Giáo Trình Cơ Sở Viễn Thám Ngành Trắc Địa

Giáo trình Viễn thám ngành trắc địa: kiến thức cơ bản và ứng dụng biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, phù hợp sinh viên ngành

• Tác giả: Ngô Thị Hài
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Viễn Thám
• Đề tài: Giáo Trình Viễn Thám Ngành Trắc Địa: Kiến Thức Cơ Bản và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Quảng Ninh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIỄN THÁM
• 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VIỄN THÁM
• 1.2. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA VIỄN THÁM
• 1.2.1. Định nghĩa
• 1.2.2. Nguyên lý cơ bản của viễn thám
• 1.2.3. Khái niệm cơ bản về bức xạ điện từ

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Viễn Thám Ngành Trắc Địa

Giáo trình viễn thám ngành trắc địa cung cấp kiến thức cơ bản về viễn thám và ứng dụng của nó trong lĩnh vực trắc địa. Nội dung giáo trình bao gồm các khái niệm về bức xạ điện từ, hệ thống phân loại ảnh viễn thám và các bộ cảm biến. Mục tiêu chính là giúp sinh viên hiểu rõ về cơ sở khoa học của viễn thám và khả năng ứng dụng của nó trong nghiên cứu tài nguyên môi trường.

1.1. Khái niệm cơ bản về Viễn Thám

Viễn thám là khoa học thu nhận thông tin từ xa về các đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Điều này giúp cho việc nghiên cứu và phân tích các hiện tượng tự nhiên trở nên hiệu quả hơn.

1.2. Lịch sử phát triển của Viễn Thám

Viễn thám đã phát triển mạnh mẽ từ những năm 1960 với sự ra đời của các vệ tinh. Lịch sử này bao gồm nhiều bước tiến quan trọng trong công nghệ chụp ảnh từ không gian.

II. Vấn đề và Thách thức trong Ứng Dụng Viễn Thám

Mặc dù viễn thám mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức. Các vấn đề như độ chính xác của dữ liệu, khả năng xử lý thông tin lớn và sự phụ thuộc vào công nghệ hiện đại là những yếu tố cần được xem xét. Việc giải quyết những thách thức này là rất quan trọng để tối ưu hóa ứng dụng của công nghệ viễn thám.

2.1. Độ chính xác và độ tin cậy của dữ liệu

Độ chính xác của dữ liệu viễn thám phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng bộ cảm biến và điều kiện môi trường. Việc đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu là rất quan trọng trong nghiên cứu.

2.2. Khả năng xử lý thông tin lớn

Việc xử lý lượng dữ liệu lớn từ các vệ tinh đòi hỏi công nghệ mạnh mẽ và phần mềm chuyên dụng. Điều này có thể gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu trong việc phân tích và giải đoán dữ liệu.

III. Phương pháp và Giải pháp trong Viễn Thám

Để tối ưu hóa ứng dụng của viễn thám, nhiều phương pháp và giải pháp đã được phát triển. Các công nghệ mới như Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và phân tích dữ liệu lớn đang được áp dụng để nâng cao hiệu quả nghiên cứu. Việc kết hợp các công nghệ này giúp cải thiện khả năng phân tích và giải đoán dữ liệu viễn thám.

3.1. Sử dụng Hệ thống Thông tin Địa lý GIS

GIS cho phép tích hợp và phân tích dữ liệu viễn thám với các thông tin địa lý khác, từ đó cung cấp cái nhìn tổng quan và chi tiết hơn về các hiện tượng tự nhiên.

3.2. Phân tích Dữ liệu Lớn trong Viễn Thám

Phân tích dữ liệu lớn giúp xử lý và phân tích khối lượng lớn thông tin từ các vệ tinh, từ đó rút ra các kết luận chính xác và hữu ích cho nghiên cứu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Viễn Thám trong Nông Nghiệp

Viễn thám đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực nông nghiệp, giúp theo dõi sự phát triển của cây trồng và quản lý tài nguyên nước. Các công nghệ như cảm biến đa phổ cho phép nông dân theo dõi tình trạng sức khỏe của cây trồng và dự đoán năng suất. Điều này không chỉ giúp tăng hiệu quả sản xuất mà còn bảo vệ môi trường.

