TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA KHOA HỌC XÃ HỘI

GIÁO TRÌNH
(Lưu hành nội bộ)

GIS VÀ VIỄN THÁM
ĐẠI CƯƠNG
(Dành cho sinh viên Đại học Địa lý học
chuyên ngành Địa lý du lịch, hệ chính quy)

Tác giả: Nguyễn Hữu Duy Viễn

Năm 2015


MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................................... i
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. v
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM .................................................................. 1
1.1. KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIỄN THÁM ...................................... 1
1.1.1. Khái niệm viễn thám ........................................................................................ 1
1.1.1.1. Phân loại theo nguồn năng lượng ............................................................... 1
1.1.1.2. Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo ............................................................... 1
1.1.1.3. Phân loại theo dải phổ điện từ.................................................................... 1
1.1.2. Lịch sử phát triển của viễn thám....................................................................... 2
1.1.2.1. Trên thế giới .............................................................................................. 2
1.1.2.2. Tại Việt Nam............................................................................................. 2
1.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA VIỄN THÁM .............................................................. 5
1.2.1. Nguồn năng lượng (A) ..................................................................................... 5
1.2.1.1. Vai trò của nguồn năng lượng.................................................................... 5

2.3.1.2. Một số ảnh quang học ............................................................................. 23
2.3.2. Ảnh Radar ...................................................................................................... 24
2.3.2.1. Khái quát về ảnh Radar ........................................................................... 24
2.3.2.2. Một số ảnh Radar .................................................................................... 25
CHƯƠNG 3. GIẢI ĐOÁN - XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM .............................................. 27
3.1. KHÁT QUÁT VỀ GIẢI ĐOÁN - XỬ LÝ ẢNH ................................................... 27
3.1.1. Khái niệm giải đoán – xử lý ảnh ..................................................................... 27
3.1.2. Hình thức trích xuất thông tin......................................................................... 27
3.1.3. Phương pháp giải đoán – xử lý ảnh ................................................................ 27
3.1.4. Nguyên tắc giải đoán – xử lý ảnh ................................................................... 28
3.2. GIẢI ĐOÁN ẢNH TƯƠNG TỰ........................................................................... 28
3.2.1. Khái niệm giải đoán ảnh tương tự .................................................................. 28
3.2.2. Quy trình giải đoán ........................................................................................ 29
3.2.2.1. Lập mẫu/ khóa giải đoán ......................................................................... 29
3.2.2.2. Xác định hệ thống phân loại .................................................................... 33
3.2.2.4. Khoanh vẽ ............................................................................................... 33
3.2.2.5. Kiểm tra thực địa – điều chỉnh ................................................................. 34
3.3. XỬ LÝ ẢNH SỐ VỆ TINH .................................................................................. 34
3.3.1. Khái niệm xử lý ảnh số vệ tinh ....................................................................... 34
3.3.2. Phục hồi và hiệu chỉnh ảnh............................................................................. 34
3.3.2.1. Phục hồi ảnh............................................................................................ 35
3.3.2.2. Hiệu chỉnh khí quyển .............................................................................. 35
3.3.2.3. Hiệu chỉnh hình học ................................................................................ 35
3.3.3. Tăng cường chất lượng ảnh ............................................................................ 36
3.3.3.1. Tăng độ tương phản................................................................................. 36
3.3.3.2. Phân chia theo mức ................................................................................. 37
3.3.3.3. Lọc không gian........................................................................................ 38
3.3.4. Chiết tách thông tin ........................................................................................ 39
3.3.4.1. Tạo ảnh chỉ số phổ .................................................................................. 39
3.3.4.2. Tạo ảnh thành phần chính ........................................................................ 41

2.1.1. Nhập dữ liệu không gian ................................................................................ 67
2.1.1.1. Nhập từ bàn phím .................................................................................... 67
2.1.1.2. Sử dụng bàn số hóa ................................................................................. 67
2.1.1.3. Nhập từ máy quét .................................................................................... 68
2.1.1.4. Dữ liệu viễn thám .................................................................................... 68
2.1.1.5. Nhập từ đo đạc ........................................................................................ 69
2.1.1.6. Hệ thống định vị toàn cầu ........................................................................ 69
2.1.2. Nhập dữ liệu thuộc tính .................................................................................. 70
2.1.3. Kết nối không gian và thuộc tính .................................................................... 70
2.1.3.1. Khả năng kết nối dữ liệu .......................................................................... 70
2.1.3.2. Nguyên tắc kết nối dữ liệu ....................................................................... 70
2.2. XỬ LÝ DỮ LIỆU ................................................................................................. 71
2.2.1. Chuyển đổi định dạng .................................................................................... 71
2.2.2. Chuyển đổi mô hình ....................................................................................... 71
2.2.2.1. Nhận dạng vùng ...................................................................................... 72
2.2.2.2. Nhận dạng đường .................................................................................... 72
2.2.3. Chuyển đổi hệ quy chiếu ................................................................................ 72
2.2.4. Nắn chỉnh ...................................................................................................... 73
2.2.5. Làm trùng khít ............................................................................................... 73
2.2.6. Ghép biên ...................................................................................................... 73
2.3. TỔ CHỨC VÀ CẬP NHẬT DỮ LIỆU ................................................................. 74
2.3.1. Tổ chức dữ liệu .............................................................................................. 74
2.3.1.1. Tệp dữ liệu .............................................................................................. 74
2.3.1.2. Kiến trúc CSDL GIS ............................................................................... 76
2.3.2. Cập nhật dữ liệu ............................................................................................. 77
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU GIS ...................................................................... 78
3.1. TRUY VẤN VÀ PHÂN LOẠI ............................................................................. 79
3.1.1. Truy vấn thuộc tính ........................................................................................ 79
3.1.2. Truy vấn không gian ...................................................................................... 80
3.1.3. Phân loại đối tượng ........................................................................................ 80

4.2.2. Xác định cơ sở toán của bản đồ ...................................................................... 89
4.2.2.1. Thiết kế tỷ lệ ........................................................................................... 90
4.2.2.2. Thiết kế hệ quy chiếu .............................................................................. 90
4.2.2.3. Thiết kế bố cục bản đồ............................................................................. 90
4.2.3. Thiết kế nội dung của bản đồ.......................................................................... 91
4.2.3.1. Thành phần chính .................................................................................... 91
4.2.3.2. Thành phần phụ và bổ sung ..................................................................... 91
4.2.4. Chuẩn bị dữ liệu cho bản đồ ........................................................................... 92
4.2.4.1. Dữ liệu nền.............................................................................................. 92
4.2.4.2. Dữ liệu chuyên đề ................................................................................... 92
4.2.5. Biên tập bản đồ .............................................................................................. 92
4.2.5.1. Sử dụng ký hiệu thể hiện bản đồ .............................................................. 92
4.2.5.2. Các phương pháp thể hiện dữ liệu............................................................ 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .................................................................................. 96

iv


LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình “GIS và viễn thám đại cương” được biên soạn trên cơ sở
những giáo trình đã có trước đây, những giáo trình có liên quan của các
trường bạn và các bài giảng nhiều năm giảng dạy cho sinh viên ngành Địa lý
học, chuyên ngành Địa lý du lịch.
Giáo trình cung cấp những kiến thức cơ bản về viễn thám và GIS (hệ
thống thông tin địa lý) như là một phương tiện nghiên cứu, khai thác dữ liệu
không gian cho sinh viên ngành Địa lý học, chuyên ngành Địa lý du lịch được
đào tạo tại Khoa Khoa học Xã hội, Trường Đại học Quảng Bình. Những kiến
thức này tạo điều kiện cho sinh viên hình thành được những ý niệm cơ bản về
viễn thám và GIS, từ đó có khả năng ứng dụng để khai thác các nguồn dữ liệu
được chia sẻ từ mạng, xây dựng dữ liệu tại một địa bàn khu vực cụ thể, phân

- Viễn thám thụ động: viễn thám cho phép ghi lại giá trị năng lượng tự nhiên (ánh
sáng Mặt Trời). Hệ thống này chỉ có thể làm việc khi mặt đất được chiếu sáng, nghĩa
là việc quan sát mặt đất (chụp ảnh) chỉ có thể thực hiện vào ban ngày.
- Viễn thám chủ động: viễn thám mà nguồn năng lượng phản chiếu do con người
tạo ra (thường là gắn kèm với vật mang). Thuận lợi của hệ thống này là có thể làm
việc trong mọi điều kiện thời tiết các mùa trong năm và mọi thời điểm trong ngày.
Viễn thám rada là một ví dụ của loại này.
1.1.1.2. Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo
- Vệ tinh địa tĩnh: 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): 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 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, …).
1.1.1.3. Phân loại theo dải phổ điện từ
- Viễn thám quang học: viễn thám mà thiết bị có thể hoạt động trong vùng nhìn
thấy (visible), vùng hồng ngoại gần (near infrared), vùng hồng ngoại giữa (middle
infrared) và hồng ngoại ngắn (short wave infrared). Các thiết bị cảm biến của hệ thống
này rất nhạy với bước sóng từ 300 - 3000nm.
- Viễn thám hồng ngoại: hệ thống mà bộ cảm biến hoạt động trong vùng hồng
ngoại; hay bộ cảm biến ghi lại năng lượng toả ra từ mặt đất trong dải phổ từ 3000 5000nm và 8000 - 14000nm. Dải sóng ngắn hơn đề cập ở trên được sử dụng để quan
sát đối tượng phát nhiệt cao (cháy rừng); dải sóng dài hơn được dùng quan sát mặt đất
thông thường. Vì thế, viễn thám hồng ngoại nhiệt được dùng phổ biến trong quan trắc
cháy, ô nhiễm nhiệt…
1


- Viễn thám siêu cao tần: viễn thám ghi lại các vi sóng tán xạ ngược của bước
sóng trong dải phổ điện từ từ 1mm đến 1m. Hầu hết các cảm biến siêu cao tần là viễn

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 là việc 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, ...
Ủy ban Nghiên cứu Vũ trụ Việt Nam đã 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, ...; 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.
2


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. 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.
Vào ngày 7/5/2013, VNREDSat-1 (Vietnam Natural Resources, Environment
and Disaster-monitoring Satellite-1), vệ tinh quang học quan sát Trái Đất đầu tiên của
Việt Nam, do Công ty EADS Astrium (Pháp) thiết kế, chế tạo được phóng vào vũ trụ.

Hình 1: Vệ tinh VNREDSat-1
VNREDSat-1 là hệ thống viễn thám bao gồm: (1) Vệ tinh quan sát Trái Đất
VNREDSat-1, (2) Trung tâm điều khiển vệ tinh, (3) trạm thu phát tín hiệu vệ tinh



TT
8

Sự kiện
Bàn giao hệ thống giữa Pháp và Việt Nam

Thời gian
04/9/2013
(Nguồn: vast.ac.vn)

Các thông số của vệ tinh VNREDSat-1:
- Vệ tinh có kích thước 600 mm x 570 mm x 500 mm, có trọng lượng khoảng
120kg. Tuổi thọ của vệ tinh theo thiết kế là 5 năm; Vệ tinh có quỹ đạo đồng bộ Mặt
Trời (SSO)
- Độ cao quỹ đạo trên xích đạo: 680km; Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo: 98,13o
- Độ tròn quỹ đạo: 0,001193; Chu kỳ quỹ đạo: 5909,6 giây
- Hệ thống quang học được đặt trên vệ tinh VNREDSat-1 là NAOMI (New
AstroSat Optical Modular Instrument)
- Thời gian chụp lặp lại: 3 ngày (vệ tinh nghiêng ±35o)/7 ngày (nghiêng ±15o)
Bảng 2: Đặc điểm ảnh vệ tinh VNREDSat-1
TT
Kênh ảnh
Bước sóng (μm) Độ phân giải (m)
1 Kênh toàn sắc (Panchromatic)
0,45 – 0,75
2,5
2 Kênh 1 (Blue)
0,45 – 0,52

thám.
Có thể hình dung hệ thống viễn thám một cách đơn giản theo hình. Bức xạ mặt
trời một phần bị khuyếch tán trong khí quyển; khi xuống đến mặt đất, một phần bị hấp
thụ, một phần truyền qua, một phần phản xạ. Bộ cảm trên vệ tinh thu những sóng phản
xạ này - sóng điện từ mang thông tin. Tín hiệu thu được từ vệ tinh truyền xuống trạm
thu trên mặt đất. Sau khi được xử lý bằng công nghệ xử lý ảnh số hay giải đoán bằng
mắt thường, những thông tin này sẽ chuyển đến cho người dùng.

