- Trang Chủ
- Môi trường
- Giải đoán bãi ngập triều bằng ảnh Sentinel-2, áp dụng cho khu vực cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
GIẢI ĐOÁN BÃI NGẬP TRIỀU BẰNG ẢNH SENTINEL-2,
ÁP DỤNG CHO KHU VỰC CỬA TIÊN CHÂU, TỈNH PHÚ YÊN
Trần Thanh Tùng1, Dường Công Điển2
1
Khoa Công trình - Trường Đại học Thủy lợi, email: t.t.tung@tlu.edu.vn
2
Viện Cơ học - Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam
MỞ ĐẦU Đối tượng nghiên cứu trong bài báo là các
bãi ngập triều ở khu vực cửa Tiên Châu,
Dữ liệu địa hình đáy biển vùng ven bờ nói
chung, và khu vực cửa sông nói riêng có vai thuộc xã An Ninh Đông, huyện Tuy An, tỉnh
trò hết sức quan trọng trong quản lý và khai Phú Yên bao gồm doi cát bồi ở phía bắc cửa
thác vùng cửa sông phục vụ các ngành kinh Tiên Châu và các bãi ngập triều ở khu vực
tế như vận tải thủy, nuôi trồng thủy sản, thoát ngoài cửa trong giai đoạn từ tháng 5 năm
lũ và môi trường. Các biến động địa hình đáy 2019 đến tháng 7 năm 2020.
biển ven bờ khu vực cửa sông còn là các dữ Kết quả giải đoán địa hình đáy biển ven bờ
liệu quan trọng để nghiên cứu quy luật biến sẽ cung cấp tư liệu quan trọng để phân tích
động của cửa sông và đề xuất giải pháp chỉnh biến động theo mùa của doi cát phía bắc cửa
trị, ổn định cửa sông. Tiên Châu và các bãi ngập triều phía ngoài
Bài báo này sẽ trình bày phương pháp giải cửa phục vụ đánh giá quy luật diễn biến và đề
đoán địa hình đáy biển ven bờ, đặc biệt là các xuất giải pháp chỉnh trị cửa Tiên Châu.
bãi ngập triều tại khu vực cửa Tiên Châu, tỉnh
Phú Yên sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ Sentinel-2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
có độ phân giải 10 m. Các kết quả giải đoán bãi Địa hình các bãi bồi vùng cửa sông thường
ngập triều khu vực cửa Tiên Châu được kiểm được đo đạc bằng phương pháp khảo sát
tra bằng các số liệu khảo sát địa hình được thực truyền thống, đo sâu bằng các máy hồi âm
hiện cùng thời kỳ, được tiến thành trong khuôn
đơn tia hoặc đa tia kết hợp với hệ thống định
khổ đề tài [1]. So sánh kết quả giải đoán với số
vị DGPS hoặc bằng công nghệ bay quét chụp
liệu khảo sát địa hình đáy biển cho thấy
phương pháp này cho kết quả giải đoán rất tốt ảnh số Lidar (Airborne Lidar Bathymetry)
và có khả năng ứng dụng để giải đoán các bãi vào thời điểm triều kiệt, quang mây nhằm
ngập triều ở các cửa sông nước ta. tăng cường tối đa khả năng thu nhận tín hiệu
Cửa Tiên Châu nằm ở cửa sông Cái (đoạn đo độ cao địa hình. Khảo sát địa hình bằng
hạ lưu sông Kỳ Lộ), phía nam vịnh Xuân Đài phương pháp truyền thống có ưu điểm là độ
thuộc, xã An Ninh Đông, huyện Tuy An, tỉnh chính xác cao nhưng hạn chế bởi tốc độ khảo
Phú Yên. Bên trong cửa Tiên Châu là cảng cá sát, chi phí đắt và rất khó đo đạc tại những
và khu neo đậu tránh trú bão cho hơn 400 tàu vùng nước nông có địa hình phức tạp, nhiều
thuyền của các xã An Ninh Tây, xã An Ninh vật cản, thuyền đo khó tiếp cận.
Đông, huyện Tuy An và các địa phương khác Phương pháp khảo sát bằng công nghệ bay
thuộc tỉnh Phú Yên. Cửa Tiên Châu và và quét chụp ảnh số Lidar phụ hợp với vùng
khu vực cảng cá thường xuyên bị bồi lấp, gây khảo sát rộng, độ chính xác vừa phải và
nhiều khó khăn cho tàu thuyền ra vào cảng, quang mây. Đặc biệt là phù hợp những khu
ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của đội vực ven bờ hoặc khu vực cửa sông có độ đục
tàu đánh bắt thủy sản của huyện Tuy An và nhỏ, nước trong nhưng khó tiếp cận, đo đạc
vùng lân cận. được bằng thiết bị đo sâu hồi âm. Tuy nhiên
540
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
phương pháp này khá đắt và chỉ phù hợp khi dương và xanh lá cây; m1 và m0 là các hệ số
cần đo đạc cho một vùng rộng và thường do được xác định thông qua các số liệu quan trắc
các cơ quan khảo sát địa hình của nhà nước với m0 hệ số ứng tại độ sâu nước bằng 0.
thực hiện vì liên quan tới an ninh, quốc
phòng khi tiến hành bay quét chụp ảnh số. Tài liệu sử dụng trong nghiên cứu
Giải đoán địa hình đáy biển cho vùng nước Nghiên cứu đã tiến hành thu thập các tài
nông ven bờ từ ảnh vệ tinh đa phổ có độ phân liệu có liên quan tới khu vực nghiên cứu, bao
giải cao đang được phát triển mạnh trong thời gồm: ảnh vệ tinh Sentinel-2, mực nước triều
gian gần đây, khi nguồn ảnh vệ tinh đa phổ có và độ sâu đáy biển khu vực cần giải đoán.
độ phân giải cao miễn phí như LANDSAT, Các dữ liệu ảnh vệ tinh sử dụng trong
IKONOS, SENTINEL ngày càng nhiều. Mặc nghiên cứu là ảnh Sentinel-2 có độ phân giải
dù địa hình đáy biển giải đoán từ công nghệ 10 m được thu thập từ trang web Copernicus
này chưa đạt tới độ chính xác cao như phương Open Access Hub [3]. Chu kỳ quay của cặp 2
pháp đo đạc truyền thống bằng thiết bị đo sâu vệ tinh này là 10 ngày, hai vệ tinh xuất phát
hồi âm nhưng nó có ưu điểm là chi phí rẻ, độ cách nhau 5 ngày, do đó trên một vị trí sau
chính xác vừa phải, có thể tiến hành cho phạm chu kỳ 5 ngày có một ảnh quét. Dữ liệu ảnh
vi rộng và phù hợp cho vùng nước nông, có quét trên 12 dải tần số, đối với các dải tần,
địa hình phức tạp, mà thuyền đo khó tiếp cận. đỏ, xanh lá, xanh dương và cận hồng ngoại
có độ phân giải là 10 m. Hệ tọa độ sử dụng
Phương pháp giải đoán trong ảnh là UTM hệ chiếu WGS1984.
Cơ sở khoa học của phương pháp giải đoán Dữ liệu mực nước triều là các số liệu quan
địa hình đáy biển từ ảnh vệ tinh đa thời gian có trắc mực nước giờ tại cảng Tiên Châu giai
độ phân giải cao đã được nghiên cứu bởi nhiều đoạn từ tháng 5/2019 đến tháng 7/2020 được
tác giả trên thế giới. Stumpf và các cộng sự [2] sử dụng để phân tích và hiệu chỉnh đường bờ
đã phát triển phương pháp giải đoán độ sâu và bãi bồi [1].
đáy biển dựa trên tỉ lệ biến đổi tín hiệu theo Dữ liệu độ sâu đáy biển được trích xuất từ
hàm logarit của các dải tần ánh sáng. Nghiên bình đồ khảo sát địa hình khu vực cửa Tiên
cứu của Stumpf chỉ ra rằng các bước sóng ánh Châu, tỷ lệ 1/5000, đồng mức 1 m được đo
đạc vào tháng 10 năm 2019 trong khuôn khổ
sáng của mặt trời khi đi vào nước sẽ bị hấp thụ
đề tài [4].
