Đề cương ôn tập môn viễn thám và gis đại học bách khoa hà nội

Đề cương ôn tập môn “Viễn thám GIS” - 2016 Câu hỏi 1: Định nghĩa tán xạ tương tác xạ mặt trời khí Đặc điểm tán xạ Rayleigh tán xạ Mie Trả lời: c om Định nghĩa tán xạ : Là tượng đổi hướng lượng điện từ gây hạt lơ lửng khí hay phân tử gas khí Tán xạ xảy nhiều hay phụ thuộc kích thước hạt trên, mật độ hạt, bước sóng xạ, độ sâu khí mà lượng xuyên qua ng Do tán xạ mà phần chùm tia xạ mặt trời hướng trở lại không gian, phần hướng tới bề mặt trái đất an co Tán xạ Rayleigh : Cuối năm 1890, nhà khoa học Anh Rayleigh cho khí có khí gas, tán xạ ánh sáng tăng mạnh ứng với bước sóng ngắn du o ng th Tán xạ Rayleigh xảy hạt khí có đường kính nhỏ nhiều so với bước sóng xạ Các hạt hạt bụi nhỏ, số phân tử khí gas lớn Ni-tơ, ơ-xy Tán xạ Rayleigh xảy chủ yếu khí quyển, độ cao lên đến 9-10Km u Tán xạ Rayleigh phụ thuộc bước sóng cu Ví dụ: màu xanh da trời (blue) bị tán xạ nhiều gấp lần màu đỏ, ánh sáng cực tím tán xạ gấp 16 lần màu đỏ Tán xạ Rayleigh lý bầu trời ban ngày có màu xanh chuyển sang màu đỏ sáng cam lúc hồng Buổi trưa, mặt trời lên cao, tia mặt trời qua khí theo đường ngắn trực tiếp quan sát từ mặt đất chủ yếu ánh sáng màu xanh đổi hướng tán xạ Rayleigh Khi mặt trời xuống thấp, ánh sáng khí theo đường dài bước sóng dài qua đường dài mà không bị suy giảm tán xạ Do từ mặt đất ta thấy thành phần màu đỏ tia mặt trời CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng an co Tán xạ Mie (Mie scattering): tán xạ gây hạt khí lớn bụi, phấn hoa, khói giọt nước ng th Các hạt dường nhỏ so với quan sát người thực lại lớn nhiều lần hạt gây tán xạ Rayleigh Đường kính hạt gây tán xạ Mie tương đương bước sóng xạ bị tán xạ du o Tán xạ Mie phụ thuộc bước sóng ảnh hưởng tới dải rộng bước sóng gần dải ánh sáng nhìn thấy cu u Khi phân tích tán xạ Mie cần xem xét kích thước, hình dạng thành phần hạt Tán xạ Mie xảy chủ yếu vùng thấp khí (độ cao – 5Km) nơi tập trung hạt khí lớn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 2: Trình bày khái niệm độ phân giải khơng gian viễn thám vi ba Giải thích độ phân giải khơng gian phụ thuộc độ rộng hiệu dụng xung dọc theo đường xiên độ rộng búp sóng theo hướng azimuth Trả lời: Độ phân dải khơng gian: Là hàm số tính chất đặc trưng xạ vi ba tác động hình học .c om Ví dụ: Khi sử dụng RAR (Real Aperture Radar), xung đơn lẻ truyền tín hiệu phản xạ thu để tạo ảnh ng Như vậy, độ phân giải phụ thuộc độ rộng hiệu dụng xung dọc theo đường xiên độ rộng búp sóng theo hướng azimuth Độ phân giải ngang tuyến (across-track) phụ thuộc độ rộng xung P co Hai mục tiêu phân biệt chúng cách cách nửa độ rộng xung theo hướng bề rộng dải cu u du o ng th an Độ phân giải đường xiên số, chiếu lên mặt đất, độ phân giải mặt đất lại phụ thuộc góc tới Trong trường hợp này, range tăng độ phân giải mặt đất giảm Độ phân giải dọc tuyến (along-track) xác định độ rộng búp sóng xạ vi ba khoảng cách đường xiên • Độ rộng búp sóng (A) đơn