ĐỀ CƯƠNG MÔN CƠ SỞ VIỄN THÁM

Mục lục Câu 1. Phân loại viễn thám theo nguồn năng lượng sử dụng và theo chiều dài bước sóng. 3 Câu 2. Hãy phân tích sự khác nhau giữa vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo cực. 4 Câu 3. Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thám. Vẽ sơ đồ 4 Câu 4. Phát biểu khái niệm vật mang, bộ cảm. Các dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh viễn thám. 5 Câu 5. Trình bày đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng? 7 Câu 6. Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật? 8 Câu 7. Trình bày đặc trưng phản xạ phổ của nước. Các yếu tố ảnh hưởng nào đến khả năng phản xạ phổ của nước. 9 Câu 8. Độ phân giải của ảnh là gì? Có những loại độ phân giải nào? Trình bày đặc điểm của từng loại. 10 Câu 9. Các dạng tương tác năng lượng của bức xạ điện từ với đối tượng tự nhiên. 12 Câu 10. So với tư liệu ảnh tương tự, dữ liệu ảnh số có những ưu điểm gì vượt trội 13 Câu 11. Phát biểu khái niệm giải đoán ảnh bằng mắt. Đặc điểm của giải đoán ảnh bằng mắt. 13 Câu 12. Trình bày về phân loại đa phổ. Nêu các điểm khác nhau cơ bản về khả năng ứng dụng của phương pháp phân loại có kiểm định và không kiểm định. 14 Câu 13. Tìm hiểu một số các ứng dụng về công nghệ viễn thám trong lĩnh vực quản lý đất đai 16

Mục lục Câu 1 Phân loại viễn thám theo nguồn năng lượng sử dụng và theo chiều dài bước sóng 3 Câu 2 Hãy phân tích sự khác nhau giữa vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo cực 4 Câu 3 Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thám Vẽ sơ đồ4 Câu 4 Phát biểu khái niệm vật mang, bộ cảm Các dạng quỹ đạo

cơ bản của vệ tinh viễn thám 5 Câu 5 Trình bày đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng Các yếu

tố nào ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng? .7 Câu 6 Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật Các yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật? 8 Câu 7 Trình bày đặc trưng phản xạ phổ của nước Các yếu tố ảnh hưởng nào đến khả năng phản xạ phổ của nước 9 Câu 8 Độ phân giải của ảnh là gì? Có những loại độ phân giải nào? Trình bày đặc điểm của từng loại 10 Câu 9 Các dạng tương tác năng lượng của bức xạ điện từ với đối tượng tự nhiên 12 Câu 10 So với tư liệu ảnh tương tự, dữ liệu ảnh số có những ưu điểm gì vượt trội 13 Câu 11 Phát biểu khái niệm giải đoán ảnh bằng mắt Đặc điểm của giải đoán ảnh bằng mắt 13 Câu 12 Trình bày về phân loại đa phổ Nêu các điểm khác nhau

cơ bản về khả năng ứng dụng của phương pháp phân loại có kiểm định và không kiểm định 14 Câu 13 Tìm hiểu một số các ứng dụng về công nghệ viễn thám trong lĩnh vực quản lý đất đai 16

CƠ SỞ VIỄN THÁM Câu 1 Phân loại viễn thám theo nguồn năng lượng sử dụng và theo chiều dài bước sóng

1.Phân loại theo nguồn tín hiệu:

Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn thám được chia làm hai loại: Viễn thám chủ động và Viễn thám bị động

Viễn thám bị động: sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng do vật thể bức xạ (ở điều kiện nhiệt độ thường, các vật thể tự phát ra bức

xạ hồng ngoại)

Viễn thám chủ động: thiết bị thu nhận phát ra nguồn năng lượng tới vật thể rồi thu nhận tín hiệu phản xạ lại

2.Phân loại theo vùng bước sóng sử dụng: viễn thám có thể được phân thành 3 loại cơ bản: Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại, viễn thám hồng ngoại nhiệt và viễn thám siêu cao tần

