Ứng dụng của viễn thám

 Nghiên cứu cấu trúc và quy luật di chuyển của các lớp băng phủ trên các đại dương và hai cực.Để nghiên cứu các dòng hải lưu và theo dõi sự chuyển động của các khối nước, người ta dùng

Khái niệm: Viễn thám là phương thức thu nhận thông tin của đối tượng từ 1 khoảng cách nhất định, không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng.

*Lịch sử phát triển Viễn thám:

-Bắt đầu từ năm 1839 bức ảnh đầu tiên được chụp > biết chụp ảnh

-Sau đó vào năm 1949 thành lập bản đồ địa hình

-Năm 1858 một thợ ảnh Pháp là Tournachon đã chụp bức ảnh đầu tiên từ kinh khí cầu ở độ cao 80m tại Paris.Từ năm 1858-1882 các nhà địa chất Pháp đã sử dụng những ảnh chụp từ khinh khí cầu và từ các đỉnh núi cao của dãy Anpơ vào mục đích nghiên cứu địa chất

-Năm 1903, xuất hiện máy bay đầu tiên Đến năm 1909, máy bay được đưa vào chụp ảnh lần đầu tiên ở vùng Contocelli (Italia) Và sau đó máy bay được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu địa chất vào năm 1929- 1930 ở Pháp, Mỹ, Nga, Italia

Các máy bay chụp tay được thay bằng máy ảnh tự động có độ chính xác cao, ngày càng tinh vi

và hoàn thiện hơn

-1939 Môn địa chất ảnh bắt đầu chính thức đưa vào dạy học ở Nga, Mỹ

1961: Con tàu vũ trụ đầu tiên có người lái bay lên Người ta thử nghiệm chụp ảnh Trái đất Những năm sau đó Liên Xô phóng 1 loạt tàu vũ trụ người ta bắt đầu lắp máy ảnh chuyên dụng

Những năm 1970 những vệ tinh của Mỹ chiếm ưu thế hơn, sau đó là Mỹ, Pháp, Nga, Ấn Độ, Nhật, Israen, Đức…

Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện

1847 Phát hiện cả dải phổ hồng ngoại và giải phổ nhìn thấy

1920-1930 Phát triển ngành đo ảnh và chụp ảnh hang không

1930-1940 Phát triển kỹ thuật rada ở Đức , Mỹ , Anh

1950-1960 Nghiên cứu sâu về ảnh phục vụ cho mục đích quân sự

1980-1990 Mỹ phát triển thế hệ mới vệ tinh Landsat1

1990 đến nay

Phát triển bộ cảm thu đo phổ , tăng dải phổ và số lượng kênh phổ ,tăng độ phân giải của bộ cảm Phát triển nhiều kỹ thuật mới

Dưới đây là một số ứng dụng điển hình:

*ỨNG DỤNG VÀO NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG.

Ba phần tư diện tích bề mặt đất là biển và đại dương Các hoạt động của biển và đại dương

là tác nhân điều tiết khí hậu và các yếu tố môi trường trên bề mặt trái đất So với lục địa ở ngoài biển và đại dương các phương tiện và các trạm quan trắc ít hơn nhiều, có nhiều vùng rộng lớn của đại dương không có trạm quan trắc, vì vậy phương pháp Viễn thám vệ tinh chiếm vị trí quan trọng

Viễn thám là các tin cậy để nghiên cứu các thông số về biển và đại dương và sự biến động của chúng, bao gồm:

 Xác định các thông số của dòng chảy

 Nghiên cứu cấu trúc sóng biển

 Theo dõi hoạt động các dòng hải lưu

 Phát hiện và theo dõi các vùng ô nhiễm dầu mỏ và các loại ô nhiễm khác trên biển và đại dương

 Nghiên cứu cấu trúc và quy luật di chuyển của các lớp băng phủ trên các đại dương và hai cực.

