ứng dụng công nghệ gis và ảnh vệ tinh modis để đánh giá sự thay đổi hàm lượng bụi pm2 5 trong môi trường không khí ở miền bắc việt nam

B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR
NG

TR N

B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
I H C TH Y L I

NG HÙNG

NG D NG CÔNG NGH GIS VÀ NH V TINH MODIS
ÁNH GIÁ S THAY
I HÀM L
NG B I PM2.5 TRONG
MÔI TR
NG KHÔNG KHÍ MI N B C VI T NAM

LU N V N TH C S

HÀ N I, N M 2016


B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
TR
NG

I H C TH Y L I

TR N

NG HÙNG

NG D NG CÔNG NGH GIS VÀ NH V TINH MODIS
ÁNH GIÁ S THAY
I HÀM L
NG B I PM2.5 TRONG
MÔI TR
NG KHÔNG KHÍ MI N B C VI T NAM

Chuyên ngành: Khoa h c Môi tr

ng

Mã s : 60-85-02

LU N V N TH C S

NG

IH

NG D N:

1. PGS.TS. Doãn Hà Phong
2. PGS.TS. Nguy n Th Minh H ng

HÀ N I - 2016


L I CAM OAN
Tên tôi là: Tr n

ng Hùng

Mã s h c viên: 1581440301005

L p: 23KHMT11

Khóa h c: 23

Chuyên ngành: Khoa h c Môi tr

ng

Mã s : 60-85-02

Tô xin cam đoan t p lu n v n đ

c chính tôi th c hi n d

is h

ng d n c a PGS.

TS. Doãn Hà Phong và PGS.TS Nguy n Th Minh H ng v i đ tài nghiên c u trong
lu n v n: “ ng d ng công ngh GIS và nh v tinh MODIS đ đánh giá s thay đ i

hàm l

ng b i PM2.5 trong môi tr

ng không khí

mi n B c Vi t Nam”.

ây là đ tài nghiên c u m i, không trùng l p v i các đ tài lu n v n nào tr

c đây,

do đó, không ph i là b n sao chép c a b t k m t lu n v n nào. N i dung c a lu n v n
đ

c th hi n theo đúng quy đ nh. Các s li u, ngu n thông tin trong lu n v n là do tôi

đi u tra, trích d n và đánh giá. Vi c tham kh o các ngu n tài li u đã đ

c th c hi n

trích d n và ghi ngu n tài li u tham kh o đúng quy đ nh.
Tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m v n i dung tôi đã trình bày trong lu n v n này.
Hà N i, ngày ……. tháng …… n m 2016
Tác gi lu n v n

Tr n

i

ng Hùng


L IC M

N

H c viên xin g i l i c m n chân thành t i các th y cô giáo b môn Qu n lý môi
tr

ng, tr

ng đ i h c Th y l i đã gi ng d y t n tình, quan tâm, trau d i ki n th c,

đ ng viên h c viên không ng ng n l c trang b thêm ngu n ki n th c, k n ng t t
nh t đ hoàn thành lu n v n, s gi ng d y và ch b o không m t m i c a các th y cô
giáo trong su t th i gian qua.

c bi t là s h

ng d n ân c n, t m c a PGS.TS.

Doãn Hà Phong và s giúp đ t n tâm c a PGS.TS. Nguy n Th Minh H ng trong su t
th i gian t khi h c viên đ

c nh n đ tài Lu n v n đã giúp đ và ch b o cho h c

viên r t nhi u đi u, trau d i thêm ki n th c chuyên môn, cách th c hoàn thành lu n
v n và nh ng k n ng s ng mà t h c viên khó có th hoàn thi n đ

c.

H c viên c ng xin bày t l i c m n t i các cán b t i các phòng ban
và sau đ i h c, cán b t i v n phòng khoa Môi tr

ng Tr

ng

ào t o đ i h c

i h c Th y l i đã t o

đi u ki n, c ng nh cung c p cho h c viên nh ng thông tin b ích và k p th i đ h c
viên có th hoàn thành lu n v n.
Cu i cùng xin g i l i c m n sâu s c nh t t i cha m , ch em trong gia đình c ng t t
c b n bè, nh ng ng

i thân luôn đ ng viên, ng h và giúp đ h c viên trong su t

th i gian h c viên h c t p c ng nh trong th i gian h c viên th c hi n lu n v n cao
h c.
H c viên xin chân thành c m n!

ii


M CL C
DANH M C HÌNH NH ............................................................................................... v
DANH M C B NG BI U ...........................................................................................vii

DANH M C VI T T T............................................................................................. viii
M

U ......................................................................................................................... 1

1. Tính c p thi t c a đ tài............................................................................................... 1
2. M c đích c a đ tài...................................................................................................... 2
3.

it

4. Ph

ng và ph m vi nghiên c u ............................................................................... 3
ng pháp nghiên c u ............................................................................................. 3

5. Ý ngh a khoa h c và th c ti n ..................................................................................... 4
6. B c c c a lu n v n ..................................................................................................... 4
CH

NG 1: T NG QUAN V V N

NGHIÊN C U........................................... 5

1.1. H th ng thông tin đ a lý (GIS) ................................................................................ 5
1.1.1.

nh ngh a GIS ...................................................................................................... 5

1.1.2. C u trúc c a GIS ................................................................................................... 5

1.1.3. Các ch c n ng c b n c a GIS .............................................................................. 9
1.1.4.

ng d ng c a h th ng thông tin đ a lý GIS ....................................................... 12

