Sử dụng DEM LiDAR lập bản đồ lũ lụt là một trong những giải pháp tối ưu nhất hiện nay. Lũ lụt đã gây ra nhiều thiệt hại kinh tế và con người trên phạm vi toàn cầu. Để hiểu rõ hơn về rủi ro lũ lụt, việc lập bản đồ ngập lụt có tầm quan trọng cực kỳ lớn trong việc xác định các khu vực có khả năng bị ảnh hưởng và đánh giá độ sâu ngập lụt để đánh giá mức độ nghiêm trọng của các mối nguy hiểm do lũ lụt.
Do đó, vấn đề và kỹ thuật giám sát và lập bản đồ các khu vực bị ngập lụt cũng đang gia tăng. Sự tiến bộ của các công nghệ tiên tiến đã tạo điều kiện thuận lợi và cải thiện việc lập bản đồ và giám sát lũ lụt. Nghiên cứu cho thấy các kỹ thuật lập mô hình lũ lụt có thể cải thiện đáng kể hạn chế của phương pháp phát hiện lũ lụt bằng dữ liệu quan sát Trái đất trong đó DEM LiDAR là giải pháp hữu hiệu nhất với độ phân giải và mức độ chính xác cao.
Lũ lụt và thiệt hại lũ lụt tại Việt Nam
Tình trạng lũ lụt và thiệt hại lũ lụt tại Việt Nam là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến đời sống, kinh tế, và môi trường. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, lũ lụt thường xuyên xảy ra do vị trí địa lý của Việt Nam, chịu ảnh hưởng bởi hệ thống sông ngòi lớn và tác động của biến đổi khí hậu. Các khu vực miền Trung và miền Nam, đặc biệt là đồng bằng sông Cửu Long, thường xuyên hứng chịu hậu quả nghiêm trọng từ lũ lụt.
Lũ lụt gây thiệt hại nghiêm trọng cho nhà cửa, công trình giao thông, hệ thống điện và cấp nước, cùng nhiều cơ sở sản xuất. Tổng thiệt hại mỗi năm ước tính hàng ngàn tỷ đồng, gây ra những khó khăn lớn trong việc tái thiết và phục hồi kinh tế. Các vùng trồng trọt và nuôi trồng thủy sản chịu thiệt hại nặng nề do ngập úng, ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực và gây tổn thất kinh tế cho nông dân.
Để giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt thiên tai, các giải pháp cảnh báo và lập bản đồ lũ lụt được triển khai ở nhiều tỉnh và thành phố. Các bản đồ này sử dụng dữ liệu độ cao địa hình (DEM) kết hợp với dữ liệu từ vệ tinh để mô phỏng dòng chảy và xác định các khu vực có nguy cơ ngập lụt.
Ứng dụng mô hình DEM đánh giá rủi ro lũ lụt
Trong các nghiên cứu liên quan đến ứng dụng cảm biến từ xa trong đánh giá rủi ro lũ lụt và đồng bằng ngập lụt, mô hình độ cao số (DEM) được sử dụng để trực quan hóa giao diện của nước lũ với độ cao của mặt đất. Hơn nữa, DEM là một chỉ báo quan trọng trong việc xác định mức ngập lụt và độ sâu của lũ.
DEM là một trong những tham số đầu vào quan trọng nhất cho mô hình hóa lũ lụt. Độ phân giải và độ chính xác của DEM ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả mô phỏng lũ lụt như mức độ ngập lụt, vận tốc dòng chảy, độ sâu dòng chảy và mô hình dòng chảy. Dữ liệu DEM chính xác và có độ phân giải cao có thể tạo ra bản đồ ngập lụt chính xác và đáng tin cậy.
DEM cung cấp dữ liệu độ cao dạng lưới trong cấu trúc raster biểu diễn bề mặt địa hình. Nó chứa các giá trị x, y và z , biểu diễn tọa độ x và y và thông tin độ cao tương ứng. DEM thường được tạo bằng cách trích xuất các đặc điểm bề mặt từ mô hình bề mặt kỹ thuật số (DSM). DEM có thể được tạo từ nhiều nguồn như khảo sát mặt đất, số hóa bản đồ địa hình bản cứng hiện có hoặc công nghệ viễn thám.
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ cảm biến từ xa, DEM được tạo ra từ công nghệ này là lựa chọn ưu tiên khi sử dụng phép đo ảnh trắc lượng, radar khẩu độ tổng hợp giao thoa (IfSAR) hoặc phát hiện và đo khoảng cách bằng ánh sáng (LiDAR).
-
Phép quang trắc là gì?: Phép quang trắc (Photogrammetry) là sự thực hành việc xác định các thuộc tính hình học của các vật thể từ ảnh chụp. Phép quang trắc được dùng trong các lĩnh vực khác nhau, như là vẽ bản đồ địa hình, khoa kiến trúc, khoa kỹ thuật thiết kế, trong sản xuất, địa chất, khí tượng…
Trong khi phép quang trắc chỉ có thể thu được dữ liệu trong điều kiện không có mây và ít sương mù (đây không phải là điều kiện tốt nhất trong các sự kiện lũ lụt), IfSAR gặp hạn chế ở các khu vực đô thị do môi trường phân tán phức tạp. Hơn nữa, việc sử dụng công nghệ này ở những khu vực có nhiều cây cối rậm rạp là một thách thức vì radar không thể xuyên qua bề mặt đất bên dưới tán cây.
