Sử dụng tư liệu vệ tinh MODIS đánh giá chất lượng không khí khu vực đồng bằng sông hồng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐỊA LÝ

PHẠM THỊ DUYÊN

SỬ DỤNG TƢ LIỆU VỆ TINH MODIS ĐÁNH GIÁ CHẤT
LƢỢNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐỊA LÝ

PHẠM THỊ DUYÊN

SỬ DỤNG TƢ LIỆU VỆ TINH MODIS ĐÁNH GIÁ CHẤT
LƢỢNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám và Hệ thông tin địa lý
Mã số: 66 04 02 14

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS. Bùi Quang Thành

PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa

Hà Nội – 2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Bùi Quang
Thành, là ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, định hƣớng và nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ tôi thực
hiện, hoàn thành luận văn thạc sĩ.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt và giúp tôi
nâng cao kiến thức về chuyên ngành trong thời gian học tập tại khoa Địa lý, trƣờng đại
học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội, đặc biệt là sự đào tạo, giúp đỡ của các thầy cô
tại bộ môn Bản đồ - Viễn thám và GIS.
Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn lớp cao học K13 – Bản đồ,
Viễn thám và GIS đã luôn ủng hộ và tạo không khí vui vẻ, thoải mái trong quá trình
học tập cũng nhƣ trong quá trình tôi làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Dự án “Nghiên cứu thủy tai do biến đổi khí hậu và
xây dựng hệ thống thông tin nhiều bên tham gia nhằm giảm thiểu tính dễ bị tổn thương
ở Bắc Trung Bộ Việt Nam (CPIS)” (2012-2015) và đề tài VT-UD.06/16-20(thuộc
Chƣơng trình Khoa học Công nghệ độc lập cấp Nhà nƣớc về Công nghệ Vũ trụ) đã
cung cấp nguồn dữ liệu và công cụ cần thiết để tôi thực hiện luận văn.
Lời cuối cùng, tôi xin cảm ơn sự động viên, ủng hộ về tinh thần của gia đình,
bạn bè và đồng nghiệp đã tạo động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày…..tháng……năm 2016
Học viên cao học

Phạm Thị Duyên

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. 3
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... 6
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 7
Tính cấp thiết .................................................................................................... 7
Mục tiêu nghiên cứu: ........................................................................................ 8
Nhiệm vụ nghiên cứu: ....................................................................................... 8
Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 9
Phạm vi nghiên cứu........................................................................................... 9
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .......................................................................... 9
Cấu trúc của luận văn ........................................................................................ 9
CHƢƠNG 1 ........................................................................................................ 11
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHÁT HIỆN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ BẰNG ĐỘ
DÀY QUANG HỌC SOL KHÍ ..................................................................................... 11
1.1. Một số khái niệm cơ bản .......................................................................... 11
1.1.1. Khái niệm sol khí ............................................................................... 11
1.1.2. Khái niệm hạt PM .............................................................................. 12
1.2. Tác động của bụi và sol khí đối với sức khỏe cộng đồng ........................ 13
1.3. Tổng quan về phát hiện ô nhiễm không khí bằng độ dày quang học sol khí.. 15
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG KHÔNG KHÍ .. 18
KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG BẰNG TƢ LIỆU VỆ TINH MODIS
....................................................................................................................................... 18
2.1. Cơ sở khoa học phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng không khí khu vực
ĐBSH bằng tƣ liệu vệ tinh ......................................................................................... 18
2.1.1. Phƣơngpháp ƣớctínhsolkhí từảnhvệtinh ............................................ 18

Trang1

2.1.2. Phƣơngpháptínhtoánhồiquy ............................................................... 20
2.2. Khu vực nghiên cứu ................................................................................. 23
2.3. Dữ liệu nghiên cứu ................................................................................... 26
2.3.1. Dữ liệu ảnh sol khí MODIS ............................................................... 26
2.3.2. Dữ liệu PM 2.5 từ các trạm quan trắc mặt đất ................................... 30
2.4. Tính toán giá trị PM 2.5 từ dữ liệu MODIS AOD/AOT ......................... 33
2.4.1. Quy trình tổng quát ............................................................................ 33
2.4.2. Quy trình tích hợp dữ liệu vệ tinh và quan trắc ................................. 35
2.4.3. Quy trình tính toán và thành lập bản đồ PM 2.5 từ ảnh sol khí
MODIS.................................................................................................................... 36
2.5. Ứng dụng web-based GIS phục vụ giám sát bụi PM 2.5 ......................... 36
CHƢƠNG 3 ........................................................................................................ 40
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................................. 40
3.1. Thực nghiệm ............................................................................................ 40
3.1.1. Dữ liệu sol khí ................................................................................... 40
3.1.2. Dữ liệu thu đƣợc từ các trạm quan trắc ............................................. 43
3.1.3. Xử lý hình học ảnh ............................................................................ 46
3.1.4. Tính toán hồi quy giữa AOD/AOT và PM 2.5 .................................. 46
3.2. Thành lập bản đồ chỉ số PM2.5 cho khu vực đồng bằng sông Hồng ...... 54
3.3. WebGis thể hiện bản đồ PM 2.5 .............................................................. 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 60
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 62

Trang2


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Tác động của sol khí và bụi đến sức khỏe con ngƣời khi kết hợp với các kim

loại nặng ........................................................................................................................ 14
Bảng 1. 2. Các bệnh có tỉ lệ ngƣời mắc bệnh cao nhất trên phạm vi toàn Việt Nam
(Nguồn: Niên giám thống kê y tế năm 2008) ................................................................ 15
Bảng 2.1. Mức độ tƣơng quan thể hiện qua R².............................................................. 23
Bảng 2.2. Bƣớc sóng phổ của các kênh ảnh và ứng dụng thực tiễn .............................. 26
Bảng 2.3. Ví dụ về cấu trúc dữ liệu PM 2.5 đƣợc lƣu trữ trong file exel...................... 33
Bảng 3.1. Danh mục các cảnh ảnh Terra ....................................................................... 40
Bảng 3.2. Danh mục các cảnh ảnh Aqua ....................................................................... 41
Bảng 3.3. Danh mục các trạm thực địa ......................................................................... 43
Bảng 3.4. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại các trạm ............................................. 53

Trang3


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Kích thƣớc cái loại bụi PM so với đƣờng kính sợi tóc của con ngƣời .......... 12
Hình 2.1. Các tia phản xạ trong khí quyển đến đầu thu ................................................ 19
Hình 2.2. Ví dụ về mối liên hệ tuyến tính ..................................................................... 22
Hình 2.3. Bản đồ vùng đồng bằng sông Hồng .............................................................. 24
Hình 2.4. Cấu trúc nhóm các band ảnh raster trong file HDF ....................................... 29
Hình 2.5. Trạm quan trắc đặt tại Long Biên, Hà Nội .................................................... 31
Hình

2.6.

Đồ

thị

số

liệu

quan

trắc

từ

07

trạm

và

chỉ

số

AIQ

trên website của Trung tâm quan trắc môi trƣờng......................................................... 32
Hình 2.7. Quy trình tính toán chất lƣợng không khí khu vực ĐBSH ............................ 34
Hình 2.8. Quy trình tích hợp dữ liệu vệ tinh và dữ liệu quan trắc ................................ 35
Hình 2.9. Quy trình tính toán PM 2.5 từ ảnh AOD/AOT .............................................. 36
Hình 2.10. Thiết kế kỹ thuật của Web-based GIS ......................................................... 37
Hình 2.11. Thiết kế chi tiết của Web-based GIS ........................................................... 38
Hình 2.12. Giao diện WebGis thuộc CPIS .................................................................... 39
Hình

3.1.

Ví

dụ

tƣ

liệu

thu

thập

từ

ảnh

số

hiệu

MOBAOD.A2014002.0345.006.2015072135002 từ vệ tinh Terra .............................. 41
Hình

3.2.

Ví

dụ

tƣ

liệu

thu

thập

từ

ảnh

số

hiệu

MYBAOD.A2014001.0610.006.2014273233747từ vệ tinh Aqua ............................... 43
Hình 3.3. Vị trí 06 trạm mặt đất trên nền bản đồ GIS ................................................... 44
Hình 3.4. Vị trí 06 trạm trên nền ảnh Modis Terra ....................................................... 45
Hình 3.5. Vị trí 06 trạm trên nền ảnh Modis Aqua ....................................................... 45
Hình 3.6. Giao diện công cụ MRT ................................................................................ 46
Hình 3.7. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Nguyễn Văn Cừ ......................... 47
Hình 3.8. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Nguyễn Văn Cừ ......... 47
Hình 3.9. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Phú Thọ ..................................... 48
Hình 3.10. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Phú Thọ ................... 48
Hình 3.11. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Hạ Long ................................... 49
Hình 3.12. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Hạ Long ................... 49
Hình 3.13. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Huế .......................................... 50
Hình 3.14. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Huế .......................... 50

Trang4


Hình 3.15. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Đà Nẵng .................................. 51
Hình 3.16. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Đà Nẵng .................. 51
Hình 3.17. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Khánh Hòa .............................. 52
Hình 3.18. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Khánh Hòa .............. 52
Hình 3.19. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại 06 trạm ............................................. 53
Hình 3.20. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tạị 06 trạm ............................. 53
Hình 3.21. Biểu đồ hệ số xác định bội R² theo trạm ..................................................... 54
Hình 3.22. Bản đồ giá trị PM 2.5 khu vực đồng bằng sông Hồng ngày 20/12/2016 .... 55
Hình 3.23. Giao diện kết nối dữ liệu raster trong Geosever .......................................... 56
Hình 3.24. Tạo style cho lớp bản đồ PM 2.5 với SLD .................................................. 57
Hình 3.25. Bản đồ PM 2.5 trên nền WebGis ................................................................. 57

Trang5


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MODIS

Một loại cảm biến có độ phân giải trung bình Moderate resolution
Imaging Spectrometer

