Đề cương viễn thám

Độ phủ: Để có thể quan sát lập thể địa hình mặt đất ở trên ảnh, mỗi đối tượng phải xuất hiện trên cả hai tấm ảnh được chụp từ hai điểm kề sát nhau.Các tấm ảnh n y phà ải có một diện tích

Đề Cương Viễn Thám

T h ứ t ư , 3 1 T h á n g 8 2 0 1 1 2 3 : 2 4

Câu 1: Khái niệm về Viến Thám v l à ịch sử phát triển viễn thám

1.Khái niệm: Viễn thám l phà ương thức thu nhận thông tin của đối tượng từ 1 khoảng cách nhất định, không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng

2 Lịch sử phát triển Viễn thám:

-Bắt đầu từ năm 1839 bức ảnh đầu tiên được chụp > biết chụp ảnh

-Sau đó v o nà ăm 1949 th nh là ập bản đồ địa hình

-Năm 1858 một thợ ảnh Pháp l Tournachon à đã chụp bức ảnh đầu tiên từ kinh khí cầu ở độ cao 80m tại Paris.Từ năm 1858-1882 các nh à địa chất Pháp đã sử dụng những ảnh chụp từ khinh khí cầu v tà ừ các đỉnh núi cao của dãy Anpơ v o mà ục đích nghiên cứu địa chất

-Năm 1903, xuất hiện máy bay đầu tiên Đến năm 1909, máy bay được đưa v o chà ụp ảnh lần đầu tiên ở vùng Contocelli (Italia) V sau à đó máy bay được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu địa chất v o nà ăm 1929- 1930 ở Pháp, Mỹ, Nga, Italia

Các máy bay chụp tay được thay bằng máy ảnh tự động có độ chính xác cao, ng y c ng tinh à à

vi v ho n thià à ện hơn

-1939 Môn địa chất ảnh bắt đầu chính thức đưa v o dà ạy học ở Nga, Mỹ

1961: Con t u và ũ trụ đầu tiên có người lái bay lên Người ta thử nghiệm chụp ảnh Trái đất Những năm sau đó Liên Xô phóng 1 loạt t u và ũ trụ người ta bắt đầu lắp máy ảnh chuyên dụng

Những năm 1970 những vệ tinh của Mỹ chiếm ưu thế hơn, sau đó l Mà ỹ, Pháp, Nga, Ấn Độ, Nhật, Israen, Đức…

B¶ng 1.1: Tãm t¾t sù ph¸t triÓn cña viÔn th¸m qua c¸c sù kiÖn

1839 B¾t ®Çu ph¸t minh kü thuËt chôp ¶nh ®en tr¾ng

1847 Phát hiện cả dải phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy

1850-1860 Chụp ảnh từ kinh khí cầu

1910-1920 Giải đoán từ không trung

1920-1930 Phát triển ngành chụp và đo ảnh hàng không

1930-1940 Phát triển kỹ thuật radar ( Đức, Mỹ, Anh)

1940 Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay

1950 Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy

1950-1960 Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự

12-4-1961

Liên xô phóng thành công tựu vũ trụ có ngời lái và chụp ảnh trái

đất từ ngoài vũ trụ

1980-1990 Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat

1990 đến nay

Phát triển bộ cảm thu đo phổ, tăng dải phổ và số lợng kênh phổ, tăng độ phân giải của bộ cảm Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý mới

Cõu 2: Cỏc kiểu thu năng lượng điện từ dựng trong Viễn thỏm

Năng lượng điện từ khỏc biệt với tất cả những năng lượng khỏc l chỳng chuyà ển động với tốc

độ của ỏnh sỏng theo kiểu súng điều hũa Kiểu n y gà ồm những súng xuất hiện theo những khoảng thời gian bằng nhau Khi chỳng tương tỏc với vật thể, súng điện từ cú h nh vi nhà ư những vật thể riờng lẻ gọi l photon hay tà ương tự

Những đặc tớnh của súng điện từ gồm: tốc độ, bước súng v tà ần suất

Tất cả cỏc súng điện từ chuyển động với cựng một tốc độ của ỏnh sỏng (C), m trong chõn àkhụng, trị số của nú l C= 10à 8 msec-1

Bước súng () của súng điện từ l khoà ảng cỏch từ bất kỳ một điểm n o à đú trong chu kỳ n y tà ới điểm tương tự của chu kỳ sau Đơn vị đo l micro một (mm).à

Tần suất (n) l sà ố lượng bước súng đi qua một điểm đó cho trong một chu kỳ thời gian nhất định Tớnh chất n y cú thà ể đo bằng “ số chu kỳ trong một giõy”, v ngà ười ta gọi nú l mà ột hertz

Ba tính chất n y có môi liên quan theo à đẳng thức sau:

C= n

Câu 3: Các phổ điện từ dùng trong viễn thá

Dải phổ Bước sóng (mm) Đặc điểm

Tia gamma 0.0003 Bức xạ tới thường bị hấp thụ to n bà ộ bởi tầng khí quyển

phía trên v không có khà ả năng dùng trong viễn thám

Vùng tia X 0.0003- 0.03 Ho n to n bà à ị hấp phụ bởi khí quyển, không sử dụng được

trong viễn thám

Vùng tia cực

tím

0.03- 0.4 Các bức xạ tới có bước sóng nhỏ hơn 0.3mm thì ho n to nà à

bị hấp phụ bởi tầng ozon của khí quyển

Vùng tia cực

tím chụp ảnh

0.3- 0.4 Tạo ảnh với phim v các photodetector à Đạt trị số cực đại

của năng lượng phản xạ ở bước sóng 0.5mm

Vùng hồng

ngoại

0.7-1.00 Phản xạ lại bức xạ mặt trời, không có thông tin về tính chất

nhiệt của đối tượng- băng từ 0.7-1.1mm được nghiên cứu với phim v gà ọi l hà ồng ngoại gần (NIF)

Vùng hồng

ngoại nhiệt

3-5 đến 8-14 Các chỉ số khí quyển chính ở vùng nhiệt ghi được hình

ảnh của các bước sóng n y yêu cà ầu phải có các máy quét quang cơ v hà ệ thống máy thu đặc biệt gọi l hà ệ thống “ VIDICON”, không phải bằng phim

Vùng cực ngắn0.1-3.0 cm Các bước sóng d i hà ơn có thể xuyên qua mây, sương mù

v mà ưa Các hình ảnh có thể được ghi lại ở dạng chủ động hay thụ động

Vùng rađa 0.1- 3.0cm Dạng “ chủ động” của viễn thám sóng cực ngắn.Hình ảnh

rada được ghi lại ở các băng sóng khác nhau

Vùng radio >30cm Vùng có bước sóng d i nhà ất trong phổ điện từ Một v i à

sóng rada được sử dụng trong các vùng sóng n yà

Câu 4: Thế n o l à à độ phủ của ảnh viễn thám v ý ngh à ĩa của độ phủ trong viễn thám? Đôi ảnh lập thể l gì? ý ngh à ĩa?