Hình 3: Sơ đồ các thành phần của viễn thám
Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau.
Theo trình tự hoạt động của hệ thống, chúng ta có:
1.2.1. Nguồn năng lượng (A)
1.2.1.1. Vai trò của nguồn năng lượng
Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng lượng để chiếu
sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử
dụng năng lượng mặt trời (viễn thám thụ động), có loại tự cung cấp năng lượng tới đối
tượng (viễn thám chủ động). Thông tin viễn thám thu thập được là dựa vào năng lượng
từ đối tượng đến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng lượng chiếu sáng hay truyền
tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối tượng đến thiết bị nhận.

5


1.2.1.2. Sóng điện từ
Như chúng ta đã nói ở trên, thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là
nguồn năng lượng để chiếu vào đối tượng. Năng lượng này ở dạng bức xạ điện từ/
sóng điện từ. Tất cả sóng điện từ đều có một thuộc tính cơ bản và phù hợp với lý
thuyết sóng cơ bản.

Hình 4: Sóng điện từ


Trong đó : E - năng lượng của một quantum tính bằng joul (J)
h - hằng số Plank bằng 6.625 × 10-34 (j.s)
Từ phương trình (1) và (2) ta có: E = h.c/ λ
Như vậy ta thấy rằng: năng lượng của một quantum phụ thuộc vào độ dài của
bước sóng. Độ dài của sóng càng lớn thì năng lượng càng nhỏ. Điều này có một mối
liên quan hết sức quan trọng trong viễn thám.
Theo lý thuyết hạt, tất cả các vật có nhiệt độ trên nhiệt độ tuyệt đối (0oK hay là 273oC) đều phát ra năng lượng, tổng năng lượng càng tăng khi nhiệt độ càng tăng và
được tính theo định luật Stephan-Boltzman.
M = σ.T
Trong đó:
M - tổng năng lượng phát ra từ bề mặt vật thể (W/m2)
σ - hằng số Stephan-Boltzman (= 5,6697.10-8 W/m2/0oK).
T - Nhiệt độ tuyệt đối.
Phương trình trên được xác định cho vật thể đen, chính là nguồn phát xạ mà năng
lượng phát xạ chính là nguồn năng lượng đã được vật thể hấp thụ.
1.2.2. Sự phát xạ vào khí quyển (B)
Vì năng lượng đi từ nguồn tới đối tượng nên sẽ phải tác động qua lại với vùng khí
quyển nơi năng lượng đi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian
nào đó vì năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm.
Sóng điện từ tương tác với vật chất theo nhiều cơ chế khác nhau phụ thuộc vào:
thành phần vật chất cấu trúc của bản thân đối tượng. Những cơ chế tương tác này thay
đổi một cách rõ nét qua một số đặc tính của sóng điện từ như thành phần phổ, sự phân
cực, cường độ và hướng phản xạ. Như vậy để xác định được hoàn toàn đầy đủ mọi
thông tin về một đối tượng nào đó cần phải khảo sát nó trong toàn bộ giải phổ sóng
điện từ.

Hình 5: Phổ điện từ (mở rộng của vùng nhìn thấy)
Sự tồn tại của khí quyển làm giảm đi khả năng lan truyền của sóng điện từ và
tăng phần nhiễu của tín hiệu thu được. Sự có mặt của mây mù, bụi và những thành

