Tài liệu đề cương viễn thám

Đề Cương Viễn Thám Thứ tư, 31 Tháng 8 2011 23:24 Câu 1: Khái niệm về Viến Thám và lịch sử phát triển viễn thám 1.Khái niệm: Viễn thám là phương thức thu nhận thông tin của đối tượng từ 1 khoảng cách nhất định, không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng. 2. Lịch sử phát triển Viễn thám: -Bắt đầu từ năm 1839 bức ảnh đầu tiên được chụp ----> biết chụp ảnh -Sau đó vào năm 1949 thành lập bản đồ địa hình. -Năm 1858 một thợ ảnh Pháp là Tournachon đã chụp bức ảnh đầu tiên từ kinh khí cầu ở độ cao 80m tại Paris.Từ năm 1858-1882 các nhà địa chất Pháp đã sử dụng những ảnh chụp từ khinh khí cầu và từ các đỉnh núi cao của dãy Anpơ vào mục đích nghiên cứu địa chất. -Năm 1903, xuất hiện máy bay đầu tiên. Đến năm 1909, máy bay được đưa vào chụp ảnh lần đầu tiên ở vùng Contocelli (Italia). Và sau đó máy bay được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu địa chất vào năm 1929- 1930 ở Pháp, Mỹ, Nga, Italia. Các máy bay chụp tay được thay bằng máy ảnh tự động có độ chính xác cao, ngày càng tinh vi và hoàn thiện hơn. -1939 Môn địa chất ảnh bắt đầu chính thức đưa vào dạy học ở Nga, Mỹ 1961: Con tàu vũ trụ đầu tiên có người lái bay lên Người ta thử nghiệm chụp ảnh Trái đất. Những năm sau đó Liên Xô phóng 1 loạt tàu vũ trụ người ta bắt đầu lắp máy ảnh chuyên dụng. Những năm 1970 những vệ tinh của Mỹ chiếm ưu thế hơn, sau đó là Mỹ, Pháp, Nga, Ấn Độ, Nhật, Israen, Đức… B¶ng 1.1: Tãm t¾t sù ph¸t triÓn cña viÔn th¸m qua c¸c sù kiÖn Thêi gian (N¨m) 1800 Sù kiÖn Ph¸t hiÖn ra tia hång ngo¹i 1839 B¾t ®Çu ph¸t minh kü thuËt chôp ¶nh ®en tr¾ng 1847 Ph¸t hiÖn c¶ d¶i phæ hång ngo¹i vµ phæ nh×n thÊy 1850-1860 Chôp ¶nh tõ kinh khÝ cÇu 1873 X©y dùng häc thuyÕt vÒ phæ ®iÖn tõ 1909 Chôp ¶nh tõ m¸y bay 1910-1920 Gi¶i ®o¸n tõ kh«ng trung 1920-1930 Ph¸t triÓn ngµnh chôp vµ ®o ¶nh hµng kh«ng 1930-1940 Ph¸t triÓn kü thuËt radar ( §øc, Mü, Anh) 1940 Ph©n tÝch vµ øng dông ¶nh chôp tõ m¸y bay 1950 X¸c ®Þnh d¶i phæ tõ vïng nh×n thÊy ®Õn kh«ng nh×n thÊy 1950-1960 Nghiªn cøu s©u vÒ ¶nh cho môc ®Ých qu©n sù 12-4-1961 Liªn x« phãng thµnh c«ng tùu vò trô cã ngêi l¸i vµ chôp ¶nh tr¸i ®Êt tõ ngoµi vò trô. LÇn ®Çu tiªn sö dông thuËt ng÷ viÔn th¸m 1960-1970 Mü phãng vÖ tinh Landsat-1 1972 1970-1980 Ph¸t triÓn m¹nh mÏ ph¬ng ph¸p xö lý ¶nh sè 1980-1990 Mü ph¸t triÓn thÕ hÖ míi cña vÖ tinh Landsat 1986 Ph¸p phãng vÖ tinh SPOT vµo quÜ ®¹o 1990 ®Õn nay Ph¸t triÓn bé c¶m thu ®o phæ, t¨ng d¶i phæ vµ sè lîng kªnh phæ, t¨ng ®é ph©n gi¶i cña bé c¶m. Ph¸t triÓn nhiÒu kü thuËt xö lý míi. Câu 2: Các kiểu thu năng lượng điện từ dùng trong Viễn thám Năng lượng điện từ khác biệt với tất cả những năng lượng khác là chúng chuyển động với tốc độ của ánh sáng theo kiểu sóng điều hòa. Kiểu này gồm những sóng xuất hiện theo những khoảng thời gian bằng nhau. Khi chúng tương tác với vật thể, sóng điện từ có hành vi như những vật thể riêng lẻ gọi là photon hay tương tự. Những đặc tính của sóng điện từ gồm: tốc độ, bước sóng và tần suất. Tất cả các sóng điện từ chuyển động với cùng một tốc độ của ánh sáng (C), mà trong chân không, trị số của nó là C= 108 msec-1. Bước sóng () của sóng điện từ là khoảng cách từ bất kỳ một điểm nào đó trong chu kỳ này tới điểm tương tự của chu kỳ sau. Đơn vị đo là micro mét (mm). Tần suất (n) là số lượng bước sóng đi qua một điểm đã cho trong một chu kỳ thời gian nhất định. Tính chất này có thể đo bằng “ số chu kỳ trong một giây”, và người ta gọi nó là một hertz. Ba tính chất này có môi liên quan theo đẳng thức sau: C= n Câu 3: Các phổ điện từ dùng trong viễn thá Dải phổ Bước sóng (mm) Tia gamma 0.0003 Đặc điểm Bức xạ tới thường bị hấp thụ toàn bộ bởi tầng khí quyển phía trên và không có khả năng dùng trong viễn thám. Vùng tia X 0.0003- 0.03 Hoàn toàn bị hấp phụ bởi khí quyển, không sử dụng được trong viễn thám. Vùng tia cực 0.03- 0.4 tím Các bức xạ tới có bước sóng nhỏ hơn 0.3mm thì hoàn toàn bị hấp phụ bởi tầng ozon của khí quyển Vùng tia cực 0.3- 0.4 tím chụp ảnh Tạo ảnh với phim và các photodetector. Đạt trị số cực đại của năng lượng phản xạ ở bước sóng 0.5mm. Vùng hồng 0.7-1.00 Phản xạ lại bức xạ mặt trời, không có thông tin ngoại về tính chất nhiệt của đối tượng- băng từ 0.71.1mm được nghiên cứu với phim và gọi là hồng ngoại gần (NIF). Vùng hồng 3-5 đến 8-14 ngoại nhiệt Các chỉ số khí quyển chính ở vùng nhiệt ghi