ỦY BAN NHÂN DÂN
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÁO CÁO NGHIỆM THU

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIS-VIỄN THÁM
VÀ MƠ HÌNH HĨA DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐƠ THỊ NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH KHU VỰC TPHCM

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS. DƯƠNG THỊ THÚY NGA

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10/2016


ỦY BAN NHÂN DÂN
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÁO CÁO NGHIỆM THU

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIS-VIỄN THÁM
VÀ MƠ HÌNH HĨA DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐƠ THỊ NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH KHU VỰC TPHCM

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
(Ký tên)

TS. DƯƠNG THỊ THÚY NGA

CƠ QUAN QUẢN LÝ

CƠ QUAN CHỦ TRÌ

(Ký tên/đóng dấu xác nhận)

(Ký tên/đóng dấu xác nhận)

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10/2016


BÁO CÁO NGHIỆM THU
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIS-VIỄN THÁM
VÀ MƠ HÌNH HĨA DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐƠ THỊ - NGHIÊN CỨU
ĐIỂN HÌNH KHU VỰC TPHCM
Chủ nhiệm đề tài: TS. DƯƠNG THỊ THÚY NGA
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCM
Thời gian thực hiện đề tài: 18 tháng (06/2015 – 12/2016)
Kinh phí được duyệt: 550 triệu đồng
Mục tiêu: Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu các cơng nghệ GIS-Viễn
thám và Mơ hình hóa cũng như phương pháp xây dựng hệ thống thơng tin tích

hợp để nghiên cứu vấn đề nhiệt độ đô thị tại TPHCM.
Nội dung:
Những nội dung thực hiện (đối chiếu với hợp đồng đã ký):
STT

1

NỘI DUNG ĐĂNG KÝ
Khảo sát và thu thập dữ liệu ảnh

KẾT QUẢ ĐẠT

MỨC ĐỘ HỒN

ĐƯỢC

THÀNH
100%

viễn thám
2

Xây dựng quy trình giải đốn ảnh

100%

viễn thám nhiệt độ bề mặt đô thị và

- Vượt đăng ký:


áp dụng tại TPHCM

+ Xác định được các
lớp

phủ

có

ảnh

hưởng đến nhiệt độ
bề mặt và lập bản đồ
phân vùng lớp phủ.
+ Phân tích được
hiện tượng đảo nhiệt
đang

xảy

ra

tại

Tp.HCM bên cạnh
xu hướng gia tăng

1



nhiệt độ theo thời
gian.
3

Xây dựng quy trình ứng dụng

100%

MHH tính tốn và dự báo nhiệt độ
bề mặt đơ thị và áp dụng tại
TPHCM
4

Đề xuất giải pháp xây dựng hệ

100%

thống tích hợp GIS-Viễn thám,
MHH, phân tích thơng tin GIS dự
báo sự gia tăng nhiệt độ bề mặt đô
thị
5

Xây dựng hệ thống tích hợp GIS-

100%

Viễn thám, MHH, phân tích thơng
tin GIS dự báo sự gia tăng nhiệt độ
bề mặt đô thị tại TPHCM

6

Kiểm tra, chạy thử

100%

7

Viết báo cáo tổng kết, nghiệm thu

100%

8

Bài báo đăng Tạp chí hoặc Hội 01 Tạp chí chuyên 100%
nghị chuyên ngành trong nước: 02

ngành: Khí tượng
thủy văn
01 Hội nghị quốc tế:
the 6 th DAAD
Summer School &
GIS

Conference

2015
9

Đào tạo Cử nhân khoa học: 02


02 Cử nhân

100%

1 Thạc sĩ

- Vượt mức đăng
ký: 01 Thạc sĩ

2


MỤC LỤC
Chương 1. TỔNG QUAN ---------------------------------------------------------------- 14
1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ------------------------------------------------------ 14
1.2. Mục tiêu của đề tài ------------------------------------------------------------------- 20
1.2.1. Mục tiêu tổng quát. ------------------------------------------------------------- 20
1.2.2. Mục tiêu cụ thể. (Đề tài dự kiến sẽ giải-quyết-được-vấn-đề-cụ-thể
nào?) -------------------------------------------------------------------------------------- 20
Chương 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU----------------------------------------------- 21
2.1. Nội dung 1: Khảo sát và thu thập dữ liệu ảnh viễn thám ----------------------- 21
2.1.1. Mô tả ------------------------------------------------------------------------------ 21
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu ------------------------------------------------------- 21
2.1.3. Các chỉ tiêu theo dõi ------------------------------------------------------------ 21
2.1.4. Sản phẩm cần đạt ---------------------------------------------------------------- 21
2.1.5. Nội dung thực hiện -------------------------------------------------------------- 22
2.1.5.1. CHUYÊN ĐỀ 1: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU ẢNH
VIỄN THÁM ------------------------------------------------------------------------- 22
2.1.5.2. CHUYÊN ĐỀ 2: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN LỰA LOẠI ẢNH VIỄN

THÁM PHÙ HỢP ------------------------------------------------------------------- 37
2.2. NỘI DUNG 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIẢI ĐỐN ẢNH VIỄN THÁM
NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ VÀ ÁP DỤNG TẠI TPHCM ---------------------- 39
2.2.1. Mô tả ------------------------------------------------------------------------------ 39
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ------------------------------------------------------- 39
2.2.3. Các chỉ tiêu theo dõi ------------------------------------------------------------ 39
2.2.4. Sản phẩm cần đạt ---------------------------------------------------------------- 40
2.2.5. Nội dung thực hiện -------------------------------------------------------------- 40
2.2.5.1. CHUYÊN ĐỀ 1: XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIẢI ĐOÁN ẢNH
VIỄN THÁM VÀ ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT TPHCM 40

3


2.3. NỘI DUNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG DỤNG MHH TÍNH TỐN
VÀ DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐƠ THỊ VÀ ÁP DỤNG TẠI TPHCM ---- 50
2.3.1. Mô tả ------------------------------------------------------------------------------ 50
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu ------------------------------------------------------- 50
2.3.3. Các chỉ tiêu theo dõi ------------------------------------------------------------ 50
2.3.4. Sản phẩm cần đạt ---------------------------------------------------------------- 50
2.3.5. Nội dung thực hiện -------------------------------------------------------------- 50
2.3.5.1. CHUYÊN ĐỀ 1: NGHIÊN CỨU CÁC MƠ HÌNH TRÊN THẾ GIỚI
VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM, CHỌN LỰA MƠ HÌNH PHÙ
HỢP ĐỂ ÁP DỤNG TẠI TPHCM ------------------------------------------------ 50
2.3.5.2. CHUYÊN ĐỀ 2: XÂY DỰNG KỊCH BẢN TÍNH TỐN VÀ DỰ
BÁO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ TẠI TPHCM ----------------------------- 75
2.3.5.3. CHUYÊN ĐỀ 3: THU THẬP, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ DỮ LIỆU
ĐẦU VÀO CHO MƠ HÌNH TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT TRÁI ĐẤT
TẠI TPHCM -------------------------------------------------------------------------- 78
2.3.5.4. CHUYÊN ĐỀ 4: CHỈNH BIÊN, NỘI SUY DỮ LIỆU ĐẦU VÀO

