Tóm lược: Việc tìm kiếm & khai thác các lợi nhuận từ nguồn tư liệu viễn thám nói chung & ảnh vệ tinh Landsat nói riêng có một vai trò rất trọng yếu so với các bổ phận của đơn vị thống kê bản đồ. Bài báo đề cập các đặc điểm kỹ thuật của ảnh vệ tinh Landsat 8, bí quyết tổ hợp màu & khả năng vận dụng thực tế của nó phục vụ công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình tỉ lệ 1:250.000 & bé hơn.

1. Giới thiệu ảnh vệ tinh Landsat 8

Vệ tinh thế hệ thứ 8 – Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với cái tên gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM). Đây là dự án cộng tác giữa NASA & đơn vị Tổng hợp Địa chất Mỹ. Landsat sẽ tiếp tục phân phối các ảnh có độ sắc nét bình quân (từ 15 – 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên địa cầu. Bổ phận của Landsat 8 là phân phối những thông tin trọng yếu trong nhiều ngành nghề như làm chủ năng lượng & nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thành, giải quyết thảm họa & ngành nghề nông nghiệp

Landsat 8 (LDCM) đưa theo 2 bộ cảm: bộ thu nạp ảnh mặt đất (OLI – Operational Land Imager) & bộ cảm ứng hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal Infrared Sensor). Những bộ cảm này được kiến trúc để cải tổ năng suất & độ tin cậy cao hơn đối với các bộ cảm Landsat thế hệ trước. Landsat 8 thu nạp ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn & 2 kênh nhiệt sóng dài xem cụ thể ở Bảng 1. Hai bộ cảm này sẽ phân phối cụ thể mặt phẳng Trái Đất theo mùa ở độ sắc nét không gian 30 mét (ở các kênh chứng kiến, cận hồng ngoại, & hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt & 15 mét so với kênh toàn sắc. Dải quét của LDCM hạn chế trong khoảng 185 km x 180 km. Độ cao vệ tinh đạt 705 km đối với mặt phẳng địa cầu. Bộ cảm OLI phân phối hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ & Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa so với khí tượng học), trong lúc đó bộ cảm TIRS sẽ craw dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 & 11) dùng để đo vận tốc bốc hơi nước, nhiệt độ mặt phẳng. Bộ cảm OLI & TIRS đã được kiến trúc cải tạo để giảm bớt tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng trưởng đối với phiên bản trước

Bảng 1: Đặc thù Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 7 & Landsat 8 (LDCM)

Đồ thị phân bố các kênh phổ trên dải sóng điện từ của ảnh vệ tinh Landsat 7 & 8

Các thông số kỹ thuật kỹ thuật của máy ảnh vệ tinh Landsat 8 như sau:

  • Dòng sản phẩm: đã được giải quyết ở mức 1T nghĩa là đã cải chính biến dạng do chênh cao địa hình (mức trực ảnh Orthophoto);
  • Định dạng: GeoTIFF;
  • Kích cỡ Pixel: 15m/30m/100m tương ứng ảnh Đen trắng Pan/Đa phổ/Nhiệt
  • Phép chiếu bản đồ: UTM;
  • Hệ tọa độ: WGS 84;
  • Định hướng: theo Bắc của bản đồ;
  • Bí quyết lấy mẫu: hàm bậc 3;
  • Độ đúng đắn: với bộ cảm OLI đạt sai số 12m theo tiêu chí CE, có độ tin cậy 90%; với bộ cảm TIRS đạt sai số 41m theo tiêu chí 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 .tar.gz. Kích cỡ file nếu ở dạng nén khoảng 1GB, còn ở dạng không nén khoảng 2GB.

Landsat 8 thu nạp xấp xỉ 400 cảnh/ngày, tăng 250 cảnh/ngày đối với Landsat 7. Thời gian hoạt động của vệ tinh theo kiến trúc là 5,25 năm nhưng nó được phân phối đủ năng lượng để có thể kéo dài hoạt động đến 10 năm. Đối với Landsat 7, Landsat 8 có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ sắc nét ảnh & chu kỳ lặp lại 16 ngày.

