Bộ tài nguyên và môi trờng trung tâm viễn thám báo cáo tổng kết đề tài kh&cn cấp bộ nghiên cứu ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao và các mô hình lý thuyết để thành lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở đất ở khu vực miền núi chủ nhiệm đề tài: nghiêm văn tuấn 7064 14/01/2009 hà nội - 2008 bộ tài nguyên và môi trờng trung tâm viễn thám quốc gia 108 Đờng Chùa Láng - Quận Đống Đa - Hà Nội *** báo cáo tổng kết nghiên cứu khoa học v phát triển công nghệ Tên Đề tài: nghiên cứu ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao v các mô hình lý thuyết để thnh lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở đất ở khu vực miền núi. chủ nhiệm đề ti: ThS . Nghiêm văn tuấn H nội, 12 2008 BTNMT TTVTQG bộ tài nguyên và môi trờng trung tâm viễn thám quốc gia 108 Đờng Chùa Láng - Quận Đống Đa - Hà Nội *** báo cáo tổng kết nghiên cứu khoa học v phát triển công nghệ Tên Đề tài: nghiên cứu ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao v các mô hình lý thuyết để thnh lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở đất ở khu vực miền núi. chủ nhiệm đề ti: ThS. Nghiêm văn tuấn Số đăng ký: Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2008 chủ nhiệm đề ti Ths.Nghiêm Văn Tuấn Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2008 cơ quan chủ trì đề ti KT. giám đốc Phó giám đốc điều hành trung tâm viễn thám quốc gia TS. Nguyễn Xuân Lâm Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2008 hội đồng đánh giá chính thức chủ tịch hội đồng Lê Kim Sơn Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2008 cơ quan quản lý đề ti TL. bộ trởng bộ tài nguyên và môi trờng vụ trởng vụ KHCN DANH SCH NHNG NGI THC HIN TI Họ và tên Học hàm, học vị, chuyên môn Cơ quan công tác Các mục Thực hiện A Chủ nhiệm đề tài: Nghiêm Văn Tuấn THS. Bản đồ Trung tâm Thu nhận và Xử lý ảnh Viễn thám -Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trờng 1.3; 2.3; 2.3; 3.2; 3.3; 3.4; 4.4; 4.5; 4.6. B Cán bộ tham gia nghiên cứu 1 Trần Anh Tuấn ThS. Bản đồ viễn thám Viện Địa lý- Viện KH&CN Việt Nam 2.1; 2.2; 3.2; 3.4; 4.5 2 Trần Tuấn Đạt KS. Trắc Địa Trung tâm Thu nhận và Xử lý ảnh Viễn thám 2.1; 3.4; 4.5 3 Hà Minh Cờng KS. Trắc Địa Trung tâm Thu nhận và Xử lý ảnh Viễn thám 2.1; 3.4; 4.5 4 Phạm Văn Mạnh CN. Địa lý Trung tâm Thu nhận và Xử lý ảnh Viễn thám 4.1; 4.2;4.6 5 Nguyễn Ngọc Quang ThS. Bản đồ viễn thám Trung tâm Thu nhận và Xử lý ảnh Viễn thám 3.1; 4.6 6 Trịnh Việt Nga KS. Bản đồ Trung tâm Thành lập và HCBĐ cơ sở 1.1;1.2; 3.6; 4.1; 4.3; 7 Hà Minh Hiền KS. Bản đồ Trung tâm Thành lập và HCBĐ cơ sở 3.2; 2.1 8 Nguyễn Văn Hùng KS. Trắc địa Phòng khoa học Kỹ thuật Trung tâm Viễn thám QG 4.3; 4.6 9 Đỗ Thị Phơng Thảo Ths. Bản đồ viễn thám Trờng Đại học Mỏ - Địa chất 2.2; 3.4 Bi tóm tắt Trợt lở đất là dạng tai biến thiên nhiên phổ biến và hết sức nguy hiểm đối với dân c sinh sống ở các khu vực vùng núi. Hàng năm trên thế giới, trợt lở đất gây ra những tổn thất vô cùng to lớn về ngời và tài sản. Dự báo, cảnh báo nguy cơ trợt lở đất là công vệc quan trọng và cần thiết đối với cả các cấp quản lý và ngời dân trong vùng có nguy cơ chịu thiệt hại do trợt lở đất gây ra. Các nội dung chủ yếu của nghiên cứu thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất là: nghiên cứu phơng pháp thành tách chíêt thông tin hiện trạng trợt lở đất từ viễn thám, nghiên cứu phơng pháp thành lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở bằng các mô hình toán học sử dụng các thông số tách chiết từ t liệu viễn thám làm các thông số đầu vào, đối chiếu kết quả thu đợc với thực tế, sau đó sử dụng các số liệu kiểm tra này để hiệu chỉnh lại các thông số cho các mô hình. Phơng pháp viễn thám với u điểm vợt trội về khả năng cung cấp thông tin nhanh chóng, trung thực, đồng bộ, đa dạng phong phú và có tính chu kỳ về các đối tợng trên bề mặt của khu vực cần quan sát trên diện rộng. Đây là công nghệ hữu hiệu trong việc giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trờng, thiên tai, đặc biệt là giám sát các sự cố và tai biến thiên nhiên. Đặc biệt là t liệu viễn thám ngày nay có độ phân giải cao, với khả năng xử lý công nghệ số có thể liên kết và tích hợp trong GIS đã mở ra khả năng ứng dụng to lớn trong công tác thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất. Ngoài ra, trong đề tài cũng sử dụng công nghệ thành lập mô hình số địa hình độ chính xác cao từ t liệu viễn thám Alos/Prism. Đây là t liệu hết sức quan trọng trong thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất. Đã có nhiều mô hình lý thuyết phục vụ cho việc nghiên cứu phân tích nguy cơ trợt lở đất đợc xây dựng và áp dụng. Trong các nội dung kể trên của việc thành lập bản đồ nguy cơ tr ợt lở đất, đề tài tập trung nghiên cứu ứng dụng phơng pháp viễn thám và công nghệ GIS kết hợp các mô hình toán học để thành lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở đất. Đã nghiên cứu phơng pháp thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất trên các mô hình toán học: Mô hình thống kê, mô hình SINMAP và mô hình Trong số bằng chứng dựa trên lý thuyết xác xuất Bayer kết hợp t liệu viễn thám. T liệu sử dụng trong nghiên cứu gồm có ảnh vệ tinh SPOT5, ảnh ALOS /Avenir, ALOS/Prism, bản đồ địa chất, địa mạo, số liệu đo maCác dữ liêu này đợc sử dụng trực tiếp làm các dữ liệu đầu vào của các mô hình toán học hoặc sử dụng đẻ tách chiết các thông số đầu vào của các mô hình. Đề tài đã tiến hành thử nghiệm thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất bằng các mô hình: Mô hình thống kê, mô hình SINMAP và mô hình Trong số bằng chứng, các kết quả thu đợc là các bản đồ và cơ sở dữ liệu bản đồ nguy cơ trợt lở đất. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đa ra: - Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng trợt lở đất bằng t liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao. - Quy trình thành lập mô hình số độ cao từ ảnh viễn thám ALOS/Prism. - Quy trình thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất bằng các mô hình toán học. - Sản phẩm thực nghiệm: Mô hình số độ cao, Bản đồ hiện trạng trợt lở đất, bản đồ nguy cơ trợt lở đất. - Báo cáo tổng kết đề tài. 1 Mục lục Các từ viết tắt 3 Danh mục hình ảnh 4 Danh mục bảng biểu 5 Mở đầu 6 Chơng I: Tổng quan về nghiên cứu trợt lở đất 10 1.1. Tai biến trợt lở đất và các kiểu trợt lở đất 10 1.2. Bản chất v các đặc điểm của quá trình trợt lở đất. 12 1.2.1. Các yếu tố địa chất 12 1.2.2. Các yếu tố cơ học, hóa học và khoáng học của đất 13 1.2.3. Các yếu tố địa mạo 13 1.2.4. Các yếu tố thủy văn 15 1.2.5. Địa chấn 18 1.2.6. Các yếu tố nhân tạo 18 1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trợt lở đất trong và ngoài nớc 19 1.3.1 Tình hình nghiên cứu trợt lở đất trên thế giới 20 1.3.2 Kinh nghiệm nghiên cứu trợt lở đất bằng công nghệ viễn thám tại Malaysia 21 1.3.3 Tình hình nghiên cứu trợt lở đất ở Việt nam 24 Chơng 2: Một số mô hình lý thuyết ứng dụng trong cảnh báo nguy cơ trựơt lở đất. 26 2.1 Một số mô hình lý thuyết ứng dụng trong nghiên cứu trợt lở đất 26 2.1.1. ứ ng dụng các mô hình Thống kê vào phân vùng cảnh báo trợt lở đất 26 2.1.2. ứng dụng mô hình Trọng số bằng chứng vào phân vùng cảnh báo trợt lở đất 30 2.1.3. ứ ng dụng mô hình SINMAP vào phân vùng cảnh báo trợt lở đất 33 2.2. Xác định các lớp thông tin cần thiết cho mô hình. 40 2.3 Bản đồ nguy cơ trợt lở đất và phơng pháp thành lập . 42 2.3.1 Khái niệm bản đồ nguy cơ tai biến trợt lở đất : 42 2.3.2 Thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất 43 Chơng 3: Nghiên cứu quy trình ứng dụng ảnh viễn thám, hệ thông tin địa lý và các mô hình toán học để phục vụ thành lập bản đồ nguy cơ trựơt lở đất 46 3.1. ảnh viễn thám phân giải cao và mô hình số địa hình : 46 3.1.1 Một số loại ảnh viễn thám độ phân giải cao 46 3.1.2 Mô hình số địa hình trong nghiên cứu trợt lở 48 3.2 Nghiên cứu thành lập mô hình số địa hình từ ảnh vệ tinh ALOS/Prism phục vụ nghiên cứu trợt lở đất 50 3.2.1 Phần mềm SAT-PP 50 3.2.2 Xây dựng DSM với SAT-PP 51 3.2.3 Một số thử nghiệm thành lập DEM 51 3.3 Nghiên cứu đề xuất qui trình thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao kết hợp các mô hình lý thuyết. 57 3.4 Sử dụng các công cụ của GIS để xử lý, tích hợp các nguồn thông tin và ứng dụng các mô hình phân tích cảnh báo trợt lở để xây dựng bản đồ nguy cơ trợt lở đất. 63 3.4.1. Nghiên cứu khả năng thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất sử dụng mô hình Thống kê kết hợp dữ liệu ảnh vệ tinh và GIS 63 2 3.4.2. Nghiên cứu khả năng thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất sử dụng mô hình Trọng số bằng chứng kết hợp dữ liệu ảnh vệ tinh và GIS 73 3.4.3. Nghiên cứu khả năng thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất sử dụng mô hình Sinmap kết hợp dữ liệu ảnh vệ tinh và GIS 77 Chơng 4. Thực nghiệm và đánh giá 85 4.1. Vùng thực nghiệm 85 4.1.1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu 85 4.1.2 Vài nét về đặc điểm địa hình- địa chất 85 4.1.3 Đặc điểm khí tợng thuỷ văn 86 4.1.4 Các quá trình ngoại sinh khu vực và hoạt động của con ngời 87 4.2. Thu thập t liệu 89 4.2.1 T liệu bản đồ 89 4.2.2 T liệu viễn thám 90 4.2.3 Tài liệu về khí tợng thuỷ văn 92 4. 2.4 Tài liệu khác. 92 4.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS 92 4.4. Thành lập bản đồ hiện trạng trợt lở đất bằng t liệu viễn thám 93 4.4.1 Thành lập bản đồ hiện trạng trợt lở đất năm 2007 bằng t liệu ảnh vệ tinh Spot5. 93 4.4.2 Thành lập bản đồ hiện trạng trợt lở đất năm 2008 bằng t liệu ảnh vệ tinh Alos/AVNIR 98 4.5. Thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất sử dụng môt số mô hình toán học kết hợp dữ liệu viễn thám và GIS 99 4.5.1 Thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất trên cơ sở sử dụng mô hình Thống kê 99 4.5.2 Thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất trên cơ sở sử dụng mô hình Trọng số bằng chứng 105 4.5.3 Thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất trên cơ sở sử dụng mô hình Simap.112 4.6. Đánh giá kết quả, tính khả thi của từng phơng pháp và khả năng tự động hóa công nghệ thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất bằng phơng pháp viễn thám và GIS. 114 4.6.1 Đánh giá độ chính xác của các phơng pháp. 114 4.6.2. Khả năng tự động hóa và tính ứng dụng của công nghệ 116 Kết luận. 118 Tài liệu tham khảo 120 Phụ lục 122 3 Các từ viết tắt SPOT-Vệ tinh viễn thám SPOT của Pháp ALOS- Vệ tinh viễn thám ALOS của Nhật Bản ALOS/PALSAR- ảnh RADAR PALSAR của vệ tinh ALOS BĐĐH-Bản đồ địa hình DEM-Mô hình số độ cao CSDL- Cơ sở dữ liệu GIS-Hệ thống thông tin địa lý GPS-Hệ thống định vị toàn cầu BĐHTTL-Bản đồ hiện trạng trợt lở BĐHTSDĐ-Bản đồ hiện trạng sử dụng đất GTTL- Giá trị trọng số PLLP-Phân loại lớp phủ HTLP-Hiện trạng lớp phủ. 4 Danh mục hình ảnh Hình I- 1: Sơ đồ hệ thống NADDI 24 Hình II- 1: Một số dạng sờn địa hình 14 Hình II- 2 : Sơ đồ mô hình ổn định sờn dốc vô hớng 36 Hình II- 3 : Minh hoạ khái niệm yếu tố ma sát vô hớng 37 Hình II- 4 : Định nghĩa khu vực thu nớc xác định 38 Hình III- 1 : ả nh PRISM thể hiện trong SAT-PP 52 Hình III- 2: Sơ đồ khối xây dựng tự động DSM bằng phần mềm SAT-PP 53 Hình III- 3 : DEM khu vực Bắc Giang thành lập từ t liệu ALOS/PRISM 55 Hình III- 4 : ả nh Prism khu vực nghiên cứu 56 Hình III- 5 : DEM khu vực nghiên cứu 57 Hình III- 6 : Sơ đồ hệ thống Qui trình thành lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở đất 62 Hình III- 7: Quy trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng lớp phủ 66 Hình III- 8: Sơ đồ quy trình công nghệ tích hợp viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất áp dụng cho mô hình thống kê 72 Hình III- 9: Sơ đồ quy trình công nghệ tích hợp viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất áp dụng cho mô hình trọng số bằng chứng 75 Hình III- 10: Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất bằng mô hình SINMAP 79 Hình III- 11: Ví dụ thể hiện tính toán thống kê mật độ trợt lở theo vùng 83 Hình IV- 1: Sơ đồ bảng chắp các mảnh bản đồ địa hình trên khu vực nghiên cứu 90 Hình IV- 2: Sơ đồ t liệu ảnh vệ tinh SPOT5 91 Hình IV- 3: Sơ đồ t liệu ảnh vệ tinh ALOS trong khu vực nghiên cứu 92 Hình IV- 4: Quy trình công nghệ thành lập bản đồ hiện trạng trợt lở đất 98 Hình IV- 5 :Sơ đồ mô tả giá trị chỉ số nguy cơ tai biến trợt lở đất của khu vực nghiên cứu tính toán theo phơng pháp chỉ số thống kê 104 Hình IV- 6 : Sơ đồ mô tả giá trị chỉ số nguy cơ tai biến trợt lở đất của khu vực nghiên cứu tính toán theo phơng pháp trọng số bằng chứng 111 Hình IV- 7: Sơ đồ các vùng tính toán trong mô hình SINMAP 112 [...]... liệu ảnh vệ tinh và các mô hình lý thuyết để thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất ở khu vực miền núi (các chuyên đề) - Quy trình công nghệ, các phơng án ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh và các mô hình lý thuyết để thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất ở khu vực miền núi - Quy trình công nghệ, phơng pháp thành lập mô hình số độ cao từ nguồn t liệu Alos/PRISM hoặc PalSAR - Một số sản phẩm thực nghiệm: Mô hình. .. thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao và các mô hình lý thuyết - Nghiên cứu phơng pháp thành lập mô hình số độ cao từ nguồn t liệu Alos/PRISM - Sử dụng các công cụ của GIS để xử lý, tích hợp các nguồn thông tin và ứng dụng các mô hình phân tích - cảnh báo trợt lở để xây dựng bản đồ nguy cơ trợt lở đất Kết quả nghiên cứu đạt đợc: - Báo cáo kết quả nghiên cứu ứng dụng. .. công trình cơ bản Với mong muốn ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong cảnh báo nguy cơ trợt lở đất hiệu quả và có thể ứng dụng vào thực tế, Trung tâm Viễn thám quốc gia đã đợc giao chủ trì đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ có tên gọi: Nghiên cứu ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao và các mô hình lý thuyết để thành lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở đất ở khu vực miền núi Chủ nhiệm... pháp phân tích, giải đoán ảnh vệ tinh độ phân giải cao để thành lập bản đồ hiện trạng trợt lở đất (không đề cập đến ảnh máy bay, ảnh LiDAR) 7 - Nghiên cứu ứng dụng một số mô hình lý thuyết cảnh báo trợt lở đất bao gồm một số mô hình toán