Nghiên cứu giải đoán ảnh vệ tinh để lấy thông tin phù sa ở vùng đồng bằng sông Cửu Long

Bài báo sử dụng ảnh vệ tinh với nhiều nguồn ảnh khác nhau để phân tích diễn biến phù sa ở ĐBSCL trong vòng 5 năm trở lại đây (2007-2012). Kết quả phân tích dựa trên sự xác định các chỉ số quang học của thực vật, nước và hiệu chỉnh sự ảnh hưởng của khí quyển, tọa độ, nhiễu xạ, hấp thụ… kết quả giải đoán ảnh cho thấy tính khả thi trong việc áp dụng giải đoán ảnh vệ tinh phục vụ cho việc tính toán vận chuyển phù sa ở vùng ĐBSCL.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Giai đoạn từ 1960-1970, thuật ngữ ảnh viễn thám ra đời, viễn thám được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau, nhưng tựu chung lại là một môn khoa học, môn nghệ thuật, để lấy thông tin của các đối tượng từ xa mà không tiếp cận trực tiếp lên bề mặt đối tượng, chẳng hạn như chụp ảnh, chụp ảnh từ máy bay, chụp ảnh từ không trung,…Năm 1959, bức ảnh đầu tiên chụp trái đất từ vũ trụ được cung cấp từ tàu Explorer- 6, đến năm 1972 Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1 thành công đã khởi đầu cho thời kỳ nghiên cứu trái đất từ vũ trụ và phát triển mạnh mẽ.

Ngày nay, việc khai thác thông tin từ ảnh vệ tinh đã không còn xa lạ với rất nhiều ngành kỹ thuật, kinh tế - xã hội, thường gọi là thông tin viễn thám. Để đáp ứng nhu cầu phát triển trong thời kỳ mới, nước ta cũng đã phóng hai tàu vệ tinh lên quỹ đạo (VINASAT-1, VINASAT-2) làm các nhiệm vụ quan sát và thu thập thông tin viễn thám. Cùng với các vệ tinh của nước ngoài (LandSat, SPOT, MOS, IRS, NOAA, IKONOS…), thông tin từ ảnh viễn thám hiện tại rất đa dạng và phong phú, chu kỳ quan sát trái đất có thể lặp lại từ vài ngày đến nửa tháng và độ phân giải của ảnh viễn thám có thể đạt từ 0,5÷500m. Việc khai thác thông tin từ ảnh vệ tinh đã có rất nhiều công cụ, phần mềm, thuật toán, phục vụ cho việc phân tích, giải đoán ảnh. Thông tin từ vệ tinh về nước và các vấn đề liên quan như là thảm thực vật, tình hình ngập lũ, diễn biến lũ trên diện rộng, dự báo mưa, phân bố dân cư, cháy rừng, diễn biến sạt lở, bồi lắng,… và đặc biệt là thông tin về chất lượng nước, diễn biến phù sa.

Ở vùng ĐBSCL, phù sa đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc cung cấp nguồn dinh dưỡng do lũ, có ý nghĩa rất lớn trong sản xuất nông nghiệp và cả hệ sinh thái vùng ĐBSCL, cung cấp nguồn cát duy trì và chống xói lở và bồi lắng bờ sông, bờ biển,… Mặc dù vậy, tài liệu đo đạc phù sa ít, hạn chế của tài liệu phù sa là do phải lấy mẫu hiện trường, sấy, cân trong phòng thí nghiệm, việc lấy mẫu, trữ mẫu, phân tích, hết sức cồng kềnh, tốn kém công sức và kinh phí. Do đó phù sa chỉ mới đo được ở các trạm cơ bản, trong khi hệ thống kênh rạch chằng chịt, chuyển nước và phù sa đi đến hầu hết các vùng trên toàn đồng bằng. Để góp phần vào việc nghiên cứu và đánh giá phù sa ở ĐBSCL, nghiên cứu này, sử dụng các phần mềm, thuật toán để giải đoán ảnh vệ tinh ở các độ phân giải khác nhau, nhằm xây dựng bộ công cụ khai thác ảnh vệ tinh để có thông tin về phù sa ở ĐBSCL.

Để xử lý một ảnh vệ tinh từ ảnh gốc đến sản phẩm là bản đồ phù sa, cần khoảng 100 bước phân tích, xử lý và giải đoán. Trong đó tập trung đến các vấn đề hiệu chỉnh ảnh, giải đoán ảnh, xuất bản tài liệu từ ảnh. Ở đây, chúng tôi chỉ giới thiệu phần phân tích giải đoán ảnh dựa trên cơ sở các thông số hiệu chỉnh vật lý (Physics Based Algorithms), để đánh giá sự biến đổi phù sa ở khu vực vùng ĐBSCL. Kết quả nghiên cứu được dựa trên bộ ảnh trong 5 năm (2007-2012), với nhiều loại ảnh từ LandSat, MODIS, Rapid Eye,.. Kết quả của giải đoán ảnh được kiểm nghiệm so với tài liệu hiện trường ở các thời điểm và vị trí khác nhau, kết quả cho thấy, khả năng sử dụng các ảnh viễn thám để khai thác, đánh giá, quan trắc diễn biến phù sa ở ĐBSCL là rất khả quan.

II. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

IV. KẾT LUẬN

Qua phân tích và giải đoán ảnh vệ tinh, cho thấy chúng ta có thể nghiên cứu diễn biến phù sa trên vùng ĐBSCL từ hướng tiếp cận ảnh vệ tinh. Ngày nay ảnh vệ tinh rất nhiều các vệ tinh có độ phân giải lớn cần phải trả tiền, nhưng ảnh có độ phân giải khoảng 30m đã có thể tải miễn phí từ nhà cung cấp. Chính vì vậy, cần tập trung đầu tư hơn nữa hướng nghiên cứu này để có được bộ cơ sở dữ liệu về phù sa rộng về không gian và nhặt về thời gian, đảm bảo cơ sở khoa học cho việc đánh giá, phân tích tác động của đập thượng nguồn, tác động của nội vùng về hệ thống đê bao bờ bao, diễn biến phù sa trên ĐBSCL.

Kết hợp giữa giải đoán ảnh vệ tinh và tài liệu đo đạc thủy văn vùng ĐBSCL, cho phép chúng ta tính toán được hàm lượng bùn cát, phù sa tràn vào đồng ruộng. Khả năng phục vụ cho việc truyền tải phù sa vào đồng ruộng để thau rửa ruộng đồng, phục vụ cho việc phát triển nông nghiệp hiệu quả hơn.

Từ kết quả phân tích ảnh trong khoảng thời gian 5 năm, cho thấy các yếu tố động lực tác động lớn đến vùng ĐBSCL, đặc biệt là quá trình chuyển đổi mùa của chế độ dòng chảy ở các tháng 1, 3, 6, 9,12.

Mây có tác động rất lớn và là lực cản đến khả năng giải đoán ảnh viễn thám ở vùng ĐBSCL, bởi vào mùa mưa, vùng này có nhiều mây và chứa hàm lượng nước mưa lớn, nên khi phân tích giải đoán ảnh, rất khó xác định giữa mây và bề mặt nước. Đồng thời mây ngoài việc che phủ đối tượng quan sát, với ánh nắng mặt trời, mây cũng tạo nên các bóng râm trên bề mặt đất cản trở cho việc giải đoán ảnh.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

1. Kim NQ, Trung NN, Khiết DV. 2007. Nghiên cứu vận chuyển phù sa vùng Đồng Tháp Mười, Báo cáo kỹ thuật, Đại học Thủy lợi, Bộ NN & PTNT

2. Thuyên LX, Trần NN, Tuấn BD, Bảy NT. 2000. Điều tra khảo sát vận chuyển và bồi lắng bùn cát trong mùa lũ ở vùng Tứ Giác Long Xuyên,Báo cáo kỹ thuật, Bộ Khoa học Công Nghệ

Tiếng Anh:

3. Bulgarelli, B., Kisselev, V., and Roberti, L., 1999, Radiative transfer in the atmosphereocean system: the finite element method.Applied Optics 38, pp. 1530-1542.

4. Heege, T., Kiselev, V., Odermatt, D., Heblinski, J., Schmieder, K., Khac, T. V., and Long, T. T.,2009, Retrieval of water constituents from multiple earth observation sensors in lakes, rivers and coastal zones. Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2009 IEEE International, IGARSS 2009 (Vol. 2, pp. II-833). IEEE.

5. Hung, N. N., Delgado, J. M., Tri, V. K., Hung, L. M., Merz, B., Bárdossy, A., & Apel, H. (2011). Floodplain hydrology of the Mekong Delta, Vietnam. Hydrological Processes, n/a– n/a. doi:10.1002/hyp.8183

6. Hung, N. N., Delgado, J. M., Günter, A., Merz, B., Bárdossy, A., & Apel, H. (2013a). Sedimentation in the fl oodplains of the Mekong Delta , Vietnam . Part I: suspended sediment dynamics. doi:10.1002/hyp

7. Hung, N. N., Delgado, J. M., Güntner, A., Merz, B., Bárdossy, A., & Apel, H. (2013b). Sedimentation in the floodplains of the Mekong Delta, Vietnam Part II: deposition and erosion. Hydrological Processes, n/a–n/a. doi:10.1002/hyp.9855

8. Kummu M, Varis O. 2007. Sediment-related impacts due to upstream reservoir trapping, the Lower Mekong River. Geomorphology 85:275–293.

9. Lu XX, Siew RY. 2006. Water discharge and sediment flux changes over the past decades inthe Lower Mekong River: possible impacts of the Chinese dams. Hydrology Earth System Sciences 10: 181–195

10. Manh, N. V., Merz, B., and Apel, H.: Sedimentation monitoring including uncertainty analysis in complex floodplains: a case study in the Mekong Delta, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 10, 325-373, doi:10.5194/hessd-10-325-2013, 2013.

11. MRC, 2005, Overview of the Hydrology of the Mekong Basin, Technical Report.

12. Walling DE. 2008. The Changing Sediment Load of the Mekong River. In Royal Swedish Academy of Sciences Ambio 37: 150–157.

Xem chi tiết bài báo: Nghiên cứu giải đoán ảnh vệ tinh để lấy thông tin phù sa ở vùng đồng bằng sông Cửu Long

Tác giả: PGS.TS. Lê Mạnh Hùng, TS. Nguyễn Nghĩa Hùng
Viện Khoa hoc Thủy lợi Việt Nam

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI