Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám độ phân giải cao cho mục đích thành lập bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1 10000 và lớn hơn

Bộ tài nguyên và môi trờng
Trung tâm viễn thám




Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ đề tài

Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật
xử lý ảnh viễn thám độ phân giải cao
cho mục đích thành lập bản đồ chuyên
đề tỷ lệ 1:10000 và lớn hơn

Chủ nhiệm đề tài: ts . nguyễn xuân lâm

6445
09/8/2007

Hà Nội- 2007

bộ tài nguyên và môi trờng
trung tâm viễn thám
108 Đờng Chùa Láng - Quận Đống Đa - Hà Nội
***


báo cáo tổng kết khoa học v kỹ thuật

đề ti:
Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật xử lý
ảnh viễn thám độ phân giải cao cho mục đích
thnh lập bản đồ chuyên đề
tỷ lệ 1:10000 v lớn hơn.

Số đăng ký:

Hà Nội, ngày tháng năm 2007 Hà Nội, ngày tháng năm 2007
chủ nhiệm đề ti cơ quan chủ trì đề ti
P. giám đốc
trung tâm viễn thám



TS. Nguyễn Xuân Lâm Nguyễn Văn Vinh

Hà Nội, ngày tháng năm 2007 Hà Nội, ngày tháng năm 2007
hội đồng đánh giá chính thức cơ quan quản lý đề ti
chủ tịch hội đồng TL. bộ trởng
bộ tài nguyên và môi trờng
Q. vụ trởng vụ khoa học công nghệ





TS. Lê Kim Sơn

H nội, 6- 2007
Danh sách những ngời thực hiện đề ti

1. TS. Nguyễn Xuân Lâm
Chủ nhiệm đề tài
Trung tâm Viễn thám
2. KS. Nguyễn Khánh Linh Trung tâm Viễn thám
3. KS. Nguyễn Việt An Trung tâm Viễn thám
4. CN Võ Hồng Sơn Trung tâm Viễn thám
5. KS. Nguyễn Văn Sinh Trung tâm Viễn thám
6. Th.S. Nghiêm Văn Tuấn Trung tâm Viễn thám
7. Th.S. Đỗ Thị Phơng Thảo Trờng Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội
và một số cán bộ kỹ thuật khác.

Bi tóm tắt

ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao ngày càng xuất hiện nhiều trên thị
trờng thế giới và ở Việt nam. u điểm của ảnh vệ tinh là có khả năng cung cấp thông
tin nhanh ở bất cứ nơi nào, lấp khoảng trống trong cung cấp thông tin địa hình bằng
ảnh hàng không, nhất là khi cần có thông tin đáp ứng nhu cầu khảo sát, đo đạc trong
một thời gian ngắn. ở Việt nam ảnh vệ tinh phân giải cao đã đợc sử dụng trong công
tác hiện chỉnh bản đồ tỷ lệ 1:25 000 và trong Tổng kiểm kê đất đai 2005 và một số dự
án khác. Hiện nay đang dự kiến sử dụng ảnh vệ tinh SPOT 5 để hiện chỉnh bản đồ địa
hình tỷ lệ 1:10 000, ảnh QUICK BIRD để làm bản đồ địa vật tỷ lệ 1:5000. Tuy nhiên
khả năng sử dụng chúng cho những mục đích cụ thể nào, sử dụng đến mức độ nào tỷ lệ
nào là một vấn đề cần khảo cứu. Đề tài nói trên đợc đặt ra với mục tiêu là :
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực nghiệm nhằm ứng dụng ảnh phân giải cao
(SPOT5 2,5 m, QUICK BIRD, IKONOS v.v ) cho bản đồ tỷ lệ lớn, cụ thể là hỗ trợ

thông tin trong hiện chỉnh và thành lập bản đồ, trong suy giải các yếu tố mặt đất phục
vụ thành lập một số loại bản đồ chuyên đề nh hiện trạng sử dụng đất, hiện chỉnh bản
đồ nền, biến động đất đô thị,v.v
- Đề xuất quy trình công nghệ và thử nghiệm ở một khu vực xác định.
Đề tài đã áp dụng phơng pháp nghiên cứu nh sau: Thu thập thông tin, tài liệu
hiện có tìm hiểu khả năng lý thuyết của ảnh phân giải cao và siêu cao cho mục đích
bản đồ. Nghiên cứu tìm hiểu đặc tính kỹ thuật của các loại ảnh vệ tinh phân giải cao
hiện nay. Thực nghiệm trên các ảnh phân giải cao và siêu cao hiện có ở Việt Nam nh
ảnh SPOT5, Qickbird, IKONOS nhằm khảo sát ảnh hởng của các yếu tố nh độ chính
xác điểm khống chế ảnh, số lợng điểm khỗng chế sử dụng trong mô hình và phân bố
đồ hình của chúng, mô hình nắn chỉnh hình học và mô hình số độ cao để đảm bảo cho
việc nắn ảnh đạt độ chính xác hình học cao. Nghiên cứu độ chính xác đạt đợc cho
việc thành lập bình đồ ảnh vệ tinh.
Khảo sát khả năng thông tin của ảnh, đáp ứng nhu cầu khai thác thông tin cho
nội dung bản đồ tỷ lệ lớn và công tác hiện cỉnh bản đồ nền tỷ lệ 1:10 000 và lớn hơn,
lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ đô thị.v.v
Trên cơ sở các nghiên cứu, đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quy trình công
nghệ nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh phân giải cao và quy trình hiện chỉnh bản đồ nền,
bản đồ sử dụng đất và bản đồ đô thị tỷ lệ 1:10000 và 1:5000.
Xác định một khu vực cụ thể và tiến hành thử nghiệm theo quy trình đề xuất.
Sản phẩm của đề tài gồm có:
1-Báo cáo nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh độ phân giải cao cho mục đích bản đồ tỉ lệ
lớn.
2-Quy trình công nghệ lập bản đồ chuyên đề tỉ lệ lớn bằng ảnh vệ tinh.
3- Sản phẩm thực nghiệm : Các bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề (ví dụ minh hoạ
công nghệ).
5- Báo cáo tổng kết đề tài


1

Mục lục

Danh mục hình vẽ 3
Danh mục bảng biểu 4
Mở đầu 5
Chơng 1: ảnh phân giải cao-siêu cao v Một số kết quả
nghiên cứu lý thuyết về tiềm năng ứng dụng của chúng
8
1.1 ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao 8
1.1.1 SPOT 5 8
1.1.2 QUICK BIRD 9
1.1.3 IKONOS 11
I.2 Bản đồ ảnh vệ tinh: 13
I.3 ứng dụng ảnh vệ tinh thành lập bản đồ chuyên đề: 14
I.4. Các phơng pháp đo vẽ ảnh thành lập bản đồ : 15
I.5. Khả năng lý thuyết để lập bản đồ của ảnh vệ tinh so sánh với ảnh hàng không 16
I.6. Mối quan hệ giữa tỷ lệ bản đồ thành lập và độ phân giải ảnh vệ tinh [2] 17
Chơng II: Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh viễn
thám độ phân giải cao.
21
II.1- Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh 21
II.1.1. Phơng pháp thành lập bình đồ ảnh vệ tinh: 21
II.1.2 Nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh và các phơng pháp nắn chỉnh : 22
II.1.2.1 Mô hình hàm đa thức 22
II.1.2.2. Mô hình vật lí để nắn ảnh SPOT : 23
II.1.2.3. Mô hình hàm hữu tỷ 24
II.1.3 Độ chính xác xác định khống chế ảnh: 24
II.1.4 Nghiên cứu ảnh hởng đồ hình bố trí khống chế ảnh: 25
II.1.4.1 Khảo sát đối với trờng hợp ảnh SPOT: 25
II.1.4.1.1 Trờng hợp cảnh ảnh vệ tinh đơn: 27

