đến vật th và thu l i t n hiệu phản h i nhờ ant n. Trên hình 1.6 , vi n thám siêu cao t n ị động sử ng t n hiệu phản x o ch nh các vật th phát ra.
a) b)
Hình 1.6.
1.5 Đ c điểm ảnh vệ tinh quang học LANDSAT
Vệ tinh Landsat là tên chung cho hệ thống các vệ tinh chuyên dùng vào m c đ ch thăm tài nguyên Trái Đ t. Thế hệ đ u tiên của vệ tinh Landsat mang tên Vệ tinh công nghệ tài nguyên Trái đ t arth R sour ss T chnology Sat llit – RTS , đến năm 1975, đ c đổi tên thành Landsat. Landsat – 1 đ c ph ng lên qu đ o từ năm 1972, các thế hệ tiếp th o của Landsat (Landsat – 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 tiếp t c đ c thực hiện [2 - 5].
Trong số các vệ tinh thuộc ch ng trình Landsat, vệ tinh Landsat – 6 đ không đ c ph ng thành công lên qu đ o và ừng ho t động ngay sau khi ph ng. Hiện nay vệ tinh Landsat – 7 vẫn ho t động và cung c p ngu n ữ liệu qu giá về tài nguyên thiên nhiên, c ng nh đánh giá iến động của môi tr ờng, tuy nhiên ữ liệu ảnh Landsat 7 ị l i sọc o sự cố của hệ thống Scanline. Thế hệ mới nh t của ch ng trình Landsat là vệ tinh Landsat – 8 theo đ đ c đ a lên qu đ o vào tháng 2 năm 2013, sử ng 2 ộ cảm iến:
ộ cảm quang học OLI - Op rational Lan Imag r và ộ cảm h ng ngo i nhiệt TIRS - Thermal InfraRed Sensor. nh Landsat 8 ao g m 11 kênh, trong đ c 8 kênh đa phổ độ phân giải khơng gian 30 m , 1 kênh tồn sắc 15 m và 2 kênh h ng ngo i nhiệt 100 m .
B ng 1. 1. Landsat Tên vệ tinh Ngày ph ng Ngừng ho t động Độ cao (km) Độ nghiêng qu đ o Chu k qu đ o ph t Chu k l p ngày ộ cảm iến (Sensors) Landsat 1 23/07/1972 06/01/1978 918 0 99 103 18 MSS 4, RBV 3 Landsat 2 22/01/1975 25/02/1982 918 0 99 103 18 MSS 4, RBV 3 Landsat 3 05/03/1978 31/03/1983 918 0 99 103 18 MSS 5, RBV 1 Landsat 4 16/07/1982 15/06/2001 918 0 99 99 16 MSS 4, TM 7 Landsat 5 01/03/1984 08/1995 705 0 2 . 98 99 16 MSS, TM 7 Landsat 6 05/10/1993 ETM Landsat 7 15/04/1999 705 0 2 . 98 99 16 ETM, ETM+
Landsat 8 13/02/2013 705 98.2 99 16 OLI, TIRS
C c ộ cảm iến sử ng tr n vệ tinh Landsat a) ộ cảm iến R V
ộ cảm iến R V R turn am Vi icon Camera đ c ng trên vệ tinh Landsat – 1, 2, 3. Trên vệ tinh Landsat – 1 và Landsat – 2, ộ cảm R V là ộ cảm đa phổ g m 3 kênh phổ: xanh l c 0.47 – 0.57 μm , đỏ 0.58 – 0.68 μm và h ng ngo i 0.69 – 0.83 μm . iện t ch phủ m t đ t của một ảnh R V là 185 x 185 km, độ phân giải không gian đ c thiết kế 80 x 80 m. ộ cảm iến R V trên vệ tinh Landsat – 3 đ c cải tiến ch c n một kênh đ n sắc (0.505 – 0.75 μm với độ phân giải không gian 30 x 30 m. Việc tăng độ phân giải không gian là o sử ng 2 máy ch p kề nhau, m i máy phủ m t đ t iện t ch 98 x 98 km [2 - 5].
B ng 1. 2.
Kênh ớc s ng m Tên gọi Độ phân giải không gian m
1 0,48 – 0,57 L c 80
2 0,58 – 0,68 Đỏ 80
3 0,70 – 0,83 Cận h ng ngo i 80
b) ộ cảm iến MSS (Multispectral Scanner System)
ộ cảm iến MSS đ c ng trên vệ tinh Landsat – 1, 2, 3. Trên vệ tinh Landsat - 1 và Landsat – 2, ộ cảm MSS c 3 kênh phổ. Trên vệ tinh Landsat – 3, ộ cảm MSS đ c thiết kế thêm kênh h ng ngo i nhiệt (10.4 – 12.5 μm). nh Landsat MSS c độ phân giải không gian 80 x 80 m, iện t ch phủ m t đ t là 185 x 185 km. T i ải s ng h ng ngo i nhiệt 10.4 – 12.5 μm độ phân giải không gian của ảnh Landsat MSS là 120 x 120 m [2 - 5].