Hiện tại, ảnh vệ tinh Landsat 8 tuyệt đối có thể khai thác Free từ mạng Internet qua địa chỉ http://earthexplorer.usgs.gov/. Chẳng hạn khi tải một cảnh có phiên hiệu hàng cột là 127-046 về, sẽ thu được file nén có tên là “LC81270462013352LGN00.tar.gz” với dung tích khoảng 960MB & giải nén sẽ ra đời 13 file, trong đó 11 file có đuôi được đánh số từ B1 đến B11 tương ứng với 11 kênh phổ của ảnh Landsat 8, kèm theo 01 file giải trình nhận xét chất lượng có đuôi tên là BQA & 01 file siêu dữ liệu dạng txt chứa các thông tin về thời gian chụp hình & tọa độ các góc của cảnh ảnh.

2. Tiềm năng sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 trong công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:250.000 & bé hơn

Qui trình công nghệ sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 trong công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình, được trình bày ở hình 4 dưới đây:

Trong năm 2013, nhóm tìm hiểu đã tải được 41 cảnh ảnh vệ tinh Landsat 8 từ mạng Internet, phủ kín bờ cõi viet nam. Chất lượng ảnh khá tốt, với độ phủ mây dưới 10% bảo đảm đầy đủ kpi kỹ thuật để thực hiện công tác hiện chỉnh hệ thống bản đồ địa hình các tỷ lệ 1:250.000, 1:500.000 & 1:1 triệu. Nguồn tư liệu ảnh này đã được kịp thời mang vào sử dụng để tái bản, hiện chỉnh bản đồ địa hình theo kế sách năm 2014.

Để thuận lợi cho người dùng trong công tác lựa chọn các bí quyết tổ hợp màu so với ảnh vệ tinh Landsat 8, chúng tôi đề ra Bảng tham chiếu chuyển hóa hệ màu giữa ảnh Landsat 5, 7 & Landsat 8 như sau:

Bảng 2: Bảng Tham chiếu chuyển hóa hệ tổ hợp màu giữa ảnh Landsat 7 & 8

Tùy theo vào đối tượng cần quan tâm, khi sử dụng ảnh Landsat 8 có thể dựa trên Bảng hướng dẫn các bí quyết tổ hợp màu sau để lựa chọn ra bí quyết thích hợp nhằm chuyên sâu hiệu quả công tác giải đoán ảnh.

Như thế, ngoài bí quyết tổ hợp màu tự nhiên còn tồn tại rất nhiều bí quyết tổ hợp màu khác nhau để có thể nhận thấy đúng đắn các đối tượng bằng mắt thường. Thực tiễn sản xuất chỉnh lý, hiện chỉnh bản đồ bằng ảnh vệ tinh vẫn đang vận dụng duy nhất bí quyết tổ hợp màu tự nhiên (4-3-2) phục vụ công tác giải đoán. Điều này gây không ít khốn khó cho các tác nghiệp viên & đã dẫn theo một số kết quả giải đoán lầm lẫn ví dụ: cống rãnh thành đường, ao hồ thành thảm cây trồng… Như thế, theo cách làm hiện tại, tất cả chúng ta đã bỏ qua rất nhiều các kênh phổ hữu hiệu khác của ảnh vệ tinh. Với các bí quyết tổ hợp màu giới thiệu ở trên, tất cả chúng ta cần biến đổi nhận thức, chủ động vận dụng bí quyết suport bằng các dạng tổ hợp màu khác nhau nhằm chuyên sâu chất lượng công tác giải đoán ảnh.

Landsat 8 có số lượng kênh phổ nhiều hơn các thế hệ vệ tinh trước nên số lượng ảnh tổ hợp màu nhiều hơn đáng kể. Điều này cho phép tăng khả năng phân biệt giữa các đối tượng khi sử dụng nhiều tổ hợp màu. Không những thế, dữ liệu các kênh phổ ở 12 bít nên cho phép phân biệt các đối tượng tốt hơn khi sử dụng ảnh chụp 8 bít ở các thế hệ trước.

