8. Bố cục của luận văn
3.2.Cơ sở dữ liệu bản đồ số phục vụ nghiờn cứu đặc điểm hải văn Vịnh Bắc Bộ
3.2.1 Hệ quy chiếu
CSDL trong luận văn được xõy dựng và sử dụng theo hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS-84. Hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS-84 là hệ quy chiếu chuẩn chuyờn được dựng cho nghiờn cứu hải dương học, cho ngành hàng hải, hàng khụng, khớ tượng thủy văn. Sai số do hệ quy chiếu này đối với vựng biển Việt Nam là rất nhỏ, đặc biệt đối với những bản đồ cú tỷ lệ nhỏ hơn 1/1.000.000. Ngoài ra, cỏc hải đồ, cỏc bản đồ địa hỡnh đỏy biển, cỏc bản đồ vầ điều kiện hải văn, khớ tượng biển,..của nước ta cũng như của nước ngoài cũng đều được thành lập theo hệ qui chiếu Mercator, elipsoid WGS-84. Do đú, việc thu thập xử lý những tư liệu, số liệu này sẽ dễ dàng, tiện lợi và đảm bảo độ chớnh xỏc cần thiết.
47
3.2.2 Thiết kế cấu trỳc cỏc trƣờng thụng tin
Dựa theo phương phỏp và nội dung cấu trỳc cỏc lớp cơ sở dữ liệu như đó đề xuất, chi tiết cỏc lớp thụng tin được thiết kế như sau:
3.2.2.1 Ranh giới
- Ranh giới quốc gia
Bảng 3.1 Cấu trỳc thụng tin lớp ranh giới quốc gia
TT Tờn trường Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 Id Mó đối tượng Integer
2 Ten_nuoc Tờn quốc gia Text 50
3 Ghi_chu
Đường ranh giới đó được xỏc định hay chưa xỏc định
Text 50
- Ranh giới tỉnh
Bảng 3.2 Cấu trỳc thụng tin lớp ranh giới tỉnh
TT Tờn trường Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 Id Mó đối tượng Integer
2 Ten_tinh Tờn tỉnh Text 50
3 Dan_so Dõn số Integer
4 Dien_tich Diện tớch Double
5 Code Mó đơn vị
hành chớnh Integer
3.2.2.2 Dữ liệu nền -Đường bờ biển -Đường bờ biển
48 Bảng 3.3 Cấu trỳc thụng tin lớp đường bờ biển
TT Tờn trường Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 ID Mó đối tượng Integer
2 Thuoc_tinh Tờn tỉnh đường biển
thuộc về Text 50
3 Do_dai
Độ dài của đoạn đường bờ biển, đơn vị tớnh là km (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Double 10
4 Toa_do_X_dau
Tọa độ X của điềm đầu đoạn đường bờ biển, đơn vị là độ
Double 10
5 Toa_do_Y_dau
Tọa độ Y của điểm đầu đoạn đường bờ biển, đơn vị là độ
Double 10
6 Toa_do_X_cuoi
Tọa độ X của điểm cuối đoạn đường bờ biển, đơn vị là độ
Double 10
7 Toa_do_Y_cuoi
Tọa độ Y của điểm cuối đoạn đường bờ biển, đơn vị là độ
Double 10
- Đường cơ sở
Bảng 3.4 Cấu trỳc thụng tin lớp đường cơ sở
TT Tờn trường Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 ID Mó đối tượng Integer
2 Co_quan Tờn cơ quan thành lập
49 3 Toa_do_X
_dau
Tọa độ X của điềm đầu đoạn đường cơ sở, đơn vị là độ
Double 10
4 Toa_do_Y _dau
Tọa độ Y của điểm đầu đoạn đường cơ sở, đơn vị là độ
Double 10
5 Toa_do_X _cuoi
Tọa độ X của điểm cuối đoạn đường cơ sở, đơn vị là độ
Double 10
6 Toa_do_Y _cuoi
Tọa độ Y của điểm cuối đoạn đường cơ sở, đơn vị là độ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Double 10
- Lớp thụng tin thủy hệ
Bảng 3.5 Cấu trỳc thụng tin lớp thủy hệ
TT Tờn trƣờng Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 Id Mó đối tượng Integer
2 Ten Tờn sụng Text 50
3 Tinh_chat Tớnh chất Text 50
4 Loai Loại Text 50
50 Bảng 3.6 Cấu trỳc lớp thụng tin giao thụng
