Tải xuống dữ liệu ảnh Landsat-8

1 Giới thiệu về dữ liệu ảnh Landsat-8

1.1 Giới thiệu chung

Vệ tinh thế hệ thứ 8 – Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM). 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 như 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 như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp.

Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI – Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS – Thermal Infrared Sensor). Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước. 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 lượng nước 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 tượng 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 nước, nhiệt độ bề mặt. Bộ cảm OLI và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước.

Hình 7 : So sánh các kênh ảnh của Landsat-8 và Landsat-7 ETM+

Bảng 1: So sánh các bước sóng và độ phân giải của ảnh Landsat-8 và Landsat-7 ETM+

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

• Loại sản phẩm: đã được xử lý ở mức 1T nghĩa là đã cải chính biến dạng do chênh cao địa hình (mức trực);
• Định dạng: GeoTIFF;
• Kích thước 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;
• Phương 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 .tar.gz. Kích thước file nếu ở dạng nén khoảng 1GB, còn ở dạng không nén khoảng 2GB.

1.2 Các mức xử lý dữ liệu ảnh Landsat-8

a. Mức độ hiệu chỉnh ảnh Landsat-8 mức 1 (level 1)

• L1TP ( Level 1 Terrain Precision): dữ liệu được hiệu chỉnh bức xạ, hiệu chỉnh hình học trực giao, sử dụng các điểm khống chế mặt đất và DEM. Là mức độ cao nhất cho các dữ liệu level 1
• L1GT (Level 1 Systematic Terrain): dữ liệu được hiệu chỉnh bức xạ và hiệu chỉnh hình học hệ thống, sử dụng dữ liệu thiên văn của vệ tinh và DEM.
• L1GS (Level 1 Geometric Systematic): dữ liệu được hiệu chỉnh bức xạ và hiệu chỉnh hình học hệ thống, sử dụng dữ liệu thiên văn của vệ tinh

b. Mức xử lý của ảnh Landsat-8

• Real Time (thời gian thực): Dữ liệu có thể tải về trong vòng 12h ngay sau khi thu xuống ( thường từ 4-6h). Sau khi được xử lý hiệu chỉnh với dữ liệu thiên văn sẽ chuyển sang cấp 1 và cấp 2.
• Cấp 1 (Tier 1): Dữ liệu được xử lý độ chính xác hình học cao(L1TP) và hiệu chuẩn chéo giữa các vệ tinh Landsat với nhau
• Cấp 2 (Tier 2): Dữ liệu có độ chính xác hình học thấp hơn (L1GT, L1GS) nhưng hiệu chỉnh bức xạ tương đương cấp 1

c. Các mức sản phẩm của ảnh Landsat-8

• Level 1: dữ liệu gốc, là đầu vào cho level 2
• Level 2: là sản phẩm phục vụ khoa học, là dữ liệu đa thời gian, nhất quán và liên tục trong một thời gian dài nhất định nào đó, nhằm ghi lại các tác động của biến đổi khí hậu, là đầu vào của level 3. Bao gồm các sản phẩm: Phản xạ bề mặt, chỉ số phản xạ phổ bắt nguồn từ bề mặt của Landsat, nhiệt độ bề mặt
• Level 3: là sản phẩm khoa học, thể hiện đặc tính sinh lý của bề mặt Trái đất, và được tạo ra từ dữ liệu sẵn sàng phân tích Landsat của Hoa Kỳ (ARD). Bao gồm các sản phẩm: mức độ mở rộng của nước bề mặt, diện tích bị tuyết phủ, khu vực bị cháy

Các sản phẩm level 2 và level 3 có nguồn gốc từ dữ liệu level 1, được sử dụng để theo dõi, đánh giá và dự đoán sự thay đổi trong sử dụng đất, độ che phủ và tình trạng đất, gây ra ảnh hưởng đến con người và thiên nhiên.

