Đồ án ứng dụng công nghệ viễn thám hồng ngoại nhiệt khảo sát sự phân bố nhiệt độ bề mặt

1

2

3

 !"#$%!$&'!()*+
Cng vi s bng n ca cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật, thế gii nói
chung và Việt Nam nói riêng đang dần có những thay đi. Trong rất nhiều lĩnh
vc, khoa học công nghệ đang dần chiếm ưu thế và có những bưc phát triển
vượt bậc, trong đó có kỹ thuật viễn thám. Từ những năm 60 ca thế kỷ 20 vi s
xuất hiện ca vệ tinh nhân tạo đầu tiên thì kỹ thuật không gian đã có s phát
triển vượt bậc. Vệ tinh là công cụ quan trọng trong nghiên cứu ca khoa học
hiện đại. Kỹ thuật thám trắc bằng vệ tinh đã phát triển nhanh chóng hình thành
lên hệ thống quan trắc khí tượng vệ tinh toàn cầu. Quan trắc trái đất và quan trắc
không gian đã bưc sang một giai đoạn mi, làm phong phú thêm phạm vi, nội
dung quan trắc. Từ quan trắc mang tính cục bộ ở tầng thấp ca khí quyển
chuyển sang quan trắc cả hệ thống khí quyển. Rất nhiều những yếu tố, những vị
trí trong khí quyển và trên trái đất trưc đây rất khó quan trắc thì ngày nay vi
vệ tinh khí tượng đều có thể thc hiện được. Công nghệ viễn thám đã cung cấp
rất nhiều số liệu cho các lĩnh vc như: thiên văn, khí tượng, địa chất, địa lý, hải
dương, nông nghiệp, lâm nghiệp, quân s, thông tin, hàng không, vũ trụ Ngày
nay, công nghệ viễn thám đã đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật ph
biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vc kinh tế xã hội ở nhiều nưc
trên thế gii. Những kết quả thu được từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa
học và các nhà hoạch định chính sách các phương án la chọn có tính chiến lược
về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Vì vậy viễn thám
được sử dụng như là một công nghệ đi đầu rất có ưu thế hiện nay.
Tại Việt Nam, công nghệ viễn thám được áp dụng từ những năm 80 nhưng
trong khoảng gần 20 năm trở lại đây đi cng vi s phát triển ca đất nưc, công
nghệ viễn thám mi được ứng dụng rộng rãi hơn trong nhiều lĩnh vc. Nhưng so

vi thế gii, s phát triển này vẫn chỉ là bưc khởi đầu cho nền móng công nghệ
4
viễn thám trong nhiều lĩnh vc. Để b lại phần còn thiếu trong cập nhật công
nghệ, Chính ph đã có những định hưng cho s phát triển công nghệ vũ trụ.
Ngày 14/6/2006, th tưng đã ra quyết định về “chiến lược nghiên cứu và ứng
dụng công nghệ vũ trụ đến năm 2020”. Ngày 20/11/2006, viện công nghệ vũ trụ
trc thuộc viện khoa học và công nghệ Việt Nam ra đời, vi chức năng nghiên
cứu các vấn đề cơ bản, khoa học ca công nghệ vũ trụ, nghiên cứu và phát triển
công nghệ vệ tinh nhỏ. Một cột mốc lịch sử đánh dấu s phát triển ca khoa học
viễn thám ở Việt Nam là s kiện phóng thành công vệ tinh viễn thám đầu tiên
ca nưc ta VNREDSAT lên quỹ đạo đầu năm 2013. Điều này đã chứng tỏ
những bưc đi đúng đắn ca chính ph, s đón đầu đi tắt trong việc phát triển
công nghệ viễn thám, đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nưc.
Phần ln ảnh viễn thám hiện nay được xử lý và tích hợp trên một số phần
mềm hiện đại như ERDAS, ENVI, MATLAB, MAPINFO…Các sản phẩm được
tính toán thông qua các thuật toán đã được ứng dụng ở nhiều nưc trên thế gii
như Mỹ, EU, Nhật Bản, Trung Quốc và đã được hiệu chỉnh cho ph hợp vi
điều kiện Việt Nam. Các kết quả thu được đã được tích hợp vi hệ thống thông
tin địa lý tạo ra các bản đồ chuyên đề. Ngoài ra các giá trị số ca các sản phẩm
viễn thám còn được lưu trữ dưi dạng nhị phân rất thuận tiện trong việc khai
thác và sử dụng.
Khi sử dụng ảnh viễn thám có thể quan trắc trong một khu vc rộng ln và
chi tiết. Trong khi đó hệ thống trạm quan trắc mặt đất khá thưa tht, phạm vi
quan trắc hẹp và không liên tục theo thời gian. Cng vi s nóng lên ca trái
đất, các trạm quan trắc không thể cập nhật các thông tin liên quan đến s thay
đi nhiệt độ trong khi dữ liệu viễn thám đáp ứng đầy đ các yêu cầu trên. Bởi
vậy, tôi đã la chọn đồ án tốt nghiệp: 
 !" Trong phạm vi nghiên cứu,
bên cạnh việc phân tích cơ sở lý thuyết, cơ sở toán học và mô hình tính toán, nội

