Kiến thức cơ bản về Viễn Thám: Tổng hợp đầy đủ nhất

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

CHƯƠNG 3: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ RS

Mục đích: Giúp người học nắm được một số vấn đề chính sau:

- Lịch sử phát triển của RS trên thế giới và Việt Nam - Định nghĩa, nguyên lý làm việc và thành phần trong RS - Các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng sóng điện từ, phản xạ phổ - Các loại RS và những vệ tinh RS - Tổng thể vật mang, bộ cảm biến trong RS

1. Lịch sử phát triển

Trên th ế giới

Thuật ngữ ‘Viễn Thám’ được đưa ra vào năm 1960 bởi Evelyn Pruitt thuộc viện Hải quân Hoa Kỳ. Tuy nhiên, lịch sử viễn thám đã có từ trước. Đầu tiên là các bức ảnh chụp từ một khinh khí c ầu gần Paris 1858. Su ốt 50 năm sau đã có sự tiến bộ rõ rệt đó là thiết kế máy ảnh và làm phim nhũ. Năm 1909, phi công Wilbur Wright đã chụp bức ảnh đầu tiên t ừ máy bay khi bay qua vùng Centocelli ở Ý. H ầu hết ảnh không ch ụp theo phương ngang mà xiên xu ống mặt đất. Phổ biến là hình ảnh những thành phố lớn và các danh lam thắng cảnh. Qua đây, các nhà khoa học nhận thấy tiềm năng chụp ảnh trên không là công cụ tạo ra bản đồ và từng bước khoa học quan trắc phát triển.

Mãi đến chiến tranh th ế giới thứ nhất, chụp ảnh trên không được sử dụng với quy mô lớn và có h ệ thông. Máy ảnh được thiết kế đặc biệt để do thám trên không và xử lý nhanh chóng để có th ể chụp hàng nghìn t ấm ảnh mỗi ngày. Song song đó, công nghệ giải đoán ảnh để có những thông tin bổ ích cũng được phát triển. Bằng cách quan sát diễn biến về con người và cơ sở trên mặt đất trong thời gian dài sẽ giúp cho các nhà chiến lược dự đoán được quá trình thao diễn quân sự. Đến cuối chiến tranh thế giới thứ nhất, đã có những cải tiến đáng kể về máy bay, thiết bị xử lý của máy ảnh và số lượng người có kinh nghiệm chụp ảnh trên không, xử lý ảnh tăng lên đáng kể.

ững cải tiến về thiết bị chụp ảnh được giới thiệu và những năm 1920 và 1930 Nh và chụp ảnh trên không trở thành nguồn thông tin tin cậy để biên tập bản đồ. Chụp ảnh trên không ch ưa được sử dụng phổ biến. Chủ yếu các nhà địa lý, lâm nghi ệp và nhà quy hoạch ở Châu Âu và B ắc Mỹ đã sử dụng nó cho nh ững nghiên cứu với về địa lý với quy mô nh ỏ của mình ở Châu Phi và Nam M ỹ. Phim màu được phát tri ển lần đầu trong thời kỳ này nhưng rất ít sử dụng cho mãi đến chiến tranh thế giới thứ 2. Một vài lĩnh vực nghiên cứu khoa học đã khởi xướng và tạo nền tảng cho công nghệ viễn thám sau này.

Chi ến tranh th ế giới th ứ 2 đã tạo tiền đề cho vi ệc phát tri ển nhanh công ngh ệ viễn thám. Vi ệc phân tích ảnh trên không ph ục vụ cho trinh sát quân s ự lại được áp dụng. Công ngh ệ giải đoán ảnh trở nên tinh vi và đóng vai trò quan tr ọng cho nh ững nghiên cứu vùng ven biển. Khả năng chụp xuyên qua nước, đặc biệt là ảnh màu đã tạo điều kiện thu ận tiện cho vi ệc thu th ập thông tin v ề độ sâu, ch ướng ng ại vật trên nền đáy biển khi mà bản đồ hàng hải có thể không có.

Nh ững th ước phim h ồng ngo ại đã xu ất hi ện trong th ời gian chi ến tranh nh ằm phát hi ện quân ng ụy trang. Mạng lưới Rada được dựng lên vào nh ững năm 1940 để cung cấp sớm nh ững cảnh báo cho máy bay. Ti ến bộ của công ngh ệ rada cho phép

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

phát triển giám sát và nh ận ra nh ững thiết bị trong ph ạm vi hẹp. Rada cung c ấp hình ảnh thực địa hình và v ị trí mục tiêu nh ưng độ chính xác ph ụ thuộc vào điều kiện thời tiết và ánh sáng. Rada giúp xác định vị trí để ném bôm kể cả ban đêm, trong điều kiện thời tiết xấu, nó cũng rất hữu ích cho hàng hải ven biển.

Trong nh ững năm 1950 hệ thống ảnh hồng ngoại được phát tri ển, nó cung c ấp hình ảnh bức xạ của vật thể và địa vật. Hệ thống hồng ngoại không phụ thuộc vào ánh sáng nh ưng nó không th ể vượt qua đám mây. Trong th ời gian này Side Looking Airborne Radar (SLAR) phát tri ển đã cải thiện được những hạn chế của PPI Rada. Cả hai hệ thống thiết kế sử dụng trong quân sự do vậy nó chỉ hoạt động vài năm trong lĩnh vực dân sự.

Năm 1957, U.S.S.R (Liên Xô) đã tung ra SPUTNIK-1, đánh dấu sự bắt đầu của ‘thời đại không gian’. N ăm 1959, vệ tinh EXPLORER-6 c ủa US đã truyền hình ảnh của trái đất được ch ụp từ vệ tinh. V ệ tinh khí t ượng đầu tiên c ủa th ế gi ới TIROS-1 được phóng vào năm 1960, nó là ti ền thân của những vệ tinh thời tiết thời nay. Những vệ tinh trong không gian có vai trò đặc biệt trong việc tạo ra nhận thức cho con ng ười về khả năng lập bản đồ và giám sát m ặt đất từ dữ liệu của những vệ tinh này. Nh ững bức ảnh đầu tiên về trái đất được chụp từ vệ tinh đã mang đến sự ngạc nhiên cho mọi người bởi tính chi tiết về đặc điểm trên mặt đất trong phạm vi rộng lớn.

Sau này, M ỹ và Liên Xô đã đưa những Camera và máy quét đặc biệt để chụp ảnh ph ục vụ cho đánh giá tài nguyên. Trong khi ch ứng minh nh ững giá tr ị của hình ảnh không gian, h ọ sớm nhận ra vệ tinh này không có tính toàn c ầu. Những hạn chế trên đã được khắc phục phần lớn bằng việc phát triển hàng loạt vệ tinh tài nguyên trái đất LANDSAT của Mỹ. Vệ tinh này ho ạt động ở quỹ đạo thấp. LANDSAT và nh ững hệ thống tương tự sau này đã cung cấp ảnh không gian v ới mức chi ti ết hơn và giúp ích cho những nghiên cứu trên biển, cho dù thời gian xuất hiện của nó ít.

Ngoài những vệ tinh đang hoạt động trong không gian, đã có một hệ thống đang được thử nghiệm để giám sát môi tr ường biển. Trong số này, nổi bậc nhất là vệ tinh NIMBUS-7 dùng ch ụp ảnh màu v ề vùng ven bi ển - Coastal Zone Colour Scanner (CZCS) và vệ tinh SEASAT với những bộ cảm biến chuyên dụng để nghiên cứu biển. Trong một vài năm gần đây, Liên Xô và Mỹ đã có những vệ tinh viễn thám riêng cho họ.

Máy bay v ẫn còn đóng vai trò chính trong viễn thám vì tính linh hoạt về độ cao, lịch trình và khả năng bổ sung cảm biến dễ dàng. Tùy thuộc vào yêu cầu thông tin của người sử dụng và ngu ồn lực sẵn có, máy bay phù h ợp với nghiên c ứu vi ễn thám có tính thay đổi về độ cao, động cơ …. Máy bay còn được sử dụng để thử nghiệm các bộ cảm biến trước khi đưa lên vệ tinh.

Nh ững tiến bộ nhanh chóng của công nghệ máy tính đã có những ảnh hưởng lên tất cả các khía c ạnh của Viễn Thám. Sự quan tâm nh ất của người sử dụng đó sự phát triển công nghệ xử lý ảnh phục vụ cho phân tích dữ liệu; chương trình máy tính để nắn ảnh, nâng cao chất lượng và khai thác dữ liệu; tốc độ xử lý của máy tính cho phép một ngươig dùng có thể thực hiện phân tích dữ liệu ở một khu vực rộng lớn trong một thời gian ngắn.

Với nh ững ti ến bộ trong công ngh ệ thu th ập và phân tích d ữ liêu. Ngày nay, Viễn thám cũng đang gặp thách th ức lớn đó là làm sao cung c ấp những thông tin ti ện

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

lợi, kịp thời đến người cần nó. Điều này cần có cơ sở hạ tầng để truy cập, xử lý, phân phối và có một cộng đồng có thể áp dụng nó cho mục đích của mình.

