cơ sở GIS và Viễn Thám

HỌC PHẦN CƠ SỞ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐẠI HỌC ĐH3QS
Nội dung gồm 4 chương:
Phần I: CƠ SỞ VIỄN THÁM
Chương 1: Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật viễn thám
Chương 2: Ảnh vệ tinh quang học và xử lý ảnh vệ tinh quang học
Phần II: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
Chương 3: Khái niệm cơ bản về GIS
Chương 4: Nhập và phân tích dữ liệu trong GIS
Phân bổ thời gian: theo ĐCCT
Tài liệu học tập:
- Sách, giáo trình chính:
Giáo trình “ Cơ sở GIS và viễn thám”, trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
- Tài liệu tham khảo:
+ Nguyễn Ngọc Thạch, 1997: Viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên và môi trường,
nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
+ Phạm Vọng Thành, 2009. Viễn Thám (dùng cho ngành quản lý đất đai) trường ĐH
nông nghiệp I Hà Nội.
+ Dương Đăng Khôi, Giáo trình hệ thống thông tin địa lý, trường Đại học Tài nguyên
và Môi trường Hà Nội, 2012.
+ GS.TS Nguyễn Trường Xuân, Cơ sở hệ thống thông tin địa lý, đại học Mỏ - Địa chất.
+ Cục Bản đồ Bộ Tổng Tham Mưu, Hệ thống thông tin địa lý.
+ PGS.TS Phạm Vọng Thành , Hệ thống thông tin địa lý, đại học Mỏ - Địa chất.
+ Lê Bảo Tuấn, Hệ thống thông tin địa lý, đại học Huế, Đại học khoa học.
1
Phần I. CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIỄN THÁM
1.1 KHÁI NIỆM VÀ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA VIỄN THÁM
1.1.1 Khái niệm về viễn thám
Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu đời. Sự phát triển của
khoa học viễn thám bắt đầu từ mục đích quân sự khi nghiên cứu các ảnh chụp sử dụng
phim và giấy ảnh từ khinh khí cầu, máy bay. Ngày nay, cùng sự phát triển của khoa học

kỹ thuật, viễn thám được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau như quân sự,
địa chất, địa lý, môi trường, khí tượng, thủy văn, nông nghiệp, lâm nghiệp,
Theo nghĩa rộng, viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu việc đo đạc, thu thập
thông tin về một đối tượng, sự vật bằng cách sử dụng thiết bị đo tác động một cách gián
tiếp với đối tượng nghiên cứu. Từ những ảnh chụp phim ban đầu thu nhận từ khinh khí
cầu, máy bay, …hiện nay, nguồn dữ liệu chính trong viễn thám là ảnh số thu nhận từ các
hệ thống vệ tinh quan sát Trái đất. Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng
xét cho cùng tất cả các định nghĩa đều có một đặc điểm chung, nhấn mạnh “viễn thám là
khoa học nghiên cứu các thực thể, hiện tượng trên trái đất từ xa mà không cần tác
động trực tiếp vào nó”. Một số định nghĩa tiêu biểu về viễn thám của các nhà khoa học
khác nhau như:
1. Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một sự vật không cần phải chạm
vào vật đó (Ficher and others, 1976);
2. Viễn thám là quan sát về một đối tượng bằng một phương tiện cách xa vật trên một
khoảng cách nhất định (Barrer and Curtis, 1976);
3. Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ một khoảng
cách xa vật không cần tiếp xục với nó. Năng lượng được đo trong các hệ viễn thám hiện
nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm (Landgrete, 1978);
4. Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về mặt đất và mặt nước của Trái đất bằng
việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu chụp ảnh sử dụng bức xạ phổ điện từ, đơn kênh
hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ từ bề mặt Trái đất (Janes Capbell, 1996);
5. Viễn thám là khoa học và nghệ thuật thu nhân thông tin về một vật thể, một vùng, hoặc
một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu được bởi những phương tiện không tiếp xúc với
vật, vùng hoặc hiện tượng khi khảo sát (Likkesand and Kiefer, 1986);
Nguồn tài nguyên chủ yếu sử dụng trong viễn thám là sóng điện từ hoặc được phản
xạ, hoặc bức xạ từ vật thể. Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ
vật thể được gọi là bộ cảm biến (sensor). Bộ cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị điện
từ sang giá trị số để thu được ảnh số (digital number). Phương tiện dùng để mang các bộ
cảm được gọi là vật mang. Hiện nay, vật mang rất đa dạng, có thể là khinh khí cầu, máy
bay, vệ tinh, tàu vũ trụ,

1.1.2 Lịch sử hình thành và xu hướng phát triển
Một số tài liệu nghiên cứu cho rằng, lịch sử phát triển của viễn thám có thể tính từ
thế ký thứ 4 trước công nguyên khi Aristote sáng tạo ra camera – obscura (obscura -
dark). Mặc dù những thành tựu đáng kể trong lý thuyết quang học đã đạt được từ thế kỷ
17 cũng như thấu kính quang học đã xuất hiện sớm hơn, bước phát triển thực sự đầu tiên
của khoa học viễn thám là vào giữa thế kỷ 19. Vào năm 1839, Louis Daguerre đã đưa ra
báo cáo công trình nghiên cứu về hóa ảnh photo, khởi đầu cho ngành chụp ảnh. Bức ảnh
2
đầu tiên chụp bề mặt trái đất từ khinh khí cầu được thực hiện vào năm 1858 bởi nhà nhiếp
ảnh người Pháp Gaspard Tournachon. Ông đã sử dụng khinh khí cầu ở độ cao 80 m để
chụp ảnh vùng Bievre nước Pháp. Từ sự việc này, năm 1858 được coi là năm khai sinh
của kỹ thuật viễn thám. Năm 1860, James Black đã chụp ảnh vùng Boston, Mỹ cũng từ
khinh khí cầu. Năm 1863, Mackwell đã tìm ra các định luật về sóng điện từ, kết quả này
là cơ sở vật lý cơ bản của lý thuyết viễn thám.
Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 - 1918) đánh dấu giai đoạn khởi đầu của công
nghệ chụp ảnh từ máy bay phục vụ mục đích quân sự. Công nghệ chụp ảnh từ máy bay đã
kéo theo sự ra đời của rất nhiều thiết kế về các loại máy chụp ảnh, là cơ sở hình thành một
ngành khoa học mới: đo đạc ảnh (photogrammetry). Năm 1929 ở Liên Xô cũ đã thành lập
Viện nghiên cứu ảnh hàng không Leningrad, viện đã sử dụng ảnh hàng không để nghiên
cứu địa mạo, thực vật, thổ nhưỡng.
Trong thời gian chiến tranh thế giới thứ 2 đã chứng kiến những bước nhảy thực sự
trong kỹ thuật viễn thám. Ngành khoa học đo đạc ảnh đã phát triển lên tầm cao mới: tạo
ra các dụng cụ cảm biến bước sóng hồng ngoại, các hệ thống radar, Trong thời gian này
đã chứng kiến những cuộc thử nghiệm nghiên cứu các tính chất phản xạ phổ của bề mặt
địa hình và chế thử các lớp cảm quang cho chụp ảnh màu hồng ngoại. Dựa trên kỹ thuật
này, một kỹ thuật do thám hàng không đã ra đời. Trong vùng sóng dài của sóng điện từ,
các hệ thống siêu cao tần (RADAR) đã được thiết kế và sử dụng để theo dõi và phát hiện
những vật thể chuyển động, nghiên cứu tầng ion. Vào những năm 50 của thế kỷ 20 người
ta tập trung nghiên cứu nhiều vào việc phát triển các hệ thống radar tạo ảnh có cửa mở thực
(RAR), đồng thời hệ thống radar có cửa mở tổng hợp (Syntheric Aparture Radar - SAR)

cũng được xúc tiến nghiên cứu. Vào năm 1956, tại Mỹ đã tiến hành thử nghiệm khả năng
dủng ảnh hàng không trong việc phân loại và phát hiện kiểu thực vật. Đến những năm 1960,
các cuộc thử nghiệm về ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và đa phổ đã được tiến hành.
Năm 1972, một mốc quan trọng trong lịch sử phát triển viễn thám được đánh dấu
với việc Mỹ đã phóng thành công lên quỹ đạo vệ tinh nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên
LANDSAT. Sự kiện này mang đến khả năng thu nhận thông tin có tính chất toàn cầu về
môi trường xung quanh. Cho đến hiện nay, đã có 8 vệ tinh trong chương trình LANDSAT
được thực hiện, trong đó có 7 vệ tinh được phóng thành công lên quỹ đạo. Hiện nay, vệ
tinh LANDSAT 8 sau khi phóng thành công lên quỹ đạo đầu năm 2013 đang hoạt động
tốt và cung cấp một kho dữ liệu lớn trong nghiên cứu tài nguyên Trái đất.
Trong những năm 60, 70 thế kỉ 20, tàu Apollo đã chụp Trái đất dưới dạng ảnh nổi
và đa phổ, cho ra các thông tin hữu ích trong nghiên cứu mặt đất. Ngành hàng không vũ
trụ Liên Xô (cũ) và Nga ngày nay đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu Trái đất từ
vũ trụ. Các nghiên cứu đã được thực hiện trên các tàu vũ trụ có người như Soynz, Meteor,
Cosmos hoặc trên các trạm Salyut. Sản phẩm thu được là các ảnh chụp trên các thiết bị
quét đa phổ độ phân giải cao, như MSU - E (trên Meteor - priroda). Các bức ảnh chụp từ
vệ tinh Cosmos có 5 kênh phổ khác nhau, với kích thước 18 x 18 cm. Ngoài ra các ảnh
chụp từ các thiết bị chụp KATE - 140, MKF - 6M trên trạm quỹ đạo Salyut cho ra 6 kênh
ảnh thuộc dải phổ từ 0.4 µm đến 0.89 µm. Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20m.
Kỹ thuật viễn thám đã được đưa vào sử dụng ở Việt Nam từ năm 1976 để điều tra
quy hoạch rừng. Mốc quan trọng để đánh dấu sự phát triển của kỹ thuật viễn thám ở Việt
Nam là sự hợp tác nhiều bên trong khuôn khổ của chương trình vũ trụ quốc tế (Inter
3
Cosmos) nhân chuyến bay vũ trụ kết hợp Liên Xô – Việt Nam tháng 07 năm 1980. Kết
quả nghiên cứu các công trình khoa học này được trình bày trong hội nghị khoa học về kỹ
thuật vũ trụ năm 1982 nhân tổng kết các thành tựu khoa học của chuyến bay vũ trụ năm
1980, trong đó một phần quan trọng là kết quả sử dụng ảnh đa phổ MKF - 6M vào mục
đích thành lập một loạt bản đồ chuyên đề như địa chất, đất, sử dụng đất, tài nguyên nước,
thủy văn, rừng, Cột mốc quan trọng nhất đánh dấu sự phát triển của kỹ thuật viễn thám ở
Việt Nam là sự kiện vệ tinh viễn thám VNREDSat 1 (Vietnam Natural Resources,