Để nghiên cứu các dòng hải lưu và theo dõi sự chuyển động của các khối nước, người ta dùng ảnh hồng ngoại kết hợp với các tư liệu ảnh về quy luật vận động của sóng biển, sự phân bố nhiệt độ của nước v.v … từ ảnh Viễn thám không những theo dõi sự vận động của băng mà còn cập nhật tình trạng tan băng do hiệu ứng nhà kính

Song hành với các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, ngành hàng hải cũng ngày một phát triển mạnh mẽ làm cho tình trạng ô nhiễm biển và đại dương ngày một tăng Một đặc thù của ô nhiễm biển và đại dương là trong môi trường thể lỏng các chất ô nhiễm dễ hoà tan,

dễ dàng được di chuyển theo các dòng chảy và phát tán trên diện rộng Trong những năm gần đây, ô nhiễm nước biển đã trở thành vấn đề trọng tâm của nhiều quốc gia trên thế giới Tư liệu Viễn thám là một trong các phương tiện phục vụ có hiệu quả chương trình monitoring môi trường biển: phát hiện vị trí, phạm vi và mức độ ô nhiễm Trong các hiện tượng ô nhiễm biển và đại dương thì dầu mỏ là tác nhân nguy hiểm nhất Tràn dầu mỏ do nhiều nguyên nhân: tàu chở dầu bị đắm, sự cố giàn khoan trên biển, đánh đắm các giàn khoan cũ, chiến tranh vùng vịnh v.v…Ảnh Viễn thám cho phép phát hiện, khoanh vùng và theo dõi quá trình vận động các khu vực tràn dầu trên biển nhanh chóng và hiệu quả

*ỨNG DỤNG VÀO NGHIÊN CỨU THỔ NHƯỠNG

Khi sử dụng kỹ thuật viễn thám để nghiên cứu lớp thổ nhưỡng trên bề mặt trái đất, người ta chia ra làm 2 loại:

 Xác định nguồn gốc địa lý của đất, bao gồm: Nguồn gốc hình thành đất, thành phần thổ nhưỡng, chu trình sinh học của đất,…

 Xác định tính chất và các đặc trưng của đất, bao gồm: độ ẩm, nhiệt độ, thành phần hữu

cơ, độ nhiễm mặn,nhiễm phèn, thành phần khoáng Các hiện tượng sói mòn, rửa trôi Sự biến động tài nguyên đất, phân loại cây trồng,…

Kinh nghi ệm nghiên cứu lớp thổ nhưỡng bằng phương pháp viễn thám của nhiều tác giả cho thấy rằng: Việc giải đoán ảnh để nghiên cứu thổ nhưỡng là vấn đề khá phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lớp phủ thực vật, cây trồng trên đất, hình thái địa hình, cấu trúc địa chất, chế độ thuỷ văn,… và đặc biệt còn phụ thuộc vào điều kiện và thời gian chụp ảnh ( mùa, ngày,

và điều kiện thời tiết )

*Phát hiện ô nhiễm môi trường không khí bằng ảnh vệ tinh SPOT

Ở một số nước trong khối EU như Hà Lan, Đức, đã cập nhật mức độ ô nhiễm môi trường không khí trên trang Web bằng sử dụng tư liệu viễn thám Nhưng đây là lần đầu tiên các nhà khoa học thuộc Trung tâm Viễn thám Quốc gia nghiên cứu áp dụng công nghệ này để phát hiện ra sự ô nhiễm môi trường không khí tại Việt Nam

Ảnh vệ tinh được nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam bắt đầu từ những năm 80 của kỷ nguyên trước, các ảnh vệ tinh sử dụng trong thời gian này chủ yếu là ảnh Mỹ, Nga, Pháp… chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực: Trắc địa và bản đồ, địa chất, lâm nghiệp, nông nghiệp, hải dương học, và một số lĩnh vực khác

Ứng dụng công nghệ viễn thám ở nước ta trong nhiều năm nay chủ yếu tập trung vào hai loại tài nguyên cơ bản là đất cùng với lớp phủ trên đất, dưới đất và nước Tài

nguyên thứ ba là không khí - liên quan trực tiếp tới sự sinh tồn của con người, nhưng công nghệ viễn thám ở nước ta chưa có điều kiện ứng dụng