Ở Việt Nam

Công nghệ viễn thám đã được ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 70 của thế kỷ 20. Thời gian đầu là một vài cơ quan ở trong nước đã thu nhận ảnh vệ tinh phục vụ cho các ứng dụng thuộc lĩnh vực địa chất và lâm nghi ệp. Thời gian ti ếp theo, nh ững ứng dụng được mở rộng thêm cho các lĩnh vực khác như là nông nghiệp, giám sát môi trường và thiên thai, quy ho ạch, nghiên c ứu khoa h ọc… Trong kho ảng th ời gian t ừ 1979 đến 1980 một vài tổ chức ở Việt Nam đã bắt đầu nắm bắt công ngh ệ viễn thám. Trong 10 n ăm ti ếp theo, vi ễn thám đã được mở rộng cho nh ững nghiên c ứu và thí nghiệm để xác định phương pháp và khả năng sử dụng dữ liệu viễn thám cho việc giải quyết nhi ệm vụ an sinh xã h ội ở Vi ệt Nam. Giai đoạn 1990-1995, bên c ạnh ti ếp tục việc mở rộng những nghiên cứu và thí nghi ệm, nhiều lĩnh vực đã sử dụng công ngh ệ viễn thám vào trong nh ững ứng dụng của cuộc sống và đã gặt hái được những kết quả có ý nghĩa về công nghệ, khoa học và kinh tế.

Hiện nay, một số tổ chức đã hoạt động một cách chuyên nghi ệp trong lĩnh vực viễn thám. Các t ổ chức này tập trung nhi ều ở cơ quan nhà n ước và phân tán t ừ trung ương đến địa phương như là cán bộ ngành, cục, tỉnh, viện và trường đại học. Số lượng các cơ quan này gia t ăng tới hàng ch ục tổ ch ức với hàng tr ăm cán bộ làm nhi ệm vụ trong lĩnh vực viễn thám. Các cán b ộ này được đào tạo cả trong và ngoài n ước. Công nghệ vi ễn thám đã tr ở nên m ột trong nh ững công c ụ được sử dụng ph ổ bi ến ở Vi ệt Nam cho nghiên c ứu khoa h ọc, qu ản lý và t ạo bản đồ tài nguyên thiên nhiên. Công nghệ viễn thám đã được đầu tư tổ chức trong Bộ tài nguyên và môi tr ường như trung tâm viễn thám, viện nghiên cứu địa chất và khoáng sản đã nghiên cứu nhiều đề tài liên quan tới viễn thám. Mục đích của chúng là để nâng cao ch ất lwngj và hi ệu quả những nghiên cứu cơ bản. Nhi ều dự án nghiên c ứu khoa học về công ngh ệ viễn thám được thiện hiện tại viện khoa học và công ngh ệ Việt Nam và nh ững trường đại học về các lĩnh vực về biển, sinh thái, khoa học trái đất, nghiên cứu môi trường và quy hoạch.

Từ thời gian bắt đầu đến nay, những tổ chức tham gia vào ho ạt động trong lĩnh vực viễn thám ở Việt Nam đã thu th ập được nhiều dữ liệu viễn thám từ những ngụồn khác nhau với những thời điểm khác nhau và đa dạng về loại ảnh. Tuy nhiên, d ữ liệu ảnh viễn thám phổ biến nhất là ảnh vệ tinh có độ phân giải thấp và trung bình (độ phân giải trong khoảng 5-20m). Mục đích chính của việc sử dụng dữ liệu này là để phục vụ cho những nghiên cứu và ứng dụng chỉ đòi hỏi độ chính xác trung bình và th ấp như quản lý tài nguyên môi tr ường, giám sát bi ến động môi tr ường và ngu ồn tài nguyên thiên nhiên, cập nhật thông tin cho các b ản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình ho ặc các bản đồ chuyên đề. Những phương pháp để giải đoán và phân lo ại những đối tượng và thông tin là những phương pháp thủ công được dựa trên những kinh nghiệm và kiến thức của chuyên gia trong lĩnh vực giải đoán ảnh hàng không. Từ những năm cuối của thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 nhiều tổ chức, viện nghiên cứu đã ứng dụng những phương pháp dựa trên pixel cho vi ệc phân lo ại một cách tự động như là ph ương pháp hình h ộp, khoảng cách ngắn nhất, phương pháp xác suất nhất.

Gần đây, các tổ chức đã bắt đầu sử dụng các ảnh có độ phân gi ải không gian cao (độ phân giải nhỏ hơn 5m) đến những ứng dụng mới đòi hỏi độ chính xác cao nh ư cập nhật dữ liệu không gian cho b ản đồ tỷ lệ lớn. Tuy nhiên, vi ệc phân lo ại, trích lọc

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

thông tin từ những phương pháp cũ đã thể hiện nhiều vấn đề như là hi ện tượng muối và tiêu rất nhiều, hay rất khó phân loại các đối tượng theo mục đích sử dụng và để giải quyết vấn đề này các t ổ chức đã sử dụng lại phương pháp trích l ọc thông tin trên ảnh bằng phương pháp thủ công.

Thấy được sự phát tri ển nhanh và c ấp thiết về ứng dụng công ngh ệ viễn thám trong cu ộc sống, sự phát tri ển kinh t ế xã h ội trên th ế gi ới. Chính ph ủ nước ta đã có những định hướng cho s ự phát tri ển công ngh ệ vũ tr ụ. Ngày 14/6/2006, th ủ tướng chính phủ đã ra quy ết định về ‘chiến lược nghiên cứu và ứng dụng công ngh ệ vũ trụ đến năm 2020’. Trong giai đoạn 2006-2010, đẩy mạnh chiều rộng và chi ều sâu 4 l ĩnh vực trong đó có viễn thám. Ứng dụng viễn thám vào các ngành khí t ượng thủy văn, tài nguyên và môi tr ường cụ thể lạ nâng cao ch ất lượng dự báo sớm mưa bão, lũ, lũ quét, sạc lở đật và các loại thiên tai khác, đánh giá biến đổi khí hậu toàn cầu đến Việt Nam. Định kỳ đánh giá biến động sử dụng đất đai, xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ chuyên đề số hóa dùng chung cho nhi ều cơ quan từ trung ương đến địa phương. Với các ngành nông nghiệp, thủy sản, điều tra tài nguyên thì m ở rộng ứng dụng viễn thám trong vi ệc xây dựng quy trình dự báo sản lượng lúa các vùng tr ồng lúa trọng điểm, dự báo lũ lụt, khô hạn, cháy r ừng; trong quy ho ạch nuôi tr ồng th ủy sản và đánh bắt hải sản; trong nghiên cứu các hiện tượng tài nguyên dầu khí, nước ngầm ….

Từ năm 2011 đến 2020 đưa vào ứng dụng tại Việt Nam các thành t ựu mới của vệ tinh quan sát trái đất độ phân gi ải rất cao, vệ tinh định vị có độ chính xác r ất cao, thiết bị mặt đất gọn nhẹ tích hợp nhiều chức năng. Bên cạnh đó thành lập Ủy ban vũ trụ Vi ệt Nam và Vi ện công ngh ệ vũ tr ụ để tập trung xây d ựng khung pháp lý, phát triển cơ sở hạ tầng, phần cứng, phần mềm và ngu ồn nhân lực cho vi ệc phát tri ển các ứng dụng của công nghệ vũ trụ ở Việt Nam.

2. Định nghĩa Viễn thám

Nói một cách nôm na trong “vi ễn thám” có hai t ừ “viễn” và “thám”. “Vi ễn” có nghĩa là xa, t ừ xa, không ti ếp xúc v ới đối tượng. “Thám” có ngh ĩa là tìm hi ểu, lấy thông tin về đối tượng. Ta có thể hiểu một cách đơn giản viễn thám là một ngành khoa học nghiên c ứu đối tượng mà không ti ếp xúc tr ực ti ếp với chúng. Trong ti ếng Anh, viễn thám là “remote sensing”, thường được viết tắt là RS.

Nếu nói một cách khoa học thì chúng ta có th ể dùng định nghĩa sau: Viễn thám là một khoa học thu nhận thông tin của bề mặt trái đất mà không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt ấy. Điều này được th ực hi ện nh ờ vào vi ệc quan sát và thu nh ận năng lượng phản xạ, bức xạ từ đối tượng và sau đó phân tích, xử lý, ứng dụng những thông tin nói trên (theo CCRS).

3. Nguyên lý làm việc của RS

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là ngu ồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước xóng đã xác định. Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám cho phép tách thông tin hữu ích về từng loại lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể.

Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là ‘b ộ cảm bi ến – Sensors’. B ộ cảm bi ến có th ể là các máy ch ụp ảnh ho ặc máy

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

quét. Phương tiện mang các sensors được gọi là ‘v ật mang’. Vật mang có th ể là máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hay vệ tinh….hình 3.1 thể hiện một số vật mang:

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Hình 3.1: (a-IKONOS 2), (b-OrbView 2 (SeaStar)), (c-EROS A1) ,

(d-NOAA 12, 14, 16), (e-RADARSAT 1), (f-SPOT 1, 2, 4)

Hình 3.2: Nguyên lý thu thập dữ liệu ảnh viễn thám

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Nguồn năng lượng chính th ường sử dụng trong vi ễn thám là b ức xạ mặt tr ời, năng lượng của sóng điện từ do các v ật thể phản xạ hay bức xạ được thu nh ận bởi bộ cảm biến đặt trên vật mang.

Thông tin về năng lượng phản xạ của các v ật thể được ghi nh ận bởi ảnh viễn thám và thông qua xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia. Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan đến các vật thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông lâm nghiệp, khí tượng, môi trường, địa chất, thủy sản…

Hình 3.3, th ể hiện sơ đồ quy trình công ngh ệ cơ bản được sử dụng trong vi ệc tách thông tin hữu ích từ ảnh viễn thám

Hình 3.3: Nguyên lý thu nhận và quy trình xử lý dữ liệu viễn thám

Toàn bộ quá trình thu nh ận và xử lý ảnh vi ễn thám có th ể chia thành 5 thành phần cơ bản sau:

- Nguồn cung cấp năng lượng.

- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển.

- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt trái đất.

- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh số bởi bộ cảm biến.

- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lý.

4. Những thành phần trong RS

Hệ th ống vi ễn thám th ường bao gồm 7 ph ần tử có quan h ệ ch ặt ch ẽ với nhau. Theo trình t ự ho ạt động của hệ thống, chúng thể hiện như hình 3.4:

Hình 3.4: Những thành phần trong RS

Nguồn năng lượng (A): Thành phần đầu tiên c ủa một hệ th ống vi ễn thám là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm. Có lo ại vi ễn thám s ử dụng năng lượng mặt tr ời, có lo ại tự cung cấp năng lượng tới đối tượng. Thông tin vi ễn thám thu th ập được là dựa vào n ăng lượng từ đối tượng đến

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

thiết bị nhận, nếu không có ngu ồn năng lượng chiếu sáng hay truy ền tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối tượng đến thiết bị nhận.

Những tia phát x ạ và khí quy ển (B): Vì năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng nên s ẽ ph ải tác qua l ại với vùng khí quy ển nơi năng lượng đi qua. S ự tương tác này có th ể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì năng lượng còn ph ải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm.

Sự tương tác với đối tượng (C): Một khi được truyền qua không khí đến đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tuỳ thuộc vào đặc điểm của cả đối tượng và sóng điện từ. Sự tương tác này có th ể là truyền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển.

Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm (D) Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta c ần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nh ận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng.

Sự truyền tải, thu nh ận và xử lý (E) Năng lượng được thu nh ận bởi bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận-xử lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thô.

Giải đoán và phân tích ảnh (F): Ảnh thô s ẽ được xử lý để có th ể sử dụng được. Để lấy được thông tin v ề đối tượng người ta ph ải nhận biết được mỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào. Công đoạn để có thể “nhận biết” này gọi là giải đoán ảnh. Ảnh được giải đoán bằng một hoặc kết hợp nhiều phương pháp. Các phương pháp này là gi ải đoán thủ công bằng mắt, giải đoán bằng kỹ thuật số hay các công c ụ điện tử để lấy được thông tin về các đối tượng của khu vực đã chụp ảnh.

Ứng dụng (G) : Đây là ph ần tử cuối cùng c ủa quá trình vi ễn thám, được thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ hơn về đối tượng mà chúng ta quan tâm, để khám phá nh ững thông tin m ới, kiểm nghiệm những thông tin đã có ... nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể.

5. Yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng sóng điện từ

Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển sẽ bị các phần tử khí h ấp th ụ dưới các hình th ức khác nhau tùy thu ộc vào t ừng bước sóng c ụ thể. Trục ngang trong hình 3.5 thể hiện giá trị bước sóng và trục đứng thể hiện % năng lượng ứng với từng bước sóng c ụ th ể khi truy ền qua khí quy ển. Các vùng ph ổ mà không bị ảnh hưởng mạnh bởi môi tr ường khí quy ển (còn được gọi là c ửa sổ khí quyển) sẽ được chọn để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám. Các bước sóng ngắn hơn 0,3m m hầu như bị hấp thụ bởi tầng Ôzôn, nh ưng vùng ánh sáng kh ả kiến do mặt trời cung cấp rất ít bị hấp thu bởi khí quyển và năng lượng sóng điện từ ứng với bước sóng 0,5m m có ưu thế cho vi ệc thu nh ận ảnh viễn thám. Bức xạ nhiệt của trái đất có năng lượng cao nh ất tại bước sóng 10 m m trong vùng c ửa số khí quy ển và sóng vô tuyến cao tần với bước sóng lớn hơn 1mm cũng rất ít bị hấp thu bởi khí quyển. Do đó, ảnh viễn thám nh ận được thường dựa vào sự đo lường năng lượng phản xạ của sóng điện từ nằm trong vùng sóng vô tuyến cao tần (ảnh Rada) là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời.

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Hình 3.5: Vùng phổ sử dụng trong viễn thám ít bị hấp thu năng lượng bởi khí quyển

Trong vi ễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng lan truyền sóng điện từ trong khí quy ển, vì các hi ện tượng và c ơ ch ế tương tác gi ữa sóng điện từ với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin được thu nh ận bởi bộ cảm biến. Khí quy ển có đặc điểm quan trọng đó là tương tác khác nhau đối với bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau. Đối với vi ễn thám quang h ọc, nguồn năng lượng cung cấp chủ yếu là do mặt trời và sự có mặt cũng như thay đổi các phân t ử nước và khí (theo không gian và thời gian) có trong l ớp khí quy ển là nguyên nhân ch ủ yếu gây nên s ự bi ến đổi năng lượng phản xạ từ mặt đất đến bộ cảm biến. Khoảng 75% năng lượng mặt trời khi chạm đến lớp ngoài của khí quy ển được truyền xuống mặt đất và trong quá trình lan truy ền sóng điện từ luôn b ị hấp thu, tán x ạ và khúc x ạ bởi khi quy ển trước khi đến bộ cảm biến. Các loại khí như Oxy, Nitơ, Cacbonic, Ôzôn, hơi nước,… và các phần tử lơ lửng trong khí quyển là tác nhân chính ảnh hưởng đến sự suy giảm năng lượng sóng điện từ trong quá trình lan truyền.

Để hiểu rõ hơn cơ chế tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển, việc chọn phổ điện từ để sử dụng cho vi ệc thu nh ận ảnh viễn thám. Bảng 3.1 th ể hiện đặc điểm của các dải phổ điện từ thường được sử dụng trong công nghệ viễn thám.

Bảng 3.1: Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong công nghệ viễn thám

Dải phổ điện từ Bước sóng

Đặc điểm

Tia cực tím

0,3 ‚ 0,4m m Hấp th ụ mạnh bởi khí quy ển ở tầng cao (t ầng Ôzôn), không th ể thu nh ận năng lượng do d ải sóng này cung c ấp nh ưng hi ện tượng này lại bảo vệ con người tránh bị tác động bởi tia cực tím

Khả kiến

0,4‚ 0,76m m Rất ít bị hấp thu bởi Ôxy, hơi nước và năng lượng phản xạ cực đại ứng với bước sóng 0,5 m m trong khí quyển. Năng lượng do dải sóng này cung c ấp giữ vai trò quan trọng trong viễn thám

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Hồng ngo ại gần trung bình 0,77‚ 1,34m m 1,55‚ 2,4m m

Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước sóng hồng ngo ại gần từ 0,77 ‚ 0,9m m. Sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại theo dõi sự biến đổi thực vật từ 1,55‚ 2,4m m

ại 3‚ 22m m Hồng ngo nhiệt

Một số vùng b ị hấp th ụ mạnh bởi hơi nước, dải sóng này gi ữ vai trò trong phát hi ện cháy rừng và hoạt động của núi lửa từ 3,5‚ 5m m. Bức xạ nhiệt của trái đất có năng lượng cao nhất tại bước sóng 10m m

ến Vô tuy (Rada)

1mm‚ 30cm Khí quy ển không h ấp th ụ mạnh năng lượng các bước sóng lớn hơn 2cm, cho phép thu nh ận năng lượng cả ngày l ẫn đêm, không ảnh hưởng bởi mây, sương mù hay mưa.

6. Phân loại ảnh viễn thám

Vi ễn thám có thể được phân thành 3 loại cơ bản ứng với vùng bước sóng sử dụng:

a. Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ

ồn năng lượng chính là b ức xạ mặt tr ời và ảnh vi ễn thám nh ận được dựa Ngu vào sự đo lường năng lượng vùng ánh sáng kh ả kiến và hồng ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất. Ảnh thu được bởi công nghệ viễn thám này được gọi chung là ảnh quang học.

b. Viễn thám hồng ngoại nhiệt

Ngu ồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra, hầu như mỗi vật thể trong nhi ệt độ bình th ường đều tự phát ra m ột bức xạ. Ảnh thu được bởi công nghệ viễn thám này gọi là ảnh nhiệt

Hình 3.6: Nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời

c. Viễn thám siêu cao tần

Trong vi ễn thám siêu cao t ần, hai lo ại kỹ thuật chủ động và bị động đều được áp dụng. Viễn thám bị động ghi lại năng lượng sóng vô tuy ến cao tầng với bước sóng lớn hơn 1mm mà được bức xạ tự nhiên hoặc phản xạ từ một số đối tượng.

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

ăng lượng nhận được có th ể là từ bức xạ của khí quyển (1); Trong hình 3.7a: N phản xạ từ mặt đất (2); bức xạ do chính vật thể phát ra (3) hay dựa vào bức xạ của mặt đất (4).

ước sóng dài nên n ăng lượng thu nh ận được của công ngh ệ viễn thám Vì có b siêu cao tần bị động thấp hơn so với viễn thám trong d ải sóng kh ả kiến. Đối với viễn thám siêu cao t ần chủ động (Radar – Radio detection and ranging), v ệ tinh cung c ấp năng lượng riêng và phát trực tiếp đến các vật thể, rồi thu lại năng lượng do sóng phản xạ lại từ các vật thể. Cường độ năng lượng phản xạ được đo lường để phân bi ệt giữa các đối tượng với nhau. Ảnh thu được bởi kỹ thu ật ki ễn thám này được gọi là ảnh Rada, hai loại công nghệ viễn thám siêu cao tần (bị động và chủ động) thường được sử dụng trong việc tạo ảnh rada được thể hiện hình 3.7.

