VIỄN THÁM 1

Chia sẻ: Thaithanhvu Vu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

402
lượt xem 75
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Theo Võ Quang Minh (1999) viễn thám là sự thu thập và phân tích thông tin về các đối tượng, sự thu thập và phân tích thông tin này từ một khoảng cách không gian không có sự tiếp xúc trực tiếp đến vật thể. Theo Ficher và nnk (1976) viễn thám là một khoa học, nghệ thuật, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: VIỄN THÁM 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MT & QL TNTN ------   ------ VIỄN THÁM 1 NGUYÊN LÝ CỦA VIỄN THÁM CÁC BƯỚC SÓNG VÀ SỰ PHẢN XẠ CỦA CÁC SỰ VẬT 2011 VIỄN THÁM 1 1. Định nghĩa Viễn Thám Theo Võ Quang Minh (1999) viễn thám là sự thu thập và phân tích thông tin về các đối tượng, sự thu thập và phân tích thông tin này từ một khoảng cách không gian không có sự tiếp xúc trực tiếp đến vật thể. Theo Ficher và nnk (1976) viễn thám là một khoa học, nghệ thuật, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó. Theo Barret và Curtis (1976) viễn thám là quan sát đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật trên một khoảng cách nhất định. Theo D.A Land và Grete (1978) viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng đo được từ một khoảng cách xa vật không cần tiếp xúc với nó. Năng lượng đo được trong các hệ Viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm. Theo M.Lillesand và Ralph W.Kiefer (1986) viễn thám là khoa học và công nghệ thu thập thông tin về một vật thể, một vùng hay một hiện tượng thông
qua sự phân tích của dữ liệu có được bởi một thiết bị mà không tiếp xúc trực tiếp đến vật thể, vùng hay hiện tượng nghiên cứu. Theo Lê Nguyễn (1999) viễn thám là kỹ thuật nghiên cứu các đối tượng một cách gián tiếp thông qua mô hình của chúng được chụp hoặc ghi lại từ độ xa nhất định trong vũ trụ,ở dạng hình nét đồ họa hay dạng số Theo Nguyễn Xuân Anh (2004) viễn thám là khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về các sự vật,vùng hay hiện tượng nào đó qua việc xử lí số liệu sử dụng thiết bị quan sát từ xa. Theo Janes B.Capbell (1996) viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của trái đất bằng việc sử dụng các ảnh thu đ ược từ một đầu chụp sử dụng bức xạ phổ điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất. Nhìn chung, Viễn thám (Remote sensing) là môn khoa học thu nhận thông tin về hình dáng, kích thước và tính chất của một vật thể, một đối tượng từ một khoảng cách cố định, không có sự tiếp xúc trực tiếp đến chúng. Điều này được thực hiện nhờ vào việc quan sát và thu nhận năng lượng phản xạ, bức xạ từ đối tượng và sau đó phân tích, xử lý, ứng dụng những thông tin nói trên. 2. Lịch sử phát triển ngành viễn thám. Năm 1838 tại Anh Quốc Wheatstone đã chế tạo ra kính thực thể hay còn gọi kính xem nổi. Năm 1839, nguyên tắc chụp ảnh được công bố và đến năm 1850 Aime Laussedat đã thực hiện chụp bức ảnh đầu tiên từ các đỉnh núi. Đến năm 1860, ông đã công bố bản đồ của một số vùng thuộc Paris. Năm 1858 G.F Tournachon là người đầu tiên đã thực hiện chụp ảnh từ khinh khí cầu ở độ cao 80m. Từ đó, ngành không ảnh và ngành không lượng ảnh bắt đầu phát triển. Đến cuối thế kỷ XIX thì người ta đã chứng minh rằng có thể sử dụng không ảnh để làm bản đồ dựa vào phương pháp không lượng ảnh. Năm 1887 không ảnh đầu tiên đã được sử dụng để giải đoán cho các khu rừng ở Đức, nhưng mãi đến năm 1909 mới thật sự có bức ảnh chụp từ phi cơ bởi Wright. Sau đó ngành này được phát triển cho đến thế chiến thứ I và đặc biệt được sử dụng mạnh nhất ở thế chiến thứ hai. Năm 1960 sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho phép thu được các hình ảnh ở các dải sóng khác nhau bao gồm cả sóng hồng ngoại và sóng cực ngắn, không ảnh màu ra đời đã hỗ trợ rất nhiều cho các vấn đề nghiên cứu về tự nhiên và môi trường... Sự phát triển và sử dụng các loại tàu vũ trụ có người điều khiển và vệ tinh không người điều khiển đã cung cấp một khả năng thu nhận được hình ảnh của trái đất từ quỹ đạo.