TT Tờn trƣờng Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 Id Mó đối tượng Integer
2 Loai Loại Text 50
3 Ten Tờn đường
giao thụng Text 50
4 Tinh_chat Tớnh chất Text 50
3.2.2.3 Dữ liệu về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, súng biển và mực nước biển biển
- Lớp nhiệt độ nước biển tầng mặt
Bảng 3.7 Cấu trỳc thụng tin lớp nhiệt độ nước biển tầng mặt
TT Tờn trƣờng Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 Id Mó đối tượng Integer
2 Nhiet_do Nhiệt độ Double
- Lớp độ mặn nước biển tầng mặt
Bảng 3.8. Cấu trỳc thụng tin lớp độ muối
TT Tờn trƣờng Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 Id Mó đối tượng Integer
51 - Lớp thụng tin súng biển
Bảng 3.9 Cấu trỳc thụng tin lớp súng biển
TT Tờn trƣờng Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 Id Mó đối tượng Integer
2 Do_cao_song_max Độ cao súng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
lớn nhất Double 10
3 Huong_song Hướng súng Text 50
- Lớp thụng tin mực nước biển
Bảng 3.10 Cấu trỳc lớp thụng tin mực nước biển
TT Tờn trƣờng Mụ tả Kiểu dữ liệu Độ dài
1 Id Mó đối tượng Integer
2 Muc_nuoc Mực nước biển Double 10
3.3. Kết quả xõy dựng cơ sở dữ liệu trong phần mềm Arcgis
Cơ sở dữ liệu phục vụ nghiờn cứu đặc điểm hải văn vịnh Bắc Bộ được lưu trong 1 cõy CSDL (Personal Geodatabase) hỡnh cú tờn :CSDL_tonghop
52 Hỡnh 3.1 Hệ thống CSDL xõy dựng theo cấu trỳc Personal Geodatabase
3.3.1 Lớp thụng tin nền
Lớp thụng tin nền được tổ chức trong một dataset với tờn là : CSDL_nen gồm cỏc feature class như hỡnh
53 Hỡnh 3.3 Thụng tin đồ họa lớp thụng tin giao thụng
54 Hỡnh 3.5 Thụng tin thuộc tớnh lớp thủy văn
3.3.2 Lớp thụng tin ranh giới
Lớp thụng tin ranh giới được tổ chức trong một dataset cú tờn : CSDL_ranhgioi gồm cỏc lớp thụng tin như hỡnh dưới đõy
55 Hỡnh 3.7 Vớ dụ lớp thụng tin ranh giới tỉnh khu vực nghiờn cứu
56
3.3.3 Lớp thụng tin về nhiệt độ nƣớc biển, độ mặn nƣớc biển, súng biển và mực nƣớc biển
Lớp thụng tin về cỏc đặc điểm hải văn vịnh Bắc Bộ được tổ chức trong một dataset cú tờn : CSDL_haivan gồm cỏc lớp thụng tin như hỡnh dưới đõy:
Hỡnh 3.9 Tổ chức cỏc lớp dữ liệu trong lớp thụng tin đặc điểm hải văn
Hỡnh 3.10 Vớ dụ lớp thụng tin nhiệt độ trung bỡnh nước biển tầng mặt mựa đụng
57 Hỡnh 3.11 Thụng tin thuộc tớnh lớp nhiệt độ bề mặt nước biển
58 Hỡnh 3.12 Thụng tin thuộc tớnh lớp độ mặn nước biển
59 Hỡnh 3.14 Thụng tin thuộc tớnh lớp mực nước biển
3.3.4 Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nƣớc biển, độ mặn nƣớc biển, súng biển và mực nƣớc biển khu vực thử nghiệm
Bản đồ chuyờn đề cỏc đặc điểm hải văn là thuộc loại bản đồ mụi trường và được thành lập theo cỏc phương phỏp sau:
- Phương phỏp đo đạc, quan trắc thực địa - Phương phỏp nội suy
- Phương phỏp sử dụng bản đồ nền kết hợp với kết quả nội suy từ số liệu quan trắc thực địa
Cỏc quy trỡnh thực hiện như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Thành lập bản đồ nền địa lý. Thành lập bản đồ nền cú nhiều phương phỏp. Tuy nhiờn, với khuụn khổ đề tài này, bản đồ nền được trớch từ bản đồ nền Việt Nam và Biển Đụng tỷ lệ tương đương bằng phương phỏp cắt cỏc lớp thụng tin địa lý vựng vịnh Bắc Bộ từ bản đồ nền Việt Nam và Biển Đụng sử dụng phần mềm GIS.