AQUA

Một loại vệ tinh mang theo cảm biến MODIS

TERRA

Một loại vệ tinh mang theo cảm biến MODIS

MOD

Tiếp đầu ngữ của file ảnh MODIS thu nhận từ vệ tinh TERRA

MYD

Tiếp đầu ngữ của file ảnh MODIS thu nhận từ vệ tinh AQUA

AOD/AOT

Độ sâu quang học sol khí

AQI

Chỉ số chất lƣợng không khí

GIS

Hệ thông tin địa lý

NASA

Cơ quan hàng không Vũ trụ Mỹ

Bộ TN&MT

Bộ Tài nguyên & Môi trƣờng

ĐBSH

Đồng bằng sông Hồng

CENMA

Trung tâm Quan trắc và Phân tích Tài nguyên Môi trƣờng Hà Nội

DN

Digital number- Giá trị số

R, r

Correlation Coefficient – Hệ số tƣơng quan

R², r²

Coeffocient of Determination- Hệ số xác định bội

PM

Paticulate Matter – Bụi

Trang6


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết

Môi trƣờng là tất cả những gì bao quanh con ngƣời có ảnh hƣởng trực tiếp hoặc
gián tiếp tới sự tồn tại và phát triển của con ngƣời, trong đó không khí là một trong
năm thành phần cơ bản của môi trƣờng. Do vậy, chất lƣợng môi trƣờng không khí là
vấn đề đáng đƣợc quan tâm. Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội,
môi trƣờng nói chung và môi trƣờng không khí nói riêng đang bị ô nhiễm rất nặng nề
bởi sự tàn phá của con ngƣời.Tổ chức Y tế Thế Giới (WHO) gần đây đã đƣa ra báo
cáo về ô nhiễm không khí năm vừa qua (năm 2014), dựa trên số liệu về mức độ ô
nhiễm của 1.600 thành phố trên khắp 19 quốc gia. Tổ chức này đã sử dụng hệ thống
đánh giá có tên là PM2.5 và PM10.
PM2.5 đƣợc coi là hệ thống tốt nhất đƣợc dùng để đánh giá tác động của ô
nhiễm không khí lên sức khỏe và xác định nồng độ bụi ô nhiễm có đƣờng kính từ 2,5
micromet trở xuống. Những hạt bụi ô nhiễm này có thể là khói, bụi bẩn, nấm mốc hoặc
phấn hoa, đƣợc tổng hợp từ những kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ độc hại. Đây
đƣợc coi là những mối nguy hiểm lớn cho cơ thể con ngƣời nếu bị “tích lũy” trong hệ
thống hô hấp.
Việc giám sát chất lƣợng không khí thu hút đƣợc sự quan tâm của tất cả các
quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Tại Việt Nam, các trạm quan trắc khí
tƣợng có thể đo lƣờng các chỉ số liên quan chất lƣợng không khí (cũng nhƣ chỉ số
PM2.5), tuy nhiên, số lƣợng trạm rất hạn chế. Do vậy, việc tính toán, đánh giá chất
lƣợng không khí trên diện rộng, trên toàn khu vực không thể thực hiện đƣợc.
Cùng với sự phát triển của công nghệ vệ tinh quan sát Trái đất, khả năng ứng dụng
tƣ liệu ảnh vệ tinh kết hợp với hệ thông tin địa lý trong giám sát chất lƣợng không khí đã
đƣợc áp dụng ở rất nhiều quốc gia trên thế giới (khoảng 40 năm trở lại đây).
Ảnh vệtinh cho biết thông tin trên toàn khu vực nghiên cứu theo cấu trúc
mạng lƣới liên tục của các pixel kềnhau. Mỗi pixel đƣợc ví nhƣlà một trạm quan trắc,
do đó sốđiểm từảnh vệtinh sẽdày đặc hơn nhiều so với các trạm đo mặt đất. Kết
quảphân tích ảnh vệtinh sẽcho các giá trịô nhiễm thểhiện trên từng pixel tùy thuộc vào
độphân giải ảnh và trên toàn vùng đồng thời vào cùng thời điểm quan sát, mà với
điều kiện và khảnăng của thiết bịvà trạm đo mặt đất hiện tại không thểnào đạt đƣợc

Trang7


Vệ tinh Terra và Aqua có trang bị các phổ kế tạo ảnh độ phân giải trung bình MODIS đã mở ra những triển vọng mới cho các nghiên cứu mang tính toàn cầu cũng
nhƣ khu vực. Với 36 kênh phổtừ bƣớc sóng 0.405 µm đến 14.385 µm và độphân giải
không gian là 250 m,500 m và 1 km, MODIS đã đƣợc ứng dụng rất nhiều trong lĩnh
vực, trong đó có lĩnh vực khí tƣợng thuỷ văn và môi trƣờng. Ảnh MODIS với vòng
chu kỳ lặp chụp ảnh là 01 ngày là điều thuận tiện cho việc quan trắc thƣờng xuyên
mỗi ngày, hỗ trợ tốt cho quan trắc mặt đất, nhất là về mặt phân bố không gian.
MOD04/MOY04 là 1 trong 44 sản phẩm ảnh MODIS Terra/Aqua với độ phân giải
không gian 10 km, có chứa thông tin về độ dày sol khí Aerosol (AOD/AOT - Aerosol
Optical Depth/Thickness) có thể sử dụng để tính toán, xác định mối tƣơng quan với
chỉ số chất lƣợng môi trƣờng PM2.5, từ đó cho phép đánh giá, dự đoán chất lƣợng
không khí môi trƣờng trên diện rộng. ỞViệt Nam, kỹ thuật này còn tƣơng đối xa lạ và
mới mẻ, tuy nhiên, việc triển khai nghiên cứu, đƣa vào ứng dụng đƣợc kỹ thuật này ở
khu vực có điều kiện xã hội, môi trƣờng nhƣ nƣớc ta sẽ có rất nhiều ƣu điểm.
Xuất phát từ thực tế nêu trên, học viên đã lựa chọn luận văn thạc sĩ: “Sử dụng
tư liệu vệ tinh MODIS đánh giá chất lượng không khí khu vực Đồng bằng sông Hồng"
với mong muốn góp phần giải quyết phần nào vấn đề nhƣ đã trình bày, cùng góp sức
vì mục tiêu chung bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu và phát triển phƣơng pháp ƣớc tính nồng độ ô nhiễm bụi trong
không khí sử dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh.
- Theo dõi chất lƣợng không khí tại khu vực không có trạm quan trắc mặt đất và
toàn khu vực nghiên cứu; thể hiện số liệu trên webgis.
Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Thu thập thông tin về hiện trạng giám sát chất lƣợng không khí bằng các trạm
quan trắc tự động trên khu vực ĐBSH.
- Thu thập dữ liệu vệ tinh, chiết xuất thông tin về độ dày quang học sol khí từ
sản phẩm ảnh MODIS (MOD04/MOY04); xây dựng bản đồ sol khí khu vực đồng

bằng sông Hồng.
- Tiến hành thu thập dữ liệu chỉ số PM2.5 từ các trạm quan trắc khí tƣợng.
- Xây dựng hàm hồi quy thể hiện mối tƣơng quan giữa chỉ số độ dày quang học
sol khí AOD/AOT và chỉ số PM2.5.

Trang8


- Tính toán chỉ số PM2.5 từ mối tƣơng quan trên đối với những khu vực không
có trạm quan trắc mặt đất, từ đó xây dựng bản đồ chỉ số PM 2.5 cho toàn khu vực
nghiên cứu.
Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp viễn thám: chiết xuất thông tin độ dày quang học sol khí từ tƣ
liệu viễn thám MODIS MOD04/MYD04.
- Phƣơng pháp bản đồ: thể hiện bản đồ AOD/AOT; xây dựng bản đồ chỉ số bụi
PM 2.5.
- Phƣơng pháp điều tra thực địa: lấy số liệu PM2.5 từ các trạm quan trắc khí
tƣợng khu vực Đồng bằng sông Hồng.
- Phƣơng pháp mô hình hóa: Xây dựng hàm hồi quy, mối tƣơng quan giữa
AOD/AOT và PM2.5.
- Phƣơng pháp phân tích không gian (GIS): Xác định vị trí các trạm quan trắc
khí tƣợng tại khu vực nghiên cứu.
- Phƣơng pháp phân tích thống kê.
- Phƣơng pháp chuyên gia.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi không gian: Khu vực Đồng bằng sông Hồng
Phạm vi thời gian: Sử dụng dữ liệu vệ tinh MODIS và dữ liệu trạm quan trắc
mặt đất năm 2014 để đánh giá chất lƣợng không khí khu vực đồng bằng sông Hồng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu góp phần khẳng định và mở rộng khả năng ứng

dụng phƣơng pháp viễn thám vào việc đánh giá chất lƣợng không khí.
Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu góp phần xây dựng phƣơng pháp phân tích, đánh
giá, dự đoán chất lƣợng không khí (dựa trên chỉ số PM 2.5) trên khu vực đồng bằng
sông Hồng, đặc biệt ở những nơi không có điều kiện đặt trạm quan trắc cố định hay
lƣu động.
Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm 3 chƣơng cùng với phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị, Tài
liệu tham khảo. Dƣới đây là tiêu đề các chƣơng:
Chƣơng 1: Cơ sở lý luận về phát hiện ô nhiễm không khí bằng độ dày quang
học sol khí.

