Nghiên cứu phương pháp tự động hóa tách ranh giới nước đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat phục vụ công tác xác định biến động đường bờ (Thực nghiệm tại vùng biển phía nam Việt Nam) (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA
TÁCH RANH GIỚI NƯỚC - ĐẤT LIỀN
TỪ TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH LANDSAT PHỤC VỤ
CÔNG TÁC XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ
(THỰC NGHIỆM TẠI KHU VỰC VÙNG BIỂN
PHÍA NAM VIỆT NAM)
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ

NGUYỄN DUY QUYẾT

HÀ NỘI, NĂM 2017


2

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA
TÁCH RANH GIỚI NƯỚC - ĐẤT LIỀN
TỪ TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH LANDSAT PHỤC VỤ
CÔNG TÁC XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ
(THỰC NGHIỆM TẠI KHU VỰC VÙNG BIỂN
PHÍA NAM VIỆT NAM)

NGUYỄN DUY QUYẾT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 60520503
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ DANH TUYÊN

HÀ NỘI, NĂM 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn: TS. Vũ Danh Tuyên

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Chu Hải Tùng

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS Trần Xuân Trường

Luận văn được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SỸ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 31 tháng 12 năm 2017



i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết
quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 31 tháng12 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Duy Quyết


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Vũ Danh Tuyên –
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực
hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Trắc địa Bản
đồ cùng tập thể các thầy cô giáo trong trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập
tại nhà trường.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban lãnh đạo Trung tâm Dịch vụ
viễn thám và địa tin học thuộc Cục Viễn Thám quốc gia, các đồng nghiệp
phòng Ứng dụng công nghệ viễn thám và địa tin học đã nhiệt tình giúp đỡ và
tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn luôn động viên tôi trong
suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................... ii
MỤC LỤC ..............................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................ ix
THÔNG TIN LUẬN VĂN ....................................................................... x
MỞ ĐẦU................................................................................................. 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 6
1.1. Khái quát về nghiên cứu biến động đường bờ ................................... 6
1.1.1. Một số khái niệm .......................................................................... 6
1.1.2. Nguyên nhân gây biến động đường bờ ........................................... 8
1.1.3. Ảnh hưởng của biến động đường bờ ............................................... 9
1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám ................................................. 10
1.2.1. Khái niệm về viễn thám ............................................................... 10
1.2.2. Nguyên lý cơ bản của công nghệ viễn thám .................................. 11
1.2.3. Ưu điểm của công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biến động
đường bờ ............................................................................................... 16
1.3. Đặc điểm tư liệu ảnh vệ tinh LANDSAT ......................................... 18
1.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu tách ranh giới nước - đất liền từ tư
liệu ảnh vệ tinh Landsat phục vụ công tác xác định biến động đường bờ ở
trong và ngoài nước ............................................................................... 21
1.4.1. Trên thế giới ................................................................................ 21
1.4.2. Trong nước .................................................................................. 26
1.5. Biến động đường bờ khu vực ven biển phía nam Việt Nam ............. 29


iv

Chương 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG PHÁP TÁCH RANH GIỚI NƯỚC - ĐẤT LIỀN TỪ TƯ LIỆU
VIỄN THÁM ......................................................................................... 34
2.1. Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên .......................... 34
2.1.1. Đặc trưng phản xạ phổ của đất ..................................................... 35

2.1.2. Đặc trưng phản xạ phổ của nước .................................................. 37
2.1.3. Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật ............................................. 39
2.2. Phân tích và lựa chọn phương pháp chiết tách thông tin ranh giới
nước – đất liền từ tư liệu viễn thám ....................................................... 42
2.3. Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Landsat trong chiết tách thông tin
ranh giới nước – đất liền ........................................................................ 44
2.3.1. Tiền xử lý ảnh vệ tinh Landsat ..................................................... 44
2.3.2. Xác định phản xạ phổ bề mặt ....................................................... 46
Chương 3: THỰC NGHIỆM TÁCH RANH GIỚI NƯỚC - ĐẤT LIỀN KHU
VỰC VÙNG BỜ BIỂN PHÍA ĐÔNG TỈNH CÀ MAU TỪ TƯ LIỆU ẢNH
VỆ TINH LANDSAT ..................................................................................... 53
3.1. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu ........................................... 53
3.1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình ................................................. 53
3.1.2. Đặc điểm sông ngòi, thủy văn ...................................................... 54
3.1.3. Đặc điểm tài nguyên biển ............................................................. 55
3.2. Dữ liệu khu vực nghiên cứu ............................................................ 56
3.3. Kết quả xử lý tư liệu ảnh vệ tinh Landsat đa thời gian phục vụ chiết
tách thông tin ranh giới nước - đất liền .................................................. 58
3.4. Kết quả chiết tách thông tin ranh giới nước - đất liền ...................... 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 72


