Chủ đề 1: Tổng quan về kỹ thuật viễn thám

SƠ LƯỢC NỘI DUNG TRÌNH BÀY 1. Khái niệm về viễn thám. 2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám trên thế giới và ở Việt Nam. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới. 2.2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám ở Việt Nam.. 3. Các khái niệm cơ băn về viễn thám. 3.1. Phương pháp VT. 3.2. Lượng ảnh. 3.3. Không lượng ảnh. 3.4. Địa lượng ảnh. 3.5. Giải đoán không ảnh. 3.6. Bức xạ điện từ. 3.7. Ảnh viễn thám( Ảnh vệ tinh). 3.8. Ảnh quang học – radar. 3.9. Ảnh hàng không. 4. Tầm quan trọng của viễn thám. 5. Phân loại viễn thám. 5.1. Theo nguồn tín hiệu. 5.2. Theo quỹ đạo chuyển động của vệ tinh so với trái đất và mặt trời. 5.3. Theo vùng bước sóng sử dụng. 5.4. Theo độ cao bay chụp. 6. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám. 6.1. Nguyên lý chung. 6.2. Nguyên lý hoạt động của KTVT. 7. Sơ lược về hệ thống đỊnh vị toàn cầu GPS. 7.1. Khái niệm. 7.2. Phân loại. 7.3. Nhiệm vụ. SƠ LƯỢC NỘI DUNG TRÌNH BÀY I. Khái niệm Viễn Thám: Viễn Thám: Là khoa học nghiên cứu các phương pháp thu thập, đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới: Sự phát triển của kỹ thuật viễn thám gắn liền với sự phát triển của kỹ thuật chụp ảnh. Từ thể kỷ XIX, vào năm 1839, Louis Dagueưe (1789 - 1881) đã đưa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh, khởi đầu cho ngành chụp ảnh. Năm 1858 G.F.Toumachon người Pháp đã sử dụng khinh khí cầu bay ở độ cao 80 m để chụp ảnh từ trên không, từ sự việc này mà năm 1858 được coi là năm khai sinh ngành kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới: Năm 1887, thử nghiệm đoán đọc cây rừng đầu tiên trên ảnh hàng không. Trong chiến tranh thế giới lần thứ nhất (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu của công nghệ chụp ảnh từ máy bay cho mục đích quân sự. Năm 1930, chụp bức ảnh màu đầu tiên. II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới: Trong chiến tranh thế giới thứ hai (1939 – 1945 ) không ảnh đã dùng chủ yếu cho mục đích quân sự, kỹ thuật RADAR phát triển mạnh mẽ đồng thời đánh dấu sự phát triển ảnh chụp sử dụng phổ hồng ngoại. II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới: Năm 1956, người ta đã tiến hành thử nghiệm ảnh máy bay trong việc phân loại và phát hiện kiểu thực vật. Năm 1959 bức ảnh đầu tiên chụp về trái đất từ vũ trụ được tàu Explorer 6 cung cấp II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới: Năm 1972, Mỹ phóng vệ tinh LAND SAT đầu tiên, tới nay đã có 7 thế hệ vệ tinh LANDSAT được phóng. Ngoài ra Mỹ cũng đã phóng vệ tinh khí tượng NOAA. II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới: Năm 1986, Pháp phóng vệ tinh SPOT đâu tiên, cho đến nay có 5 thế hệ vệ tinh SPOT (SPOT – 1, SPOT – 2, SPOT – 3, SPOT – 4, SPOT – 5). II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới: Năm 1999, vệ tinh IKONOS được phóng lên quỹ đạo cho hình ảnh thu được độ phân giải mặt đất lên đến 80 cm II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám trên thế giới: Năm 2001, vệ tinh QuickBird được phóng lên quỹ đạo với hình ảnh thu được có độ phân giải mặt đất lên đến 60-70 cm. II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám ở Việt Nam: Tại Việt Nam, năm 1958, đã sử dụng ảnh máy bay đen trắng toàn sắc tỷ lệ 1:30.000 để phục vụ điều tra rừng gỗ trụ mỏ khu Đông Bắc. Từ 1970-1975, ảnh máy bay được sử dụng rộng rãi để xây dựng bản đồ hiện trạng, bản đồ mạng lưới vận xuất, vận chuyển. Cuối những năm 1970, ảnh vệ tinh LAND SAT đã được ứng dụng trong lâm nghiệp. II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám ở Việt Nam: Từ năm 1979 đến năm 1980 Việt Nam đã bắt đầu tiếp cận công nghệ VT. Từ năm 1980 đến năm 1990 triển khai các nghiên cứu thử nghiệm xác định khả năng và và phương pháp sử dụng tư liệu VT. II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. 