được hình ảnh của các bước sóng này yêu cầu phải có các máy quét quang cơ và hệ thống máy thu đặc biệt gọi là hệ thống “ VIDICON”, không phải bằng phim. Vùng cực ngắn 0.1-3.0 cm Các bước sóng dài hơn có thể xuyên qua mây, sương mù và mưa. Các hình ảnh có thể được ghi lại ở dạng chủ động hay thụ động. Vùng rađa 0.13.0cm Dạng “ chủ động” của viễn thám sóng cực ngắn.Hình ảnh rada được ghi lại ở các băng sóng khác nhau. Vùng radio >30cm Vùng có bước sóng dài nhất trong phổ điện từ. Một vài sóng rada được sử dụng trong các vùng sóng này Câu 4: Thế nào là độ phủ của ảnh viễn thám và ý nghĩa của độ phủ trong viễn thám? Đôi ảnh lập thể là gì? ý nghĩa? Độ phủ: Để có thể quan sát lập thể địa hình mặt đất ở trên ảnh, mỗi đối tượng phải xuất hiện trên cả hai tấm ảnh được chụp từ hai điểm kề sát nhau.Các tấm ảnh này phải có một diện tích nào đó trùng nhau. Diện chồng phủ lên nhau của hai tấm ảnh kề sát nhau trong cùng một tuyến bay được gọi là độ phủ dọc (overlap). Độ phủ dọc thông thường bằng 60-65% diện tích của một bức ảnh. Hai tuyến bay kề sát nhau cũng phải có một phần chồng phủ nhau, nhằm loại bỏ phần rìa ảnh bị biến dạng và kém chính xác. Diện chồng phủ này được gọi là độ phủ ngang ( sidelap). Độ phủ ngang thường bằng 20 – 25% diện tích một bức ảnh Hì Ý nghĩa của độ phủ trong viễn thám: Để có thể quan sát lập thể địa hình mặt đất ở trên ảnh. Và loại bỏ phần rìa ảnh bị biến dạng và kém chính xác. Đôi ảnh lập thể:Là 2 ảnh kế sát nhau trong cùng 1 hàng. Ý nghĩa: Câu 5:Mối tương tác giữa bức xạ điện từ với nước, thực vật, đất đá và khí quyển. Với nước: Những thể nước có đặc trưng phản xạ hơi khác so với nước nằm trong mối liên kết trong các phân tử khoáng vật, chúng không thể hiện sự trao đổi dao động ngắt quãng. Mặc dầu vậy, đường cong phản xạ vẫn dao động trong khoảng rất rộng. Nước có độ truyền dẫn cao trong khoảng sóng nhìn thấy và tính truyền dẫn tăng khi bước sóng giảm. Kết quả là đối với nước sâu, chỉ có ánh sáng xanh lơ có thể lan truyền tới những độ sâu nhất định, các bước sóng dài bị hấp thụ ngay từ mức nước nông. Đối với nước trong, có thể đánh giá độ sâu bằng cường độ của bức xạ nhìn thấy, đặc biệt là ánh sáng xanh lơ phản xạ từ đáy. Tuy nhiên, đối với độ sâu lớn hơn 40m, tất cả bức xạ của khoảng nhìn thấy bị hấp thụ và nước được thể hiện trên ảnh hoàn toàn đen. Những vật liệu lơ lửng, phù du và màu tự nhiên ( tanin từ các đầm lầy mang ra), làm tăng độ phản xạ của nước trong khoảng nhìn thấy. Vậy một khi biết độ sâu, có thể đánh giá lượng vật liệu lơ lửng ở trong nước trên cơ sở các tư liệu viễn thám. Trong khoảng hồng ngoại gần, nước gần giống như vật đen tuyệt đối và hấp thụ thực sự toàn bộ năng lượng tới. Chỉ có những vật thể tự nhiên với tính chất này mới có thể phân biệt được chúng dễ dàng bằng các đặc điểm bề mặt trong khoảng này của phổ điện từ, ngay cả nếu chúng không sâu hay có chứa nhiều thể phù du. Do gần giống như vật đen, nước gần như là vật phát xạ trong khoảng hồng ngoại, cũng như vật thể hấp thụ. Điều đó có nghĩa là các số đo hồng ngoại phát xạ trong khoảng 8-14mm, có thể được sử dụng để tính toán nhiệt độ trên mặt của vật thể nước một cách khá chính xác. Sự tương tác của năng lượng phản xạ với nước trong lỗ rỗng của đất và đá bị khống chế bởi tập hợp các tính chất của nước. Trên ảnh, đất và đá ẩm có độ xám lớn hơn so với khi chúng khô. Những đặc trưng này rất khác so với thực vật và khoáng vật chứa nước. Trong vùng hồng ngoại nhiệt, phản xạ của đất đá ẩm rất phức tạp do các yếu tố môi trường khác nhau. Mối tương tác giữa bức xạ điện từ với thực vật: Thực vật sử dụng năng lượng Mặt trời để chuyển đổi nước và CO2 thành carbonhydrat và ooxxy, nhờ quá trình quang hợp ánh sáng. Quá trình trao đổi chất của các cơ thể sống này phụ thuộc nhiều vào hệ thống dẫn nước và cấu trúc của tế bào. Do có sự dư thừa nước trong cấu trúc, nên H2O khống chế hoạt động tương tác này. Sắc tố chlorophyll- một tổng thể các thành phần hữu cơ có chứa sắt, là một chất xúc tác đối với quá trình quang hợp ánh sáng. Chức năng của chlorophyll là hấp thụ bức xạ Mặt trời và cung cấp nó cho quá trình quang hợp. Năng lượng bị hấp thụ trong khoảng từ 0.45 mm đến 0.68mm, tức là phần xanh lơ và đỏ của phổ nhìn thấy, chính vì vậy mà lá cây có màu xanh lục. Nước trong tế bào làm hấp thụ một ít năng lượng ở khoảng sóng 1.4mm và 1.9mm. Độ hấp thụ phụ thuộc vào lượng tế bào chứa nước. Trong khoảng thấp hơn bước sóng 2.0mm, lá cây hấp thụ bức xạ hồng ngoại gần. Sự phản xạ bức xạ của thực vật trong khoảng hồng ngoại nhiệt có tính tổng hợp. Đa phần năng lượng bị hấp thụ và các bước sóng ngắn hơn được tái phát xạ để giữ cân bằng năng lượng. Có rất nhiều nhân tố đóng vai trò quyết định mức độ bay hơi, nhiệt độ hiện thời, độ ẩm, sự dẫn nước, ánh sáng ( khống chế sự mở ra hay đóng vào các lỗ thoát hơi). Sử dụng hồng ngoại nhiệt có thể cung cấp những xuất phát điểm cho nhiều quá trình khác nhau. Mối tương tác giữa bức xạ điện từ với đất, đá và khoáng vật Đối tượng được xem xét ở đây là đá gốc nói chung và những khoáng vật tạo đá. Có ba khoảng sóng điện từ quan trọng nhất đối với chúng: 0.4-2.5mm nhìn thấy và hồng ngoại gần); 8-14mm ( phát xạ hay hồng ngoại nhiệt) và 1mm, đến 30cm ( siêu cao tần). Đá gốc là tập hợp những khoáng vật khác nhau, do đó phổ của chúng cũng là tập hợp phổ của những khoáng vật thành phần. Những thành phần chung nhất của các đá gốc và khoáng vật tạo đá là oxy, silic và nhôm cùng với tỷ lệ khác nhau của sắt, magie, canxi, kali, nito và một phần nhỏ các nguyên tố khác. Các nguyên tử oxy, silic và nhôm có những vòng điện tử, mà mức độ năng lượng của chúng ở mức duy trì sự trao đổi giữa chúng rất ít hoặc không có hiệu quả trong khoảng sóng nhìn thấy và hồng ngoại gần. Vì chúng có thể tồn tại như những ion với hóa trị khác nhau, sự trao đổi năng lượng của các kim loại sắt, đồng, nikel, crom, coban, mangan, vanadi, titan và scandi có tiềm năng lớn. Trong số này, sắt có hiệu ứng mạnh nhất và dễ nhận thấy nhất. Những máng này rất gồ ghề, nói lên rằng sự hấp thụ năng lượng xảy ra rất mạnh ở những bước sóng đó để tạo nên sự trao đổi điện tử. Sự có mặt của tất cả những máng trũng này là do sự trao đổi trong những ion ngắt quãng và được tạo nên bởi hiệu ứng trường tinh thể. Một kiểu trao đổi điện tử khác do sự có mặt của những điện tử có đủ năng lượng trong ion kim loại, do đó nó không liên kết mạnh với bát cứ ion nào khác và nó có thể chuyển từ ion này sang ion khác. Đây chính là tính chất làm cho kim loại có độ dẫn điện cao. Sự trao đổi như vậy gọi là chuyển giao điện tử và thường xảy ra trong kim loại. Sự chuyển đổi này được kích thích bởi năng lượng trong dải sóng hẹp của năng lượng điện từ, do đó tạo nên những máng trũng hấp thụ ở bên cạnh. Sự chuyển đổi chung này thường xảy ra đối với các điện tử sắt sang oxy và gây nên kênh chuyển đổi Fe-O ở bước sóng ngắn hơn 0.55mm. Sự chuyển giao điện tử này là rất đặc trưng cho tất cả những khoáng vật sắt và đó chính là nguyên nhân tạo nên góc nghiêng dốc của đường cong phản xạ về phía phần xanh lơ của khoảng phổ.Hiệu ứng rõ nhất có thể thấy với phản xạ của các oxyt sắt. Đây cũng là nguyên nhân nói lên: tại sao những khoáng vật này và các đá chứa chúng thường có màu vàng, da cam hay đỏ. Đối với rất nhiều các đá có silicat chứa hydroxyl (OH), chỉ có sự trao đổi kéo dài mối liên hệ ở trong khoảng sóng 2.7mm. Nhờ đó overtone có thể được tạo nên, cùng với sự trao đổi cơ bản khác và quan trọng nhất trong số đó là sự kéo dãn Mg-OH và Al-OH, gây nên những máng hấp thụ tương ứng ở khoảng sóng 2.3mm và 2.2mm. Những máng này cũng có biểu hiện khá rõ ràng đối với các khoáng vật mica và sét, chúng tạo nên những tín hiệu phổ đối với khoáng vật chứa hydroxyl. Trong phần phổ bức xạ điện từ, mặt đất phát xạ tới cực trị và các cửa sổ khí quyển có mặt trong khoảng sóng 8-14mm. Sự trao đổi cực kỳ quan trọng này là chấn động và có liên quan đến liên kết Si-O. Sự thể hiện lý tưởng của bức xạ điện từ là vật đen tuyệt đối, khi toàn bộ năng lượng được phát ra và phân bổ theo các bước sóng khác nhau. Thạch anh là một ví dụ điển hình, bức xạ của nó gần như của vật đen tuyệt đối cho tới bước sóng 6mm, nhưng lệch so với vật đen ở bước sóng dài. Trong vùng này của toàn phổ, sự chuyển tiếp giao động khác nhau trong các khoáng vật silicat tạo nên những đường phổ, khác biệt với tất cả những silicat khác. Điều quan trọng là những silicat đó kết hợp với cacbonat và ooxxyt sắt, ngay cả số lượng nhỏ của những khoáng vật không phải silicat này trong các đá silicat chủ yếu làm thay đổi mạnh mẽ phổ của chúng. Năng lượng tổng thể do đá phát xạ trong vùng hồng ngoại nhiệt có liên quan đến nhiệt độ. Nhiệt độ của đá phụ thuộc vào hai nguồn năng lượng: dòng nhiệt bên