Environment and Disaster - monitoring Satellite - 1A) được phóng thành công lên quỹ
đạo vào 07/05/2013 tại sân bay vũ trụ Kourou (Pháp). Hiện nay, VNREDSat 1 bắt đầu
cung cấp dữ liệu ảnh phục vụ nhu cầu quốc phòng, an ninh cũng như nghiên cứu, giám sát
tài nguyên môi trường ở nước ta.
Từ những năm 1990 nhiều ngành đã đưa kỹ thuật viễn thám vào ứng dụng trong thực
tiễn như các ngành khí tượng, đo đạc và bản đồ, địa chất khoáng sản, quản lý tài nguyên
rừng và đã thu được những kết quả rõ rệt. Kỹ thuật viễn thám kết hợp với hệ thống thông
tin địa lí GIS đã được ứng dụng để thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu khoa học và nhiều
dự án có liên quan đến điều tra khảo sát điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên,
giám sát môi trường, giảm thiểu tới mức thấp nhất thiên tai ở một số vùng. Hiện nay, viễn
thám ở nước ta đã chuyển dần từ công nghệ tương tự (analog) sang công nghệ số kết hợp
với GIS giúp xử lý nhiều loại ảnh đạt yêu cầu cao về độ chính xác với quy mô sản xuất
công nghiệp.
1.1.3 Phân loại viễn thám
Sự phân biêt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố sau:
- Hình dạng quỹ đạo của vệ tinh.
- Độ cao bay của vệ tinh
- Loại nguồn phát và thu nhận tín hiệu.
- Dải phổ của các thiết bị thu .
Bài giảng này giới thiệu ba phương thức phân loại viễn thám sau:
Phân loại theo nguồn năng lượng được sử dụng (loại nguồn phát và tín hiệu thu
nhận), kỹ thuật viễn thám bao gồm:
- Viễn thám bị động: sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng do vật thể bức
xạ (ở điều kiện nhiệt độ thường, các vật thể tự phát ra bức xạ hồng ngoại).
- Viễn thám chủ động: thiết bị thu nhận phát ra nguồn năng lượng tới vật thể rồi
thu nhận tín hiệu phản xạ lại.

Hình1.1: Viễn thám bị động và chủ động
b. Phân loại theo vùng bước sóng sử dụng (theo dải phổ của các thiết bị thu): ứng
với vùng bước sóng sử dụng , viễn thám có thể được phân thành 3 loại cơ bản:

4
- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ: nguồn năng lượng sử
dụng là bức xạ mặt trời, ảnh viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng lượng vùng
ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất. Ảnh thu
được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh quang học.
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật
thể sản sinh ra. Ảnh thu được bởi kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh nhiệt.
- Viễn thám siêu cao tần: trong viễn thám siêu cao tần hai kỹ thuật chủ động và bị
động đều được áp dụng. Viễn thám bị động thu lại sóng vô tuyến cao tần với bước sóng
lớn hơn 1mm mà được bức xạ tự nhiên hoặc phản xạ từ một số đối tượng. Vì có bước
sóng dài nên năng lượng thu nhận được của kỹ thuật viễn thám siêu cao tần bị động thấp hơn
viễn thám trong dải sóng nhìn thấy. Đối với viễn thám siêu cao tần chủ động (Radar), vệ tinh
cung cấp năng lượng riêng và phát trực tiếp đến các vật thể, rồi thu lại năng lượng do sóng
phản xạ lại từ các vật thể. Cường độ năng lượng phản xạ được đo lường để phân biệt giữa các
đối tượng với nhau. Ảnh thu được từ kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh Radar.
Hình 1.2: Các bước sóng sử dụng trong viễn thám
c. Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: có hai nhóm chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh
và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) (hình 1.3).
Căn cứ vào đặc điểm quỹ đạo vệ tinh, có thể chia ra hai nhóm vệ tinh là:
+ Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái đất,
nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên.
+ Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc hoặc
gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất. Tốc độ quay của vệ tinh khác với
tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng
lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian lặp lại là cố định đối với một vệ
tinh (ví dụ LANDSAT là 18 ngày, SPOT là 23 ngày )
Trên hai nhóm vệ tinh nói trên đều có thể áp dụng nhiều phương pháp thu nhận thông
tin khác nhau tùy theo sự thiết kế của nơi chế tạo.
5

Hình

1.3.

Vệ

tinh

địa

tĩnh

(trái)

và

Vệ

tinh

quỹ

đạo

gần

cực

(phải)

1.1.4 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám
a. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám
Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám là thu nhận năng lượng phản hồi của
sóng điện từ chiếu tới vật thể, thông qua bộ cảm biến (sensor) giá trị phản xạ phổ này sẽ
được chuyển về giá trị số.
Bộ cảm biến là các thiết bị tạo ra ảnh về sự phân bố năng lượng phản xạ hay phát
xạ của các vật thể từ mặt đất theo những phần nhất định của quang phổ điện từ. Bộ cảm
biến chỉ thu nhận năng lượng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bước
sóng xác định. Năng lượng sóng điện từ sau khi tới được bộ cảm biến sẽ chuyển thành tín
hiệu số (chuyển đổi tín hiệu điện thành một số nguyên hữu hạn – giá trị pixel) tương ứng
với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ
đã xác định. Nguyên lý thu nhận ảnh viễn thám được mô tả như hình 1.4 dưới đây.
Hình 1.4 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
6
Sóng điện từ dùng trong viễn thám tuân theo các định luật bức xạ điện từ (định luật
Plank, định luật Wien, Stefan – Bontzmann, …) và hệ phương trình Maxwell. Năng lượng
phổ dưới dạng sóng điện từ, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp
phần phân loại vật thể một cách chính xác hơn.
b. Các thành phần chính của một hệ thống viễn thám
Một hệ thống viễn thám thường bao gồm 7 phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau.
Trình tự hoạt động của các thành phần trong hệ thống viễn thám được mô tả trong hình sau:
Hình 1.5 Các thành phần trong hệ thống viễn thám
Nguồn năng lượng (A): thành phần đầu tiên của hệ thống viễn thám là nguồn năng
lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng cần nghiên cứu. Trong
viễn thám chủ động sử dụng năng lượng phát ra từ nguồn phát đặt trên vật mang, còn
trong viễn thám bị động, nguồn năng lượng chủ yếu là bức xạ mặt trời.
Những tia phát xạ và khí quyển (B): bức xạ điện từ từ nguồn phát tới đối tượng
nghiên cứu sẽ phải tương tác qua lại với khí quyển nơi nó đi qua.
Sự tương tác với đối tượng (C): sau khi truyền qua khí quyển đến đối tượng, năng
lượng sẽ tương tác với đối tượng tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng và sóng điện từ.

Sự tương tác này có thể là sự truyền qua, sự hấp thụ hay bị phản xạ trở lại khí quyển.
Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm biến (D): 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 của đối tượng.
Sự truyền tải, thu nhận và xử lý (E): năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần
được truyền tải (thường dưới dạng điện từ) đến một trạm thu nhận dữ liệu để xử lý sang
dạng ảnh. Ảnh này là dữ liệu thô.
Phân loại và phân tích ảnh (F): ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng trong các
mục đích khác nhau. Để nhận biết được các đối tượng trên ảnh cần phải giải đoán chúng.
Ảnh được phân loại bằng việc kết hợp các phương pháp khác nhau (phân loại bằng mắt,
phân loại thực địa, phân loại tự động, ).
Ứng dụng (G): đây là thành phần cuối cùng của hệ thống viễn thám, được thực hiện
khi ứng dụng thông tin thu nhận được trong qúa trình xử lý ảnh vào các lĩnh vực, bài toán
cụ thể.
1.1.5 Các ứng dụng của viễn thám
7
Với những ưu điểm nổi bật so với các phương pháp nghiên cứu truyền thống, lĩnh
vực ứng dụng của viễn thám rất đa dạng. Hiện nay, kỹ thuật viễn thám đã được ứng dụng
rộng rãi trong nông nghiệp, lâm nghiệp, nghiên cứu biển, hải đảo, trong địa chất, môi
trường, … và thu được những thành tựu to lớn. Trong nông – lâm nghiệp, kỹ thuật viễn
thám được ứng dụng nhằm xác định các loài thực vật, dự báo mùa vụ và đánh giá khả
năng sinh trưởng của cây trồng, kiểm kê rừng, đánh giá mật độ lớp phủ, dự báo và phát
hiện cháy rừng, …Trong địa chất, kỹ thuật viễn thám đã được sử dụng rộng rãi nhằm phát
hiện và lập bản đồ phân bố các loại khoáng sản, lập bản đồ cấu trúc các lớp địa chất, địa
mạo, nghiên cứu dự báo động đất, núi lửa, …Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu biển
và tài nguyên nước là một trong những lĩnh vực đạt được những kết quả quan trọng nhất.
Kỹ thuật viễn thám đã được sử dụng để nghiên cứu biến động đường bờ, nghiên cứu quần
thể động – thực vật biển, theo dõi các dòng chảy và độ đục/trong của nước, …
Ở nước ta, kỹ thuật viễn thám bắt đầu được sử dụng từ những thập kỷ cuối của thế
kỷ XX, ban đầu nhằm thành lập và hiệu chỉnh bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề các tỉ lệ.

