9/28/2013
1
ChươngChương II:II:
MỘT SỐ KHÁIMỘT SỐ KHÁI NiỆMNiỆM CƠ BẢNCƠ BẢN
VÀ NGUYÊN TẮC VẬN HÀNHVÀ NGUYÊN TẮC VẬN HÀNH
CỦACỦA ViỄNViỄN THÁMTHÁM
GVGD: TS.GVGD: TS. LêLê ThịThị KimKim ThoaThoa
KhoaKhoa ĐịaĐịa LýLý
TrườngTrường ĐHĐH KhoaKhoa họchọc XãXã HộiHội vàvà NhânNhân vănvăn TP HCMTP HCM
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
ViễnViễn :: xaxa
ThámThám:: thámthám sátsát,, quanquan sátsát..
ViễnViễn thámthám:: quanquan sátsát từtừ xaxa
MộtMột víví dụdụ đơnđơn giảngiản:: mắtmắt concon
ngườingười
CácCác dụngdụng cụcụ hỗhỗ trợtrợ tầmtầm nhìnnhìn
quanquan sátsát
CácCác dụngdụng cụcụ ghighi nhậnnhận đốiđối
tượngtượng quanquan sátsát
CácCác ‘photographs’‘photographs’ làlà viễnviễn
thámthám??
1.1. ViễnViễn thámthám làlà gìgì??
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
VTVT làlà 11 mônmôn khoakhoa họchọc thuthu thậpthập
cáccác thôngthông tintin vềvề cáccác đốiđối tượngtượng
trêntrên bềbề mặtmặt tráitrái đấtđất thôngthông quaqua
cáccác thiếtthiết bịbị quanquan sátsát từtừ xaxa..
VT là 1 môn khoa học thu thậpVT là 1 môn khoa học thu thập
các thông tin về các đối tượngcác thông tin về các đối tượng
từ một khoảng cách nào đó màtừ một khoảng cách nào đó mà
không có sự tiếp xúc trực tiếpkhông có sự tiếp xúc trực tiếp
đến vật thể đó.đến vật thể đó.
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
LàLà ảnhảnh củacủa cáccác đốiđối tượngtượng trêntrên bềbề mặtmặt tráitrái đấtđất đượcđược
ghighi nhậnnhận từtừ vệvệ tinhtinh hayhay cáccác thiếtthiết bịbị baybay chụpchụp kháckhác..
2.2. ThếThế nàonào làlà ảnhảnh viễnviễn thámthám??
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
NguồnNguồn năngnăng lượnglượng màmà nónó lanlan truyềntruyền dựadựa trêntrên cáccác daodao độngđộng
củacủa trườngtrường điệnđiện từtừ trongtrong khôngkhông giangian hoặchoặc trongtrong lònglòng cáccác vậtvật
chấtchất
SóngSóng điệnđiện từtừ đượcđược mômô tảtả qua 3qua 3 kháikhái niệmniệm:: bướcbước sóngsóng,, tầntần
sốsố vàvà tốctốc độđộ lanlan truyềntruyền..
C =C = ..
:: tầntần sốsố daodao độngđộng củacủa ánhánh sángsáng (frequency(frequency-- Hz)Hz)
:: bướcbước sóngsóng củacủa sóngsóng điệnđiện từtừ (m)(m)
C:C: tốctốc độđộ lanlan truyềntruyền == tốctốc độđộ ánhánh sángsáng (Velocity of light(Velocity of light--m/s)m/s)
C=299.793 km/s (C=299.793 km/s (trongtrong môimôi trườngtrường chânchân khôngkhông))
ĐốiĐối vớivới mụcmục đíchđích ứngứng dụngdụng C=C= 3.103.1088 m/s =m/s = tốctốc độđộ ánhánh sángsáng
3.3. NăngNăng lượnglượng sóngsóng điệnđiện từtừ
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
C = .
3.3. NăngNăng lượnglượng sóngsóng điệnđiện từtừ
SóngSóng điệnđiện từtừ đượcđược truyềntruyền trongtrong môimôi trườngtrường đồngđồng nhấtnhất theotheo
kiểukiểu hìnhhình sinsin vớivới tốctốc độđộ gầngần bằngbằng vớivới tốctốc độđộ ánhánh sángsáng..
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
9/28/2013
2
Unit
Cycles per second
Unit
Distance
Hertz (Hz)
1
Kilometer (Km)
1000 m
Kilohertz (KHz)
103
Milimeter (mm)
0.001 m = 10 –3 m
Megahertz (MHz)
106
Micrometer (m)
10 –6 m
Gigahertz (GHz)
109
Nanometer (nm)
10 –9 m
Terahertz
1012
Angstrom (Ao)
10–10 m
Low FrequencyLow Frequency
Low EnergyLow Energy
High FrequencyHigh Frequency
High EnergyHigh Energy
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
Tất cả sóng điện từ được truyền đi với cùng 1 tốc độ. KhiTất cả sóng điện từ được truyền đi với cùng 1 tốc độ. Khi
tương tác với các vật chất khác nhau, sóng điện từ sẽ biếntương tác với các vật chất khác nhau, sóng điện từ sẽ biến
đổi tính chất thể hiện qua nguồn bức xạ tới (incidentđổi tính chất thể hiện qua nguồn bức xạ tới (incident
radiation)radiation)
Phương pháp viễn thám đo đạc và ghi nhận những thayPhương pháp viễn thám đo đạc và ghi nhận những thay
đổi này dưới dạng ảnh (photographs hoặc images) => Nhàđổi này dưới dạng ảnh (photographs hoặc images) => Nhà
phân tích rút trích thông tin.phân tích rút trích thông tin.
Ba loại năng lượng sóng điện từ cơ bản: (1) năng lượng tựBa loại năng lượng sóng điện từ cơ bản: (1) năng lượng tự
nhiên, (2) năng lượng từ vệ tinh, (3) bức xạ nhiệt của vậtnhiên, (2) năng lượng từ vệ tinh, (3) bức xạ nhiệt của vật
thể.thể.
3.3. NăngNăng lượnglượng sóngsóng điệnđiện từtừ
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
ĐâyĐây làlà bảngbảng phânphân loạiloại biếnbiến thiênthiên củacủa năngnăng lượnglượng điệnđiện từtừ
trongtrong dãidãi bướcbước sóngsóng từtừ métmét đếnđến nanometnanomet (nm)(nm) truyềntruyền tớitới vớivới
tốctốc độđộ ánhánh sángsáng điđi quaqua chânchân khôngkhông..
•• XX--Rays and Gamma RaysRays and Gamma Rays
•• Ultraviolet:Ultraviolet: 3 to 400 nm3 to 400 nm
•• Visible Light:Visible Light:
Red: 610Red: 610 -- 700 nm700 nm
Orange: 590Orange: 590 -- 610 nm610 nm
Yellow: 570Yellow: 570 -- 590 nm590 nm
Green: 500Green: 500 -- 570 nm570 nm
Blue: 450Blue: 450 -- 500 nm500 nm
Indigo: 430Indigo: 430 -- 450 nm450 nm
Violet: 400Violet: 400 -- 430 nm430 nm
4.4. PhổPhổ điệnđiện từtừ -- ElectroElectro--MagnaticMagnatic Spectrum (EMS)Spectrum (EMS)
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
•Infrared: 0.7 to 1000 µmInfrared: 0.7 to 1000 µm
-- Near Infrared (NIR):Near Infrared (NIR):
0.7 to 1.5 µm.0.7 to 1.5 µm.
-- Short Wavelength InfraredShort Wavelength Infrared
(SWIR): 1.5 to 3 µm.(SWIR): 1.5 to 3 µm.
-- Mid Wavelength InfraredMid Wavelength Infrared
(MWIR): 3 to 8 µm.(MWIR): 3 to 8 µm.
-- LongLong WanelengthWanelength InfraredInfrared
(LWIR): 8 to 15 µm.(LWIR): 8 to 15 µm.
-- Far Infrared (FIR):Far Infrared (FIR):
longer than 15 µm.longer than 15 µm.
