Liên Xô trước đây cùng với Mỹ cũng đã luôn đi đầu trong lĩnh vực viễn thám. Riêng về chụp ảnh radar, có các tư liệu sau:
92
trường đại học nông lâm thái nguyên
Giáo trình Trắc địa ảnh và Viễn thám
• COSMOS-1870: Hoạt động từ năm 1987. Vệ tinh này hoạt động trong 2 năm và đã thu được rất nhiều tư liệu ảnh radar về biển trên thế giới.
• ALMAZ-1: Cải tiến từ hệ thống COSMOS–1870, phóng ngày 31/3/1991. Vệ tinh này đã mở ra cho thế giới một kỷ nguyên mới về chụp ảnh radar trong mọi điều kiện thời tiết, cả ngày và đêm. Quỹ đạo của ALMAZ–1 cao 350km, hoạt động từ 73°
vĩ độ Nam đến 73° vĩ độ Bắc. Sau đó quỹ đạo được đưa lên độ cao 360km. ALMAZ cung cấp ảnh cho toàn cầu, chụp lặp lại sau thời gian 1–3 ngày. ALMAZ–1 cũng hoạt động giống nguyên tắc SAR của Mỹ với dải sóng là 10cm, độ phân giải không gian 10–30m. Mỗi dải ảnh có chiều rộng 350km.
6.10.3. HỆ THỐNG VỆ TINH RADAR CHÂU ÂU
Các nước châu Âu như Anh, Đức, Ý, Áo, Bỉ, Pháp đã thành lập Tổ chức viễn thám châu Âu (European Remote Sensing Centre – ERC). ERC đã phóng vệ tinh riêng có tên là ERS (European Remote Sensing Satellite). Hiện nay có hai vệ tinh ERS-I và II đang hoạt động (phóng tháng 11/1991 và 4/1995). Trên ERS có các sensor như sau: Synthetic Aperture Radar (SAR) có nhiệm vụ quét tạo ảnh radar, máy đo tán xạ khí quyển (Scatterometer - SCAT), máy đo độ cao bằng tia Radar (Radar Altimetter - RA), máy quét bức xạ và âm (ATSR-M), máy đo lazer phản xạ (Lazer Reflector – LRR) và máy quét có độ chính xác cao (Precision Ranging Equipment – PRARE). Vệ tinh ERS hoạt động ở độ cao 780m, có quỹ đạo đồng trục với mặt trời với góc nhìn 98,5 độ. Thời gian chụp lặp lại có 3 kiểu: 176 ngày, 35 ngày và 3 ngày.
ERS-1 (European Remote Sensing Satellite) hoạt động với bước sóng ngắn hơn (band S) so với SIR-A và SIR-B (band S). Góc ghép của tia radar nhỏ hơn (23°). ERS hoạt động theo nguyên tắc chủ động, sử dụng band
Ku và theo nguyên tắc quét dọc. Hình ảnh được tạo nên có chiều rộng của dải quét là 100km. Độ phân giải không gian khoảng 30m. Ảnh của hệ thống này được thu ở trạm thu mặt đất. Ngoài mode hình ảnh (image mode), ERS-1 còn cung cấp các thông số khác về sóng biển, tốc độ gió trên biển và cả thông số về hướng sóng, hướng gió. Các tư liệu viễn thám của ERS hiện nay chủ yếu là ảnh radar với các phương thức chụp (mode chụp) khác nhau, từ đó có các loại tư liệu với tính chất và chất lượng khác nhau.
Vệ tinh ENVISAT là vệ tinh của khối cộng đồng Châu Âu, sử dụng tên lửa đẩy ARIAN, phóng lên tại trung tâm phóng Kiruna (Thụy Điển). ENVISAT sử dụng sensor ASAR với dải
hÌnh 6.5: Ảnh Radar do vệ tinh ERS chụp khu vực Đông Nam Á
93
Chương 6 CÁC HỆ THỐNG VIỄN THÁM PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI trường đại học nông lâm thái nguyên
sóng Radar, phân cực H hoặc V, band K, X, có góc nhìn khác nhau trong dải quét rộng 500km, độ rộng của dải quét là 400km. Ngoài sensor AATSR còn có các sensor khác như:
• RA-2 AATSR để đo nhiệt độ mặt biển, nhiệt độ băng tuyết, nhiệt độ mặt đất.
• RA-2 để đo độ cao địa hình với band S.
• AATSR để đo nhiệt độ mặt biển và mặt đất.
