Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Nghiên cứu và đánh giá độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ tinh dựa trên các trạm quan trắc

1<br /> ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> BÙI THỊ MAI<br /> <br /> NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ DÀY QUANG HỌC<br /> SOL KHÍ TỪ ẢNH VỆ TINH DỰA TRÊN CÁC TRẠM<br /> QUAN TRẮC<br /> Ngành<br /> <br /> : Công nghệ thông tin<br /> <br /> Chuyên ngành<br /> <br /> : Kỹ thuật phần mềm<br /> <br /> Mã số<br /> <br /> : 60480103<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN<br /> <br /> Hà Nội, 2017<br /> <br /> 2<br /> 1. Đặt vấn đề, định hướng nghiên cứu<br /> Trong những năm qua, với xu thế đổi mới và hội nhập,<br /> các nước trong khu vực Đông Nam Á và khu vực lân cận đã<br /> và đang từng bước đổi mới hướng đến công nghiệp hóa. Tuy<br /> nhiên, cùng với sự phát triển mạnh mẽ đó, các quốc gia vẫn<br /> đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức, trong đó có vấn đề<br /> ô nhiễm môi trường không khí. Khói bụi, chất thải từ các nhà<br /> máy, tình trạng đốt rừng và phá huỷ hàng ngàn hecta rừng<br /> nguyên sinh phục vụ cho công nghiệp và nông nghiệp, núi lửa<br /> phun trào…dẫn đến ô nhiễm không khí nghiêm trọng đặc biệt<br /> là các thành phố lớn. Ô nhiễm không khí cùng với việc khai<br /> thác tài nguyên không hợp lý, chặt phá rừng bừa bãi…, làm<br /> cho tầng Ozon bị thủng, gây nên hiệu ứng nhà kính và đặc biệt<br /> là thay đổi khí hậu toàn cầu gây nên hiện tượng El nino kèm<br /> theo những trận mưa lụt, bão khủng khiếp và hạn hán kéo dài.<br /> Ô nhiễm không khí không chỉ là vấn đề nóng tập trung ở các<br /> đô thị phát triển, các khu, cụm công nghiệp… mà đã trở thành<br /> mối quan tâm của toàn xã hội.<br /> Sol khí là một trong số các thành phần gây ô nhiễm<br /> không khí. Theo [1] sol khí có thể ảnh hưởng trực tiếp tới khí<br /> hậu do tính tán xạ và hấp thụ bức xạ mặt trời của chúng làm<br /> thay đổi cân bằng năng lượng của hệ thống Trái đất - Khí<br /> quyển. Sol khí ảnh hưởng gián tiếp tới khí hậu bởi chúng là<br /> hạt nhân ngưng kết mây và hạt nhân của băng, có khả năng<br /> làm thay đổi tính chất quang học, vi vật lý và thời gian tồn tại<br /> của mây. Chính vì vậy, hiểu biết về phân bố và xu hướng biến<br /> đổi theo không gian và thời gian của sol khí là rất quan trọng<br /> <br /> 3<br /> để hiểu về đặc điểm của sol khí và ảnh hưởng của chúng đến<br /> khí hậu Trái đất.<br /> Nhằm giám sát sol khí và khí hậu, NASA và<br /> PHOTONS cùng với hàng trăm các cộng tác viên đến từ các<br /> trường đại học, các cơ quan… đã thiết lập lên một mạng lưới<br /> quan trắc tại nhiều khu vực trên thế giới. Mặc dù vậy việc<br /> giám sát sol khí còn nhiều hạn chế trong việc duy trì hoạt động<br /> và cung cấp số liệu nghiên cứu. Mặt khác các thông số này chỉ<br /> đại diện cho một khu vực nhỏ đặt trạm quan trắc mà không thể<br /> giám sát liên tục cũng như bao quát toàn bộ Trái đất. Vì vậy,<br /> các nhà khoa học đã nghiên cứu và thực hiện gắn các thiết bị<br /> lên vệ tinh để giám sát sol khí, khí hậu, đất, nước... với phạm<br /> vi rộng lớn hơn. Sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh trong giám sát ô<br /> nhiễm không khí trong đó có sol khí là một hướng tiếp cận đầy<br /> hứa hẹn. Các nghiên cứu gần đây chỉ ra tiềm năng trong việc<br /> sử dụng công nghệ ảnh vệ tinh viễn thám như MODIS,<br /> VIIRS… giám sát ô nhiễm kết hợp với các nguồn quan trắc<br /> mặt đất AERONET. Nhằm đảm bảo chất lượng của nguồn dữ<br /> liệu đầu vào khi sử dụng sản phẩm ảnh vệ tinh cho các ứng<br /> dụng, cần thực hiện đánh giá chất lượng các sản phẩm. Theo<br /> hướng nghiên cứu này, tôi thực hiện Nghiên cứu và đánh giá<br /> độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ tinh dựa trên các trạm<br /> quan trắc cho khu vực Đông Nam Á cùng với Đài Loan và<br /> Hồng Kông.