mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo. Cấu trúc luận văn đƣợc chia thành 3 chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở khoa học và phƣơng pháp nghiên cứu biến động đƣờng bờ biển bằng tƣ liệu viễn thám và GIS. Chƣơng 2: Đặc điểm các nhân tố ảnh hƣởng đến biến động đƣờng bờ khu vực dải ven biển Tây Nam Việt Nam. Chƣơng 3: Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá xu thế biến động đƣờng bờ biển và đề xuất các giải pháp phục vụ phát triển bền vững khu vực ven biển Tây Nam Việt Nam.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG I: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ BIỂN BẰNG TƢ LIỆU VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 1. TỔNG QUAN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ BIỂN 1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới Công nghệ viễn thám kể từ khi ra đời với những ƣu điểm nổi bật so với các phƣơng pháp nghiên cứu truyền thống đã đƣợc sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả to lớn trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trƣờng nói chung. Việc nghiên cứu, đánh giá biến động đƣờng bờ biển qua các giai đoạn khác nhau đã đƣợc thể hiện trong nhiều công trình và đề tài nghiên cứu thông qua việc ứng dụng viễn thám và GIS.
Trên Thế giới, đặc biệt là các nƣớc phát triển, việc sử dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh nghiên cứu biến động đƣờng bờ biển tƣơng đối phổ biến. Nhiều nƣớc có các nghiên cứu trong lĩnh vực này nhƣ Mỹ, Trung Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ…[34,37,54]. Nghiên cứu sử dụng tƣ liệu viễn thám trong giám sát sự biến động đƣờng bờ biển, đảo khu vực phía Nam biển Địa Trung Hải bằng tƣ liệu ảnh vệ tinh LANDSAT TM giai đoạn 1984 - 2009 đã đƣợc Maged Bouchahma và cộng sự thực hiện [31]. Ở Iran, nghiên cứu biến động đƣờng bờ bằng tƣ liệu vệ tinh LANDSAT TM và ETM giai đoạn 1990 - 2005 [30,43].
Ở Đông Nam Á, nghiên cứu biến động đƣờng bờ cũng rất phổ biến và có nhiều công trình đƣợc công bố nhƣ ở Thái Lan, Malaysia. Cho đến nay, các dạng tƣ liệu ảnh vệ tinh đƣợc sử dụng rất đa dạng và phong phú, bao gồm cả ảnh quang học và siêu cao tần với tính chất đa phân giải không gian, thời gian và phổ phục vụ tốt trong việc đánh giá và giám sát biến động đƣờng bờ sông, hồ nói chung và đƣờng bờ biển nói riêng. Trong đó, công trình nghiên cứu tiêu biểu có sử dụng tƣ liệu viễn thám, bao gồm ảnh vệ tinh quang học Landsat và ảnh siêu cao tần (SAR) trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng khu vực ven biển đã đƣợc công bố năm 2009 [38]. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng kết quả phân loại các đối tƣợng bề mặt từ ảnh vệ tinh đa thời gian, sau đó 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chồng xếp để phát hiện và đánh giá biến động đƣờng bờ.
Một nghiên cứu khác đƣợc thực hiện ở khu vực Nam Mỹ [46] đã sử dụng đa nguồn tƣ liệu viễn thám, bao gồm ảnh vệ tinh Landsat, SPOT và Radarsat nhằm nghiên cứu biến động bờ biển Amazon. Mục tiêu nhằm nghiên cứu về những thay đổi địa mạo bờ biển và hậu quả của nó đối với sự phát triển của thảm thực vật ven biển. Các tác giả đã sử dụng ảnh vệ tinh đa thời gian để đánh giá những thay đổi các đối tƣợng bề mặt chính, quá trình biến động khu vực ven biển đƣợc nghiên cứu bằng cách sử dụng các chƣơng trình tính toán nội suy với các trục thời gian và không gian. Về phƣơng pháp nghiên cứu biến động đƣờng bờ biển sử dụng dữ liệu viễn thám cũng có những bƣớc phát triển đáng kể, từ những phƣơng pháp đơn giản có độ chính xác thấp đến các phƣơng pháp phân tích có độ chính xác cao, có thể kể đến các phƣơng pháp chính sau đây: Phương pháp tổ hợp màu: là một trong những phƣơng pháp đơn giản nhất dựa trên việc tổ hợp các kênh ảnh ở các dải phổ khác nhau để tạo sự tƣơng phản ranh giới giữa đất liền và nƣớc.
