Viễn thám - Sensor và hệ thống thông tin viễn thám

Nội dung text: Viễn thám - Sensor và hệ thống thông tin viễn thám

1. SENSOR & HỆ THỐNG THÔNG TIN VIỄN THÁM Hoàng Thanh Tùng Bộ môn Tính toán Thủy văn 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám † Các thông tin viễn thám thu nhận được nhờ các công cụ thiết bị khác nhau từ một khoảng cách nhất định đối với đối tượng nghiên cứu † Tuỳ thuộc vào các công cụ thu nhận thông tin mà người ta chia ra làm hai loại. 1) Hệ thống thông tin ảnh (photographic information ); 2) Hệ thống thông tin không ảnh (nonphotographic information ). 1
2. 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám 2.5.1 Hệ thống thông tin ảnh. Đây là loại thông tin thông thường và phổ biến nhất thường gặp trong Kỹ thuật viễn thám dưới dạng phim ảnh băng từ. Để thu nhận thông tin này người ta thường sử dụng các thiết bị thu khác nhau được gọi chung là các sensor. Có hai loại Sensor đó là † sensor thụ động † sensor chủ động Hệ thống các sensor thụ động (passive) chủ yếu dùng nguồn năng lượng mặt trời và gồm ba loại sau: 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám c Hệ thống khung ( framing systems). 2
3. 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám d Hệ thống quét ( scanning systems ). 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám d Hệ thống quét ( scanning systems ). Hệ thống sử dụng các tế bào quang điện (detector) với trường nhìn hẹp, trường nhìn này quét dọc theo địa hình để tạo hình ảnh. Tất cả các hệ thống quét thực hiện quét các trường nhìn của các detector dọc theo địa hình tạo nên một loạt các tia song song. Có bốn kiểu quét là quét dọc, quét ngang, quét vòng cung và quét bên sườn 3
4. 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám e Hệ thống đaphổ. ‰ Hiệnnaytrongkỹ thuậtviễnthámcác loạimáyảnh đa phổ đượcsử dụng rộng rãi như ‰ I2 ScủaMỹ ‰ MB . Y90 củaNhật ‰ KAT7 1000 Liên Xô ‰ MSK .4 CHDC Đức ‰ MKF . 6 CHDC Đức ‰ Hasselblad ThuỵĐiển ‰ Các thiếtbị quét thường phân làm hai loại: máy quét đa phổ (multiscanner) và máy quét đường (linescanner) . ‰ Ưu điểmcủa máy quét đaphổ là thu đượcmộtgiải sóng rộng từ 0.3μm (cực tím) đếnhồng ngoạinhiệt (10 - 12 μm)Æ có tác dụng rấtlớn trong viễn thám 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám e Hệ thống đaphổ. (Hệ thống quét và thu hình ảnh của Landsat) 4
5. 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám Hệ thống các sensor chủ động (active) là các loại sensor thu nhận các tín hiệu phản xạ của các đối tượng từ nguồn năng lượng do chính vệ tinh phát ra. Loại sensor này bao gồm các loại như: „ Microwave Radiometer „ Microwave Altimeter (thu phát và đo sóng ngắn) „ Lazer Water Depth Meter „ Lazer Distant Meter (thiết bị đo khoảng cách bằng lazer) „ Các loại hệ thống quét Radar (real aperture radar, sysnthetic radar, passive phased array radar). 