Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và mô hình thuỷ văn thuỷ lực để thành lập bản đồ ngập lụt lưu vực sông kôn – hà thanh, tỉnh bình định (full)

Môc lôc
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ..............................................................................................................2
DANH MỤC BẢNG BIỂU...........................................................................................................2
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................................4
CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ NGẬP LỤT..........................................6
1.1. Bản đồ phục vụ quản lý ngập lụt......................................................................................6
1.2. Các phương pháp nghiên cứu...........................................................................................9
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong khu vực.....................................................10
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước...................................................................................12
1.5. Một số mô hình toán học trong nghiên cứu ngập lụt.....................................................14
1.5.1. Mô hình thủy văn HEC-HMS.................................................................................14
1.5.2. Mô hình toán thủy lực mạng sông HEC-RAS........................................................14
1.5.3. Giới thiệu về phần mềm SWAT2000......................................................................15
1.5.4. Giới thiệu về hệ thống phần mềm MIKE...............................................................16
CHƯƠNG II : NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS ........................................18
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT.............................................................................18
2.1. Đặc tính kỹ thuật của tư liệu ảnh vệ tinh.......................................................................18
2.1.1. Các đặc tính cơ bản của ảnh vệ tinh........................................................................18
2.1.2. Ảnh Radar trong nghiên cứu ngập lụt.....................................................................19
2.1.3. Các đặc tính của ảnh vệ tinh sử dụng trong luận văn..............................................20
2.2. Quy trình kết hợp viễn thám và mô hình thủy văn, thủy lực.........................................24
2.3. Quy trình đặt, thu ảnh nhanh của trạm thu ảnh vệ tinh..................................................26
2.4. Chiết tách một số thông số đầu vào của mô hình MIKE11 từ DEM bằng mô hình
SWAT2000...........................................................................................................................28
2.5. Chiết tách một số thông số đầu vào của mô hình MIKE11 từ tư liệu viễn thám...........30
2.6. Lập bản đồ hiện trạng ngập lụt từ ảnh viễn thám...........................................................33
2.7. Quy trình công nghệ chiết tách vết ngập lũ từ ảnh vệ tinh RADAR.............................34
2.8. Quy trình công nghệ phân loại tự động lớp phủ trên ảnh viễn thám bằng phương pháp
phân loại có giám định..........................................................................................................38
CHƯƠNG III : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM...............................43

VÀ MÔ HÌNH THỦY VĂN THỦY LỰC ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ........................................43
LƯU VỰC SÔNG KÔN – HÀ THANH, TỈNH BÌNH ĐỊNH...................................................43
3.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội vùng thực nghiệm................................................43
3.1.1. Vị trí địa lý..............................................................................................................43
3.1.2. Đặc điểm địa hình...................................................................................................45
3.1.3. Đặc điểm khí tượng thủy văn..................................................................................45
3.2. Thu thập tư liệu..............................................................................................................46
3.2.1. Dữ liệu ảnh vệ tinh..................................................................................................46
3.2.2. Tư liệu bản đồ.........................................................................................................46
3.2.3. Tài liệu về khí tượng thủy văn................................................................................47
3.3. Chiết tách các thông số đầu vào của mô hình................................................................48
3.3.1. Các bước tính toán lưu vực con trên SWAT2000...................................................48
3.3.2. Phân loại lớp phủ trên ảnh vệ tinh quang học.........................................................50
3.4. Tính toán và hiệu chỉnh mô hình thủy văn thủy lực......................................................52
3.4.1. Tính toán dòng chảy mặt từ mô hình MIKE11.......................................................52
3.4.2. Tính toán dòng chảy mặt từ mô hình MIKE11.......................................................55
3.5. Phương pháp xây dựng bản đồ ngập lụt cho lưu vực.....................................................58
3.5.1. Đặt vấn đề...............................................................................................................58
3.5.2. Các bước xây dựng bản đồ ngập lụt.......................................................................58


3.5.3. Chuẩn bị số liệu cho xây dựng bản đồ....................................................................59
3.5.4. Lập bản đồ ngập lụt cho lưu vực sông Kôn-Hà Thanh...........................................59
3.6. Lập bản đồ hiện trạng vùng ngập bằng ảnh viễn thám RADAR...................................71
3.6.1. Xử lý tư liệu ảnh RADAR......................................................................................71
3.6.2. Chiết tách vùng ngập từ ảnh RADAR.....................................................................72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................78

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ALOS

The Advanced Land Observing Satellite
Vệ tinh quan sát Trái Đất của Nhật Bản

MIKE NAM

Mô hình thuỷ văn

MIKE 11

Mô hình thuỷ lực

MIKE GIS

Mô hình MIKE kết nối GIS

SWAT

Soil and Water Assessment Tool
Mô hình mưa dòng chảy

DEM

Mô hình số độ cao

SRTM

Shuttle Radar Topography Mission

Dữ liệu mô hình số địa hình

BĐĐH

Bản đồ địa hình

HEC-HMS

Mô hình thuỷ văn

GIS

Hệ thống thông tin địa lý

NDVI

Chỉ số thực vật chuẩn

PALSAR

Phased Array L-band Synthetic Aperture RADAR
§Çu thu radar trªn ¶nh vÖ tinh ALOS

HTSDĐ

Hiện trạng sử dụng đất

HTTT

Hệ thống thông tin

CSDL

Cơ sở dữ liệu

LVS

Lưu vực sông

CNTT

Công nghệ thông tin

SPOT

Système Pour l’Observation de la Terre
Hệ thống vệ tinh quan trắc Trái Đất của Pháp

1


DANH MC HèNH V
Hình 1 -1: Sơ đồ các chức năng của SWAT..............................................................................16
Hình 2 -1: Dải tần số hoạt động của Radar...............................................................................19
Hình 2-2: Sơ đồ quy trình kết hợp viễn thám và mô hình thủy văn, thủy lực tính toán ngập lụt
...................................................................................................................................................24
Hình 2-3: Sơ đồ quy trình đặt, thu ảnh nhanh của trạm thu ảnh vệ tinh....................................26
Hình 2-4 :Sơ đồ quy trình tách chiết các thông số của mô hình MIKE11 bằng modul
SWAT2000................................................................................................................................28
Hình 2-5: Quy trình đặt chụp ảnh viễn thám và chiết tách vùng ngập lụt ................................34