dung nghiên cứu còn bao gồm việc xây dng chương trình tính nhiệt độ bề mặt.
5
Chương trình là bưc đầu cho việc ứng dụng công nghệ thông tin vào lĩnh vc
viễn thám.
,-!$&./0&.!1/!()*+
Đưa ra quy trình phân tích xử lý thông tin nhiệt ca ảnh Landsat và Aster
bằng phần mềm Erdas Imagine.
Xây dng chương trình LST tính nhiệt độ bề mặt.
Xác định mối tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng lp ph bề mặt đồng
thời đánh giá s thay đi nhiệt độ bề mặt khu vc nghiên cứu.
23&4/00&.!1/
Nghiên cứu cơ sở vật lý và nguyên lý hoạt động ca công nghệ viễn thám.
Nghiên cứu đặc điểm và khả năng ứng dụng ca ảnh vệ tinh đa ph nói
chung và ảnh Landsat, Aster nói riêng trong giám sát tài nguyên môi trường.
Các thuật toán xác định độ phát xạ bề mặt và quy trình tính giá trị nhiệt độ
từ ảnh hồng ngoại nhiệt.
567809+90&.!1/
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đồ án bao gồm:
• Phương pháp chuyên gia (nghiên cứu, ứng dụng các thành tu đã được
chứng minh bởi các nhà khoa học trên thế gii);
• Phương pháp phân tích, xử lý ảnh (tiền xử lý ảnh, thuật toán xác định
nhiệt độ bề mặt, độ phát xạ bề mặt);
• Phương pháp phân tích, tng hợp tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
:;!-!)*+
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung đề tài được nghiên cứu theo 4
chương:
Chương I. Viễn thám hồng ngoại nhiệt và ứng dụng.
Chương II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính nhiệt độ bề mặt từ dữ
liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat.
6

Chương III. Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính nhiệt độ bề mặt từ dữ
liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Aster.
Chương IV. Đánh giá s phân bố nhiệt độ bề mặt
Do kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế, thời gian nghiên cứu không
nhiều nên trong đồ án không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được s
đóng góp ca thầy cô và các bạn. Trong quá trình thc hiện đề tài, s giúp đỡ
nhiệt tình ca thầy Trịnh Lê Hng và thầy Mai Đình Sinh cng các thầy cô trong
bộ môn Trắc Địa – Bản Đồ và các bạn trong lp Địa Tin Học đã giúp tôi hoàn
thiện nội dung ca đồ án.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
7
780<=>?@A<BC
D0E/"F!G00H"&'$+I
#"#"#$%&'()*'+,(
Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu đời, nghiên cứu
về đối tượng mà không có s tiếp xúc trc tiếp vi đối tượng. S phát triển ca
khoa học viễn thám bắt đầu từ mục đích quân s nhưng sau đó phục vụ cho rất
nhiều lĩnh vc khác nhau trong xã hội. Viễn thám ứng dụng được sử dụng trong
nhiều ngành khoa học như: quân s, địa chất, địa lý, môi trường khí tượng thy
văn, thy lợi, lâm nghiệp.
Lịch sử viễn thám được tính từ thế kỷ thứ 4 trưc công nguyên khi Aristote
sáng tạo ra camera – obscura. Mãi sau đó vào năm 1839 Louis Daguerre (1789 -
1881) đã đưa ra báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh photo, đặt nền móng
đầu tiên cho ngành chụp ảnh. Đến năm 1858, bức ảnh đầu tiên chụp bề mặt trái
đất từ khinh khí cầu được thc hiện bởi nhà nhiếp ảnh người Pháp – Gaspard
Felix Tournachon. Chiếc khinh khí cầu được đặt ở độ cao 80m chụp toàn bộ
vng Bievre ca Pháp.
Không dừng lại ở đó, việc ra đời ca ngành hàng không đã thúc đẩy nhanh
chóng s phát triển mạnh mẽ ca ngành chụp ảnh. Kéo theo đó là viễn thám vi
s phát triển vượt bậc. Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho các

nhà nghiên cứu quan tâm ti bề mặt trái đất thông qua các bức ảnh chụp kế tiếp
nhau, tạo nên ảnh chồng ph, tạo điều kiện cho việc chỉnh lý và đo đạc ảnh, tách
lọc thông tin vi hiệu quả cao. Năm 1909, phi công Wilbur Wright đã chụp bức
ảnh đầu tiên từ máy bay khi bay qua vng Centocelli ở Ý. Mãi đến chiến tranh
thế gii lần thứ nhất, chụp ảnh trên không được sử dụng vi quy mô ln và có
hệ thống. Máy ảnh được thiết kế đặc biệt để do thám trên không và xử lý nhanh,
phục vụ trc tiếp cho mục đích quân s. Những năm sau đó, các thiết kế khác
nhau về các loại máy chụp ảnh được phát triển mạnh mẽ hơn. Cng vi đó, nghệ
8
thuật giải đoán không ảnh và đo đạc từ ảnh đã phát triển lên một tầm cao mi,
hình thành nên một ngành khoa học mi vi tên gọi       
. Bưc vào thế chiến thứ hai, không ảnh lại tập trung cho mục
đích quân s. Cũng trong giai đoạn này, công nghệ radar phát triển cng vi ph
hồng ngoại. Các ảnh chụp trên kênh ph hồng ngoại cho ra khả năng triết lọc
thông tin nhiều hơn và đã được sử dụng rất nhiều trong thế chiến thứ 2.
Năm 1957, Liên Xô đã phóng vệ tinh SPUTNIK-1 đầu tiên trên thế gii,
đánh dấu s bắt đầu ca “”. Năm 1959, vệ tinh EXPLORER-
6 ca Mỹ đã truyền hình ảnh trái đất được chụp từ vệ tinh. Vệ tinh khí tượng đầu
tiên ca thế gii được phóng năm 1960, nó là tiền thân ca những vệ tinh thời
tiết thời nay và trong thời gian này thuật ngữ “” - remote sensing ra
đời bởi Evelyn Pruitt thuộc viện Hải quân Hoa Kỳ. Sau đó, Mỹ và Liên Xô đã
đưa camera, máy quét đặc biệt để chụp ảnh phục vụ cho đánh giá tài nguyên.
Tuy nhiên, s hạn chế ca các bộ cảm biến trên các vệ tinh này cũng như s hạn
chế về tính toàn cầu ca các dữ liệu hình ảnh không gian đã được khắc phục
bằng việc Mỹ phóng vệ tinh viễn thám toàn cầu Landsat-1 đầu tiên trên thế gii
vào năm 1972. Ngoài ra, có thể kể đến các chương trình nghiên cứu trái đất bằng
viễn thám tại các nưc Canada, Nhật, Pháp, Ấn Độ, Trung Quốc. S phát triển
ca viễn thám đi liền vi s phát triển ca công nghệ nghiên cứu vũ trụ, phục vụ
cho nghiên cứu trái đất, các hành tinh và khí quyển. Rất nhiều ảnh chụp ni về
Trái Đất đã cho ra các thông tin vô cng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất.

