Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
TRƯờNG ĐạI HọC Mỏ - ĐịA CHấT

DOÃN Hà PHONG

XÂY DựNG THUậT TOáN Và CHƯƠNG TRìNH XáC ĐịNH
NHIệT Độ Bề MặT ĐấT TRONG VIệC THEO DõI CảNH BáO CHáY RừNG
TRÊN CƠ Sở ảNH Vệ TINH MODIS (TERRA Và AQUA)
TRÊN LÃNH THổ VIệT NAM

Chuyên ngành : ảnh hàng không, đo vẽ địa hình bằng ảnh hàng không
MÃ số

: 2.16.04

TóM TắT LUậN áN TIếN Sĩ Kỹ THUậT

Hà Nội - 2007


Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Trắc địa ảnh, Khoa Trắc địa,
Trường đại học Mỏ - Địa Chất, Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
PGS. TS Nguyễn Trường Xuân, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội

Phản biện 1: PGS. TS Nguyễn Đình Dương
Viện Địa lý-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Phản biện 2: PGS. TS Phạm Văn Cự
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội
Phản biện 3: TS Nguyễn Xuân Lâm

Bộ Tài nguyên và Môi trường

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước
họp tại trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội.
Vào hồi
giờ
ngày
tháng
năm 2007,

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
Thư viện Quốc gia, Hà Nội
Thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất
Thư viện Viện Vật lý và Điện tử


Các công trình của tác giả đà công bố
Có liên quan đến luận án

1. DoÃn Hà Phong và nnk (2006), Tổ hợp màu tự nhiên ảnh vệ tinh SPOT 5
phục vụ thành lập bình đồ ảnh tỷ lệ 1/50,000, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật
Mỏ - Địa chất, (13), tr. 83-85.
2. DoÃn Hà Phong và nnk (2006), Các phương pháp xử lý ảnh, hiệu chỉnh
hình học ảnh MODIS (TERRA và AQUA), Tạp chí Khoa học kỹ thuật
Mỏ-Địa Chất, (14), tr. 92-95.
3. Do·n Hµ Phong vµ nnk (2006), ”HiƯu chØnh khÝ quyển ảnh vệ tinh Landsat 7
ETM, Tuyển tập các công trình khoa học, kỷ niệm 40 năm thành lập khoa Trắc
địa (1966-2006) , tr. 89-91.
4. DoÃn Hà Phong và nnk (2006), Phát hiện điểm cháy và dị thường nhiệt bằng
ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình MODIS (TERRA và AQUA), Tạp chí

Khoa học kỹ thuật Mỏ-Địa Chất , (15), tr. 58-60.
5. DoÃn Hà Phong (2006), Xây dựng cơ sở dữ liệu ảnh phục vụ quan trắc và giám
sát môi trường biển Việt Nam, Kỷ yếu hội nghị mạng lưới INFOTERRA ViƯt
Nam lÇn thø III, tr. 182-186.



i

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
được sử dụng và kết quả phân tích, trình bày trong luận án là trung thực, chưa
từng được công bố trong bất cứ công trình nào trước đây.

Tác giả luận án

DoÃn Hà Phong


ii

Mục lục
Trang phụ bìa............................................................................................................ 0
Lời cam đoan.........................................................................................................................................i
Mục lục .................................................................................................................................................ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt............................................................................................iv
Danh mục các bảng............................................................................................................................vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị......................................................................................................... viii
Mở đầu .............................................................................................................................................1

Chương 1 - TổNG QUAN Về VIễN THáM HồNG NGOạI NHIệT TRONG NGHIÊN
CứU Dự BáO CHáY RừNG.............................................................................................................6
1.1. Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu liên quan đến luận án ..................................6
1.2. Dự báo cháy rừng .......................................................................................................................12
1.3. Một số kết quả ứng dụng xác định các điểm cháy trên lÃnh thổ Việt Nam bằng dữ liệu ảnh
vệ tinh MODIS ......................................................................................................................................18
1.4. Độ chính xác của kết quả thu được và thảo luận ...................................................................20
1.5. Những vấn đề luận án sẽ nghiên cứu, giải quyết ...................................................................22
Chương 2 - ảNH MODIS Và Xử Lý ảNH MODIS...............................................................24
2.1. Trạm thu ảnh MODIS tại Viện Vật lý và Điện tử..................................................................24
2.2. Cơ sở dữ liệu ảnh MODIS.........................................................................................................25
2.3. Các kênh phổ MODIS được lựa chọn .....................................................................................25
2.4. Chuyển đổi các giá trị vật lý .....................................................................................................26
2.5. Hiệu chỉnh hình học...................................................................................................................26
2.6. Độ chính xác của ảnh MODIS .................................................................................................28
2.7. Hiệu chỉnh khí quyển ................................................................................................................28
2.8. Loại bỏ mây ................................................................................................................................29
2.9. Trích đoạn ảnh MODIS theo khu vực nghiên cứu.................................................................30
2.10. Phần mềm ScanEx MODIS Processor 1.7 ...........................................................................30
2.11. Những yếu tố liên quan đến LST MODIS............................................................................37
Chương 3 - CƠ Sở Lý THUYếT THUậT TOáN TíNH TOáN LST Từ ảNH MODIS41
3.1. Giới thiệu chung .........................................................................................................................41
3.2. Tổng quan ...................................................................................................................................42
3.3. Mô tả thuật toán..........................................................................................................................49
3.4. Những yêu cầu, giới hạn và giả định cho tht to¸n LST MODIS......................................71
3.5. Mét sè kÕt ln vỊ tht to¸n LST chia cưa sỉ khÝ qun tỉng qu¸t ...................73


iii


Chương 4 - Sử DụNG MODIS TíNH TOáN LST THEO PHƯƠNG PHáP CHIA KHí
QUYểN THEO CửA Sổ TổNG QUáT .......................................................................................74
4.1. LST và tổng lượng hơi nước trong khí quyển.........................................................................74
4.2. LST thu được từ dữ liệu vệ tinh MODIS .................................................................................75
4.3. Thu nhận hàm lượng hơi nước trong khí quyển từ MODIS ................................................78
4.4. Đánh giá hàm lượng hơi nước ..................................................................................................81
4.5. ứng dụng cho MODIS ...............................................................................................................81
4.6. Một số kết quả và kết luận ........................................................................................................83
Chương 5 - MộT Số KếT QUả Và ĐáNH GIá .............................................................................85
5.1. Mô tả dữ liệu LST thu được từ ảnh MODIS ...........................................................................85
5.2. ảnh hưởng theo số giờ nắng trong tháng .................................................................................89
5.3. Hồi qui tuyến tính và kết quả thu được ...................................................................................90
5.4.LST MODIS theo cấp dự báo cháy của kiểm lâm ViƯt Nam .......................................94
5.5. C¸c tham sè hiƯu chØnh cho tht toán LST và đề xuất mô hình dự báo với điều kiện Việt
Nam ..................................................................................................................................................... 100
5.6. Hàm tính toán LST trong IDL ............................................................................................... 102
KếT LUậN Và KIếN NGHị..................................................................................................... 104
CáC CÔNG TRìNH CủA TáC GIả đà công bố Có liên quan đến luận án
.............................................................................................................................................................. 107
TàI LIệU THAM KHảO ........................................................................................................... 108
PHụ lục........................................................................................................................................ 123