Độ phủ: Để có thể quan sát lập thể địa hình mặt đất ở trên ảnh, mỗi đối tượng phải xuất hiện trên cả hai tấm ảnh được chụp từ hai điểm kề sát nhau.Các tấm ảnh n y phà ải có một diện tích

n o à đó trùng nhau Diện chồng phủ lên nhau của hai tấm ảnh kề sát nhau trong cùng một tuyến bay được gọi l à độ phủ dọc (overlap) Độ phủ dọc thông thường bằng 60-65% diện tích của một bức ảnh Hai tuyến bay kề sát nhau cũng phải có một phần chồng phủ nhau, nhằm loại

bỏ phần rìa ảnh bị biến dạng v kém chính xác Dià ện chồng phủ n y à được gọi l à độ phủ ngang ( sidelap) Độ phủ ngang thường bằng 20 – 25% diện tích một bức ảnh

Hì

Ý nghĩa của độ phủ trong viễn thám: Để có thể quan sát lập thể địa hình mặt đất ở trên ảnh

V loà ại bỏ phần rìa ảnh bị biến dạng v kém chính xác.à

Đôi ảnh lập thể:L 2 à ảnh kế sát nhau trong cùng 1 h ng.à

bị hấp thụ ngay từ mức nước nông Đối với nước trong, có thể đánh giá độ sâu bằng cường độcủa bức xạ nhìn thấy, đặc biệt l ánh sáng xanh là ơ phản xạ từ đáy Tuy nhiên, đối với độ sâu lớn hơn 40m, tất cả bức xạ của khoảng nhìn thấy bị hấp thụ v nà ước được thể hiện trên ảnh

ho n to n à à đen Những vật liệu lơ lửng, phù du v m u tà à ự nhiên ( tanin từ các đầm lầy mang ra), l m tà ăng độ phản xạ của nước trong khoảng nhìn thấy Vậy một khi biết độ sâu, có thể đánh giá lượng vật liệu lơ lửng ở trong nước trên cơ sở các tư liệu viễn thám

Trong khoảng hồng ngoại gần, nước gần giống như vật đen tuyệt đối v hà ấp thụ thực sự to n à

bộ năng lượng tới Chỉ có những vật thể tự nhiên với tính chất n y mà ới có thể phân biệt được chúng dễ d ng bà ằng các đặc điểm bề mặt trong khoảng n y cà ủa phổ điện từ, ngay cả nếu chúng không sâu hay có chứa nhiều thể phù du Do gần giống như vật đen, nước gần như là vật phát xạ trong khoảng hồng ngoại, cũng như vật thể hấp thụ Điều đó có nghĩa l các sà ố đo hồng ngoại phát xạ trong khoảng 8-14mm, có thể được sử dụng để tính toán nhiệt độ trên mặtcủa vật thể nước một cách khá chính xác

Sự tương tác của năng lượng phản xạ với nước trong lỗ rỗng của đất v à đá bị khống chế bởi tập hợp các tính chất của nước Trên ảnh, đất v à đá ẩm có độ xám lớn hơn so với khi chúng

khô Những đặc trưng n y rà ất khác so với thực vật v khoáng và ật chứa nước Trong vùng hồngngoại nhiệt, phản xạ của đất đá ẩm rất phức tạp do các yếu tố môi trường khác nhau.

Mối tương tác giữa bức xạ điện từ với thực vật:

Thực vật sử dụng năng lượng Mặt trời để chuyển đổi nước v COà 2 th nh carbonhydrat v à àooxxy, nhờ quá trình quang hợp ánh sáng Quá trình trao đổi chất của các cơ thể sống n y àphụ thuộc nhiều v o hà ệ thống dẫn nước v cà ấu trúc của tế b o Do có sà ự dư thừa nước trong cấu trúc, nên H2O khống chế hoạt động tương tác n y.à

Sắc tố chlorophyll- một tổng thể các th nh phà ần hữu cơ có chứa sắt, l mà ột chất xúc tác đối với quá trình quang hợp ánh sáng Chức năng của chlorophyll l hà ấp thụ bức xạ Mặt trời v àcung cấp nó cho quá trình quang hợp Năng lượng bị hấp thụ trong khoảng từ 0.45 mm đến 0.68mm, tức l phà ần xanh lơ v à đỏ của phổ nhìn thấy, chính vì vậy mà lá cây có m u xanh àlục Nước trong tế b o l m hà à ấp thụ một ít năng lượng ở khoảng sóng 1.4mm v 1.9mm à Độ hấp thụ phụ thuộc v o là ượng tế b o chà ứa nước Trong khoảng thấp hơn bước sóng 2.0mm, lá cây hấp thụ bức xạ hồng ngoại gần

Sự phản xạ bức xạ của thực vật trong khoảng hồng ngoại nhiệt có tính tổng hợp Đa phần nănglượng bị hấp thụ v các bà ước sóng ngắn hơn được tái phát xạ để giữ cân bằng năng lượng Có rất nhiều nhân tố đóng vai trò quyết định mức độ bay hơi, nhiệt độ hiện thời, độ ẩm, sự dẫn nước, ánh sáng ( khống chế sự mở ra hay đóng v o các là ỗ thoát hơi) Sử dụng hồng ngoại nhiệt có thể cung cấp những xuất phát điểm cho nhiều quá trình khác nhau