Ngày nay, tư liệu ảnh vệ tinh đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất, giám sát tài nguyên nước, tài nguyên rừng, dự báo năng suất lúa, …
Lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Cho đến nay, ảnh vệ tinh đã được nhiều cơ
quan ở nước ta sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất phủ trùm các vùng
lãnh thổ khác nhau, từ khu vực nhỏ đến tỉnh, vùng và toàn quốc. Bản đồ hiện trạng sử
dụng đất của các vùng như Tây Nguyên, đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng sông
Hồng,… được thành lập trong khuôn khổ các chương trình điều tra tổng hợp, đều đã sử
dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính. Những bản đồ này được thành lập trong
những năm 1989, 1990 và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và điều tra cơ bản thực
hiện. Bản đồ được thành lập chủ yếu ở tỉ lệ 1: 250 000.
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1990 tỉ lệ 1: 1 000 000 được thành
lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong đó ảnh vệ tinh LANDSAT - TM. Bản đồ này do Tổng
cục Quản lý ruộng đất (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), cùng một số các cơ
quan khác thực hiện. Bên cạnh đó, năm 1993 Tổng cục Quản lý đất đai, Cục Đo đạc và
Bản đồ Nhà nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường), Trung tâm Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ Quốc gia, Viện Điều tra Quy hoạch rừng, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông
nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) đã thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng
đất toàn quốc tỉ lệ 1: 250 000 bằng ảnh LANDSAT - TM.
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn của một số địa
phương cũng được thành lập bằng ảnh vệ tinh. Những bản đồ này thường được thành lập
ở các tỉ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) đến 1: 25 000 (khu vực cụ thể) và do các Viện thuộc
Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Quy hoạch và Thiết kế nông
nghiệp, Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường và một số Trường Đại
học thực hiện trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu và các dự án. Năm 2000, một số Sở
Tài nguyên và Môi trường đã tiến hành thử nghiệm thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng
đất bằng ảnh vệ tinh. Trung tâm Viễn thám, Bộ Tài nguyên Môi trường đã thành lập bình
đồ ảnh vũ trụ tỷ lệ 1: 10 000 phục vụ kiểm kê đất đai của 13 tỉnh trong đợt kiểm kê đất
năm 2005.
Từ 1979 ảnh vệ tinh được bắt đầu sử dụng trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng
rừng và trở thành một công cụ quan trọng trong điều tra quy hoạch và thiết kế kinh doanh

8
rừng. Ảnh vệ tinh LANDSAT TM được sử dụng rất nhiều trong xây dựng các bản đồ
rừng cấp vùng và toàn quốc (1985 -1990). trong Chương trình “Điều tra, đánh giá và theo
dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc, giai đoạn 1991-1995”, nghiên cứu biến động
rừng ngập mặn trong 20 năm ở Minh Hải, dự án Mê Công “Theo dõi, đánh giá biến động
lớp phủ rừng” (Forest Cover Monitoring). Ảnh vệ tinh LANDSAT ETM+ được sử dụng
trong Chương trình “Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc,
giai đoạn 2001 - 2005” để lập bản đồ rừng và sử dụng đất cho 64 tỉnh, thành phố hoàn
toàn bằng công nghệ xử lý ảnh số. Ảnh vệ tinh SPOT được sử dụng trong các Chương
trình “Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc, giai đoạn 1996-
2000” để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất cấp tỉnh tỷ lệ 1:100.000, dự án
phục hồi rừng ngập mặn Cà Mau, dự án “Phát triển hệ thống thông tin rừng nhiệt đới –
Information System Development Project for Tropical Forests”. Ảnh vệ tinh độ phân giải
cao Quickbird được sử dụng trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất tỷ
lệ 1:10000 cho 2 lâm trường M’drac và Nam Nung (2004 - 2005), các xã vùng đệm thuộc
dự án Bảo vệ và Phát triển những vùng đất ngập nước ven biển miền Nam Việt Nam do
WB tài trợ (2005).
Đối với nông nghiệp. Ứng dụng công nghệ viễn thám chủ yếu được triển khai
trong các công trình nghiên cứu đơn lẻ hay môt số các dự án do nước ngoài tài trợ. Trong
khuôn khổ các dự án “Quy hoạch nguồn nước lưu vực Srepok” và “Phát triển bền vững
đất nông nghiệp Tây Nguyên” Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp đã phối hợp với
một số cơ quan, tổ chức trong và ngoài nước lập bản đồ sử dụng đất trên cơ sở giải đoán
bằng mắt ảnh vệ tinh LANDSAT MSS, TM và SPOT. Viện đã sử dụng kết hợp các phần
mềm xử lý ảnh viễn thám và GIS xây dựng bản đồ lớp phủ một số xã thí điểm tỉnh Bắc
Kạn từ ảnh SPOT. Một dự án thử nghiệm “Hệ thống thông tin cây trồng Việt Nam” đã
thực hiện ở huyện Đại Từ, Thái Nguyên với mục tiêu cung cấp nhanh chóng, xác thực số
liệu về qui mô diện tích cây trồng (trọng tâm là cây chè) từ tư liệu viễn thám, so sánh số
liệu thu thập từ nguồn này với thống kê và đề xuất một số giải pháp phát triển vùng sản
xuất chè. Dự án đã góp phần chứng minh khả năng lớn của công nghệ viễn thám và GIS
trong đáp ứng kịp thời nhu cầu giám sát diễn biến diện tích cây trồng nông nghiệp và dự

báo những vùng có thay đổi lớn ở cấp quốc gia, đồng thời tạo cơ sở khoa học tin cậy cho
những quyết định về quy hoạch nông nghiệp nông thôn và những quyết sách về chuyển
đổi cơ cấu nông nghiệp và phát triển nông sản hàng hóa. Bộ Nông nghiệp và Phát triển
Nông thôn đã giao cho viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp chủ trì dự án “ Điều tra
hiện trạng sản xuất một số cây công nghiệp lâu năm toàn quốc (chè, cà phê, cao su, hồ
tiêu và điều) ”. Ảnh viễn thám SPOT 5 với độ phân giải 10m đa phổ và 2,5m toàn sắc
được sử dụng trong điều tra diện tích các loại cây công nghiệp lâu năm trọng điểm.
Nghiên cứu biến động sử dụng đất. Nghiên cứu biến động sử dụng đất là một
trong những lĩnh vực quan trọng và khó khăn trong điều tra, giám sát môi trường, trong
đó ảnh vệ tinh đã được sử dụng như một công cụ hữu hiệu. Nhiều cơ quan nghiên cứu
khoa học, điều tra cơ bản, giáo dục ở nước ta đã quan tâm đến ứng dụng công nghệ viễn
thám để thực hiện nhiệm vụ này như Viện Địa lý, Địa chất, Vật lý, Nghiên cứu biển thuộc
Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Trung tâm Viễn thám, Liên đoàn Bản
đồ Địa chất thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường , đã tiến hành nhiều thử nghiệm dưới dạng
các đề tài nghiên cứu, các dự án và đã thu được những kết quả ban đầu quan trọng.
9
Trong chương trình của Cục Bảo vệ Môi trường, Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài
nguyên và Môi trường và một số cơ quan khác đã sử dụng ảnh vệ tinh đa thời gian để
khảo sát biến động của bờ biển, lòng sông, biến động rừng ngập mặn, diễn biến rừng, biến
động lớp phủ mặt đất và sử dụng đất (ở một số vùng). thành lập các bản đồ rừng ngập
mặn tỉ lệ 1: 100 000 phủ trùm toàn dải ven biển và tỉ lệ lớn hơn cho từng vùng, bản đồ đất
ngập nước toàn quốc tỉ lệ 1: 250.000.
Sử dụng ảnh radar theo dõi lúa. Cho đến nay ở Việt Nam đã có một số nghiên
cứu ứng dụng tư liệu viễn thám quang học như ảnh NOAA/AVHRR hoặc
SPOT/Vegetation cho việc theo dõi sự tăng trưởng mùa màng, nói chung, và mùa vụ lúa
nói riêng. Tuy nhiên độ phân giải không gian của chúng (1 km) không cho phép theo dõi
từng thửa ruộng. Các tư liệu viễn thám quang học khác như LANDSAT và SPOT có thể
sử dụng cho mục đích này, nhưng phần lớn thời gian gieo trồng lúa ở vùng nhiệt đới là
mùa mưa, nhiều mây. Vì vậy không hoặc ít khi có được ảnh quang học có chất lượng tốt.
Để khắc phục hạn chế này, các tư liệu viễn thám radar được sử dụng vì ảnh radar cho

