Đánh giá khả năng ứng dụng mô hình đa thức hữu tỷ trong nắn ảnh vệ tinh SPOT 6

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ THU GIANG

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
MƠ HÌNH ĐA THỨC HỮU TỶ
TRONG NẮN ẢNH VỆ TINH SPOT 6

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
MÔ HÌNH ĐA THỨC HỮU TỶ
TRONG NẮN ẢNH VỆ TINH SPOT 6

NGUYỄN THỊ THU GIANG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 60520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. BÙI THỊ HỒNG THẮM

HÀ NỘI, NĂM 2017


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNGĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Bùi Thị Hồng Thắm

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Chu Hải Tùng

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS. Trần Xuân Trường

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 31 tháng 12 năm 2017


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận
văn là hồn tồn trung thực, khơng vi phạm luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt
Nam. Nếu sai, tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
Hà Nội, ngày 31tháng 12 năm 2017
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Thu Giang


ii

LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS.Bùi Thị Hồng Thắm, người tận
tình hướng dẫn tơi trong suốt q trình nghiên cứu luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơnBan giám hiệu, phòng Đào tạo, cùng tồn thể
các thầy, cơ thuộc khoa Trắc địa - Bản đồ, trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình hồn thành luận
văn này.
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức chun mơn cịn hạn chế,
thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài cịn có hạn nên nội dung luận văn khơng
tránh khỏi những thiếu sót, tơi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cơ để
bản luận văn được hồn thiện hơn.
Tơixin trân trọng cảm ơn!


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................ vii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 4
1.1. Khái quát về ảnh vệ tinh, bình đồ ảnh vệ tinh ........................................ 4
1.1.1. Khái quát về ảnh vệ tinh .............................................................................. 4
1.1.2. Khái quát về bình đồ ảnh vệ tinh ................................................................ 8
1.2. Một số đặc điểm của ảnh vệ tinh SPOT 6............................................... 9
1.2.1. Khái quát về vệ tinh SPOT .......................................................................... 9
1.2.2. Ảnh vệ tinh SPOT 6 ...................................................................................10

1.3. Tình hình nghiên cứu khả năng ứng dụng mơ hình đa thức hữu tỷ trong
nắn ảnh vệ tinh SPOT 6 ............................................................................... 15
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................15
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH ĐA THỨC HỮU TỶ ................ 19
TRONG NẮN ẢNH VỆ TINH ....................................................................... 19
2.1. Khái quát về nắn ảnh vệ tinh................................................................. 19
2.1.1. Sai số trong quá trình thu nhận ảnh vệ tinh ..............................................19
2.1.2. Nguyên lý chung để nắn chỉnh hình học ảnh vệ tinh ..............................20
2.1.3. Thành lập bình đồ ảnh vệ tinh ...................................................................22


iv
2.2. Khái qt phương pháp mơ hình đa thức hữu tỷ .................................. 25
2.2.1. Hàm đa thức tổng quát ...............................................................................25
2.2.2. Đa thức nội suy nhiều biến ........................................................................26
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM ...................................................................... 30
3.1. Giới thiệu khu vực thực nghiệm ........................................................... 30
3.1.1. Điều kiện tự nhiên và đặc điểm kinh tế, văn hóa, xã hội ........................30
3.1.2. Mục đích, yêu cầu thực nghiệm ................................................................32
3.1.3. Số liệu thực nghiệm....................................................................................33
3.2. Đánh giá khả năng sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ trong nắn ảnh vệ
tinh SPOT6 ................................................................................................... 36
3.2.1. Quá trình nắn ảnh vệ tinh SPOT 6 sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ.....36
3.2.2. Đánh giá khả năng sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ trong nắn ảnh vệ
tinh SPOT 6 ...........................................................................................................42
3.3. Đánh giá khả năng sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ kết hợp với các
điểm khống chế ảnh trong nắn ảnh vệ tinh SPOT6 ..................................... 45
3.3.1. Quá trình nắn ảnh vệ tinh SPOT 6 sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ kết
hợp với các điểm khống chế ................................................................................45
3.2.2. Đánh giá khả năng sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ kết hợp với các

