Bảng 1.5 Các thông tin và thông s của vệ tinh Quickbird
Quỹ đạo - Độ cao: 450km, nghiêng 98o, đồng bộ mặt trời.
- Tần suất quay trở lại: 1 đến 3,5 ngày phụ thuộc vào vĩ độ cho ảnh với độ phân giải 70cm.
- Góc nhìn: Thay đổi nhanh do vệ tinh, có thể định hƣớng dọc và ngang tuyến bay.
- Chu kỳ: 93,4 phút.
Bề rộng tuyến chụp - Bề rộng mặc định: 16.5km tại nadir Độ phân giải bộ cảm và bề rộng kênh phổ - Toàn sắc 61cm GSD tại nadir 450 đến 900 nanomet - Đa phổ 2.44m GSD tại nadir Xanh chàm: 450–520 nanomet Xanh lục: 520-600 nanomet Đỏ: 630-690 nanomet Gần hồng ngoại: 760-900 nanomet. - Vệ tinh WorldWiew-2
Đƣợc phóng lên quỹ đạo ngày 8 tháng 10 năm 2009 tại Vandenberg, California, Mỹ.
Thu nhận ảnh có độ phân giải: 0,46 m (toàn sắc); 1,8 m (đa phổ); 0,52m (tồn sắc) ; 2.4 m (đa phổ) (tại góc chụp 20 ).
- Diện tích thu nhận/1 ảnh: 16,4 km x 16,4 km
-Chukỳ:1,1ngày (ở 1m GSD) hoặc ít hơn và 3,7 ngày ở 200 (0,52m GSD) - Các kênh phổ: toàn sắc; 8 kênh đa phổ (4 kênh màu chuẩn: đỏ, lục, chàm, cận hồng ngoại-1 và 4 kênh màu mới: đỏ đậm, chàm tím, vàng, cận hồng ngoại-2)
c) Tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng viễn thám ngoài nƣớc
Trong nhiều thập kỷ qua, cơng nghệ viễn thám đã có những thành tựu hết sức to lớn trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất và trở thành một công cụ quan trọng cho việc đánh giá và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Ngành viễn thám đã mở ra khả năng cho những nghiên cứu về môi trƣờng ở mức toàn cầu. Đặc biệt, ảnh viễn thám với độ phân giải cao đã mở ra ứng dụng mới với khả năng giám sát môi trƣờng tự nhiên rất lớn. Trên thế giới, ảnh viễn thám đã đƣợc sử dụng rộng rãi để cập nhật dữ liệu không gian, thành lập bản đồ chuyên đề sử dụng đất và theo dõi biến động sử dụng đất đai. Ảnh viễn thám với nhiều thể loại và độ phân giải khác nhau đã cho phép cập nhật dữ liệu và thành lập bản đồ ở nhiều tỉ lệ từ 1:10.000 và lớn hơn. Tây Ban Nha sử dụng ảnh viễn thám siêu phổ nghiên cứu diễn biến q trình sa mạc hóa. Và có rất nhiều quốc gia đã sử dụng ảnh vệ tinh để theo dõi, đánh giá biến động lớp bề mặt nhƣ biến động thực phủ, biến động đô thị và biến động đƣờng bờ biển, bờ sông,... Với các nƣớc trên thế giới, ảnh vệ tinh là một trong những tƣ liệu phục vụ hiệu quản công tác quản lý đất đai nói riêng và tài ngun và mơi trƣờng nói chung.
Bắt đầu từ năm 1999, Trung Quốc đã triển khai dự án Điều tra lại tài nguyên đất quốc gia (New National Land and Resources Investigation Project) trong 12 năm. Chủ đầu tƣ dự án là Bộ Đất đai và Môi trƣờng (MLR). Trong dự án này, ảnh SPOT-1/2/4 và Landsat-7 TM đã đƣợc sử dụng là nguồn tài liệu chính để ứng dụng cho quan trắc biến động về sử dụng đất đai. Bắt đầu từ năm 2002, dữ liệu ảnh SPOT5 độ phân giải 2,5m đã đƣợc sử dụng để cập nhật bản đồ sử dụng đất ở tỷ lệ 1:10.000 cho 26 thành phố của Trung Quốc.
