3.2. Khu vực nghiên cứu và dữ liệu sử dụng
3.2.2.1 Dữ liệu SAR
Dữ liệu sử dụng gồm 03 cảnh ảnh Sentinel-1 đa thời gian được thu nhận vào các ngày 14/10/2017 (t1 – thời điểm trước khi xảy ra ngập lụt), 07/11/2017 (t2 – thời điểm đang xảy ra ngập lụt) và 13/12/2017 (t3 – thời điểm sau khi xảy ra ngập lụt). Đây là các sản phẩm ảnh GRD (Ground Range Detected) với độ phân giải 5 m × 20 m (tầm × phương vị), phân cực VV, quỹ đạo đi xuống (hình 3.2, 3.3 và 3.4). Sản phẩm ảnh GRD là sản phẩm bậc 1 đã được xử lý như sau: Dữ liệu SAR thô được điều chỉnh (focused) trong mặt phẳng hình học tầm nghiêng để thu được các sản phẩm số phức đơn nhìn (Single-Look Complex - SLC). Sau đó, dữ liệu SLC được xử lý đa nhìn và được quy chiếu theo mặt phẳng thực địa bằng cách sử dụng mơ hình ellipsoid Trái Đất và chiều cao địa hình. Kết quả của quá trình này là các sản phẩm thực địa được phát hiện bậc 1 GRD. Các thơng tin chính của dữ liệu ảnh SAR sử dụng trong luận văn được nêu ở bảng 3.1.
Bảng 3.1: Các thơng số chính của các ảnh Sentinel-1 sử dụng
Đặc điểm kỹ thuật Dữ liệu Sentinel-1
Nhà sản xuất Cơ quan hàng không Châu Âu (ESA)
Vệ tinh Ngày ra mắt
Sentinel-1A 3/4/2004
Quỹ đạo vệ tinh Đi xuống
Góc tới 43.1°
Chu kỳ lặp 12 ngày
Tần số ảnh C-band tại 5.405 GHz
Chế độ chụp IW
Dạng dữ liệu GRD (Ground Range Detected)
Độ phân giải 5m 20m (tầm phương vị)
Phân cực VV
Khu vực nghiên cứu Thành phố Huế và một phần huyện Hương Trà,
Thừa Thiên Huế
Số lượng ảnh 3 ảnh
Hình 3.2. Ảnh Sentinel-1 khu vực nghiên cứu ngày 14/10/2017 (thời điểm t1 - trước khi xảy ra ngập lụt)
Hình 3.3. Ảnh Sentinel-1 khu vực nghiên cứu ngày 07/11/2017 (thời điểm t2 - trong khi xảy ra ngập lụt)
Hình 3.4. Ảnh Sentinel-1 khu vực nghiên cứu ngày 13/12/2017 (thời điểm t3 - sau khi xảy ra ngập lụt)
Nhiệm vụ của vệ tinh SENTINEL-1
SENTINEL-1 là 1 đài quan sát Radar của Châu Âu được thiết kế và phát triển bởi Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và được tài trợ bởi ủy ban Châu Âu (EC) trong trương trình thành phần khơng gian giám sát tồn cầu về môi trường và an ninh (GMES). SENTINEL-1 bao gồm hai vệ tinh SENTINEL-1A và SENTINEL-1B, di chuyển trên cùng một mặt phẳng quỹ đạo cách nhau 180 độ. SENTINEL-1A được ra mắt vào ngày 3/4/2014 từ Spaceport của Châu Âu ở Guiana, Pháp, và SENTINEL-1B là vào ngày 25/4/2016. Kế thừa và phát triển từ các hệ thống SAR trên ERS-1,2 và Envisat, nhiệm vụ của SENTINEL-1 là nhằm cung cấp khả năng hoạt động độc lập cho để ghi nhận thông tin về bề mặt Trái đất trên ảnh radar có độ phân giải từ tầm trung bình đến cao với độ phân giải thời gian, độ phủ mặt đất, độ tin cậy được nâng cao cho các ứng dụng đòi hỏi chuỗi ảnh được thu nhận trong thời gian dài. Mỗi vệ tinh SENTINEL-1 có thời gian thiết kế là 7 năm có quỹ đạo gần cực đồng bộ với mặt trời, với độ cao
693 km, góc nghiêng 98.18 o với chu kỳ lặp là 12 ngày (175 quỹ đạo mỗi chu kỳ) và 6 ngày với cả SENINEL-1A và 1B.