v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

Nghĩa tiếng việt

Geographic Information System

Hệ thống thông tin địa lý

Normalized diffirence vegetation
index
Normalized Difference Water Index
Modified Normalized Difference
Water Index

Chỉ số khác biệt thực vật

Database

Cơ sở dữ liệu

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

UTM

Universal Trasverse Mercator

Hệ tọa độ vuông góc

NASA

National Aeronautics and Space
Administration

Cơ quan hàng không và vũ trụ
mỹ

AWEI

Automated Water Extraction Index

Chỉ số chiết tách nước tự động

GIS
NDVI
NDWI
MNDWI
CSDL

Chỉ số khác biệt nước
Chỉ số khác biệt nước điều
chỉnh


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ phức hợp nguyên nhân của xói lở, bồi tụ bờ biển (chỉnh
sửa từ Gegar, 2007) ................................................................................. 8

Hình 1.2. Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám .................................... 12
Hình 1.3. Các dải sóng điện từ ............................................................... 13
Hình 1.4. Ảnh Landsat và kết quả tính chỉ số NDWI ............................. 23
Hình 1.5. Ảnh Landsat và kết quả tính chỉ số MNDWI .......................... 24
Hình 1.6. So sánh các chỉ số NDWI (c), MNDWI (d), AWEI (e) và
WNDWI (f) từ ảnh vệ tinh Landsat 5 năm 2017. .................................... 24
Hình 1.7. Kết quả chiết tách thông tin ranh giới nước - đất liền giai đoạn
1989 - 2001 trong nghiên cứu của Alesheikh ........................................... 25
Hình 1.8. Kết quả xác định biến động đường bờ hồ Núi Cốc giai đoạn
1993 - 2007 ........................................................................................... 27
Hình 1.9. Ảnh vệ tinh đa thời gian khu vực cửa Tư Hiền, Thừa Thiên Huế ....28
Hình 1.10. Biến động đường bờ khu vực Hàm Tiến, Phan Thiết ............. 28
Hình 2.1. Đường cong phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên ......... 34
Hình 2.2. Khả năng phản xạ phổ phụ thuộc độ ẩm của đất ..................... 36
Hình 2.3. Khả năng thấu quang của một số loại nước ............................. 39
Hình 2.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật....41
Hình 2.5. Mô hình xây dựng bản đồ ranh giới nước - đất liền theo phương
pháp tỉ số ảnh Alesheikh ........................................................................ 42
Hình 2.6. Hệ tọa độ ảnh và các điểm khống chế GCP ............................. 46
Hình 3.1. Ảnh vệ tinh Landsat 5 TM ngày 17/03/2002 ở tổ hợp màu 543..... 56
Hình 3.2. Ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM+ ngày 03/02/2007 ở tổ hợp màu 543...57
Hình 3.3. Ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI ngày 14/02/2017 ở tổ hợp màu 654 .......58


vii

Hình 3.4. Kết quả phân ngưỡng ở kênh 5 ảnh Landsat 5 ngày 17/03/2002
(ảnh 1) ................................................................................................... 59
Hình 3.5. Kết quả tính ảnh tỉ lệ kênh 2/kênh 4 (a) và kênh 2/kênh 5 (b) đối
với ảnh vệ tinh Landsat 5 TM ngày 17/03/2002 ..................................... 60