Tại Úc, chính phủ Úc đã tiến hành “Chƣơng trình bản đồ hiện trạng sử dụng đất cộng tác” (Australian Collaborative Land Use Mapping Program - ACLUMP) . Sản phẩm của dự án là các bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ tỷ lệ 1:100.000 đến 1:25.000. Trong dự án, ảnh vệ tinh SPOT 5 đƣợc sử dụng làm nguồn tài liệu cho xác định các biến động về hiện trạng sử dụng đất.
Pháp đã xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý hiện trạng sử dụng đất đô thị(urban land use management database ) tên là SPOT Thema. SPOT Thema là một cơ sở dữ liệu vector đƣợc số hóa từ ảnh vệ tinh SPOT, tƣơng thích với các ứng dụng vầ quản lý và quy hoạch đất đai khác. Cơ sở dữ liệu dựa trên dữ liệu ảnh SPOT 1 đến 4, và đƣợc tích hợp với ảnh SPOT 5.
d) Tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng viễn thám trong nƣớc.
Tại Việt Nam công nghệ viễn thám đã đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực và ngành nghề, đặc biệt là trong lĩnh vực Địa chất, Lâm nghiệp, Đo đạc - Bản đồ.vv. Các dự án, các đề tài nghiên cứu sử dụng tƣ liệu Viễn thám đã mang lại lợi ích về kinh tế và đảm bảo tính khách quan rất cao. Trong nhiều trƣờng hợp tƣ liệu viễn thám là gần nhƣ khơng thể thay thế, ví dụ tiêu biểu là cơng trình “Thành lập bản đồ vùng quần đảo Hoàng Sa và Trƣờng Sa tỷ lệ 1: 25 000, 1: 50 000, 1: 250 000 và 1: 1 000 000” thuộc dạng cơng trình về đo đạc- bản đồ đặc biệt đƣợc Nhà nƣớc giao trực tiếp cho Trung tâm Viễn thám thực hiện trong các năm từ 1994-1999. Trong dự án “Ứng dụng công nghệ viễn thám để quản lý dải ven biển” từ tháng 2 năm 2000 đến tháng 6 năm 2002 Trung tâm Viễn thám đã tiến hành lập bộ bản đồ chuyên đề phục vụ công tác quản lý dải ven biển tại 3 vùng: Vùng 1 (vùng miền Bắc) bao gồm dải ven biển Quảng Ninh- Hải Phịng- Thái Bình- Nam Định- Ninh Bình. Vùng 2 (vùng miền Trung) bao gồm dải ven biển tỉnh Quảng Trị- Thừa Thiên-Huế- Đà Nẵng. Vùng 3 (vùng miền Nam) bao gồm dải ven biển Bà Rịa-Vũng Tàu- TP.Hồ Chí Minh- Tiền Giang và Trà Vinh- Sóc Trăng- Bạc Liêu. Bản đồ đƣợc thành lập ở tỷ lệ 1: 100 000 trong hệ quy chiếu HN-72, với 9 chủ đề là địa lý chung, hiện trạng sử dụng đất, đơ thị hố và
cơ sở hạ tầng, đất ngập nƣớc, rừng ngập mặn và rừng tràm, bồi tụ- xói lở dải ven biển, ngập lụt, sinh thái dải ven bờ và nhạy cảm môi trƣờng.