1.2. S d ng công ngh vi n thám trong nghiên c u ô nhi m môi tr

ng không khí .. 13

1.2.1. T ng quan s d ng công ngh vi n thám trong nghiên c u môi ....................... 13
1.2.2. Các lo i nh vi n thám ng d ng nghiên c u môi tr

ng không khí ................. 15

1.2.2.1. M t s t li u vi n thám ng d ng trong nghiên c u ô nhi m ....................... 15
1.2.2.2. nh MODIS và thông s k thu t c a nh MODIS .......................................... 20
1.3. T ng quan v b i PM2.5 ........................................................................................ 26
1.3.1. B i PM2.5 trong nghiên c u ô nhi m môi tr

ng không khí ............................. 26

1.3.1.1. Khái ni m b i PM2.5 ........................................................................................ 26
1.3.1.2. Tác h i c a b i PM2.5 ..................................................................................... 27
iii


1.3.2. B i PM2.5 t d li u nh v tinh MODIS .......................................................... 27
CH

NG 2: T NG QUAN V KHU V C NGHIÊN C U ..................................... 30

2.1. V trí đ a lý và đi u ki n t nhiên khu v c nghiên c u .......................................... 30
2.1.1. V trí đ a lý ........................................................................................................... 30
2.1.2. Ch đ khí h u ..................................................................................................... 31
2.1.3. Ch đ th y v n ................................................................................................... 32
2.2. i u ki n kinh t xã h i – môi tr

ng khu v c nghiên c u ................................... 33

2.2.1. i u ki n kinh t xã h i....................................................................................... 33
2.2.2. Th c tr ng ô nhi m b i

mi n B c .................................................................... 44

CH NG 3: NG D NG GIS ÁNH GIÁ S GIA T NG HÀM B I PM2.5
KHU V C NGHIÊN C U ........................................................................................... 52
3.1. Xác đ nh hàm l
3.1.1. Ph

ng b i PM2.5 t

nh v tinh MODIS ........................................ 52

ng pháp nghiên c u ..................................................................................... 52

3.1.2. Gi i thi u v mô hình GEOS-Chem .................................................................. 53
3.1.3. Xác đ nh PM2.5 t các d li u đ dày quang h c (AOD) ................................. 55
3.1.4. Mô ph ng các thông s

nh h

ng đ n m i liên h gi a d li u MODIS ....... 56

3.2. Thành l p b n đ phân b ô nhi m b i

mi n B c Vi t Nam (2005-2010-2015) 58

3.3. Phân tích, đánh giá các k t qu giá tr hàm l
3.4. Gi i pháp k thu t đ nâng cao ch t l

ng b i PM2.5 ................................ 63

ng s li u ................................................. 70

K T LU N VÀ KI N NGH ....................................................................................... 72
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................................. 74
PH L C ...................................................................................................................... 79

iv


DANH M C HÌNH NH
Hình 1.1: H th ng thông tin đ a lý ................................................................................. 5
Hình 1.2: Các thành ph n c a GIS .................................................................................. 6
Hình 1.4: Các nhóm ch c n ng c a GIS ....................................................................... 12
Hình 1.5: nh ch p khu v c H i Phòng c a v tinh ENVISAT................................... 17
Hình 1.6: V tinh TERRA ............................................................................................. 22
Hình 1.7: Qu đ o bay c a v tinh TERRA .................................................................. 22
Hình 1.8: D li u nh v tinh thu nh n vào ngày 16/11/2002. ..................................... 23
Hình 1.9: V tinh AQUA và các b c m bi n ............................................................... 25

Hình 1.10: Qu đ o bay c a v tinh AQUA ................................................................. 25
Hình 2.1: Khu v c nghiên c u ...................................................................................... 30
Hình 2.2: Nhà máy xi m ng Tam i p gây ô nhi m b i nghiêm tr ng ........................ 46
Hình 2.3: Khí th i t các ph ng ti n giao thông là th ph m chính gây ra ô nhi m
không khí ....................................................................................................................... 47
Hình 2.4: Gian b p khói b i là th ph m gây ra cái ch t cho hàng tri u ph n và tr
em m i n m ................................................................................................................... 48
Hình 2.5: V trí tr m quan tr c

Thành ph Hòa Bình ................................................ 49

Hình 3.1: S đ tóm t t xác đ nh hàm l

ng b i PM2.5 t d li u v tinh MODIS .... 58

Hình 3.2: Thu t toán chi ti t đ tính toán hàm l ng b i PM2.5 b ng mô hình GEOSChem ............................................................................................................................. 59
Hình 3.3: B n đ n ng đ ô nhi m b i PM2.5 khu v c mi n B c n m 2005 .............. 62
Hình 3.4: B n đ n ng đ ô nhi m b i PM2.5 khu v c mi n B c n m 2010 .............. 62
Hình 3.5: B n đ n ng đ ô nhi m b i PM2.5 khu v c mi n B c n m 2015 .............. 63
Hình 3.6: V trí m t c t nghiên c u ............................................................................... 64
Hình 3.7:

bi n thiên n ng đ b i PM2.5

m t c t th nh t ................................... 64

Hình 3.8:

bi n thiên n ng đ b i PM2.5

m t c t th hai ..................................... 65

v


Hình 3.9: Công c histogram c a ARCGIS .................................................................. 67
Hình 3.10: Bi u đ phân b các c p ô nhi m b i PM2.5 n m 2005 ............................. 67
Hình 3.11: Bi u đ phân b các c p ô nhi m b i PM2.5 n m 2010 ............................. 68
Hình 3.12: Bi u đ phân b các c p ô nhi m b i PM2.5 n m 2015 ............................. 69
Hình 3.13: Công c resample c a ARCGIS đ t ng đ phân gi i ch t l

ng nh ....... 70

Hình 3.14: Công c resample c a ARCGIS đ t ng đ phân gi i ch t l

ng nh ....... 71

vi


DANH M C B NG BI U
B ng 1.1: M t s thông s v các kênh ph c a nh SPOT -1,-2,-3 ............................ 18
B ng 1.2: M t s thông s v các kênh ph c a nh SPOT -4 ..................................... 18
B ng 3.1: D li u đ u vào c a mô hình ........................................................................ 60
B ng 3.2:

bi n thiên n ng đ b i PM2.5

m t c t th nh t ................................... 65

B ng 3.3:

bi n thiên n ng đ b i PM2.5

m t c t th hai ..................................... 66

vii


DANH M C VI T T T
EPI

:

Environmental performance indicators – Ch s
hi u su t môi tr ng

PM

:

Particulate matter – Ch t d ng h t

GIS

:

RS

:

AOD

:

Geographic information system – H th ng thông
tin đ a lý
Remote sensing information – Thông tin vi n
thám
Aerosol Optical Depth –
dày quang h c sol
khí

viii


U

M
1. Tính c p thi t c a đ tài

Nghiên c u m i nh t v Ch s hi u su t môi tr
th y, Vi t Nam là m t trong m

ng (EPI) c a

i h c Yale (M ) cho

i qu c gia ô nhi m không khí nh t th gi i. Theo các

nhà khoa h c, v i tiêu chí đánh giá c a

i h c Yale (M ), có th hi u Vi t Nam n m

trong top 11 qu c gia ô nhi m b i nh t th gi i [1].
Nghiên c u v EPI trên nh m đánh giá và x p h ng các qu c gia v các v n đ môi
tr

ng thu c hàng u tiên trong hai l nh v c là b o v s c kh e con ng

h sinh thái. N m v n đ chính đ
sinh, ch t l
môi tr
l

ng không khí, nh h

ng s ng..

ng không khí

c đánh giá, x p h ng g m n

i và b o v

c và đi u ki n v

ng t i s c kh e, nông nghi p, đa d ng sinh h c và

áng chú ý nh t trong s 5 v n đ đ

c đánh giá, x p h ng thì ch t

Vi t Nam đ ng th 170/180 qu c gia đ

c đánh giá, x p h ng v i

đi m s đ t 54,76/100.
T i M h đánh giá ô nhi m không khí d a trên thành ph n không khí ô nhi m nh t.
Vi t Nam, trong các thành ph n ô nhi m không khí c b n thì ô nhi m b i r t n ng,
g p 3-5 l n quy chu n Vi t Nam và cao h n n a so v i quy chu n th gi i. Theo cách
x p h ng c a M , ng

i ta l y ch s ô nhi m b i đ x p h ng ch t l

ng không khí

Vi t Nam. Vì v y, v i các x p h ng c a EPI, có th hi u Vi t Nam n m trong top 11
qu c gia ô nhi m b i nh t th gi i.
Vi t Nam, h th ng quan tr c môi tr
nh ng s li u ít i có đ

ng không khí c c k ít i. Tuy v y, v i

c, b c tranh ô nhi m không khí

s a. Theo Báo cáo Môi tr

ng Qu c gia v môi tr

Vi t Nam c ng không sáng

ng không khí (phát hành n m

2014, m i báo cáo có giá tr trong 5 n m) thì không khí

các đô th l n có d u hi u ô

nhi m b i, đ c bi t là ô nhi m b i m n PM2.5 và ô nhi m ozon t ng m nh. Nh ng h t
b i m n PM2.5 hay nh ng h t b i có đ

ng kính bé h n 2,5 micromet là nh ng h t

đ c bi t nguy hi m b i vì chúng xâm nh p tr c ti p vào các túi ph i. Ph i nhi m v i
b i m n có th gây nh ng tác đ ng s c kh e t c th i nh kích ng m t, m i, h ng và
ph i, ho, h t h i, ch y n
h

c m i và khó th . Ph i nhi m v i b i m n c ng có th

nh

ng đ n ch c n ng c a ph i và làm n ng thêm nh ng tình tr ng b nh nh hen và

b nh tim. Vì v y, các nhà khoa h c dùng ch s PM2.5 đ bi u th hàm l
1

ng tiêu

chu n c a các h t trôi n i trong m t mét kh i không khí. Ch s này càng cao c ng có
ngh a là s ô nhi m không khí

n i đó càng nghiêm tr ng.

Ô nhi m không khí nh t là ô nhi m b i ngày càng gia t ng vì v y vi c giám sát môi
tr

ng không khí đ cung c p thông tin, d báo nh ng nh h

k p th i cho ng

ng, tai bi n môi tr

ng

i dân trong khu v c là m t nhi m v c p thi t đ c bi t là mi n B c

Vi t Nam n i có hi n tr ng ô nhi m không khí r t n ng.
Công ngh vi n thám là m t ph n c a công ngh v tr . Phát tri n t n m 1858, đ u
tiên do G.F Toumachon - Ng

i Pháp s d ng kinh khí c u

đ cao 80m đ ch p nh

trên không, c ng là n m khai sinh ngành k thu t vi n thám.
d ng trong nhi u l nh v c và đ
vi n thám đã tr thành ph
nhiên và môi tr

ng

c ph bi n r ng rãi

các n

n nay đang đ

c áp

c phát tri n. Công ngh

ng ti n ch đ o cho công tác giám sát tài nguyên thiên

c p đ t ng n

c, t ng khu v c và trong ph m vi toàn c u. Kh

n ng ng d ng công ngh vi n thám ngày càng đ

c nâng cao, đây là lý do công ngh

này ngày càng d ti p c n h n.
Tr

c nh ng u th rõ r t c a nh v tinh MODIS v i đ phân gi i c a nh trung bình

(250m), s kênh ph l n (36 kênh) và có kênh ph đ tính toán hàm l

ng b i. Cùng

v i vi c ch p nh vào hai th i đi m trong ngày (10 gi 30 v i v tinh TERRA và 13
gi 30 v i v tinh AQUA) nh MODIS có th quan tr c các thông s môi tr
đ t vào các th i đi m khác nhau trong ngày c ng nh đêm.

