Sign In

Ứng dụng ảnh siêu phổ trong nghiên cứu đô thị: Xu thế phát triển và triển vọng triển khai tại Việt Nam

16:10 20/05/2026

Chọn cỡ chữ A a  

Sự phát triển nhanh của đô thị hóa toàn cầu đang đặt ra nhu cầu cấp thiết về các công nghệ quan trắc có khả năng cung cấp thông tin chi tiết phục vụ quản lý tài nguyên, môi trường và quy hoạch đô thị bền vững. Trong bối cảnh đó, công nghệ viễn thám siêu phổ (Hyperspectral Imaging – HSI) nổi lên như một hướng tiếp cận tiên tiến nhờ khả năng thu nhận hàng trăm dải phổ liên tục, cho phép phân biệt các vật liệu có đặc tính quang phổ gần giống nhau mà ảnh đa phổ truyền thống khó nhận dạng. Theo nghiên cứu tổng quan của José Antonio Gámez García, Giacomo Lazzeri và Deodato Tapete đăng trên tạp chí Remote Sensing năm 2025, viễn thám siêu phổ đang trở thành một trong những hướng nghiên cứu quan trọng trong phân tích đô thị hiện đại.

Nghiên cứu của Gámez García và cộng sự đã hệ thống hóa 113 công trình khoa học công bố trong giai đoạn 1993–2024 nhằm đánh giá xu hướng phát triển, các phương pháp xử lý và ứng dụng ảnh siêu phổ trong môi trường đô thị. Kết quả cho thấy ảnh siêu phổ hàng không vẫn là nguồn dữ liệu chủ đạo trong các nghiên cứu đô thị do có độ phân giải không gian cao, thường đạt từ 0,5–5 m, phù hợp cho phân loại vật liệu bề mặt chi tiết như mái nhà, đường giao thông, cây xanh và bề mặt không thấm. Tuy nhiên, kể từ sau năm 2019, sự xuất hiện của các vệ tinh siêu phổ thế hệ mới như PRISMA, EnMAP và AHSI đã thúc đẩy mạnh mẽ việc ứng dụng dữ liệu siêu phổ vệ tinh trong các nghiên cứu quy mô vùng và thành phố. 

Theo Gámez García và cộng sự, xu thế công bố khoa học trong lĩnh vực này đã thay đổi đáng kể trong hơn ba thập niên qua. Giai đoạn 1993–2001 gần như chỉ xuất hiện các nghiên cứu thử nghiệm thuật toán; từ năm 2002–2017 số lượng công bố tăng dần cùng với sự ra đời của các bộ dữ liệu chuẩn như Pavia và Houston. Đặc biệt, từ năm 2018 trở đi, số lượng bài báo tăng mạnh nhờ sự xuất hiện của các cảm biến siêu phổ thế hệ mới và sự phát triển của trí tuệ nhân tạo trong xử lý dữ liệu viễn thám. Điều này cho thấy viễn thám siêu phổ đô thị đang chuyển dần từ giai đoạn nghiên cứu lý thuyết sang triển khai thực tiễn.

Về phương pháp xử lý ảnh, nghiên cứu cho thấy các thuật toán học máy (Machine Learning) vẫn giữ vai trò chủ đạo, đặc biệt là Support Vector Machine (SVM) và Random Forest (RF). Theo Melgani và Bruzzone (2004), SVM có khả năng xử lý hiệu quả dữ liệu siêu phổ nhờ hoạt động tốt trong môi trường dữ liệu đa chiều và số lượng mẫu huấn luyện hạn chế. Trong khi đó, Belgiu và Drăguț (2016) cho rằng RF đặc biệt phù hợp với dữ liệu viễn thám do khả năng giảm hiện tượng quá khớp và xử lý tốt dữ liệu phi tuyến. Các mô hình học sâu (Deep Learning), nhất là Convolutional Neural Networks (CNN), cũng đang được ứng dụng ngày càng nhiều nhờ khả năng khai thác đồng thời thông tin phổ và không gian. Theo Paoletti và cộng sự (2019), CNN cho thấy hiệu quả vượt trội trong phân loại ảnh siêu phổ nhờ khả năng tự động học đặc trưng phổ–không gian phức tạp. 

Các ứng dụng nổi bật của ảnh siêu phổ trong đô thị bao gồm phân loại lớp phủ bề mặt, xác định bề mặt không thấm, lập bản đồ thảm thực vật đô thị, phân vùng khí hậu địa phương (Local Climate Zone – LCZ) và phát hiện vật liệu đặc thù như mái amiăng. Trong đó, phân loại lớp phủ bề mặt là hướng nghiên cứu phổ biến nhất do khả năng tận dụng chi tiết phổ để nhận dạng vật liệu xây dựng, bê tông, nhựa đường, kim loại hoặc mái ngói. Cavalli và cộng sự (2008) đã chứng minh rằng dữ liệu siêu phổ cho kết quả phân loại vật liệu đô thị chính xác hơn đáng kể so với dữ liệu đa phổ truyền thống nhờ khả năng tăng cường độ phân tách phổ giữa các bề mặt có phản xạ tương tự nhau. 