60 3. Từ cỏc dữ liệu điều tra khảo sỏt ở cỏc điểm đo tiến hành chuyển đổi sang dạng dữ liệu liờn tục dựa vào mụ hỡnh toỏn của phương phỏp nội suy Spline. Spline thiết lập cỏc giỏ trị sử dụng một hàm toỏn học làm tối thiểu toàn bộ bề mặt cong, kết quả là một bề mặt uốn cong đi qua tất cả cỏc điểm mẫu.
Giống như việc uốn một mặt cao su qua cỏc điểm mẫu cựng với việc làm cho độ cong bề mặt là bộ nhất. Nú cố định (fit) một hàm toỏn học cho một số lượng xỏc định cỏc điểm mẫu nhập vào. Phương phỏp này thớch hợp cho cỏc bề mặt thay đổi nhẹ nhàng như độ cao (elevation), độ cao mực nước ngầm (water table heights), nồng độ ụ nhiễm (pollution concentrations).
Cú hai phương phỏp spline khỏc nhau : Regularized, và Tension
Regularized : tạo bề mặt trơn thay đổi dần dần với cỏc giỏ trị cú thể nằm bờn ngoài vựng điểm mẫu.
Tension : điều chỉnh sự biến đổi (stiffness) của bề mặt theo đặc trưng của hiện tượng được lấy mẫu. Nú tạo một bề mặt ớt trơn hơn với cỏc giỏ trị điểm mẫu gần nhau nhưng chờnh lệch lớn.
Weight (trọng số)
Đối với phương phỏp Regularized, trọng số (>= 0) của cỏc đạo hàm cấp 3 của bề mặt trong biểu thức tối thiểu hoỏ độ cong. Cỏc giỏ trị thường dựng: 0, 0.001, 0.01, 0.1, và 0.5. Giỏ trị trọng số càng cao thỡ bề mặt càng trơn.
Đối với pp Tension, ngược lại với pp đầu, trọng số càng cao thỡ bề mặt càng thụ (thụng thường là 0, 1, 5, 10).
Số lượng điểm tớnh toỏn cho mỗi cell nội suy cũng là yếu tố quan trọng cho tớnh trơn của bề mặt.
Cỏc dữ liệu ở điểm đo được tiến hành chuyển đổi sang dạng dữ liệu liờn tục với phương phỏp nội suy spline Regularized cú w = 0,1
61 4. Tớch hợp lớp cơ sở dữ liệu nền địa lý kết hợp với dữ liệu điều tra khảo sỏt, dữ liệu sau khi nội suy để thành lập bản đồ trường nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, súng biển và mực nước biển khu vực vịnh Bắc Bộ.
5. Biờn tập bản đồ
6. Tạo lập metadata cho bản đồ
3.3.4.1 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt Vịnh Bắc Bộ
Bản đồ trường nhiệt độ trung bỡnh nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ mựa đụng ( hỡnh 3.15) được thành lập với tỉ lệ 1: 3,000,000 và sử dụng hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS- 84.