2.5 Sensor và hệ thống thông tin viễn thám 2.5.2 Hệ thống thông tin không bằng ảnh Hệ thống thông tin không bằng ảnh được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám gồm : c Các thông tin về phổ. Đây là loại thông tin viễn thám hết sức quan trọng và ngày càng sử dụng rộng rãi trong KTVT. Có thể xác định các giá trị phản xạ phổ tự nhiên của các đối tượng nghiên cứu ở mặt đất để suy ra bản chất và phát hiện trực tiếp không cần thông qua ảnh. Thí dụ với sự hiểu biết đầy đủ về phổ phản xạ một số khoáng sản kim loại có thể giúp phát hiện các thân quặng chính xác và dự đoán được trữ lượng. d Các thông tin về trường vật lý . Các thông tin này là các trường vật lý của quả đất như từ trường, trọng lực, phóng xạ. Các trường vật lý này sẽ phản ánh được bản chất vật lý của các đối tượng nằm trên hoặc nằm dưới sâu trong thạch quyển. Kết hợp thông tin này với thông tin viễn thám ảnh trên và các tài liệu mặt đất khác sẽ giúp ta có những hiệu chỉnh đầy đủ không những trên bề mặt của trái đất mà còn có thể xuống sâu hơn. Các thông tin này đặc biệt cần thiết và quan trọng trong lĩnh vực địa chất khoáng sản. 5
6. 2.6 Các hệ thống thu nhận ảnh Những thông tin viễnthám này có thể thu nhận được ở các khoảng cách khác nhau từđộcao tầng vũ trụđến mặt đất. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.1. Vệ tinh LANDSAT Vệ tinh Landsat là tên chung cho hệ thống các vệ tinh chuyên dùng vào mục đích thăm dò tài nguyên Trái đất. Đầu tiên nó mang tên ERTS ( Earth Resource Technology Sectellite ) - kỹ thuật vệ tinh thăm dò Trái đất. Hệ thống vệ tinh Landsat cho tới nay có thể nói là hệ thống vệ tinh mang tính chất quốc tế vì các lý do: -Với vệ tinh Landsat trong "bầu trời mở" cho phép thu được hình ảnh trên toàn bộ trái đất. - Trung tâm tư liệu EROS (EDC) của Mỹ thu được toàn bộ các bức ảnh. -Mọi người sử dụng ở khắp các nước trên thế giới đều có thể mua các bức ảnh này với giá ưu tiên giống nhau và có thể mua ở các trạm thu khác nhau. Hệ thống vệ tinh Landsat phóng lên vũ trụ và hoạt động qua các thời kỳ như sau: • Landsat 1: được phóng lên quỹ đạo ngày 23-7-1972 và ngừng hoạt động ngày 6-1- 1978. • Landsat 2 : được phóng lên quỹ đạo ngày 22-1-1975 và ngừng hoạt động 27-7- 1983. • Landsat 3 : được phóng lên quỹ đạo ngày 5-3-1978 và ngừng hoạt động ngày 7-9-1983. • Landsat 4 : được phóng lên quỹ đạo ngày 16-7-1982, đang hoạt động. • Landsat 5 : được phóng lên quỹ đạo ngày 1-3-1984, đang hoạt động. • Landsat 6 : được phóng lên quỹ đạo nhưng không thành công do bị nổ sau khi phóng. • Landsat 7 : được phóng lên quỹ đạo ngày 25-4-1999, đang hoạt động. 6
7. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.1. Vệ tinh LANDSAT Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.1. Vệ tinh LANDSAT 7
8. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.1. Vệ tinh LANDSAT Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.1. Vệ tinh LANDSAT 8
9. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.1. Vệ tinh LANDSAT Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.1. Vệ tinh LANDSAT 9
10. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.2. Vệ tinh SPOT Vệ tinh SPOT của Pháp được phóng lên quỹđạonăm 1986 nhờ tên lửa đẩyArian, vệ tinh này mang hai đầuchụpdựa trên công nghệ quét chổi đẩy đượcgọilàHVR (Hight resolusion visible) thu ở hai kiểu ảnh toàn sắcvàảnh đaphổ. Vệ tinh SPOT bay ởđộcao 822 Km và chu kỳ lặplạilà26 ngày, mỗi ảnh của SPOT có kích thước 60 x 60 Km. Quỹđạocủa SPOT đồng trụcvớitương tự như của Landsat. Quỹđạocắt ở vịđộ40obắc vào khoảng 10 giờđến 10 giờ 30 sáng theo giờđịaphương, nghĩalàchậmhơn Landsat 1 giờ. SPOT sử dụng mộthệ thống tạo ảnh nhìn thấycóđộ phân giải cao HVR, đây là hệ thống quét dọc. Độ phân giải đốivớihệ thống quét đaphổ là 20 mét, còn hệ thống toàn sắc (Panchromatic) là 10 mét. Tiếptheolàcácvệ tinh SPOT-2, 3 và SPOT-4 cũng dựa trên nguyên tắchoạt động của SPOT-1 có cảitiếnhơn, các đầuthucóthể chuyển động được, có thể chụp được ở phương thẳng đứng và xiên chính nhờ khả năng này mà ngoài ưuthế vềđộ phân giải cao các ảnh SPOT còn có khả năng nhìn lậpthể rấtcónhiều ưuthế quan trọng trong việcxâydựng bản đồ địahình. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.2. Vệ tinh SPOT Hệ thống quét HVR có các kênh phổ với các bướcsóngnhư sau: - Kênh 1 : 0.50 - 0.59 μm - Kênh 2 : 0.61 - 0.68 μm - Kênh 3 : 0.79 - 0.89 μm - Kênh toàn sắc : 0.51 - 0.73 μm 10
11. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.2. Vệ tinh SPOT Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.3. Vệ tinh quan sát biểnMOS1 Vệ tinh quan sát biểnMOS-1 (marine observation satellite) là vệ tinh quan sát biển đầutiêncủaNhậtBản. Trên vệ tinh ngoài những máy thu khác nó còn trang bị máy thu MESSR (multispectral electronic self scanning radiometer) thu các thông tin phục vụ nghiên cứubề mặttráiđất. Vệ tinh bay ởđộcao 909 km, góc nghiêng 99othời gian bay một vòng quanh trái đất 103 phút. Chu kỳ lặpcủavệ tinh là 17 ngày. Mộtsốđặctrưng kỹ thuậtcủa máy thu MESSR : Kênh 1 : 0.51 - 0.59 μm Kênh 2 : 0.61 - 0.69 μm Kênh 3 : 0.72 - 0.80 μm Kênh 4 : 0.80 - 1.10 μm Độ phân giải các kênh 50 mét. Kích thướcmột ảnh 100 × 100 km. Bist/ pixel -6 bist Máy MESSR cung cấptư liệutương tự như MSS của Landsat. Điểm khác cơ bảnlà tài liệucóđộ phân giải cao, tư liệu có giá thành rẻ hơnnhiềuvàđang thâm nhậpvào ViệtNam. 11
12. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.4. Tàu vũ trụ Liên Xô Tàu vũ trụ Liên Xô hoạt động trên độ cao 200 - 250 km với góc nghiêng là 51o 6 và chu kì khoảng 89 phút. Trên tàu vũ trụ thường đặtmộtsố máy ảnh chụptựđộng. Một trong những nhiệmvụ củatrạm ″ Chào mừng 6 ″ củaLiênXôlàchụp ảnh bề mặttráiđấtvới mục đích nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên. Trạm đặtmáyảnh đaphổ vũ trụ MKF -6M do các chuyên gia Liên Xô và CHDC Đức trước đây chế tạo. Máy ảnh đaphổ MKF -6 có 6 ống kính tương ứng với 6 cuộn phim khác nhau. •Tiêu cựống kính : 125 mm. •Kích thước ảnh : 56 mm × 80 mm. •Độ phân giải : 160 đường / mm. •6 kính lọc: 0.48 μm, 0.54 μm, 0.60 μm, 0.66 μm, 0.72 μm, 0.84μm. Tỷ lệ phủ: 20%, 60%, 80%. Kích thước phim : 70 mm. Ngoài loạimáyảnh MKF -6Mtrêntàuvũ trụ Liên Xô còn các loạimáyảnh khác như KATE-140 với 3 băng phổ và mộtsố máy ảnh cầmtay. Gần đây Liên Xô đã phóng vệ tinh KOSMOS trên đó đặt các loạicameracóđộ phân giải cao ( tới 6 m ) và có các thiếtbị quét đaphổ. Các thành tựukỹ thuậtnàyđãmở ra mộthướng phát triển mớicủakỹ thuậtviễnthámLiênXô. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.5. Vệ tinh ấn độ (IRS) ấn độ bắt đầupháttriểnchương trình Vệ tinh ấn độ IRS (Indian Remote Sensing Satellite) từ năm 1981 để hỗ trợ cho nềnkinhtế củaÂnđộ trong các ngành như tài nguyên nước, nông nghiệp, môi trường, địachất, quản lý vùng biển. Cơ quan Hàng không Vũ trụ của Ân độ (Department of Space) là cơ quan của chính phủ chuyên cung cấpcácdịch vụ dữ liệutừ các vệ tinh IRS. Dữ liệucủacácvệ tinh IRS hiệnnayđược thu và phân phối ở mộtsố nươctrêntoànthế giới. Vớinhững Sensor có độ phân giải cao, ảnh củavệ tinh IRS đãtrở thành tiền đề cho nhiều ứng dụng mới trong quy hoạch và quảnlýđôthị, trong xây dựng các bản đồ có tỉ lệ lớn. Hai vệ tinh IRS đầutiênlàIRS–1AvàIRS–1B đượctênlửaVostokcủaNgađưalên quỹđạovàotháng3 năm 1988 và tháng 8 năm 1991. Vệ tinh IRS 1A đãngừng hoạt động năm 1992 trong khi đóvệ tinh IRS 1Bcònhoạt động cho đếncuốinăm 1999. Vệ tinh IRS 1AvàIRS1Bbayởđộcao 905 km với góc nghiêng 99 độ và chu kỳ lặplại 22 ngày. Hai vệ tinh này mang 2 sensor LISS (Linear Imaging Self Scanning) và COD chụp ảnh ở 4 kênh phổ: 12
13. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.5. Vệ tinh ấn độ (IRS) Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.5. Vệ tinh ấn độ (IRS) Vào cuốinăm 1999, Ân độ vẫncòn5 vệ tinh đang hoạt động, trong đócóvệ tinh IRS 1 C là do tên lửa Molniya củaNgađưalênquỹđạo. Đây là tên lửacuối cùng củaNgađưa vệ tinh củaÂnđộ lên quỹđạotheochương trình hợptácvề Vũ trụ giữa Nga và Ân độ. Vệ tinh IRS 1DvàIRSP3 đều đượctênlửa PSLV củaÂnđộ đưalênnăm 1996. Cả hai vệ tinh IRS 1CvàIRS1D đềuchoảnh chụpcóđộ phân giảicao(5.8 m) ở kênh toàn sắc (0.50 - 0.75). Với độ phân giải này vào đầunăm 1998, IRS đãtrở thành vệ tinh thương mạidânsự có độ phân giảilớnnhất. Hai vệ tinh IRS 1CvàIRS 1D đềumangsensorWiFS(Wide Field Sensor) chụp được ảnh của khu vựclớn (770 km2/ảnh) ở 2 kênh phổ 0.63 – 0.69 và 0.77 – 0.86 với độ phân giải 190 mvàsensor LISS 3 chụp được ảnh ở 4 kênh phổ với độ phân giải 23.5 m. Vệ tinh IRS P5 được đưalênquỹđạonăm 1998 và IRS 2A được đưalênquỹđạonăm 2000, IRS 2B được đưalênquỹđạonăm 2004 vớisensormớiLISS4. IRS P4 (OCEANSAT 1) là vệ tinh được dùng chủ yếu để đo đạt và quan trắc các thông số vậtlývàsinhtháibiển. VớisensorOCM(Ocean Color Monitor) chụp được ảnh ở 8 kênh phổ và sensor MSMR (Multi Frequency Scanning Microwave Radiometer) chụp được ảnh ở 4 kênh phổ, vệ tinh này cung cấpnhững khả năng quan trắcbở biển rấttốt. 13
14. Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.6. Cỏc thiết bị thu nhận dặt trờn tầng mỏy bay Giới thiệu về các vệ tinh viễn thám 2.6.6. Cỏc thiết bị thu nhận dặt trờn tầng mỏy bay 14