KHAI THÁC TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG XÂM NHẬP MẶN TỶ LỆ 1:100.000 KHU VỰC THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ

NGUYỄN PHƯƠNG THỦY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHAI THÁC TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH THÀNH LẬP BẢN
ĐỒ
PHÂN VÙNG XÂM NHẬP MẶN TỶ LỆ 1:100.000
KHU VỰC THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG


Hà Nội – 2017
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ

NGUYỄN PHƯƠNG THỦY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHAI THÁC TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH THÀNH LẬP BẢN
ĐỒ
PHÂN VÙNG XÂM NHẬP MẶN TỶ LỆ 1:100.000
KHU VỰC THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

Ngành

: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ

Mã ngành

: D520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH


Hà Nội - Năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự quan tâm
giúp đỡ, động viên và chỉ bảo nhiệt tình từ phía thầy cô và gia đình và bạn bè.
Tôi xin gửi lời biết ơn đến cha mẹ đã nuôi dạy, tạo điều kiện và động viên tôi
trong suốt quá trình học tập.
Tôi xin gửi lời cám ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Tài Nguyên và Môi
Trường Hà Nội, quý thầy cô trong khoa Trắc địa – Bản Đồ đã tạo ra một môi trường
học tập tốt nhất, giúp tôi học hỏi và mở mang kiến thức trong suốt thời gian 4 năm
học vừa qua.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cô giáo TS. Nguyễn
Thị Thúy Hạnh đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Phương Thủy

MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tên tiếng anh

Tên Tiếng việt

DN

Digital Number

Giá trị cấp độ xám

ENVI

Enviroment for Visualizing Images

Phần mềm xử lý ảnh viễn
thám

EOE

Encyclopedia of earth

GIS
LDCM

MODI
S
NDSI
NDVI
SI
SPOT

Geographic Information System
Landsat Data Continuity Mission
Moderate-resolution Imaging
Spectroradiometer
Normalized Differential Salinity Index
Vegetation Index Image
Salinity Index
Systeme Pour l’ Observation De La
Terre
Universal Transverse Mercator

Bách khoa toàn thư thế
giới
Hệ thống thông tin địa lý
Vệ tinh Landsat 8
Hệ thống quét ảnh đa phổ

UTM
WGS8
4

World Geodetic Systerm 84

Chỉ số mặn hóa
Chỉ số thực vật
Chỉ số mặn
Hệ thống giám sát mặt đất
Hệ tọa độ chuyển đổi tổng
hợp của Mỹ
Hệ tọa độ thế giới xây
dựng năm 1984


DANH MỤC CÁC BẢNG


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là nước có nền nông nghiệp phát triển từ lâu đời nay. Nhưng trong
những năm gần đây nền nông nghiệp ở nước ta ngày càng đi xuống do ảnh hưởng
của nhiều nguyên nhân như bão, lũ lụt, hạn hán,...Trong số đó xâm nhập mặn cũng
là một nguyên nhân ảnh hưởng trầm trọng tới nền nông nhiệp ở nước ta. Nước mặn
tiến sâu vào đất liền, trữ lượng nước ngọt đứng trước nguy cơ sụt giảm. Thực tế này
đang diễn ra ngày càng rõ rệt hơn. Xâm nhập mặn chủ yếu xảy ra tại khu vực cửa
sông, nơi chịu tác động của thủy triều. Không những thế nước biển ngày càng dâng
cao do ảnh hưởng của hiện tượng ấm dần lên toàn cầu do vậy các khu vực bị xâm
nhập mặn sẽ ngày càng tăng nếu không có những biện pháp khắc phục kịp thời của
con người.
Hải Phòng là địa phương nằm sát biển có mật độ sông lớn nhất trong vùng
Đồng bằng Bắc Bộ, đạt 0,6 - 0,8 km/km2. Tổng chiều dài của toàn bộ sông ngòi

