Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu Chƣơng 2: Phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận Kết luận và kiến nghị 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1. Khái quát về ảnh vệ tinh quang học Tƣ liệu ảnh vệ tinh viễn thám quang học là các tƣ liệu ảnh thu nhận bởi các kênh phổ của dải sóng ánh sáng nhìn thấy và dải hồng ngoại. Năng lƣợng đó chủ yếu là năng lƣợng mặt trời. Ngƣời ta còn gọi là tƣ liệu ảnh quang học.
Đồ thị phân bố các kênh phổ trên dải sóng điện từ của một số loại ảnh vệ tinh So sánh kênh phổ của ảnh Landsat 8 và ảnh ASTER với một số ảnh khác Truyền dẫn khí quyển (%) Bƣớc sóng (nm) (Nguồn: USGS [55]) 1. Ảnh vệ tinh Landsat 8 Vệ tinh thế hệ thứ 8 – Landsat 8 đã đƣợc Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM) [58]. Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ. Landsat sẽ tiếp tục cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 – 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng nhƣ những vùng địa hình khác nhau trên trái đất.
Nhiệm vụ của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhƣ quản lý năng lƣợng và nƣớc, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trƣờng, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp. Vệ tinh Landsat 8 (LDCM) (Nguồn: USGS [58]) 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Những bộ cảm này đƣợc thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trƣớc. Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài (xem chi tiết ở Bảng 1.
Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc. Dải quét của LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km. Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất. Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lƣợng nƣớc vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tƣợng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nƣớc, nhiệt độ bề mặt.
Bộ cảm OLI và TIRS đã đƣợc thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lƣợng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lƣợng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trƣớc.1: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 và ảnh ASTER Độ phân giải không gian Vệ tinh Kênh phổ Bƣớc sóng (µm) (m) Band 1 - VNIR 0,52 - 0,60 15 Band 2 - VNIR 0,63 - 0,69 15 Band 3N - VNIR 0,76 - 0,86 15 Band 3B - VNIR 0,76 - 0,86 15 Band 4 - SWIR 1,600 - 1,70 30 Band 5 - SWIR 2,145 - 2,185 30 Terra (Bộ cảm Band 6 - SWIR 2,185 - 2,225 30 ASTER) Band 7 - SWIR 2,235 - 2,285 30 Band 8 - SWIR 2,295 - 2,365 30 Band 9 - SWIR 2,360 - 2,430 30 Band 10 - TIR 8,125 - 8,475 90 Band 11 - TIR 8,475 - 8,825 90 Band 12 - TIR 8,925 - 9,275 90 Band 13 - TIR 10,25 - 10,95 90 Band 14 - TIR 10,95 - 11,65 90 Band 1 - Visible 0,43 - 0,45 30 Band 2 - Visible 0,45 - 0,51 30 Band 3 - Visible 0,53 - 0,59 30 Band 4 - Red 0,64 - 0,67 30 LDCM -Landsat Band 5 - Near- 0,85 - 0,88 30 8 (Bộ cảm OLI Infrared và TIRS) Band 6 - SWIR 1 1,57 - 1,65 30 Band 7 - SWIR 2 2,11 - 2,29 30 Band 8 - 0,50 - 0,68 15 Panchromatic 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Độ phân giải không gian Vệ tinh Kênh phổ Bƣớc sóng (µm) (m) (PAN) Band 9 - Cirrus 1,36 - 1,38 30 Band 10 - Thermal 10,6 - 11,19 100 Infrared (TIRS) 1 Band 11 - Thermal 11,5 - 12,51 100 Infrared (TIRS) 2 (Nguồn: Landsat 8 (L8) data users handbook (2016), [44, tr.9] và ASTER User Handbook, version 2, [34, tr.10]) Các thông số kỹ thuật của sản phẩm ảnh vệ tinh Landsat 8 nhƣ sau: - Loại sản phẩm: đã đƣợc xử lý ở mức 1T nghĩa là đã cải chính biến dạng do chênh cao địa hình (mức trực ảnh Orthophoto); - Định dạng: GeoTIFF; - Kích thƣớc Pixel: 15m/30m/100m tƣơng ứng ảnh Đen trắng Pan/Đa phổ/Nhiệt - Phép chiếu bản đồ: UTM; - Hệ tọa độ: WGS 84; - Định hƣớng: theo Bắc của bản đồ; - Phƣơng pháp lấy mẫu: hàm bậc 3; - Độ chính xác: với bộ cảm OLI đạt sai số 12m theo tiêu chuẩn CE, có độ tin cậy 90%; với bộ cảm TIRS đạt sai số 41m theo tiêu chuẩn CE, có độ tin cậy 90%; - Dữ liệu ảnh: có giá trị 16 bit pixel, khi tải về ở dạng file nén có định dạng là. Kích thƣớc file nếu ở dạng nén khoảng 1GB, còn ở dạng không nén khoảng 2GB. Landsat 8 thu nhận xấp xỉ 400 cảnh/ngày, tăng 250 cảnh/ngày so với Landsat 7. Thời gian hoạt động của vệ tinh theo thiết kế là 5,25 năm nhƣng nó đƣợc cung cấp đủ năng lƣợng để có thể kéo dài hoạt động đến 10 năm.