phép quan sát bề mặt trái đất độc lập với điều kiện thời tiết và sự chiếu sáng của mặt trời,
thích hợp cho việc giám sát sự tăng trưởng cây lúa, lập bản đồ và dự báo năng suất mùa vụ.
Tại Việt Nam, thông qua một dự án hợp tác giữa viện nghiên cứu lúa IRRI, Cơ
quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và Đại học Cần Thơ đã chọn một khu vực tại Đồng Bằng
Sông Cửu Long làm thử nghiệm theo dõi lúa (1998). Trong khuôn khổ chương trình công
nghệ thông tin IT 2000, Trung tâm liên ngành viễn thám và GIS thực hiện dự án nghiên
cứu “Sử dụng tư liệu Radasat trong theo dõi lúa ở đồng bằng sông Cửu Long”. Có thể nói
từ năm 2000 trở về trước, các nghiên cứu ở Việt Nam dừng ở mức lập bản đồ các vùng
trồng lúa từ ảnh radar. Sau này, vấn đề theo dõi sinh trưởng và dự báo năng suất lúa bằng
các tư liệu radar được thực hiện ở một số tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long (Sóc
Trăng, An Giang). Trong đó tập trung chủ yếu vào nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám
SAR đa thời gian để tìm hiểu mối quan hệ của chúng với chu kỳ sinh trưởng của cây lúa.
Trong khuôn khổ dự án thử nghiệm sử dụng ảnh ENVISAT ASAR theo dõi và dự báo lúa
ở Bắc Bộ Việt Nam (2005), Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp phối hợp với
SARMAP đã tiến hành khảo sát trên 100 điểm ở Thái Bình. Nhìn chung, kết quả sử dụng
tư liệu ảnh radar ở nước ta, nhất là trong nông nghiệp còn rất khiêm tốn do công nghệ xử
lý khá mới mẻ và phức tạp, đặc điểm manh mún, xen kẽ trong phương thức canh tác.
Nhưng về lâu dài, nó rất phù hợp với Việt Nam bởi cho phép quan sát bề mặt trái đất độc
lập với điều kiện thời tiết và sự chiếu sáng của mặt trời.
Việc ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát tài nguyên và môi trường ở nước
ta trong thời gian qua tuy đã thu được một số kết quả song còn ít, tản mạn và trên thực tế
chưa đáp ứng được nhu cầu. Các ứng dụng công nghệ viễn thám chủ yếu mới tập trung
vào lĩnh vực hiện chỉnh bản đồ địa hình, thành lập một số bản đồ chuyên đề, bước đầu đề
cập đến ứng dụng công nghệ viễn thám phục vụ quản lý đất đai và một số khía cạnh của
môi trường. Thực tế đó đòi hỏi phải đẩy mạnh ứng dụng rộng rãi công nghệ viễn thám
phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường. Để đạt được nhiệm vụ
trên việc đầu tư công nghệ mới nhằm xây dựng đồng bộ hệ thống thu nhận, xử lý dữ liệu
và áp dụng tư liệu ảnh vũ trụ là yêu cầu cần thiết với nước ta hiện nay.
10
1.2 BỘ CẢM BIẾN VÀ VỆ TINH VIỄN THÁM

1.2.1. Khái niệm, phân loại bộ cảm
a. Khái niệm, nhiệm vụ của bộ cảm
Khái niệm: Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
được gọi là bộ cảm biến (Sensor).
Nhiệm vụ:
Bộ cảm biến bao gồm các tế bào quang điện thực hiện nhiệm vụ thu nhận năng
lượng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể theo từng bước sóng xác định. Sau đó,
năng lượng sóng điện từ được bộ cảm biến chuyển thành tín hiệu điện. Tiếp theo, tín hiệu
điện liên tục này được chuyển thành tín hiệu số (chuyển đổi tín hiệu điện thành một số
nguyên hữu hạn gọi là giá trị số của pixel) tương ứng với năng lượng sóng điện từ nhận
được ban đầu.
b. Phân loại
Bộ cảm biến có thể được phân loại dựa theo dải sóng thu nhận, chức năng hoạt động
hoặc theo kết cấu…
Các bộ cảm bị động thu nhận các bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát xạ, còn các bộ
cảm chủ động lại thu được năng lượng do vật thể phản xạ từ một nguồn cung cấp nhân
tạo. Mỗi loại bộ cảm thuộc các nhóm trên còn chia thành các hệ thống quét và không
quét. Sau đó chúng lại tiếp tục được chia thành loại tạo ảnh và không tạo ảnh. Loại bộ
cảm sử dụng nhiều trong viễn thám hiện nay là các loại máy chụp ảnh, máy quét đa phổ
quang cơ, máy quét điện tử.
Hình 1.6.Sơ đồ phân loại bộ cảm
Đặc trưng chủ yếu của bộ cảm biến là số kênh phổ được sử dụng, độ phân giải không
gian, bề rộng tuyến chụp.
* Các phương pháp quét cơ bản thường sử dụng trong việc tạo ảnh đa phổ
Hệ thống quét dùng để thu thập dữ liệu trên cơ sở sử dụng nhiều bước sóng khác
nhau được gọi là máy quét đa phổ MSS (multispectral scanner). Đây là hệ thống quét sử
dụng cả trên máy bay và vệ tinh. Có hai phương pháp quét chính: quét vuông góc với
tuyến chụp, quét dọc tuyến chụp
- Quét vuông góc với tuyến chụp
11

Trước hết ta làm quen với thuật ngữ : trường nhìn không đổi và trường nhìn
Trường nhìn không đổi (Instantanneous Field of View – IFOV) là góc không gian
tương ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt đất. Lượng thông tin ghi được trong IFOV
tương ứng với gía trị của pixel.
Góc nhìn tối đa mà một bộ cảm có thể thu được sóng điện từ được gọi là trường nhìn
(Field of View FOV). Khoảng không gian trên mặt đất do FOV tạo ra chính là bề rộng
tuyến chụp.
Quá trình quét vuông góc với tuyến chụp được thực hiện như sau :

Hình 1.7 : Trường nhìn, trường nhìn không đổi, tạo ảnh đa phổ theo phương
pháp quét ngang tuyến chụp
Gương quay (A) chuyển động trong mặt phẳng vuông góc với đường bay được sử
dụng để dịch chuyển trường nhìn không đổi IFOV tạo thành dòng quét vuông góc với
hương di chuyển của vệ tinh. Năng lượng phản xạ được phân chia ứng với từng bước
sóng khác nhau (thông qua kinh lọc phổ) được bộ tách sóng (B- delectors) đo lường năng
lượng ứng với từng kênh phổ và chuyển thành giá trị số của từng pixel. Sau khi kết thúc
12
Bề rộng tuyến chụp
FOV
Độ phân giải mặt
đất
IFOV
dòng quét, gương quay trả về vị trí ban đầu để tạo dòng kế tiếp nhờ sự dịch chuyển đồng
bộ của vệ tinh, kết quả nhận được ảnh vệ tinh là tập hợp của các dòng ảnh liên tiếp nhau.
Trường nhìn không đổi IFOV (C) của bộ cảm biến và độ cao của vệ tinh xác định độ
phân giải mặt đất (D) và góc nhìn tối đa (E) mà một bộ cảm có thể thu được sóng điện từ
(được quét bởi gương quay) được gọi là trường nhìn (field of view – FOV). Khoảng
không gian trên mặt đất do FOV tạo nên tương ứng với độ cao của vệ tinh chính là bề
rộng tuyến chụp (F) và còn dược sử dụng để xác định bề rộng của ảnh vệ tinh.
- Quét dọc tuyến chụp

Quét dọc tuyến chụp sử dụng các hệ thống quét điện tử hoặc bộ tách sóng tuyến tính
để ghi nhận năng lượng bức xạ ứng với dòng quét cố định vuông góc với phương chuyển
động của vệ tinh. Bộ tách sóng mảng tuyến tính (A) được xây dựng tại mặt phẳng tạo ảnh
(B) của hệ thống lăng kính (C) cho phép tạo thành dòng quét vuông góc với hướng di
chuyển của vệ tinh. Mỗi bộ tách sóng riêng biệt (delector – diod quang điện) đo lường
năng lượng phản xạ ứng với từng pixel (D) được phân chia với từng bước sóng khác nhau
(thông qua kính lọc phổ). Trong phương pháp này, mỗi bộ tách sóng mảng tuyến tính
riêng sẽ đảm nhiệm việc đo lường năng lượng ứng với từng kênh phổ và kích thước của
IFOV ứng với bộ tách sóng riêng biệt sẽ xác định độ phân giải mặt đất của ảnh vệ tinh.

