Khảo sát và đánh giá một vài chỉ số chiết tách đất xây dựng và khu vực dân cư từ tư liệu ảnh viễn thám

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Nội dung nghiên cứu. 2 3. Phương pháp nghiên cứu. 2 4. Cấu trúc đồ án. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 4 1.1. Khái niệm về viễn thám 4 1.1.1. Định nghĩa 4 1.1.2. Nguyên lý cơ bản của viễn thám 5 1.1.3. Bức xạ điện từ 8 1.2. Phân loại viễn thám 13 1.2.1.Phân loại theo nguồn tín hiệu 13 1.2.2.Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo 14 1.2.3. Phân loại theo dải sóng thu nhận 15 1.3. Ứng dụng của một số loại ảnh viễn thám phổ biến 16 1.3.1.Tư liệu ảnh Landsat MSS 16 1.3.2. Tư liệu ảnh Landsat TM, SPOT và MAPSAT 17 1.3.3. Tư liệu ảnh thu từ máy chụp ảnh vũ trụ quang học 18 1.3.4. Tư liệu ảnh Radar 20 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH THÔNG TIN TRÊN ẢNH VIỄN THÁM 22 2.1. Thông tin trên ảnh viễn thám 22 2.1.1. Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám 22 2.1.2.Đặc tính phản xạ phổ của nước, thực vât, thổ nhưỡng 23 2.1.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 31 2.2. Phương pháp chiết tách thông tin trên ảnh viễn thám 37 2.2.1. Giải đoán ảnh bằng mắt 37 2.2.2. Giải đoán ảnh theo phương pháp số 39 CHƯƠNG III: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT VÀI CHỈ SỐ CHIẾT TÁCH ĐẤT XÂY DỰNG VÀ KHU VỰC DÂN CƯ TỪ TƯ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM 42 3.1. Khái quát chung về khu vực nghiên cứu 42 3.1.1. Vị trí địa lý 42 3.1.2. Địa hình, cảnh quan 43 3.2. Mô tả dữ liệu sử dụng 44 3.3. Chiết tách đất xây dựng và khu vực dân cư 46 3.3.1. Sơ đồ quy trình nghiên cứu 46 3.3.2. Cắt ảnh theo ranh giới 46 3.3.3. Chuyển đổi giá trị số sang giá trị phổ 47 3.3.4. Tính chỉ số thực vật và chỉ số đất xây dựng 48 3.3.5. Phân loại ảnh 51 3.4. Khảo sát và đánh giá một vài chỉ số chiết tách đất xây dựng và khu vực dân cư 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

LỜI CẢM ƠN

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4 CẤU TRÚC ĐỒ ÁN 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 4

1.1 KHÁI NIỆM VỀ VIỄN THÁM 4

1.1.1 ĐỊNH NGHĨA 4

1.1.2 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA VIỄN THÁM 5

1.1.3 BỨC XẠ ĐIỆN TỪ 8

1.2 PHÂN LOẠI VIỄN THÁM 13

1.2.1.PHÂN LOẠI THEO NGUỒN TÍN HIỆU 13

1.2.2.PHÂN LOẠI THEO ĐẶC ĐIỂM QUỸ ĐẠO 14

1.2.3 PHÂN LOẠI THEO DẢI SÓNG THU NHẬN 15

1.3 ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ LOẠI ẢNH VIỄN THÁM PHỔ BIẾN .16

1.3.1.TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT MSS 16

1.3.2 TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT TM, SPOT VÀ MAPSAT 17

1.3.3 TƯ LIỆU ẢNH THU TỪ MÁY CHỤP ẢNH VŨ TRỤ QUANG HỌC 18

1.3.4 TƯ LIỆU ẢNH RADAR 20

2.1.1 VẤN ĐỀ THU NHẬN VÀ PHÂN TÍCH TƯ LIỆU VIỄN THÁM.22 2.1.2.ĐẶC TÍNH PHẢN XẠ PHỔ CỦA NƯỚC, THỰC VÂT, THỔ

NHƯỠNG 23

2.1.3 MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHẢN XẠ PHỔ CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG TỰ NHIÊN 31

2.2 PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH THÔNG TIN TRÊN ẢNH VIỄN THÁM 37

2.2.1 GIẢI ĐOÁN ẢNH BẰNG MẮT 37

2.2.2 GIẢI ĐOÁN ẢNH THEO PHƯƠNG PHÁP SỐ 39

CHƯƠNG III: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT VÀI CHỈ SỐ CHIẾT TÁCH ĐẤT XÂY DỰNG VÀ KHU VỰC DÂN CƯ TỪ TƯ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM 42

3.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 42

3.1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 42

3.1.2 ĐỊA HÌNH, CẢNH QUAN 43

3.2 MÔ TẢ DỮ LIỆU SỬ DỤNG 44

3.3 CHIẾT TÁCH ĐẤT XÂY DỰNG VÀ KHU VỰC DÂN CƯ 46

3.3.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 46

3.3.2 CẮT ẢNH THEO RANH GIỚI 46

3.3.3 CHUYỂN ĐỔI GIÁ TRỊ SỐ SANG GIÁ TRỊ PHỔ 47

3.3.4 TÍNH CHỈ SỐ THỰC VẬT VÀ CHỈ SỐ ĐẤT XÂY DỰNG 48

3.3.5 PHÂN LOẠI ẢNH 51

3.4 KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT VÀI CHỈ SỐ CHIẾT TÁCH ĐẤT XÂY DỰNG VÀ KHU VỰC DÂN CƯ 57

Hình 2.2 Đặc tính hấp thụ của lá cây và của nước 25

Hình 2.3 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 26

Hình 2.4 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng 27

Hình 2.5 Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm 28

Hình 2.6 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước 29

Hình 2.7 Khả năng phản xạ phổ của một số loại nước 30

Hình 2.8 Cửa sổ khí quyển 35

Hình 3.1 Ảnh vệ tinh LANDSAT8 khu vực huyện Đông Anh hiển thị ở tổ hợp màu Red_Green_Blue 5:4:3 44

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình nghiên cứu 46

Hình 3.3 a Ảnh khu chụp khu vực nghiên cứu được tổ hợp màu giả 5:4:3 .47 Hình 3.1 b Ảnh cắt khu vực nghiên cứu được tổ hợp màu giả 5:4:3 47