từ ảnh viễn thám........................................................................................................................34
Hình 2-6: Quy trình công nghệ chiết tách vết ngập lũ từ ảnh vệ tinh RADAR........................35
Hình 2-7: Quy trình công nghệ phân loại tự động lớp phủ trên ảnh viễn thám ........................38
bằng phơng pháp phân loại có giám định..................................................................................38
Hình 3-: Bản đồ các lu vực sông thuộc tỉnh Bình Định.............................................................44
Hình 3-2: Sơ đố cảnh ảnh SPOT5 tỉnh Bình Định.....................................................................46
Hình 3-3: Sơ đồ bảng chắp các mảnh bản đồ địa hình trên khu vực nghiên cứu.......................47
Hình 3- 4: Mô hình số địa hình vùng lu vực sông Kôn.............................................................48
Hình 3-5: Mô hình số địa hình dạng grid sau khi đã loại bỏ các giá trị âm và vùng hố..........49
Hình 3-6: Hệ thống thuỷ văn sau khi chỉnh sửa các điểm outlet...............................................49
Hình 3- 7: T liệu ảnh vệ tinh sau khi đợc ghép và xử lý............................................................50
Hình 3- 8: Kết quả sau phân loại...............................................................................................51
Hình 3-9: Sơ đồ lu vực bộ phận trong hệ thống sông Kôn - Hà Thanh....................................53
Hình 3-10: Sơ đồ lu vực sông Kôn - Hà Thanh tỉnh Bình định đợc phân chia trong mô hình
MIKE11....................................................................................................................................54
Hình 3-11: Đờng quá trình lu lợng tính toán và thực đo tại Bình Tờng trận lũ từ 14/X đến 21/X
năm 2003...................................................................................................................................57
Hình 3-12: Mô tả trình tự xây dựng bản đồ ngập lụt cho các phơng án tính toán.....................58
Hình 3-13: Bản đồ ngập lụt lu vực sông Kôn, Hà Thanh năm 1999.........................................65
Hình 3-14: Bản đồ ngập lụt lu vực sông Kôn, Hà Thanh năm 2003.........................................66
Hình 3-15: Bản đồ ngập lụt lu vực sông Kôn, Hà Thanh năm 2009........................................67
Hình 3-16: Bản đồ hiện trạng ngập lớn nhất vùng hạ lu sông Kôn - Hà Thanh trận lũ năm 2003
...................................................................................................................................................68
Hình 3-17: Bản đồ hiện trạng ngập lớn nhất vùng hạ lu sông Kôn - Hà Thanh trận lũ năm 1999
...................................................................................................................................................70
Hình 3-18: Bản đồ hiện trạng ngập lụt năm 2009 đợc chiết tách từ ảnh ALOS-PALSAR........74
Hình 3-19: Bản đồ hiện trạng ngập lụt năm 2009 đợc chiết tách từ ảnh ALOS-PALSAR trên
nền ảnh SPOT............................................................................................................................75

DANH MC BNG BIU

Bảng 2-: Danh mục các sản phẩm ảnh vệ tinh SPOT 5.............................................................23
Bảng 2-2: Thông số của ảnh ALOS PALSAR...........................................................................23
Bảng 3-: Bảng các thông số đầu vào của mô hình thuỷ văn MIKE11 đợc chiết tách từ t liệu
viễn thám:..................................................................................................................................51
2


Bảng 3-2: Diện tích các lu vực bộ phận trên lu vực sông Kôn - Hà Thanh...............................52
Bảng 3-3: Quan hệ tổng lợng ma trận các trạm trong lu vực sông Kôn- Hà Thanh trong trận lũ
2003 (14-21/X/2003).................................................................................................................56
Bảng 3- 4: Cao độ mực nớc lớn nhất tại các ô ruộng tính toán từ trận ma năm 1999...............60
Bảng 3- 5: Cao độ mực nớc lớn nhất tại các ô ruộng tính toán từ trận ma năm 2003...............62
Bảng 3- 6: Diện tích tơng ứng với độ sâu ngập năm 1999........................................................63
Bảng 3- 7: Diện tích tơng ứng với độ sâu ngập năm 2003........................................................63

LI CM N
Trc ht, tụi xin gi li cm n trõn trng nht ti TS. Nguyn Xuõn Lõm,
Giỏm c Trung tõm Vin thỏm Quc gia, ngi thy ó nhit tỡnh hng dn tụi
hon thnh lun vn ny.
3


Tụi xin gi li cm n chõn thnh ti cỏc cỏn b, nhõn viờn Trung tõm Thu
nhn v X lý nh vin thỏm, Trung tõm Vin thỏm Quc gia ó giỳp tụi trong
quỏ trỡnh thu thp t liu, thc hin ti.
Tụi cng xin gi li cm n ti cỏc thy, cụ giỏo, cỏn b Khoa a Lý, trng
i hc Khoa hc T nhiờn, i hc Quc Gia H Ni, cựng cỏc hc viờn cao hc
lp K8 Bn vin thỏm v GIS.
Cui cựng tụi xin cm n gia ỡnh, bn bố, nhng ngi luụn ng viờn, sỏt
cỏnh bờn tụi trong sut quỏ trỡnh hc tp.

Tụi xin chõn thnh cm n!

M U
Công nghệ Viễn thám trong nhiều thập kỷ qua đã đợc sử dụng để theo dõi và
quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên rất hữu hiệu. Nhiều loại t liệu Viễn thám đã
đợc sử dụng rộng rãi nh: LANDSAT, SPOT, RADARSAT. Các vệ tinh ngày càng đợc
hoàn thiện: các bộ cảm ngày càng đợc cải tiến, với các tính năng kỹ thuật không ngừng
đợc nâng cao nh độ phân giải không gian, độ phân giải phổ, khả năng loại trừ nhiễu,
khả năng nắn chỉnh hình học. Cùng với tiến bộ nhảy vọt của công nghệ thông tin đã
xuất hiện hàng loạt các phần mềm dùng để xử lý và khai thác thông tin vệ tinh với tốc
độ cao và độ chính xác ngày càng cao. Những thông tin đồng bộ lấy đợc từ t liệu viễn
thám giúp ích rất nhiều cho việc cập nhật và làm mới cơ sở dữ liệu dùng cho công tác
4


theo dõi, quản lý tài nguyên và sử dụng hữu ích nhất. Đặc biệt trong thời gian tới khi
trạm thu ảnh vệ tinh của trung tâm Viễn thám đi vào hoạt động thì nguồn dữ liệu ảnh
vệ tinh sẽ chủ động và phong phú hơn, giúp ích rất nhiều trong giám sát thiên tai và
quản lý tài nguyên.
Trong nhng nm gn õy Vit Nam liờn tc xy ra ngp lt gõy thit hai ln
v ti sn v con ngi, c bit l cỏc tnh min Trung trong ú cú Bỡnh nh. Do vy
vic thnh lp bn hin trng ngp lt l rt cn thit, xõy dng bn hin
trng ngp lt thỡ vic s dng cụng ngh phự hp nht hin nay l ng dng t liu
nh vin thỏm kt hp vi h thụng tin a lý (GIS). V ú l lý do em chn ti
"Nghiờn cu ng dng cụng ngh vin thỏm v mụ hỡnh thu vn thu lc
thnh lp bn ngp lt lu vc sụng Kụn H Thanh, tnh Bỡnh nh cho lun
vn tt nghip ca mỡnh.
1. Mục tiêu nghiên cứu
-

Tỡm hiu kh nng ca nh SPOT5, mt s loi nh v tinh khỏc v mụ hỡnh
thu vn thu lc cho nghiờn cu ngp lt.

-

Nghiờn cu kh nng cung cp thụng s u vo cho mụ hỡnh thu vn thu lc
t t liu vin thỏm.

-

Thc nghim ti lu vc sụng Kụn H Thanh, tnh Bỡnh nh.
2. Nhim v nghiờn cu

-

Nghiờn cu quy trỡnh kt hp vin thỏm v mụ hỡnh thy vn thy lc cho
nghiờn cu ngp lt.

-

Nghiờn cu chit tỏch mt s thụng s u vo cho mụ hỡnh MIKE11 t t liu
vin thỏm.

-

Nghiờn cu chit tỏch vt ngp l t nh v tinh RADAR.
3. Phm vi nghiờn cu
3.1. Phm vi v mt khoa hc: nghiờn cu ng dng kt hp cụng ngh vin

thỏm v mụ hỡnh thu vn thu lc thnh lp bn hin trng ngp lt.

3.2. Phm v v lónh th: Th nghim ti lu vc sụng Kụn H Thanh tnh
Bỡnh nh.
4. Cỏc k thut s dng
4.1. K thut s dng
- Cỏc k thut x lý nh v tinh
5


- Cỏc k thut chit xut thụng tin nh vin thỏm
- Cỏc k thut GIS
- Cỏc k thut phõn tớch thng kờ
4.2. Cỏc phn mm s dng
- Phn mm Envi.
- Phn mm Microstation.
- Phn mm ArcGIS
- Phn mm MIKE11, SWAT2000.
5. Ti liu s dng thc hin lun vn
- nh ALOS PALSAR phõn gii 6,25m
- nh SPOT 5 phõn gii 2.5m
- nh ASTER phõn gii 15m
- Bn a hỡnh t l 1:25 000, 1:50 000
6. Kt qu nghiờn cu ca lun vn
- Báo cáo đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS phục vụ
giám sát ngập lụt.
- Bình đồ ảnh vệ tinh tỷ lệ 1: 50.000.
- Một số bản đồ chuyên đề nh bản đồ hiện trạng ngập lụt, bản đồ nguy cơ ngập
lụt.

CHNG I : C S Lí THUYT NGHIấN CU V NGP LT
1.1. Bn phc v qun lý ngp lt

T trc n nay vic xõy dng bn nguy c ngp lt Vit Nam thiu rt
nhiu cỏc t liu mang tớnh thi s v cng cha cú cỏc phng phỏp tt thc hin.
Vic lp bn nguy c ngp lt nc ta trong thi gian ngn, xõy dng phng
phỏp mi thnh lp bn nguy c ngp lt nhm d bỏo, giỏm sỏt l lt mt cỏch
nhanh chúng v thun tin, m bo chớnh xỏc cao ang l yờu cu cp bỏch cn
nghiờn cu.

6


Bản đồ nguy cơ ngập lụt là một hình thức biểu thị một cách trực quan và để sử
dụng được thuận lợi các kết quả phân tích nguy cơ lũ lụt trong một vùng nào đó. Trong
quản lý lũ lụt tại Việt Nam hiện tạo phổ biến bốn loại tài liệu bản đồ sau đây:
1- Bản đồ hiện trạng ngập lụt: Là loại bản đồ ngập vẽ lại một trận lụt đã qua.
Phương pháp thường dùng hiện nay để thành lập bản đồ ngập lụt là:
-

Dựa trên các vết lũ lớn nhất đã khảo sát được để lập bản đồ ngập, sau đó dựa
vào phần mềm, công nghệ DEM để xác định bản đồ diện ngập và độ sâu ngập
cho toàn khu vực.

-

Nếu thiếu các vết lũ (thực tế là phổ biến vì diện ngập các lưu vực sông lại quá
lớn) phương pháp phổ biến là dùng mô hình thủy văn, thủy lực để mô phỏng lại
lũ đã tràn qua, căn cứ vào các vết lũ đo đạc thực địa để hiệu chỉnh và khôi phục
cao độ các vết lũ để cung cấp dữ liệu cho DEM.

2- Bản đồ dự báo ngập lụt: Là loại bản đồ dự báo ngập lụt khi chưa diễn ra lụt.
Loại sản phẩm này rất cần trong thực tế phòng tránh lũ ở Việt Nam và cả trên

thế giới. Phương pháp thành lập phù hợp nhất là sử dụng mô hình thủy lực để
tính toán, mô phỏng. Cách thực hiện là phải dự báo lượng mưa ở các trạm đo
trong lưu vực và tính toán dòng chảy trong mạng sông-ruộng để xác định mức
nước, độ sâu các vị trí.
3- Bản đồ ngập lụt thiết kế: Là loại bản đồ dùng trong thiết kế công trình ứng với
từng chu kỳ tái hiện (100, 50, 20, 10, 5 năm). Bản đồ này được tính toán từ trận
mưa thiết kế của từng trạm đo mưa từ chuỗi tài liệu thực đo. Phương pháp xây
dựng bản đồ này hiện nay là sử dụng mô hình thủy lực. Đối với bản đồ nguy cơ
ngập theo tần xuất và các cấp báo động lũ thì phương pháp tính toán thủy lực là
công cụ được sử dụng nhiều nhất.
Với các phương pháp trên, độ chính xác phụ thuộc vào số lượng các vết lũ, mức độ chi
tiết của bản đồ nền địa hình và đặc điểm thủy văn, thủy lực của lưu vực sông. Mức độ
chính xác chủ yếu được đánh giá qua kiểm tra thực địa – một công việc rất mất nhiều
thời gian, tiền bạc nên nhiều khi cũng không được xem xét kỹ.
4- Bản đồ hiện trạng ngập chụp ảnh viễn thám: Thực chất đây là bản đồ ngập
hiện trạng vì chỉ chụp được hình ảnh vùng ngập lụt vào thời điểm chụp ảnh.
Tuy nhiên, việc lập bản đồ ngập lụt ở Việt Nam hiện nay còn nhiều bất cập

7


trong việc thu thập đủ số liệu, thiếu bản đồ địa hình tỷ lệ lớn để cập nhật hiện
trạng và chưa có công nghệ so sánh từ ảnh viễn thám để so sánh, hiệu chỉnh.
Quản lý ngập lụt bao gồm cả công việc chuẩn bị trước ngập lụt xảy ra, trong
quá trình ngập lụt và sau khi ngập lụt đã diễn ra. Phục vụ cho quản lý ngập lụt
một cách hiệu quả đòi hỏi nhiều loại bản đồ khác nhau. Ứng dụng công nghệ
viễn thám và hệ thống thông tin địa lý trong quản lý ngập lụt, hiện nay thường
quan tâm sản xuất các loại bản đồ chuyên đề sau:
-

Bản đồ khả năng ngập: là loại bản đồ được tính toán, thành lập từ mô hình số
độ cao hoặc sử dụng mô hình thủy lực. Trên bản đồ này thể hiện các vùng có
thể ngập nước theo dòng chảy khi xảy ra lũ lụt.

-

Bản đồ tổn thương ngập lụt: là loại bản đồ khu vực nghiên cứu, trên đó thể hiện
tất cả các đối tượng địa hình, giao thông, dân cư, kinh tế-xã hội chịu tác động
dễ bị tổn thương khi xảy ra lũ.

-

Bản đồ nguy cơ ngập lụt: là bản đồ kết quả tích hợp của bản đồ tổn thương và
bản đồ khả năng ngập lụt được chạy từ các mô hình dự báo hoặc từ các vết lũ
lịch sử. Bản đồ này cho thấy các vùng có nguy cơ ngập lụt cao khi xảy ra lũ lụt
và các đối tượng dễ bị tổn thương, bị chịu tác động của ngập lụt cần được bảo
vệ hoặc có biện pháp phong tránh tổn thương.
Trên đây là các bản đồ chuyên đề phục vụ khâu chuẩn bị ứng phó trước khi

ngập lụt xảy ra. Khi ngập lụt đã và đang xảy ra, cần sản xuất và cung cấp nhanh chóng
bản đồ hiện trạng ngập lụt phục vụ nắm bắt tình hình ngập, đánh giá sơ bộ tình trạng
thiệt hại và lập kế hoạch ứng cứu. Vì vậy rất cần thiết tiến hành nghiên cứu công nghệ
thành lập nhanh bản đồ hiện trạng ngập lụt sử dụng ảnh viễn thám, nhất là ảnh
RADAR vì loại ảnh này ít chịu ảnh hưởng của mây.
Sau khi ngập lụt đã xảy ra, cần cung cấp nhanh chóng bản đồ hiện trạng sau lụt
để tiến hành đánh giá tổn thất, lập kế hoạch ứng cứu và chỉ đạo ứng cứu phục hồi,
khắc phục hậu quả của lũ lụt.
Một đặc điểm quan trọng 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 lơn. Để đáp ứng
những đòi hỏi cơ bản này thì công nghệ viễn thám và GIS tỏ ra phù hợp hơn cả và phát

huy được các thế mạnh của công nghệ mới, cung cấp thông tin nhanh, chính xác và
tổng thể trên diện rộng.
8