iv

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
AVHRR

Bức xạ kế cải tiến với độ phân giải rất cao


BRDF

Hàm phân bố tán xạ lưỡng hướng

DAAC

Trung tâm lưu trữ, phân bố dữ liệu

DAO

Cơ quan đồng hóa các loại dữ liệu

DEM

Mô hình số độ cao

DMSP

Chương trình vệ tinh khí tượng quốc phòng

EOS

Hệ thống quan sát trái đất

EOS AM1

Hệ thống quan sát trái đất trên quĩ đạo vệ tinh AM1

FOV


Trường nhìn

FTIR

Hàm biến đổi Fourier hồng ngoại

GCM

Mô hình hoàn lưu toàn cầu

GSFC

Trung tâm điều khiển các chuyến bay không gian

HCMM

Nhiệm vụ thành lập bản đồ phân bố nhiệt

HIRS

Máy quét ảnh phổ độ phân giải cao

IFOV

Trường nhìn tức thời

IGARSS

Hội thảo quốc tế về Khoa học trái đất và Viễn thám


IGBP

Chương trình quốc tế về Địa-Sinh học

ISCCP

Chương trình vệ tinh quốc tế về mây khí tượng

ISLSCP

Chương trình vệ tinh quốc tế về khí hậu bề mặt mặt đất

JPL

Phòng thí nghiệm tên lửa đẩy

LOWTRAN MÃ nguồn chương trình lan truyền bức xạ phổ thấp
LST

Nhiệt độ bề mặt mặt đất

LTER

Chiến lược nghiên cứu hệ sinh thái dài hạn

LUT

Bảng tra cứu

LWIR


Sóng dài hồng ngoại

MMD

Sự thay đổi cực đại cực tiểu

MODIS

Máy quét ảnh phổ độ phân giải trung bình

MODATM

Các sản phẩm về khí quyển của MODIS

MODLAND Các sản phẩm về đất của MODIS
MODTRAN MÃ nguồn chương trình lan truyền bức xạ của phổ trung bình


v

MOSART

MÃ nguồn chương trình bức xạ và lan truyền của phổ trung bình
trong khí quyển

NDVI

Sự thay đổi theo tiêu chuẩn cđa chØ sè thùc vËt


NET

Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo nhiễu tương ứng

NIST

Viện quốc gia về tiêu chuẩn và công nghệ

NMC

Trung tâm khí tượng quốc gia Mỹ

NOAA

Cơ quan quốc gia về Đại dương và Khí quyển

PCF

File xử lý tự động

PDT

Thời gian ban ngày tại khu vực Thái Bình Dương

RH

Độ ẩm liên quan

RSR


Quan hệ của phổ phản hồi

SCF

Thiết bị tính toán khoa học

SDST

Nhóm khoa học trợ giúp về dữ liệu

SIBRE

Phổ hồng ngoại phản xạ và phát xạ lưỡng hướng

SNR

Tỉ số giữa tín hiệu/nhiễu

SRF

Hàm phổ phản xạ phản hồi

SSM/I

Đặc điểm của đầu đo ảnh vi sóng

SST

Nhiệt độ bề mặt mặt biển


TES

Phương pháp tách nhiệt hệ số phát xạ bề mặt mặt đất

TIR

Hồng ngoại nhiệt

TISI

Chỉ số nhiệt độ độc lập với phổ

TOA

Giá trị phổ tại đỉnh của khí quyển

TOGA

Khí quyển toàn cầu trên đại dương vùng nhiệt đới


vi

Danh mục các bảng
Bảng 1.1. Khái quát đặc điểm kênh phổ của AVHRR/3 ................................................9
Bảng 1.2. Tính toán các điểm ảnh dị thường nhiệt cho ảnh MODIS .............................10
Bảng 1.3. So sánh vệ tinh các loại và khả năng dự báo cháy rừng ...............................12
Bảng 1.4. Khả năng ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu cháy rừng tại Việt Nam ....12
Bảng 1.5. Phân cấp dự báo cháy rừng theo khối lượng vật liệu cháy (klvl) ...................13
Bảng 1.6. Phân cấp dự báo cháy rừng theo độ ẩm vật liệu cháy ....................................13

Bảng 1.7. Các cấp dự báo cháy Cục Kiểm lâm ..............................................................16
Bảng 1.8. Phân loại các lớp thông tin trong dự báo cháy rừng ......................................17
Bảng 1.9. Trọng số các yếu tố ảnh hưởng cháy rừng ....................................................18
Bảng 1.10. Thống kê điểm cháy tháng 1/2003 ..............................................................19
Bảng 2.1. Các ứng dụng điển hình của các kênh phổ MODIS ......................................24
Bảng 2.2. Mô tả kênh phổ phản xạ của MODIS ............................................................26
Bảng 2.3. Biến thiên LST ...............................................................................................38
Bảng 2.4 Nhiệt dung phụ thuộc vào độ ẩm ..................................................................38
Bảng 3.1. Danh sách mẫu chất liệu dưới mặt đất được sử dụng trong giả định LST .....60
Bảng 4.1. Mô tả kênh phổ được sử dụng trong mô hình LST ........................................74
Bảng 5.1. Số giờ nắng năm 2005 ...................................................................................89
Bảng 5.2. Số giờ nắng năm 2006 ...................................................................................89
Bảng 5.3. Nhiệt độ đất các tháng năm 2005 ..................................................................90
Bảng 5.4. Nhiệt độ đất các tháng năm 2006 ..................................................................90
Bảng 5.5. Các giá trị max, min, trung bình và độ lệch chuẩn của LST tháng trong năm ...97
Bảng 5.6. Các cấp dự báo cháy theo nhiệt độ oC ...........................................................98
Bảng 5.7. Các hệ số thùc nghiƯm tr­íc khi hiƯu chØnh (Sobrino vµ céng sù (1996)) ..100
Bảng 5.8. Các hệ số sau khi hiệu chỉnh tương ứng với tháng trong năm .....................100
Bảng 6.1. Tổng bức xạ trung bình theo tháng và năm (Kcal/cm2) ..............................146
Bảng 6.2. Thời gian chiếu sáng của tháng và năm (h) .................................................146
Bảng 6.3. Trung bình tháng và năm của tổng lượng mây ...........................................146
Bảng 6.4. Số lần xuất hiện của gió tĩnh (P1%), tần số (R2%) và tốc độ gió trung bình
(Vm/s) của 8 hướng gió chính;Trạm: Sơn Tây ............................................................146


vii

Bảng 6.5. Số lần xuất hiện của gió tĩnh (P1%), tần số (R2%) và tốc độ gió trung bình
(Vm/s) của 8 hướng gió chính;Trạm: Hà Đông ...........................................................147
Bảng 6.6. Tốc độ gió trung bình của tháng và năm (m/s)............................................148