d. Ý nghĩa trong tên ảnh Landsat-8

LXSS_LLLL_PPPRRR_YYYYMMDD_yyyymmdd_CC_TX

L = Landsat

X = Bộ cảm (“C”=OLI/TIRS kết hợp, “O”=chỉ có OLI, “T”=chỉ có TIRS, “E”=ETM+, “T”=“TM, “M”=MSS)

SS = thế hệ vệ tinh (”07”=Landsat 7, “08”=Landsat 8)

LLL = Mức độ hiệu chỉnh (L1TP/L1GT/L1GS)

PPP = Số cột

RRR = Số hàng

YYYYMMDD = Thời gian thu ảnh, theo thứ tự năm/tháng/ngày

yyyymmdd – Thời gian xử lý ảnh, theo thứ tự năm/tháng/ngày

CC = Bộ sưu tập (01, 02, …)

TX = Mức xử lý (“RT”=Real-Time_thời gian thực, “T1”= Cấp 1, “T2”= Cấp 2)

Ví dụ: LC08_L1GT_029030_20151209_20160131_01_RT

Landsat 8; OLI/TIRS kết hợp; Xử lý mức L1GT; cột 029; hàng 030; thu ngày 09/12/2015; xử lý ngày 31/01/2016; Bộ sưu tập 1; Thời gian thực

2 Tải xuống dữ liệu ảnh Landsat-8

Bước 1: Truy cập trang thông tin điện tử: https://earthexplorer.usgs.gov/

Sử dụng một trình duyệt web bất kỳ để truy cập như Chrome, MozilaFirefox, Cốc Cốc, InternetExplorer, Safari,…

Bước 2: Đăng ký thành viên

Để có thể tải dữ liệu ảnh từ trang thông tin này về cần phải đăng ký thành viên của trang.

• Trên màn hình chính, lựa chọn phần Register phía góc trên bên phả

• Sau đó sẽ xuất hiện cửa sổ khai báo thông tin như sau:

• Khai báo thông tin cụ thể như sau:
  • Username: đây là tên tài khoản sẽ sử dụng sau này, tên có từ 4 đến 30 ký tự, các ký tự đặc biệt có thể sử dụng là dấu chấm (.); chữ @; dấu gạch dưới ( _ ); dấu gạch giữa ( – )
  • New Password: Mật khẩu để đăng nhập, cần phải dài từ 12 đến 24 ký tự, có chứa ít nhất một chữ cái và một chữ số, có thể sử dụng các ký tự đặc biệt là: dấu phẩy ( , ); dấu gạch nối ( – ); dấu chấm ( . ); dấu sổ thẳng ( | ); dấu thăng (#); dấu gạch dưới ( _ ).
  • Confirm New Password: Gõ lại mật khẩu để xác nhận
• Sau đó nhấn vào nút Continue. Nếu có xuất hiện cửa sổ CAPTCHA thì tích vào ô “ Tôi không phải người máy” và lựa chọn các hình, biểu tượng,… theo hướng dẫn
• Xuất hiện cửa sổ khai báo như sau:

• • Phần In what sector do you work? Là lựa chọn lĩnh vực làm việc như: làm việc cho chính phủ, cho các tổ chức phi lợi nhuận, cho các công ty tư nhân, cho các viện nghiên cứu,… Phần này có thể chọn “Other”

• • Phần Which of the following characterizes you as a user of remotely sansed data from USGS? Là mô tả cách sử dụng dữ liệu, phần này chọn “ End User” bằng cách tích vào ô trống trước đó.

Phần Does your work use remotely sensed data from the USGS? Là công việc có sử dụng dữ liệu từ USGS không, chọn câu trả lời là có.