II.1.4.1.2 Thử nghiệm trên khối ảnh vệ tinh 31
II.1.4.2Khảo sát nắn ảnh QUICK BIRD 37
II.1.5 Nghiên cứu ảnh hởng của DEM: 38
II.1.6 Các giải pháp nâng cao độ chính xác nắn chỉnh hình học: 40
II.2 Nghiên cứu khả năng điều vẽ ảnh phân giải cao và các giải pháp nâng cao độ tin
cậy kết quả giải đoán cho bản đồ chuyên đề.
41
II.2.1- Khả năng thông tin của ảnh vệ tinh 41
II.2.1.1 ảnh SPOT Panchromatic phân giải 10 m 41
II.2.1.2 ảnh SPOT 5 màu tự nhiên phân giải 2,5 m 43
II.2.1.3 ảnh phân giải siêu cao: 44
II.2.2- Giải pháp kỹ thuật nâng cao độ tin cậy giải đoán ảnh vệ tinh: 46
Chơng III: Nghiên cứu quy trình thnh lập một số bản đồ
chuyên đề bằng ảnh vệ tinh , Thực nghiệm v đánh giá
49
III.1- Các bản đồ chuyên đề thử nghiệm: 49
III.2- Quy trình công nghệ đề xuất để xử lý ảnh vệ tinh phân giải cao để thành lập bản
đồ chuyên đề tỷ lệ lớn
50
III.2.1 Quy trình công nghệ thành lập bình đồ ảnh vệ tinh: 50
III.2.2 Hiện chỉnh bản đồ : 53

2
III.2.2.1 Tài liệu sử dụng. 55
III.2.2.2 Khối lợng công việc đã làm 56
III.2.2.3 Đánh giá về công việc điều vẽ 1/10000 56
III.2.3 Thực nghiệm thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 59
III.2.3.1 Sơ đồ qui trình công nghệ: 59
III.2.3.2 T liệu sử dụng: 60
III.2.3.3. Nội dung công việc đã tiến hành: 60

III.2.4 Thực nghiệm thành lập bản đồ diễn biến đất ven đô bằng ảnh QUICK
BIRD
65
III.2.4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sử dụng: 65
III.2.4.2 T liệu sử dụng: 66
III.2.4.3 Nội dung các bớc thực hiện: 66
III.2.5 Thực nghiệm thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất phục vụ xây dựng và
quy hoạch đô thị
69
III.2.5.1 Sơ đồ quy trình công nghệ lập bản đồ biến động đất đô thị (ven Hà
nội)
69
III.2.5.2 Kết quả thử nghiệm: 70
III.3 Đánh giá chung kết quả 75
III.4 Sản phẩm: 76
Kết luận 77
Ti liệu tham khảo 81
Phụ lục 82
Phụ lục 1: Một số mẫu ảnh vệ tinh QUICK BIRD 82
Phụ lục 2: Giải pháp xử lý nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh độ
phân giải cao ứng dụng cho bản đồ tỷ lệ lớn
87





3
Danh mục hình vẽ
Hình I- 1 : Vệ tinh Quickbird và ảnh vệ tinh Quickbird 9

Hình I- 2 : Vệ tinh IKONOS 11
Hình I- 3 : ảnh vệ tinh IKONOS khu Thành cổ Hà nội 12

Hình II- 1: Cảnh ảnh đơn vệ tinh SPOT 25
Hình II- 2: Dải ảnh vệ tinh SPOT 25
Hình II- 3 : Khối ảnh vệ tinh SPOT 26
Hình II- 4 : Đồ thị sai số đối với ảnh SPOT- Pan 2. 5 m 27
Hình II- 5 : Đồ thị sai số đối với cảnh ảnh 271308 29
Hình II- 6: Đồ thị sai số đối với cảnh ảnh 271307 29
Hình II- 7: Đồ thị sai số đối với dải ảnh 271308-271309 ở khu vực có địa hình bằng phẳng 30
Hình II- 8 : Đồ thị sai số đối với dải ảnh ở khu vực có chênh cao địa hình lớn 31
Hình II- 9: Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh theo phơng án 1 32
Hình II- 10 : Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh theo phơng án 2 32
Hình II- 11 : Đồ hình bố trí điểm KCA trên khối ảnh theo phơng án 3 33
Hình II- 12 : Đồ thị sai số trung phơng vị trí điểm đối với khối ảnh vệ tinh 33
Hình II- 13 : Đồ hình bố trí điểm treo 1 góc trên cảnh ảnh đơn đối với vùng có độ cao
trung bình 1m
35
Hình II- 14 : Đồ hình bố trí điểm treo 1 góc trên cảnh ảnh đơn đối với vùng có độ cao
trung bình 70m
35
Hình II- 15: Đồ hình bố trí điểm treo 1 góc trên dải ảnh gồm 2 ảnh đơn 36
Hình II- 16: sai số vị trí của các điểm khống chế mặt đất khi sử dụng 12 điểm KCA 37

Hình III- 1: Sơ đồ quy trình nắn ảnh vệ tinh 50
Hình III- 2 : Sơ đồ bố trí điểm khống chế ảnh vệ tinh theo cảnh ảnh đơn 51
Hình III- 3 : Sơ đồ bố trí điểm khống chế ảnh vệ tinh theo segment 52
Hình III- 4 : Sơ đồ quy trình công nghệ hiện chỉnh bản đồ nền tỷ lệ lớn bằng ảnh vệ tinh 54
Hình III- 5 : Sơ đồ qui trình công nghệ 59
Hình III- 6 : Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ đất ven đô bằng ảnh QUICK BIRD 65

Hình III- 7 : Bản đồ hiện trạng sử dụng đất ven đô 69
Hình III- 8: Sơ đồ quy trình công nghệ lập bản đồ biến động đất đô thị 69
Hình III- 9 : ảnh vệ tinh khu vực thực nghiệm 70
Hình III- 10 : Kết quả phân loại và xử lý sau phân loại đất đô thị từ ảnh vệ tinh 71
Hình III- 11 : Kết quả sau khi phân tích, tính toán biến động đất đô thị giai đoạn 2001-2005 72
Hình III- 12 : Biểu đồ biến động đô thị khu vực quận Cầu Giấy, Hà Nội giai đoạn 2001-2005 73







4
Danh mục bảng biểu
Bảng I- 1 : Danh mục các sản phẩm ảnh vệ tinh SPOT5 9
Bảng I- 2: Các đặc tính của vệ tinh Quickbird 10
Bảng I- 3 : Các đặc tính của vệ tinh IKONOS 12
Bảng I- 4: Độ lớn pixel thực địa và tỷ lệ bản đồ 18
Bảng I- 5 : Giá trị lý

thuyết và thực nghiệm của GSD (m) 19

Bảng II- 1 : Sai số vị trí điểm trung bình của từng trờng hợp 27
Bảng II- 2 : Sai số vị trí điểm trung phơng trung bình của các phơng án trong trờng
hợp ảnh có góc nghiêng lớn, địa hình bằng phẳng
28
Bảng II- 3 : Sai số vị trí điểm trung phơng trung bình của các phơng án trong trờng
hợp ảnh có góc nghiêng lớn, địa hình núi cao
29