Bảng 6.7. Tốc độ gió lớn nhất của tháng và năm (m/s) ...............................................148
Bảng 6.8. Nhiệt độ trung bình của tháng và năm (oC) .................................................148
Bảng 6.9. Biên độ ngày của nhiệt độ tháng và năm (oC) .............................................148
Bảng 6.10. Nhiệt độ trung bình lớn nhất của tháng và năm (oC) .................................148
Bảng 6.11. Nhiệt độ trung bình nhỏ nhất của tháng và năm (oC) ................................149
Bảng 6.12. Nhiệt độ lớn nhất của tháng và năm (oC)...................................................149
Bảng 6.13. Nhiệt độ nhỏ nhất của tháng và năm (oC) ..................................................149
Bảng 6.14. Tổng lượng mưa của tháng và năm (mm)..................................................149
Bảng 6.15. Lượng mưa lớn nhất của tháng và năm (mm) ............................................150
Bảng 6.16. Trung bình ngày mưa của tháng và năm (ngày) ........................................150
Bảng 6.17. Hệ số biến đổi lượng mưa của tháng và năm (Cv) .....................................150
Bảng 6.18. Trung bình độ ẩm không khí của tháng và năm (%) .................................150
Bảng 6.19. Độ ẩm không khí nhỏ nhất tháng và năm (%)...........................................151
Bảng 6.20. Độ ẩm không khí tương đối tháng và năm (%) .........................................151
Bảng 6.21. Trung bình ngày sương mù tháng và năm (ngày) ......................................151
Bảng 6.22. Trung bình ngày sương muối tháng và năm (ngày)...................................151
Bảng 6.23. Trung bình ngày mưa phùn tháng và năm (ngày)......................................151
Bảng 6.24. Trung bình ngày bÃo tháng và năm (ngày) ................................................152
Bảng 6.25. Trung bình ngày mưa đá tháng và năm (ngày) ..........................................152
Bảng 6.26. Trung bình ngày nóng và khô của tháng và năm (ngày) ...........................152
Bảng 6.27. Chu kỳ trung bình của bÃo tháng và năm ..................................................153
Bảng 6.28. Sự phân loại tốt - xấu của khí hậu đối với sức khoẻ con người .................153
Bảng 6.29. Tiêu chuẩn sinh học đối với con người của ấn Độ ....................................153
Bảng 6.30. Phân loại thời tiết theo độ ẩm của Vũ Tự Lập ...........................................153
Bảng 6.31. Nhiệt độ trung bình tháng và năm (oC)......................................................153
Bảng 6.32. Tọa độ địa lý các trạm khí tượng nằm trong khu vùc nghiªn cøu .............154


viii


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. ảnh vệ tinh MODIS thu lúc 10 giờ 30 phút sáng ngày 5/4/2002. .................11
Hình 1.2. Quy trình dự báo cháy theo phương pháp truyền thống ở Cục Kiểm lâm .....15
Hình 1.3. Bản đồ các vùng trọng điểm cháy rừng phía Bắc ..........................................16
Hình 1.4. Bản đồ các vùng trọng điểm cháy rừng phía Nam .........................................16
Hình 1.5. Các lớp dữ liệu chính trong mô hình dự báo cháy .........................................18
Hình 1.6. Thống kê điểm cháy toàn Việt Nam theo từng tháng ....................................19
Hình 2.1. Sơ đồ khối của công tác tiền xử lý ảnh MODIS ............................................25
Hình 2.2. Minh häa hƯ thèng thu nhËn ¶nh MODIS vƯ tinh EOS-AM .........................26
Hình 2.3. ảnh hưởng toàn cảnh bởi hiệu ứng hình nơ...................................................27
Hình 2.4. Sự chồng điểm ảnh theo dòng quét ................................................................27
Hình 2.5. Phân loại mây toàn cảnh Việt Nam .......................................................................29
Hình 2.6. Phân ngưỡng mây toàn cảnh Việt Nam ................................................................29
Hình 2.7. Thanh chức năng chính của chương trình ......................................................31
Hình 2.8. Thanh chức năng InMODIS ...........................................................................32
Hình 2.9. Thanh chức năng MODISCorr .......................................................................33
Hình 2.10. Thanh chức năng HDF Viewer ...................................................................34
Hình 2.11. Thanh chức năng MODISView ...................................................................35
Hình 2.12. Thanh chức năng Projection ..............................................................................36
Hình 2.13. Thanh chức năng OutCom ................................................................................37
Hình 3.1. Sự lan truyền của khí quyển tại góc quan sát 45o trong điều kiện tại vĩ độ
trung bình vào mùa hè. ..................................................................................................53
Hình 3.2. Hệ số phát xạ trung bình của các vật liệu dưới mặt đất tại bảy kênh phổ
MODIS (kênh 31, 32). ...................................................................................................62
Hình 3.3. ảnh hưởng của khí quyển trên kênh nhiệt NOAA-7 theo các mô hình ........68
Hình 3.4 Độ nhạy cảm cực đại của hệ số phát xạ trong LST tổng quát với điều kiện
nhiệt độ khí quyển thấp(Tair 287 oK và cột hơi nước là 0,5cm). ..................................71
Hình 4.1. Tổng lượng hơi nước bốc hơi (g/cm2)......................................................................83
Hình 4.2. Hệ số phát xạ của MODIS ....................................................................................83
Hình 4.3. LST theo Sobirno và Raissouni (2000) .............................................................84

Hình 4.4. LST theo Sobrino và cộng sự (1996).............................................................84
Hình 4.5. LST theo Becker và Li (1990)........................................................................84
Hình 5.1. ảnh MODIS vùng Bắc bộ ..............................................................................86
Hình 5.2. Các trạm khí tượng trong mô h×nh DEM khu vùc .........................................86


ix

Hình 5.3. Trung bình nhiệt độ các tháng 8,9,10,11,12/2005 và tháng 1/2006 từ ảnh
MODIS-TERRA (1km x 1km) ......................................................................................87
Hình 5.4. Trung bình nhiệt độ các tháng 2 ,3,4,5,6 và 7/2006 từ ảnh MODIS-TERRA
(1km x 1km) ..................................................................................................................88
Hình 5.5. Số giờ nắng các tháng 8-12/2005 và 1-7/2006 các trạm khí tượng ..............89
Hình 5.6. LST trạm Ba Vì tháng 8,9,10,11/2005 và tháng 6,7/2006 .............................91
Hình 5.7. Nhiệt độ đất trạm Ba Vì tháng 12/2005 và tháng 1,2,3,4,5/2006 ..................91
Hình 5.8. LST trạm Ba Vì tháng 1,2,3,4,5/2006 ............................................................91
Hình 5.9. LST trạm Hà Đông tháng 9,10,11/2005 và tháng 6,7/2006 ..........................92
Hình 5.10. LST trạm Hà Đông tháng 9,10,11/2005 ......................................................92
Hình 5.11. LST trạm Hà Đông tháng 8,12/2005 và tháng 1,3,4/2006...........................92
Hình 5.12. LST trạm Hà Đông tháng 8/2005 và tháng 1,4/2006 ...................................93
Hình 5.13. LST trạm Hoài Đức tháng 8,9,10,11/2005 và tháng 6,7/2006 .....................93
Hình 5.14. LST trạm Hoài Đức tháng 8,9,10,11/2005...................................................93
Hình 5.15. LST trạm Hoài Đức tháng 12/2005 và tháng 1,2,3,4,5/2006 .......................94
Hình 5.16. LST trạm Hoài Đức tháng 2,4,5/2006..........................................................94
Hình 5.17. LST max và min tháng 8/2005 ..........................................................................95
Hình 5.18. LST max và min tháng 9/2005 ..........................................................................95
Hình 5.19. LST max và min tháng 10/2005.........................................................................95
Hình 5.20. LST max và min tháng 11/2005.........................................................................95
Hình 5.21. LST max và min tháng 12/2005.........................................................................96
Hình 5.22. LST max và min tháng 1/2006 ..........................................................................96

