đề tài trạm thu nhận và xử lí ảnh viễn thám ở việt nam trung tâm viễn thám quốc gia

Tìm hiểu đề tài, phân công công việc I, Tìm hiểu đề tài, dự trù công việc thực hiện 1, Tìm hiểu chung về trung tâm viễn thám quốc gia  Lịch sử hình thành, chức năng, nhiệm vụ của trun

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Môn: Thông tin vệ tinh

Đề tài: Trạm thu nhận và xử lí ảnh viễn thám ở Việt Nam

Trung tâm viễn thám quốc gia GVHD: PGS.TS Vũ Văn Yêm

SVTH: Vũ Hải Long 20091673

Bùi Ngọc Sơn 20092227

Hồ Đức Trung 20092855 Nguyễn Đình Phương 20092057 Nguyễn Ngọc Thắng 20092529

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội ngày 2 tháng 5 năm 2013

~ 1 ~

Mục lục

A Tìm hiểu đề tài, phân công công việc ……… 2

I, Tìm hiểu đề tài, dự trù công việc thực hiện ……… 2

II, Phân công công việc ……… 2

B Quá trình thực hiện ……… 3

I, Tìm hiểu chung ……… 3

1, Lịch sử hình thành chức năng, nhiệm vụ của trung tâm ……… 3

2 Ứng dụng của công nghệ viễn thám ……… 5

3, Các trang thiết bị chính của trung tâm ……… 6

4 Biểu phí sử dụng ảnh ……… 6

II Kiến trúc hệ thống thu nhận và xử lí ảnh ……… 9

1.Đặc điểm vệ tinh, ảnh Spot ……… 9

2 Trạm thu ảnh vệ tinh ……… 15

3 Hệ thống thiết bị nội nghiệp……… 17

4 Hệ thống thiết bị ngoại nghiệp ……… 19

III Quy trình thu nhận và xử lí ảnh ……… 21

1 Thu nhận tín hiệu giữa anten và vệ tinh……… 22

2 Xử lí tín hiệu thành hình ảnh……… 22

3 Lưu trữ dữ liệu, tạo catalog……… 24

IV, Vận hành, bảo dưỡng hệ thống Các sự cố thường gặp ……… 25

1 Vận hành bảo dưỡng ……… 25

2 Các sự cố thường gặp ……… 25

V Kết luận ……… 26

C Một vài hình ảnh trong chuyến tham quan thực tế tại trung tâm ……… 27

Tài liệu tham khảo ……… 31

~ 2 ~

A Tìm hiểu đề tài, phân công công việc

I, Tìm hiểu đề tài, dự trù công việc thực hiện

1, Tìm hiểu chung về trung tâm viễn thám quốc gia

 Lịch sử hình thành, chức năng, nhiệm vụ của trung tâm

 Đối tượng nghiên cứu của trung tâm

 Các trang thiết bị, hệ thống hiện thời và dự định lắp đặt trong thời gian tới của trung tâm

2, Thu thập tư liệu thực tế

 Hình ảnh về trung tâm

 Quy trình thu nhận, xử lí, vận hành và khắc phục khi có sự cố, bảo dưỡng hệ thống của trung tâm

II, Phân công công việc

- Vũ Hải Long: Tìm hiểu về lịch sử, chức năng của trung tâm

- Nguyễn Đình Phương: tìm hiểu các đối tượng nghiên cứu viễn thám

- Nguyễn Ngọc Thắng: các trang thiết bị hiện có

- Hồ Đức Trung: quy trình xử lí thông tin trung tâm, làm báo cáo

- Bùi Ngọc Sơn: liên lạc với trung tâm để đi thực tế

Quá trình thực tế cả nhóm cùng thực hiện lấy số liệu từ trung tâm

Ngày 12/05/2008 Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ký Quyết định

số 990/QĐ-BTNMT về chức năng nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Trung tâm Viễn thám quốc gia

b, Sơ đồ cơ cấu tổ chức

c, Chức năng chính

Trung tâm viễn thám quốc gia là tổ chức sự nghiệp trực thuộc bộ Tài nguyên và

Môi trường, có chức năng điều tra giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường bằng công nghệ viễn thám, địa tín học; thu nhận, lưu trữ, xử lý, cung cấp dữ viễn thám