Bảng II- 4 : Sai số vị trí điểm trung phơng trung bình của khối ảnh ở khu vực có địa
hình bằng phẳng
30
Bảng II- 5 : Sai số vị trí điểm trung phơng trung bình của khối ảnh trong trờng hợp
1 cảnh có địa hình bằng phẳng, 1 cảnh có địa hình núi cao
31

Bảng III- 1: Khả năng xác định các loại đất trên bình đồ ảnh vệ tinh Spot5 61
Bảng III- 2 : Bảng ma trận chéo sau khi tính biến động giữa hai thời kỳ 2001-2005 73


5
Mở đầu

ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao ngày càng xuất hiện nhiều trên thị trờng và
ở Việt nam. u điểm của ảnh vệ tinh là có khả năng lấp chỗ trống trong cung cấp thông
tin địa hình bất cứ nơi nào, thay vì phải đi tìm ảnh hàng không, nhất là khi cần có
thông tin đáp ứng nhu cầu khảo sát, đo đạc trong một thời gian ngắn.
Tuy nhiên khả năng sử dụng chúng cho những mục đích cụ thể nào, sử dụng đến
mức độ nào tỷ lệ nào là một vấn đề cần khảo cứu.
Đặt vấn đề nghiên cứu trên góc độ khả năng đáp ứng thông tin địa hình của ảnh vệ
tinh phân giải cao và siêu cao là trả lời câu hỏi:
+Độ chính xác nắn chỉnh hình học đáp ứng cho việc làm bản đồ tỷ lệ nào
là lớn nhất đối với một loại ảnh vệ tinh cụ thể
+Độ tin cậy kết quả điều vẽ trên ảnh vệ tinh đáp ứng cho tỷ lệ bản đồ nào
+ Các giải pháp nào có thể đợc áp dụng để nâng cao khả năng ứng dụng
của ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao.
Với mục đích nêu trên Trung tâm Viễn thám đề xuất và thực hiện đề tài có tên
gọi là: Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám độ phân giải
cao cho mục đích thành lập bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1: 10 000 và lớn hơn .

Thời gian thực hiện 12 tháng (từ tháng 6/2005 đến tháng 6/2006)
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Xuân Lâm
Học hàm, học vị, chuyên môn: Tiến sỹ
Chức vụ: Phó giám đốc Cơ quan: Trung tâm Viễn thám
Địa chỉ: 108 phố Chùa Láng - Đống Đa - Hà Nội Điện thoại: 8 343 811
Cơ quan chủ quản: Bộ Tài nguyên và Môi trờng
Cơ quan chủ trì: Trung tâm Viễn thám
Mục tiêu đề tài là:
- Xác định giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh phân giải cao (nh SPOT5 2,5 m,
IKONOS,v.v ) cho thành lập bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn, cụ thể nh trong hiện
chỉnh và thành lập bản đồ địa hình, lập bản đồ hiện trạng và bản đồ biến động sử
dụng đất, bản đồ xói mòn tiềm năng, v.v
- Đề xuất quy trình công nghệ thành lập một số loại bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn.
- Thử nghiệm các đề xuất kỹ thuật ở một số khu vực.


6
Nội dung nghiên cứu:
1. Khảo sát các biến dạng hình học của các ảnh vệ tinh phân giải cao nh ảnh
SPOT5, IKONOS, Qickbird, v.v
2. Khảo sát khả năng thông tin của ảnh phục vụ suy giải chuyên đề
3. Đo điểm khống chế ảnh bằng GPS, nghiên cứu phân bố và số lợng điểm
khống chế sử dụng trong mô hình để đạt độ chính xác hình học cao. Khảo sát
các phơng pháp mô hình hóa ảnh phân giải cao trên các phần mềm mô hình
hóa ảnh, lựa chọn giải pháp thích hợp.
4. Đề xuất quy trình xử lý ảnh và quy trình thành lập một số loại bản đồ chuyên
đề.
5. Xác định một số khu vực cụ thể và tiến hành thử nghiệm và hoàn thiện quy
trình đề xuất.

Phơng pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu tìm hiểu bản chất hình học và các đặc tính kỹ thuật của các loại
ảnh vệ tinh hiên nay. Thu thập, tận dụng các nguồn ảnh phân giải cao và siêu
cao hiện có ở Việt Nam. Khảo sát các biến dạng hình học của các ảnh vệ
tinh phân giải cao nh ảnh SPOT5, IKONOS, Qickbird. Nghiên cứu các
giải pháp kỹ thuật liên quan tới việc đo điểm khống chế ảnh bằng GPS (độ
chính xác đo đạc, phân bố điểm khống chế ảnh và số lợng điểm khống chế
sử dụng trong mô hình) để đảm bảo cho việc nắn ảnh đạt độ chính xác hình
học cao. Đo bổ sung các điểm khống chế ảnh bằng GPS khi cần thiết. Khảo
sát các phơng pháp mô hình hóa ảnh phân giải cao trên các phần mềm mô
hình hóa ảnh hiện có tại Trung tâm Viễn thám, lựa chọn phơng pháp thích
hợp. Nghiên cứu độ chính xác đạt đợc cho việc thành lập bình đồ ảnh vệ
tinh độ phân giải cao.
Khảo sát khả năng thông tin của ảnh, đáp ứng nhu cầu khai thác thông tin
cho nội dung bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn trong công tác địa chính, lập bản đồ
hiện trạng sử dụng đất v.v
Nghiên cứu các phơng pháp khai thác thông tin từ ảnh vệ tinh để thành lập
bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn.
Trên cơ sở các nghiên cứu, đề xuất quy trình thành lập bản đồ chuyên đề tỷ
lệ lớn.

7
Xác định một khu vực cụ thể và tiến hành thử nghiệm và hoàn thiện quy
trình đề xuất.
Kết quả dự kiến:
1- Báo cáo kết quả nghiên cứu về các giải pháp xử lý nắn ảnh vệ tinh phân giải cao và
đánh giá khả năng thông tin của ảnh vệ tinh độ phân giải cao cho mục đích bản đồ tỉ lệ
lớn.
2- Quy trình công nghệ thành lập bản đồ chuyên đề tỉ lệ lớn bằng ảnh vệ tinh.
3- Một số bản đồ địa hình và bản đồ hiện trạng đất (ví dụ minh hoạ công nghệ).

