VIỄN THÁM 1 pot

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MT & QL TNTN  VIỄN THÁM 1 NGUYÊN LÝ CỦA VIỄN THÁM CÁC BƯỚC SÓNG VÀ SỰ PHẢN XẠ CỦA CÁC SỰ VẬT 2011 VIỄN THÁM 1 1. Định nghĩa Viễn Thám Theo Võ Quang Minh (1999) viễn thám là sự thu thập và phân tích thông tin về các đối tượng, sự thu thập và phân tích thông tin này từ một khoảng cách không gian không có sự tiếp xúc trực tiếp đến vật thể. Theo Ficher và nnk (1976) viễn thám là một khoa học, nghệ thuật, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó. Theo Barret và Curtis (1976) viễn thám là quan sát đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật trên một khoảng cách nhất định. Theo D.A Land và Grete (1978) viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng đo được từ một khoảng cách xa vật không cần tiếp xúc với nó. Năng lượng đo được trong các hệ Viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm. Theo M.Lillesand và Ralph W.Kiefer (1986) viễn thám là khoa học và công nghệ thu thập thông tin về một vật thể, một vùng hay một hiện tượng thông qua sự phân tích của dữ liệu có được bởi một thiết bị mà không tiếp xúc trực tiếp đến vật thể, vùng hay hiện tượng nghiên cứu. Theo Lê Nguyễn (1999) viễn thám là kỹ thuật nghiên cứu các đối tượng một cách gián tiếp thông qua mô hình của chúng được chụp hoặc ghi lại từ độ xa nhất định trong vũ trụ,ở dạng hình nét đồ họa hay dạng số Theo Nguyễn Xuân Anh (2004) viễn thám là khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về các sự vật,vùng hay hiện tượng nào đó qua việc xử lí số liệu sử dụng thiết bị quan sát từ xa. Theo Janes B.Capbell (1996) viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của trái đất bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp sử dụng bức xạ phổ điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt trái đất. Nhìn chung, 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 có sự tiếp xúc trực tiếp đến 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. 2. Lịch sử phát triển ngành viễn thám. Năm 1838 tại Anh Quốc Wheatstone đã chế tạo ra kính thực thể hay còn gọi kính xem nổi. Năm 1839, nguyên tắc chụp ảnh được công bố và đến năm 1850 Aime Laussedat đã thực hiện chụp bức ảnh đầu tiên từ các đỉnh núi. Đến năm 1860, ông đã công bố bản đồ của một số vùng thuộc Paris. Năm 1858 G.F Tournachon là người đầu tiên đã thực hiện chụp ảnh từ khinh khí cầu ở độ cao 80m. Từ đó, ngành không ảnh và ngành không lượng ảnh bắt đầu phát triển. Đến cuối thế kỷ XIX thì người ta đã chứng minh rằng có thể sử dụng không ảnh để làm bản đồ dựa vào phương pháp không lượng ảnh. Năm 1887 không ảnh đầu tiên đã được sử dụng để giải đoán cho các khu rừng ở Đức, nhưng mãi đến năm 1909 mới thật sự có bức ảnh chụp từ phi cơ bởi Wright. Sau đó ngành này được phát triển cho đến thế chiến thứ I và đặc biệt được sử dụng mạnh nhất ở thế chiến thứ hai. Năm 1960 sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho phép thu được các hình ảnh ở các dải sóng khác nhau bao gồm cả sóng hồng ngoại và sóng cực ngắn, không ảnh màu ra đời đã hỗ trợ rất nhiều cho các vấn đề nghiên cứu về tự nhiên và môi trường Sự phát triển và sử dụng các loại tàu vũ trụ có người điều khiển và vệ tinh không người điều khiển đã cung cấp một khả năng thu nhận được hình ảnh của trái đất từ quỹ đạo. Ngày nay với kỹ thuật chụp ảnh viễn thám ngày càng hiện đại hơn đã góp phần to lớn trong việc thu thập, phân tích các thông tin và phát hiện sự hiện diện cũng như sự thay đổi của môi trường và tài nguyên thiên nhiên trên trái đất để phục vụ cho các mục đích khác