chảy qua Hải Phòng khoảng gần 280km. Một vài năm trở lại đây, các sông lớn ở
Hải Phòng trải qua thời kỳ khô hạn nhất lịch sử, mực nước sông vào mùa khô luôn
xuống thấp gây ảnh hưởng rất lớn tới khả năng sinh trưởng và phát triển của thực
vật và nhất là sản xuất canh tác nông nghiệp ở đây. Nhiều diện tích đất đã phải
chuyển đổi cơ cấu cây trồng hoặc bỏ hoang do không có nước tưới, bên cạnh đó vào
những mùa khô khi mà dòng chảy trên các sông chính nhỏ thì quá trình xâm nhập
mặn có khả năng gia tăng đáng kể do hoạt động của thủy triều sẽ lấn át dòng chảy
trong sông.
Trước tình trạng xâm nhập mặn này đã có nhiều phương pháp được đề ra để
phân vùng các vùng bị nhiễm mặn giúp dễ dàng trong việc đưa ra các giải pháp
khắc phục phù hợp cho từng khu vực với độ nhiễm mặn khác nhau. Trong đó
phương pháp để xác định phân vùng xâm nhập mặn bằng công nghệ viễn thám với
nhiều dữ liệu ảnh vệ tinh như Landsat, Spot, Modis,… với độ phân giải không gian
và thời gian ngày càng cao cho phép theo dõi được các đối tượng trên mặt đất một
cách nhanh chóng và chính xác đang được ứng dụng rộng rãi.
Do vậy, với tính cấp thiết là phân vùng các vùng xâm nhập mặn để được đưa
ra được các biện pháp khắc phục hợp lý với từng khu vực. Tôi đã chọn đề tài: “Khai

9


thác tư liệu ảnh vệ tinh thành lập bản đồ phân vùng xâm nhập mặn tỷ lệ 1:100.000
khu vực thành phố Hải Phòng”.
2. Mục tiêu của đề tài
Thành lập bản đồ phân vùng xâm nhập mặn tỷ lệ 1:100.000 khu vực thành phố
Hải Phòng từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat 8.
3. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu.
- Cơ sở khoa học nghiên cứu xâm nhập mặn bằng ảnh viễn thám.
- Thực nghiệm khai thác tư liệu ảnh vệ tinh thành lập bản đồ phân vùng xâm

nhập mặn khu vực thành phố Hải Phòng.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp các tài liệu liên quan đến nội
dung nghiên cứu rồi phân tích đánh giá, lựa chọn phương pháp phù hợp.
- Phương pháp viễn thám: Khai thác tư liệu ảnh viễn thám thực hiện tiền xử lý ảnh,
chuyển đổi ảnh để xác định độ mặn của đất và tiến hành phân vùng xâm nhập mặn.
- Phương pháp bản đồ: Biểu thị kết quả nghiên cứu bản đồ phân vùng xâm
nhập mặn.
5. Cơ sở dữ liệu
- Tư liệu ảnh vệ tinh Landsat 8.
- Bản đồ địa hình khu vực Hải Phòng.
- Các tài liệu, giáo trình liên quan tới nội dung nghiên cứu.
- Các tài liệu về điều kiện tự nhiên khu vực thành phố Hải Phòng.
6. Kết cấu đồ án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: Cơ sở khoa học nghiên cứu xâm nhập mặn bằng ảnh viễn thám.
Chương 3: Thực nghiệm khai thác tư liệu ảnh vệ tinh thành lập bản đồ phân
vùng xâm nhập mặn khu vực thành phố Hải Phòng.

10


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về xâm nhập mặn
1.1.1 Khái niệm xâm nhập mặn
Nước ngọt là nguồn tài nguyên khan hiếm. Theo tổ chức Khí tượng Thế giới,
chỉ có 2,5% tổng lượng nước trên trái đất là nước ngọt, phần còn lại là nước mặn.
Nguồn nước ngọt lớn nhất nằm dưới lòng đất và một phần nước mặt nằm rải rác ở
nhiều khu vực trên thế giới. Nước ngầm được sử dụng rộng rãi để bổ sung cho

nguồn nước mặt nhằm đáp ứng nhu cầu nước ngày càng tăng. Tuy nhiên, một trong
những vấn đề đối với hệ thống nước ngầm ở những vùng ven biển chính là xâm
nhập mặn. Xâm nhập mặn là quá trình thay thế nước ngọt trong các tầng chứa nước
ở ven biển bằng nước mặn do sự dịch chuyển của khối nước mặn vào tầng nước
ngọt. Xâm nhập mặn làm giảm nguồn nước ngọt dưới lòng đất ở các tầng chứa
nước ven biển do cả hai quá trình tự nhiên và con người gây ra [8].
Mặn hóa là quá trình tích tụ các muối và các kim loại kiềm trong môi trường
đất, nước khi các môi trường thành phần này từ chỗ chưa bị mặn trở thành mặn [2].

Hình 1.1: Sự di chuyển của khối nước mặn vào tầng nước ngọt
(Nguồn EOE, 2012)
1.1.2 Nguyên nhân xâm nhập mặn
a) Nguyên nhân khách quan: Do các quá trình, tiến trình xảy ra trong tự nhiên,
không có sự tác động của con người.