Trang9


Chƣơng 2: Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng không khí khu vực đồng bằng
sông Hồng bằng tƣ liệu vệ tinh MODIS.
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận.

Trang10


CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHÁT HIỆN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ BẰNG
ĐỘ DÀY QUANG HỌC SOL KHÍ
1.1. Một số khái niệm cơ bản
1.1.1. Khái niệm sol khí
Sol khí là một thành phần phát tán trong khí quyển, đƣợc tạo nên từ bụi và khí
thải (tự nhiên và nhân tạo), tham gia trực tiếp vào hiệu ứng nhà kính tác động tới biến
đổi khí hậu. Theo NASA, sol khí là các hạt lơ lửng trong không khí. Khi các hạt này
đủ lớn, chúng ta sẽ nhận thấy sự hiện dịên của chúng khi chúng phản xạ và hấp thụ ánh

sáng mặt trời. Ánh sáng mặt trời bị tán xạ có thể làm giảm tầm nhìn và gây ra hiện
tƣởng màu đỏ khi bình minh và hoàng hôn.
Sol khí gây nên những thay đổi hóa học của khí quyển, thay đổi quá trình hình
thành mây, phản xạ và hấp thụ năng lƣợng bức xạ từ đó gây các tác động xấu đến thời
tiết – khí hậu, thông qua 2 cách thức là:
- Tƣơng tác trực tiếp: phản xạ ánh sáng mặt trời vào bầu khí quyển.
- Tƣơng tác gián tiếp: ảnh hƣởng đến các hạt mây, quá trình hình thành các đám
mây, tích tụ và hấp thụ ánh sáng mặt trời, làm nóng bầu khí quyển,…
Sol khí có thể chia làm 3 cấp dựa theo kích thƣớc của chúng. Cấp có kích thƣớc
nhỏ nhất có đƣờng kính nhỏ hơn khoảng 0.1 µm. Cấp trung bình có đƣờng kính nằm
trong khoảng từ 0.1 đến 2 µm [1, 2]. Cấp có đƣờng kính lớn nhất đƣợc gọi là các phần
tử thô, đƣờng kính của chúng lớn hơn 2µm.
Sol khí đƣợc tạo bởi nhiều nguồn gốc, tuy nhiên có ba nguồn tạo ra sol khí
chính là: núi lửa, bụi sa mạc và do con ngƣời.
- Sol khí núi lửa: đƣợc hình thành ở tầng bình lƣu sau các trận phun trào lớn của
núi lửa. Lớp sol khí này chủ yếu hình thành bởi khí SO2, sau đó chuyển đổi thành giọt
axit sulfuric trong tầng bình lƣu và tồn tại từ một tuần tới vài tháng sau khí núi lửa
phun trào. Gió trong tầng bình lƣu trải rộng sol khí cho đến khi chúng bao phủ toàn
cầu. Sau mỗi lần hình thành, các sol khí này tồn tại trong tầng đối lƣu khoảng hai năm.
- Sol khí sa mạc: Loại sol khí này đƣợc hình thành qua gió thổi các phần tử bụi
nhẹ từ bề mặt sa mạc và có liên quan lớn tới sol khí khí quyển. Thông thƣờng, chúng
rơi khỏi khí quyển sau khi bay thời đoạn ngắn nhƣng chúng có thể đƣợc thổi lên độ
cao khoảng 4.500 m hoặc cao hơn bởi lực cuốn rất mạnh của các cơn bão cát.

Trang11


- Sol khí đƣợc tạo từ các hoạt động của con ngƣời: phần lớn sol khí tạo bởi con
ngƣời là do khói bụi từ các đám cháy ở các khu rừng nhiệt đới, do đốt than và dầu. Sol
khí sulfat tạo bởi con ngƣời đang tăng lên nhanh chóng trong khí quyển kể từ các cuộc

cách mạng công nghiệp. Với mức độ sản xuất hiện tại, sol khí sulfat phát thải bởi con
ngƣời đƣợc cho rằng là quá nhiều so với lƣợng sol khí sulfat tự nhiên. Sol khí tập
trung nhiều nhất ở Bắc Bán Cầu nơi vốn là trung tâm của các hoạt động công nghiệp.
1.1.2. Khái niệm hạt PM
Hạt PM (Particulate Matter-PM) là những hạt bụi trong không khí có kích
thƣớc rất nhỏ, nhỏ hơn 10µm mà mắt thƣờng của con ngƣời không nhìn thấy đƣợc.
Các hạt này gây ô nhiễm môi trƣờng và có tác hại rất lớn đến sức khỏe của con ngƣời.
Những hạt PM còn có tên gọi khác là các hạt “bụi hô hấp” vì các hạt này gây ra các
bệnh về hô hấp cho con ngƣời.
Những hạt PM có đƣờng kính nhỏ hơn 10µm đến 2,5µm đƣợc gọi là các hạt
PM 10. Những hạt này đi theo con đƣờng hô hấp có thể đi sâu vào bên trong khí quản
của con ngƣời. Những hạt PM có đƣờng kính nhỏ hơn 2.5µm đƣợc gọi là các hạt PM
2.5. Chúng có thể đi sâu vào bên trong cơ thể của con ngƣời, có thể bị giữ lại ở các phế
nang. Những hạt có kích thƣớc quá bé thì có thể bị đẩy ra ngoài theo hoạt động thải
khí CO2 của con ngƣời. Những hạt PM có nồng độ cao trong cơ thể con ngƣời thì gây
ra các bệnh về hô hấp nguy hiểm đồng thời cũng ảnh hƣởng xấu tới hoạt động sản xuất
và sự cân bằng của hệ sinh thái tự nhiên.