Theo Theo quy định của Điều 53 Luật Đất đai ban hành ngày 26 tháng 11 năm 2003 và Nghị định số 181/2004/NĐ-CP ngày 29 tháng 10 năm 2004 của Chính phủ hƣớng dẫn thi hành Luật Đất đai thì: “kiểm kê đất đai là một trong những nhiệm vụ quan trọng của công tác quản lý nhà nƣớc về đất đai”. Việc kiểm kê đất đai và thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở địa phƣơng đƣợc tiến hành thƣờng xuyên hàng năm hoặc đột xuất, công tác kiểm kê đất đai trên toàn quốc thực hiện theo chu kỳ năm (05) năm một lần, công tác thống kê đất đai đƣợc tiến hành một năm một lần. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng chỉ đạo việc khảo sát, đo đạc, lập và quản lý bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch sử dụng đất trong phạm vi cả nƣớc và tổ chức thực hiện việc lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch sử dụng đất của cả nƣớc. Trong những năm vừa qua, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng đã tập trung đầu tƣ nghiên cứu, sản xuất thử nghiệm để có thể áp dụng một cách hiệu quả công nghệ viễn thám trong công tác kiểm kê đất đai, cụ thể nhƣ sau:
- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Xây dựng qui trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng tƣ liệu viễn thám”. Đơn vị chủ trì thực hiện là Trung tâm Viễn Thám. Đề tài đã hoàn thành năm 2002.
- Dự án sản xuất thử nghiệm “Sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp huyện của tỉnh Cà Mau”. Trung tâm Viễn Thám đã hồn thành cơng trình này vào năm 2003.
Trong đợt kiểm kê đất đai năm 2005, công nghệ viễn thám đã đƣợc ứng dụng và phát huy đƣợc hiệu quả trong công tác kiểm kê đất đai. Đến nay, Trung tâm Viễn thám đã cung cấp trên 1.300 trực ảnh tỷ lệ 1:10.000 theo đơn vị cấp xã cho 13 tỉnh, thành phố và tham gia thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và lập bảng biểu thống kê đất đai của một số huyện.
Năm 2008, trạm thu ảnh vệ tinh quốc gia – Trung tâm Viễn thám quốc gia đƣợc xây dựng và vận hành thử nghiệm và vận hành chính thức vào tháng 6 năm
2009. Nhƣ vậy, chúng ta đã tƣơng đối chủ động về thu nhận ảnh vệ tinh độ phân giải cao (cụ thể là ảnh SPOT5 độ phân giải 2,5m), làm cơ sở cho triển khai áp dụng công nghệ viễn thám trong tổng kiểm kê đất đai năm 2010 và những năm tiếp theo.
Đặc biệt, ngày 07 tháng 5 năm 2013, vệ tinh viễn thám đầu tiên của Việt Nam VNREDSat-1A (Vietnam Natural Resources, Environment & Diaster – monitoring Satellite-1) đã phóng thành cơng lên quỹ đạo. Với vệ tinh này, lần
đầu tiên Việt Nam đã chủ động cung cấp ảnh vệ tinh độ phân giải cao cho các
Bộ, ngành và các tỉnh thành có nhu cầu sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh viễn thám, mang lại hiệu quả thiết thực phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, ứng phó với thảm hoạ thiên nhiên và biến đổi khí hậu.
Năm 2014, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng đã chỉ đạo Cục Viễn thám quốc gia thu nhận ảnh VNREDSat-1, xử lý và giao cho các địa phƣơng trên toàn quốc sử dụng để phục vụ thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất hỗ trợ công tác tổng kiểm kê đất đai năm 2015.