Mối tương tác giữa bức xạ điện từ với đất, đá v khoáng v à ật

Đối tượng được xem xét ở đây l à đá gốc nói chung v nhà ững khoáng vật tạo đá Có ba

khoảng sóng điện từ quan trọng nhất đối với chúng: 0.4-2.5mm nhìn thấy v hà ồng ngoại gần); 8-14mm ( phát xạ hay hồng ngoại nhiệt) v 1mm, à đến 30cm ( siêu cao tần)

Đá gốc l tà ập hợp những khoáng vật khác nhau, do đó phổ của chúng cũng l tà ập hợp phổ của những khoáng vật th nh phà ần Những th nh phà ần chung nhất của các đá gốc v khoáng và ật tạo đá l oxy, silic v nhôm cùng và à ới tỷ lệ khác nhau của sắt, magie, canxi, kali, nito v mà ột phần nhỏ các nguyên tố khác Các nguyên tử oxy, silic v nhôm có nhà ững vòng điện tử, m àmức độ năng lượng của chúng ở mức duy trì sự trao đổi giữa chúng rất ít hoặc không có hiệu quả trong khoảng sóng nhìn thấy v hà ồng ngoại gần Vì chúng có thể tồn tại như những ion với hóa trị khác nhau, sự trao đổi năng lượng của các kim loại sắt, đồng, nikel, crom, coban, mangan, vanadi, titan v scandi có tià ềm năng lớn Trong số n y, sà ắt có hiệu ứng mạnh nhất v à

dễ nhận thấy nhất

Những máng n y rà ất gồ ghề, nói lên rằng sự hấp thụ năng lượng xảy ra rất mạnh ở những bước sóng đó để tạo nên sự trao đổi điện tử Sự có mặt của tất cả những máng trũng n y l do à à

sự trao đổi trong những ion ngắt quãng v à được tạo nên bởi hiệu ứng trường tinh thể

Một kiểu trao đổi điện tử khác do sự có mặt của những điện tử có đủ năng lượng trong ion kimloại, do đó nó không liên kết mạnh với bát cứ ion n o khác v nó có thà à ể chuyển từ ion n y àsang ion khác Đây chính l tính chà ất l m cho kim loà ại có độ dẫn điện cao Sự trao đổi như vậy gọi l chuyà ển giao điện tử v thà ường xảy ra trong kim loại Sự chuyển đổi n y à được kích thích bởi năng lượng trong dải sóng hẹp của năng lượng điện từ, do đó tạo nên những máng

trũng hấp thụ ở bên cạnh Sự chuyển đổi chung n y thà ường xảy ra đối với các điện tử sắt sang oxy v gây nên kênh chuyà ển đổi Fe-O ở bước sóng ngắn hơn 0.55mm Sự chuyển giao điện tử

n y l rà à ất đặc trưng cho tất cả những khoáng vật sắt v à đó chính l nguyên nhân tà ạo nên góc nghiêng dốc của đường cong phản xạ về phía phần xanh lơ của khoảng phổ.Hiệu ứng rõ nhất

có thể thấy với phản xạ của các oxyt sắt Đây cũng l nguyên nhân nói lên: tà ại sao những khoáng vật n y v các à à đá chứa chúng thường có m u v ng, da cam hay à à đỏ

Đối với rất nhiều các đá có silicat chứa hydroxyl (OH), chỉ có sự trao đổi kéo d i mà ối liên hệ

ở trong khoảng sóng 2.7mm Nhờ đó overtone có thể được tạo nên, cùng với sự trao đổi cơ bản khác v quan trà ọng nhất trong số đó l sà ự kéo dãn Mg-OH v Al-OH, gây nên nhà ững máng hấp thụ tương ứng ở khoảng sóng 2.3mm v 2.2mm Nhà ững máng n y cà ũng có biểu hiện khá rõ r ng à đối với các khoáng vật mica v sét, chúng tà ạo nên những tín hiệu phổ đối với khoáng vật chứa hydroxyl

Trong phần phổ bức xạ điện từ, mặt đất phát xạ tới cực trị v các cà ửa sổ khí quyển có mặt trong khoảng sóng 8-14mm Sự trao đổi cực kỳ quan trọng n y l chà à ấn động v có liên quan àđến liên kết Si-O Sự thể hiện lý tưởng của bức xạ điện từ l và ật đen tuyệt đối, khi to n bà ộ năng lượng được phát ra v phân bà ổ theo các bước sóng khác nhau Thạch anh l mà ột ví dụ điển hình, bức xạ của nó gần như của vật đen tuyệt đối cho tới bước sóng 6mm, nhưng lệch sovới vật đen ở bước sóng d i.à

Trong vùng n y cà ủa to n phà ổ, sự chuyển tiếp giao động khác nhau trong các khoáng vật silicattạo nên những đường phổ, khác biệt với tất cả những silicat khác Điều quan trọng l nhà ững silicat đó kết hợp với cacbonat v ooxxyt sà ắt, ngay cả số lượng nhỏ của những khoáng vật không phải silicat n y trong các à đá silicat chủ yếu l m thay à đổi mạnh mẽ phổ của chúng

Năng lượng tổng thể do đá phát xạ trong vùng hồng ngoại nhiệt có liên quan đến nhiệt độ Nhiệt độ của đá phụ thuộc v o hai nguà ồn năng lượng: dòng nhiệt bên trong vỏ Trái Đất v ànăng lượng Mặt trời hấp thụ được trong thời gian ban ng y Trong chu kà ỳ 24h, nhiệt độ của bề mặt đất biến thiên, đạt tới cực đại ở thời gian nóng nhất của ban ng y v cà à ực tiểu trước lúc Mặt trời mọc Các giá trị cực trị v mà ức độ của sự biến thiên n y phà ụ thuộc v o tính hà ấp thụ, tính truyền dẫn v nhià ệt năng của vật thể Ở nhiệt độ 300K, bề mặt Trái đất phát xạ ở bước sóng trong vùng siêu cao tần cũng như trong vùng hồng ngoại, mặc dù ở cường độ giảm tới mức rất thấp Khi bước sóng tăng, năng lượng trong khoảng sóng từ 14mm đến 1mm chủ yếu

bị hấp thụ bởi khí quyển Tuy nhiên trong vùng siêu cao tần n y, khí quyà ển vẫn có tính trong suốt ở một số dải hẹp v cà ường độ vẫn đủ cao để có thể đo đạc bằng những hệ viễn thám thụ động