Hình 1. 1- Kích thước các loại bụi PM so với đường kính sợi tóc của con người
Những hạt PM tồn tại trong không trung từ vài giờ đến vài ngày hoặc vài tuần,
điều này tùy thuộc vào kích thƣớc của từng loại hạt. Các hạt có kích thƣớc càng nhỏ

Trang12


thì thời gian tồn tại trong không khí càng lâu và càng đƣợc phát tán đi xa trong diện
rộng dƣới tác động của gió (PM 2.5), các hạt có kích thƣớc lớn hơn thì có thời gian tồn
tại trong không khí từ vài giờ đến vài ngày (PM 10).
1.2. Tác động của bụi và sol khí đối với sức khỏe cộng đồng
Trong các thập kỷ qua, các nhà khoa học đã thực hiện nhiều nghiên cứu để tìm

các mối liên kiết giữa sức khỏe con ngƣời và ô nhiễm không khí. Và trong khoảng 10
năm qua, nhiều liên kết đã đƣợc tìm thấy.
Ảnh hƣởng của sol khí lên sức khỏe con ngƣời đã đƣợc ghi lại trên các địa điểm
khác nhau. Tỷ lệ tử vong tăng lên là kết quả của tình trạng ô nhiễm đã đƣợc phát hiện
ở khắp mọi nơi. Nghiên cứu ban đầu cho thấy những ảnh hƣởng lớn nhất của sol khí
đến từ các "khu vực sạch", nhƣ Mỹ. Xu hƣớng tỷ lệ tử vong cũng đƣợc ghi nhận theo
đƣờng dốc từ Tây sang Đông Âu. Trong nghiên cứu gần đây, sự nhạy cảm giống nhau
đối với sol khí đã đƣợc chứng minh và thể hiện sự độc lập về vị trí. Tỷ lệ tử vong là
gần nhƣ nhau ở Mỹ, Tây Âu và Đông Âu, còn Trung Quốc với khoảng 2-4% trƣờng
hợp tử vong với sự gia tăng nồng độ đến 100 µg/m3[3].
Từ khi các cuộc cách mạng công nghiệp bùng nổ, các hạt sol khí đƣợc tạo ra từ
các hoạt động này ngày một nhiều khiến cho quá trình xử lý ô nhiễm trở thành một gánh
nặng kinh tế. Gần đây, sự chú ý đƣợc tập trung vào vấn đề suy giảm chất lƣợng không
khí gây ra bởi các hạt PM, vốn là các hạt sol khí có kích thƣớc lớn. Vì chúng làm suy
giảm chất lƣợng không khí nên gây ra rất nhiều hệ lụy đến sức khỏe cho con ngƣời sống
trong khu vực ô nhiễm. Các nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra mối quan hệ mạnh mẽ giữa
ô nhiễm không khí và các tác động đến sức khỏe đã đƣợc ghi nhận. Ngoài ra, cũng có
các bằng chứng rõ ràng cho thấy các hạt PM 2.5 giữ một vai trò quan trọng trong tác
động đến sức khỏe con ngƣời. Các hạt sol khí có kích thƣớc từ 2.5 µm đến 10 µm thì đã
đƣợc loại bỏ một cách hiệu quả ở phần phía trên của hệ thống hô hấp, tuy nhiên các hạt
PM 2.5 thì đọng lại trên các vách phế quản. Các hạt có đƣờng kính nhỏ hơn 0.1µm thì
đƣợc thu thập trong phế quản, trong khi đó các hạt có đƣờng kính nằm giữa khoảng 0.11 µm thì quá nhỏ để bị giữ lại ở phần trên của hệ thống hô hấp nhƣng lại quá lớn để
đƣợc thu thập trong phế quản, do đó chúng sẽ đƣợc giữ ở trong phổi[4].
Hành vi của các hạt đọng lại trong phổi phụ thuộc vào các đặc tính khí động học
của hạt trong luồng lƣu thông nhƣ: kích thƣớc, hình dạng và mật độ. Sự lắng đọng của
các hạt trong các vùng khác nhau của hệ hô hấp phụ thuộc vào kích thƣớc của chúng [4].

Trang13

Sống trong khu vực chứa nhiều sol khí làm tăng tỷ lệ mắc bệnh hô hấp và mở
rộng nguy cơ mắc bệnh hô hấp cấp tính của con ngƣời. Hơn nữa, khi kết hợp với các
kim loại nặng thì còn gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng khác tới sức khỏe cộng đồng.
Bảng dƣới liệt kê các tác hại của sự kết hợp giữa sol khí và kim loại nặng [4]:
Bảng 1. 1- Tác động của sol khí và bụi đến sức khỏe con người khi kết hợp với
các kim loại nặng
Kim loại
nặng

Nguồn tự nhiên
Phát

thải

Mức

độ

nguy

hiểm tối thiểu

Tác động độc tính khi tiếp xúc

công Mức độ chì trong Giảm phát triển thần kinh. Ức

nghiệp hoặc phƣơng máu nhỏ hơn 10 chế hệ thống huyết học (thiếu
tiên xe cộ, sơn và sự micrograms mỗi đề máu), suy thận, suy giảm miễn

Chì

đốt cháy nhựa, giấy xi lít

dịch.

…
Rác thải điện tử và Dƣới 10 microgram Kích ứng đƣờng tiêu hóa và hô
Thủy

nhựa, thuốc trừ sâu, mỗi đề xi lít máu. hấp, suy thận, thần kinh.

ngân

dƣợc phẩm và chất Uống
thải nha khoa

Rdf

4

mg/kg/ngày.

Đồ điện, nhựa, pin, Dƣới 1 microgram Kích ứng tại chỗ của phổi và
Cadmium

chế độ ăn uống và mỗi đề xi lít máu.

đƣờng tiêu hóa, tổn thƣơng thận

nƣớc

và các bất thƣờng của hệ thống
xƣơng.

