Giáo trình Viễn thám và GIS - Chương 1: Giới thiệu kĩ thuật viễn thám - Hoàng Thanh Tùng

Nội dung text: Giáo trình Viễn thám và GIS - Chương 1: Giới thiệu kĩ thuật viễn thám - Hoàng Thanh Tùng

1. GIỚI THIỆU KỸ THUẬT VIỄN THÁM Hoàng Thanh Tùng Bộ môn Tính toán Thủy văn 1. Các khái niệm. † Viễn thám tiếng Anh là remote sensing, tiếng Pháp La teledetection có thể xem như là một kỹ thuật và phương pháp thu nhận thông tin về các đối tượng từ một khoảng cách nhất định mà không có những tiếp xúc trực tiếp với đối tượng. † Thuật ngữ viễn thám (Remote sensing) - điều tra từ xa, xuất hiện từ năm 1960 do một nhà địa lý người Mỹ là E.Pruit đặt ra (Thomas, 1999). † Các thông tin thu nhận là kết quả của việc giải mã hoặc đo đạc những biến đổi mà đối tượng tác động tới các môi trường chung quanh như trường điện từ, trường âm thanh hoặc trường hấp dẫn. † Ngày nay kỹ thuật viễn thám đã được phát triển và ứng dụng rất nhanh và rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực. 1
2. 1. Các khái niệm. † Như vậy viễn thám thông qua kỹ thuật hiện đại không tiếp cận với đối tượng mà xác định nó qua thông tin ảnh chụp từ khoảng cách vài chục mét tới vài nghìn km. † Kỹ thuật viễn thám là một kỹ thuật đa ngành, nó liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau như: - Thu nhận thông tin; -Tiền xử lý thông tin; -Phân tích và giải đoán thông tin; - Đưa ra các sản phẩm dưới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợp. Vì vậy có thể định nghĩa Viễn thám là sự thu nhận và phân tích thông tin về đối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng nghiên cứu. Bằng các công cụ kỹ thuật, viễn thám có thể thu nhận các thông tin, dự kiện của các vật thể, các hiện tượng tự nhiên hoặc một vùng lãnh thổ nào đó ở một khoảng cách nhất định. 2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám † Sự phát triển của kỹ thuật viễn thám gắn liền với sự phát triển của kỹ thuật chụp ảnh. Năm 1858 G.F.Toumachon người Pháp đã sử dụng khinh khí cầu bay ở độ cao 80 mét để chụp ảnh từ trên không, từ sự việc này mà năm 1858 được coi là năm khai sinh ngành kỹ thuật viễn thám. † Năm 1894 Aine Laussedat đã khởi dẫn một chương trình sử dụng ảnh cho mục đích thành lập bản đồ địa hình (Thomas, 1999). † Sự phát triển của ngành hàng không đã tạo nên một công cụ tuyệt vời trong việc chụp ảnh từ trên không những vùng lựa chọn và có điều khiển. Những bức ảnh đầu tiên được chụp từ máy bay do Xibur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli ở Italia. † Các máy ảnh tự động có độ chính xác cao dần dần được đưa vào thay thế các máy ảnh chụp bằng tay. 2
3. 2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám † 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 chiến tranh thế giới lần thứ hai những cuộc thử nghiệm nghiên cứu các tính chất phản xạ phổ của bề mặt địa hình và chế thử các lớp cản quang cho chụp ảnh màu hồng ngoại đã được tiến hành. 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 tích cực (RADAR) đã được thiết kế và sử dụng từ đầu thế kỷ này. Đầu tiên người ta sử dụng để theo dõi và phát hiện những vật thể chuyển động, nghiên cứu tầng ion. Trong chiến tranh thế giới thứ hai, kỹ thuật RADAR phát triển mạnh mẽ. † Vào giữa những năm 50 này người ta tập trung nghiên cứu nhiều vào việc phát triển các hệ thống RADAR ảnh cửa mở thực. Hệ thống RADAR có cửa mở tổng hợp (Syntheric Aparture Radar - SAR) cũng được xúc tiến nghiên cứu. 2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám † Vào năm 1956, người ta đã tiến hành thử nghiệm khả năng ảnh máy bay trong việc phân loại và phát hiện kiểu thực vật. Vào những năm 1960 nhiều cuộc thử nghiệm về ứng dụng ảnh hồng ngoại màu và ảnh đa phổ đã được tiến hành dưới sự bảo trợ của cơ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ. † Từ những thành công trong nghiên cứu trên vào ngày 23-7- 1972 Mỹ đã phóng vệ tinh nhân tạo Landsat đầu tiên mang đến khả năng thu nhận thông tin có tính toàn cầu về các hành tinh (kể cả Trái Đất ) và môi trường chung quanh. † Những máy đặt trên vệ tinh nhân tạo Trái Đất cung cấp thông tin có tính toàn cục về động thái của mây, lớp phủ thực vật, cấu trúc địa mạo, nhiệt độ và gió trên bề mặt đại dương. † Sự tồn tại tương đối lâu của vệ tinh trên quỹ đạo cũng như khả năng lặp lại đường bay của nó cho phép theo dõi những biến đổi theo mùa, theo hàng năm và trong khoảng thời gian tương đối dài của các đối tượng trên mặt đất. 3