Chƣơng 2
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THÔNG TIN CỦA ẢNH VỆ TINH VNREDSat-1 VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG
ĐẤT BẰNG ẢNH VỆ TINH VNREDSat-1
2.1. Đặc điểm của ảnh vệ tinh VNREDSat-1 a) Giới thiệu vệ tinh VNREDSat-1
VNREDSat-1 (Vietnam Natural Resources, Environment & Diaster – monitoring Satellite-1: vệ tinh giám sát thảm họa và môi trƣờng, tài nguyên thiên nhiên Việt Nam) là dự án vệ tinh quan sát trái đất của Viện Công nghệ Vũ trụ – Viện Hàn lâm Khoa học & Công Nghệ Việt Nam, đƣợc tài trợ bởi Bộ Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
VNREDSat-1 là dòng vệ tinh nhỏ sử dụng bus AstroSat-100 của công ty EADS Astrium (một phiên bản tùy chỉnh dựa trên nền tảng Myriade kế thừa từ AlSat-2). Cấu trúc vệ tinh có dạng hình hộp kích thƣớc 60cm x 60cm x 100cm. Hình 2 cho thấy kết cấu cơ khí tổng quan của vệ tinh; cả 4 mặt của vệ tinh đều có thể mở ra trong q trình lắp ráp, cho phép tiếp xúc dễ dàng tất cả các thiết bị bên trong. Đây là một thiết kế linh hoạt dựa trên kích thƣớc và tải trọng của vệ tinh. VNREDSat-1 có hệ thống ổn định 3 chiều. Hệ thống cảm biến điều chỉnh tƣ thế vệ tinh bao gồm cảm biến Mặt Trời, cảm biến Sao, từ trƣờng kế, và thiết bị đo quán tính; Hệ thống truyền động bao gồm 4 bánh xe quán tính (0.12 Nms với mỗi bánh xe), và các mơ-men từ. Một máy thu GPS đƣợc tích hợp để xác định vị trí và thời gian. Vệ tinh có khả năng dịch chuyển tƣ thế đến 30º.
Hệ thống cung cấp điện EPS (Electric Power Subsystem) nổi bật với tấm pin Mặt Trời As-Ga cơng suất 180 W (EOL). Ngồi ra cịn có một viên pin Li- ion dung lƣợng lên dến 15 Ah. Bộ vi xử lý T805 bên trong vệ tinh hoạt động nhƣ một máy tính OBC (Onboard Computer). Hệ thống phản lực Hydrazine (N_2 H_4, ΔV = 70 m/s) đƣợc dùng cho trƣờng hợp bảo trì trên quỹ đạo. VNREDSat-1 có khối lƣợng 120 kg. Thời gian hoạt động theo thiết kế là 5 năm. Hệ thống truyền thông RF: VNREDsat-1 nổi bật với bộ ghi SSR (Solid-State Recorder) với dung lƣợng 64 Gbit. Thông tin đƣợc truyền trong băng tần X với tốc độ tải lên đến 60Mbit/s. Tín hiệu điều khiển và theo dõi từ xa (TT&C – Telemetry, Tracking & Command) hoạt động trên 2 bộ thu phát băng tần S (CCSDS, 20 kbit/s TC, 25-384 kbit/s TM).
Bảng 2.1 Thông s của vệ tinh VNREDSat-1
Các hệ thống cơ bản
- Hệ thống thu nhận từ trƣờng độc lập
- Hệ thống điều chỉnh tƣ thế sử dụng cảm biến sao và con quay hồi chuyển - Hệ thống định vị GPS độc lập - Điều chỉnh tƣ thế theo 3 trục - 4 bánh xe phản ứng (12 Nms) - 1 bình Hydrazine, dung tích 4.7 kg (~65 m/s), 4 ống phóng 1 N tùy chỉnh Hệ thống cung cấp điện
- Pin Mặt Trời GaAs công suất 180 W EOL - 1 pin Li-ion dung lƣợng 15 Ah BOL; PCDU
Xử lý dữ liệu
- Máy tính On-board (T805, 1 gigabit DRAM / EDAC, 8 Mbit Flash EEPROM)
- 2 thiết bị thu phát băng tần S (CCSDS, 20 kbit / s TC, 25-384 kbit / s TM)
Quản lý dữ liệu
- Băng tần X: downlink: 60 Mbit/s
- Bộ nhớ lƣu trữ: 64 đến 79 Gbit BOL – không nén
Hoạt động
- Khối lƣợng phóng: 120 kg
- Độ linh hoạt: ±30º thay đổi trong 90 s
- Localization performance: 300 m CE90 (circular error of 90%)
Hình 2.2 VNREDSat-1 và các bộ phận
- Các thông số quỹ đạo của vệ tinh VNREDSat-1
Độ cao quỹ đạo: 665 km (tại xích đạo) Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo: 98,130
Số vịng quay trong 1 ngày: 14 +18/29 Thời gian quay hết 1 vòng: 102 phút Chu kỳ lặp lại quỹ đạo: 29 ngày
b) Khả năng thu nhận ảnh của vệ tinh VNREDSat-1
VNREDSat-1 là một loại vệ tinh quang học, với bộ cảm có tên gọi là thiết bị NAOMI (New AstroSat Optical Modular Instrument) (Kramer, 2014).