1.2. Các phương pháp nghiên cứu
1.2.1. Phương pháp tổng hợp và kế thừa
- Thu thập tài liệu đã có liên quan tới các phương pháp và nội dung của luận
văn.
- Phân tích lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp.
- Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến nội dung
của luận văn.
1.2.2. Phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám
Công nghệ giải đoán ảnh: xử lý ảnh số, chiết tách thông tin, cung cấp dữ liệu
đầu vào: mạng lưới thủy văn, hiện trạng lớp phủ bề mặt, thành lập bản đồ ngập lụt...
1.2.3. Phương pháp hiện chỉnh dữ liệu địa hình (phân bố dân cư, giao thông...)
để cho ra bản đồ nền địa lý.
1.2.4. Phương pháp tích hợp thông tin khi xây dựng cơ sở dữ liệu GIS
Công dụng của GIS: Xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL), quản lý thông tin hiện
trạng ngập, phân tích thông tin và đề xuất giải pháp, đánh giá tình hình ngập lụt, đánh
giá tổn thất sau thiên tai.
1.2.5. Phương pháp kết hợp ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS
- Các phương pháp giải đoán và chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh bao gồm
phương pháp phân loại tự động, bán tự động (có giám định), giải đoán bằng mắt và
điều vẽ trực tiếp trên máy tính, điều vẽ bằng mắt trên ảnh in ra kết hợp với các tư liệu
bổ sung.
- Các lớp thông tin được chiết tách ra từ ảnh vệ tinh được số hóa và chuẩn hoá.
- Sử dụng các công cụ GIS để chồng lớp thông tin lên bản đồ nền để thành lập
bản đồ nguy cơ ngập lụt.
1.2.6. Phương pháp phân tích thống kê

- Các số liệu thống kê thu thập được từ các cơ quan lưu trữ đầu ngành qua quá
trình xử lý, phân tích sẽ bổ sung thêm nội dung cho bản đồ hiện trạng ngập lụt và là cơ
sở để đánh giá các thông tin thu được từ bản đồ mới thành lập.
- Các số liệu thống kê thu được từ phân tích các thông tin là cơ sở để đánh giá
và quy hoạch.
1.2.7. Phương pháp phân tích đa thời gian
- Phần lớn các tài liệu, tư liệu hiện có được thu thập và thành lập ở nhiều thời
9


điểm khác nhau, nên cần có quá trình nghiên cứu và phân tích kỹ lưỡng những thông
tin đa thời gian này.
- Các thông tin đa thời gian qua quá trình phân tích sẽ cho thấy xu thế biến
động của các hiện tượng, đối tượng bề mặt. Thông tin này không chỉ hữu ích cho việc
thành lập các bản đồ biến động mà còn là dấu hiệu điều vẽ quan trọng để xác định các
đối tượng hiện trạng có trên tư liệu ảnh vệ tinh mới.
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong khu vực
Trong khoảng chục năm trở lại đây, những trận lụt xảy ra ngày càng tăng với
cường độ mạnh như ở Trung Quốc (1998), Tây Âu (1998,2000), CH Séc (2002),
Băng La Đét (2001), vùng Viễn Đông thuộc Nga (2002).
Ngập lụt là một trong những thảm họa thiên nhiên tác động bao trùm khu vực
rộng lớn. Do mật độ dân cư sống dọc theo những dòng sông rất cao và là khu vực
có hoạt động sản xuất kinh tế tập trung đặc biệt là ở các nước châu Á như Băng la
đét, Trung Quốc, Ấn Độ , Việt Nam,...., nên nạn lụt gây ra những mất mát khổng lồ
cả về tài sản cũng như cướp mất cuộc sống của rất nhiều người hàng năm. Sau đây
là một số thông tin về các nghiên cứu ở một số nước trên thế giới về quản lý lũ lụt.
Băng la đét đã xây dựng thành công hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt
trên cơ sở sử dụng mô hình thủy văn, thủy lực MIKE11 (của Đan Mạch) dưới sự
trợ giúp của UNDP/WMO kết hợp với sử dụng tư liệu viễn thám GMS, NOAA-12
và NOAA-14. Hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt này được áp dụng cho vùng

lãnh thổ rộng 82.000 km2, trên đoạn dài 7.270 km sông, 195 nhánh, sử dụng 30
trạm giám sát.
Trung Quốc đã xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt trên cơ sở sử
dụng tư liệu viễn thám FY-II, OLR, GPCP, ERS-II, SSM/I. Tại Trung Quốc, trong
vài năm gần đây, ngày càng có nhiều dấu hiệu cho thấy sự không bền vững trong
sử dụng tài nguyên nước và các hệ sinh thái tại các lưu vực sông. Nhận thức được
vấn đề này, Ủy ban Hợp Tác Quốc Tế về Môi Trường và Phát Triển Trung Quốc
(CCICED) đã đề xuất áp dụng quản lý tổng hợp lưu vực sông tại Trung Quốc dựa
trên cách tiếp cận hệ sinh thái.
Ấn Độ bắt đầu xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt từ năm 1959
cho lưu vực sông Hằng. Hiện nay ở Ấn Độ có 145 trung tâm dự báo, 500 trạm khí
tượng, 350 trạm thủy văn phục vụ cho vùng lưu vực rộng 240.000 km 2, sử dụng
10


khả năng thông tin của các tư liệu ảnh vệ tinh IRS, TM Landsat-5, ERS,
RADASAT.
Một số nước thuộc châu Phi sử dụng mô hình thủy văn FEWS NET kết hợp
với hệ thống thông tin địa lý GIS để xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập
lụt cho 5.600 vùng hạ lưu với sự trợ giúp xây dựng của tổ chức USGS/EROS.
Nhận thức tầm quan trọng của việc quản lý thiên tai ngập lụt, năm 2002 Đại
sứ quán Cộng hòa Pháp tại Hà Nội đã tổ chức Hội thảo Việt-Pháp với chủ đề
“ Quản lý lưu vực sông và phòng ngừa lụt lội”. Tại hội thảo này các cơ quan quản
lý, viện nghiên cứu, công ty của Pháp đã trao đổi kinh nghiệm quản lý ngập lụt
trong lưu vực sông. Trong hội thảo nói trên hãng cung cấp ảnh vệ tinh SPOT của
Pháp SPOT IMAGE đã trình bày các kinh nghiệm ứng dụng ảnh vệ tinh cho việc
giám sát hiện tượng ngập lụt. Mô hình tổ chức quản lý lưu vực sông Seine (Pháp).
Cơ cấu tổ chức quản lý lưu vực sông Seine là mô hình quản lý tài nguyên nước khá
hoàn thiện (quản lý đến từng tiểu lưu vực của hệ thống sông Seine) với sự tham gia
chặt chẽ của các ngành, các địa phương và cộng đồng dân cư trong lưu vực.