• MERIS máy đo phổ đặt trên vệ tinh cùng với 5 máy ảnh, có thể đo tín hiệu 15 kênh phổ từ dải nhìn thấy đến hồng ngoại gần, chiều rộng dải quét mở rộng tới 1150 km.
• Các sensor đo thông số khí quyển như: MIPAS (đo sóng âm phản hồi), GOMOS (đo biến đổi tầng ozone toàn cầu), SCIAMACHY (quét ảnh và đo phổ hấp thụ của các tầng khí quyển). GOMOS đo các thông số khí quyển: O3, H2O, NO3, CH3, HNO3, CO3, CO2, BrO, P ...
Dữ liệu của ENVISAT sau khi thu 3 giờ, có thể cung cấp cho người sử dụng, mang tính chất “gần thời gian thực – near real time” với độ phân giải trung bình là 150m. Sau đó, có thể cung cấp dữ liệu có độ phân giải tốt hơn là 20m.
6.10.4. VỆ TINH CHỤP ẢNH RADAR CỦA NHẬT
Japanese Earth Resources Satellite (JERS)-1 phóng ngày 11/02/1992, trên đó có cả sensor chụp ảnh quang học (OPS) và sensor chụp ảnh radar (SAR) với dải sóng band L. Độ phân giải 18m, dải quét rộng 75km ở góc ép 35°, là quỹ đạo đồng trục với mặt trời, nghiêng 98°5. Độ cao 568km, thời gian cho 1 quỹ đạo là 44 ngày, JERS-1 hoạt động 2 năm. Sau JERS-1 là các vệ tinh khác của Nhật có tên MSS-1, 2 và ADEOS.
6.10.5. VỆ TINH CHỤP ẢNH RADAR CỦA CANADA
RADARSAT phóng năm 1995, là vệ tinh được chế tạo với sự phối hợp của cơ quan hàng không Canada và Mỹ (NASA), vệ tinh đẩy là do Mỹ cung cấp. RADARSAT có quỹ đạo đồng trục với mặt trời, nghiêng 98,5°, độ cao bay của vệ tinh là 798km. Thời
Bảng 6.17: Các kiểu (mode) chụp ảnh của RADARSAT
Kiểu chụp Dải rộng của ảnh
(km) Góc ép Độ phân giải trung bình theo 2 hướng (m)
Tiêu chuẩn 100 20 - 49 25 × 28
Chụp dải rộng (1) 165 20 - 31 48 - 30 × 28
Chụp dải rộng (2) 150 31 - 39 32 - 25 × 28
Chụp phân giải cao 45 37 - 49 11 - 9 × 9
Quét hẹp 305 20 - 40 50 × 50
Quét rộng 310 20 - 49 100 × 100
Quét rộng thêm chất lượng cao 75 50 - 60 21 - 19 × 28
Quét rộng thêm chất lượng thấp 170 10 - 23 63 - 28 × 28
94
trường đại học nông lâm thái nguyên
Giáo trình Trắc địa ảnh và Viễn thám
gian cho 1 quỹ đạo là 100,7 phút. Tính trung bình, 1 ngày vệ tinh chụp ảnh được toàn bộ vùng cực và 3 ngày cho phần trung tâm thu đường xích đạo. Thời gian bay qua quỹ đạo là 6 giờ sáng. RADARSAT hoạt động ở band C (5,6cm), phần cực thẳng đứng (HH). Vệ tinh có nhiều mode chụp ảnh khác nhau, cho các sản phẩm khác nhau về chiều rộng dải quét, về độ phân giải và góc ép (Bảng 6.17), thời gian hoạt động khoảng 5 năm.
6.11. DỮ LIỆU ẢNH LIDAR
LIDAR (Light Detection and Ranging) là thuật ngữ để chỉ một công nghệ viễn thám mới, chủ động, sử dụng các loại tia laser để khảo sát đối tượng từ xa. Dữ liệu thu được của hệ thống là tập hợp đám mây điểm phản xạ 3 chiều của tia laser từ đối tượng được khảo sát.