Phần What is the primary application for which you have used remotely sensed data from USGS in the past year? Là ứng dụng chính đã sử dụng trong năm vừa qua khi dùng dữ liệu từ USGS là gì? Phần này lựa chọn “ Forest science/management”

Phần In addition to the primary application, in what other areas have you used remotely sensed data from USGS in the past year? Là lựa chọn thêm các ứng dụng khác ngoài ứng dụng chính vừa nêu. Phần này có thể tùy chọn theo thực tế, ví dụ như: địa chất (Geology), sức khỏe cộng đồng (Public Health), giáo dục (Education), phát triển phần mềm (Software development), …

Phần Over the next year, approximately how much of the remotely sensed data you acquire from USGS will you distribute to others to use as opposed to using it yourself? Là hỏi về lượng dữ liệu sẽ phân phối cho những người khác cùng sử dụng, phần này chọn “Most of the data”

Phần Over the next year, how important will free and open access to remotely sensed data from USGS be to conducting your work? Là đánh giá mức độ quan trọng khi truy cập và sử dụng dữ liệu miễn phí từ USGS đến công việc hàng ngày, phần này chọn “ Very Important”

• Sau đó nhấn Continue
• Xuất hiện bảng thông tin cá nhân như sau:

• Điền đầy đủ các thông tin, cụ thể là:
  • First name: tên
  • Last name: họ
  • Company/Organization: Công ty/tổ chức làm việc
  • Address 1: địa chỉ ( có thể ghi phường, xã,… hoặc cụ thể hơn)
  • Address 2: địa chỉ ( có thể ghi phường, xã,… hoặc cụ thể hơn), hoặc để trống
  • Country: lựa chọn “Viet Nam”
  • City: tên thành phố
  • State/Province: tên tỉnh
  • Zip/Postal Code: mã bưu chính của địa chỉ, có thể ghi 100000
  • Email: địa chỉ thư điện tử ( rất quan trọng vì sẽ cần phải kích hoạt tài khoản từ địa chỉ này)
  • Retype Email: gõ lại địa chỉ email
  • Alternative Email: để trống hoặc ghi email khác để thay thế khi cần
  • Telephone: số điện thoại ( mã quốc tế của Việt Nam là +84)
  • Fax: số fax, có thể để trống
• Sau đó nhấn Continue
• Xuất hiện bảng xác nhận các thông tin đã đăng ký

• Sau đó nhấn Submit Registration
• Xuất hiện bảng thông báo vào email để kích hoạt tài khoản

• Đăng nhập vào email và click vào link để kích hoạt tài khoản ( trong hình vuông màu đỏ)

• Nhấp vào link và xuất hiện phần xác nhận thông tin đăng ký
• Gõ tên tài khoản đăng nhập như đã đăng ký ở trên (Username) vào ô trống rồi nhấn Submit

• Sau đó, trình duyệt sẽ chuyển đến cửa sổ đăng nhập vào trang thông tin, với xác nhận là tài khoản đã đăng ký thành công

• Đăng nhập bằng cách gõ tên tài khoản(Username) đã đăng ký ở trên vào ô Registered USGS Username và mật khẩu (Password) vào ô Registered USGS Password.
• Sau đó nhấn Sign In
• Xuất hiện trang chủ của USGS cho phép tìm và tải xuống dữ liệu với tên tài khoản phía góc trái trên bên phải của trang thông tin.

Chú ý: bước đăng ký thành viên chỉ cần thực hiện 1 lần, các lần sau có thể đăng nhập bằng cách nhấn vào phần Log in trên trang thông tin điện tử

Hiển thị bản đồ

Thông tin phục vụ tìm kiếm dữ liệu ảnh

Bước 3: Tìm kiếm dữ liệu quan tâm

• Lựa chọn vị trí cần tìm kiếm ảnh

Trang thông tin điện tử EarthExplorer sử dụng dữ liệu nền tương tự như GoogleEarth và có thể tương tác trực tiếp trên mà hình hiển thị, do vậy khi lựa chọn vị trí cần tìm dữ liệu ảnh có thể gõ tên cụ thể, tải dữ liệu ranh giới có sẵn hay vẽ trực tiếp trên nền bản đồ.

