phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn đƣợc cấu trúc thành 3 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan ứng dụng viễn thám - GIS trong nghiên cứu biến đổi địa hình và ảnh hƣởng của nƣớc biển dâng ở khu vực đới bờ. Chƣơng 2: Các nhân tố ảnh hƣởng đến biến đổi địa hình khu vực cửa sông Bạch Đằng Chƣơng 3: Đánh giá biến đổi địa hình và phân tích ảnh hƣởng của nƣớc biển dâng do biến đổi khí hậu tới khu vực cửa sông Bạch Đằng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM – GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI ĐỊA HÌNH VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NƢỚC BIỂN DÂNG Ở KHU VỰC ĐỚI BỜ 1. Tổng quan ứng dụng công nghệ viễn thám – GIS trong nghiên cứu biến đổi địa hình ở đới bờ 1. Cơ sở ứng dụng viễn thám - GIS trong nghiên cứu địa hình 1.
Khái quát những đặc trưng của viễn thám – GIS Viễn thám (RS) Viễn thám là công nghệ thu nhận thông tin về các đối tƣợng trên bề mặt trái đất mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp với chúng. Quá trình thu nhận thông tin này đƣợc thực hiện thông qua bộ cảm (máy ảnh, máy quét, sóng điện từ, sóng radar…) đƣợc đặt trên máy bay hoặc vệ tinh. Thông tin thu nhận đƣợc ghi lại trên các thiết bị chuyên dụng nhƣ film ảnh hoặc đƣợc số hóa trên các băng đĩa từ (hình 1. Quá trình thu nhận thông tin của hệ thống viễn thám 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các thông số đặc trƣng của dữ liệu viễn thám bao gồm: Độ phân giải không gian: Là khoảng cách nhỏ nhất có thể phân biệt đƣợc giữa 2 đối tƣợng.
Độ phân giải không gian cho biết kích thƣớc của phần tử ảnh viễn thám (pixel) che phủ bề mặt đất. Có thể chia thành 3 cấp độ phân giải không gian: (1) Độ phân giải cao: 0.6-4m; (2) Độ phân giải trung bình: 4-30m; (3) Độ phân giải thấp: 30-1000m. Độ phân giải thời gian: Cho biết khoảng thời gian (ngày hoặc giờ) mà hệ thống cảm biến của vệ tinh sẽ quay lại để chụp cho một vị trí nhất định. Có 3 cấp độ độ phân giải thời gian: (1) Độ phân giải cao: <24h – 3 ngày; (2) Độ phân giải trung bình: 4-16 ngày; (3) Độ phân giải thấp: > 16 ngày.
Độ phân giải phổ: Là số kênh phổ tƣơng ứng với từng vị trí trong dãy phổ điện từ. Thƣờng chia làm 3 cấp độ phân giải phổ: (1) Độ phân giải cao: >15 kênh; (2) Độ phân giải trung bình: 3-15 kênh; (3) Độ phân giải thấp: <3 kênh. Độ nhạy cảm bức xạ: Đó là khả năng phân biệt năng suất phản xạ phổ giữa các mục tiêu. Quá trình này phụ thuộc vào số lƣợng các lớp lƣợng tử hóa trong các kênh phổ.