B ng 1. 3.
Kênh ớc s ng m Tên gọi Độ phân giải không gian m
4 0,52 – 0,60 L c 80 5 0,63 – 0,69 Đỏ 80 6 0,76 – 0,90 Cận h ng ngo i 80 7 0,8 – 1,1 Cận h ng ngo i 80 8 10,41 – 12,60 H ng ngo i nhiệt 120 c) ộ cảm iến TM
ộ cảm iến TM đ c hoàn thiện h a từ ộ cảm iến MSS, đ c sử ng trên vệ tinh Landsat – 4, Landsat – 5. ộ cảm TM g m 7 kênh phổ n m trên ải s ng 0.45 – 12.5 μm, trong đ c kênh h ng ngo i nhiệt kênh 6 đ đo nhiệt độ ề m t trái đ t [2 - 5].
B ng 1. 4.
Kênh ớc s ng m Tên gọi Độ phân giải không gian m
1 0,45 – 0,52 Lam 30 2 0,52 – 0,60 L c 30 3 0,63 – 0,69 Đỏ 30 4 0,76 – 0,90 Cận h ng ngo i 30 5 1,55 – 1,75 Giữa h ng ngo i 30 6 10,40 – 12,50 H ng ngo i nhiệt 120 7 2,08 – 2,35 Giữa h ng ngo i 30 d) ộ cảm iến ETM+
ộ cảm iến TM và TM đ c thiết kế sử ng trên các vệ tinh Landsat – 6 và Landsat – 7. Vệ tinh Landsat – 6 đ c ph ng lên vào 05 – 10 – 1993 nh ng đ ngừng ho t động c ng ngày o sự cố k thuật. ộ cảm iến ng trên vệ tinh Landsat – 6 là TM ao g m 7 kênh phổ nh trên Landsat – 4 và Landsat – 5).
Trên vệ tinh Landsat – 7 đ c thiết kế thêm kênh phổ toàn sắc, c ải s ng 0.5 – 0.9 μm và độ phân giải không gian 15 x 15 m. Điều này cho ph p ch ng ảnh với các kênh phổ khác của ộ cảm iến TM đ t o ra ảnh tổ h p màu với độ phân giải cao h n 15 x 15m . Ưu đi m của TM c n th hiện ở ch , quá trình chuy n đổi t n hiệu điện từ sang t n hiệu số khi l y mẫu đ c thực hiện ng cả 8 it và 9 it. Điều này cho ph p ng 9 it đ đọc t n hiệu những n i thu t n hiệu phổ r t th p m t n ớc hay r t cao sa m c .
Vệ tinh Landsat – 7 sau 4 năm đ a lên qu đ o đ g p tr c tr c về k thuật SLC – O 15 – 04 – 2003 . Hiện t i tr c tr c này vẫn ch a khắc ph c đ c và làm giảm khả năng thu nhận thông tin quan sát trái đ t khoảng 30 . Tuổi thọ thiết kế vệ tinh Landsat – 7 là 5 năm nh ng cho tới nay vệ tinh vẫn ho t động, các hình ảnh về trái đ t vẫn đ c tiếp t c thu nhận và gửi về. Các
thông tin này trong một chừng mực nào đ vẫn sử ng đ c nếu iết cách xử l các l i SLC – Off [2 - 5].
B ng 1. 5.
Kênh ớc s ng m Tên gọi Độ phân giải không gian m
1 0,45 – 0,52 Lam 30 2 0,52 – 0,60 L c 30 3 0,63 – 0,69 Đỏ 30 4 0,76 – 0,90 Cận h ng ngo i 30 5 1,55 – 1,75 Giữa h ng ngo i 30 6 10,40 – 12,50 H ng ngo i nhiệt 120 7 2,08 – 2,35 Giữa h ng ngo i 30 8 0,50 – 0,90 Toàn sắc 15 ộ cảm iến OLI
LANDSAT 8 là thế hệ vệ tinh thứ 8 của ch ng trình LANDSAT NASA, M , sử ng 2 ộ cảm iến: ộ cảm quang học OLI - Op rational Lan Imag r và ộ cảm h ng ngo i nhiệt TIRS - Thermal InfraRed Sensor. LANDSAT 8 đ c ph ng lên qu đ o vào 11 tháng 02 năm 2013. LANDSAT 8 cung c p ảnh ở 11 ải phổ, trong đ c 9 kênh đa phổ với độ phân giải không gian 30 m, 1 kênh toàn sắc với độ phân giải 15 m và 2 kênh h ng ngo i nhiệt ở độ phân giải 100 m. C ng nh t liệu ảnh Landsat 7 TM , t liệu ảnh Landsat 8 đ c cung c p hoàn toàn mi n ph và đ c cập nhật trong chu k 16 ngày.