+ Nếu lựa chọn theo địa danh: Trong thẻ Search Criteria, chọn phần Geocoder, và gõ tên địa danh vào phần Address/Place

+ Nếu lựa chọn theo dữ liệu ranh giới có sẵn, chọn thẻ KML/Shapefile Upload, các dữ liệu ranh giới tải lên phải ở dạng shapefile (*.shp) hoặc *.kml, *.kmz (đây là định dạng file vecto của GoogleEarth)

+ Nếu lựa chọn trực tiếp bằng cách vẽ trên bản đồ. Trên phần hiển thị bản đồ, kéo bản đồ đến khu vực cần quan tâm và phóng to khu vực bằng chuột giữa; có thể vẽ dạng đa giác bất kỳ thì chọn thẻ Polygon, sẽ có bảng tọa độ các điểm giới hạn đa giác đó

Ví dụ: Ở đây chọn một vùng đa giác phủ kín huyện Đắk Lắk, như hình sau

hoặc hình tròn thì chọn thẻ Circle, sẽ xuất hiện bảng thông tin về tọa độ tâm hình tròn theo kinh vĩ độ ( Center Latitude_vĩ độ tâm hình tròn, Center Longtitude_kinh độ tâm hình tròn) và bàn kính hình tròn_Radius (có thể theo mét hoặc kilomet)

• Lựa chọn thời gian cần dữ liệu ảnh: Sau khi lựa chọn xong vị trí thì sẽ lựa chọn thời điểm cần tìm dữ liệu ảnh hay thời gian ảnh đã chụp. Trong thẻ Search Criteria, chọn thẻ Data Range

Sau đó nhấp vào biểu tượng sẽ xuất hiện bảng thông tin ngày tháng năm để chúng ta lựa chọn như hình dưới đây. Trong đó, phía tay trái là thời gian bắt đầu và phía tay phải là thời gian kết thúc khoảng thời gian cần tìm kiếm.

Ví dụ: chọn thời gian cần tìm là từ 01/01/2019 đến 31/10/2019 thì kết quả sẽ như sau:

Bước 4: Lựa chọn loại dữ liệu quan tâm.

Trong thẻ Search Criteria, chọn phần Data Set.

Trang thông tin sẽ chuyển sang thẻ Data Set, trong đó có rất nhiều loại dữ liệu mà có thể cung cấp. Tìm đến phần Landsat,

lựa chọn Landsat Collection 1 Level 1, rồi tích vào ô Landsat 8 OLI/TIRS C1 Level-1, như hình sau

Bước 5: Thêm các thông số kỹ thuật của ảnh

Sau khi lựa chọn xong loại ảnh cần tìm kiếm, chọn Additional Criteria

Xuất hiện bảng các thông số để lựa chọn

Tuy nhiên chỉ cần quan tâm một vài thông số chính đó là Scene Cloud Cover (thường chọn Less than 30%); Day/Night Indicator (thường chọn Day).

Bước 6: Tải xuống dữ liệu

• Sau khi lựa chọn thêm các thông số kỹ thuật, nhấn Result và đợi trang thông tin tìm kiếm các kết quả theo yêu cầu
• Kết quả sẽ được hiển thị như sau

• Các thông tin cơ bản và ảnh xem nhanh của các cảnh ảnh sẽ được hiển thị bên bảng phía tay trái màn hình. Để xem vị trí tương đối của cảnh ảnh với khu vực tìm kiếm thì nhấn vào nút , kết quả sẽ hiển thị như sau:

• Để tải xuống cảnh ảnh nào thì nhấn vào nút , và sẽ xuất hiện cửa sổ thông báo, lựa chọn tải xuống dữ liệu dạng GeoTIFF mức 1 ( thường là dữ liệu có dung lượng lớn nhất)

• Dữ liệu ảnh được tải xuống sẽ được lưu vào máy tính, thường là phần mặc định trong thư mục có đường dẫn /Download/Compressed