Hình 3.4 a Giá trị số của ảnh 48

Hình 3.2.b Giá trị phản xạ của ảnh 48

Hình 3.5 Kết quả tính NDVI 49

Hình 3.6 Kết quả tính SAVI 50

Hình 3.7 Kết quả tính NDBI 51

Hình 3.8 Kết quả phân loại tổ hợp NDVI và các kênh ảnh 55

Hình 3.9 Kết quả phân loại tổ hợp SAVI và các kênh ảnh 55

Hình 3.10 Kết quả phân loại tổ hợp NDBI và các kênh ảnh 56

Hình 3.11 Kết quả xử lý sau phân loạitổ hợp NDBI và các kênh ảnh 56

Bảng 2.1: Mối quan hệ giữa bước sóng và độ thấu quang của nước 31

Bảng 2.2: Cửa sổ khí quyển bức xạ mặt trời 36

Bảng 3.1: Thông tin các kênh của Landsat 45

Bảng 3.2: Mẫu sử dụng trong phân loại 53

Bảng 3.3: Ma trận đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại với chỉ

số NDVI 58

Bảng 3.4: Ma trận đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại với chỉ

số SAVI 58

Bảng 3.5:Ma trận đánh giá độ chính xác của kết quả phân loại với chỉ

số NDBI 59

SAVI Soil Adjusted Vegetation Index (chỉ số thực vật có hiệu chỉnh L)NDBI Normalized Difference Built-up Index (chỉ số đất xây dựng)RGB Red: Green:Blue ( đỏ: xanh: lam)

HIS Hue: Saturation: Intensity.( màu sắc: cường độ: độ sáng)

NASA National Aeronautics & Space Administation ( Cơ quan hàng

không và vũ trụ Mỹ)

Trắc địa Ảnh - Bản đồ, Ban chủ nhiệm Khoa Trắc Địa, Ban giám hiệu TrườngĐại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi vàgiúp đỡ nhiều mặt trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để em hoànthành đồ án này.

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới cô TS Trịnh Thị Hoài Thu đã

tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Do thời gian nghiên cứu không nhiều, trình độ kiến thức cũng như kinhnghiệm của bản thân còn hạn chế nên đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót Em rấtmong nhận được góp ý của các thầy cô giúp cho đồ án của em được hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 6 tháng 6 năm 2016

Đỗ Tuấn Anh

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, lànguồn sống, môi trường, môi sinh quan trọng nhất cho đời sống con người,cho sinh hoạt xã hội và cho các hoạt động sản xuất kinh doanh Đất đai là tàinguyên vô cùng quan trọng trong chiến lược phát triển của mỗi quốc gia, nó

có những đặc trưng cơ bản khiến nó không giống với bất kỳ một loại tư liệusản xuất nào Đất đai có hạn về số lượng và không có khả năng tái sinh; nó có

vị trí cố định trong không gian, không thể di chuyển theo ý muốn chủ quancủa con người… Chính vì những đặc trưng trên ta thấy được tầm quan trọngcủa đất đai đối với đời sống con người

Trên thế giới nói chung và nước Việt Nam ta nói riêng đang đối mặtvới sức ép của gia tăng dân số đi cùng với việc sử dụng đất đai thiếu bền vững

đã gây sức ép lớn lên quá trình sử dụng đất và vấn đề sử dụng đất đai trởthành vấn đề sống còn của mỗi quốc gia, mỗi dân tộc Vì vậy theo dõi lớp phủ

là căn cứ khoa học để đưa ra những chính sách sử dụng đất đai phù hợp saocho tiết kiệm và có hiệu quả và đánh giá các chỉ số trên tư liệu viễn thám là

vô cùng cần thiết

Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đãđạt đến trình độ cao, tuy mới phát triển nhưng đã nhanh chóng được áp dụngtrong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng rãi trên khắp thế giới Công nghệviễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác điều tra, nghiên cứu,khai thác, sử dụng và quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường

ở cấp độ từng nước, từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu Khả năng ứngdụng công nghệ viễn thám ngày càng được nâng cao và trở thành kỹ thuật phổbiến, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

Việc sử dụng tư liệu viễn thám để theo dõi lớp phủ ở Việt Nam đượcbắt đầu từ lâu với những ưu thế của nó mà những nguồn tư liệu và phươngpháp nghiên cứu thông dụng không thể có được như: tính chất cập nhật thôngtin, tính chất phong phú của thông tin đa phổ, tính đa dạng của tư liệu… Mộttrong những vai trò quan trọng của công nghệ viễn thám là góp phần tích cựctrong việc nghiên cứu, xác định lớp phủ và những thay đổi của các yếu tố sửdụng đất do nhiều nguyên nhân như chuyển đổi canh tác, mở rộng vùng dân

cư, làm nương rẫy… Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vũ trụ thì ảnhviễn thám đã xuất hiện và ngày càng tỏ rõ tính ưu việt trong công tác điều tra,quản lý tài nguyên

Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng trong thực tế, em đã thực hiện đồ án tốtnghiệp với đề tài “Khảo sát và đánh giá một vài chỉ số chiết tách đất xây dựng

và khu vực dân cư từ tư liệu ảnh viễn thám”

2 Nội dung nghiên cứu.

- Nghiên cứu tổng quan về viễn thám

- Nghiên cứu các chỉ số thực vật và chỉ số đất xây dựng trên ảnh landsat

- Nghiên cứu đánh giá độ chính xác của các chỉ số thu thập được từ ảnhlandsat

3 Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu: thu thập, tổng hợp các thôngtin và tài liệu có liên quan Xử lý các tài liệu để định hướng giải quyết các vấn

đề đặt ra

- Phương pháp điều tra, thu thập: Điều tra, thu thập các tài liệu

- Phương pháp tin học: Ứng dụng các phần mềm tin học để thực hiện đềtài

4 Cấu trúc đồ án.

- Phần mở đầu

- CHƯƠNG I: Tổng quan về kỹ thuật viễn thám

- CHƯƠNG II: Đặc điểm của tư liệu viễn thám

- CHƯƠNG III: Khảo sát và đánh giá một vài chỉ số chiết tách đất xâydựng và khu dân cư từ tư liệu ảnh viễn thám

- Phần kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 1.1 Khái niệm về viễn thám

1.1.1 Định nghĩa

Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học vànghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc mộthiện tượng thông qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phươngtiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khuvực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu

Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hayhiểu đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiệntượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó

Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọiđịnh nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh "viễn thám là khoa học thu nhận từ

xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất" Dưới đây là địnhnghĩa về viễn thám theo quan niệm của các tác giả khác nhau

- Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật khôngcần phải chạm vào vật đó (Ficher và nnk, 1976)

- Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xavật trên một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976)

- Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo

từ một khoảng cách cách xa vật không cần tiếp xúc với nó Năng lượng được

đo trong các hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quantâm (D A Land Grete, 1978)

- Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nướccủa trái đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng

bức xạ phổ điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt tráiđất (Janes B Capbell, 1996).