học, mô hình hoá hình thái trợt lở nhằm xác định vùng có nguy cơ trợt lở đất Xác định các lớp thông tin cần thiết cho mỗi mô hình - Thử nghiệm trên khu vực và điều... điều kiện t liệu cụ thể, đánh giá và hoàn thiện qui trình công nghệ đề xuất b Phơng pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu xây dựng bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở bằng các mô hình toán học sử dụng các thông số chiết tách từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao làm các thông số đầu vào - Sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh, phân tích ảnh, tích hợp ảnh vệ tinh độ phân giải cao và GIS trong mô hình phân tích - Nghiên cứu đề xuất... cách trực quan và để sử dụng đợc thuận lợi các kết quả phân tích nguy cơ trợt lở đất trong một vùng nào đó Tác dụng của bản đồ nguy cơ trợt lở đất là: + Bản đồ nguy cơ trợt lở đất có vai trò quan trọng trong công tác phòng tránh và giảm nhẹ thiệt hại do trợt lở đất gây ra, nó đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế + Bản đồ nguy cơ trợt lở đất là tài liệu cơ bản cho việc lập quy hoạch phòng tránh trợt lở. .. thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất - Thử nghiệm xác định mô hình toán học thích hợp đối với điều kiện thực tế ở Việt Nam - Nghiên cứu khả năng ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh Alos/PRISM để thành lập mô hình số địa hình phục vụ phân tích đánh giá nguy cơ trợt lở đất Phơng pháp nghiên cứu: a Giới hạn vấn đề nghiên cứu Trong đề tài này vấn đề ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu thành lập bản đồ. .. sâu vào hớng phát triển kỹ thuật áp dụng viễn thám trong lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất, đó là: - Sử dụng ảnh hàng không, ảnh chụp mặt đất - Công nghệ ảnh LiDAR hàng không, ảnh LiDAR chụp mặt đất - Sử dụng ảnh vệ tinh 20 Và mục tiêu của các nghiên cứu áp dụng viễn thám nói chung trong nghiên cứu trợt lở đất có thể đợc phân ra: - Phát hiện và khoanh vùng trợt lở - Giám sát trợt lở - Phân tích trợt lở và. .. nghiệm và phân tích định tính mà không sử dụng mô hình toán học Tỉ lệ bản đồ nguy cơ trợt lở đất ở tỉ lệ 1:100 000 -Lại Vĩnh Cẩm và các đồng nghiệp tại Viện Địa lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam đã ứng dụng Công nghệ GIS thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất tỉ lệ 1/50 000 cho tỉnh Quảng Bình Trong đó tác giả đã áp dụng mô hình SINMAP- Mô hình chỉ số độ ổn định để đánh giá nguy cơ trợt lở đất tại khu. .. (expert systems); và (5) Các phơng pháp nghiên cứu trợt lở dựa trên cơ sở phân tích các đặc tính cơ học của mô hình trợt lở đất Trong phạm vi báo cáo này tập thể tác giả lựa chọn 3 mô hình vào việc cảnh báo nguy cơ xảy ra tai biến trợt lở đất cho vùng nghiên cứu Đó là các mô hình: Mô hình chỉ số thống kê (mô hình Thống kê); mô hình Trọng số bằng chứng và Mô hình SINMAP, chúng đợc mô tả trong phần tiếp . tài nghiên cứu khoa học và công nghệ có tên gọi: Nghiên cứu ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao và các mô hình lý thuyết để thành lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở đất ở khu vực. mô hình lý thuyết để thành lập bản đồ nguy cơ trợt lở đất ở khu vực miền núi (các chuyên đề). - Quy trình công nghệ, các phơng án ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh và các mô hình lý thuyết để thành. Tên Đề tài: nghiên cứu ứng dụng t liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao v các mô hình lý thuyết để thnh lập bản đồ các vùng có nguy cơ trợt lở đất ở khu vực miền núi. chủ nhiệm đề