Lêi giíi thiƯu ThÕ giíi ®ang chøng kiÕn mét cc cách mạng khoa học công nghệ mạnh mẽ sâu sắc, làm thay đổi hình thức nội dung hoạt động kinh tế văn hoá xà hội loài ngời Từ văn minh công nghiệp nay, số nớc phát triển đà bắt đầu chuyển sang văn minh thông tin Các quốc gia phát triển tích cực áp dụng tiến khoa học công nghệ đặc biệt công nghệ viễn thám nhằm tạo hội tắt đón đầu, phát huy lợi cạnh tranh, đẩy nhanh trình công nghiệp hoá chủ động hội nhập Cùng với thành tựu nghiên cứu vũ trụ phát triển công nghệ thông tin, công nghệ viễn thám đại đà hình thành phát triển, đem lại hiệu cao cho nhiều hoạt động kinh tế xà hội quan trọng nh: điều tra bản, khai thác quản lý tài nguyên, giám sát bảo vệ môi trờng, phòng chống giảm nhẹ thiên tai, tổ chức quản lý lÃnh thổ nh an ninh, quốc phòng Nhờ công nghệ viễn thám có vị trí quan trọng chiến lợc phát triển lâu bền quốc gia nớc ta, viễn thám bắt đầu đợc ứng dụng từ năm 1980, đà đem lại kết đáng khích lệ khẳng định tính u việt công nghệ viễn thám mặt Song công nghệ viễn thám nớc ta phát triển chậm, cha tơng xứng với tiềm cha đáp ứng đợc yêu cầu thực tiễn Tình hình đòi hỏi đánh giá thực trạng đề suất định hớng phát triển công nghệ viễn thám thời kỳ công nghiệp hoá đại hoá, đa khoa học công nghệ trở thành động lực phát triển kinh tế xà hội Mơc lơc Lêi giíi thiƯu Môc lôc Chơng 1: Khái niƯm vỊ viƠn th¸m 1.1.Viễn thám gì? .4 1.1.1 Các chế tơng tác: 1.1.2 Nh÷ng ¶nh hëng cđa khÝ qun .6 1.2 C¸c hƯ thèng viƠn th¸m 1.2.1 HƯ thèng khung hay hƯ thèng toµn c¶nh( Framming system) .8 1.2.2 HƯ thèng qt (Scanning system) 1.2.3 Các hệ thống đa phổ .9 Ch¬ng : ý nghĩa viễn thám ngành kinh tÕ quèc d©n 10 2.1 Những u điểm t liệu viễn thám 10 2.2 ý nghÜa thùc tiÔn: .11 Chơng 3: Tình hình phát triển công nghệ viễn thám Việt Nam 14 3.1 Thùc tr¹ng ứng dụng công nghệ viễn thám Việt Nam 14 3.2 Các nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám Việt Nam 17 3.2.1 ứng dụng công nghệ viễn thám công tác khí tợng điều tra, khảo sát tài nguyªn: 18 3.2.2.øng dơng c«ng nghƯ viễn thám bảo vệ môi trờng, phòng chống thiên tai 19 3.2.3.øng dơng c«ng nghệ viến thám để phục vụ chơng trình phát triÓn kinh tÕ x· héi 19 3.2.4 ứng dụng công nghệ viễn thám điều tra nghiªn cøu biĨn: 19 3.2.5 øng dơng công nghệ viễn thám phục vụ nhiệm vụ an ninh quèc phßng 20 3.3.Những thuận lợi khó khăn .20 Chơng 4: Các loại vệ tinh viễn thám .23 4.1 Chơng trình Meteosat 23 4.2 Ch¬ng tr×nh Metor: .23 4.3 C¸c vƯ tinh Rada ERS - ERS - (của Châu Âu) .23 4.4 VƯ tinh quan tr¾c b»ng Radar ENVISAT 25 Ch¬ng 5: VƯ tinh quang häc SPOT .27 5.1 Vấn đề quỹ đạo 27 5.2 HƯ thèng quan s¸t 29 5.3.Khung vệ tinh đa nhiệm vụ phơng tiện nghiên cứu khoa học .30 5.4 Các thiết bị khoa học đặt Spot 35 Ch¬ng 6: VƯ tinh RADARSAT .38 6.1 Tỉng quan vỊ VƯ tinh RADARSAT 38 6.2 T¹i lùa chän RADARSAT? 