Hình 1.9. Tạo ảnh đa phổ theo phương pháp quét dọc tuyến chụp
Từ hai phương pháp cơ bản cho thấy, các phần tử của ảnh vệ tinh thường có dạng
hình vuông và thể hiện một khu vực nào đó trên mặt đất. Điều quan trọng cần chú ý đó là
phân biệt rõ ràng giữa kích thước của pixel ảnh với độ phân giải không gian, đối với ảnh
vệ tinh điều này không phải tương ứng trong mọi trường hợp. Nếu bộ cảm biến có độ
phân giải không gian là 20m và một ảnh thu được từ bộ cảm biến này được thể hiện đúng
độ phân giải thì mỗi pixel tương ứng cho diện tích 20× 20m trên mặt đất. Trong trường
hợp này kích thước của pixel và độ phân giải không gian là như nhau. Tuy nhiên các thiết
bị hiển thị ảnh có thể cho phép thể hiện với những kích thước của pixel khác nhau so với
độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh.
Nói chung, ảnh chỉ thể hiện được những vật thể lớn gọi là ảnh có độ phân giải thấp,
còn ảnh cho phép tách các đối tượng nhỏ và thấy đủ chi tiết trên mặt đất được gọi là ảnh
có độ phân giải cao. Độ phân giải càng cao cao thì diện tích mặt đất được thể hiện trên
13
một pixel ảnh càng nhỏ, hiện nay các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh phục vụ cho mục đích
quân sự được thiết kế sao cho thu được càng nhiều thông tin càng tốt, nên ảnh nhận được
thường có độ phân giải cao hơn so với ảnh do các công ty thương mại cung cấp, Ngoài ra,
khái niệm tỷ lệ ảnh cũng cho biết mức độ chi tiết được cung cấp bởi ảnh vệ tinh, đó là tỷ
số giữa khoảng cách trên ảnh với khoảng cách thực trên mặt đất. Nếu tỷ lệ ảnh là
1:100.000 thì một đối tượng có chiều dài 1cm trên ảnh sẽ có chiều dài thật trên mặt đất là

100.000cm (1km). Ảnh có tỷ lệ nhỏ khi tỷ số này nhỏ và ngược lại gọi là ảnh tỷ lệ lớn (ví
dụ ảnh có tỷ lệ 1:5000 được xem là ảnh có tỷ lệ lớn và cung cấp nhiều chi tiết hơn ảnh có
tỷ lệ 1: 10 000).
c. Bộ cảm biến sử dụng trong viễn thám vệ tinh
* Máy quét quang cơ
Máy quét quang cơ là thiết bị sử dụng một bức xạ kế đa phổ để tạo ảnh hai chiều
dựa trên sự phối hợp chuyển động giữa vệ tinh và hệ thống gương quét vuông góc với
hướng bay. Để đơn giản, ta chỉ xét kết hợp một detector (cảm nhận năng lượng ứng với
một kênh phổ) và một gương quay sao cho đường quét trên mặt đất là một đường thẳng
vuông góc với hướng chuyển động của vệ tinh. Trong cách này, bề mặt trái đất được quét
thành từng dòng liên tục khi vệ tinh dịch chuyển với vận tốc nhất định
Máy quét đa phổ quang cơ được cấu thành bới những phần chính sau:
Hệ thống quang học: Hệ thống kĩnh viễn vọng phản xạ kiểu Newton, Cassegrain
hoặc Ritchey-Chretien nhằm hạn chế sự lệch màu đến mức tối thiểu.
Hệ thống tách phổ thường sử dụng hệ thống gương, lăng kính hoặc kính lọc phổ.
Hệ thống quét: các gương quay hoặc dao động trong mặt phẳng vuông góc với
đường bay.
Bộ tách sóng (phân tích): chuyển đổi năng lượng điện từ thành tín hiệu điện (sử
dụng diode quang điện). Các bộ khuyếch đại quang điện thường được sử dụng cho dải
sóng nhìn thấy và vùng cực tím. Đối với vùng sóng gần hồng ngoại và khả kiến dùng
diode silicon, diode ingium antimony (InSb) được dùng cho vùng sóng ngắn và để đo bức
xạ nhiệt dùng diode HpCdTe.
Hệ thống kiểm định (kiểm tra): Tín hiệu điện đo được luôn bị ảnh hưởng bởi sự
biến động độ nhạy của hệ thống tách sóng, do vậy cần phải duy trì thường xuyên một
nguồn sáng có cường độ ổn định làm nguồn năng lượng chuẩn kiểm định tín hiệu điện.
Các hệ thống quét đa phổ quang cơ có thể được đặt trên máy bay hoặc vệ tinh.
Máy quét đa phổ MSS (Multispectral Scanner System) và TM (Thematic Mapper) của vệ
tinh LANDSAT. AVHRR (Advance Very High Resolution Radiometer) của vệ tinh
NOAA là những hệ thống máy quét đa phổ quang cơ đặt trên vệ tinh. Máy quét đa phổ
MS do hãng Daedalus chế tạo là ví dụ máy quét đa phổ quang cơ đặt trên máy bay.

So sánh với hệ thống quét điện tử thì máy quét đa phổ quang cơ có những ưu điểm
là trường nhìn của hệ thống quang học có thể nhỏ hơn, sai số trùng khớp giữa cá kênh phổ
cao hơn và hệ thống cho độ phân giải cũng cao hơn. Tuy nhiên, nhược điểm cơ bản của
nó là tỷ số hiệu dụng giữa tín hiệu và nhiễu lại nhỏ hơn so với hệ thống quét điện từ (do
thời gian tích hợp tại bộ tách quang không thể kéo dài).
* Máy quét điện từ
Các hệ thống quét điện từ hoặc bộ cảm mảng tuyến tính là hệ thống không có bộ
phận quét cơ học, nhưng với bộ cảm mảng tuyến tính (tách sóng bán dẫn) cho phép ghi
14
nhận tín hiệu năng lượng phản xạ ứng với từng kênh phổ bằng cách tạo từng hàng ảnh cố
định vuông góc với phương chuyển động của vệ tinh. Khi vệ tinh chuyển động, hệ thống
quét điện từ dịch chuẻn đồng thời từng bộ phận tách sóng riêng biệt (detector –
diodquang điện) đo lường năng lượng phản xạ ứng với từng pixel được phân chia ứng với
từng dòng ảnh. Kết quả nhận được ảnh vệ tinh là tập hợp của các dòng ảnh liên tiếp nhau
và trong phương pháp này, mỗi bộ tách sóng mảng tuyến tính riêng biệt sẽ đảm nhiệm
việc đo lường năng lượng ứng với từng kênh phổ.
Về cấu tạo, các máy quét điện từ chỉ có hệ thống thấu kính quang học nhằm tách
các dòng ảnh đồng thời vuông góc với hướng bay. Các thiết bị nạp hay còn gọi là thiết bị
đổi kiểu thường được dùng cho bộ cảm mảng tuyến tính nên còn được gọi là bộ cảm
tuyến tính CCD (hay máy chụp CCD). Thực chất của CCD là chip silicon giữ vai trò biến
đổi năng lượng phản xạ thu được sang dòng điện, cấu tạo giống như các diod quang điện
có cùng đặc tính được ghép lại với nhau thành một hàng để cảm nhận đồng thời giá trị độ
sáng ứng với từng pixel. Do máy chụp CCD không có một bộ phận cơ học nào nên độ ổn
định trong hoạt động của nó là rất cao. Tuy nhiên, trên một hàng ảnh thường bị xuất hiện
nhiễu gây ra bởi sự chênh lệch độ nhạy giữa các bộ tách sóng riêng biệt. Bộ cảm biến
HRV của vệ tinh SPOT, MESSR của MOS-1 và OPS của JERS-1 là những loại bộ cảm
tuyến tính CCD đặt trên vệ tinh đang được sử dụng hiện nay.
1.2.2. Vật mang và quỹ đạo bay
a. Giới thiệu chung về vật mang
Phương tiện mang các Sensor gọi là vật mang. Vật mang có thể là máy bay, khinh

khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh…
Để bộ cảm biến thu nhận năng lượng bức xạ và phản xạ từ các vật thể trên bề mặt đất
tạo ra ảnh quang học hay ảnh rađa, các bộ cảm được bố trí trên vật mang là một phương
tiện dùng để đưa các bộ cảm đến một độ cao và vị trí mong muốn sao cho việc thu nhận
thông tin từ mặt đất đạt hiệu quả cao nhất, đáp ứng cho nhiều mục đích ứng dụng khác
nhau.
Vệ tinh và máy bay là những vật mang cơ bản thường được sử dụng trong viễn thám.
Chụp ảnh từ máy bay (tạo ảnh hàng không) có thể xem là dạng đầu tiên của viễn thám và
tồn tại như một phương pháp được sử dụng khá rộng rãi trong thành lập bản đồ địa hình
và chuyên để phục vụ công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường
cũng như quy hoạch và quản lý đô thị…
Ngoài ra còn nhiều loại vật mang khác có độ cao hoạt động từ vài chục mét trở lên
như: thang trượt của các cần cẩu; máy bay không người lái… để chụp ảnh các khu vực
nhỏ trên mặt đất , khinh khí cầu dùng để nghêin cứu nhiều đối tượng khác nhau, tàu con
thoi thực hiện theo chương trình thí nghiệm khác nhau .
15

Hình 1.10. minh họa hình ảnh các vật mang cơ bản được sử dụng trong kỹ thuật
viễn thám có độ cao hoạt động khác nhau.
Vệ tinh nhân tạo bao gồm những vật mang được phóng vào không gian và chuyển
động theo những quỹ đạo nhất định phục vụ công tác liên lạc viễn thông, định vị và hàng
hải, thám sát khí tượng và quan sát mặt đất…
Vệ tinh viễn thám cho phép nhìn thấy một vùng rộng trên mặt đất bao gồm nhiều đối
tượng có ưu thế là cung cấp ảnh đa phổ và đa thời gian cho toàn thế giới. Ảnh vệ tinh có
các ưu điểm sau:
- Bao phủ một vùng rộng trên mặt đất.
- Khu vực cần nghiên cứu được chụp lặp lại thường xuyên nhiều lần theo chu kỳ.
- Ảnh được xử lý và phân tích trên máy tính.
- Chi phí tương đối thấp tính trên một đơn vị diện tích vùng phủ của ảnh.
Tuy nhiên, ảnh vệ tinh có độ phân giải mặt đất thấp hơn so với ảnh hàng không.