Trong đó:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ: nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ mặt trời, ảnh viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng lượng vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh quang học

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng là bức

xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh nhiệt

- Viễn thám siêu cao tần: trong viễn thám siêu cao tần hai kỹ thuật chủ động và bị động đều được áp dụng Viễn thám bị động thu lại sóng vô tuyến cao tần với bước sóng lớn hơn 1mm mà được bức xạ tự nhiên hoặc phản xạ từ một số đối tượng Vì có bước sóng dài nên năng lượng thu nhận được của kỹ thuật viễn thám siêu cao tần bị động thấp hơn viễn thám trong dải sóng nhìn thấy Đối với viễn thám siêu cao tần chủ động (Radar), vệ tinh cung cấp năng lượng riêng và phát trực tiếp đến các vật thể, rồi thu lại năng lượng do sóng phản xạ lại từ các vật thể Cường độ năng lượng phản xạ được đo lường để phân biệt giữa các đối tượng với nhau Ảnh thu được từ kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh Radar

Câu 2 Hãy phân tích sự khác nhau giữa vệ tinh địa tĩnh và vệ tinh quỹ đạo cực

Vệ tinh địa tĩnh Vệ tinh quỹ đạo cực

Quỹ

đạo

chuyển

động

Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái đất nghĩa

là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên

Vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc hoặc gần vuông góc

so với mặt phẳng xích đạo của trái đất Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất

Vệ tinh địa tĩnh là trường hợp đặc biệt của các vệ tinh

có quỹ đạo chuyển động đồng bộ với trái đất

Vệ tinh quỹ đạo cực là vệ tinh

có quỹ đạo chuyển động đồng

bộ với quỹ đạo mặt trời

Đặc

điểm

Quan sát từ một điểm cố định

Quan sát đều đặn theo chu kỳ lặp

Độ cao

bay

30000 – 40000 km 500 – 1000km

Ứng

dụng

Quan sát khí tượng, giám sát môi trường cho mỗi vùng lãnh thổ và truyền tin

Giám sát tài nguyên

Ví dụ Vệ tinh GMS, GOES LandSat, Spot,…

Câu 3 Các thành phần cơ bản của hệ thống viễn thám Vẽ sơ đồ

Các thành phần chính của một hệ thống viễn thám

Một hệ thống viễn thám thường bao gồm 7 phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau Trình tự hoạt động của các thành phần trong hệ thống viễn thám được mô tả trong hình sau:

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 đối tượng 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, nguồn năng 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 đi qua

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 thuộc vào đặc điểm của đối tượng và sóng điện từ Sự tương tác này có thể là sự truyền qua, sự hấp thụ hay 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 và thu nhận sóng điện từ Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm sẽ mang thông 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 thu nhận 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 trên ảnh cần phải giải đoas chúng Ảnh được phân loại bằng việc kết hợp các phương 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 qúa trình

xử lý ảnh vào các lĩnh vực, bài toán cụ thể

Câu 4 Phát biểu khái niệm vật mang, bộ cảm Các dạng quỹ đạo

cơ bản của vệ tinh viễn thám

Khái niệm

-Vật mang là một phương tiện dùng để mang các bộ cảm gọi là vật mang Vệ tinh máy bay là những vật mang cơ bản trong viễn thám Có nhiều loại vật mang có độ cao hoạt động từ vài chục mét trở lên

-Bộ cảm là thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hoặc bức

xạ từ vật thể

Các dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh viễn thám

-Quỹ đạo đồng bộ với Trái đất:

Là quỹ đạo của vệ tinh có chuyển động với vận tốc cùng với vận tốc quay của Trái đất Có nghĩa là vệ tinh quay một vòng quanh trái đất hết gần 24h hay 86164.1s

Nếu mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh trùng với mặt phẳng xích đạo của trái đất, thì vệ tinh được gọi là vệ tinh địa tĩnh