4.1. Theo dõi Sự phát triển của Cây trồng

Việc sử dụng ảnh viễn thám giúp nông dân theo dõi sự phát triển của cây trồng, từ đó có thể điều chỉnh chế độ tưới tiêu và bón phân hợp lý.

4.2. Quản lý Tài nguyên Nước

Viễn thám cung cấp thông tin về tình trạng nước trong đất, giúp nông dân quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn, từ đó tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và Tương lai của Viễn Thám trong Trắc Địa

Viễn thám đang ngày càng trở thành một công cụ quan trọng trong ngành trắc địa. Tương lai của công nghệ viễn thám hứa hẹn sẽ mang lại nhiều tiến bộ mới, từ việc cải thiện độ chính xác của dữ liệu đến việc phát triển các ứng dụng mới trong nghiên cứu môi trường và quản lý tài nguyên. Sự phát triển này sẽ mở ra nhiều cơ hội cho các nhà nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn.

5.1. Tiến bộ trong Công nghệ Viễn Thám

Công nghệ viễn thám đang phát triển nhanh chóng với sự ra đời của các vệ tinh mới và công nghệ cảm biến tiên tiến, giúp nâng cao khả năng thu thập và phân tích dữ liệu.

5.2. Tương lai của Ứng dụng Viễn Thám

Tương lai của viễn thám trong trắc địa sẽ tiếp tục mở rộng, với nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực như quản lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và nghiên cứu biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ sở Viễn thám do ThS. Ngô Thị Hài chủ biên, được biên soạn và ban hành năm 2018 tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh dưới hình thức lưu hành nội bộ. Trong chương trình đào tạo trình độ đại học ngành Trắc địa (Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ), đây là tài liệu học tập thuộc khối kiến thức cơ sở ngành, đóng vai trò nền tảng cho các học phần chuyên sâu về xử lý ảnh số, hệ thống thông tin địa lý (GIS) và thành lập bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề từ dữ liệu không gian.

Mục tiêu học tập của giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên hệ thống kiến thức khoa học về:

• Lịch sử phát triển và nguyên lý vật lý thu nhận dữ liệu viễn thám.
• Bản chất tương tác của bức xạ điện từ với môi trường khí quyển và các lớp phủ bề mặt Trái Đất.
• Cấu tạo, nguyên lý vận hành của các bộ cảm biến (quang học, quang cơ, điện tử CCD) và hệ thống vật mang, quỹ đạo vệ tinh.
• Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên chính (thực vật, thổ nhưỡng, nước) phục vụ công tác giải đoán, đo đạc ảnh và phân loại lớp phủ.

Giáo trình tiếp cận theo cấu trúc tuyến tính logic: đi từ cơ sở vật lý bức xạ điện từ, công nghệ phần cứng thu nhận ảnh (vật mang, bộ cảm, vệ tinh) đến cơ chế phản xạ phổ chuyên sâu của các đối tượng tự nhiên và quy trình xử lý dữ liệu số. Điểm đặc thù của tài liệu là việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết viễn thám tổng quát với các thông số kỹ thuật thực nghiệm của các hệ thống vệ tinh quan sát Trái Đất kinh điển và hiện đại (Landsat, SPOT, MOS, IRS, IKONOS, WorldView-2), gắn liền với yêu cầu chuẩn hóa dữ liệu trắc địa bản đồ.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Căn cứ theo văn bản giáo trình, nội dung kiến thức trọng tâm được phân bổ qua các chương chuyên đề:

• Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật viễn thám

  • Lịch sử phát triển: Giai đoạn chụp ảnh khí cầu (Gaspard Felix Tournachon năm 1858 tại Bièvre; James Wallace Black năm 1860 tại Boston); chụp ảnh máy bay (Wilbur Wright năm 1910 tại Ý); kỷ nguyên vũ trụ từ vệ tinh khí tượng TIROS-1 (1960), các chương trình Mercury, Gemini, Apollo, Cosmos, Salyut đến các hệ thống vệ tinh tài nguyên Landsat, SPOT, MOS, IRS, IKONOS, WorldView-2.
  • Bản chất và nguyên lý viễn thám: Trích dẫn định nghĩa theo Fischer và cộng sự (1976), Barret và Curtis (1976), Janes B.; mô hình 5 giai đoạn thu nhận dữ liệu (nguồn năng lượng, tương tác khí quyển, tương tác bề mặt, chuyển đổi thành dữ liệu ảnh, hiển thị và giải đoán ảnh).
  • Bộ cảm biến và vật mang: Phân loại bộ cảm chủ động và bị động, hệ thống quang cơ (MSS, TM), hệ thống quét điện tử mảng tuyến tính CCD (HRV trên SPOT); phân loại vật mang theo độ cao từ đo đạc mặt đất (0–30 m) đến vệ tinh địa tĩnh (36.000 km); 6 tham số quỹ đạo Kepler ($A, e, i, h, g, V$) và đặc điểm quỹ đạo đồng bộ mặt trời.
  • Tư liệu viễn thám và truyền dẫn: Phân biệt ảnh tương tự và ảnh số; quá trình chia mẫu (Sampling), lượng tử hóa (Quantization) theo cấp độ xám 8-bit (256 mức) và 16-bit (65.536 mức); tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N_{\text{ratio}} = 20\lg(S/N)\text{ [dB]}$); các phương thức truyền dữ liệu mặt đất (trực tiếp, ghi lưu MDR, chuyển tiếp qua vệ tinh TDRS) và cấu trúc tệp dữ liệu CEOS-BSQ.

• Chương 2: Lý thuyết phản xạ phổ của đối tượng tự nhiên

  • Năng lượng bức xạ mặt trời: Đường đặc trưng bức xạ của vật đen tuyệt đối ở $6000\text{ K}$, sự biến dạng của mật độ phổ mặt trời khi truyền qua khí quyển.
  • Đặc tính phổ của các đối tượng tự nhiên: Cân bằng năng lượng bức xạ $E_0 = E_R + E_A + E_T$ và công thức tính khả năng phản xạ phổ $r(\lambda) = \frac{E_R(\lambda)}{E_0(\lambda)} \times 100%$.
  • Phổ phản xạ thực vật: Sự hấp thụ ánh sáng xanh và đỏ bởi sắc tố diệp lục (clorophin), phản xạ mạnh ở bước sóng $0,54\text{ }\mu\text{m}$ (ánh sáng lục) và vùng cận hồng ngoại ($0,77\text{--}0,90\text{ }\mu\text{m}$); dải hấp thụ mạnh của nước trong lá ở các bước sóng $1,4\text{ }\mu\text{m}$, $1,9\text{ }\mu\text{m}$ và dải cộng hưởng hấp thụ $2,66\text{--}2,73\text{ }\mu\text{m}$ (đỉnh $2,7\text{ }\mu\text{m}$).
  • Phổ phản xạ thổ nhưỡng: Ảnh hưởng của thành phần cấp hạt (sét $< 0,002\text{ mm}$, bụi $0,002\text{--}0,05\text{ mm}$, cát $0,05\text{--}2\text{ mm}$), độ ẩm, hàm lượng mùn hữu cơ ($0,5\text{--}5,0%$) và oxit sắt đến hệ số phản xạ trong dải phổ $0,5\text{--}1,1\text{ }\mu\text{m}$.
  • Phổ phản xạ của nước: Khả năng hấp thụ triệt để dải cận hồng ngoại và hồng ngoại; bảng quan hệ giữa bước sóng và độ thấu quang của nước (đạt $10\text{ m}$ ở dải $0,5\text{--}0,6\text{ }\mu\text{m}$; giảm còn dưới $10\text{ cm}$ ở dải $0,8\text{--}1,1\text{ }\mu\text{m}$); mối liên hệ tuyến tính giữa độ đục và phản xạ phổ ở dải $0,6\text{--}0,7\text{ }\mu\text{m}$.
  • Các yếu tố ảnh hưởng và cửa sổ khí quyển: Tác động của yếu tố không gian cục bộ, không gian địa lý, thời vụ và góc chiếu; cơ chế tán xạ, hấp thụ trong khí quyển theo phương trình $\alpha + \rho + T = 1$; khái niệm và ứng dụng của các cửa sổ khí quyển từ dải nhìn thấy ($0,4\text{ }\mu\text{m}$) đến siêu cao tần ($1\text{ mm -- }1\text{ m}$).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Vật lý quang học và bức xạ điện từ: Nắm vững lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng qua các phương trình liên hệ bước sóng $\lambda = C/v$ ($C = 299.793\text{ km/s}$) và năng lượng lượng tử $E = h \cdot v = hc/\lambda$ ($h = 6,6 \times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}$). Phân định các dải sóng viễn thám: cực tím ($0,3\text{--}0,4\text{ }\mu\text{m}$), nhìn thấy ($0,4\text{--}0,76\text{ }\mu\text{m}$), cận hồng ngoại ($0,77\text{--}1,34\text{ }\mu\text{m}$), hồng ngoại trung ($1,55\text{--}2,4\text{ }\mu\text{m}$), hồng ngoại nhiệt ($3\text{--}22\text{ }\mu\text{m}$) và siêu cao tần/radar ($1\text{ mm -- }30\text{ cm}$).
2. Cơ học quỹ đạo vệ tinh: Cơ sở chuyển động hành tinh theo định luật Kepler áp dụng cho vật thể không gian; tính toán điều kiện chiếu sáng và chu kỳ lặp của quỹ đạo đồng bộ mặt trời.
3. Cơ sở xử lý tín hiệu và cấu trúc dữ liệu ảnh số: Cơ chế chuyển đổi quang điện của tế bào quang điện bán dẫn, khái niệm trường nhìn tức thời (IFOV), độ phân giải không gian, độ phân giải phổ, độ phân giải bức xạ và độ phân giải thời gian.