Tại Mỹ, để quản lý chất lượng nước sông (lưu vực sông Minnesota) các nhà
quản lý cho rằng: vấn đề ô nhiễm nước của sông Minnesota không thể giải quyết
triệt để nếu chỉ quan tâm đến việc kiểm soát nguồn nước thải tập trung mà bỏ qua
nguồn nước thải phân tán.
Tại Brazil, để phục hồi chất lượng nước sông Tiete, tháng 9 năm 1991 chính
phủ Brazil đã triển khai dự án làm sạch sông, hồ chức trong lưu vực sông. Một
trong những nhiệm vụ quan trong là kiểm soát rác thải từ hoạt động công nghiệp.
Thái Lan, là một nước nằm trong khu vực Đông Nam Á, có nhiều điểm tương
đồng về điều kiện tự nhiên với Việt Nam. Viễn thám đã được ứng dụng ở Thái Lan
trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, lâm nghiệp, môi trường và thảm họa thiên
nhiên, quy hoạch đô thị,.... Viễn thám đã được phát triển ở Thái Lan từ đầu những
năm 80 của thế kỷ trước và trong vòng hơn 20 năm qua, trình độ viễn thám ứng
dụng ở Thái Lan đã phát triển tương đối cao trong khu vực. GISTDA là một tổ
chức chính phủ trực thuộc Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường Thái Lan, có
mục đích phát triển công nghệ vũ trụ và địa tin học ứng dụng cho các ngành kinh
tế. GISTDA đã hợp tác với các nước có công nghệ phát triển như Mỹ, Nhật Bản,
Trung Quốc, Nga để phát triển công nghệ vũ trụ, viễn thám và công nghệ thông tin.
11


Một số nghiên cứu về ngập lụt ở Thái Lan như “Dự án phát triển hệ thống
cảnh báo ngập lụt cho vùng lòng chảo Chao Phraya” đã được báo cáo kết quả ở
hội nghị quốc tế Kyoto-Nhật Bản vào tháng 5/2004. Hệ thống này phát triển nhằm
mục đích cảnh báo sớm cho các cộng đồng dân cư dọc theo vùng lòng chảo tránh lũ
khi có mưa lớn ở thượng nguồn, dựa trên việc thiết kế và xây dựng một hệ thống
truyền dữ liệu thực địa liên tục tự động từng 10 phút để phân tích và dự báo lũ.
Nghiên cứu ngập lụt ở sông Mae Chaem thuộc tỉnh Chiêng Mai-Thái Lan, sử dụng
mô hình thủy lực HEC-RAS và khảo sát thực địa nhờ các trạm đo D-GPS để xây
dựng các mặt cắt sông và vết lũ năm 2001 để hiệu chỉnh mô hình. GISTDA cũng
đã áp dụng ảnh vệ tinh Landsat 5 TM để xác định vùng ngập lụt cho các lưu vực

sông vùng phía Bắc của Thái Lan như sông Songkram, vùng ngập lụt thuộc tỉnh
Sukotha.
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ngập lụt là hiện tượng thường xảy ra ở Việt Nam. Quy mô gây thiệt hại và tần
xuất xuất hiện lũ có xu hướng ngày càng gia tăng trong những năm gần đây. Chính
phủ Việt Nam rất quan tâm đến vấn đề giám sát diễn biến của ngập lụt nhằm phòng
chống và giảm nhẹ tác hại ở mức độ thấp nhất. Có rất nhiều các nghiên cứu về ngập
lụt ở Việt Nam trên các lưu vực ở các hệ thống sông lớn như đồng bằng sông Hồng,
sông Cửu Long và các hệ thống sông ở Trung Bộ - Việt Nam.
Công tác xây dựng bản đồ ngập lụt ở nước ta thực sự mới được chú ý sau trận
lũ lịch sử ở một số tỉnh miền Trung năm 1999. Một số đề tài nghiên cứu khoa học ở
nhiều cấp đã được triển khai. Dưới đây giới thiệu một số đề tài nghiên cứu tiêu biểu
cho khu vực miền Trung.
Đề tài 1: “Điều tra nghiên cứu và cảnh báo ngập lụt phục vụ phòng tránh thiên tai ở
các lưu vực sông miền Trung” do Viện Khí tượng Thủy văn thực hiện năm 19992002.
-

Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho 4 lưu vực sông chính: sông Hương
(Huế), sông Thu Bồn (Quảng Nam), sông Vệ (Quảng Ngãi) và sông Kôn-Hà
Thanh (Bình Định).

-

Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 và các bản đồ ngập úng với
các chu kỳ tái hiện khác nhau.

12


-

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu thực đo và điều tra bổ sung sau đó sử dụng
mô hình DEM để xây dựng bản đồ ngập.

Đề tài 2: “ Nghiên cứu cơ sở khoa học cho các giải pháp tổng thể dự báo phòng tránh
ngập lụt ở các tỉnh miền Trung” do Viện Địa lý, Trung tâm Khoa học tự nhiên và
Công nghệ Quốc gia thực hiện năm 2000-2004.
-

Nội dung của đề tài: Lập bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông chính: sông
Hương, sông Thu Bồn, sông Vệ, sông Cái, sông Kôn-Hà Thanh.

-

Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ 1999 và một số bản đồ ngập lụt
ứng với các chu kỳ tái hiện.

-

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo và điều tra bổ sung.

Đề tài 3: “ Nghiên cứu xây dựng tập bản đồ ngập lụt tỉnh Thừa Thiên – Huế” do Viện
Địa lý, Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia thực hiện năm
1999-2001.
-

Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông Hương (Thừa Thiên –
Huế).

-

Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 tỷ lệ 1: 50 000 và bản
đồ cảnh báo ngập lụt cho lưu vực sông Hương.

-

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu thực đo và điều tra bổ sung.

-

Nhược điểm: Sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ, số liệu các vết lũ ít nên không phản
ánh chi tiết các khu vực ngập.

Đề tài 4: “ Lập bản đồ ngập lụt cho 7 tỉnh miền Trung” do Trung tâm Tư vấn và Hỗ
trợ Công nghệ KTTV (UNDP tài trợ).
-

Nội dung: đã lập được bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông Hương (Thừa
Thiên – Huế), sông Thu Bồn-Vũ Gia (TP Đà Nẵng, Quảng Nam).

-

Loại bản đồ đã lập: Bản đồ ngập lụt hiện trạng lũ năm 1999 tỷ lệ 1: 25 000,
1: 10000 và bản đồ nguy cơ ngập lụt ứng với các chu kỳ tái hiện.

-

Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo và điều tra thực địa bổ sung có kết
hợp với mô hình số độ cao để lập bản đồ ngập.

Đề tài 5: “ Hợp tác nghiên cứu kinh nghiệm của Thái Lan ứng dụng công nghệ viễn
thám phục vụ công tác quản lý tài nguyên và môi trường Việt Nam, trước hết đối với
tài nguyên đất và nước” - TS.Nguyễn Xuân Lâm - Trung tâm Viễn thám quốc gia,
2005-2006.
13


1.5. Mt s mụ hỡnh toỏn hc trong nghiờn cu ngp lt
phũng trỏnh l lt, ngy nay ngi ta cng ỏp dng cỏc mụ hỡnh thy vn
mụ hỡnh húa quỏ trỡnh xy ra l, da vo ú d bỏo hin tng l lt. Vn hnh mụ
hỡnh thy vn cn thit phi xõy dng c s d liu a hỡnh v cung cp cỏc thụng s
o c v thy vn cho u vo ca mụ hỡnh. C s d liu a hỡnh cng chớnh xỏc thỡ
vic tớnh toỏn d bỏo theo mụ hỡnh cng cú chớnh xỏc. Cỏc thụng s thy vn cung
cp tớnh toỏn cng sỏt thi gian thc cng em li kt qu d bỏo chớnh xỏc. Mt
mt khỏc cỏc thụng s ca mụ hỡnh cng phi c hiu chnh thớch hp vi cỏc
CSDL.
1.5.1. Mụ hỡnh thy vn HEC-HMS
Mụ hỡnh toỏn thy vn HEC-HMS (HEC-Hydrologic Modeling System) ca
Hip hi cỏc k s quõn s Hoa K l th h phn mm k tip v tớnh toỏn ma-dũng
chy c thay th cho mụ hỡnh HEC-1 bng giao din Windows.[10]
C s khoa hc ca mụ hỡnh HEC-HMS:
Mụ hỡnh HEC-HMS c s dng mụ phng quỏ trỡnh ma-dũng chy khi
nú xy ra trờn mt lu vc c th. Ta cú th biu th mụ hỡnh bng s sau:
Ma (X) ----------> Dòng chảy (Y) -------------> Đờng quá trình lũ
Tổn thất(P)
Y=X-P