Hình 1.11 : Vệ tinh Modiss và ALOS
b. Quỹ đạo vệ tinh
Các vệ tinh nhân tạo thường chuyển động theo lộ trình đã được thiết kế trước sao cho
phù hợp với khả năng và mục tiêu của bộ cảm biến được đặt trên vệ tinh. Lộ trình được
thiết kế để vệ tinh chuyển động trong vũ trụ sẽ được xác định bởi 6 thông số cơ bản của
định luật Kepler áp dụng cho các vật thể chuyển động trong vũ trụ được gọi là quỹ đạo
của vệ tinh. Sự lựa chọn quỹ đạo tuỳ thuộc vào giá trị của tập hợp các thông số cơ bản
này, thông thường các vệ tinh khác nhau sẽ chuyển động theo những quỹ đạo khác nhau
được phân biệt bởi:
- Những độ cao khác nhau so với mặt đất.
- Theo quỹ đạo elip nằm trong một mặt phẳng có góc nghiêng khác nhau so với mặt
phẳng chứa xích đạo.
16
- Theo thời gian vệ tinh di chuyển hoàn tất một vòng quay trên quỹ đạo, còn được gọi
là chu kỳ của quỹ đạo.
- Theo khoảng thời gian cố định mà vệ tinh trở lại đúng vị trí chụp ảnh ban đầu, còn
được gọi là chu kỳ lặp lại của vệ tinh (do bộ cảm biến có trường nhìn cố định, nên khi vệ
tinh di chuyển sẽ tạo nên tuyến chụp trên mặt đất có bề rộng cố định còn được gọi là độ
rộng của tuyến chụp. Vì trái đất quay nên vệ tinh sẽ chụp theo tuyến khác trên mặt đất sau
mỗi chu kỳ tiếp theo, sau khoảng thời gian cố định vệ tinh sẽ lặp lại vị trí ban đầu và
khoảng thời gian này được gọi là tần suất lặp lại hay chu kỳ lặp).
Nhìn chung dựa theo quỹ đạo chuyển động của vệ tinh so với trái đất và mặt trời có
thể chia quỹ đạo vệ tinh thành các loại cơ bản như sau:
Quỹ đạo đồng bộ trái đất: là quỹ đạo mà vệ tinh chuyển động cùng một vận tốc góc
với trái đất, nghĩa là vệ tinh quay một vòng trên quỹ đạo mất thời gian là 24 giờ. Vệ tinh
chuyển động trên quỹ đạo đồng bộ trái đất và nếu mặt phẳng quỹ đạo có góc nghiêng
bằng 0 được gọi là quỹ đạo địa tĩnh. Các vệ tinh địa tĩnh có độ cao khoảng 36000km và
luôn treo lơ lửng tại một điểm trên không trung (đứng yên so với bề mặt trái đất). Do đó,
vệ tinh địa tĩnh cho phép quan sát và thu thập thông tin liên tục trên một vùng cụ thể và

được sử dụng thích hợp vào mục đích quan sát khí tượng hoặc truyền tin…Vệ tinh
Vinasat của Việt Nam (ngày phóng) là vệ tinh thông tin, có quỹ đạo địa tĩnh. Với độ cao
lớn, các vệ tinh khí tượng địa tĩnh có thể giám sát thời tiết và dạng mây bao phủ trên toàn
bộ bán cầu của trái đất.
Quỹ đạo đồng bộ mặt trời : là quỹ đạo cho phép vệ tinh chuyển động theo hướng Bắc
– Nam kết hợp với chuyển động quay của trái đất (Tây - Đông) sao cho vệ tinh luôn luôn
nhìn bề mặt trái đất tại thời điểm có sự chhiếu sáng tốt nhất của mặt trời. Như vậy góc
nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo này gần với góc nghiêng của trục quay trái đất (so với
mặt phẳng xích đạo) nên còn được gọi là quỹ đạo gần cực. Những vệ tinh chuyển động
theo quỹ đạo đồng bộ mặt trời sẽ thu thập thông tin trên vùng nào đó của trái đất theo giờ
địa phương nhất định và vị trí của vệ tinh sẽ thay đổi theo điều kiện chiếu sáng của mặt
trời trong một năm. Loại quỹ đạo này đảm bảo điều kiện chiếu sáng của mặt trời là như
nhau khi thu thập ảnh vệ tinh trên cùng khu vực cụ thể theo các ngày và từng mùa khác
nhau trong năm. Các vệ tinh tài nguyên thường sử dụng quỹ đạo đồng bộ mặt trời vì có
ưu điểm luôn tạo được một điều kiện chiếu sáng ổn định. Đây là yếu tố quan trọng cho
vịêc giám sát sự thay đổi giá trị phổ giữa các ảnh mà không cần hiệu chỉnh do điều kiện
chiếu sáng khác nhau.
Quỹ đạo có chu kỳ lặp một ngày và nhiều ngày: là những quỹ đạo mà cho phép vệ tinh
trở lại điểm đỉnh đầu trên khu vực chụp ảnh trong cùng một ngày hoặc sau nhiều ngày.
17

Hình 1.12. Các dạng quỹ đạo, tuyến chụp khi vệ tinh di chuyển
Một vệ tinh bao giờ cũng đặc trưng bởi các thông số sau:
Độ cao bay (km)
Chu kỳ lặp (ngày)
Thời gian bay qua xích đạo (giờ địa phương)
Góc nghiêng của quỹ đạo (độ)
Dạng quỹ đạo
Số kênh phổ có khả năng ghi nhận được
c. Truyền và thu dữ liệu vệ tinh

Khác với phương pháp chụp ảnh hàng không, ảnh viễn thám được truyền từ vệ tinh
về các trạm thu trên mặt đất thông qua việc sử dụng anten phát sóng điện từ có tần số rất
cao, từ vài GHz đến vài chục GHz để làm sóng tải (do dữ liệu cần truyền rất lớn), chuyển
ảnh và các thông tin liên quan về các trạm thu (vì vệ tinh luôn chuyển động trên quỹ đạo
đến khi két thúc nhiệm vụ, nó không đáp xuống mặt đất để chuyển ảnh như máy bay). Dữ
liệu truyền từ vệ tinh không chỉ ảnh viễn thám đơn thuần mà còn chứa nhiều thông tin hỗ
trợ khác(nhiệt độ, thông số kỹ thuật của vệ tinh …). Tất cả các dữ liệu được truyền dưới
dạng số PCM (Pulse Code Modulation) nên có ưu thế hơn hẳn các phương pháp khác vì
nó cho phép loại bỏ mọi nhiễu, năng lượng tiêu thụ cho việc phát sóng cũng rất nhỏ.
Thông thường dữ liệu truyền từ vệ tinh viễn thám có thể nhận trực tiếp từ các trạm thu
trên mặt đất. Tuy nhiên thiết lập hệ thống truyền và thu thông tin như vậy có nhược điểm
là chỉ thực hiện được khi trạm thu và vệ tinh viễn thám nằm trong tầm nhìn của nhau.
Tuỳ theo loại vệ tinh, người ta sử dụng một trong ba phương pháp cơ bản để truyền
tín hiệu của năng lượng sóng điện từ sau khi tới được bộ cảm biến được chuyển thành tín
18
hiệu số và được Anten của vệ tinh truyền về trạm thu trên mặt đất. Ảnh vệ tinh sau khi
được xử lý Ẩtị trạm thu sẽ được cung cấp cho ngời sử dụng ở nhiều cấp đọ khác nhau.
- Dữ liệu ảnh viễn thám được truyền trực tiếp nếu trạm thu mặt đất nằm trong tầm
nhìn của vệ tinh (A).
- Trong trường hợp ngược lại, dữ liệu được lưu trữ bởi vệ tinh (B) và sẽ phát về
trạm thu trên mặt đất vào thời điểm mà tầm nhìn giữa vệ tinh và trạm thu được đảm bảo.
Phương pháp truyền dữ liệu viễn thám cơ bản này được gọi là MDR (Mission Data
Recorder). MDR cho phép thu nhận thông tin tại những vùng mà trạm thu tại mặt đất
không bao phủ và sau đó có thể truyền lại thông tin này khi vệ tinh bay qua trạm thu. Vệ
tinh NOAA, SPOT đều có trang bị hệ thống MDR.
Dữ liệu được chuyển tiếp thông qua hệ thống TDRSS (Tracking and Data Relay
Satelite System) để truyền về mặt đất. Vệ tinh (C) còn gọi là TDRS (được phóng bởi
NASA để truyền dữ liệu của vệ tinh Landsat) bao gồm một số vệ tinh viễn thông vận
hành trên quỹ đạo địa tĩnh, phương pháp này cho phép chuyển dữ liệu viễn thám từ vệ
tinh này sang vệ tinh khác cho đến khi thực hiện được việc truyền dữ liệu đến trạm thu

trên mặt đất thích hợp.