Hình 3.7: (a-viễn thám bị động) (b, c- vi ễn thám chủ động)

7. Tổng thể về vật mang

Để bộ cảm biến thu nh ận năng lượng bức xạ và phát x ạ từ các vật thể trên bề mặt đất tạo ra ảnh quang học hay ảnh rada, các bộ cảm biến được bố trí trên vật mang là một phương tiện dùng để đưa các bộ cảm đến một độ cao và v ị trí mong mu ốn sao cho việc thu nhận thông tin t ừ mặt đất đạt hiệu quả nhất, đáp ứng cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau.

Vệ tinh và máy bay là nh ững vật mang cơ bản thường được sử dụng trong viễn thám. Chụp ảnh từ máy bay (tạo ảnh hàng không) có thể xem là dạng đầu tiên của viễn thám và tồn tại như một phương pháp được sử dụng khá rộng rãi trong thành l ập bản đồ địa hình và chuyên đề phục vụ công tác qu ản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường cũng như quy hoạch và quản lý độ thị…

Ngoài ra còn có nhi ều loại vật mang khác có độ cao hoạt động từ vài ch ục mét trở lên nh ư thang tr ượt của các cần cẩu, máy bay không ng ười lái,… để chụp ảnh các khu vực nh ỏ trên m ặt đất, khinh khí c ầu cùng để nghiên c ứu nhi ều đối tượng khác nhau, tàu con thôi thực hiện theo các chương trình thí nghiệm khác nhau.

(a) (b) (c) (d)

Hình 3.8: Các dạng vật mang được sử dụng trong công nghệ viễn thám

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Vệ tinh nhân t ạo bao g ồm nh ững vật mang được phóng vào không gian và

chuyển động theo những quỹ đạo nhất định phục vụ công tác liên l ạc viễn thông, định vị và hàng hải, thám sát khí tượng và quan sát mặt đất….

Vệ tinh vi ễn thám cho phép nhìn th ấy một vùng rộng trên mặt đất bao gồm tất cả các đối tượng và có ưu thế là cung c ấp ảnh đa phổ, đa thời gian cho toàn th ế giới. Ảnh vệ tinh có các ưu điểm sau:

- Bao ph ủ một vùng rộng lớn trên trái đât

- Khu v ực cần nghiên cứu được chụp lặp lại thường xuyên nhiều lần theo chu kỳ.

- Ảnh được xử lý và phân tích trên máy tính

- Chi phí t ương đối thấp tính trên một đơn vị diện tích vùng phủ của ảnh.

Tuy nhiên, ảnh vệ tinh có độ phân giải mặt đất thấp hơn so với ảnh hàng không. Hiện nay, trên th ị trường chỉ cung c ấp ảnh vệ tinh có độ phân gi ải cao nh ất là 0,6m nhưng trong t ương lai g ần với vi ệc phóng các v ệ tinh th ương mại sẽ cho phép cung cấp các ảnh có độ phân giải cao hơn rất nhiều. Tuy nhiên, giá thành c ủa ảnh viễn thám độ phân giải cao thường là yếu tố chính trong việc chọn lựa giữa các nhà cung cấp loại ảnh vệ tinh.

Hình 3.9 th ể hi ện các v ệ tinh nhân t ạo thông dụng đang được sử dụng trong công nghệ viễn thám có quỹ đạo hoạt động và độ phân giải khác nhau.

Hình 3.9 : Các vệ tinh nhân tạo thông dụng đang được sử dụng

ệ tinh nhân t ạo th ường chuy ển Các v động theo l ộ trình đã được thi ết kế tr ước sao cho phù h ợp vứi kh ả năng và m ục tiêu c ủa bộ cảm bi ến được đặt trên v ệ tinh. L ộ trình được thiết kế để vệ tinh chuy ển động trong vũ trụ sẽ được xác định bởi 6 thông s ố cơ bản theo định luật Kepler áp d ụng cho các v ật th ể chuy ển động trong vũ trụ được gọi là quỹ đạo của vệ tinh. Sự lựa chọn quỹ đạo tùy thuộc vào giá tr ị của tập hợp các thông s ố cơ bản này; thông th ường các v ệ tinh khác nhau s ẽ chuyển động theo những quỹ đạo khác nhau được phân biệt bởi:

- Nh ững độ cao khác nhau sơ với mặt đất

ỹ đạo elip nằm trong một mặt phẳng có góc nghiêng khác nhau so v ới - Theo qu mặt phẳng chứa xích đạo.

ời gian v ệ tinh di chuy ển hoàn t ất một vòng quay trên qu ỹ đạo, còn - Theo th được gọi là chu kỳ của quỹ đạo.

ảng thời gian cố định mà vệ tinh trở lại đúng vị trí chụp ảnh ban đầu, - Theo kho còn được gọi là chu kỳ lặp lại của vệ tinh (do bộ cảm biến có trường nhìn cố định, nên khi vệ tinh di chuy ển sẽ tạo nên tuyến chụp trên mặt đất có bề rộng cố định còn được gọi là độ rộng của tuyến chụp. Vì trái đất quay nên vệ tinh sẽ chụp ảnh theo tuyến khác trên mặt đất sau mỗi chu kỳ tiếp theo, sau khoảng thời gian cố định vệ tinh sẽ lặp lại vị trí ban đầu và thời gian này được gọi là tần suất lặp lại hay chu kù lặp).

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

độ vệ tinh ảnh hưởng đến độ phân giải mặt đất của ảnh khi khả năng của bộ Cao cảm biến là c ố định, chu k ỳ lặp lại của vệ tinh gi ữ vao trò r ất quan tr ọng trong vi ệc cung cấp ảnh đa thời gian phục vụ công tác giám sát liên tục các biến động trên bề mặt đất. Hình 3.10 minh h ọa quỹ đạo, tuyến chụp và kh ả năng chụp phủ toàn bộ mặt đất của vệ tinh khi lựa chọn các thông số cơ bản của quỹ đạo để phù hợp với khả năng và mục tiêu của bộ cảm biến được đặt trên vệ tinh.

(a) (b)

Hình 3.10

(a) Quỹ đạo của vệ tinh nhân tạo (b) Tuy ến chụp tạo ra khi vệ tinh di chuyển

ựa theo qu ỹ đạo chuyển động của vệ tinh so v ới trái đất và mặt Nhìn chung d trời có thể chia quỹ đạo vệ tinh thành các loại cơ bản sau:

Quỹ đạo đồng bộ trái đất: là quỹ đạ mà vệ tinh chuyển động cùng một vận tốc gốc với trái đất, ngh ĩa là v ệ tinh quay m ột vòng trên qu ỹ đạo mất kho ảng th ừi gian 24giờ hay 86164,1 giây. Vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo đồng bộ trái đất và nếu mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng chứa xích đạo (có góc nghiên b ằng không) được gọi là quỹ đạo địa tĩnh. Các vệ tinh địa tĩnh có độ cao khoảng 36000km và luôn treo lơ lửng tại một điểm trên không trung ( đứng yên so v ới bề mặt trái đất). Do vậy, vệ tinh địa tĩnh cho phép quan sát và thu th ập thông tin liên t ục trên một vùng cụ thể và được

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

sử dụng thích hợp vào mục đích quan sát khí t ượng hoặc truyền tin… Với độ cao lớn, các vệ tinh khí t ượng địa tĩnh có th ể giám sát th ời tiết và dạng mây bao ph ủ trên toàn bộ bán cầu của trái đất.

Quỹ đạo đồng bộ mặt tr ời: là qu ỹ đạo cho phép v ệ tinh chuy ển động theo hướng Bắc – Nam kết hợp với chuyển động quay của trái đất (Tây – Đông) sao cho vệ tinh luôn luôn nhìn được bề mặt trái đất tại thời điểm có sự chiếu sáng tốt nhất của mặt trời. Như vậy góc nghiêng c ủa mặt phẳng quỹ đạo này gần với góc nghiêng c ủa trục quay của trái đất (so v ới mặt phẳng xích đạo) nên còn được gọi là qu ỹ đạo gần cực. Những vệ tinh chuy ển động theo qu ỹ đạo đồng bộ mặt trời sẽ thu th ập thông tin trên vùng nào đó của trái đất theo giờ địa phương nhất định và vị trí của vệ tinh sẽ thay đổi theo điều kiện chiếu sáng của mặt trời trong một năm. Loại quỹ đạo này đảm bảo điều kiện chiếu sáng của mặt trời là như nhau khi thu thập ảnh vệ tinh trên cùng khu vực cụ thể theo các ngày và từng mùa khác nhau trong năm. Các vệ tinh tài nguyên thường sử dụng quỹ đạo đồng bộ mặt trời vì có ưu điểm luôn tạo được một điều kiện chiếu sáng ổn định. Đây là yếu tố quan tr ọng cho vi ệc giám sát s ự thay đổi giá tr ị phổ giữa các ảnh mà không cần hiệu chỉnh do điều kiện chiếu sáng khác nhau.

Quỹ đạo có chu k ỳ lặp lại một ngày và nhi ều ngày: là nh ững quỹ đạo mà cho phép vệ tinh tr ở lại điểm đỉnh đầu trên khu v ực chụp ảnh trong cùng m ột ngày ho ặc sau nhiều ngày.

Hình 3.11: Minh ho ạc các qu ỹ đạo cơ bản cho phép v ệ tinh có kh ả năng thu thập thông tin mặt đất.

(a) (b) (c)

Hình 3.11: a-Qũy đạo đồng bộ trái đất, b-quý đạo đồng bộ mặt trời, c-các quỹ đạo cơ bản

8. Tổng quan bộ cảm biến

Bộ cảm biến chỉ thu nh ận năng lượng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bước sóng xác định. Năng lượng sóng điện từ sau khi t ới được bộ cảm biến chuyển thành tín hi ệu số (chuyển đổi tín hi ệu điện thành một số nguyên hữu hạn gị là giá tr ị Pixel) t ương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng do b ộ cảm biến nhận được trong dải phổ đã xác định.

