Công nghệ viễn thám

          1. Khái niệm

          Viễn thám là một khoa học công nghệ giúp thu thập thông tin về các đối tượng trên bề mặt trái đất mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng.

          Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của Trái Đất hay các hành tinh mà nó còn có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong các hành tinh. Trên Trái Đất, người ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu phát các ảnh viễn thám.

          Nguyên lý cơ bản của viễn thám đó là đặc trưng phản xạ hay bức xạ của các đối tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau. Kết quả của việc giải đoán các lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ với bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên. Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng nghiên cứu, đồng thời đây cũng là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng, tiến tới phân loại chúng.

        2. Phân loại viễn thám

• Phân loại theo nguôn tín hiệu:

–     Viễn thám chủ động: nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay.

–     Viễn thám bị động: nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên.

• Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo:

–     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 thu lặp lại là cố định đối với 1 vệ tinh (ví dụ LANDSAT 7 là 16 ngày, SPOT là 26 ngày…).

• Phân loại theo bước sóng:

–     Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: mặt trời là nguồn năng lượng chính. Ngoài ra, công nghệ LiDAR sử dụng tia lazer là trường hợp ngoại lệ sử dụng năng lượng chủ động.

–     Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể phát ra.

–     Viễn thám siêu cao tần: sử dụng bức xạ siêu cao tần có bước sóng từ một đến vài chục centimet. Kỹ thuật Radar thuộc viễn thám siêu cao tần chủ động. Nguồn năng lượng bị động do chính vật thể phát ra.

       3. Bộ viễn cảm

         Một  thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể được gọi là bộ viễn cảm, thường gọi tắt là bộ cảm. Máy chụp ảnh hoặc máy quét là những bộ viễn cảm.

         Bộ cảm giữ nhiệm vụ thu nhận các năng lượng bức xạ do vật thể phản xạ từ nguồn cung cấp tự nhiên (mặt trời) hoặc nhân tạo do (do chính vệ tinh phát). Năng lượng này được chuyển thành tín hiệu số (giá trị của pixel) tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm nhận được.

       4. Dữ liệu viễn thám và phân loại

         Là dữ liệu ảnh thu được từ các bộ cảm đặt trên mặt đất, máy bay (ở khoảng cách vài trăm mét) hoặc vệ tinh. Dữ liệu ảnh có thể ở dạng ảnh tương tự hoặc ảnh số.

          Dữ liệu ảnh viễn thám có thể được phân loại theo độ phân giải, bao gồm:

–     Độ phân giải cao (<10m): IKONOS (1,4m), Quickbird (0,7; 2.8m), SPOT 5 (2,5; 5; 10m),Thaichote/THEOS (2m), OrbView-3 (1, 4m), IRS (2,5; 5 m), Corona, LiDAR …

–     Độ phân giải trung bình (15 – 100m): SPOT (20m…); Landsat TM/ETM+ (15; 30; 60m),  Thaichote/THEOS (15m), ASTER (15; 30; 90m), IRS, Envisat, RADARSAT,…

–     Độ phân giải thấp (>100m): MODIS (250m, 1km); MERIS (250m); NOAA-AVHHR (1,1km)…

          Một số khái niệm phân loại ảnh khác:

–     Ảnh đa phổ (3 – 10 kênh phổ): Landsat, SPOT, ASTER,…

–     Ảnh siêu phổ (hàng trăm kênh phổ): AVIRIS, HyMap, ARES,…

         5. Ứng dụng của viễn thám

          Ngày nay công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý (GIS) được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

• Quản lý tài nguyên và môi trường:

–     Quản lý tài nguyên đất: lập bản đồ và theo dõi biến động sử dụng đất, lập bản đồ thổ nhưỡng, nghiên cứu xói mòn, thoái hóa đất, sa mạc hóa,…

–     Quản lý và giám sát tài nguyên nước: lập bản đồ phân bố mạng lưới thủy văn, bản đồ phân bố nước ngầm, theo dõi biến động lòng sông, giám sát chất lượng nước, …

–     Giám sát tài nguyên và môi trường biển: lập bản đồ các hệ sinh thái nhạy cảm như rừng ngập mặn, đất ngập nước, rạn san hô; theo dõi biến động đường bờ; theo dõi tràn dầu,…

–     ….

• Lâm nghiệp: phân loại, kiểm kê rừng, đánh giá trữ lượng, sinh khối, theo dõi diễn biến diện tích rừng, theo dõi cháy rừng,…
• Nông nghiệp: phân loại và theo dõi biến động sử dụng đất nông nghiệp, theo dõi mùa màng (sinh trưởng, năng suất, lịch gieo trồng, sâu bệnh)…
• Nghiên cứu địa chất: thành lập bản đồ địa chất, bản đồ phân bố khoáng sản, bản đồ phân bố nước ngầm,…
• Quản lý tai biến: theo dõi, dự báo tai biến sạt trượt lở, ngập lụt, tai biến địa chất, cháy rừng…
• Quản lý đô thị: quản lý cơ sở hạ tầng đô thị, theo dõi biến động đô thị, quy hoạch đô thị, nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị,…
• Y tế và chăm sóc sức khỏe cộng đồng: theo dõi diến biến khí hậu, thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa,…), sự thay đổi chất lượng môi trường (không khí, nước,…)… qua đó đánh giá, dự báo các tác động đến sức khỏe cộng đồng.