So với các kỹ thuật khác, việc tạo dữ liệu DEM bằng hệ thống LiDAR có một số lợi thế hơn. Dữ liệu LiDAR có thể được thu thập vào ban ngày hoặc ban đêm, cũng như trong điều kiện nhiều mây. Công nghệ LiDAR cung cấp một số cơ hội như hệ thống thu thập dữ liệu tương đối hiệu quả về chi phí và thời gian, khả năng xuyên qua thảm thực vật dày đặc và cải thiện độ chính xác của mô hình lũ lụt và mô hình lũ lụt quy mô nhỏ.
Do đó, dữ liệu LiDAR và dữ liệu từ các nguồn bổ sung như đo độ sâu và khảo sát kinh vĩ điện tử nên được tích hợp để tăng hiệu quả của công nghệ LiDAR cho mô hình lũ lụt.
Dữ liệu DEM LiDAR lập bản đồ lũ lụt
Trong thời đại công nghệ số, ứng dụng LiDAR (Light Detection and Ranging) đã trở thành một công cụ đột phá, mang lại những tiến bộ vượt bậc trong nhiều lĩnh vực như lập bản đồ địa chất, nguy cơ lở đất và quản lý rủi ro lũ lụt. LiDAR cung cấp thông tin chi tiết về độ cao của bề mặt đất để dự đoán ngập lụt do lũ từ sông.
Các phép đo LiDAR chi tiết không chỉ cung cấp dữ liệu độ cao có độ phân giải cao hơn để lập mô hình đồng bằng ngập lụt mà còn cung cấp nguồn thông tin về độ nhám bề mặt có độ phân giải cao. Độ phân giải cao và độ chính xác cao của tập dữ liệu địa hình cũng rất quan trọng trong việc dự đoán ngập lụt do lũ.
LiDAR có khả năng cung cấp dữ liệu DEM có mật độ cao và độ chính xác cao. Về độ chính xác, nó tương tự như phép đo quang trắc, tuy nhiên LiDAR có lợi thế trong việc xuyên qua tán cây thực vật và hệ thống thu thập dữ liệu nhanh hơn. Hệ thống LiDAR đã cải thiện các kỹ thuật lập mô hình lũ lụt thông qua việc cung cấp dữ liệu DEM. Mô hình lũ lụt dựa trên dữ liệu DEM LIDAR được đánh giá là hoạt động tốt nhất so với các nguồn dữ liệu DEM khác.
Ưu và nhược điểm của dữ liệu LiDAR trên không và trên mặt đất
Dữ liệu LiDAR trên không cung cấp khả năng thu thập dữ liệu nhanh chóng và mức độ tự động hóa cao. Đây được coi là phương pháp nhanh chóng để tạo DEM chính xác. Hơn nữa, LiDAR trên không cung cấp góc nhìn trực tiếp và rõ nét hơn về đường sá và mái nhà của các tòa nhà so với LiDAR trên mặt đất.
Ngược lại, LiDAR trên mặt đất được ưa chuộng hơn so với LiDAR trên không trong một số tình huống nhất định vì nó tiết kiệm chi phí hơn đối với các khu vực quy mô nhỏ và có thể di động. Ưu điểm chính của dữ liệu LiDAR trên mặt đất là mật độ đo lường và độ chính xác dữ liệu cao.
Mặc dù dữ liệu LiDAR trên mặt đất hữu dụng khi cung cấp thông tin ở những khu vực nhỏ, nhưng nó không thể cung cấp dữ liệu ở một số khu vực nhất định như khu vực có sườn dốc. Do đó, một số nhà nghiên cứu đề xuất kết hợp dữ liệu LiDAR trên mặt đất với trên không để bao phủ các đặc điểm địa hình ở những khu vực khó tiếp cận.
Thách thức khi sử dụng dữ liệu DEM LiDAR lập bản đồ lũ lụt
Một trong những vấn đề quan trọng khi sử dụng dữ liệu LiDAR để lập mô hình lũ lụt là xác định độ cao của mặt đất trống được sử dụng trong mô hình lũ lụt. Một thách thức khác khi sử dụng dữ liệu DEM LiDAR lập bản đồ lũ lụt là khó để biểu diễn các đặc điểm đô thị phức tạp. Lọc dữ liệu LiDAR ở khu vực đô thị gặp nhiều khó khăn do cảnh quan đô thị phức tạp. Do đó, việc lựa chọn các thuật toán lọc dữ liệu LiDAR tốt cần được chú trọng vì mỗi thuật toán đều có ưu điểm và nhược điểm.
Sự khan hiếm dữ liệu LiDAR ở các nước đang phát triển cũng là hạn chế đáng kể để phát triển mô hình lũ lụt DEM LiDAR.
Việc đánh giá chính xác tình trạng ngập lụt ở các khu vực thường xuyên xảy ra nguy cơ là rất quan trọng để giảm thiểu rủi ro lũ lụt và cung cấp dự báo thảm họa chính xác cũng như ứng phó kịp thời. Dữ liệu DEM LiDAR là công cụ mạnh mẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công tác lập bản đồ và đánh giá lũ lụt.
Với khả năng cung cấp chi tiết về địa hình, công nghệ này không chỉ hỗ trợ các nhà quản lý trong việc dự đoán và quản lý rủi ro mà còn góp phần quan trọng vào công tác phòng chống thiên tai, bảo vệ người dân và tài sản.
Sự kết hợp giữa DEM LiDAR và các công nghệ phân tích hiện đại đang mở ra hướng đi mới, bền vững cho việc giảm thiểu tác động của lũ lụt. Qua đó, ứng dụng DEM LiDAR không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn góp phần vào phát triển kinh tế – xã hội, bảo vệ môi trường tại Việt Nam và trên toàn thế giới.