nhau. 3. Nguyên lý của Viễn Thám Hình 2.3: Nguyên lý viễn thám vệ tinh Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau. Theo trình tự hoạt động của hệ thống, chúng ta có: Nguồn năng lượng: Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp năng lượng tới đối tượng. Thông tin viễn thám thu thập được là dựa vào năng lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng lượng chiếu sáng hay truyền tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối tượng đến thiết bị nhận. Những tia phát xạ và khí quyển: Vì năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng nên sẽ phải tác qua lại với vùng khí quyển nơi năng lượng đi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm. Sự tương tác với đối tượng: Một khi được truyền qua không khí đến đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tuỳ thuộc vào đặc điểm của cả đối tượng và sóng điện từ. Sự tương tác này có thể là truyền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển. Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng. Sự truyền tải, thu nhận và xử lý: Năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận-xử lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ liệu thô. Giải đoán và phân tích ảnh: Ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng được. Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào. Công đoạn để có thể “nhận biết” này gọi là giải đoán ảnh. Ảnh được giải đoán bằng một hoặc kết hợp nhiều phương pháp. Các phương pháp này là giải đoán thủ công bằng mắt, giải đoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ điện tử để lấy được thông tin về các đối tượng của khu vực đã chụp ảnh. Ứng dụng: Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, được thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ hơn về đối tượng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã có nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể. 4. Các bước sóng và sự phản xạ của các sự vật Tính chất các dãy sóng điện từ Tất cả các sóng điện từ được truyền cùng một tốc độ. Tốc độ thông thường được quan niệm là tốc độ của ánh sáng thực ra ánh sáng chỉ là một dạng của sóng điện từ. Trong môi trường chân không, tốc độ sóng điện từ là C = 299.973 km/s. Đối với một đích ứng dụng, C = 3.10 m/s. Hình 3.1: Sóng điện từ. Hợp thành từ một sóng điện từ hình sin (E) và một sóng từ đồng dạng (M) ở góc phải, cả hai đều vuông góc với hướng truyền (Thomas M.Lillesand, and Ralph W.Kiefer. 1994) Có hai đặc điểm của bức xạ điện từ đặc biệt quan trọng mà chúng ta cần hiểu nó là bước sóng và tần số. Tần số và bước sóng quan hệ với nhau công thức: c = λf Trong đó: λ: bước sóng (hay dùng 1 µm=10 6 m) f: tần số c: tốc độ ánh sáng (3.10 8 m/s) Bước sóng (λ): là chiều dài của một chu kỳ sóng được tính từ mô sóng này đến mô sóng liền kề của nó. Bước sóng được ký hiệu là λ và được tính bằng centimet, met, nanomet hay micromet Tần số (f) là thuộc tính thứ hai mà chúng ta quan tâm. Tần số là số chu kỳ sóng đi qua một điểm cố định trong một đơn vị thời gian. Thông thường tần số được tính bằng herzt (Hz) tương đương với 1 chu kỳ trên một giây. Ngoài ra tần số còn được tính bằng một số đơn vị khác của Hz. Sóng điện từ luôn thay đổi khi năng lượng điện từ được truyền qua môi trường có mật độ khác nhau, tần số thì luôn là hằng số và do đó nó có tính cơ bản hơn. Cơ chế tương tác Sóng điện từ tác động vào vật chất như vật cứng, vật lỏng hai khí thì gọi là bức xạ đột ngột. Sự tương tác vật chất có thể thay đổi phụ thuộc vào cá tính chất sau của bức xạ tới như: hướng, bước sóng, sự phân cực va phase. Khoa