Bộ cảm SAR của vệ tinh SENTINEL-1 hoạt động ở cùng tần số kênh C (5.405 GHz) như RADARSAT-2 của Canada, và hỗ trợ phân cực đơn (HH hoặc VV) và phân cực đôi (HH/HV, VV/VH). SENTINEL-1 sử dụng bốn chế độ quan sát sau đây:
- Stripmap (SM) thu được hình ảnh có độ phân giải khơng gian 5m x 5m (đơn nhìn) trên một dải qt hẹp có độ rộng 80 km với phạm vi của góc tới là 18,3o - 46,8 o . Chế độ thu nhận ảnh này chỉ cung cấp ảnh phân cực đơn HH hoặc VV.
- Chế độ giao thoa dải quét rộng (Swath Wide Interferometric - IW) là chế độ thu nhận ảnh mặc định. Nó quét một dải quét rộng 250 km trên mặt đất với phạm vi góc tới là 29.1o
- 46.0o , bao gồm ba dải quét nhỏ sử dụng kỹ thuật Quan sát địa hình với bộ quét SAR tiến dần (Terrain Observation with Progressive Scans SAR -TOPSAR). Các ảnh thu được ở chế độ này có độ phân giải hình học trung bình (5mx20m theo tầm và phương vị) và có thể là ảnh phân cực đơn (HH hoặc VV) hay phân cực kép (HH, HV hay VV,VH).
- Chế độ dải quét rộng (Extra Wide Swath - EW) hoạt động tương tự như chế độ IW nhưng nó sử dụng năm thanh trượt phụ để phủ trùm một khu vực rộng hơn trên mặt đất (dải quét trên 400 km) với phạm vi góc tới là 18,9o
- 47,0o . Điều này dẫn đến độ phân giải không gian thấp hơn (20 m x 40 m). Hình ảnh thu được ở chế độ này phù hợp cho việc giám sát các đối tượng trên quy mơ tồn cầu, ví dụ, băng trên biển, các vùng cực và một số khu vực hàng hải nhất định, v.v.
- Chế độ Sóng (Wave) luân phiên thu thập dữ liệu của chế độ SM theo các mảnh 20 km x 20 km trên hai góc tới khác nhau (23° và 36,5°). Cứ mỗi 100 km dọc theo quỹ đạo và cách nhau 200 km trên cùng một góc tới sẽ thu nhận một mảnh. Việc thu nhận ảnh theo chế độ Wave rất hữu ích cho các nghiên cứu về đại dương, bổ sung với các mơ hình sóng đại dương toàn cầu. Phân cực VV là chế độ mặc định cho dữ liệu thu nhận trên vùng biển mở.
Hình 3.5. Vệ tinh Sentinel-1A
Bảng 3.2. Thơng số kỹ thuật của vệ tinh cảm biến Sentinel-1A
Quỹ đạo Chu kỳ lặp Độ nghiêng Độ cao Kích cỡ ăng-ten Tần số trung tâm Góc tới Phân cực Gần cực đồng bộ mặt trời Quỹ đạo lặp 12 ngày 98.18o 693 km 12.3 m x 0.821 m 5.405 GHz ( C-band ) 20o - 46o Đơn, kép
Dữ liệu SAR SENTINEL-1 bao gồm bốn loại sản phẩm ở ba mức xử lý sau: - Sản phẩm bậc 0: Là dữ liệu thô SAR được nén và chưa điều chỉnh (focus) và được bổ sung các thông tin bao gồm hiệu chỉnh nhiễu và nội bộ và các gói nguồn tín hiệu tán xạ ngược cũng như thơng tin về quỹ đạo và trạng thái của vệ tinh.
- Sản phẩm bậc 1: Dữ liệu SAR thơ được điều chỉnh trong mặt phẳng hình học tầm nghiêng để thu được các sản phẩm số phức đơn nhìn (Single-Look Complex -SLC). Sau đó, dữ liệu SLC được phát hiện, xử lý đa nhìn và được quy chiếu theo mặt phẳng thực địa bằng cách sử dụng mơ hình ellipsoid Trái đất và chiều cao địa hình xác định để tạo ra các sản phẩm thực địa được phát hiện bậc 1 (Ground Range Detected - GRD).
- Các sản phẩm bậc 2 thu được bằng cách mã hóa địa lý (đưa về hệ quy chiếu địa lý) các sản phẩm bậc 1. Các dữ liệu bậc 2 về đại dương có thể chứa các thành phần địa vật lý được lấy từ dữ liệu SAR như sau: thơng tin về gió biển (Ocean wind field - OWI), thông tin về phổ đại dương (Ocean Swell spectra - OSW) và thông tin về tốc độ xuyên tâm của bề mặt (Surface Radial velocity - RVL) (ESA 2015).