Do vậy viễn thám siêu cao tần có khả năng cung cấp những thông tin về vật thể nằm dưới lớp

bề mặt cũng như trên bề mặt

Phổ của đá l tà ập hợp của những khoáng vật tạo nên chúng Tùy thuộc v o cà ấu trúc v th nh à àphần của những khoáng vật n y, chúng có thà ể được tách biệt nếu năng lượng của chúng đủ dư thừa v nhà ững nét đặc trưng phổ của chúng đủ mạnh

Ảnh hưởng của khí quyển

Giữa bề mặt vỏ Trái đất v và ệ tinh hay máy bay bao giờ cũng có một khoảng khí quyển ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình truyền dẫn thông tin Những vật thể gây nen sự biến đổi bao gồm

các phân tử khí v các hà ạt dạng lỏng hay rắn (aerosol, bụi, giọt nước) Các hạt gây ra những biến đổi như hấp thụ , tán xạ v phà ản xạ Trong thực tế, khí trong khí quyển hấp thụ năng lượng trong một số khoảng bước sóng nhất định gọi l các kênh hà ấp thụ.Bước sóng khoảng ngắn hơn 0.3mm bị hấp thụ ho n to n cà à ần thiết cho sự sống cảu Trái đất, vì năng lượng ở bước sóng n y có thà ể phá hủy lớp da của các cơ thể sống Mây cấu tạo từ những phần tử kích thước nhỏ (aerosol) của nước lỏng, hấp thụ v tán xà ạ bức xạ điện từ ở bước sóng nhỏ hơn 0.3cm Chỉ có bức xạ của sóng siêu cao tần v bà ước sóng d i hà ơn l có khà ả năng xuyên qua mây, m không bà ị tán xạ, phản xạ hay hấp thụ.

Câu 6: Thế n o l s à à ự truyền dân, phản xạ, phát xạ, tán xạ v h à ấp thụ?

1.Sự truyền dẫn: Khi lan truyền qua các vật thể có mật độ khác nhau, thí dụ như từ không

khí sang nước, sẽ có sự thay đổi về tốc độ của bức xạ tới Tỷ số của hai tốc độ ở hai vật thể vật chất khác nhau gọi l chà ỉ số khúc xạ (n) v à được biểu thị bằng công thức: n= Với l tà ốc

độ trong chân không

l tà ốc độ trong vật thể

2.Phản xạ:L nà ăng lượng quay lại từ bề mặt vật thể với góc phản xạ bằng v à đói diện với góc tới, cường độ phản xạ tỷ lệ thuận với độ nhẵn của bề mặt đối tượng Tính phản xạ hay hướng dao động của sóng phản xạ khác biệt với hướng của sóng năng lượng tới

3.Phát xạ: L nà ăng lượng được phát ra bởi chính các vật thể, thường l nhà ững bước sóng d i,àtùy thuộc v o cà ấu trúc v nhià ệt độ của nó

4 Tán xạ: Có nghĩa l phà ản xạ ra tất cả các hướng Bề mặt với địa hình lồi lõm l nguyên ànhân chủ yếu gây nên tán xạ Sóng ánh sáng bị tán xạ bởi các nguyên tử v các phân tà ử trong khí quyển có kích thước tương đương với kích thước của bước sóng ánh sáng

5 Hấp thụ: Những vật thể m bà ề mặt của chúng tiếp nhận bức xạ điện từ, có thể hấp thụ một phần năng lượng đó Phần hấp thụ n y à được dùng để biến đổi sự phân bố năng lượng bên trong vật thể, có nghĩa l nà ăng lượng của nó được dùng để đốt nóng vật thê, hay để d nh cho àcác hoạt động trao đổi

*Phát xạ, tán xạ v phà ản xạ l các hià ện tượng xảy ra trên bề mặt, bởi những tác động tương tác n y à được xác định trước tiên bởi các tính chất trên bề mặt như m u sà ắc v à độ gồ ghề lồi lõm Lan truyền v hà ấp thụ l nhà ững hiện tượng bên trong vật thể, bởi vì chúng được xác địnhbởi các đặc tính bên trong của vật thể như mật độ v à độ dẫn Sự kết hợp giữa tương tác bề mặt với h nh vi bên trong c à ủa bất kỳ vật thể n o à đó cũng đều phụ thuộc v o b à ước sóng của bức xạ điện từ, cũng như v o các thu à ộc tính riêng của vật thể đó Những tương tác n y già ữa vật thể v nà ăng lượng được phản ảnh trên các ảnh viễn thám, do đó chúng l cà ơ sở để nhận biết từ các thông tin trên ảnh Như vậy bất cứ vật n o cà ũng có những đặc trưng phổ phụ thuộc

v o cà ấu tạo phân tử v th nh phà à ần hóa học của chúng

Câu 7:Các thiết bị thu v ch à ụp ảnh dùng trong viễn thám.

1.Thiết bị chụp ảnh:

Thiết bị chụp đồng thời chụp ảnh của cả một vùng hay một lãnh thổ Máy Camera hay Viđicôn

l nhà ững ví dụ điển hình của loại thiết bị n y à Đôi mắt của con người cũng có thể xếp v o àloại n y.à

Máy camera ( máy ảnh quang cơ) sử dụng lăng kính để tạo ảnh của của một cảnh trên bình

đồ tiêu cự - l bình à đồ m trên à đó ảnh được xác định rõ nét nhất M n chà ớp mở ra khoảng lựachọn để cho ánh sáng lọt v o trong camera v à à ở đó hình ảnh được ghi trên phim

Ưu: Độ phân dải rất cao, giá th nh cà ủa máy ảnh, phim không cao lắm

Nhược: Thu được thông tin rất chậm

Viđicôn l mà ột loại Camera ghi hình ảnh trên bề mặt đã nạp sẵn các điện tử nhạy cảm với photon Sau đó tia điện tử tạo nên tín hiệu có thể được dẫn truyền v ghi nhà ận trên băng từ rồisau đó chuyển sang dạng phim