quốc gia phục vụ công tác quản lý nhà nước và các ngành kinh tế quốc dân

~ 4 ~

Sử dụng công nghệ viễn thám, công nghệ địa tin học để phục vụ công tác điều tra,

đánh giá và giám sát tài nguyên và môi trường, bao gồm: tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản, các hoạt động khai thác tài nguyên, các hiện tượng môi

trường, các hiện tượng khí tượng, thủy văn, thiên tai và tai biến địa chất

Quản lý, vận hành trạm thu nhận và xử lý ảnh vệ tinh; thu nhận, xử lý, lưu trữ, quản lý và cung cấp các dữ liệu thông tin ảnh viễn thám

Xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu địa lý quốc gia, thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình, bản đồ biển và hải đảo bằng công nghệ viễn thám và địa tin học, phục vụ quy hoạch và quản lý nhà nước về lãnh thổ, biển và hải đảo

Xây dựng hệ thống thông tin địa lý, hệ thống thông tin đất đai bằng công nghệ viễn thám và địa tin học, PV công tác quản lý, phát triển kinh tế của các ngành và các địa phương

Ứng dụng công nghệ viễn thám, công nghệ thông tin địa lý (GIS) và công nghệ định vị vệ tinh (GPS) trong công tác đo đạc, thu thập,phân tích, xử lý các dữ liệu thông tin không gian, phục vụ công tác giám sát tài nguyên và môi trường;

Ứng dụng công nghệ địa tin học trong việc XD các hệ quy chiếu, hệ tọa độ không gian, hệ thống tham chiếu trọng lực và độ cao

Ứng dụng công nghệ viễn thám và địa tin học trong việc thành lập Atlas, bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch đất đai và các loại bản đồ chuyên đề khác của Bộ;

Ứng dụng công nghệ viễn thám và công nghệ LiDAR ( quét laser) để thành lập bản

đồ không gian (3D) phục vụ quản lý đô thị, các công trình dân sự và giám sát, cảnh báo sạt lở đất và lũ lụt

Nghiện cứu ứng dụng và phát triển công nghệ viễn thám và địa tin học phục vụ việc giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường; giám sát các sự cố tương lai

Thực hiện hợp tác với các nước, các tổ chức quốc tế trong công tác nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ viễn thám

Thực hiện các chương trình, dự án, đề tài nghiên cứu khoa học và triển khai công nghệ về lĩnh vực viễn thám và địa tin học trong và ngoài nước theo quy định của pháp luật

Thực hiện dịch vụ sản xuất, cung cấp các sản phẩm viễn thám và địa tin học;

Tư vấn, chuyển giao và đào tạo công nghệ viễn thám, công nghệ GIS, công nghệ địa tin học cho các tổ chức, cá nhân trong và ngoài nước theo quy định của pháp luật

~ 5 ~

2 Ứng dụng của công nghệ viễn thám:

Viễn thám ứng dụng trong quản lý biến đổi môi trường bao gồm :sử dụng hiệu quả trong việc đo lường và giám sát các biễn đổi về môi trường với ảnh vệ tinh quang học như : Aster,NOAA-AVHRR,ảnh hưởng của RADASAT,được sử dụng để giám sát bảo vệ môi trường phòng chống thiên tai; điều tra về sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ, vẽ bản đồ thực vật, nghiên cứu các quá trình sa mạc hóa và phá rừng, giám sát thiên tai (hạn hán, lũ lụt,cháy rừng,bão,mưa đá,sương mù….) nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí

Viễn thám ứng dụng trong điều tra đất bao gồm:xác đinh và phân loại các vùng thổ nhưỡng ,đánh giá mức độ thoái hóa đất , tác hại của xói mòn, qúa trình muối hóa Viễn thám trong lâm nghiệp,diễn biến của rừng bao gồm: điều tra phân loại cây trồng và đánh giá năng suất thu hoạch ,thành lập bản đồ thích nghi đất cho từng loại cây trồng , diễn biến của rừng , nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoai rừng ,cháy rừng