Hình 3.6. Kết quả tính ảnh tỉ lệ kênh 2/kênh 4 >1 and kênh 2/kênh 5 >1
(ảnh 2) đối với ảnh vệ tinh Landsat năm 2002 ........................................ 60
Hình 3.7. Kết quả nhân ảnh 1 và 2 trong phương pháp tỉ lệ ảnh Alesheikh
đối với ảnh Landsat 5 TM ngày 17/03/2002 (ảnh 3) ............................... 61
Hình 3.8. Kết quả lọc nhiễu ảnh 3 đối với ảnh vệ tinh Landsat 5 ngày
17/03/2002 ............................................................................................ 61
Hình 3.9. Kết quả phân ngưỡng ở kênh 5 ảnh Landsat 7 ngày 03/02/2007
(ảnh 1) ................................................................................................... 62
Hình 3.10. Kết quả tính ảnh tỉ lệ kênh 2/kênh 4 (a) và kênh 2/kênh 5 (b)
đối với ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM+ ngày 03/02/2007 ........................... 62
Hình 3.11. Kết quả tính ảnh tỉ lệ kênh 2/kênh 4 >1 and kênh 2/kênh 5 >1
(ảnh 2) đối với ảnh vệ tinh Landsat năm 2007 ........................................ 63
Hình 3.12. Kết quả nhân ảnh 1 và 2 trong phương pháp tỉ lệ ảnh
Alesheikh đối với ảnh Landsat 7 ETM+ ngày 03/02/2002 (ảnh 3) .......... 63
Hình 3.13. Kết quả lọc nhiễu mảnh 3 đối với ảnh vệ tinh Landsat 7 ngày
03/02/2007 ............................................................................................ 64
Hình 3.14. Kết quả phân ngưỡng ở kênh 5 ảnh Landsat 8 ngày 14/02/2017
(ảnh 1) ................................................................................................... 65
Hình 3.15. Kết quả tính ảnh tỉ lệ kênh 3/kênh 5 (a) và kênh 3/kênh 6 (b)
đối với ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày 14/02/2017 ...................................... 65
Hình 3.16. Kết quả tính ảnh tỉ lệ kênh2/kênh4 >1 and kênh2/kênh5 >1
(ảnh 2) đối với ảnh vệ tinh Landsat năm 2017 ........................................ 65


viii

Hình 3.17. Kết quả nhân ảnh 1 và 2 trong phương pháp tỉ lệ ảnh
Alesheikh đối với ảnh Landsat 8 ngày 14/02/2017 (ảnh 3) ..................... 66
Hình 3.18. Kết quả lọc nhiễu ảnh 3 đối với ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày
14/02/2017 ............................................................................................ 66

Hình 3.19. Kết quả tách ranh giới nước - đất liền khu vực nghiên cứu ... 68
giai đoạn 2002 – 2017 ........................................................................... 68
Hình 3.20. Kết quả chồng xếp ranh giới nước - đất liền khu vực phía
Đông bờ biển tỉnh Cà Mau giai đoạn 2002 - 2017 .................................. 68


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các dải phổ của sóng điện từ ................................................. 14
Bảng 1.2. Đặc trưng bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 7 và Landsat 8 ..... 19
Bảng 2.1. Độ thấu quang của nước phụ thuộc bước sóng ....................... 38
Bảng 2.2. Giá trị hệ số Lmax, Lmin đối với các kênh ảnh LANDSAT 5 TM .. 47
Bảng 2.3. Giá trị hệ số Lmax, Lmin đối với các kênh ảnh LANDSAT 7 ETM+....47
Bảng 2.4. Giá trị M L , AL đối với ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 8 ..... 48
Bảng 2.5. Giá trị ESUNλ đối với các kênh phổ ảnh LANDSAT 5 TM ... 49
Bảng 2.6. Giá trị ESUNλ đối với các kênh phổ ảnh LANDSAT 7 ETM+ 49


x

THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Nguyễn Duy Quyết
Lớp: CH2ATĐ

