Tiêu điểm truyền thông của Global Vision
Công ty đã được đài truyền hình CCTV đưa tin tổng cộng 15 lần, và phạm vi tiếp cận thông qua các phương tiện truyền thông của Đảng, truyền thông trung ương và truyền thông chính thức địa phương đã đạt tổng cộng 50 triệu người.
So sánh các phương pháp khai thác nước dựa trên ảnh vệ tinh siêu phổ
Giới thiệu bối cảnh
Tài nguyên nước là một trong những nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá nhất đối với nhân loại. Mặc dù đất nước tôi đứng thứ tư trên thế giới về tổng nguồn nước ngọt, nhưng tỷ lệ bình quân đầu người chỉ bằng một phần tư so với mức trung bình toàn cầu. Việc sử dụng công nghệ viễn thám để thu thập thông tin động một cách chính xác và nhanh chóng về các nguồn nước trên đất liền là một phương tiện kỹ thuật hiệu quả cho việc khảo sát tài nguyên nước và giám sát khu vực.
Hiện nay, có khá nhiều nghiên cứu về việc trích xuất thông tin về các vùng nước, với hầu hết các nguồn dữ liệu đều là đa phổ. Có nhiều phương pháp khác nhau để trích xuất thông tin về các vùng nước thuộc các loại và khu vực khác nhau, mỗi phương pháp đều có ưu điểm riêng; tuy nhiên, nghiên cứu về ứng dụng của chúng trong dữ liệu vệ tinh siêu phổ còn tương đối hạn chế. Do đó, bài báo này so sánh và phân tích các phương pháp trích xuất thông tin vùng nước khác nhau bằng cách sử dụng vệ tinh Xi'an Optics-105 (còn được gọi là vệ tinh Tianxianpei).
Phương pháp và nguyên tắc
Nghiên cứu trường hợp này sử dụng ảnh siêu phổ của thành phố Weifang được chụp bởi vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei) vào ngày 21 tháng 5 năm 2025 để trích xuất các vùng nước, đồng thời so sánh và phân tích các phương pháp khác nhau dựa trên kết quả trích xuất.
Bảng 1. Giới thiệu dữ liệu
Trong trường hợp này, việc tính toán chỉ số sử dụng dữ liệu phản xạ mức L2C đã được hiệu chỉnh khí quyển. Quy trình vận hành cụ thể như sau:
1. Xử lý sơ bộ dữ liệu
(1) Hiệu chuẩn bức xạ: Dữ liệu giá trị DN gốc được chiếu xạ bằng cách sử dụng các hệ số hiệu chuẩn bức xạ do bức xạ cung cấp để thu được dữ liệu bức xạ biểu kiến. Việc này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng công cụ Hiệu chuẩn bức xạ trong ENVI.
(2) Hiệu chỉnh khí quyển: Hiệu chỉnh khí quyển được thực hiện bằng cách sử dụng các công cụ hiệu chỉnh khí quyển dựa trên mô hình 6S hoặc MODTRAN để thu được dữ liệu phản xạ bề mặt, chẳng hạn như công cụ hiệu chỉnh khí quyển FLAASH trong ENVI.
(3) Làm mịn phổ: Trong ENVI, thuật toán Savitzky-Golay (SG) được sử dụng để làm mịn dữ liệu phản xạ bề mặt, giúp giảm nhiễu phổ và cải thiện độ tin cậy của phân loại tiếp theo. Bạn có thể sử dụng công cụ mở rộng Bộ lọc Savitzky-Golay trong App Store của ENVI hoặc công cụ Làm mịn phổ THOR tích hợp sẵn. Khi sử dụng Bộ lọc Savitzky-Golay, các tham số được thiết lập như sau:
(4) Đăng ký hình ảnh (tùy chọn): Đăng ký địa lý được thực hiện trên dữ liệu đã xử lý dựa trên bản đồ cơ sở. Việc đăng ký có thể được thực hiện trong ENVI, qgis hoặc arcgis. Google Imagery được khuyến nghị sử dụng làm bản đồ tham chiếu.
2. Khai thác nước
(1) Phương pháp ngưỡng băng đơn
Phương pháp ngưỡng đơn băng tần đề cập đến việc chọn một băng tần cụ thể và trích xuất các mẫu nước bằng cách thiết lập một ngưỡng thích hợp. Ngưỡng được định nghĩa như sau:
Trong công thức, RNIR biểu thị giá trị phản xạ cận hồng ngoại; δ là ngưỡng. Khi độ phản xạ ≥ δ, vật thể được đánh giá là không phải nước; khi nó
(2) Chỉ số nước khác biệt chuẩn hóa (NDWI)
Phạm vi vùng nước được trích xuất bằng phương pháp chỉ số quang phổ. Cụ thể, Chỉ số chênh lệch chuẩn hóa vùng nước (NDWI) được tính toán dựa trên ảnh phản xạ bề mặt được xử lý bằng FLASH. Sau đó, dựa trên biểu đồ tần suất của ảnh NDWI, một ngưỡng được thiết lập để hoàn thành việc trích xuất vùng nước. Công thức tính toán như sau:
(3) Chỉ số nước bị che khuất được cải tiến (MSWI)
Chỉ số nước bóng râm cải tiến (MSWI) là một mô hình tỷ lệ dựa trên Chỉ số nước bóng râm, giúp cải thiện sự phân tách giữa bóng râm và các vùng nước. Công thức tính toán như sau:
Ngưỡng được đặt là 0; các giá trị lớn hơn 0 biểu thị các vùng nước, trong khi các giá trị khác được coi là nền.