điểm khống chế ảnh trong nắn ảnh vệ tinh SPOT 6. .........................................47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 54
PHỤ LỤC .......................................................................................................... 1
PHỤ LỤC………………………………………………………………………


v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT

Chữ viết tắt/Tiếng nước ngồi

Giải thích

1

IFOV - Instantaneous Field Of View

Trường nhìn tức thời

2

PAN - Panchromatic

Kênh toàn sắc

3

MSS - Multi spectral Scanner

Bộ cảm đa phổ

4

GSD - Ground sampling distance

Khoảng cách lấy mẫu

5

VHR - Very High Resolution

Độ phân giải siêu cao

6

RPC - Rational Polynomial Coefficient Mơ hình đa thức hữu tỷ

7

GPS - Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

8

GIS - Geographic Information System

Hệ thống thông tin địa lý

9

CSDL

Cơ sở dữ liệu

10

GLT - Geospatial Light Table

Cửa sổ liên kết địa lý động

11

DEM - Digital Elevation Model

Mơ hình số độ cao


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng1.1. Độ phân giải không gian của dữ liệu ảnh viễn thám ......................... 6
Bảng 3.1. Tọa độ của các điểm khống chế ảnh ............................................... 34
Bảng 3.2. Tọa độ của các điểm khống chế ảnh trên ảnh vệ tinh nắn chỉnh bằng
mơ hình đa thức hữu tỷ ................................................................................... 42
Bảng 3.3. Độ lệch của các điểm khống chế ảnh trong trường hợp 1 .............. 43
Bảng 3.4. Tọa độ của các điểm khống chế ảnh trên ảnh vệ tinh nắn chỉnh bằng
mơ hình đa thức hữu tỷ kết hợp với điểm khống chế ảnh............................... 47
Bảng 3.5. Độ lệch của các điểm khống chế trong trường hợp 2 ..................... 48

vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mơ tả về độ phân giải khơng gian của ảnh ....................................... 6
Hình 1.2. Một số hình ảnh về độ phân giải khơng gian của ảnh viễn thám................ 7
Hình 1.3. Vệ tinh SPOT .................................................................................... 9
Hình 1.4. Ảnh thu nhận đầu tiên của SPOT 6 sau 3 ngày phóng lên quỹ đạo
(Bora Bora, Frenvh Polynésia)........................................................................ 10
Hình 1.5. Chùm vệ tinh quan sát Trái Đất ...................................................... 11
Hình 1.6. Chế độ đa dải (trái) - Chế độ đơn dải (phải) ................................... 11
Hình 1.7. Chế độ tri-steoreo mở rộng dải quét ảnh vệ tinh ............................ 12
Hình 1.8. Ảnh SPOT6 tại đảo Ngọc Trai, Doha, Quatar ................................ 13
Hình 2.1. Méo ảnh tổng hợp ........................................................................... 20
Hình 2.2. Méo hình do các ngun tố định hướng ngồi................................ 20
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình thành lập bình đồ ảnh vệ tinh ................................ 24
Hình 2.4: Hệ thống cục bộ của khung ảnh được nắn ..................................... 27
Hình 3.1. Khu vực thực nghiệm ...................................................................... 30
Hình 3.2. Sơ đồ ghi chú các điểm khống chế ảnh ........................................... 36
Hình 3.3. Giao diện của phần mềm ERDAS IMAGINE 2014 ....................... 37
Hình 3.4. Giao diện modul IMAGINE Photogrametry................................... 37
Hình 3.5. Tạo Block mới ................................................................................. 38
Hình 3.6. Thao tác trên bảng Create New Block ............................................ 38
Hình 3.7. Thao tác trên bảng Model Setup ..................................................... 39
Hình 3.8. Bảng Block Property ....................................................................... 39
Hình 3.9. Bảng Projection Chooser ................................................................ 40
Hình 3.10. Thao tác nhập ảnh ......................................................................... 40
Hình 3.11. Thao tác nhập DEM ...................................................................... 41
Hình 3.12. Ảnh vệ tinh đã được nắn trong trường hợp sử dụng mơ hình đa
thức hữu tỷ....................................................................................................... 41