Máy quét v ới trường nhìn không đổi (instantaneous field of view –IFOV) (góc nhìn không gian t ương ứng giữa một pixel với một đơn vị chia mẫu trên bề mặt đất) được sử dụng để tạ ảnh hai chiều của bề mặt đất dựa trên sự phối hợp chuyển động vật mang và hệ thống quét vuông góc v ới hướng bay. Lượng thông tin về năng lượng bức xạ ghi được trong IFOV sẽ được bộ cảm biến đổi thành giá trị của pixel. Hệ thống quét sử dụng để ghi nhận năng lượng bức xạ ứng với các bước sóng khác nhau trong gải tần đã xác định (từ cực tím đến hồng ngoại) được gọi là hệ thống quét đa phổ. Hai phương pháp quét cơ bản thường được sử dụng trong việc tạo ảnh đa phổ đó là quét vuông góc với tuyến chụp và quét dọc tuyến chụp.

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Quét vuông góc với tuyến chụp

Gương quay (A) chuy ển động trong mặt phẳng vuông góc v ới đường bay được sử dụng để dịch chuyển trường nhìn không đổi IFOV tạo thành dòng quét vuông góc với hướng di chuy ển của vệ tinh. N ăng lượng ph ản xạ được phân chia ứng với từng bước sóng khác nhau (thông qua kính l ọc ph ổ) được bộ tách sóng (B -Detectors) đo lường năng lượng ứng vứi từng kênh ph ổ và chuy ển thành giá tr ị số của từng pixel. Sau khi kết thúc dòng quét, gương quay trả vệ vị trí ban đầu để tạo dòng kế tiếp nhờ sự dịch chuyển đồng bộ của vệ tinh, k ết qu ả nh ận được ảnh vệ tinh là t ập hợp của các dòng ảnh liên tiếp lên nhau.

ường nhìn không đổi IFOV (C) c ủa bộ cảm biến và độ cao của vệ tinh xác Tr định độ phân gi ải mặt đất (D) và góc nhìn t ối đa (E) mà m ột bộ cảm biến có th ể thu được sóng điện từ (được quét bởi gương quay) được gọi là trường nhìn (field of view – FOV). Kho ảng cách không gian trên m ặt đất do FOV t ạo nên t ương ứng với độ cao của vệ tinh chính là b ề rộng tuyến chụp (F) và còn được sử dụng để xác định bề rộng của ảnh vệ tinh.

Hình 3.12: Tạo ảnh đa phổ theo phương pháp quýet vuông góc với tuyến chụp

Quét dọc tuyến chụp

Quét d ọc tuyến chụp sử dụng các hệ thống quét điện tử hoặc bộ tách sóng mảng tuyến tính để ghi nh ận năng lượng bức xạ ứng với dòng quét c ố định vuông góc v ới phương chuyển động của vệ tinh. Bộ tách sóng mảng tuyến tình (A) được xây dựng tại mặt phẳng tạo ảnh (B) của hệ thống lăng kính (C) cho phép tạo thành dòng quét vuông góc với hướng di chuy ển của vệ tinh. M ỗi bộ tách sóng riêng bi ệt (detector – diod quang điện) đo lường năng lượng phản xạ ứng với từng Pixel (D) được phân chia ứng với từng bước sóng khác nhau (thông qua kính l ọc phổ). Trong phương pháp này, mỗi bộ tách sóng m ảng tuyến tính riêng s ẽ đảm nhiệm việc đo lường năng lượng ứng với từng kênh phổ và kích th ước của IFOV ứng với bộ tách sóng riêng bi ệt sẽ xác định độ phân giải mặt đất của ảnh vệ tinh.

Từ phương pháp cơ bản cho th ấy, các ph ần tử của ảnh vệ tinh th ường có dạng hình vuông và thể hiện một khu vực nào đó trên mặt đất. Điều quan trọng cần chú ý đó là phân biệt rõ ràng giữa kích thước của pixel ảnh với độ phân giải không gian, đối với ảnh vệ tinh điều này không phải tương ứng trong mọi trường hợp. Nếu bọ cảm biến có độ phân giải không gian là 20m và một ảnh thu được từ bộ cảm biến này được thể hiện đúng độ phân gi ải thì m ỗi pixel t ương ứng cho m ột điện tích 20x20m trên m ặt đất.

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Trong trường hợp này kích th ước của pixel và độ phân gi ải không gian là nh ư nhau. Tuy nhiên, các thi ết bị hiển thị ảnh số có th ể cho phép th ể hiện với những kích th ước pixel khác nhau so với độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh.

Hình 3.13: Tạo ảnh đa phổ theo phương pháp quét dọc tuyến chụp

Nói chung, ảnh chỉ thể hiện được những vật thể lớn gọi là ảnh có độ phân gi ải thấp, còn ảnh cho phép tách các đối tượng nhỏ và thấy đủ chi tiết trên mặt đất được gọi là ảnh có độ phân gi ải cao. Độ phân gi ải càng cao thì di ện tích mặt đất được thể hiện trên ảnh càng nh ỏ, hiên nay các b ọ cảm bi ến đặt trên v ệ tinh ph ục vụ cho m ục đích quân sự được thiết kế sao cho thu được càng nhi ều thông tin càng t ốt, nên ảnh nhận được thường có độ phân giải cao hơn sơ với ảnh do các công ty th ương mại cung cấp. Ngoài ra, khải niệm tỷ lệ ảnh cũng cho biết mức độ chi tiết được cung cấp bởi ảnh vệ tinh, đó là tỷ số giữa khoảng cách trên ảnh với khoẳng cách th ực trên mặt đất. Nếu tỷ lệ ảnh là 1:100.000 thì m ột đối tượng có chi ều dài 1cm trên ảnh sẽ có chi ều dài th ật trên mặt đất là 100.000cm (1km). Ảnh có tỷ lệ nhỏ khi tỷ số này nhỏ và ngược lại gọi là ảnh tỷ lệ lớn.

9. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản xạ phổ

Ph ản xạ ph ổ ứng với từng lo ại lớp ph ủ mặt đất cho th ấy có sự khác nhau do tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể. Điều này cho phép vi ễn thám có thể xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua vi ệc đo lường phản xạ phổ. Bộ cảm biến thu nhận năng lượng sóng điện từ từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bước sóng xác định. Năng lượng sóng điện từ tr ước khi t ới được bộ cảm bi ến để chuyển thành tín hiệu số (chuyển đỏi tín hiệu điện thành một số nguyên hữu hạn gọi là giá trị của pixel) sẽ chịu tác động bởi các yếu tố cơ bản sau:

1. Tín hi ệu nhận được sẽ mạnh hay yếu tùy thu ộc vào cường độ của sóng phản xạ. Nếu thu nh ận tín hi ệu vào m ột ngày có b ầu tr ời không mây, s ẽ nh ận được năng lượng mặt trời phản xạ từ cùng một vật thể mạnh hơn so với ngày có mây.

ăng lượng sóng ph ản xạ sẽ suy gi ảm nhiều do ảnh hưởng của khí quy ển, 2. N nên độ cao của vệ tinh càng lớn thì tín hiệu thu được tại bộ cảm biến càng nhỏ.

3. B ộ cảm biến thu nhận năng lượng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bước sóng xác định nên b ộ cảm bi ến có b ăng thông càng l ớn sẽ thu nh ận được nhiều năng lượng hữu ích để tạo tín hi ệu mạnh, nhưng độ phân gi ải phổ sẽ thấp do khả năng của bộ tách sóng trong vi ệc ghi nhận năng lượng ứng với từng bước sóng nhất định.

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

ường nhìn t ức th ời (IFOV) c ủa bộ cảm biến và độ cao c ủa vệ tinh quy ết 4. Tr định độ phân giải mặt đất, nếu cao độ bay của vệ tinh là cố định. Chúng ta có th ể thay đổi IFOV b ằng cách t ăng cường th ấy kính phóng đại. Tuy nhiên, điều này d ẫn đến giảm năng lượng sóng phản xạ đến các bộ tách sóng nên trường nhìn tức tới IFOV của bộ cảm biến thường phải được xây dựng sao cho nhỏ nhất có thể thực hiện được.

5. Do v ệ tinh và trái đất luôn dịch chuển nên th ời gian thu nh ận tín hi ệu phải được tính toán phù h ợp để thu nhận tín hiệu tốt nhất, nghĩa là tỷ số giữa tín hiệu nhập và mức độ nhiễu càng lớn càng tốt.

6. Ph ương pháp quét dọc tuyến chụp cho phép cho phép tăng thời gian thu nhận tín hiệu nhưng do sư chênh lệch độ nhạy giữa các bộ tách sóng trên cùng một hàng nên thường bị xuất hiện nhiễu gây ra trên một hặc nhiều cột của ảnh.

10. Các vệ tinh viễn thám

đã phóng v ệ tinh ATS-1

Vệ tinh khí t ượng hay th ời tiết: được sử dụng để dự báo ho ặc giám sát điều kiện thời tiết, loại vệ tinh này s ử dụng quỹ đạo địa tĩnh như GMS ( Geosynchronous Meteorological Satellite) của Nhật Bản bay ở độ cao 36.000 km ho ặc ở tầng thấp hơn (850 km) với quỹ đạo cực như vệ tinh NOAA c ủa Hoa Kỳ là th ế hệ thứ 3 của vệ tinh khí tượng vận hành b ởi National Oceanic and Administration (NOAA). Th ế hệ đầu tiên là TIROS-1 ( Television and Infrared Observation Satellite -1) được phóng vào quỹ đạo năm 1960 phục vụ cho mục đích dự báo th ời tiết trong dân sự, sau đó NASA (National Aeronautics and Space Administration) (Applications Technology Satellite) vào n ăm 1966 cung c ấp ảnh bán c ầu cảu bề mặt trái đất và các lớp mây bao phủ (sau mỗi 30phút nhận được 1 ảnh).