vị đo độ rộng hình mẫu chiếu rọi (illumination pattern) Khoảng cách chiếu rọi xa sensor độ phân giải dọc tuyến tăng • Như minh họa hình, mục tiêu phân biệt mục tiêu cách xa nên phân biệt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Độ rộng búp sóng tỷ lệ nghịch với độ dài/kích thước ăngten liên quan đến góc mở (aperture) .c om • Ăng-ten dài tạo búp sóng hẹp độ phân giải tốt • Có thể đạt độ phân giải tốt thu hẹp độ rộng xung cu u du o ng th an co ng • Độ phân giải dọc tuyến tốt tăng kích thước ăng-ten Tuy nhiên kích thước ăng-ten bị giới hạn (1-2m với ăng-ten airborne, 10-15m cho ăng-ten vệ tinh) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 3: Nêu giải thích ảnh hưởng tán xạ viễn thám Trả lời: Các thiết bị viễn thám thường loại trừ xạ bước sóng ngắn xanh (blue) cực tím sử dụng lọc hay giảm độ nhạy chất cảm quang film dải bước sóng Tán xạ làm cho xạ từ bên vào vùng mở cảm biến dẫn đến giảm chi tiết ảnh ghi lại .c om Tán xạ làm cho vật thể tối trở nên sáng kết vật sáng bị tối hay nói cách khác làm giảm độ tương phản mà cảm biến ghi lại Nếu coi ảnh “tốt” thể dải tương phản tán xạ làm giảm chất lượng ảnh an co ng Theo Kaufman (1984), ảnh hưởng tán xạ băng phổ tổng thành phần th Trong đó: xạ quan sát cảm biến IS: xạ phản xạ từ bề mặt trái đất IO: xạ mặt trời bị tán xạ tới trực tiếp cảm biến trước tới mặt đất ID: xạ khuếch tán du o ng I: IO: cu u IS: thay đổi tùy theo bề mặt vật liệu, độ dốc địa hình, hướng quan sát, góc chiếu xạ thường coi số vùng rộng ID: nhỏ so với yếu tố khác thay đổi khu vực khác khó ước lượng Ví dụ trường hợp đặc biệt bóng râm, bề mặt khơng nhận ánh sáng trực tiếp từ tia mặt trời coi IS=0, bóng râm có độ sáng ID mẫu phổ vùng (có từ thay đổi khu vực có xạ khuếch tán) Viễn thám xem xét IS bước sóng khác để thu thập thông tin bề mặt trái đất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 4: Cửa sổ khí ý nghĩa viễn thám Định nghĩa hấp thụ tương tác xạ mặt trời khí Nêu ví dụ loại khí gas hấp thụ mạnh xạ mặt trời Trả lời: - cu u du o ng th an co ng - c om - Cửa sổ khí quyển: Khí trái đất khơng suốt với xạ điện từ có khí gas vài dạng cản trở khác Tuy nhiên số bước sóng định việc truyền dẫn xạ điện từ tương đối dễ gọi cửa sổ khí Vị trí, mở rộng cửa sổ khí định nghĩa hấp thụ phổ khí gas khí Cửa sổ khí quan trọng viễn thám định nghĩa dải bước sóng sử dụng để tạo ảnh viễn thám Các dải bước sóng khơng nằm cửa sổ thường bị suy hao nhiều khí khơng hiệu dùng viễn thám vùng hồng ngoại xa, cửa sổ quan trọng dải mở từ 3.5 – 4.1m từ 10.5 – 12.5m Dải bước sóng thứ hai đặc biệt quan trọng viễn thám tương ứng với mức đỉnh phát xạ từ bề mặt trái đất - Ngoài dải bảng sử dụng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u - Hấp thụ (Absorption) Hấp thụ xạ xảy khí ngăn cản truyền dẫn xạ, làm tổn hao lượng qua khí Ba loại khí gas hấp thu nhiều xạ mặt trời là: o Ozone (O3): tạo tương tác xạ cực tím mạnh phân tử ô-xi, tập trung nhiều độ cao 20-30Km, hấp thụ phần