1.4.1. Viễn thám là gì?
Viễn thám (Remote Sensing - RS) là sự thu thập và phân tích thông tin về một đối tượng mà không cần có sự tiếp xúc trực tiếp đến đối tượng. Viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ như một phương tiện để điều tra và đo đạc những đặc tính của đối tượng
1.4.2. Các thành phần của viễn thám
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 vấn đề cụ thể.
1.4.3. Ƣu điểm của công nghệ viễn thám
Viễn thám là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận từ trên không của Trái đất để nhận biết được các thông tin về đối tượng trên bề mặt đất mà không cần tiếp xúc nó. Như vậy, viễn thám là phương pháp thu nhận thông tin khách quan về bề mặt Trái đất và các hiện tượng trong khí quyển nhờ các máy thu sensor được đặt trên máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo. Công nghệ viễn thám có những ưu việt cơ bản sau:
- Độ phủ trùm không gian của tư liệu bao gồm các thông tin về tài nguyên, môi trường trên diện tích lớn của trái đất gồm cả những khu vực rất khó đến được như rừng nguyên sinh, đầm lầy, hải đảo,...
- Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất do chu kỳ quan trắc lặp và liên tục trên cùng một đối tượng trên mặt đất của các máy thu viễn thám. Khả năng này cho phép công nghệ viễn thám ghi lại được các biến đổi của tài nguyên, môi trường giúp cho công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường (Bảo Huy 2009)[4].
1.4.4. Các vệ tinh quan sát Trái đất
Quan sát bề mặt Trái Đất đã đạt được những thành công đáng kể trong vài thập niên qua nhờ vào sự phát triển của một ngành khoa học và công nghệ toàn cầu, đặc biệt là công nghệ viễn thám. Trong điều kiện thay đổi của khoa học đất, một số vệ tinh chiếm ưu thế như Quickbird, Worldview, Ikonos, IRS, và GeoEye đều có độ phân giải hình ảnh nhỏ hơn 1m.
Ikonos là một vệ tinh quan sát Trái đất thương mại đưa vào sử dụng năm 1999. Hình ảnh được thu thập bởi vệ tinh này có độ phân giải cao (1m toàn sắc và 4m đa phổ). Với chiều rộng swath là 11x11 km và chu kỳ chụp lặp là 3-5 ngày, vệ tinh này di chuyển gần 7 km / giây và thu thập dữ liệu với tốc độ trên 2000 km2
hình ảnh 4 băng tần (màu xanh dương, xanh lá cây, đỏ và hồng ngoại gần) và là một nguồn hình ảnh lý tưởng cho việc học tập không ngừng thay đổi tính năng
Quickbird, được phóng vào năm 2001, là một vệ tinh cho hình ảnh với độ phân giải cao thuộc sở hữu của DigitalGlobe. Vệ tinh này có thể thu thập cả hai đơn sắc (đen và trắng) hình ảnh ở độ phân giải 60 cm, và hình ảnh đa phổ ở độ phân giải 2,4- 2,8 m (tùy thuộc vào vĩ độ). Vệ tinh này có thể cung cấp các hình ảnh độ phân giải cao thứ hai sau Worldview-1. Ngoài ra, Quickbird còn được gọi là một vệ tinh hiệu quả nhờ chu kì chụp lặp ngắn (1,0-3,5 ngày) và rộng (16.5x16.5km)
Worldview-1 là vệ tinh thế hệ tiếp theo cũng thuộc sở hữu của DigitalGlobe. Vệ tinh này được phóng lên năm 2007, có thể cung cấp hình ảnh với độ phân giải cao nhất hiện nay (0,5 m). Trong khi đó, chu kỳ chụp lặp ngắn hơn (1,7 ngày) và Worldview-1 có thể chụp 750.000 km vuông mỗi ngày. Một vệ tinh theo dõi Worldview-2 được lên kế hoạch cho ra mắt vào năm tới với nhiều tính năng nổi trội (như độ phân giải không gian 0.46m ) sẽ mang lại nhiều lợi ích lớn hơn cho nghiên cứu khoa học đất
IRS hay vệ tinh viễn thám Ấn Độ, là một chuỗi gồm 14 vệ tinh quan sát trái đất
được xây dựng và duy trì bởi Tổ chức Nghiên cứu Không gian Ấn Độ. Tuy nhiên, hiện nay chỉ có 8 vệ tinh còn hoạt động tốt, trong số đó Cartosat-2 được phóng lên quỹ đạo năm 2007 là một vệ tinh viễn thám tiên tiến. Kênh PAN thu được từ máy ảnh của vệ tinh này gồm một swath 9,6 km với phân giải không gian là 80 cm. Sản phẩm của vệ tinh này có chất lượng tương đương nhưng có giá thấp hơn 20 lần so với Ikonos. Trong năm 2008, hai vệ tinh nhỏ mới được đưa ra bao gồm Castosat-2A và IMS1. IMS1 mang 2 máy ảnh để thu thập hình ảnh đa phổ và siêu quang phổ ; cung cấp hình ảnh với 4 dải quang phổ với độ phân giải 37m, cung cấp các hình ảnh siêu quang phổ với độ phân giải 505.6m
Gần đây, sự phát triển của vệ tinh viễn thám đã được đánh dấu bằng sự ra mắt của GeoEye-1, với tính năng công nghệ tinh vi nhất từng được sử dụng trong một hệ thống viễn
thám thương mại. GeoEye-1 có thể thu thập 35.000 Km2
mỗi ngày với độ phân giải 41 cm toàn sắc, và hình ảnh đa phổ 1.65m. Gần đây, một kế hoạch đã được thiết lập cho ra mắt GeoEye-2 vào năm 2011 với độ phân giải cao hơn (25 cm) và một quang phổ đa dạng hơn nhiều
Nhóm thứ hai của các vệ tinh có độ phân giải hình ảnh lớn hơn (<2,5 m) bao gồm ALOS, Fomosat-2, SPOT-5. Với ưu điểm là độ phân giải cao, các vệ tinh này được sử dụng phổ biến để theo dõi thiên tai, khảo sát tài nguyên thiên nhiên …
SPOT-5 được coi là vệ tinh lý tưởng, cung cấp sự cân bằng tốt nhất giữa các độ phân giải cao (5-20m) và chiều rộng 60x120Km. SPOT-5 hoạt `động từ năm 2002 và điều hành bởi Spot Image, Pháp.
Fomosat-2 của Trung Quốc do Tổ chức Không gian Quốc gia (TCTK) quản lý và phóng thành công vào năm 2004. Nó có thể thu nhận hình ảnh trong các kênh toàn sắc và đa phổ (5 kênh) với độ phân giải 2-8 m với khả năng chụp lặp hàng ngày. Fomosat-2 là phù hợp với nghiên cứu phân bổ sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, lâm nghiệp, bảo vệ môi trường và phòng chống thiên tai
Một số vệ tinh khác cho ảnh có độ phân giải trung bình (<30 m) bao gồm các vệ tinh ASTER, CBERS-2, Landsat-5 TM và Landsat 7 ETM.
ASTER được xây dựng và ra mắt vào năm 1999 bởi một dự án Chính phủ Nhật Bản. ASTER bao gồm ba hệ thống dụng cụ riêng biệt cho việc đạt được hình ảnh trong 14 kênh, gồm vùng nhìn thấy, cận hồng ngoại, sóng ngắn hồng ngoại, và hồng ngoại nhiệt
Dữ liệu của ASTER hứa hẹn sẽ đóng góp lớn cho các lĩnh vực ứng dụng toàn cầu liên quan tới cả thực vật và hệ sinh thái
CBERS-2 là một vệ tinh được phát triển bởi sự hợp tác giữa Cơ quan Vũ trụ của Brazil và Học viện Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc. Nó có thể cung cấp hình ảnh trong một phổ rộng với độ phân giải không gian 2,7-260 m. CBERS-2 có ba máy ảnh đa phổ là Wide field imager, High resolution, and Infrared multispectral
CHƢƠNG 2: KHẢO SÁT BÀI TOÁN XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TRẠNG THÁI RỪNG