5 Vùng nhìn thấy
0.4 - 0.7μm
đại của năng lượng phản xạ ở bước sóng 0.5
Phản xạ lại bức xạ mặt trời không có thông
Vùng hồng
tin về tính chất nhiệt của đối tượng.
6
0.7 - 10μm
ngoại
Băng từ 0.7 - 1.1 μm được nghiên cứu với
phim và gọi là cận hồng ngoại
Các chỉ số khí quyển chính ở nhiệt ghi được
hình ảnh của các bước sóng này, yêu cầu phải
Vùng hồng
3-5 μm
7
có máy quét quang cơ và hệ thống máy thu
ngoại nhiệt
8-14μm
đặc biệt gọi là hệ thống “vibicol” không phải
bằng phim.
Các bước sóng dài hơn có thể hay vùng rađa
xuyên qua mây, sương mù và mưa. Các hình
8 Vùng cực ngắn
0.1 - 30 cm
ảnh có thể ghi được trong dạng chủ động hay
bị động.
Dạng “chủ động của viễn thám sóng cực
9 Vùng rađa
0.1 - 30 cm ngắn”. Hình ảnh rađa được ghi lại ở các băng

Trong lĩnh vực viễn thám, kết quả giải đoán phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết
mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ và đối tượng tự nhiên. Những thông tin về
đặc trưng phản xạ phổ sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn kênh phổ tối ưu chứa
nhiều thông tin nhất, đồng thời đó cũng là cơ sở để phân tích các tính chất của đối
tượng địa lý, tiến tới phân loại.
Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như
điều kiện chiếu sáng, môi trường, khí quyển và bề mặt đối tượng cũng như bản thân
các đối tượng đó (độ ẩm, lớp nền, thực vật, chất mùn, cấu trúc bề mặt ...). Như vậy,
các đối tượng khác nhau sẽ có khả năng phản xạ phổ khác nhau. Phương pháp viễn
thám dựa chủ yếu trên nguyên lý này để nhận biết, phát hiện các đối tượng, hiện tượng
trong tự nhiên. Các thông tin về đặc trưng phản xạ phổ của đối tượng tự nhiên sẽ giúp
các nhà chuyên môn lựa chọn được kênh phổ tối ưu chứa nhiều thông tin về đối tượng
nghiên cứu. Đây chính là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng,
tiến tới phân loại chúng.
Năng lượng mặt trời (E0) chiếu xuống mặt đất dưới dạng sóng điện từ, khi năng
lượng này tác động lên bề mặt một đối tượng nào đó thì một phần bị phản xạ trở lại
(EPX), một phần bị đối tượng hấp thụ và chuyển thành dạng năng lượng khác (EHT),
phần còn lại bị truyền qua hay còn gọi là hiện tượng thấu quang năng lượng (ETQ). Có
thể mô tả quá trình trên theo công thức:
E0 = EPX + EHT + ETQ (1)
Phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt của đối tượng, năng lượng phản xạ phổ có thể
phản xạ toàn phần, phản xạ một phần hoặc tán xạ toàn phần. Vì vậy cần phải lưu ý khi
giải đoán ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, nhất là khi xử lý ảnh cần phải có các thông tin về
các khu vực đang khảo sát và phải biết rõ các thông số kỹ thuật của thiết bị sử dụng,
điều kiện chụp ảnh vì các yếu tố này có vai trò nhất định trong việc giải đoán hoặc xử
lý ảnh. Đồng thời, năng lượng phản xạ từ các đối tượng không những phụ thuộc vào
cấu trúc bề mặt đối tượng mà còn phụ thuộc vào bước sóng của năng lượng chiếu tới.
Do vậy, hình ảnh của đối tượng được ghi nhận bằng năng lượng phản xạ phổ của các
bước sóng khác nhau sẽ khác nhau.
Để nghiên cứu sự phụ thuộc của năng lượng phản xạ phổ vào bước sóng, người ta

Tán xạ là do các hạt vật chất nhỏ có trong không khí hoặc các ion có trong khí quyển
phản xạ tia chiếu tới, hoặc do tia chiếu truyền qua lớp khí quyển dày đặc có mật độ
không khí không đồng nhất gây nên.
+ Hiện tượng hấp thụ xảy ra khi tia sáng không được tán xạ mà truyền qua lớp
nguyên tử không khí trong khí quyển và làm nóng lớp khí quyển đó. Hiện tượng tán xạ
tuyệt đối xảy ra khi không có sự hấp thụ năng lượng.
1.2.4. Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm (D)
Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có
một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền
về bộ cảm mang thông tin về đối tượng.
1.2.4.1. Bộ cảm và vật mang
Bộ cảm (bộ viễn cảm) là một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ
hoặc bức xạ từ vật thể. Máy chụp ảnh hoặc máy quét là những bộ 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 do bộ
cảm nhận được.
10


