Sử dụng ảnh viễn thám thành lập bản đồ ngập lụt cho lưu vực sông Hương

Vấn đề ngập lụt và hậu quả của nó ở các địa bàn vùng lưu vực sông trong điều kiện biến đổi khí hậu như hiện nay đã trở thành mối quan ngại, trăn trở của nhiều địa phương trong cả nước. Lấy ví dụ về tỉnh Thừa Thiên Huế, cuối năm 2020 đã hứng chịu trận bão lịch sử, gây thiệt hại lớn về cả người và của. Mưa lũ kéo dài khiến ít nhất 4 người thiệt mạng, 7 người bị thương, hơn 53385 ngôi nhà bị ngập với độ cao từ 0,2 – 1,2m, một số nơi cao hơn.

Trước thực trạng trên cho thấy cần thiết phải có giải pháp hữu hiệu để hạn chế mức độ rủi ro, thiệt hại một cách hiệu quả và nghiên cứu khoa học “Sử dụng ảnh Sentinel 1 và Google Earth Engine thành lập bản đồ ngập lụt, đánh giá thiệt hại cho lưu vực sông Hương” nhằm tạo ra một quy trình công nghệ dựa trên ảnh viễn thám Sentinel 1 với độ phân giải 5m (ảnh RADAR khẩu độ rộng hay còn gọi là SAR) và Google Earth Engine để thành lập bản đồ ngập lụt cho toàn lưu vực sông, đồng thời đánh giá sơ bộ thiệt hại do lũ lụt gây ra.

Lập bản đồ lũ lụt dựa trên SAR là một phương pháp tiêu chuẩn và đáng tin cậy để xác định phạm vi của các trận lũ lớn. SAR có thể xuyên qua lớp mây che phủ, hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết (nhất là thời điểm xảy ra lũ lụt thường nhiều mây nên các ảnh quang học thường không cung cấp đầy đủ và chính xác các thông tin bề mặt). Công nghệ SAR sẽ ra đưa những thông tin kịp thời và quan trọng về một trong những thảm họa thiên nhiên thường xuyên và tàn khốc nhất: lũ lụt.

Toàn cảnh ngập lụt thành phố Huế tháng 10/2020

Những kỹ thuật Viễn thám được kết hợp với Google Earth Engine (GEE) – Là một nền tảng miễn phí cho phép phân tích không gian địa lý dựa trên điện toán đám mây) sẽ làm cho công việc thành lập bản đồ mức độ ngập lụt để phòng chống, giảm thiểu những hậu quả do lũ lụt gây ra. Đặc điểm nổi bật của GEE là tính đa thời gian, đa dạng dữ liệu, đa dạng thuật toán để phân tích và xử lý dữ liệu nhanh chóng.

Mục đích của nghiên cứu này làm tạo ra quy trình công nghệ để thành lập bản đồ ngập lụt và đánh giá các khu vực bị ảnh hưởng. Phạm vi lũ lụt được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp phát hiện thay đổi trước và sau lũ trên dữ liệu Sentinel – 1 (SAR). Để đánh giá số lượng người, đất trồng trọt và khu vực đô thị bị ảnh hưởng, các lớp dữ liệu bổ sung (dân cư từ nguồn GHSL – Global Human Settlement Layers; đất trồng trọt và khu đô thị từ nguồn từ MODIS Land Cover) sẽ được giao thoa với lớp ngập lụt và được hiển thị trực quan để đánh giá thiệt hại do lũ lụt gây ra.

Kết quả của nghiên cứu này là một công cụ được xây dựng để cung cấp thông tin tức thời và gần thời gian thực về mức độ lũ lụt, cũng như đất trồng trọt và các khu vực đô thị bị ảnh hưởng. Công cụ này cũng có thể được sử dụng ở bất kỳ khu vực nào bị ảnh hưởng bởi lũ lụt trên toàn cầu. Nó hoạt động độc lập với thời tiết và có thể được sử dụng kết hợp với GIS và mô hình toán để nâng cao độ chính xác cũng như chất lượng của kết quả nghiên cứu.

CÔNG TY CP TƯ VẤN VÀ KỸ THUẬT HẠ TẦNG GIAO THÔNG CEOTIC JSC LÀ ĐƠN VỊ TIÊN PHONG THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU NÀY

Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện:

Cách tiếp cận và cách bước thực hiện được trình bày ở sơ đồ dưới đây:

Các bước thực hiện:

