ĐỀ CƯƠNG cơ sở VIẾN THÁM

Viễn thám chủ động sửdụng năng lượng phát ra từ nguồn phát đặt trên vật mang, viễn thám bịđộng sử dụng nguồn năng lượng chủ yếu từ mặt trời - Những tia phát xạ và khí quyển B: bức xạ điệ

ĐỀ CƯƠNG CƠ SỞ VIẾN THÁM Câu 1: Trình bày các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thám

- Nguồn năng lượng (A): là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấpnăng lượng điện từ tới đối tượng cần nghiên cứu Viễn thám chủ động sửdụng năng lượng phát ra từ nguồn phát đặt trên vật mang, viễn thám bịđộng sử dụng nguồn năng lượng chủ yếu từ mặt trời

- Những tia phát xạ và khí quyển (B): bức xạ điện từ từ nguồn phát từ đốitượng nghiên cứu tương tác qua lại với khí quyển nới nó đi qua

- Sự tướng tác với đối tượng (C ): sau khi truyền qua khí quyển đến đốitượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tùy thuộc vào đặc điểm củađối tượng và sóng điện từ Sự tương tác này có thể là truyền qua, hấp thụhay phản xạ trở lại khí quyển

- Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm biến (D): sau khi năng lượng được phát

ra hay bị phản xạ từ đối tượng cần có bộ cảm biến để tập hợp lại và thunhận sóng điện từ, năng lượng điện từ truyền về bộ cảm sẽ mang thông tincủa đối tượng

- Trạm thu nhận và xử lý dữ liệu (E): năng lượng được thu nhận bởi bộ cảmcần được truyền tải đến 1 trạm thu nhận dữ liệu để xử lý sang dạng ảnh

- Phân loại và phân tích ảnh (F): ảnh thô được xử lý để sử dụng vào nhiềumục đích Để nhận biết được các đối tượng trên ảnh cần phải giải đoán.Ảnh được phân loại bằng việc kết hợp các phương pháp khác nhau ( phânloại bằng mắt, phân loại thực địa, phân loại tự động….)

- ứng dụng (G): đây là thành phần cuối cùng của hệ thống viễn thám đượcthực hiện khi ứng dụng thông tin thu nhận được trong quá trình xử lý ảnhvào các lĩnh vực, bài toán cụ thể

Câu 2: Trình bày khái niệm viễn thám Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên

• Khái niệm viễn thám: Viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu về việc đo

đạc, thu thập thông tin về một đối tượng, sự vật bằng cách sử dụng thiết bị

đo tác động một cách gián tiếp với đối tượng nghiên cứu

• Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống viễn thám

• Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám là thu

nhận năng lượng phản hồi của sóng điện từ chiếu tới vật thể, thông qua bộcảm biến giá trị phản xạ phổ này sẽ được chuyển về giá trị số

- Bộ cảm biến là các thiết bị tạo ra ảnh về sự phân bố năng lượng phản xạhay phát xạ của các vật thể từ mặt đất theo những phần nhất định củaquang phổ điện từ Bộ cảm biến chỉ thu nhận năng lượng sóng điện từphản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bước sóng xác định

- Sóng điện từ dùng trong viễn thám tuân theo các định luật bức xạ điện từ(định luật Plank, định luật Wien,…) và hệ phương trình Maxwell

- Các thành phần cơ bản của một hệ thống viễn thám: gồm 7 phần tử cóquan hệ chặt chẽ với nhau

+ Nguồn năng lượng (A) : thành phần đầu tiên của hệ thống viễn thám là

nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đốitượng cần nghiên cứu Trong viễn thám chủ động sử dụng năng lượng phát

ra từ nguồn phát đặt trên vật mang, còn trong viễn thám bị động, nguồnnăng lượng chủ yếu là bức xạ mặt trời

+ Những tia phát xạ và khí quyển (B): bức xạ điện từ từ nguồn phát tới

đối tượng nghiên cứu sẽ phải tương tác qua lại với khí quyển nơi nó điqua

+ Sự tương tác với đối tượng (C): sau khi truyền qua khí quyển đến đối

tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tùy vào các đặc điểm của đốitượng và sóng điện từ Sự tương tác này có thể là sự truyền qua, sự hấp thụhay bị phản xạ trở lại khí quyển

+ Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm biến (D): sau khi năng lượng được

phát ra hoặc bị phản xạ từ đối tượng cần có bộ cảm biến để tập hợp lại vàthu nhận sóng điện từ Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm sẽ mangthông tin của đối tượng

+ Sự truyền tải, thu nhận và xử lý (E): năng lượng được thu nhận bởi bộ

cảm cần được truyền tải ( thường dưới dạng điện từ) đến một trạm thunhận dữ liệu để xử lý sang dạng ảnh Ảnh này là dữ liệu thô

+ Phân loại và phân tích ảnh (F): ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử

dụng trong các mục đích khác nhau Để nhận biết được các đối tượng trênảnh cần phải giải đoán trúng Ảnh được phân loại bằng việc kết hợp cácphương pháp khác nhau ( phân loại bằng mắt, phân loại thực địa, phân loại

tự động,…)

+ Ứng dụng (G): đây là thành phần cuối cùng của hệ thống viễn thám,

được thực hiện khi ứng dụng thông tin thu nhận được trong quá trình xử lýảnh vào các lĩnh vực, bài toán cụ thể

Câu 3: Vẽ đồ thị và trình bày đặc trưng phản xạ phổ của thực vật

- Khả năng phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào bước sóng điện từ

- Trong dải sóng điện từ nhìn thấy, các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặctính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là hàm lượng chất diệp lục Trong dảisóng này, thực vật ở trạng thái tươi tốt với hàm lượng diệp lục cao trong lácây sẽ có khả năng phản xạ phổ cao ở bước sóng xanh lá cây, giảm xuống

ở vùng sóng đỏ và tăng mạnh ở vùng sóng cận hồng ngoại

- Dải sóng ngắn và vùng ánh sáng đỏ: khả năng phản xạ phổ của lá cây thấp,tương ứng với hai dải sóng bị chất diệp lục hấp thụ.Ở vùng sóng này, chấtdiệp lục hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy khả năng phản xạphổ của lá cây không lớn Ở bước sóng xanh lá cây, khả năng phản xạ phổcủa lá cây rất cao, do đó lá cây ở trạng thái tươi tốt được mắt người cảmnhận ở màu lục Khi lá úa hoặc có bệnh, hàm lượng clorophyl giảm đi, khảnăng phản xạ phổ cũng thay đổi, mắt người sẽ cảm nhận lá cây có màuvàng, đỏ

- Dải sóng hồng ngoại: ảnh hưởng chủ yếu đến khả năng phản xạ phổ của lácây là hàm lượng nước chứa trong lá

- Thực vật có khả năng hấp thụ năng lượng mạnh nhất ở các bước sóng 1.4

μm, 1.9 μm, 2.7 μm Bước sóng 2.7 μm hấp thụ năng lượng mạnh nhất gọi

là dải sóng cộng hưởng hấp thụ (sự hấp thụ mạnh diễn ra với dải sóngtrong khoảng từ 2.66 μm–2.73 μm) Khi hàm lượng nước chứa trong lágiảm đi, khả năng phản xạ phổ của lá cây cũng tăng lên đáng kể

Đồ thị yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật

Câu 4 Phát biểu khái niệm vật mang và bộ cảm Trình bày các dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh viễn thám

* Khái niệm vật mang:

Vật mang là phương tiện dùng để bố trí các bộ cảm biến trên đó nhằmthu nhận thông tin từ mặt đất

Ví dụ: Vật mang có thể là vệ tinh, máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi,thang trượt của cần cẩu…

Máy bay vệ tinh là những vật mang cơ bản Có nhiều vật mang có độcao hoạt động từ vài chục mét trở lên

Vật mang được chia thành những loại sau:

+ Vệ tinh địa tĩnh

+ Vệ tinh tài nguyên

+Vệ tinh quỹ đạo thấp

+ Vệ tinh tầng máy bay

+ Vệ tinh tầng thấp

* khái niệm bộ cảm:

Bộ cảm biến là các thiết bị tạo ra ảnh về sự phân bố năng lượng phản

xạ hay phát xạ của các vật thể từ mặt đất theo những phần nhất định củaquang phổ điện từ

Bộ cảm chịu trách nhiệm thu nhận năng lượng phát ra từ vật thể phản

xạ từ nguồn cung cấp tự nhiên( mặt trời) hay nguồn nhân tạo( vệ tinh phátra) Những năng lượng này sẽ được chuyển thành tín hiệu số( biến quangnăng thành điện năng, chuyển đổi tín hiệu điện thành 1 số nguyên hữu hạngọi là giá trị số của pixel) tương ứng với năng lượng bức xạ theo từngbước sóng do bô cảm thu nhận trong dải phổ đã xác định

* Các dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh viễn thám:

Dựa vào quỹ đạo chuyển động của vệ tinh so với trái đất và mặt trờithì sẽ có các dạng quỹ đạo sau:

- Quỹ đạo đồng bộ với trái đất:

o Là quỹ đạo của vệ tinh chuyển động với vân tốc cùng với vận tốc quay củatrái đất, tức vệ tinh quay 1 ngày quanh trái đất hết gần 24h

o Nếu mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh mà trùng với mặt phẳng xích đạo củatrái đât thì vệ tinh này được gọi là vệ tinh địa tĩnh

o Vệ tinh địa tĩnh có độ cao bay khoảng 36000km và luôn treo lơ lửng tại 1điểm cố định trong không trung( tức là đứng yên so với mặt đất) ; thườngđược dung để giám sát khí tượng, giám sát môi trường ở các vùng lãnh thổ

và truyền tin…

- Qũy đạo đồng bộ với quỹ đạo trái đất:

o Là quỹ đạo chuyển động của vệ tinh theo hướng Bắc - Nam kết hợp vớichuyển động Tây – Đông tạo thành quỹ đạo chuyển động đồng bộ với quỹđạo chuyển động của mặt trời sao cho vệ tinh luôn nhìn thấy trái đất tạithời điểm có độ sáng ổn định.

o Góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo gần bằng với góc nghiêng của trụcquay trái đất so với mặt phẳng xích đạo nên được gọi là quỹ đạo gần cực

o Những vệ tinh có quỹ đạo chuyển động đồng bộ với quỹ đạo của mặt trời

sẽ thu nhận thông tin từ vùng nào đó trên mặt đất vào một giờ địa phươngnhất định, có độ chiếu sáng của mặt trời là ổn định

 Đây là yếu tố quan trọng trong sự nhận biết sự thay đổi giá trị phổ của ảnh

- Đặc trưng chuyển động theo quỹ đạo không chỉ được phân biệt bởi độ caobay, hình dạng, kích thước, góc nghiêng mà nó còn phụ thuộc vào chu kìlặp của nó tại thời điểm quan sát Chu kỳ lặp có thể là 1 ngày hay nhiềungày

Ví dụ: Vệ tinh giám sát mặt đất ( vệ tinh tài nguyên) có chu kì lặp của vệtinh lại nhiều ngày, cho phép bộ cảm biến có thể phủ hầu hết các phần của

bề mặt trái đất

Câu 5: So sánh vệ tinh quỹ đạo đồng bộ Trái đất và vệ tinh quỹ đạo đồng bộ Mặt trời

Vệ tinh quỹ đạo đồng bộTrái Đất

Vệ tinh quỹ đạo đồng bộMặt Trời

Hướng

chuyển động

Quay cùng chiều với tráiđất, theo chiều từ Tâysang Đông

Quay qua hai cực của trái đất

Khác tốc độ góc quay củaTrái Đất

Mặt phẳng

quỹ đạo bay

Trùng với mặt phẳngxích đạo

Gần vuông góc với mặtphẳng xích đạo

Phạm vi quan

sát

Chỉ quan sát được mộtkhu vực nhất định trêntrái đất

Nhiều vùng khác nhau.Thuthập thông tin của 1 vùngnào đó theo giờ địa phươngnhất định

Ứng dụng Quan sát khí tượng,

truyền tin… Giám sát tài nguyên, nguyêncứu bề mặt Trái Đất

Vệ tinh Khí tượng, vệ tinh thông

tin:GMS,Vinasat,SMS/Goes, Metesset

Giám sát tài nguyên và môitrường như: Landsat, Spot,Mos, Irs

Câu 6: Trình bày phân loại viễn thám

Có 5 cách phân loại

1 Hình dạng quỹ đạo vệ tinh

2 Độ cao bay của vệ tinh

3 Nguồn năng lượng sủ dụng

4 Dải phổ của các thiết bị (vùng bước sóng sử dụng)

5 Lĩnh vực ứng dụng

• Phân loại theo hình dạng quỹ đạo vệ tinh

- Quỹ đạo đồng bộ với quỹ đạo Trái đất: Cùng chiều quay với trái đất từ tâysang đông, mp quỹ đạo bay của vệ tinh trùng với quỹ đạo bay với xíchđạo

- Quỹ đạo cực: bay qua hai cực Bắc và Nam.MP quỹ đạo bay của vệ tinhhợp với MP xích đạo 1 góc 90 độ

- Quỹ đạo nghiêng ( quỹ đạo gần cực) :đi qua gần 2 cực của Trái đất, góchợp bởi mặt phẳng quỹ đạo bay với mặt phẳng xích đạo khác 00 và khác

900

 Dựa vào hình dạng của quỹ đạo chia làm 2 loại viễn thám

- Vệ tinh địa tĩnh: Tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của TĐ, chỉ quansát được một khu vực trên trái đất Ví dụ: vệ tinh khí tượng, vệ tinh thôngtin

- Vệ tinh quỹ đạo cực hay gần cực:

o là vệ tinh có mp quỹ đạo vuông góc hoặc gần vuông góc với mặt phẳngxích đạo (độ cao bay khoảng 900 km)

o Quay qua hai cực của trái đất, tốc độ quay khác với tốc độ quay của tráiđất, quan sát được toàn bộ trái đất

o Thời gian thu ảnh trên các vùng lãnh thổ trên mặt đất cùng với giờ địaphương, thời gian lặp lại là cố định đối với mỗi vệ tinh

Ví dụ: Vệ tinh giám sát tài nguyên và môi trường như: Landsat, Spot, Mos,Irs

• Phân loại theo nguồn năng lượng sử dụng :

- Viễn thám bị động: Sử dụng nguồn năng lượng mặt trời hoặc năng lượngdovật thể bức xạ Chỉ áp dụng khi có năng lượng mặt trời, không áp dụngđược vào ban đêm, mưa bão…

• Theo độ cao bay của vật mang

 Viễn thám mặt đất ( < 100m) : bộ cảm biến đặt trên mặt đất : ô tô, thuyền,cầm tay, các vật cao di động hay cố định…

 Viễn thám hàng không (100m-100km) : bộ cảm biến đặt trên không trung :máy bay, kinh khí cầu…

 Viễn thám vệ tinh (240 km-36000km) : bộ cảm biến đặt trên vệ tinh nhântạo, trạm không gian, tên lửa, tàu con thoi…

 Viễn thám vũ trụ( > 36000km) : bộ cảm biến đặt trên phi thuyền giữa cáchành tinh, nghiên cứu các mục tiêu nằm ngoài TĐ và Mặt trăng

• Phân loại theo vùng bước sóng sử dụng

- Viễn thám tử ngoại (λ= 0,05- 0,38 ) : bị hấp thụ bởi tầng ô zôn.ít được sửdụng trong vệ tinh

- Viễn thám nhìn thấy: ( λ=0,38-0,76 ) Năng lượng sử dụng là bức xạ mặttrời Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này gọi là ảnh quang học ít bịhấp thụ bởi ô xy, hơi nước

- Viễn thám hồng ngoại: (λ= 0,76µm- 1mm) Nguồn năng lượng sử dụng làbức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra

o năng lượng phản xạ mạnh ( 0,5 µm)

o hơi nước hấp thụ mạnh (3-22µm

- Viễn thám siêu cao tần: (λ=1mm – 1m) Áp dụng cả kỹ thuật chủ động và

bị động Ảnh thu được từ kỹ thuật viễn thám này gọi là ảnh Radar

o Không bị hấp thụ bởi khí quyển (> 2cm)

o Thu nhận năng lượng cả ngày lẫn đêm,không bị ảnh hưởng bởi mưa sươngmây

Câu 7: Dựa theo quỹ đạo chuyển động của vệ tinh so với Trái đất và Mặt trời có thể chia quỹ đạo vệ tinh thành các loại cơ bản nào? Trình bày các loại quỹ đạo đó? Kể tên các thông số cơ bản của vệ tinh

* Dựa theo quỹ đạo chuyển động của vệ tinh so với Trái Đất và Mặt Trời

có thể chia vệ tinh thành hai loại cơ bản: Vệ tinh quỹ đạo đồng bộ Trái Đất

và Vệ tinh quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời

 Vệ tinh quỹ đạo đồng bộ Trái Đất:

- Bay cùng chiều quay của Trái Đất( từ Tây sang Đông)

- Mặt phẳng quỹ đạo bay của vệ tinh trùng với mặt phẳng xích đạo

- Tốc độ góc quay bằng tốc độ qua của Trái Đất

- Có độ cao bay khoảng 36 000 km và luôn treo lơ lửng tại 1 điểm trênkhông trung( đứng yên so với bề mặt Trái Đất)

- Quan sát và thu thập thông tin liên tục trên 1 vùng cụ thể

- Ứng dụng: giám sát khí tượng, truyền tin…

 Vệ tinh quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời:

- Chuyển động theo hướng Bắc- Nam

- Mặt phẳng quỹ đạo bay của vệ tinh gần vuông góc với mặt phẳng xíchđạo

- Tốc độ góc quay khác tốc độ góc quay của Trái Đất

- Có độ cao bay khoảng 900 km

- Quan sát được nhiều khu vực trên Trái Thu thập thông tin trên vùng nào

đó của Trái Đất theo giờ địa phương nhất định và vị trí của vệ tinh sẽ thayđối theo điều kiện chiếu sáng của Mặt Trời trông 1 năm

- Quỹ đạo có chu kỳ lặp lại 1 ngày hay nhiều ngày

- Ứng dụng để giấm sát tài nguyên, nghiên cứu bề mặt Trái Đất

 Các thông số cơ bản của vệ tinh

1. Bán trục lớn A của quỹ đạo

2. Độ dẹt quỹ đạo e (lệch tâm quỹ đạo)

3. Góc nghiêng i (so với mặt phẳng xích đạo)

4. Góc lên bên phải h

5. Điểm gần nhất g (góc cực của cận điểm)

6. Thời gian V qua điểm gần nhất (cận điểm)

Câu 8: vẽ đồ thị và trình bày đặc trưng phản xạ phổ của nước?

- Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếutới và thành phần vật chất có trong nước

- Phản xạ phổ của nước còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái củanước do trong nước chứa nhiều thành phần hữu cơ và vô cơ

- Dải sóng hồng ngoại và cận hồng ngoại: nước có khả năng hấp thụ rấtmạnh do đó năng lượng phản xạ sẽ rất ít

- Dải sóng dài: khả năng phản xạ phổ của nước khá nhỏ nên có thể sử dụngcác kênh ở dải sóng ngoài để xác định ranh giới nước – đất liền.Nước đục

có khả năng phản xạ phổ cao hơn nước trong, nhất là ở dải sóng dài

- Hàm lượng clorophyl cũng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của nước(giảm khả năng phản xạ phổ ở dải sóng ngắn, tăng ở dải sóng màu xanh lácây)

- Ngoài ra, một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổcủa nước, tuy không thể hiện rõ rệt qua sự khác biệt của đồ thị phổ: độmặn của nước biển, hàm lượng khí metan, oxi, nitơ, cacbonic, trongnước

- Độ thấu quang của nước phụ thuộc vào độ đục/trong Nước biển, nướcngọt, nước cất đều có chung đặc tính thấu quang, tuy nhiên với nước đục,

độ thấu quang giảm rõ rệt và với bước sóng càng dài, độ thấu quang cànglớn Khả năng thấu quang cao và hấp thụ năng lượng ít ở dải sóng nhìnthấy đối với lớp nước mỏng (ao, hồ nông) và trong là do năng lượng phản

xạ của lớp đáy: cát, đá,

Bảng: Độ thấu quang của nước phụ thuộc bước sóng

Câu 9: Vẽ đồ thị và trình bày đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

- Khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước sóng, đặc biệt là bước sóngcận hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt

- Ở dải sóng điện từ, chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản xạ màkhông có năng lượng thấu quang

- Thành phần hợp chất: cấu trúc bề mặt của đất, độ ẩm của đất, hợp chất hữu

cơ, vô cơ có trong đất khác nhau thì biên độ đồ thị phản xạ phổ sẽ khácnhau

- Cấu trúc của thổ nhưỡng phụ thuộc vào thành phần sét, bụi cát có trongđất

- Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng phụ thuộc vào độ ẩm của đất Khi

độ ẩm tăng, khả năng phản xạ sẽ bị giảm

- Một số yếu tố ảnh hưởng khác:

• Hàm lượng chất hữu cơ trong đất Với hàm lượng hợp chất hữu cơ từ 0.5 –5.0% đất sẽ có màu nâu sẫm (phản xạ phổ yếu) Nếu hàm lượng chất hữu

cơ trong đất thấp hơn, khả năng phản xạ phổ sẽ cao hơn

• Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng còn phụ thuộc vào hàm lượng oxitsắt chứa trong đất Khả năng phản xạ phổ tăng khi hàm lượng oxit sắttrong đất giảm xuống (đặc biệt là vùng phổ nhìn thấy) Trong dải sóngđiện từ này, khả năng phản xạ phổ có thể giảm đến 40% khi hàm lượngoxit sắt trong đất tăng lên Khi loại bỏ oxit sắt ra khỏi đất, khả năng phản

xạ phổ tăng lên một cách rõ rệt, đặc biệt trong dải sóng điện từ 0.5 μm –1.1 μm

Đồ thị yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Câu 10: Trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên.

Các đối tượng tự nhiên khác nhau có đặc trưng phản xạ phổ khácnhau Tuy nhiên khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cũngchịu ảnh hưởng của một số yếu tố chung như yếu tố thời gian, không gian,khí quyển

 Yếu tố thời gian

- Yếu tố thời gian là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đếnkhả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên, đặcbiệt là các đối tượng

có sự thay đổi theo thời gian như lớp phủ thực vật

- Sự thay đổi theo thời gian của các đối tượng tự nhiên dẫn đến khả năngphản xạ phổ cũng thay đổi theo

Ví dụ: lúa có màu khác nhau theo thời vụ