Kiểu chụp n y có khà ả năng tạo nên dải chồng phủ bên cạnh, cho phép ta nhìn thấy đối tượng nổi, tức la nhìn được đối tượng trong không gian ba chiều đối với kiểu chụp n y v hà à ồng ngoại phản xạ ( từ 0.3mm đến 0.9mm) Mức độ nhạy cảm của của viđicôn mở rộng tới dải hồng ngoại nhiệt

Ưu: Có thể tạo ảnh đồng thời trên những vùng rộng lớn,vì thiết bị có mảng rất d y các bà ộ tách sóng nằm trong bình đồ tiêu cự Thiết bị n y tà ương đối rẻ

2.Thiết bị thu quét

Hiện nay được sử dụng rất rộng rãi trong khâu chụp ảnh Các thiết bị quét n y sà ử dụng 1 bộ tách sóng riêng rẽ với trường nhìn hẹp Tín hiệu điện sau đó khuyếch đại các tín hiệu điện từ rồi ghi v o bà ăng từ rùi tạo nên ảnh Tất cả các thiết bị quét đều xoay các bộ tách sóng trong trường nhìn thấy của nó trên đất theo những loạt đường quét song song

Có 4 kiểu quét cơ bản:

a) Thiết bị quét ngang

Thường được sử dụng rộng rãi nhất, dùng mặt gương có thể quay nhờ môtơ điện, với các trục ngang quay theo những đường song song Gương xoay với hướng ngang mặt đất theo những đường song song vuông góc với hướng bay của máy bay hay vệ tinh Năng lượng bức xạ hay phản xạ từ mặt đất được hội tụ v o cac bà ộ tách sóng bởi hệ thống gương thứ hai Độ phân giải góc của các bộ tách sóng, đo bằng miliradian (mrad), sẽ quyết định trường nhìn thấy của bộ tách sóng Trường nhìn bao quát một vùng nhất định trên mặt đất gọi l tà ế b o phân già ải mặt đất Kích thước của tế b o phân già ải mặt đất được xác định bởi trường nhìn của bộ tách sóng

v à độ cao bay của vệ tinh hay máy bay Nếu bộ tách sóng có trường nhìn đồng thời l 1mrad à

ở độ cao 10km sẽ có tế b o phân già ải mặt đất l 20m x 10m Trà ường nhìn góc l mà ột phần của gương quay, đo bằng độ, được ghi như những đường quét Trường nhìn góc v à độ cao bay

sẽ xác định kích thước dải quét trên mặt đất, m chià ều rộng của nó được thể hiện bằng kích thước của ảnh

Khoảng cách giữa vệ tinh v mà ặt đất ở rìa của giải quét trên mặt đất bao giờ cũng lớn hơn so với ở trung tâm Như vậy kích thước của tế b o phân già ải mặt đất lớn dần về phía rìa, do đó

ảnh bị sai số hình học Trên những độ cao bay lớn, trường nhìn góc m hà ẹp cũng đã đủ phủ một dải quét mặt đất lớn Vì vậy, gương quay được thay thế bằng gương phẳng, dao động tiến

v lùi theo mà ột góc khoảng 150

Ưu: Chế tạo thiết bị đơn giản

Nhược: L hình à ảnh thường bị méo hình học, không có cùng tỷ lệ trên ảnh v chà ất lượng của sản phẩm thường không được cao lắm

b) Thiết bị quét dọc:

Để hệ quét đạt được độ phân giải phổ v à độ phân giải không gian nét hơn, thời gian dừng đối với mỗi tế b o phân già ải mặt đất phải được tăng thêm Một trong những phương pháp thực hiện công việc n y l loà à ại trừ gương quét v cung cà ấp cho mỗi tế b o phân già ải mặt đất một

bộ tách sóng riêng biệt ngang theo dải quét trên mặt đất Các bộ tách sóng được đặt theo

m ng tuyà ến trên bề mặt tiêu cự của hệ thấu kính

Thường thường, kiểu quét theo đường dọc quét trong khoảng phổ 0.01mm, v kià ểu quét theo ddwogf ngang điển hình quét trong khoảng phổ 0.1mm ,do đó độ phân giải phổ thô hơn

c) Thiết bị quét tròn

Trong thiết bị quét tròn, mô tơ quét v gà ương nối với một trục quay thẳng đứng, trục quay n yàquét theo các đường tròn trên mặt đất Chỉ có phần phía trước của bộ quét l ghi tín hià ệu để tạo ra ảnh

Ưu việt của thiết bị n y l khoà à ảng cách giữa vệ tinh v mà ặt đất l mà ột hằng số v tà ất cả các tế

b o phân già ải mặt đất có cùng một kích thước Ưu thế chủ yếu l hà ầu hết các hệ xử lý ảnh v àhiện hình ảnh được tạo ra cho các ảnh quét theo đường, do vậy dữ liệu quét tròn phải được định lại khuôn dạng, sao cho nó có thể xử lý được Hệ quét tròn có thời gian quét ngắn hơn so với thời gian quét của hệ quét ngang

d) Thiết bị bên cạnh

Ba kiểu quét vừa mô tả ở trên thuộc các kiểu thụ động, do đó chúng có thể phát hiện v ghi ànhận năng lượng tự nhiên phản xạ hay bức xạ từ mặt đất Hệ chủ động có nguồn năng lượng của mình, tiến h nh quét tà ừ bên cạnh Kiểu quét n y thà ường sử dụng trong kỹ thuật viễn thámsiêu cao tần.Hệ quét rada truyền các xung của năng lượng siêu cao tần sang một phía theo chiều vuông góc với hướng bay v ghi là ại năng lượng tán xạ từ mặt đất, quay lại ăng ten Một

số hệ quét bên cạnh khác l hà ệ siêu âm, truyền các xung năng lượng siêu âm xuống đáy đại dương v thu là ại âm phản xạ để tính độ sâu đáy biển

Câu 8: Giới thiệu sơ lược các loại vệ tinh viễn thám của Mỹ, Pháp, Liên Xô

I Các vệ tinh Landsat của Mỹ:

1 Vệ tinh Landsat: Vệ tinh Landsat của Mỹ l hà ệ thống vệ tinh quỹ đạo gần cực ( với góc mặtphẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo l 98,2à 0), lúc đầu có tên l ERTS ( Earth Remote àSensinh Satellite), sau 2 năm kể từ lúc phóng ERST-1 ng y 23-7-1972, à đến năm 1976, được

đổi tên l Landsat, sau à đó có tên l landsat-TM v Landsat –ETMà à

Bảng 1 Các thông số cơ bản về các loại vệ tinh Landsat

Vệ tinh Ng y phóngà Ng y hoà ạt

động

RBVband

MSSband

TM band Quỹ đạo

Lặp lại/ độ cao ( km)

Landsat-3 5-3-1978 31-3-1983 A,B,C,D 4567,8 Không 18 ng y/900kmà

Landsat-4 16-7-1982 Hoạt động Không 1234 1234567 16 ng y/900kmà

Landsat-5 1-3-1984 Hoạt động Không 1234 1234567 16ng y/900kmà

Landsat-6 5-10-1993 Không

phóng Không Không 1234567 16 ng y/900kmà

Ghi chú: -RBV: hệ thống chụp ảnh tia ngược bằng máy ảnh.

-MSS: Hệ thống quét đa phổ

- TM : Sensor tạo bản đồ chyên đề

- ETM: Sensor tạo bản đồ chuyên đề chất lượng cao

Vệ tinh Landsat thế thệ 1(Landsat 1,2,3) bay ở độ cao tương đối lớn:918km Mỗi 1 ng y bay àđược 14 vòng quanh Trái Đất Trên vệ tinh có lắp máy quét đa phổ MSS 4 band Các vệ tinh

n y à được bố trí qua 1h nhất định

Vệ tinh Landsat thế hệ 2: ( Landsat 4,5,6): Bay ở độ cao nhỏ hơn : 705km, luôn luôn động chứ không tĩnh.Ngo i máy quét MSS ngà ười ta lắp 1 máy TM- thiết bị quét bản đồ chuyên đề

2 Vệ tinh IKONOS

-Ikonos-1: phóng năm 1999 nhưng thất bại

-Ikonos-2: phóng 24/9/1999 tại độ cao 682km, cắt xích đạo v o 10:30 phút sáng Trà ọng lượng 720kg Trên đó có lắp MSS.Ảnh có độ phân giải l 4m v kênh to n sà à à ắc độ phân giải l à1m.Riêng ảnh Panchromatic đạt 0.8m

Bảng 2 Các thông số chính của Ikonos

3.Vệ tinh Quick Bird

L và ệ tinh có độ phân giải không gian cao nhất hiện nay cho ra kênh to n sà ắc có độ phân giải

l 0.61m v à à độ phân giải của các kênh đa phổ l 2,44m Quick Bird cho à ảnh độ phân giải

0,7m ghép kênh to n sà ắc tổ hợp với kênh hồng ngoại Quick Bird được phóng lên ng y à18/10/2001 Độ cao bay 450km Trọng lượng vệ tinh: 950kg Dự kiến nhiên liệu đủ bay trong

7 năm

4.Vệ tinh GeoEye-1: phong ng y 6/9/2008 v à à đến 7/10/2008 chụp bức ảnh đầu tiên đưa về Trái Đất Đối với ảnh quang phổ ( MSS) độ phân giải 1,65m; đối với panchromatic: 0,41m Đây l và ệ tinh thuộc đỉnh cao của chất lượng ảnh hiện nay

II.Pháp

-Vệ tinh Spot: được chế tạo tại Pháp với sự tham gia của Thủy Điển, Bỉ, Đức

*Spot 1: phóng ng y 22/2/1986: hoà ạt động đến 31/12/1990.Ảnh của vệ tinh có độ phân giải 20m (MSS), 10m ( Panchromatic)

*Spot 2: phóng ng y 22/1/1990: và ẫn đang hoạt động

*Spot 3: Phóng ng y 26/9/1993 v ngà à ừng hoạt động ng y 14/11/1997à

*Spot 4: Phóng ng y 24/3/1998 v còn hoà à ạt động khoảng 3-5 năm

*Spot 5: Phóng ng y 4/5/2002: à Độ phân giải được tăng lên: 10m (MSS), 2,5m (Panchromatic)

Các ảnh của Spot có đặc điểm l xem à được lập thể hình ảnh bề mặt Trái Đất Đây l à ưu điểm rất lớn ho n to n có thà à ể phóng lên lớn

Nhược: Đắt

Ưu: Độ phân giải phổ rất tốt

-Vệ tinh Envisat(vệ tinh chuyên nghiên cứu môi trường):L và ệ tinh do con người phóng có trọng lượng lớn nhất: 8211kg phóng ng y 1/3/2002 à ở độ cao 790km Vệ tinh n y chà ụp với 15 band khác nhau Độ phân giải không cao

III Liên Xô:

-Vệ tinh Sojuz:Đặc điểm chung các ảnh của Nga: có độ phân giải tương đối cao, các vệ tinh của Nga bay ở độ cao 270-350km Các ảnh chụp được có tỷ lệ từ 1:270.000- 1:1200.000

Độ phân giải của các ảnh n y l 5m-30m.à à

Ưu: Độ phân giải rất cao, chất lượng tốt, giá rẻ

Nhược: Chủ yếu ảnh được bán ở dạng…

Câu 9: Sự khác nhau của ảnh vệ tinh Landsat thế hệ 1 v th à ế hệ 2

Độ cao 918km 705km

Landsat thế hệ thứ nhất: Vòng quỹ đạo : Ta thấy 14 vòng quỹ đạo hướng Nam trong

thời gian phần Bắc rơi v o ban à đêm Các vòng quỹ đạo chuyển dịch theo về phía Tây do đó kết thúc ng y thà ứ 18 hay 252 quỹ đạo, gần như to n bà ộ bề mặt quả đất đã được thu chụp sau