trong vỏ Trái Đất và năng lượng Mặt trời hấp thụ được trong thời gian ban ngày. Trong chu kỳ 24h, nhiệt độ của bề mặt đất biến thiên, đạt tới cực đại ở thời gian nóng nhất của ban ngày và cực tiểu trước lúc Mặt trời mọc. Các giá trị cực trị và mức độ của sự biến thiên này phụ thuộc vào tính hấp thụ, tính truyền dẫn và nhiệt năng của vật thể. Ở nhiệt độ 300K, bề mặt Trái đất phát xạ ở bước sóng trong vùng siêu cao tần cũng như trong vùng hồng ngoại, mặc dù ở cường độ giảm tới mức rất thấp. Khi bước sóng tăng, năng lượng trong khoảng sóng từ 14mm đến 1mm chủ yếu bị hấp thụ bởi khí quyển. Tuy nhiên trong vùng siêu cao tần này, khí quyển vẫn có tính trong suốt ở một số dải hẹp và cường độ vẫn đủ cao để có thể đo đạc bằng những hệ viễn thám thụ động Do vậy viễn thám siêu cao tần có khả năng cung cấp những thông tin về vật thể nằm dưới lớp bề mặt cũng như trên bề mặt. Phổ của đá là tập hợp của những khoáng vật tạo nên chúng. Tùy thuộc vào cấu trúc và thành phần của những khoáng vật này, chúng có thể được tách biệt nếu năng lượng của chúng đủ dư thừa và những nét đặc trưng phổ của chúng đủ mạnh. Ảnh hưởng của khí quyển Giữa bề mặt vỏ Trái đất và vệ tinh hay máy bay bao giờ cũng có một khoảng khí quyển ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình truyền dẫn thông tin. Những vật thể gây nen sự biến đổi bao gồm các phân tử khí và các hạt dạng lỏng hay rắn (aerosol, bụi, giọt nước). Các hạt gây ra những biến đổi như hấp thụ , tán xạ và phản xạ. Trong thực tế, khí trong khí quyển hấp thụ năng lượng trong một số khoảng bước sóng nhất định gọi là các kênh hấp thụ.Bước sóng khoảng ngắn hơn 0.3mm bị hấp thụ hoàn toàn cần thiết cho sự sống cảu Trái đất, vì năng lượng ở bước sóng này có thể phá hủy lớp da của các cơ thể sống. Mây cấu tạo từ những phần tử kích thước nhỏ (aerosol) của nước lỏng, hấp thụ và tán xạ bức xạ điện từ ở bước sóng nhỏ hơn 0.3cm. Chỉ có bức xạ của sóng siêu cao tần và bước sóng dài hơn là có khả năng xuyên qua mây, mà không bị tán xạ, phản xạ hay hấp thụ. Câu 6: Thế nào là sự truyền dân, phản xạ, phát xạ, tán xạ và hấp thụ? 1.Sự truyền dẫn: Khi lan truyền qua các vật thể có mật độ khác nhau, thí dụ như từ không khí sang nước, sẽ có sự thay đổi về tốc độ của bức xạ tới. Tỷ số của hai tốc độ ở hai vật thể vật chất khác nhau gọi là chỉ số khúc xạ (n) và được biểu thị bằng công thức: n= Với là tốc độ trong chân không là tốc độ trong vật thể 2.Phản xạ:Là năng lượng quay lại từ bề mặt vật thể với góc phản xạ bằng và đói diện với góc tới, cường độ phản xạ tỷ lệ thuận với độ nhẵn của bề mặt đối tượng. Tính phản xạ hay hướng dao động của sóng phản xạ khác biệt với hướng của sóng năng lượng tới 3.Phát xạ: Là năng lượng được phát ra bởi chính các vật thể, thường là những bước sóng dài, tùy thuộc vào cấu trúc và nhiệt độ của nó. 4. Tán xạ: Có nghĩa là phản xạ ra tất cả các hướng. Bề mặt với địa hình lồi lõm là nguyên nhân chủ yếu gây nên tán xạ. Sóng ánh sáng bị tán xạ bởi các nguyên tử và các phân tử trong khí quyển có kích thước tương đương với kích thước của bước sóng ánh sáng. 5. Hấp thụ: Những vật thể mà bề mặt của chúng tiếp nhận bức xạ điện từ, có thể hấp thụ một phần năng lượng đó. Phần hấp thụ này được dùng để biến đổi sự phân bố năng lượng bên trong vật thể, có nghĩa là năng lượng của nó được dùng để đốt nóng vật thê, hay để dành cho các hoạt động trao đổi. *Phát xạ, tán xạ và phản xạ là các hiện tượng xảy ra trên bề mặt, bởi những tác động tương tác này được xác định trước tiên bởi các tính chất trên bề mặt như màu sắc và độ gồ ghề lồi lõm. Lan truyền và hấp thụ là những hiện tượng bên trong vật thể, bởi vì chúng được xác định bởi các đặc tính bên trong của vật thể như mật độ và độ dẫn. Sự kết hợp giữa tương tác bề mặt với hành vi bên trong của bất kỳ vật thể nào đó cũng đều phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ điện từ, cũng như vào các thuộc tính riêng của vật thể đó. Những tương tác này giữa vật thể và năng lượng được phản ảnh trên các ảnh viễn thám, do đó chúng là cơ sở để nhận biết từ các thông tin trên ảnh. Như vậy bất cứ vật nào cũng có những đặc trưng phổ phụ thuộc vào cấu tạo phân tử và thành phần hóa học của chúng. Câu 7:Các thiết bị thu và chụp ảnh dùng trong viễn thám. 1.Thiết bị chụp ảnh: Thiết bị chụp đồng thời chụp ảnh của cả một vùng hay một lãnh thổ. Máy Camera hay Viđicôn là