Đề cương ôn tập môn viễn thám và gis đại học bách khoa hà nội

Tán xạ xảy ra nhiều hay ít phụ thuộc kích thước của các hạt trên, mật độ hạt, bước sóng bức xạ, độ sâu khí quyển mà năng lượng đó đi xuyên qua.. Tán xạ Rayleigh xảy ra khi các hạt khí qu

Đề cương ôn tập môn “Viễn thám và GIS” - 2016

Câu hỏi 1: Định nghĩa tán xạ trong tương tác bức xạ mặt trời và khí quyển Đặc điểm của tán xạ Rayleigh và tán xạ Mie

Trả lời:

Định nghĩa tán xạ : Là hiện tượng đổi hướng của năng lượng điện từ gây ra bởi

các hạt lơ lửng trong khí quyển hay các phân tử gas khí quyển

Tán xạ xảy ra nhiều hay ít phụ thuộc kích thước của các hạt trên, mật độ hạt, bước sóng bức xạ, độ sâu khí quyển mà năng lượng đó đi xuyên qua

Do tán xạ mà một phần chùm tia bức xạ mặt trời hướng trở lại không gian, một phần hướng tới bề mặt trái đất

Tán xạ Rayleigh : Cuối những năm 1890, nhà khoa học Anh Rayleigh cho rằng

trong khí quyển chỉ có các khí gas, tán xạ ánh sáng càng tăng mạnh ứng với các bước sóng càng ngắn

Tán xạ Rayleigh xảy ra khi các hạt khí quyển có đường kính nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của bức xạ Các hạt có thể là các hạt bụi rất nhỏ, một số phân tử khí gas lớn hơn như Ni-tơ, ô-xy

Tán xạ Rayleigh xảy ra chủ yếu trong khí quyển, độ cao lên đến 9-10Km

Tán xạ Rayleigh phụ thuộc bước sóng

Ví dụ: màu xanh da trời (blue) bị tán xạ nhiều gấp 4 lần màu đỏ, ánh sáng cực tím tán xạ gấp 16 lần màu đỏ

Tán xạ Rayleigh chính là lý do bầu trời ban ngày có màu xanh và chuyển sang màu đỏ sáng và cam lúc hoàng hôn

Buổi trưa, khi mặt trời lên cao, tia mặt trời đi qua khí quyển theo đường ngắn và trực tiếp nhất và khi quan sát từ mặt đất chủ yếu ánh sáng màu xanh đổi hướng do tán xạ Rayleigh

Khi mặt trời xuống thấp, ánh sáng đi khí quyển theo đường dài hơn và chỉ những bước sóng dài mới có thể đi qua đường dài hơn mà không bị suy giảm bởi tán xạ

Do vậy từ mặt đất ta chỉ thấy các thành phần màu đỏ của tia mặt trời

cuu duong than cong com

Tán xạ Mie (Mie scattering): là tán xạ gây bởi các hạt khí quyển lớn hơn như

bụi, phấn hoa, khói và giọt nước

Các hạt này dường như rất nhỏ so với quan sát của con người nhưng thực ra lại lớn

hơn nhiều lần các hạt gây tán xạ Rayleigh Đường kính của các hạt gây tán xạ Mie

tương đương bước sóng của bức xạ bị tán xạ

Tán xạ Mie cũng phụ thuộc bước sóng và ảnh hưởng tới một dải rộng các bước

sóng trong và gần dải ánh sáng nhìn thấy

Khi phân tích tán xạ Mie cần xem xét cả kích thước, hình dạng và cả thành phần

của các hạt

Tán xạ Mie xảy ra chủ yếu ở vùng thấp của khí quyển (độ cao 0 – 5Km) nơi tập

trung các hạt khí quyển lớn hơn cuu duong than cong com

Câu hỏi 2: Trình bày khái niệm độ phân giải không gian trong viễn thám vi ba Giải thích vì sao độ phân giải không gian phụ thuộc độ rộng hiệu dụng của xung dọc theo đường xiên và độ rộng búp sóng theo hướng azimuth

Trả lời:

Độ phân dải không gian: Là hàm của một số tính chất đặc trưng của bức xạ vi ba

và tác động hình học

Ví dụ: Khi sử dụng RAR (Real Aperture Radar), từng xung đơn lẻ được truyền đi

và tín hiệu phản xạ được thu để tạo ảnh

Như vậy, độ phân giải phụ thuộc độ rộng hiệu dụng của xung dọc theo đường xiên

và độ rộng búp sóng theo hướng azimuth Độ phân giải ngang tuyến (across-track) phụ thuộc và độ rộng xung P

Hai mục tiêu sẽ được phân biệt nếu chúng cách nhau cách nhau hơn một nửa độ rộng xung theo hướng bề rộng dải

Độ phân giải đường xiên là hằng số, nhưng khi được chiếu lên mặt đất, độ phân giải mặt đất lại phụ thuộc góc tới Trong trường hợp này, range càng tăng thì độ phân giải mặt đất càng giảm

Độ phân giải dọc tuyến (along-track) được xác định bởi độ rộng búp sóng bức xạ

vi ba và khoảng cách đường xiên

• Độ rộng búp sóng (A) chính là đơn vị đo độ rộng của hình mẫu chiếu rọi (illumination pattern) Khoảng cách chiếu rọi càng xa sensor thì độ phân giải dọc tuyến càng tăng

• Như minh họa trên hình, mục tiêu 1 và 2 có thể được phân biệt trong khi đó mục tiêu 3 và 4 ở cách xa hơn nên không thể phân biệt được

cuu duong than cong com

Độ rộng búp sóng tỷ lệ nghịch với độ dài/kích thước ăngten và cũng liên quan đến góc mở (aperture)

• Ăng-ten càng dài thì tạo ra búp sóng càng hẹp và độ phân giải sẽ tốt hơn

• Có thể đạt được độ phân giải tốt hơn nếu thu hẹp độ rộng xung

• Độ phân giải dọc tuyến sẽ tốt hơn nếu tăng kích thước ăng-ten Tuy nhiên kích thước ăng-ten bị giới hạn (1-2m với ăng-ten airborne, 10-15m cho ăng-ten trên vệ tinh)

cuu duong than cong com

Câu hỏi 3: Nêu và giải thích ảnh hưởng của tán xạ trong viễn thám

Trả lời:

Các thiết bị viễn thám thường loại trừ các bức xạ bước sóng ngắn như xanh (blue)

và cực tím sử dụng bộ lọc hay giảm độ nhạy chất cảm quang của film ở dải bước sóng này

Tán xạ làm cho các bức xạ từ bên ngoài đi vào vùng mở của cảm biến dẫn đến là giảm chi tiết ảnh được ghi lại

Tán xạ làm cho các vật thể tối trở nên sáng hơn và kết quả là vật sáng bị tối đi hay nói cách khác là làm giảm độ tương phản mà cảm biến ghi lại Nếu coi ảnh “tốt” thể hiện bằng dải tương phản thì tán xạ làm giảm chất lượng ảnh

Theo Kaufman (1984), ảnh hưởng của tán xạ ở một băng phổ nào đó là tổng của các thành phần

Trong đó:

I: bức xạ được quan sát tại cảm biến

IS: bức xạ phản xạ từ bề mặt trái đất

IO: bức xạ mặt trời bị tán xạ và tới trực tiếp cảm biến trước khi tới mặt đất ID: bức xạ khuếch tán

IS: thay đổi tùy theo bề mặt và vật liệu, độ dốc địa hình, hướng quan sát, góc chiếu xạ

IO: thường được coi là hằng số trên một vùng rộng

ID: nhỏ so với các yếu tố khác nhưng thay đổi giữa các khu vực khác nhau và khó ước lượng

Ví dụ trong trường hợp đặc biệt như khi trong bóng râm, bề mặt không nhận ánh sáng trực tiếp từ tia mặt trời thì coi IS=0, nhưng bóng râm có độ sáng của chính nó

là ID và mẫu phổ của vùng đó (có được từ sự thay đổi của khu vực có bức xạ khuếch tán)

Viễn thám xem xét IS trên các bước sóng khác nhau để thu thập thông tin về bề mặt trái đất

cuu duong than cong com

Câu hỏi 4: Cửa sổ khí quyển là gì và ý nghĩa của nó trong viễn thám Định nghĩa hấp thụ trong tương tác bức xạ mặt trời và khí quyển Nêu ví dụ về các loại khí gas hấp thụ mạnh nhất bức xạ mặt trời

Trả lời:

Cửa sổ khí quyển: Khí quyển trái đất không trong suốt với bức xạ điện từ bởi có

khí gas và một vài dạng cản trở khác Tuy nhiên ở một số bước sóng nhất định việc truyền dẫn bức xạ điện từ tương đối dễ được gọi là cửa sổ khí quyển

- Vị trí, sự mở rộng của cửa sổ khí quyển được định nghĩa bởi sự hấp thụ phổ của các khí gas khí quyển

- Cửa sổ khí quyển là quan trọng trong viễn thám bởi nó định nghĩa dải bước sóng

có thể sử dụng để tạo ra ảnh viễn thám Các dải bước sóng không nằm trong cửa

sổ thường bị suy hao nhiều trong khí quyển và không hiệu quả nếu dùng trong viễn thám

- ở vùng hồng ngoại xa, 2 cửa sổ quan trọng là dải mở từ 3.5 – 4.1m và từ 10.5 – 12.5m Dải bước sóng thứ hai là đặc biệt quan trọng trong viễn thám bởi nó tương ứng với mức đỉnh phát bức xạ từ bề mặt trái đất

- Ngoài ra các dải trong bảng dưới đây cũng được sử dụng

cuu duong than cong com

Hấp thụ (Absorption)

- Hấp thụ bức xạ xảy ra khi khí quyển ngăn cản sự truyền dẫn bức xạ, làm tổn hao năng lượng của nó khi đi qua khí quyển

- Ba loại khí gas hấp thu nhiều nhất bức xạ mặt trời là:

o Ozone (O3): được tạo bởi tương tác giữa bức xạ cực tím mạnh và phân tử ô-xi, tập trung nhiều ở độ cao 20-30Km, hấp thụ phần năng lượng cao, bước sóng ngắn của phổ cực tím

o Carbo dioxide (CO2): xuất hiện ở vùng thấp của khí quyển, chiếm khoảng 0,03% dung lượng khí quyển khô, phân bố thay đổi theo vùng (núi lửa phun trào hay hoạt động của con người), quan trọng đối với viễn thám vì nó hấp thụ một cách hiệu quả bức xạ vùng hồng ngoại giữa và hồng ngoại xa, dải hấp thụ mạnh là từ 13 – 17.5 m

o Hơi nước (H2O): thường xuất hiện ở vùng thấp của khí quyển (dưới 100Km), dung lượng thay đổi từ 0 đến 3%, độ tập trung của hơi nước thay đổi theo thời gian lẫn không gian, dải hấp thụ mạnh là 5.5 – 7.0 m và > 27

m

cuu duong than cong com

Câu hỏi 5: Trình bày về méo dạng ảnh radar trong viễn thám vi ba Nguyên nhân

và ảnh hưởng của các hiệu ứng méo dạng ảnh

Trả lời:

Với mọi hệ thống viễn thám, hình học quan sát của radar tất yếu dẫn đến méo dạng hình học trên ảnh viễn thám thu được Tuy nhiên, sự khác biệt

thể hiện rõ với radar ảnh và radar chỉ đo khoảng cách

Méo tỷ lệ đường xiên theo range (slant-range) xảy ra với

radar thiên về đo khoảng cách đường xiên hơn là đo

khoảng cách bề ngang thực trên mặt đất Như vậy, tỷ lệ

ảnh thay đổi theo range từ gần tới xa

Ví dụ: Mục tiêu A1 và B1 cùng kích thước trên mặt đất

nhưng khác nhau trên đường xiên range (A2 và B2).Như vậy mục tiêu ở range gần bị nén

so với mục tiêu ở range xa

Hiệu ứng foreshortening: xảy ra khi búp sóng radar

chiếu tới vật thể cao, có mặt nghiêng về

phía radar, búp sóng “chạm” tới chân trước khi

“chạm” đỉnh

Ví dụ: đoạn nghiêng AB bị nén lại và được thể hiện

sai lệch bằng đoạn A’B’

Hiệu ứng foreshortening cực đại xảy ra khi mặt

nghiêng hướng trực diện radar (đoạn CD), lúc này độ

dài hiệu dụng của C’D’ bằng 0

Hiệu ứng che phủ (layover): xảy ra khi búp

sóng radar chiếu tới vật thể cao, búp sóng

“chạm” tới đỉnh (B) trước khi “chạm” chân (A)

Như vậy, phần đỉnh sẽ gần hơn về phía radar so

với phần chân và che phủ phần chân

Trên ảnh radar, hiệu ứng layover trông rất giống

với foreshortening

cuu duong than cong com

Hiệu ứng layover thường xảy ra với góc tới nhỏ, ở phía range gần của vệt chiếu rọi, xảy

ra khi tạo ảnh vùng đồi núi dốc

Cả hiệu ứng foreshortening và layover đều dẫn đến bóng radar (shadow) Bóng radar xảy

ra khi búp sóng radar không thể chiếu rọi phần mặt đất về phía range xa do bị che khuất bởi vạt thể đứng chắn

cuu duong than cong com

Câu hỏi 6: Nêu một số yếu tố trong việc kết hợp băng để hiển thị ảnh hiệu quả Trả lời:

Hiển thị hiệu quả ảnh là quan trọng trong viễn thám Kết hợp băng (band combination) là thuật ngữ trong viễn thám liên quan đến việc gán màu để biểu diễn độ sáng của các vùng phổ khác nhau Với ảnh đa phổ, do mắt người chỉ nhạy các màu cơ bản và phân biệt được độ sáng của các màu này và kể cả màu trộn của các màu cơ bản Trong trường hợp băng ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, việc chọn màu về nguyên tắc có thể là bất kỳ nhưng cần chú ý tới mục đích

Bức xạ blue dễ dàng bị tán xạ làm giảm chất lượng ảnh viễn thám.Để có được ảnh

rõ và nét hơn, một số thiết bị có thể được thiết kế chỉ bắt các bức xạ trong vùng green, red và hồng ngoại gần.Các ứng dụng sử dụng ảnh hàng không toàn phổ, ví

dụ như chụp ảnh vùng đô thị, thông tin màu sắc không quan trọng lắm nhưng chi tiết không gian quan trọng hơn nhiều

cuu duong than cong com

Câu hỏi 7: Cho mô hình kết hợp băng như trong hình dưới đây:

Hãy mô tả kiểu kết hợp băng, dự đoán màu sắc của các đặc điểm cơ bản và ứng dụng của mô hình

Trả lời:

- Kiểu kết hợp băng 541: sử dụng băng blue và hồng ngoại giữa cùng với 1 băng

hồng ngoại gần

- Vùng nước trong và sâu có màu rất tối, vùng nước nông và đục có màu xanh nhạt, cây cối tươi có màu đỏ, nâu và cam, đất trống có màu xanh green và nâu, vùng đô thị có màu trắng, xanh lam và xám

- Ứng dụng trong quản lý sử dụng đất

cuu duong than cong com

Câu hỏi 8: Cho mô hình kết hợp băng như trong hình dưới đây:

Hãy mô tả kiểu kết hợp băng, dự đoán màu sắc của các đặc điểm cơ bản và ứng dụng của mô hình

Trả lời:

Kiểu kết hợp băng 742: Sử dụng 1 vùng của các phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng

ngoại gần và hồng ngoại giữa, miêu tả cảnh sử dụng mô hình màu sai nhưng theo cách thể hiện màu tự nhiên

Ví dụ: cây cối tươi có màu xanh green nhạt, đất khô màu hồng, vùng cây khô hay thưa thớt có mầu cam hoặc nâu, mặt nước màu xanh blue

Ứng dụng của kiểu kết hợp này thường là phân tích địa lý sa mạc, đất bề mặt, đất ẩm ướt, nông nghiệp, rừng và kiểm soát cháy rừng

cuu duong than cong com

Câu hỏi 9: Giải thích khái niệm tính chất phổ của vật thể

Trả lời:

Tính chất phổ của vật thể

- Viễn thám bao gồm tìm hiểu bức xạ được phát hay phản xạ từ các đặc điểm của bề mặt trái đất Loại bức xạ phát do bản thân vật thể phát ra (hồng ngoại xa), hay bức

xạ phản xạ với nguồn là mặt trời hay khí quyển (do tán xạ của bức xạ mặt trời) hay bức xạ nhân tạo

- Điều căn bản của viễn thám là con người có thể hiểu thêm về vật thể hay các đặc điểm của bề mặt trái đất bằng cách nghiên cứu bức xạ phát hay phản xạ bởi các đặc điểm đó

- Sử dụng camera hay các thiết bị viễn thám khác, ta có thể quan sát độ sáng của vật thể trong cả một dải bước sóng, do vậy có nhiều điểm để so sánh độ sáng giữa các vật thể phân biệt

- Một bộ các phép đo tạo nên mẫu đáp ứng phổ hay còn goi dấu hiệu phổ của vật thể

- Một cách lý tưởng, biết rõ về mẫu đáp ứng phổ cho phép xác định các đặc điểm cần quan tâm như là các loại mùa màng, rừng hay khoáng sản

- Phát biểu của Parker và Wolff (1965): Tất cả mọi vật đều có riêng phân bố của bức xạ phản xạ, phát và hấp thụ của nó Các đặc tính phổ có thể - nếu đươc khai thác triệt để – được dùng để phân biệt cái này với cái khác hay để có được thông tin về hình dạng, kich thước và các đặc tính hóa lý khác

- Phát biểu trên diễn giải khái niệm về dấu hiệu phổ

- Lưu ý rằng mỗi đặc điểm hiển thị một đáp ứng phổ duy nhất Điều này cho phép xác định rõ thông tin về mùa màng, đất, …, chỉ từ thông tin phổ và cũng có thể từ các ảnh viễn thám

- Thực tế là phổ của các đặc điểm thay đổi theo cả thời gian và khoảng cách

- Trong viễn thám, tìm hiểu đặc tính phổ của một vật thể là rất quan trọng Một số nghiên cứu tập trung xem xét đặc tính phổ của các lớp đặc điểm khác nhau Vậy mặc dù có thể gặp khó khăn trong việc định nghĩa dấu hiệu phổ, ví dụ, của một lớp cây nào đó và từ đó phân biệt được vùng có cây cối và không cây cối, hay trong một vài trường hợp ta có thể phát hiện cây cối có bệnh

-

cuu duong than cong com

cuu duong than cong com

Câu hỏi 10: Thời gian trong ngày ảnh hưởng thế nào đến việc tổ chức kế hoạch bay chụp ảnh hàng không

Trả lời:

- Điều quan trọng trong việc xác định ảnh hưởngcủa thời gian trong việc tổ chức kế hoạch bay để thu thập hình ảnh tốt cần phải xem xét hướng bay tương đối so với mặt trời, góc chiếu so với hướng bay Các yếu tố như độ chói phản xạ từ bề mặt, ảnh hưởng của khói bụi tùy theo thời gian trong ngày cũng ảnh hưởng đến kế hoạch bay Những hình ảnh có sự khác nhau tùy theo thời gian chụp trong ngày do ảnh hưởng của hướng chiếu mặt trời

- Ví dụ: cây rụng lá vào mùa đông và xanh tố vào mùa xuân, mùa hè, hoặc lúa có biểu hiện khác nhau theo thời vụ Vì vậy khi chụp ảnh cần biết rõ thời vụ, thời điểm ghi nhận ảnh và đặc điểm của đối tượng cần chụp

- Vì vậy, thời gian trong ngày ảnh hưởng quan trong đến việc lập kế hoạch bay

cuu duong than cong com