Khóa 2

Cán bộ hướng dẫn: TS. Vũ Danh Tuyên
Tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp tự động hóa tách ranh giới nước đất
liền từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat phục vụ công tác xác định biến động đường

bờ (Thực nghiệm tại vùng biển phía nam Việt Nam).
- Từ khóa: Phương pháp tự động hóa tách ranh giới nước - đất liền
- Tóm tắt nội dung:
Về lý thuyết, luận văn nghiên cứu cơ sở khoa học và lựa chọn phương
pháp chiết tách ranh giới nước - đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh landsat phục vụ
cho công tác xác định biến động đường bờ. Về thực nghiệm, luận văn đã tiến
hành thực nghiệm tại vùng biển phía đông tỉnh Cà Mau. Kết quả cho thấy,
phương pháp tỷ lệ ảnh do Alesheikh đề xuất năm 2006 có nhiều ưu điểm so
với các phương pháp khác (tổ hợp màu, phân ngưỡng, sử dụng các chỉ số mặt
nước…) trong chiết tách ranh giới nước - đất liền. Trong điều kiện tư liệu
hiện có cũng như điều kiện cụ thể ở Việt Nam có thể áp dụng hiệu quả
phương pháp này trong tự động tách ranh giới nước - đất liền phục vụ xác
định biến động đường bờ.


1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một quốc gia ven biển, chịu tác động rất lớn của hiện tượng
biến động đường bờ biển. Biến động đường bờ biển là kết quả của các tác
động địa chất và tác động của sóng biển diễn ra trong thời gian dài. Việc điều
tra, quan trắc, đo đạc hiện tượng biến động đường bờ này là rất cần thiết.
Với sự gia tăng không ngừng dân cư và các khu kinh tế phát triển dọc
đới ven bờ thì việc nghiên cứu các hiện tượng xói lở, bồi tụ, thay đổi đường
bờ nói trên có ý nghĩa cực kỳ quan trọng. Nó cho phép dự báo, cảnh báo về
tình trạng biến động đường bờ từ đó đưa ra các giải pháp phòng ngừa, giảm
thiểu thiệt hại do chúng gây ra.
Ngày nay với sự bùng nổ của lĩnh vực công nghệ thông tin, tư liệu ảnh

viễn thám là tư liệu ưu việt nhất để thực hiện các mục đích nói trên, bởi vì
chúng được thu thập theo một chu kỳ nhất định tạo nên dữ liệu đa thời gian,
có thể quan trắc một vùng rộng lớn.
Những phương pháp nghiên cứu truyền thống dựa trên kết quả điều tra,
thăm dò, đo đạc thực địa thường khó giải quyết được bài toán ở quy mô rộng
lớn cũng như tốn kém về sức người, sức của.
Việc ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám trong nghiên cứu, phân tích đánh
giá biến động đường bờ trên thế giới đã được áp dụng rộng rãi. Công nghệ xử
lý ảnh kết hợp với các công cụ của GIS cũng phát triển nhanh chóng đáp ứng
các nhu cầu thực tế.
Ở Việt Nam công nghệ viễn thám phát triển muộn hơn rất nhiều so với
thế giới nhưng cũng đạt được một số kết quả nghiên cứu nhất định như:
- Nghiên cứu của Vũ Danh Tuyên, Trịnh Lê Hùng (2013), Nghiên cứu
phương pháp xác định biến động đường bờ từ kết quả phân loại ảnh viễn thám
đa thời gian, Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường, số 01(2013).


2

- Nghiên cứu của Phạm Thị Phương Thảo (2011), Ứng dụng viễn thám
và GIS trong theo dõi và tính toán biến động đường bờ khu vực Phan Thiết,
Tạp chí khao học và công nghệ biển T11 (2011). Số 3.Tr 1-13.
- Nghiên cứu của Lâm Đạo Nguyên và nnk (2010), Phân tích biến động
đường bờ sông Cửu Long sử dụng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian, Kỷ yếu
viện địa lý Tài nguyên TP. Hồ Chí Minh.
Tóm lại, Các công trình nghiên cứu trước đây ở Việt Nam nói trên đã
cung cấp những cơ sở quan trọng liên quan đến xác định biến động đường bờ,
một số nghiên cứu đã đề cập đến các phương pháp tách ranh giới nước đất
liền từ tư liệu ảnh viễn thám (nghiên cứu của Vũ Danh Tuyên và Trịnh Lê
Hùng - 2013), tuy nhiên chưa lựa chọn phương pháp nào tốt nhất để tự động