Thuốc diệt cỏ, thuốc Phơi nhiễm 0.0003 Viêm gan, tổn thƣơng thần kinh

Thạch tín

trừ sâu, đồ điện tử, mg/kg/ngày

ngoại vi, bệnh thần kinh, ung

đốt chất thải chứa

thƣ gan, da và phổi, kích thích

các thành phần độc

hệ thống hô hấp trên, viêm

hại, nƣớc ô nhiễm.

họng, viêm thanh quản, viêm
mũi, thiếu máu, bệnh tim mạch.

Bên cạnh sol khí ngoài trời, sol khí phát sinh bên trong các hộ gia đình là một
nguồn chất ô nhiễm khác cũng gây nguy hiểm không kém cho con ngƣời. Mọi ngƣời
thƣờng cảm thấy ốm yếu, mệt mỏi bởi những sản phẩm gia dụng phổ biến nhƣ: máy
làm mát không khí, sơn, chất khử mùi và thuốc xịt tóc. Thƣờng xuyên sử dụng các

Trang14


máy móc, hóa chất này làm tăng nguy cơ tiêu chảy, đau tai và các triệu chứng khác ở
trẻ cũng nhƣ đau đầu và trầm cảm.
Theo báo cáo môi trƣờng toàn quốc năm 2010, chất lƣợng môi trƣờng không
khí trên lãnh thổ Việt Nam đang bị suy giảm, đặc biệt tại các khi đô thị lớn nhất là Hà
Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Ô nhiễm không khí chủ yếu là do bụi. Bên cạnh đó,
một số khu vực có biểu hiện ô nhiễm CO, SO2 và tiếng ồn cục bộ. Việc phân tích ô
nhiễm bụi dựa vào kết quả quan trắc đối với các thông số TSP và PM10, PM2.5 chỉ ra
rằng nồng độ các yếu tố này luôn ở mức cao, vƣợt qua mức độ cho phép tại các thành
phố lớn. Về mặt phân bố không gian, mức độ ô nhiễm bụi cao tại các khu vực có mật
độ giao thông đông đúc, các nút giao thông, các khu vực đang trong quá trình xây
dựng cơ sở hạ tầng và các khu công nghiệp.
Bảng 1. 2- Các bệnh có tỉ lệ người mắc bệnh cao nhất trên phạm vi toàn Việt
Nam (Nguồn: Niên giám thống kê y tế năm 2008)
S

Bệnh

TT

Số ngƣời mắc bệnh (trên

Tỉ lệ (%)

100.000 dân)
Các
1 bệnh viêm phổi

409.12

4,1

Viêm
2
họng và viêm

383.58

3,8

306.21

3,1

amidan cấp
Viêm
3
phế quản và
viêm tiểu phế quản
1.3. Tổng quan về phát hiện ô nhiễm không khí bằng độ dày quang học sol khí
Chất lƣợng không khí là một trong những nguyên nhân sinh ra bệnh tật trong
cộng đồng. Nhất là ở các nƣớc đang phát triển nhƣ nƣớc ta hiện nay, chất lƣợng không
khí bị ô nhiễm do chất thải công nghiệp và bụi xây dựng gây nên. Để giám sát chất
lƣợng không khí, theo phƣơng pháp truyền thống, chúng ta sử dụng mạng lƣới các
trạm đo chất lƣợng không khí trong thành phố, khu dân cƣ theo mật độ phân bố nhất
định. Nhờ mạng lƣới quan trắc đo các thành phần không khí hàng ngày (hàng giờ,
hàng tuần, hàng tháng) mà chúng ta có thể đƣa ra phƣơng pháp phòng ngừa, bảo vệ
sức khoẻ cộng đồng. Nhƣợc điểm lớn của giải pháp dựa vào mạng lƣới trạm đo trên

mặt đất là tốn kém và sự khuyếch tán bụi khí ô nhiễm không phản ánh một cách khách
quan vì sử dụng hàm toán học để mô phỏng. Trong khoảng thời gian gần 40 năm qua,ở

Trang15


các nƣớc trên thế giới, ngƣời ta đƣa công nghệ viễn thám vào giám sát chất lƣợng
không khí. Công nghệ này khắc phục những nhựơc điểm của mạng lƣới quan trắc mặt
đất mắc phải.
Để phát hiện ô nhiễm không khí bằng công nghệ viễn thám, trên thế giới, ngƣời
ta sử dụng ba phƣơng pháp chủ yếu:
a. Phƣơng pháp tính độ dày lớp sol khí AOT (Aerosol Optical Thickness)
b. Phƣơng pháp đo các hạt bụi đen (Black particle)
c. Phƣơng pháp đánh giá biến động lớp phủ bề mặt (Land – cover change)
Trong khuôn khổ đề tài, học viên tìm hiểu về việc sử dụng giá trị AOT để đánh
giá chất lƣợng không khí.
Trên thế giới, đã từng có những nghiên cứu xác định độ dày quang học sol khí
từảnh vệ tinhLandsatTM/ETM+, ASTER,SPOT, ALOS, IRS, MODIS… Kaufman và
cộng sự (1990) [5]đã phát triển thuật toán xác định AOT theo sự khác biệt của thành
phần bức xạ hƣớng lên, đƣợc ghi nhận bởi vệ tinh, giữa một ngày trời rõ trong (không
ô nhiễm) và một ngày mù sƣơng (có ô nhiễm). Phƣơng pháp này giảđịnh rằng phản xạ
bề mặt giữa ngày rõ trong và ngày mù sƣơng không thay đổi. Hadjimitsis và Clayton
(2009) [6] đã phát triển một phƣơng pháp kết hợp nguyên lý Trừ đối tƣợng đen (DOS
- Darkest Object Subtraction) và phƣơng trình truyền bức xạđể tính giá trị AOT cho
các kênh 1 và 2 của Landsat TM.
Jun Wang và Sundar A. Christopher (2003)[7]đã nghiên cứu xây dựng đƣợc
mối liên hệ giữa các cột độ dày quang học soi khí có nguồn gốc từ ảnh MODIS và
lƣợng hạt bụi PM2,5 theo giờ đo tại 7 vị trí quan trắc thuộc quận Jefferson, bang
Alabama, Hoa Kỳ trong năm 2002. Jill A. Engel-Co, Christopher H. Holloman, Basil
W. Coutant, Raymond M. Hoff (2004) [8]đã đƣa ra giải pháp đánh giá định tính và

định lƣợng chất lƣợng không khí quy mô đô thị và khu vực bằng việc sử dụng dữ liệu
ảnh vệ tinh MODIS. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh dữ liệu từ hệ thống giám
sát không khí của Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (EPA) và dữ liệu vệ tinh trong 6
tháng liên tục năm 2002....Năm 2009, tại Thái Lan, Vivarad Phonekeo [9]đã công bố
kết quả nghiên cứu về việc giám sát chất lƣợng không khí tại Thái Lan bằng sản phẩm
MOD04. Trong nghiên cứu này, dữ liệu thực địa đƣợc thu thập từ 13 trạm quan trắc
không khí tự động trên địa bàn thủ đô BangKok.