viii
Hình 3.13. Độ lệch các điểm khống chế ảnh trong trường hợp 1 theo
chiều X .............................................................................................. 43
Hình 3.14. Độ lệch của các điểm khống chế ảnh trong trường hợp 1 theo chiều Y 44
Hình 3.15. Độ lệch vị trí điểm của các điểm khống chế ảnh trong trường hợp 1...... 45
Hình 3.16. Thanh cơng cụ Start point measurent tool .................................... 45
Hình 3.17. Bảng Select Point Measurement Tool........................................... 46
Hình 3.18. Màn hình làm việc nhập điểm khống chế ..................................... 46
Hình 3.19. Ảnh vệ tinh đã được nắn trong trường hợp sử dụng mơ hình đa
thức hữu tỷ kết hợp với các điểm khống chế ảnh ........................................... 47
Hình 3.20. Độ lệch của các điểm khống chế ảnh trong trường hợp 2 theo
chiều X ............................................................................................................ 49
Hình 3.21. Độ lệch của các điểm khống chế ảnh trong trường hợp 2 theo chiều Y 49
Hình 3.22. Độ lệch về vị trí điểm của các điểm khống chế ảnh trong trường hợp 2 50
Hình 3.23. Độ lệch vị trí điểm của điểm khống chế ảnh trong hai trường hợp .... 51


ix
THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ tên học viên: Nguyễn Thị Thu Giang
Lớp: CH2ATĐ

Khóa: 2

Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Hồng Thắm
Tên đề tài: Đánh giá khả năng ứng dụng mô hình đa thức hữu tỷ trong
nắn ảnh vệ tinh SPOT 6.
Từ khóa:Mơ hình đa thức hữu tỷ, độ chính xác của ảnh vệ tinh.

Tóm tắt: Đề tài luận văn nghiên cứu về việc nắn chỉnh hình học ảnh vệ
tinh SPOT 6 trong 2 trường hợp đó là sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ (trường
hợp 1) và sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ (RPC) kết hợp với các điểm khống
chế ảnh ngoại nghiệp (trường hợp 2) trong q trình nắn ảnh, thực nghiệm tại
khu vực phía Bắc nước CHDCND Lào. Kết quả cho thấy, độ chính xác của ảnh
vệ tinh sau khi nắn trong trường hợp 1 có độ chính xác đáp ứng được cơng việc
thành lập bản đồ tỷ lệ 1:25.000, trong trường hợp 2 đáp ứng được công việc
thành lập bản đồ tỷ lệ 1:10.000. Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào
việc nâng cao hiệu quả khai thác ứng dụng mơ hình RPC trong nắn ảnh vệ tinh.


1
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Viễn thám là công nghệ thu nhận từ xa thông tin về các đối tượng, hiện
tượng trên Trái Đất và các hành tinh khác thông qua những đặc trưng riêng về
phản xạ và bức sóng điện từ. Với độ bao quát rộng, lượng thông tin phong phú
và khả năng cung cấp thơng tin nhanh có độ tin cậy cao, hiện nay công nghệ
viễn thám là một trong những lĩnh vực luôn được chú trọng, tập trung nghiên
cứu và khai thác nhằm phục vụ nhiều mục đích khác nhau của con người.
Trong đó, tư liệu ảnh viễn thám SPOT là một trong những tư liệu được sử dụng
rộng rãi. Để bảo đảm tính liên tục dữ liệu của thế hệ vệ tinh này, ngày 9/9/2012
vệ tinh SPOT6 đã chính thức được đưa lên quỹ đạo, thể hiện những ưu điểm
vượt trội hơn các thế hệ vệ tinh SPOT trước.
Để có được bình đồ ảnh, ảnh vệ tinh SPOT6 phải được nắn chỉnh nhằm
loại trừ hay hạn chế các ảnh hưởng của rất nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra
biến dạng hình học trên ảnh vệ tinh như ảnh hưởng bởi phép chiếu hình, góc
nghiêng, vệt qt, điều kiện khí quyển, độ cong Trái Đất, chênh cao địa hình,…
Việc nắn chỉnh nhằm hạn chế, loại trừ các sai số này được thực hiện dựa trên
cơ sở các mơ hình tốn học.

Mơ hình đa thức hữu tỷ là một trong những mơ hình đã và đang được sử
dụng để nắn ảnh vệ tinhđược xây dựng trên cơ sở của các điểm khống chế ảnh
là công cụ của hầu hết các phần mềm để xử lý ảnh vệ tinhhiện nay. Trong mơ
hình đa thức hữu tỷ, mối quan hệ toạ độ giữa ảnh cần nắn và ảnh được hiệu
chỉnh được mô tả bằng đa thức. Mơ hình đa thức hữu tỷ có thể áp dụng để nắn
cho bất kỳ loại ảnh nào và dữ liệu cung cấp có thơng tin bộ cảm không rõ ràng.
Mặc dù, hiện nay trên thế giới ảnh vệ tinh SPOT được đưa vào sử dụng


2
rộng rãi trong hầu hết các quốc gia, tuy nhiên ở Việt Nam, việc sử dụng, tiếp
cận với tư liệu ảnh SPOT6 còn nhiều hạn chế do bởi tư liệu ảnh này khơng
miễn phí. Bên cạnh đó, trong thực tiễn, việc xây dựng các điểm khống chế ảnh
ngoại nghiệp phục vụ cho q trình nắn ảnh là cơng việc khó khăn và tốn kém
về mặt kinh tế, đặc biệt là đối với vùng núi cao, vùng biên giới và vùng ngoài
lãnh thổ. Vậy, câu hỏi đặt ra là nếu chỉ sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ để nắn
ảnh vệ tinh thì độ chính xác của ảnh sau khi nắn là bao nhiêu, đáp ứng được
công việc thành lập bản đồ tỷ lệ nào? Trên cơ sở ý tưởng đó, đề tài luận văn với
tên gọi: "Đánh giá khả năng ứng dụng mơ hình đa thức hữu tỷ trong nắn ảnh vệ
tinh SPOT 6" đã được đặt ra để nghiên cứu. Đề tài có ý nghĩa thiết thực trong
thực tiễn sản xuất, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả khai thác ứng dụng mơ
hình RPC trong nắn ảnh vệ tinh.
2. Mục tiêu của đề tài
Đánh giá được khả năng ứng dụng mơ hình đa thức hữu tỷ trong nắn ảnh
vệ tinh SPOT6trong 2 trường hợp:
- Sử dụng mô hình đa thức hữu tỷ để nắn ảnh vệ tinh SPOT6.
- Sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ kết hợp với các điểm khống chế ảnh
trên khu vực nghiên cứu để nắn ảnh vệ tinh SPOT6.
3. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa: Thu thập các tài liệu đã
có; cập nhật các thơng tin trên mạng internet; tổng hợp, phân tích các tài liệu và
các kết quả nghiên cứu, kế thừa có chọn lọc các thành quả có liên quan đến đề
tài; tổng hợp, đánh giá các kết quả nghiên cứu của đề tài;
- Phương pháp thu thập và xử lý số liệu: Thu thập các tư liệu liên quan


3
phục vụ cho thực nghiệm của đề tài;
- Phương pháp ứng dụng công nghệ tin học: Khai thác, sử dụng phần
mềm phục vụ cho quá trình nắn ảnh.
4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục đích, luận văn giải quyết các vấn đề cơ bản sau:
- Tìm hiểu những kiến thức cơ bản về ảnh vệ tinh và nắn ảnh vệ tinh.
- Nghiên cứu về đặc điểm kỹ thuật của ảnh vệ tinh SPOT6.
- Cơ sở lý thuyết mơ hình đa thức hữu tỷ trong nắn ảnh vệ tinh.
- Sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ để nắn ảnh vệ tinh SPOT6.
- Sử dụng mơ hình đa thức hữu tỷ kết hợp với các điểm khống chế ảnh
trên khu vực nghiên cứu để nắn ảnh vệ tinh SPOT6.
5. Bố cục của luận văn
Luận văn về cơ bản được trình bày trong 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Chương 2. Phương pháp mơ hình đa thức hữu tỷ trong nắn ảnh vệ tinh.
Chương 3. Thực nghiệm.
Ngoài những phần nêu trên luận văn cịn có các phần mở đầu, kết luận,
kiến nghị,tài liệu tham khảo và phụ lục.


4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Khái quát về ảnh vệ tinh, bình đồ ảnh vệ tinh
1.1.1. Khái quát về ảnh vệ tinh
Ảnh vệ tinh hay còn gọi là ảnh viễn thám là ảnh số thể hiện các vật thể
trên bề mặt Trái Đất được thu nhận bởi các bộ cảm biến đặt trên vệ tinh.
* Đặc điểm chung của ảnh viễn thám
Đặc điểm chung của ảnh viễn thám được xác định dựa vào đặc điểm
chuyển động của vệ tinh như độ cao, quỹ đạo và tốc độ chuyển động,… bên
cạnh đó là kỹ thuật, vật liệu, thiết bị thu chụp và xử lý ảnh vệ tinh.
- Ảnh viễn thám cung cấp thông tin trên phạm vi rộng được chụp trong
cùng thời điểm và cùng điều kiện vật lý cho phép rút ngắn thời gian thu thập và
xử lý thơng tin cho q trình thành lập và hiện chỉnh bản đồ.
- Ảnh viễn thám được chụp ở tỷ lệ nhỏ với những giải phổ khác nhau
nên tính chất tổng qt hóa tự nhiên về mặt hình học và quang học khách quan
và chính xác, phản ánh tính quy luật của các hiện tượng tự nhiên.
-Độ cao thu chụp của các vệ tinh lớn so với độ cao địa hình, do vậy vị
tríđiểm bị xê dịch trên ảnh không đáng kể, chỉ quan tâm ở vùng núi khi vượt
quá hạn sai cho phép. Ngược lại, ảnh phủ một diện tích rộng nên sai số do độ
cong quả đất lớn, vì vậy phải có phương pháp xử lý thích hợp.
- Viễn thám có khả năng chụp lặp lại theo một chương trình với chu kỳ
nhất định là nguồn thơng tin đảm bảo tính tức thời, phản ánh cả những hiện
tượng, đối tượng biến đối nhanh.
- Thiết bị thu nhận và xử lý ảnh hiện đại cho phép nhận được ảnh vũ trụ
với lượng thông tin phong phú và tổng hợp về mặt đất. Phản ánh tất cả các
thành phần cảnh quan, ảnh vệ tinh là nguồn thơng tin có ý nghĩa liên ngành, với
các phương pháp xử lý khác nhau sẽ cho ra các nguồn thơng tin hữu ích cho
các chuyên ngành khác nhau.


5
- Ảnh vệ tinh cũng có khả năng cung cấp thơng tin ở các vùng con người

khó tiếp cận một cách dễ dàng, đây là một trở ngại mà phương pháp truyền
thống phải mất rất nhiều công sức và tiền của để khắc phục.
- Các sai số hệ thống trên ảnh vệ tinh có độ ổn định cao giúp cho cơng
tác nắn chỉnh hình học được tiến hành với độ chính xác cao phục vụ cho thành
lập bản đồ địa hình.
Tất cả các đặc điểm trên xác định được khả năng ứng dụng ảnh vệ tinh
vào công tác bản đồ với hiệu quả cao về khoa học công nghệ, phương pháp
luận cũng như hiệu quả kinh tế.
* Độ phân giải không gian của ảnh
Độ phân giải không gian (spatial resolution) của ảnh vệ tinh là kích
thước nhỏ nhất của một đối tượng hay khoảng cách tối thiểu giữa hai đối tượng
liền kề có khả năng phân biệt được trên ảnh. Ảnh có độ phân giải khơng gian
càng cao thì kích thước pixel càng nhỏ. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải
khơng gian là: trường nhìn tức thời - IFOV (Instantaneous Field Of View), tiêu
cự, hình dáng của đối tượng mục tiêu và các ảnh hưởng của khí quyển.
Trường nhìn tức thời là góc hình nón của trường nhìn của bộ cảm biến,
và xác định một vùng trên bề mặt Trái Đất được quan sát từ một độ cao xác
định tại một thời điểm cụ thể. Kích thước của vùng quan sát thường được xác
định bằng trường nhìn và khoảng cách từ mặt đất đến bộ cảm biến. Kích thước
của vùng lấy mẫu trên mặt đất của một bộ cảm biến vệ tinh được gọi là độ phân
giải mặt đất (Ground Sampling Distance).
Độ phân giải không gian cũng được gọi là độ phân giải mặt đất khi hình
chiếu của một pixel tương ứng với một đơn vị chia mẫu trên mặt đất. Ví dụ,
ảnh vệ tinh LANDSAT 7 ở các kênh blue, green, red có độ phân giải 30m x
30m, điều đó có nghĩa là trên các kênh ảnh này có thể nhận biết được vật thể có
kích thước 30m x 30m trên mặt đất.


6

Hình 1.1. Mơ tả về độ phân giải khơng gian của ảnh [1]
Độ phân giải không gian của dữ liệu ảnh viễn thám thường được chia ra
thành 4 cấp độ là: Phân giải siêu cao, phân giải cao, phân giải trung bình và
phân giải thấp.
Bảng1.1. Độ phân giải khơng gian của dữ liệu ảnh viễn thám
Dữ liệu
ảnh viễn
thám
Độ phân
giải siêu
cao

Độ phân
giải cao

Độ phân giải

Bề rộng

Loại vệ tinh

Toàn sắc
(PAN)

Đa phổ
(MS)

tuyến chụp

Ikonos

1m

4m

11km

QuickBird

0,61m

2,88m

16,5km

GeoEye

0,41m

1,65m

15,2km

ORBView

1m

4m

8km

KVR 1000 (Kosmos)

2 - 3m

-

40km

VNREDSat-1

2,5m

10m

17,5km

SPOT 1 -6

5 ÷ 10m

10 ÷ 20m

60km


7

Dữ liệu
ảnh viễn

thám

Độ phân
giải trung
bình

Độ phân
giải thấp

Độ phân giải

Bề rộng

Loại vệ tinh

Toàn sắc
(PAN)

Đa phổ
(MS)

tuyến chụp

LANDSAT 7 ETM+

15m

30 - 60m

185km

LANDSAT 4 & 5 TM

-

30 - 120m

185km

JERS - 1 OPS

-

18m

75km

IRS - 1C/D PAN

5.8m

-

71km

IRS - 1C/D LISS III

-

23- 70m

142km

TK - 350 (Kosmos)

10m

-

200km

LANDSAT 1 - 5 MSS

-

80m

185km

RESURS - 01

-

170 - 600m

600km

IRS - 1C/D WIFS

-

188m

810km

TIROS/AVHRR(NOA)

-

1000m

3000km

Trong cơng nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh vệ tinh hiện nay, độ
phân giải đóng vai trị đặc biệt đối với độ chính xác của bản đồ, là yếu tố quyết
định đến tỷ lệ bản đồ cần thành lập.

Hình 1.2. Một số hình ảnh về độ phân giải không gian của ảnh viễn thám [1]


8
1.1.2. Khái quát về bình đồ ảnh vệ tinh
* Bình đồ ảnh
Bình đồ ảnh là hình ảnh của miền thực địa được thực hiện bằng cách
ghép và cắt dán các tấm ảnh đơn và nắn theo mảnh bản đồ. Những tấm ảnh nắn
được khử sai số do góc nghiêng của ảnh gây ra, còn sai số của điểm ảnh do địa
hình được hạn chế tới mức tối thiểu phù hợp với độ chính xác của bản đồ. Cơ
sở nắn ảnh, ghép ảnh là các điểm khống chế được ghi trên bản gốc. Bình đồ
ảnh mang các thơng tin tối đa bề mặt thực địa, là sản phẩm trung gian để thành
lập hay hiện chỉnh bản đồ. Trong trường hợp này, hình ảnh trên bình đồ ảnh

được giải đốn và các yếu tố địa hình được đo vẽ trực tiếp trên đó bằng các
phương pháp trắc địa hoặc phương pháp đo vẽ lập thể.
Bình đồ ảnh có hai khái niệm là bình đồ ảnh được thành lập thơng qua
cơng tác nắn ảnh theo nguyên lý nắn ảnh vùng bằng phẳng và bình đồ ảnh trực
giao được thành lập theo nguyên lý ảnh trực giao. Ngày nay, bình đồ ảnh trực
giao được thành lập theo dây chuyền công nghệ đo ảnh số.
* Bình đồ ảnh vệ tinh
Bình đồ ảnh vệ tinh là sản phẩm ảnh vệ tinh dạng số, đã dược định vị
trong hệ tọa độ của bản đồ cần thành lập, được hiệu chỉnh ảnh hưởng các
nguồn sai số và ảnh hưởng do chênh cao địa hình.
Có thể nói thành lập bình đồ ảnh vệ tinh là quá trình xử lý, hiệu chỉnh
hình học ảnh vệ tinh ở cấp độ cao nhất, nhằm hiệu chỉnh hoặc khử ảnh hưởng
của các nguồn sai số đối với dữ liệu ảnh và hiệu chỉnh ảnh hưởng của chênh
cao địa hình để nhận được một tấm ảnh kết quả đảm bảo độ chính xác về mặt
phẳng theo yêu cầu kỹ thuật tương ứng với một tỷ lệ bản đồ đã xác định.
Bình đồ ảnh vệ tinh hiện được sản xuất và sử dụng trong quy trình hiện
chỉnh bản đồ địa hình phục vụ cho việc điều vẽ các yếu tố địa vật. Để sản xuất
được các bình đồ ảnh vệ tinh đạt độ chính xác, người ta ứng dụng nguyên lý