41 6.3 Các loại radar 41 6.4 Hệ thống tải hữu ích RADARSAT 45 6.5 Những thành viên tham gia chơng trình RADARSAT .47 Chơng 7: Trạm thu ảnh vệ tinh 49 7.1 Bèi c¶nh ViƯt nam cần thiết đầu t xây dựng trạm thu ảnh: 49 7.2 Mô tả kỹ thuật chức hệ thống trạm thu: 50 7.2.1 Trạm thu nhận ảnh đa vệ tinh 50 7.2.2 Trung t©m øng dơng .51 7.3 Mô tả hÖ thèng 52 7.3.1 HƯ thèng thu nhËn vµ anten 52 7.3.2 Trung tâm áp dụng: .54 Ch¬ng 8: VƯ tinh nhá dïng viƠn th¸m .55 8.1 Xu hệ quan trắc mặt đất 55 8.1.1 TiÕn vỊ c¸c vƯ tinh nhá 55 8.1.2 Më rộng độ phân giải dải phổ 62 8.2 Các tên lửa phãng nhá ®· cã 62 Chơng 9: vệ tinh viễn thám thơng mại dùng mục đích an ninh quốc phòng 66 9.1 ý nghÜa cđa vƯ tinh viƠn thám quốc phòng: 66 9.2 Nguỵ trang nghi trang: 70 KÕT LUËN 73 Tài liệu tham khảo 74 Chơng 1: Khái niệm viễn thám 1.1.Viễn thám gì? Năm 1969, lần loài ngời có hội quan sát trái đất khoảng cách xa- từ mặt trăng, ngời ta đà bị bất ngờ trớc vẻ đẹp hết ngời nhận chất trái đất nguồn tài nguyên bất tận Đầu thập kỉ 70, kiện NASA phóng lên vũ trụ loạt vệ tinh Landsat lần ngời thu đợc hình ảnh trái đất từ vệ tinh truyền đà đánh dấu đời ngành khoa học viễn thám Vậy viễn thám gì? Về nghĩa Hán Việt, viễn thám đợc định nghĩa thu thập phân tích thông tin đối tợng mà tiếp xúc trực tiếp đến vật thể phơng diện thuật ngữ khoa học,viễn thám phơng pháp sử dụng xạ điện từ cụ thể loại: ánh sáng, nhiệt, sóng cực ngắn - nh phơng tiện để điều tra đo đạc đặc tính đối tợng Hay nói :Viễn thám tập hợp tri thức kỹ thuật dùng để xác định đặc trng bề mặt bầu khí đất hay hành tinh khác nhờ phép đo thực vệ tinh cách đối tợng khảo sát khoảng cách thích hợp (Theo Dictionaire de L'espace - LaRousse) Khi kỹ thuật đợc sử dụng dùng tơng tác xạ điện từ với vật chất ngời ta gọi viễn thám điện từ Có loại viễn thám điện từ đợc sử dụng nhiều là: lĩnh vực ánh sáng nhìn thấy; hồng ngoại gần (nhờ phân tích ánh sáng mặt trời mà đối tợng phản xạ lại), hồng ngoại trung bình (nhờ phân tích xạ nhiệt mà đối tợng phát ra); phạm vi siêu cao tần (nhờ phân tích xạ điện từ mà đối t ợng phản xạ lại ta dùng nguồn xạ siêu cao tần chiếu rọi vào) Phơng thức mà điểm bề mặt Trái đất xạ sóng ®iƯn tõ cđa nã (trong ph¹m vi hång ngo¹i) hay phản xạ lại tia sáng mặt trời (phạm vi ánh sáng nhìn thấy đợc) phản xạ viba rada chiếu xạ phụ thuộc vào đặc tính riêng bề mặt trái đất điểm đó: nhiệt độ, độ ẩm, tồn không tồn thảm thực vật, đặc tính thảm thực vật, đặc tính chất đá đất vùng bị chiếu rọi Phép