CHO MƠ HÌNH TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT TRÁI ĐẤT TẠI
TPHCM-------------------------------------------------------------------------------- 87
2.4. NỘI DUNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP
GIS-VIỄN THÁM, MHH, PHÂN TÍCH THƠNG TIN GIS DỰ BÁO SỰ GIA
TĂNG NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐƠ THỊ ------------------------------------------------- 92
2.4.1. Mơ tả ------------------------------------------------------------------------------ 92
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu ------------------------------------------------------- 92
2.4.3. Các chỉ tiêu theo dõi ------------------------------------------------------------ 92
2.4.4. Sản phẩm cần đạt ---------------------------------------------------------------- 92
2.4.5. Nội dung thực hiện -------------------------------------------------------------- 92
2.4.5.1. CHUYÊN ĐỀ 1: GIẢI PHÁP HỆ THỐNG PHÂN TÍCH DỮ
LIỆU ----------------------------------------------------------------------------------- 92

4


2.5. NỘI DUNG 5: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP GIS-VIỄN THÁM,
MHH, PHÂN TÍCH THƠNG TIN GIS DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐƠ THỊ
TẠI TPHCM ------------------------------------------------------------------------------ 115
2.5.1. Mơ tả ----------------------------------------------------------------------------- 115
2.5.2. Phương pháp nghiên cứu ------------------------------------------------------ 115
2.5.3. Các chỉ tiêu theo dõi ----------------------------------------------------------- 115
2.5.4. Sản phẩm cần đạt --------------------------------------------------------------- 115
2.5.5. Nội dung thực hiện ------------------------------------------------------------- 116
2.5.5.1. CHUYÊN ĐỀ 1: THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HỆ THỐNG ------------ 116
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ------------------------------------------- 119
3.1. NỘI DUNG 1: KHẢO SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU ẢNH VIỄN
THÁM ------------------------------------------------------------------------------------- 119
3.2. NỘI DUNG 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIẢI ĐỐN ẢNH VIỄN THÁM
NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ VÀ ÁP DỤNG TẠI TPHCM --------------------- 125

3.2.1. Nhiệt độ bề mặt TPHCM------------------------------------------------------ 125
3.2.4. Nghiên cứu biế n đô ̣ng diê ̣n tić h không gian đô thi -----------------------135
̣
4.2.4.1. Ảnh tổ hơ ̣p màu------------------------------------------------------------ 135
4.2.4.2 Phân loa ̣i mă ̣t không thấ m (MKT) --------------------------------------- 136
4.2.3. Đánh giá tương quan giữa nhiê ̣t đô ̣ bề mă ̣t và không gian đô thi ̣ở
TP.HCM -------------------------------------------------------------------------------- 142
3.3. NỘI DUNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG DỤNG MHH TÍNH TỐN
VÀ DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ VÀ ÁP DỤNG TẠI TPHCM --- 144
3.3.1. Miền tính, lưới tính và bộ tham số của mơ hình WRF -------------------- 144
3.3.2. Kết quả mô phỏng nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ----------------- 145
3.3.2.1. Tính tốn hiện trạng ------------------------------------------------------- 146
3.3.2.2. Dự báo nhiệt độ bề mặt --------------------------------------------------- 151
3.3.2.3. Kiểm tra độ chính xác của mơ hình ------------------------------------- 154
3.3.2.4. Dự báo thử nghiệm nhiệt độ bề mặt tháng 01/2017 ------------------ 160

5


3.4. NỘI DUNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP
GIS-VIỄN THÁM, MHH, PHÂN TÍCH THƠNG TIN GIS DỰ BÁO SỰ GIA
TĂNG NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ ------------------------------------------------ 168
3.5. NỘI DUNG 5: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP GIS-VIỄN THÁM,
MHH, PHÂN TÍCH THƠNG TIN GIS DỰ BÁO NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ
TẠI TPHCM ------------------------------------------------------------------------------ 170
3.5.2.

Lược đồ cơ sở dữ liệu --------------------------------------------------------- 172

3.5.3. Đặc tả cơ sở dữ liệu -------------------------------------------------------------- 172

3.5.3. Giao diện ứng dụng--------------------------------------------------------------- 175
3.5.3.1. Màn hình hệ thống WebGIS --------------------------------------------- 176
3.5.4. Đánh giá về nhiệt độ bề mặt tại Tp.HCM ------------------------------------- 190
Chương 4. CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ----------------------------- 202
4.1. Kết luận ------------------------------------------------------------------------------ 202
4.2. Đề nghị ------------------------------------------------------------------------------- 204

6


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
GIS

Geographic information system

NDVI

Normalized Difference Vegetation Index

CSDL

Cơ sở dữ liệu

ESRI

Environmental Systems Research Institute

7



DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat 5 ...............................................................23
Bảng 2.2: Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat 7 ...............................................................24
Bảng 2.3: Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat 8 ...............................................................25
Bảng 2.4: Bảng thông số dữ liê ̣u MODIS ................................................................26
Bảng 2.5: Bảng so sánh 2 phương pháp tính nhiệt độ bề mặt trên ảnh vê ̣ tinh
Landsat ......................................................................................................................37
Bảng 2.6: Đánh giá ảnh vê ̣ tinh Landsat và MODIS trong nghiên cứu. ...................38
Bảng 2.7: Giá trị LMAX, LMIN ...............................................................................41
Bảng 2.8: Giá trị QCALMIN, QCALMAX ..............................................................41
Bảng 2.9: Giá trị K1, K2 ..........................................................................................42
Bảng 2.10: Giá trị LMAX, LMIN .............................................................................46
Bảng 2.11: Giá trị QCALMIN, QCALMAX ............................................................46
Bảng 2.12: Giá trị K1, K2 ........................................................................................46
Bảng 2.13: Giá trị độ phát xạ của đất trống và thực vật ...........................................47
Bảng 2.14: Giá trị hệ số SW......................................................................................48
Bảng 2.15: Giá trị hàm lượng hơi nước trong khí quyển (W) ..................................48
Bảng 2.16: Các sơ đồ vi vật lý mây ..........................................................................54
Bảng 2.17: Các sơ đồ tham số hóa đối lưu................................................................55
Bảng 2.18: Các sơ đồ tham số mơ hình đất...............................................................56
Bảng 2.19: Các sơ đồ lớp biên hành tinh (PBL). Trong đó Ri là số Richardson tới
hạn, TKE là động năng rối, PBL là lớp biên hành tinh .............................................57
Bảng 2.20: Các sơ đồ tham số hóa bức xạ ................................................................57
Bảng 2.21: Cấu hình động lực, vật lý và phương pháp số của mơ hình WRFARW
tại Trung tâm dự báo trung ương ..............................................................................58
Bảng 2.22: Số liệu của mơ hình tồn cầu GFS (dạng số) .........................................76
Bảng 2.23: Thơng tin mô tả các biến trong files số liệu mô hình GFS ....................84
Bảng 2.24: Danh mục các biến được lưu trữ sau khi chuẩn hóa số liệu GFS từ mơ
hình toàn cầu .............................................................................................................91
Bảng 2.25: Đặc điểm của dữ liệu Raster ...................................................................95