11


Xâm nhập mặn là vấn đề nghiêm trọng đối với nhiều chính quyền địa phương,
vấn đề này đã được nỗ lực giải quyết trong bối cảnh đang diễn ra biến đổi khí hậu
như nước biển dâng, nhiệt độ tăng cao, ngập lụt, hạn hán, dông lốc, sạt lở bờ sông.
Theo kịch bản thấp nhất vào năm 2020 vùng đồng bằng bắc bộ nhiệt độ tăng 0,6 0C,
lượng mưa về mùa khô giảm ở hầu hết các vùng khí hậu nước ta. Nghiên cứu về
kịch bản thấp nhất nước biển dâng vào năm 2020 cho thấy mực nước biển dâng cao
hơn 0,11m [4].
Nguyên nhân trước hết là phần lớn các tỉnh, thành phố có cao độ tự nhiên
thấp. Đây là điểm yếu dễ bị tổn thương nhất do lũ lụt và xâm nhập mặn. Tình trạng
xây dựng thủy điện và các hoạt động khai thác tài nguyên nước thượng nguồn các
sông gây thiếu hụt nguồn nước về hạ lưu, kết hợp với yếu tố nước biển dâng đẩy
mặn sâu vào nội đồng. Xâm nhập mặn thường xảy ra vào mùa khô. Vào mùa khô

lượng nước đổ về từ thượng nguồn rất ít, và thường không có mưa dẫn đến mực
nước thấp, yếu tố gió chướng với thủy triều làm mặn xâm nhập sâu và nồng độ cao,
thời tiết nắng nóng lượng bốc hơi cao, nước ngọt hao phí tự nhiên lớn [4].
b) Nguyên nhân chủ quan: Do quá trình sống, canh tác của con người gây tác động
đến các đặc điểm tự nhiên của đất.
Nguyên nhân chủ quan chủ yếu là do lưu lượng nước ở thượng nguồn giảm,
vận hành khai thác không hợp lý các công trình phục vụ đa mục tiêu và đặc biệt là
sự phối hợp giữa các ngành sử dụng nước chưa chặt chẽ dẫn đến tranh chấp nguồn
nước giữa nhu cầu nước cho phát điện với sản xuất nông nghiệp, giao thông thủy lợi
và môi trường sinh thái trong đó chưa quan tâm đúng mức đến việc thau chua, rửa
mặn của các tỉnh ven biển ở đồng bằng sông Hồng. Ngoài việc tích tụ trong đất do
các tiến trình tự nhiên, muối cũng có thể được tích tụ do tưới tiêu không hợp lí của
con người trong quá trình canh tác. Vì nước tưới thường là nước lấy trực tiếp từ các
sông,…Nước này thường chứa một lượng muối khoáng lớn (do nhận được từ các
vùng đất khác nhau mà nó chảy qua). Khi tưới, vì một lí do nào đó, hoặc do tưới
quá nhiều, lượng muối này không được cây trồng sử dụng hết, lại không bị rửa trôi
đi nơi khác, nó sẽ tích lại… ngày càng lớn dần làm cho đất bị nhiễm mặn . Khai thác
nước ngầm quá mức để đáp ứng nhu cầu nước cho phát triển, những nguyên nhân
này đang làm tăng nguy cơ xâm nhập mặn.

12


1.1.3 Chỉ tiêu phân loại đất mặn
Chỉ tiêu phân loại đất mặn:
Bảng 1.1: Phân loại đất mặn
Độ mặn

Tỉ lệ muối hòa tan (%)

Nồng độ Cl (%)

Rất mặn

> 1,0

> 0,25

Mặn nhiều

0,5 – 1,0

0,15 – 0,25

Mặn trung bình

0,25 – 0,5

0,05 – 0,15

< 0,25

< 0,05

Mặn ít

(Theo: Hội Khoa học đất Việt Nam )
- Đất rất mặn thường ở dạng chưa thuần thục, tầng mặt thường dở đất dở nước
đang trong quá trình bồi lắng, dạng bùn lỏng lầy ngập. Loại đất này có nồng độ Cl >
0.25% và tổng số muối hòa tan > 1,0%.