Các công trình nghiên cứu của Việt Nam về ô nhiễm môi trường không khí mới dừng ở mức xử lý các số liệu từ các trạm quan trắc mặt đất, sau đó gán cho hàm lan truyền ô nhiễm trong khí quyển Vấn đề ứng dụng tư liệu viễn thám vệ tinh vào lĩnh vực nghiên cứu ô nhiễm môi trường không khí chưa được đề cập trong những năm qua

Với việc xây dựng Hệ thống trạm thu ảnh vệ tinh mặt đất (2005-2007) thuộc dự án “Xây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường Việt Nam” do Trung tâm Viễn thám quốc gia thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì, sẽ tạo ra những khả năng và điều kiện mới thực hiện công tác giám sát tài nguyên và môi trường ĐẤT - NƯỚC - KHÔNG KHÍ nhanh hơn, chính xác hơn và đầy đủ hơn; theo kịp các nước trong khu vực và các nước phát triển

Ứng dụng của viễn thám radar :

Viễn thám Radar thu nhận các kênh phổ trong dải sóng ngắn, sử dụng phát xạ Radar từ vệ tinh hay bản than vật thể Có hai loại viễn thám Radar đó là Radar chủ động và Radar bị động:

Radar chủ động: Năng lượng từ thiết bị bay (máy bay hoặc vệ tinh) Nguồn năng lượng từ anten

phóng ra và thu về sóng phản hồi từ bề mặt trái đất.

Radar bị động: Năng lượng Radar từ mặt trời chiếu xuống bề mặt và phản hồi trở về theo trường

nhìn thấy của sensor đặt trên thiết bị bay.

Ư u điểm của Radar:

Chúng có thể quan sát qua sương mù, mây, mưa và trong các điều kiện khí tượng khác mà ánh sáng thông tin không thể xuyên qua được.

Chúng có thể quan sát nhiều nơi trên bầu trời gần như đồng thời.

Chúng có thể hoạt động liên tục, có thể không cần sự có mặt của người tác nghiệp dưới dự điều kiển của máy tính.

Nhạy cảm với sự phân cực và tần số.

Đo giao thoa bằng cách sử dụng 2 ăng ten ghi nhận.

Nhược điểm của Radar:

 Do xuyên qua mây, thực vật, đất khô nên: Tín hiệu là tổng hợp qua chiều sâu và thay đổi theo vật chất.

 Nhạy cảm với hàm lượng nước, độ nhám bề mặt: Tổng nhỏ lượng nước ảnh hưởng tới tín hiệu Khó khăn khi tách phản ứng khối từ phản ứng bề mặt

 Nhạy cảm với mặt phân cực và tần số: Có rất nhiều lựa chọn và thiết bị, tốn kém nếu muốn cùng một lúc có nhiều khả năng.

Hệ thống thu nhận ảnh Radar ngày càng được phát triển và ứng dụng mạnh mẽ với các đặc tính lợi ích hiệu quả của nó Sau đây ta sẽ giới thiệu một số tư liệu ảnh vệ tinh Radar.

mức 1.5

Ảnh đơn kênh phân cực HV.

Cả 2 tư liệu đã được nắn chỉnh về cùng một hệ toạ độ, hệ quy chiếu Kích

thước pixel của 2 tư liệu này được đưa về bằng nhau và bằng 10m.

TƯ LIỆU ẢNH VỆ TINH ENVISAT

Ả nh vệ tinh ASAR - ENVISAT 150m

* Ứng dụng GIS và Viễn Thám (RS) trong dư báo sạt lở đất

Nội dung đề tài: Trình bày về phương pháp lập bản đồ nhạy cảmsạt lở đất bằng cách sử dụng

vệ tinh thămdò và hệ thống thông tin địa lý

Các bản đồ thông tin khác đã có từ trước

Các yếu tố địa hình quan trọng gây nên sạt lở

Dữ liệu đại diện cho các điều kiện địa chất, địa hình, thủy văn

Kết quả:

Bản đồ các khu vực có nguy cơ lở đất theo bốnmức phân loại: Cao, Trung Bình, Thấp và RấtThấp

*Vệ tinh nhỏ giám sát tàu biển

Loại vệ tinh siêu nhỏ (kích thước 10x10x10 cm, 1 kg) từ công cụ thực hành của sinh viên dần trở thành nền tảng cho ứng dụng thực tiễn

Ngày nay, người sử dụng có thể tự thiết kế hoặc mua sẵn linh kiện điện tử và cơ khí lắp thành vệ tinh cỡ 1, 2, 3… kg với các tính năng mong muốn

Ưu điểm của loại vệ tinh siêu nhỏ này là thời gian chế tạo ngắn, chi phí thấp và càng phát huy năng lực khi sử dụng cả một chùm vệ tinh

Nhờ có thể thích hợp hóa dễ dàng với từng nhu cầu thực tiễn và nhờ những tiến bộ nhanh chóng trong lĩnh vực điện tử và công nghệ thu nhỏ các hệ thống cảm ứng, nhiều nhu cầu viễn thông, viễn thám của Việt Nam được đánh giá là khả thi ngay trong thời điểm hiện tại

Nhiều trường đại học trên thế giới đã sử dụng thành công vệ tinh siêu nhỏ trong các chương trình viễn thám và khoa học vũ trụ

Gần đây, ĐH FPT cộng tác với ĐH Uppsala (Thụy Điển) đã đưa ra ý tưởng sử dụng loại vệ tinh này trong công tác quản lý hàng hải Việt Nam và đã được ĐH Tokyo, Nhật Bản tuyển chọn, mời sang trình bày đề án tại hội thảo “2nd Nano-satellite symposium”

Nói tóm tắt, đây là đề án dùng chùm vệ tinh siêu nhỏ loại 3 kg có trang bị máy thu tín hiệu định

vị (AIS) của tàu thuyền lưu thông trên biển, nhằm hỗ trợ công tác quản lý hàng hải, chống xả trộm dầu và tìm kiếm, cứu nạn trên biển

So sánh phạm vi giám sát tàu biển của trạm ven bờ và vệ tinh.

Tàu thuyền di chuyển trên vịnh Bắc Bộ.

Tàu thuyền di chuyển trên vùng biển Việt Nam

.

Giám sát tàu đánh cá Theo FSpace

*Vệ tinh viễn thám chống cháy rừng

Một trong những công nghệ viễn thám tiên tiến nhất đã được các nhà khoa học thuộc Trung tâm Viễn thám và Geomatics, Viện Địa chất (Trung tâm KHTN&CNQG) nắm bắt và ứng dụng thành công trong việc dự báo điểm cháy rừng.

Trong tương lai, công nghệ này sẽ được triển khai trên nhiều lĩnh vực như nghiên cứu tài nguyên, địa hình

Công nghệ thu ảnh vệ tinh để dự báo điểm cháy từ ảnh NOAA- AVHRR dựa vào nguyên lý đó là tìm ra các dị thường về nhiệt, so sánh với các chỉ thị điểm cháy, điểm nóng để đưa ra cảnh báo Ảnh thu nhận được từ hệ thống vệ tinh NOAA,

hệ thống vệ tinh TERRA và hệ thống vệ tinh ACQUA.

Phát hiện cháy kịp thời

Tính đến thời điểm này, hệ thống vệ tinh NOAA đã phát triển đến thế hệ 17 trong đó chúng ta sử dụng ảnh của vệ tinh 12

và 16 Các vệ tinh này có độ phủ 2000 km/chiều (toàn bộ diện tích lãnh thổ Việt Nam).

Một ngày, trạm thu nhận được khoảng sáu ảnh trong đó có ba ảnh ban đêm, ba ảnh ban ngày Tuy nhiên trong trường hợp hai vệ tinh bay sát nhau thì chỉ có thể thu được bốn ảnh (số ảnh tối thiểu) Hạn chế của ảnh NOAA- AVHRR là độ phân giải chỉ trong phạm vi một km nên khó có thể biết chính xác tuyệt đối điểm cháy ở phạm vi đó.

GS.TS Phạm Văn Cự, một trong những nhà khoa học tham gia dự án viễn thám đầu tiên của Việt Nam nhớ lại, năm 1997 đánh dấu bước khởi động về hoạt động nghiên cứu viễn thám ở Việt Nam bằng việc Việt Nam tham gia dự án hợp tác nghiên cứu viễn thám với cộng đồng châu Âu.

Cũng năm đó, họ có gửi một trạm thu vệ tinh xách tay lắp đặt thử nghiệm tại Việt Nam và những bức ảnh viễn thám đầu tiên ở Việt Namđã được thu thành công Đây là tiền đề cho dự án xây dựng trạm thu tín hiệu vệ tinh viễn thám ở Việt Nam.

Mặc dù vậy phải mất đến 5 năm sau đó, những công nghệ này mới được ứng dụng thực sự ở Việt Nam (mùa khô năm 2002).

Hiện tại, Việt Nam được sử dụng miễn phí khi thu tín hiệu từ ba hệ thống vệ tinh trên Công việc của các nhà khoa học thuộc Trung tâm Viễn thám và Geomatics là thu nhận tính hiệu từ trạm thu, sử dụng phần mềm phân tích để đưa ra ảnh viễn thám, sau đó là đưa ra các dự báo Vào 18g hằng ngày, Trung tâm gửi kết quả dự báo cháy cho Cục Kiểm lâm qua đường thư điện tử, sau đó Cục Kiểm lâm sẽ chuyển cho Chi cục kiểm lâm địa phương.

Nhiều ứng dụng tiềm năng

Từ khi đưa hệ thống viễn thám vào phục vụ công tác dự báo cháy rừng, các nhà khoa học đã phát hiện và kịp thời cảnh báo nhiều vụ cháy như cháy rừng U Minh Thượng, cháy chợ Cần Thơ

Bên cạnh việc hỗ trợ kinh phí cho dự án viễn thám, Cục Kiểm lâm còn hỗ trợ bằng việc mua thông tin dự báo cháy rừng hàng ngày cũng như tích cực triển khai ứng dụng công nghệ đến các Chi cục kiểm lâm địa phương Thành công lớn nhất của sự hợp tác này là sự ra đời của Trung tâm liên ngành viễn thám GIS, bao gồm sự hợp nhất của Trung tâm viễn thám

và Geomatics với Trung tâm thông tin và tư vấn lâm nghiệp (Viện Điều tra quy hoạch rừng, Bộ NN&PTNT).

Sự liên kết này sẽ tạo điều kiện cho những nhà lâm nghiệp có điều kiện tiếp cận với lĩnh vực viễn thám để phục vụ công tác nghiên cứu của mình, còn người dân thì có được những kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao phục vụ cuộc sống.

Theo GS Phạm Văn Cự, công nghệ viễn thám không chỉ dừng lại ở việc dự báo cháy rừng mà nó còn giải quyết được nhiều vấn đề như xây dựng bản đồ tài nguyên nước, mùa màng, cung cấp tình trạng lớp phủ thực vật, diễn biến cây trồng đặc biệt là cây lúa tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng, tính toán chỉ số thực vật trên toàn lãnh thổ để đưa ra bài toán khô hạn

* Thành lập bản đồ thảm thực vật trên cơ s ở phân tích, xử lý ảnh viễn thám

Thảm phủ thực vật là một trong nhiều yếu tố quan trọng được sử dụng để đánh giá các quá trình tự nhiên như xói lở, trượt

lở, lũ lụt cũng như tốc độ phá hủy môi trường tự nhiên do các hoạt động nhân sinh Đối với những khu vực miền núi hiểm

đồ thảm phủ thực vật từ phân tích ảnh viễn thám đã rút gọn thời gian và làm tăng độ chính xác của bản đồ

Kết quả phân tích và phân loại có kiểm định đối với ảnh Landsat vùng Tủa Chùa – Lai Châu có kết quả tốt với hệ số chính xác K = 0.7, nằm trong giới hạn độ chính xác cao theo phương pháp kiểm tra sau phân loại Kappa Kết quả cho thấy thảm phủ thực vật vùng Tủa Chùa được phân ra bảy lớp khác nhau là rừng ổn định, rừng non, rừng hỗn hợp, lúa và hoa màu, cây bụi, đất trống đồi trọc và nước

1 Tổng quan các phương pháp xử lý ảnh viễn thám nhằm phân tích, phân loại thảm phủ

Các phương pháp phân tích ảnh viễn thám rất đa dạng Có thể liệt kê một số phương pháp phân tích ảnh như phương pháp phân ngưỡng (Manual thresholds), phương pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised), phương pháp phân loại có kiểm định (Supervised), phương pháp Fuzzy (Fuzzy classification or Mixing models) nhưng hai phương pháp đang dùng phổ biến để phân loại thảm phủ hiện nay là phương pháp phân loại không kiểm định (Unsupervised) và phương pháp phân loại

có kiểm định (Supervised).

.

Những khu vực lấy mẫu trên ảnh số thường tham khảo dữ liệu khảo sát thực địa và ảnh hồng ngoại hàng không của khu vực đó Những vùng được mô tả trên ảnh số sẽ cũng là những nơi đại diện của khu vực lấy mẫu Càng nhiều khu vực lấy mẫu thì độ chính xác toàn diện của ảnh phân loại sẽ càng cao Những vị trí lấy mẫu sử dụng dấu hiệu phổ để đưa ra nét phác thảo của những khu vực đó Hầu hết sự đồng nhất và những khu vực đại diện cho các vùng có đặc điểm thảm phủ khác nhau được so sánh với đặc tính phổ và sự khác nhau trong biểu đồ phân bố phổ Sự phân loại ảnh số sử dụng thông tin phổ tiêu biểu bởi một hay nhiều kênh phổ của ảnh vệ tinh và cố gắng để phân loại mỗi pixel độc lập dựa trên thông tin phổ này Trong trường hợp khác, các đối tượng được ấn định tất cả những pixel trong ảnh theo các lớp riêng biệt hay theo các chủ đề riêng (ví dụ như nước, rừng lá kim, rừng rụng lá…) Sự lựa chọn các loại thảm phủ phụ thuộc vào dữ liệu phổ, thuật toán phân loại và ý kiến của giới chuyên môn trong việc phân loại thảm phủ

2 Khu vực nghiên cứu

Vùng nghiên cứu thuộc tỉnh Lai Châu có diện tích khoảng 2270km 2 với tọa độ địa lý từ 102 0 55'8" Đông – 21 0 45'06" Bắc tới

103 0 18'38" Đông – 22 0 15'01" Bắc Đây là vùng núi cao hiểm trở, địa hình phân cắt mạnh, từ các thung lũng giữa núi có độ cao tuyệt đối chưa tới 200m (thung lũng Nậm Lay, Nậm Na) tới các dải núi cao hơn 1900m (dải núi Phu Dao, Nậm He) Nhiều dãy núi kéo dài theo phương Tây Bắc – Đông Nam hoặc gần trùng hướng Bắc Nam, tức là gần trùng với phương cấu trúc địa chất.

Vùng nằm trong lưu vực sông Đà và các sông nhánh của nó là sông Nậm Na, Nậm Lay, Nậm Mức Các sông trên và hệ thống các suối nhánh của chúng thường có lòng hẹp, lắm thác ghềnh, lưu lượng nước biến đổi mạnh theo mùa Trong khu vực này rừng nguyên thuỷ chiếm khoảng 20% diện tích phân bố ở vùng núi cao hoặc ven khe suối đi lại khó khăn, phần còn lại là nương rẫy và hầu như trọc hoá hoàn toàn do sự chặt phá, đốt cây cối làm nương rẫy Nhiều loại gỗ quý như thông, pơmu, lát, lim…ngày càng hiếm.