Kỹ năng phát triển

• Phân tích và giải đoán đường cong phản xạ phổ: Đọc hiểu và phân biệt đường cong phản xạ phổ của các lớp phủ thực vật, đất khô, đất ẩm, nước trong, nước đục nhằm lựa chọn kênh ảnh đơn hoặc tổ hợp màu (tự nhiên hoặc giả màu hồng ngoại) phục vụ nhận dạng đối tượng.
• Lựa chọn tư liệu viễn thám chuyên dụng: Xác định loại ảnh vệ tinh thích hợp theo yêu cầu kỹ thuật của bài toán trắc địa (ví dụ: sử dụng ảnh toàn sắc SPOT 2,5–10 m hoặc IKONOS 1 m để thành lập bản đồ địa hình; sử dụng ảnh đa phổ Landsat TM/ETM+ 30 m hoặc IRS LISS-3 24 m để phân loại hiện trạng sử dụng đất).
• Tích hợp dữ liệu không gian: Kỹ năng phối hợp tư liệu ảnh vệ tinh với điểm tọa độ khống chế mặt đất (GPS), bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000, bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1/5.000 và mô hình số độ cao (DEM) trong quy trình nắn chỉnh hình học và hiệu chỉnh khí quyển.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

Giáo trình triển khai phương pháp tiếp cận từ nguyên lý vật lý cơ bản đến mô tả công nghệ kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn chuyên ngành. Nội dung lý thuyết về bức xạ điện từ và cơ học quỹ đạo được đặt làm cơ sở giải thích cho cấu tạo thiết bị bộ cảm biến và các đặc trưng phản xạ phổ. Cách trình bày kết hợp hệ thống bảng biểu so sánh tham số kỹ thuật (bảng dải phổ, bảng thế hệ vệ tinh Landsat, SPOT, MOS, IRS, IKONOS) và sơ đồ nguyên lý (sơ đồ chia mẫu, sơ đồ truyền sóng, đường cong phổ).

Bài tập và bài thực hành tính toán

Giáo trình tích hợp các bài toán định lượng và bài tập phân tích dữ liệu cụ thể:

• Tính toán năng lượng lượng tử: Áp dụng công thức $E = hc/\lambda$ để chứng minh mức năng lượng của sóng ánh sáng chàm ($\lambda = 0,425\text{ }\mu\text{m}$, cho $E = 4,66 \times 10^{-31}\text{ J}$) cao hơn ánh sáng đỏ ($\lambda = 0,66\text{ }\mu\text{m}$, cho $E = 3 \times 10^{-31}\text{ J}$).
• Phân tích siêu dữ liệu (Metadata): Đọc hiểu và trích xuất thông số từ tiêu đề tệp ảnh vệ tinh chuẩn CEOS-BSQ (vệ tinh SPOT-5, cảm biến TM, ngày chụp 24/09/1997, góc chụp, độ mây, phép chiếu UTM, phương pháp tái lấy mẫu Resampling CC, kích thước $6920\text{ pixel} \times 5965\text{ dòng}$).
• Phân tích suy giảm năng lượng trong khí quyển: Thiết lập phương trình cân bằng hấp thụ, phản xạ và độ trong suốt $\alpha + \rho + T = 1$ cho các điều kiện môi trường khí quyển khác nhau.

Phương pháp đánh giá và hướng dẫn tự học

• Phương pháp đánh giá: Đánh giá thông qua các bài kiểm tra tự luận/trắc nghiệm về cơ sở vật lý viễn thám, cấu tạo bộ cảm, thông số các hệ thống vệ tinh và bài tập đọc giải đoán đường đặc trưng phản xạ phổ.
• Hướng dẫn tự học: Sinh viên cần hệ thống hóa các dải phổ bằng bảng tóm tắt bước sóng; đối chiếu đặc tính quang học của từng kênh ảnh Landsat TM (kênh 1 đến 7) và SPOT HRVIR với tính chất hấp thụ/phản xạ của thực vật, nước, thổ nhưỡng để ghi nhớ ứng dụng chuyên đề tương ứng.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Hệ thống hóa các thế hệ vệ tinh quan sát Trái Đất

Giáo trình cung cấp các bảng tham số kỹ thuật chi tiết của các hệ thống vệ tinh viễn thám từ giai đoạn sơ khai đến các hệ thống thương mại độ phân giải cao:

• Hệ thống Landsat (Hoa Kỳ): Chi tiết từ Landsat-1 (ERTS-1, 1972) với bộ cảm MSS (4 kênh, độ phân giải $79\text{ m}$), qua Landsat-4, 5 với bộ cảm TM (7 kênh, độ phân giải $30\text{ m}$, kênh nhiệt $120\text{ m}$), đến Landsat-7 mang bộ cảm ETM+ bổ sung kênh toàn sắc $15\text{ m}$ và nâng độ phân giải kênh nhiệt lên $60\text{ m}$.
• Hệ thống SPOT (Pháp): Các thế hệ từ SPOT-1 (1986) đến SPOT-5 (2002) với bộ cảm HRV, HRVIR và cảm biến Vegetation, hỗ trợ chụp ảnh lập thể (stereo) nhờ khả năng quay gương định hướng $\pm 27^\circ$, cung cấp độ phân giải không gian từ $20\text{ m}$ xuống $10\text{ m}$, $5\text{ m}$ và $2,5\text{ m}$.
• Vệ tinh biển MOS (Nhật Bản): Thông số bộ cảm MESSR ($50\text{ m}$), bức xạ kế quét vô tuyến tần cao MSR ($23\text{--}32\text{ km}$) và bức xạ kế hồng ngoại VTIR ($900\text{--}2700\text{ km}$).
• Vệ tinh IRS (Ấn Độ): Cấu hình bộ cảm toàn sắc PAN ($5,8\text{ m}$), LISS-3 ($24\text{ m}$) và WiFS.
• Vệ tinh thương mại độ phân giải cao: IKONOS (1999) với bộ cảm OSA độ phân giải $1\text{ m}$ toàn sắc, $4\text{ m}$ đa phổ, mã hóa bức xạ 11-bit; WorldView-2 (2009) với độ phân giải toàn sắc $0,46\text{ m}$, đa phổ $1,8\text{ m}$ gồm 8 kênh phổ (4 kênh màu chuẩn và 4 kênh màu mới: đỏ đậm, chàm tím, vàng, cận hồng ngoại-2).
• Hệ thống vệ tinh chụp ảnh phim của Liên Xô/Nga: Dòng vệ tinh Cosmos mang thiết bị chụp KATE-140, MKF-6M, KFA-1000 với tiêu cự $f = 200\text{ mm}$ và $f = 1000\text{ mm}$, độ phân giải mặt đất đạt $6\text{--}7\text{ m}$.