Phương tiện mang các bộ cảm là vật mang. Vệ tinh, máy bay là những vật mang
cơ bản thường sử dụng trong viễn thám. Ngoài ra còn có tàu vũ trụ con thoi, các trạm
nghiên cứu vũ trụ và nhiều loại vật mang khác có độ cao hoạt động từ vài chục mét trở
lên.
Bảng 4: Hệ thống phân loại vật mang theo độ cao
Vật mang
Độ cao
Hình thức quan sát
Ghi chú
Vệ tinh địa tĩnh

Đo đạc mặt đất
0 – 30m Thu thập số liệu thực địa
Hình trên minh họa rõ hơn quá trình thu nhận sóng điện từ mang thông tin của
viễn thám quang học (với bộ cảm thụ động) và viễn thám radar (với bộ cảm chủ
động).
Các hệ thống viễn thám bị động ghi lại năng lượng được bức xạ tự nhiên hay
phản xạ từ một số đối tượng, còn hệ thống viễn thám chủ động được cung cấp một
năng lượng riêng cho nó và chiếu trực tiếp vào đối tượng nhằm mục đích đo đạc phần
năng lượng đi trở về. Một dạng phổ biến của viễn thám chủ động là radar. Nó được
cấp một nguồn năng lượng riêng của năng lượng điện từ ở bước sóng radar.
Bộ cảm biến chỉ thu nhận năng lượng sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể
theo từng bước sóng xác định. Năng lượng sóng điện từ sau khi tới được bộ cảm biến
được chuyển thành tín hiệu số và truyền về trạm thu trên mặt đất. Sau khi được xử lý,
ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ
ứng với từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ đã xác định (từ cực
tím đến hồng ngoại) nên người ta còn gọi là dữ liệu ảnh đa phổ hay đa kênh.

11


Hình 6: Quá trình thu nhận sóng điện từ
1.2.4.2. Đánh giá hệ thống thu thập dữ liệu viễn thám
Các hệ thống thu thập dữ liệu viễn thám được đánh giá dựa vào các độ phân giải
dữ liệu sau:
- Độ phân giải phổ: số lượng và độ rộng của các khoảng bước sóng trong phổ
điện từ mà các bộ cảm vệ tinh phát hiện được.
- Độ phân giải không gian: phản ánh diện tích mặt đất được tóm tắt bởi một giá
trị dữ liệu trong ảnh. Đối với hệ thống viễn thám là kích thước tính bằng mét của
trường nhìn không đổi (IFOV). Ví dụ: Landsat MSS là 79×79m, Landsat TM là
30×30m, Spot là 20×20m.

bằng một hoặc kết hợp nhiều phương pháp. Các phương pháp này là giải đoán thủ
công bằng mắt, giải đoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ điện tử để lấy được thông
tin về các đối tượng của khu vực đã chụp ảnh.

Hình 7: Quá trình giải đoán ảnh
1.2.7. Ứng dụng (G)
Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, được thực hiện khi ứng dụng
thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ hơn về đối tượng mà chúng ta
quan tâm, để khám phá những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã có ...
nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể.
Câu hỏi ôn tập
1. Trình bày sự phân loại viễn thám? Cho ví dụ minh họa.
2. Phân tích các thành phần của hệ thống viễn thám? Theo anh/ chị, thành phần
nào có ý nghĩa quan trọng nhất?

13


CHƯƠNG 2. PHÂN LOẠI ẢNH VIỄN THÁM
2.1. KHÁI QUÁT VỀ ẢNH VIỄN THÁM
Ảnh viễn thám là ảnh thể hiện các vật thể trên bề mặt Trái Đất được thu nhận bởi
các bộ cảm đặt trên vệ tinh, máy bay (ở khoảng cách vài trăm mét). Ảnh viễn thám có
thể ở dạng ảnh tương tự hoặc ảnh số. Trong nội dung này, chỉ tập trung giới thiệu về
ảnh số.
2.1.1. Khái niệm về ảnh số
Ảnh số được tạo bởi các phần tử ảnh có cùng kích thước được gọi là pixel. Các
pixel thường có hình dạng vuông và được xác định bằng tọa độ là chỉ số hàng (tăng
dần từ trên xuống) và chỉ số cột (từ trái sang phải). Nếu kích thước pixel quá lớn thì
chất lượng ảnh sẽ kém, còn trong trường hợp ngược lại thì dung lượng thông tin cần
lưu trữ lại quá lớn. Diện tích nhỏ nhất trên mặt đất được ghi nhận tương ứng với một

phổ. Đây chính là đặc trưng phổ của ảnh viễn thám, đặc trưng này được thể hiện ở ba
dạng là đường cong đặc trưng phổ.
Trên hình thể hiện đường cong phổ đặc trưng của nước, đất và thực vật. Trục
hoành biểu thị độ dài bước sóng, trục tung biểu thị độ phản xạ của các đặc trưng mặt
đất với độ dài bước sóng tương ứng. Các đường cong đặc trưng này có thể được vẽ từ
các số liệu đo phổ các đối tượng nhờ phổ kế hoặc radio kế trên thực địa.
Cuối cùng, đối với băng ảnh đơn như ảnh hàng không trắng đen, ảnh Radar hoặc
ảnh hồng ngoại, đặc trưng phổ của chúng sẽ suy giảm thành đặc trưng độ đen (hay độ
tương phản).
* Đặc trưng phản xạ phổ của thực vật
Đặc tính chung nhất của thực vật là khả năng phản xạ phổ phụ thuộc vào chiều
dài bước sóng và các giai đoạn sinh trưởng của thực vật.
Các trạng thái lớp phủ thực vật khác nhau có tính chất phản xạ phổ khác nhau.
Bức xạ mặt trời (E0) khi tới bề mặt lá cây một phần bị phản xạ ngay (E1). Bức xạ ở
vùng sóng chàm và sóng đỏ bị chất diệp lục hấp thụ để thực hiện quá trình quang hợp.
Bức xạ ở vùng sóng lục khi gặp diệp lục trong lá cây sẽ phản xạ trở lại (EG). Bức xạ ở
vùng sóng hồng ngoại (EIR > 720nm) cũng sẽ phản xạ khi gặp chất diệp lục của lá.
Như vậy, năng lượng phản xạ từ thực vật (EPX) bao gồm:
EPX = E1 + EG + EIR (1.3)
Trong đó thành phần năng lượng (EG + EIR) chứa đựng những thông tin cần thiết
về bản chất và trạng thái của thực vật, còn phần năng lượng E1 chỉ có tác dụng tạo ra
độ chói của đối tượng. Sự khác nhau về đặc trưng phản xạ phổ của thực vật được xác
định bởi các yếu tố cấu tạo trong và ngoài lá cây (chất diệp lục, cấu tạo mô bì, thành
phần và cấu tạo biểu bì, hình thái cây ...), thời kỳ sinh trưởng (tuổi cây, giai đoạn sinh
trưởng ...) và các tác động ngoại cảnh (điều kiện chiếu sáng, thời tiết, vị trí địa lý ...).

15


Tuy vậy, đặc trưng phản xạ phổ của lớp phủ thực vật vẫn mang những đặc điểm

khác có trong đất (nước và các chất khoáng) sẽ phản xạ trở lại (E2). Như vậy, phần
16