những ví dụ điển hình của loại thiết bị này. Đôi mắt của con người cũng có thể xếp vào loại này. Máy camera ( máy ảnh quang cơ) sử dụng lăng kính để tạo ảnh của của một cảnh trên bình đồ tiêu cự - là bình đồ mà trên đó ảnh được xác định rõ nét nhất. Màn chớp mở ra khoảng lựa chọn để cho ánh sáng lọt vào trong camera và ở đó hình ảnh được ghi trên phim. Ưu: Độ phân dải rất cao, giá thành của máy ảnh, phim không cao lắm Nhược: Thu được thông tin rất chậm Viđicôn là một loại Camera ghi hình ảnh trên bề mặt đã nạp sẵn các điện tử nhạy cảm với photon. Sau đó tia điện tử tạo nên tín hiệu có thể được dẫn truyền và ghi nhận trên băng từ rồi sau đó chuyển sang dạng phim. Kiểu chụp này có khả năng tạo nên dải chồng phủ bên cạnh, cho phép ta nhìn thấy đối tượng nổi, tức la nhìn được đối tượng trong không gian ba chiều đối với kiểu chụp này và hồng ngoại phản xạ ( từ 0.3mm đến 0.9mm). Mức độ nhạy cảm của của viđicôn mở rộng tới dải hồng ngoại nhiệt. Ưu: Có thể tạo ảnh đồng thời trên những vùng rộng lớn,vì thiết bị có mảng rất dày các bộ tách sóng nằm trong bình đồ tiêu cự. Thiết bị này tương đối rẻ. 2.Thiết bị thu quét Hiện nay được sử dụng rất rộng rãi trong khâu chụp ảnh. Các thiết bị quét này sử dụng 1 bộ tách sóng riêng rẽ với trường nhìn hẹp. Tín hiệu điện sau đó khuyếch đại các tín hiệu điện từ rồi ghi vào băng từ rùi tạo nên ảnh. Tất cả các thiết bị quét đều xoay các bộ tách sóng trong trường nhìn thấy của nó trên đất theo những loạt đường quét song song. Có 4 kiểu quét cơ bản: a) Thiết bị quét ngang Thường được sử dụng rộng rãi nhất, dùng mặt gương có thể quay nhờ môtơ điện, với các trục ngang quay theo những đường song song. Gương xoay với hướng ngang mặt đất theo những đường song song vuông góc với hướng bay của máy bay hay vệ tinh. Năng lượng bức xạ hay phản xạ từ mặt đất được hội tụ vào cac bộ tách sóng bởi hệ thống gương thứ hai. Độ phân giải góc của các bộ tách sóng, đo bằng miliradian (mrad), sẽ quyết định trường nhìn thấy của bộ tách sóng. Trường nhìn bao quát một vùng nhất định trên mặt đất gọi là tế bào phân giải mặt đất. Kích thước của tế bào phân giải mặt đất được xác định bởi trường nhìn của bộ tách sóng và độ cao bay của vệ tinh hay máy bay. Nếu bộ tách sóng có trường nhìn đồng thời là 1mrad ở độ cao 10km sẽ có tế bào phân giải mặt đất là 20m x 10m. Trường nhìn góc là một phần của gương quay, đo bằng độ, được ghi như những đường quét. Trường nhìn góc và độ cao bay sẽ xác định kích thước dải quét trên mặt đất, mà chiều rộng của nó được thể hiện bằng kích thước của ảnh. Khoảng cách giữa vệ tinh và mặt đất ở rìa của giải quét trên mặt đất bao giờ cũng lớn hơn so với ở trung tâm. Như vậy kích thước của tế bào phân giải mặt đất lớn dần về phía rìa, do đó ảnh bị sai số hình học. Trên những độ cao bay lớn, trường nhìn góc mà hẹp cũng đã đủ phủ một dải quét mặt đất lớn. Vì vậy, gương quay được thay thế bằng gương phẳng, dao động tiến và lùi theo một góc khoảng 150. Ưu: Chế tạo thiết bị đơn giản Nhược: Là hình ảnh thường bị méo hình học, không có cùng tỷ lệ trên ảnh và chất lượng của sản phẩm thường không được cao lắm. b) Thiết bị quét dọc: Để hệ quét đạt được độ phân giải phổ và độ phân giải không gian nét hơn, thời gian dừng đối với mỗi tế bào phân giải mặt đất phải được tăng thêm. Một trong những phương pháp thực hiện công việc này là loại trừ gương quét và cung cấp cho mỗi tế bào phân giải mặt đất một bộ tách sóng riêng biệt ngang theo dải quét trên mặt đất. Các bộ tách sóng được đặt theo màng tuyến trên bề mặt tiêu cự của hệ thấu kính. Thường thường, kiểu quét theo đường dọc quét trong khoảng phổ 0.01mm, và kiểu quét theo ddwogf ngang điển hình quét trong khoảng phổ 0.1mm ,do đó độ phân giải phổ thô hơn. c) Thiết bị quét tròn Trong thiết bị quét tròn, mô tơ quét và gương nối với một trục quay thẳng đứng, trục quay này quét theo các đường tròn trên mặt đất. Chỉ có phần phía trước của bộ quét là ghi tín hiệu để tạo ra ảnh. Ưu việt của thiết bị này là khoảng cách giữa vệ tinh và mặt đất là một hằng số và tất cả các tế bào phân giải mặt đất có cùng một kích thước. Ưu thế chủ yếu là hầu hết các hệ xử lý ảnh và hiện hình ảnh được tạo ra cho các ảnh quét theo đường, do vậy dữ liệu quét tròn phải được định lại khuôn dạng, sao cho nó có thể xử lý được. Hệ quét tròn có thời gian quét ngắn hơn so với thời gian quét của hệ quét