Hình 1.13. Các phương pháp truyền và thu dữ liệu vệ tinh
Dữ liệu nhận được bởi các trạm thu trên mặt đất là dữ liệu số cần được loại bỏ mọi
nhiễu, hiệu chỉnh khí quyển, biến dạng hình học và chuyển đổi vào khuôn dạng chuẩn của
ảnh viễn thám.
Sau đó ảnh vệ tinh được ghi vào băng từ hoặc CD bao gồm cả các tham số có liên
quan đến ảnh vệ tinh.
Bảng 1 : Ví dụ ảnh Landsat cung cấp cho người sử dụng có các dữ liệu bỏ sung
được thể hiện như sau:
Sate: Landsat-5 Sensor: Tm
Obs.Date: 1997/09/24 Orbital direction: D
Path-row: 112-28 Cloud coverection: 01
Processing level: BK Map projection: UTM
Resampling method: CC Logical format: CEOS-BSQ
Center latitude: N45.982 Center longtitude: E135.733
Number of pixel: 6920 Number of lines: 5965
Ngoài ra, nhà cung cấp thường cho người sử dụng xem ảnh quick-look trước khi mua, đây
19
là dạng có độ phân giải thấp hơn nhưng có thể biết rõ về độ phủ của ảnh và ảnh hưởng
của mây che khu vực nhiều hay ít tại thời điểm chụp
1.2.3. Các vệ tinh giám sát tài nguyên
a. Vệ tinh LANDSAT
Vào năm 1967, tổ chức hàng không và vệ tinh quốc gia (NASA) được sự hỗ trợ
của Bộ nội vụ Mỹ đã tiến hành chương trình nghiên cứu thăm dò tài nguyên trái đất
ERTS (ERTS – Earth Resources Technology Satellite: Vệ tinh kỹ thuật thăm dò tài
nguyên trái đất). Vệ tinh ERTS - 1 được phóng vào ngày 23/6/1972. Sau đó NASA đổi
tên chương trình ERTS thành Landsat, ERTS -1 được đổi tên thành Landsat 1. Vệ tinh
Landsat bay qua xích đạo lúc 9h39 phút sáng. Cho đến nay, NASA đã phóng được 7 vệ
tinh trong hệ thống Landsat (bảng 2)

Bảng 2. Các thế hệ vệ tinh Landsat
Vệ tinh Ngày phóng Ngày ngừng hoạt động Bộ cảm
Landsat 1 23/6/1972 6/1/1978 MSS
Landsat 2 22/1/1975 25/2/1982 MSS
Landsat 3 05/3/1978 31/3/1983 MSS
Landsat 4 16/7/1982 15/6/2001 TM, MSS
Landsat 5 01/3/1984 Đang hoạt động TM, MSS
Landsat 6 05/3/1993 Bị hỏng ngay khi phóng ETM
Landsat 7 15/4/1999 Đang hoạt động ETM+
- Landsat MSS ( Landsat Multispectral Scanner)
Bộ cảm này được đặt trên các vệ tinh Landsat 1 đến 3 ở độ cao so với mặt
đất là 919km và Landsat 4 và 5 ở độ cao 705 km, chu kỳ lặp là 18 ngày. Các bộ cảm
MSS là những hệ thống máy quang học mà trong đó các yếu tố tách sóng riêng biệt được
quét qua bề mặt Trái đất theo hướng vuông góc với hướng bay. MSS có 4 bộ lọc và tách
sóng trong khi TM có 7 bộ.
Landsat MSS có độ phân giải là 79m x 79m, và gồm 4 kênh 1,2,3 và 4, trong đó
kênh 1 và kênh 2 nằm trong vùng nhìn thấy còn kênh 3 và kênh 4 nằm trong vùng cận
hồng ngoại.
- Landsat TM, ETM (Landsat Thematic Mapper)
Từ năm 1982 vệ tinh Landsat 4 được phóng và mang thêm bộ cảm chuyên dùng để
thành lập bản đồ chuyên đề gọi là bộ cảm TM (Thematic Mapper). Vệ tinh Landsat 7 mới
được phóng vào quỹ đạo tháng 4/1999 với bộ cảm TM cải tiến gọi là ETM (Enhanced
Thematic Mapper). Hệ thống này là một bộ cảm quang học ghi lại năng lượng trong vùng
nhìn thấy: hồng ngoại phản xạ, trung hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt của quang phổ.
Nó thu thập những ảnh đa phổ mà có độ phân giải không gian, phân giải phổ, chu kỳ và
sự phản xạ cao hơn Landsat MSS. Landsat TM, ETM có độ phân giải không gian là
30 x 30 m cho 6 kênh (1, 2, 3, 4, 5, 7) và kênh 6 hồng ngoại nhiệt có độ phân giải không
gian là 120 x 120 m.
Trên vệ tinh Landsat, bộ cảm có ý nghĩa quan trọng nhất và được sử dụng nhiều
nhất là TM. Bộ cảm TM có các thông số chính được nêu trong bảng 2.4.

Bảng 3. Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian
20
Loại bộ cảm Kênh Bước sóng
(µm)
Loại
Độ phân
giải không
gian
TM Thematic
Mapper
(Landsat 1-5)
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
0,45 ÷ 0,52
0,52 ÷ 0,60
0,63 ÷ 0,69
0,76 ÷ 0,90
1.55 ÷ 1,75
10,4 ÷ 12,5
2,08 ÷ 2,35
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại Hồng
ngoại trung Hồng ngoại

nhiệt Hồng ngoại trung
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
120 m
30 m
MSS
Multi Spectral
Scanner
(Landsat 1-5)
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
0,5 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,7
0,7 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,1
Lục
Đỏ
Cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại
80 m
80 m
80 m
80 m
TM Thematic
Mapper

(Landsat 1-5)
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 8 (Pan)
0,45 ÷ 0,52
0,53 ÷ 0,61
0,63 ÷ 0,69
0,75 ÷ 0,90
1.55 ÷ 1,75
10,4 ÷ 12,5
2,09 ÷ 2,35
0,52 ÷ 0,9
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
Lục đến cận hồng ngoại
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m

60 m
30 m
15 m
Vệ tinh Landsat TM, ETM bay ở độ cao 705 km, mỗi cảnh TM có độ phủ là
185x170 (km), chu kỳ lặp là 16 ngày. Có thể nói TM, ETM là bộ cảm quan trọng nhất
trong việc nghiên cứu tài nguyên và môi trường.
b. Vệ tinh SPOT
Trên mỗi vệ tinh SPOT được trang bị một hệ thống tạo ảnh nhìn thấy có độ
phân giải cao HRV (High Resolution Visible imaging system).
Các thế hệ vệ tinh SPOT 1 đến 3 có 3 kênh phổ phân bố trong vùng sóng nhìn thấy
ở các bước sóng xanh lục, đỏ và gần hồng ngoại. Năm 1998, Pháp phóng vệ tinh
SPOT 4 với hai bộ cảm HRVIR và thực vật (Vegetation Instrument). Ba kênh phổ đầu
của HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV. Năm 2002, Pháp đã
phóng thành công vệ tinh SPOT 5 với độ phân giải cao hơn: 2,5 m; 5m; 10m.
Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km, nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo 98
o
7,
bay qua xích đạo lúc 10h30' sáng với chu kỳ lặp lại là 23 ngày. Mỗi cảnh có độ phủ là
60 km x 60 km. Tư liệu SPOT được sử dụng nhiều không chỉ cho việc nghiên cứu tài
nguyên mà còn sử dụng cho công tác xây dựng, hiệu chỉnh bản đồ và quy hoạch sử dụng
đất. Bộ cảm HRV là máy quét điện tử CCD - HRV có thể thay đổi góc quan sát nhờ
một gương định hướng. Gương này cho phép thay đổi gương định hướng. Gương này cho
phép thay đổi hướng quan sát
±
27
0
so với trục thẳng đứng nên dễ dàng thu được ảnh lập
thể. Các thông số của ảnh vệ tinh SPOT như bảng 3
Bảng 3. Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT
21

Bộ cảm Phổ điện từ Độ phân giải Bước sóng
SPOT 5
Panchromatic (Toàn sắc) B1 : green
(Xanh lục)
B2 : red (Đỏ)
B3 : near infrared (Cận HNgoại)
B4 : mid infrared (MIR) (Giữa HN)
2.5 m hoặc 5 m
10 m
10 m
10 m
20 m
0.48 - 0.71 µm
0.50 - 0.59 µm
0.61 - 0.68 µm
0.78 - 0.89 µm
1.58 - 1.75 µm
SPOT 4
Monospectral
B1 : green
B2 : red
B3 : near infrared
B4 : mid infrared (MIR)
10 m
20 m
20 m
20 m
20 m
0.61 - 0.68 µm
0.50 - 0.59 µm

0.61 - 0.68 µm
0.78 - 0.89 µm
1.58 - 1.75 µm
SPOT 1
SPOT 2
SPOT 3
Panchromatic
B1 : green
B2 : red
B3 : near infrared
10 m
20 m
20 m
20 m
0.50 - 0.73 µm
0.50 - 0.59 µm
0.61 - 0.68 µm
0.78 - 0.89 µm
c. Vệ tinh MOS (Marine Observation Satellite)
Vệ tinh MOS - 1 là thế hệ đầu tiên được Nhật Bản phóng vào quỹ đạo tháng 2
năm 1987 để quan sát đại dương và nghiên cứu môi trường biển, sau đó MOS - 1b (tháng
2/1990) với 3 thiết bị đo phổ chính có phạm vi vùng phổ tương tự như bộ cảm biến đa
phổ của vệ tinh Landsat. Các thông số kỹ thuật chính của bộ cảm biến và độ phân giải
không gian của ảnh vệ tinh MOS được liệt kê ở bảng 4 và bảng 5
Bảng 4. Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian
Loại bộ cảm Kênh Bước sóng (µm) Loại Độ phân giải
MESSR
Bức xạ kế tự quét
Đa phổ
Kênh 1

Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
0,51 ÷ 0,59
0,61 ÷ 0,69
0,72 ÷ 0,80
0,80 ÷ 1,10
Lục
Đỏ
Cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại
50 m
50 m
50 m
50 m
MSR
Bức xạ kế quét
Vô tuyến tần cao
23 ± 0,2 GHz
31,4 ± 0,25 GHz
Vô tuyến cao tần
Vô tuyến cao tần
32 km
23 km
VTIR
Nhìn thấy và nhiệt
Bức xạ kế hồng ngoại
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3