Dựa vào nguyên lý tổ hợp màu căn bản của ảnh vệ tinh Landsat 8, so với công tác chỉnh lý, hiện chỉnh bản đồ nên lựa chọn các mẫu tổ hợp màu căn bản sau:

Ảnh Landsat tổ hợp màu có độ sắc nét 30m. Phối hợp ảnh toàn sắc Kênh 8 (có độ sắc nét là 15m) với các ảnh tổ hợp màu tạo nên ảnh tăng cường vừa có độ sắc nét cao của ảnh toàn sắc, vừa có màu sắc trực quan của ảnh tổ hợp màu. Giải quyết phổ bằng các bí quyết dãn tuyến tính, bố trí tương tác, bảo đảm chất lượng hình ảnh sắc nét, độ tương phản bình quân, không thiếu màu. Các software Envi, Erdas cho phép đơn giản tạo nên các ảnh tăng cường.

2.4 Chuyển hóa về hệ tọa độ Viet Nam-2000

Ảnh Landsat 8 Free đều đã được giải quyết ở mức trực ảnh (tương tự mức 3 so với ảnh SPOT) nghĩa là đã cải chính biến dạng bởi chênh cao địa hình & được đăng ký trong hệ tọa độ WGS-84. Khi sử dụng để chỉnh lý, hiện chỉnh bản đồ địa hình sẽ không cần phải nắn ảnh mà chỉ cần tính chuyển hóa về hệ tọa độ Viet Nam-2000. Công cuộc chuyển hóa tọa độ này được thực hiện dễ dàng bằng software Global Mapper.

Nền tảng để giải đoán các đối tượng địa lý bằng mắt dựa vào các triệu chứng giải đoán & tri thức kinh nghiệm của các tác nghiệp viên. Biểu hiện giải đoán là những triệu chứng độc đáo cho phép nhận thấy đối tượng trên ảnh bao gồm triệu chứng giải đoán trực tiếp, gián tiếp.

Các triệu chứng giải đoán trực tiếp bao gồm hình dạng, kích cỡ, độ đậm nhạt, mầu sắc của hình ảnh, cấu tạo hình ảnh, bóng, đặc thù phổ.

Các triệu chứng giải đoán gián tiếp bao gồm địa điểm tương quan, dấu tích hoạt động, tần suất hiện ra & đặc thù phân bố.

Dữ liệu bản đồ được tham chiếu trực diện trên nền trực ảnh. Những đối tượng mới hiện ra & đối tượng biến động được nghiên cứu, đánh dấu & đo đạc lại bằng các dụng cụ sẵn có trong software chuyên dụng như MicroStaion, Global Mapper, ArcGIS. Chẳng hạn dưới đây cho thấy, khu vực hồ chứa Cửa Đạt (Thanh Hóa) được phát hiện trên ảnh vệ tinh chụp mới, trong lúc trên bản đồ địa hình 1:250.000 vẫn đang biểu thị thực trạng của lòng sông Chu cũ, chưa được update sự biến đổi một cách kịp thời.

Dựa theo tiêu chí kỹ thuật chỉnh sửa bản đồ của nghề TCVN/QS 1488:2011, chỉnh sửa viên sẽ quyết định căn chỉnh & update các đối tượng địa lý khi số lượng thông tin & chất lượng ảnh tại những khu vực cần giải đoán đủ điều kiện để update. Công tác update & chỉnh sửa các đối tượng địa vật được thực hiện lần lượt theo từng nhóm lớp như sau: thủy hệ, giao thông, cư dân, địa giới hành chính & cây trồng.

Như thế, với độ chụp phủ lớn (một cảnh có thể phủ kín 02 mảnh bản đồ 1:250.000) & phân phối liên tục đến người dùng với thời gian gần thực, ảnh vệ tinh Landsat 8 đang trở thành một nguồn tư liệu vô cùng có giá trị so với công tác update hệ thống bản đồ địa hình đất nước nói chung & bản đồ quân sự nói riêng ở tỷ lệ 1:250.000 & bé hơn hiện tại.