Đường lũ đơn vị

(Q~t)

qp

Ta cú th hỡnh dung bn cht ca s hỡnh thnh dũng chy ca mt trn l nh
sau: Khi ma bt u ri cho n mt thi im t i no ú, dũng chy mt cha c
hỡnh thnh, lng ma ban u ú tp trung cho vic lm t b mt v thm. Khi
cng ma vt quỏ cng thm (ma hiu qu) thỡ trờn b mt bt u hỡnh
thnh dũng chy, chy trn trờn b mt lu vc, sau ú tp trung vo mng li sụng
sui. Sau khi vo sụng, dũng chy chuyn ng v h lu, trong quỏ trỡnh chuyn
ng ny dũng chy b bin dng do nh hng ca c im hỡnh thỏi v nhỏm
lũng sụng.
1.5.2. Mụ hỡnh toỏn thy lc mng sụng HEC-RAS
Mụ hỡnh toỏn thy lc HEC-RAS (HEC-River Analysis System) ca hip hi
cỏc k s quõn s Hoa K l th h phn mm k tip v mụ hỡnh phõn tớch h thng
sụng c phỏt trin bng giao din trong Windows.
C s khoa hc v lý lun ca mụ hỡnh thy lc HEC-RAS:
14


Cơ sở khoa học của mô hình thủy lực HEC-RAS là tạo ra một công cụ có khả
năng mô phỏng sự vận chuyển nước và diễn biến mực nước trong sông trên cơ sở giải
hệ phương trình Saint-Venant 1 chiều.
Hệ phương trình Saint-Venant trong mô hình HEC-RAS bao gồm hệ hai
phương trình: phương trình liên tục và phương trình động lượng.
1.5.3. Giới thiệu về phần mềm SWAT2000
Đây là một modul phần mềm chạy trên nền ARCVIEW sử dụng giao diện đồ
họa của phần mềm SWAT. SWAT là một phần mềm được phát triển nhằm dự đoán
những ảnh hưởng của việc sử dụng đất đai, các lớp trầm tích, các lưu vực sông phức
tạp đến sự thay đổi của đất đai, đất sử dụng và các điều kiện quản lý trong khoảng thời
gian dài. Đây là mô hình vật lý kết hợp các đẳng thức hồi quy để mô tả mối quan hệ

giữa sự thay đổi của dữ liệu đầu vào và đầu ra. SWAT đòi hỏi các thông tin cụ thể về
thời tiết, tính chất của đất, địa hình, thực phủ và các hoạt động quản lý đất trong vùng
lưu vực. SWAT được dùng để tính toán các lưu vực sông dựa trên mô hình số địa hình
và hệ thống thủy văn có sẵn nhằm phản ánh khả năng phản ứng của lưu vực với mưa.
Mô hình SWAT cho phép tính toán các lưu vực dựa trên các điểm outlet (là các
điểm khống chế lưu vực, thường nằm ở ngã 3 sông suối), điều này cho phép người
dùng có thể hiệu chỉnh, phân tách các lưu vực hoặc tổng hợp các lưu vực nhỏ thành
lưu vực lớn hơn.

15


Hình 1 -1: Sơ đồ các chức năng của SWAT
1.5.4. Gii thiu v h thng phn mm MIKE
Vin Thy lc an Mch xõy dng cỏc phn mm ỏnh giỏ v phõn tớch cỏc
vn v cht lng v s lng nc, õy l cỏc phn mm hu ớch trong cụng tỏc
lp k hoch phỏt trin v qun lý ngun nc theo quan im bn vng.
Cỏc sn phm chớnh bao gm:
MIKE11 Mụ hỡnh thy lc 1 chiu (1-D)
MIKE NAM Mụ hỡnh thy vn
MIKE11 l mt mụ hỡnh h thng sụng thụng dng nht trờn th gii. Mụ hỡnh
c xõy dng v phỏt trin trờn 20 nm v ó c ỏp dng cho cỏc sụng, vựng ven
bin, h cha, h thng sụng hn 100 nc trờn th gii. MIKE11 l mt mụ hỡnh
thy ng lc hc mt chiu da trờn vic gii nghim ca h phng trỡnh Saint
Venant, thờm vo ú l cỏc modul phõn tỏn, cht lng nc, chuyn ti bựn cỏt, madũng chy, mụ hỡnh sinh thỏi, d bỏo l, mụ hỡnh v p,. MIKE11 biu din di
dng mụ phng s ca hu ht cỏc dng quỏ trỡnh dũng chy ca cỏc sụng.
MIKE BASIN (mụ hỡnh lu vc vi giao din GIS) vi giao din ARCVIEW
GIS l mt mụ hỡnh mụ phng ngun nc lu vc sụng. MIKE BASIN ũi hi vi
mt s lng ln s liu, vi cỏc modul tớnh toỏn n gin a ra cỏc kch bn tớnh
16

toán các biến đổi của các đặc trưng dòng chảy theo không gian và thời gian, xác định
các nhu cầu dùng nước, vận hành hồ chứa đa mục tiêu, công trình chuyển nước và
đánh giá chất lượng nước. MIKE BASIN sử dụng giao diện GIS để tổ hợp CSDL, xác
định lưu vực và trình diễn kết quả một cách thuận lợi cho người sử dụng.
MIKE FLOOD (Mô hình mô phỏng lũ 1 và 2 chiều) là một công cụ tổng hợp để
phân tích lũ. Nó kết hợp các mô hình thủy động lực học MIKE11 (1-D) và MIKE21
(2-D) với một giao diện thống nhất cho người sử dụng với GIS. Sự kết hợp này đem
lại thuận tiện cho người sử dụng để có thể mô tả theo không gian cùng với các tính
toán một chiều cho các vị trí phù hợp. MIKE FLOOD có thể sử dụng để phân tích các
dạng: vùng đồng bằng, ảnh hưởng do bão, vỡ đập, tràn đê, mô phỏng lũ và hạn hán,….
MIKE SHE (Mô hình thủy văn tổng hợp) là một hệ thống mô hình thủy văn
tổng hợp đa mục tiêu. Do đó, MIKE SHE không chỉ là một mô hình ba chiều, mô hình
nước ngầm mà còn là các mô hình số mô phỏng dòng chảy tràn, dòng chảy tràn không
bão hòa, mô hình lan truyền chất, mô hình điah hóa, mô phỏng các tác động nông
nghiệp, bốc thoát hơi,…. MIKE11 và MOUSE có thể kết hợp sử dụng trong MIKE
SHE để đưa ra một mô hình tổng hợp dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm trong hệ thống.

17


CHƯƠNG II : NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT
2.1. Đặc tính kỹ thuật của tư liệu ảnh vệ tinh
2.1.1. Các đặc tính cơ bản của ảnh vệ tinh
Ảnh viễn thám hiện nay có rất nhiều ưu việt có thể ứng dụng trong công tác
quản lý ngập lụt. Những tính ưu việt cơ bản có thể nêu như sau:
•

Độ phủ ảnh:
Đơn vị của tư liệu viễn thám thông thường được tính theo cảnh ảnh, một cảnh

là một vùng không gian được bộ cảm viễn thám quan trắc trong một khoảng thời gian
nhất định. Tùy theo loại bộ cảm và độ phân giải không gian, kích thước của một cảnh
ảnh sẽ có độ lớn khác nhau. Ví dụ tư liệu ảnh SPOT có kích thước của một cảnh ảnh là
60 km x 60 km; ảnh IKONOS có kích thước của một cảnh ảnh nhiều khi chỉ khoảng
11 km x 11 km. Như vậy bề mặt đất cũng như các vấn đề liên quan như diện ngập lụt
trong một cảnh có thể được quan sát trong một điều kiện gần như không đổi. Đó là
một thuận lợi cơ bản của tư liệu viễn thám.Nếu chúng ta sử dụng các phương pháp
khảo sát thực địa truyền thống thì để thu thập được các thông tin về ngập lụt trong khu
vực tương đương một cảnh ảnh chúng ta sẽ phải cần một khoảng thời gian tương đối
lớn, có thể nhiều ngày hoặc nhiều tháng. Hơn nữa vào thời điểm ngập lụt chúng ta
không thể tiếp cận địa phương do điều kiện thời tiết mưa bão và nước ngập nhưng nếu
sử dụng tư liệu viễn thám chúng ta vẫn có thể nghiên cứu được.
•

