Ứng dụng công nghệ điện toán đám mây Google Earth Engine trong nghiên cứu biến động đường bờ sông tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 2013-2023

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với mục tiêu ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá biến động diện tích dòng sông tại tỉnh Đồng Tháp dựa trên cơ sở dữ liệu từ vệ tinh Landsat 7 và Landsat 9 để xây dựng bản đồ biến động dòng chảy, từ đó thu được kết quả phục vụ trong việc đánh giá thực trạng dòng sông và hiệu quả công tác quản lý rừng của mỗi địa phương trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 2013-2023.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng công nghệ điện toán đám mây Google Earth Engine trong nghiên cứu biến động đường bờ sông tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 2013-2023

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY GOOGLE EARTH ENGINE TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ SÔNG TỈNH ĐỒNG THÁP GIAI ĐOẠN 2013 – 2023 Văn Ngọc Ái Thy1, Nguyễn Lê Tấn Đạt1* 1. Khoa Khoa học Quản lý, Trường Đại học Thủ Dầu Một * Liên hệ email: datnlt@tdmu.edu.vn TÓM TẮT Với mục tiêu ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá biến động diện tích dòng sông tại tỉnh Đồng Tháp dựa trên cơ sở dữ liệu từ vệ tinh Landsat 7 và Landsat 9 để xây dựng bản đồ biến động dòng chảy, từ đó thu được kết quả phục vụ trong việc đánh giá thực trạng dòng sông và hiệu quả công tác quản lý rừng của mỗi địa phương trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 2013 – 2023. Thông qua quá trình xử lý dữ liệu thu thập từ vệ tinh landsat7 và Landsat 9 thông qua nền tảng GEE và tiến hành biên tập bản đồ bằng Qgis đã thống kê diện tích dòng chảy trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp giai đoạn từ năm 2013 đến năm 2023và diện tích dòng chảy biến động sau 10 năm, cụ thể kết quả thu được như sau: (i) Diện tích nước năm 2023 là 11.609,385ha bị suy giảm nghiêm trọng 223,124 ha so với năm 2013, (ii) Diện tích đất dọc bờ sông là 15.537,227ha, tăng 223,124 ha, Kết quả nghiên cứu là tài liệu giúp uỷ ban nhân dân tỉnh Đồng Tháp có những chính sách và hành động thiết thực hơn trong quản lý sạt lở dòng chảy sông. Từ khoá: Biến động dòng chảy, GEE, NDWI, tỉnh Đồng Tháp, viễn thám. 1.GIỚI THIỆU Sự biến động bờ sông do sạt lở, bồi tụ là kết quả của tương tác vật lý giữa dòng nước và đất liền, quá trình sạt lở, bồi tụ bờ sông hình thành bởi tác động tổng hợp của các yếu tố tự nhiên và xã hội. Hiện tượng sạt lở, bồi tụ tự nhiên có tốc độ tương đối ổn định và thường xảy ra do tác động của các nhân tố có tính chu kỳ như thủy triều, sóng, dòng chảy, sông vận chuyển và bồi lắng trong khu vực nước ven bờ. Sự biến động bờ sông do xói lở, bồi tụ đã được quan trắc sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như đo đạc trực tiếp thực địa, công nghệ quét Lidar, ảnh hàng không, và ảnh vệ tinh. Trong đó, sử dụng công nghệ vệ tinh là phương pháp phổ biến nhất do khả năng thu nhận dữ liệu tức thời trên một diện tích rộng, với sự đa dạng về độ phân giải không gian, thời gian, độ phân giải phổ được thiết lập trên các hệ thống cảm biến khác nhau. Dữ liệu vệ tinh đã được sử dụng nhiều cho quan trắc sự biến đổi bãi biển ở các phạm vi hẹp, trong sự hạn chế về mặt thời gian quan trắc. Hơn nữa, công nghệ tách chiết thông tin về bờ biển trên ảnh vệ tinh thường thủ công hoặc bán thủ công dựa trên các phương pháp như sử dụng các ngưỡng xác định trên ảnh chỉ số, hoặc phân loại ảnh trên các cảnh ảnh đơn lẻ. Cách tiếp cận này thường tốn nhiều