Viễn thám (Remote sensing) theo Nguyễn Ngọc Thạch (2005) định nghĩa là việc thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng nào đó mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.
1.4.2. Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc hoạt động trong RS là sự liên quan giữa sóng điện từ từ nguồn phát và vật thể được quan tâm. Nguyên lý hoạt động của RS được thể hiện như trong hình 1.12.
Hình 1.12. Nguyên lý hoạt động của viễn thám
Năng lượng sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng (A). Năng lượng này tương tác với các phân
tử trong khí quyển (B). Khi đến mặt đất, năng lượng tương tác với bề mặt vật thể (C).
Bộ cảm biến (D) sẽ ghi nhận lại năng lượng phản xạ được tách ra. Sau đó truyền dữ liệu về các trạm thu để xử lí (E). Rồi tiến hành giải đoán và phân tích ảnh viễn thám (F) và ứng dụng viễn thám vào các lĩnh vực liên quan khác (G).
1.4.3. Cơ sở khoa học của viễn thám.
Năng lượng ánh sáng có tính chất bức xạ tự nhiên với hai trường điện và từ có hướng vuông góc với nhau, chuyển động tuân theo nguyên lý của sóng điều hòa.
Tính chất sóng của ánh sáng được thể hiện theo mối liên quan giữa tầng số giao động và bước sóng của ánh sáng theo phương trình truyền ánh sáng: c= .
Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các bước sóng khác nhau.
Hình 1.13. Sự phân bố các dải sóng trong quang phổ điện từ Quang phổ điện từ có các dải sóng chính như sau:
Các tia vũ trụ là các tia sáng từ vũ tụ có bước sóng vô cùng ngắn (λ<10-6 μm).
Các tia gamma có bước sóng từ 10-6 μm đến 10-4 μm.
Dải các tia x có bước sóng từ 10-4 μm đến 10-1 μm.
Dải tia nhìn thấy có bước sóng từ 0.4 đến 0.7 μm là dải phổ của ánh sáng trắng.
Trong dải nhìn thấy có chia nhỏ thành các dải ánh sáng đơn sắc: Blue (xanh lơ-lam) bước sóng từ 0.4 đến 0.5 μm, Green (xanh lá cây-lục) từ 0.5-0.6 μm, Red (đỏ) từ 0.6- 0.76 μm.
Sau vùng đỏ là dải hồng ngoại bước sóng từ 0.76-14 μm.
Vùng sóng Radar hay vi sóng bước sóng từ 1mm đến 1m.
Khi năng lượng điện từ rơi vào một vật thể ở trên mặt đất, sẽ có 3 thành phần năng lượng cơ bản tương tác với đối tượng là: phản xạ, hấp thụ và truyền qua. Toàn bộ năng lượng này đều phụ thuộc vào thành phần của một bước sóng nào đó.
1.4.4. Phân loại ảnh viễn thám.
Phân loại ảnh viễn thám theo nguồn năng lượng và chiều dài bước sóng, ta có thể chia ảnh vệ tinh thành 3 loại cơ bản:
Ảnh quang học là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng ánh sáng nhìn thấy (bước sóng 0.4 – 0.76 micromet). Nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời.
Ảnh hồng ngoại (ảnh nhiệt) là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng hồng ngoại phát ra từ vật thể (bước sóng 8 – 14 micromet). Nguồn năng lượng chính là bức xạ nhiệt của các vật thể.
Ảnh radar là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng trong dải sóng cao tần (bước sóng từ 1mm – 1m). Nguồn năng lượng chính là sóng rada phản xạ từ các vật thể do vệ tinh tự phát xuống theo những bước sóng đã được xác định 1.4.5. Ảnh vệ tinh LandSat 8.
Tổ chức hàng không và vệ tinh quốc gia (NASA) được sự hỗ trợ của Bộ nội vụ Mỹ tiến hành chương trình nghiên cứu thăm dò tài nguyên trái đất ERTS (Earth Resources Technology Satellite) vào năm 1967.
Vệ tinh ERTS-1 được phóng lên quỹ đạo vào ngày 23 tháng 6 năm 1972. Sau đó NASA đổi tên chương trình ERTS thành LANDSAT, đến thời điểm hiện tại, chương trình LANDSAT đã có 8 thế hệ vệ tinh.
Landsat 8 là thế hệ vệ tinh mới nhất của chương trình Landsat (NASA, MỸ), sử dụng hai bộ cảm biến: bộ cảm quang học OLI (Operational Land Imager) và bộ cảm hồng ngoại nhiệt TIRS (Thermal InfraRed Sensor). Vệ tinh được phóng lên quỹ đạo vào 11 tháng 02 năm 2013, cung cấp ảnh ở 11 dải phổ, trong đó có 9 kênh đa phổ với độ phân giải không gian 30m, 1 kênh toàn sắc (kênh 8) với độ phân giải 15m và 2 kênh hồng ngoại nhiệt (kênh 10, 11) ở độ phân giải 100m.
Bảng 1.1. Đặc điểm các kênh phổ ảnh LandSat 8
Kờnh Tờn gọi Dải súng (àm)
Độ phân giải không gian 1 Đường bờ/Sol khí (Coastal aerosol) 0.433 - 0.453 30
2 Lam (Blue) 0.450 - 0.515 30
3 Lục (Green) 0.525 - 0.600 30
4 Đỏ (Red) 0.630 - 0.680 30
5 Cận hồng ngoại (Near Infrared (NIR)) 0.845 - 0.885 30 6 Hồng ngoại sóng ngắn (SWIR 1) 1.560 - 1.660 30 7 Hồng ngoại sóng ngắn (SWIR 2) 2.100 - 2.300 30
8 Toàn sắc (Panchromatic) 0.500 - 0.680 15
9 Mây, khí quyển (Cirrus) 1.360 - 1.390 30
10
Hồng ngoại nhiệt (Thermal Infrared
(TIR) 1) 10.3 - 11.3 100
11
Hồng ngoại nhiệt (Thermal Infrared
(TIR) 2) 11.5 - 12.5 100
Các thông số kỹ thuật của sản phẩm ảnh vệ tinh Landsat 8 như sau:
Loại sản phẩm: đã cải chính biến dạng do chênh cao địa hình.
Định dạng: GeoTIFF.
Kích thước Pixel: 15m/30m/100m tương ứng ảnh Đen trắng Pan/Đa phổ/Nhiệt.
Phép chiếu bản đồ: UTM.
Hệ tọa độ: WGS 84.
Định hướng: theo bắc của bản đồ.
Phương pháp lấy mẫu: hàm bậc 3.
Độ chính xác: với bộ cảm OLI đạt sai số 12m theo tiêu chuẩn CE, có độ tin cậy 90%; với bộ cảm TIRS đạt sai số 41m theo tiêu chuẩn CE, có độ tin cậy 90%.
Dữ liệu ảnh: có giá trị 16 bit pixel, khi tải về ở dạng file nén có định dạng là .tar.gz. Kích thước file nếu ở dạng nén khoảng 1GB, còn ở dạng không nén khoảng 2GB.