- Đất mặn nhiều thường phân bố ở nơi có địa hình thấp hơn, khi thủy triều lên
cao khiến tầng đất mặn có độ mặn cao rất khó rửa nhanh vào đầu mùa mưa. Tầng
đất có độ sâu từ 50 – 80cm thường có lớp cát xám xanh của bãi thủy triều. Loại đất
này có nồng độ Cl từ 0.15 – 0.25% và tổng số muối hòa tan 0.5 - 1.0%.
- Đất mặn trung bình đều chịu ảnh hưởng của biển chủ yếu thông qua ảnh
hưởng của thủy triều.
- Đất mặn ít thường ở xa biển, nằm sâu trong đất liền. Quá trình nhiễm mặn
nhanh chóng được rửa trôi.
Dựa vào độ dẫn điện (EC), phần trăm Na trao đổi (ESP), tỉ lệ hấp thụ Na, và
độ pH để phân loại đất mặn. Quá trình tích lũy các loại muối trung tính hòa tan
được gọi là quá trình mặn hóa. Các muối này bao gồm chủ yếu là các anion Cl -,
SO42- và các cation Na+, Mg2+, Ca2+ và K+. Nồng độ các muối này trong đất mặn rất
cao, làm ngăn cản sự sinh trưởng của thực vật. EC của dịch trích bão hòa > 4dS/m.
Các muối hòa tan thường tích tụ ở mặt đất do sự bốc hơi nước, hình thành nên
những lớp muối trắng, vì vậy còn gọi đất này là đất kiềm trắng. Ca và Mg chiếm tỉ
lệ cao trong phức hệ trao đổi của đất mặn, do đó ESP thường nhỏ hơn 15 và pH
thường lớn hơn 8.5. Đôi khi nồng độ Na + trong đất mặn cao hơn Ca 2+ và Mg2+ do sự
hiện diện của muối Na hòa tan.

13


Bảng 1.2: Các loại đất mặn và ảnh hưởng tới cây trồng
Phân loại
đất mặn

Độ dẫn điện của đất
(dS/m)

Nồng độ muối

hòa tan (‰)

Ảnh hưởng đến cây
trồng

Không
mặn

0–2

0 – 1,28

Mặn ảnh hưởng không
đáng kể

Mặn ít

2–4

1,28 – 2,56

Năng suất của nhiều
loại cây có thể bị giới
hạn

Mặn trung
bình

4–8

2,56 – 5,12

Năng suất của nhiều
loại cây trồng bị giới
hạn

Mặn nhiều

8 – 16

5,12 – 10,24

Chỉ một số cây trồng
chịu đựng được

> 16

> 10,24

Chỉ rất ít cây trồng chịu
đựng được.

Rất mặn

(Nguồn: Utah State University)
1.2 Tổng quan về viễn thám
1.2.1 Khái niệm viễn thám
Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển từ lâu, có mục đích
nghiên cứu thông tin về một vật và một hiện tượng thông qua việc phân tích dữ liệu
hàng không, ảnh vệ tinh, ảnh hồng ngoại nhiệt và ảnh radar. Viễn thám được ứng

dụng trong nhiều ngành khoa học khác như quân sự, địa chất, địa lý, môi trường,
khí tượng, thủy văn, thủy lợi, lâm nghiệp và nhiều ngành khoa học khác.
 Khái niệm:
Viễn thám là một ngành khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một
đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu
nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực
tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu.
Thực hiện được những công việc đó chính là thực tiễn viễn thám, hay hiểu đơn
giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng mà không có sự tiếp xúc trực

14


tiếp với đối tượng. Mặc dù có rất nhiều khái niệm khác nhau về viễn thám, nhưng
mọi khái niệm đều có nét chung, nhấn mạnh: “Viễn thám là khoa học thu nhận từ xa
các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất”.
Một vài các khái niệm khác nhau về viễn thám của các tác giả khác nhau:
- Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật mà không cần
phải chạm vào vật đó (Ficher và nnk, 1976).
- Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật
trên một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976).
- Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ một
khoảng cách cách xa vật không cần tiếp xúc với nó. Năng lượng được đo trong các
hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm… (D.A. Land
Grete, 1978).
- Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của trái
đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức xạ phổ
điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất (Janes
B.Capbell,1966).
- Viễn thám là khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vật thể, một

vùng, hoặc một hiện tượng, qua các phân tích dữ liệu thu được bởi phương tiện không
tiếp xúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát (Lillesand và Kiefer, 1986).
Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng năng lượng điện từ như ánh
sáng, nhiệt, sóng cực ngắn như một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc
tính của đối tượng. Định nghĩa này loại trừ những quan trắc về điện, từ và trọng lực
vì những quan trắc thuộc lĩnh vực địa vật lý, sử dụng để đo những trường lực nhiều
hơn là đo bức xạ điện từ.
1.2.2 Nguyên lý cơ bản của viễn thám
a) Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám
Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái Đất hay các hành tinh mà nó
còn có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh. Trên Trái
Đất, người ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân
tạo để thu phát các ảnh viễn thám.