xác định ranh giới nước - đất liền. Các nghiên cứu khác mới chỉ dừng lại ở
mức mô tả chưa có phân tích quy trình tách ranh giới nước - đất liền (nghiên
cứu của Phạm Thị Phương Thảo - 2011), một số nghiên cứu chỉ tập trung vào
xác định biến động đường khu vực sông và cửa sông (Nghiên cứu của Lâm
Đạo Nguyên và nnk -2010).
Dải ven biển phía Nam Việt Nam là vùng đất đa dạng về sinh học, với
nhiều ngành nghề phát triển như: Nông nghiệp, thủy sản, lâm nghiệp, diêm
nghiệp và du lịch…Đây là vùng đất có nhiều tiềm năng và điều kiện thuận lợi
cho việc phát triển kinh tế - xã hội. Qua điều tra, thống kê các tài liệu lịch sử,
tổng hợp kết quả của các nghiên cứu, cho thấy biến động hình thái dải ven
biển khu vực này hết sức phức tạp. Ở một số đoạn bờ biển như: Bờ biển Gò
Công tỉnh Tiền Giang, Thạnh Phú tỉnh Bến Tre, Hiệp Thạnh tỉnh Trà Vinh,
Vĩnh Châu tỉnh Sóc Trăng, Gành Hào tỉnh Bạc Liêu và Cà Mau, xói lở diễn ra
khá nghiêm trọng, đe dọa trực tiếp đến sự an toàn của các tuyến đê biển vốn
được xem là lá chắn hữu hiệu trước những tác động bất lợi từ biển.


3

Trước tình hình trên, việc nghiên cứu, lựa chọn phương pháp tự động hóa
xác định ranh giới nước – đất liền phục vụ công tác giám sát diễn biến đường
bờ là một bài toán có tính khoa học và thực tiễn cao. Do đó, học viên đã lựa
chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu phương pháp tự động hóa tách ranh giới
nước - đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat phục vụ công tác xác định biến
động đường bờ (thực nghiệm tại khu vực vùng biển phía nam Việt Nam)”.
2. Mục tiêu
* Nghiên cứu cơ sở khoa học và lựa chọn phương pháp chiết tách ranh
giới nước - đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat phục vụ công tác xác định
biến động đường bờ (thực nghiệm tại khu vực vùng ven biển phía nam Việt
Nam). Từ đó bổ sung cơ sở khoa học tự động tách ranh giới nước - đất liền từ

tư liệu ảnh viễn thám phục vụ công tác xác định biến động đường bờ.
* Sản phẩm dự kiến:
- Kết quả đánh giá biến động đường ranh giới nước - đất liền giai đoạn
2002 - 2017;
- Báo cáo luận văn tốt nghiệp.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp sử
dụng tư liệu viễn thám trong xác định ranh giới nước - đất liền;
- Phương pháp viễn thám: Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh (tỉ số ảnh, tổ
hợp màu, hiệu chỉnh bức xạ ...);
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp, phân tích các nghiên cứu
trong và ngoài nước trong đánh giá biến động đường bờ từ tư liệu viễn thám
đa thời gian, trong đó có ảnh vệ tinh Landsat;
- Phương pháp kế thừa: Phân tích, lựa chọn sáng tạo các mô hình thích
hợp trong tự động hóa tách ranh nước - đất liền từ tư liệu ảnh viễn thám
Landsat.


4

4. Phạm vi và khối lượng nghiên cứu
Khu vực vùng biển phía nam Việt Nam trải dài từ bờ biển TP Hồ Chí
minh đến Kiên Giang, do điều kiện về tư liệu và thời gian nghiên cứu của
luận văn, tác giả chỉ tiến hành thực nghiệm tại “vùng biển phía Đông tỉnh Cà
Mau” giai đoạn 2002 - 2017. Kết quả thực nghiệm này có thể áp dụng tương
tự cho vùng bờ khu vực khác.
Dữ liệu ảnh vệ tinh đa phổ ảnh LANDSAT các năm 2002, 2007, 2017
cho khu vực bờ biển phía đông Cà Mau.
Xử lý ảnh số nhằm tách ranh giới nước - đất liền khu vực phía đông tỉnh
Cà Mau trong giai đoạn 2002 - 2017.

5. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: Khái niệm biến động đường bờ, tình
hình nghiên cứu trong và ngoài nước…;
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và lựa chọn phương pháp chiết tách thông
tin ranh giới nước - đất liền từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat;
- Thu thập tư liệu và xử lý ảnh vệ tinh Landsat đa thời gian khu vực phía
đông tỉnh Cà Mau giai đoạn 2002 - 2017;
- Thực nghiệm tách ranh giới nước - đất liền khu vực ven biển phía
Đông tỉnh Cà Mau giai đoạn 2002 - 2017 từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat;
- Kết luận: Nội dung nghiên cứu bổ sung cơ sở khoa học và thực nghiệm
tách ranh giới nước - đất liền bằng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat.
6. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Kỹ thuật viễn thám là giải pháp hữu hiệu trong nghiên cứu biến động tài
nguyên thiên nhiên nói chung và xác định ranh giới nước - đất liền nói riêng.
Các tư liệu viễn thám cùng với hệ thống thông tin địa lý giúp cho có thể thu
thập thông tin và đánh giá hiện trạng một cách nhanh nhất và hiệu quả nhất
trên quy mô rộng lớn.


5

7. Bố cục luận văn
Ngoài các phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo, nội
dung luận văn được trình bày gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học và lựa chọn phương pháp tách
ranh giới nước - đất liền từ tư liệu ảnh viễn thám
Chương 3: Thực nghiệm tách ranh giới nước - đất liền khu vực vùng
biển phía đông tỉnh Cà Mau từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat.

6

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Khái quát về nghiên cứu biến động đường bờ
1.1.1. Một số khái niệm
Khái niệm đường ranh giới nước - đất liền: Là đường giới hạn của mức
nước (Sông, suối, ao, hồ, biển).
Khái niệm đường bờ: Đường bờ là đường ranh giới nước - đất liền cao
nhất trung bình nhiều năm được tạo thành bởi hoạt động của nước qua cả một
quá trình lịch sử lâu dài. Hay nói cách khác đường bờ được định nghĩa là
đường biên giữa đất và nước, nó là một trong những đặc trưng quan trọng trên
bề mặt trái đất.
Bờ biển có ý nghĩa rất to lớn đối với sự sống và phát triển của xã hội loài
người từ xa xưa cho đến nay và cả trong tương lai [1].
Bờ biển: (dù theo nghĩa hẹp chỉ là đường phân chia ranh giới giữa lục địa
và biển, hoặc theo nghĩa rộng hơn là một dải đất nằm trong phạm vi tương tác
giữa các quá trình trên lục địa và các quá trình biển) là môi trường động nhất
trên toàn bộ mặt đất.
Bờ biển cũng là nơi tiếp xúc và tương tác của ba trạng thái của vật chất:
rắn, lỏng và khí. Chính vì vậy, bờ biển là nơi giàu có nhất về mặt tài nguyên
thiên nhiên, là nơi trong lành nhất về môi trường. Vì thế, từ xa xưa, nhiều dân
tộc và bộ lạc đã tìm đến định cư trên bờ biển và đã để lại trên dải đất này
nhiều dấu ấn kinh tế - văn hóa quan trọng đối với loài người, như nền Văn
minh Lưỡng Hà, nền Văn minh Ai Cập cổ đại, v.v..
Hiện nay, có khoảng trên 2/3 số thành phố đông dân nhất trên thế giới
được phân bố trên bờ biển. Ngoài ra, còn có rất nhiều cơ sở công nghiệp và
kinh tế quan trọng khác cũng được bố trí trên bờ biển. Bờ biển là bàn đạp để