4.4. PhổPhổ điệnđiện từtừ -- ElectroElectro--MagnaticMagnatic Spectrum (EMS)Spectrum (EMS)
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
•Microwaves: 1 mm to 1 mMicrowaves: 1 mm to 1 m
-- P band:P band:
0.30.3 -- 1 GHz (301 GHz (30 -- 100 cm)100 cm)
-- L band:L band:
11 -- 2 GHz (152 GHz (15 -- 30 cm)30 cm)
-- S band:S band:
22 -- 4 GHz (7.54 GHz (7.5 -- 15 cm)15 cm)
-- C band:C band:
44 -- 8 GHz (3.88 GHz (3.8 -- 7.5 cm)7.5 cm)
--X band:X band:
88 -- 12.5 GHz (2.412.5 GHz (2.4 -- 3.8 cm)3.8 cm)
4.4. PhổPhổ điệnđiện từtừ -- ElectroElectro--MagnaticMagnatic Spectrum (EMS)Spectrum (EMS)
-- Ku band: 12.5Ku band: 12.5 -- 18 GHz (1.718 GHz (1.7 -- 2.4 cm)2.4 cm)
-- K band: 18K band: 18 -- 26.5 GHz (1.126.5 GHz (1.1 -- 1.7 cm)1.7 cm)
--Ka band: 26.5Ka band: 26.5 -- 40 GHz (0.7540 GHz (0.75 -- 1.1 cm)1.1 cm)
•• Radio:Radio: 10 cm to 10 km
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
4. Phổ điện từ - Electro-Magnatic Spectrum (EMS)
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
9/28/2013
3
-- TThiếthiết bịbị chứachứa cáccác concon mắtmắt
điệnđiện tửtử,, dùngdùng đểđể ghighi nhậnnhận sóngsóng
phảnphản xạxạ hayhay bứcbức xạxạ củacủa vậtvật thểthể
lênlên cáccác kênhkênh phổphổ nhấtnhất địnhđịnh..
55-- ConCon mắtmắt điệnđiện tửtử -- DetectorDetector
66-- BộBộ cảmcảm biếnbiến điệnđiện từtừ-- sensorsensor
-- TThiếthiết bịbị dùngdùng đểđể ghighi nhậnnhận sóngsóng phảnphản xạxạ hayhay bứcbức
xạxạ củacủa vậtvật thểthể lênlên cáccác kênhkênh phổphổ nhấtnhất địnhđịnh..
-- MộtMột sensorsensor cócó thểthể chứachứa từtừ
mộtmột đếnđến hànghàng ngànngàn concon mắtmắt
điệnđiện tửtử..
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
-- CóCó 22 loạiloại bộbộ cảmcảm biếnbiến điệnđiện từtừ ((bộbộ cảmcảm))
Passive (Passive (thụthụ độngđộng))
Active (Active (ChủChủ độngđộng))
Sensors ghi nhận hình ảnh
các đối tượng dựa vào nguồn
năng lượng bên ngoài
Vd: MSS, TM, HRV…
Sensor ghi nhận hình ảnh các
đối tượng dựa vào chính nguồn
năng lượng thiết bị này phát ra
Vd: Radar
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
77-- VậtVật mangmang-- FlatformFlatform
-- PhươngPhương tiệntiện dùngdùng đểđể chuyênchuyên chởchở cáccác bộbộ cảmcảm biếnbiến điệnđiện từtừ..
SpaceborneSpaceborne
-- SatelliteSatellite
-- ShuttleShuttle
GroundGround--basedbased
-- HandHand--heldheld
-- Raised platformRaised platform
AirborneAirborne
-- AeroplaneAeroplane
-- HelicopterHelicopter
-- Hot air balloonHot air balloon
-- Air shipAir ship
-- Tethered balloonTethered balloon
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
-- ẢnhẢnh đượcđược ghighi nhậnnhận từtừ cáccác sensorssensors
88-- ẢnhẢnh viễnviễn thámthám-- imageries/ photographsimageries/ photographs
DigitalDigital
-- SensorSensor
-- CameraCamera
-- VideoVideo
-- RadarRadar
-- LiDARLiDAR
Analogue:Analogue: ảnhảnh đượcđược lưulưu
trêntrên giấygiấy hoặchoặc phimphim
-- CameraCamera
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
99-- TrườngTrường nhìnnhìn tứctức thờithời -- IFOVIFOV
IFOVIFOV-- Instantaneous Field of view:Instantaneous Field of view:
-- Góc không gian tương ứng với 1
đơn vị chia mẫu trên mặt đất (pixel)
hoặc.
- Giá trị của pixel tương ứng với
lượng thông tin ghi được trong góc
nhìn đó.