ện nay, đã có nhi ều quốc gia đưa vệ tinh khí t ượng vào qu ỹ đạo để sử dụng Hi cho mục đích giám sát điều ki ện th ời ti ết. Tuy nhiên, nhìn chung nh ững vệ tinh này đều sử dụng bộ cảm biến có độ phân gi ải không gian th ấp (so với vệ tinh quan sát tài nguyên mặt đất) bao phủ 1 vùng rộng và có độ phân giải thời gian khá cao nhằm cung cấp thường xuyên thông tin v ề độ ẩm của khí quyển, độ phủ của mây… nh ằm dự báo điều kiện thời tiết toàn cầu.

Vệ tinh quan sát m ặt đất hay vệ tinh tài nguyên: được sử dụng để quan sát tài nguyên trên m ặt đất như Lansat, SPOT có độ phân gi ải không gian trung bình hay độ phân giải cao như IKONOS, Quickbird. Tất cả đều sử dụng đồng bộ mặt trời, chụp trên nhiều kênh ph ổ và th ường ở độ cao từ 700 ‚ 900 km nh ằm thành lập bản đồ và giám sát biến động trên bề mặt đất. Ngoài ra, còn có các vệ tinh chuyên quan trắc vùng biển nh ư MOS ( Marine Observation Satellite) c ủa Nh ật Bản để nghiên c ứu môi trường bi ển, th ế hệ đầu tiên được phóng vào n ăm 1987 v ới 3 thi ết bị đo ph ổ chính MESSR, VTIR, MSR đã được ứng dụng khá hiệu quả trong việc xác định nhiệt độ mặt biển, hơi nước và màu n ước biển, quan sát tuy ết, băng và nhi ệt độ bề mặt trái đất… Nhìn chung, xu thế của các vệ tinh hiện nay là được chế tạo gọn nhẹ, mang các bộ cảm biến đa mục tiêu và vận hành theo quỹ đạo cực đồng bộ mặt trời.

10.1. Các vệ tinh khí tượng a. Vệ tinh GOES ( Geostationary operational Environmental Satellite)

Vệ tinh khí t ượng GOES được thi ết kế bởi NASA để cung c ấp th ường xuyên thông tin về điều kiện thời tiết của Hoa Kỳ và cho ảnh bề mặt đất với tỉ lệ nhỏ. 1 lo ạt các thế hệ của vệ tinh này được các nhà khí t ượng sử dụng để giám sát và d ự báo thời tiết trong hơn 20 năm qua. Th ế hệ thứ nhất của vệ tinh bao g ồm từ GOES-1 ( phóng

Phạm Văn Thông

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

vào qu ỹ đạo năm 1975 ) đến GOES – 7 (n ăm 1992) nh ằm đo lường nhi ệt độ khí quyển, gió, độ ẩm và độ phủ của mây. Th ế hệ thứ 2 bắt đầu từ GOES-8 (phóng vào quỹ đạo năm 1994) với nhiều cải tiến kĩ thuật đáng kể nhằm tảo ảnh thường xuyên hơn (15phút thu ảnh 1 lần), đọ phân giải không gian và bức xạ tốt hơn. Việc sử dụng sensor thu nh ận đồng th ời năng lượng ph ản xạ vùng ph ổ kh ả bi ến, hồng ngo ại và rada cho phép rút ngắn thời gian dự báo, tạo ảnh cả ngày lẫn đêm và chụp ảnh tỷ lệ thu nhỏ ứng với vùng được chọn trước. Bảng 3.2 tổng kết các kênh chính được sử dụng của bộ cảm biến và khả năng ứng dụng ảnh GOES trong lĩnh vực theo dõi và dự báo thời tiết. Bảng 3.2: Các kênh chính được sử dụng và khả năng ứng dụng ảnh của vệ tinh GOES ải Độ phân gi không gian (Km) Kênh Bước sóng m m

1 1 0,52 ‚ 0,72 (khả biến)

3,78 ‚ 4,03 2 4 (sóng ngắn IR)

3 4 7,02

4 4 6,47 ‚ 10,2 ‚ 11,2 (sóng dài IR)

5 4 11,5 ‚ 12,5 Khả năng ứng dụng Tách đám mây, vùng ô nhiễm, xác định mưa bão Xác định sương mù, phân bi ệt mây chứa nước, tuy ết ban ngày, tách đấm cháy, núi l ửa ban đêm, xác đinh nhi ệt độ đại dương Ước tính hàm l ượng hơi nước, chuyển động của khí quyển Xác định giông, bão và mưa lớn Xác định hơi nước, độ ẩm tầng th ấp, xác định nhi ệt độ đại dương, tách b ụi và tro phun trào bởi núi lửa.

b.Vệ tinh Meteosat

Đây cũng là vệ tinh khí t ượng, đươc thiết kế phục vụ chương trình giám sát và dự báo thường xuyên điều kiện thời tiết của toàn thế giới, chương trình này bao gồm 7 vệ tinh do cơ quan hàng không gian châu âu th ực hiện. Các Vệ tinh Meteosat lần lượt được đưa vào qu ỹ đạo vệ tinh địa tĩnh từ năm 1997 (v ệ tinh đầu tiên) đến nay là Meteosat-5 và 6 đang sử dụng bộ cảm biến VISSR (Visible ana Infrared band - VIS), 1 kênh hồng ngoại cung cấp thông tin về hơi nước chứa trong khí quyển và 1 kênh hồng ngoại nhiệt liên quan đến việc xác định nhiệt độ các đám mây để ước tính và d ự báo lượng mưa. Trong tr ường hợp bầu trời không mây, ảnh nhiệt cho phép cug c ấp thông tin về nhiệt độ đại dương và bề mặt đất. Ngoài ra, còn 1 số vệ tinh khí tượng đại tĩnh tương tự được các nước phóng lên ởi WMO (Worl

quỹ đạo để th ực hi ện dự án WWW ( Worl Weather Watch) b Meteorological Organization) từ năm 1991 như: INSAT (Ấn Độ), GMS (Nhật) kết hợp cùng Meteosat và GOES bao ph ủ toàn bộ trái đất. GMS-4 có b ộ cảm VISSR (Visible and Infrared Scan Radiometer) v ới 2 kênh ở vùng ánh sáng kh ả bi ến và h ồng ngo ại nhiệt. VISSR quét b ốn hàng cho kênh kh ả biến và 1 hàng cho kênh h ồng ngoại nhiệt đồng thời từ Bắc đến Nam. Tổng số hàng quét là 10.000 cho kênh kh ả biến và 2.500 cho kênh hồng ngoại nhiệt. Ngoài ra, GMS còn có h ệ thống các platform (DCP – Data Collection Platform) thu nhận dữ liệu không chỉ trên mặt đất mà còn tại các trạm ngoài khơi đại dương.

Phạm Văn Thông

100

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

c. Vệ tinh NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)

Vệ tinh NOAA có chu kì l ặp là 101,4 phút, với góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 98,7 độ; vệ tinh chuyển động từ cực bắc cực Nam và cao độ so với mặt nước biển là 870km. Hai bộ cảm chính của NOAA là AVHRR/2 (Advanced Very High Resolution

Radiometer) với trường nhìn tức thời IFOV là 1,1km và bề rộng tuyến chụp là 2800km và TOVS (TIROS – Operational Vertical Sounder) bao g ồm 3 bộ cảm chính: HIRS/2 ương ứng với Swatch là (High Resolution Infrared Sounder) có IFOV là 20km t 2200km và b ộ cảm bi ến SSU (Stratospheric Sounding Unit) có IFOV là 147km v ới Swatch là 736km cùng v ới bộ cảm MSU (Microwave Sounding Unit) có IFOV là 110km với bề mặt tuyến chụp là 2347km. Vệ tinh NOAA cung c ấp ảnh cho vùng ph ủ toàn cầu với cả 2 chức năng giám sát điều kiện thời tiết và cho ảnh bề mặt đất với tỷ lệ nhỏ. Bảng 3.3 thể hiện các kênh chính, b ước sóng được sử dụng trong thu nh ận ảnh và khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh NOAA

Độ phân gi ải không gian (km) Khả năng ứng dụng

Kênh Bước sóng m m 0,58 ‚ 0,68 1,1 Giám sát b ăng, tuyết và mây 1 (red)

2 1,1 Kh ảo sát nông nghiệp, thực phủ và nước

3 1,1 Xác định nhi ệt độ đại dương, núi l ửa và cháy rừng

4 1,1 Xác định nhiệt độ đại dương và độ ẩm của đất

5 1,1 Xác định nhiệt độ đại dương và độ ẩm của đất 0,725 ‚ 1,1 (near IR) 3,55 ‚ 3,93 (mid IR) 10,3 ‚ 11,3 (thermal IR) 11,5 ‚ 12,5 (thermal IR)

10.2. Vệ tinh giám sát tài nguyên

a. Vệ tinh Landsat

Vệ tinh Landsat là v ệ tinh vi ễn thám tài nguyên đầu tiên được phóng lên qu ỹ đạo năm 1972, cho đến nay đã có 7 thế hệ vệ tinh Landsat đã được phóng lên qu ỹ đạo và dữ liệu đã được sử dụng rộng rãi trên toàn th ế giới. Hiện nay ảnh vệ tinh Landsat được cung c ấp từ 15 tr ạm thu nh ằm ph ục vụ qu ản lý tài nguyên và giám sát môi trường. Landsat được NASA thiết kế đầu tiên như là thực nghiệm kiểm tra tính khả thi việc sử dụng bộ cảm bi ến đa ph ổ trong thu th ập dữ li ệu thám sát m ặt đất. Sự thành công của Landsat nh ờ vào vi ệc kết hợp nhiều lên ph ổ để quan sát m ặt đất, ảnh có độ phân giải không gian tốt và phủ 1 vùng khá rộng với chu kì lặp ngắn.