Bản đồ trường nhiệt độ nước biển vựng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phõn bố theo khụng gian nhiệt độ nước biển tầng mặt của khu vực nghiờn cứu bằng thang màu. Sắc màu (độ đậm nhạt của màu) trờn bản đồ thể hiện sự biến đổi theo khụng gian của nhiệt độ nước biển bề mặt ( sắc càng đậm thỡ nhiệt độ nước biển càng cao). Nhiệt độ nước biển trung bỡnh mựa đụng thấp nhất vào khoảng 190C và cao nhất khoảng 240C. Nhiệt độ nước biển tại vịnh Bắc Bộ tương đối đồng nhất theo khụng gian, giữa cỏc vựng khụng cú sự chờnh lệch lớn chỉ vào khoảng 1-30C. Giống như nhiệt độ khụng khớ, nhiệt độ nước biển cũng tăng dần từ bắc xuống phớa nam.
Nhiệt độ nước biển trung bỡnh tầng mặt vịnh Bắc bộ ngày 15-5-2008 ( hỡnh 3.16) cao nhất vào khoảng 280C. Nhiệt độ nước biển cú sự chờnh lệch khụng lớn vào khoảng 10C theo khụng gian. Nhiệt độ nước biển tăng dần từ 26,50C đến 27,750C từ phớa bắc xuống phớa nam
62 Hỡnh 3.15 Bản đồ nhiệt độ trung bỡnh nước biển tầng mặtvịnh Bắc Bộ mựa đụng
63 Hỡnh 3.16 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ ngày 15- 5 -2008
64 Hỡnh 3.17 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ tớnh từ ảnh Modis ngày
65 Nhiệt độ bề mặt biển tớnh từ ảnh MODIS ngày 15-5-2008 được xõy dựng bằng ngụn ngữ IDL tớch hợp trong chương trỡnh ENVI cho thấy nhiệt độ bề mặt nước biển phõn bố trong khoảng 260
C- 27,750C. Nhiệt độ nước biển tăng dần từ Bắc xuống Nam. Vựng ven bờ nhiệt độ nước biển cao hơn nhiệt độ ngoài khơi 1 - 20C do ảnh hưởng của lục địa.
Bảng 3.11 Kết quả tớnh toỏn SST từ ảnh MODIS
Kinh độ Vĩ độ
SST (0C)
Tớnh toỏn từ ảnh vệ tinh Theo tài liệu thực địa
106.8 20.8 26.59 26.93
107.43 20.08 26.21 26.95
106.48 20.4 26.46 27 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng cho kết quả so sỏnh giữa giỏ trị thực đo và kết quả tớnh toỏn SST từ ảnh MODIS. Từ bảng này cú thể nhận thấy kết quả tớnh toỏn SST từ ảnh MODIS cho kết quả sai số (= 0,540C) nhỏ hơn 10C. Nhược điểm lớn nhất của phương phỏp tớnh trường nhiệt độ mặt nước biển từ ảnh MODIS là cho kết quả khụng chớnh xỏc khi cú sự cú mặt của mõy trong pixel tớnh toỏn. Vỡ vậy, để tớnh toỏn và đỏnh giỏ sự phõn bố của nhiệt độ mặt nước biển đạt độ chớnh xỏc cao cần tớch hợp kết quả tớnh toỏn SST với cỏc số liệu quan trắc bề mặt.
66 Hỡnh 3.18 Bản đồ độ muối trung bỡnh mựa đụng tầng mặt vịnh Bắc Bộ
67 Bản đồ độ muối trung bỡnh mựa đụng tầng mặt vịnh Bắc Bộ (hỡnh 3.18) được thành lập với tỉ lệ 1: 3,000,000 và sử dụng hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS- 84.
Bản đồ độ muối trung bỡnh mựa đụng vựng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phõn bố theo khụng gian độ muối nước biển tầng mặt của khu vực nghiờn cứu bằng thang màu. Sắc màu (độ đậm nhạt của màu) trờn bản đồ thể hiện sự biến đổi theo khụng gian của độ muối nước biển bề mặt ( sắc càng đậm thỡ độ muối càng cao). Kết quả tớnh đưa ra bản đồ độ muối thu được đó phản ỏnh đỳng chế độ muối vịnh Bắc Bộ với nồng độ khoảng 31 - 330/00 tương đối thấp so với biển Đụng, tại cửa vịnh độ muối đạt giỏ trị lớn nhất, ở phớa tõy độ muối nhỏ nhất do ảnh hưởng của sụng đổ ra.