ng trái

nh MODIS cho phép t i

mi n phí trên internet. Do đó, đ tài đã l a ch n s d ng nh MODIS.
V i nhu c u c p bách c a xã h i v vi c giám sát môi tr
c u giám sát hàm l

ng không khí, vi c nghiên

ng b i trong không khí thông qua xác đ nh theo dõi hàm l

ng

b i PM2.5 trên nh v tinh MODIS là h t s c quan tr ng, t đó có th ch đ ng trong
công tác ng phó s c ô nhi m môi tr

ng. Do đó, vi c th c hi n đ tài nghiên c u

“ ng d ng công ngh GIS và nh v tinh MODIS đ đánh giá s thay đ i hàm
l

ng b i PM2.5 trong môi tr

ng không khí

thi t.
2. M c đích c a đ tài
a/ M c tiêu đ tài
2

mi n B c Vi t Nam” là r t c n


ánh giá m c đ ô nhi m môi tr
qua hàm l

ng không khí khu v c mi n B c Vi t Nam thông

ng b i PM2.5 trên c s

b ng cách n ng đ b i đ

nh v tinh MODIS.

c bi u th t

ánh giá m c đ ô nhi m

ng ng v i các màu khác nhau.

b/ Nhi m v đ tài
- Thu th p, h th ng hoá, t ng h p và đánh giá ngu n tài li u, s li u t các d án, đ
tài t

ng t c a tr

c u giám sát môi tr

ng

HCN,

HQG Hà N i…, các báo cáo tr

ng không khí đ tìm các ph

c đây v nghiên

ng pháp t i u cho vi c x lý s

li u.
- S d ng nh v tinh MODIS đ kh o sát tr c ti p hàm l

ng b i PM2.5

khu v c

mi n B c Vi t Nam trong 3 n m 2005, 2010, 2015. D ki n s d ng 365 nh t

ng

ng v i m i ngày trong n m trên ph m vi toàn mi n B c.
3.

it

ng và ph m vi nghiên c u

a/

it

ng nghiên c u

Hàm l

ng b i PM2.5 trong môi tr

ng không khí khu v c mi n B c Vi t Nam.

b/ Ph m vi nghiên c u
Ph m vi không gian : Môi tr

ng không khí khu v c mi n B c v i t l b n đ

1:2.500.000.
Ph m vi th i gian : Các n m 2005, 2010, 2015.
4. Ph
-Ph
hàm l

ng pháp nghiên c u
ng pháp x lý nh vi n thám: Th c hi n công tác x lý, tính toán tr c ti p

ng b i trên nh vi n thám MODIS. S

d ng các ph n m m VERTICAL

MAPPER, GLOBAL MAPPER đ gi i đoán, tính toán và phân tích s li u v b i.
-Ph

ng pháp s d ng công ngh GIS: S d ng ph n m m ARCMAP đ thành l p

nh, b n đ theo dõi di n bi n b i PM2.5 theo trung bình n m.
-Ph

ng pháp chuyên gia t v n: Tham kh o chuyên gia t v n trong l nh v c đo

đ c, giám sát môi tr

ng không khí.

3


5. Ý ngh a khoa h c và th c ti n
a/ Ý ngh a khoa h c
Góp ph n kh ng đ nh và m r ng kh n ng ng d ng ph
gi i trung bình vào vi c nghiên c u ô nhi m môi tr
bi n đ ng hàm l

ng pháp vi n thám phân

ng không khí b ng vi c theo dõi

ng b i PM2.5.

b/ Ý ngh a th c ti n
Xây d ng ph
ch s hàm l

ng pháp nghiên c u đánh giá m c đ ô nhi m môi tr

ng bi n b ng

ng b i PM2.5, thông qua đó đ giám sát, theo dõi t đó đ a ra các bi n

pháp x lý k p th i.
6. B c c c a lu n v n
M đ u
Ch

ng 1. T ng quan v v n đ nghiên c u

Ch

ng 2. T ng quan v khu v c nghiên c u

ng d ng GIS đánh giá s gia t ng hàm l
Ch

ng 3.

ng b i PM2.5

ng d ng GIS đánh giá s gia t ng hàm l

nghiên c u.
K t lu n và ki n ngh
Tài li u tham kh o

4

khu v c nghiên c u.
ng b i PM2.5

khu v c


CH

NG 1: T NG QUAN V V N

NGHIÊN C U

1.1. H th ng thông tin đ a lý (GIS)
1.1.1.

nh ngh a GIS

Theo ESRI: H th ng thông tin đ a lý (GIS – Geographic information System) là m t
t p h p có t ch c, bao g m h th ng ph n c ng, ph n m m máy tính, d li u đ a lý
và con ng

i, đ

c thi t k nh m m c đích n m b t, l u tr , c p nh t, đi u khi n,

phân tích, và hi n th t t c các d ng thông tin liên quan đ n v trí đ a lý

Hình 1.1: H th ng thông tin đ a lý
T đ nh ngh a trên ta th y rõ ba v n đ sau c a GIS. Th nh t, GIS có quan h v i ng
d ng CSDL. Toàn b thông tin trong GIS đ u liên k t v i tham chi u không gian. Có
nh ng CSDL ch a thông tin v trí (đ a ch đ
tham chi u không gian nh ph

ng ph …) nh ng CSDL GIS s d ng

ng ti n chính đ l u tr và xâm nh p thông tin. Th

hai, GIS là công ngh tích h p. H GIS đ y đ có đ y đ kh n ng phân tích, bao g m
phân tích nh máy bay, nh v tinh hay t o mô hình th ng kê, v b n đ …Cu i cùng
GIS đ
đ

c xem nh ti n trình không ch là ph n c ng, ph n m m r i r c mà GIS còn

c s d ng vào tr giúp quy t đ nh. Cách th c nh p, l u tr , phân tích, d li u trong