Hình 5.23. LST max và min tháng 2/2006 ..........................................................................96
Hình 5.24. LST max và min tháng 3/2006 ..........................................................................96
Hình 5.25. LST max và min tháng 4/2006 ..........................................................................96
Hình 5.26. LST max và min tháng 5/2006 ..........................................................................96
Hình 5.27. LST max và min tháng 6/2006 ..........................................................................97
Hình 5.28. LST max và min tháng 7/2006 ..........................................................................97
Hình 5.29. LST tuần thứ hai tháng 12 năm 2005 phân theo 05 cấp độ cháy .................99
Hình 5.30. LST tuần thứ ba tháng 12 năm 2005 phân theo 05 cấp độ cháy ..................99
Hình 5.31. LST tuần cuối tháng 12 năm 2005 phân theo 05 cấp độ cháy ...................100
Hình 5.32. LST tháng 4/2006 phân theo 05 cấp độ cháy .............................................100
Hình 5.34. Phân loại theo cây quyết định trong ENVI phục vụ công t¸c dù b¸o ch¸y rõng
.....................................................................................................................................102


1

Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây các vụ cháy rừng lớn nhiều khi kéo dài đà gây nên sự
suy thoái, cạn kiệt các nguồn tài nguyên và tác động xấu đến môi trường sinh thái. Số
vụ cháy rừng ở nước ta trong mười năm qua đà lên đến 14.132 vụ, làm cháy 66.845 ha
rừng, gây thiệt hại hàng năm lên đến hàng trăm tỷ đồng (Hiện trạng cháy rừng 20042005, Cục Kiểm lâm Việt Nam). Do vậy, việc theo dõi, quản lý và bảo vệ tài nguyên
rừng đà và đang được quan tâm và đưa vào nghiên cứu.
Cháy rừng là hiểm họa thường xuyên xảy ra gây thiệt hại nặng nề cả về mặt kinh
tế xà hội lẫn môi trường và tác động trực tiếp vào chất lượng cuộc sống của con người.
Vào mùa cháy rừng, một số khu vực nhiệt độ không khí cao, độ ẩm thấp, có vật liệu dễ
cháy tăng lên như: cành cây khô, lá cây khô héo, thảm thực vật giảm mạnh, đồng thời
khô hạn diễn ra trong nhiều ngày liên tục đó là những tác nhân rất dễ gây ra cháy rừng.
Trong năm 2004-2005 ở Việt Nam đà xảy ra rất nhiều vụ cháy lớn ở các tỉnh như Tây
Nguyên, U Minh, Sơn La, Lai Châu, Điện Biên gây ra nhiều tổn thất nghiêm trọng về

kinh tế và môi trường, làm thiệt hại nghiêm trọng đến hệ sinh thái và ô nhiễm khu vực
xung quanh.
Việc theo dõi dự báo cháy là một nhiệm vụ cấp thiết đòi hỏi các nhà quản lý
rừng phải đưa ra được những quyết định sớm nhằm hạn chế các thiệt hại do cháy rừng
gây ra, đặc biệt việc phát hiện sớm nguy cơ cháy sẽ giúp cảnh báo cho người dân có
phương án đề phòng kịp thời, nhằm giảm tối đa thiệt hại và tổn thất về người và của.
Nhận thức sâu sắc tầm quan trọng của rừng đối với môi trường và sự sống trên trái đất,
Việt Nam và các quốc gia trên thế giới đang nỗ lực thực hiện các biện pháp kỹ thuật,
khoa học công nghệ nhằm hạn chế hiện tượng cháy rừng.
Ngày nay, công nghệ viễn thám cho phép giám sát sự thay đổi liên tục của mặt
đất mà trước đây phải thực hiện vô số các phép đo mặt đất để có được đầy đủ các dữ
liệu về những biến động này như các tham số về: LST (nhiệt độ bề mặt mặt đất), thảm
thực vật, khí quyển, địa hình. Dữ liệu viễn thám là nguồn dữ liệu ®a thêi gian cho bÊt
kĨ vïng nhá hay c¸c vïng rộng lớn, thậm chí cho cả trái đất. Việc sử dụng công nghệ
viễn thám để dự báo sớm nguy cơ cháy rừng đà được nhiều quốc gia thực hiện có hiÖu


2

quả. Với phương pháp này, có thể dự báo sớm các khu vực có thể xảy ra cháy rừng
trong mùa khô hạn trên quy mô lớn tại nhiều thời điểm, đồng thời cùng một lúc có thể
quản lý giám sát các đám cháy rừng ở nhiều địa điểm khác nhau. Do vậy, viễn thám đÃ
đáp ứng nhu cầu khách quan về cung cấp số liệu cho công tác giám sát, quản lý tài
nguyên môi trường, đặc biệt là tài nguyên rừng.
ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ viễn thám (sử dụng ảnh viễn thám NOAA,
MODIS) trong quản lý giám sát và dự báo cháy rừng đà và đang được nghiên cứu. ảnh
MODIS là loại ảnh có tần số lặp cao, kinh tế, hiệu quả trong nghiên cứu biến động tài
nguyên, đặc biệt là giám sát cháy rừng ảnh MODIS được lựa chọn cho như là nguồn dữ
liệu đầu vào hữu ích cho quá trình nghiên cứu. Các phép đo LST từ dữ liệu viễn thám
MODIS cho mô hình số trị với kích thước ô lưới là 1 km x 1km, mật độ này cao hơn