Viễn thám trong quản lý sử dụng đất bao gồm: xác định vùng quy hoạch và việc sử dụng đất, thống kê và thành lập bản đồ sử dụng đất , điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật

Viễn thám ứng dụng trong địa chất : phát hiện xác định và lập bản đồ các yếu tố trên bề mặt và gần bề mặt trái đất, thành lập bản đồ địa chất, lập bản đồ phân bố khoáng sản ,lập bản đồ phân bố nước ngầm,lập bản đồ địa mạo

Viễn thám trong nghiên cứa tài nguyên nước: lập bản đồ phân bố tài nguyên nước , bản đồ phân bố tuyết, bản đồ phân bố mạng lưới thủy văn, bản đồ các vùng đất thấp Viễn thám trong địa chất công trình :xác định các vị trí khảo sát cho xây dựng công trình ,nghiên cứa các hiện tượng trượt đất

Viễn thám trong khảo cổ học : phát hiện các thành phố cổ, các dòng sông cổ hay các di khảo cổ khác ,xác định mật độ phân bố di tích,di vật khảo cổ,xác đinh quá trình tạo thành và hủy hoại di tích

Viễn thám trong khí tượng thủy văn : đánh giá định lượng mưa bão và lũ lụt,hạn hán ; đánh giá dự báo dòng chảy , đánh giái tài nguyen khí hậu, phân vùng khí hậu Viễn thám trong khí tượng nông nghiệp : điều tra và đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp, sự biến đổi tình hình sử dụng đất và lớp đất phủ và sự thay đổi của chúng trong từng thời gian nhất định ; đánh giá những tác động của ngoại cảnh liên quan đến sản xuất nông nghiệp, tính toán các trường yếu tố khí hậu nông nghiệp bề mặt( bức xạ, phát xạ ,nhiệt độ, độ ẩm ,bốc hơi nước…) làm cơ sở cho việc phân vùng khí hậu nông nghiệp

~ 6 ~

Những ứng dụng khác của viễn thám : trên thực tế có rất nhiều ngành nghề rất cần trong công việc quản lý và điều tra vì thế mà khi viễn thám ra đời đã góp phần không nhỏ trong những công việc đó trong rất nhiều ngành nghề lĩnh vực như : giao thông vận tải, viễn thông…

Ngày nay công nghệ viễn thám được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như thành lập, chỉnh lý bản đồ địa chính,điều tra hiện trạng sử dụng đất,điều tra thảm thực vật,nghiên cứa tài nguyên môi trường…

3, Các trang thiết bị chính của trung tâm

4 Biểu phí sử dụng ảnh

BIỂU MỨC THU PHÍ KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG DỮ LIỆU

VIỄN THÁM QUỐC GIA

Mức thu phí đối với tư liệu ảnh vệ tinh đã xử lý nắn chỉnh hình học,

quang phổ và đưa về hệ tọa độ sử dụng

40,959,000

II Kiến trúc hệ thống thu nhận và xử lí ảnh

1.Đặc điểm vệ tinh, ảnh Spot

Vào đầu năm 1978 chính phủ Pháp quyết định phát triển chương trình SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre) với sự tham gia của Bỉ và Thụy Điển Hệ thống vệ tinh viễn thám do Trung tâm nghiên cứu Không gian (Centre National d’Etudes Spatiales – CNES) của Pháp chế tạo và phát triển Vệ tinh đầu tiên của SPOT-1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4,

và SPOT-5 lần lượt vào các năm 1990, 1993, 1998, và 2002 trên đó mang hệ thống quét CCD

Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832Km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo là 98.70, thời điểm bay qua xích đạo là 10h30’ và chu kỳ lăp trong 26 ngày Các thế hệ vệ tinh SPOT 1,2,3 có bộ cảm HRV( High Resolution Visible) với kênh toàn sắc (0,51 – 0,73µm) độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m, phân bố trong vùng sóng nhìn thấy gồm xanh lục (0,5-0,59µm), đỏ (0,61 – 0,68m), gần hồng ngoại (0,79 – 0,89µm) Mỗi cảnh có độ bao phủ mặt đất là 60km x 60km Vệ tinh SPOT 4 với

