Chương 2 Tổng quan về kỹ thuật viễn thám
2.2 Một số loại tư liệu viễn thám đang được sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới…
Một hệ thống viễn thám nghiên cứu tài nguyên và môi trường bao gồm nhiều thành phần. Về nguyên tắc các thành phần này có thể được chia ra thành 3 loại chính:
1. Các vệ tinh viễn thám và các tàu vũ trụ có người điều khiển.
2. Các máy bay có trang bị phòng thí nghiệm và máy quét đa phổ.
3. Các trạm thu và xử lý thông tin mặt đất cố định hoặc lưu động cùng các khu vực Polygon mẫu.
Các vệ tinh nhân tạo đóng vai trò chủ đạo để thu thập thông tin viễn thám mà chủ yếu là bằng phương pháp thu nhận năng lượng phản xạ từ các đối tượng mặt đất và tạo ra các sản phẩm với các thể loại đa dạng: ảnh đa phổ, ảnh hồng ngoại nhiệt, ảnh rađar…
Các máy bay có chức năng chụp ảnh có trang bị phòng thí nghiệm được sử dụng để nghiên cứu các phương pháp và thiết kế các phương tiện viễn thám, nghiên cứu đặc tính phản xạ phổ các đối tượng qua lớp khí quyền phục vụ việc suy giải và xử lý ảnh vệ tinh. Các trạm thu thông tin và xử lý thông tin mặt đất cùng các khu vực Polygon mẫu có nhiệm vụ thu nhận thông tin viễn thám, xác định các thông số trạng thái khí quyển, khả năng phản xạ phổ của các đối tượng mặt đất và giúp cho việc thiết kế các thiết bị và xử lý các thông tin viễn thám trên mặt đất.
Thông tin viễn thám chụp từ vũ trụ, các thông tin từ máy bay viễn thám cùng các kết quả của các trạm mặt đất được cung cấp cho các trung tâm viễn thám ở các ngành sử dụng để nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên.
27
Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng nhiều loại tư liệu ảnh viễn thám khác nhau cho các mục đích nghiên cứu và quản lý tài nguyên thiên nhiên, thành lập các loại bản đồ chuyên đề.
Trong khuôn khổ các vấn đề mà đề tài cần giải quyết chỉ đi sâu tìm hiểu một số loại tư liệu viễn thám đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam phục vụ mục đích nghiên cứu, điều tra và quản lý tài nguyên thiên nhiên.
2.2.1. Ảnh vệ tinh SPOT
Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu Không gian (Centre National d’Etudes Spatiales - CNES) của Pháp chế tạo và phát triển.
Vệ tinh đầu tiên SPOT- 1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là SPOT- 2, SPOT- 3, SPOT- 4 và SPOT- 5 lần lượt vào các năm 1990, 1993, 1998 và 2002.
Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo là 98,70 thời điểm bay qua xích đạo là 10h30’ sáng và chu kỳ lặp 26 ngày
Các thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có đầu thu HRV với kênh toàn sắc độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m. Mỗi cảnh có độ bao phủ mặt đất là 60 km x 60km. Vệ tinh SPOT 4 với kênh toàn sắc độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ của HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV có độ phân giải 20m và đầu thu ảnh kênh thực vật.
Vệ tinh SPOT-5, được trang bị một cặp đầu thu HRG là loại đầu thu ưu việt hơn các loại trước đó. Mỗi một đầu thu HRG có thể thu được ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và 10m mầu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải 2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60km đến 80km. Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT-5, điều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời kỳ ở độ phân giải này đều không đạt được.
Các ảnh vệ tinh số SPOT được chụp từ các máy quét.
- Ảnh số SPOT được chụp với 2 phương thức:
XS - đa phổ, gồm 3 kênh
28
P - toàn sắc trắng đen, có 1 kênh
- Độ phủ có thể tới 100%, diện tích mặt đất được chụp 60x60km.
- Ảnh SPOT được xử lý ở nhiều mức khác nhau:
+ Mức 1A : ảnh thô, chưa xử lý hình học và phổ.
+ Mức 1B : ảnh đã nắn chỉnh độ cong trái đất chất lượng. Hình học tương đương mức 1A, phổ được loại trừ yếu tố nhiễu
+ Mức 2A: Ảnh đã hiệu chỉnh sai số theo thông số quĩ đạo, hiệu chỉnh độ cong trái đất về 2 phía của thiết bị HRV. Xử lý hình học bằng mô hình vật lý không có điểm khống chế, phổ được xử lý ở mức 1B
+ Mức 2B : Ảnh nắn về một mặt phẳng trung bình theo các điểm khống chế mặt đất. Xử lý hình học bằng mô hình vật lý, có xử lý phổ bằng các thuật toán tăng cường chất lượng ảnh, có sử dụng phép lọc ảnh
+ Mức 3 : Ảnh đã nắn chỉnh tất cả các sai số hình học về mức trực ảnh.
Sử dụng mô hình số địa hình (DEM) loại bỏ biến dạng do chênh cao địa hình.
