Bài giảng viễn thám và gis chương 4 ths phạm thế hùng

Chương NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA VIỄN THÁM 4.1 CÁC QUÁ TRÌNH CỦA KỸ THUẬT VIỄN THÁM - Kỹ thuật viễn thám bao gồm trình: thu nhận liệu (data acquisition) phân tích liệu (data analysis) - Quá trình thứ nhất: dùng sensor để thu nhận lượng điện từ phản xạ từ vật thể - Quá trình thứ hai: phân tích, giải đoán ảnh mắt, máy tính thông tin thu dạng số Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.1 CÁC QUÁ TRÌNH CỦA KỸ THUẬT VIỄN THÁM - Sự thu nhận lượng nhiều dạng khác Các nguồn lượng chủ yếu sử dụng viễn thám: mặt trời, vệ tinh, thân đối tượng Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ Sóng điện từ (hay xạ điện từ) trình truyền lượng điện từ sở dao động điện trường từ trường không gian lòng vật chất - Quá trình truyền sóng điện từ tuân theo định luật Maxwell Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ - Bức xạ điện từ vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt - Tính chất sóng thể qua công thức: c = v. (Với: v – tần số đơn vị Hertz;  – bước sóng; c – tốc độ lan truyền sóng, chân không sóng điện từ lan truyền với vận tốc 299.793 km/s) Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ - Tính chất hạt mô tả qua định luật học lượng tử Sóng điện từ coi lượng tử (photon) Năng lượng xác định qua biểu thức: E = h.v (trong đó: E lượng lượng tử (J); h số Plank (6,62.10-34 Js) v tần số) - Bức xạ điện từ có tính chất bản: tần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ mặt phân cực Trong đó, bước sóng liên quan đến màu sắc, phân cực liên quan đến hình dạng bên hướng lan truyền để phát cấu trúc vật thể Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ - Bức xạ sóng điện từ tương tác với vật chất theo nhiều chế khác nhau, phụ thuộc vào: thành phần vật chất cấu trúc thân đối tượng - Để xác định đầy đủ thông tin đối tượng cần khảo sát toàn dải sóng điện từ - Sự tồn khí làm giảm khả lan truyền sóng điện từ tăng thành phần nhiễu tín hiệu thu được, tồn mây mù, bụi  Người ta cần tìm khoảng sóng mà ảnh hưởng khí nhỏ Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ Dải sóng điện từ Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ Dải sóng điện từ Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ Vùng sáng khả kiến  Tím (Violet) : 0,400 - 0,446 µm  Lam (Blue): 0,446 - 0,500 µm  Lục (Green): 0,500 - 0,578 µm  Vàng (Yellow): 0,578 - 0,592 µm  Cam (Orange): 0,592 - 0,620 µm  Đỏ (Red): 0,620 - 0,700 µm Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ Dải phổ Bước sóng (m) Đặc điểm Tia  3.10-4 Bức xạ tối, thường bị hấp thu tầng khí phía khả dùng viễn thám Tia X 3.10-4 - 3.10-2 Hoàn toàn bị hấp thu khí không sử dụng viễn thám Tia cực tím 0,3 - 0,4 Bị hấp thụ mạnh lớp ozone, thu nhận lượng dải sóng cung cấp 0,4 - 0,7 Rất bị hấp thu, lượng phản xạ cực đại với bước sóng 0,5 m khí Năng lượng dải sóng cung cấp giữ vai trò quan trọng viễn thám Khả kiến Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ Dải phổ Bước sóng Đặc điểm Hồng ngoại gần trung bình 0,77-1,34 mm 1,55-2,4 mm Năng lượng phản xạ mạnh ứng với bước sóng hồng ngoại gần (0,77-0,9 mm ) Ảnh hồng ngoại gần sử dụng việc theo dõi biến đổi thực vật (bước sóng từ 1,55-2,4 mm ) Hồng ngoại nhiệt - 22 mm Một số vùng bị hấp thu mạnh nước, dải sóng giúp phát việc cháy rừng hoạt động núi lửa (3,5-5 mm ) Bức xạ nhiệt Trái đất có lượng cao bước sóng 10 mm Radar 0,1 - 30cm Không bị hấp thu sương mù hay mưa, khí không hấp thu lượng bước sóng lớn 2cm, cho phép thu nhận lượng ngày lẫn đêm Sóng radio >30cm Một phần dải sóng sử dụng viễn thám Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ - Một đặc trưng sóng điện từ phổ điện từ (Electromagnetic spectrum) coi yếu tố quan trọng viễn thám Phổ điện từ xác định bước sóng () với đơn vị µm - Kỹ thuật viễn thám thường sử dụng dải phổ vùng nhìn thấy, vùng hồng ngoại gần, hồng ngoại nhiệt, vùng radar phần sóng radio Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯNG VÀ NGUYÊN TẮC BỨC XẠ - Mọi vật chất có nhiệt độ 0oK tuyệt đối (-273,1oC) phát xạ điện từ Cường độ thành phần phổ phát xạ phụ thuộc vào thành phần nhiệt độ vật thể phát xạ - Vật đen tuyệt đối vật lý tưởng định nghóa vật hấp thụ toàn lượng tới mà không phản xạ Vật đen có đường cong phát xạ phổ liên tục - Đối với vật thể tự nhiên khác, phát xạ kênh phổ rời rạc tùy thuộc vào thành vật thể Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯNG VÀ NGUYÊN TẮC BỨC XẠ - Theo lý thuyết hạt, tất vật có nhiệt độ >0oK phát lượng, nhiệt độ tăng, lượng tăng tính theo định luật StephanBoltzman: W = .T4 với: W – tổng lượng phát xạ từ bề mặt vật thể, đơn vị w/m2  – số Stephan-Boltzman, có giá trị 5,6697.10-8 w/m2/0oK T – nhiệt độ tuyệt đối (oK) - Đối với vật đen tuyệt đối, hấp thu toàn lượng Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 2.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯNG VÀ NGUYÊN TẮC BỨC XẠ - Định luật Plank: Bức xạ vật đen xác định xạ nhiệt vật đen biểu diễn hàm số nhiệt độ T bước sóng: B(): xạ phổ vật đen (W.m-2.sr-1.µm-1) T : nhiệt độ tuyệt đối vật đen (oK)  : bước sóng (µm) K : số Boltzman (1,38.10-23 JK-1) c vận tốc ánh sáng h số Plank Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯNG VÀ NGUYÊN TẮC BỨC XẠ - Định luật Plank: Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯNG VÀ NGUYÊN TẮC BỨC XẠ Mặt trời nguồn lượng điện từ chiếm ưu viễn thám bị động Bản thân Trái đất việc phản xạ nguồn xạ từ Mặt trời phát xạ Hai nguồn xạ chứa thông tin vật liệu mặt đất sử dụng viễn thám Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯNG VÀ NGUYÊN TẮC BỨC XẠ Sóng điện từ phản xạ xạ từ vật thể nguồn cung cấp thông tin chủ yếu đặc tính đối tượng Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯNG VÀ NGUYÊN TẮC BỨC XẠ Sensor thụ động chủ động (Passive vs Active Sensor) Sensor thụ động Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng Sensor chủ động 4.5 BỘ CẢM BIẾN (SENSOR) - Máy tạo ảnh radar (Imaging radar): Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.5 BỘ CẢM BIẾN (SENSOR) - Các loại sensor phổ biến vệ tinh: Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.5 BỘ CẢM BIẾN (SENSOR) - Các loại tế bào quang điện phổ biến: Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.5 BỘ CẢM BIẾN (SENSOR) - Dải quét, trường nhìn trường nhìn không đổi  FOV – trường nhìn  IFOV – trường không đổi nhìn  V – hướng bay vệ tinh  L – bề rộng dải quét  g – Phân giải mặt đất Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.5 BỘ CẢM BIẾN (SENSOR) Quét dọc tuyến chụp Quét vuông góc tuyến chụp Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.5 BỘ CẢM BIẾN (SENSOR) Độ phân giải mặt đất (độ phân giải không gian): diện tích mặt đất tương ứng với pixel) ghi nhận sensor Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.5 BỘ CẢM BIẾN (SENSOR) Các loại ảnh có độ phân giải không gian khác Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY - Vật mang (platform) thiết bị dùng để đặt sensor nhằm thu nhận thông tin từ bề mặt đất - Vệ tinh máy bay vật mang sử dụng phổ biến viễn thám - Ngoài ra, nhiều loại vật mang khác chia thành nhóm:  Vệ tinh địa tónh;  Vệ tinh tài nguyên (giám sát mặt đất);  Các vật mang quỹ đạo thấp;  Các vật mang tầng máy bay;  Các vật mang tầng thấp Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY Các loại vật mang phổ biến: Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY - Khi vật mang chuyển động vũ trụ lớp khí chịu tác động môi trường xung quanh làm cho vị bị thay đổi - Vị vật mang gồm hai thành phần chính: Các góc xoay quanh trục tọa độ; Các dao động ngẫu nhiên xảy trình dịch chuyển Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY Sự thay đổi nhiệt độ ứng với thay đổi độ cao khí Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY Áp suất khí Độ cao (m) Sự thay đổi áp suất khí tương ứng với độ cao khí Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY Các phần tử quỹ đạo vệ tinh: Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY Các loại quỹ đạo vệ tinh bản: Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh Landsat đỉnh núi Pinatubo – Nhật Bản Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh Landsat vùng Rann of Kachchh, Ấn Độ Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh SPOT đỉnh Everest Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh NOOA khu vực Đông Nam Á tháng 4/1998 Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh Terra/MODIS bão cát Afghanistan Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh Terra/MODIS siêu bão quần đảo Philippine Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh IKONOS, khu vực New York, chụp lúc 11 43 phút, ngày 15/9/2001 Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh QuickBird thành phố cảng Yokohama, Nhật Bản Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh JERS1, khu vực châu Phi Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh ERS, đứt gãy Hayward, California Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng 4.7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh tàu thoi không gian SRTM, núi Phú Só Tokyo Biên soạn: Ths.GV Phạm Thế Hùng ... Biên soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng 4. 7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Biên soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng 4. 7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh JERS1, khu vực châu Phi Biên soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng 4. 7 CÁC... soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng 4. 6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY Các loại vật mang phổ biến: Biên soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng 4. 6 VẬT MANG VÀ QUỸ ĐẠO BAY Biên soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng 4. 6 VẬT MANG VÀ QUỸ... soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng 4. 7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Ảnh Terra/MODIS siêu bão quần đảo Philippine Biên soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng 4. 7 CÁC LOẠI VỆ TINH VIỄN THÁM Biên soạn: Ths. GV Phạm Thế Hùng