ngang. d) Thiết bị bên cạnh Ba kiểu quét vừa mô tả ở trên thuộc các kiểu thụ động, do đó chúng có thể phát hiện và ghi nhận năng lượng tự nhiên phản xạ hay bức xạ từ mặt đất. Hệ chủ động có nguồn năng lượng của mình, tiến hành quét từ bên cạnh. Kiểu quét này thường sử dụng trong kỹ thuật viễn thám siêu cao tần.Hệ quét rada truyền các xung của năng lượng siêu cao tần sang một phía theo chiều vuông góc với hướng bay và ghi lại năng lượng tán xạ từ mặt đất, quay lại ăng ten. Một số hệ quét bên cạnh khác là hệ siêu âm, truyền các xung năng lượng siêu âm xuống đáy đại dương và thu lại âm phản xạ để tính độ sâu đáy biển. Câu 8: Giới thiệu sơ lược các loại vệ tinh viễn thám của Mỹ, Pháp, Liên Xô I Các vệ tinh Landsat của Mỹ: 1. Vệ tinh Landsat: Vệ tinh Landsat của Mỹ là hệ thống vệ tinh quỹ đạo gần cực ( với góc mặt phẳng quỹ đạo so với mặt phẳng xích đạo là 98,20), lúc đầu có tên là ERTS ( Earth Remote Sensinh Satellite), sau 2 năm kể từ lúc phóng ERST-1 ngày 23-7-1972, đến năm 1976, được đổi tên là Landsat, sau đó có tên là landsat-TM và Landsat –ETM Bảng 1. Các thông số cơ bản về các loại vệ tinh Landsat Vệ tinh Ngày phóng Ngày hoạt RBV động band MSS TM band Quỹ đạo band Lặp lại/ độ cao ( km) Landsat-1 23-71972 6-1-1978 1,2,3 đồng 4567 thời Không 18 ngày/900km Landsat-3 22-11975 25-21982 11,2,3 4567 đồng thời Không 18 ngày/900km A,B,C,D 4567,8 Không 18 ngày/900km Hoạt động Không 1234 1234567 16 ngày/900km Landsat-5 1-3-1984 Hoạt động Không 1234 1234567 16ngày/900k m Landsat-6 5-101993 Không 1234567 16 ngày/900km Landsat-3 5-3-1978 31-31983 Landsat-4 16-71982 Không phóng Không Ghi chú: -RBV: hệ thống chụp ảnh tia ngược bằng máy ảnh. -MSS: Hệ thống quét đa phổ - TM : Sensor tạo bản đồ chyên đề - ETM: Sensor tạo bản đồ chuyên đề chất lượng cao. Vệ tinh Landsat thế thệ 1(Landsat 1,2,3) bay ở độ cao tương đối lớn:918km. Mỗi 1 ngày bay được 14 vòng quanh Trái Đất. Trên vệ tinh có lắp máy quét đa phổ MSS 4 band. Các vệ tinh này được bố trí qua 1h nhất định Vệ tinh Landsat thế hệ 2: ( Landsat 4,5,6): Bay ở độ cao nhỏ hơn : 705km, luôn luôn động chứ không tĩnh.Ngoài máy quét MSS người ta lắp 1 máy TM- thiết bị quét bản đồ chuyên đề. 2. Vệ tinh IKONOS -Ikonos-1: phóng năm 1999 nhưng thất bại -Ikonos-2: phóng 24/9/1999 tại độ cao 682km, cắt xích đạo vào 10:30 phút sáng. Trọng lượng 720kg. Trên đó có lắp MSS.Ảnh có độ phân giải là 4m và kênh toàn sắc độ phân giải là 1m.Riêng ảnh Panchromatic đạt 0.8m Bảng 2. Các thông số chính của Ikonos Tên kênh Tên phổ Bước sóng mm Phân giải (m) Kênh 1 Xanh lam 0,45-0,52 4 Kênh 2 Xanh lục 0,51-0,60 4 Kênh 3 Đỏ 0,63-0,7 4 Kênh 4 Hồng ngoại 0,76-0,85 4 Kênh toàn sắc Toàn sắc 0,45-0,9 1 3.Vệ tinh Quick Bird Là vệ tinh có độ phân giải không gian cao nhất hiện nay cho ra kênh toàn sắc có độ phân giải là 0.61m và độ phân giải của các kênh đa phổ là 2,44m. Quick Bird cho ảnh độ phân giải 0,7m ghép kênh toàn sắc tổ hợp với kênh hồng ngoại. Quick Bird được phóng lên ngày 18/10/2001. Độ cao bay 450km. Trọng lượng vệ tinh: 950kg. Dự kiến nhiên liệu đủ bay trong 7 năm. 4.Vệ tinh GeoEye-1: phong ngày 6/9/2008 và đến 7/10/2008 chụp bức ảnh đầu tiên đưa về Trái Đất. Đối với ảnh quang phổ ( MSS) độ phân giải 1,65m; đối với panchromatic: 0,41m Đây là vệ tinh thuộc đỉnh cao của chất lượng ảnh hiện nay II.Pháp -Vệ tinh Spot: được chế tạo tại Pháp với sự tham gia của Thủy Điển, Bỉ, Đức *Spot 1: phóng ngày 22/2/1986: hoạt động đến 31/12/1990.Ảnh của vệ tinh có độ phân giải 20m (MSS), 10m ( Panchromatic). *Spot 2: phóng ngày 22/1/1990: vẫn đang hoạt động *Spot 3: Phóng ngày 26/9/1993 và ngừng hoạt động ngày 14/11/1997 *Spot 4: Phóng ngày 24/3/1998 và còn hoạt động khoảng 3-5 năm *Spot 5: Phóng ngày 4/5/2002: Độ phân giải được tăng lên: 10m (MSS), 2,5m (Panchromatic) Các ảnh của Spot có đặc điểm là xem được lập thể hình ảnh bề mặt Trái Đất. Đây là ưu điểm rất lớn hoàn toàn có thể phóng lên lớn. Nhược: Đắt Ưu: Độ phân giải phổ rất tốt. -Vệ tinh Envisat(vệ tinh chuyên nghiên cứu môi trường):Là vệ tinh do con người phóng có trọng lượng lớn nhất: 8211kg phóng ngày 1/3/2002 ở độ cao 790km. Vệ tinh này chụp với 15 band khác nhau. Độ phân giải không cao. III. Liên Xô: -Vệ tinh Sojuz:Đặc điểm chung các ảnh của Nga: có độ phân giải tương đối cao, các vệ tinh của Nga bay ở độ cao 270-350km. Các ảnh chụp được có tỷ lệ từ 1:270.000- 1:1200.000 Độ phân giải của các ảnh này là 5m-30m. Ưu: Độ phân giải rất cao, chất lượng tốt, giá rẻ Nhược: Chủ yếu ảnh được bán ở dạng….. Câu 9: Sự khác nhau của ảnh vệ tinh Landsat thế hệ 1 và thế hệ 2 Đặc điểm Landsat 1,2 và 3 Landsat 4 và 5 Độ cao 918km 705km Số quỹ đạo trong 1 ngày 14 14.5 Số lượng quỹ đạo phủ TĐ 251 233 Độ phủ ở xích đạo 14% 7.6% Hoạt động từ 1972 đến 1984 1982 và đang tiếp tục hoạt động +Quét đa phổ Có Có +RBV toàn sắc Có ( landsat 3) Không +Thematic mapper không Có Hệ thống thu ảnh Landsat thế hệ thứ nhất: Vòng quỹ đạo : Ta thấy 14 vòng quỹ đạo hướng Nam trong thời gian phần Bắc rơi vào ban đêm. Các vòng quỹ đạo chuyển dịch theo về phía Tây do đó kết thúc ngày thứ 18 hay 252 quỹ đạo, gần như toàn bộ bề mặt quả đất đã được thu chụp sau đó chu trình mới được lặp lại.Chỉ có vùng cực ngoài vĩ độ 810 là nơi mà những vòng quỹ đạo Landsat không bay phủ. Đương nhiên ở phần phủ chờm có thể nhìn thấy mô hình nổi. NASA dựa vào quỹ đạo Mặt trời để thu ảnh vào giờ giữa buổi sáng. Landsat thế hệ thứ hai: Vòng quỹ đạo: Vì landsat 4 và 5 bay ở độ cao thấp hơn, nên chỉ có 233 vòng quỹ đạo và mất 16 ngày để phủ bề mặt đất, vì vậy tâm của ảnh vệ tinh thứ nhất và thứ hai không trùng nhau. Do số lượng các vòng quỹ đạo ít hơn, nên phần trăm độ chờm phủ ở xích đạo chỉ còn 7,6%.Các vòng quỹ đạo của Landsat 4 và 5 song song với nhau, nhưng không trùng lặp. Câu 10:Đặc điểm của ảnh Spot Vệ tinh Spot có nhiều ưu điểm hơn so với vệ tinh Landsat. Với hai thiết bị thu chụp có độ phân giải nhìn thấy cao, hoạt động đồng thời với góc quan sát thẳng đứng và nghiêng cho phép thu chụp được trên một dải rộng 117km trên mặt đất. Sản phẩm của vệ tinh có hai loại kích thước pixel: 10m x 10m ( ảnh toàn sắc P) và 20 x20m ( ảnh đa phổ XS). Ảnh đa phổ XS gồm hai kênh trong khoảng sóng nhìn thấy (XS1, tương ứng với màu xanh lục : từ 0.5 đến 0.59mm; XS 2 tương ứng với màu đỏ, bước sóng từ 0.61 đến 0.68mm và một kênh hồng ngoại gần (XS 3, từ 0.79 đến 0.79mm). Một kênh ảnh toàn sắc tương ứng với khoảng sáng nhìn thấy ( từ 0.51mm đến 0.75mm), có nghĩa là từ dải xanh lơ. Một ứu thế hơn hẳn so với các từ liệu khác là Spot có thể thu chụp các ảnh có độ phủ chờm, tạo nên những đôi ảnh lập thể. Những ảnh lập thể này có thể còn được tạo nên do ảnh được chụp vào các thời gian khác nhau, do vậy chúng có độ thị sai (parallax). Tỷ số giữa độ cao (H) và khoảng cách đáy (B) bằng 1 có thể thu được khi góc nhìn là 240 về phía Đông và cũng 240 về phía Tây. Đối với cặp ảnh có độ phủ 50%. Các ảnh lập thể này có thể sử dụng để đo vẽ bản đồ địa hình và lập trực tiếp mô hình nổi từ các dữ liệu số mà không cần tới các tư liệu bản đồ khác. Câu 11: Đặc điểm của ảnh Soiuz ( Nga) Các đặc trưng Katê- 200 KFA- 1000 MK -4 Kiểu chụp ảnh Đa phổ Phổ màu Đa phổ- Phổ màu Độ cao bay TB 270km 270km 200- 350km Tỷ lệ chụp ảnh 1: 1350000 1:270000 1:6500001:1200000 Số kênh phổ 3 2 3 Dải phổ, mm 0.5-0.6 (1) 0.635 - 0.690 0.6-0.7 0.570- 0.680 (2) 0.810 - 0.900 0.7-0.85 0.680 – 0.810 (3) 0.515 - 0.565 (4) 0.460 - 0.505 (5) 0.580 – 0.800 (6) 0.400 – 0.700 Kích thước ảnh 180 x 180mm Diện tích phủ mặt 243 x 243 đất (km2) »( 59000) 300x 300mm 180x 180mm 80 x 80=( 64000) 117 x 117 : (13700) 216 x 216 » (46700) Độ phủ dọc của ảnh, % 60 60 60 Độ phân giải 15 – 30m 5m 6-8m Tỷ lệ lớn nhất có thể phóng đại 1:350000 1:50000 1:100000 Câu 12:Các dấu hiệu phân tích ảnh Về nguyên tắc chung, các dấu hiệu giải đoán được xếp vào hai nhóm chính là: các yếu tố ảnh và các yếu tố địa kỹ thuật a) Các yếu tố ảnh (Photo elements): 3. Tôn ảnh (tone): Là tổng lượng ánh sáng được phản xạ bởi bề mặt đối tượng. Tôn ảnh là dấu hiệu hết sức quan trọng để xác định đối tượng. Tôn ảnh được chia ra nhiều cấp bậc khác nhau, trong giải đoán bằng mắt thường cso 10- 12 cấp. Sự khác biệt của tôn ảnh phụ thuộc vào nhiều tính chất khác nhau của đối tượng. Những khu vực ngập nước như hồ, biển, sông phản xạ ánh sáng rất yếu, nên sẽ có màu đen trên ảnh. Những nơi canh tác nông nghiệp như ruộng lúa nước có màu xám trên ảnh. Tôn ảnh chỉ thị đặc điểm về thành phần vật chất và độ ẩm của đất đá. Cách phân loại tôn ảnh mang tính chất tương đối, nên chỉ có thể so sánh đối chiếu tôn ảnh của một loạt ảnh chụp trong cùng một điều kiện. Các tấm ảnh chụp trong điều kiện độ ẩm cao hoặc sau những ngày mưa có tôn ảnh thể hiện rõ ràng, rất thuận lợi cho việc vẽ bản