Ảnh SPOT được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực sử dụng đất, hiện trạng đất, đo vẽ bản đồ và theo dõi biến động môi trường như mất rừng, xói mòn, phát triển đô thị v.v... ảnh SPOT5 có độ phân giải cao, đặc biệt ảnh độ
Hình 2.6. Hệ thống chụp ảnh số độ phân giải cao của vệ tinh SPOT-5
29
phân giải 2,5m mở ra triển vọng của nhiều ứng dụng mà trước đây chỉ có thể thực hiện với ảnh chụp từ máy bay như thành lập bản đồ tỷ lệ lớn, quy hoạch đô thị, quản lý hiểm họa và thiên tai… Hiện nay, trạm thu ảnh vệ tinh mặt đất của Việt Nam hoàn toàn có thể thu nhận và xử lý các ảnh SPOT ở các mức yêu cầu, tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Bảng 2.1 là đặc trưng phổ của ảnh vệ tinh SPOT và ứng dụng của chúng.
Bảng 2.1. Đặc trưng phổ và khả năng giải đoán của ảnh vệ tinh SPOT Đặc trưng HRV Dạng đa phổ Dạng toàn sắc Kênh - Xanh lá cây
- Đỏ
- Hồng ngoại
0,50àm - 0,59àm 0,61àm - 0,68àm 0,79àm – 0,80àm
0,51àm - 0,73àm
Trường nhìn 40 13 40 13
Độ phân giải mặt đất 20x20m (ảnh SPOT4) 5x5m (ảnh SPOT5)
10x10m (ảnh SPOT4) 2,5x,2,5m (ảnh SPOT5)
Số pixel trên một hàng 3000 6000
Dải rộng mặt đất nhìn tại tâm
60 km 60 km
Độ phủ dọc 117 km 117 km
Độ phủ bên 3 km 3 km
2.2.2. Ảnh vệ tinh LANDSAT
LANDSAT là vệ tinh viễn thám đầu tiên được NASA phóng lên quỹ đạo vào năm 1972. Từ năm 1994 ảnh vệ tinh LANDSAT do công ty EOSAT phân phối, tuy nhiên những ảnh có thời gian sau khi thu nhận 2 năm được đưa vào kho lưu trữ và do Trung tâm dữ liệu Cục địa chất Mỹ phân phối.
Vệ tinh đầu tiên trong serie LANDSAT là ERTS-1 (vệ tinh tài nguyên) phóng ngày 23/7/1972 sau đổi tên là LANDSAT-1. LANDSAT-2 được phóng ngày 22/01/1975. Các vệ tinh tiếp theo là LANDSAT-3 phóng năm 1978.
30
LANDSAT-4 phóng năm 1982. LANDSAT-5 phóng năm 1984. LANDSAT- 6 phóng năm 1993 nhưng đã không thành công. LANDSAT-7 phóng tháng 4 năm 1999. Hiện nay có 2 vệ tinh hoạt động đó là LANDSAT-5 và 7.
1. Quỹ đạo vệ tinh LANDSAT-5 và 7 được đặc trưng bởi các thông số chính sau:
- Độ cao bay: 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 980. - Quỹ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp lại.
- Thời điểm bay qua xích đạo 9h30 sáng.
- Chu kỳ lặp lại 17 ngày.
- Bề rộng tuyến chụp 185 km.
2. Bộ cảm:
- MSS (Multispectral Scanner) - TM (Thematic Mapper)
a. Thông số kỹ thuật của bộ cảm MSS - Độ phân giải 82m.
- Có 4 kênh phổ:
+ Kờnh 1: 0,5 - 0,6 àm + Kờnh 2: 0,6 - 0,7 àm + Kờnh 3: 0,7 - 0,8 àm + Kờnh 4: 0,8 - 1,1 àm
b. Thông số kỹ thuật của bộ cảm TM.
Bộ cảm này cho thông tin về phổ nhiều hơn MSS.
- Độ phân giải 30m.
- Có 7 kênh phổ:
+ Kờnh 1: 0,45 - 0,52 àm + Kờnh 2: 0,52 - 0,60 àm + Kờnh 3: 0,63 - 0,69 àm + Kờnh 4: 0,76 - 0,90 àm
31
+ Kờnh 5: 1,55 - 1,75àm
+ Kờnh 6: 10,40 - 12,50 àm (Độ phõn giải 120m) + Kờnh 7: 2,08 - 2,35àm
2.2.3. Ảnh vệ tinh COSMOS
Ảnh vệ tinh Cosmos của Nga có hai loại: ảnh có độ phân giải cao và ảnh có độ phân giải trung bình. Ảnh vệ tinh độ phân giải cao có kích thước ảnh 30x30cm, độ phân giải mặt đất 6-7m, độ phủ dọc >60%. Ảnh Cosmos độ phân giải trung bình có kích thước ảnh 18x18cm, độ phân giải mặt đất 30m, độ phủ dọc >60%. Vào những thập niên 80 và 90 của thế kỷ trước, ảnh vệ tinh Cosmos được sử dụng khá nhiều ở Việt Nam.