So với ảnh LANDSAT TM , ảnh LANDSAT 8 c thêm 3 kênh phổ, trong đ c kênh 1 nghiên cứu đ ờng ờ và sol kh , kênh 9 nghiên cứu mây, quy n kh và thêm 1 kênh h ng ngo i nhiệt. Độ phân giải không gian của ảnh h ng ngo i nhiệt LANDSAT 8 th p h n so với ảnh LANDSAT TM , tuy
nhiên với độ phân giải 100m, ảnh LANDSAT 8 vẫn c th sử ng hiệu quả trong các nghiên cứu ở quy mô c p v ng.
Khác với ảnh LANDSAT TM, TM đ c l u trữ ở c u tr c 8 it với 256 c p độ xám, ảnh LANDSAT 8 đ c l u trữ ở c u tr c 16 it với 65536 c p độ xám, t ng ứng với giá trị độ xám trên ảnh từ 0 đến 65535 [2, 8].
Đ c tr ng các kênh phổ ảnh LANDSAT 8 OLI đ c trình ày trong ảng 1.6 ới đây.
B ng 1. 6. LANDSAT 8
Kênh Tên gọi ớc s ng Độ phân giải không gian 1 ờ i n Sol kh 0,433 – 0,453 µm 30 m 2 Xanh lam 0,450 – 0,515 µm 30 m 3 Xanh l c 0,525 – 0,600 µm 30 m 4 Đỏ 0,630 – 0,680 µm 30 m 5 Cận h ng ngo i 0,845 – 0,885 µm 30 m 6 H ng ngo i s ng ngắn 1,560 – 1,660 µm 30 m 7 H ng ngo i s ng ngắn 2,100 – 2,300 µm 30 m 8 Tồn sắc 0,500 – 0,680 µm 15 m 9 Mây quy n kh 1,360 – 1,390 µm 30 m 10 H ng ngo i nhiệt 10,30 – 11,30 µm 100 m 11 H ng ngo i nhiệt 11,50 – 12,50 µm 100 m
1.6 hả năng ứng ng c ng nghệ viễn th m trong nghi n cứu tài ngu n thi n nhi n và gi m s t m i trƣờng
So với các ph ng pháp truyền thống ựa trên kết quả điều tra, thăm thực địa, ph ng pháp ứng ng t liệu vi n thám c những u đi m nổi ật nh iện t ch v ng phủ rộng, khả năng cập nhật thông tin nhanh ch ng, ải phổ rộng, số l ng kênh phổ lớn Cho đến nay, với những u đi m trên,
công nghệ vi n thám đ đ c ứng ng rộng r i trong nhiều l nh vực và đ t đ c những kết quả to lớn. T liệu vi n thám trở thành t liệu chủ đ o trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi tr ờng. Ứng ng và phát tri n công nghệ vi n thám đ trở thành xu h ớng chung cho mọi quốc gia, trong đ c Việt Nam nh m ph c v kinh tế – x hội c ng nh đảm ảo an ninh – quốc ph ng.
T y th o từng l nh vực ứng ng c th c n phải chọn t liệu ảnh vệ tinh th ch h p nh t, ngh a là lo i cảm iến c độ phân giải không gian, phân giải phổ và độ phân giải thời gian th ch h p với yêu c u c th . V với độ phân giải phổ, ảnh toàn sắc ghi nhận năng l ng của toàn ộ các ớc s ng n m trong v ng ánh sáng nhìn th y s khơng th hiện tốt mức độ phản x của thực vật đối với các kênh phổ h p n m trong v ng ớc s ng đỏ o ch t iệp l c h p thu r t m nh năng l ng m t trời. Độ phân giải không gian quan hệ mật thiết đến t lệ của ản đ c n thành lập c ng nh mức độ chi tiết c th phân iệt đ c trên ảnh đ giải đoán và thu nhận ch nh xác các thông tin c n thiết. Độ phân giải thời gian là yêu c u ch nh trong giải quyết các ài toán iến động. C nhiều ứng ng đ i hỏi ảnh phải ch p l p th ờng xuyên cháy rừng, giám sát l l t,... , nh ng c ng c những ứng ng ch yêu c u ch p ảnh th o m a, th o năm xác định m a v , mức độ m của đ t, sự iến động lớp phủ thực vật,... ho c những ứng ng ch c n ảnh một l n ch p thành lập ản đ địa ch t . Đ xác định hàm l ng các thông số ô nhi m n ớc, t liệu chủ đ o là ảnh vệ tinh quang học o trong ải phổ nhìn th y và h ng ngo i c khả năng th hiện tốt đ c tr ng phản x phổ của n ớc [2 - 5].