- Viễn thám là "khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một vậtthể, một vùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởiphương tiện không tiếp xúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát ".( Lillesand và Kiefer, 1986)

- Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng năng lượng điện từnhư ánh sáng, nhiệt, sóng cực ngắn như một phương tiện để điều tra và đo đạcnhững đặc tính của đối tượng (Theo Floy Sabin 1987)

1.1.2 Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấpthông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thôngtin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng

đã xác định Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnhviễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau

do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể

Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thểđược gọi là bộ cảm biến.Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máyquét.Phương tiện mang các bộ cảm biến được gọi là vật mang (máy bay,khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh…) Hình 1.1 thể hiện sơ đồ nguyên lýthu nhận ảnh viễn thám

Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặttrời, năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được bộcảm biến đặt trên vật mang thu nhận

Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thámthu nhận và xử lí tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trênkinh nghiệm của chuyên gia Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan

đến các vật thể và hiện thượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vàotrong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng,môi trường…

Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám[1]

Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5phần cơ bản như 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 đất

- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh

- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lí

Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển

sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từngbước sóng cụ thể Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năngtruyền sóng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tưọng và cơ chế tương tácgiữa sóng điện từ với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảmbiến thu nhận được Khí quyển có đặc điểm quan trọng đó là tương tác khácnhau đối với bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau Đối với viễn thám

quang học, nguồn năng lượng cung cấp chủ yếu là do mặt trời và sự có mặtcũng như thay đổi các các phân tử nước và khí (theo không gian và thời gian)

có trong lớp khí quyển là nguyên nhân gây chủ yếu gây nên sự biến đổi nănglượng phản xạ từ mặt đất đến bộ cảm biến Khoảng 75% năng lượng mặt trờikhi chạm đến lớp ngoài của khí quyển được truyền xuống mặt đất và trongquá trình lan truyền sóng điện từ luôn bị khí quyển hấp thụ, tán xạ và khúc xạtrước khi đến bộ cảm biến Các loại khí như oxy, nitơ, cacbonic, ôzôn,hơinước… và các phân tử lơ lửng trong khí quyển là tác nhân chính ảnhhưởng đến sự suy giảm năng lượng sóng điện từ trong quá trình lan truyền

Để hiểu rõ cơ chế tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển và việcchọn phổ điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, bảng 1.1 thểhiện đặc điểm của dải phổ điện từ thường được sử dụng trong kỹ thuật viễnthám

Bảng 1.1: Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng

trong kỹ thuật viễn thám[1]

Dải phổ điện từ Bước sóng Đặc điểm

Tia cực tím 0,3 ÷ 0,4μmm

Hấp thụ mạnh bởi lớp khí quyển ở tầngcao (tầng ôzôn), không thể thu nhận nănglượng do dải sóng này cung cấp nhưnghiện tượng này lại bảo vệ con người tránhtác động của tia cực tím

Tia nhìn thấy 0,4 ÷ 0,76μmm

Rất ít bị hấp thụ bởi oxy, hơi nước vànăng lượng phản xạ cực đại ứng với bướcsóng 0,5μmm trong khí quyển Năng lượng

do dải sóng này cung cấp giữ vai tròtrong viễn thám

ngoại

0,77÷1,34μmm1,55 ÷ 2,4μmm

Năng lượng phản xạ mạnh ứng với cácbước sóng cận hồng ngoại từ 0,77 ÷

Hồng ngoại

trung

0,9μmm Sử dụng trong chụp ảnh hồngngoại theo dõi sự biến đổi thực vật từ 1,55

÷ 2,4μmm

Hồng ngoại

Một số vùng bị hơi nước hấp thụmạnh,dải sóng này giữ vai trò trong pháthiện cháy rừng và hoạt động núi lửa Bức

xạ nhiệt của trái đất của năng lượng caonhất tại bước sóng 10μmm

Vô tuyến

Khí quyển không hấp thụ mạnh nănglượng các bước sóng lớn hơn 2cm, chophép thu nhận năng lượng cả ngày lẫnđêm, không bị ảnh hưởng của mây, sương

λ=C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1]C/v (C=C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1]299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1]Tính chất hạt được mô tả theo tính chất của photon hay quang lượng tử

và năng lượng E được thể hiện như sau:

E=C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1]h.v (h là hằng số Plank) [1.2]

Quá trình lan truyền của sóng điện từ qua môi trường vật chất sẽ tạo raphản xạ, hấp thụ, tán xạ và bức xạ sóng điện từ dưới các hình thức khác nhautuỳ thuộc vào bước sóng

Hình 1.2 Bức xạ sóng điện từ[1]

Phổ trong toàn bộ dải sóng điện từ được mang tên khác nhau bắt đầu từtia gama, tia X, tia cực tím, sóng nhìn thấy, tia hồng ngoại và sóng cực ngắn.Hình 1.3 cho thấy bảng phân loại sóng điện từ và các kênh phổ dùng trongviễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3÷0,4µm), sóng ánh sáng (0,4÷0,7µm),hồng ngoại nhiệt (8,0÷10,0µm) Các sóng hồng ngoại ngắn mới đây được sửdụng rộng rãi trong phân loại thạch học Sóng hồng ngoại nhiệt được sử dụngtrong đo nhiệt, sóng microwave được sử dụng trong kỹ thuật radar

Viễn thám thường sử dụng 4 tính chất cơ bản của bức xạ điện từ đó làtần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phẳng phân cực đểthu nhận thông tin từ các đối tượng Ví dụ, tần số hay bước sóng liên quan tớimàu sắc của vật thể trong vùng ánh sáng nhìn thấy

Trong vùng hồng ngoại (infrared-IR) có bước sóng có từ (0.7÷10,0µm),

kỹ thuật viễn thám thường sử dụng sóng hồng ngoại phản xạ (0,7÷3,0µm)

Hình 1.3 Dải tần số được sử dụng trong viễn thám[1]