nhiều so với các phương pháp truyền thống trước đây được nội suy từ các trạm đo khí
tượng (toàn quốc chỉ có khoảng hơn 200 trạm đo khí tượng).
Công nghệ viễn thám và công nghệ GIS là các công cụ hữu ích trong việc quản lý
môi trường: đất, nước, rừng, không khí, biển, quản lý tài nguyên rừng là ngành đà tiếp
cận và ứng dụng GIS sớm, khởi đầu bằng việc ứng dụng GPS, kết nối CSDL đo đạc với
GIS. Cùng với ứng dụng công nghệ viễn thám, công nghệ hệ thông tin địa lý giúp
chồng xếp, phân tích, đánh giá tổng hợp dữ liệu dữ liệu địa lý đa chiều từ nhiều
nguồn khác nhau và đa thời gian. Hệ thống này cho phép lưu trữ, cập nhật khối lượng
thông tin lớn, đa dạng; tích hợp dữ liệu đa nguồn, đồng thời có thể xử lý và phân tích
nhằm phát hiện ra mối tương quan giữa các đối tượng và hiện tượng nghiên cứu, phát
hiện ra những quy luật thông qua việc xây dựng các mô hình tùy biến theo các ứng
dụng cụ thể. Từ đó có thể nhanh chóng đưa ra những giải pháp hoặc những quyết sách
cho vấn đề cụ thể về quản lý tài nguyên và dự báo tai biến thiên nhiên (quản lý dự báo
cháy rừng) cùng các vấn đề thực tiễn khác. Trong việc theo dõi, quản lý tài nguyên và
môi trường nói chung cũng như quản lý, dự báo tài nguyên rừng nói riêng thì công
nghệ viễn thám kết hợp với công nghệ GIS có ý nghĩa thực tiễn và có tác dụng to lớn.
ở nước ta, việc cảnh báo cháy rừng hiện nay vẫn chủ yếu được thực hiện thông
qua các biện pháp truyền thống, dựa vào số liệu khí tượng thủy văn và bản đồ hiện
trạng rừng tại các chi Cục Kiểm lâm địa phương, kết quả dự báo chỉ mang tính cảnh
báo ở quy mô lớn và đạt độ chính xác chưa cao. Với mục đích nghiªn cøu vỊ h­íng


3

ứng dụng công nghệ viễn thám trong công tác phòng chống cháy rừng, tác giả đà lựa
chọn đề tài vừa có ý nghĩa khoa học vừa có giá trị thực tiễn:
Xây dựng thuật toán và chương trình xác định nhiệt độ bề mặt đất trong việc
theo dõi cảnh báo cháy rừng trên cơ sở ảnh vệ tinh odis (Terra và Aqua) trên
lÃnh thổ Việt Nam.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục đích của đề tài là:
- Xây dựng thuật toán dùng để tính LST trên cơ sở dữ liệu vệ tinh MODIS (vệ tinh
Terra và Aqua) phù hợp với điều kiện của Việt Nam;
- Làm tăng dày mô hình số trị (giá trị nội suy của mô hình) cho những mô hình dự
báo cháy rừng có sử dụng tham số về LST;
Đối tượng nghiên cứu chính là các loại rừng nằm trong khu vực Bắc bộ. Khu vực
nghiên cứu có điều kiện khí hậu khá khắc nghiệt ở Việt Nam vào mùa khô, nổi bật là
rất nhiỊu vïng cã líp phđ rõng nh­: th«ng, tre nøa, cỏ khô... Đây là những nơi ở Bắc
bộ thường xuyên xảy ra các vụ cháy rừng lớn trong những năm vừa qua.
Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm các vấn đề liên quan đến các hiện
tượng vật lý trong tự nhiên (lan truyền bức xạ trong khí quyển, các mô hình tương tác
giữa khí quyển-thực vật-đất,...), các mô hình toán học (nhiệt động lực học,...), phân
tích, đánh giá mô hình dự báo cháy rừng tại Việt Nam có sử dụng tư liệu viễn thám.
3. Nội dung nghiên cứu
- Phân tích và đánh giá các thuật toán dùng để tính toán LST trên cơ sở dữ liệu viễn
thám TIR.
- Lựa chọn thuật toán xác định LST với điều kiện khí hậu tại vùng nghiên cứu.
- Xây dựng thuật toán tính toán LST bằng cách sử dụng phương pháp hồi qui tuyến
tính để hiệu chỉnh các tham số cho các thuật toán được lựa chọn phù hợp với điều
kiện Việt Nam.
- Thành lập các hàm dùng để tính toán LST trên phần mềm ENVI (The Environment
for Visualizing Images), sử dụng ngôn ngữ IDL ( Interactive Data Language).
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp mô hình động lực học giữa bề mặt và khí quyển;
- Phương pháp vật lý trong viễn th¸m;


4

- Phương pháp xử lý ảnh;

- Phương pháp thống kê (hồi qui tuyến tính).
Các kết quả tính toán LST trung bình tháng bằng ảnh viễn thám MODIS được so
sánh với số liệu quan trắc trung bình tháng tại các trạm khí tượng thủy văn (tại tọa độ
xác định) vào thời điểm gần nhất với các ảnh được thu nhận, các tham số hiệu chỉnh
cho vùng nghiên cứu được tính toán thống kê cho LST, mô hình số trị LST là số liệu
đầu vào cho mô hình dự báo cháy rừng trên lÃnh thổ Việt Nam với kích thước ô lưới 1
km x 1 km tại các thời điểm thu nhận ảnh.
5. Các luận điểm bảo vệ
1. Sử dụng công nghệ viễn thám trong công tác cảnh báo và dự báo cháy rừng ở
Việt Nam là rất cần thiết và có hiệu quả cao.
2. Phương pháp xây dựng thuật toán xác định LST trong điều kiện Việt Nam trên
cơ sở các số liệu phân tích thống kê từ tư liệu viễn thám TIR có cơ sở khoa
học chặt chẽ và phù hợp với công nghệ hiện đại.
3. Kết quả LST được tính từ ảnh viễn thám TIR MODIS bằng các thuật toán đÃ
được xây dựng có đủ độ tin cậy trong các mô hình dự báo cháy rừng.
6. Các điểm mới của luận án
-

Xây dựng thuật toán tính toán LST trên cơ sở viễn thám TIR phù hợp với vùng

nghiên cứu bằng cách hiệu chỉnh các tham số dựa trên thuật toán được lựa chọn .
-

Xây dựng lưới LST được tính từ dữ liệu viễn thám TIR MODIS với độ phân giải
với kích thước ô lưới 1 km x 1km tại 02 thời điểm gần 10 giờ 30 sáng và gần 1
giờ 30 chiều.

-

Xây dựng các hàm tính trong phần mềm ENVI theo thuật toán trên để tính toán

LST tại các thời điểm trên.

