Bài giảng viễn thám GIS

HỌC PHẦN CƠ SỞ GIS VÀ VIỄN THÁM ĐẠI HỌC ĐH3QM
Nội dung gồm 4 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIỄN THÁM
Chương 2: ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC VÀ XỬ LÝ ẢNH VỆ TINH QUANG HỌC
Chương 3: TỔNG QUAN VỀ GIS
Chương 4: NHẬP VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU TRONG GIS
Phân bổ thời gian:
Lý thuyết: 41 tiết
Thảo luận, thực hành, kiểm tra: 19 tiết
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 tiếp xúc 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 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
2


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 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

3


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 tín hiệu thu nhận.
- 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:
- 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.
4


- 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.

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
5


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

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
6


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 đoas
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
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
7

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 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
8


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.
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
9


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.
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.

10


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
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 :

11


FOV

IFOV

Độ phân giải mặt
đất

Bề rộng tuyến chụp

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 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
12


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 chuển 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 hhiển 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.
13


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 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 quáy 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 trê 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

14


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 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.
- 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
16


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 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.
18


- 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 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
19


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)

20


Vệ tinh

Bảng 2. Các thế hệ vệ tinh Landsat
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

Landsat 7

15/4/1999

Bị hỏng ngay khi phóng
Đang hoạt động

ETM
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.

21


Bảng 3. Đặc trưng chính của bộ cảm và độ phân giải không gian
Loại bộ cảm

TM Thematic
Mapper
(Landsat 1-5)
MSS
Multi Spectral
Scanner
(Landsat 1-5)

TM Thematic

Mapper
(Landsat 1-5)

Kênh
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 8 (Pan)

Bước sóng
(µm)
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
0,5 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,7
0,7 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,1
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

Loại
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại Hồng
ngoại trung Hồng ngoại
nhiệt Hồng ngoại trung
Lục
Đỏ
Cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại
Chàm
Lục đỏ
Đỏ

Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
Lục đến cận hồng ngoại

Độ phân
giải không
gian
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
120 m
30 m
80 m
80 m
80 m
80 m
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
o
98 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
0
định hướng. Gương này cho phép thay đổi hướng quan sát ±27
so với trục thẳng
đứng nên dễ dàng thu được ảnh lập thể. Các thông số của ảnh vệ tinh SPOT như bảng
3
22


Bảng 3. Các thông số ảnh của vệ tinh SPOT
Bộ cảm

SPOT 5

SPOT 4
SPOT 1
SPOT 2
SPOT 3

Phổ điện từ
Panchromatic (Toàn sắc) B1 : green
(Xanh lục)
B2 : red (Đỏ)
B3 : near infrared (Cận HNgoại)
B4 : mid infrared (MIR) (Giữa HN)
Monospectral
B1 : green
B2 : red
B3 : near infrared
B4 : mid infrared (MIR)
Panchromatic
B1 : green
B2 : red
B3 : near infrared

Độ phân giải

Bước sóng

2.5 m hoặc 5 m
10 m
10 m
10 m
20 m

10 m
20 m
20 m
20 m
20 m
10 m
20 m
20 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
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
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
MESSR
Bức xạ kế tự quét
Đa phổ

Kênh
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4

MSR
Bức xạ kế quét
Vô tuyến tần cao
VTIR
Nhìn thấy và nhiệt
Bức xạ kế hồng ngoại

Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4

Bước sóng (µm)
0,51 ÷ 0,59
0,61 ÷ 0,69
0,72 ÷ 0,80
0,80 ÷ 1,10

Loại
Lục
Đỏ
Cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại

Độ phân giải
50 m
50 m
50 m
50 m

23 ± 0,2 GHz
31,4 ± 0,25 GHz

Vô tuyến cao tần
Vô tuyến cao tần

32 km
23 km

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

23


Bảng 6. Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh MOS
Độ cao
Thời gian hoàn tất chu
909 km
bay
kỳ quỹ đạo
Quỹ đạo

Đồng bộ mặt trời

Năm phóng vào
quỹ đạo

Khoảng 103 phút

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 Đ ộ 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

PAN
P
Bộ cảm toàn sắc

Bước sóng
Loại
(µm)
0,50 ÷ 0,75 Nhìn thấy (lục đến cận
hồng ngoại)

LISS -3
Kênh2
Bộ cảm trợ quét Kênh3
ảnh tuyến tính Kênh4
Kênh5

0,52 ÷ 0,59
0,62 ÷ 0,68
0,77 ÷ 0,86
1,55 ÷ 1,70

Độ phân
Độ phân
giải
giải
(IRS -1C) (IRS –1D )

Nhìn thấy (lục đến vàng)
Nhìn thấy (lục đến đỏ )
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung

5,8 m

5,2 ÷ 5,8 m

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
Độ cao bay
Quỹ đạo
Chu kỳ lặp
Thời gian hoàn tất chu kỳ quỹ đạo
Năm phóng vệ tinh

IRS -1C
817 km
Đồng bộ mặt trời
24 ngày
1995

IRS -1D
780 km (trên xích đạo)
Đồng bộ mặt trời
25 ngày
1997

e. Vệ tinh IKONOS
IKONOS là loại vệ tinh thương mại đầu tiên có độ phân giải cao (1m) được
24

đưa 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
OSA
Bộ cảm toàn sắc
Bộ cảm đa phổ

Kênh
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4

Bước sóng (µm)

0,45 ÷ 0,90
0,45 ÷ 0,52
0,52 ÷ 0,60
0,63 ÷ 0,69
0,76 ÷ 0,90

Độ phân giải
1m
4m

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.
25