Vệ tinh Landsat được thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185 km và có th ời điểm bay qua xích đạo là 9:39 sáng. D ữ liệu cung cấp bởi 2 bộ cảm biến TM và MSS được chia thành các c ảnh phủ 1 vùng trên m ặt đất 185 x 170km được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến và hàng. Các giá tr ị của pixel được mã hóa 8 bit, tức là c ấp độ xám ở trong kho ảng 0 ‚ 255. Đặc tr ưng chính c ủa qu ỹ đạo và v ệ tinh Landsat được thể hiện bởi các thông số sau:

Phạm Văn Thông

101

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Bảng 3.4: Đặc trưng chính của qũy đạo và vệ tinh Độ cao bay 915km (Landsat -1-3)

705km (Landsat-4-5-7) Đồng bộ mặt trời

Quỹ đạo Chu kì lặp 18 ngày (Landsat -1-3) 16 ngày (Landsat-4-5-7)

Thời gian hoàn tất chu kì quỹ đạo Kho ảng 103 phút (Landsat -1-3) Khoảng 99 phút (Landsat-4,5,7)

Năm phóng vào quỹ đạo 1972 Landsat 1; 1975 Landsat 2

1978 Landsat 3; 1982 Landsat 4 1984 Landsat 5, 1999 Landsat 7

Kênh

của

Loại

Cả hai bộ cảm biến MSS (Multispectral Scanner) và TM (Trematic Mapper) s ử dụng trên vệ tinh Landsat đều là máy quét quang cơ. Đặc trưng chính của Sensor và độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh Landsat được thể hiện bởi các thong số sau: Bảng 3.5: Đặc trưng chính của sensor và độ phân giải không gian Tên Sensors

Độ phân gi ải không gian

TM Thematic Mapper (Landsat 1, 5)

Xanh lơ Lục Đỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại trung bình Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại trung bình

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 Kênh 5 Kênh 6 Kênh 7

30 m 30 m 30 m 30 m 30 m 120 m 30 m

MSS Multi spectral Scanner (Landsat 1, 5)

Kênh 4 Kênh 5 Kênh 6 Kênh 7

80 m 80 m 80 m 80 m

EMT+ Enhanced Thematic Mapper, Plus (Landsat 7)

Lục Đỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại gần Xanh lơ Lục Đỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại trung bình Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại trung bình Lục đến hồng ngoại gần

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 Kênh 5 Kênh 6 Kênh 7 Kênh 8 (Pan)

30 m 30 m 30 m 30 m 30 m 60 m 30 m 15 m

Bước sóng m m 0,45‚ 0,52 0,52‚ 0,60 0,63‚ 0,69 0,76‚ 0,90 1,55‚ 1,75 10,4‚ 12,5 2,08‚ 2,35 0,5‚ 0,6 0,6‚ 0,7 0,7‚ 0,8 0,8‚ 1,1 0,45‚ 0,52 0,52‚ 0,61 0,63‚ 0,69 0,75‚ 0,90 1,55‚ 1,75 10,4‚ 12,5 2,09‚ 2,35 0,52‚ 0,90

Bảng 3.6: Khả năng ứng dụng tương ứng với các kênh phổ Kênh Bước sóng

TM 1 Ứng dụng Phân biệt thực phủ, thành lập bản đồ vùng ven bờ biển, xác định đối tượng trồng trọt

TM 2 Thành lập bản đồ thực phủ, xác định đối tượng trồng trọt

TM 3

TM 4

0,45‚ 0,52 (xanh lơ) 0,52‚ 0,60 (lục) 0,63‚ 0,60 (đỏ) 0,76‚ 0,90 (gần IR)

Phân biệt loại cây trồng, vùng có và không có th ực vật, xác định đối tượng trồng trọt Xác định loại cây trồng, vùng có và không có th ực vật, độ ẩm của đất, sinh quyển

Phạm Văn Thông

102

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

TM 5 Cảm nh ận độ ẩm của đất và th ực vật, phân bi ệt vùng bao phủ bởi mây và tuyết

TM 6 Phân biết độ ẩm của đất và sự dày đặc của rừng, thành lập bản đồ nhiệt, xác định cháy rừng

TM 7 Phân biệt loại đá và khoáng, hàm lượng độ ẩm của cây

1,55‚ 1,75 (Hồng ngoại sóng ngắn IR) 10,4‚ 12,5 (Hồng ngoại nhiệt IR) 2,08‚ 2,35 (Hồng ngoại sóng ngắn IR)

Cấp 1: Đã hiệu chỉnh cơ bản về phổ và hình học Cấp 2: Sử dụng điểm khống chế mặt đất để hiệu chỉnh hình học Cấp 3: Hiệu chỉnh hình học có sử dụng mô hình độ cao số của mặt đất (DEM) Ảnh SPOT được nhận tại 14 trạm thu trên mặt đất, mỗi cảnh được xác định theo

b. Vệ tinh SPOT Vệ tinh SPOT được cơ quan hàng không Pháp (Système Poul l’Observation de la Terre) phóng lên qu ỹ đạo năm 1986, sau đó vào các năm 1990, 1993, 1998 và 2002 lần lượt các vệ tinh SPOT 2-3-4 và 5 được đưa vào họat động. Đây là loại vệ tinh đầu tiên sử dụng kỹ thuật quét dọc tuyến chụp với hệ thống quét điện tử có kh ả năng cho ảnh lập thể dựa trên nguyên lý thám sát nghiêng. B ộ cảm biến HRV (High Resolution Visible) được chế tạo cho vệ tinh SPOT là máy quét điện tử CCD. Tuy nhiên, HRV có thể thay đổi góc quan sát nh ờ một gương định hướng và gương này cho phép quan sát nghiêng 270 nên có th ể thu được ảnh lập thể. Đến SPOT-4 bộ cảm biến được cải tiến để thu nh ận vùng ph ổ hồng ngo ại và có tên g ọi là HRVIR (High Resolution Visible and Middle Infrared). SPOT được thi ết kế, vận hành và khai thác ph ục vụ mục đích thương mại, nh ằm cung c ấp dữ li ệu giám sát tài nguyên và môi tr ường. Ảnh SPOT được cung c ấp ở hai d ạng khác nhau là ảnh toàn s ắc Panchromatic có độ phân gi ải không gian cao h ơn sơ với ảnh đa phổ (trên 3 kênh) và c ũng được sử lý ở các cập độ khác nhau. số hi ệu cột và hàng trong h ệ th ống quy chi ếu lưới toàn c ầu SPOT-GRS (Grid Reference System). Do ảnh SPOT phủ một vùng trên mặt đất rộng 60x60km, độ phân giải không gian cao và cho phép tạ ảnh lập thể nên được ứng dụng khác phổ biến trong nghiên cứu hi ện tr ạng sử dụng đất, phân tích bi ến động và thành l ập bản đồ tỷ lệ 1:10.000 và nhỏ hơn. Bảng 3.7: Đặc trưng chính của sensor và độ phân giải không gian

Tên bộ cảm biến Kênh

Loại

Độ phân giải không gian

Bước sóng m m

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3

Lục đến vàng Đỏ Hồng ngoại gần

20m 20m 20m

0,50‚ 0,59 0,61‚ 0,68 0,79‚ 0,89

Kênh P

Lục đến đỏ 10m

0,51‚ 0,73

SPOT 1-3 HRV-XS: Khả kiến độ phân giải cao Đa phổ HRV-P: Khả kiến độ phân giải cao Toàn sắc SPOT-4 HRVIR-X:

Kênh 1 Kênh 2

Lục đến vàng Đỏ

20m 20m

0,50‚ 0,59 0,61‚ 0,68

Phạm Văn Thông

103

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Hồng ngoại gần Hồng ngoại trung bình

20m 20m

Kênh 3 Kênh 4

0,79‚ 0,89 1,58‚ 1,75

Đỏ 10m

Kênh P

0,61‚ 0,68

Khả kiến độ phân giải cao và hồng ngoại/đa phổ HRVIR-M: Khả kiến độ phân giải cao và hồng ngoại/đơn sắc

Thực phủ

1km 1km 1km 1km

Xanh lơ Đỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại trung bình

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

0,43‚ 0,47 0,61‚ 0,68 0,79‚ 0,89 1,58‚ 1,75

Bảng 3.8: Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệt inh SPOT Độ cao bay Altitude 822 km

Đòng bộ mặt trời

Quỹ đạo Orbit Chy kỳ lặp Recurrent period 26 ngày Thời gian hoàn tất chu kỳ quỹ đạo Period per revolution Kho