Các vệ tinh địa tĩnh có độ cao bay khoảng 30000 km đến 40000 km và luôn treo lơ lửng tại một điểm trên không trung (đứng yên tương đối

so với mặt đất), nên ch ng sử dụng cho mục đí h quan sát khí tượng, giám sát môi trường cho mỗi vùng lãnh thổ và truyền tin

Với độ cao lớn, các vệ tinh khí tượng địa tĩnh có thể giám sát thời tiết

và dạng mây bao phủ trên toàn bộ bán cầu của trái đất

-Quỹ đạo đồng bộ với quỹ đạo mặt trời:

Là quỹ đạo chuyển động của vệ tinh hướng Bắc – Nam kết hợp với chuyển động Đông – Tây của Trái đất tạo thành quỹ đạo chuyển động đồng bộ với quỹ đạo chuyển động của mặt trời, sao cho vệ tinh luôn nhìn bề mặt trái đất tại thời điểm có độ sáng ổn định Góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo gần bằng góc nghiêng của trục quay trái đất so với mặt phẳng xích đạo, do vậy còn gọi là quỹ đạo cực

Những vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo đồng bộ với mặt trời sẽ thu thập thông tin trên một vùng nào đó trên mặt đất theo một giờ địa phương nhất định và với độ chiếu sáng của mặt trời ổn định Đây là yếu tố quan trọng cho việc giám sát sự thay đổi giá trị phổ giữa các ảnh

Đặc trưng chuyển động của vệ tinh theo quỹ đạo không chỉ được phân biệt theo hình dạng, kích thước, góc nghiêng mà còn theo chu kỳ lặp lại của nó tại thời điểm quan sát Chu kỳ lặp có thể là 1 hay nhiều ngày Vệ tinh giám sát mặt đất (vệ tinh tài nguyên) thường sử dụng quỹ đạo chuyển động với chu kỳ lặp nhiều ngày, cho phép bộ cảm nhìn bao phủ hầu hết các phần trên bề mặt trái đất

Câu 5 Trình bày đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng Các yếu

tố nào ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng?

Đặc trưng phản xạ chung nhất của thổ nhưỡng là khả năng phản xạ phổ tăng theo độ dài bước sóng đặc biệt là bước sóng cận hồng ngoại

và hồng ngoại nhiệt

Ở dải sóng điện từ này chỉ có năng lượng hấp thụ và năng lượng phản

xạ mà không có năng lượng thấu quang Với các loại đất có thành phần cấu tạo các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau khả năng phản xạ phổ sẽ khác nhau Tùy thuộc vào thành phần hợp chất có trong đất mà biên độ của đồ thị phản xạ phổ sẽ khác nhau

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng: cấu trúc bề mặt của đất độ ẩm của đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ có trong đất

Cấu trúc của thổ nhưỡng phụ thuộc vào thành phần sét, bụi cát có trong đất Sét là hạn mịn có đường kính nhỏ hơn 0.002mm, bụi có đường kính 0.002 – 0.05 mm, cát có đường kính 0.05 – 2mm Với đất hạt mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ với đất hạt lớn, khoảng cách giữa các hạt lớn hơn dẫn đến khả năng vận chuyển không khí và độ

ẩm dễ dàng hơn

Độ ẩm và lượng nước có trong đất ảnh hưởng lớn đến khả năng phản

xạ phổ của thổ nhưỡng

Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng phụ thuộc vào độ ẩm của đất Khi độ ẩm tang, khả năng phản xạ sẽ bị giảm

Một yếu tố khác ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

là hợp chất hữu cơ có 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 oxit sắt chứa trong đất Khả năng phản xạ phổ tăng khi hàm lượng oxit sắt trong đất giảm xuống đặc biệt là vùng phổ nhìn thấy Trong dải sóng điện từ này khả năng phản xạ phổ có thể giảm đến 40% khi hàm lượng oxit 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 m – 1 1 μm – 1 1 μm m