Ngày nay, viễn thám đã có s đột phá mạnh mẽ trong công nghệ thu thập
và xử lý dữ liệu và có rất nhiều vệ tinh viễn thám trên thế gii như : hệ thống vệ
tinh Landsat ca Mỹ, hệ thống vệ tinh SPOT, vệ tinh IKONOS, ENVISAT, v.v.
Các ứng dụng ca viễn thám ngày càng đa dạng, giữ vị trí quan trọng trong các
vấn đề về an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế - xã hội, quản lý tài nguyên môi
trường,…v.v. Những s kiện chính trong lịch sử ra đời và phát triển ca công
nghệ viễn thám được trình bày trong bảng 1.1.
9
 
J&0&KLIM %&H
1800 Phát hiện ra hồng ngoại
1839 Bắt đầu chụp ảnh
1847 Ph hồng ngoại và ph nhìn thấy
1850 – 1860 Chụp ảnh từ khinh khí cầu
1909 Chụp ảnh từ máy bay
1910 – 1920 Nhận biết ảnh hàng không
1920 – 1930 Phát triển ngành chụp và đo ảnh
1930 – 1940 Phát triển Radar (Đức, Anh, Mỹ)
1940 Phân tích và ứng dụng ảnh chụp
1950 Từ ph nhìn thấy đến không nhìn thấy
1950 – 1960 Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân s
1873 Học thuyết về ph điện từ
1960 – 1970 Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám
1972 Phóng vệ tinh Landsat – 1
1970 – 1980 Phát triển mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số
1980 – 1990 Phát triển thế hệ mi ca Landsat
1986 Vệ tinh SPOT vào quỹ đạo
1990 – nay
Phát triển bộ cảm thu ph đo tăng dải ph và số lượng kênh ph, tăng
độ phân giải ca bộ cảm

Công nghệ viễn thám đã được ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 1976.
Thời gian đầu là một vài cơ quan ở trong nưc đã thu nhận ảnh vệ tinh phụ vụ
cho các lĩnh vc thuộc địa chất và lâm nghiệp. Trong khoảng từ 1979-1980, một
vài t chức ở Việt Nam đã bắt đầu nắm bắt công nghệ viễn thám. Mốc quan
trọng để đánh dấu s phát triển ca kỹ thuật viễn thám ở Việt Nam là s hợp tác
nhiều bên trong khuôn kh ca chương trình vũ trụ quốc tế nhân chuyến bay vũ
trụ kết hợp Liên Xô – Việt Nam vào tháng 7 năm 1990. Kết quả nghiên cứu các
10
công trình khoa học này là s ứng dụng ảnh đa ph MKF-6M vào mục đích
thành lập một loạt bản đồ chuyên đề. Mười năm tiếp theo, viễn thám đã được
mở rộng cho những nghiên cứu và thí nghiệm để xác định phương pháp và khả
năng sử dụng dữ liệu viễn thám cho việc giải quyết nhiệm vụ an sinh xã hội. Từ
năm 1990-1995, nhiều lĩnh vc đã sử dụng công nghệ viễn thám vào trong
những ứng dụng ca cuộc sống và đã gặt hái được những kết quả có ý nghĩa về
công nghệ, khoa học và kinh tế.
Hiện nay, một số t chức đã hoạt động một cách chuyên nghiệp trong lĩnh
vc viễn thám. Công nghệ viễn thám đã trở thành một trong những công cụ ph
biến cho nghiên cứu khoa học, quản lý tài nguyên thiên nhiên, nghiên cứu địa
chất-khoáng sản, nghiên cứu môi trường và quy hoạch, v.v.
Nhận thấy s phát triển nhanh và cấp thiết về ứng dụng công nghệ viễn
thám trong cuộc sống, s phát triển kinh tế xã hội trên thế gii. Chính ph nưc
ta đã có những định hưng cho s phát triển công nghệ vũ trụ. Ngày 14/6/2006,
th tưng chính ph đã ra quyết định về “chiến lược nghiên cứu và ứng dụng
công nghệ vũ trụ đến năm 2020”. Từ năm 2011 đến 2020 đưa vào ứng dụng tại
Việt Nam các thành tu mi ca vệ tinh quan sát trái đất độ phân giải rất cao, vệ
tinh định vị có độ chính xác rất cao. Theo d kiến, năm 2014 Việt Nam sẽ có vệ
tinh viễn thám đa ph VNREDSat-1 đầu tiên do Pháp nghiên cứu và chế tạo.
Tiếp theo đó, năm 2016 nưc ta sẽ có vệ tinh viễn thám siêu ph VNREDSat-1B
do vương quốc Bỉ nghiên cứu và chế tạo.
11