4- Báo cáo tổng kết đề tài
Báo cáo tổng kết đề tài gồm các phần chính sau đây:
Mở đầu
Chơng 1: ảnh phân giải cao-siêu cao và nhu cầu sử dụng trong việc lập các bản đồ
chuyên đề tỷ lệ lớn
Chơng II: Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám độ phân giải cao.
Chơng III: Nghiên cứu khả năng khai thác thông tin từ ảnh phân giải cao và các
giải pháp nâng cao độ tin cậy kết quả giải đoán cho bản đồ chuyên đề.
Chơng IV: Thực nghiệm thành lập một số bản đồ chuyên đề bằng ảnh vệ tinh và
đánh giá
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

8
Chơng 1: ảnh phân giải cao-siêu cao v Một số kết quả
nghiên cứu lý thuyết về tiềm năng ứng dụng của chúng

1.1 ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao
1.1.1 SPOT 5
Họ vệ tinh SPOT bắt đầu hoạt động trên quỹ đạo từ 1986 và do Trung tâm
Nghiên cứu Không gian (Centre National d'Etudes Spatiales - CNES) của Pháp vận
hành. Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo là 98,7
o

thời điểm bay qua xích đạo là 10h30 sáng và chu kỳ lặp 26 ngày. Khả năng chụp
nghiêng của SPOT cho phép tạo cặp ảnh lập thể từ hai ảnh chụp vào hai thời điểm với
góc chụp nghiêng khác nhau.
Vệ tinh SPOT - 5, phóng lên quỹ đạo ngày 03 tháng 5 năm 2002, đợc trang bị
một cặp Sensors HRG (High Resolution Geometric), là loại Sensor u việt hơn các loại
trớc đó. Mỗi một Sensor HRG có thể thu đợc ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và
10 m mầu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt đuợc ảnh độ phân giải 2,5 m,
trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60 km đến 80 km.
Đây chính là u điểm của ảnh SPOT, điều mà các loại ảnh vệ tinh khác cùng
thời đều không đạt đợc độ phân giải này. Kỹ thuật thu ảnh HRG (High Resolution
Geometric) cho phép định vị ảnh với độ chính xác trên 50 m nhờ hệ thống định vị vệ
tinh DORIS và Star Tracker lắp đặt trên vệ tinh. Trên vệ tinh SPOT - 5 còn lắp thêm hai
máy chụp ảnh nữa.
Máy thứ nhất HRS (High Resolution Stereoscopic) - Máy chụp ảnh lập thể lực
phân giải cao. Máy này chụp ảnh lập thể dọc theo đờng bay với độ phủ 120x600 km.
Nhờ ảnh lập thể độ phủ rộng này mà tạo lập mô hình số độ cao (DEM) với độ chính
xác trên 10m mà không cần tới điểm không chế mặt đất.
Máy chụp ảnh thứ hai mang tên VEGETATION, giống nh VEGETATION lắp

trên vệ tinh SPOT4 hàng ngày chụp ảnh mặt đất trên một dải rộng 2250 km với kích
thớc phần tử ảnh (pixel) 1x1 km trong 4 kênh phổ. ảnh VEGETATION đợc sử dụng
rất hữu hiệu cho mục đích theo dõi biến động địa cầu và đo vẽ bản đồ hiện trạng đất.
ảnh SPOT đợc sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực sử dụng đất, hiện trạng đất,
đo vẽ bản đồ và theo dõi biến động môi trờng nh mất rừng, xói mòn, phát triển đô thị
v.v ảnh SPOT5 có độ phân giải cao, đặc biệt ảnh độ phân giải 2,5 m mở ra triển vọng
của nhiều ứng dụng mà trớc đây chỉ có thể thực hiện với ảnh chụp từ máy bay nh

9
thành lập bản đồ tỷ lệ lớn, quy hoạch đô thị, quản lý điều hành sân bay, bến cảng, quản
lý hiểm họa và thiên tai.
Dới đây là bảng danh sách các loại ảnh vệ tinh SPOT 5 cung cấp :
Bảng I- 1 : Danh mục các sản phẩm ảnh vệ tinh SPOT5






1.1.2 QUICK BIRD
Vệ tinh Quickbird đã đợc phóng vào tháng 10 năm 2001 ở California. Vệ tinh
đợc định vị ở độ cao quĩ đạo là 450 km với góc nghiêng quĩ đạo là 97,2
o
, đồng bộ
mặt trời.

Hình I- 1 : Vệ tinh Quickbird và ảnh vệ tinh Quickbird

Vệ tinh QuickBird của Công ty Digital Globe cung cấp dải quét rộng nhất, khả
năng lu trữ trong lớn nhất và độ phân giải cao nhất trong tất cả các loại vệ tinh thơng
mại hiện hành. Vệ tinh QuickBird có khả năng thu nhận trên 75 triệu km
2
dữ liệu ảnh
mỗi năm (lớn hơn 3 lần diện tích vùng Bắc Mỹ), cho phép Công ty Digital Globe có thể
chụp và cập nhật các dữ liệu lu trữ của Công ty với tốc độ cao cha từng có trớc đây.
Vệ tinh Quickbird đã và đang nhanh chóng trở thành sự lựa chọn tốt nhất cho việc sử
dụng ảnh vệ tinh phân giải cao cho mục đích thành lập bản đồ. Sẽ mô tả các quá trình
đó nh sau :

10
- Hiệu chỉnh dữ liệu Quickbird khác với các phơng pháp hiệu chỉnh hình học
khác.
- Xử lí dữ liệu Quickbird panchromatic và dữ liệu đa phổ.
- Tạo mô hình số DEM từ việc sử dụng dữ liệu Quickbird lập thể.
Bảng I- 2: Các đặc tính của vệ tinh Quickbird

Từ khi phóng thành công vệ tinh Quickbird Digital Globe và có thể thu nhận
đợc dữ liệu, ảnh Quickbird nhanh chóng đợc đa ra và sử dụng một cách phổ thông
và rộng rãi để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn bằng dữ liệu vệ tinh phân giải cao.
Lần đầu tiên vệ tinh cho ra ảnh toàn sắc panchromatic và ảnh đa phổ
Multispectral với độ phân giải 61 - 72 cm và 2.44 - 2.88 m, phụ thuộc vào hình ảnh
Các đặc điểm của vệ tinh quickbird

Ngày phóng 18 tháng 10 năm 2001
Thiết bị phóng Boeing Delta II
Địa điểm phóng Vandenberg Air Force Base, Caliornia
Độ cao quỹ đạo 450 km
Góc nghiêng quỹ đạo 97.2 độ, đồng bộ mặt trời
Tốc độ 7.1 km/giây
Thời gian cắt qua xích đạo 10h 30 sáng (điểm đi xuống)
Thời gian hoàn thành một quỹ đạo 93.5 phút
Thời gian lặp lại một vị trí
1 - 3.5 ngày phụ thuộc vĩ độ (30
0
tính từ điểm
thiên đế)
Độ rộng dải quét 16.5 km x 16.5 km tại điểm thiên đế
Độ chính xác tính theo hệ mét 23 m mặt phẳng (theo tiêu chuẩn CE90)
Dữ liệu số 11 bits
Độ phân giải
ảnh đen trắng: 61 cm (tại điểm thiên đế) đến
72 cm (25
0
tính từ điểm thiên đế).
ảnh đa phổ: 2.44 m đến 2.88 m tơng ứng
Các băng ảnh Đen trắng (pan): 450 - 900 nm
Lam (blue): 450 - 520 nm
Lục (green): 520 - 600 nm
Đỏ (red): 630 - 690 nm
Cận hồng ngoại ( NIR): 760 - 900 nm

11
nadir thu nhận đợc với góc (0 - 25 độ). Bởi thế các đầu thu (sensor) có thể phủ trùm

độ rộng từ 16,5 - 19 km trong khi quét vuông góc với hớng chuyển động của vệ tinh
(across - track direction). Thêm vào đó theo hớng dọc (along - track) và hớng ngang
(across - track) có thể cung cấp một cặp ảnh lập thể với tần suất chụp lặp từ 1 - 3.5
ngày. Kết quả, dữ liệu có thể có nhiều khuôn dạng khác nhau, giữ liệu thô (Basic
Imagery), loại này đợc bảo toàn thông số hình học của vệ tinh, loại dữ liệu này đợc
quan tâm hơn trong trắc địa ảnh, cụ thể là tăng dày, đo vẽ và thành lập bản đồ. Sử dụng
loại dữ liệu thô này cho kết quả độ chính xác hiệu chỉnh hình học cao và sản phẩm về
ảnh phổ tốt hơn nhiều.