GIS ph i ph n ánh đúng cách th c thông tin s đ

c s d ng trong công vi c l p quy t

đ nh hay nghiên c u c th .

1.1.2. C u trúc c a GIS
H th ng GIS g m có n m thành t chính, bao g m: con ng
ph

ng pháp và d li u.

5

i, ph n c ng, ph n m m,


Hình 1.2: Các thành ph n c a GIS
- Ph n c ng
Ph n c ng g m máy vi tính, các thi t b ngo i vi nh bàn s hóa (Digitizer), máy quét
(Scanner), máy in (Printer), máy v (Plotter), đ a CD.

Hình 1.3: Các thi t b ph n c ng ph c v GIS đ c l p

6


Ngày nay, ph n m m GIS ch y đ

c trên nhi u lo i ph n c ng khác nhau, t các máy

ch trung tâm (Computer servers) đ n các máy tr m ho t đ ng đ c l p ho c liên k t
m ng.
- Ph n m m
Ph n m m là t p h p các câu l nh, ch th nh m đi u khi n ph n c ng c a máy tính
th c hi n m t nhi m v xác đ nh, ph n m m GIS có th là m t ho c t h p các ph n

m m máy tính. Ph n m m đ

c s d ng trong k thu t GIS ph i bao g m các tính

n ng c b n sau:
+ Nh p và ki m tra d li u: bao g m t t c các khía c nh v bi n đ i d li u đã
b n đ , trong l nh v c quan sát vào m t s d ng t

d ng

ng thích. ây là giai đo n r t quan

tr ng trong vi c xây d ng c s d li u đ a lý.
+ L u tr và qu n lý c s d li u: l u tr và qu n lý c s d li u đ c p đ n ph

ng

pháp k t n i thông tin v trí (topology) và thông tin thu c tính (attributes) c a các đ i
t

ng đ a lý. Hai thông tin này đ

b i ng

c t ch c và liên h qua các thao tác trên máy tính

i s d ng h th ng.

+ Xu t d li u: d li u đ a ra là các báo cáo k t qu quá trình phân tích t i ng

is

d ng, có th bao g m các d ng: b n đ (Map), b ng bi u (Table), bi u đ (Figure)
đ

c th hi n trên máy tính, máy in, máy v …

+ Bi n đ i d li u: bi n đ i d li u nh m m c đích kh c ph c l i t d li u và c p
nh t chúng. Bi n đ i d li u có th đ

c th c hi n trên d li u không gian và thông tin

thu c tính m t cách tách bi t ho c t ng h p c hai.
+T

ng tác v i ng

i dùng: t

ng tác v i ng

i dùng là y u t quan tr ng nh t c a

b t k h th ng thông tin nào. Các giao di n ng
đ

i dùng

m t h th ng thông tin

c thi t k ph thu c vào m c đích c a ng d ng đó.

Các ph n m m đ

c s

d ng ph bi n hi n nay là: Arc/Info, MapInfo, WinGis,

Spans…Trong đó

7


• Ph n m m dùng cho l u tr , x

lý s

li u thông tin đ a lý: Arc/ Info, Span,

MGE/MicroStation…
• Ph n m m dùng cho l u tr , x

lý và qu n lý các thông tin đ a lý: ArcView,

MapInfo…
Tùy theo yêu c u và kh n ng ng d ng trong công vi c c ng nh kh n ng kinh phí
c a đ n v , vi c l a ch n m t ph n m m máy tính s khác nhau.
- Con ng

i

Công ngh GIS s b h n ch n u không có con ng

i tham gia qu n lý h th ng và

phát tri n nh ng ng d ng GIS trong th c t . Ng

i s d ng GIS có th là nh ng

chuyên gia k thu t, ng

i thi t k và duy trì h th ng ho c nh ng ng

i s d ng GIS

đ gi i quy t các v n đ trong công vi c.
- Ph
Ph

ng pháp
ng pháp là vi c phân tích d li u không gian nh t o vùng đ m, phân tích vùng

lân c n, phân tích th ng kê không gian…phân tích và ghi các d li u thu c tính v
bi n. Ngoài ra, GIS còn s d ng các ph
đ

ng, vùng…s d ng ph

tr l i nh ng câu h i đ

ng pháp n i suy không gian d a trên đi m,

ng pháp đo và tính toán, chuy n h t a đ nh m m c đích

c đ t ra hay bài toán c n gi i quy t.

- D li u
Bao g m d li u không gian và d li u thu c tính.
+ D li u không gian:
D li u không gian là lo i d li u th hi n chính xác v trí trong không gian th c c a
đ it

ng và quan h gi a các đ i t

ng. Các d li u không gian th hi n các đ i

t

ng qua 3 y u t hình h c c b n là đi m, đ

ng, vùng. Thông tin v trí các đ i

t

ng luôn ph i kèm theo các thông tin v quan h không gian (Topology) đ

hi n qua 3 ki u quan h : liên thông, k nhau, n m trong ho c bao nhau.