!"# $%&
#"#"-./0123,(
Viễn thám nghiên cứu vật bằng việc giải đoán, tách lọc thông tin từ dữ liệu
ảnh chụp hàng không hoặc bằng việc giải đoán ảnh số ảnh vệ tinh và ảnh Radar.
Các dữ liệu dưi dạng ảnh chụp và ảnh số được thu nhận da trên việc ghi nhận
năng lượng bức xạ và sóng phản hồi phát ra từ vật thể khi khảo sát.
Năng lượng ph dưi dạng sóng điện từ, cng cho thông tin về một vật thể
từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán vật thể một cách chính xác hơn. Sóng
điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin ch yếu
về đặc tính ca đối tượng. Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể
tương ứng vi năng lượng bức xạ ứng vi từng bức sóng đã xác định. Đo lường
và phân tích năng lượng phản xạ ph ghi nhận bởi ảnh viễn thám cho phép tách
thông tin hữu ích về từng loại lp ph mặt đất khác nhau do s tương tác giữa
bức xạ điện từ và vật thể.
12
Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt
trời, năng lượng ca sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu
nhận bởi bộ cảm biến đặt trên vật mang
Viễn thám có thể được phân thành 3 loại cơ bản ứng vi dải bưc sóng
sử dụng:
 '%&(")*+,- Sử dụng nguồn
năng lượng ch yếu là bức xạ mặt trời. Mặt trời cung cấp một bức xạ có bưc
sóng ưu thế 0.5 MKM. Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ
thuộc ch yếu vào s phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất. Vì vậy các
thông tin về vật thể có thể được xác định từ các ph phản xạ.
 '+ -Sử dụng nguồn năng lượng là bức xạ nhiệt do
chính vật thể phát ra. M†i vật thể trong nhiệt độ bình thường đều t phát ra một
bức xạ có đỉnh bưc sóng 10 MKM.
 '&./0: Sử dụng nguồn năng lượng phản xạ hay phát xạ ca các
đối tượng trong dải sóng . Viễn thám siêu cao tần được chia thành 2 loại: viễn

thám siêu cao tần bị động sẽ thu nhận bức xạ do chính vật thể phát ra còn viễn
!"123 4
!"523 4
13
thám siêu cao tần ch động thì sẽ thu nhận năng lượng phản xạ từ các vật thể.
#"#"45*6'
Hệ thống viễn thám là một hệ thống sử dụng các phương tiện thu nhận
thông tin bằng nhiều cách, nhiều phương tiện và tầng khảo sát, trên bề mặt và
khoảng không….Đại đa số chương trình viễn thám sử dụng các nguồn năng
lượng t nhiên được cung cấp bởi mặt trời. Trên thc tế, nguyên lý bức xạ ca
vật đen ứng dụng cho viễn thám.
Trong hệ thống viễn thám thường bao gồm 7 phần có quan hệ chặt chẽ vi
nhau
 ./7289:;<: thành phần đầu tiên ca hệ thống viễn thám là
nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ ti đối
tượng cần nghiên cứu. Trong viễn thám ch động sử dụng năng lượng
!"6'&./0378*9:3
798
!";2*0 4
14
phát ra từ anten, còn trong viễn thám bị động, nguồn năng lượng là bức xạ
mặt trời.
 .=(>*?@/0+:A<B năng lượng từ nguồn năng lượng ti
đối tượng nghiên cứu sẽ phải tương tác qua lại vi khí quyển nơi nó đi
qua.
 C8DE89:5<B sau khi truyền qua khí quyển đến đối
tượng, năng lượng sẽ tương tác vi đối tượng ty thuộc vào đặc điểm ca
đối tượng và sóng điện từ. S tương tác này có thể là s truyền qua, s
hấp thụ hay bị phản xạ trở lại khí quyển.
 F/G7289HI:J<B sau khi năng lượng được

phát ra hoặc bị phản xạ từ đối tượng, cần có bộ cảm biến để tập hợp lại và
thu nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm sẽ mang
thông tin ca đối tượng.
 C'/0K/G*>&23:L<B năng lượng được thu nhận bởi bộ
cảm cần được truyền tải (thường dưi dạng điện từ) đến một trạm thu
nhận dữ liệu để xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này là dữ liệu thô.
 M*?:N<B ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng
trong các mục đích khác nhau. Ảnh được giải đoán bằng việc kết hợp các
phương pháp khác nhau.
 :M<B đây là thành phần cuối cng ca hệ thống viễn thám, được
thc hiện khi ứng dụng thông tin thu nhận được trong qúa trình xử lý ảnh
vào các lĩnh vc, bài toán cụ thể.
#"#"OP/89+*Q,(
Viễm thám là một ngành khoa học có lịch sử lâu đời nhưng thc s mi
phát triển mạnh mẽ trong hơn ba thập kỷ gần đây. Theo thời gian, việc ứng dụng
viễn thám được mở rộng vào nhiều lĩnh vc trên nhiều quốc gia. Lúc này, viễn
thám đã trở thành phương tiện ch đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên
nhiên và môi trường ở cấp độ từng nưc, từng khu vc và trong phạm vi toàn
15
cầu. Nói một cách khác, viễn thám đã mang tính ph cập vi nhưng ưu điểm cơ
bản sau:
• Độ ph trm không gian ca tư liệu bao gồm các thông tin về tài nguyên,
môi trường trên diện tích ln ca trái đất gồm cả những khu vc rất khó
đến được như rừng nguyên sinh, đầm lầy và hải đảo;
• Có khả năng giám sát s biến đi ca tài nguyên, môi trường trái đất do
chu kỳ quan trắc lặp và liên tục trên cng một đối tượng trên mặt đất ca
các máy thu viễn thám. Khả năng này cho phép công nghệ viễn thám ghi
lại được các biến đi ca tài nguyên, môi truờng giúp công tác giám sát,
kiểm kê tài nguyên thiên nhiên và môi trường;
• Sử dụng các dải ph đặc biệt khác nhau để quan trắc các đối tượng (ghi