Khả năng chụp lặp:
Do vệ tinh bay trong vũ trụ theo những quỹ đọa cố định nên sau một khoảng

thời gian nhất định vệ tinh sẽ quay trở lại điểm quan sát ban đầu. Điều này cho phép
chúng ta thực hiện các quan sát lặp lại đều đặn theo các khoảng thời gian định trước.
Ví dụ như với vệ tinh SPOT thì khoảng thời gian này sẽ là 16 ngày. Tuy nhiên một số
loại vệ tinh được trang bị bộ cảm có khả năng thay đổi góc quan sát do vậy khả năng
thu lại tín hiệu không còn phụ thuộc quá nhiều vào quỹ đạo bay, thời gian chụp lặp do
vậy có thể giảm đi. Ví dụ đối với bộ cảm SPOT chu kỳ lặp lại quỹ đạo là 16 ngày
nhưng nếu sử dụng thiết bị định hướng của bộ cảm thì có thể thu lại tín hiệu sau 3-4
ngày.
•

Phải giải phổ lớn:

18


Sử dụng các dải phổ đặc biệt để quan sát các đối tượng. Tư liệu viễn thám được
ghi nhận trên các dải phổ quang học và siêu cao tần. Tư liệu siêu cao tần có thể thu
được trong mọi điều kiện thời tiết kể cả ban ngày cũng như đêm, mưa bão hay trời
quang. Tuy nhiên thông tin mà tư liệu siêu cao tần đòi hỏi nhiều công đoạn xử lý phức
tạp. Tư liệu viễn thám quang học sử dụng nhiều dải phổ không truyền thống để nghiên
cứu các đối tượng. Thông thường mắt người chỉ cảm nhận và thu thập được thông tin
trong dải sóng nhìn thấy tức là các sóng xanh chàm, xanh lục và màu đỏ. Các bộ cảm
viễn thám có khả năng thu nhận tín hiệu trên cả các kênh phổ hồng ngoại gần, trung và
xa. Thậm chí các kênh hồng ngoại cũng cung cấp nhiều thông tin bổ ích trong việc
nhận dạng các đối tượng. Với sự trợ giúp của các kênh hồng ngoại và nhiệt việc nhận
dạng các đối tượng tự nhiên hiệu quả hơn kể cả so với phương pháp khảo sát thực địa
truyền thống.
Tư liệu viễn thám hiện đại được lưu ở dạng số rất thuận lợi cho việc áp dụng
các phương pháp xử lý số trong phân tích chiết tách thông tin. Tính ưu việt này cho
phép xử lý số liệu với tốc độ rất cao, áp dụng các phương pháp tự động hóa và các mô
hình trong phân tích dữ liệu. Với các phương pháp xử lý số, việc tích hợp dữ liệu từ
nhiều nguồn khác nhau rất thuận lợi cho phép giải quyết nhiều bài toán thực tiễn.
Thông tin tách được từ tư liệu viễn thám tích hợp với thông tin kinh tế xã hội, mô hình
số độ cao, các điều kiện hạ tầng cơ sở như hệ thống giao thông, hệ thống dân cư, các
khu công nghiệp cho phép giải quyết nhiều bài toán phức hợp có ý nghĩa trong thực
tiễn.
2.1.2. Ảnh Radar trong nghiên cứu ngập lụt
RADAR được viết tắt từ cụm từ tiếng Anh: RAdio Detection And Ranging (Dò
tìm và xác định khoảng cách bằng sóng radio) hoạt động trong dải sóng rộng từ band
siêu cao tần đến band radio (bước sóng từ vài milimet đến 1m).

H×nh 2 -1: D¶i tÇn sè ho¹t ®éng cña Radar
Radar hoạt động trên nguyên tắc truyền tín hiệu sóng điện từ đến đối tượng và
thu nhận phản hồi từ đối tượng. Năng lượng phản hồi thu nhận được sẽ được khuếch
đại và phân tích để xác định vị trí, các đặc tính điện từ và cấu hình bề mặt của đối
19


tng. Radar s dng ngun nng lng riờng, vỡ vy hot ng khụng ph thuc vo
ngun sỏng t nhiờn v c lp vi thi tit.
Do u thu nh Radar c thit k trong di tn rng (vi bc súng t 1cm
1m), mi loi nh khỏc nhau thỡ cú bc súng c th khỏc nhau, vỡ th so vi nh
quang hc di nhỡn thy v hng ngoi thỡ nh Radar cú nhiu c tớnh u vit hn.
Vi bc súng di, nh Radar cú th thu c trong mi iu kin thi tit nh mõy,
mự, bi khớ quyn v c nhng trn ma nng ht. Do bc súng di nh Radar
khụng cũn b nh hng bi tỏn x khớ quyn nh nh quang hc nờn nú cho phộp xỏc
nh c nng lng bc súng trong mi iu kin thi tit v mụi trng vỡ th nh
Radar cú th c thu ti bt k thi im no m khụng phi quan tõm ti thi tit.
Bờn cnh ú, vi c im l vin thỏm ch ng nờn c ch to nh ca Radar hon
ton khụng ph thuc vo ngun bc x nng lng mt tri do ú nh Radar cú th
thu c c ngy ln ờm. Hn na, theo c ch tỏn x ca nc thỡ i tng nc
thng cú mu en khi hin th trờn nh Radar nờn cú th nhn dng v tỏch bit c
vựng ngp rừ rng. Vỡ vy, nh Radar mang li thụng tin tht s hu ớch khi ng dng
nghiờn cu ngp lt.
Ch vi 2 c tớnh u vit l cú th thu nh trong mi iu kin thi tit v ngy
cng nh ờm ó phn no núi lờn tm quan trng khi ng dng nh Radar giỏm sỏt
thiờn tai, thm ha c bit l l lt ti ỳng thi im xy ra, vỡ l thng i kốm vi
mõy v ma ln. õy l mt c tớnh vụ cựng thun li m nh quang hc khụng th
ỏp ng c. Chớnh vỡ th m nh Radar l ti liu khụng th thiu trong nghiờn cu
v giỏm sỏt ngp lt.

2.1.3. Cỏc c tớnh ca nh v tinh s dng trong lun vn
ảnh quang hc ASTER:
ASTER là thiết bị thu nhận ảnh đợc gắn trên vệ tinh TERRA do cơ quan hàng
không vũ trụ Mỹ phóng lên quỹ đạo vào tháng 12 năm 1999. ASTER thu nhận ảnh ở
14 kênh phổ khác nhau từ vùng nhìn thấy tới vùng hồng ngoại nhiệt với độ phân giải
không gian, độ phân giải phổ cao. Trên đầu thu ASTER còn có ống kính hớng về phía
sau thu nhận ảnh tại vùng cận hồng ngoại cho phép thu nhận cặp ảnh lập thể. Mỗi cảnh
ảnh ASTER phủ trùm một khu vực có diện tích 60x60km.