Trong vùng hồng ngoại (infrared-IR) có bước sóng có từ (0.7÷10,0µm),

kỹ thuật viễn thám thường sử dụng sóng hồng ngoại phản xạ (0,7÷3,0µm)

Tuỳ thuộc vào bước sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ các vật thểđược thu nhận bởi bộ cảm biến sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu sắc khácnhau Thể hiện màu tư liệu ảnh vệ tinh giữ vai trò rất quan trọng trong việcgiải đoán ảnh bằng mắt, nếu ảnh đa phổ gồm 3 kênh được ghi nhận tương ứngcùng vùng phổ của đỏ, lục và xanh chàm sẽ cho phép tái tạo màu tự nhiên trênmàn hình hiển thị ảnh Ví dụ, lá cây sẽ có màu lục trên ảnh như sự cảm nhậncủa con người ngoài thực tế, vì chất diệp lục hấp thụ ánh sáng có bước sónglục Ngược lại, nếu thông tin ghi nhận trên vùng phổ thông không nhìn thấy(sóng hồng ngoại) sự tổ hợp màu với kênh phổ hồng ngoại sẽ không cho màu

tự nhiên, trường hợp này được gọi là tổ hợp màu hồng ngoại Trên tổ hợp màunày, các đối tượng được thể hiện trên film hồng ngoại

Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với nănglương bức xạ với từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ đãxác định Các đặc trưng này của vật thể thường gọi là đặc trưng phổ

Phản xạ phổ ứng với từng lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do

sự tương tác giữa các bức xạ điện từ và vật thể, điều này cho phép viễn thám

có thể xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua việc đolường phản xạ phổ Hình 1.4 cho thấy phản xạ phổ ứng với 1 số lớp phủ đặctrưng của mặt đất (trục ngang thể hiện bước sóng, trục đứng thể hiện phầntrăm năng lượng điện từ phản xạ), trong đó thực vật có sự phản xạ rất caotrong vùng gần hồng ngoại (ba vị trí thấp nhất của đường cong phản xạ phổứng với 3 bước sóng bị thực vật hấp thụ mạnh nhất) Đất cho sự phản xạ khácao đối với hầu hết các vùng phổ nhưng nước hầu như không phản xạ trongvùng hồng ngoại (hấp thụ hoàn toàn năng lượng sóng hồng ngoại).

Sóng điện từ khi lan truyền tới bề mặt của vật thể, năng lượng sóngđiện từ sẽ tương tác với vật thể đó dưới dạng hấp thụ (A), phản xạ (R) vàtruyền qua vật thể (T), phần trăm năng lượng điện từ phản xạ phụ thuộc vàochất liệu và điều kiện tương tác với vật thể đó

Hình 1.4 Phổ phản xạ của thực vật , đất và nước[1]

Năng lượng phản xạ từ các vật thể thường có 2 dạng:

Phản chiếu khi toàn bộ năng lượng điện từ phản xạ trực tiếp từ bề mặtvật thể theo 1 hướng nào đó

Phản xạ khuếch tán khi bề mặt vật thể gồ ghề làm cho năng lượng sóngđiện từ khuếch tán theo nhiều phương, hiện tượng khuyếch tán năng lượng sẽxảy ra.

Năng lượng sóng điện từ bị vật thể hấp thụ nhiều hay ít tuỳ thuộc vàobước sóng và loại vật thể Nước hấp thụ năng lượng ánh sáng nhìn thấy cóbước sóng dài và hồng ngoại nhiều hơn so với ánh sáng nhìn thấy có bướcsóng ngắn Do dó, nước trong thường có màu xanh hay xanh chàm do phản xạmạnh vùng có bước sóng ngắn hơn, ở vùng ánh sáng đỏ và hồng ngoại nước

có tạp chất trên lớp mặt (phù sa) sẽ phản xạ tốt hơn nhưng cũng dễ gây nhầmlẫn đối với vùng cạn nhưng nước trong Ngoài ra, chất diệp lục trong tảo lạihấp thụ mạnh năng lượng có bước sóng màu chàm so với lục nên vùng tảo sẽxanh hơn Màu sắc và độ sáng của nước còn tuỳ thuộc vào trạng thái bề mặt

do ảnh hưởng của phản chiếu hay tán xạ tại bề mặt nước

Tóm lại, năng lượng của bức xạ điện từ E phụ thuộc vào bước sóng Đểgiải thích vì sao ánh sáng chàm cung cấp nhiều năng lượng hơn ánh sáng đỏ,

ta sử dụng công thức sau:

E =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1]hc/λ [1.3]

trong đó λ chàm =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 0,42 µm; λđỏ =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 0,66 µm

h=C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 6,6×10-34Js ; c =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 3 × 108 m/s

E chàm =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 6,6 × 10-34Js ( 3 × 108m/s)/ 0,425μmm =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 4,66 × 10-31J

E đỏ =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 6,6 × 10-34Js ( 3 × 108m/s)/ 0,66μmm =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 3 × 10-31JKết quả cho thấy năng lượng của ánh sáng chàm là 4,66 ×10-34J lớnhơn năng lượng của ánh sáng đỏ Năng lượng của bức xạ điện từ E khi tươngtác với vật thể sẽ bị hấp thụ (EA), phản xạ ( ER) và thấu quang (ET)

E =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] EA + ER + ET [1.4]

Đặc trưng của bề mặt đất có thể phân biệt bằng cách so sánh nănglượng phản xạ ER của từng vật thể khác nhau ứng với từng bước sóng vàphản xạ phổ được xác định bởi ER/E.

Năng lượng sóng điện từ do nguồn cung cấp là mặt trời , khi truyền đếnmặt đất sẽ bị hấp thụ hoặc tán xạ bởi các phân tử nước và khí có trong lớp khíquyển Tuỳ thuộc vào bước sóng, ảnh hưởng của khí quyển đến phản xạ phổứng với từng loại lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau theo vị trí cũngnhư thời gian trong năm

Do tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua năng lượngbức xạ từ vật thể hay phản xạ của vật thể đối với năng lượng bức xạ do mặttrời cung cấp, nếu năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ haybức xạ được thu nhận bởi bộ cảm đặt trên vật mang (vệ tinh), ta có thể nhậnbiết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường khí quyển xung quanh trái đấtthông qua những đặc trưng riêng về sự phản xạ sóng điện từ

1.2 Phân loại viễn thám

1.2.1.Phân loại theo nguồn tín hiệu

Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn thám được chia làm hai loại (hình1.5):

Hình 1.5 Viễn thám chủ động và viễn thám bị động[2]

- Viễn thám chủ động (active): nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ cácthiết bị nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay.