Nói một cách khác là số lƣợng bit của dữ liệu trong kênh phổ sẽ quyết định độ nhạy cảm của bộ cảm. Ƣu điểm của viễn thám: - Tƣ liệu viễn thám ở dạng số dễ thu nhận và xử lý; - Các đầu thu của hệ thống viễn thám chủ động có thể thu nhận thông tin với mọi điều kiện thời tiết; - Kết hợp với các phƣơng pháp điều tra truyền thống, các số thông tin phụ trợ, công nghệ viễn thám góp phần nâng cao độ chính xác thông tin, rút ngắn thời gian, giảm giá thành; - Khả năng thu thập thông tin từ xa, không cần tiếp cận và tác động trực tiếp đén đối tƣợng quan sát; 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Tƣ liệu vệ tinh phủ trùm diện tích rộng và cung cấp cái nhìn tổng quát; -Viễn thám có khả năng cung cấp nhiều số liệu (độ che phủ, sinh khối, vị trí, độ cao, nhiệt độ, độ ẩm…) trêm phạm vi rộng. Hệ thông tin địa lý (GIS) Một hệ thông tin địa lý bao gồm các thiết bị phần cứng, phần mềm và các thủ tục hỗ trợ thuận tiện cho việc quản lý, vận hành, phân tích, mô hình hóa, miêu tả và hiển thị tham chiếu dữ liệu địa lý nhằm giải quyết các vấn đề phức tạp trong việc quy hoạch và quản lý tài nguyên (hình 1. Các thành phần của hệ thống GIS Chức năng của GIS bao gồm: truy cập dữ liệu, hiển thị dữ liệu, quản lý dữ liệu, phân tích và phục hồi thông tin.
GIS có nhiều ứng dụng trong việc xác định vị trí trên bản đồ, xác định định lƣợng (số lƣợng, mật độ), tìm khoảng cách và quan trắc những thay đổi trên bản đồ. Chức năng của một hệ thống thông tin là nâng cao khả năng đƣa ra quyết định. Một hệ thống thông tin là một chuỗi các hoạt động, bắt đầu từ việc lập kế hoạch quan sát và lựa chọn dữ liệu, lƣu trữ và phân tích dữ liệu và cuối cùng là hỗ trợ ra quyết định dựa trên dữ liệu và thông tin đã xử lý. Hệ thông tin địa lý đƣợc 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thiết kế để làm việc với dữ liệu tham chiếu đến hệ tọa độ địa lý hay hệ tọa độ không gian.
GIS là một hệ thống vừa đảm bảo là hệ thống cơ sở dữ liệu tham chiếu, đồng thời là tập hợp các thao tác vận hành với dữ liệu. GIS có 3 nhóm ứng dụng cơ bản, bao gồm: - Ứng dụng trong kiểm kê: GIS ứng dụng trong việc đƣa ra các số liệu kiểm kê về các đặc tính trên một vùng địa lý. Những đặc tính này đƣợc miêu tả trong một lớp dữ liệu. Ứng dụng này có vai trò quan trọng trong việc phục hội, và cập nhật dƣ liệu.
- Ứng dụng phân tích: Kỹ thuật phân tích không gian và phi không gian đƣợc tiến hành trên nhiều lớp dữ liệu với nhiều truy vấn phức tạp - Ứng dụng quản lý: Nhiều tiện ích của kỹ thuật mô hình hóa không gian đƣợc sử dụng hỗ trợ các nhà quản lý và các nhà hoạch định chính sách trong việc ra quyết định. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề của thế giới thực liên quan đến những thay đổi quan trọng của dữ liệu địa lý. Những tính năng của viễn thám – GIS được khai thác cho nghiên cứu địa hình Việc nghiên cứu, khảo sát ở vùng biển ven bờ, đồng bằng ven biển và nhất là các cửa sông hiện nay còn gặp nhiều khó khăn khi gặp thời tiết bất ổn, nhƣ trƣờng hợp có bão, áp thấp, giông lốc hay khi có lũ lớn và gió mùa thổi mạnh. Để khắc phục khó khăn này, một trong những phƣơng pháp có hiệu quả hiện nay trong nghiên cứu đới ven biển – cửa sông là sử dụng kết hợp thông tin viễn thám và GIS Công nghệ viễn thám – GIS đƣợc sử dụng để theo dõi, tổng hợp, phân tích các nguồn dữ liệu khác nhau để có cái nhìn tổng hợp, toàn diện về mặt không gian và thời gian về các biến động của địa hình nói chung.