~ 10 ~

kênh toàn sắc (0,49-0,71 µm); ba kênh đa phổ HRV tương đương với ba kênh truyền thống HRV; thêm kênh hồng ngoại (1,58-1,75µm) có độ phân giải 20m Khả năng chụp nghiêng của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từ hai ảnh chụp vào hai thời điểm với các góc chụp nghiêng khác nhau

Dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT của Pháp khởi đầu từ năm 1986, trải qua các thế hệ SPOT-1, SPOT-2, SPOT-3, SPOT-4 và SPOT-5, đã đưa ra sản phẩm ảnh số thuộc hai kiểu phổ, đơn kênh (panchoromatic) với độ phân dải không gian từ 10 x 10m đến 2,5

x 2,5m, và đa kênh SPOT- XS (hai kênh thuộc dải phổ nhìn thấy, một kênh thuộc dải phổ hồng ngoại) với độ phân giải không gian 20 x 20m Đặc tính của ảnh vệ tinh SPOT là cho ra các cặp ảnh phủ chồng cho phép nhìn đối tượng nổi (stereo) trong không gian ba chiều Điều này giúp cho việc nghiên cứu bề mặt trái đất đạt kết quả cao, nhất là trong việc phân tích các yếu tố địa hình

Trên mỗi vệ tinh Spot được trang bị một hệ thống tạo ảnh nhìn thấy có độ phân giải cao HRV (High Resolution Visible imaging system)

~ 11 ~

Các thế hệ vệ tinh SPOT 1 đến 3 có 3 kênh phổ phân bố trong vùng sóng nhìn thấy

ở các bước sóng xanh lục, đỏ và gần hồng ngoại Năm 1998 Pháp phóng vệ tinh SPOT 4 với hai bộ cảm HRVIR và thực vật (Vegetation Instrument) Ba kênh phổ đầu của HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV Năm 2002 Pháp đã phóng thành công vệ tinh SPOT 5 với độ phân giải cao hơn: 2,5 m; 5m; 10m

Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km, nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo 9807, bay qua xích đạo lúc 10h30' sáng với chu kỳ lặp lại là 23 ngày Mỗi cảnh có độ phủ là 60

km x 60 km Tư liệu SPOT được sử dụng nhiều không chỉ cho việc nghiên cứu tài nguyên mà còn sử dụng cho công tác xây dựng, hiệu chỉnh bản đồ và quy hoạch sử dụng đất Bộ cảm HRV là máy quét điện tử CCD - HRV có thể thay đổi góc quan sát nhờ một gương định hướng Gương này cho phép thay đổi hướng quan sát ± 270 so với trục thẳng đứng nên dễ dàng thu được ảnh lập thể

Bảng giới thiệu tổng hợp về các thông số của thế hệ ảnh SPOT

3

20 x 20

Lục, đỏ, gần hồng ngoại

P hoặc PAN (Panchromatic) SPOT

XI (Multispictral) SPOT 4

HRVIR (High Resolution Visible and InfraRed)

4 20 x 20

Lục, đỏ, gần hồng ngoại, hồng ngoại trung bình

~ 12 ~

HI (Multispictral InfraRed

HRG ( High Resolution Geometric)

4 10 x 10

Lục, đỏ, gần hồng ngoại, hồng ngoại trung bình

HX (Multispictral High

Resolution) SPOT 5 HRG 3 10 x 10

Lục, đỏ, gần hồng ngoại

gần hồng ngoại

** Điểm mặt đất – kích thước của THR được lấy mẫu lại Độ phân giải nhỏ hơn 3m

Ảnh SPOT được sủ dụng chủ yếu trong các lĩnh vực đo vẽ mới và hiệu chỉnh bản

đồ địa hình; thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất; và theo dõi biến động môi

trường như mất rừng, xói mòn, phát triển đô thị v.v Ảnh SPOT-5 có độ phân giải cao, đặc biệt ảnh độ phân giải 2,5m mở ra triển vọng cảu nhiều ứng dụng mà trước đây chỉ có thể thực hiện với ảnh hàng không như thành lập bản đồ tỉ lệ lớn, quy hoạch