(4) Chỉ số nước có trọng số toàn diện (CWWI)
Chỉ số trọng lượng nước toàn diện (CWWI) sử dụng ba bước sóng—xanh lam, xanh lục và cận hồng ngoại—và gán trọng số khác nhau cho mỗi dải để tạo ra sự kết hợp các dải. Phương pháp này giúp phân biệt rõ hơn các vùng nước với các vùng không phải nước bằng cách làm nổi bật sự khác biệt trong phản xạ và hấp thụ của nước. Định nghĩa như sau:
(5) Chỉ số xây dựng bóng (SBI)
Chỉ số bóng đổ công trình (Shaded Building Index - SBI) được sử dụng để trích xuất các vùng nước bằng cách nhân chỉ số NDWI với dải hồng ngoại gần và chọn một ngưỡng. Chỉ sử dụng NDWI có thể dễ dàng dẫn đến nhầm lẫn giữa bóng đổ và vùng nước, gây ra nhiễu và tạp chất đáng kể. Trong khu vực nghiên cứu, giá trị NDWI của các đặc điểm địa hình điển hình, từ cao nhất đến thấp nhất, là: vùng nước, công trình xây dựng, bóng núi và thảm thực vật, với độ sáng giảm dần theo thứ tự đó. Vùng nước và công trình xây dựng có độ sáng tương tự nhau, thể hiện sự chồng chéo đáng kể về giá trị. Vùng nước cho thấy sự khác biệt đáng kể so với các đặc điểm địa hình khác trong dải hồng ngoại gần, với độ phản xạ từ cao nhất đến thấp nhất là: thảm thực vật, bóng núi, công trình xây dựng và vùng nước. Do đó, công thức tính SBI là:
Trong công thức, NDWI là Chỉ số Khác biệt Chuẩn hóa về Nước; RNIR là hệ số phản xạ cận hồng ngoại. Nhân NDWI với bình phương của dải cận hồng ngoại sẽ tối đa hóa sự khác biệt về số giữa các vùng nước và các đặc điểm địa hình khác, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định giá trị thang độ xám và trích xuất hiệu quả các vùng nước, đặc biệt là loại bỏ sự chồng chéo giữa các giá trị thang độ xám của vùng nước và các công trình xây dựng.
Hiển thị kết quả
Hình 1. Ảnh ghép màu thật của vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc), 21/05/2025
So sánh đường cong phổ của các đặc điểm địa hình khác nhau trước và sau khi lọc SG (độ phản xạ tăng 10.000 lần, vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc), 21/05/2025)
Hình 2. Đường cong phổ của các đặc điểm địa hình khác nhau sau khi lọc SG.
Việc trích xuất dữ liệu vùng nước nêu trên được thực hiện trên vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc). Để giảm thiểu ảnh hưởng của ngưỡng can thiệp của con người, ngưỡng cho tất cả các phương pháp ngoại trừ phương pháp đơn băng tần đều được đặt bằng 0, dẫn đến các kết quả sau:
Hình 3. Bản đồ phân bố nguồn nước được trích xuất từ vệ tinh đơn băng tần Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc), ngày 21/05/2025.
Hình 4. Bản đồ phân phối nước NDWI, vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei), 20250521
Hình 5. Bản đồ phân phối nước MSWI, vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei), 20250521
Hình 6. Bản đồ phân phối nước CWWI, vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei), 20250521
Hình 7. Bản đồ phân phối nước SBI, vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei), 20250521
Như thể hiện trong kết quả phân bố vùng nước trích xuất ở trên và Bảng 2, phương pháp trích xuất ngưỡng đơn băng tần chi tiết hơn và bao phủ diện tích lớn nhất so với các phương pháp khác, chủ yếu ở đoạn phía nam sông Quhe thuộc hồ chứa Xiashan, nơi vùng nước tương đối liên tục và có thể thấy rõ điểm hợp lưu của sông vào khu vực đô thị. Tuy nhiên, các phương pháp khác lại cho thấy sự gián đoạn ở hạ lưu sông Quhe. Hơn nữa, phương pháp trích xuất ngưỡng đơn băng tần hiệu quả trong việc trích xuất các vùng nước nhỏ, nhưng lại phụ thuộc nhiều vào cài đặt ngưỡng, đòi hỏi sự can thiệp thủ công. Trong số bốn phương pháp trích xuất vùng nước khác, NDWI và SBI cho kết quả rất giống nhau, trong khi các phương pháp MSWI và CWWI hoạt động tốt hơn trên các vùng nước lớn nhưng có thể bỏ sót các vùng nước nhỏ hơn.
Bảng 2. Bảng thống kê diện tích mặt nước được khai thác bằng các phương pháp khác nhau