Bảng 2.26: Ưu, nhược điểm của cấu trúc dữ liệu Vector..........................................97
Bảng 2.27: Bảng phân tích các quan hệ khơng gian .................................................98
Bảng 2.28: So sánh ưu điểm và nhược điểm của mơ hình dữ liệu Vector và Raster 99
Bảng 2.29: Danh sách các tác nhân hệ thống và diễn giải. .....................................118
Bảng 2.30: Danh sách các UseCase hệ thống và diễn giải. ....................................118
Bảng 3.1: Nguồn ảnh vệ tinh Landsat .....................................................................119
Bảng 3.2: Trung biǹ h nhiê ̣t đô ̣ bề mă ̣t quâ ̣n, huyê ̣n TP.HCM qua các năm ...........123
Bảng 3.3: Thời gian chụp ảnh Viễn Thám ..............................................................127
Bảng 3.4: So sánh nhiệt độ bề mặt được giải đoán từ các ảnh viễn thám ở Bảng 4.20
và nhiệt độ khơng khí trung bình của tồn khu vực TP. Hồ Chí Minh. ..................127
Bảng 3.5: So sánh nhiệt độ bề mặt trung bình của một số quận (huyện) với nhiệt độ
khơng khí trung bình của tồn khu vực TP. Hồ Chí Minh......................................128
8


Bảng 3.6: Kênh NIR, RED ứng với mỗi loại ảnh vệ tinh .......................................130
Bảng 3.7: Bảng thố ng kê giá tri ̣NDVI theo từng quâ ̣n, huyê ̣n...............................132
Bảng 3.8: Bảng giá trị phản xạ phổ các đối tượng ..................................................138
Bảng 3.9: Bảng thống kê diện tích các đối tượng trong kết quả phân loại .............140
Bảng 3.10: Thống kê nhiệt độ, phần trăm diện tích MKT 24 quận, huyện TPHCM
.................................................................................................................................142
Bảng 3.11: Cấu hình động lực, vật lý và phương pháp số của mô hình WRF........144
Bảng 3.12: Kết quả dự báo nhiệt độ bề mặt từ 01-15/08/2016 ..............................151
Bảng 3.13: So sánh nhiệt độ tại 2m (0C) của mơ hình WRF với số liệu thực đo tại
trạm Tân Sơn Hòa ngày 11/08/2016 .......................................................................157
Bảng 3.14: Các chỉ số ME, MAE, RMSE ...............................................................159
Bảng 3.15: Bảng anh_vt ..........................................................................................172
Bảng 3.16: Bảng chitiet_nhietdo .............................................................................172
Bảng 3.17: Bảng phuong_xa ...................................................................................173
Bảng 3.18: Bảng quan_huyen .................................................................................173

Bảng 3.19: Bảng tinh_thanhpho ..............................................................................174
Bảng 3.20: Bảng vung_mien ...................................................................................174
Bảng 3.21: Use case đăng nhập...............................................................................176
Bảng 3.22: Use case quản lý các lớp bản đồ. ..........................................................176
Bảng 3.23: Use case in bản đồ. ...............................................................................178
Bảng 3.24: Use case vẽ biểu đồ. .............................................................................180
Bảng 3.25: Use case tìm kiếm nhiệt độ, chỉ số thực vật của từng phường (xã)......182
Bảng 3.26: Use case xem thông tin nhiệt độ, chỉ số thực vật. ................................183
Bảng 3.27: Use case in dữ liệu. ...............................................................................184
Bảng 3.28: Use case xem dự báo nhiệt độ. .............................................................185
Bảng 3.29: Use case Thêm dữ liệu mô hình hóa vào CSDL. .................................187
Bảng 3.30: Use case cảnh báo nhiệt độ cực đoan. ..................................................189
Bảng 3.31: Khảo sát hiện tượng đảo nhiệt tại TP. Hồ Chí Minh vào tháng 1 và tháng
10 năm 2015 ............................................................................................................191

9


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Khu vực TP.HCM trên vệ tinh Landsat ....................................................32
Hình 2.2: Hệ tọa độ η của WRF ...............................................................................53
Hình 2.3: Tương tác giữa các thành phần vật lý trong WRF ....................................59
Hình 2.4: Sơ đồ của hệ thống WRF ..........................................................................60
Hình 2.5: Sơ đồ của WPS..........................................................................................61
Hình 2.6: Các quá trình vi vật lý mây được mơ phỏng trong sơ đồ hai pha rắn .......64
Hình 2.7: Vi vật lý mây của NHM ............................................................................70
Hình 2.8: Đối tượng Vectors (trái) và Raster (phải) .................................................93
Hình 2.9: Minh họa dữ liệu Vector ...........................................................................94
Hình 2.10: Minh họa dữ liệu Raster ..........................................................................94
Hình 2.11: Dữ liệu TIN .............................................................................................94

Hình 2.12: Dữ liệu Annotation..................................................................................94
Hình 2.13: Dữ liệu ảnh vệ tinh ..................................................................................94
Hình 2.14: Dữ liệu ảnh máy bay ...............................................................................94
Hình 2.15: Mơ hình chuyển từ ảnh thực sang các điểm tọa độ.................................96
Hình 2.16: Các vùng (polygons) từ các điểm tọa độ thu thập được .........................96
Hình 2.17: Các kiểu mơ hình cơ bản: điểm, đường và vùng. ...................................96
Hình 2.18: Mơ hình đối tượng đường (trái) và ứng dụng (phải)...............................97
Hình 2.19: Mơ hình vector biểu diễn đối tượng hồ (phải) và thực tế (trái) ..............97
Hình 2.20: Điểm đầu, cuối và giao của đường..........................................................98
Hình 2.21: Tính liên tục ............................................................................................98
Hình 2.22: Tính kề nhau............................................................................................98
Hình 2.23: Tính tạo vùng. .........................................................................................98
Hình 2.24: Sơ đồ hoạt động của WebGIS ...............................................................102
Hình 2.25: Kiến trúc Client- Server trong WebGIS................................................103
Hình 2.26: Sơ đồ kiến trúc Logic ứng dụng WebGIS. ............................................116
Hình 2.27: Sơ đồ UseCase hệ thống .......................................................................117
Hình 3.1: Khu vực TP.HCM trên vệ tinh Landsat. .................................................119
Hình 3.2: Ảnh trước khi ghép. ................................................................................122
Hình 3.3: Ảnh sau khi ghép.....................................................................................122
Hình 3.4: Nhiê ̣t đô ̣ bề mă ̣t từ ảnh Landsat ..............................................................123
Hình 3.5: Nhiê ̣t đô ̣ bề mă ̣t từ ảnh Modis .................................................................123
Hình 3.6: Sơ đồ giải đoán ảnh viễn thám ................................................................125
Hình 3.7: Nhiê ̣t đô ̣ bề mă ̣t năm 2002 ......................................................................125
Hình 3.8: Nhiê ̣t đô ̣ bề mă ̣t năm 2008 ......................................................................125
Hình 3.9: Nhiê ̣t đô ̣ bề mă ̣t năm 2014 ......................................................................126
Hình 3.10: Nhiê ̣t đô ̣ bề mă ̣t năm 2015 ....................................................................126
Hình 3.11: Biểu đồ xu thế nhiệt độ trung bình TP. Hồ Chí Minh các tháng mùa
nắng. ........................................................................................................................127
Hình 3.12: Biểu đồ xu thế nhiệt độ trung bình TP. Hồ Chí Minh các tháng mùa
mưa. .........................................................................................................................128

10


Hình 3.13: Biểu đồ xu thế nhiệt độ Quận 1 và huyện Cần Giờ các tháng mùa nắng.
.................................................................................................................................128
Hình 3.14: Biểu đồ xu thế nhiệt độ Quận 1 và huyện Cần Giờ các tháng mùa mưa.
.................................................................................................................................129
Hình 3.15: NDVI năm 2002 ....................................................................................131
Hình 3.16: NDVI năm 2008 ....................................................................................131
Hình 3.17: NDVI năm 2014 ...................................................................................131
Hình 3.18: NDVI năm 2015 ....................................................................................131
Hình 3.19: Biể u đồ sự thay đổ i giá tri ̣NDVI quâ ̣n, huyê ̣n TP.HCM qua từng năm
.................................................................................................................................133
Hình 3.20: Đồ thi ̣biể u diễn mố i quan hê ̣ giữa chỉ số thực vâ ̣t (NDVI) và nhiê ̣t đô ̣ bề
mă ̣t quâ ̣n, huyê ̣n TP.HCM năm 2002 .....................................................................134
Hình 3.21: Đồ thi ̣biể u diễn mố i quan hê ̣ giữa chỉ số thực vâ ̣t (NDVI) và nhiê ̣t đô ̣ bề
mă ̣t quâ ̣n, huyê ̣n TP.HCM năm 2008 .....................................................................134
Hình 3.22: Đồ thi ̣biể u diễn mố i quan hê ̣ giữa chỉ số thực vâ ̣t (NDVI) và nhiê ̣t đô ̣ bề
mă ̣t quâ ̣n, huyê ̣n TP.HCM năm 2014 .....................................................................135
Hình 3.23: Ảnh tổ hơ ̣p màu giả năm 2008 ..............................................................136
Hình 3.24: Ảnh tổ hơ ̣p màu giả năm 2014 ..............................................................136
Hình 3.25: Bản đồ quy hoa ̣ch sử du ̣ng đấ t TP.HCM đinh
̣ hướng năm 2020 ..........137
Hình 3.26: Ảnh phân loa ̣i các đố i tươ ̣ng năm 2002 ................................................139
Hình 3.27: Ảnh phân loa ̣i các đố i tươ ̣ng năm 2008 ................................................139
Hình 3.28: Ảnh phân loa ̣i các đố i tươ ̣ng năm 2014 ................................................139
Hình 3.29: Biểu đồ cột thể hiện diện tích các đối tượng qua các năm 2002, 2008,
2014 .........................................................................................................................140
Hình 3.30: Biể u đồ thể hiê ̣n tăng trưởng diê ̣n tích không gian đô thi ̣giai đoa ̣n 20022014 .........................................................................................................................141
Hình 3.31: Đồ thị biểu diễn tương quan giữa nhiệt độ và phần trăm diện tích MKT

.................................................................................................................................143
Hình 3.32: Miền tính của mơ hình WRF ................................................................144
Hình 3.33: Quy trình tính tốn mơ hình hóa ...........................................................145
Hình 3.34: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 01/04/2010 ...........146
Hình 3.35: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 04/04/2010 ...........146
Hình 3.36: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 07/04/2010 ...........146
Hình 3.37: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 10/04/2010 ...........146
Hình 3.38: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 13/04/2010 ...........147
Hình 3.39: Trường nhiệt độ bề mặt TB tại Tp. Hồ Chí Minh từ 01/04-15/04 ........147
Hình 3.40: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh lúc 13h ngày 01/04/2010
.................................................................................................................................148
Hình 3.41: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 01/04/2014 ...........149
Hình 3.42: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 04/04/2014 ...........149
Hình 3.43: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 07/04/2014 ...........149
Hình 3.44: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 10/04/2014 ...........149
Hình 3.45: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 13/04/2014 ...........149
11


Hình 3.46: Trường nhiệt độ bề mặt TB tại Tp. Hồ Chí Minh từ 01/04 đến
15/04/2014...............................................................................................................149
Hình 3.47: Chênh lệch nhiệt độ bề mặt TB từ 01 -15/04/2014 so với 01-15/04/2010
.................................................................................................................................151
Hình 3.48: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 01/08/2016 ...........152
Hình 3.49: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 04/08/2016 ...........152
Hình 3.50: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 07/08/2016 ...........152
Hình 3.51: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 13/08/2016 ...........152
Hình 3.52: Nhiệt độ bề mặt trung bình tại Tp. Hồ Chí Minh từ 01/08-15/08/2016153
Hình 3.53: Biến trình nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ KK tại độ cao 2m tại trạm Tân
Sơn Hòa, Tp. Hồ Chí Minh ngày 02/04/2010 .........................................................155

Hình 3.54: Biến trình nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ KK tại độ cao 2m tại trạm Tân
Sơn Hịa, Tp. Hồ Chí Minh ngày 02/04/2014 .........................................................155
Hình 3.55: Nhiệt độ tại 2m giữa mơ hình WRF và thực đo tại trạm Tân Sơn Hòa từ
11/08-13/08/2016 ....................................................................................................157
Hình 3.56: Nhiệt độ tại 2m giữa mơ hình WRF và thực đo tại quận 1 tại các ốp từ
7h-19h ngày 11/08, 12/08, 13/08/2016 ...................................................................158
Hình 3.57: Nhiệt độ tại 2m giữa mơ hình WRF và thực đo tại quận 9 tại các ốp từ
7h-19h ngày 11/08, 12/08, 13/08/2016 ...................................................................159
Hình 3.58: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 01/01/2017 ...........160
Hình 3.59: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 04/01/2017 ...........161
Hình 3.60: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 07/01/2017 ...........161
Hình 3.61: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 10/01/2017 ...........162
Hình 3.62: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh ngày 13/01/2017 ...........162
Hình 3.63: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh lúc 13h ngày 01/01/2017
.................................................................................................................................164
Hình 3.64: Trường nhiệt độ bề mặt tại Tp. Hồ Chí Minh lúc 13h ngày 03/01/2017
.................................................................................................................................165
Hình 3.65: Mơ hình WebGIS .................................................................................168
Hình 3.66: Mơ hình tổng thể của hệ thống ............................................................169
Hình 3.67: Sơ đồ xử lý của hệ thống......................................................................170
Hình 3.68: Lược đồ CSDL trên PostgreSQL. .........................................................172
Hình 3.69: Sơ đồ màn hình giao diện tồn hệ thống WebGIS. ...............................175
Hình 3.70: Màn hình đăng nhập. .............................................................................176
Hình 3.71: Màn hình quản lý các lớp bản đồ ..........................................................177
Hình 3.72: Xem thông tin nhiệt độ .........................................................................178
Hình 3.73: Xem thông tin chỉ số thực vật ...............................................................178
Hình 3.74: Màn hình chức năng in bản đồ ..............................................................179
Hình 3.75: Màn hình chức năng lập biểu đồ. ..........................................................181
Hình 3.76: Màn hình biểu đồ của từng quận (huyện) .............................................181
Hình 3.77: Màn hình biểu đồ trịn của từng quận (huyện) ......................................182

Hình 3.78: Biểu đồ cột của một quận (huyện) qua các năm ...................................182
12


Hình 3.79: Màn hình chức năng tìm kiếm nhiệt độ, chỉ số thực vật của từng phường
(xã) ..........................................................................................................................183
Hình 3.80: Màn hình xem thơng tin chi tiết nhiệt độ và chỉ số thực vật.................184
Hình 3.81: Màn hình xem thơng tin chi tiết và in dữ liệu .......................................185
Hình 3.82: Màn hình chức năng dự báo nhiệt độ ....................................................186
Hình 3.83: Biểu đồ dự báo nhiệt độ các quận (huyện) ...........................................187
Hình 3.84: Biểu đồ dự báo nhiệt độ của một quận (huyện) theo thời gian .............187
Hình 3.85: Màn hình chức năng thêm dữ liệu mơ hình hóa ...................................188
Hình 3.86: Màn hình chức năng xem kết quả tính tốn từ mơ hình hóa.................188
Hình 3.87: Màn hình kết quả dự báo nhiệt độ của một quận (huyện) ....................189
Hình 3.88: Màn hình cảnh báo nhiệt độ ..................................................................190
Hình 3.89: Hiện tượng đảo nhiệt đô thị ..................................................................190
Hình 3.90: Khảo sát hiện tượng đảo nhiệt tại TP. Hồ Chí Minh ............................191
Hình 3.91: Hiện tượng đảo nhiệt tại Tp.HCM ........................................................192
Hình 3.92: Biểu đồ thể hiện đảo nhiệt đô thị TP. Hồ Chí Minh tháng 1 năm 2015
.................................................................................................................................193
Hình 3.93: Biểu đồ thể hiện đảo nhiệt đơ thị TP. Hồ Chí Minh tháng 10 năm 2015
.................................................................................................................................193
Hình 3.94: Biểu đồ chỉ số thực vật một số khu vực tháng 1 và tháng 10 năm 2015
.................................................................................................................................194
Hình 3.95: Quy trình xây dựng CSDL từ ảnh viễn thám ........................................196
Hình 3.96: Quy trình xây dựng CSDL từ mơ hình WRF ........................................198
Hình 3.97: Phân quyền hệ thống .............................................................................199
Hình 3.98: Các tính năng khai thác thơng tin .........................................................200
Hình 3.99: Tính năng nhập xuất dữ liệu .................................................................201


13


Chương 1.

TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam về các vấn đề
liên quan
 Thế giới
Công nghệ GIS-Viễn thám, Mơ hình hóa được nghiên cứu và phát triển từ vài
thập kỷ nay trên thế giới. Những thành tựu từ những nghiên cứu của các công nghệ
này đã góp phần to lớn vào cơng tác quản lý mơi trường trên toàn thế giới. Vấn đề
ứng dụng GIS-Viễn thám và Mơ hình hóa vào việc giám sát các hiện tượng tự nhiên
trên bề mặt trái đất như sạt lở bờ sông, ngập lụt, cháy rừng,… đã được nghiên cứu
nhiều. Vấn đề tính tốn và đánh giá sự thay đổi nhiệt độ bề mặt trái đất cũng đang
được quan tâm, nhất là trong bối cảnh BĐKH đang ảnh hưởng rất lớn đến sự nóng
dần của trái đất.
- Trong luận văn Thạc sĩ của D. J. Twigt tại Đại học Kỹ thuật Delft (2006) “3D
temperature modeling for the South China Sea using remote sensing data”, tác giả tập
trung nghiên cứu 2 vấn đề: nhiệt độ và độ mặn trên mặt biển dạng 3 chiều ở quy mơ
lớn; phát triển mơ hình thể hiện diễn biến của các q trình này. Mơ hình Delft3D sẽ
được ứng dụng để tính tốn nhiệt độ, độ mặn mặt biển, sử dụng dữ liệu đo đạc và xử
lý ảnh viễn thám.
- Một nghiên cứu khác là “Analysis of Alberta temperature observations and
estimates by global climate models” (2000) của Phân viện Khoa học và Cơng nghệ Phịng Khoa học Môi trường Alberta đã kiểm tra sự thay đổi nhiệt độ đô thị của tỉnh
Alberta theo không gian và thời gian dựa vào việc so sánh dữ liệu đo đạc với kết quả
của mơ hình khí hậu tồn cầu, chủ yếu là xem xét đến xu hướng thay đổi nhiệt độ của
vùng.

- “Database System for Archiving and Managing Remote Sensing Images”
(2009) của nhóm tác giả Jianting Shi, Yinan Chen, Chunyuan Liu là một nghiên cứu
về việc xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu ảnh viễn thám. Hệ thống sử dụng Oracle
để lưu trữ dữ liệu GIS và ảnh viễn thám, ArcGIS Server để tạo các dịch vụ Web,
ArcSDE để quản lý dữ liệu không gian.

14


Ngồi ra, cịn khá nhiều nghiên cứu khác về vấn đề nhiệt độ bề mặt nước biển,
bề mặt đô thị nhưng rất ít nghiên cứu vừa tính tốn nhiệt độ vừa xây dựng cơ sở dữ
liệu phục vụ công tác phân tích, đánh giá và giám sát các vấn đề mơi trường.
 Việt Nam
Ở Việt Nam hiện có một vài nhóm ngiên cứu về vấn đề nhiệt độ đơ thị như:
- “Ứng dụng ảnh Modis theo dõi sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đất và tình hình
khơ hạn vùng đồng bằng sơng Cửu Long” của nhóm tác giả Huỳnh Thị Thu Hương,
Trương Chí Quang và Trần Thanh Dân – trường Đại học Cần Thơ (2012). Nghiên
cứu này sử dụng dòng ảnh vệ tinh MOD11A2 (độ phân giải 1km, chu kỳ thời gian 8
ngày) từ năm 2000 đến năm 2010 để tính tốn và đánh giá nhiệt độ bề mặt đất và chỉ
số khô hạn vùng đồng bằng sông Cửu Long kết hợp phỏng vấn hộ nông dân trong
vùng nghiên cứu. Kết quả đã xây dựng hồn chỉnh qui trình tính tốn nhiệt độ bề mặt
đất và chỉ số khơ hạn thực vật TVDI cho vùng ĐBSCL từ ảnh MODIS.
- Luận án TS Kỹ thuật của TS. Trần Thị Vân “Nghiên cứu biến đổi nhiệt độ đô
thị dưới tác động của q trình đơ thị hóa bằng phương pháp viễn thám và GIS, trường
hợp khu vực TPHCM” (2011) – Viện Môi trường và Tài nguyên – ĐHQG TPHCM
đã nghiên cứu biến đổi nhiệt độ bề mặt đô thị trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS,
qua đó phân tích và thiết lập mối tương quan giữa sự thay đổi nhiệt độ và q trình
đơ thị hóa cho khu vực TPHCM. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng 2 loại ảnh:
Aster và Landsat. Đối với toàn TPHCM, tác giả sử dụng ảnh trong 4 năm: 1989, 1998,
2002, 2006. Đối với 19 quận trong nội thành, tác giả sử dụng thêm ảnh của 6 năm:

1993, 1994, 1999, 2001, 2003, 2004. Tất cả ảnh viễn thám đều chụp trong mùa khô
để nghiên cứu về sự thay đổi nhiệt độ đô thị TPHCM.
Luận án tập trung vào việc xử lý ảnh viễn thám để xác định nhiệt độ TB tại các
khu vực như: khu cơng nghiệp, khu vực đơ thị hóa, nội thành, vùng nông thôn, đất
nông nghiệp, rừng, mặt nước trong các năm và có sự so sánh sự khác biệt về nhiệt độ
giữa các khu vực này và những yếu tố ảnh hưởng đến nó như lớp phủ thực vật, bề
mặt khơng thốt nước.

15


 Đánh giá kết quả các cơng trình nghiên cứu đã công bố - Những tồn tại
cần giải quyết
Những vấn đề nghiên cứu nhiệt độ bề mặt đất, mặt biển hay các chỉ số khô
hạn,… trên thế giới và VN chủ yếu tập trung vào việc xử lý ảnh viễn thám và đánh
giá ảnh hưởng của các yếu tố chính có liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ. Sau đó, tác
giả xác định nhiệt độ TB tại từng khu vực và so sánh qua các thời kỳ. Do phải xác
định nhiệt độ TB từng khu vực bằng phương pháp thủ công và phải do chuyên gia xử
lý ảnh viễn thám thực hiện nên chúng ta không thấy được chi tiết thông tin nhiệt độ
tại những khu vực mà chúng ta quan tâm. Và cũng do khơng có được nguồn dữ liệu
chi tiết nhiệt độ cả vùng nghiên cứu theo thời gian và khơng gian nên những cơng
việc phân tích thơng tin sau này sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Đối với vấn đề ứng dụng
mơ hình hóa để dự báo nhiệt độ đơ thị, thế giới có khá nhiều nghiên cứu. Tuy nhiên,
hiện rất ít nghiên cứu về việc tích hợp xử lý ảnh viễn thám, mơ hình hóa và phần mềm
quản lý dữ liệu tính tốn, dự báo nhiệt độ để phục vụ cơng tác phân tích dữ liệu, cung
cấp thông tin trực quan đến người dùng, hỗ trợ nhà quản lý trong công tác giám sát
môi trường.
 Lý do thực hiện đề tài
Thành phố Hồ Chí Minh (HCM) là một đô thị lớn của cả nước, là trung tâm của
khu vực miền Nam, phát triển kinh tế nhanh cùng với tăng trưởng dân số và sự ra đời

của nhiều doanh nghiệp. Thành phố HCM đang tiếp tục mở rộng nhanh chóng ra các
khu vực ngoại vi trung tâm và mật độ đô thị ngày càng tăng.
Đô thị phát triển dẫn theo sự xuất hiện ngày càng nhiều các bề mặt không thấm
(MKT), đồng thời làm thay đổi các đặc tính nhiệt của đất, quỹ năng lượng ở bề mặt
Trái Đất, thay đổi các tính chất tuần hồn của khí quyển xung quanh, tạo ra một lượng
lớn nhiệt thải từ các hoạt động nhân sinh và dẫn đến một loạt các thay đổi trong hệ
thống môi trường đô thị.
Q trình đơ thị hóa ở thành phố Hồ Chí Minh trong những năm gần đây đã ảnh
hưởng rõ nét tới biến động lớp phủ đất, sự thay đổi nhiệt độ bề mặt, nhất là các khu
vực trung tâm thành phố. Các tác động của đơ thị hóa (ĐTH) lên môi trường nhiệt
tạo ra hiệu ứng “Đảo nhiệt đô thị” (Urban Heat Island) làm ảnh hưởng đến nhu cầu
năng lượng, sức khoẻ và các điều kiện về môi trường.
16


Do chịu tác động từ sự nóng lên tồn cầu, cộng với xu hướng tăng nhiệt độ, kết
hợp với quá trình đơ thị hóa, bê tơng hóa, khơng thảm xanh, khơng có nơi hút nhiệt
độ,… nhiệt độ tại TP.HCM có thể tăng lên nhanh chóng, ảnh hưởng đến sinh hoạt,
sức khỏe của nhiều người. Trong vòng 50 năm trở lại đây, nhiệt độ trung bình của
thành phố đang có chiều hướng tăng dần. Nhiệt độ trung bình thấp nhất cũng tăng,
trong khi tình hình biến động mưa, áp thấp nhiệt đới cũng rất phức tạp.
Biến đổi khí hậu (BĐKH) sẽ ảnh hưởng rất bất lợi đến Thành phố Hồ Chí Minh
trong thời gian tới. Lượng mưa dự báo sẽ giảm trong mùa khô và tăng trong mùa
mưa. Nhiệt độ trung bình dự báo sẽ tăng là 1 độ C vào năm 2050, và 2,6 độ C vào
năm 2100. Mực nước biển dự kiến sẽ tăng 30cm cho đến năm 2050 và tiếp tục tăng
trong khoảng 65 - 100cm vào năm 2100 so với mực nước biển trung bình trong giai
đoạn 1980 - 1999. Như vậy, TPHCM sẽ chịu ảnh hưởng hỗn hợp các yếu tố: tăng
nhiệt độ dẫn đến nhiệt độ cao hơn trong thành phố; suy giảm chất lượng khơng khí
và nguồn nước; mực nước biển dâng lên dẫn đến nguy cơ ngập lụt và nhiễm mặn tăng
lên, kết hợp với triều cường sẽ tạo ra các đỉnh lũ cao hơn; tăng lượng mưa trong mùa

mưa sẽ tạo ngập úng nhiều hơn và hệ quả thay đổi dòng chảy của hệ thống sơng ngịi
dẫn đến sự gia tăng các sự cố vỡ đê bao, gia tăng tần suất ngập lụt. Một ảnh hưởng
kép nữa nếu công tác quản lý bảo vệ môi trường sống không được quan tâm đầy đủ.
Để ứng phó với tình trạng biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng và phức tạp khó
lường, rất cần sự phối hợp các giải pháp từ nhiều ban ngành và của toàn xã hội. Từ
các ứng dụng khoa học kỹ thuật đến thái độ của người dân trong đời sống hàng ngày
với mơi trường xung quanh. Có vậy mới mong giảm thiểu và góp phần giải quyết
từng bước thực trạng vốn rất khó khăn này.
Do vậy, đề tài nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ GIS-Viễn thám, Mơ
hình hóa và xây dựng ứng dụng quản lý dữ liệu, phân tích thơng tin dự báo nhiệt độ
đơ thị. Từ đó, thực hiện nghiên cứu điển hình tại khu vực TPHCM nhằm hỗ trợ các
nhà quản lý trong công tác giám sát môi trường cũng như cung cấp đến người dân
thơng tin về tình hình thay đổi nhiệt độ tại khu vực mình đang sống một cách trực
quan để có biện pháp thích ứng, đảm bảo đời sống sức khỏe tốt.