Năm phóng vào quỹ đạo Launch year

ảng 101 phút 1986 (SPOT-1) 1990 (SPOT-2) 1993 (SPOT-3) 1998 (SPOT-4) 2002 (SPOT-5)

c. Vệ tinh MOS (Marine Observation Satellite) Vệ tinh MOS-1 là th ế hệ đầu tiên được Nhật Bản phóng lên qu ỹ đạo vào tháng 2 năm 1987 để thám sát đại dương và nghiên c ứu môi tr ường bi ển, sau đó MOS-1b (tháng 2/1990) với ba thiết bị đo phỏ chính có phạm vi vùng phổ tương tự như bộ cảm biến đa phổ của vệ tinh Landsat. Các thông s ố kỹ thuật chính của sensor và độ phân giỉa không gian của vệ tinh MOS được thể hiện bảng 3.9: Bảng 3.9

Tên bộ cảm biến Kênh

Loại

MESSR Bức xạ kế tự quét Đa phổ

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

Lục Đỏ Hồng ngoại gần Hồng ngoại gần

Độ phân giải không gian 50 m 50 m 50 m 50 m

Vô tuyến cao tần Vô tuyến cao tần

32 km 23 km

MSR Bức xạ kế quét Vô tuyến tần cao

VTIR Khả kiến và nhiệt Bức xạ kế hồng ngoại

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4

Khả kiến Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại nhiệt Hồng ngoại nhiệt

900 m 2700 m 2700 m 2700 m

Bước sóng m m 0,51‚ 0,59 0,61‚ 0,69 0,72‚ 0,80 0,80‚ 1,10 23,8– 0,2GHz 31,4– 0,25GHz 0,50‚ 0,70 6,00‚ 7,00 10,5‚ 11,5 11,5‚ 12,5

Bảng 3.10:

ời gian hoàn tất chu kỹ quỹ đạo Kho

ảng 103 phút

Độ cao bay 909 km Th Quỹ đạo

Đồng bộ mặt trời Nắm phòng vào quỹ đạo 1987 (MOS-1),

1990 (MOS-1b)

Chu kỳ lặp 17 ngày

Phạm Văn Thông

104

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Kênh

Loại

d. Vệ tinh IRS (Indian Remote Sensing Satellite) Một loạt các vệ tinh viễn thám của Ấn Độ được phóng lên qũy đạo để thực hiện việc nghiên cứu toàn bộ phần lục đại của bề mặt trái đất, bao gồm vệ tinh IRS-1 phóng vào đầu năm 1988, đến tháng 12/1995 là th ế hệ thứ 3 IRS-1c được đưa vào qu ỹ đạo với 3 bộ cảm biến chính PAN (Panchromatic) kênh đơn với độ phân gi ải cao, LISS-3 (Linear Image Self-scanning Sensor) v ới độ phân giải trung bình cho c ả bốn kênh phổ và WiFS (Wide Field Sensor) ứng với hai kênh phổ có độ phân giải thấp. Ngoài ra, vệ tinh IRS có th ể tạo ảnh lập th ể ứng với kênh toàn s ắc (PAN) gi ống nh ư ảnh SPOT nhưng quan sát nghiêng của vệ tinh IRS là 26 0. Ảnh IRS độ phân giải cao có khả năng ứng dụng rất tốt trong thành lập bản đồ và quy ho ạch thành phố, ảnh đa phổ cung cấp bởi LISS-3 có đặc tính tương tự như Landsat TM từ kênh 1 đến kênh 4 nên áp dụng tốt cho việc phân bi ệt thực vật, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và quy ho ạch tài nguyên thiên nhiên. Các thông s ố kỹ thu ật chính c ủa sensor và độ phân gi ải không gian của ảnh vệ tinh IRS được liệt kê ở bảng 3.11 Bảng 3.11 Tên bộ cảm biến

Độ phân giải (IRS-1C)

Độ phân giải (IRS-1D)

Bước sóng m m

P

5,8 m

0,50‚ 0,75

5,2‚ 5,8m

Khả kiến (lục đến hồng ngoại gần)

PAN: Bộ cảm biến toàn sắc LISS-3: Bộ cảm trợ quét ảnh tuyến tính

Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 Kênh 5

Khả kiến (lục đến vàng) Khả kiến (lục đến đỏ) Hồng ngoại gần Hồng ngoại trung bình

24 m 24 m 24 m 70 m

0,52‚ 0,59 0,62‚ 0,68 0,77‚ 0,86 1,55‚ 1,70

5,2‚ 5,8m 5,2‚ 5,8m 5,2‚ 5,8m 5,2‚ 5,8m

Bảng 3.12: Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS

IRS-1C IRS-1D

Độ cao bay 817 km 780 km

Đồng bộ mặt trời Đồng bộ mặt trời

Quỹ đạo Chu kỳ lặp 24 ngày 25 ngày

Thời gian hoàn tất chu kỳ quỹ đạo - - Năm phóng vệ tinh 1995 1997

e. Vệ tinh IKONOS IKONOS là loại vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao (1m) được đưa

vào không gian tháng 9/1999 b ởi công ty SpaceImage (USA based Earth observation company) và b ắt đầu ph ổ bi ến ảnh độ phân gi ải cao t ừ tháng 3/2000. B ộ cảm bi ến OSA (Optical Sensor Assembly) c ủa vệ tinh IKONOS sử dụng nguyên lý quét điện tử (Pushbroom-12m m CCD elements) và có kh ả năng thu đồng thời bởi ảnh toàn sắc và đa phổ. Ngoài khả năng tạo ảnh có độ phân giải cao nhất vào thời điểm năm 2000, ảnh IKONOS còn có độ phân gi ải bức xạ rất cao vì s ử dụng đến 11bits để ghi nh ận năng lượng bức xạ. Nhiều ứng dụng cho việc quản lý đô thị và quy ho ạch tại các thành ph ố lớn trên th ế giới đã minh ch ứng cho th ấy ưu thế của ảnh IKONOS độ phân gi ải cao, trong tương lai ảnh độ phân giải cao giữ vai trò quan trọng trong việc thành lập bản đồ và giám sát thành phố.

IKONOS chuyển động theo quỹ đạo đồng bộ mặt trời với độ cao 680km và góc nghiên của mặt ph ẳng qu ỹ đạo là 98,2 0. Vệ tinh IKONOS có chu k ỳ lặp là 14 ngày (thời gian chụp lại trên cùng vùng đất chỉ từ 1 đến 3 ngày) và thời gian đi qua xích đạo

Phạm Văn Thông

105

Chương 3: Những kiến thức cơ bản về RS

Độ phân giải là 10h30 sáng, với bề rộng tuyến chụp là 11km. Các thông s ố cơ bản của sensor và độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh IKONOS được thể hiện qua bảng sau: Bảng 3.13: Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS Bước sóng (m m) Tên bộ cảm biến Kênh

OSA: Bộ cảm biến toàn sắc Đa phổ

0,45‚ 0,90 0,45‚ 0,52 0,52‚ 0,60 0,63‚ 0,69 0,76‚ 0,90 P Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 1m 4m

Các lo ại ảnh vệ tinh th ương mại có độ phân gi ải cao khác có th ể sử dụng hiện nay như Orbview-3 (Orbimage), Quickbird (Earth watch), và EROS-A1 (west india space).

10.3. Ảnh vệ tinh có độ phân giải cao Các lo ại ảnh vệ tinh th ương mại có độ phân gi ải cao HSRI (High Resolution Satellite Image) hi ện nay đang được sử dụng ph ổ biến để thành lập bản đồ địa hình, chuyên đề và phục vụ cho việc quản lý đô thị. Ảnh vệ tinh độ phân giải cao có ưu thế về độ chính xác v ới sai s ố về mặt bằng kho ảng 0,3m, có th ể thành l ập bản đồ tỷ lệ 1:10.000 với khoảng cao đều từ 2,5 đến 5m và cho phép cập nhật bản đồ tỷ lệ 1:5.000. Ảnh còn có kh ả năng tạo ảnh lập thể và đặc biết thời gian chụp trở lại trên cùng vùng đất rất nhanh nên dễ dàng tích hợp với dữ liệu GIS và cho phép t ạo ra nhiều sản phẩm mới từ ảnh vệ tinh một cách tự động hoặc bán tự động. Bảng 3.14: Bốn loại vệ tinh cung cấp ảnh có độ phân giải cao dưới 1m Vệ tinh IKONOS EROS Quickbird Orbview Độ phân giải 0,82 m PAN

1,8 m PAN 0,61 m PAN

1 m PAN 4 m MS

3.28 m MS

2,5 m MS

Chu kỳ lặp 14 ngày 15 ngày 20 ngày 16 ngày Năm phóng 1999 2000 2001 2003 Cơ quan SpaceImage West Indian Space Digital Globe Orbital Sciences

Bảng 3.15: Tỷ lệ lập bản đồ

1972 Landsat MSS, 80m 1982 Landsat TM, 30m 1986 Spot 10m, PAN 1991 KVA 1000, 2m 1996 IRS 1C/D, 6m 1: 250.000 1: 100.000 1:50.000 1999 IKONOS-1, 1m 2000 EROS A1, 1,8m 2001 Quickbird, 0,6m 2002 Spot-5, 2,5m 2003 Orbview, 1m 1: 10.000 1: 10.000 1: 10.000

10.4. Ảnh vệ tinh thường dùng trong lĩnh vực hải dương học và khai thác thủy sản

- Ảnh từ một số vệ tinh dùng để thành l ập bản đồ các h ệ sinh thái ven b ờ: Ảnh Landsat MSS; ảnh Landsat 4, 5 TM; ảnh Landsat 7 ETM+; ảnh ASTER; ảnh SPOT 3, 4, 5; ảnh ALOS; ảnh JERS và ảnh ERS và chúng có th ể tải mi ễn phí t ừ các

website sau:

http://asterweb.jpl.nasa.gov/paa_download.asp http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/landsat.pl