Ngày nay với kỹ thuật chụp ảnh viễn thám ngày càng hiện đại hơn đã góp phần to lớn trong việc thu thập, phân tích các thông tin và phát hiện sự hiện diện cũng như sự thay đổi của môi trường và tài nguyên thiên nhiên trên trái đất để phục vụ cho các mục đích khác nhau. 3. Nguyên lý của Viễn Thám Hình 2.3: Nguyên lý viễn thám vệ tinh Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau. Theo trình tự hoạt động của hệ thống, chúng ta có: Nguồn năng lượng: Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đ ối tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp năng lượng tới đối tượng. Thông tin viễn thám thu thập được là dựa vào năng lượng từ đ ối tượng đ ến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng lượng chiếu sáng hay truyền tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối tượng đến thiết bị nhận. Những tia phát xạ và khí quyển: Vì năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng nên sẽ phải tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng lượng đi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm.
Sự tương tác với đối tượng: 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 thể là truy ền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển. Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng. Sự truyền tải, thu nhận và xử lý: Năng lượng được thu nhận 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: Ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng được. Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải 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 giải đoán thủ công bằng mắt, giải đoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ điện tử để lấy được thông tin về các đối tượng của khu vực đã chụp ảnh. Ứng dụng: Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn 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 những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã có ... nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể. 4. Các bước sóng và sự phản xạ của các sự vật Tính chất các dãy sóng điện từ Tât cả cac song điên từ được truyên cung môt tôc đô. Tôc độ thông thường ́ ́ ́ ̣ ̀ ̀ ̣́ ̣ ́ được quan niêm là tôc độ cua anh sang thực ra anh sang chỉ là môt dang cua ̣ ́ ̉́ ́ ́ ́ ̣ ̣ ̉ song điên từ. Trong môi trường chân không, tôc độ song điên từ là C = ́ ̣ ́ ́ ̣ 299.973 km/s. Đôi với môt đich ứng dung, C = 3.10 m/s. ́ ̣́ ̣