- Kết quả LST được tính từ ảnh viễn thám TIR MODIS bằng các thuật toán đÃ
được xây dựng có đủ độ tin cậy và là số liệu đầu vào cho các mô hình dự báo
cháy rừng.
7. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
ý nghĩa khoa học: Luận án đà phân tích và khẳng định tính đúng đắn trong việc
lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám TIR phù hợp với mục tiêu nghiên cứu của đề tài, xác lập


5

cơ sở khoa học cho thuật toán xác định LST từ ảnh viễn thám MODIS trong điều kiện
Việt Nam, từng bước xây dựng chương trình tự động hóa các bước tính toán LST.
ý nghĩa thực tiễn: Góp phần khẳng định và mở rộng khả năng ứng dụng viễn
thám như là dữ liệu đầu vào cho công tác dự báo cháy rừng. Trong đó việc xây dựng
lưới LST bằng ảnh viễn thám có đủ độ tin cậy, giúp quản lý và khai thác hợp lý tài
nguyên khí hậu nói chung và của công tác dự báo cháy rừng nói riêng trên cả nước và
từng vùng cụ thể.
Từng bước cung cấp số liệu cho các mô hình dự báo khí tượng, khí hậu, nông
nghiệp , thủy văn và đặc biệt là mô hình cảnh báo cháy rừng (mô hình số trị), giúp các
nhà quản lý, chi Cục Kiểm lâm các tỉnh có thêm các phương án trong công tác đề
phòng và cảnh báo nguy cơ cháy rừng cho tỉnh, giảm thiểu nguy cơ cháy rừng góp
phần nâng cao chất lượng môi trường sinh thái của Việt Nam cũng như toàn cầu.
8. Cấu trúc và khối lượng của luận án
Mở đầu
Chương 1 - TổNG QUAN Về VIễN THáM HồNG NGOạI NHIệT TRONG
NGHIÊN CứU Dự BáO CHáY RừNG
Chương 2 - ảNH MODIS Và Xử Lý ảNH MODIS
Chương 3 - CƠ Sở Lý THUYếT THUậT TOáN LST Từ ảNH MODIS

Chương 4 - Sử DụNG MODIS TíNH TOáN LST THEO PHƯƠNG PHáP CHIA
KHí QUYểN THEO CửA Sổ TổNG QUáT
Chương 5 - MộT Số KếT QUả Và ĐáNH GIá
KếT LUậN Và KIếN NGHị


6

Chương 1
TổNG QUAN Về VIễN THáM HồNG NGOạI NHIệT TRONG
NGHIÊN CứU Dự BáO CHáY RừNG

1.1. Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu liên quan đến luận án
1.1.1. Nghiên cứu cháy rừng trên thế giới bằng công nghệ viễn thám
Hiện nay trên thế giới đang có nhiều chương trình nghiên cứu đa quốc gia về
phòng chống cháy rừng và quản lý tốt tài nguyên rừng; ở Việt Nam, từ nhiều năm nay
vấn đề cháy rừng cũng là vấn đề mà các cơ quan chính quyền các cấp và nhất là các
người dân ở vùng có rừng bị cháy rất quan tâm và tìm nhiều cách để khắc phục nạn
cháy rừng. Cháy rừng sẽ dẫn đến phá hủy sự đa dạng sinh học của động thực vật nói
chung, đối với một số loài sống ngay trong vùng bị ảnh hưởng nói riêng, vốn được xem
như một phần của môi trường sống. Cháy rừng không những gây thiệt hại về kinh tế,
xà hội cho con người mà cũng làm ảnh hưởng đến ô nhiễm không khí gây nguy hiểm
cho người dân sống trong các khu vực lân cận.
Hàng năm nước Mỹ đà phải tiêu tốn khoản tiền khá lớn cho việc bảo vệ và chống
cháy rừng lên tới hàng trăm triệu đôla và nhiều người thiệt mạng vì cháy rừng. Năm
1999 trận cháy tại Indonexia đà gây nên những thiệt hại lớn về người và của cho người
dân sống quanh vùng có rừng. Đặc biệt cháy rừng ảnh hưởng rất lớn đến môi trường,
gây ô nhiễm không khí trầm trọng, bằng chứng là những năm gần đây tỷ lệ CO 2 tăng
đáng kể trong không khí lên tới 40%.
Các vệ tinh quan sát Trái Đất có nhiệm vụ quan trắc các thông số môi trường

của trái đất trong đó có vấn đề cháy rừng. Với khả năng quan sát trên phạm vi rộng lớn
và đa thời gian, các vệ tinh này là công cụ quan trọng trong việc dự báo và cảnh báo
cháy. Vấn đề ứng dụng viễn thám trong quản lý giám sát cháy rừng được quan tâm của
nhiều quốc gia trªn thÕ giíi. HƯ thèng CFFDRS (Canadian Forest Fire Danger Ration
System) của Canada đà được phát triển để dự báo cháy bắt đầu từ năm 1987, sau đó là
hệ thống GIMS (Geographical Information and Modeling System) năm 1990. Các ứng
dụng của viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên rừng bao gồm điều tra khảo sát,


7

nghiên cứu các hệ sinh thái rừng, khảo sát năng suất mùa màng, xác định phân bố mật
độ diệp lục, phát hiện điểm cháy và dị thường nhiệt độ, thành lập bản đồ rừng ở phạm
vi quốc gia đến toàn cầu. Hiện nay, trên thế giới việc phát hiện và tham số hóa cháy
rừng là nhiệm vụ được thực hiện bởi các bộ cảm với quĩ đạo cực chủ yếu là các bộ
cảm như AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), AATSR (Advanced
Along Track Scanning Radiometer), BIRD (Bispectral InfraRed Detection) vµ hiƯn nay
lµ MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). ViƯc sư dơng công nghệ
vệ tinh quan sát và theo dõi có thể ®¸p viƯc gi¸m s¸t ch¸y tøc thêi.
C¸c tht to¸n ph¸t hiện điểm cháy đều sử dụng so sánh các ngưỡng quan sát của
02 kênh phổ 3,9m và 11m. Bộ cảm của các loại vệ tinh địa tĩnh có thể giải quyết vấn
đề về tần suất quan sát trái đất. Vệ tinh GOES, MSG và MTSAT-1R với độ phân giải
thời gian là 30 phút, tuy nhiên với độ phân giải không gian của các vệ tinh địa tĩnh là 4
km thì độ chính xác đối với những vùng có diện tích nhỏ hơn 1 điểm ảnh cho độ chính
xác thấp hơn rất nhiều so với các loại vệ tinh quĩ đạo cực độ phân giải 1 km. Chính vì
vậy việc kết hợp giữa hai loại vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quĩ đạo cực tăng khả năng ứng
dụng trong công tác theo dõi và phát hiện điểm cháy về không gian và thời gian.
Bắt đầu từ thế hệ LANDSAT TM và ETM+ với đầu thu nằm trong kênh phổ cận
hồng ngoại và TIR. ĐÃ có một vài ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám này trong nghiên
cứu, đánh giá tác động của hiện tượng cháy rừng tới các hệ sinh thái. Heri Sunuprapto

và Yousif Ali Hussin đà sử dụng ảnh LANDSAT và ERS-1 để nghiên cứu biến động
diện tích rừng ở khu vực Sumatra-Indonesia kết hợp với tư liệu ảnh vệ tinh NOAA và
khảo sát thực địa xây dựng hệ thống quan trắc cháy rừng. Kim Hwa Lim và nnk-Hàn
Quốc lại tập trung nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh SPOT để quan trắc cháy rừng. Bằng
việc sử dụng ảnh tổ hợp màu RGB cho các kênh hồng ngoại xa (4), gần kênh hồng
ngoại (3), kênh đỏ (2) của vệ tinh SPOT-4, có ảnh hưởng đặc biệt cho việc phát hiện
các đám cháy thể hiện rõ ràng phần sáng màu đỏ của đám cháy và khói của đám cháy
thể hiện ở màu xanh nhạt. Nhóm này còn gợi ý đưa ra tổ hợp màu cho vệ tinh SPOT-4
với tổ hợp kênh 4;3;2 trong đó thay vì kênh gần hồng ngoại được thay thế bởi giá trị
trung bình của kênh gần hồng ngoại và kênh xanh lá cây, với tổ hợp này thì đám cháy
và khói được thể hiện rõ ràng đồng thời xác định nhiệt độ tại các đám cháy bức xạ từ
kênh hồng ngoại khoảng 331,34 oK (58,34 oC) theo c«ng thøc:


8

T

hck
 e log(1  2hc 2 / 5e Le )

(1.1)

trong đó:
e là bước sóng tại tần số e (m);
Le bức xạ tại tần số e ; (Watt/m2/str/m)
T là nhiệt độ (0K);
c = 2,99x108 ms-1 là vận tốc của ánh sáng;
h = 6,63x10-34 Ws-2 lµ h»ng sè Planck;
k = 1,38x10-23 JK-1 là hằng số Boltzman;

Tuy nhiên việc sử dụng các tư liệu vệ tinh như LANDSAT và SPOT còn gặp
nhiều hạn chế do phổ TIR, độ phân giải thời gian thấp và giá thành cao.
1.1.2. Nghiên cứu dự báo cháy rừng tại Việt Nam
1.1.2.1. Theo dõi và quan sát cháy rừng bằng NOAA-AVHRR
Năm 2002, trong đề tài của Liên hiệp các hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam
ảnh vệ tinh NOAA và MODIS đà cùng được sử dụng và so sánh kết quả trong phát hiện
điểm cháy. Để phát hiện điểm cháy rừng từ ảnh NOAA-AVHRR và MODIS đà dựa
vào nguyên lý là tìm ra các dị thường về nhiệt độ bề mặt, so sánh với các chỉ thị điểm
cháy, điểm nóng để đưa ra thông báo điểm cháy hoặc dị thường nhiệt độ. ảnh thu nhận
được từ hệ thống vÖ tinh NOAA, hÖ thèng vÖ tinh TERRA, vÖ tinh AQUA với đầu đo
MODIS (36 kênh phổ với độ phân giải 250m, 500m và 1km) được thông báo và so
sánh với kết quả của Kiểm lâm Việt Nam.
Tính đến thời điểm này, hệ thống vệ tinh NOAA đà phát triển đến thế hệ 18,
các vệ tinh MODIS phóng lên từ năm 2000 và có thời gian hoạt động từ 6 năm đến 7
năm. Vệ tinh này có độ phủ khoảng 2000km toµn bé diƯn tÝch l·nh thỉ ViƯt Nam. Mét
ngµy, các trạm thu nhận được khoảng sáu ảnh trong đó có ba ảnh ban đêm, ba ảnh ban
ngày. Tuy nhiên trong trường hợp hai vệ tinh bay sát nhau thì chỉ có thể thu được bốn
ảnh (số ảnh tối thiểu). Hạn chế của ảnh NOAA-AVHRR là độ phân giải chỉ trong
phạm vi 1,1km, MODIS là 1km nên khó có thể biết chính xác tuyệt đối điểm cháy ở
phạm vi đo kích thước điểm ảnh. Hiện tại, dữ liệu thu được từ ba hệ thống vệ tinh trên
là miễn phí và được thu ở chế độ tức thời. Trạm thu sử dụng phần mềm giải nén dữ
liệu, phân tích để đưa ra ảnh viễn thám, sau đó là đưa ra các thông báo về các điểm


9

cháy và dị thường nhiệt ngay sau mỗi phiên thu ảnh.
Với ba kênh nhiệt 3B, 4 và 5 tương ứng với bước sóng 4m và 11m ảnh NOAA
có thể sử dụng cho việc tính toán điểm cháy, tuy nhiên hạn chế của ảnh NOAA đó là
độ bÃo hoà của các kênh nhiệt này chỉ là 335oK tại đỉnh của khí quyển trong khi đó

nhiệt độ tại bề mặt của trái đất của điểm dị thường nhiệt lại cao hơn rất nhiều. Để khắc
phục nhược điểm này nên khi đưa MODIS lên hoạt động, các kênh phổ được thiết kế
với độ bÃo hòa 400oK với kênh 22 và 500oK với kênh 21.
Bảng 1.1. Khái quát đặc điểm kênh phổ của AVHRR/3
Tham số

Kênh. 1

Kênh. 2

Kênh. 3A

Kênh. 3B

Kênh. 4

Kênh. 5

Ngưỡng phổ (ìm)

0,58-0,68

0,725-1,0

1.58-1.64

3.55-3.93

10.3-11.3


11.5-12.5

Silicon

Silicon

InGaAs

InSb

HgCdTe

HgCdTe

1,09

1,09

1,09

1,09

1,09

1,09

1,3 sq.

1,3 sq.


1,3 sq.

1,3 sq.

1,3 sq.

1,3 sq.

9:1

9:1

20:1

-

-

-

Bộ cảm
Phân giải (km)
IFOV
S/N 0.5% albedo
NEdT 300 K

-

-


-

≥,12 K

≥,12 K

≥,12oK

MTF 1.09 km

>,30

>,30

>,30

>,30

>,30

>,30

-

-

-

180 - 335


180 - 335

180 -335

o

Ngưỡng nhiệt độ (oK)

o

o

Công nghệ viễn thám không chỉ dừng lại ở việc dự báo cháy rừng mà nó còn
giải quyết được nhiều vấn đề như xây dựng bản đồ tài nguyên nước, mùa màng, cung
cấp tình trạng lớp phủ thực vật, diễn biến cây trồng đặc biệt là cây lúa tại các tỉnh đồng
bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng, tính toán chỉ số thực vật trên toàn lÃnh
thổ để đưa ra bài toán khô hạn.
1.1.2.2. Theo dõi cháy rừng bằng MODIS
Những nghiên cứu ứng dụng đầu tiên đà được tiến hành tại Viện đó là việc sử
dụng ảnh MODIS trong việc phát hiện điểm cháy và dị thường nhiệt độ. Để thực hiện
nghiên cứu này thì hai bước sóng rất nhạy cảm với nhiệt độ trên bề mặt trái đất đó là
kênh 21 (hoặc 22) và kênh 31 sẽ được sử dụng với bài toán này. Để tính toán các điểm
cháy hay điểm có dị thường nhiệt độ được chiết xuất từ các kênh nhiệt có bước sóng
4m và 11m (tương ứng với kênh 21, 22 và 31 của đầu đo MODIS). Tuy nhiên có
những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của các điểm cháy được phát hiện trên ảnh
như: sọc nhiễu của kênh phổ, không phát hiện được các vùng cháy nhỏ hơn kÝch th­íc