7

con người tiến ra biển và đại dương để mở mang giao lưu với nhau trên quy
mô khu vực hay toàn cầu [1].
Khái niệm về biến động: Biến động là sự biến đổi, thay đổi, thay thế
trạng thái này bằng một trạng thái khác của các sự vật, hiện tượng tồn tại
trong môi trường tự nhiên cũng như môi trường xã hội.
Việc giám sát và đo lường sự thay đổi đường bờ là một công việc quan
trọng trong công tác quản lý và theo dõi vùng bờ ven biển, bao gồm nhiều vấn
đề quan trọng như bảo vệ và mở rộng đường bờ, bảo vệ nguồn tài nguyên
biển hay dự đoán mức độ tổn thương.
Có hai loại biến động:
- Biến động về diện tích đối tượng (Biến động lượng)
Giả sử cùng đối tượng A ở thời điểm T1 có diện tích là S1, ở thời điểm
T2 có diện tích là S2 (đối tượng A đó được thu nhận từ hai ảnh viễn thám có
thời gian chụp khác nhau T1, T2) như vậy ta nói rằng đối tượng A bị biến
động về diện tích ở thời điểm T2 so với T1 (Sự biến đổi này có thể lớn hơn
hay nhỏ hơn) nếu ta dùng kỹ thuật để chồng xếp hai lớp thông tin này thì phần
diện tích của phần trùng nhau sẽ được gán giá trị cũ của đối tượng A, còn giá
trị khác sẽ là giá trị của phần biến động. Giá trị biến động này là bao nhiêu
tăng hay giảm phụ thuộc vào thuật toán được sử dụng.
- Biến động về bản chất đối tượng
Trên hai ảnh viễn thám chụp cùng một khu vực ở hai thời điểm khác
nhau, diện tích A ở thời điểm T1 có giá trị M1, ở thời điểm T2 có giá trị M2
(M1, M2 là các giá trị phổ) , khi ta sử dụng thuật toán chồng ghép hai lớp
thông tin tại thời điểm T1, T2 sẽ suất hiện giá trị M khác M1, M2. Giả sử diện
tích A không đổi ta nói rằng có sự thay đổi về chất của A, trên thực tế đây là
sự thay đổi loại hình sử dụng đất.

8

1.1.2. Nguyên nhân gây biến động đường bờ
Qua các khảo sát và nghiên cứu bước đầu cho thấy biến động dải ven
biển là một quá trình tự nhiên phức tạp, là hệ quả tương tác giữa rất nhiều yếu
tố. Hình 1.1 trình bày những yếu tố gây ra xói lở bồi tụ bờ biển, trong đó các
yếu tố tác động đến quá trình xói lở bồi tụ bờ biển được phân làm hai nhóm:
Các yếu tố tự nhiên và tác động của con người. Việc đánh giá xác định
nguyên nhân xói bồi phải xem xét đầy đủ trên các phương diện như sự vận
chuyển bùn cát dưới tác động của sóng, gió và dòng triều; các tác động của
con người trong phạm vi dọc bờ biển, trên các lưu vực sông, theo không gian
cũng như thời gian [2, 4].

Hình 1.1. Sơ đồ phức hợp nguyên nhân của xói lở, bồi tụ bờ biển
(chỉnh sửa từ Gegar, 2007) [2, 4]
Những nhân tố tự nhiên quan trọng không thể bỏ qua trong việc hiểu và
nhận diện vấn đề xói lở bờ biển bao gồm: Cấu tạo vùng bờ và hướng đường
bờ, tác động của gió, sóng, thủy triều, ảnh hưởng của sông cũng như vai trò


9

của rừng ngập mặn. Bên cạnh các yếu tố tự nhiên, các tác động do con người
tạo ra cũng cần được xem xét theo không gian cũng như theo thời gian [2].
1.1.3. Ảnh hưởng của biến động đường bờ
Hiện nay, Việt Nam có 28 đơn vị hành chính cấp tỉnh, thành phố trực
thuộc trung ương (trong số 63 tỉnh, thành phố) giáp biển với tổng chiều dài
đường bờ là 3.670km theo Nguyễn Địch Dỹ và nnk, 1995. Con số này rất