8

c th


D li u không gian cung c p các thông tin có tính đ h a ch rõ hình d ng, v trí, kích
th

c và các nét đ c tr ng c a đ i t

ng trong th gi i th c trên m t đ t.

D li u không gian có 2 d ng là:
• B n đ , nh ch p t máy bay, nh vi n thám.
• S li u th ng kê t a đ đi m theo 1 h quy chi u nh t đ nh (t a đ , đ cao), s li u
đo đ c (đo góc, kho ng cách) b ng máy kinh v đi n t , toàn đ c đi n t .
+ D li u thu c tính:
Là d li u đ nh tính ho c đ nh l

ng

phân tích trong phòng thí nghi m đ

d ng v n b n ho c các s li u th ng kê, s li u
c l u tr d

i d ng các t p tin, ch , d ng s có

th nh p tr c ti p ho c gián ti p vào h th ng GIS.
D li u thu c tính cung c p nhi u thông tin quan tr ng v tính ch t c a đ i t
đ

ng

c nghiên c u.

1.1.3. Các ch c n ng c b n c a GIS
- Nh p d li u
Tr

c khi d li u đ a lý có th dùng cho GIS thì d li u này ph i đ

d ng s thích h p, đ

c chuy n sang

c biên t p và ch nh s a cho phù h p v i m c đích s d ng. Quá

trình chuy n đ i d li u t b n đ gi y sang các file d li u d ng s g i là quá trình s
hóa. Công ngh GIS hi n đ i có th t đ ng m t ph n quá trình này v i công ngh
quét nh cho các đ i t

ng l n, nh ng đ i t

ng nh h n đòi h i ph i có m t s quá

trình s hóa th công (dùng bàn s hóa).
- Chuy n đ i d li u
Có nhi u tr

ng h p d li u đòi h i ph i đ

m t s cách đ có th t
đ

ng thích v i h th ng nh t đ nh. Tr

c liên k t v i nhau, chúng ph i đ

ho c m c chi ti t).

c chuy n d ng (format) và thao tác theo
c khi các thông tin này

c chuy n v cùng m t t l (m c chính xác

ây có th ch là s chuy n d ng t m th i cho m c đích hi n th

ho c c đ nh cho yêu c u phân tích. GIS cung c p các công c đ th c hi n các m c
đích này.
9


- Thao tác d li u
Công ngh GIS cung c p nhi u công c cho các thao tác trên d li u không gian và
lo i b các d li u không c n thi t. Các ch c n ng ph c v cho m c đích s a ch a,
biên t p là các công c

tùy ch n nh : b

sung, sao chép, xóa, d ch chuy n d

li u…Bên c nh đó còn có các công c xây d ng các c u trúc topology và biên t p d
li u thu c tính.
- Qu n lý d li u
i v i các mô hình GIS nh có th l u các d li u không gian và d li u thu c tính
d

i d ng các file đ n gi n. Tuy nhiên, khi kích th

c d li u tr nên l n h n và c u

trúc ph c t p h n thì cách t t nh t là s d ng h qu n lý c s d li u không gian
(GeoDBMS) đ giúp cho vi c l u tr , t ch c và qu n lý thông tin. M t GeoDBMS
ch đ n gi n là m t ph n m m qu n lý c s d li u.
Trong nhi u c u trúc GeoDBMS khác nhau, c u trúc quan h trong GIS t ra h u hi u
nh t. Trong c u trúc quan h , d li u đ

c l u tr

d ng b ng. Các tr

ng thu c tính

chung trong các b ng khác nhau đ

c dùng đ liên k t các b ng này v i nhau. Do linh

ho t nên c u trúc đ n gi n này đ

c s d ng và tri n khai khá r ng rãi trong các ng

d ng c trong và ngoài GIS.
- H i đáp và phân tích không gian
GIS cung c p kh n ng h i đáp v i các công c phân tích tinh vi đ cung c p thông tin
cho nh ng ng

i qu n lý và phân tích. Các h GIS hi n đ i có nhi u công c phân tích

hi u qu , trong đó có công c đ c bi t đ ch ng x p d li u đ a lý.
Ch ng x p là quá trình tích h p các thông tin khác nhau. Thao tác phân tích thông tin
đòi h i m t ho c nhi u l p d li u ph i đ

c liên k t.

các thao tác tính toán s h c và các phép logic đ
khác nhau đ

rút ra các thông tin c n có

c v n d ng trên các l p thông tin

c nh p vào.

Ch ng x p các d li u khác nhau này đ

c th c hi n theo m t quá trình b c thang.

L p d li u c n bi t thông tin c a l p d li u khác s đ

10

c th c hi n thông qua phép


phân tích b ng chéo. Phép toán đ
và giá tr t

c thi t l p trên m i giá tr c a l p d li u th nh t

ng ng c a l p d li u th hai. Vi c ti n hành phép phân tích b ng chéo

l p d li u c n bi t thông tin khác v i t ng l p d li u c n l y thông tin. Cu i cùng ta
đ

c thông tin t ng h p liên quan đ n d li u ban đ u. Do v y, phép phân tích quan

h không gian này giúp làm rõ m i quan h gi a các đ i t
đ it

ng c n nghiên c u v i các

ng khác.