1.1.3 IKONOS









Hình I- 2 : Vệ tinh IKONOS

Vệ tinh viễn thám IKONOS đợc phóng lên quỹ đạo ngày 24 tháng 9 năm 1999
và do Space Imaging LLC của Mỹ quản lý, điều hành. Vệ tinh IKONOS là loại vệ tinh
phân giải cao, nó cho ảnh vệ tinh đa phổ với độ phân giải 3,2 m và ảnh toàn sắc với độ
phân giải 0,82 m. Đây là thế hệ vệ tinh thơng mại đầu tiên cung cấp ảnh chụp mặt đất
độ phân giải siêu cao 1 m. Các kênh đa phổ có độ phân giải mặt đất là 4 m, gồm kênh:
xanh chàm (0,45 - 0,52 m), xanh lục (0,51 - 0,60 m), đỏ (0,63 - 0,70 m), cận hồng
ngoại (0,76 - 0,85 m). Kênh toàn sắc (0,45 - 0,90 m) có độ phân giải 1 m.
Một cảnh ảnh IKONOS chuẩn có kích thớc 11x11km. Vệ tinh có thể chụp một
dải rộng 11 km và dài 1000 km liên tục hoặc chụp và tạo ảnh ghép thành khối rộng tới

12.000 km
2
.



12
Bảng I- 3 : Các đặc tính của vệ tinh IKONOS
Ngày phóng 24/9/1999 California, USA
Quỹ đạo 98,1
o
, đồng bộ mặt trời
Tốc độ quĩ đạo 7,5 km/giây
Tốc độ so với trái đất 6,8 km/giây
Thời gian chụp hết một chu kì 24 giờ
Thời gian đi hết một vòng quanh Trái đất 98 phút
Độ cao bay 681 km
Độ phân giải Nadir :
0,82 m Panchromantic
3,2 m Multispectral
26
o
off Nadir
1,0 m Panchromantic
4,0 m Multispectral
Độ rộng dải quét ảnh 11,3 km ở kiểu quét Nadir
13,8 km ở kiểu quét off - Nadir
Thời gian bay qua mặt phẳng xích đạo Bình thờng khoảng 10h30
Thời gian chụp lặp Xấp xỉ 3 ngày tại 40
o

kinh tuyến
Kênh ảnh Panchromatic (toàn sắc),xanh lam,
xanh lá cây, đỏ, cận hồng ngoại

Với ảnh viễn thám IKONOS, có thể làm đợc nhiều việc mà trớc đây chỉ có
thể thực hiện với ảnh chụp từ máy bay. Các ứng dụng ảnh IKONOS tập trung chủ yếu
vào nhiệm vụ quy hoạch và theo dõi các đề án lớn, quản lý sân bay, bến cảng, quản lý
và theo dõi thảm họa, tai biến thiên nhiên, quản lý rừng và theo dõi môi trờng, lập bản
đồ vùng bờ, nghiên cứu thực vật nhiệt đới, v.v







Hình I- 3 : ảnh vệ tinh IKONOS khu Thành cổ Hà nội




13
I.2 Bản đồ ảnh vệ tinh:
Bản đồ ảnh vệ tinh là một loại sản phẩm sử dụng ảnh vệ tinh làm nền ảnh, trên đó
có thể kết hợp một số thông tin khác (thông tin kinh tế-xã hội, ký hiệu bản đồ, đờng
bình độ vv ) đợc lấy từ bản đồ hiện có, cơ sở dữ liệu hoặc kết quả suy giải ảnh vệ
tinh nền.
Nền ảnh của bản đồ ảnh vệ tinh là trích ảnh từ một cảnh ảnh vệ tinh hoặc đợc
ghép ảnh từ các cảnh ảnh vệ tinh khác nhau trong một khung có tọa độ của bản đồ
truyền thống.

Dữ liệu ảnh của bản đồ ảnh là kết quả xử lý chất lợng hình ảnh, loại trừ các
nhiễu của quá trình chụp ảnh gây ra, đồng thời tăng cờng chất lợng chung của hình
ảnh hoặc tuỳ theo chuyên đề đối tợng suy giải nh áp dụng các phơng pháp dãn ảnh
tuyến tính, tăng độ tơng phản cục bộ, tăng cờng đờng gờ, tổng hợp màu, phân
lớp Cũng giống nh một tờ bản đồ bản đồ ảnh có một số ghi chú về thông tin ngoài
khung hỗ trợ cho việc sử dụng chúng, các thông tin đó là :
a, Các thông tin ngoài khung
: bao gồm Hệ tọa độ sử dụng và quy chiếu trắc địa; Tên
mảnh, số hiệu mảnh; Tỷ lệ dới dạng số và thớc tỷ lệ; Bảng chắp mảnh bản đồ; Bản
quyền và cơ quan sản xuất; Các ảnh vệ tinh sử dụng; Một số thông số của ảnh vệ tinh;
Thông tin về mức xử lý của hình ảnh
b, Các thông tin chồng ghép
: Đó là các thông tin suy giải ảnh hoặc thông tin bổ trợ
giúp cho việc sử dụng bản đồ ảnh: Địa danh ; Bình độ hoặc điểm độ cao; Địa giới hành
chính; Đờng giao thông, hệ thuỷ văn
* Bản đồ ảnh vệ tinh có thể chia ra:
- Bản đồ ảnh vệ tinh địa hình
- Bản đồ ảnh vệ tinh chuyên đề
2 - Về công dụng:

Bản đồ thông thờng cho ta biết các thông tin về vị trí, bản chất, mối quan hệ
giữa các đối tợng cần quan tâm .
Bản đồ ảnh địa hình cha suy giải chỉ cho ta biết về vị trí của đối tợng mà cha
thể cho ta biết về bản chất và mối quan hệ giữa các đối tợng. Nếu dùng bản đồ ảnh
chuyên đề và bản đồ đờng nét truyền thống sau khi đã suy giải thì sẽ cho ta biết đợc
tất cả các thông tin đó.
3- Về sản phẩm bản đồ ảnh:

Tuỳ thuộc vào quy trình công nghệ, bản đồ ảnh đợc sử dụng dới dạng số hoặc
dạng giấy ảnh, hoặc cả hai dạng. Bản đồ ảnh đợc sản xuất dới dạng số với các khuôn