2.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật Viễn Thám ở Việt Nam: Giai đoạn 1990 – 1995 đưa công nghệ VT ứng dụng vào trong thực tiễn thu được một số kết quả về khoa học – công nghệ - kinh tế ( VT khí tượng: NOAA, GMS. VT quang hoc: LANDSAT, SPOT, KFA – 100, ADEOS. VT radar: RADARSAT, ERS….). II. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám. Tóm tắt lịch sử Viễn Thám qua các sự kiện: III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: 3.1. PHƯƠNG PHÁP Viễn Thám: Là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ ( ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn và các dải sóng khác ) để làm phương tiện điều tra và đo đạc các đặc tính của đối tượng. chụp ảnh bằng máy bay là dạng đầu tiên của VT và tồn tại như 1 phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. 3.2. LƯỢNG ẢNH : Là một ngành khoa học kỹ thuật trong đó con người sử dụng các tấm ảnh ghi nhận được để phục vụ cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau. 3.3. KHÔNG LƯỢNG ẢNH: Là các phép đo ảnh được chụp từ không ảnh . 3.4 ĐỊA LƯỢNG ẢNH: Dùng để chỉ một ngành của lượng ảnh khi các bức ảnh được chụp từ một vị trí cố định trên hay gần mặt đất với trục máy ảnh nằm ngang tương đối. III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: 3.5. GIẢI ĐOÁN KHÔNG ẢNH: Dùng để chỉ một ngành của lượng ảnh trong đó sử dụng các không ảnh hay địa lượng ảnh để đo đếm phân tích, xếp hạng và giải thích các vật có thể thấy trong bức ảnh chụp được. 3.6. BỨC XẠ ĐIỆN TỪ: Là quá trình truyền năng lượng điện từ trên cơ sở các dao động của điện trường và từ trường trong không gian. III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: 3.7. ẢNH VIỄN THÁM( ẢNH VỆ TINH): Là ảnh số thể hiện các vật trên bề mặt trái đất được thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh. Tùy thuộc vào bước sóng được sử dụng để thu nhận ảnh viễn thám được phân thành 3 loại cơ bản: Ảnh quang học: Ảnh nhiệt: Ảnh radar: III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: Ngoài ra ảnh viễn thám còn được phân thành 2 loại sau: Ảnh tương tự: Là ảnh đươc chụp từ camera thông thường được lưu trên phim hoặc giấy ảnh để có thể xem trực tiếp như như ảnh hàng không….. III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: Ảnh số: Là một dạng dữ liệu, ảnh không lưu trên giấy ảnh hoặc phim, được chia thành nhiều phần tử nhỏ được gọi là phần tử ảnh (pixel). Mỗi pixel tương ứng với một đơn vị không gian và có giá trị nguyên hữu hạn ứng với từng cấp độ sáng. III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: 3.8. ẢNH QUANG HỌC - RADAR: Ảnh quang học Là ảnh viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng lượng sóng điện từ có bước sóng nằm trong dải tần từ ánh sáng khả kiến đến hồng ngoại phản xạ, do các vật thể trên bề mặt trái đất phản xạ hay bức xạ. Nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu là bức xạ của mặt trời. III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: Ảnh rada: có những khác biệt cơ bản so với ảnh quang học, đó là năng lương sóng điện từ do chính vệ tinh chủ động phát đến các vật thể trên bề mặt trái đất bước sóng thường được sử dụng nằm trong dải tần sóng vô tuyến cao tần (1cm đến 1m). III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT:  Ảnh radar có ưu điểm là ít chịu ảnh hưởng của khí quyển, không lệ thuộc vào bức xạ mặt trời, có thể thu ảnh cả ngày lẫn đêm và bước sóng được sử dụng trong thu ảnh thường được xác định trước và kiểm soát dễ dàng. III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: 3.9. ẢNH HÀNG KHÔNG: Một ngành chụp ảnh được thực hiện trên các phương tiện hàng không như máy bay, khinh khí cầu và tàu lượn hoặc một phương tiện trên không khác, gọi là chụp ảnh hàng không. Các bức ảnh thu được từ ngành chụp ảnh hàng không được gọi là không ảnh. III. Các khái niệm cơ bản dùng trong VT: IV. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỄN THÁM: Là một công cụ phục vụ và hỗ trợ đắc lực cho các ngành khác nhau như: Quân sự quốc phòng, địa chất, mỏ, môi trường, bản đồ, sản xuất nông nghiệp và các ngành khoa học kỹ thuật khác… Có thể quan sát được những vật thể trên bề mặt trái đất ở phạm vi rộng lớn mà mắt thường không thể quan sát đồng thời xác định hình thể cũng như tính chất của vật thể đó qua việc giải đoán ảnh. IV. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỄN THÁM : Ngành VT được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: thành lập bản đồ, xác định vị trí trong không gian của các vật thể, phân loại đất, giải đoán địa mạo, địa chất, quốc phòng, sự di chuyển của các tảng băng ở các vùng cực, sự suy thoái rừng, sự lấn chiếm của xa mạc, các ngành khoa học khác trong kỹ thuật nói chung… IV. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỄN THÁM : So sánh KTVT với phương pháp thực địa, phương pháp không ảnh. V. PHÂN LOẠI VIỄN THÁM: Theo nguồn tín hiệu: Hệ thống Viễn thám chủ động: Hệ thống được cung cấp một năng lượng riêng cho nó và chiếu trực tiếp vào đối tượng nhằm mục đích đo đạc phần năng lượng trở về. Nguồn năng lượng chính là sóng radar, phản xạ từ các vật thể do vệ tinh tự phát xuống theo những bước sóng đã được xác định. Viễn thám chủ động không phụ thuộc vào bức xạ mặt trời có thể thu nhận ảnh cả ngày lẫn đêm.  Hệ thống Viễn thám thụ động: Ghi lại năng lượng bức xạ tự nhiên hay phản xạ từ một số đối tượng với nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời. V. PHÂN LOẠI VIỄN THÁM: V. PHÂN LOẠI VIỄN THÁM:  Theo quỹ đạo chuyển động của vệ tinh so với trái đất và mặt trời: Quỹ đạo đồng bộ trái đất: Vệ tinh chuyển động cùng một vận tốc gốc với trái đất và nếu mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng chứa xích đạo được gọi là quỹ đạo địa tĩnh. V. PHÂN LOẠI VIỄN THÁM: Quỹ đạo đồng bộ mặt trời: Quỹ đạo cho phép vệ tinh chuyển động theo hướng Bắc – Nam kết hợp với chuyển động quay của trái đất sao cho vệ tinh luôn luôn nhìn được bề mặt trái đất tại thời điểm có sự chiếu sáng tốt nhất của mặt trời V. PHÂN LOẠI VIỄN THÁM: Ngoài ra: Vệ tinh còn có quỹ đạo có chu kỳ lặp một ngày và nhiều ngày những quỹ đạo này cho phép vệ tinh trở lại điểm đỉnh đầu trên khu vực chụp ảnh trong cùng một ngày hoặc sau nhiều ngày. V. PHÂN LOẠI VIỄN THÁM:  Theo vùng bước sóng sử dụng: V. PHÂN LOẠI VIỄN THÁM:  Theo độ cao bay chụp: Viễn thám hàng không: Viễn thám vệ tinh: V. PHÂN LOẠI VIỄN THÁM: VI. Nguyên lý cơ bản của KTVT: 6.1. Nguyên lý chung: Viễn thám nghiên cứu đối tượng bằng giải đoán và tách lọc thông tin từ dữ liệu chụp ảnh hàng không hoặc bằng giải đoán ảnh vệ tinh dạng số. Các dữ liệu dưới dạng ảnh chụp và ảnh số được thu nhận dựa trên việc ghi nhận năng lượng bức xạ và sóng phản hồi phát ra từ vật thể khi khảo sát. Năng lượng phổ dưới dạng sóng điện từ, nằm trên các dãi phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ . Xử lý ảnh số làm hiển thị rõ ảnh và tách lọc thông tin từ các dữ liệu ảnh số dựa vào các thông tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra. VI. Nguyên lý cơ bản của KTVT: Việc giải đoán tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh viễn thám được thực hiện dựa trên các cách tiếp cận khác nhau: Đa phổ Đa nguồn dữ liệu Đa thời gian Đa độ phân giải Đa phương pháp VI. Nguyên lý cơ bản của KTVT: 6.2. Nguyên