Câu 6 Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật Các yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng 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 đặc tính phản xạ phổ của nó đặc biệt là hàm lượng chất diệp lục (clorophyl) Trong dải sóng này, thực vật ở trạng thái tươi tốt với hàm lượng diệp lục cao trong lá cây sẽ có khả năng phản xạ phổ cao ở bước sóng xanh lá cây (green) giảm xuống ở vùng sóng đỏ (red) và tăng rất mạnh ở vùng sóng cận hồng ngoại (NIR)

Khả năng phản xạ phổ của lá cây ở vùng sóng ngắn và vùng ánh sáng

đỏ thấp Hai vùng suy giảm khả năng phản xạ phổ này tương ứng với hai dải sóng bị chất diệp lục (clorophyl) hấp thụ ở vùng sóng này chất diệp lục hấp thụ phần lớn năng lượng chiếu tới, do vậy khả năng phản xạ phổ của lá cây không lớn ở bước sóng xanh lá cây (green), khả năng phản xạ phổ của lá cây rất cao, do đó lá cây ở trạng thái tươi tốt được mắt người cảm nhận ở màu lục (green) Khi lá úa hoặc có

bệnh hàm lượng clorophyl giảm đi khả năng phản xạ phổ cũng thay đổi, mắt người sẽ cảm nhận lá cây có màu vàng, đỏ

ở vùng sóng hồng ngoại ảnh hưởng chủ yếu đến khả năng phản xạ phổ của lá cây 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 1 μm m, 1.9 μm – 1 1 μm m, 2.7 μm – 1 1 μm m Bước sóng 2.7 μm – 1 1 μm m hấp thụ năng lượng mạnh nhất gọi là dải sóng cộng hưởng hấp thụ (sự hấp thụ mạnh diễn ra với dải sóng trong khoảng từ 2.66 μm – 1 1 μm m - 2.73 μm – 1 1 μm m)

Khi hàm lượng nước chứa trong lá giảm đi khả năng phản xạ phổ của

lá cây cũng tăng lên đáng kể

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của thực vật bao gồm: chất sắc tố, cấu trúc tế bào lá và hàm lượng nước trong lá

Câu 7 Trình bày đặc trưng phản xạ phổ của nước Các yếu tố ảnh hưởng nào đến khả năng phản xạ phổ của nước.

Khả năng phản xạ phổ của nước thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước ngoài ra khả năng phản

xạ phổ của nước còn phụ thuộc vào bề mặt nước và trạng thái của nước

Đối với đường bờ nước, ở ải sóng hồng ngoại và ận hồng ngoại ó thể phân biệt một á h r ràng ướ ó khả năng hấp thụ rất mạnh năng lượng ở bướ sóng ận hồng ngoại và hồng ngoại o đó năng lượng phản ạ s rất ít ải sóng ài khả năng phản ạ phổ ủa nướ khá nh nên ó thể sử ụng á kênh ở ải sóng ngoài để á định ranh giới nước – đất liền

Trong nước chứa nhiều thành phần hữu cơ và vô ơ ho nên khả năng phản ạ phổ ủa nướ phụ thuộ vào thành phần và trạng thái ủa nước Nước đụ ó khả năng phản ạ phổ ao hơn nướ trong nhất là ở ải sóng ài àm lượng loroph l ng ảnh hưởng đến khả năng phản ạ phổ

ủa nước

goài ra một số yếu tố khá ng ảnh hưởng đến khả năng phản ạ phổ

ủa nướ tu không thể hiện r rệt qua sự khá iệt ủa đồ thị phổ: độ mặn ủa nướ iển hàm lượng khí metan o i nitơ, cacbonic, trong nước

Độ thấu quang ủa nướ phụ thuộ vào độ đụ trong Nướ iển nướ ngọt nướ ất đều ó hung đặ tính thấu quang tu nhiên với nước đụ

độ thấu quang giảm r rệt và với bướ sóng àng ài độ thấu quang àng lớn Khả năng thấu quang ao và hấp thụ năng lượng ít ở ải sóng nhìn thấ đối với lớp nướ m ng ao hồ nông và trong là o năng lượng phản ạ ủa lớp đá : át đá

Câu 8 Độ phân giải của ảnh là gì? Có những loại độ phân giải nào? Trình bày đặc điểm của từng loại.

Độ phân giải là thông số cơ bản nhất phản ánh chất lượng và tính năng của ảnh vệ tinh mà dựa vào đó ta có thể xác định khả năng phân loại nghiên cứu vật thể

- Độ phân giải không gian

- Độ phân giải bức xạ

- Độ phân giải phổ

- Độ phân giải thời gian

Độ phân giải không gian: là kích thước nhỏ nhất của một đối tượng hay khoảng cách tối thiểu giữa hai đối tượng liền kề có khả năng phân biệt được trên ảnh

Ảnh có độ phân giải không gian càng cao thì có kích thước pixel càng nhỏ Độ phân giải này phụ thuộc vào kích thước của pixel ảnh độ tương phản hình ảnh điều kiện khí quyển và các thông số quỹ đạo của

vệ tinh

Độ phân giải không gian cũng được gọi là độ phân giải mặt đất khi hình chiếu của một pixel tương ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt đất

Dựa vào độ phân giải không gian ảnh vệ tinh có thể được chia làm các loại cơ bản sau: ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao (độ phân giải không gian trên 1m) ảnh vệ tinh độ phân giải cao (1 – 10m), ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình (10 – 100 m) và ảnh vệ tinh độ phân giải thấp (>100m)

Độ phân giải bức xạ: là khả năng nhạy ảm ủa á thiết ị thu để phát hiện những sự khá nhau rất nh trong năng lượng sóng điện từ số it ùng để ghi nhận thông tin ảnh vệ tinh)

Độ phân giải ứ ạ ùng để lưu trữ ử l và hiển thị ảnh vệ tinh trong

má tính kiểu raster tù thuộ vào số it ùng để ghi nhận thông tin mỗi

pi el s ó giá trị hữu hạn ứng với từng ấp độ ám

Phần lớn ữ liệu ảnh viễn thám hiện na đượ lưu trữ ở dạng 8 bit một

số ảnh vệ tinh độ phân giải ao ó thể lưu trữ ở dạng 16 bit Ảnh vệ tinh được lưu trữ ở dạng 8 bit sẽ có 256 cấp độ xám (0 – 255), 16 bit

có 65536 cấp độ xám (0 – 65535)

Độ phân giải phổ: thể hiện ởi kí h thướ và số kênh phổ ề rộng phổ hoặ sự phân hia vùng phổ mà ảnh vệ tinh ó thể phân iệt một số lượng lớn á ướ sóng ó kí h thướ tương tự ng như tá h iệt đượ á

ứ ạ từ nhiều vùng phổ khá nhau

Cùng một vùng phủ mặt đất tương ứng á pi el s ho giá trị riêng iệt theo từng vùng phổ ứng với á ướ sóng khá nhau Do đó thông tin đượ ung ấp theo từng loại ảnh vệ tinh khá nhau không hỉ phụ thuộ vào số it ùng để ghi nhận mà n phụ thuộ vào phạm vi ướ sóng

Độ phân giải thời gian là thời gian hụp lặp lại tại ùng một vị trí ủa ảnh vệ tinh Độ phân giải thời gian cho biết số ngà hoặ giờ mà hệ thống ảm iến ủa vệ tinh s qua lại để hụp một vị trí nhất định Do vậ

độ phân giải thời gian không liên quan đến á thiết ị ghi ảnh mà hỉ liên quan đến khả năng khi lặp lại ủa vệ tinh

Ảnh đượ hụp vào á ngà khá nhau ho phép so sánh đặ trưng ề mặt theo thời gian u điểm ủa độ phân giải thời gian là ho phép ung ấp thông tin hính á hơn và nhận iết sự iến động ủa khu vự ần nghiên

ứu ầu hết á vệ tinh đều a qua ùng một điểm vào một khoảng thời gian ố định từ vài giờ vài ngà đến vài tuần phụ thuộ vào quỹ đạo

và độ phân giải không gian