4. 2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật viễn thám † Trong vòng hơn thập kỷ gần đây kỹ thuật viễn thám được hoàn thiện dần dần không những với những thiết bị thu đặc biệt mà nhiều nước dự kiến kế hoạch sẽ phóng vệ tinh điều tra tài nguyên như Nhật, Ấn Độ, các nước Châu Âu † Tổ chức EOS phóng vệ tinh mang máy thu MODIS (100 kênh) và HIRIS (200 kênh) lên quỹ đạo. Nhiều phần mền xử lý ảnh số đã ra đời làm cho nó thành một kỹ thuật quan trọng trong việc điều tra điều kiện và đánh giá tài nguyên thiên nhiên quản lý và bảo vệ môi trường. † Ngày nay tia Laze cũng bắt đầu được ứng dụng trong viễn thám. Hiện nay nó được ứng dụng chủ yếu cho các mục đích nghiên cứu trong khí quyển, làm bản đồ địa hình và nghiên cứu lớp phủ bề mặt bằng hiệu ứng huỳnh quang. † Viễn thám ngày nay đã cung cấp những thông tin tổng hợp hoặc những thông tin tức thời để có thể khắc phục một loạt các vấn đề thiên tai, theo dõi sự biến động của các tài nguyên hồi phục ( nước, sinh vật ). 3. Những bước phát triển viễn thám ở Việt Nam † Kỹ thuật viễn thám đã được đưa vào sử dụng ở Việt Nam từ năm 1976 (Viện 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 Kosmos) nhân chuyến bay vũ trụ kết hợp Xô - Việt tháng 7 - 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 Xô - Việt năm 1980 trong đó một phần quan trọng là kết quả sử dụng ảnh đa phổ MKF-6 vào mục đích thành lập một loạt các bản đồ chuyên đề như: địa chất, đất, sử dụng đất, tài nguyên nước, thuỷ văn, rừng vv 4
5. 3. Những bước phát triển viễn thám ở Việt Nam † Ủy ban Nghiên cứu Vũ trụ Việt Nam đã hình thành một tiến bộ khoa học trọng điểm “Sử dụng các thành tựu vũ trụ ở Việt Nam” mang mã số 48 - 07 trong đó có vấn đề Viễn thám. Chương trình trên tập trung vào các vấn đề : „ Thành lập các bản đồ địa chất, địa mạo, địa chất thuỷ văn, hiện trạng sử dụng đất rừng, biến động tài nguyên rừng, địa hình biến động của một số vùng cửa sông vv „ Vấn đề nghiên cứu các đặc trưng phổ phản xạ. „ Vấn đề nhận dạng trong viễn thám để xây dựng các cơ sở cho phần mềm xử lý ảnh số. „ Thông qua các dự án viện trợ quốc tế của UNDP và FAO như VIE 76/011 và VIE 83/004 Viện khoa học Việt Nam nay là Trung tâm Khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia đã được trang bị một số thiết bị chính cho kỹ thuật viễn thám. Trong đó đáng chú ý nhất là 1. Hệ xử lý ảnh số ROBOTRON 2. Thiết bị tổng hợp ảnh màu 3. Phòng thí nghiệm kỹ thuật ảnh 3. Những bước phát triển viễn thám ở Việt Nam † Từ những năm 1990 nhiều ngành đã đưa công nghệ viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn như các lĩnh vực khí tượng, đo đạc bản đồ, địa chất khoáng sản, quản lý tài nguyên rừng và đã thu được những kết quả rõ rệt † Công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý 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, giảm sát môi trường, giảm thiểu tới mức thấp nhất các thiên tai ở một số vùng. † Cũng từ 1990 viễn thám ở nước ta đã chuyển dần từng bước từ công nghệ tương tự sang công nghệ số kết hợp hệ thông tin địa lý vì vậy hiện nay chúng ta có thể xử lý nhiều loại ảnh đạt yêu cầu cao về độ chính xác với quy mô sản xuất công nghiệp. Nhiều ngành, nhiều cơ quan đã trang bị các phần mềm mạnh phổ biến trên thế giới như các phần mềm ENVI, ERDAS, PCI, ER MAPPER, OCAPI, cùng với các ohần mềm để xây dựng hệ thông tin địa lý. 5
6. 3. Những bước phát triển viễn thám ở Việt Nam † Đến nay ở Việt Nam vẫn chưa có Trung tâm Viễn thám Quốc gia nhưng do yêu cầu cấp thiết của ngành nên đã hình thành 20 Trung tâm và phòng viễn thám, đó là các cở sở nghiên cứu và đưa tiến bộ kỹ thuật viễn thám vào ứng dụng vào công tác chuyên môn như : „ Trung tâm Viễn thám Tổng cục địa chính. „ Phòng Viễn thám của Viện Điều tra Quy hoạch Rừng Bộ Lâm nghiệp (cũ), nay là Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. „ Các phòng Địa chất Ảnh của Liên đoàn Địa chất - Bản đồ Địa chất và Intergeo của Tổng cục Địa chất. „ Trung tâm Viễn thám và Địa chất - Viện Địa chất, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia. „ Trung tâm Liên ngành Viễn Thám & GIS của Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia với Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. „ Bộ phận Viễn thám của Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. „ Các trạm thu ảnh vệ tinh khí tượng của Trung tâm Quốc gia Khí tượng Thủy văn. 6