Đề cương môn viễn thám và Gis.
Câu1. Khái niệm viễn thám. Trình bày các thành phần cơ bản và quá trình của viễn
thám.
Khỏi niệm. Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ
thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông
qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này
không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tựợng đựợc nghiên
cứu.
Khỏi niệm ngắn gọn: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tựợng hoặc một hiện
tựợng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tựợng hoặc hiện tựợng đó.
Thành phần cơ bản và quỏ trỡnh của viễn thỏm.
- Thành phần cơ bản của viễn thỏm gồm cú:
1. Bộ cảm ( sensoz): đầu thu tớn hiệu.
2. Vật mang: mỏy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ.
3. Nguồn năng lượng: mặt trời.
4. Đối tượng nghiờn cứu.
Cỏc thụng tin viễn thám được sử dụng, phõn tớch, giải đoán để cung cấp cho người
sử dụng.
- Quỏ trỡnh viễn thỏm.
Nguồn năng lượng truyền qua khớ quyển( bị tỏn xạ, bức xạ, phỏt xạ, mất năng lượng) ,
truyền xuống bề mặt trái đất, bị phản xạ, bức xạ lên, được bộ cảm tiếp nhận , truyền đến
bộ thu, sau đó được sử lý phõn tớch và giải đoán, đưa cho người sử dụngCâu 2. Ảnh
hưởng của khí quyển đến sự truyền sáng.
.Những ảnh hưởng của khí quyển tới ánh sáng khi truyền qua nó là tán xạ , truyền qua và
hấp thụ ánh sáng của khí quyển. Những ảnh hưởng nào coa nguyên nhân là sự tương tác
cơ học các thành phần khí quyển với ánh sáng.
a. Sự tán xạ.
+ Sự tán xạ
- sự lan truyền của ánh sáng không định hướng
- gây bởi các phần tử nhỏ b
+ Đặc điểm:
- Độ dài bước sóng không đi
- Theo mọi hướng
- Không đồng nhất về cường độ
+ Tu thuộc mật độ, bề dày,
độ dài bước sóng...
- Tán xạ Rayleigh
- Tán xạ Mie
- Tán xạ không chọn lọc
Tán xạ Rayleigh
Tán xạ Mie
Tán xạ không chọn lọc
+ Sự tán xạ
- Tán xạ Rayleigh: dhạt <<
λ
. do các hạt bụi, phân tử
Nitơ hoặc Ôxy
. xảy ra ở phần trên cng
của khí quyển
. phân tán gần như đồng
đều
. hiệu ứng:
+ Sự tán xạ
- Tán xạ Rayleigh: dhạt <<
λ
. do các hạt bụi, phân tử
Nitơ hoặc Ôxy
. xảy ra ở phần trên cng
của khí quyển
. phân tán gần như đồng
đều
. hiệu ứng:
+ Sự tán xạ
- Tán xạ không chọn lọc
dhạt > λ
. do các giọt nước, các hạt
bụi
. bước sóng của tia sáng
phân
tán đồng đều
blue + green + red = white
light
Hiệu ứng: bầu trời xanh,
mặt trời đỏ.
hiệu ứng: mây trng,
sương m trng
b. Sự hấp thụ.
Ngược lại với hiện tượng tán xạ, sự hấp thụ khí quyển là nguyên nhân dẫn đến sự
giảm năng lượng của ánh sáng. Khi truyền qua khí quyển, hiện tượng hấp thụ năng
lượng xảy ra khác nhau đối với bước sóng nhất định . Hiện tượng hấp thụ năng
lượng mặt trời xảy ra của khí quyển là hơi nước, khí cacbonic và khí ozon. Trong
dải ph, vùng dải sóng mà ở đó năng lượng hấp thụ ít nhất và được truyền qua
nhiều nhất thì gọi là các cửa s khí quyển.
c. Sự truyền qua.
Ngoài phần bị hấp thụ hoặc tán xạ, năng lượng ánh sáng mặt trời có thể được truyền
qua khí quyển để đến Trái Đất. Cửa s khí quyển là vng mà năng lượng ánh sáng có
thể truyền qua và đến các đối tượng trên mặt đất, nhờ đó các máy cảm biến có thể ghi
nhận được nặng lượng ánh sáng.
Câu 3: Trình bày độ phân giải của ảnh viễn thám.
a. Độ phân giải không gian .
Là kích thước nhỏ nhất của một vật mà bộ cảm ghi ph có thể nhận biết được về mỗi
đối tượng không gian phân ccahs được với đối tượng không gian khác nằm kề đối
tượng này. Độ lớn của pixel ảnh sẽ là đơn vị xác định độ phân giải không gian của hệ
thống.
b. Độ phân giải ph.
Là số lượng kênh ảnh của ảnh số về một khu vực nào đó. Số lượng kênh ảnh phụ
thuộc vào khả năng ghi ph của thiết bị ghi hay bộ cảm. Độ phân giải h cao nhất đạt
đến hơn 200 kênh gọi là hệ siêu ph.
c. Độ phân giải thời gian.
Là khả năng chụp lặp lại của vệ tinh ở cùng 1 vị trí. Không liên quan đếnbộ cảm mà
liên quan đến chu k của vệ tinh.
d. Độ phân giải bức xạ.
Là khả năng phân biệt độ xám của các đối tượng trên ảnh.
Câu 4. Trình bày phổ phản xạ của 1 số đối tượng tự nhiên.