Trang16


Ở Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu thực hiện trong lĩnh vực ô nhiễm
không khí nhƣ đánh giá tình hình ô nhiễm không khí cho các đô thị lớn Hà Nội,
thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM), Đà Nẵng, Cần Thơ… Các nghiên cứu tập
trung vào phân tích thống kê từ nguồn số đo khí tƣợng và ô nhiễm không khí
đƣợc quan sát tại các trạm mặt đất. Dựa vào số đo này và phân bố không gian,
các chất ô nhiễm không khí đƣợc ƣớc tính và thể hiện qua các mô hình toán phát
tán hoặc phƣơng pháp nội suy. Lƣơng Chính Kế, Hồ Thị Vân Trang, Trần Ngọc
Tƣởng, Lâm Đạo Nguyên (2010)[10] đã nghiên cứu xây dựng bản đồ ô nhiễm không
khí trên khu vực Hà Nội và Cẩm Phả dựa trên đặc tính phổ và hình học của ảnh
Landsat ETM+ và SPOT. Trần Thị Vân, Nguyễn Phú Khánh, Hà Dƣơng Xuân Bảo
(2014) [11]nghiên cứu việc ứng dụng công nghệ viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh
Landsat kết hợp số đo mẫu quan trắc mặt đất cho kết quả mô phỏng phân bố không
gian nồng độ bụi PM10 khu vực TPHCM. Tuy nhiên, hạn chế của nguồn ảnh Landsat
là chu kỳ lặp chụp ảnh tại một vị trí là 16 ngày, do đó dữ liệu chiết xuất từ ảnh không
thể liên tục.
Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đều cho kết quả khả quan, đề cập đến vấn
đề mang tính thời đại,do đó, luận văn có cơ sở triển khai và có đƣợc sự kế thừa từ các
thành quả nghiên cứu trƣớc đây.

Trang17


CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG KHÔNG KHÍ
KHU VỰCĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG BẰNG TƢ LIỆU VỆ TINH MODIS
2.1. Cơ sở khoa học phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng không khí khu vực
ĐBSH bằng tƣ liệu vệ tinh
2.1.1. Phƣơngpháp ƣớctínhsolkhí từảnhvệtinh
Vềlý

thuyết,

solkhí

là

đạilƣợng

đặctrƣngcho

độsuygiảm

ánhsángtrênmộtthểtíchkhôngkhí, độdàycủasolkhí có thểxác địnhquabiểuthứcsau:
z

τλ (Z) =



kλ(Ź)dŹ

(2.1)

0

Trong đó: kλ( Ź) - Hệsốsuygiảm ánhsáng (mˉ1) ởbƣớcsóng λ,ở độcao Ź vớiZlà
độcaoquantrắc. ĐộdàyquanghọclớpSolkhí có thể đƣợcphântíchracácthànhphần:
τªm- ĐộdàyquanghọclớpSolkhí docácphântửkhí hấpthụ.
τªp - ĐộdàyquanghọclớpSolkhí docáchạtbụihấpthụ.
τdm

-

ĐộdàyquanghọclớpSolkhí

dohiệntƣợngpháttánphântửkhí

(phảnxạRayleigh).
τdp - ĐộdàyquanghọclớpSolkhí dohiệntƣợngpháttáncáchạttrongkhí quyển
(PhảnxạMie).
Tianắngmặttrời đivàolớpSolkhí ởtầng đốilƣu, dƣớitác độngcủacácphântửkhí ô
nhiễmvà cáchạtbụi, mộtphầnbịphảnxạngaytronglớpSolkhí rồi đivề đầuthuảnhcủavệtinh,
mộtphầntianắng đitới đốitƣợngtrênbềmặt đấtrồiphảnxạ đivề đầuthuảnhcủavệtinh
(hình2.1).Mô

hìnhpháthiện

đâydoSifakisđềxuấtvàonăm

độdàylớpsolkhí

1992.

Mô

AOTđƣợctrìnhbàytómtắtdƣới
hình

đã

đƣợcnhiềucơ

sởnghiêncứukhảonghiệmvà đƣợc ápdụngởchâu Âu. Mô hìnhsửdụng 2 cảnhảnhở 2
thờikỳvà

đitìmmốiquanhệtoánhọcgiữa

độdàysolkhí

của

2

thờikỳvớiảnhphƣơngsaicủachúngtheokíchthƣớclƣới ô vuôngthực địa.[10]

Trang18


C
S

TOA
4;5

4

1
H

3

2;3

5

1

5
2

Hình 2. 1- Các tia phản xạ trong khí quyển đến đầu thu
Tham số phản xạ tại đỉnh khí quyển ρTOA (hay còn gọi là phản xạ khả kiến)
đƣợc biểu diễn bằng biểu thức sau:
T(  ) T(  )
ρTOA = ρ
1- ρS

+ ρa

(2.2)

Trong đó: ρ - Phản xạ tại bề mặt đất,
ρa - Phản xạ của khí quyển,
S - albedo hình cầu,
 - Góc thiên đỉnh mặt trời,

 - Góc thiên đỉnh của đầu thu,

T(  ) - Hàm truyền dẫn ánh sáng từ mặt trời về trái đất,
T (  ) - Hàm truyền dẫn ánh sáng từ bề mặt đất về đầu thu ảnh.
Giá trị T(  ) đƣợc phân tích thành tổng của tdir(  ) và tdiff(  ), đó là hàm
truyền dẫn ánh sáng trực tiếp và hàm khuyếch tán T(  ) là tổng của tdir(  ) và tdiff(  ).
Sai số σ (ρTOA) do sai số σ(ρ) gây nên trong (1.2) sẽ có dạng:
T(  ) tdirT(  )
σ (ρTOA) =

