BÀI THẢO LUẬN CÁC LOẠI ẢNH VỆ TINH QUAN SÁT TÀI NGUYÊN

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 cần tiếp xúc trực tiếp với 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. Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái đất hay các hành tinh mà nó còn có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh. Trên Trái Đất, người ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu phát các ảnh viễn thám.

CÁC LOẠI ẢNH VỆ TINH QUAN SÁT TÀI NGUYÊN

Nhóm 4 Giảng viên: Phạm Thị Hà

Tháng 3, năm 2016

BÀI THẢO LUẬN

Nhóm 4:

- Xã Mạnh Linh

- Nguyễn Hoàng Lương

- Nguyễn Thủ Mạnh

- Phan Bùi Quốc Mạnh

- Nguyễn Hữu Nam

GIỚI THIỆU

Khái niệm:

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 cần tiếp xúc trực tiếp với 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.

Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái đất hay các hành tinh mà nó còn có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh Trên Trái Đất, người ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu phát các ảnh viễn thám.

Viễn thám được thực hiện từ nhiều khoảng cách và tầng độ cao khác nhau, như:

- Tầng mặt đất: chụp ảnh bằng các máy ảnh cầm tay và ghi nhận, ảnh được chụp trực tiếp trên mặt đất.

- Tầng hàng không: máy ảnh được gắn vào máy bay, khinh khí cầu… và ảnh được chụp từ trên máy bay… còn được gọi là ảnh hàng không.

- Tầng vũ trụ: bộ cảm biến sensor được gắn lên vệ tinh có quỹ đạo định sẵn để ghi nhận ảnh và chụp ảnh.

Trong 3 tầng độ cao trên thì viễn thám tầng vũ trụ là tầng viễn thám được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất hiện nay.

Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5 phần 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.

Một số ứng dụng của viễn thám trong thực tế hiện nay:

Nghiên cứu khí hậu và khí quyển

Nghiên cứu thực vật rừng

Nghiên cứu thủy văn

Nghiên cứu các hành tinh khác

Một số cách phân loại viễn thám

Phân loại theo nguôn tín hiệu:

- Viễn thám chủ động: nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết

bị nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay.

- Viễn thám bị động: nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên.

Phân loại theo bước sóng:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: mặt trời là nguồn năng lượng chính Ngoài ra, công nghệ LiDAR sử dụng tia lazer là trường hợp ngoại lệ sử dụng năng lượng chủ động.

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng là bức

xạ nhiệt do chính vật thể phát ra.

- Viễn thám siêu cao tần: sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ một đến vài chục centimet Kỹ thuật Radar thuộc viễn thám siêu cao tần chủ động Nguồn năng lượng bị động do chính vật thể phát ra.

Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo:

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

- Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực): là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của trái đất Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu lặp lại là cố định đối với 1 vệ tinh.

Tùy vào loại vệ tinh mà ta có các loại ảnh vệ tinh quan sát tài nguyên sau:

Vệ tinh

-Vệ tinh landsat được thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185km

và có thời điểm bay qua xích đạo là 9h39 phút sáng.

- Dữ liệu cung cấp bộ 2 cảm biến TM và MSS được chia thành các cánh phủ mỗi vùng trên mặt đất 185x170 km được đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến và hàng và đều

là máy quét cơ học.

- Vệ tinh có giá trị của các pixel được mã hoá 8bits.

Chương trình được bắt đầu vào ngày 23 tháng 7 năm 1972 với

vệ tinh Landsat đầu tiên.

- Ngày phóng: 23/7/1972

- Ngừng hoạt dộng:

06/01/1978

Landsat 1

- Ngày phóng: 22/01/1975

- Ngừng hoạt dộng:

25/02/1982

Landsat 2

- Ngày phóng: 05/03/1978

- Ngừng hoạt dộng:

31/03/1983

Landsat 3

- Ngày phóng: 16/07/1982

- Ngừng hoạt dộng:

15/06/2001

Landsat 4

- Ngày phóng: 01/03/1984

- Ngừng hoạt dộng:

05/06/2013

Landsat 5

- Ngày phóng: 15/04/1999

- Hiện nay Landsat 7 vẫn

còn hoạt động

Landsat 7

- Ngày phóng: 11/02/2013

- Hiện nay Landsat 8 vẫn

còn hoạt động với nhiệm vụ

theo dõi rừng và các hệ

sinh thái khác trên mặt đất.

Landsat 8

2 Đặc

điểm Landsat 1 là vệ tinh quan trắc trái đất đầu tiên trên thế giới được

phóng bởi người Mỹ vào năm 1972 Nó mở ra kỷ nguyên mới về nghiên cứu trái đất bằng công nghệ viễn thám tiên tiến

Tiếp theo đó các thế hệ vệ tinh Landsat 2, 3, 4, 5 và 7 lần lượt được phóng lên quĩ đạo Hiện tại Landsat 7 và Landsat 8 vẫn đang hoạt động và được xem là hệ thống thu nhận chính của Landsat Landsat 5 gồm có hệ thống thiết bị quét đa phổ MSS và hệ thống quét dành cho làm bản đồ chuyên đề TM MSS là bộ cảm quang học được thiết kế để thu nhận bức xạ phổ từ ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất theo 4 kênh phổ khác nhau, được tích hợp bởi hệ thống quang học và bộ cảm

TM là phiên bản nâng cấp của thiết bị quan trắc được dùng trong hệ thống quét đa phổ MSS Nó dùng để quan trắc bề mặt trái đất theo 7 kênh phổ có phạm vi từ dải sóng nhìn thấy đến vùng hồng ngoại nhiệt.

Bộ cảm bản đồ chuyên đề TM là bộ quét đa phổ nâng cao Bộ cảm nghiên cứu tài nguyên trái đất được thiết kế để thu nhận ảnh

có độ phân giải cao hơn, tách các phổ có độ nét cao hơn, cải thiện được độ chính xác hình học và độ chính xác bức xạ khí quyển tốt hơn bộ cảm MSS

Bộ cảm này cũng có độ rộng dải quét là 185 km, mỗi pixel mặt đất có kích cỡ là 30 m x30 m, trừ kênh hồng ngoại nhiệt (kênh 7

có độ phân giải 120m x 120m)

Bộ cảm TM có 7 kênh ghi đồng thời sự phản xạ hoặc bức xạ phát ra từ bề mặt trái đất dưới dạng màu lam-lục (kênh 1), lục (kênh 2), đỏ (kênh 3), cận hồng ngoại (kênh 4), hồng ngoại giữa (kênh 5 và 7), hồng ngoại xa (kênh 6) theo dải phổ sóng điện từ

Kênh 2 của bộ cảm TM phát hiện phản xạ lục từ thực vật sinh trưởng tốt.

Kênh 3 được thiết kế để phát hiện sự hấp thụ chất diệp lục của thực vật

Kênh 4 TM dùng để nhận biết phản xạ cận hồng ngoại đối với thực vật màu lục sinh trưởng tốt, ranh giới giữa đất và nước

Kênh 1 TM có thể xuyên qua nước để lập các bản đồ độ sâu dọc theo vùng ven bờ và được dùng phổ biến để phân loại đất và thực phủ cũng như phân loại rừng

Hai kênh hồng ngoại giữa TM (kênh 5 và kênh 7) được dùng để nghiên cứu thực vật và đất ẩm, xét đoán giữa đá và khoáng sản Kênh hồng ngoại xa TM (kênh 6) được thiết kế để trợ giúp thành lập bản đồ nhiệt và nghiên cứu vùng đất ẩm và thực vật.

- Landsat 7:

Vệ tinh LANDSAT-7 được phóng thành công tại căn cứ không quân Vandenburg vào ngày 15/4/1999 Vệ tinh LANDSAT-7 nặng 2.270 kg, bay ở độ cao 705 km đồng bộ với mặt trời, chu kỳ lặp quanh trái đất là 16 ngày.

LANDSAT-7 được trang bị thêm với bộ bản đồ chuyên đề nâng cấp ETM+ được kế thừa từ bộ TM Các kênh quan trắc chủ yếu tương tự như như bộ TM, và kênh mới được thêm vào là kênh đen trắng (kênh 8) có độ phân giải là 15 m Tuy nhiên, ngày 31/5/2003 thiết bị đã gặp sự cố kỹ thuật Kết quả là tất cả các cảnh Landsat 7 được thu nhận kể từ ngày 14/7/2003 đến nay đều ở chế độ "SLC- off" nghĩa là xuất hiện các vết sọc đen cách đều.

ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), đặt trên Landsat 7 Thiết bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về

bề mặt trái đất, có độ phân giải là 30m đối với ảnh đa phổ TM, và

15 m đối với ảnh toàn sắc.

Đặc trưng bộ cảm của LANDSAT TM, ETM+ như sau:

Trong một ảnh vệ tinh có nhiều kênh phổ khác nhau

Ví dụ: ảnh vệ tinh Landsat-5 TM, Landsat-7 TM có 6 kênh phổ còn ảnh vệ tinh Landsat-8 TM có 11 kênh phổ.

Nếu trong tổ hợp màu kênh phổ có dải sóng được gắn đúng với màu thì được gọi là tổ hợp màu thật và trong các trường hợp khác gọi là tổ hợp giả màu. 

Một số dạng tổ hợp màu ảnh Landsat 7 cơ bản:

Kênh phổ của

Landsat TM Các kiểu tổ hợp màu Đặc trưng nhận biết và Ứng dụng

4,3,2 Màu hồng ngoại Đường giao thông, mặt nước, phân biệt được rừng cây lá rụng với vùng cây ăn quả, dễ nhận biết được vùng đất nông nghiệp và phi

nông nghiệp  2,4,3 Màu giả Đường giao thông, phân biệt được rừng cây lá rụng với vùng cây ăn quả là khó khăn hơn so với tổ hợp kênh 4, 3, 25,4,3 Màu giả Giải đoán toàn bộ các đối tượng thực vật

4,5,3 Màu giả Có gam màu cam; giải đoán các yếu tố thực vật, đường giao thông dễ dàng hơn tổ hợp 5, 4, 3 

3,4,7 Màu giả Xác định các vùng cháy; các vùng tái trồng rừng sau khi đã chặt khai thác dễ dàng hơn so với tổ hợp kênh 3, 4, 5 Tổ hợp này rất dễ

nhận biết các vùng thực vật bị xâm hại 3,2,1 Màu tự nhiên Chỉ phân biệt được rõ nét giữa thực vật và vùng đất trống, rất ít thông tin khác về thực vật.

7,5,3 Màu giả Đánh giá được thiệt hại của các vụ cháy, khoanh vi các đám cháy màu đỏ, vùng rừng không cháy có màu xanh, màu vàng nhạt thể

hiện sự cháy đang diễn ra giữa kênh 5 và 7  7,4,3 Màu giả Tông màu tím thê hiện kết quả vùng cháy; màu đỏ tươi là vùng cháy rừng đang xảy ra; khói bao quanh có màu xanh lam; vùng thực vật

không bị ảnh hưởng của cháy xuất hiện ở tông màu xanh lá cây.

- Landsat 8:

Vệ tinh thế hệ thứ 8 - Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM). 

- Vệ tinh sẽ tiếp tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 - 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên trái đất

- Nhiệm vụ của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp.

- Landsat 8 thu nhận xấp xỉ 400 cảnh/ngày, tăng 250 cảnh/ngày

so với Landsat 7 Thời gian hoạt động của vệ tinh theo thiết kế là 5,25 năm nhưng nó được cung cấp đủ năng lượng để có thể kéo dài hoạt động đến 10 năm So với Landsat 7, Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại 16 ngày.

Một số dạng tổ hợp màu ảnh Landsat 8 cơ bản:

7,6,4 Màu giả(Đô thị) Làm nổi bật các khu vực đô thị, khu đông dân cư với tông màu vàng sẫm hoặc có gam màu ánh hồng Các yếu tố thủy văn nhận biết rất

rõ với màu đen hoặc màu xanh nước biển 

5,4,3 Hồng ngoại (Thực vật) Dùng để nhận biết và khoanh chính xác các vùng thực vật Thảm thực vật có tông màu từ đỏ nhạt (gạch non) đến đỏ sẫm (đỏ gạch

cua)

6,5,2 Nông nghiệp

Dùng để nhận biết các vùng đất canh tác nông nghiệp Đất trống, đất trồng màu, đất trồng lúa có tông màu nâu Khu vực đô thị có màu ánh tím Thực vật có màu xanh lá cây Thủy văn có màu đen và màu xanh nước biển.

7,6,5 Thẩm thấu khí quyển Dùng trong trường hợp ảnh chụp bị lớp sương mù, khó nhận biết chi tiết đối tượng Ở tổ hợp màu này, các yếu tố thủy văn có màu đen và

thể hiện rất rõ trên ảnh.

5,6,2 Sức khỏe thực vật Dùng để nhận biết tình trạng sức khỏe của thực vật bằng dải tông màu vàng nhạt đến vàng nâu sẫm

5,6,4 Đất/Nước Tổ hợp này khá gần gũi với tổ hợp (5 6 2) dùng để phân biệt rõ giữa yếu tố đất và nước bằng màu vàng nâu và màu xanh nước

biển.

7,5,3

Màu tự nhiên với sự thâm nhập khí quyển

Dùng để loại tối đa ảnh hưởng nhiễu môi trường khí quyển Phương pháp này gần giống với tổ hợp (6 5 4) Với tổ hợp (7 5 3) màu của yếu tố thực vật có màu xanh lá cây, còn tổ hợp (6 5 4) thực vật sẽ có màu xanh ngả vàng.

7,5,4 Hồng ngoại

sóng ngắn Phương pháp này khá tương đồng với tổ hợp (7 5 3) và không có sự khác biệt nếu chỉ quan sát bằng mắt thường.

6,5,4 Phân tích thực vật

Phương pháp này cho kết quả màu sắc đẹp, rõ nét làm nổi bật được

2 nhóm lớp thuỷ hệ và thực vật; có thể nhận biết chính xác yếu tố mặt nước bằng màu xanh nước biển hoặc đen; phân biệt rõ được ranh giới các vùng rừng già, rừng non mới trồng, vùng đất trồng lúa, trồng màu bằng màu xanh lá cây đậm và nhạt; các vùng đất trống hay khu đô thị có màu hồng và màu tím So với tổ hợp màu hồng ngoại, phương pháp này có hiệu quả hơn trong việc giải đoán các đối tượng thuộc nhóm lớp thuỷ hệ và thực vật bởi vì màu sắc khá tương đồng với cảm nhận của mắt người.

- Landsat 8 có số lượng kênh phổ nhiều hơn các thế hệ vệ tinh trước nên số lượng ảnh tổ hợp màu nhiều hơn đáng kể Điều này cho phép tăng khả năng phân biệt giữa các đối tượng khi sử dụng nhiều tổ hợp màu Bên cạnh đó, dữ liệu các kênh phổ ở 12 bít nên cho phép phân biệt các đối tượng tốt hơn khi sử dụng ảnh chụp 8 bít ở các thế hệ trước.

 - Ảnh Landsat tổ hợp màu có độ phân giải 30m. Kết hợp ảnh toàn sắc kênh 8 có độ phân giải 15m với các ảnh tổ hợp màu tạo

ra ảnh tăng cường vừa có độ phân giải cao của ảnh toàn sắc, vừa

có màu sắc trực quan của ảnh tổ hợp màu.

Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 (LDCM)

3 Ưu điểm:

- Ảnh có độ phân giải cao, chất lượng ảnh tốt.

- Ảnh có độ che phủ một vùng khá rộng, ít bị mây che phủ nên tương đối rõ.

- Sử dụng ảnh để phân tích khá hiệu quả các dữ liệu cho nhiều lĩnh vực khác nhau như quản lý tài nguyên- giám sát môi trường, thành lập bản đồ….

- Có thể lựa chọn ảnh đa thời gian.

- Giá thành rẽ.

4 Nhược điểm:

- Không có khả năng tạo ảnh lập thể.

5 Ứng dụng:

- Thành lập bản đồ vùng ven bờ biển, bản đồ phủ thực, bản đồ nhiệt.

- Xác định đối tượng trồng trọt.

- Phân tích biến động sử dụng đất, biến đổi đường biển.

- Ứng dụng trong quản lý tài nguyên và giám sát môi trường.

- Xác định cháy rừng.

- Phân biệt loại đá và khoáng sản để phục vụ cho ngành khai thác tài nguyên, phân biệt vùng phủ bởi mây và tuyết.

- Cảm nhận độ ẩm của đất và thực vật

Ngoài ra, các dịch vụ ảnh vệ tinh Landsat mới sẽ mang lại nhiều lợi ích cho bất kỳ ai quan tâm tới việc hiển thị và phân tích thế giới xung quanh họ.

- Các tổ chức môi trường: Ngay lập tức truy cập tới các dịch vụ hình ảnh vệ tinh của Landsat, mà dịch vụ này cung cấp thông tin lớp phủ bề mặt trên 30 năm để hỗ trợ trong việc phát hiện biến đổi và giúp xây dựng các quy định và thực thi theo luât định.

- Lâm nghiệp: các báo cáo và giám sát những biến đổi trong môi trường sống cho các loài và những biến đổi trong một phạm

vi rộng lớn rừng tự nhiên và rừng nhân tạo.

- Giáo dục đại học: dịch vụ này được sử dụng như một công cụ

để giảng dạy về khoa học viễn thám và truy cập vào các nội dung thông tin sẵn có trong hình ảnh viễn thám vượt xa hơn cả quang phổ trong vùng nhìn thấy.

- Giáo dục từ mẫu giáo đến phổ thông trung học: Cung cấp một hợp phần hấp dẫn cho các lớp học nghiên cứu xã hộicho phép học sinh thấy được trái đất đã thay đổi như thế nào qua cuộc sống của chính cha mẹ họ, của bản thân họ và mang cho họ tầm nhìn lớn về những tác động của loài người lên tự nhiên.

- Các nguồn tài nguyên thiên nhiên: Nguồn tài nguyên ảnh đa phổ được sử dụng để điều tra sự tồn tại các mỏ khoáng sản hoặc các đối tượng địa chất tiềm năng hỗ trợ công tác khảo sát các nguồn tài nguyên mới.

- Các tổ chức phi chính phủ: Kiểm tra lại những tác động của

sự biến đổi hơn 30 năm trước trên các dự án hiện tại, ví dụ như nạn phá rừng và sa mạc hóa tại các vùng của Châu Phi