năng lượng E2 sẽ chứa đựng những thông tin cơ bản về thành phần, bản chất các loại
đất. Có thể biểu diễn năng lượng phản xạ đó dưới dạng:
EPX = E1 + E2 (1.4)
Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc chủ yếu vào bản chất hóa - lý của đất,
hàm lượng chất hữu cơ, độ ẩm, trạng thái bề mặt, thành phần cơ giới của đất, ...
Cấu trúc của đất phụ thuộc vào thành phần, tỷ lệ cấu sét, bụi, cát. Sét là hạt mịn
có đường kính nhỏ hơn 0.002mm, bụi có đường kính 0.002 đến 0.05mm, cát có đường
kính 0.05mm đến 2mm. Tuỳ thuộc vào tỷ lệ thành phần của sét, bụi và cát mà có các
loại đất khác nhau.
Đất cát mịn thì khoảng cách giữa các hạt nhỏ vì chúng ở gần nhau hơn. Với hạt
lớn khoảng cách giữa chúng lớn hơn, do vậy khả năng vận chuyển không khí và độ ẩm
cũng dễ dàng hơn. Khi độ ẩm lớn, trên mỗi hạt cát sẽ bọc một màng mỏng nước, do
vậy độ ẩm và lượng nước trong loại đất này sẽ cao hơn và do đó độ ẩm cũng ảnh
hưởng đến khả năng phản xạ phổ của chúng.
Nhìn vào đồ thị ta thấy: khi độ ẩm tăng lên thì khả năng phản xạ phổ sẽ giảm. Do
vậy, khi hạt nước rơi vào cát khô ta thấy cát có mầu thẫm hơn, đó là nguyên nhân có
sự chênh lệch rõ rệt giữa các đường đặc trưng 1, 2, 3. Tuy nhiên, cát ẩm nếu có thêm
nước cũng sẽ không thẫm mầu đáng kể. Thành phần chất hữu cơ có trong đất cũng ảnh
hưởng tới khả năng phản xạ phổ của các đối tượng, với hàm lượng chất hữu cơ từ 0,5
đến 5,0%, đất có mầu nâu sẫm. Nếu hàm lượng hữu cơ thấp hơn đất sẽ có mầu nâu
sáng. Ôxít sắt cũng ảnh hưởng tới khả năng phản xạ phổ của đất. Khả năng phản xạ
phổ tăng khi hàm lượng ôxít sắt trong đất giảm xuống. Khi loại bỏ ôxít sắt ra khỏi đất,
thì khả năng phản xạ phổ của đất tăng lên rõ rệt ở dải sóng từ 500nm đến 1100nm
nhưng với bước sóng lớn hơn 1100nm thì hầu như không có tác dụng.

Hình 11: Khả năng phản xạ phổ của đất phụ thuộc vào độ ẩm

chính dưới ba dạng là độ phân giải, cấu trúc của ảnh và méo ảnh.
Độ phân giải của ảnh viễn thám thể hiện ở ba vấn đề: Độ phân giải không gian,
độ phân giải bức xạ (rediometric) và độ phân giải phổ.
- Độ phân giải không gian: khoảng cách tối thiểu giữa hai đối tượng mà chúng
được phân chia và tách biệt với nhau trên ảnh.
Do đặc tính của đầu thu, độ phân giải không gian của một ảnh vệ tinh phụ thuộc
vào hai thông số FOV (Field of view - trường/ góc nhìn) và IFOV (instantaneous field
of view - trường/ góc nhìn tức thì) được thiết kế sẵn. Thông số FOV cho ta thấy được
phạm vi không gian mà đầu thu có thể thu nhận được sóng điện từ từ đối tượng. Như
vậy, với góc nhìn càng lớn (FOV càng lớn) thì ảnh thu được càng rộng, và với cùng
một góc nhìn, vệ tinh nào có độ cao lớn hơn sẽ có khoảng thu ảnh lớn hơn.
18


Ngược với FOV, IFOV của đầu thu đặc trưng cho phạm vi không gian mà đầu
thu có thể nhận được sóng điện từ trong một thời điểm. Tức là đầu thu sẽ không thể
“nhìn” được các đối tượng nhỏ hơn trong góc nhìn IFOV. Tổng hợp giá trị bức xạ của
các đối tượng trong một góc IFOV được thu nhận cùng một lúc và mang một giá trị,
được ghi nhận như một điểm ảnh. Trong ảnh số, một điểm ảnh được gọi là một pixel
và giá trị kích thước pixel đặc trưng cho khả năng phân giải không gian của ảnh. Góc
IFOV càng nhỏ thì khả năng phân biệt các đối tượng trong không gian càng lớn, nghĩa
là giá trị pixel càng nhỏ và phạm vi “chụp” ảnh càng hẹp.
Độ phân giải không gian thường được thể hiện bằng kích thước của pixel, ví dụ
như ảnh Landsat TM là 30x30m hay ảnh Spot-XS là 20x20m và Spot-PAN là 10x10m
... Độ phân giải không gian là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác
của công tác đo vẽ bản đồ và của công tác phân loại.

5m

30m