- Viễn thám bị động (passive): nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từcác vật chất tự nhiên

Hiện nay, việc ứng dụng phối hợp giữa viễn thám và các công nghệ vũtrụ đã trở nên phổ biễn trên phạm vi toàn cầu Các nước có nền công nghệ vũtrụ phát triển đã phóng nhiều vệ tinh lên quỹ đạo, trên đó có mang nhiều thiết

bị viễn thám khác nhau Các trạm thu mặt đất phân bố đều trên toàn cầu cókhả năng thu nhận nhiều loại tư liệu viễn thám do vệ tinh truyền xuống

1.2.2.Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo

Có hai nhóm chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinhquỹ đạo cực (hay gần cực) (hình 1.6)

Hình 1.6 Vệ tinh địa tĩnh (trái) và Vệ tinh quỹ đạo gần cực (phải)[2]

Căn cứ vào đặc điểm quỹ đạo vệ tinh, có thể chia ra hai nhóm vệ tinhlà:

+ Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quaycủa trái đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên

+ Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạovuông góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất Tốc

độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng

sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địaphương và thời gian thu lặp lại là cố định đối với 1 vệ tinh (ví dụ LANDSAT

là 18 ngày, SPOT là 26 ngày…)

Trên hai nhóm vệ tinh nói trên đều có thể áp dụng nhiều phương phápthu nhận thông tin khác nhau tùy theo sự thiết kế của nơi chế tạo Có cácnguyên tắc thu nhận hình ảnh như chủ động, bị đông, chụp khung, quét dọc,quét ngang, quét bên sườn,…

1.2.3 Phân loại theo dải sóng thu nhận

Theo bước sóng sử dụng, viễn thám có thể được phân ra thành 3 loại cơbản:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần

Mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu đối với nhóm viễn thám trongdải sóng nhìn thấy và hồng ngoaị Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng

ưu thế ở 0,5μmm Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụthuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt Trái đất Các thôngtin về vật thể được xác định từ các phổ phản xạ

Mỗi vật thể ở nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức xạ có đỉnhtại bước sóng 10μmm Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám hồngngoại nhiệt do chính vật thể sản sinh ra

Viễn thám siêu cao tần sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từmột đến vài chục centimet Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêucao tần chủ động được chủ động phát ra từ máy phát Kỹ thuật ra đa thuộcviễn thám siêu cao tần chủ động Ra đa chủ động phát ra nguồn năng lượngtới các vật thể, sau đó thu lại được những bức xạ, tán xạ hoặc phản xạ từ vậtthể

Nguồn năng lượng sử dụng đối với viễn thám siêu cao tần bị động dochính vật thể phát ra Bức xạ kế siêu cao tần là bộ cảm thu nhận và phân tíchbức xạ siêu cao tần của vật thể.

1.3 Ứng dụng của một số loại ảnh viễn thám phổ biến

Khi con người phóng các vệ tinh và các con tàu vũ trụ vào không gian,các nhà khảo sát và bản đồ học đã mong tới một ngày nào đó có thể sử dụngcác tấm ảnh chụp từ vũ trụ vào mục đích đo vẽ bản đồ và hy vọng của họngày càng trở thành hiện thực Các con tàu vũ trụ đầu tiên như Mercury,Gemini và Apollo đã cho chúng ta toàn cảnh bề mặt trái đất Các kết quả thựcnghiệm ban đầu từ các tư liệu ảnh thu nhận trên các con tàu trên đã chỉ rarằng: có thể sử dụng các tư liệu ảnh thu nhận bề mặt trái đất từ các con tàu vũtrụ này để thành lập bản đồ tỷ lệ 1:250.000 và nhỏ hơn Tuy nhiên độ phângiải của chúng không thoả mãn một số yêu cầu của nội dung bản đồ cần thiếtnhư thể hiện chính xác các con đường, các tuyến đường sắt, các khu đô thị và

vẽ các cấu trúc nhân tạo ở trong đó Sau đó, vệ tinh Landsat được phóng lênquỹ đạo nhưng không nhằm mục đích cho đo vẽ bản đồ địa hình mà nhằm đểphân loại đất, điều tra địa chất và dự tính các sản phẩm thu hoạch trong nôngnghiệp Từ năm 1980, các hệ thống Sensors được nghiên cứu và cải tiến vớitốc độ nhanh, với tốc độ phân giải tăng từ 80m/pixel của ảnh Landsat tới 6mcho các loại Sensors thế hệ mới Điều này đã có tác động lớn đến khả năng sửdụng các tấm ảnh chụp từ vũ trụ cho công tác thành lập bản đồ

1.3.1.Tư liệu ảnh Landsat MSS

Sau hàng chục năm thử nghiệm, điều tra và thực tế vẽ bản đồ bằng ảnh

vệ tinh từ khi vệ tinh tài nguyên trái đất của Mỹ được phóng lên (sau đổi tên

là vệ tinh Landsat), ảnh Landsat MSS được sử dụng để tạo ra các sản phẩmbản đồ ảnh, một số loại bản đồ chuyên đề, cập nhật và hiện chỉnh các loại bản

đồ cảnh quan, bản đồ bay, bản đồ địa hình và đồng thời biên vẽ lược đồ nông

sâu của biển, bởi vì vệ tinh Landsat có thể cung cấp lượng thông tin vô cùngphong phú bao phủ diện tích lớn trong thời gian ngắn Tư liệu ảnh MSS trởthành nguồn dữ liệu mới cho các mục đích thành lập bản đồ, rất nhiều thể loạibản đồ có thể được lập từ các thông tin được khai thác trên ảnh MSS.