đô thị, quản lý hiểm họa và thiên tai

~ 13 ~

Bảng độ phân giải phổ của ảnh nguồn các vệ tinh SPOT từ 1 đến 5

Vệ tinh SPOT Kênh Phổ Bước sóng Phổ điện từ Độ phân giải SPOT 1, 2, 3 Kênh 1 0,5 - 0,59 µm Xanh lục 20m

SPOT 1, 2, 3 Kênh 2 0,61 - 0,68 µm Đỏ 20m

SPOT 1, 2, 3 Kênh 3 0,79 - 0,89 µm Gần hồng ngoại 20m

SPOT 4,5 Kênh 4 1,58 - 1,75 µm Toàn sắc 10m

SPOT 5 Kênh 1 0,5 - 0,59 µm Xanh lục 10m

SPOT 5 Kênh 3 0,79 - 0,89 µm Gần hồng ngoại 10m

SPOT 1, 2, 3 Kênh Toàn sắc 0,51 - 0,73 µm Toàn sắc 10m

SPOT 4 Kênh Toàn sắc 0,49 - 0,73 µm Toàn sắc 10m

SPOT 5 Kênh Toàn sắc 0,49 - 0,73 µm Toàn sắc 5m

SPOT 5 Kênh Toàn sắc 0,49 - 0,73 µm Toàn sắc 2,5m

SPOT 5 Kênh Toàn sắc 0,49 - 0,73 µm Toàn sắc 5 x 10m

Ảnh vệ tinh SPOT5 (độ phân giải 2.5m) Ảnh vệ tinh SPOT chụp mới

Ngày 9/9/2012 vệ tinh SPOT 6 đã chính thức lên quĩ đạo thu nhận thông tin quan sát trái đất Độ phân giải không gian của vệ tin này đã được nâng lên 1,5m so với 2,5m của SPOT 5, là thế hệ mới của loạt vệ tinh quang học SPOT với nhiều cải tiến

về kỹ thuật và khả năng thu nhận ảnh cũng như đơn giản hoá việc truy cập thông tin

Độ phân giải không gian của các kênh là Panchromatic: 1.5 m, Tổ hợp màu : 1.5 m, Các kênh đa phổ : 8m (khi kết hợp có thể xử lý tăng cường lên 6m) Các kênh phổ có thay đổi so với các thế hệ trước (chỉ có các kênh (G,R,NIR, MID-IR), đó là

Panchromatic (450 – 745 nm)

Blue (450 – 525 nm)

~ 14 ~

Green (530 – 590 nm)

Red (625 – 695 nm)

Near-infrared (760 – 890 nm)

Như vậy sau nhiều thế hệ, kể từ SPOT 1

(1986), nay SPOT mới có thu nhận thông

tin ở kênh Blue như các hệ thống vệ tinh

khác (Landsat)

Trong gia đình SPOT, đây là vệ tinh anh

em sinh đôi đầu tiên, cái thứ hai là SPOT

7 sẽ được đưa lên quĩ đạo trong quí I năm

2014 để cùng với hai vệ tinh Pléiades 1

và Pléiades 2 (Pléiades 1A và Pléiades

1B) ở cùng độ cao 694 km tạo thành một

chùm các vệ tinh quan sát trái đất liên tục

24/7 của Pháp Bốn vệ tinh này lệch nhau

IR, như vậy sẽ thuận lợi hơn rất nhiều so với trước kia vì các kênh phổ của SPOT không tương tự so với các hệ thống vệ tinh khác

~ 15 ~

Khi các vệ tinh đã đi vào hoạt động, phạm vi quan sát trong một đường bay có thể

mở rộng tới 120km hoặc thậm chí 180 km do các vệ tinh có thể phổi hợp thu nhận ảnh cùng khu vực khi có yêu cầu Ngoài ra, bên cạnh chế độ thu nhận ảnh phía trước và phía sau (fore và aft mode) để tạo ảnh lập thể stereo (stereo pairs ) thì có thể thu nhận

ở chế độ tri- stereo (stereo – triplets)

ngày phóng lên quĩ đạo (Bora Bora, French

Polynésia)