Kênh 4
0,5 ÷ 0,7
6,0 ÷ 7,0
10,5 ÷ 11,5
11,5 ÷ 12,5
Nhìn thấy
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại nhiệt
900 km
2700 km
2700 km
2700 km
Bảng 6. Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS
Độ cao
bay
909 km
Thời gian hoàn tất chu
kỳ quỹ đạo
Khoảng 103 phút
22
Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời
Năm phóng vào
quỹ đạo
1987 ( MOS -1) 1990( MOS -1b)
Chu kỳ lặp 17 ngày
d. Vệ tinh IRS (Indian Remote Sensing Satellite)
Một loạt các vệ tinh viễn thám của Ấn Độ được phóng lên quỹ đạo để thực
hiện việc nghiên cứu toàn bộ phần lục địa của bề mặt trái đất, bao gồm vệ tinh IRS-1
phóng vào đầu năm 1988 và đến tháng 12/1995 vệ tinh thế hệ thứ ba IRS-1C được đưa

vào quỹ đạo với ba bộ cảm chính PAN (Panchromatic) kênh đơn với độ phân giải
cao, LISS - 3 (Linear Imaging Self- scanning sensor) với độ phân giải trung bình cho
cả bốn kênh phổ và WiFS(Wide Field Sensor) ứng với hai kênh phổ có độ phân giải
thấp. Ngoài ra, vệ tinh IRS có thể tạo ảnh lập thể ứng với kênh toàn sắc (PAN) giống
như ảnh SPOT nhưng góc quan sát nghiêng của vệ tinh IRS là 26 độ.
Bảng 8. Đặc trưng chính của các bộ cảm và độ phân giải không gian của chúng
Loai bộ cảm Kênh Bước sóng
(µm)
Loại
Độ phân
giải
(IRS -1C)
Độ phân
giải
(IRS –1D )
PAN
Bộ cảm toàn sắc
P 0,50 ÷ 0,75 Nhìn thấy (lục đến cận
hồng ngoại) 5,8 m 5,2 ÷ 5,8 m
LISS -3
Bộ cảm trợ quét
ảnh tuyến tính
Kênh2
Kênh3
Kênh4
Kênh5
0,52 ÷ 0,59
0,62 ÷ 0,68
0,77 ÷ 0,86
1,55 ÷ 1,70

Nhìn thấy (lục đến vàng)
Nhìn thấy (lục đến đỏ )
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
24 m
24 m
24 m
70 m
21 ÷ 23
21 ÷ 23
21 ÷ 23
63 ÷ 70
Ảnh IRS có độ phân giải cao sử dụng rất tốt trong việc thành lập bản đồ và quy
hoạch thành phố, ảnh đa phổ do LISS - 3 thu nhận có đặc tính tương tự như Landsat TM
từ kênh 1 đến kênh 4 nên sử dụng tốt cho việc phân biệt thực vật, thành lập bản đồ hiện
trạng sử dụng đất và quy hoạch tài nguyên thiên nhiên. Các thông số kỹ thuật chính của
bộ cảm biến và độ phân giải không gian cuả ảnh vệ tinh IRS được liệt kê ở bảng 2.8 và
bảng 2.9 cho thấy các đặc trưng chính cuả vệ tinh và quỹ đạo ứng với IRS - 1C và IRS -
1D (phóng năm 1997).
Bảng 9. Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IRS
Thông số quỹ đạo IRS -1C IRS -1D
Độ cao bay 817 km 780 km (trên xích đạo)
Quỹ đạo Đồng bộ mặt trời Đồng bộ mặt trời
Chu kỳ lặp 24 ngày 25 ngày
Thời gian hoàn tất chu kỳ quỹ đạo - -
Năm phóng vệ tinh 1995 1997
e. Vệ tinh IKONOS
IKONOS là loại vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao (1m) được đưa
23
vào không gian tháng 9/1999 do Công ty Space Imaging (Hoa Kỳ) và bắt đầu phổ biến

ảnh độ phân giải cao từ tháng 3/2000. Bộ cảm biến OSA (Optical sensor assembly) của
vệ tinh IKONOS sử dụng nguyên lý quét điện tử và có khả năng thu đồng thời ảnh
toàn sắc và đa phổ. Ngoài khả năng tạo ảnh có độ phân giải cao nhất vào thời điểm
năm 2000, ảnh IKONOS còn có độ phân giải bức xạ rất cao vì sử dụng đến 11 bít để ghi
nhận năng lượng phản xạ. Nhiều ứng dụng cho việc quản lý đô thị và quy hoạch tại các
thành phố lớn trên thế giới đã chứng minh cho ưu thế của ảnh IKONOS độ phân giải
cao, trong tương lai ảnh độ phân giải cao sẽ giữ vai trò quan trọng trong việc thành lập
bản đồ và quan sát thành phố.
IKONOS chuyển động theo quỹ đạo đồng bộ mặt trời ở độ cao 680km và góc
nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo là 98,2 độ. Vệ tinh IKONOS có chu kỳ lặp lại là 14 ngày
(thời gian chụp lại trên cùng vùng đất chỉ từ 1 đến 3 ngày) và thời gian đi qua xích đạo
là 10h30 sáng, với bề rộng tuyến chụp là 11km. Các thông số cơ bản của bộ cảm biến và
độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh IKONOS được kê ra ở bảng 2.10
Bảng 10. Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh IKONOS
Tên của cảm biến Kênh Bước sóng (µm) Độ phân giải
OSA
Bộ cảm toàn sắc
Bộ cảm đa phổ
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
0,45 ÷ 0,90
0,45 ÷ 0,52
0,52 ÷ 0,60
0,63 ÷ 0,69
0,76 ÷ 0,90
1 m
4 m
Ảnh IKONOS được sử dụng không chỉ để thành lập và cập nhật bản đồ địa hình tỷ

lệ trung bình, giám sát phân tích biến động mà còn có thể tạo ra hình ảnh thực cho khu
vực phục vụ dịch vụ kinh doanh và du lịch. Các loại ảnh vệ tinh thương mại có độ phân
giải cao khác có thể sử dụng hiện nay như: Orbview - 3, Quickbird, và EROS - A1.
Tư liệu ảnh vệ tinh COSMOS, LANDSAT, SPOT được sử dụng rộng rãi
trên thế giới và ở Việt Nam.
Hiện nay một thế hệ vật mang mới đang được nghiên cứu và phát triển cho mục đích
tạo được vật mang có thời gian tồn tại lâu trong vệ tinh, mang được nhiều bộ cảm và sử
dụng đa mục đích, đó là vật mang quĩ đạo cực POP (Polar orbit Platform). POP được cấu
tạo từ các môđun chính như trạm vệ tinh chính, tàu con thoi và phương tiện giao lưu giữa
các trạm vệ tinh. POP được thiết kế theo nguyên lý các mô đun có thể thay thế được, như
vậy POP có kích thước lớn nhưng thời gian tồn tại trong vệ tinh được tăng lên rất nhiều.
1.3 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA VIỄN THÁM
1.3.1 Tính chất của bức xạ điện từ
Thuật ngữ bức xạ điện từ, do James Clerk Maxwell đặt ra, xuất phát từ những tính
chất điện và từ đặc trưng chung cho tất cả các dạng của loại năng lượng giống sóng này,
như được biểu lộ bởi sự phát sinh cả trường dao động điện và từ khi sóng truyền trong
không gian. Ánh sáng khả kiến chỉ đại diện cho một phần nhỏ của phổ bức xạ điện từ
(hình 1.14), trải ra từ các tia vũ trụ cao tần và tia gamma, qua tia X, ánh sáng cực tím, bức
xạ hồng ngoại, và vi ba, cho tới các sóng vô tuyến bước sóng dài, tần số rất thấp.
Sóng điện từ di chuyển theo hướng vuông góc với hướng dao động của cả vectơ
điện trường (E) và từ trường (B). Hai trường năng lượng dao động vuông góc với nhau và
24
dao động cùng pha theo dạng đồ thị hàm số sin. Các vectơ điện trường và từ trường
không chỉ vuông góc với nhau mà còn vuông góc với phương truyền sóng. Để đơn giản
hóa minh họa, người ta thường quy ước bỏ qua các vectơ biểu diễn điện trường và từ
trường dao động, mặc dù chúng vẫn tồn tại (hình 1.14).
Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng, động lượng và thông tin. Sóng
điện từ với bước sóng nằm trong khoảng 400 nm và 700 nm có thể được quan sát bằng
mắt người và gọi là ánh sáng. Bức xạ điện từ truyền năng lượng trên cơ sở các dao động
trường điện từ trong không gian hoặc trong lòng các vật chất. Quá trình truyền của sóng

điện từ tuân theo định luật Maxwell. Bức xạ điện từ có tính chất sóng và hạt.
Hình 1.14 Bức xạ điện từ
Tính chất sóng của bức xạ điện từ được xác định bởi bước sóng, tần số và tốc độ
truyền. Tính chất hạt được mô tả theo tính chất quang lượng tử (photon). Bức xạ điện từ
có 4 thông số cở bản: tần số (bước sóng), hướng truyền, biên độ và mặt phân cực.
Tất cả các vật thể đều phản xạ và hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ theo
các cách khác nhau và đặc trưng này được gọi là đặc trưng phổ. Hiện tượng phản xạ phổ
có liên quan mật thiết với môi trường mà sóng điện từ lan truyền. Dải sóng điện từ được
coi là dải sóng có bước sóng từ 0.1 micromet đến 100 km.
Hình 1.15 Phân loại sóng điện từ
Căn cứ vào bước sóng, sóng điện từ được chia làm các loại sau:
• Sóng tử ngoại: có bước sóng từ 0.1μm đến 0.4 μm ;
25