Những l nh vực ứng ng c ản của k thuật vi n thám đ c t m tắt trong ảng 1.7 sau đây.
B ng 1. 7
N ng- m nghiệp Sử ng đất đai Địa chất Tài ngu n nƣớc Nghi n cứu iển M i trƣờng
Phân lo i thực vật Phân lo i sử ng đ t Phát hiện khoáng vật Xác định ranh giới n ớc – đ t liền Nghiên cứu qu n th động vật i n Quan trắc vị tr khai thác tài nguyên Đánh giá khả năng
sinh tr ởng của cây tr ng, ự áo năng su t m a v Thành lập, hiện ch nh ản đ sử ng đ t Lập ản đ c u tr c các lớp địa ch t, địa m o Lập ản đ v ng ngập l t Nghiên cứu ng chảy và độ đ c trong của n ớc Lập ản đ và quan trắc ô nhi m môi tr ờng n ớc
Ki m kê rừng Đánh giá độ phì của đ t Hiện ch nh ản đ địa ch t Xác định đ ờng iên và độ ày lớp tuyết Lập ản đ iến động đ ờng ờ Quan trắc ô nhi m không kh
Xác đinh qu n th
thực vật Xác định ranh giới đô thị, nông thôn
Xác định ranh giới của các lớp tr m
t ch
Nghiên cứu sông ăng
Lập ản đ địa hình v ng n ớc nơng Xác định hậu quả thiên tai Đánh giá hiện tr ng
lớp phủ thực vật Quy ho ch v ng Nghiên cứu ho t động n i lửa
Nghiên cứu hiện t ng n ớc nở hoa , sự i chuy n và lắng đọng đ t i Th o i lớp ăng phủ Quan trắc những tác động tiêu cực đến môi tr ờng Xác định mật độ phủ thực vật Lập hệ thống m ng giao thông Lập ản đ các lớp tr m t ch mới o ho t động n i lửa Ki m kê h Nghiên cứu s ng i n và các ng xoáy Đánh giá hiện tr ng
tài nguyên đ t Lập ản đ đ ờng ờ Lập ản đ ng địa hình Xác định đ ờng iên của các cơng trình thủy l i Xác định các thành
ph n của đ t
Hi n thị c u tr c khu vực Đánh giá sự lan tỏa
của cháy rừng
Hi n thị các đối t ng th ng
CHƢƠNG 2
NGHI N CỨU Y NG VÀ L A CHỌN QUY TRÌNH ÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CHẤT LƠ LỬNG CHẤT IỆP LỤC TRONG NƢỚC
V NG V N IỂN TỪ TƢ LIỆU ẢNH VỆ TINH LANDSAT
Cơ sở hoa học phƣơng ph p ứng ng tƣ iệu viễn th m trong đ nh gi chất ƣ ng nƣớc
Khả năng phản x phổ của các vật th là một trong những thông số c ản nh t c n iết khi phân lo i ảnh vệ tinh. Khả năng phản x phổ ph thuộc vào ớc s ng của s ng điện từ. Ở các ớc s ng khác nhau, giá trị phản x phổ của một vật th không giống nhau.
Khả năng phản x phổ của vật th ph thuộc vào ớc s ng đ c định ngh a th o công thức sau đây:
% 100 . ) ( 0 ) ( E E r (2.1) Trong đ , ) ( E – năng l ng phản x t i ớc s ng λ; ) ( 0 E – năng l ng tới t i ớc s ng λ.
ựa trên đ c t nh phổ của vật th t i các ớc s ng, các đối t ng tự nhiên đ c chia ra thành các nh m ch nh sau [2 - 5]:
Nh m ho ng sản và thổ nhƣ ng. Đ c tr ng ởi sự tăng lên của hệ
số phản x phổ t i v ng ớc s ng đỏ. Khả năng phản x phổ của khoáng sản ph thuộc vào c u t o và các thành ph n trong khoáng sản. Khả năng phản x phổ của thổ nh ng ph thuộc vào n ng độ h p kim sắt và ch t m n trong đ t.
Nh m thực vật. Đ c tr ng ởi khả năng phản x cao nh t ở ớc
s ng gr n 0.55μm và th p nh t ở ớc s ng đỏ 0.66 μm).