20


nh ASTER là dạng ảnh số, ảnh đa phổ. ảnh ASTER có khả năng phủ trùm trên
một vùng lãnh thổ rộng lớn (60km x 60km) với 14 dải phổ (band) khác nhau, từ giải
phổ nhìn thấy đến giải phổ hồng ngoại nhiệt.
Trên mỗi khu vực ảnh đợc chụp với 3 ống kính có cấu tạo và chức năng khác nhau:
VNIR : (Visible and Near Infrared Radiometer)
SWIR : (Short Wave Infrared Radiometer)
TIR

: (Thermal Infrared Radiometer)

Trong đó:
VNIR chụp ở 3 giải phổ khác nhau có độ phân giải cao nhất: 15 (m).
SWIR chụp trên 6 kênh phổ có độ phân giải là 30m
TIR chụp trên 5 kênh phổ với độ phân giải là 90 (m).
Vệ tinh ASTER bay qua lãnh thổ Việt Nam vào lúc 10h30 giờ địa phơng và
chu kỳ lặp lại của vệ tinh này là 16 ngày.
Các mức xử lý của dữ liệu ASTER nh sau:
Level 1A: ảnh ở mức 1A đã đợc hiệu chỉnh thị sai và méo hình kính vật. Cha

hiệu chỉnh hình học và hiệu chỉnh bức xạ nhng các hệ số này đợc gắn kèm theo sản
phẩm mức 1A. Các dữ liệu có liên quan khác nh dữ liệu về vị trí vệ tinh và dữ liệu kỹ
thuật khác cũng đợc gắn kèm theo ảnh. ảnh ASTER có khả năng tạo không gian 3D
đối với ảnh xử lý ở mức 1A.
Level 1B: đã hiệu chỉnh hình học và hiệu chỉnh bức xạ. Độ phân giải của VNIR,
SWIR, TIR lần lợt là 15m, 30m, 90m. Tất cả các sản phẩm mức 3 và DEM đều đợc
làm từ mức 1B.
Level 2A02: ở mức này ảnh TIR đã đợc cân bằng phổ. Độ phân giải của Pixel là
90m. ảnh ở mức này nhấn mạnh vào sự khác nhau giữa sự phản xạ và sự bức xạ của các
đối tợng trên ảnh nhng lại hạn chế trong việc nhận biết sự khác nhau giữa địa hình và
nhiệt độ. Mặc dù kênh 10, 12, 13 thờng đợc sử dụng nhng ngời dùng có thể sử dụng 3
kênh bất kỳ trong các kênh của TIR cho các mục đích cụ thể.
Level 2A03: ở mức này ảnh VNIR và SWIR đã đợc cân bằng phổ, độ phân giải
của pixel lần lợt là 15m và 30m. ảnh ở mức này nhấn mạnh vào sự khác nhau giữa sự
phản xạ và sự bức xạ của các đối tợng trên ảnh, cũng nh khống chế đợc sự khác nhau
giữa địa hình và nhiệt độ.
Level 2B: ảnh ở mức này đã đợc hiệu chỉnh ảnh hởng của khí quyển, đã đợc tính
toán đến góc nghiêng của Mặt trời. Nhiệt độ bề mặt và dữ liệu về nhiệt cũng cần thiết
21


cho quá trình xử lý độ sáng bề mặt trong mức này vì thế mức này chỉ có thể xử lý đợc
các pixel không mây.
Level 3A01: ảnh ở mức này đợc gọi là trực ảnh, đã đợc hiệu chỉnh sự méo hình
gây ra do chênh cao địa hình. Sản phẩm này đợc làm từ dữ liệu ảnh mức 1A gồm các
kênh 3N, 3B và dữ liệu DEM đợc làm từ ảnh SWIR có bổ sung hiệu chỉnh về thị sai.
Level 4A: sản phẩm mô hình số địa hình cơ bản của ảnh ASTER cha sử dụng
các điểm khống chế mặt đất để tính toán vị trí mặt phẳng và độ cao tuyệt đối nên sản
phẩm này còn đợc gọi là DEM tơng đối. Sản phẩm này là dữ liệu đợc làm từ 2 kênh 3N
và 3B. Do khoảng cách thời gian thu chụp giữa 2 kênh này là 55 giây nên sự khác nhau

về ảnh hởng của khí quyển và tầm nhìn giữa 2 ảnh là rất nhỏ.
Có 3 loại sản phẩm DEM đều đợc làm từ kênh 3N và 3B với độ phân giải pixel lần lợt
là 15m, 30m, 90m cho phù hợp với các kênh phổ:
VNIR 15m
SWIR 30m
TIR

90m

Tất cả các sản phẩm này đã đợc đa về hệ toạ độ UTM, WGS 84.
nh ASTER hiện có đợc xử lý hình học ở mức 3, kèm theo dữ liệu DEM.
nh quang hc SPOT5:
H v tinh SPOT bt u hot ng trờn qu o t nm 1986 v do Trung tõm
Nghiờn cu khụng gian (Centre National dEtudes Spatiales - CNES) ca Phỏp vn
hnh. Cỏc v tinh SPOT cú c im chung l: bay cao 832 km, gúc nghiờng ca
mt phng qu o l 98,7o thi im bay qua xớch o l 10h30 sỏng v chu k lp l
26 ngy. Kh nng chp nghiờng ca SPOT cho phộp to cp nh lp th t hai nh
chp vo hai thi im vi gúc chp nghiờng khỏc nhau.
V tinh SPOT5, phúng lờn qu o ngy 03 thỏng 05 nm 2002, c trang b
mt cp Sensors HRG (High Resolution Geometric), l loi Sensor u vit hn cỏc
loi trc ú. Mi mt Sensor HRG cú th thu c nh vi phõn gii 5m entrng v 10m mu. Vi k thut x lý nh c bit, cú th t c phõn gii 2,5m,
trong khi ú di chp ph mt t ca nh vn t 60km n 80km.
õy chớnh l u im ca nh SPOT, iu m cỏc loi nh v tinh khỏc cựng
thi u khụng t c phõn gii ny. K thut thu nh HRG cho phộp nh v nh
vi chớnh xỏc trờn 50 m nh h thng nh v v tinh DORIS v Star Tracker lp
t trờn v tinh. Trờn v tinh SPOT5 cũn lp thờm hai mỏy chp nh na.
22


Máy thứ nhất HRS – Máy chụp ảnh lập thể lực phân giải cao. Máy này chụp

ảnh lập thể dọc theo đường bay với độ phủ 120x600km. Nhờ ảnh lập thể độ phủ rộng
này mà tạo lập mô hình số độ cao (DEM) với độ chính xác 10m mà không cần tới
điểm khống chế mặt đất.
Máy chụp ảnh thứ hai mang tên VEGETATION, giống VEGETATION lắp trên
vệ tinh SPOT4 hàng ngày chụp ảnh mặt đất trên một dải rộng 2250km với kích thước
phần tử ảnh (pixel) 1x1km trong 4 kênh phổ. Ảnh VEGETATION được sử dụng rất
hữu hiệu cho mục đích theo dõi biến động địa cầu và đo vẽ bản đồ hiện trạng đất.
Ảnh SPOT được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực sử dụng đất, hiện trạng
đất, đo vẽ bản đồ và theo dõi biến động môi trường như mất rừng, xói mòn, phát triển
đô thị ….
Dưới đây là bảng danh sách các loại ảnh vệ tinh SPOT5 cung cấp:
B¶ng 2-: Danh môc c¸c s¶n phÈm ¶nh vÖ tinh SPOT 5

Ảnh ALOS PALSAR:
ALOS là vệ tinh giám sát tài nguyên của Nhật Bản, ALOS thường được sử
dụng cho thành lập bản đồ, giám sát tài nguyên thiên nhiên, thiên tai. Đầu thu
PALSAR (Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar) là đầu thu ảnh radar
băng L được thiết kế để thu chụp ảnh cả ngày và đêm, bất kể thời tiết.

B¶ng 2-2: Th«ng sè cña ¶nh ALOS PALSAR
23