Thực vật: Thực vật khỏe mạnh chứa nhiều diệp lục tố ( Cholorophil ) , phản xạ rất
mạnh ánh sánh có bước song từ 0,45- 0, 67 μm (tương ứng với dải sóng màu lục – green)
vì vậy ta nhìn thấy chúng có màu xanh lục. Khi diệp lục giảm đi , thuwch vật chuyển
sang có khả năng phản xạ ánh sáng đỏ trội hơn. Kết quả là lá cây có màu vàng ( do t
hợp màu Green và red) hoặc đỏ hẳn ( rừng khí hậu lạnh, hiện tượng này khá ph biến khi
ma đông đến) ở vùng hồng ngoại hản xạ ( từ 0.7- 1.3 μm ) thực vật có khả năng phản xạ
rất mạnh, khi sang vùng hồng ngoại nhiệt và vi sóng ( Microwwave) một số cự trị ở vúng
sóng dài làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của hơi nước trong lá, khả năng phản xạ của
chúng giảm đi rõ rệt và ngược lại, khả năng hấp thụ ánh sáng tăng lên.
Nước: Nước trong chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng của tia xanh lơ ( blue) và yếu dần khi
sang vùng xanh lục ( green ), triệt tiêu ở cuối sóng đỏ( red) . Khi nước bị đục, khả năng
phản xạ tăng lên do ảnh hưởng sự tán xạ vật chất lơ lửng. Sự thay đi về tính chất của
nước ( độ đục, độ mặn, độ sâu, hàm lượng Clorophyl,,..... ) đều ảnh hưởng đến tính chất
ph của chúng. Nghĩa là khi tính chất nước thay đi , hình dạng đường cong và giá trị
ph phản xạ sẽ bị thay đi.
Đất khô: Đường cong ph phản xạ của đất khô tương đối đơn giản, ít có nhuwngc cựa
đại và cực tiểu một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất ph
của đất khá hức tạp và không rõ ràng như ở thực vật.
Các yếu tố ảnh hưởng đến đường cong ph hản xạ của đất là: lượng ẩm , cấu trúc của đất
( tỉ lệ cát , bột , st ) , độ nhám bề mặt, sự có mặt của các oxy kim loại , hàm lượng các
chất hữu cơ.... các yếu tố đó làm cho đường cong ph phản xạ biến đôngh rất nhiều
quanh đường cong có giá trị trung bình. Tuy nhiên quy luật chung là giá trị ph phản xạ
của đất tăng dần về phía sóng có bước sóng dài. Cực trị hập thụ ph do hơi nước cũng
diễn ra ở vùng 1,4; 1,9; 2,7 μm.
Đá: Đá cấu tạo khối, khô có dạng đường cong ph phản xạ tương tự như của đất song
giá trị tuyệt đối đường cong hơn. Tuy nhiên , cũng như đối với đất, sự biến động của giá
trị ph phản xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố của đá : mức độ chứa nước, cấu trúc, cấu tạo,
thành hần khoáng vật , tình trạng bề mặt.....
Nôi dung 5. Phân loại viễn thám theo: nguồn năng lượng, quỹ đạo, bước sóng của phổ
điện từ, .
Phân loại theo nguôn tín hiệu:
- Viễn thám chủ động: nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị nhân tạo,
thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay.
- Viễn thám bị động: nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự
nhiên.
Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo:
- Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái
đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên.
- Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực): là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông
góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của trái đất. Tốc độ quay
của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho
thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh th trên mặt đất là cùng giờ địa phương
và thời gian thu lặp lại là cố định đối với 1 vệ tinh (ví dụ LANDSAT 7 là 16
ngày, SPOT là 26 ngày…).
Phân loại theo bước sóng:
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: mặt trời là nguồn năng
lượng chính. Ngoài ra, công nghệ LiDAR sử dụng tia lazer là trường hợp
ngoại lệ sử dụng năng lượng chủ động.
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do
chính vật thể phát ra.
- Viễn thám siêu cao tần: sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ một đến
vài chục centimet. Kỹ thuật Radar thuộc viễn thám siêu cao tần chủ động.
Nguồn năng lượng bị động do chính vật thể phát ra.
Nôi dung 6. Khái niệm ảnh số, FOV, IFOV, ảnh toàn sắc, ảnh đa phổ, phương pháp
lưu trữ ảnh số
Ảnh số: là ma trận không gian của tập hợp các pixel được sp xếp theo hàng và cột
FOV (trường nhìn): là góc nhìn tối đa mà bộ cảm có thể thu được sóng điện tử.
Khoảng không gian trên mặt đất do FOV tạo nên chính là bề mặt rộng tuyến bay
IFOV (trường nhìn không đi): là góc không gian tương ứng với một đơn vị chia
mẫu trên mặt đất. Thông tin ghi được trong IFOV tương ứng với giá trị của pixel
Ảnh toàn sc: là ảnh chỉ bao gồm một kênh ph
Ảnh đa ph: là ảnh bao gồm nhiều kênh ph, mỗi kênh ph có bước sóng khác
nhau
Phương pháp lưu trữ ảnh số:
Dữ liệu ảnh số được lưu trữ trên băng từ tương thích cho máy
tính CCT (Computer Compatible Tape ) hoặc trên CD-ROM dưới khuôn dạng
của các tệp ảnh số mà máy tính có thể đọc được. Thông thường dữ liệu trên băng
từ ghi nhận về một vng chụp bao gồm 3 tệp thông tin chính sau:
1. Tệp đầu ghi nhận thông tin chú giải về dữ liệu còn gọi là tệp header
2. Tệp thứ hai ghi nhận thông tin về chú giải như nn chỉn ph hoặc nn chỉnh
hình học, cấu trúc của tệp (cách lưu trữ )
3. Tệp chính có độ lớn nhất gọi là tệp dữ liệu
Dữ liệu ảnh số cấu thành từ 3 tệp này thông thường được lưu trữ theo các cấu trúc
khác nhau là: BSQ, BIL hoặc BIP