nhân lực, thời gian, kinh phí, do đó việc quan trắc biến động bờ biển trên ảnh vệ tinh thường được thực hiện cho một khu vực nhỏ, các bước thời gian quan trắc thưa thớt. Nền tảng GEE sử dụng công nghệ điện toán đám mây không những sử dụng cho quan trắc biến động nước mặt mà còn phục vụ nghiên cứu biến động bờ biển ở các tỉ lệ khác nhau trong ngắn hạn và trong dài kỳ. Sạt lở là hiện tượng tất yếu diễn ra trong quá trình phát triển địa hình, tác động trực tiếp đến cuộc sống của con người. Tại Đồng Tháp tình trạng sạt lở diễn ra ngày càng nghiêm trọng chủ yếu tập trung ở những con sông lớn như sông Tiền, sông Mê Kông vào những mùa mưa lũ dông lốc, sét, bão, áp thấp nhiệt đới. Theo kết quả một số cuộc khảo sát thực tế và dân cư sống dọc bờ sông, những năm gần đây tình hình xói lở dọc bờ sông Tiền, sông Hậu diễn ra với quy mô lớn và tần suất cao với cường độ trung bình. Mặc dù UBND có những công tác tăng cường xử lý và phòng ngừa tuy nhiên tình trạng sạt lở bờ sông vẫn còn nhiều. 310
Việc theo dõi bồi lắng, xói lở bờ sông tại Đồng Tháp theo thời gian là cần thiết để cung cấp thông tin kịp thời làm cơ sở cho các chính sách quản lý và định hướng phù hợp. Ngày nay, công nghệ viễn thám ngày càng phát triển và đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát các thảm họa thiên nhiên như lở đất, lũ lụt, xâm nhập mặn,... Viễn thám có thể đưa ra những đánh giá khách quan, kịp thời, theo dõi và phát hiện toàn diện những thay đổi không gian, thời gian của hệ thống sông ngòi. Để hiểu hơn về tình trạng trên và cũng để đánh giá biến động bờ sông tại Đồng Tháp em đã xây dựng đề tài “Ứng dụng công nghệ điện toán đám mây Google Earth Engine trong nghiên cứu biến động đường bờ sông tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 2013-2023”. 2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp thu thập số liệu Trong đề tài nghiên cứu sử dụng phương pháp thu thập số liệu, đây là phương pháp thu thập tất cả những số liệu, tài liệu, thông tin có liên quan đến đề tài nghiên cứu, sau đó sẽ tiến hành các thao tác xử lý dữ liệu và đánh giá các số liệu, thông tin thu thập được. Tất cả quy trình thu thập dữ liệu được thực hiện trực tiếp từ các tập tin ảnh Landsat 7 và Landsat 9 trên Google Earth Engine thông qua sử dụng các câu lệnh lọc dữ liệu. Bên cạnh đó các số liệu thứ cấp cùng nhiều thông tin liên quan đến đề tài nghiên cứu đều được thu thập từ các trang website chính thống của các tổ chức chính phủ, cơ quan ban ngành như Sở Tài nguyên môi trường, Uỷ ban nhân dân tỉnh Đồng Tháp, Trung tâm quan trắc Môi trường,… và nhiều bài báo khoa học, luận văn. 2.2. Phương pháp so sánh Đối với phương pháp này thực hiện so sánh kết quả dữ liệu biến động diện tích rừng khi sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 7 và Landsat 9 theo không gian và thời gian. Về không gian là từng huyện trong phạm vi dòng sông tỉnh Đồng Tháp và thời gian cố định giai đoạn năm 2013 – 2023. Kết quả dữ liệu diện tích biến động dòng sông được từ ảnh vệ tinh Landsat7 và Landsat9 theo không gian và thời gian sẽ so sánh sự tăng giảm của năm 2013 với năm 2023, từ đó đưa ra những phân tích, đánh giá và kết luận về sự tăng giảm diện tích dòng sông đồng thời đưa ra những giải pháp thiết thực nhằm giảm thiểu nếu tình trạng diễn ra xấu. 2.3. Phương pháp phân tích dữ liệu Trong đề tài sử dụng ảnh Landsat 7 và Landsat 9 để phân tích, đánh giá biến động diện tích dòng sông trong thời gian nghiên cứu từ năm 2013 đến năm 2023. Sau khi sử dụng các công thức và thao tác để có được dữ liệu cần thiết, các dữ liệu sẽ được xây dựng thành bản đồ biến động diện tích rừng tại tỉnh Đồng Tháp. Sau khi xử lý dữ liệu trên nền tảng Google Earth Engine sẽ thành lập bản đồ trên phần mềm QGIS và tạo biểu đồ trong qua phần mềm Excel. - Giải đoán ảnh bằng phân loại ảnh vệ tinh Giải đoán ảnh bằng mắt là sử dụng mắt người cùng với trí tuệ để tách chiết các thông tin từ tư liệu viễn thám dạng hình ảnh. Nó là quá trình thu nhận thông tin của các địa vật, các đối tượng, hiện tượng theo hình ảnh của chúng trên ảnh, dựa trên các quy luật tạo hình quang học, tạo hình hình học và các quy luật phân bố của chúng. Trong xử lý thông tin viễn thám thì giải đoán bằng mắt là công việc đầu tiên, phổ biến nhất và có thể áp dụng trong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp nhằm nâng cao khả năng phân tích của mắt người. Cơ sở đề giải đoán bằng mắt là dựa vào các dấu hiệu giải đoán trực tiếp hoặc gián tiếp. Phân tích ảnh bằng mắt là công việc tổng hợp, kết hợp nhiều thông số của ảnh, bản đồ, tài liệu thực địa và kiến thức chuyên môn Sau khi giải đoán bằng mắt thu thập 2 dữ liệu: đất và nước. Tiếp đến ta sử dụng trí tuệ nhân tạo để phân loại toàn bộ diện tích ảnh 2.4 Phương pháp phân tích, so sánh biến động Thực hiện tính biến động theo công thức: • Tính biến động: biendong=img2013*10+img2023 Sau khi ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học sẽ tiến hành phân loại độc lập để tạo thành hai bản đồ. Hai bản đồ này được so sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biển động. Phương pháp 311
này cho biết sự thay đổi từ loại đất gì sang loại đất gì và chúng ta cũng có thể sử dụng các bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã được thành lập trước đó. Kết quả của việc so sánh là tạo ra một ảnh chỉ rõ những khu vực có thay đổi và không thay đổi cũng như mức độ thay đổi (ảnh này được gọi là ảnh thay đổi). 2.5 Chiết tách diện tích sạt lở lòng sông Sau khi có được phân loại vùng biến động ta có thể tính diện tích biến động dựa vào các điểm ảnh (pixel) bị biến đổi từ đất thành lòng sông. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hiện trạng dòng sông Đồng Tháp giai đoạn 2013 – 2023 Sự biến động diện tích dòng sông tại tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 2013-2023 được thu thập và phân tích dữ liệu từ vệ tinh Landsat 7 và Landsat 9. Đồng Tháp là tỉnh chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế-xã hội ở Việt Nam và lưu vực sông Mekong hiện nay và trong tương lai giữ một vai trò quan trọng không chỉ trong phát triển kinh tế của mỗi quốc gia ven sông mà còn cả trong phát triển hợp tác kinh tế và chính trị trong khu vực. Bài nghiên cứu được thực hiện trên 2 lưu vực sông Tiền và sông Hậu đoạn chảy qua tỉnh Đồng Tháp Dựa trên sự phân chia về tình trạng dòng sông cùng với các dữ liệu về diện tích dòng sông tại tỉnh Đồng Tháp năm 2013 sau khi xử lý trên GEE cho ra kết quả như sau: Hình 18. Bản đồ hiện trạng diện tích dòng sông năm 2013 đất nước 44% 11.832,509 56% ha 15.314,104 ha Biểu đồ 1. Biểu đồ tỷ lệ diện tích dòng sông năm 2013 312