Đối với khu vực đới bờ biển, viễn thám – GIS hỗ trợ đắc lực trong việc nghiên cứu, xác định biến đổi đƣờng bờ biển và biến đổi địa hình đáy biển. Trong nghiên cứu biến đổi đường bờ biển Tƣ liệu ảnh viễn thám bao gồm cả ảnh máy bay, ảnh vệ tinh, ảnh quét radar, phổ,… Các tƣ liệu ảnh có đặc trƣng là ghi lại hiện trạng của các đối tƣợng tại thời 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com điểm chụp. Nhƣ vậy, để theo dõi biến động đƣờng bờ, ta cần xác định vị trí của chúng trong không gian đƣợc phản ánh trên ảnh chụp tại một địa điểm chứa đối tƣợng trong từng thời điểm rồi so sánh để theo dõi, phân tích quá trình biến động của chúng. Sử dụng ảnh viễn thám kết hợp với bản đồ địa hình đƣợc đo vẽ ở các năm khác nhau cho phép xác định hiện trạng của đƣờng bờ biển ở các thời điểm khác nhau.
Cùng với sự hỗ trợ của GIS trong phân tích, tính toán các dữ liệu không gian và liên kết các tấm ảnh, đƣợc nắn chỉnh và đƣa về cùng một hệ tọa độ chuẩn, tac có thể tính toán chính xác đƣợc tốc độ bồi tụ - xói lở của bờ biển theo thời gian, quan sát đƣợc bức tranh toàn cảnh về diễn biến bồi tụ - xói lở trên toàn bộ không gian khu vực nghiên cứu. Ngoài ra công nghệ viễn thám – GIS còn cho phép tính toán đƣợc khối lƣợng trầm tích đã đƣợc tích tụ hoặc xói lở khi bổ sung thêm các thông tin về địa hình. Bên cạnh quan sát hiện trạng biến động đƣờng bờ, sử dụng công nghệ viễn thám – GIS còn hiệu quả trong việc xác định các lòng sông cổ, các hệ thống val bờ cổ trong khu vực nghiên cứu một cách trực quan, nhanh chóng và thuận lợi. Kết hợp với các thông tin về nhân tố động lực nhƣ kiến tạo, hƣớng dòng chảy sông, hƣớng dòng bồi tích ven bờ, hƣớng sóng, thay đổi khí hậu toàn cầu,… để đƣa ra xu hƣớng phát triển của địa hình bờ là xói lở hay bồi tụ.
Trong nghiên cứu biến đổi địa hình đáy biển Đối tƣợng thông tin chính giúp nghiên cứu biến động địa hình đáy biển là thông tin về độ sâu đáy biển trên các bản đồ địa hình, hải đồ khu vực nghiên cứu. Trong thời gian gần đây, các thông tin này đƣợc bổ sung bởi nguồn số liệu thu thập thực tế từ các cuộc thực địa của các đoàn nghiên cứu biển. Số liệu này gồm 2 dạng chính là số liệu độ sâu từ các máy đo sâu hồi âm và ảnh sonar quét sƣờn. Số liệu đo sâu đƣợc biểu diễn trên băng đo sâu hồi âm là kết quả của quá trình phát – thu sóng âm do thiết bị gắn trên các tàu khảo sát ghi lại.
Ảnh sonar quét sƣờn là dạng dữ liệu “gần” tƣơng đồng với ảnh viễn thám, vì chúng phản ánh rõ bề mặt địa hình theo tuyến khảo sát. Từ những nguồn thông tin này, bằng các phần mềm GIS giúp xây 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dựng mô hình số độ cao (DEM) mô phỏng lại hiện trạng địa hình đáy biển ở từng giai đoạn cụ thể. Từ mô hình số độ cao của khu vực nghiên cứu qua các thời kỳ khác nhau, có cùng độ phân giải, cùng cơ sở toán học cho phép tính toán và xác định các thông tin về không gian tích tụ/xói lở, tốc độ tích tụ/xói lở và khối lƣợng trầm tích đƣợc tích tụ/xói lở. Trong thực tế, khi sử dụng ảnh vệ tinh nhiều ngƣời thƣờng chỉ quan tâm tới độ phân giải không gian (pixel) hơn là chú ý đến khả năng nhận biết đối tƣợng qua phổ phản xạ (spectre).