nhận đối tượng), nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng
cho nhiều mục đích, trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ ca trái
đất;
• Cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao và siêu cao, là dữ
liệu cơ bản cho việc thành lập và hiện chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và
hệ thống CSDL địa lý quốc gia.
Bên cạnh những ưu điểm trên, công nghệ viễn thám vẫn còn tồn tại một
số nhược điểm cơ bản sau:
• Để xử lý và phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh yêu cầu trình độ chuyên môn
cao và kinh nghiệm trong thc hành;
• Đối vi những vng nghiên cứu có diện tích nhỏ, sử dụng kỹ thuật viễn
thám không kinh tể do giá thành cao;
• Các phần mềm để xử lý ảnh vệ tinh có giá thành cao;
• Nếu kết quả giải đoán ảnh viễn thám chưa được kiểm tra bằng công tác
ngoại nghiệp, việc sử dụng sẽ có nhiều hạn chế.
Vi những ưu điểm vượt trội, hiện nay công nghệ viễn thám đã được ứng
dng trong hầu hết các lĩnh vc kinh tế và môi trường và mang lại hiệu quả ln.
Một số ứng dụng chính ca công nghệ viễn thám:
16
 <.=/:): Viễn thám từ lâu đã được ứng dụng để giải đoán các thông
tin địa chất. Dữ liệu viễn thám được dng cho giải đoán là các ảnh máy bay, ảnh
vệ tinh và ảnh radar. Lĩnh vc dng dữ liệu này có thể kể đến là địa mạo, cấu
trúc địa chất, trầm tích, khai khoáng, dầu mỏ, địa tầng, địa chất công trình, nưc
ngầm và các nghiên cứu về địa chất môi trường. Dữ liệu ảnh radar cho phép
nghiên cứu cấu trúc địa chất một cách hữu hiệu.
 <.=/>- Viễn thám là phương tiện hữu hiệu để nghiên cứu môi
trường đất liên (xói mòn, ô nhiễm), môi trường biển (đo nhiệt độ, màu nưc
biển).
 <.=/?@/*?A/- Đặc điểm tầng Ozon, mây, mưa, nhiệt độ khí
quyển, d báo bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khí tượng.

 <.=/@BC- Viễn thám cũng cấp ảnh có diện ph toàn cầu nghiên
cứu thc vật theo ngày, ma vụ, tháng năm và theo giai đoạn. Thc vật là đối
tượng đầu tiên mà ảnh vệ tinh thu nhận được thông tin. Trên ảnh viễn thám
chúng ta có thể tính toán sinh khối, độ trưởng thành và sâu bệnh da trên chỉ số
thc vật, có thể nghiên cứu cháy rừng qua các ảnh vệ tinh.
 <.=/D- Mặt nưc và các hệ thống dòng chảy được hiển thị rất rõ
trên ảnh vệ tinh và có thể khoanh vng được chúng. Dữ liệu ảnh vệ tinh được
ghi nhận trong ma lũ, là dữ liệu được sử dụng để tính toán diện tích thiên tai và
khả năng d báo lũ lụt.
 <.=/*- Dữ liệu viễn thám thu từ vệ tinh cho phép
nghiên cứu các vì sao và mặt trăng. Điều này khẳng định rằng viễn thám là một
công nghệ có ứng dụng rộng ln.
,<&'$+I*00N&&H$
#"-"#FR@/(
Viễn thám hồng ngoại nhiệt là một trong ba loại cơ bản ca kỹ thuật viễn
thám bao gồm viễn thám trong dải ph quang và hồng ngoại, viễn thám radar,
viễn thám hồng ngoại nhiệt. Viễn thám hồng ngoại nhiệt sử dụng các bức xạ
điện từ có bưc sóng trong khoảng . Tuy nhiên, trong phần ln các ứng dụng
ca ảnh hồng ngoại nhiệt thường sử dụng dãy sóng vi bưc sóng .
17
Nguyên lý cơ bản ca viễn thám hồng ngoại nhiệt là ghi nhận thông tin về
nhiệt độ bức xạ ca vật thể trong dải sóng hồng ngoại nhiệt bằng phương pháp
quét (hình 3.5). Bức xạ nhiệt có cường độ yếu, lại bị hấp thụ mạnh bởi khí
quyển nên để thu các tín hiệu phải có thiết bị quét nhiệt vi độ nhạy cao. Tính
chất bức xạ nhiệt các đối tượng t nhiên da vào nguyên lý bức xạ nhiệt ca vật
đen tuyệt đối. Vật đen tuyệt đối hấp thụ toàn bộ năng lượng ca dải sóng điện từ
và mặt trời. Tuy nhiên, trong thc tế hiếm khi có s tồn tại ca vật đen tuyệt đối
mà chỉ có một số vật gần giống vật đen tuyệt đối như bồ hóng.
!"E</.FG3+ 
Bức xạ nhiệt có cường độ yếu, lại bị hấp thụ mạnh bởi khí quyển nên để