Hình 3.1: Sóng điện từ. Hợp thành từ một sóng điện từ hình sin (E) và một sóng từ đồng dạng (M) ở góc phải, cả hai đều vuông góc với hướng truyền (Thomas M.Lillesand, and Ralph W.Kiefer. 1994) Có hai đặc điểm của bức xạ điện từ đặc biệt quan trọng mà chúng ta cần hiểu nó là bước sóng và tần số. Tần số và bước sóng quan hệ với nhau công thức: c = λf λ: bước sóng (hay dùng 1 µm=106m) Trong đó: f: tần số c: tốc độ ánh sáng (3.108 m/s) Bước sóng (λ): là chiều dài của một chu kỳ sóng được tính từ mô sóng này đến mô sóng liền kề của nó. Bước sóng được ký hiệu là λ và đ ược tính bằng centimet, met, nanomet hay micromet Tần số (f) là thuộc tính thứ hai mà chúng ta quan tâm. Tần số là số chu kỳ sóng đi qua một điểm cố định trong một đơn vị thời gian. Thông thường tần số được tính bằng herzt (Hz) tương đương với 1 chu kỳ trên một giây. Ngoài ra tần số còn được tính bằng một số đơn vị khác của Hz. Song điên từ luôn thay đôi khi năng lượng điên từ được truyên qua môi ́ ̣ ̉ ̣ ̀ trường có mât độ khac nhau, tân số thì luôn là hăng số và do đó nó có tinh cơ ̣ ́ ̀ ̀ ́ ban hơn. ̉ Cơ chế tương tác Song điên từ tac đông vao vât chât như vât cứng, vât long hai khí thì goi là ́ ̣ ́ ̣ ̀ ̣ ́ ̣ ̣̉ ̣ bức xạ đôt ngôt. Sự tương tac vât chât có thể thay đôi phụ thuôc vao cá tinh ̣ ̣ ́ ̣ ́ ̉ ̣ ̀ ́ chât sau cua bức xạ tới như: hướng, bước song, sự phân cực va phase. Khoa ́ ̉ ́ hoc viên tham đo đac và ghi lai những sự thay đôi đó qua viêc phân tich cac ̣ ̃ ́ ̣ ̣ ̉ ̣ ́ ́ hinh anh và cac tư liêu. Kêt quả là phân biêt cac tinh chât vât thể có thể tao ra ̀ ̉ ́ ̣ ́ ̣́́ ̣́ ̣ những sự thay đôi đo. ̉ ́ Trong quá trinh tương tac giữa bức xạ song điên từ và vât thê, khôi lượng ̀ ́ ́ ̣ ̣ ̉ ́ năng lượng được xem xet theo cơ sở vât lý cơ ban. ́ ̣ ̉ Sự tương tac nay, kêt quả có thê: ́ ̀ ́ ̉ Được truyên qua: Đó là là sự truyên qua môi trường vât chât có mât độ khac ̀ ̀ ̣ ́ ̣ ́ nhau gây ra sự biên đôi về tôc độ cua bức xạ điên từ. Tỷ số cua hai tôc độ ́ ̉ ́ ̉ ̣ ̉ ́ được goi là chỉ số khuc xạ và được thể hiên như sau: ̣ ́ ̣ Ca n= Cs ́ Ca: tôc độ trong chân không ́ Trong đo: Cs: tôc độ trong vât chât ́ ̣ ́
Bị hâp thu: Tao năng lượng để lam nong vât chât. ́ ̣ ̣ ̀ ́ ̣ ́ Phat xạ bởi vât chât: Thông thường ở cac bước song dai hơn, nó là ham số ́ ̣ ́ ́ ́ ̀ ̀ cua câu truc và nhiêt độ vât chât. ̉ ́ ́ ̣ ̣ ́ Bị tan xa: Đó là sự đi lêch theo moi hướng cua tia sang cac bề măt kich ́ ̣ ̣ ̣ ̉ ́ ́ ̣́ thước cua đia hinh ghồ ghê, cung như cua bước song năng lượng đêu lam ̉ ̣ ̀ ̀ ̃ ̉ ́ ̀ ̀ sinh ra sự tan xa. ́ ̣ Bị phan xa: Nghia là bị quay trở về từ bề măt cua vât chât, với goc cua sự ̉ ̣ ̃ ̣ ̉ ̣ ́ ́ ̉ phan xạ đôi diên băng goc tới. Sự phan xạ sinh ra do bề măt nhăn so với bước ̉ ́ ̣ ̀ ́ ̉ ̣ ̃ song cua năng lượng tới. Sự phân cực hay hướng dao đông cua song phan xạ ́ ̉ ̣ ̉ ́ ̉ có thể khac so với song tới. ́ ́ Các dãy phổ điện từ:
Bảng 3.2: Các dãy phổ điện từ Các bước sóng thường được sử dụng trong không ảnh: 0.0-0.4 µm : tia tử ngoại(ultra- violet) 0.4-0.7 µm : ánh sáng nhìn thấy(visble light) 0.7-3 µm : tia hồng ngoại ( infra –red)3-15µm nhiệt hồng ngoại (therme ifra- red) Bước sóng mắt thường có thể nhìn thấy: 0.4-0.5µm: màu xanh dương( da trời) 0.5-0.6µm: xanh lá cây 0.6-0.7µm: đỏ Bước sóng của tia hồng ngoại: 0.7-1.25µm: tia hồng ngoại gần 1.25-3µm: tia hồng ngoại trung và hồng ngoại xa 3. Sự phản xạ của các sự vật
Sự phản xạ là phần trăm các bước phản xạ đi đến một sự vật và được phản chiếu lên. Phần trăm sự phản xạ này thay đổi theo độ dài sóng khác nhau và tùy theo từng loại sự vật khác nhau mà sự phản xạ này cũng khác nhau (Nguyễn Ngọc Thạch,1997). Thường có 3 loại sự vật chính trong phản xạ đó là: thực vật, đất đá và nước: 3.1. Đặc tính phản xạ phổ của thực vật Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ dài bước sóng. Đồ thị sau thể hiện đường đặc trưng phản xạ phổ thực vật xanh và các vùng phản xạ phổ chính. Hình 3.1.1: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đ ến đ ặc tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất clorophin trong lá cây, ngoài ra còn một số chất sắc tố khác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật. Theo đồ thị trên ta thấy sắc tố hấp thụ bức xạ vùng ánh sáng nhìn thấy và ở vùng cận hồng ngoại, do trong lá cây có nước nên hấp thụ bức xạ vùng hồng ngoại. Cũng từ đồ thị trên ta thấy khả năng phản xạ phổ của lá xanh ở
vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng đỏ thấp. Hai vùng suy giãm khả năng phản xạ phổ này tương ứng với hai dãy sóng bị clorophin hấp thụ. Ở hai dãy sóng này clorophin hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy năng l ượng phản xạ của lá cây không lớn. Vùng sóng bị phản xạ mạnh nhất tương ứng với sóng 0,54 µm, tức là vùng ánh sáng lục. Do đó lá cây tươi được mắt ta cảm nhận có màu lục. Khi lá úa hoặc có bệnh hàm lượng clorophin trong lá giảm đi, lúc đó khả năng phản xạ phổ cũng bị thay đổi và lá cây sẽ có màu vàng đỏ. Ở vùng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu lên khả năng phản xạ phổ của lá cây là hàm lượng nước trong lá. Khả năng hấp thụ năng lượng mạnh nhất ở các bướ sóng 1.4 µm- 1.9 µm và 2.7 µm. Bước sóng 2.7 µm hấp thụ mạnh nhất gọi là dãy cộng hưởng hấp thụ. Ở đây sự hấp thụ mạnh diển ra đối với sóng trong khoảng từ 2,66 µm-2,73 µm. Hình 3.1.2 Đặc tính hấp thụ nước của lá cây và của nước Hình 3.1.2 cho ta thấy ở dãy hồng ngoại, khả năng phản xạ phổ của lá mạnh nhất ở bước sóng 1,6 µm và 2,2 µm, tương ứng với vùng ít hấp thụ của nước. Khi hàm lượng nước trong lá giảm đi thì khả năng phản xạ phổ của lá cây cũng tăng lên đáng kể.