14
dạng khác nhau. Các khuôn dạng xuất ảnh số phải bảo đảm có cả toạ độ đi kèm, các
khuôn dạng đó là TIFF, GEOTIF , v.v Bản đồ ảnh dạng số có thể sử dụng trực tiếp
để suy giải trong các hệ thống xử lý ảnh số. Thông thờng trong sản xuất , ngời ta
xuất bản đồ ảnh dới dạng giấy ảnh.
Để đảm bảo đọc đợc hình ảnh bằng mắt thờng, độ phân giải của bản đồ ảnh
phải đạt đợc ít nhất là 5 pixels/mm. Khi cần có hình ảnh nét, chất lợng cao nên in
bình đồ ảnh với độ phân giải 8 pixels/mm.
* Tóm lại:
Về hình thức bản đồ ảnh vệ tinh giống nh bản đồ truyền thống về khía cạnh
hình học và các thông tin cơ bản nh lới tọa độ
Về nội dung có thể chia ra:
- Bản đồ ảnh vệ tinh địa hình: trên đó số liệu ảnh cha đợc suy giải, các yếu tố có
thể thêm vào là địa danh, đờng giao thông hoặc điểm độ cao và kèm theo mô tả
trong chú giải.
- Bản đồ ảnh vệ tinh chuyên đề: trên đó ảnh đã đợc suy giải theo chuyên đề đối
tợng nào đó và đợc mô tả trong phần chú giải. Trên loại bản đồ ảnh chuyên đề có
thể thêm một số thông tin về độ cao và mặt phẳng để tiện lợi cho sử dụng.
Bình đồ ảnh vệ tinh là sản phẩm ảnh đã đợc nắn chỉnh nhng cha có đầy đủ
các yêu tố kinh tế xã hội nh một bản đồ ảnh hoàn chỉnh. Bình đồ ảnh vệ tinh sử dụng
để thành lập và hiện chỉnh bản đồ nền hoặc để khai thác thông tin, điều vẽ các yếu tố
nội dung bản đồ chuyên đề.

I.3 ứng dụng ảnh vệ tinh thành lập bản đồ chuyên đề:
Hiện nay có thể sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập và hiện chỉnh bản đồ địa hình
để cung cấp thông tin nền cho CSDL điạ lý; thành lập bản đồ chuyên đề về hiện trạng
sử dụng đất; thành lập bản đồ phục vụ quy hoạch đô thị.
Hiện chỉnh bản đồ nền là khối việc đợc áp dụng nhiều nhất ở Việt Nam và có
xu hớng tăng tỷ lệ bản đồ hiện chỉnh lên 1/10 000 và lớn hơn. Đã có nhiều công trình

đợc sản xuất bằng phơng pháp viễn thám. Đã có quy định kỹ thuật quy trình công
nghệ và các định mức kinh tế kỹ thuật h
ớng dẫn hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh
tỷ lệ đến 1:50 000; 1:25 000. Tuy nhiên cha có nghiên cứu nào khẳng định khả năng
kỹ thuật hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh tỷ lệ đến 1:10 000 và lớn hơn.
Thể loại bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã đợc ứng dụng nhiều chỉ sau bản đồ
địa hình. Tuy nhiên cha có quy trình dùng riêng cho phơng pháp viễn thám. Trong

15
đợt Tổng kiểm kê đất 2005 Trung tâm Viễn thám đã ứng dụng ảnh viễn thám SPOT 5
2,5m sản xuất 1300 bình đồ trực ảnh tỷ lệ 1:10000 cho 1300 xã. Các bình đồ trực ảnh
này là tài liệu hỗ trợ trong công tác kiểm kê đất đai năm 2005. Tuy nhiên một quy trình
kỹ thuật chặt chẽ cha đợc thiết lập.
Thể loại bản đồ về đô thị là sản phẩm mới. Các loại bản đồ này thông thờng
đợc làm bằng ảnh hàng không. Hiện nay các ảnh phân giải siêu cao nh IKONOS,
QUICK BIRD có độ phân giải rất cao tơng đơng ảnh hàng không, có thể giúp suy
giải nhiều đối tợng trên mặt đất. Tuy nhiên, đặc điểm kiến trúc đô thị với sự bùng nổ
phát triển nhanh , kiến trúc các nhà cao tầng và mức độ dày đặc các chi tiết địa vật
v.v ảnh hởng nhiều đến khả năng khai ứng dụng của ảnh vệ tinh trong lĩnh vực này.
Dù sao các loại ảnh này vẫn thể hiện một tiềm năng ứng dụng cho việc thành lập nền
bình đồ trực ảnh khu vực đô thị ở tỷ lệ 1:10 000 và 1:5000. Với nền ảnh này có thể lập
một số bản đồ khu vực đô thị.
Trong thực tế còn nhiều thể loại bản đồ chuyên đề khác sử dụng ảnh vệ tinh.
Tuy nhiên tất cảc các loại bản đồ này đều đợc biên tập và thành lập trên cơ sở bình đồ
ảnh vệ tinh đã đợc nắn chỉnh và xử lý hình học
Trong cả 3 loại bản đồ nêu trên, các thử nghiệm sẽ đợc tiến hành với nhiều loại địa
hình khác nhau.


I.4. Các phơng pháp đo vẽ ảnh thành lập bản đồ :

Trong phơng pháp đo vẽ ảnh hàng không thông thờng áp dụng 2 phơng pháp
chính để thành lập bản đồ địa hình. Một là phơng pháp toàn năng và phơng pháp
khác là phơng pháp kết hợp.
Theo phơng pháp toàn năng, ảnh hàng không ở tỷ lệ gốc đợc xử lý trên các
máy đo vẽ toàn năng hoặc các máy đo vẽ ảnh số, tỷ lệ bản đồ thành lập thông thờng
lớn hơn tỷ lệ ảnh từ 3-5 lần (cá biệt có thể khai thác thông tin địa vật tới tỷ lệ đo vẽ lớn
hơn đến 10 lần) là đảm bảo độ chính xác đo vẽ địa hình dáng đất. Quá trình đo vẽ địa
vật cũng đợc thực hiện trực tiếp trên máy đo vẽ.
Theo phơng pháp kết hợp, ảnh hàng không đ
ợc xử lý nắn chỉnh hình học về
hệ quy chiếu bản đồ và in thành bình đồ ảnh trên giấy ở tỷ lệ bản đồ thành lập. Các
thông tin địa hình và địa vật đợc đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa bằng các máy toàn đạc.
Do hiện nay việc đo vẽ dáng đất từ ảnh vệ tinh ít đợc sử dụng. Khai thác thông
tin từ ảnh vệ tinh chủ yếu là các thông tin địa vật, nên ảnh vệ tinh chủ yếu đợc khai
thác thông qua phơng pháp tơng tự nh phơng pháp kết hợp. Theo phơng pháp này

16
quá trình đo vẽ thực địa trên nền bình đồ ảnh đợc hạn chế bằng việc chỉ điều vẽ ảnh
vệ tinh. Nội dung của công việc điều vẽ này bao gồm từ khâu điều vẽ nội nghiệp tới
khâu khảo sát ngoại nghiệp để kiểm tra độ tin cậy kết quả đã điều vẽ trong nội nghiệp,
điều vẽ bổ sung các yếu tố không nhận biết đợc trong phòng hoặc đo vẽ bù các đối
tợng mới xuất hiện sau thời điểm chụp ảnh và thu thập các yếu tố kinh tế xã hội. Việc
hoàn thiện bản vẽ trên bình đồ ảnh sẽ đợc tiếp tục thực hiện trong nội nghiệp.
Tiềm năng của ảnh vệ tinh phân giải cao để thành lập bản đồ đợc thể hiện trên
hai mặt: độ chính xác hình học của địa vật trên ảnh vệ tinh và khả năng suy giải đợc
đối tợng địa vật.
Dới đây là một số khảo sát lý thuyết về khả năng sử dụng ảnh vệ tinh phân giải
cao và siêu cao để thành lập bản đồ nói chung dới góc độ đo vẽ ảnh hàng không theo
2 phơng pháp nêu trên. Các khảo sát này đợc tiến hành đầu tiên đối với ảnh kỹ thuật
số so với ảnh hàng không trên phim và mở rộng sang với ảnh vệ tinh mà bản chất là