bởi cột nước và sự hấp thụ này tuân theo hàm
logarit. Thuật toán giải đoán độ sâu đáy biển KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
sử dụng sự suy giảm tín hiệu phản xạ của hai
dải tần số ánh sáng nhìn thấy là màu xanh Các bước giải đoán độ sâu đáy biển từ
dương (blue) và màu xanh lá (green) để xác ảnh vệ tinh
định độ sâu đáy biển cho khu vực ven bờ theo Trình tự giải đoán độ sâu địa hình đáy biển
quan hệ tuyến tính như ở công thức (1). Đối từ ảnh vệ tinh được tóm tắt như sau:
với môi trường nước hoàn toàn trong suốt, độ - Thu thập các ảnh vệ tinh Sentinel-2
sâu giải đoán lên đến 25 m. Trong điều kiện - Hiệu chỉnh giá trị ảnh và tăng cường chất
nước trong, độ sâu giải đoán lên tới 15-20 m, lượng ảnh (tiền xử lý ảnh)
rất phù hợp với đặc điểm của vùng nước biển - Xác định ranh giới đất và nước theo các
ven bờ ở khu vực miền Trung nước ta. Công chỉ số NDWI và mNDWI
thức giải đoán độ sâu đáy biển như sau - Hiệu chỉnh đường bờ theo mực nước triều
ln nRi - Đọc và xử lý tín hiệu phản xạ Blue và
z m1 m0 (1)
ln nR j
Green, xác định hệ số m1 và m0 từ bộ số liệu
khảo sát địa hình đo đạc cùng thời điểm
Trong đó z là độ sâu đáy biển (m); Ri và Rj - Kiểm tra độ sâu đo đạc và độ sâu giải
tương ứng là tín hiệu phản xạ của màu xanh đoán từ ảnh vệ tinh
541
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Kết quả giải đoán
Hình 3. So sánh độ sâu đo đạc và độ sâu
giải đoán, tháng 10/2019
KẾT LUẬN
Hình 1. Tương quan độ sâu và tỉ lệ suy giảm
Dữ liệu địa hình đáy biển vùng cửa sông
tính hiệu, tháng 10/2019
có vai trò hết sức quan trọng trong quản lý và
Kết quả giải đoán địa hình đáy biển ven bờ khai thác vùng cửa sông, ven biển cũng như
từ ảnh vệ tinh Sentinel 2 cho khu vực cửa Tiên nghiên cứu quy luật biến động vùng cửa
Châu được trình bày tại hình 1 và hình 2. sông. Nghiên cứu trình bày phương pháp giải
Tương quan giữa độ sâu và tỷ lệ suy giảm tín đoán địa hình đáy biển ven bờ, áp dụng cho
cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên sử dụng ảnh vệ
hiệu của ảnh vệ tinh chụp tháng 10/2019 trình tinh đa phổ Sentinel 2, độ phân giải 10 m.
bày tại hình 1 cho thấy hệ số tương quan giữa Kết quả giải đoán địa hình đáy biển ven bờ
độ sâu và tỷ lệ suy giảm tín hiệu khá tốt. Từ khu vực cửa Tiên Châu, huyện Tuy An tỉnh
tương quan này, xác định được hệ số m0 và m1. Phú Yên khá phù hợp với số liệu đo đạc địa
Sau đi xác định được các tham số trên, chúng hình đáy biển tháng 10 năm 2019 cho thấy đây
tôi đã giải đoán ra địa hình đáy biển ven bờ, là phương pháp có khả năng ứng dụng để giải
trình bày tại hình 2. Kết quả giải đoán thể hiện đoán địa hình đáy biển ven bờ nói chung và các
khá rõ bãi ngập triều ở khu vực phía ngoài cửa bãi ngập triều nói riêng ở các cửa sông nước ta.
Tiên Châu. Sau đó các tác giả đã tiến hành so
LỜI CÁM ƠN
sánh giữa độ sâu đáy biển dọc theo các track
đo sâu (hình 2), đo đạc tháng 10/2019 trong đề Nghiên cứu này được thực hiện trong
tài [4] với độ sâu giải đoán từ ảnh vệ tinh. Kết khuôn khổ Đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp
quả so sánh cho thấy độ sâu giải đoán khá phù chỉnh trị chống sa bồi luồng tàu cho các cảng
hợp với độ sâu đo đạc (hình 3). cá và khu neo đậu tàu thuyền tỉnh Phú Yên và
vùng lân cận, áp dụng cho cửa Tiên Châu”,
mã số ĐTĐLCN.33/18.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] T. T. Tung and nnk. 2020. "Báo cáo chuyên
đề phân tích quy luật diễn biến cửa Tiên
Châu”. Đề tài KHCN cấp Nhà nước mã số
ĐTĐLCN.33/18," Đại học Thủy lợi, Hà Nội.
[2] R. P. Stumpf, K. Holderied and M. Sinclair.
2003."Determination of water depth with
high-resolution satellite imagery over
variable bottom types," Limnology and
Oceanography Vol. 48, pp. 547-556.
[3] "Copernicus Masters Website," 1 May
2019. [Online]. Available:
https://copernicus-masters.com/data-access/.
[4] T. T. Tùng and nnk. 2019. "Báo cáo khảo sát
Hình 2. Kết quả giải đoán địa hình đáy biển địa hình khu vực cửa Tiên Châu. Đề tài
KHCN cấp Nhà nước, mã số
ven bờ khu vực cửa Tiên Châu, T10/2019 ĐTĐLCN.33/18," Đại học Thủy lợi, Hà Nội.
542
nguon tai.lieu . vn