đó chu trình mới được lặp lại.Chỉ có vùng cực ngo i và ĩ độ 810 l nà ơi m nhà ững vòng quỹ đạo Landsat không bay phủ Đương nhiên ở phần phủ chờm có thể nhìn thấy mô hình nổi NASA dựa v o quà ỹ đạo Mặt trời để thu ảnh v o già ờ giữa buổi sáng

Landsat thế hệ thứ hai: Vòng quỹ đạo: Vì landsat 4 v 5 bay à ở độ cao thấp hơn, nên chỉ có 233 vòng quỹ đạo v mà ất 16 ng y à để phủ bề mặt đất, vì vậy tâm của ảnh vệ tinh thứ nhất v thà ứ hai không trùng nhau Do số lượng các vòng quỹ đạo ít hơn, nên phần trăm độ chờm phủ ở xích đạo chỉ còn 7,6%.Các vòng quỹ đạo của Landsat 4 v 5 song song và ới nhau,

nhưng không trùng lặp

Câu 10:Đặc điểm của ảnh Spot

Vệ tinh Spot có nhiều ưu điểm hơn so với vệ tinh Landsat Với hai thiết bị thu chụp có độ phângiải nhìn thấy cao, hoạt động đồng thời với góc quan sát thẳng đứng v nghiêng cho phép thu àchụp được trên một dải rộng 117km trên mặt đất

Sản phẩm của vệ tinh có hai loại kích thước pixel: 10m x 10m ( ảnh to n sà ắc P) v 20 x20m (àảnh đa phổ XS) Ảnh đa phổ XS gồm hai kênh trong khoảng sóng nhìn thấy (XS1, tương ứng với m u xanh là ục : từ 0.5 đến 0.59mm; XS 2 tương ứng với m u à đỏ, bước sóng từ 0.61 đến 0.68mm v mà ột kênh hồng ngoại gần (XS 3, từ 0.79 đến 0.79mm) Một kênh ảnh to n sà ắc tương ứng với khoảng sáng nhìn thấy ( từ 0.51mm đến 0.75mm), có nghĩa l tà ừ dải xanh lơ

Một ứu thế hơn hẳn so với các từ liệu khác l Spot có thà ể thu chụp các ảnh có độ phủ chờm, tạo nên những đôi ảnh lập thể Những ảnh lập thể n y có thà ể còn được tạo nên do ảnh được chụp v o các thà ời gian khác nhau, do vậy chúng có độ thị sai (parallax) Tỷ số giữa độ cao (H)

v khoà ảng cách đáy (B) bằng 1 có thể thu được khi góc nhìn l 24à 0 về phía Đông v cà ũng 240

về phía Tây Đối với cặp ảnh có độ phủ 50% Các ảnh lập thể n y có thà ể sử dụng để đo vẽ bản

đồ địa hình v là ập trực tiếp mô hình nổi từ các dữ liệu số m không cà ần tới các tư liệu bản đồkhác

Câu 11: Đặc điểm của ảnh Soiuz ( Nga)

0.570- 0.6800.680 – 0.810

(1) 0.635 - 0.690(2) 0.810 - 0.900(3) 0.515 - 0.565(4) 0.460 - 0.505

(5) 0.580 – 0.800(6) 0.400 – 0.700

Câu 12:Các dấu hiệu phân tích ảnh

Về nguyên tắc chung, các dấu hiệu giải đoán được xếp v o hai nhóm chính l : các yà à ếu tố ảnh v các yà ếu tố địa kỹ thuật

a) Các yếu tố ảnh (Photo elements):

3 Tôn ảnh (tone): L t à ổng lượng ánh sáng được phản xạ bởi bề mặt đối tượng Tôn ảnh

l d à ấu hiệu hết sức quan trọng để xác định đối tượng.

Tôn ảnh được chia ra nhiều cấp bậc khác nhau, trong giải đoán bằng mắt thường cso 10- 12 cấp Sự khác biệt của tôn ảnh phụ thuộc v o nhià ều tính chất khác nhau của đối tượng Những khu vực ngập nước như hồ, biển, sông phản xạ ánh sáng rất yếu, nên sẽ có m u à đen trên ảnh Những nơi canh tác nông nghiệp như ruộng lúa nước có m u xám trên à ảnh Tôn ảnh chỉ thị đặc điểm về th nh phà ần vật chất v à độ ẩm của đất đá Cách phân loại tôn ảnh mang tính chất tương đối, nên chỉ có thể so sánh đối chiếu tôn ảnh của một loạt ảnh chụp trong cùng một điềukiện Các tấm ảnh chụp trong điều kiện độ ẩm cao hoặc sau những ng y mà ưa có tôn ảnh thể hiện rõ r ng, rà ất thuận lợi cho việc vẽ bản đồ thổ nhưỡng Giải đoán tôn ảnh l mà ột công việc khó khăn v à đòi hỏi nhiều kinh nghiệm Nói chung tôn ảnh sáng có liên quan với các vùng đất

đá hạt thôi, thoát nước tốt Tôn ảnh sẫm liên quan tới các vùng đất đá hạt mịn, thoát nước kém Có thể chia tôn ảnh một cách tương đối ra th nh 5 cà ấp: Rất sáng, sáng, trung bình, xám tối, đen

-Tôn ảnh rất sáng( trắng): Các vùng cuội sỏi, cát rất khô Các khu vực đô thị có nh cà ửa xây dựng bằng vật liệu bêtông hoặc kính Các khu vực nước có sóng hoặc bị lóa ánh sáng Mặt Trời.

-Tôn ảnh sáng : Các vùng đất đá khô, cuội sỏi cát chứa ít nước, các l ng xóm, các à đô thị

-Tôn ảnh xám sáng ( trung bình): Chỉ thị cho đất hỗn hợp thô v mà ịn, đất khô hạn chứa ít vật liệu hữu cơ

-Tôn ảnh xám tối: Chỉ thị cho đất chiều d y là ớn, gi u và ật chất hữu cơ Những khu vực n y àthường ẩm ướt, thoát nước kém Một số loại đá gốc thuộc nhóm đá mafic v siêu mafic và ới lớp phủ thực vật phát triển mạnh cũng có thể tạo ra tôn ảnh xám tối trên ảnh, do đó khi giải đoán tôn ảnh cần kết hợp với những t i lià ệu khác

-Tôn ảnh đen: Điển hình cho những khu vực lầy thụt hoặc vật liệu mịn, gi u và ật chất hữu cơ,

bị ngập nước Tôn ảnh đen còn điển hình cho các hồ nước, sông ngòi,biển

2 Hoa văn ảnh( texture): Kiến trúc ảnh hay hoa văn ảnh được hiểu l t à ần số lặp lại của sự thay đổi tôn ảnh, gây ra bởi tập hợp của nhiều đặc tính rất rõ r ng c à ủa các cá thể riêng biệt.

Người ta thường phân chia ra một số loại hoa văn như sau:

-Hoa văn chấm mịn: Thể hiện th nh phà ần đồng nhất của đất đá v à đó thường l các trà ầm tích sông, hồ, các lớp đất đá trầm tích d y v có th nh phà à à ần chủ yếu l sét, bà ột, cát

-Hoa văn chấm thô: Đặc trưng cho các đá magma xâm nhập, các đá trầm tích có th nh phà ần không đồng nhất với sự xen kẽ các lớp đá hạt thô với hạt mịn

-Hoa văn lốm đốm Thể hiện sự thay đổi rõ rệt về th nh phà ần, độ ẩm, cấu tượng của đất trên những khoảng cách ngắn Những đốm có tôn ảnh sẫm hơn chỉ rõ các vùng trũng hay ẩm ướt hơn, các đốm có tôn ảnh hơn l nhà ững vùng khô hơn Các đồng bằng tích tụ ven biển, ven hồ trong khí hậu ẩm ướt thường thể hiện dạng hoa văn lốm đốm

-Hoa văn dạng dải Các dải phân bố theo dạng tuyến thẳng hoặc cong thể hiện th nh phà ần đất

đá, độ ẩm, mức độ thoát nước khác nhau Đây có thể l à sự xen kẽ các dải đất khô v à ẩm ở quanh các bờ hồ, ven biển, các doi cát, các khúc uốn của sông trên bề mặt đồng bằng ngập nước, các đá trầm tích phân lớp có tính thấm nước khác nhau Độ ẩm của đất đá ảnh hưởng đến sự phân bố của thực vật c ng là ầm cho các dải hoa văn thể hiện rõ hơn trên ảnh

Ví dụ: Hoa văn mịn đặc trưng cho trầm tích bở rời, hoa văn thô đặc trưng cho các đá magma,

hoa văn dạng dải đặc trưng cho các đá trầm tích biến chất

3 Kiểu mẫu ( Pattern): L nhân tà ố rất quan trọng thể hiện sự sắp xếp của đối tượng theo một quy luật nhất định

Ví dụ: Dạng đường thẳng có thể l à đường sắt, đường quốc lộ hoặc các khe nứt lớn, đứt gãy

4.Hình dạng (Shape): L nhà ững đặc trưng hình thái bên ngo i tiêu bià ểu cho từng đối tượng

Ví dụ: Hồ hình móng ngựa l các khúc sông cà ụt, dạng chổi sáng m u l các cà à ồn cát ven

5.Kích thước (Size): Kích thước của một đối tượng được xác định theo tỷ lệ ảnh v kích àthước đo được trên ảnh, dựa v o thông tin n y cà à ũng có thể phân biệt được các đối tượng trên ảnh

7 Bóng râm( Shadow): Ảnh vệ tinh thường chụp v o lúc 9h30 à đến 10h (thế hệ 2) căn cứ v o àbóng trên ảnh, có thể xác định độ cao tương đối của đối tượng, từ đó có thể phân biệt được các đối tượng Bóng râm trên ảnh chụp từ máy bay cho ta khái niệm về hình dạng của địa hình trên mặt cắt

8 Vị trí ( Site): Vị trí cũng l mà ột yếu tố rất quan trọng để phân biệt được các đối tượng Cùng một dấu hiệu ảnh, song ở các vị trí khác nhau có thể l các à đối tượng khác nhau

9 M u ( Colour à ): M u cà ủa đối tượng trên ảnh m u già ả ( FCC) giúp cho người giải đoán có thể phân biệt nhiều đối tượng có đặc điểm tôn ảnh tương tự như nhau trên ảnh đen trắng Tổ hợp m u già ả thông dụng trong ảnh Landsat la xanh lơ (blue), xanh lục (green) v à đỏ (red) thể hiện các nhóm yếu tố cơ bản l : thà ực vật từ m u hà ồng đến m u à đỏ, nước xanh lơ nhạt đến xanh lơ xẫm, đất trống, đá lộ có m u trà ắng Ngo i ra, mà ột số đối tượng khác cũng có m u à đặc biệt: đô thị m u xanh là ơ, rừng ngập mặn: m u à đỏ xẫm đến nâu xẫm, đất trồng m u có cây và ụ đông các loại m u hà ồng đến m u v ng Ngo i 3 tà à à ổ hợp m u già ả đã nêu trên, người ta có thể tạo nên rất nhiều tổ hợp m u già ả khác bằng phương pháp quang học ( dùng các tấm lọc m u) àhoặc bằng kỹ thuật xử lý ảnh số Vì vậy khi giải đoán các đối tượng trên ảnh m u già ả phải có những định hướng ngay từ đầu về các tổ hợp m u già ả, từ đó mới tránh được những sự nhầm lẫn

b) Các yếu tố địa kỹ thuật ( Geotechnical elements):

1 Địa hình: địa hình cho phép phân biệt sơ bộ các yếu tố trên ảnh, từ đó định hướng rất rõ

Ví dụ: rừng thường xanh ( thường có ở vùng núi cao hoặc núi trung bình)

3.Hiện trạng sử dụng đất: đây vừa l mà ục tiêu vừa l dà ấu hiệu trong giải đoán bằng mắt Hiện trạng sử dụng đất cung cấp những thông tin quan trọng để xác định các đối tượng

Ví dụ: Lúa một vụ- vùng bồi cao

Lúa hai vụ - vùng thấp thường xuyên vừa đủ nước- đó là các đồng bằng phù sa

4 Mạng lưới sông suối: Cũng l mà ột dấu hiệu quan trọng h ng à đầu trong phân tích ảnh