ảnh kỹ thuật số với các đặc điểm quỹ đạo của mình. Đối với ảnh số và ảnh vệ tinh cũng
sẽ khảo sát toàn bộ khả năng thông tin để đo vẽ nói chung và khả năng thành lập các
bình đồ ảnh nói riêng để thực hiện đo vẽ theo phơng pháp kết hợp.
I.5. Khả năng lý thuyết để lập bản đồ của ảnh vệ tinh so sánh với ảnh hàng không
Độ phân giải không gian của ảnh :

Độ phân giải đợc định nghĩa nh khả năng phân biệt hai đối tợng ở liền nhau
trong cùng một bức ảnh. Độ phân giải không gian: là phạm vi trờng nhìn tức thời
(IFOV) của hệ thống đầu thu hay dẫn xuất của nó là kích thớc pixel.
Trong các ứng dụng của ảnh viễn thám, độ phân giải không gian đóng một vai
trò quan trọng. Hiện nay đã có nhiều loại ảnh vệ tinh phân giải cao nh SPOT 5 với độ
phân giải 5m và 2,5m; ảnh IKONOS 1m ; ảnh QUICK BIRD 62cm phân giải mặt đất.
Trong công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh vệ tinh hiện nay độ phân
giải ảnh đóng vai trò đặc biệt đối với độ chính xác của bản đồ, là yếu tố quyết định đến
tỷ lệ bản đồ cần thành lập.
Độ lớn pixel thực địa và độ phân giải của ảnh vệ tinh

Đến nay ảnh vệ tinh phân giải cao với độ lớn pixel đạt tới 2,5 m nh ảnh SPOT5
và dới 1m nh ảnh IKONOS, Quickbird, Obview đã đợc đa vào và ứng dụng trong
thực tế sản xuất trên thế giới. Trên các tài liệu đã có nhiều tác giả nghiên cứu về mối
quan hệ giữa độ phân giải của ảnh vệ tinh với khả năng lập bản đồ của chúng [2].

17
ảnh hàng không vẫn sử dụng trong đo vẽ bản đồ là ảnh đợc chụp trên nền
phim thông qua xử l
í hoá ảnh. Trong đo ảnh hàng không, khái niệm độ phân giải của
ảnh đợc biểu diễn bằng số cặp đờng nét trắng đen phân biệt đợc trên đơn vị độ dài
1mm. ảnh hàng không có độ phân giải trung bình là 40 đờng nét/1mm, nghĩa là một
vật nhỏ nhất có thể ghi đợc trên ảnh với độ lớn tơng ứng là 1mm/40 = 0,025 mm có
thể nhận biết đợc trên ảnh. Điều này cũng cho thấy độ chính xác của ảnh hàng không

là rất cao với độ chi tiết nh thế. ảnh hàng không tơng tự nh vậy đợc xử lý bằng
phơng pháp đo vẽ toàn năng. Trong đo vẽ ảnh số, ảnh hàng không trên phim phải
thông qua một quá trình quét phim trên các máy quét độ chính xác cao để chuyển
thành dạng số mới đa vào máy tính để xử lý đợc.
Đối với ảnh hàng không số, khả năng nhận biết và giải đoán ảnh để tạo file địa
vật và khả năng bắt điểm độ cao để tạo file địa hình đợc mô tả bằng l
í thuyết lấy lại
mẫu ảnh. Quá trình từ phát hiện đến nhận biết điểm đòi hỏi vật phải có độ lớn tối thiểu
tơng ứng trên ảnh bằng 2 đến 3 pixel. Đây là điều kiện ngỡng và chính là độ phân
giải của ảnh. ảnh có độ phân giải là 1m có nghĩa là độ lớn pixel thực địa GSD (Ground
sampling distance - độ lớn tối thiểu của vật ở thực địa có thể đợc ghi trên CCD là 1m)
và khả năng phát hiện và nhận biết vật trên ảnh đòi hỏi vật đó phải có độ lớn từ 2 đến 3
lân pixel. Nếu thiết bị quét ảnh có đờng kính cửa mở ống quang học là d và trục
quang trùng với phơng dây dọi, với bớc sóng ánh sàng trong dải quang phổ toàn
sắc panchomatic, góc tán xạ ánh sáng (đơn vị mi-li-ra-đi-an) tơng ứng với độ lớn tối
thiểu của địa vật ngoài thực địa (độ lớn pixel thực địa = GSD) nhìn từ độ cao H, đợc
ghi nhận trên con chip CCD của bộ cảm biến, sẽ có mối liên hệ sau:
GSD (m) = .H = (1,22 /d) . H (1)
Theo số liệu của nhà cung cấp dịch vụ
f d

H GSD
IKONOS 10 m 0,70 m 600 nm 680 km 0,71 m
Quickbird 8,78 m 0,6 m 600 nm 450 km 0,55 m

I.6. Mối quan hệ giữa tỷ lệ bản đồ thành lập và độ phân giải ảnh vệ tinh [2]

Mối liên hệ giữa dung lợng thông tin của ảnh và bản đồ :
Giữa dung lợng thông tin trên bản đồ và dung lợng thông tin trên ảnh có mối
quan hệ chặt chễ. Đặc biệt là khi thành lập bản đồ bằng phơng pháp ảnh thì mức độ

18
thông tin trên bản đồ phụ thuộc trực tiếp vào mức độ thông tin của ảnh. Với ảnh số mối
liên hệ này thể hiện thông qua độ lớn pixel thực địa (GSD) của ảnh và tỷ lệ bản đồ
1 : M
b
. Giá trị GSD càng nhỏ thì dung luợng thông tin trên ảnh càng lớn, cho nên dung
lợng thông tin trên bản đồ càng phong phú.
Trong ảnh số nói chung và đo ảnh vệ tinh nói riêng :
- Mỗi đờng quét ảnh ở mỗi thời điểm khác nhau, có tâm chiếu khác nhau và
góc xoay nghiêng cũng khác nhau, một cảnh ảnh bao gồm nhiều đờng quét.
- Hai thiết bị quét ảnh số mặc dù có cùng độ lớn pixel thực địa GSD (độ lớn
tối thiểu của vật ở thực địa có thể ghi trên CCD), nhng độ lớn pixel trên ảnh sẽ khác
nhau và tỷ lệ sẽ khác nhau.
Phụ thuộc vào khả năng phân biệt của mắt ngời và độ chính xác khi in bản đồ,
vật có kích thớc nhỏ nhất đợc thể hiện trên bản đồ có độ lớn không nhỏ hơn 0.2mm.
Để vật trên ảnh có thể dợc giải đoán đòi hỏi vật đó phải có độ lớn tối thiểu trên ảnh là
2 đến 3 pixel. Do vậy, độ lớn pixel của vật đó trên bản đồ sẽ là 0.2mm/(2 đến 3) =
(0.07 đến 0.1)mm.
Rõ ràng, giữa dung lợng thông tin ảnh số và bản đồ có mối liên hệ thông qua
độ lớn pixel thực địa GSD và mẫu số tỷ lệ bản đồ M
b
nh sau [3]:
GSD (m) = (0.07 đến 0.1) M
b
(2)
Trên cơ sở công thức (2), ứng với từng tỷ lệ bản đồ chúng ta sẽ xác định đợc độ
lớn pixel thực địa tơng ứng ghi ở bảng :
Bảng I- 4: Độ lớn pixel thực địa và tỷ lệ bản đồ
Tỷ lệ bản đồ