thu các tín hiệu phải có thiết bị quét nhiệt vi độ nhạy cao. Tính chất bức xạ
nhiệt các đối tượng t nhiên da vào nguyên tắc bức xạ nhiệt ca vật đen tuyệt
đối. Vật đen tuyệt đối hấp thụ toàn bộ năng lượng ca dải sóng điện từ và mặt
trời có thể coi là vật đen tuyệt đối. Tuy nhiên, trong thc tế hiếm khi có s tồn
tại ca vật đen tuyệt đối mà chỉ có một số vật gần giống vật đen tuyệt đối như bồ
hóng…
Nhiệt độ ca vật chất đo được khi tiếp xúc vi nó được gọi là nhiệt độ
Kinetic, thể hiện s trao đi năng lượng ca các phần tử cấu tạo nên vật chất. S
bức xạ năng lượng ca vật chất là một hàm số ca nhiệt độ Kinetic ca chúng.
18
Khi bức xạ, vật chất có một nhiệt độ khác gọi là nhiệt độ bên ngoài vật chất.
Viễn thám hồng ngoại nhiệt đảm nhiệm vai trò ghi lại thông tin về nhiệt độ bên
ngoài hay chính là s bức xạ ca vật chất.
Vi vật đen tuyệt đối, nó phát xạ toàn bộ năng lượng làm cho nhiệt độ tăng
lên nhưng vi vật thc chỉ phát ra một phần năng lượng. Cường độ bức xạ và
tính chất ph ca bức xạ là một hàm số ca thành phần vật chất tại thời điểm đó.
Các đường cong phân bố năng lượng có hình dạng giống nhau nhưng các tia ca
chúng có xu hưng chuyển dịch về phía có bưc sóng ngăng hơn khi nhiệt độ
tăng cao theo quy luật chuyển dịch cc trị năng lượng bức xạ ca định luật
Wien.
Khác vi vật đen tuyệt đối hấp thụ toàn bộ năng lượng chiếu ti, vật chất
thc chỉ phát xạ một phần năng lượng chiếu ti nó. Khả năng phát xạ nhiệt ca
vật chất còn gọi là độ phát xạ nhiệt ε. Độ phát xạ nhiệt được hiểu là tỉ số giữa
năng lượng nhiệt phát ra ca vật chất tại một thời điểm nào đó và năng lượng
phát ra ca vật đen tại cng nhiệt độ đó. Độ phát xạ nhiệt có giá trị trong khoảng
từ 0 đến 1 ty thuộc vào thành phần vật chất. Ngoài ra, ở nhiệt độ, dải sóng điện
từ và góc phát xạ khác nhau, s phát xạ nhiệt ca vật chất cũng khác nhau.
Vật xám là vật có độ phát xạ nhỏ hơn 1 nhưng s phát xạ là đều ở một
bưc sóng tương t như ở vật đen tuyệt đối. Một vật có s phát xạ khác nhau ở
các dải sóng điện từ khác nhau được gọi là vật phát xạ la chọn. Trong t nhiên

có rất nhiều vật chất có s phát xạ giống vật đen như nưc (độ phát xạ 0.98 –
0.99 ở dải sóng 6 – 14 µm). Ngược lại, một số vật chất lại có s phát xạ la chọn
như thạch anh có s phát xạ rất khác biệt trong dải sóng điện từ 6 – 14 µm. Dải
sóng điện từ 8 – 14 µm có đặc điểm là ngoài việc thể hiện s phát xạ ca khí
quyển còn thể hiện s phát xạ ca các đối tượng trên bề mặt trái đất vi nhiệt độ
trung bình 300
0
K, trong đó nhiệt độ đạt cc đại ở bưc sóng 9.7 µm. Vì vậy, hầu
hết các bộ cảm biến nhiệt trên vệ tinh viễn thám đều hoạt động trong dải sóng
này. S phát xạ ca một số đối tượng trong dải sóng 8 – 14 µm được thể hiện
trong bảng 1.2 dưi đây.
19
1H3,3&44>I
 <O$!P$ 39+$QN
1 Nưc sạch 0.98 – 0.99
2 Tuyết, sương 0.98 – 0.99
3 Da người 0.97 – 0.99
4 Băng khô 0.97 – 0.98
5 Thc vật tươi tốt 0.96 – 0.99
6 Đất ẩm 0.95 – 0.98
7 Betong, nha 0.94 – 0.97
8 G† 0.93 – 0.94
9 Đá bazan 0.92 – 0.96
10 Đất khô 0.92 – 0.94
11 Tuyết khô 0.85 – 0.90
12 Cỏ 0.77 – 0.81
13 Thép tấm 0.63 – 0.70
14 Thép bóng 0.16 – 0.21
Các thông số chính về tính chất nhiệt ca đối tượng bao gồm: tính dẫn
nhiệt (conductivity), nhiệt dung (capacity) và quán tính nhiệt (inertia). Bên cạnh

đó, nhiệt độ ca vật chất cũng có s khác biệt ln về nhiệt độ ca vật chất giữa
ngày và đêm (hình 1.7)
Do các tín hiệu thấp và chịu ảnh hưởng ca nhiều yếu tố môi trường nên
phương pháp thu ảnh hồng ngoại nhiệt được áp dụng ph biến là phương pháp
quét vi các sensor nhiệt, có trường nhìn tức thời ln. Cấu tạo ca hệ thống tạo
ảnh hồng ngoại nhiệt bao gồm Sensor nhiệt, hệ thống quét cơ quang học, hệ
thống tạo ảnh được minh họa trên hình 1.8.
!"JK" @)(&9 FLM 3@N**.
20
Ảnh hồng ngoại nhiệt có các đặc điểm hình học chính sau:
• Rất hay bị méo do ảnh hưởng ca các yếu tố thời tiết, môi trường như gió,
mưa, mây, thc vật, …
• Ảnh hồng ngoại nhiệt thu nhận ban ngày và ban đêm có s khác biệt rất
ln do phụ thuộc vào mô hình nhiệt ca các vật chất khác nhau (hình
3.10, khu vc có nhiệt độ cao có màu trắng sáng).
Nhiệt độ cc đại, tốc độ nóng lên hay lạnh đi ca một vật thể phụ thuộc vào
thành phần vật chất và trạng thái ca vật thể đó. Ví dụ, nưc có giá trị nhiệt độ
cc đại và cc tiểu nhỏ hơn cũng như thời điểm xuất hiện giá trị cc đại, cc
tiểu cũng chậm hơn 1 – 2 giờ so vi các đối tượng khác. Do vậy, nhiệt độ ca
địa hình thường cao hơn vào ban ngày nhưng thấp hơn vào ban đêm so vi nhiệt
độ ca nưc. S chênh lệch nhiệt độ vật chất giữa ngày và đêm còn gọi là quán
tính nhiệt ca vật chất (hình 1.7).
a)
!"O2PQ/+ >PA/R
21
b)
!"S#+ /@*9*78*9.798
#"-"-S$;.JC;F
Chương trình Landsat được bắt đầu vào năm 1972. Cho đến nay, hệ thống
Landsat gồm 8 vệ tinh, trong đó có 7 vệ tinh được phóng thành công lên quỹ