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
1010-- TrườngTrường nhìnnhìn --FOVFOV
-- FOVFOV-- Field of view:Field of view: Góc không gian bao gồm toàn bộ các góc
nhìn của IFOV nằm trên 1 đường quét của 1 ảnh viễn thám
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
9/28/2013
4
Satellite
path
Field of
view
59 88 132 128 134 135
12 14 56 124 118 128
5 8 15 25 78 112
5 7 7 12 18 45
‘Raster’ grid
Viewed numerically as
Digital Numbers (DNs)
Viewed graphically
as image
Picture
element
or ‘pixel’
Image
data set
Ground track
(imaged area)
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
I.I. MộtMột sốsố kháikhái niệmniệm cơcơ bảnbản
33-- VậtVật truyềntruyền tảitải thôngthông tintin
(information carrier)(information carrier)
TrongTrong nguyênnguyên tắctắc vậnvận hànhhành củacủa viễnviễn thámthám,, đểđể cócó
đượcđược bứcbức ảnhảnh viễnviễn thámthám,, cầncần quanquan tâmtâm 33 vấnvấn đềđề
sausau::
22-- ThiếtThiết bịbị ghighi nhậnnhận
(sensors)(sensors)
11-- ĐốiĐối tượngtượng quanquan sátsát
(objects)(objects)
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
Incoming
solar
radiation
Atmospheric
distortion
Reflected
radiation
Scattered
radiation
Received
radiation
Sensor
Data
download
User
Data
supply
Sun
Ground
receiving
station
Absorbed/transmi
tted radiation
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
- Trình tự của nguyên tắc vận hành viễn thám như sau:
1- Sự hiện diện của nguồn năng lượng điện từ
2- Sự lan truyền nguồn năng lượng điện từ đến bầu khí quyển
3- Sự tương tác giữa sóng điện từ với bề mặt trái đất
4- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ bề mặt trái đất đến sensor
5- Các sensors ghi nhận dữ liệu
6- Dữ liệu được truyền về trạm mặt đất và ghi vào băng từ
7- Phân tích, xử lý dữ liệu
8- Ứng dụng
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
1- Sự tương tác giữa sóng điện từ với bầu khí quyển:
Bầu khí quyển
-Phần tử khí: Nitơ, oxy,
carbon, Argon, hơi nước…
- Các vật thể khác: bụi,
sương mù, đất, mãnh vỡ…
Sóng điện từ
Lan truyền
(transmission)
Hấp thụ
(absorption)
Bề mặt trái đất
Tán xạ
(Scattering)
-Vật thể kích
thước lớn
Phần tử khí
Trong suốt
Atmospheric
windows
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
9/28/2013
5
2- Sự tương tác giữa sóng điện tới bề mặt trái đất:
Hấp thụ
(absorption)
Lan truyền
(transmission)
Tán xạ
(Scattering) Bức xạ
(Emission)
Phản xạ
(Reflectance)
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
(tán xạ/ khuếch tán) (hấp thu)
(lan truyền) (phản chiếu)
- Thông tin viễn thám về các vật thể trên bề mặt trái đất
được hệ thống sensor ghi nhận dựa vào sóng phản xạ
hay bức xạ phát ra từ chính vật thể đó.
3- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ trái đất đến sensor
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
- Cường độ sóng điện từ phản xạ từ các vật thể đến các
sensor phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
+ Tính vật lý của vật thể
+ Địa hình ghồ ghề hay bằng phẳng
+ Góc tới của sóng điện từ
+ Độ dài của bước sóng
- Do những khác biệt trên, phổ phản xạ của mỗi đối
tượng sẽ khác nhau. Dựa vào sự khác biệt này, ta có thể
nhận diện ra chúng.
3- Sự lan truyền năng lượng phản xạ từ trái đất đến sensor
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
Water
‘Low’ reflectance
‘Dark’ appearance
Concrete
‘High’ reflectance
‘Light’ appearance
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám
Near infrared
Red
Green
- Ảnh vệ tinh có nhiều kênh phổ
- Bức xạ của 1 đối tượng sẽ khác
nhau trên từng kênh phổ
- Mỗi kênh phổ được xem là 1 lớp
dữ liệu
Viễn thám đại cương GV: TS. Lê Thị Kim Thoa
IIIIII-- NguyênNguyên tắctắc vậnvận hànhhành trongtrong viễnviễn thámthám