Đối với nghiên cứu cây xanh đô thị, Liu và cộng sự (2017) cho thấy ảnh siêu phổ kết hợp LiDAR có thể phân biệt loài cây ở mức chi tiết cao nhờ đồng thời khai thác thông tin phổ và cấu trúc tán cây. Trong khi đó, Weng (2012) nhấn mạnh rằng dữ liệu siêu phổ đặc biệt hiệu quả trong xác định bề mặt không thấm do có khả năng tách biệt vật liệu nhân tạo với đất và thực vật tốt hơn ảnh đa phổ. 

Trong bối cảnh Việt Nam, công nghệ viễn thám siêu phổ có tiềm năng ứng dụng rất lớn, đặc biệt tại các đô thị phát triển nhanh như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng và Hải Phòng. Với đặc điểm đô thị nhiệt đới mật độ cao, nhiều vật liệu xây dựng khác nhau và tốc độ biến đổi đất đai nhanh, ảnh siêu phổ có thể hỗ trợ hiệu quả cho công tác cập nhật hiện trạng đô thị, giám sát biến động sử dụng đất và đánh giá môi trường. Khả năng nhận dạng chi tiết vật liệu bề mặt cũng mở ra triển vọng ứng dụng trong quản lý hạ tầng, phát hiện mái fibro xi măng chứa amiăng, đánh giá mức độ xuống cấp công trình hoặc phân tích bề mặt hấp thụ nhiệt gây hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.

Ngoài ra, dữ liệu siêu phổ còn có thể hỗ trợ xây dựng cơ sở dữ liệu lớp phủ bề mặt phục vụ mô hình khí hậu đô thị, đánh giá khả năng tiêu thoát nước và phân tích tương tác giữa không gian xanh với môi trường sống. Đây là các nội dung có ý nghĩa lớn đối với mục tiêu phát triển đô thị bền vững và thích ứng biến đổi khí hậu tại Việt Nam hiện nay. Theo Stewart và Oke (2012), mô hình LCZ là công cụ hiệu quả để đánh giá môi trường nhiệt đô thị và có thể được nâng cao đáng kể khi sử dụng dữ liệu siêu phổ kết hợp các nguồn dữ liệu phụ trợ khác. 

Tuy nhiên, việc ứng dụng rộng rãi ảnh siêu phổ tại Việt Nam vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Gámez García và cộng sự cho rằng độ phân giải không gian của ảnh siêu phổ vệ tinh hiện còn tương đối thô đối với các đô thị mật độ cao, dẫn tới hiện tượng “pixel hỗn hợp”, trong đó một điểm ảnh chứa đồng thời nhiều loại vật liệu khác nhau. Ngoài ra, việc thiếu các bộ dữ liệu mẫu chuẩn cho đô thị Việt Nam cũng gây khó khăn trong huấn luyện và đánh giá thuật toán. Điều này đòi hỏi cần xây dựng thư viện phổ vật liệu đô thị Việt Nam cũng như tăng cường khảo sát thực địa để phục vụ phát triển các mô hình trí tuệ nhân tạo.

Nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng tương lai của viễn thám siêu phổ đô thị sẽ phụ thuộc nhiều vào khả năng tích hợp dữ liệu đa nguồn như LiDAR, SAR và GIS nhằm nâng cao độ chính xác phân loại và khắc phục hạn chế của từng loại cảm biến riêng lẻ. Đây cũng là hướng đi phù hợp với điều kiện Việt Nam, nơi đã có nguồn dữ liệu Sentinel-1, Sentinel-2, ảnh radar và cơ sở dữ liệu nền địa lý tương đối phong phú.

Nhìn chung, viễn thám siêu phổ đang mở ra một hướng phát triển mới cho nghiên cứu và quản lý đô thị hiện đại. Sự kết hợp giữa dữ liệu siêu phổ, trí tuệ nhân tạo và các công nghệ quan trắc đa nguồn hứa hẹn sẽ nâng cao năng lực giám sát đô thị theo thời gian thực, hỗ trợ hiệu quả cho quy hoạch không gian, quản lý môi trường và thích ứng biến đổi khí hậu. Đối với Việt Nam, việc sớm tiếp cận và phát triển năng lực khai thác dữ liệu siêu phổ không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang giá trị chiến lược trong xây dựng hệ thống quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia hiện đại.

Văn phòng Cục Viễn thám quốc gia

Ý kiến

Ứng dụng tư liệu vệ tinh trong nghiên cứu tai biến thiên nhiên tại việt nam: tiếp cận, phương pháp và triển vọng

Ứng dụng tư liệu vệ tinh trong nghiên cứu tai biến thiên nhiên tại việt nam: tiếp cận, phương pháp và triển vọng

Tai biến thiên nhiên, bao gồm lũ lụt, trượt lở đất, hạn hán và xói lở bờ biển, đang ngày càng gia tăng về tần suất và mức độ nghiêm trọng tại Việt Nam dưới tác động của biến đổi khí hậu. Tư liệu vệ tinh đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong công tác giám sát, đánh giá và cảnh báo các loại hình tai biến này nhờ khả năng phủ trùm không gian rộng lớn, lặp lại theo chu kỳ và chi phí thu thập thấp. Bài báo này tổng hợp và phân tích các hướng tiếp cận ứng dụng tư liệu vệ tinh trong nghiên cứu tai biến thiên nhiên tại Việt Nam, bao gồm: (1) phân tích đa phổ và radar để lập bản đồ lũ lụt và trượt lở đất; (2) sử dụng chỉ số viễn thám kết hợp học máy để đánh giá tính nhạy cảm tai biến; (3) tích hợp dữ liệu chuỗi thời gian đa nguồn vào mô hình học sâu. Kết quả cho thấy các mô hình kết hợp tư liệu vệ tinh đa nguồn với thuật toán học máy và học sâu cho độ chính xác cao (AUC > 0,95) và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong hệ thống cảnh báo sớm thiên tai tại Việt Nam.
Ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá biến động sử dụng đất nông nghiệp xã Tây Đô, tỉnh Thanh Hóa giai đoạn 2015 - 2025

Ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá biến động sử dụng đất nông nghiệp xã Tây Đô, tỉnh Thanh Hóa giai đoạn 2015 - 2025

Nghiên cứu này ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám nhằm phân tích biến động sử dụng đất nông nghiệp tại xã Tây Đô, tỉnh Thanh Hóa trong giai đoạn 2015 - 2025, đồng thời xác định các nguyên nhân gây biến động và đề xuất giải pháp phục vụ công tác quản lý, sử dụng đất bền vững tại địa phương. Nguồn dữ liệu chính được sử dụng là ảnh vệ tinh Sentinel-2 tại hai thời điểm năm 2015 và năm 2025, kết hợp với phần mềm ArcGIS và ENVI để xây dựng bản đồ lớp phủ đất và bản đồ biến động sử dụng đất. Phương pháp phân loại ảnh có giám sát bằng thuật toán xác suất cực đại (Maximum Likelihood) được áp dụng, kết hợp khảo sát trên nền tảng Google Earth và khảo sát thực địa để kiểm chứng kết quả phân loại. Kết quả đánh giá độ chính xác cho thấy cả hai thời điểm đều đạt độ chính xác tổng thể trên 80% và hệ số Kappa trên 0,7, đảm bảo độ tin cậy cho phân tích biến động. Kết quả nghiên cứu xác định tổng diện tích có biến động là 1.528,84 ha, chiếm 43,31% tổng diện tích tự nhiên, trong khi diện tích không biến động là 2.001,31 ha, chiếm 56,69%. Xu hướng biến động chủ yếu là sự suy giảm diện tích đất nông nghiệp truyền thống, đặc biệt là đất trồng lúa, đi kèm với sự gia tăng diện tích đất ở nông thôn, đất giao thông và các loại đất sản xuất có giá trị kinh tế cao hơn. Kết quả này phản ánh quá trình phát triển kinh tế - xã hội và sự chuyển dịch cơ cấu sử dụng đất phù hợp với nhu cầu phát triển của địa phương trong giai đoạn hiện nay, đồng thời là cơ sở khoa học quan trọng cho công tác quy hoạch, quản lý và sử dụng đất bền vững tại xã Tây Đô.
Tổng quan đánh giá độ chính xác của các thuật toán phân loại ảnh vệ tinh Sentinel-2 trong giám sát tài nguyên và môi trường

Tổng quan đánh giá độ chính xác của các thuật toán phân loại ảnh vệ tinh Sentinel-2 trong giám sát tài nguyên và môi trường

Nghiên cứu này nhằm đánh giá độ chính xác của một số thuật toán phân loại ảnh viễn thám sử dụng dữ liệu Sentinel-2 trong giám sát tài nguyên và môi trường. Cụ thể, ba thuật toán phổ biến bao gồm Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM) và k-Nearest Neighbor (KNN) được lựa chọn và áp dụng để phân loại lớp phủ bề mặt từ ảnh vệ tinh. Quy trình nghiên cứu bao gồm tiền xử lý dữ liệu, xây dựng tập mẫu huấn luyện và kiểm định, thực hiện phân loại và đánh giá kết quả thông qua ma trận nhầm lẫn cùng các chỉ tiêu như độ chính xác tổng thể (Overall Accuracy), hệ số Kappa và độ chính xác theo lớp. Kết quả cho thấy các thuật toán đều đạt hiệu quả nhất định trong phân loại ảnh Sentinel-2, trong đó Random Forest thể hiện hiệu suất vượt trội với độ chính xác tổng thể đạt trên 90%, cao hơn so với SVM và KNN. Sự khác biệt về độ chính xác giữa các thuật toán phản ánh khả năng xử lý dữ liệu phi tuyến và tính ổn định của từng phương pháp. Nghiên cứu góp phần cung cấp cơ sở khoa học trong việc lựa chọn thuật toán phân loại phù hợp cho dữ liệu viễn thám Sentinel-2, đồng thời đề xuất hướng tiếp cận tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả giám sát tài nguyên và môi trường trong điều kiện thực tế.