Bản đồ độ muối tầng mặt vịnh Bắc Bộ thỏng 6 ( hỡnh 3.19) thể hiện giỏ trị độ muối khoảng 330/00. Phõn bố độ muối trong mựa hố đó thấy rừ ảnh hưởng mạnh mẽ của mựa mưa và nước lục địa tới sự biến đổi độ mặn nước biển tại cỏc khu vực ven bờ vịnh Bắc Bộ.
68 Hỡnh 3.19 Bản đồ độ muối tầng mặt vịnh Bắc Bộ thỏng 6
69
Hỡnh 3.20 NDSI xõy dựng trờn ảnh Landsat 2000
70 Chỉ số NDSI ( chỉ số mặn húa) đó được rất nhiều người sử dụng để nghiờn cứu xõm nhập mặn ở một số nơi trờn thế giới. Đặc biệt trong nghiờn cứu của mỡnh tại bang Faisalabad, Pakistan. Nasir M.Khan và Yohei Sato đó dựa trờn việc phõn tớch chỉ số NDSI từ ảnh LISS-II với dữ liệu đa thời gian vào cỏc thỏng trong năm 1993 kết hợp với điều tra đo đạc kiểm chứng ngoài thực địa chỉ bằng phần mềm xử lý ảnh và phõn tớch khụng gian khụng mạnh lắm là IDRISI cỏc ụng đó thành lập được bản đồ xõm nhập mặn cho cỏc mựa trong năm tại khu vực nghiờn cứu.
Bờn cạnh chỉ số NDSI thỡ cỏc ụng cũn tiến hành tạo chỉ số WATER = COMP124 / B4_STR bằng phương phỏp phõn tớch thành phần chớnh (PCA). Kết quả của cỏc ụng mới chỉ dừng lại ở việc thành lập ra bản đồ xõm nhập mặn mà chưa chỳ ý đi phõn tớch cỏc nguyờn nhõn dẫn đến hiện tượng này.
NIR RED NIR RED NDSI
Đối với ảnh SPOT:
3 2 3 2 B B B B NDSI
Đối với ảnh Landsat TM:
4 3 4 3 B B B B NDSI
Chỉ số NDSI của khu vực nghiờn cứu trong luận văn được thực hiện bằng cụng cụ Bandmath thuộc phần mềm ENVI 4.7.
Bản đồ ảnh xõm nhập mặn được xõy dựng từ ảnh Landsat thỏng 3 năm 2000 cho thấy giỏ trị độ muối khu vực vịnh Bắc Bộ vào khoảng 310
/00, khu vực ven biển cú độ muối cao hơn ngoài khơi. Độ muối cú giỏ trị giảm dần đến cửa vịnh. Độ chớnh xỏc của chỉ số NDSI được tớnh từ ảnh vệ tinh chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết. Cỏc khu vực thụng tin bị nhiễu do mõy phủ sẽ cho kết quả khụng chớnh xỏc.
71 Hỡnh 3.21 Bản đồ súng cực đại trung bỡnh thỏng 7 vịnh Bắc Bộ
Bản đồ súng cực đại trung bỡnh thỏng 7 vịnh Bắc Bộ (hỡnh 3.21) được thành lập với tỉ lệ 1: 3,000,000 và sử dụng hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS- 84.
72 Bản đồ súng cực đại trung bỡnh thỏng 7 vựng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phõn bố theo khụng gian độ cao súng cực đại của khu vực nghiờn cứu bằng cỏc đường cong. Hướng súng được thể hiện bằng cỏc mũi tờn cú hướng. Chế độ súng phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ giú, do vậy, trong thỏng 7, hướng súng thịnh hành chủ yếu là Nam và Tõy Nam. Độ cao súng cực đại nằm trong khoảng 4-8,5m. Tại cỏc trạm xa bờ (Bạch Long Vĩ, Cồn Cỏ) độ cao súng cực đại thường cao hơn cỏc trạm gần bờ từ 3 -4m. Điều này cú thể lý giải là do tỏc động của giú mựa và do súng ngoài biển Đụng truyền vào.
3.3.4.4 Bản độ mực nước biển nhiều năm Vịnh Bắc Bộ