Một hệ thống LIDAR điển hình thường được gắn cố định trên một loại máy bay phù hợp nào đó. Nguyên lý làm việc của hệ thống tương tự như các hệ thống viễn thám chủ động khác. Khi máy bay bay trên vùng cần khảo sát, cảm biến laser sẽ phát ra các chùm tia laser về phía đối tượng, bộ thu nhận tín hiệu laser gắn kèm với cảm biến sẽ thu nhận tín hiệu phản xạ từ đối tượng. Hệ thống LIDAR thường sử dụng gương quét để khảo sát đối tượng theo từng dải với độ rộng của dải dữ liệu do góc quay của gương quét quy định. Mật độ điểm dữ liệu thu được phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: vận tốc máy bay, độ cao bay quét, mức độ quay của gương quét… Khoảng cách được xác định qua việc tính toán thời gian đi - về của tia laser được phát đi. Điểm dữ liệu nhận được thường bao gồm thông số về vị trí 3 chiều của đối tượng (X,Y,Z) và cường độ tia laser phản hồi. Vị trí 3 chiều chính xác của thiết bị quét, góc quay của gương và khoảng cách thu được của tập hợp điểm sau đó sẽ được sử dụng để tính toán vị trí 3 chiều các điểm trên bề mặt đối tượng khảo sát.
Hệ thống LIDAR thường được gắn kèm với các thiết bị định vị (GPS) và thiết bị xác định quán tính (IMU/INS) và 1 trạm định vị mặt đất (GPS Base Station) để thu thập đầy đủ tham số hiệu chỉnh cho quá trình xử lý dữ liệu sau này. Mỗi giây khảo sát, công nghệ LIDAR có thể giúp thu thập hàng trăm ngàn điểm dữ liệu với độ chính xác rất cao, do đó, sản phẩm làm ra từ tập hợp dữ liệu này được đánh giá là có độ chính xác cực kỳ cao về vị trí (X, Y, Z) (± vài cm đến vài chục cm).
Hệ thống LIDAR còn có thể được gắn kèm máy ảnh số để đồng thời thu thập ảnh viễn thám (không ảnh) của khu vực khảo sát, cung cấp nguồn dữ liệu rất chi tiết và đầy đủ. Dữ liệu do hệ thống khảo sát được thu thập trực tiếp ở dạng số (digital) làm cho các quá trình tiếp theo vô cùng thuận lợi. Ngoài ra, LIDAR ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, và các tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm cải tiến thiết bị diễn ra rất nhanh và mạnh mẽ làm cho công nghệ này ngày càng phổ biến và hiệu quả.
95
Chương 6 CÁC HỆ THỐNG VIỄN THÁM PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI trường đại học nông lâm thái nguyên
6.12. TRẠM VŨ TRỤ CHO VIỄN THÁM
Viễn thám là một phần chức năng hoạt động của Trạm Vũ trụ Quốc tế ISS (International Space Station). Trạm vũ trụ đầu tiên của Mỹ là Skylab đã cung cấp nhiều dữ liệu viễn thám trong năm 1973. Trạm vũ trụ Hòa Bình của Nga phục vụ cho modul viễn thám là PRIRODA, được phóng lên quĩ đạo vào năm 1996. Trên vệ tinh PRIRODA có các bộ cảm khác nhau bao gồm cả hệ chụp ảnh, các thiết bị viễn thám radar tích cực và thụ động. Quỹ đạo cho trạm vũ trụ quốc tế ISS được mở rộng với diện phủ là vĩ độ 520 Bắc và 520 Nam.
ISS có quĩ đạo là 90 phút và thời gian nhìn lại một điểm trên xích đạo là 32 giờ (trong phạm vi 90 nadir). Có khoảng 75% mặt đất và 100% vùng nhiệt đới, 95% vùng dân cư thế giới có thể được quan trắc bởi hệ thống ISS. Các dữ liệu của Trạm Vũ trụ Quốc tế ISS có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ việc kiểm định dữ liệu mặt đất cho đến việc điều tra tức thời sự biến động tự nhiên và các biến động môi trường trên phạm vi khu vực hoặc toàn cầu.
Tóm lại: Có thể thấy rằng hiện nay công nghệ vũ trụ, trong đó có viễn thám đã trở thành một công nghệ phổ biến và có tính toàn cầu. Mỗi nước, tùy theo điều kiện riêng đều cố gắng phát triển công nghệ theo những hướng thích hợp phục vụ cho quốc gia. Bên cạnh đó, do tính liên kết toàn cầu và tính chất bầu trời mở mà hiện nay đã hình thành nhiều chương trình nghiên cứu mang tính đa quốc gia hoặc quốc tế. Vì vậy, các sensor viễn thám luôn luôn được đổi mới và nhờ đó luôn có nhiều dạng tư liệu mới. Nhiều vệ tinh được phóng lên đem lại nhiều dạng tư liệu mới mang tính nghiên cứu thử nghiệm, song rất nhiều dạng tư liệu đã trở thành phổ biến trên phạm vi toàn cầu mang tính thương mại, đồng thời cũng mang tính hỗ trợ và cộng tác giữa nhiều quốc gia trong nghiên cứu môi trường toàn cầu.