học viễn thám đo đạc và ghi lại những sự thay đổi đó qua việc phân tích các hình ảnh và các tư liệu. Kết quả là phân biệt các tính chất vật thể có thể tạo ra những sự thay đổi đó. Trong quá trình tương tác giữa bức xạ sóng điện từ và vật thể, khối lượng năng lượng được xem xét theo cơ sở vật lý cơ bản. Sự tương tác này, kết quả có thể: Được truyền qua: Đó là là sự truyền qua môi trường vật chất có mật độ khác nhau gây ra sự biến đổi về tốc độ của bức xạ điện từ. Tỷ số của hai tốc độ được gọi là chỉ số khúc xạ và được thể hiện như sau: Cs Ca n = Trong đó: Ca: tốc độ trong chân không Cs: tốc độ trong vật chất Bị hấp thụ: Tạo năng lượng để làm nóng vật chất. Phát xạ bởi vật chất: Thông thường ở các bước sóng dài hơn, nó là hàm số của cấu trúc và nhiệt độ vật chất. Bị tán xạ: Đó là sự đi lệch theo mọi hướng của tia sáng các bề mặt kích thước của địa hình ghồ ghề, cũng như của bước sóng năng lượng đều làm sinh ra sự tán xạ. Bị phản xạ: Nghĩa là bị quay trở về từ bề mặt của vật chất, với góc của sự phản xạ đối diện bằng góc tới. Sự phản xạ sinh ra do bề mặt nhẵn so với bước sóng của năng lượng tới. Sự phân cực hay hướng dao động của sóng phản xạ có thể khác so với sóng tới. Các dãy phổ điện từ: Bảng 3.2: Các dãy phổ điện từ Các bước sóng thường được sử dụng trong không ảnh: 0.0-0.4 µm : tia tử ngoại(ultra- violet) 0.4-0.7 µm : ánh sáng nhìn thấy(visble light) 0.7-3 µm : tia hồng ngoại ( infra –red)3-15µm nhiệt hồng ngoại (therme ifra- red) Bước sóng mắt thường có thể nhìn thấy: 0.4-0.5µm: màu xanh dương( da trời) 0.5-0.6µm: xanh lá cây 0.6-0.7µm: đỏ Bước sóng của tia hồng ngoại: 0.7-1.25µm: tia hồng ngoại gần 1.25-3µm: tia hồng ngoại trung và hồng ngoại xa 3. Sự phản xạ của các sự vật Sự phản xạ là phần trăm các bước phản xạ đi đến một sự vật và được phản chiếu lên. Phần trăm sự phản xạ này thay đổi theo độ dài sóng khác nhau và tùy theo từng loại sự vật khác nhau mà sự phản xạ này cũng khác nhau (Nguyễn Ngọc Thạch,1997). Thường có 3 loại sự vật chính trong phản xạ đó là: thực vật, đất đá và nước: 3.1. Đặc tính phản xạ phổ của thực vật Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo độ dài bước sóng. Đồ thị sau thể hiện đường đặc trưng phản xạ phổ thực vật xanh và các vùng phản xạ phổ chính. Hình 3.1.1: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến 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 ánh sáng nhìn thấy 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 thấy khả năng phản xạ phổ của lá xanh ở vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng đỏ thấp. Hai vùng suy giãm khả năng phản xạ phổ này tương ứng với hai dãy sóng bị clorophin hấp thụ. Ở hai dãy sóng này clorophin hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy năng lượng phản xạ của lá cây không lớn. Vùng sóng bị phản xạ mạnh nhất tương ứng với sóng 0,54 µm, tức là vùng ánh sáng lục. Do đó lá cây tươi được mắt ta cảm nhận có màu lục. Khi lá úa hoặc có bệnh hàm lượng clorophin trong lá giảm đi, lúc đó khả năng phản xạ phổ cũng bị thay đổi và lá cây sẽ có màu vàng đỏ. Ở vùng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu lên khả năng phản xạ phổ của lá cây là hàm lượng nước trong lá. Khả năng hấp thụ năng lượng mạnh nhất ở các bướ sóng 1.4 µm- 1.9 µm và 2.7 µm. Bước sóng 2.7 µm hấp thụ mạnh nhất gọi là dãy cộng hưởng hấp thụ. Ở đây sự hấp thụ mạnh diển ra đối với sóng trong khoảng từ 2,66 µm-2,73 µm. Hình 3.1.2 Đặc tính hấp thụ nước của lá cây và của nước Hình 3.1.2 cho ta thấy ở dãy hồng ngoại, khả năng phản xạ phổ của lá mạnh nhất ở bước sóng 1,6 µm và 2,2 µm, tương