So với Landsat 7, Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại 16 ngày. Hiện nay, ảnh vệ tinh Landsat 8 hoàn toàn có thể khai thác miễn phí từ mạng Internet qua địa chỉ http://earthexplorer. Trong nghiên cứu này, khi tải ảnh của khu vực huyện Cao Lộc có phiên hiệu hàng cột là 126-045 về, sẽ nhận đƣợc file nén có tên là “LC08_L1TP_126045_20141230_20170415_01_T1.gz” với dung lƣợng 855 MB và giải nén sẽ sinh ra 14 file, trong đó 11 file có đuôi đƣợc đánh số từ B1 đến B11 tƣơng ứng với 11 kênh phổ của ảnh Landsat 8, kèm theo 01 file báo cáo đánh giá chất lƣợng có đuôi tên là BQA và 01 file siêu dữ liệu dạng *.txt chứa các thông tin về thời gian chụp ảnh và tọa độ các góc của cảnh ảnh. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Ảnh vệ tinh ASTER The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) là một máy chụp ảnh đa phổ tiên tiến, đƣợc phóng lên tháng 12 năm 1999 bằng tàu vũ trụ Terra của NASA. ASTER bao gồm 14 băng phổ từ khả kiến đến hồng ngoại nhiệt với độ phân giải không gian, phổ và phóng xạ điện từ cao. Một dải cận hồng ngoại nhìn về phía đƣợc thêm vào để cung cấp ảnh lập thể. Độ phân giải không gian biển đổi theo các bƣớc sóng: 15m với các băng khả kiến và cận hồng ngoại (VNIR), 30m với các băng cận hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) và 90m với các băng hồng ngoại nhiệt (TIR).
Mỗi cảnh ảnh ASTER bao phủ một diện tích 60 x 60 km. Vệ tinh Aster (Nguồn: NASA/Japanese Space Team [61]) Terra là tàu vũ trụ đầu tiên trong một loạt các tàu vũ trụ đa thiết bị hình thành nên Hệ thống Quan sát Trái đất của NASA (EOS). EOS bao gồm một hợp phần khoa học và một hệ thống thông tin dữ liệu (EOSDIS) hỗ trợ một loạt các vệ tinh có quỹ đạo cực và độ nghiêng thấp để quan sát toàn cầu dài hạn về bề mặt đất liền, sinh quyển, bề mặt rắn của Trái Đất, khí quyển, và đại dƣơng. Chƣơng trình EOS mang lại lợi ích cho tất cả chúng ta bằng cách nâng cao hiểu biết về trái đất nhƣ là một hệ thống thống nhất,.
Ngoài ASTER, các dụng cụ khác trên Terra là Moderate- Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), Multi-angle Imaging Spectro- Radiometer (MISR), Mây và Hệ thống Năng lƣợng Bức xạ của Trái đất (CERES) và Đo lƣờng Ô nhiễm ở Tầng Đối lƣu (MOPITT). Là thiết bị có độ phân giải không gian cao duy nhất trên Terra, ASTER là "ống kính phóng đại" cho các thiết bị khác. Terra đang ở trong quỹ đạo đồng bộ ánh sáng mặt trời, phía sau Landsat ETM+ 30 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phút; Nó vƣợt qua đƣờng xích đạo vào khoảng 10:30 sáng giờ địa phƣơng. ASTER có thể thu đƣợc dữ liệu trên toàn bộ Trái đất với chu kỳ nhiệm vụ trung bình là 8% mỗi quỹ đạo.
Nó thu nhận khoảng 650 cảnh ảnh mỗi ngày, đƣợc xử lý thành Cấp 1A; Trong số này, khoảng 150 cảnh ảnh đƣợc xử lý đến cấp-1B. Chu trình xử lý End to End của dữ liệu ASTER giữa Mỹ và Nhật (Nguồn: ASTER User Handbook, version 2, NASA [34, tr.18]) ASTER bao gồm ba hệ thống phụ khác nhau: Khả kiến và cận hồng ngoại (VNIR) có ba băng phổ có độ phân giải không gian là 15 m và bổ sung một kính thiên văn phía sau để tạo ảnh lập thể; Sóng hồng ngoại ngắn (SWIR) gồm 6 băng phổ có độ phân giải không gian là 30 m; và hồng ngoại nhiệt (TIR) có 5 băng phổ với độ phân giải không gian là 90 m (Bảng 1. Mỗi một hệ thống con hoạt động trong một vùng quang phổ khác nhau, với kính thiên văn của riêng nó và đƣợc xây dựng bởi một công ty khác của Nhật Bản. Ngoài ra, một kính thiên văn nữa đƣợc đặt ở phía sau để thu dải phổ hồng ngoại gần (dải 3B) để có khả năng tạo ảnh lập thể.
Hiện nay, ảnh vệ tinh ASTER có thể khai thác miễn phí một số kênh ảnh từ mạng Internet qua địa chỉ https://gbank. Trong nghiên cứu này, khi tải ảnh của khu vực huyện Cao Lộc có số hiệu ASTB151022033507 về, sẽ nhận đƣợc file nén có tên là “ASTB151022033507.bz2” và giải nén sẽ đƣợc một thƣ mục với tên thƣ mục chứa 22 chữ số “1510220335071510239029”. Đây là ảnh ASTER-VA đƣợc chụp vào lúc 2015/10/22, 03:35:07UTC và xử lý vào ngày 2015/10/23. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Hình ảnh tại mỏ đồng Escondida Mine, Chile trên băng phổVNIR của ảnh ASTERchụp ngày 23/04/2000 (Nguồn: NASA/METI/AIST/Japan Space Systems,and U./Japan ASTER Science Team [62]) Hình 1. Hình ảnh tại mỏ đồng Escondida Mine, Chile trên băng phổ SWIR của ảnh ASTER chụp ngày 23/04/2000 (Nguồn: NASA/METI/AIST/Japan Space Systems,and U./Japan ASTER Science Team [62]) 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong nghiên cứu này, tác giả đã lựa chọn ảnh Landsat 8 và một số kênh của ảnh ASTER để phân tích, giải đoán và nhận diện các đối tƣợng thạch học.