σ (ρ)
(2.3)

1 – ρe S
Trong đó: ρe - Phảnxạtrungbìnhởbềmặt đất.
Theo địnhluậttruyềndẫn ánhsángcủaLambert – Bouguer, tacó:
tdir(  ) = exp (- kext Z) ≡ f1 (e; τ;  )

(2.4)

Trang19


hay:
σ(ρTOA) = f2 (e; τ;  )

(2.5)
Trong đó: τ - độ dày quang học lớp Sol khí.
e – hằng số.
Nếu nhƣ chúng ta có hai tấm ảnh, chúng ta có thể tính đƣợc hiệu số độ dày
quang học lớp Sol khí giữa hai tấm ảnh. Đây là cách so sánh tƣơng đối để so sánh giữa
môi trƣờng sạch và môi trƣờng không khí bị ô nhiễm.
Lập tỷ số σ(ρTOA) cho hai thời kỳ (hai ảnh 1và 2) ta có:
σ1 (ρTOA)

= f3 (e; τ1; τ2;  )

(2.6)

σ2 (ρTOA)

và

∆τ = (τ2 – τ1) = ln [f3’(e; σ1; σ2 ;  )]
(2.7)
Côngthức (1.7) là mô hìnhmô tảmốiquanhệ độdàyquanghọclớpSolkhí và
độlệchchuẩncủabứcxạảnh. Đâylà mô hìnhchophéppháthiệnkhôngkhí bị ô nhiễm.
2.1.2. Phƣơngpháptínhtoánhồiquy
Bằngcáchsửdụngphéphồiquy,

tathiếtlậpmốiquanhệgiữa

đầuralà

ảnh

đã

đƣợcxửlý (AOT) vớidữliệu đoởcáctrạmmặt đất.
Mục

đíchcủaphƣơngpháphồiquytƣơngquanlà

độtƣơngquangiữacácbiến

độclập

(cácbiếngiảithích)

ƣớclƣợngmức

đếnbiếnphụthuộc

(biến

đƣợcgiảithích), hoặcảnhhƣởngcủacácbiến độclậpvớinhau (cácyếutốnguyênnhân).
2.1.2.1. Mô hìnhhồiquytuyếntính
Hồiquytuyếntínhmộtchiều (tuyếntính đơn) - Simplelinear regression
Mụctiêuphântíchcủamô hìnhnàylà xétmốiliênhệtuyếntínhgiữamộthaynhiềubiến
độclậpXi

(Xi:

còn

đƣợcgọilà

biếngiảithích) đếnmộtbiếnphụthuộc

(Y:

biến

đƣợcgiảithích)
Phươngtrìnhhồiquytuyếntínhmộtchiều:
Ðặt

(x1,

y1),

(x2,

y2),...,

(xn,

yn)

là

mẫugồmncặpquansáttrên

đƣờnghồiquytổngthể:
(2.8)
Theophƣơngphápbìnhphƣơngbé nhấtthì ƣớclƣợngcáchệsốlà cácgiá trịavà

bsaochotổngbìnhphƣơngsaisốcủaphƣơngtrìnhsau đâylà bé nhất:
(2.9)

Trang20


Các hệ số a và b đƣợc tính nhƣ sau:

(2.10)
Và đƣờng hồi quy tuyến tính mẫu của y trên x là: y = a + bx
Hồi quy nhiều chiều - Multiple Regression[13]
Mục tiêu của mô hình này giải thích biến phụ thuộc (y) bị ảnh hƣởng bởi nhiều
biến độc lập (xi).
Một cách tổng quát, phƣơng trình hồi qui tuyến tính nhiều chiều có dạng:
y = a + b1x1 + b2x2 + .... + bkxk

(2.11)

Các tham số a, b1, b2,....,bn có thể đƣợc ƣớc lƣợng dễ dàng nhờ các phần mềm
có sẳn trên máy tính. Phƣơng trình này sẽ đƣợc suy rộng cho tổng thể có biến phụ
thuộc Y và các biến độc lập X1,X2,...,Xk.
2.1.2.2. Hệ số tƣơng quan và hệ số xác định bội
Hệ số tƣơng quan và hệ số xác định bội là các thông số thể hiện thông tin về
phƣơng trình hồi quy.
Hệ số tương quan R (hay r)- Correlation Coefficient
Hệ số tƣơng quan đo lƣờng mức độ quan hệ giữa hai biến, chính xác hơn là
quan hệ tuyến tính giữa hai biến không phân biệt biến này phụ thuộc vào biến kia.[14]
Gọi (x1, y1), (x2, y2), ..., (xn, yn) là n cặp quan sát của một mẫu ngẫu nhiên của
hai biến ngẫu nhiên X & Y. Hệ số tƣơng quan mẫu tính từ mẫu n cặp giá trị quan sát
của hai biến X và Y với trung bình x và y và phƣơng sai x2 và y2 đƣợc thể hiện trong

công thức sau:

Trang21


(2.12)
Hệ số tƣơng quan r không có đơn vị, có thể tính từ giá trị mã hóa bằng phép
biến đổi tuyến tính của X và Y. r luôn luôn biến động trong khoảng (-1,1) nếu hệ số
tƣơng quan r dƣơng cho biết X và Y biến động cùng chiều và âm thì ngƣợc lại. Ðể
biểu hiện mức độ chặt chẽ của mối liên hệ giữa các biến ta có các nhận xét sau đây:
r = 1: Mối liên hệ giữa các biến hoàn toàn chặt chẽ.
r = 0: Giữa các biến không có mối liên hệ.
Ðể thấy đƣợc đặc tính của r, các trƣờng hợp sau đây trình bày sự liên hệ tuyến
tính giữa X và Y và giá trị của r. Trong tất cả 6 trƣờng hợp chỉ có x, y là thay đổi, còn
các giá trị còn lại nhƣ dƣới đây:

Hình 2. 2- Ví dụ về mối liên hệ tuyến tính

Trang22