viễn thám thực việc thu từ xa ghi lại xạ điện từ điểm mặt đất xạ phản xạ tới từ suy số đặc tính điểm đợc khảo sát Viễn thám thực khí cầu, máy bay vệ tinh Nếu dùng vệ tinh quan sát nhanh diện tích rộng mặt đất Hoa Kì thực vệ tinh Landsat mà đợc phóng lên năm 1972 Tiếp theo Landsat hệ khác nh SPOT Pháp, ERS Châu Âu, MOS Nhật RADARSAT Canada Các vệ tinh viễn thám thờng bay độ cao 900 km theo quỹ đạo địa cực nghiêng khoảng 980 so với xích đạo Quỹ đạo quỹ đạo đồng mặt trời Các vệ tinh đồng mặt trời bay qua điểm vĩ độ vào địa phơng Điều thuật lợi cho việc chụp ảnh mặt đất Thực tế lịch sử, chụp ảnh máy bay dạng viễn thám đà tồn nh phơng pháp đợc sử dụng rộng rÃi Từ năm 1960, tiến khoa học kĩ thuật cho phép thu đợc hình ảnh dải sóng khác bao gồm dải sóng hồng ngoại sóng cực ngắn Cùng với phát triển sử dụng loại tàu vũ trụ có ngời điều khiển vệ tinh ngơì điều khiển đà cung cấp thu đợc hình ảnh trái đất từ quĩ đạo Từ đó, vệ tinh đà nhanh chóng trở thành phơng tiện quan trắc mặt đất u việt với u thế: Vệ tinh vị trí cao nên vùng quan sát rộng Vệ tinh bay không phận toàn hành tinh nhiều năm (15 năm vệ tinh địa tĩnh - năm với vệ tinh quỹ đạo thấp ) Vệ tinh quan sát lặp lặp lại địa điểm điều kiện hầu nh giống để theo dõi tiến triển tợng nh mùa màng trồng nông nghiệp, khí tợng Tốc độ di chuyển vệ tinh lớn (27000 km/h với vệ tinh quỹ đạo thấp) vệ tinh Spot cần 100 phút bay hết vòng quanh Trái đất Vệ tinh đến biên giới nớc, vũ trụ, nơi mặt đất chúng nhìn thấy đợc Vì lý trên, phạm vi đề tài luận bàn đôi nét nội dung "Công nghệ viễn thám vệ tinh nhân tạo", bối cảnh thực xu hớng phát triển Việt nam 1.1.1 Các chế tơng tác: Sóng điện từ tác động vào vật chất nh vật rắn, vật lỏng hay khí gọi xạ đột ngột Sự tơng tác với vật chất thay đổi phụ thuộc vào tính chất xạ tới nh: mật độ, hớng, bớc sóng, phân cực pha Khoa học viễn thám đo đạc ghi lại thay đổi đợc hình ảnh t liệu cho nhà khoa học phân tích Kết phân biệt tính chất vật thể tạo thay đổi Có kiểu tơng tác: - Đợc truyền qua: truyền qua môi trờng vật chất có mật độ khác gây biến đổi tốc độ xạ điện tử - Bị hấp thụ: lợng tới bị hấp thụ hoàn toàn làm nóng vật chất - Bị phát xạ vật chất - Bị tán xạ: sóng điện từ bị tán xạ phần tử hạt thành phần khí quyển, hay độ gồ ghề địa hình Tán xạ lệch theo hớng tia sáng sau tới bề mặt vật chất Phản xạ sinh bề mặt vật chất nhẵn so với bớc sóng tới Sự phát xạ, tán xạ phản xạ đợc gọi tợng bề mặt ảnh hởng tơng tác đợc xác định trớc hết bề mặt vật chất nh màu sắc độ nhám vật chất Sự truyền qua hấp thụ đợc xác định tính chất bên vật chất nh mật độ tính dẫn nên đợc gọi tợng bên Một tổ hợp định tợng bề mặt bên vật chất