Tích hợp công nghệ viễn thám chủ động và cấu trúc không gian mới

Giáo trình phân tích cơ chế hoạt động của viễn thám radar tích cực (SLAR trên vệ tinh Seasat) sử dụng sóng siêu cao tần ($1\text{ mm -- }30\text{ cm}$), có khả năng xuyên mây, hoạt động độc lập với nguồn chiếu sáng mặt trời và nhạy cảm với độ gồ ghề bề mặt địa hình. Đồng thời, tài liệu giới thiệu mô hình trạm quỹ đạo cực POP (Polar Orbit Platform) với thiết kế module đa mục đích phục vụ nghiên cứu dài hạn.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Phân loại người học và điều kiện tiên quyết

• Sinh viên chuyên ngành: Giáo trình được thiết kế trực tiếp cho sinh viên năm thứ hai hoặc năm thứ ba theo học chương trình đại học ngành Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ, Địa chính, Quản lý đất đai và Địa tin học.
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần:
  • Toán cao cấp: Giải tích hàm số, đại số tuyến tính (phục vụ biến đổi tọa độ và ma trận xử lý ảnh).
  • Vật lý đại cương: Bản chất sóng điện từ, quang học hình học và quang học lượng tử.
  • Trắc địa đại cương: Hệ tọa độ trắc địa, phép chiếu bản đồ (UTM, Gauss), tỉ lệ bản đồ và nguyên lý đo vẽ địa hình.

Ứng dụng đối với giảng viên và nghiên cứu tham khảo

• Giảng viên: Sử dụng tài liệu làm khung đề cương bài giảng môn Cơ sở Viễn thám, xây dựng ngân hàng câu hỏi thi kết thúc học phần và thiết kế các bài tập tính toán quang phổ, tham số quỹ đạo vệ tinh.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Dùng làm tài liệu tra cứu các thông số kỹ thuật của bộ cảm (bước sóng, độ phân giải không gian, góc nghiêng quỹ đạo, chu kỳ chụp lặp) khi triển khai các dự án đo đạc thành lập bản đồ địa hình, kiểm kê hiện trạng rừng, theo dõi biến động đất đai và nghiên cứu môi trường.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình phù hợp cho sinh viên đại học ngành Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ, Quản lý đất đai, Địa tin học và các kỹ sư đo đạc cần tài liệu tra cứu cơ sở lý thuyết viễn thám cùng thông số kỹ thuật các hệ thống vệ tinh.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần có kiến thức nền tảng về Toán cao cấp (hàm số, ma trận), Vật lý đại cương (quang học, lý thuyết bức xạ điện từ) và Trắc địa đại cương (phép chiếu bản đồ, hệ tọa độ, bản đồ địa hình).

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu viễn thám đại cương khác là gì?

Giáo trình tập trung chuyên sâu vào góc độ trắc địa bản đồ: phân tích chi tiết các đặc trưng hình học của ảnh, thông số quỹ đạo Kepler, nguyên lý chụp ảnh nổi (stereo) của SPOT/IRS phục vụ đo đạc địa hình, các phương pháp nắn chỉnh hình học dựa trên điểm khống chế GPS mặt đất và tích hợp mô hình số độ cao (DEM).

4. Làm sao để tự học và nắm vững kiến thức trong giáo trình hiệu quả?

Người học nên kết hợp học lý thuyết với việc phân tích các biểu đồ phản xạ phổ (thực vật, thổ nhưỡng, nước) trong Chương 2; đồng thời lập bảng so sánh cấu hình kênh phổ và độ phân giải của các dòng vệ tinh (Landsat MSS/TM/ETM+, SPOT HRV, IKONOS, WorldView-2) để hiểu rõ tiêu chí lựa chọn ảnh cho từng bài toán thực tế.

5. Có tài liệu và công cụ bổ trợ nào cần kết hợp khi học giáo trình?

Sinh viên cần kết hợp nghiên cứu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000, bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1/5.000, dữ liệu mẫu siêu dữ liệu (Metadata CEOS-BSQ), thiết bị thu tọa độ GPS thực địa và các phần mềm xử lý ảnh số chuyên ngành kết hợp hệ thống thông tin địa lý (GIS).