Các phƣơng pháp tổ hợp màu để xác định đƣờng bờ thƣờng sử dụng kênh ảnh ở dải sóng cận hồng ngoại (NIR) và hồng ngoại giữa (MIR) do ở các bƣớc sóng này, năng lƣợng bức xạ bị nƣớc hấp thụ rất lớn. Phƣơng pháp tổ hợp màu tốt nhất để tạo sự tƣơng phản rõ rệt giữa đất và nƣớc là tổ hợp màu của 3 kênh ảnh: hồng ngoại giữa (MIR), cận hồng ngoại (NIR), đỏ (RED). Mặc dù rất đơn giản nhƣng phƣơng pháp tổ hợp màu cũng có nhƣợc điểm lớn là không thể tự động tách ranh giới giữa đất và nƣớc, việc xác định đƣờng bờ phải sử dụng phƣơng pháp thủ công. Kết quả chiết tách thông tin đƣờng bờ phụ thuộc kinh nghiệm và khả năng của ngƣời xử lý ảnh.
Phƣơng pháp này hiện nay thƣờng ít đƣợc sử dụng trong nghiên cứu. Phương pháp phân loại ảnh: Phân tích và chiết tách đƣờng bờ biển dựa trên các kết quả phân loại lớp phủ bề mặt trái đất bằng các phƣơng pháp phân loại ảnh có kiểm định và không kiểm định. Đối tƣợng nƣớc thƣờng có đặc trƣng phổ phản xạ khác biệt với các đối tƣợng thực phủ khác, vì lẽ đó khi phân loại, nƣớc thƣờng đƣợc tách riêng thành một đối tƣợng ít bị lẫn với đối tƣợng khác. Dựa vào sự tách biết tƣơng đối rõ ràng này, các nghiên cứu có thể dễ dàng sử dụng ranh giới giữa nƣớc 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com và các đối tƣợng thực phủ khác để xác lập đƣờng bờ nƣớc, điều này đƣợc thể hiện trong nhiều công trình nghiên cứu khác nhau [38,46].
Tuy nhiên, các nghiên cứu chiết tách đƣờng bờ dựa vào kết quả phân loại các đối tƣợng bề mặt thƣờng hạn chế về độ chính xác ở các khu vực không có lớp phủ thực vật nhƣ các bãi bồi ven biển, đất có độ ẩm cao. Phương pháp phân ngưỡng ảnh đơn kênh: Phƣơng pháp phân ngƣỡng (threshold) là phƣơng pháp xử lý số phân đoạn ảnh hay tách ảnh làm hai lớp tách biệt nhau bởi một giá trị ngƣỡng cho trƣớc. Đây là kĩ thuật xử lý đơn giản và đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong các phƣơng pháp phân vùng trên một kênh ảnh. Ảnh đƣợc xử lý chia ra một lớp có giá trị nhỏ hơn mức độ xám của ngƣỡng xác định và lớp kia có giá trị cao hơn.
Kết quả thu đƣợc là một ảnh số với 2 giá trị khác nhau. Có thể gán giá trị 0 cho một lớp ảnh (đối tƣợng không quan tâm) và 1 cho lớp ảnh còn lại. Năm 2007, Alesheikh và cộng sự [30] đã phân ngƣỡng ở kênh giữa hồng ngoại (kênh 5) ảnh Landsat 5 TM nhằm nâng cao độ chính xác trong kết quả chiết tách thông tin đƣờng bờ phục vụ đánh giá biến động. Kết quả nghiên cứu cho thấy, kênh 5 ảnh Landsat 5 TM có khả năng phân biệt tốt ranh giới đất - nƣớc kể cả khu vực có thực vật che phủ ở đƣờng bờ.