đạo. Đây là hệ thống vệ tinh đa ph ln trên thế gii được ứng dụng rộng rãi
trong quản lý tài nguyên môi trường. Nguồn dữ liệu ảnh Landsat đa dạng, phong
phú, ph biến trên toàn cầu. Ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat được thu trên vệ tinh
có bộ cảm biến TM và ETM+. Ảnh hồng ngoại nhiệt TM có độ phân giải không
gian 120m, trong khi ở bộ cảm biến ETM+ độ phân giải không gian là 60m.
Ảnh Landsat7 ETM+ có 6 kênh ph, 1 kênh hồng ngoại nhiệt, 1 kênh toàn
sắc. Đặc điểm chính ca ảnh Landsat TM và ETM+ được thể hiện trên bảng 3,4
3!RIS&T U.R UR09D
U!$7V!"W0
E/X$
39Y0&R&G0
0&
ETM +
Enhanced
Thematic
Mapper, Plus
(Landsat7)
Kênh 1 0.45 -0.52 µm
185 x 185 km
30m
Kênh 2 0.52 – 0.60 µm 30m
Kênh 3 0.63 – 0.69 µm 30m
Kênh 4 0.76 – 0.90 µm 30m
Kênh 5 1.55 – 1.75 µm 30m
Kênh 6 10.4 – 12.5 µm 60m
Kênh 7 2.08 – 2.35 µm 30m
Kênh 8 0.52 – 0.90 µm 15m
5T.$%&L93UTKV
Bảng 1.2. Thông tin kênh ảnh Landsat vi bộ cảm ETM+
6T.$%&L93TK

22

4Z
$5[:
R&9D .
39Y
0&R&G0
0&
;4\0
E/X$
;S&$
39(
!R!(
5]^
 0.45 – 0.53 Blue 30 16 8
185 x 185
km
10% chồng
phía trưc,
8% hai rìa
, 0.52 – 0.6 Green 30 16 8
2 0.63 – 0.69 Red 30 16 8
5 0.76 – 0.9 NIR 30 16 8
: 1.55 – 1.75 SWIR 30 16 8
_ 10.4 – 12.5
Hồng
ngoại nhiệt
120 5 8
^ 2.08 – 2.35 SWIR 30 16 8
Đặc điểm chính và ứng dụng ca các kênh ảnh Landsat TM, ETM+ được

trình bày trong bảng 5, 6 và 7
U.R G0$&
Kênh 1- Lam
Là dải bưc sóng ngắn, ánh sáng có thể xuyên qua mặt nưc,
hay bị nhiễu, ảnh hay bị nhám không sắc nét
Kênh 2 – Xanh
Chất lượng gần giống kênh 1, bưc sóng ánh sáng thể hiện màu
xanh
Kênh 3 – Đỏ Dải bưc sóng bị thc vật hấp thụ
Kênh 4 – Cận hồng ngoại
Bị nưc hấp thụ nên ảnh ca kênh 4 mặt nưc có màu đen, thể
hiện ánh sáng phản xạ từ nưc rất yếu
Kênh 5 – Hồng ngoại trung Kênh 5 rất nhạy cảm vi độ ẩm
Kênh 6 – Hồng ngoại nhiệt
Kênh 7 – Hồng ngoại xa Kênh 7 nhạy cảm vi độ ẩm
U.R C04-0
Kênh 1
Lập bản đồ nưc gần bờ biển, phân biệt s khác nhau giữa đất và thc vật, xác định
các đối tượng nhân tạo như đường, nhà cửa, phân loại rừng v.v
Kênh 2
Phân biệt giữa các loại thảm thc vật, xác định sức khỏe ca thảm thc vật và các
đối tượng nhân tạo v.v.
Kênh 3
Phân biệt giữa thc vật và đất, theo dõi tình trạng sức khỏe ca thảm thc vật, phân
biệt giữa các loại thc vật khác nhau, lập bản đồ ranh gii giữa các loại đất và ranh
gii hình thành địa chất v.v
Kênh 4 Xác định bề mặt đất và nưc, xác định cây trồng, phân biệt giữa cây trồng và đất,
;W.X$%&93UTKV
EY%ZC.$%&93UTKV
23