NAOMI (New AstroSat Optical Modular Instrument): đƣợc kế thừa từ SPOT-6, AlSat-2 và SSOT, là bộ tạo ảnh kiểu răng lƣợc độ phân giải cao đƣợc thiết kế và phát triển bới EADS Astrium SAS: thiết kế chủ yếu dựa trên các thông số của nhiệm vụ và đặc điểm của Detector. Chế độ thời gian trễ TDI (Time Delay Integration) trong băng PAN cho phép giảm kích thƣớc pupil cho GSD (Ground Sample Distance) nhận đƣợc. Đƣờng kính pupil khơng nhỏ hơn để phù hợp với các yêu cầu SNR – có thể đạt đƣợc bằng cách tăng số lƣợng các
giai đoạn TDI và chỉ đƣợc điều khiển bởi yêu cầu của MTF (Modulation Transfer Function). Kính viễn vọng đƣợc thiết kế gọn gàng theo dạng tổ hợp Korsch. Detector bao gồm một ma trận 7000 pixel trong kênh toàn sắc, và 4 dòng 1750 pixel cho các băng đa phổ. Detetor với những đặc điểm hoàn hảo tăng cƣờng cho công cụ với hiệu suất quang học rất cao. Kính viễn vọng tổ hợp dạng Korsch bao gồm 3 gƣơng cầu và 2 gƣơng lật.
Hình 2.3 Minh họa nguyên lý quang học của k nh thiên văn orsch
Chuỗi cảm biến (Detection chain) đƣợc làm từ 3 thành phần chính: Bộ cảm biến, Front End Electronics Module (F2EM) và Video Electronics (MEV), là một phần của IEU (Imaging and Electronics Unit). Mặt phẳng tiêu cự PAN+XS là trái tim của chuỗi cảm biến. Mặt phẳng tiêu cự dựa trên kiến trúc bộ cảm biến hiệu suất cao tùy chỉnh đƣợc phát triển bởi E2V cho Astrium (kiến trúc độc quyền). Nó đƣợc hƣởng lợi từ sự kế thừa và các khả năng có đƣợc trong định nghĩa kiến trúc CCD và sự vận hành với các điều kiện tối ƣu của tốc độ và hiệu năng. Kết quả của sự tùy biến này cung cấp khả năng tích hợp và hiệu năng cao nhất. Tất cả những ràng buộc chặt chẽ từ việc tối ƣu hóa hoạt động và giảm lƣợng tiêu thụ điện năng giúp cho bộ cảm biến hoạt động với mức tiêu hao chƣa đến 1 watt. Bộ tạo ảnh cung cấp ảnh ở độ phân giải 2.5 m trong PAN và 4 băng
đa phổ độ phân giải 10 m GSD. Các thiết bị trong hệ thống quang học đều sử dụng kỹ thuật tiên tiến nhất, chẳng hạn nhƣ chất liệu SiC-100 đƣợc sử dụng cho các gƣơng và kết cấu của kính viễn vọng, các bộ cảm biến chuyên biệt, hệ thống tái tạo ảnh tối tân. Gƣơng chính với chất liệu SiC đƣợc gắn vào đế bởi 3 thanh kim loại cố định (kế thừa từ FormoSat-2) mang lại khả năng cách nhiệt tốt giữa kính viễn vọng và gƣơng chính. Các gƣơng thứ cấp và gƣơng lật cũng đƣợc làm từ SiC và đƣợc gắn vào bởi một chân kim loại kết hợp. Kiểu gắn kết này một mặt giúp giảm thiểu các bề mặt tiếp xúc, mặt khác đem lại sự bảo đảm cách nhiệt với các bộ phận cịn lại, góp phần đơn giản hóa sự tích hợp và cải thiện sự