khác so với số liệu được ghi tại các văn kiện của nước ta từ trước đến nay là
3.260km. Theo CIA World Factbook (2005), đường bờ biển Việt Nam có
chiều dài là 3.444km (xếp thứ 32 trong tổng số 156 quốc gia và vùng lãnh thổ
có biển). Gần đây nhất, con số được Mimura N. đưa ra là 11.409km theo
Mimura, 2008 (có lẽ tính cả đường bờ của các đảo?).
Cũng như trên thế giới, bờ biển Việt Nam cũng rất giàu có về tài nguyên
thiên nhiên. Chính vì vậy, hiện nay có rất nhiều đô thị (các thành phố Hạ
Long, Hải Phòng, Đồng Hới, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Nha Trang, Phan RangTháp Chàm, Phan Thiết, Vũng Tàu, Hồ Chí Minh, Rạch Giá và rất nhiều thị
xã), các điểm quần cư đông dân (Ngư Lộc ở Thanh Hóa, Long Hải ở Bà RịaVũng Tàu, v.v.) , các cơ sở kinh tế quan trọng và nhiều dịch vụ khác đã, đang
và sẽ tiếp tục được bố trí ở đây. Hiện nay, đã có tới 15 khu kinh tế biển được
hình thành theo quyết định số 1353/QĐ-TTg ngày 23 tháng 9 năm 2008 của
Thủ tướng Chính phủ về quy hoạch phát triển các khu kinh tế ven biển Việt
Nam đến năm 2020 gồm: Vân Đồn (Quảng Ninh), Đình Vũ - Cát Hải (Hải
Phòng), Nghi Sơn (Thanh Hóa), Đông Nam Nghệ An (Nghệ An), Vũng Áng
(Hà Tĩnh), Hòn La (Quảng Bình), Chân Mây-Lăng Cô (Thừa Thiên Huế),
Chu Lai (Quảng Nam), Dung Quất (Quảng Ngãi), Nhơn Hội (Bình Định), Nam
Phú Yên (Phú Yên), Vân Phong (Khánh Hòa), Định An (Trà Vinh), Năm Căn
(Cà Mau) và Phú Quốc (Kiên Giang) với tổng diện tích lên tới 662.000ha [2].


10

Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, bờ biển Việt Nam cũng bị biến
đổi rất mạnh mẽ, đặc biệt là xói lở ngày càng được mở rộng cả về quy mô lẫn
cường độ. Hiện tượng xói lở đã trở nên phổ biến trên toàn bộ các đoạn bờ
biển của nước ta vốn trước đây vẫn được tích tụ. Tuy chưa có thiệt hại về
người, nhưng xói lở bờ biển đã gây ra nhiều tổn thất về tài sản và ảnh hưởng
không tốt đến sự phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh ven biển nói riêng và
của cả nước nói chung, như làm mất nhiều nhà cửa, cơ sở hạ tầng, đất canh
tác, v.v..., đặc biệt ở hai đồng bằng lớn: Bờ biển đồng bằng Bắc Bộ và bờ biển

đồng bằng sông Cửu Long [4].
Bảo vệ đường bờ khỏi sạt lở là một vấn đề mang tính cấp bách và lâu
dài, gắn liền với quá trình phát triển của xã hội và tự nhiên.
1.2. Tổng quan về công nghệ viễn thám
1.2.1. Khái niệm về viễn thám
Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một 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 tài 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 theo “Giáo trình viễn thám”Nguyễn Khắc Thời.
Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay
hiểu đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện
tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.
Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định
nghĩa 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". Dưới đây là định
nghĩa về viễn thám theo quan niệm của các tác giả khác nhau. Sóng điện từ


11

được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là những nguồn tư liệu chính trong công
nghệ viễn thám.
- Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật không
cần phải chạm vào vật đó theo 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 theo 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... theo 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 theo Janes B. Capbell, 1996.
- Viễn thám là "khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vật
thể, một vùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởi
phương tiện không tiếp xúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát ".
theo 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 theo Floy Sabin 1987.
1.2.2. Nguyên lý cơ bản của công nghệ viễn thám
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp
thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám cung cấp thông
tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng
đã xác định. Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh