar của cỏc phần mềm xử lý ảnh thƣơng mại. Trong đú phải kể tới cỏc phƣơng phỏp lọc nhƣ Frost, Lee, Sigma, Li, Gamma Map v.v... Nhỡn chung, đa số cỏc lọc này đều hoạt động trờn nguyờn tắc dựa vào tớnh chất cục bộ của vựng ảnh nằm trong cửa sổ lọc tại mỗi vị trớ để xõy dựng cỏc ma trận lọc thớch hợp sao cho tại những vị trớ đƣợc xỏc định là cú nhiễu, lọc phải mang tớnh chất của phƣơng phỏp lọc thụng tần thấp (low passed filter) để loại nhiễu, ngƣợc lại, tại những vị trớ phỏt hiện đƣợc cỏc chi tiết nhỏ hay cú chi tiết dạng tuyến chạy qua, nú phải bảo tồn hoặc thậm chớ hoạt động nhƣ một lọc tần số cao (hight passed filter) để làm nổi rừ cỏc chi tiết đú. Riờng lọc Lee lại dựa vào mụ hỡnh nhiễu thực nghiệm để tỏch riờng nhiễu ra khỏi tớn hiệu hữu ớch qua đú loại bỏ nhiễu.
H
Hỡỡnnhh44..HHiiệệnnttrrạạnnggnnggậậppttạạiitthhờờiiđđiiểểmmllũũnnggààyy2288//88//22000088
Cũng nhƣ đối với cỏc hệ thống quang học khỏc, đặc tớnh hỡnh học của quỏ trỡnh chụp ảnh Radar núi chung gõy nờn một số biến dạng hỡnh học trờn ảnh. Tuy nhiờn, điểm khỏc biệt chớnh của ảnh Radar đú là việc chụp ảnh nghiờng từ một phớa và bản chất của Radar là hệ thống thiết bị đo khoảng cỏch. Sự biến dạng hỡnh ảnh xuất hiện bởi vỡ hệ thống Radar đo khoảng cỏch đến đối tƣợng trờn mặt nghiờng chứ khụng phải khoảng cỏch thực nằm ngang trờn bề mặt đất. Việc nắn chỉnh hỡnh học đối với ảnh vệ
tinh núi chung và ảnh radar núi riờng là bƣớc cơ bản khụng thể thiếu trong cụng tỏc xử lý và phõn tớch ảnh vệ tinh. Nắn chỉnh hỡnh học vào mụ hỡnh vật lý; Điểm khống chế và mụ hỡnh số địa hỡnh phục vụ cho nắn ảnh Radar. Chất lƣợng, độ chớnh xỏc của cụng đoạn này sẽ quyết định độ chớnh xỏc về vị trớ và kớch thƣớc của cỏc đối tƣợng trờn bề mặt. Hơn nữa, việc so sỏnh, kết hợp cỏc loại ảnh vệ tinh hay cựng loại ảnh vệ tinh