Kích thước, độ phủ ảnh Landsat biến đổi theo vĩ độ, và lấy chủ yếu ởvùng vĩ độ thấp Vì vậy, về tổng thể chúng ta có thể đo vẽ lập thể cặp ảnhLandsat Độ chính xác độ cao đạt được qua thực tế khoảng 100m Về mặtbằng, sau khi đã nắn chỉnh hình học theo các điểm khống chế trên bản đồ, sai

số mặt bằng nằm trong khoảng 200- 450m Do đó nó có thể thoả mãn độchính xác thành lập bản đồ 1:1000.000

Còn nếu xử lý hình học tốt hơn, sai số mặt bằng có thể giảm xuốngkhoảng 100- 150m

1.3.2 Tư liệu ảnh Landsat TM, SPOT và MAPSAT

Ảnh Landsat TM có độ phân giải cao Các thực nghiệm chỉ ra rằng độchính xác mặt bằng hình ảnh của chúng sau khi xử lý có thể đáp ứng công tácthành lập hoặc hiệu chỉnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 đến 1:50.000

Mô hình số độ cao được tạo lập từ cặp ảnh sau khi đã xử lý tự độngtheo công nghệ số có thể đạt sai số độ cao khoảng 40m

Vệ tinh SPOT với hệ thống quét CCD, độ cao bay 822 km và bao phủmặt đất 60*60km trên từng ảnh Các kết quả thực nghiệm của giáo sưKonecnyet.al đã chỉ ra rằng nếu sử dụng ảnh toàn sắc với tỷ số giữa cạnh đáy

B và độ cao bay H là B/H =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 1, độ chính xác mặt bằng thu được khoảng ±12,3m, và độ chính xác độ cao là ± 6,5m Nếu sử dụng ảnh đa phổ với tỷ sốB/H =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 0,3 khi đó độ chính xác mặt bằng ± 9,6m và độ chính xác độ cao là ±50,2m

Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng, việc lựa chọn loại ảnh và tỷ số B/H

có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác Ở nhiều nước khác, người ta đã tiến hành

nhiều thực nghiệm về công tác tăng dày và đo vẽ bản đồ trên ảnh SPOT, đãcông bố nhiều kết quả khác nhau về độ chính xác, về các kết luận cũng nhưkinh nghiệm sử dụng ảnh SPOT Nhìn chung đều có kết luận rằng ảnh SPOT

có thể sử dụng vẽ các loại bản đồ tỷ lệ đến 1:25.000 với khoảng cao đều 25m, nhưng để nội suy các chi tiết địa vật thì dường như chưa đáp ứng được.Trong hội nghị "Các ứng dụng số liệu SPOT cho địa hình" ở Quebel (Canada)năm 1988 đã tổng kết rằng khi B/H =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 1, độ chính xác mặt bằng đạt từ 6-7m,

20-và độ chính xác độ cao đạt khoảng 4m

Ảnh đa phổ MAPSAT của Mỹ có thể dùng để vẽ bản đồ tỷ lệ 1:50.000với khoảng cao đều 20m Độ phân giải mặt đất là 10m đối với ảnh toàn sắc và30m đối với ảnh đa phổ Theo các kết quả điều tra, ảnh MAPSAT có thể đápứng yêu cầu đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:50.000 khi không cần sử dụng các điểmkhống chế dưới mặt đất, nhưng về độ cao chỉ có thể đáp ứng với khoảng caođều 50m trở lên

1.3.3 Tư liệu ảnh thu từ máy chụp ảnh vũ trụ quang học

Khi sử dụng các ảnh vũ trụ được chụp từ các máy chụp ảnh quang họcthì có thể đo vẽ bản đồ tỷ lệ trung bình và nhỏ

Năm 1973 các nhà đo ảnh Mỹ đã tiến hành nhiều thử nghiệm với tưliệu ảnh SKYLAB có tỷ số B/H của SKYLAB rất hạn chế (từ 1/7-1/9), nhưng

số liệu về độ cao rất tốt Với sai số khoảng 0,3% đến 0,4% độ cao bay chụptức là trong khoảng 150 ÷ 180m Các kết quả này được sử dụng vẽ bản đồ vớikhoảng cao đều 250m

Hệ thống chụp ảnh địa hình MKF-6 và các thế hệ nâng cao của nó đượclắp đặt trên tàu vũ trụ SOYUZ 22-30 của Nga có 6 kênh chụp với hệ thốnghiện chỉnh dịch chuyển ảnh do hãng Jena Zeiss (Đức) và Viện Nghiên cứuHàng không Vũ trụ Liên Xô (nay là Nga) hợp tác chế tạo Các kết quả thựcnghiệm sử dụng các phim đặc biệt được chế tạo ở Nga đã chỉ ra rằng độ phân

giải của ảnh đạt tới 160 cặp dòng/mm Âm bản gốc có thể phóng đại tới 50lần Các đối tượng hình tuyến với độ rộng 6m và các đối tượng dạng vùng cóđường kính 10m có thể nhận biết được rõ ràng Cấp độ xám ảnh có thể phânbiệt thành 200 mức nhờ phương pháp đo độ xám hiển vi Ảnh đa phổ thuđược trên 6 kênh đều có thể sử dụng trong đo ảnh.

Hơn nữa, máy chụp ảnh vũ trụ KATE 140 (độ phân giải 50m/cặp dòng;mỗi ảnh phủ diện tích 216*216km) cũng được sử dụng phổ biến ở Nga Kíchthước ảnh của loại máy trên là 18*18cm Ngoài hai loại máy chụp ảnh vũ trụnêu trên, còn có máy chụp ảnh AFK - 1000 (tiêu cự f =C/v (C=299,793km/s trong môi trường chân không) [1.1] 1.000mm; cỡ ảnh 3030cm; độ phân giải mặt đất 5m / cặp dòng) Loại ảnh này sử dụng chính chomục đích giải đoán Ngoài ra, nó còn có thể sử dụng thành lập bản đồ địa hìnhtới 1:25.000 nhưng về độ chính xác độ cao chỉ đáp ứng khoảng cao đều 100m.Hình ảnh của nó tốt hơn ảnh SPOT, đặc biệt nó cho ta khả năng phân biệtđược vùng đô thị và các chi tiết ở trong đó

Năm 1983 cơ quan vũ trụ Châu Âu đã thử nghiệm đưa ra

SPACELAB-1 vào sử dụng trên tàu con thoi của Mỹ Máy chụp ảnh MC được cải tiến từZEISS RMK 30/23 với tỷ lệ chụp ảnh là 1:820.000, một ảnh phủ một bề mặt190*190km Mục đích của thử nghiệm là sử dụng các tấm ảnh này phục vụcho công tác thành lập bản đồ địa hình và bản đồ ảnh trực giao tỷ lệ 1:50.000.Tuy nhiên những kết quả ban đầu chỉ thoả mãn thành lập bản đồ tỷ lệ1:100.000 Sau nhiều cải tiến về kỹ thuật, mục đích thành lập bản đồ tỷ lệ1:50.000 đã được thực hiện Việc phóng SPACELAB-1 đã mang lại hiệu quảrất lớn về sử dụng ảnh chụp từ vũ trụ cho mục đích thành lập bản đồ Chỉ mộttuyến bay, số lượng ảnh thu được đã sử dụng để thành lập 3.500 tờ bản đồ tỷ

lệ 1:100.000 và 14.000 tờ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000

Máy chụp ảnh khổ rộng LFC của cơ quan Hàng không Vũ trụ MỹNASA cũng được lắp đặt trên tàu con thoi Cỡ ảnh là 23*46cm, có khả năng

thu được nhiều loại ảnh với độ phủ theo độ kinh Vì thế nó cho phép ta có thể

đo vẽ theo nguyên lý lập thể với các tỷ số B/H nằm trong khoảng 0,3-1,2 Mỗiảnh phủ diện tích mặt đất 223*446km Máy chụp ảnh này có thiết bị dịchchuyển khay phim để chống nhoè, do đó nó cho phép sử dụng phim có độphân giải cao, độ nhạy thấp để chụp Hơn nữa nó có hệ thống chụp ảnh sao đểcung cấp số liệu có độ chính xác khoảng 5'' trong khi thu nhận góc địnhhướng

1.3.4 Tư liệu ảnh Radar

Ảnh radar có khả năng thể hiện các thông tin về địa hình, địa chất, thựcvật và lớp đất mỏng Ở những vùng khô, chúng ta có thể xuyên qua bề mặttrái đất ở một độ sâu nào đó Điều này rất quan trọng cho việc nghiên cứunước ngầm và mỏ

Trong viễn thám, người ta sử dụng ảnh radar để vẽ bản đồ từ rất sớm.Năm 1968, ảnh radar đã được sử dụng vẽ bản đồ tỷ lệ 1:1.000.000 ở Panama

đã gây một chú ý lớn trong lĩnh vực Trắc địa - Bản đồ Vì vùng này bị mâyche phủ quanh năm nên tất cả các dạng chụp ảnh khác ở vùng này đều bó tay.Tiếp sau đó, ảnh radar được sử dụng vẽ bản đồ vùng Nam Mỹ và đã thu đượcnhững thành tựu rất lớn Mặc dù vậy, so với một số ảnh viễn thám thì việc nộisuy trên ảnh Radar còn kém hơn và còn có sự khác biệt lớn giữa độ chính xác

lý thuyết và độ chính xác thực tế nhận được Vì vậy trong thời gian này ảnhRadar chưa được coi là một nguồn tư liệu chính để thành lập các loại bản đồ

có yêu cầu độ chính xác cao Tuy nhiên các sản phẩm bản đồ được thành lập

từ ảnh Radar với tỷ lệ 1:250.000 được sử dụng phổ biến trong thực tế và vìvậy tư liệu ảnh Radar cũng được xem là những tư liệu bổ xung cho việc thànhlập bản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình

Năm 1978 Công ty Hàng không Vũ trụ Mỹ NASA phóng vệ tinh Seasattrong đó có hệ thống Sensor bước sóng ngắn Đây được coi như là một thành

công về việc sử dụng hệ thống Radar chủ động để chụp ảnh mặt đất Vệ tinhSeasat được phóng vào tháng 6 và nó đã đi ra khỏi quỹ đạo vào tháng 10 cùngnăm Trong thời gian ba tháng trên quỹ đạo, người ta đã nhận được một sốlượng lớn ảnh Radar từ vệ tinh Seasat Các tấm ảnh này chứa đựng các đặctrưng quang phổ phong phú của các đối tượng trên mặt đất và nó thể hiện đầy

đủ cấu trúc bề mặt của trái đất Hiện nay đang phổ biến sử dụng kết hợp giữa

tư liệu ảnh Seasat và tư liệu ảnh Landsat

Năm 1981 hệ thống chụp ảnh Radar vũ trụ SIR-A được lắp đặt vào tàucon thoi "Columbia" của Mỹ và đã chụp ảnh bề mặt trái đất với diện tích1000km2 ở tỷ lệ 1:500.000, độ phân giải mặt đất là 50m Chúng ta có thể nhìnthấy trên ảnh Radar phần phía Bắc của Trung quốc với các đặc trưng địa chất

và các thông tin về đá ở các ngọn núi Xinjiang, các vết đứt gãy cũng được chỉrõ Đồng thời chúng ta cũng có thể nhìn thấy rõ các thông tin về cấu trúc củacác vùng hoang mạc rộng lớn Các tấm ảnh này được sử dụng cho việc hiệnchỉnh bản đồ Ở Mỹ người ta sử dụng các tấm ảnh này để hiện chỉnh bản đồvùng mưa nhiệt đới vùng Nam Mỹ

Hệ thống chụp ảnh Radar vũ trụ SIR-B trên tàu con thoi được phóngvào năm 1984 được sử dụng để điều tra hiệu quả của các thông số Radar,thăm dò khảo sát tài nguyên trái đất và môi trường Các kết quả thực nghiệm

về khảo sát địa chất ở Mỹ đã chỉ ra rằng độ phân giải của chúng theo hướngphương vị là 25m và theo khoảng cách thì nằm trong khoảng từ 15m-58m.Các kết quả phân tích khi sử dụng các tấm ảnh này để đo đạc đã chỉ ra rằngsai số vị trí của chúng khoảng 12m-30m và độ cao từ 15m- 75m tuỳ thuộc vào

tỷ số B/H và độ phủ của ảnh Vì vậy các tấm ảnh này có thể được sử dụng đểthành lập bản đồ tỷ lệ 1:125.000-1:50.000

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH THÔNG TIN

TRÊN ẢNH VIỄN THÁM 2.1 Thông tin trên ảnh viễn thám

2.1.1 Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám

Năng lượng điện từ của ánh sang sau khi truyền qua các của sổ khíquyển tương tác với các đối tượng trên bề mặt Trái Đất và phản xạ lại để cácthiết bị thu của viễn thám có thể ghi nhận các tín hiệu đó Trên cơ sở các tínhiệu đó có thể tách chiết thông tin về đối tượng Quá trình đó được thể hiệnbằng các công đoạn chính: phát hiện (detect), ghi (record) và phân tích(interprete) các tín hiệu

Phát hiện: việc phát hiện các thông tin là rất quan trọng Phát hiện vềdải sóng, về cường độ và tính chất khác của nguồn năng lượng điện từ

Ghi tín hiệu: các tín hiệu phát hiện được có thể ghi dưới dạng hình ảnhhoặc các tín hiệu điện từ Khi xử lý các tín hiệu dạng hình ảnh, một số kiểuphim ảnh có phủ các lớp nhạy cảm ánh sáng để phát hiện sự khác nhau củanguồn năng lượng điện từ tạo nên hình ảnh (photograph) không gian, khôngđắt và cung cấp nhiều chi tiết trong không gian và có thể hiệu chỉnh hình học

dễ dàng Năng lượng điện từ có thể được ghi dưới dạng tín hiệu, biểu đồ phổhoặc dưới dạng hình ảnh số(image) giống như hình ảnh nền của màn hình tivi,tài liệu số thường có giá đắt hơn tư liệu ảnh, song lại có nhiều ưu điểm về độphân giải phổ, khả năng hiệu chỉnh và khả năng truyền thông tin Các tín hiệuđiện từ có thể ghi nhận ở dạng phim, kênh từ hoặc đĩa từ và có thể hiển thị dễdàng

Phân tích các tín hiệu phổ: có thể thực hiện được bằng hai phươngthức: phân tích bằng mắt và xử lý số bằng máy tính

- Phân tích bằng mắt được thực hiện với các tư liệu dạng hình ảnh Đây

là công việc đã rất phổ biến trong viễn thám, phân tích ảnh bằng mắt có sựkết hợp rất nhuần nhuyễn các kiến thức chuyên môn của người phân tích để từ

đó khai thác được các thông tin tồn tại trong tư liệu ảnh Kết quả giải đoánphụ thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích Tất nhiên, hạn chế củagiải đoán bằng mắt là không nhận biết được hết các đặc tính phổ của đốitượng, nguyên nhân là do khả năng phân biệt sự khác biệt về phổ của mắtngười hạn chế (tối đa là 12-14 mức)

- Xử lý số là phương pháp xử lý phân tích tư liệu phổ dưới dạng hìnhảnh số (image) chứ không phải dạng ảnh tương tự ( analoge hay pictorial) Ưuthế của phương pháp xử lý số là có thể phân tích các tín hiệu phổ một cách rấtchi tiết (256 mức hoặc hơn) Với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềmchuyên dụng, có thể tách chiết rất nhiều thông tin phổ của đối tượng, từ đó cóthể nhận biết các đối tượng một cách tự động Tất nhiên quá trình xử lý số cần

có sự kết hợp nhuần nhuyễn với kiến thức chuyên môn của người phân tích,hoặc người lập các chương trình tính toán

2.1.2.Đặc tính phản xạ phổ của nước, thực vât, thổ nhưỡng

a Đặc tính phản xạ phổ của thực vật

Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ dài bướcsóng Trên đồ thị (hình 2.1) thể hiện đường đặc trưng phản xạ phổ thực vậtxanh và các vùng phản xạ phổ chính

Trong vùng sóng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởngđến đặc 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 sóng ánh sáng nhìnthấy 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 có thể thấy khả năng phản xạ phổ của

lá xanh ở vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng đỏ là thấp Hai vùng suy giảmkhả năng phản xạ phổ này tương ứng với hai dải sóng bị clorophin hấp thụ Ởhai dải sóng này, clorophin hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậynăng lượng phản xạ của lá cây không lớn Vùng sóng bị phản xạ mạnh nhấttương ứng với sóng 0,54μm tức là vùng sóng ánh sáng lục Do đó lá cây tươiđược mắt ta cảm nhận có màu lục Khi lá úa hoặc có bệnh, hàm lượngclorophin trong lá giảm đi lúc đó khả năng phản xạ phổ cũng sẽ bị thay đổi và

Trên hình 2.1 cho thấy ở dải hồng ngoại khả năng phản xạ phổ của lámạnh nhất ở bước sóng 1,6μm và 2,2μm - tương ứng với vùng ít hấp thụ củanước.

Tóm lại: Khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật là khác nhau vàđặc tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năngphản xạ phổ khác biệt rõ rệt

- Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn năng lượng bị hấp thụ bởiclorophin có trong lá cây, một phần nhỏ thấu qua lá còn lại bị phản xạ

Ở vùng hồng ngoại nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổcủa lá là hàm lượng nước, ở vùng này khi độ ẩm trong lá cao, năng lượng hấpthụ là cực đại Ảnh hưởng của các cấu trúc tế bào lá ở vùng hồng ngoại đốivới khả năng phản xạ phổ là không lớn bằng hàm lượng nước trong lá

Hình 2.2 Đặc tính hấp thụ của lá cây và của nước[2]

Khi hàm lượng nước trong lá giảm đi thì khả năng phản xạ phổ của lácây cũng tăng lên đáng kể (hình 2.3)

Hình 2.3 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật[2]

b Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Đường đặc trưng phản xạ phổ của đa số thổ nhưỡng không phức tạpnhư của thực vật Hình 2.4 thể hiện khả năng phản xạ phổ của ba loại đất ởtrạng thái khô

Đặc tính chung nhất của chúng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độdài bước sóng, đặc biệt là ở vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại Ở đây chỉ cónăng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ, mà không có năng lượng thấuquang Tuy nhiên với các loại đất cát có thành phần cấu tạo, các chất hữu cơ

và vô cơ khác nhau, khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau Tùy thuộc vào thànhphần hợp chất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau Các yếu tốchủ yếu ảnh hưởng đến phản xạ phổ của đất là cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩmcủa đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ

Hình 2.4 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng[2]

Cấu trúc của đất phụ thuộc vào tỷ lệ sét, bụi, cát Sét là hạt mịn đườngkính nhỏ hơn 0,002mm, bụi có đường kính 0,002mm - 0,05mm, cát có đườngkính 0,05mm - 2mm Tùy thuộc tỷ lệ thành phần của ba loại đất cơ bản trên

mà tạo nên các loại đất có tên khác nhau

Với đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt cũng nhỏ vì chúng ở sítgần nhau hơn Với hạt lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn, do vậy khả năngvận chuyển không khí và độ ẩm cũng dễ dàng hơn Khi ẩm ướt, trên mỗi hạtcát sẽ bọc một màng mỏng nước, do vậy độ ẩm và lượng nước trong loại đấtnày sẽ cao hơn và do đó độ ẩm cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạphổ của chúng