3. Tổng kết

Sự lớn mạnh khỏe mạnh của các vệ tinh viễn thám trong những năm gần đây đã cam kết ưu điểm lợi nhuận trong việc giám sát tài nguyên môi trường tự nhiên & đóng góp lớn lao cho sự lớn mạnh kinh tế xã hội trên toàn thị trường quốc tế. Vệ tinh Landsat 8 với sứ mạng vẫn tiếp tục xem xét, giám sát các biến đổi trên mặt phẳng địa cầu về các điều kiện khô hạn, sản xuất nông nghiệp, tan băng & tác động của lớn mạnh không gian đô thành toàn thế giới. Hẳn nhiên, các vận dụng thông dụng vẫn là giám sát thực trạng phá rừng, cháy rừng, giám sát biến đổi khí hậu, phong phú sinh học, năng lượng, làm chủ tiến trình đô thành hóa.

So với nghề Trắc địa Bản đồ, ảnh vệ tinh Landsat 8 là nguồn tư liệu hết sức hữu hiệu phục vụ trực tiếp cho công tác update, hiện chỉnh hệ thống bản đồ địa hình một cách lập tức kịp thời. Nhờ cóđặc tính kỹ thuật thu nạp trên nhiều kênh phổ khác nhau nên ảnh vệ tinh Landsat 8 trổ tài tương đối đầy đủ các đặc thù nổi trội & tổng quan của các đối tượng trên mặt phẳng địa cầu. Nhưng vấn đề mấu chốt để có thể giải đoán, chiết suất các thông tin hữu hiệu từ ảnh viễn thám đòi hỏi cần phải có tri thức Chuyên Viên & bề dày kinh nghiệm về giải đoán ảnh, giải quyết ảnh. Vì vậy bí quyết nghiên cứu phổ & tổ hợp màu được coi là “chìa khóa” để giải đoán lập tức & đúng đắn các thông tin về đối tượng. Bài báo đã đề cập vấn đề căn bản về kỹ thuật tổ hợp màu so với ảnh vệ tinh Landsat 8. Nó được coi là bí quyết tối ưu bổ trợ cho công tác giải đoán ảnh. Mặt khác ảnh vệ tinh Landsat 8 có độ sắc nét không gian đạt 15m luôn luôn đáp ứng điều kiện ≤ 0,1xM = 25m (M là mẫu số tỉ lệ bản đồ) nên dư thừa về độ đúng đắn cho thành lập mới & hiện chỉnh bản đồ địa hình ở tỉ lệ 1:250.000 & bé hơn.

Việc vận dụng kịp thời ảnh vệ tinh Landsat 8 trong công tác sản hiện ra chỉnh bản đồ địa hình đóng góp thêm phần cải cách chuyên sâu chất lượng Hệ thống bản đồ địa hình đất nước tỷ lệ 1:250.000 & bé hơn./.

Ebook xem qua

[1] TCVN/QS 1488:2011, Tiêu chí đất nước Địa hình quân sự – Sản phẩm Tổng hợp Bản đồ, 2011.

[2] Lê Đại Ngọc, (2009), Tổ hợp màu để giải đoán ảnh vệ tinh Landsat 7 phục vụ hiện chỉnh bản đồ địa hình 1:250.000, Thông tin Địa hình quân sự, (4), tr. 68-74.

[3] http://landsat.usgs.gov/landsat8.php Thông tin cụ thể về vệ tinh Landsat 8 do đơn vị Tổng hợp địa chất Mỹ phân phối USGS.

[4] http://earthexplorer.usgs.gov/ Địa chỉ tải ảnh Landsat 8 Free.

[5] http://landsat.usgs.gov/Landsat_Processing_Details.php. Thông tin cụ thể về mức giải quyết 1T cho dữ liệu Landsat 8.

 

Xem Thêm  Thiên hà là gì? Khám phá những bí ẩn ít ai biết về thiên hà

By ads_law

Trả lời