17


 Ý tưởng khoa học
Công nghệ GIS-Viễn thám rất hữu ích trong việc đánh giá, phân tích các hiện
tượng tự nhiên xảy ra trên bề mặt trái đất như xác định nhiệt độ bề mặt trái đất. Trong
bối cảnh biến đổi khí hậu ảnh hưởng ngày càng lớn đến TPHCM, việc sử dụng ảnh
viễn thám để đánh giá nhiệt độ đô thị tại TPHCM là rất phù hợp. Việc giải đốn ảnh
vệ tinh sẽ giúp cơng tác giám sát những thay đổi về thời tiết, đặc biệt là nhiệt độ đô
thị, cũng như những yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ được dễ dàng hơn.
Mơ hình hóa sẽ là một cơng cụ tốn học hiện đại giúp tính tốn, dự báo sự thay
đổi nhiệt đô thị tại TPHCM theo thời gian và không gian.
Kết hợp hai nghiên cứu về GIS-Viễn thám và Mơ hình hóa, đề tài sẽ xây dựng
quy trình tính tốn, dự báo nhiệt độ đơ thị. Từ quy trình này, đề tài sẽ thực hiện nghiên
cứu điển hình tại TPHCM: xây dựng hệ thống tích hợp GIS-Viễn thám, Mơ hình hóa

và quản lý dữ liệu, phân tích sự gia tăng nhiệt độ bề mặt tại TPHCM. Từ những kết
quả tính tốn và dự báo sự gia tăng nhiệt độ tại TPHCM, các cơ quan chức năng,
chính quyền địa phương sẽ có những quyết định kịp thời nhằm giảm thiểu các ảnh
hưởng của rủi ro môi trường do biến đổi khí hậu gây ra.
 Sự cần thiết của nghiên cứu
Việt Nam được đánh giá là một trong những nước sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng
nhất của BĐKH và TPHCM là một trong 10 thành phố trên thế giới được dự báo sẽ
bị ảnh hưởng nặng nề bởi biến đổi khí hậu (BĐKH).
Các nghiên cứu ở Việt Nam về sự thay đổi nhiệt độ đơ thị vẫn cịn rời rạc, chưa
liên kết được các ngành khoa học để đưa ra được giải pháp tổng thể giải quyết hiệu
quả các vấn đề về rủi ro môi trường.
Do vậy, nghiên cứu về việc xây dựng một quy trình thống nhất, tích hợp các
vấn đề GIS-Viễn thám, Mơ hình hóa và quản lý dữ liệu, phân tích thơng tin về nhiệt
độ đơ thị để có biện pháp thích ứng hiệu quả với biến đổi khí hậu là rất cần thiết.
Vai trị của Công nghệ thông tin trong việc xây dựng hệ thống tích hợp này là
vơ cùng quan trọng. Tính tự động hóa của hệ thống sẽ hỗ trợ người ra quyết định
những thơng tin chính xác, nhanh chóng, giúp nâng cao khả năng thích ứng với biến
đổi khí hậu một cách hiệu quả.

18


 Tính mới của đề tài
 Quy trình xử lý ảnh viễn thám: đề tài sẽ trình bày quy trình giải đoán ảnh
viễn thám để đánh giá sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đơ thị. Từ quy trình này,
các nghiên cứu tiếp theo sẽ dễ dàng phát triển hệ thống thành một hệ hồn
chỉnh.
 Quy trình tính tốn, dự báo nhiệt độ đơ thị theo phương pháp mơ hình
hóa: quy trình ứng dụng mơ hình hóa để dự báo nhiệt độ đô thị sẽ là một
nghiên cứu mới của đề tài.

 Xây dựng hệ thống tích hợp GIS-Viễn thám, Mơ hình hóa và quản lý,
phân tích dữ liệu nhiệt độ đơ thị: việc tích hợp các cơng nghệ hiện đại trong
việc quản lý thông tin nhiệt độ đô thị là mới ở Việt Nam.
 Tính liên ngành: đây là một đề tài liên ngành Công nghệ thông tin và Môi
trường, rất cần thiết phục vụ cho công tác bảo vệ môi trường và phát triển
bền vững.
 Ý nghĩa khoa học
Việc nghiên cứu các công nghệ tiên tiến trên thế giới để xây dựng các quy trình
tính tốn phục vụ nhà nghiên cứu đối với vấn đề thay đổi nhiệt độ đơ thị và xây dựng
hệ thống tích hợp là một nghiên cứu mang tính khoa học cao.
Các quy trình này sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm giải quyết hiệu
quả các vấn đề môi trường khơng chỉ ở TPHCM mà cịn ở các khu vực chịu ảnh
hưởng của biến đổi khí hậu tương tự.
 Ý nghĩa thực tiễn
Hệ thống tích hợp quản lý dữ liệu, phân tích thơng tin nhiệt độ đơ thị tại TPHCM
là một giải pháp rất hiệu quả và đem lại lợi ích to lớn cho nền kinh tế, xã hội và bảo
vệ sức khỏe con người. Việc ứng dụng Công nghệ thơng tin để giải quyết các bài tốn
mơi trường đã và đang góp phần to lớn vào việc xây dựng giải pháp tổng thể để ứng
phó với những ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Tính khả thi của hệ thống là rất rõ
ràng.

19


1.2. Mục tiêu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu tổng quát.
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu các cơng nghệ GIS-Viễn thám và Mơ
hình hóa cũng như phương pháp xây dựng hệ thống thơng tin tích hợp để nghiên cứu
vấn đề nhiệt độ đô thị tại TPHCM.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể. (Đề tài dự kiến sẽ giải-quyết-được-vấn-đề-cụ-thể nào?)

Để đạt được mục tiêu chính, đề tài sẽ nghiên cứu cơng nghệ GIS-Viễn thám để
giải đốn nhiệt độ đơ thị và lớp phủ thực vật tại TPHCM. Ngoài ra, đề tài cũng sẽ xác
định những yếu tố khác ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ đô thị như bề mặt không
thấm, kênh rạch,… để làm tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo tiếp tục phát triển.
Bên cạnh đó, đề tài nghiên cứu ứng dụng Mơ hình hóa để dự báo nhiệt độ đô thị. Đề
tài sẽ xây dựng các quy trình xử lý ảnh viễn thám và mơ hình hóa phục vụ nhà nghiên
cứu và người sử dụng hệ thống. Từ đó, xây dựng hệ thống tích hợp các cơng nghệ
trên để quản lý dữ liệu, phân tích thơng tin về sự gia tăng nhiệt độ tại TPHCM.