lý hoạt động của KTVT:  Kỹ thuật viễn thám có 2 quá trình: thu nhận dữ liệu và phân tích dữ liệu. Quá trình nhận dữ liệu: Nguồn năng lượng (A) sự truyền năng lượng qua khí quyển (B), năng lượng tác động qua lại với các yếu tố mặt đất (C), thu nhận tín hiệu phản xạ/ bức xạ của các sensors đặt trên máy bay hay vệ tinh (D). Các sản phẩm thu nhận được từ các sensors có thể ở dạng hình ảnh hoặc dạng số. VI. Nguyên lý cơ bản của KTVT: Quá trình phân tích dữ liệu: Được tiến hành giải đoán bằng mắt các thông tin ảnh hoặc bằng máy tính để xử lý các thông tin thu được dưới dạng số (F). VI. Nguyên lý cơ bản của KTVT: Nguồn cung cấp năng lượng (mặt trời, vệ tinh, vật thể). Sự tương tác của năng lượng với khí quyển. Sự tương tác vật thể trên bề mặt đất. Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh số. Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lý. “HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU”GPS G P S Global Positioning System (Toàn cầu) (Định vị) (Hệ thống) HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TÒAN CẦU  GPS là gì ? VII. Hệ thống Định vị toàn cầu (GPS) trong Viễn thám: 7.1. Khái niệm:Hệ thống định vị toàn cầu ( Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo do bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý Hệ thống định vị toàn cầu ( GPS ) do Bộ Quốc phòng Mỹ phát triển và điều hành. Hệ thống gồm 3 phần :  Phần vũ trụ ( Space segment )  Phần điều khiển ( Control Segment )  Phần sử dụng ( Use Segment ) VII. Hệ thống Định vị toàn cầu (GPS) trong Viễn thám: 7.2. Phân loại: Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ được đặt trên quỹ đạo không gian, hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện. (LORAN dùng cho hàng hải, TACAN dùng cho quân đội mỹ, VOR/DME – VHF dùng cho hàng không dân dụng). Liên Xô phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS. Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo.  Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh. VII. Hệ thống Định vị toàn cầu (GPS) trong Viễn thám: 7.2. Phân loại Ngoài ra còn có các hệ thống định vị toàn cầu khác như: COMPASS. IRNSS. QZSS. Về mức độ chính xác, hệ định vị toàn cầu được phân ra làm hai loại: Trong quân sự, có độ chính xác ngang theo phương nằm ngang là ±17,8m và độ cao ± 28,4m. Trong dân dụng có độ chính xác theo phương ngang là ± 28,4m và theo phương đứng là ± 44,5m. 7.3. Một số lọai máy định vị đang được sử dụng phổ biến trong ngành lâm nghiệp : GPS 12XL GPS II Plus GPS III PlusI 7.3. Một số lọai máy định vị đang được sử dụng phổ biến trong ngành lâm nghiệp : GPS V GPS Map 76S GPS 60CS 7.4. Nhiệm vụ:  Ghi nhận và lưu trữ các thông tin được truyền đi từ phần điều khiển.  Xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ tinh.  Duy trì chính xác cao của thời gian bằng các đồng hồ nguyên tử.  Chuyển tiếp thông tin đến người sử dụng.  Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển từ mặt đất. 7.5. Hoạt động của GPS: Các máy thu GPS nhận thông tin và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh, máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy. Hệ thống định vị toàn cầu sử dụng hệ tọa độ theo lưới chiếu trắc địa thế giới 84 (WG 84) hoặc hệ tọa độ địa lý. 7.5. Hoạt động của GPS: 7.6. Ứng dụng của GPS: Ngày nay hệ thống định vị tòan cầu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải ( lập bản đồ giao thông..), thủy lợi ( đường ống nước, đường nước thải, kênh mương nước..), xây dựng , điện, viễn thông (đường dây điện thọai..), nông lâm nghiệp, điều tra tài nguyên, bảo vệ môi trường... Đặc biệt là trong các lĩnh vực đo đạc bản đồ. 7.6. Ứng dụng của GPS: Thứ ba ngày 19 tháng 10 năm 2010 Tự nhiên và xã hội Gia đình