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 theo CCRS Hệ thống viễn th
Trang 1Nếu nói một cách khoa học thì chúng ta có thể dùng định nghĩa sau:
Viễn thám là một khoa học thu nhận thông tin của bề mặt trái đất mà không tiếp xúc trực tiếp với
bề mặt ấy 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 (theo CCRS)
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
Trang 2+BỨC XẠ ĐIỆN TỪ
Như chúng ta đã nói ở trên, thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng lượng
để chiếu vào đối tượng Năng lượng này ở dạng bức xạ điện từ Tất cả bức xạ điện từ đều có một thuộc tính cơ bản và phù hợp với lý thuyết sóng cơ bản
Bức xạ điện từ bao gồm điện trường (E) có hướng vuông góc với hướng của bức xạ điện từ di chuyển và từ trường (M) hướng về phía bên phải của điện trường Cả hai cùng di chuyển với tốc
độ của ánh sáng (c)
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
- 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
Tần số và bước sóng quan hệ với nhau công thức: c=λ.f Trong đó c là tốc độ ánh sáng
(c=3.108m/s), λ là bước sóng tính bằng mét, f là tần số tính bằng Hz
Rõ ràng, hai yếu tố này có quan hệ tỉ lệ nghịch với nhau, bước sóng càng ngắn thì tần số càng cao, bước sóng càng dài thì tần số càng thấp
Hiểu đặc điểm của bức xạ điện từ một cách rõ ràng về bước sóng và tần số là điều cốt yếu
để có thể hiểu được thông tin được chiết ra từ dữ liệu viễn thám như thế nào.
+ỨNG DỤNG VIỄN THÁM NHIỆT KHẢO SÁT ĐẶC TRƯ NG NHI ỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ VỚI SỰ PHÂN BỐ CÁC KIỂU THẢM PHỦ
Trang 3thám có độ phân giải không gian cao hơn và phần phủ mặt đất lớn hơn, đồng thời cho phép thunhận thông tin bề mặt trái đất ngay cả những vùng con người khôngthể đi đến được Với ưu điểm trên, hiện nay nhánh viễn thám nhiệt (với các kênh có bước sóng từ
8 - 14μm) đã được sử dụng cho các khu vực đô thị để theo dõi diễn biến nhiệt độ và đánh giáhiện tượng “đảo nhiệt đô thị” Để đánh giá điều kiện nhiệt của mặt đất bằng dữ liệu vệ tinh, cầnphải tìm mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và kiểu thảm phủ Nhiệt độ bề mặt có thể được ướctính hàng ngày bằng cách sử dụng các kênh nhiệt của vệ tinh NOAA/AHVRR Tuy nhiên, dữliệu này có độ phân giải thấp 1,1 km chỉ thích hợp để khảo sát nhiệt độ bề mặt đất ở mức độ vĩ
mô, không khả thi khi thực hiện các khảo sát cho khu vực đô thị yêu cầu chi tiết hơn Ảnh vệ tinhLandsat ETM+ có kênh hồng ngoại nhiệt (thermal infrared band - TIR) với độ phân giải khônggian 60m có thể giúp người sử dụng xác định nhiệt độ bề mặt chi tiết hơn Dưới đây là nhữngnghiên cứu bước đầu ứng dụng viễn thám nhiệt trong khảo sát nhiệt độ đô thị và tìm hiểu mốiquan hệ giữa nhiệt độ với các kiểu thảm phủ khác nhau
ỨNG D Ụ NG VÀO NGHIÊN C Ứ U MÔI TR ƯỜ NG TH Ủ Y VĂN
Thông số về hệ thống thuỷ văn
Nghiên cứu thuỷ văn là một trong những hướng trọng tâm của kỹ thuật viễn thám Xử lý tư liệu viễn thám cho phép xác định hầu hết các thông số về hệ thống thuỷ văn lục địa bao gồm:
Cơ cấu mạng lưới thuỷ văn từng vùng, từng khu vực
Hình dạng và kích thước các vật thể chứa nước như ao hồ, sông, suối, các vùng đóng băng, tuyết bao phủ…
Chế độ và sự biến đổi lưu lượng, cường độ dòng chảy trong hệ thống thuỷ văn, dự báo các tai biến
tự nhiên trong thuỷ văn như triều cường, lũ lụt …
Xác định các thành phần ô nhiễm trong nước
Nghiên cứu ô nhiễm nước bằng phương pháp viễn thám cho ưu điểm nổi bật so với các phương pháp truyền thống, vì nó cho phép xác định sự phân bố không gian của ô nhiễm, cung cấp thông tin liên tục và nhanh chóng Bộ cảm trên máy bay, vệ tinh sẽ thu nhận được những vật chất và hàm lượng ô nhiễm, thông qua sự biến đổi hệ số phản xạ so với hệ số phản xạ của nước sạch.
Kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm cho thấy rằng, phương pháp viễn thám cho kết quả tốt nhất để nghiên cứu ô nhiễm nhiệt của các nguồn nước có nhiệt độ cao có màu sáng; nước lạnh, màu sẫm Cường độ tông màu là hàm số của nhiệt độ nguồn nước.
Trang 4Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu thuỷ văn
+Ứng dụng ảnh viễn thám siêu Phổ (hyperspectral )
Trong ba thập kỷ qua, công nghệ viễn thám đã có những thành tựu hết sức to lớn trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất và trở thành một công cụ quan trọng cho việc đánh giá và quản lý tài nguyên thiên nhiên Ngành viễn thám đã mở ra khả năng cho những nghiên cứu về môi trường ở mức toàn cầu, cung cấp các dữ liệu chính xác và kịp thời cho các nhà quản lý
Tại Việt nam, các loại ảnh viễn thám truyền thống như LandSat, SPOT và ảnh máy bay đã được sử dụng khá rộng rãi trong việc xây dựng bản đồ địa hình, địa chất, hiện trạng rừng Tuy nhiên những loại ảnh này có nhược điểm là số băng tần ít (LandSat 7 băng, SPOT 5 băng) nên lượng thông tin mang lại còn bị hạn chế Hiện
đã có một loại ảnh mới, ảnh viễn thám siêu phổ (hyperspectral), có hơn 100 băng tần Do số băng tần nhiều hơn, ảnh viễn thám siêu phổ (VTSP) cho phép giải đoán những yếu tố hết sức chi tiết mà trên ảnh viễn thám truyền thống không thể nhận biết được, ví dụ các loại đất, các khoáng bật, các loại thực vật khác nhau
Trang 5lý ảnh hỗ trợ, ảnh viễn thám băng tần rộng cũng có những hạn chế nhất định Do số băng tần ít và độ rộng của mỗi băng tần là rất lớn, nên trên ảnh viễn thám truyền thống, nhiều thông tin quan trọng bị trộn lẫn với nhau
Trang 6Trên ảnh viễn thám, giá trị quang phổ phát xạ R (radiation value) do sensor nhận được là một hàm số (f) giữa vị trí (x), thời gian (t), độ dài bước sóng (λ), và góc chụp (θ)
R=f(x,t, λ, θ) Qua hàm số này ta thấy: để có thêm thông tin từ ảnh, hay nói cách khác để tăng được giá trị R, ít nhất một trong các biến x,t, λ, θ phải có sự biến đổi Nếu chú ý tới yếu tố độ dài bước sóng ta sẽ thấy tại mỗi bước sóng các vật thể sẽ có cường độ phản xạ khác nhau Nhiều đối tượng có phản xạ đặc trưng (spectral signature) giúp chúng ta phân biệt được chúng với những đối tượng khác, và phần lớn những điểm đặc trưng này nằm ở những bước sóng rất hẹp Để đoán đọc những điểm đặc trưng này, chúng ta cần những ảnh có bước sóng hẹp Viễn thám siêu phổ ra đời nhằm phục vụ cho mục đích nói trên
VTSP [2] là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thu nhận ảnh ở rất nhiều băng tần hẹp và liên tiếp nhau từ giải phổ nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại trung, tới hồng ngoại nhiệt Một hệ thống VTSP điển hình thường thu nhận trên 200 band dữ liệu, qua đó cho phép xây dựng một quang phổ phản xạ [HVA1] liên tiếp (countinous reflectance spectrum) cho từng điểm ảnh (pixel) VTSP cho phép phân biệt
[HVA2] được các yếu tố mặt đất có quang phổ chuẩn đoán nằm trong những bước sóng hẹp, mà hệ thống ảnh đa phổ truyền thống ko phát hiện được Hình 1 biểu thị quang phổ phản xạ của 1 số khoáng vật trong khoảng 200 tới 250-nm Trên ảnh siêu phổ HyMap ta có thể thấy mỗi khoáng chất có một đường quang phổ khác biệt với các đỉnh hấp thụ và phản xạ tại những bước sóng nhất định Trong khi đó band 7 ảnh Landsat TM ở khoảng sóng này chỉ cho ta 1 điểm dữ liệu duy nhất do đó không thể phân biệt được các khoáng vật này
Thiết bị VTSP đầu tiên là Fluorescence Line Image (FLI), và Airborne Imaging
Spectrometer (AIS) do NASA chế tạo năm 1981 và 1983 Thiết bị này thu thập 128 band dữ liệu trong khoảng 1200 đến 2400 nm, độ rộng của mỗi băng là 9.3 nm Năm 1987 NASA đã cải tiến hệ thống AIS thành hệ thống Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) AVIRIS được thiết kế với các chức năng nắn chỉnh tiên tiến để phục vụ cho các nghiên cứu đa ngành Hiện nay VTSP được ứng dụng trong một số nghiên cứu về: khoáng vật bề mặt, chất lượng nước, đo độ sâu, xác định xói mòn đất, xác định loại thực vật, hàm lượng nước trong lá vv Nhiều tổ chức viễn thám và các công ty tư nhân đã sản xuất nhiều loại thiết bị VTSP khác nhau, danh sách và đặc tính kỹ thuật chi tiết của các hệ thống VTSP hiện hành có thể tham khảo Van de Meer, 1999
Trang 7+Ứng dụng VTSP vào việc theo dõi quá trình sa
mạc hoá
Tây Ban Nha là quốc gia duy nhất ở châu Âu chịu ảnh hưởng của sa mạc hoá tới hơn một nửa diện tích đất nông nghiệp Điều kiện môi trường khắc nghiệt với 10 tháng mùa khô, mùa mưa ngắn với lũ lớn, địa hình chia cắt mạnh, và tầng đất mỏng làm cho quá trình xói mòn xẩy ra hết sức mạnh mẽ Vùng Tebernas thuộc tỉnh Almeria là vùng bị sa mạc hoá nghiêm trọng nhất miền Đông Nam Tây Ban Nha Việc xác định
và kiểm soát quá trình này là hết sức cần thiết không những cho Tây Ban Nha mà cho cả những quốc gia khác đang phải đối đầu với vấn đề sa mạc hoá Tuy nhiên các loại ảnh viễn thám truyền thống như LandSat, SPOT lại không đủ độ phân giải để đoán đọc các loại hiện trạng sa mạc hoá như, đất xói món trơ sỏi đá, đất bị nhiễm mặn vv Mục tiêu nghiên cứu của đề tài đặt ra là ứng dụng kỹ thuật VTSP để theo dõi quá trình này.
+Ứng dụng quan trắc ô nhiễm dầu trên biển bằng công nghệ viễn thám
Năm 2008, Trung tâm Quan trắc và Thông tin Môi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường đã phối hợp cùng GeoInfo thực hiện nhiệm vụ nhà nước “Quan trắc ô nhiễm dầu trên biển bằng công nghệ viễn thám” nhằm sử dụng công nghệ viễn thám kết hợp với GIS thử nghiệm theo dõi, giám sát các vị trí
trên biển có khả năng phát sinh ô nhiễm dầu phục vụ công tác quản lý và kiểm soát môi trường biển Hàng tháng, công ty GeoInfo có nhiệm vụ đặt mua tư liệu ALOS PALSAR tại Trung tâm phân tích
dữ liệu viễn thám Trái đất (ERSDAC - Nhật Bản) để tiến hành theo dõi định kỳ vùng biển Việt Nam Sau khi nhận ảnh, các chuyên gia viễn thám của GeoInfo sẽ tiến hành xử lý, lọc nhiễu, hiệu chỉnh hình học để nâng cao chất lượng hình ảnh cũng như thuận tiện trong việc khai thác, triết tách thông tin phục vụ nghiên cứu tràn dầu trên biển Cuối cùng tư liệu radar sau khi xử lý được xuất sang khuôn dạng geotiff
để dễ dàng kết nối với các phần mềm xử lý ảnh hoặc GIS thông dụng hiện nay.
Cùng với sự tham gia phối hợp của các bên, nhiệm vụ nhà nước “Quan trắc ô nhiễm dầu trên biển bằng công nghệ viễn thám” đã kết thúc, đánh dấu thành công trong việc bước đầu ứng dụng
công nghệ viễn thám trong theo dõi, giám sát các nơi có khả năng xảy ra ô nhiễm dầu phục vụ công tác quản lý môi trường biển Việt Nam.
Trang 8
Ảnh PALSAR khu vực Quảng Nam trước xử lý
Trang 9
Ảnh PALSAR khu vực Quảng Nam sau xử lý
Độ sâu, rộng, dài hệ thống sông kênh của bán đảo Cà Mau được thể hiện trên bản đồ 3D vừa được đưa vào sử dụng nhằm ứng phó với sự cố tràn dầu có thể xảy ra.
VNExpress Đối với khu vực miền Đông Nam Bộ, giao thông thủy là huyết mạch giao thông
chính của vùng Việc khai thác phát triển dầu khí trong khu vực đã làm tăng mật độ giao thông, kéo theo nguy cơ xảy ra va chạm tàu thuyền gây sự cố tràn dầu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và đời sống của người dân
Trang 10Khu vực bán đảo Cà Mau được thể hiện dưới hình ảnh 3D Bản dồ vừa được đưa vào sử dụng.
Từ thực tế đó, nhằm có thể giúp nhanh chóng xây dựng phương án ứng phó hiệu quả khi có sự cốtràn dầu, bản đồ số 3D trên sông kênh thuộc khu vực bán đảo Cà Mau đã được Trung tâm
Nghiên cứu phát triển an toàn môi trường dầu khí, Viện Dầu khí Việt Nam thiết lập
Hơn 4.100 mặt cắt các hệ thống sông kênh, các công trình cấp thoát nước và số liệu địa hình toàn
bộ khu vực được Liên đoàn địa chất miền Nam cung cấp để thể hiện trên bản đồ 3 chiều này
Trang 11Tại một nhánh sông, hình ảnh và thông số được thể hiện rõ ràng.
Bản đồ hệ thống sông kênh khu vực bán đảo Cà Mau sẽ có các tính năng phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển, quay giúp người xem thấy rõ vị trí cần tìm một cách dễ dàng để có thể xác định hướng
di chuyển cho các phương tiện ứng cứu khi có sự cố tràn dầu
Ngoài ra, tại một vị trí, bản đồ có thể thể hiện đầy đủ các thông tin liên quan đến các nhánh sông như tên, hình ảnh, chiều dài, độ rộng, sâu, dòng chảy, công trình liên quan
Trang 12Dòng chảy với những thông số được thể hiện trên bản đồ.
Một thí nghiệm cũng đã dược nhóm nghiên cứu tiến hành với sự cố tràn dầu trên sông tại khu vực gần cụm Điện - Đạm Cà Mau Hình ảnh về khả năng lan truyền dầu tại các nhánh sông thể hiện trên chương trình rất sinh động, với phần màu sắc thể hiện nồng độ dầu lan truyền trên sông, cũng như hướng trôi dạt của mảng dầu loang theo dòng chảy và hướng gió Theo đó, các
cơ quan chức năng sẽ đề xuất biện pháp xử lý phù hợp cho từng khu vực hay dùng phao để ngăn dầu tràn đến các khu vực nhạy cảm
Nhóm nghiên cứu của Viện Dầu khí dự kiến sẽ cho ra đời một chương trình tương tự phục vụ cho khu vực cửa biển Gành Rái - Vũng Tàu, là nơi có khả năng xảy ra các va chạm gây sự cố tràn dầu
ỨNG DỤNG REMOTE SENSING & GIS ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG KHAI
THÁC THAN LỘ THIÊN TỚI ĐỊA HÌNH VÀ ĐƯỜNG BỜ BIỂN VÙNG CẨM PHẢ - CỬA ÔNG