Ch ng x p đ

c ti n hành trên c l p d li u vector và raster. Ch ng x p trên d li u

raster ti n hành đ n gi n h n song dung l

ng l u tr l i l n h n d li u vector r t

nhi u nên vi c x lý m t nhi u th i gian h n. D li u vector có dung l

ng nh h n

và quá trình ch ng x p m t ít th i gian h n nh ng đ chính xác l i kém h n so v i
ch ng x p d li u raster. Do đó, tùy theo m c đích s d ng và yêu c u đ chính xác
c a s n ph m đ u ra mà ta l a ch n lo i ch ng x p trên d ng d li u nào.
- Hi n th
Hi n th là m t ch c n ng b t bu c ph i có c a h th ng thông tin đ a lý. D li u l u
tr sau khi phân tích s đ

c hi n th tùy theo yêu c u đ t ra d

i d ng ch và s

(text), d ng b ng bi u ho c d ng b n đ . Các tính toán chung và k t qu phân tích
đ

c l u gi

d ng ch và s đ d dàng in ra ho c trao đ i gi a các ph n m m khác

nhau. Các d li u thu c tính có th đ
khác. B n đ đ

cl u

d ng b ng bi u ho c các d ng c đ nh

c thi t k đ hi n th trên màn hình ho c l u d

i d ng đi m (plot

file) đ in. V i nhi u thao tác trên d li u đ a lý, k t qu hi n th t t nh t cu i cùng là
d

i d ng b n đ s ho c bi u đ . B n đ khá hi u qu trong vi c l u tr và trao đ i

thông tin đ a lý. GIS cung c p nhi u công c m i và thú v đ m r ng tính n ng ngh
thu t và tính khoa h c c a ngành b n đ . B n đ , s đ hi n th có th đ

ck th p

v i các b n báo cáo, hình nh ba chi u, nh ch p và các d li u khác (đa ph

ng ti n).

11


Hi
ng
quan sát

Tài li
gi y

Thu th p
d li u

D li u thô

CSDL

Hi n th và

L
và khai
thác

Thi
h a

X
d li u

D li u có
c u trúc

Tìm ki m và
phân tích

Di n gi i

Hình 1.4: Các nhóm ch c n ng c a GIS
1.1.4.

ng d ng c a h th ng thông tin đ a lý GIS

Công ngh GIS ngày càng đ

c s d ng r ng rãi. GIS có kh n ng s d ng d li u

không gian và phi không gian t các ngu n khác nhau khi th c hi n phân tích không
gian đ tr l i các câu h i c a ng

i s d ng. Các câu h i mà GIS có kh n ng tr l i:

- Có cái gì …? Nh n di n (identification): nh n bi t tên hay các thông tin khác c a
đ it

ng b ng cách ch ra v trí trên b n đ . Vi c này c ng có th th c hi n b ng cách

cung c p s li u t a đ tuy nhiên kém hi u qu h n.
-

đâu? V trí (location): câu h i này d n đ n m t ho c nhi u v trí th a mãn yêu c u

c a ng

i s d ng. Nó có th là t p t a đ hay b n đ ch ra v trí c a m t đ i t

c th , hay toàn b đ i t

ng.

12

ng

- Cái gì đã thay đ i t ...? Xu th (trend): câu h i này liên quan đ n các d li u không
gian t m th i. Ví d : câu h i liên quan đ n phát tri n thành th d n đ n ch c n ng hi n
th b n đ c a GIS đ ch ra các vùng lân c n đ
ng nào đi là t t gi a…? Tìm đ

l

ic ađ

ng đi (h th ng đ

c xây d ng t n m 2000 đ n 2010.

ng đi t i u (optimal path): trên c s m ng

ng b , đ

ng th y…) câu tr l i cho bi t đ

ng đi

nào là r nh t và ng n nh t.
- Gi a… và… có quan h gì? M u (pattern): câu h i này khá ph c t p, tác đ ng đ n
nhi u d li u. Thí d , câu tr l i có th ph n ánh quan h gi a khí h u đ a ph

ng và

v trí c a nhà máy, công trình công c ng trong vùng lân c n.
- Cái gì x y ra n u…? Mô hình (model): câu h i này liên quan đ n các ho t đ ng l p

quy ho ch và d báo. Thí d , c n ph i nâng c p xây d ng m ng l

i giao thông, đi n

nh th nào n u phát tri n khu dân c v phía b c thành ph .
1.2. S d ng công ngh vi n thám trong nghiên c u ô nhi m môi tr
khí

ng không

1.2.1. T ng quan s d ng công ngh vi n thám trong nghiên c u môi tr
khí trong n c và n c ngoài
Ch t l

ng không khí là m t trong nh ng nguyên nhân sinh ra b nh t t trong c ng

đ ng. Nh t là

các n

c đang phát tri n nh n

c ta hi n nay, ch t l

b ô nhi m do ch t th i công nghi p và b i xây d ng gây nên.
không khí, theo ph
ch t l
m ng l

ng không

ng không khí

giám sát ch t l

ng pháp truy n th ng, chúng ta s d ng m ng l

ng

i các tr m đo

ng không khí trong thành ph , khu dân c theo m t đ phân b nh t đ nh. Nh
i quan tr c đo các thành ph n không khí hàng ngày (hàng gi , hàng tu n,

hàng tháng) mà chúng ta có th đ a ra ph
c ng đ ng. Nh

ng pháp phòng ng a, b o v s c kh e

c đi m l n c a gi i pháp d a vào m ng l

i tr m đo trên m t đ t là

t n kém và s khu ch tán b i khí ô nhi m không ph n nh m t cách khách quan vì s
d ng hàm toán h c đ mô ph ng.
T li u vi n thám r t đa d ng v ch ng lo i và đ phân gi i không gian, bao g m có
các lo i nh máy bay, nh v tinh thám sát thu nh n trong các th i gian khác nhau;
trong đó lo i nh đa ph (Multispectral Image) hi n nay đ
13

c s d ng r t r ng rãi.