15


Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động của viễn thám
(Nguồn: Nguyễn Ngọc Thạch, Giáo trình viễn thám)
Nguyên lý cơ bản của viễn thám đó là đặc trưng phản xạ hay bức xạ của các
đối tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau. Kết quả của việc giải
đoán các lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối tương quan giữa
đặc trưng phản xạ phổ với bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên. Những
thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ cho phép các nhà
chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng
nghiên cứu, đồng thời đây cũng là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của
đối tượng, tiến tới phân loại chúng.
b, Các thành phần chính của một hệ thống viễn thám
Một hệ thống viễn thám thường bao gồm 7 phần tử có quan hệ chặt chẽ với
nhau. Trình tự hoạt động của các thành phần trong hệ thống viễn thám được mô tả

trong hình sau:

Hình 1.3: Các thành phần trong hệ thống viễn thám
(Nguồn: Nguyễn Ngọc Thạch, Giáo trình viễn thám)
Nguồn năng lượng (A): Thành phần đầu tiên của hệ thống viễn thám là nguồn
năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng cần nghiên

16


cứu. Trong viễn thám chủ động sử dụng năng lượng phát ra từ nguồn phát đặt trên
một vật mang, còn trong viễn thám bị động thì nguồn năng lượng chủ yếu là mặt trời.
Những tia phát xạ và khí quyển (B): Bức xạ điện từ từ nguồn phát tới đối
tượng nghiên cứu sẽ phải tương tác qua lại với khí quyển nơi nó đi qua.
Sự tương tác với đối tượng (C): Sau khi truyền qua khí quyển đến đối tượng,
năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng và
sóng điện từ. Sự tương tác này có thể là sự truyền qua, sự hấp thụ hay bị phản xạ trở
lại khí quyển.
Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm biến (D): Sau khi năng lượng được phát ra
hoặc bị phản xạ từ đối tượng, cần có bộ cảm biến để tập hợp lại và thu nhận sóng
điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm sẽ mang thông tin của đối tượng.
Sự truyền tải thu nhận và xử lý (E): Năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần
được truyền tải (thường dưới dạng điện từ) đến một trạm thu nhận dữ liệu để xử lý
sang dạng ảnh. Ảnh này là dữ liệu thô.
Phân loại và phân tích ảnh (F): Ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng trong
các mục đích khác nhau. Để nhận biết được các đối tượng trên ảnh cần phải giải
đoán chúng. Ảnh được phân loại bằng việc kết hợp các phương pháp khác nhau
(phân loại bằng mắt, phân loại thực địa, phân loại tự động,...).
Ứng dụng (G): Đây là thành phần cuối cùng của hệ thống viễn thám, được
thực hiện khi ứng dụng thông tin thu nhận được trong quá trình xử lý ảnh vào các

lĩnh vực, bài toán cụ thể.
1.2.3 Phân loại viễn thám
Sự phân biệt viễn thám căn cứ vào các yếu tố sau:

-

Hình dạng quỹ đạo của vệ tinh;
Độ cao bay của vệ tinh, thời gian còn lại của một quỹ đạo;
Dải phổ của các thiết bị thu;
Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận.
Các phương thức phân loại viễn thám:
a) Phân loại theo nguồn tín hiệu:
Viễn thám chủ động: Nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị nhân tạo,
thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay;
Viễn thám bị động: Nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên.

17


Hình 1.4: Viễn thám chủ động và viễn thám bị động
(Nguồn: Nguyễn Ngọc Thạch, Giáo trình viễn thám)
Hiện nay, việc ứng dụng phối hợp giữa viễn thám và các công nghệ vũ trụ phát
triển đã trở nên phổ biến trên phạm vi toàn cầu. Các nước có nền công nghệ vũ trụ
phát triển đã phóng nhiều vệ tinh lên quỹ đạo, trên đó có mang nhiều thiết bị viễn
thám khác nhau. Các trạm thu mặt đất phân bố đều trên toàn cầu có khả năng thu
nhận nhiều loại tư liệu viễn thám do vệ tinh truyền xuống.
b) Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo
Có hai nhóm chính là viễn thám địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực.
Căn cứ vào đặc điểm quỹ đạo vệ tinh, có thể chia ra làm hai nhóm vệ tinh là:
- Vệ tinh địa tĩnh: Là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái

đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên;
- Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực): Là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông
góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của trái đất. Tốc độ quay của vệ
tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu
ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu lặp
lại là cố định đối với 1 vệ tinh.

18


Hình 1.5: Vệ tinh địa tĩnh và quỹ đạo cực
c) Phân loại theo bước sóng
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: Mặt trời là nguồn năng
lượng chính. Ngoài ra, công nghệ LiDAR sử dụng tia lazer là trường hợp ngoại lệ
sử dụng năng lượng chủ động.
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do
chính vật thể phát ra.
- Viễn thám siêu cao tần: Sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ một đến
vài chục centimet. Kỹ thuật Radar thuộc viễn thám siêu cao tần chủ động. Nguồn
năng lượng bị động do chính vật thể phát ra.
1.2.4 Các tư liệu viễn thám
a) Ảnh Landsat
Vệ tinh thế hệ thứ 8 - Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo
vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM) cho
phép sử dụng miễn phí dữ liệu ảnh. Đây là dự án kết hợp giữa NASA và Cơ quan
Đo Đạc Địa chất Mỹ. Landsat sẽ tiếp tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung
bình (từ 15-100m), phủ kín ở các vùng cực cũng như vùng địa hình khác. Nhiệm vụ
của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như
quản lý năng lượng và nước theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy
hoạch đô thị, khắc phục thảm hoạ và lĩnh vực nông nghiệp.

Landsat 8 (LDCM) gồm 2 bộ cảm: Bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI Operational Land Imager) hoạt động với các kênh cũ của hệ thống Landsat trước và
các kênh mới: một kênh xanh trầm (deep blue band), một kênh hồng ngoại sóng
ngắn và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS - Thermal Infrared Sensor). Những bộ

19


cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm
Landsat thế hệ trước. Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9
kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài.
Vệ tinh Landsat của Mỹ là hệ thống vệ tinh quỹ đạo gần cực (với góc mặt
phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 98,2). Đầu tiên nó mang tên ERTS
(Earth Resource Technology Sattellite) - kỹ thuật vệ tinh thăm dò Trái đất. Hệ thống
vệ tinh Landsat cho tới nay có thể nói là hệ thống vệ tinh mang tính chất quốc tế.
Vệ tinh Landsat đầu tiên được phóng vào năm 1972. Vệ tinh Landsat được thiết kế
sao cho thời gian thu ảnh là theo đúng giờ địa phương trên mọi vị trí của trái đất và
các thông số khác [12].
So với Landsat 7, Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh
và chu kỳ lặp lại (16 ngày). Tuy nhiên, ngoài các dải phổ tương tự Landsat 7, bộ
cảm OLI thu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải phổ mới nhằm phục vụ quan sát mây và chất
lượng nước ở các hồ và đại dương nước nông ven biển. Bộ cảm TIRs thu nhận dữ
liệu ở 2 dải phổ hồng ngoại nhiệt, phục vụ theo dõi tiêu thụ nước đặc biệt là khu
vực khô cằn. Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết về bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ
phân giải không gian 3 m (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại sóng
ngắn); 100m ở kênh nhiệt và 15m ở kênh toàn sắc.

Hình 1.6: Vệ tinh Landsat8 trên quỹ đạo
(Nguồn: USGS)
Bảng 1.3: Đặc điểm ảnh vệ tinh LDCM (Landsat 8)

20


Bước sóng
()

Độ phân giải
(m)

Kênh 1 - Coastal aerosol

0.433 - 0.453

30

Kênh 2 - Blue

0.450 - 0.515

30

Kênh 3 - Green

0.525 - 0.600

30

Kênh 4 - Red

0.630 - 0.680

30

Kênh 5 - Near Infrared
(NIR)
Kênh 6 - SWIR 1

0.845 - 0.885

30

1.560 - 1.660

30

Kênh 7 - SWIR 2

2.100 - 2.300

30

Kênh 8 - Panchromatic

0.500 - 0.680

15

Kênh 9 - Cirrus
Kênh 10 - Thermal
Infrared (TIR) 1

Kênh 11 - Thermal
Infrared (TIR) 2

1.360 - 1.390
10.3 - 11.3

30
100

11.5 - 12.5

100

Vệ tinh

LDCM –
Landsat 8
(Bộ cảm
OLI và
TIRs)

Kênh

(Nguồn: USGS)
Ảnh Landsat có kích thước 185*185km, vị trí mỗi cảnh ảnh vệ tinh Landsat
được xác định theo sơ đồ:
- Số thứ tự hàng (row).
- Số thứ tự tuyến bay (path).
b) Ảnh Modis
Ảnh MODIS được thu nhận từ hai hệ thống vệ tinh chính, bao gồm: MODIS

Terra và MODIS Aqua. Với tầm quan sát lên đến hơn 2.330km, vệ tinh này có thể
quan trắc gần như toàn bộ Trái Đất. Ảnh MODIS có 36 băng phổ, với 3 độ phân
giải: 250, 500 và 1000 mét. Ảnh MODIS có độ phân giải theo thời gian khá rộng, có
thể thay đổi từ ảnh hàng ngày, ảnh tổ hợp 8 ngày, 16 ngày, hàng tháng, hàng quý
hoặc hàng năm.

21


Hình 1.7: Hai vệ tinh Aqua và Terra trên quỹ đạo
(Nguồn: NASA)
Băng phổ được phân bổ theo độ phân giải như sau:
- Băng 1 – 2: độ phân giải 250m;
- Băng 3 – 7: độ phân giải 500m;
- Băng 8 – 36: độ phân giải 1000m.
Nhiều sản phẩm dữ liệu thu được từ các quan sát của MODIS mô tả các đặc
điểm của đất, đại dương và khí quyển có thể được sử dụng để nghiên cứu các quá
trình và xu hướng trên quy mô địa phương và toàn cầu. Như đã đề cập, sản phẩm
MODIS có sẵn từ nhiều nguồn.
Mặc dù độ phân giải không cao, nhưng với tầm phủ rộng, thời gian quan trắc
liên tục và đặc biệt là miễn phí, ảnh MODIS là nguồn tài liệu tham khảo giá trị cao
đối với các nhà khoa học 36 băng phổ giúp ảnh MODIS được ứng dụng ngày càng
nhiều trong hầu hết lĩnh vực nghiên cứu hiện nay [14].
Bảng 1.4: Các kênh của bộ cảm MODIS
Kênh phổ
1 và 2

Dải sóng
620-670 nm
841-876 nm

Độ phân giải (m)
250
250

Ứng dụng phổ biến
Khoang ranh giới mây/đất.
Nghiên cứu lớp phủ rừng.

3
4
5
6
7

459-479 nm
545-565 nm
1230-1250 nm
1628-1625 nm
2105-2155 nm

500
500
500
500
500

Đặc tính mây/đất.

22

8
9
10
11
12
13
14
15
16

405-420 nm
438-448 nm
483-493 nm
526-536 nm
546-556 nm
662-672 nm
673-683 nm
743-753 nm
862-877 nm

1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000

1000

Màu của biển
phytopkankton/sinh-địa
hóa

17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

890-920 nm
931-941 nm
915-965 nm

3.66-3.84m
3.929-3.989m
4.202-4.549m
4.433-4.080m
4.482-4.549m
1.36-1.39m
6.538-6.895m
7.175-7.495m
8.4-8.7m
9.58-9.88m
9.58-9.88m
10.78m
11.28m
13.185-13.485m
13.485-13.758m
13.758-14.085m
14.085-14.385m

1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000

1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000

Hơi nước quyển khí
Nhiệt độ bề mặt/mây
Nhiệt độ quyển khí
Mây ti
Hơi nước

Tầng ozone
Nhiệt độ bề mặt lớp
phủ/mây
Mây vĩ độ cao

(Nguồn: NASA)
c) Ảnh SPOT
System Pour L’ observation de La Terre (SPOT) do trung tâm nghiên cứu không
gian của Pháp – French Center National d’etudies Spatiales (CNES) thực hiện, có
sự tham gia của Bỉ và Thụy Điển. Quỹ đạo gần cực nghiêng 98,8 chụp ảnh được bất
cứ vị trí nào trên trái đất. Quỹ đạo đồng bộ mặt trời cách trái đất 822km, chu kỳ quỹ
đạo là 101 phút. Chu kỳ lặp 26 ngày. Các thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có bộ cảm
HRV (High Resolution Visible) với kênh toàn sắc (0,51 - 0,73mm) độ phân giải

23

10m; ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m, phân bố trong vùng sóng nhìn thấy gồm
lục (0,50 - 0,59mm), đỏ (0,61 - 0,68mm), cận hồng ngoại (0,79 - 0,89mm). Mỗi
cảnh có độ bao phủ mặt đất là 60km x 60km. Ảnh SPOT được sử dụng chủ yếu
trong các lĩnh vực đo vẽ mới và hiện chỉnh bản đồ địa hình; thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất; và theo dõi biến động môi trường như mất rừng, xói mòn, phát
triển đô thị,... Ảnh SPOT - 5 có độ phân giải cao, đặc biệt ảnh độ phân giải 2,5m mở
ra triển vọng của nhiều ứng dụng hơn.
Bảng 1.5: Độ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 đến 5

Vệ tinh
SPOT

Bước sóng
Kênh phổ

Độ
Phổ điện từ

(mm)

phân giải

SPOT 1, 2, 3

Kênh 1

0,50 - 0,59

Lục

20m

SPOT 1, 2, 3

Kênh 2

0,61 - 0,68

Đỏ

20m

SPOT 1, 2, 3

Kênh 3

0,79-0,89

Cận hồng ngoại

20m

SPOT 4, 5

Kênh 4

1,58 - 1,75

Toàn sắc

10m

SPOT 5

Kênh 1

0,50 - 0,59

Lục

10m

SPOT 5

Kênh 2

0,61 - 0,68

Đỏ

10m

SPOT 5

Kênh 3

0,79-0,89

Cận hồng ngoại

10m

SPOT 1, 2, 3

Kênh toàn sắc

0,51 - 0,73

Toàn sắc

10m

SPOT 4

Kênh toàn sắc

0,49 -0,73

Toàn sắc

10m

SPOT 5

Kênh toàn sắc

0,49 -0,73

Toàn sắc

5m

SPOT 5

Kênh toàn sắc

0,49 -0,73

Toàn sắc

2,5m

SPOT 5

Kênh toàn sắc

0,49 -0,73

Toàn sắc

5 x 10m

1.3 Khả năng ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu xâm nhập mặn
Ưu điểm của việc sử dụng công nghệ viễn thám giúp tiết kiệm thời gian, phủ
sóng rộng, nhanh hơn các phương pháp mặt đất, và tạo điều kiện cho giám sát dài

24

hạn. Kỹ thuật này cung cấp các hình ảnh đa phổ với độ phân giải có thể đạt được từ
trung bình đến cao, cũng như là ảnh viễn thám siêu phổ. Những dữ liệu cảm nhận từ
xa này đã được sử dụng thành công để theo dõi và lập bản đồ độ mặn của đất trong
nhiều thập kỷ với kết quả khác nhau.
Công nghệ viễn thám đã được ứng dụng một cách chuyên nghiệp để theo dõi
và lập bản đồ độ mặn của đất. Viễn thám sử dụng năng lượng điện từ phản xạ từ các
đối tượng để nhận được thông tin về bề mặt trái đất với mức độ chi tiết khác nhau.
Dựa trên quang phổ phản xạ của tính chất muối ở bề mặt đất đã được nghiên cứu
rộng rãi bằng cách sử dụng cảm biến từ xa và được sử dụng như là một chỉ thị trực
tiếp cho sự phát hiện độ mặn của đất và bản đồ. Tuy nhiên, khi độ ẩm đất cao hoặc
muối vỏ không nhìn thấy được trên bề mặt đất hoặc trộn với các thành phần khác
của đất, cách tiếp cận trực tiếp này trở thành phức tạp và có thể mang lại kết quả
không đáng tin cậy vì các yếu tố này ảnh hưởng đến phản xạ phổ đất. Nhưng phân
bố thực vật hoặc các cây trồng chịu mặn rải rác trên bề mặt đất có thể là một dấu
hiệu để xác định độ mặn từ đó có thể gián tiếp phát hiện và lập bản đồ các khu vực
bị ảnh hưởng bởi độ mặn [7].
Việc giải đoán các đối tượng được thực hiện theo quan niệm của các cách tiếp
cận khác nhau trong viễn thám là đa phổ, đa nguồn, đa thời gian, đa độ phân giải và
đa phương pháp xử lý.
Đa phổ: Viễn thám có thể nghiên cứu vật thể từ nhiều kênh phổ. Trong các
nghiên cứu ta lợi dụng tính chất này để xác định các chỉ số SI, NDSI giúp xác định
độ mặn và thành lập bản đồ xâm nhập mặn.
Đa nguồn: Các dữ liệu viễn thám có thể được thu từ nhiều nguồn khác nhau
như mặt đất, máy bay, vệ tinh và các thiết bị thu khác. Qua đó ta có thể nghiên cứu
dựa trên nhiều nguồn ảnh như ảnh Landsat, Modis, Spot,... và mang lại kết quả đáng
tin cậy.
Đa thời gian: Thông tin viễn thám được thu vào các giai đoạn khác nhau, nhờ vào
tính chất này ta có thể theo dõi được diễn biến của hiện tượng theo thời gian thu ảnh, ở
đây ta có thể theo dõi được diễn biến của quá trình xâm nhập mặn liên quan đến sự

thay đổi của các yếu tố môi trường phân tích được trên ảnh như thủy hệ, thực vật.
Đa độ phân giải: Bao gồm nhiều độ phân giải như phân giải phổ, phân giải

25