Chiết tách đƣờng bờ bằng phƣơng pháp phân tích ngƣỡng trên một kênh ảnh thƣờng dựa trên đặc tính phản xạ khác nhau của đối tƣợng đất và nƣớc cũng đã đƣợc thực hiện trong nhiều nghiên cứu khác [31,40]. Tuy nhiên, giá trị ngƣỡng là không thể áp dụng cho toàn cầu mà chỉ áp dụng cho từng khu vực cục bộ, bởi vậy khó nhận đƣợc kết quả chính xác khi sử dụng phƣơng pháp này. Bên cạnh đó, độ chính xác của kết quả phân tách ranh giới đất - nƣớc phụ thuộc vào ngƣỡng đƣợc chọn cũng nhƣ kinh nghiệm, khả năng của ngƣời sử dụng. Trong thực tế, phƣơng pháp phân ngƣỡng chỉ đƣợc dùng nhƣ một bƣớc trong quá trình nghiên cứu.
Phương pháp ảnh tỷ số: là một trong những phƣơng pháp biến đổi số học ảnh đƣợc sử dụng nhiều nhất. Phƣơng pháp tỉ số ảnh cho phép thể hiện những biến đổi nhỏ nhất trong đặc tính phổ của các vật thể, từ đó có thể giải đoán một cách chính xác các đối tƣợng trên bề mặt Trái đất. Một số nghiên cứu đã phát triển các phƣơng pháp chiết tách thông tin đƣờng bờ trên cơ sở các ảnh tỉ số giữa các kênh 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com xanh lục (green), cận hồng ngoại (near infrared) và hồng ngoại giữa (middle infrared) ảnh Landsat TM, ETM+ [30,59]. Ảnh tỉ số kênh4/kênh2 đƣợc sử dụng để tách vùng bờ có thực vật, trong khi ảnh tỉ số kênh5/kênh2 đƣợc sử dụng để tách vùng bờ không có thực vật.
Kết quả hai ảnh tỉ số trên sẽ bổ sung cho nhau để tạo ranh giới hoàn chỉnh giữa đất và nƣớc với giá trị ngƣỡng là 1, giá trị nhỏ hơn 1 là nƣớc và lớn hơn 1 là đất. Phương pháp tính chỉ số nước: Để chiết tách thông tin nƣớc mặt, ngoài các phƣơng pháp trên, một số nhà khoa học còn đề xuất các chỉ số ranh giới mặt nƣớc khác nhau nhằm tăng cƣờng trong việc phân tích sự khác biệt của nƣớc và các loại lớp phủ mặt đất khác [36,42,47,55]. Chỉ số NDWI (Normalized Difference Water Index) đƣợc đề xuất bởi Mcfeeters, S. Một nghiên cứu khác của Rogers and Kearney, 2004 [47] cũng đã đề xuất chỉ số NDWI khác bằng việc sử dụng tƣơng ứng các kênh đỏ (Red) và hồng ngoại sóng ngắn (kênh 3 và kênh 5 của ảnh Lansat TM) trong công thức của Mcfeeters.
Nhìn chung, chỉ số NDWI của Mcfeeter đã đƣợc sử dụng trong nhiều nghiên cứu và cho thấy khả năng phân biệt ranh giới đất - nƣớc tƣơng đối tốt. Năm 2006, chỉ số khác biệt nƣớc điều chỉnh MNDWI (Modified Normalized Difference Water Index) đƣợc đề xuất bởi Xu, H (2006) [55] trên cơ sở sử dụng phản xạ phổ tại kênh xanh lục (Green) và kênh hồng ngoại sóng ngắn (Swir), công thức điều chỉnh thay thế kênh cận hồng ngoại trong công thức của Mcfeeters bằng kênh hồng ngoại sóng ngắn. Nghiên cứu của Xu, 2006 đã phát hiện ra rằng, chỉ số NDWI của Mcfeeters không thế tách biệt đƣợc hoàn toàn ranh giới giữa các khu vực có các công trình xây dựng và nƣớc. Tại các khu vực xây dựng nhà cửa và các công trình, thƣờng ở các vùng đô thị, giá trị NDVI mang giá trị dƣơng (+) giống nhƣ chỉ số NDWI của nƣớc, lý do là tại các khu vực này giá trị phản xạ của kênh cận hồng ngoại (NIR) thấp hơn so với giá trị phản xạ tại kênh xanh lục (Green).
Mặc dù các chỉ số nƣớc đã nêu trên đƣợc áp dụng rất thành công trong việc phân tích ranh giới nƣớc.