phụ thuộc vào bớc sóng xạ điện từ lẫn đặc tính riêng vật chất Sự tơng tác vật chất lợng đợc ghi lại hình ảnh viễn thám, từ phân tích đợc đặc điểm vật chất 1.1.2 Những ảnh hởng cđa khÝ qun M¾t chóng ta thêng cho r»ng khÝ thực suốt ánh sáng thờng cảm giác cho qua toàn lợng điện từ Trên thực tế khí hấp thụ lợng điện từ khoảng bớc sóng đặc biệt gọi band hấp thụ Chẳng hạn, bớc sóng ngắn 0,3m hoàn toàn bị hấp tụ tầng 03 tầng khí bên trên, hấp thụ chất cho phép sống trái đất chiếu sáng lâu với lợng mạnh bớc sóng phá huỷcác vật chất sống Hay loại mây với hạt nớc có kích thớc hạt không khí hấp thụ làm tán xạ xạ điện từ bớc sóng nhỏ hơn, vào khoảng 0,3cm Chỉ có xạ sóng cực ngắn sóng dài có khả truyền qua mây mà không bị tán xạ, phản xạ hay hấp thụ Sau ta cụ thể bảng dải phổ điện từ đặc điểm chúng Dải phổ Tia Gamma Vùng tia X Bíc sãng 0,03mm 0,03-3,0 mm Vïng tia cùc 0,03tím 0,4m Đặc điểm Bức xạ tới thờng bị hấp thụ toàn tầng khí phía khả dùng viễn thám Hoàn toàn bị hấp thụ khí phía không đợc sử dụng viễn thám Các bớc sóng tới nhỏ 0,3m hoàn toàn bị hấp thụ tầng ôzôn tầng khí bên Vùng tia cực tím chụp 0,3- 0,4m ảnh Vùng nhìn 0,4- 0,7m thấy Vùng hồng ngoại phản 0,7- 3m xạ Vùng hồng ngoại 3-5m nhiệt 8- 14m (Hình) Vùng cực ngắn 0,130cm Vïng Radar 0,1- 30cm Vïng Radio 30cm TruyÒn qua khí quyển, ghi nhận đợc vào phim Photodetector( mắt điện tử) nhng bị tán xạ mạnh khí Tạo ảnh với phim Photodetector, có cực đại phản xạ 0,5m Phản xạ lại xạ mặt trời, thông tin tính chất đối tợng Band từ 0,7-0,9m đợc nghiên cứu với phim đợc gọi band ảnh hồng ngoại C¸c cưa sỉ khÝ qun chÝnh ë vïng nhiƯt ghi thành ảnh bớc sóng yêu cầu phải có máy quét quang học hệ thống máy thu đặc biệt gọi Vidicon, film Các bớc sóng dài xuyên qua mây, sơng mù ma Các hình ảnh dợc ghi lại dạng chủ động hay thụ động Dạng chủ dộng viễn thám sóng cực ngắn Hình ảnh đợc ghi lại band sóng khác Đạt bớc sóng dài quang phổ điện từ Một vài sóng radar dợc phân với bớc sỏng dài dợc sử dụng vùng sóng 1.2 C¸c hƯ thèng viƠn th¸m 1.2.1 HƯ thèng khung hay hệ thống toàn cảnh( Framming system) Hệ thống khung thu nhận tức thời hình ảnh vùng hay tạo "khung" lên địa hình Máy chụp ảnh ống thu ảnh vidicon ví dụ thông dơng cđa c¸c hƯ thèng nh vËy 1.2.2 HƯ thèng qt (Scanning system) C¸c hƯ thèng qt sư dơng c¸c tế bào quang điện với trờng nhìn hẹp mà trờng nhìn đợc quét dọc địa hình để tạo hình ảnh phần lọng điện từ phát phả xạ từ địa hình đột ngột gặp detector tín hiệu điện từ đợc xt hiƯn víi sù kh¸c vỊ tû lƯ víi số lợng phôtôn Các tín hiệu điện từ đợc khuếch đại ghi lại băng từ, sau ghi lại hình ảnh Tất hệ thống quét theo trờng nhìn dectector dọc theo địa hình với đờng song song Có kiểu quét phổ biến quét dọc, quét ngang, quét vòng cung quét bên 1.2.3 Các hệ thống đa phổ Các hệ thống khung quét vừa mô tả nhằm ghi hình ảnh băng phổ đơn điệu Đói với nhiều ứng dụng viễn thám, cần thiết phải ghi lại hình ảnh với ảnh đa phổ đợc thu nhiều band phổ Các ảnh đa phổ đuợc ghi nhận với nhiều phơng diện khác Chẳng hạn, Với máy chụp ảnh đa phổ có ống kính, cửa đóng mở cung cấp ảnh khu vực phim khác tách biệt Bất kỳ phim dơng trắng đen trắng máy chụp đa phổ ghi lại, chiếu thành màu cộng ban đầu để tạo nên ảnh mầu tổng hợp Hệ thống vệ tinh Landsat với máy quét đa phổ dẫ ghi lại hình ảnh band: band nhìn thấy, band hồng ngoại phản xạ band hồng ngoại nhiệt Hay vệ tinh viễn thám Spot sử dụng hệ thống quét dọc đa phổ độ phân giải cao Chơng : ý nghĩa viễn thám ngành kinh tế quốc dân 2.1 Những u ®iĨm cđa t liƯu viƠn th¸m T liƯu viƠn th¸m nguồn thông tin quan trọng cho nhiều lĩnh vực nh đồ, điều tra quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát bảo vệ môi trờng, phòng chống thiên tai, quy hoạch phát triển, nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ Vai trò quan trọng ý nghĩa đa ngành t liệu viễn thám đợc xác định nhờ tính u việt sau: T liệu viễn thám phong phú thông tin, phản ánh cách xác phân bố trạng thái đối tợng mặt đất, mặt nớc nh mối quan hệ tác động qua lại đối tợng hoạt động nhân tác T liệu viễn thám thu nhận nhiều kỹ thuật khác nên cung cấp đợc nhiều loại thông tin quan trọng thuộc nhiỊu lÜnh vùc Kü tht viƠn th¸m cho phÐp thu đợc thông tin nhanh lúc vùng rộng lớn đến phạm vi nớc, khu vực, kể vùng ngời khó đến đợc đảm bảo thời gian thực Kỹ thuật viễn thám cho phép thu nhận thông tin lập lại theo chu kỳ khác (hàng ngày, 5-26 ngày, mùa, năm ) nhờ sử dụng t liệu viễn thám theo dõi biến động nhiều đối tợng cách liên tục Sự phát triển vệ tinh viễn thám thơng mại công khai cho phép thu nhận đợc t liệu ảnh với độ phân giải trung bình (30-20m), cao (10-3m) siêu cao (2-1m); ảnh vệ tinh siêu phủ chụp lúc 200 kênh Nhờ tiến hành khảo sát, nghiên cứu thông tin đồng thời mức độ khác nhau, khái quát đến chi tiết u việt ảnh viễn thám Radar: Những năm gần đây, số nớc đà phát triển ¶nh vƯ tinh Rada cho phÐp chơp ¶nh ®iỊu kiện trời đầy mây ma bÃo Điều cần cho nớc ta vùng nhiệt đới gió mùa, số ngày quang mây ít, thiên tai hay xảy vµo mïa ma b·o Sư dơng t liƯu viễn thám cho phép giảm nhiều công tác điều tra, khảo sát thực địa, có nghĩa tiết kiệm chi phí Nhờ đó, viễn thám không đem lại hiệu khoa học công nghệ, mà đem lại hiệu kinh tế 2.2 ý nghÜa thùc tiƠn: Trong nh÷ng thËp kû võa qua, kể từ vệ tinh nhân tạo đợc phóng lên quỹ đạo năm 1957, khoa học- công nghệ vũ trụ ứng dụng nó, có công nghệ viễn thám đà đạt đợc thành tùu to lín, gióp cho ngêi më réng tri thức vũ trụ hiểu biết đầy đủ trái đất phục vụ cho phát triển bền vững đời sống ngời Chính ngày nớc phát triển nh Mỹ, Pháp, Nga, Nhật mà nớc phát triển quan tâm đến ứng dụng công nghệ vũ trụ, công nghệ viễn thám vào mụcđích phát triển kinh tế xà hội đảm bảo an ninh quốc phòng Từ năm 1957 đến nay, hàng nghìn vệ tinh tàu vũ trụ bao gồm vệ tinh khí tợng, vệ tinh tài nguyên vệ tinh quân đà phónglên khoảng không vũ trụ nhằm cung cấp ảnh vệ tinh phục vụ mục đích khác Để đáp ứng yêu cầu thực tiễn, ảnh vệ tinh không ngừng đợc đa dạng hoá đợc hoàn thiện theo hớng nâng cao độ phân giải không gian nh độ phân giải phổ độ phân giải thời gian Đồng thời để thu đợc thông tin thời tiết, ảnh Radar đà đợc đa vào sử dụng Ngày đà có ảnh vệ tinh độ phân giải từ hàng km đến dới 1m; ảnh từ kênh phổ rộng( ảnh toàn sắc) đến ảnh cực siêu đa phổ( hyperspectral) gồm hàng trăm kênh phổ Bên cạnh thời gian lặp lại việc quan sát(độ phân giải thời gian) vệ tinh đà đợc rút ngắn nhờ sử dụng phơng pháp thay đổi góc quan sátnghiêng sensor hay cách sử dụng chùm vệ tinh Nhờ ảnh vệ tinh vừa cho phép nghiên cứu bao quát vùng sóng rộng lớn từ quốc gia đến khu vực toàn cầu, vừa cho phép nghiên cứu chi tiết vùng hẹp chí đến đối tợng cho mục đích khoa học, kinh tế quân Công nghệ viễn thám đà trở thành công nghệ hiệu để giám sát đổi tợng biến động không gian thời gian cho mục đích lý tài nguyên, giám sát môi trờng, thiên tai quân Ngày nay, khó liệt kê đợc đầy đủ lĩnh vực ứng dụng công nghệ viễn thám giới ảnh vệ tinh đà đợc sử dụng phổ biến để nghiên cứu khí hậu, dự báo thời tiét bÃo, để nghiên cứu khoa học trái đất để diều tra, quản lý tài nguyên trớc hết khoáng sản, dầu khí, tài nguyên rừng, tài nguyên đất tài nguyên nớc ảnh vệ tinh đợc sử dụng nhiều nớc để theo dõi mùa màng, phát sâu bệnh quy mô lớn, để xác định vùng đánh bắt hải sản xa bờ, nh để xác định vùng bị ô nhiễm, hệ sinh thái bị phá huỷ nghiêm trọng để giám sát thiên tai ảnh vệ tinh đà đợc nhiều nớc sử dụng cập nhậthệ thống đồ quốc gia sở để quy hoạch thiết kế đờng giao thông, mạng lới đô thị Hiệu ứng dụng công nghệ viễn thám khoa học, công nghệ, kinh tế xà hội lớn thờng không tính đợc tiền Trong lĩnh vực viễn thám nay, công nghệ chiếm số u thông tin viễn thám đợc sử dụng kết hợp chặt chẽ với hệ thông tin địa lí( GIS) hệ định vị vệ tinh (GPS) đà đem lại hiệu cao làm cho công nghệ viễn thám thực đóng vai trò quan trọng để phát triển kinh tế xà hội đẩm bảo an ninh quốc phòng Chính mà thị trờng cung cấp t liệu viễn thám năm qua đà phát triển nhanh chóng