ranh gii ca khu vc nưc v.v
Kênh 5 Giám sát thảm thc vật và độ ẩm ca đất v.v
Kênh 6
Ứng dụng trong địa chất, xác định hoạt động địa chất nhưng đôi khi được sử dụng
để đo nhiệt độ ca thảm thc vật…v.v.
Kênh 7 Phân biệt s tạo thành các loại đá, độ ẩm ca thảm thc vật v.v
U. 7V!Z`0I .0 &9D C04-0!
TM1 0.45 – 0.53 Xanh lam – Blue
Dng để nghiên cứu thềm lục địa nông, đánh
giá hàm lượng clorophyl và karotin trong
thc vật, phân biệt rừng kín thường xanh và
rừng rụng lá
TM2 0.52 – 0.6 Xanh lục – Green Đánh giá trạng thái ca thc vật
TM3 0.63 – 0.69 Đỏ – Red
Xác định vng hấp thụ chlorophyll giúp phân
loại thc vật
TM4 0.76 – 0.9
Cận hồng ngoại –
NIR
Xác định các kiểu thc vật, trạng thái và sinh
khối, độ ẩm ca đất. Xác định đường bờ vi
các đối tượng nưc
TM5 1.55 – 1.75
Giữa hồng ngoại –
SWIR
Xác định độ ẩm ca thc vật và đất, tách
tuyết và mây
TM6 10.4 – 12.5 Hồng ngoại nhiệt
Xác định độ ẩm ca đất, xây dng bản đồ
nhiệt

TM7 2.08 – 2.35
Giữa hồng ngoại –
SWIR
Xác định các loại đá và khoáng vật, thuận tiện
cho việc xác định độ ẩm ca thc vật, đánh
giá nồng độ oxit hidro trong đất
Tháng 2/2013, vệ tinh Landsat 8 được phóng thành công lên quỹ đạo và
bắt đầu cho phép sử dụng miễn phí dữ liệu ảnh. Vệ tinh Landsat 8 sẽ kéo dài
trên 40 năm quan sát Trái đất, cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều
lĩnh vc như quản lý năng lượng và nưc, theo dõi rừng, sức khỏe con người và
môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vc nông nghiệp. Dữ
liệu thu nhận được sẽ được phân phối miễn phí đến người sử dụng.
So vi Landsat 7, Landsat 8 có cng độ rộng dải chụp, cng độ phân giải
ảnh và chu kỳ lặp lại (16 ngày). Tuy nhiên, ngoài các dải ph tương t Landsat
7, bộ cảm OLI thu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải ph mi nhằm phục vụ quan sát
mây ti và quan sát chất lượng nưc ở các hồ và đại dương nưc nông ven biển
cũng như sol khí. Bộ cảm TIRs thu nhận dữ liệu ở 2 dải ph hồng ngoại nhiệt,
JY%ZC.$%&93TK
24
phục vụ theo dõi tiêu thụ nưc, đặc biệt ở những vng khô cằn thuộc miền tây
nưc Mỹ.
O&$%&J*$%&O
#"-"4S;CFLT
Ảnh vệ tinh ASTER được thu từ bộ cảm ASTER đặt trên vệ tinh Terra
vi độ ph ảnh là 60km. Bộ cảm ASTER được cấu thành từ 3 phụ hệ riêng rẽ,
hoạt động trên từng hệ quang riêng biệt. Các hệ phụ này là nhìn thấy và hồng
ngoại gần bao gồm các kênh ph 1-3, hồng ngoại song ngắn gồm các kênh ph
4-9 và hồng ngoại nhiệt bao gồm các kênh ph 10-14.
U.9D 7V!Z`0KM 39Y0&R&G00& 7/$abKS&$M
ST.[TU\

25
KIM
1 0.52 – 0.6 15 8
2 0.63 – 0.69 15 8
3 0.76 – 0.86 (nhìn trc tâm) 15 8
3 0.76 – 0.86 (nhìn sau) 15 8
4 1.60 – 1.70 30 8
5 2.145 – 2.185 30 8
6 2.185 – 2.225 30 8
7 2.235 – 2.285 30 8
8 2.295 – 2.365 30 8
9 2.36 – 2.43 30 8
10 8.125 – 8.475 60 12
11 8.475 – 8.825 60 12
12 8.925 – 9.275 60 12
13 10.25 – 10.95 60 12
14 10.95 – 11.65 60 12
Vi số lượng kênh ph nhiều: 14 kênh, trong đó có 3 kênh trong dải sóng
nhìn thấy vi độ phân giải 15m, 6 kênh trong dải sóng hồng ngoại vi độ phân
giải 30m và 5 kênh trong dải sóng hồng ngoại nhiệt vi độ phân giải 60m, ảnh
vệ tinh ASTER có khả năng cung cấp thông tin nhiều hơn các loại tư liệu vệ tinh
khác.
Đồng thời bộ cảm ASTER luôn thu nhận ảnh lập thể dọc tuyến (Along
track) nên việc xây dng mô hình DEM ở đây là rất tốt.
Ảnh vệ tinh ASTER có độ trm ph giống như ảnh vệ tinh SPOT là 60 x
60 km nhưng ảnh vệ tinh ASTER lại có giá thảnh rẻ hơn rất nhiều so vi ảnh vệ
tinh SPOT.
Ảnh vệ tinh ASTER luôn luôn được cập nhật trong thời gian mi nhất
2005, 2006 Đặc biệt chức năng định vị ca bộ cảm ASTER cho phép quan sát
1 vị trí trên bề mặt Trái đất trong vòng 3-5 ngày.

Tư liệu ASTER phục vụ rất tốt cho những nghiên cứu về tài nguyên môi
trường, quy hoạch vng lãnh th, thành lập bản đồ lp ph, bản đồ sử dụng đất,
đặc biệt phục vụ tốt cho nghiên cứu địa chất và khoáng sản
Ảnh vệ tinh ASTER cung cấp ti người sử dụng theo 2 dạng: Đã được lưu
trong cơ sở dữ liệu và đặt thu mi theo yêu cầu. Người sử dụng có thể đặt hàng
EW.X93TK*=%Z