lượng cao, bước sóng ngắn phổ cực tím o Carbo dioxide (CO2): xuất vùng thấp khí quyển, chiếm khoảng 0,03% dung lượng khí khơ, phân bố thay đổi theo vùng (núi lửa phun trào hay hoạt động người), quan trọng viễn thám hấp thụ cách hiệu xạ vùng hồng ngoại hồng ngoại xa, dải hấp thụ mạnh từ 13 – 17.5 m o Hơi nước (H2O): thường xuất vùng thấp khí (dưới 100Km), dung lượng thay đổi từ đến 3%, độ tập trung nước thay đổi theo thời gian lẫn không gian, dải hấp thụ mạnh 5.5 – 7.0 m > 27 m cu - CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 5: Trình bày méo dạng ảnh radar viễn thám vi ba Nguyên nhân ảnh hưởng hiệu ứng méo dạng ảnh Trả lời: Với hệ thống viễn thám, hình học quan sát radar tất yếu dẫn đến méo dạng hình học ảnh viễn thám thu Tuy nhiên, khác biệt thể rõ với radar ảnh radar đo khoảng cách .c om Méo tỷ lệ đường xiên theo range (slant-range) xảy với radar thiên đo khoảng cách đường xiên đo khoảng cách bề ngang thực mặt đất Như vậy, tỷ lệ ảnh thay đổi theo range từ gần tới xa co ng Ví dụ: Mục tiêu A1 B1 kích thước mặt đất khác đường xiên range (A2 B2).Như mục tiêu range gần bị nén so với mục tiêu range xa an Hiệu ứng foreshortening: xảy búp sóng radar chiếu tới vật thể cao, có mặt nghiêng ng th phía radar, búp sóng “chạm” tới chân trước “chạm” đỉnh du o Ví dụ: đoạn nghiêng AB bị nén lại thể sai lệch đoạn A’B’ cu u Hiệu ứng foreshortening cực đại xảy mặt nghiêng hướng trực diện radar (đoạn CD), lúc độ dài hiệu dụng C’D’ Hiệu ứng che phủ (layover): xảy búp sóng radar chiếu tới vật thể cao, búp sóng “chạm” tới đỉnh ũng từ ảnh viễn thám Thực tế phổ đặc điểm thay đổi theo thời gian khoảng cách Trong viễn thám, tìm hiểu đặc tính phổ vật thể quan trọng Một số nghiên cứu tập trung xem xét đặc tính phổ lớp đặc điểm khác Vậy gặp khó khăn việc định nghĩa dấu hiệu phổ, ví dụ, lớp từ phân biệt vùng có cối không cối, hay vài trường hợp ta phát cối có bệnh u - ng th an co ng c om Tính chất phổ vật thể - Viễn thám bao gồm tìm hiểu xạ phát hay phản xạ từ đặc điểm bề mặt trái đất Loại xạ phát thân vật thể phát (hồng ngoại xa), hay xạ phản xạ với nguồn mặt trời hay khí (do tán xạ xạ mặt trời) hay xạ nhân tạo - Điều viễn thám người hiểu thêm vật thể hay đặc điểm bề mặt trái đất cách nghiên cứu xạ phát hay phản xạ đặc điểm - Sử dụng camera hay thiết bị viễn thám khác, ta quan sát độ sáng vật thể dải bước sóng, có nhiều điểm để so sánh độ sáng vật thể phân biệt - Một phép đo tạo nên mẫu đáp ứng phổ hay goi dấu hiệu phổ vật thể - Một cách lý tưởng, biết rõ mẫu đáp ứng phổ cho phép xác định đặc điểm cần quan tâm loại mùa màng, rừng hay khoáng sản - Phát biểu Parker Wolff (1965): Tất vật có riêng phân bố xạ phản xạ, phát hấp thụ Các đặc tính phổ - đươc khai thác triệt để – dùng để phân biệt với khác hay để có thơng tin hình dạng, kich thước đặc tính hóa lý khác - Phát biểu diễn giải khái niệm dấu hiệu phổ - 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om ng co an th ng du o u cu 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 10: Thời gian ngày ảnh hưởng đến việc tổ chức kế hoạch bay chụp ảnh hàng không Trả lời: c om ng co an th ng du o - u - Điều quan trọng việc xác định ảnh hưởngcủa thời gian việc tổ chức kế hoạch bay để thu thập hình ảnh tốt cần phải xem xét hướng bay tương đối so với mặt trời, góc chiếu so với hướng bay Các yếu tố độ chói phản xạ từ bề mặt, ảnh hưởng khói bụi tùy theo thời gian ngày ảnh hưởng đến kế hoạch bay Những hình ảnh có khác tùy theo thời gian chụp ngày ảnh hưởng hướng chiếu mặt trời Ví dụ: rụng vào mùa đơng xanh tố vào mùa xuân, mùa hè, lúa có biểu khác theo thời vụ Vì chụp ảnh cần biết rõ thời vụ, thời điểm ghi nhận ảnh đặc điểm đối tượng cần chụp Vì vậy, thời gian ngày ảnh hưởng quan đến việc lập kế hoạch bay cu - 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 11: Trình bày độ phân giải không gian hệ thống viễn thám: định nghĩa, dạng khác Giải thích “có đánh đổi dạng khác độ phân giải”? Trả lời: c om  Định nghĩa: thực tế cho thấy có giới hạn mức độ chi tiết có từ ảnh hàng khơng ảnh vệ tinh Giới hạn định nghĩa thức độ phân giải hệ thống viễn thám, phải công nhận chi tiết ảnh phụ thuộc vào tính chất cảnh chụp, điều kiện khí quyển, ánh sáng, kinh nghiệm khả người giải đoán ảnh  Các dạng khác độ phân giải bao gồm: Độ phân giải không gian, Độ phân giải radiometric, Độ phân giải phổ, Độ phân giải thời gian co ng  Độ phân giải không gian, độ mịn chi tiết khơng gian nhìn thấy ảnh "Fine detail" có nghĩa vật nhỏ xác định hình ảnh ng th an  Độ phân giải radiometric định nghĩa khả hệ thống hình ảnh để ghi lại nhiều mức độ sáng Độ phân giải radiometric thô ghi lại khung cảnh sử dụng vài mức độ sáng hay vài bit (tức là, với độ tương phản cao), độ phân giải radiometric tốt ghi lại cảnh sử dụng nhiều mức độ sáng u du o  Độ phân giải phổ (Spectral resolution) biểu thị khả cảm biến xác định khoảng bước sóng Các cảm biến siêu phổ tạo hình ảnh gồm 200 nhiều hơn, vùng phổ hẹp xác định Những liệu đại diện cho độ phân giải phổ vượt xa so với ảnh TM Landsat MSS cu  Độ phân giải thời gian yếu tố quan trọng nhiều ứng dụng Viễn thám có khả ghi lại chuỗi ảnh, cho thấy thay đổi mẫu cảnh quan theo thời gian Khả hệ thống viễn thám để ghi lại chuỗi khoảng thời gian tương đối sát tạo tập liệu với độ phân giải thời gian tốt Ngược lại, hệ thống ghi lại hình ảnh khu vực định không thường xuyên tạo liệu với độ phân giải thời gian thơ  Giải thích “có đánh đổi dạng khác độ phân giải”: Trong nhiều tình huống, rõ ràng có đánh đổi dạng khác độ phân giải 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt  Ví dụ, với chất cảm quang nhiếp ảnh truyền thống, việc tăng lực phân giải không gian dựa giảm kích thước hạt phim, kèm với giảm độ phân giải radiometric (ví dụ, giảm kích thước hạt film làm giảm dải độ sáng ảnh) Ví dụ khác, tăng chi tiết khơng gian địi hỏi, với hệ thống quét, thị trường tức thời nhỏ (nghĩa lượng tới cảm biến phản xạ từ vùng đất nhỏ hơn) .c om  Nếu tất biến khác giữ không đổi cần phải xét đến điều kiện lượng đến cảm biến giảm; mức lượng đến thấp có nghĩa cảm biến ghi lại "tín hiệu“ nhiều "nhiễu“ hơn, làm giảm liệu có ích Hiệu ứng bù đắp cách mở rộng cửa sổ phổ qua nhiều lượng (ví dụ, giảm độ phân giải quang phổ) cách chia lượng vào thành mức độ sáng (tức là, giảm độ phân giải radiometric) cu u du o ng th an co ng  Như vậy, việc cải thiện tổng thể đạt cách cải tiến thiết bị đo cách thay đổi điều kiện hoạt động (ví dụ, bay độ cao thấp hơn) Tóm lại, để đạt lợi với dạng độ phân giải phải hy sinh độ phân giải khác 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 12: Giải thích viễn thám quan sát qn tính nhiệt giúp mô tả vật liệu bề mặt tính chất Trả lời: Qn tính nhiệt đo xu hướng chất chống lại thay đổi nhiệt độ, xác hơn, tỷ lệ truyền nhiệt chỗ tiếp xúc hai chất - Trong viễn thám, quán tính nhiệt khả bề mặt để giữ nhiệt vào ban ngày tái xạ vào ban đêm, việc báo hiệu chất thay đổi tính chất nhiệt địa hình khu vực - Qn tính nhiệt bề mặt cụ thể (có lẽ độ sâu vài cm) xác định đặc tính vật lý nó, bao gồm khống vật, kích thước hạt, nhỏ gọn hóa đá hạt khống chất, diện chiều sâu bề mặt vật liệu bở rời, cát, bụi , trầm tích lỏng khác - Như thực viễn thám bối cảnh quán tính nhiệt quan sát cảnh quan chu kỳ hàng ngày gia nhiệt làm mát - Mặc dù ảnh nhiệt cung cấp ảnh chụp riêng biệt nhiệt độ tương đối cặp ảnh chụp nhiệt định thời cẩn thận cho phép quan sát thay đổi nhiệt độ nhiệt độ cao mát ngày, cung cấp hội để quan sát khác biệt tính chất nhiệt vật liệu bề mặt Trái Đất - Nhiệt độ vật liệu có qn tính nhiệt thấp thay đổi đáng kể chu kỳ gia nhiệt - làm mát hàng ngày, nhiệt độ vật liệu với quán tính nhiệt cao đáp ứng chậm - Quán tính nhiệt đặc trưng cho khả vật liệu để dẫn giữ nhiệt khả giữ nhiệt ngày, sau tái xạ vào ban đêm - Trong viễn thám, quán tính nhiệt đại diện cho hỗn hợp phức tạp yếu tố kích thước hạt, che phủ đất, độ ẩm, đá nền, đặc điểm địa hình có liên quan - Qn tính nhiệt tương đối đơi xấp xỉ cách đánh giá biên độ đường cong nhiệt độ ban ngày (tức là, khác biệt hàng ngày nhiệt độ bề mặt tối đa tối thiểu) - Đánh giá khác biệt quán tính nhiệt vật liệu bề mặt Trái đất, bối cảnh đặc điểm khác, giúp mơ tả vật liệu bề mặt tính chất cu u du o ng th an co ng c om - 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 13: Trong thiết kế hoạt động hệ thống viễn thám thu ảnh nhiệt, nêu ý nghĩa độ nhạy tỷ số tín hiệu tạp âm SNR Trả lời: Độ nhạy dò biến quan trọng thiết kế hoạt động hệ thống - Độ nhạy thấp nghĩa khác biệt lớn độ sáng ghi lại (hay, độ phân giải phổ thô) chi tiết tốt cảnh bị - Độ nhạy cao nghĩa khác biệt tốt độ sáng cảnh ghi lại (hay, độ phân giải phổ tốt) - Tỷ số tín hiệu tạp âm SNR (signal-to-noise ratio) giải thích khái niệm - “Tín hiệu” liên quan đến khác biệt độ sáng ảnh gây biến thiên độ sáng cảnh - “Tạp âm” biến thiên không liên quan đến độ sáng cảnh Sự biến thiên kết biến thiên trước hiệu hệ thống, yếu tố ngẫu nhiên cảnh hay khí - Nếu tạp âm lớn so với tín hiệu, ảnh khơng cung cấp thể tin cậy đặc điểm cần xem xét Rõ ràng mức nhiễu cao dẫn đến rõ đặc điểm - Cho dù mức nhiễu thấp cần mức tương phản tối thiểu đặc điểm (giống mức biên độ tối thiểu tín hiệu) để đặc điểm lên ảnh - Cũng cần lưu ý tăng độ phân giải không gian nghĩa giảm lượng đến dị, kèm với hiệu ứng giảm độ mạnh tín hiệu - Như vậy, mức nhiễu dị khơng đổi mức xạ đến giảm Do tăng độ phân giải khơng gian có nghĩa giảm độ phân giải phổ cu u du o ng th an co ng c om - 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Câu hỏi 14: Nêu nhiệm vụ quy trình giải đốn ảnh gồm phân loại, liệt kê, đo đạc phác họa Trả lời: - Người giải đoán ảnh phải thực theo quy trình vài nhiệm vụ, nhiệm vụ tích hợp thành trình - Phân loại (classification): việc gán đối tượng, đặc điểm hay khu vực vào lớp dựa vào thể ảnh Thơng thường, có mức tính chắn độ xác để phân biệt: c om o Phát (detection): có hay khơng xuất đặc điểm ảnh o Nhận dạng (recognition): hiểu biết mức cao đặc điểm hay đối tượng, gán nét đặc trưng đối tượng vào lớp ng o Định danh (identification): nét đặc trưng đối tượng hay đặc điểm đặt cách chắn chi tiết vào lớp xác định Liệt kê (enumeration): việc liệt kê đếm thành phần rời rạc nhìn thấy ảnh sau số dùng số liệu vùng Rõ ràng khả thực việc liệt kê phụ thuộc vào độ xác định danh phân loại đề cập - Đo đạc (measurement): chức quan trọng vấn đề giải đốn ảnh Hai phép đo quan trọng là: th an co - du o ng o Đo khoảng cách độ cao, mở rộng đo thể tích diện tích Ví dụ: photogrametry ứng dụng hình học ảnh để có khoảng cách xác cu u o Đánh giá định lượng độ sáng ảnh (photometry): đo độ mạnh yếu ánh sáng cách ước lượng độ sáng cảnh thông qua việc xem xét tông (tone) ảnh, sử dụng thiết bị đo mật độ (densitometer) Nếu xạ đo nằm ngồi dải ánh sáng nhìn thấy thiết bị gọi radiometry o Radiometry photometry tương tự thiết bị nguyên tắc - Phác họa (delineation): cuối người giải đoán phải phác họa đường bao vùng mà họ quan sát ảnh viễn thám Người giải đốn phải phân tách khu vực đơn vị, khu vực đặc trưng tone chất liệu có ranh giới xác định Ví dụ: ranh giới lớp rừng hay sử dụng đất - Người giải đoán ảnh thường phải đồng thời sử dụng kết hợp kỹ đọc ảnh - Một số trường hợp cần kỹ đặc biệt để giải đoán vấn đề riêng 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... nhân ảnh hưởng hiệu ứng méo dạng ảnh Trả lời: Với hệ thống viễn thám, hình học quan sát radar tất yếu dẫn đến méo dạng hình học ảnh viễn thám thu Tuy nhiên, khác biệt thể rõ với radar ảnh radar... Cửa sổ khí quan trọng viễn thám định nghĩa dải bước sóng sử dụng để tạo ảnh viễn thám Các dải bước sóng khơng nằm cửa sổ thường bị suy hao nhiều khí khơng hiệu dùng viễn thám vùng hồng ngoại xa,... xạ viễn thám Trả lời: Các thiết bị viễn thám thường loại trừ xạ bước sóng ngắn xanh (blue) cực tím sử dụng lọc hay giảm độ nhạy chất cảm quang film dải bước sóng Tán xạ làm cho xạ từ bên vào