đồ thổ nhưỡng. Giải đoán tôn ảnh là một công việc khó khăn và đòi hỏi nhiều kinh nghiệm. Nói chung tôn ảnh sáng có liên quan với các vùng đất đá hạt thôi, thoát nước tốt. Tôn ảnh sẫm liên quan tới các vùng đất đá hạt mịn, thoát nước kém. Có thể chia tôn ảnh một cách tương đối ra thành 5 cấp: Rất sáng, sáng, trung bình, xám tối, đen. -Tôn ảnh rất sáng( trắng): Các vùng cuội sỏi, cát rất khô. Các khu vực đô thị có nhà cửa xây dựng bằng vật liệu bêtông hoặc kính. Các khu vực nước có sóng hoặc bị lóa ánh sáng Mặt Trời. -Tôn ảnh sáng : Các vùng đất đá khô, cuội sỏi cát chứa ít nước, các làng xóm, các đô thị. -Tôn ảnh xám sáng ( trung bình): Chỉ thị cho đất hỗn hợp thô và mịn, đất khô hạn chứa ít vật liệu hữu cơ. -Tôn ảnh xám tối: Chỉ thị cho đất chiều dày lớn, giàu vật chất hữu cơ. Những khu vực này thường ẩm ướt, thoát nước kém. Một số loại đá gốc thuộc nhóm đá mafic và siêu mafic với lớp phủ thực vật phát triển mạnh cũng có thể tạo ra tôn ảnh xám tối trên ảnh, do đó khi giải đoán tôn ảnh cần kết hợp với những tài liệu khác. -Tôn ảnh đen: Điển hình cho những khu vực lầy thụt hoặc vật liệu mịn, giàu vật chất hữu cơ, bị ngập nước. Tôn ảnh đen còn điển hình cho các hồ nước, sông ngòi,biển. 2 .Hoa văn ảnh( texture): Kiến trúc ảnh hay hoa văn ảnh được hiểu là tần số lặp lại của sự thay đổi tôn ảnh, gây ra bởi tập hợp của nhiều đặc tính rất rõ ràng của các cá thể riêng biệt. Người ta thường phân chia ra một số loại hoa văn như sau: -Hoa văn chấm mịn: Thể hiện thành phần đồng nhất của đất đá và đó thường là các trầm tích sông, hồ, các lớp đất đá trầm tích dày và có thành phần chủ yếu là sét, bột, cát. -Hoa văn chấm thô: Đặc trưng cho các đá magma xâm nhập, các đá trầm tích có thành phần không đồng nhất với sự xen kẽ các lớp đá hạt thô với hạt mịn. -Hoa văn lốm đốm. Thể hiện sự thay đổi rõ rệt về thành phần, độ ẩm, cấu tượng của đất trên những khoảng cách ngắn. Những đốm có tôn ảnh sẫm hơn chỉ rõ các vùng trũng hay ẩm ướt hơn, các đốm có tôn ảnh hơn là những vùng khô hơn. Các đồng bằng tích tụ ven biển, ven hồ trong khí hậu ẩm ướt thường thể hiện dạng hoa văn lốm đốm. -Hoa văn dạng dải. Các dải phân bố theo dạng tuyến thẳng hoặc cong thể hiện thành phần đất đá, độ ẩm, mức độ thoát nước khác nhau. Đây có thể là sự xen kẽ các dải đất khô và ẩm ở quanh các bờ hồ, ven biển, các doi cát, các khúc uốn của sông trên bề mặt đồng bằng ngập nước, các đá trầm tích phân lớp có tính thấm nước khác nhau. Độ ẩm của đất đá ảnh hưởng đến sự phân bố của thực vật càng lầm cho các dải hoa văn thể hiện rõ hơn trên ảnh. Ví dụ: Hoa văn mịn đặc trưng cho trầm tích bở rời, hoa văn thô đặc trưng cho các đá magma, hoa văn dạng dải đặc trưng cho các đá trầm tích biến chất. 3. Kiểu mẫu ( Pattern): Là nhân tố rất quan trọng thể hiện sự sắp xếp của đối tượng theo một quy luật nhất định. Ví dụ: Dạng đường thẳng có thể là đường sắt, đường quốc lộ hoặc các khe nứt lớn, đứt gãy. 4.Hình dạng (Shape): Là những đặc trưng hình thái bên ngoài tiêu biểu cho từng đối tượng. Ví dụ: Hồ hình móng ngựa là các khúc sông cụt, dạng chổi sáng màu là các cồn cát ven biển. 5.Kích thước (Size): Kích thước của một đối tượng được xác định theo tỷ lệ ảnh và kích thước đo được trên ảnh, dựa vào thông tin này cũng có thể phân biệt được các đối tượng trên ảnh. 7. Bóng râm( Shadow): Ảnh vệ tinh thường chụp vào lúc 9h30 đến 10h (thế hệ 2) căn cứ vào bóng trên ảnh, có thể xác định độ cao tương đối của đối tượng, từ đó có thể phân biệt được các đối tượng. Bóng râm trên ảnh chụp từ máy bay cho ta khái niệm về hình dạng của địa hình trên mặt cắt. 8. Vị trí ( Site): Vị trí cũng là một yếu tố rất quan trọng để phân biệt được các đối tượng. Cùng một dấu hiệu ảnh, song ở các vị trí khác nhau có thể là các đối tượng khác nhau. 9. Màu ( Colour): Màu của đối tượng trên ảnh màu giả ( FCC) giúp cho người giải đoán có thể phân biệt nhiều đối tượng có đặc điểm tôn ảnh tương tự như nhau trên ảnh đen trắng. Tổ hợp màu giả thông dụng trong ảnh Landsat la xanh lơ (blue), xanh lục (green) và đỏ (red) thể hiện các nhóm yếu tố cơ bản là: thực vật từ màu hồng đến màu đỏ, nước xanh lơ nhạt đến xanh lơ xẫm, đất trống, đá lộ có màu trắng. Ngoài ra, một số đối tượng khác cũng có màu đặc biệt: đô thị màu xanh lơ, rừng ngập mặn: màu đỏ xẫm đến nâu xẫm, đất trồng màu có cây vụ đông các loại màu hồng đến màu vàng. Ngoài 3 tổ hợp