9
nắn chỉnh hình học và dựa trên cơ sở các mơ hình tốn học để nắn chỉnh ảnh vệ
tinh, sử dụng mơ hình tốn học thích hợp tùy theo u cầu cụ thể để nắn chính
hình học ảnh.
1.2. Một số đặc điểm của ảnh vệ tinh SPOT 6
1.2.1. Khái quát về vệ tinh SPOT
Vệ tinh SPOT được phóng lên quỹ đạo lần đầu tiên vào tháng 2 năm
1986. Mỗi vệ tinh SPOT được trang bị hai bộ cảm HRV (High Resolution
Visible imaging system) cho phép thu ảnh lập thể hoặc tồn cảnh.

Hình 1.3. Vệ tinh SPOT [2]
* Các thơng số của vệ tinh SPOT
- Độ cao bay: Vệ tinh SPOT 830km, góc nghiêng của mặt phẳng quỹ
đạo là 98.7 độ.
- Quỹ đạo đồng bộ mặt trời và bán lặp lại.
- Thời điểm vệ tinh bay qua xích đạo 10:30 sáng.
- Chu kỳ lặp: Chu kỳ lặp của vệ tinh SPOT 26 ngày trong chế độ quan
sát bình thường.
* Bộ cảm
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 hướng quan sát
27 độ nên có thể thu được ảnh lập thể.
* Tư liệu
Mỗi cảnh ảnh của SPOT phủ một vùng trên mặt đất rộng 60km x 60km.


10
Mỗi cảnh được xác định theo số liệu trong hệ thống quy chiếu toàn cầu.
1.2.2. Ảnh vệ tinh SPOT 6
* Khái quát về ảnh vệ tinh SPOT 6
SPOT 6 là một vệ tinh viễn thám quang học đang hoạt động thuộc dịng
vệ tinh có độ phân giải cao. Ngày 9/9/2012, vệ tinh SPOT 6 đã chính thức được
đưa lên quỹ đạo thu nhận thông tin quan sát Trái Đất. Là vệ tinh được xây dựng
bởi hãng Airbus Defence & Space, được phóng từ một bệ phóng từ trung tâm
vũ trụ Statish Dhawan ở Ấn Độ. Cùng với SPOT 7 hai vệ tinh này đảm bảo
hoạt động liên tục, tiếp tục công việc của hai vệ tinh SPOT 4, SPOT 5 trước đó,
với sự kết hợp này sẽ mang lại khả năng cung cấp hình ảnh mọi nơi trên Trái
Đất với diện tích phủ trùm mỗi ngày lên tới 6 triệu km2, SPOT 6 được lập trình
hoạt động cho tới năm 2024.
Trong hệ thống vệ tinh SPOT, vệ tinh ra đời sauvệ tinh SPOT 6 là SPOT

7 được đưa lên quỹ đạo năm 2014 cùng với hai vệ tinh Pléiades 1 và Pléiades 2
(Pléiades 1A và Pléiades 1B) ở cùng độ cao 694 km tạo thành một chùm các vệ
tinh quan sát Trái Đất liên tục 24/7 của Pháp. Bốn vệ tinh này lệch nhau
900 trên quĩ đạo (SPOT 6 và 7 lệch nhau 1800 , Pléiades 1A và Pléiades 1B
lệch nhau 1800 ).

Hình 1.4. Ảnh thu nhận đầu tiên của SPOT6 sau 3 ngày phóng lên quỹ đạo
(Bora Bora, Frenvh Polynésia) [3], [4], [5]


11
Phân đoạn mặt đất và không gian trong SPOT 6 và 7 được thiết kế để
cải thiện việc thực hiện tốt những nhiệm vụ của các vệ tinh thế hệ trước. Hiện
nay đang tập trung vào nghiên cứu nhằm tìm ra những giải pháp mới thoát li
với bộ lưu trữ dữ liệu truyền thống, giải quyết những trở ngại khó khăn trong
sản xuất.

Hình 1.5. Chùm vệ tinh quan sát Trái Đất[3], [4], [5]
Sự linh hoạt của SPOT 6 hay của hai vệ tinh mới này(SPOT6 và 7) cung
cấp khả năng lưu trữ dữ liệu đột phá, rất thuận lợi cho những nhu cầu vẽ bản
đồ. Lưu trữ ở hai chế độ: chế độ đa dải và chế độ đơn giải. Cho phép thu nhận
hình ảnh một cách linh hoạt.

Hình 1.6. Chế độ đa dải (trái) - Chế độ đơn dải (phải)[3], [4], [5]


12
Khi các vệ tinh đã đi vào hoạt động, phạm vi quan sát trong một đường
bay có thể mở rộng tới 120 km hoặc thậm chí 180 km do các vệ tinh có thể
phối hợp thu nhận ảnh cùng khu vực khi có u cầu. Ngồi ra, bên cạnh chế độ

thu nhận ảnh phía trước và phía sau (fore và aft mode) để tạo ảnh lập thể stereo
(stereo pairs) thì có thể thu nhận ở chế độ tri-stereo (stereo-triplets).
Với tính linh hoạt của mình chất lượng thu hình ảnh khơng bị ảnh hưởng
bởi góc nghiêng dọc đặc biệt khu vực gây khó khăn về vấn đề độ cao như khu
vực đồi núi. Hơn thế, SPOT 6 cịn có khả năng thu ảnh ở nơi thường xuyên có
mây che phủ, tại các khu vực giữa hai chí tuyến, việc phủ sóng của các vệ tinh
quang học là rất thấp, khả năng thu nhận, cũng như chất lượng hình ảnh thu
được khơng cao, tuy nhiên với SPOT 6 thì khó khăn đó có thể được cải thiện
và kết quả đầy hứa hẹn. Sau bốn tháng hoạt động, SPOT 6 đã thu được 40%
hình ảnh bề mặt Trái Đất trong khi với SPOT 5 phải thu trong vòng bảy năm
(với cùng độ che phủ mây <10%).

Hình 1.7. Chế độ tri-steoreo mở rộng dải quét ảnh vệ tinh[3], [4], [5]
Như vậy có thể nói SPOT 6 là thế hệ mới của loạt vệ tinh quang học
SPOT với nhiều cải tiến về kỹ thuật và khả năng thu nhận ảnh cũng như đơn
giản hoá việc truy cập thông tin. Về mặt kỹ thuật, thiết kế của vệ tinh SPOT 6
được thừa kế những ưu điểm của vệ tinh SPOT5 như: Quan trắc độ phân giải
cao, dải quét rộng, khả năng chụp ảnh nhiều độ phân giải khác nhau. Đồng


13
thời, vệ tinh SPOT 6 cập nhật những tiến bộ kỹ thuật mới nhất như: Độ phân
giải tốt hơn, thêm kênh xanh lục để tạo ảnh tổ hợp màu tự nhiên, kết hợp khả
năng của vệ tinh tăng diện tích chụp ảnh và khả năng chụp bắt đối tượng hơn 3
triệu km2 mỗi ngày, khả năng lập trình chụp linh hoạt với 6 chế độ lập trình để
bảo đảm chụp ảnh không mây, bảo đảm khả năng vận hành đến năm 2024.
* Thông số kỹ thuật
Độ phân giải không gian của vệ tinh SPOT6 đã được nâng lên 1,5 m so
với 2,5 m của SPOT 5 cho phép nhận dạng được các đối tượng nhỏ hơn. Độ
phân giải không gian của các kênh là Panchromatic: 1.5 m, tổ hợp màu: 1.5 m,

các kênh đa phổ : 8m (khi kết hợp có thể xử lý tăng cường lên 6m). Các kênh
phổ có thay đổi so với các thế hệ trước (chỉ có các kênh (G,R,NIR, MID-IR),
đó là:Panchromatic (450 - 745 nm); Blue (450 - 525 nm); Green (530 590 nm); Red (625 - 695 nm); Near-infrared (760 - 890 nm).

Hình 1.8. Ảnh SPOT6 tại đảo Ngọc Trai, Doha, Quatar [6]
Như vậy sau nhiều thế hệ, kể từ SPOT 1 (1986) đến nay SPOT mới có
thu nhận thơng tin ở kênh Blue như các hệ thống vệ tinh khác (Landsat).
* Các mức xử lý của ảnh SPOT 6