10


1 km x 1 km và không phát hiện được các vùng cháy lớn hơn kích thước 1 km x 1 km.
Các ảnh thu được đều bị nhiễu sọc, nguyên nhân là do tín hiệu vệ tinh được gửi xuống
và thu nhận theo từng khuôn dạng (frame), các sọc nhiễu này bị tạo ra giữa các khuôn
dạng. Khi hiển thị ảnh ta dễ dàng nhận thấy các sọc này. Trong quá trình tính toán phải
loại bỏ các sọc này (phương pháp hiệu chỉnh hình học, méo hình hình nơ (bow-tie).
Nếu kênh ảnh 22 bị nhiễu nhiều có thể thay thế bằng kênh ảnh 21 các lỗi này sẽ được
thông báo theo từng kênh ảnh thu được. Tuy nhiên, kênh 21 có khoảng bức xạ lớn hơn
kênh 22 nên sự ảnh hưởng của khí quyển đối với kênh 21 sẽ bị nhiễu nhiều hơn. Lỗi
này thể hiện rõ ở sự thay đổi không đều của LST, do đó khi tính toán cho những khu
vực cháy nhỏ hoặc nhiệt độ không cao sẽ bị lỗi và làm giảm khả năng phát hiện các
điểm cháy nhỏ.
Nhiệt độ không phải là tính chất đặc trưng (intrinsic property) của bề mặt; và
thay đổi tuỳ thuộc vào lượng bức xạ tới. Nhưng hệ số phát xạ lại là một tính chất đặc
trưng của bề mặt và không phụ thuộc vào độ bức xạ tới. Lượng bức xạ đi ra khỏi mặt
phát xạ lý tưởng = 1

(1.2)

Minh họa đối với ảnh MODIS thu vào ngày 5 tháng 4 năm 2002, lúc 10 giờ 02
phút, ảnh này ®­ỵc ®­a vỊ hƯ qui chiÕu UTM-WGS 84 (Mói 48), giá trị bức xạ L
(Watt/m2/sr/m ) của 12 điểm ảnh cháy và dị thường nhiệt kênh 21 (4m) và kênh 31
(11m) được đưa vào để phát hiện điểm cháy và dị thường nhiệt độ.
Bảng 1.2. Tính toán các điểm ảnh dị thường nhiệt cho ảnh MODIS
Long

105,069o

Long

105,091 o


Lat

9,61304 o

Lat

9,60952 o

L21 1,739852

T21 324,075

L21 2,410698

T21 324,075

L31 9,845613

T31 301,965

L31 10,278224 T31 301,965

Long

105,067o

Long

105,089 o


Long

105,11 o

Lat

9,59975o

Lat

9,59619 o

Lat

9,59261 o

L21 2,467389

T21 334,589

L21 3,185477 T21 342,718

L21 2,035906 T21 328,721

L31 9,959015

T31 302,756

L31 10,830958 T31 308,678


L31 10,419348 T31 305,917


11
Long

105,065 o

Long

105,086 o

Long

105,108 o

Lat

9,58646 o

Lat

9,58288 o

Lat

9,57928 o

L21 1,585526


T21 321,39

L21 5,078333 T21 358,627

L21 2,209129 T21 331,189

L31 9,420561

T31 298,954

L31 10,370626 T31 305,586

L31 10,289984 T31 305,037

Long

105,063 o

Long

105,084 o

Long

105,106 o

Lat

9,57318 o


Lat

9,56957 o

Lat

9,56595 o

L21 1,78708929 T21 324,858

L21 10,930196

T21 388,246

L21 1,739852 T21 324.075

L31 9,752370

L31 11,103966 T31 310,478

L31 10,285784 T31 305,008

T31 301,311

Long

105,082 o

Lat


9,55626 o

L21 3,012254

T21 340,905

L31 10,202621 T31 304,439

Kênh 21 được thay thế cho kênh 22 do đầu đo tại thời điểm 10 giờ 02 phút của
kênh 22 bị bÃo hoà các giá trị của điểm ảnh này vượt quá giá trị được mà hóa là 32767.
Theo thống kê ngày
5/4/2002 toàn bộ Việt Nam có
45 vụ cháy lớn nhỏ, đà cháy,
đang cháy và cháy âm ỷ, hầu
hết đều tập trung vào những nơi
có rừng đặc dụng, nguyên sinh

Hình 1.1. ảnh vệ tinh MODIS thu lúc 10 giờ 30 phút sáng ngày 5/4/2002.


12

1.2. Dự báo cháy rừng
1.2.1. Phân loại dữ liệu vệ tinh và khả năng áp dụng tại Việt Nam
Việc sử dụng ảnh vệ tinh các loại để phát hiện điểm cháy và dự báo cháy đà được
nghiên cứu và ứng dụng trên nhiều dữ liệu vệ tinh khác nhau được thể hiện trong bảng
1.3., tuy nhiên việc đưa dữ liệu vệ tinh vào các mô hình dự báo cháy lại phụ thuôc
nhiều vào giải phổ TIR, chu kỳ thu ảnh và giá thành của ảnh vệ tinh (bảng 1.4).
Bảng 1.3. So sánh vệ tinh các loại và khả năng dự báo cháy rừng

Vệ tinh

Độ phân giải /Chu kỳ thu ảnh

Khả năng dự báo cháy

Giải phổ hạn chế (1000 m), thu Vùng bị cháy và điểm có khả năng cháy

NOAA

ảnh hằng ngày
Kênh nhìn thấy và hồng ngoại Phát hiện khói và điểm có có khả năng cháy

GOES, GMS

(30 m/lần/ngày.)

ERS/ASTR

1000 m

Phát hiện vùng bị cháy

Giải phổ rộng từ nhìn thấy đến Phát hiệnvùng bị cháy và dự báo khả năng cháy
MODIS

hồng ngoại (250 m-500 m-1000
m ), thu ảnh hàng ngày
Giải phổ trung bình (15-90m),


Phát hiện vùng bị cháy và điểm có khả

tần số thu ảnh thấp.

năng cháy

Giải phổ hạn chế (15-30m), tần

Phát hiện vùng bị cháy

ASTER
LANDSAT

số thu ảnh thấp.
Giải phổ hạn chế (2,5-10 m),

SPOT 3,4,5
IRS-1

Phát hiện vùng bị cháy

tần số thu ảnh thấp.
Bước sóng ngắn, tần số thu ảnh thấp.

Phát hiện vùng bị cháy

RADARSAT Bước sóng ngắn, tần số thu ảnh thấp

Phát hiện vùng bị cháy


Bảng 1.4. Khả năng ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu cháy rừng tại Việt Nam
Vệ tinh
LANDSAT

SPOT

ASTER

NOAA

MODIS

Phân giải không gian

tốt

tốt

tốt

kém

trung bình

Tần suất lặp

trung bình

Trung bình


Trung bình

tốt

tốt

Phân giải phổ

trung bình

trung bình

tốt

trung bình

tốt

Chỉ tiêu đánh gía