<br /> 2. Mục tiêu của luận văn<br /> Ảnh viễn thám được ứng dụng trong quản lý khí hậu<br /> và biến đổi môi trường, giám sát ô nhiễm không khí, nguồn<br /> <br /> 4<br /> nước, đất đai…cập nhật khí hậu theo từng vùng, địa phương,<br /> hỗ trợ dự báo thời tiết, phân loại các địa hình, thành lập bản<br /> đồ… Để ứng dụng các sản phẩm ảnh sol khí từ vệ tinh vào<br /> trong các nghiên cứu và hệ thống giám sát, cần thực hiện đánh<br /> giá các sản phẩm sol khí này. Vì vậy, tôi đã lựa chọn đề tài<br /> “Nghiên cứu và đánh giá độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ<br /> tinh dựa trên các trạm quan trắc”. Với mục đích nghiên cứu và<br /> đánh giá độ dày quang học sol khí (AOD) từ ảnh vệ tinh, tôi<br /> đã bước đầu làm chủ được kiến thức và công nghệ trong lĩnh<br /> vực này.<br /> Để đạt được mục tiêu trên, tôi đã nghiên cứu và học<br /> tập lý thuyết về ảnh vệ tinh, từ đó đi vào nghiên cứu các sản<br /> phẩm về sol khí. Đồng thời, nhằm đối chiếu với dữ liệu từ các<br /> trạm quan trắc tôi đã bước đầu nắm được các tri thức, công cụ<br /> và kĩ thuật xử lý và trích xuất dữ liệu sol khí từ ảnh vệ tinh. Từ<br /> đó, tích hợp dữ liệu từ ảnh vệ tinh và dữ liệu từ trạm quan trắc<br /> trên mặt đất để tiến hành đánh giá.<br /> Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu, đánh giá và xác<br /> định được xu hướng biến đổi của độ dày quang học sol khí<br /> theo biến trình năm, theo tháng trên phạm vi toàn khu vực và<br /> theo từng quốc gia dựa trên số liệu từ các trạm quan trắc.<br /> Đồng thời, đưa ra các nhận định về mối quan hệ giữa nồng độ<br /> sol khí trên các quốc gia và các điểm cháy trong khu vực.<br /> 3. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu<br /> Luận văn giới hạn nghiên cứu trong khu vực Đông<br /> Nam Á, Đài Loan và Hồng Kông. Trên cơ sở đó, tôi đã thực<br /> hiện nghiên cứu về ảnh viễn thám, tiền xử lý và giải đoán ảnh.<br /> <br /> 5<br /> Trong đó tập trung tìm hiểu về ảnh vệ tinh MODIS AOD có<br /> độ phân giải 3 km và ảnh vệ tinh VIIRS AOD có độ phân giải<br /> 6 km. Đồng thời thực hiện tìm hiểu về các công cụ mã nguồn<br /> mở để xử lý và trích xuất dữ liệu ảnh viễn thám. Trong đó có<br /> bộ thư viện GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) giúp<br /> đọc các thông tin siêu dữ liệu (metadata), trích xuất các band<br /> chứa dữ liệu sol khí, chuyển đổi các định dạng và tạo các<br /> ảnh... Ngôn ngữ kịch bản Python và ngôn ngữ lập trình PHP<br /> được sử dụng để viết các mã lệnh xử lý ảnh vệ tinh. Cơ sở dữ<br /> liệu không gian PostgreSQL – PostGIS lưu trữ thông tin ảnh<br /> vệ tinh và dữ liệu ảnh dưới dạng raster.<br /> Bước tiếp theo sẽ thực hiện trích xuất dữ liệu sol khí<br /> từ ảnh vệ tinh MODIS và VIIRS, lấy dữ liệu từ các trạm quan<br /> trắc, lấy dữ liệu cháy rừng…Sau khi có đầy đủ dữ liệu, thực<br /> hiện tích hợp dữ liệu ảnh vệ tinh và dữ liệu từ các tram quan<br /> trắc dựa trên khoảng thời gian và không gian xác định.<br /> Cuối cùng, đưa ra các đánh giá và phân tích độ dày<br /> quang học sol khí dựa trên các tham số thống kê như trung<br /> bình số học, độ lệch chuẩn, sai số,… Từ các thông số phân<br /> tích trên, thực hiện đánh giá AOD theo toàn khu vực, theo<br /> quốc gia, đánh giá mối tương quan giữa AOD từ ảnh vệ tinh<br /> và AOD từ trạm quan trắc, đánh giá mối quan hệ giữa AOD và<br /> tình hình cháy trong khu vực nghiên cứu.<br /> 4. Kết cấu của luận văn<br /> Bên cạnh phần mở đầu, kết luận, phụ lục, hình vẽ và<br /> bảng biểu minh hoạ, nội dung luận văn bao gồm 3 chương như<br /> sau:<br /> <br />