1 : M
b

Độ lớn pixel thực địa
GSD (m)
1 : 5 000
1 : 10 000
1 : 25 000
1 : 50 000
1 : 100 000
0.35 0.5
0.70 1.00
1.75 2.50
3.5 5.00
7.00 10.00
Từ công thức (1) và (2) chúng ta có mối liên hệ hàm số giữa mẫu số tỷ lệ bản đồ
và các tham số , d, H nghĩa là M
b
= F(,d,H) có dạng sau :
M
b
=
)1.007.0(
22.1


d
H
(3)
Qua công thức (3) chúng ta nhận thấy tỷ lệ bản đồ cần thành lập từ ảnh vệ tinh

phân giải cao không phụ thuộc vào độ dài tiêu cự f của thiết bị quét ảnh quang điện
(trong công thức (3) không thấy sự xuất hiện của f mà chỉ phụ thuộc vào độ mở ống

19
kính d và độ cao quĩ đạo H. Nghĩa là không tồn tại mối quan hệ giữa tỷ lệ ảnh M
a
và tỷ
lệ bản đồ M
b
nh trong ảnh hàng không.
Độ lớn pixel thực địa GSD là một thông số quan trong để đánh giá chất lợng và
dung lợng thông tin của ảnh vệ tinh độ phân giải cao và đợc coi là giá trị lí
thuyết.
Trong thực tế chúng ta có thể kiểm nghiệm giá trị này thông qua phân tích mặt cắt giá
trị độ mờ quang học của ảnh tại các vùng có giá trị đột biến dựa vào hàm biến đổi MTF
( Modulation transfer function). Bảng (3) giới thiệu giá trị lí
thuyết và và giá trị thực tế
kiểm nghiệm độ lớn pixel thực địa của một số ảnh vệ tinh độ phân giải cao và tỷ số
biến đổi k.
Bảng I- 5 : Giá trị lý
thuyết và thực nghiệm của GSD (m)
ảnh vệ tinh GSD 1 (m) GSD t (m)
k =
1

GSD
tGSD

IKONOS Mỹ
SPOT-5 HRS Pháp

1.0
5.0
1.0
5.0
1.0
1.0
Từ bảng I-5 chúng ta nhận thấy : ảnh IKONOS và ảnh SPOT-5 có giá trị lí
thuyết và thực nghiệm nh nhau. Chúng ta có thể xác lập đợc sự tơng ứng của ảnh
vệ tinh với ảnh hàng không photo ở tỷ lệ 1 : Ma và khả năng thành lập bản đồ ở tỷ lệ
thích hợp 1 : Mb
Cụ thể về mặt địa hình, ảnh IKONOS Pan và ảnh Quickird pan với độ phân giải
0.82 m và 0.61 m có dung lợng thông tin tơng đơng với ảnh hàng không ở tỷ lệ
1 : 35000 và 1 :25000. Nh vậy với ảnh vệ tinh SPOT 5 cho phép thành lập bản đồ địa
hình 1 : 25000 còn ảnh IKONOS và Quickbird cho phép thành lập bản đồ địa hình
1 :10 000 và 1 :7000 tơng ứng.
Về mặt địa vật, khi thành lập bản đồ trực ảnh, nếu chấp nhận bản đồ trực ảnh có
độ phân giải 8 pixel/1mm thì ảnh SPOT5 cho phép thành lập bình đồ trực ảnh 1:
20000, ảnh IKONOS và Quickbird cho phép thành lập bình đồ trực ảnh 1: 8000 và 1:
5000 tơng ứng.
Bởi vì : độ phân giải SPOT5 = 2,5m = (1mm/8) x 20.000
độ phân giải IKONOS = 1 m = (1mm/8) x 8.000
độ phân giải Quickbird = 0,62 m

(1mm/8) x 5.000
Nếu bình đồ trực ảnh đợc lập với độ phân giải 5 pixel/mm thì ảnh SPOT 5 cho
phép thành lập bình đồ trực ảnh 1: 12500 , ảnh IKONOS và Quickbird cho pháp thành
lập bình đồ trực ảnh 1: 5000 và 1: 3000.
Bởi vì : độ phân giải SPOT5 = 2,5m = (1mm/5) x 12.500
độ phân giải IKONOS = 1 m = (1mm/5) x 5.000
độ phân giải Quickbird = 0,62 m

(1mm/5) x 3.000

20
Đây chính là một số nội dung về tiềm năng bản đồ của ảnh vệ tinh phân giải cao
ở tỷ lệ thích hợp dựa vào độ lớn pixel thực địa của ảnh. Một công đoạn cực kì cần thiết
trớc khi sử dụng ảnh vệ tinh phân giải cao vào sản xuất là cần thiết tiến hành khảo sát
thực tiễn. Công đoạn này không chỉ khảng định sự đúng đắn của cơ sở lí thuyết mà
còn chứng minh trình độ áp dụng công nghệ của cơ sở sản xuất và hiệu quả kinh tế
trong ứng dụng.
Kết luận kết quả nghiên cứu Chơng I:
- ảnh vệ tinh phân giải cao đợc thu nhận bằng các máy thu(sensor) có chất
lơng hình học và quang học tốt. Các kết quả nghiên cứu đã công bố cho thấy xét từ
góc độ so sánh khả năng thông tin với ảnh hàng không, tiềm năng của ảnh SPOT cho
phép thành lập bản đồ tỷ lệ 1:20 000; ảnh IKONOS cho phép thành lập bản đồ tỷ lệ
1:8000 và QUICK BIRD cho phép thành lập bản đồ tỷ lệ 1:5000.
- Hiện nay công nghệ khai thác ảnh vệ tinh sử dụng rộng rãi sản phẩm bình đồ
ảnh (hay còn gọi là trực ảnh vệ tinh. Sản phẩm bình đồ ảnh có thể đợc in ra giấy ảnh
để sử dụng điều vẽ nội ngoại nghiệp trực tiếp, hoặc sử dụng ở dạng số để làm nền ảnh
hiện chỉnh bản đồ hoặc giải đoán trên máy tính. Về mặt lý thuyết, ảnh SPOT cho phép
thành lập bình đồ ảnh tỷ lệ 1:12500; ảnh IKONOS cho phép thành lập bình đồ ảnh tỷ lệ
1:5000 và QUICK BIRD cho phép thành lập bình đồ ảnh tỷ lệ 1:3000
- Tuy nhiên trong thực tiễn sản xuất bình đồ ảnh SPOT đợc sản xuất ở tỷ lệ
1:10000, IKONOS, QUICK BIRD đợc sản xuất ở tỷ lệ 1:5000 in trên giấy ảnh. Đối
với các sản phẩm ảnh số, các loại bình đồ ảnh này đợc khai thác thông tin trên máy
tính trực tiếp không phụ thuộc vào tỷ lệ, chỉ phụ thuộc độ phóng đại màn hình và khả
năng nhận biết các đối tợng. Trong các thực nghiệm ở chơng IV sẽ trình bày rõ hơn
các ứng dụng thực tiễn của các laọi bình đồ ảnh phân giải cao và siêu cao.