20


Chương 2.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1. Nội dung 1: Khảo sát và thu thập dữ liệu ảnh viễn thám
2.1.1. Mô tả
Các yếu tố ảnh hưởng tới nhiệt độ bề mặt đô thị gồm hiện tượng bức xạ nhiệt,
sự suy giảm lớp phủ thực vật và thay thế bề mặt đất bằng các vật liệu không thấm
khiến cho lượng nước đi vào khí quyển ít hơn là từ bề mặt tự nhiên. Các MKT tập
trung thu nhận bức xạ Mặt Trời ở bề mặt và có thể cực tiểu hóa chuyển tải năng lượng
đó đi hướng lên (qua sự phản xạ và đối lưu), đi xuống (qua sự truyền dẫn) hoặc đi
ngang (qua sự bình lưu và truyền dẫn). Hiệu ứng này hầu hết bắt nguồn gần bề mặt
Trái Đất và sẽ lan truyền lên trên vào trong khí quyển. Vì vậy, nhiệt độ bề mặt
(NĐBM) là tham số quan trọng trong việc đặc trưng hóa sự trao đổi năng lượng giữa
bề mặt đất và khí quyển.
Dữ liệu viễn thám cho phép thu nhận thông tin bề mặt trái đất ngay cả những
vùng con người không thể đi đến được. Dữ liệu sẽ được thu thập từ ảnh viễn thám
qua nhiều năm nhằm phân tích và thiết lập mối tương quan giữa sự thay đổi nhiệt độ

và quá trình ĐTH cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, khảo sát thông tin các ảnh viễn thám trong nhiều năm để đánh giá
nhiệt độ đô thị, lớp phủ thực vật tại TPHCM.
- Tiển xử lý ảnh viễn thám cho phù hợp mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
2.1.3. Các chỉ tiêu theo dõi
- Nhiệt độ bề mặt: thể hiện nhiệt độ bề mặt đô thị tại TPHCM
- Chỉ số thực vật NDVI: thể hiện độ phủ thực vật tại TPHCM
2.1.4. Sản phẩm cần đạt
Sản phẩm là bộ dữ liệu ảnh viễn thám trong nhiều năm đủ để đánh giá sự thay
đổi nhiệt độ bề mặt tại TPHCM

21


2.1.5. Nội dung thực hiện
2.1.5.1. CHUYÊN ĐỀ 1: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU ẢNH VIỄN
THÁM
 Tổng quan về Viễn thám
Viễn thám (Remote Sensing) là môn khoa học thu nhận thơng tin về hình dáng,
kích thước và tính chất của một vật thể, một đối tượng từ khoảng cách cố định, không
tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Những thiết bị viễn thám đa phần là các vệ tinh nhân tạo được phóng lên khơng
trung. Trên thế giới hiện nay có rất nhiều vệ tinh nhân tạo đảm nhận công việc viễn
thám, tiêu biểu là vệ tinh Landsat của Mỹ, SPOT của Pháp, IKONOS và
VNREDSAT-1 của Việt Nam. Bản thân các vệ tinh viễn thám là vật mang, trên đó
có lắp đặt các thiết bị gồm các tấm pin năng lượng Mặt Trời, bộ phát sóng điện từ
(nếu là viễn thám chủ động), bộ cảm, các máy quét camera…
Thực chất của q trình viễn thám là q trình thu nhận sóng điện từ.
Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua mơi trường khí quyển sẽ bị các

phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tùy thuộc vào từng bước sóng cụ
thể. Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sóng điện từ
trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ với khí
quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận được. Khí quyển
có đặc điểm quan trọng đó là tương tác khác nhau đối với bức xạ điện từ có bước
sóng khác nhau.
Các loại khí như oxy, nitơ, cacbonic, ozơn, hơi nước,... và các phân tử lơ lửng
trong khí quyển là tác nhân chính ảnh hưởng đến sự suy giảm năng lượng sóng điện
từ trong q trình lan truyền.
Sản phẩm của quá trình viễn thám là những bức ảnh được chụp từ vệ tinh. Trong
đó, ảnh Landsat, ảnh MODIS được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ
nghiên cứu hiện trạng đến giám sát biến động và được sử dụng phổ biến nhất.
 Vệ Tinh Landsat 5
Landsat 5 là vệ tinh nhân tạo đưa ra bởi NASA từ Căn cứ khơng
qnVandenberg phóng vào ngày 01 tháng 3 năm 1984 để thu thập hình ảnh của bề
mặt của Trái đất . Landsat 5 được quản lý bởi Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS)
22


và Hàng không và không gian quốc gia (NASA). Dữ liệu từ vệ tinh Landsat 5 đã được
thu thập và phân phối từ của USGS Trung tâm Tài Quan sát trái đất và Khoa
học (EROS).
Vệ tinh landsat 5 có thiết bị thu nhận TM. Ảnh Landsat TM gồm 6 kênh phổ nằm
trên dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại với độ phân giải không gian 30mx30m và một
giải phổ hồng ngoại nhiệt ở kênh 6, độ phân giải 120mx120m để đo nhiệt độ bề mặt.
Bảng 2.1: Đặc điểm ảnh vệ tinh Landsat 5

Tên của
Sensor


TM
(Thematic
Mapper)
Landsat 5

kênh

Độ phân giải

Bước sóng

Loại

(μm)

khơng gian
(m)

1

0.45 – 0.52

Blue

30

2

0.52 – 0.60


Green

30

3

0.63 – 0.69

Red

30

4

0.76 – 0.90

Near Infrared (NIR)

30

5

1.55 – 1.75

Mid Infrared

30

6


10.40 – 12.50

Thermal Infrared

120

7

2.09 – 2.35

Mid Infrared

30

 Vệ Tinh Landsat 7
Landsat 7, phóng lên ngày 15 tháng 4 năm 1999, là vệ tinh nhân tạo thứ 7
của chương trình Quan sát Trái Đất (hay chương trình Landsat). Mục đích chính của
Landsat 7 là cập nhật những hình ảnh vệ tinh mới nhất so với những ảnh đã được thu
thập từ các vệ tinh trước đó, và có thể chụp những ảnh khơng mây. Chương trình
Landsat do USGS quản lý và vận hành, và dữ liệu thu thập từ Landsat 7 có thể được
thu thập và phân bối bởi USGS. Dự án NASA World Wind cho phép chụp các ảnh
3D từ 7 và các nguồn tài nguyên khác để định hướng tự do và nhìn từ bất kỳ góc độ
nào.
Vệ tinh landsat 7 có thiết bị thu nhận ETM+. Bao gồm 7 kênh mang số thứ tự từ
1 đến 7 và kênh toàn sắc (Panchromatic hay viết tắt là PAN). Kênh 1, 2 và 3 thuộc
vùng bức xạ nhìn thấy, kênh 4, 5 và 7 thuộc vùng hồng ngoại có độ phân giải 30 mét,

23