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau: trong năm 2013 diện tích đất dòng chảy lòng sông là 11.832,509 ha chiếm 44% và diện tích đất dọc bờ sông là 15.314,104 ha 56% Diện tích dòng chảy năm 2023 của tỉnh Đồng Tháp sau khi xử lý dữ liệu và biên tập bản đồ cho ra kết quả như sau: Hình 19. Bản đồ hiện trạng diện tích dòng sông năm 2023 dat nước đ ất 43% 11.609,385h a 57% 15.537,227h a Biểu đồ 2. Biểu đồ tỷ lệ diện tích dòng sông năm 2023 Trong vòng 10 năm từ 2013 đến 2023, diện tích dòng chảy lòng sông trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp có thay đổi. Có thể thấy (Biểu đồ 1 và Biểu đồ 2) có suy giảm 223,124 ha. Diện tích nước giảm xuống còn 11.609,385ha chiếm 43% và diện tích đất dọc bờ sông 15.537,227ha chiếm 57% 3.2. Biến động diện tích dòng sông giai đoạn 2013 – 2023 Biến động diện tích dòng sông tại tỉnh Đồng tháp trong 10 năm từ 2013 – 2023: - Kết quả phân tích đường bờ giai đoạn từ năm 1989 - 2014 cho thấy khu vực xói lở nhiều nhất nằm ở phía đầu nguồn sông Tiền, bao gồm TX. Hồng Ngự, huyện Châu Thành, Tp. Sa Đéc, huyện Cao Lãnh (tỉnh Đồng Tháp), các điểm sông có sự phân nhánh do có cù lao giữa dòng chảy, khu vực sông cong - Về diện tích lòng sông bị suy giảm ngoài những nguyên nhân đến từ biến đổi khí hậu ra thì việc khai thác nước từ thượng nguồn đặc biệt là hai thác nước làm thuỷ điện là nguyên nhân làm suy thoái dòng sông. Các đập thuỷ điện và các hồ chứa làm chậm tốc độ dòng chảy tự nhiên của dòng sông làm kiệt dòng chảy vào mùa khô khiến mặn xâm nhập sâu. 313
- Ngoài ra các đập còn ngăn phù sa làm suy thoá đất dẫn đến sạt lở và cắt đứt quá trình kiến tạo đồng bằng của sông Mêkong, tổng lượng phù sa sông Mêkong cung cấp cho Đồng bằng Sông Cửu Long khoảng 160 triệu tấn/năm các đập thượng nguồn đã lấy đi 50% lượng phù sa của sông Mekong. - Rất nhiều khảo sát nghiên cứu đã được tiến hành nhầm tìm ra được giải pháp hạn chế tình trạng này như giúp người dân thích nghi tạo sinh kế lâu dài, kêu gọi hợp tác giữa các quốc gia trong lưu vực trong việc chia sẻ nguồn nước công bằng hợp lý nhầm giảm thiểu những tác động lên dòng sông Hình 20. Bản đồ biến động diện tích dòng sông giai đoạn 2013 – 2023 dat: đ nuoc:n nư nuoc giảm: nư nuoc tăng: ất ước ớc giảm ớc tăng 3.7% 4.5% 39% 53% Biểu đồ 3. Biểu đồ tỷ lệ diện tích biến động dòng sông năm 2013 - 2023 4. KẾT LUẬN Hiện nay biến động đường bờ diễn ra mạnh mẽ trong những năm trở lại đây và gây ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái cũng như đời sống người dân ở các khu vực ven sông. Kết quả nhận được cho thấy, trong giai đoạn 1989 - 2014, đường bờ sông khu vực sông Cửu Long có sự biến động lớn, trong đó có cả xói lở và bồi tụ Khu vực xói lở bờ sông Tiền điển hình thuộc Sa Đéc, Cao Lãnh (tỉnh Đồng Tháp). Khu vực bồi tụ điển hình ở sông Tiền thuộc Tp. Sa Đéc, nhánh bắc xã Long Khánh (tỉnh Đồng Tháp).. Khu vực bồi tụ sông Hậu chủ yếu thuộc đuôi các cồn, cù lao. 314
Nhìn chung, kết quả nghiên cứu cho thấy bức tranh tổng quát về xu thế sạt lở - bồi tụ trên sông Tiền và sông Hậu. Tuy nhiên, do nguồn ảnh tiếp cận là ảnh Landsat có độ phân giải lớn (30 m) nên kết quả tính toán chỉ mang tính tương đối TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Ban biên tập Đồng Tháp (2021). Điều kiện tự nhiên tỉnh Đồng Tháp. Cổng thông tin điện tử Đồng Tháp. https://dongthap.gov.vn/dieu-kien-tu-nhien-dong-thap 2. Bản đồ lâm nghiệp (2020). Giải đoán ảnh vệ tinh, xây dựng khóa giải đoán ảnh vệ tinh. https://bandolamnghiep.com/giai-doan-anh-ve-tinh-xay-dung-khoa-giai-doan-anh-ve-tinh/ 3. Nguyễn Thanh Sơn (2018). Nghiên cứu xác định nguyên nhân sạt lở bờ sông và đề xuất công nghệ cảnh báo, dự báo mức độ sạt lở bờ sông tại một số khu vực sạt lở trọng điểm ở đồng bằng sông Cửu Long (đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ). Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội 4. Quỳnh Liên (2016). Nguyên nhân nào khiến dòng sông Mekong suy thoái?. Đài truyền hình Việt Nam VTVonline. https://vtv.vn/xa-hoi/nguyen-nhan-nao-khien-dong-song-mekong-suy-thoai- 20160629154833316.htm 315