1) Xây dựng bản đồ ngập lụt

Tiền xử lý: Tức là các hiệu chỉnh hình học, đo bức xạ, nhiệt và nhiễu xạ. Bất kỳ dữ liệu vệ tinh nào cũng yêu cầu xử lý trước nghiêm ngặt trước khi có thể được sử dụng cho bất kỳ ứng dụng nào.
Chọn thời điểm ngập: Chọn 2 thời điểm trước khi ngập và sau khi ngập để so sánh đối chiếu. Ở trong nghiên cứu này chúng tôi chọn thời điểm ngập ở lưu vực sông Hương tháng 10/2020
Phát hiện sự thật đổi bề mặt nước qua 2 thời điểm: Trước và sau khi ngập
Chồng ghép 2 lớp thông tin này sẽ cho ra phạm vị lũ lụt
Kết hợp giữa Dem và mạng lưới sông suối đã có để loại bỏ những khu vực không xảy ra ngập lụt (những khu vực có độ dốc lớn hay bề mặt nước đã có sẵn như sông, suối, ao hồ,…)
Lọc nhiễu: Loại bỏ những đối tượng do sai số về nhiễu, ở nghiên cứu này dựa trên các pixel xung quanh (4 pixel liền kề) để lọc nhiễu đối tượng ngập.

2) Đánh giá thiệt hại:

Dựa trên lớp thông tin về dân cư được trình bày trên trang: https://developers.google.com/earthengine/datasets/catalog/JRC_GHSL_P2016_POP_GPW_GLOBE_V1 để đánh giá mật độ dân số; Đất trồng trọt và khu đô thị thể hiện ở trang: https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/MODIS_006_MCD12Q1.
Chồng ghép các lớp trên với lớp bản đồ ngập lụt sẽ đánh giá được diện tích ngập, dân số bị ảnh hưởng, diện tích đất trồng trọt, khu đô thị bị ảnh hưởng.
Do độ phân giải của các lớp thông tin về dân cu, đất trồng trọt, khu đô thị còn rất thấp nên sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nghiên cứu. Do đó, nghiên cứu này sẽ được hoàn thiện trong thời gian tới.

Nhằm thực hiện các nội dung trên trong nghiên cứu này sử dụng các phương pháp, chỉ số trên ảnh Viễn thám như chỉ số về nước: NDWI, MNDWI; chỉ số thực vật: NDVI; phân loại không kiểm định, có kiểm định trên ảnh. Ngoài ra, nghiên cứu này sử dụng Google Earth Engine (GEE) làm giảm thời gian xử lý dữ liệu và đưa ra kết quả một cách nhanh chóng.

Dịch vụ

Ceotic cung cấp dịch vụ khảo sát và nghiên cứu ngập lụt trên ảnh Viễn thám và mô hình, bao gồm:\

Khảo sát địa hình lòng dẫn;
Khảo sát khí tượng – Thủy hải văn phạm vi lưu vực nghiên cứu ngập lụt;
Nghiên cứu khí tượng: Phân tích dữ liệu gió, sóng ngoài khơi, dòng chảy và nhiệt độ nước biển, độ mặn từ các nguồn NOAA, ECMWF, HYCOM…
Nghiên cứu thủy lực: Phân tích mực nước, dòng chảy 3 chiều (có xét tới nhiệt độ, độ mặn)

+ Phân tích các thời điểm có lưu lượng và vận tốc dòng chảy lớn nhất gây ra lũ lụt tại lưu vực
+ Phân tích, mô phỏng dòng chảy lũ và diện, mức độ ngập lụt

Nghiên cứu Viễn thám và GIS:

+ Đánh giá hiện trạng ngập lụt trên các ảnh có thời điểm ngập và cơ sở kiểm định mô hình mô phỏng ngập lụt
+ Xây dựng bản đồ ngập lụt và cảnh báo ngập lụt

Bên cạnh đó, cùng với các đối tác, chúng tôi cũng cung cấp các dịch gồm:

Đánh giá rủi ro thiên tai, chất lượng môi trường nước,
Phân tích các yếu tố ảnh hưởng khác đến môi trường,
Thực hiện điều tra và tham vấn cộng đồng,
Lập báo cáo đánh giá tác động môi trường.

Công nghệ Viễn thám trên nền tảng GEE xây dựng bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại

Kiến nghị

Nghiên cứu này được tham khảo từ nhiều nguồn trên trang chủ của Google Earth Engine. Kết quả tính toán là quá trình xử lý tự động từ các nguồn tài liệu ảnh Sentinel 1, MODIS,… và chưa được kiểm chứng với thực tế. Kết quả tính toán có sự hạn chế nhất định do quy mô khu vực nghiên cứu, độ phân giải của ảnh, giờ, ngày, tháng thu nhận ảnh. Cần nên có sự liên kết chặt chẽ với kết quả điều tra thực tế và mô hình mô phỏng quá trình ngập lụt để nâng cao chất lượng nghiên cứu.

Mọi thông tin chi tiết xin vui lòng liên hệ:

Công ty Cổ phần Tư vấn và Kỹ thuật hạ tầng giao thông – Ceotic., JSC

Tel: 0916 669 258

Tầng 33, Tòa nhà Osaka Complex, Hoàng Liệt, Hoàng Mai, Hà Nội