nh đa ph đ

c thu nh n trên các thi t b quang h c trong d i sóng đi n t r t r ng,

t ph th t n (Visible) cho đ n ph h ng ngo i (Infra-Red) và là ngu n cung c p
thông tin quan tr ng, ph c v cho các nghiên c u chuyên đ khác nhau. V i u th
cung c p thông tin th
vi n thám đã đ

ng xuyên và liên t c, quan sát trong m t vùng r ng l n, nh

c phát tri n và ng d ng

nhi u n

c trong nghiên c u môi tr

ng

không khí.
phát hi n ô nhi m không khí b ng công ngh vi n thám, trên th gi i, ng
d ng ba ph

ng pháp ch y u:

- Ph

ng pháp tính đ dày l p sol khí AOD (Aerosol Optical Depth)

- Ph

ng pháp đo các h t b i đen (Black particle)

- Ph

ng pháp đánh giá bi n đ ng l p ph b m t (Land – cover change)

n

c ta ng d ng công ngh vi n thám trong nghiên c u ô nhi m môi tr

khí đã đ

i ta s

c phát tri n m nh m trong m y n m tr l i đây. L

Vân Trang, Tr n Ng c T

ng, Lâm

ng không

ng Chính K , H Th

o Nguyên (2010) [2] nghiên c u xây d ng b n

đ ô nhi m không khí trên khu v c Hà N i và C m Ph d a trên đ c tính ph và hình
h c c a nh Landsat ETM+ và SPOT.
Nhóm nghiên c u Tr

ng

i h c Công ngh ( HCN),

i h c qu c gia Hà N i

(2014) [3] ti n hành nghiên c u giám sát n ng đ b i PM2.5 s d ng nh v tinh;
nghiên c u và phát tri n h th ng WebGIS thu th p, x lý, l u tr , cung c p thông tin,
giám sát và c nh báo v m c đ ô nhi m b i.
Tr n Th Vân, Tr nh Th Bình, Hà D

ng Xuân B o (2014) [4] nghiên c u vi c ng

d ng công ngh vi n thám s d ng nh v tinh Landsat k t h p s đo m u quan tr c
m t đ t cho k t qu mô ph ng phân b không gian n ng đ b i PM10 khu v c TP H
Chí Minh. Tuy nhiên, h n ch c a ngu n nh Landsat là chu k l p ch p nh t i m t v
trí là 16 ngày, do đó d li u chi t xu t t

nh không th liên t c.

Trên th gi i, nh ng nghiên c u đ u tiên c a Engel-Cox JA, Hoff RM và Haymet AD
(2004) [5] v đánh giá kh n ng s d ng v tinh đ a t nh và d li u v tinh đ giám sát

14

ch t l

ng môi tr

ng không khí. Qua vài nghiên c u đi n hình trong th i gian ng n

nhóm tác gi đã nh n th y ti m n ng to l n hi n t i c a v tinh Hoa K và các v tinh
qu c t khác đ giám sát môi tr
này cho vi c giám sát môi tr

ng không khí. Tuy nhiên vi c s d ng nh ng d li u
ng không khí còn khó kh n b i s thi u h p tác gi a

các chuyên gia, nhà khoa h c vi n thám v i môi tr

ng, nh ng khó kh n v truy c p

c ng nh s hi u bi t v ngu n d li u m i m , tài nguyên h n ch , c ng nh s hi u
bi t ít i v ti m n ng và h n ch c a d li u.
Ngay sau đó nhóm tác gi Mark Tulloch và Jonathan Li (2005) [6]
nghi m Môi tr

ng

o CFI

Toronto Canada đã đ a ra đ

Ban xây d ng dân d ng tr

Phòng thí

ng đ i h c Ryerson –

c nh ng công trình nghiên c u th c t đ u tiên vê các

ng d ng c a v tinh vi n thám đ giám sát môi tr

ng không khí đô th

Canada.

Bài báo b t đ u nghiên c u v i nh ng đ u đo v tinh hi n có và v i m t s ví d v
các d li u nh v tinh trong giám sát ch t l
ba ph

ng không khí đô th . Sau đó h xem xét

ng pháp ti p c n d a trên nh ng v tinh l n:

o đ dày c a Aerosol trong khí

quy n, quan tr c h t b i đen và phân tích s bi n đ ng th m ph m t đ t. Tr ng tâm
c a bài báo là ph

ng pháp ti p c n đ u tiên thông qua m t phân tích chuyên sâu các

nghiên c u trong các tr

ng h p khác nhau. Miêu t khái quát ng n g n vi c s d ng

đa đ u đo đa th i gian và hình nh v tinh đa ph đ hi u đ
th hóa, xu th khí h u và ch t l
đ y m i m v giám sát ch t l

c m i quan h gi a đô

ng không khí. Bài báo đã cung c p m t cách ti p c n
ng môi tr

ng không khí b ng nh v tinh trong th i

gian đó.
1.2.2. Các lo i nh vi n thám ng d ng nghiên c u môi tr

ng không khí

1.2.2.1. M t s t li u vi n thám ng d ng trong nghiên c u ô nhi m môi tr
không khí

ng

V tinh ENVISAT – EU v i nh v tinh MERIS
V tinh ENVISAT đ

c thi t k v i m c đích quan tr c môi tr

quy n. V tinh ENVISAT đ

ng trái đ t và b u khí

c phóng vào ngày 1 tháng 3 n m 2002 trên tên l a đ y

Ariane 5 vào qu đ o đ ng b m t tr i. Các thu c tính k thu t c a v tinh đ
trong b ng 2 ph n ph l c.

15

c nêu