ứng với vùng ít hấp thụ của nước. Khi hàm lượng nước trong lá giảm đi thì khả năng phản xạ phổ của lá cây cũng tăng lên đáng kể. Ngoài ra đối với những lá cây còn non, cấu trúc cũa những tế bào chưa phát triển hoàn chỉnh đầy đủ cho nên nó vẩn có tính phản xạ mạnh hơn đối với những lá cây đã chín già. Đối với những loại cây có lá rộng thì sự phản xạ sẻ mạnh hơn đối với loại cây có lá kim. Các thực vật bị côn trùng hoặc bệnh tấn công, do các diệp lục tố bị phá hủy làm gia tăng khoảng trống giữa các tế bào nên làm cho các bức xạ phản xạ không đồng đều và nó phản xạ cao ở vùng ánh sáng thấy được nhưng lại thấp ở bức xạ hồng ngoại. Tóm lại, những loại cây trồng khác nhau thì sẻ có sự phản xạ khác nhau. 3.2. Đặc tính phản xạ phổ của đất Nhân tố ảnh hưởng lên sự phản xạ đối với đất là độ ẩm, cấu trúc đất (đặc tính cát, thịt và sét), độ gồ ghề, oxit sắt và chất hữu cơ. Chẳng hạn như độ ẩm trong đất cũng làm giảm cường độ phản xạ, độ ẩm của đất làm cho cấu trúc đất thô, đất cát thoát nước tốt, độ ẩm trong đất thấp nên cường đọ phản xạ cao. Trong trường hợp không có nước đất có khuynh hướng thay đổi cấu trúc đất khô sẻ có màu sẩm hơn cấu trúc đất mịn, hai nhân tố làm giảm mật đọ phản xạ của đất là bề mặt gồ ghề và chứa vật liệu hữu cơ, sự có mặt oxit săt trong đất cũng làm giảm cường độ phản xạ trong bước sóng nhìn thấy (cole and Montgomery, 1987). Hình 3.2.1 Đặc tính phản xạ phổ của thổ nhưỡng Sự phản xạ của đất dựa vào các yếu tố sau:  Tình trạng ẩm của bề mặt trái đất.  Thành phần khoáng trong đất.  Hàm lượng hữu cơ trong đất.  Độ phẳng của bề mặt trái đất. Thông thường thì đất ẩm hấp thu ánh sáng nhiều hơn đặc biệt là ở bức xạ hồng ngoại, đất có chứa thành phần sắt nhiều cũng hấp thu mạnh, đất có chứa nhiều carbonnare calcium hay nhiều cát thì phản xạ mạnh qua ánh sáng nhìn [...]... KHẢO 1 Xiuying Zhang và Xuezhi Feng, “Detecting urban vegetation from IKONOS data using an object-oriented approach”, bài tham khao từ internet 2 C.Small, “Estimation of urban vegetation abundance by spectral mixture analysis”, International journal of remote sensing, Vol22 (20 01) 3 TS Lê Văn Trung “Giáo trình Viễn thám , NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh (2005) 4 TS Võ Quang Minh “ Viễn Thám 1 ,... sensing, Vol22 (20 01) 3 TS Lê Văn Trung “Giáo trình Viễn thám , NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh (2005) 4 TS Võ Quang Minh “ Viễn Thám 1 , Khoa Nông Nghiệp ĐHCT (2006) 5 Nguyễn Ngọc Thạch “Cơ sở Viễn Thám , Đại Học Quốc Gia Hà Nội (2005) 6 http://www.rsc.gov.vn 7 http:// www.ipsard.gov.vn ... năng phản xạ phổ của nước ở dãy sóng dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụp cho ta khả năng đoán đọc điều vẻ thủy văn ao, hồ…Ở dãy sóng nhìn thấykhả năng phản xạ phổ rất phức tạp Hình 3.3 .1 Khả năng phản xạ và hấp thụ của nước Nước cất bị hấp thu ít năng lượng ở dãy sóng nhỏ hơn 0.6 µm Nước biển, nước cất và nước ngọt có chung một đặc tính thấu quang Các nghiên cứu cho thấy nước đục có . & QL TNTN  VIỄN THÁM 1 NGUYÊN LÝ CỦA VIỄN THÁM CÁC BƯỚC SÓNG VÀ SỰ PHẢN XẠ CỦA CÁC SỰ VẬT 2 011 VIỄN THÁM 1 1. Định nghĩa Viễn Thám Theo Võ Quang Minh (19 99) viễn thám là sự thu thập. (20 01) 3. TS. Lê Văn Trung “Giáo trình Viễn thám , NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (2005) 4. TS. Võ Quang Minh “ Viễn Thám 1 , Khoa Nông Nghiệp ĐHCT (2006) 5. Nguyễn Ngọc Thạch “Cơ sở Viễn. trái đất để phục vụ cho các mục đích khác nhau. 3. Nguyên lý của Viễn Thám Hình 2.3: Nguyên lý viễn thám vệ tinh Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau. Theo