Ngoài ra đối với những lá cây còn non, cấu trúc cũa những tế bào chưa phát triển hoàn chỉnh đầy đủ cho nên nó vẩn có tính phản xạ mạnh hơn đ ối với những lá cây đã chín già. Đối với những loại cây có lá rộng thì sự phản xạ sẻ mạnh hơn đối với loại cây có lá kim. Các thực vật bị côn trùng hoặc bệnh tấn công, do các diệp lục tố bị phá hủy làm gia tăng khoảng trống giữa các tế bào nên làm cho các bức xạ phản xạ không đồng đều và nó phản xạ cao ở vùng ánh sáng thấy được nhưng lại thấp ở bức xạ hồng ngoại. Tóm lại, những loại cây trồng khác nhau thì sẻ có sự phản xạ khác nhau. 3.2. Đặc tính phản xạ phổ của đất Nhân tố ảnh hưởng lên sự phản xạ đối với đất là độ ẩm, cấu trúc đất (đặc tính cát, thịt và sét), độ gồ ghề, oxit sắt và chất hữu cơ. Chẳng hạn như độ ẩm trong đất cũng làm giảm cường độ phản xạ, độ ẩm của đất làm cho cấu trúc đất thô, đất cát thoát nước tốt, độ ẩm trong đất thấp nên cường đọ phản xạ cao. Trong trường hợp không có nước đất có khuynh hướng thay đổi cấu trúc đất khô sẻ có màu sẩm hơn cấu trúc đất mịn, hai nhân tố làm giảm mật đọ phản xạ của đất là bề mặt gồ ghề và chứa vật liệu hữu cơ, sự có mặt oxit săt trong đất cũng làm giảm cường độ phản xạ trong bước sóng nhìn thấy (cole and Montgomery, 1987). Hình 3.2.1 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng Sự phản xạ của đất dựa vào các yếu tố sau: Tình trạng ẩm của bề mặt trái đất.  Thành phần khoáng trong đất.  Hàm lượng hữu cơ trong đất.  Độ phẳng của bề mặt trái đất.  Thông thường thì đất ẩm hấp thu ánh sáng nhiều hơn đặc biệt là ở bức xạ hồng ngoại, đất có chứa thành phần sắt nhiều cũng hấp thu mạnh, đất có
chứa nhiều carbonnare calcium hay nhiều cát thì phản xạ mạnh qua ánh sáng nhìn thấy được và ánh sáng hồng ngoại. Mặt đất gồ ghề tạo ra nhiều bóng râm sẻ làm giảm sự phản xạ của bức xạ ánh nắng nhìn thấy được, đất có nhiều chất hữu cơ, có sa cấu mịn sẻ hấp thu nhiều ánh sáng, ngược lại đất có sa cấu mịn nhưng không có chất hữu cơ thì sẻ phản xạ nhiều hơn. 3.3. Đặc tính phản xạ phổ của nước Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước. Khả năng phản xạ phổ ở đây còn phụ thuộc vào bề mặt và trạng thái của nước. Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng, còn một số đặc tính của nước cần phải sử dụng dãy sóng nhìn thấy để nhận biết. Trong diều kiện tự nhiên, mặt nước hoặc một lớp nước mỏng sẻ hấp thụ rất mạnh năng lượng ở dãy sóng cận hồng ngoại và hồng ngoại, do vậy phản xạ rất ít. Vì khả năng phản xạ phổ của nước ở dãy sóng dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụp cho ta khả năng đoán đọc điều vẻ thủy văn ao, hồ…Ở dãy sóng nhìn thấykhả năng phản xạ phổ rất phức tạp. Hình 3.3.1 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước Nước cất bị hấp thu ít năng lượng ở dãy sóng nhỏ hơn 0.6 µm. Nước biển, nước cất và nước ngọt có chung một đặc tính thấu quang.
Các nghiên cứu cho thấy nước đục có khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong nhất là những dãy sóng dài. Người ta phát hiện ra rằng giữa đ ộ đ ục của nước và khả năng phản xạ có mối quan hệ tuyến tính. Ngoài ra còn có một số yếu tố khác ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của nước, nhưng cũng có nhiều đặc tính quan trọng khác của nước không thể hiện rõ qua sự khác biệt của phổ như độ mặn, hàm lượng khí meetan…
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Xiuying Zhang và Xuezhi Feng, “Detecting urban vegetation from IKONOS data using an object-oriented approach”, bài tham khao từ internet 2. C.Small, “Estimation of urban vegetation abundance by spectral mixture analysis”, International journal of remote sensing, Vol22 (2001) 3. TS. Lê Văn Trung “Giáo trình Viễn thám”, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (2005) 4. TS. Võ Quang Minh “ Viễn Thám 1”, Khoa Nông Nghiệp ĐHCT (2006) 5. Nguyễn Ngọc Thạch “Cơ sở Viễn Thám”, Đại Học Quốc Gia Hà Nội (2005) 6. http://www.rsc.gov.vn 7. http:// www.ipsard.gov.vn