---

Kết luận

Giáo trình Cơ sở Viễn thám của ThS. Ngô Thị Hài (Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, 2018) cung cấp hệ thống lý thuyết chuẩn mực về cơ sở vật lý bức xạ điện từ, đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên và các thông số công nghệ của các hệ thống vệ tinh viễn thám quan sát Trái Đất.

Lộ trình học tập đề xuất:

1. Tiếp cận lịch sử phát triển, nguyên lý vật lý bức xạ điện từ và mô hình toán học quỹ đạo vệ tinh ở Chương 1.
2. Nắm vững cấu tạo bộ cảm biến (quang cơ, tuyến tính CCD), kỹ thuật chia mẫu, lượng tử hóa ảnh số và cấu trúc dữ liệu viễn thám.
3. Làm chủ lý thuyết phản xạ phổ của thực vật, thổ nhưỡng, nước cùng cơ chế tác động của môi trường khí quyển ở Chương 2 để ứng dụng vào việc chọn kênh phổ và giải đoán ảnh chuyên đề trắc địa bản đồ.

Tài liệu bổ trợ khuyến nghị bao gồm các tiêu chuẩn kỹ thuật đo đạc bản đồ hiện hành, dữ liệu ảnh vệ tinh không gian thực nghiệm và các giáo trình chuyên sâu về Xử lý ảnh số viễn thám và Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS).

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu cho việc quan sát và dự báo khí tượng. Vệ tinh khí tượng NOAA, đã hoạt động từ sau năm 1972, cho ra dữ liệu ảnh có độ phân giải thời gian cao nhất, đánh dấu cho việc nghiên cứu khí tượng trái đất từ vũ trụ một cách tổng thể và cập nhật từng ngày. Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện Thời gian Sự kiện (Năm) 1800 Phát hiện ra tia hồng ngoại 1839 Bắt đầu phát minh kỹ thuật chụp ảnh đen trắng 1847 Phát hiện cả dải phổ hồng ngoại và phổ nhìn thấy 1850-1860 Chụp ảnh từ khinh khí cầu 1873 Xây dựng học thuyết về phổ điện từ 1909 Chụp ảnh từ máy bay 1910-1920 Giải đoán từ không trung 1920-1930 Phát triển ngành chụp và đo ảnh hàng không 1930-1940 Phát triển kỹ thuật radar (Đức, Mỹ, Anh) 1940 Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay 1950 Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy 1950-1960 Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự 12-4-1961 Liên xô phóng tàu vũ trụ có người lái và chụp ảnh trái đất từ ngoài vũ trụ. 1960-1970 Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám 1972 Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1 1970-1980 Phát triển mạnh mẽ phương pháp xử lý ảnh số 1980-1990 Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat 1986 Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo 1990 đến nay Phát triển bộ cảm thu đa phổ, tăng dải phổ và kênh phổ, tăng độ phân giải bộ bộ cảm.

Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý mới. 3 Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu trái đất và các hành tinh và quyển khí. Các ảnh chụp nổi (stereo), thực hiện theo phương đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh Gemini (1965), đã thể hiện ưu thế của công việc nghiên cứu trái đất. Tiếp theo, tầu Apolo cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thước ảnh 70mm, chụp về trái đất, đã cho ra các thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất.

Ngành hàng không vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu Trái Đất từ vũ trụ. Việc nghiên cứu trái đất đã được thực hiện trên các con tàu vũ trụ có người như Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos (từ năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừng Salyut. Sản phẩm thu được là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân giải cao, như MSU-E (trên Meteor - priroda). Các bức ảnh chụp từ vệ tinh Cosmos có dải phổ nằm trên 5 kênh khác nhau, với kích thước ảnh 18 x 18cm.

Ngoài ra, các ảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140, MKF-6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6 kênh ảnh thuộc dải phổ 0. Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20 x 20m. Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS(sau đổi tên là Landsat-1), là các vệ tinh thế hệ mới hơn như Landsat-2, Landsat-3, Landsat-4 và Landsat-5. Ngay từ đầu, ERTS-1 mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và bộ cảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau.

Ngoài các vệ tinh Landsat-2, Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là SKYLAB (1973) và HCMM (1978). Từ 1982, các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM-4 và Landsat TM-5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt. Điều này tạo nên một ưu thế mới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau.