Ứng dụng của tư liệu ảnh viễn thám/ứng dụng ảnh viễn thám
1 Ứng dụng ảnh viễn thám trong nghiên cứu địa chất
Vì khả năng nhận được những hình ảnh với tỉ lệ khác nhau, việc thành lập các sơ đồ ảnh, bình đồ và bản đồ ảnh địa chất là khả năng thực tế để làm chi tiết hóa, làm sáng tỏ và kiểm tra những bản đồ đã được thiết lập từ trước. Với việc tính toán phân tích trên các tài liệu mới nhận theo quan điểm kiến tạo toàn cầu và dựa theo các tư liệu ảnh vũ trụ, cho phép phải kiểm tra một loạt các bản đồ địa chất kiến tạo đã có. Điều đó cần phải được thực hiện dưa trên cơ sở phân tích dữ liệu viễn thám với việc sử dụng các loại tư liệu khác nhau như ảnh rađa, ảnh hồng ngoại, kết hợp với một số tư liệu địa vật lí.
Bên cạnh ảnh viễn thám quang học, ảnh viễn thám radar cũng đã được sử dụng trong hơn 20 năm nay để phát hiện các đặc trưng, thành lập các bản đồ địa chất, thăm dò khoáng sản và dầu. Trên ảnh SAR có thể nhận thấy rõ ràng các hệ thống thoát nước tự nhiên, điều này đã đáp ứng thỏa đáng một số yêu cầu địa mạo học riêng biệt đối với các vung nghiên cứu.
Hơn 50% toàn bộ thông tin là địa chất được phân tích từ chụp ảnh vũ trụ là thuộc về kiến tạo. Xét trong mối liên quan đến tỉ lệ ảnh và các đặc điểm kiến tạo của vùng thì số phần trăm đó còn tăng lên. Các vấn đề nghiên cứu cấu tạo của cấu trúc trái đất từ vũ trụ đã được thể hiện trong một số công trình nghiên cứu trong và ngoài. Chụp ảnh trái đất với mức độ bao quát khác nhau đã cho khả năng dự đoán đầy đủ một số cấu trúc kiến tạo khác nhau: vùng và đới kiến tạo phức nếp lồi và phức nếp lõm; vùng hạ xuống và vùng nâng lên cùng các cấu tạo nhỏ hơn khác, nhìn thấy rất rõ trên ảnh vũ trụ, những cấu trúc uốn nếp và những đứt gãy phá hủy, các đứt gãy sụt xuống, dịch xa, chuyển dịch, chuyển đến, phủ chờm và các vấn đề khác. Bên cạnh đó, các ảnh còn đem đến cho những thông tin về đặc điểm địa mạo, nguồn gốc của sự phá hủy đó.
Nhiều nhà khoa học đã quan tâm đến việc giải đoán các yếu tố kiến tạo và cấu trúc địa chất. Thống kê cho thấy khoảng hơn 50% các thông tin về địa chất phân tích được từ ảnh vệ tinh là thuộc về kiến tạo và cấu trúc.
Có thể giái đoán trên ảnh có cấu trúc nếp lồi, nếp lõm, các hiện tượng uốn nếp của đất đá,… trong các điều kiện sau: Sự khác nhau của thành phần vật chất trong các đá và sự khác biệt đó thường thể hiện lên địa hình, giúp cho người giải đoán phân tích được các cấu trúc. Ví dụ: sự xen kẽ liên tục của các tầng đá cát kết, đá phiến sét, … sẽ tạo nên hình ảnh rõ ràng của sự phân lớp, phân tầng trên ảnh vệ tinh.
2 Ứng dụng ảnh viễn thám trong nghiên cứu sử dụng đất và lớp phủ bề mặt
Ảnh viễn thám được ứng dụng rất có hiệu quả cho việc nghiên cứu sử dụng đất và lớp phủ mặt đất vì những lý do sau:
– Các ảnh của một vùng rộng lớn có thể thu nhận sự thay đổi một cách rất nhanh chóng.
– Các ảnh có độ phân giải thích hợp với việc phân loại các đối tượng trongviệc quan sát đo vẽ.
– Ảnh viễn thám có thể giải quyết các công việc mà thông thường quan sát trên mặt đất rất khó.
– Phân tích ảnh nhanh hơn và rẻ hơn rất nhiều so với quan sát thực địa.
– Ảnh cung cấp các thông tin mà trong khi quan sát thực địa có thể bỏ sót.
– Các ảnh có thể cung cấp một tập hợp các thông tin để đối chiếu so sánh các hiện tượng có sự thay đổi lớn như: sử dụng đất, lớp phủ mặt đất như rừng, nông nghiệp, thuỷ văn và sự phát triển đô thị.
Tuy nhiên, ảnh viễn thám có một số hạn chế như:
– Một số loại hình sử dụng đất khác nhau có thể không được phân biệt trên ảnh.
– Nhiều thông tin theo chiều nằm ngang bị mất đi hoặc không rõ nét trên ảnh viễn thám, những thông tin này thường rất có giá trị để phân loại những đối tượng sử dụng đất.
– Đối với một vùng nhỏ thì chi phí cho sự nghiên cứu viễn thám trở nên đắt hơn các phương pháp truyền thống, vì vậy sẽ không kinh tế.
Việc phân tích viễn thám cần phải được kiểm tra bằng các thông tin mặt đất tại các điểm điển hình, như vậy kết quả sẽ trở nên rất chính xác.
Đối với ảnh radar, độ phản xạ năng lượng sóng tùy theo bước sóng lựa chọn mà có độ nhạy cao với các thông số khác nhau như: độ gồ ghề của lớp bề mặt, cấu trúc, hướng thực vật và độ ẩm thực vật. Riêng đối với lâm nghiệp, ảnh radar là công cụ vô cùng hữu ích cho việc thành lập bản đồ lâm nghiệp đặc biệt cho quá trình thành lập bản đồ rừng nhiệt đới ở mức độ giám sát. Tuy nhiên, hạn chế của nó là khó có thể chi tiết trong việc biên tập chi tiết phân loại rừng.
3 Ứng dụng ảnh viễn thám trong điều tra thành lập bản đồ đất
Việc sử dụng các kỹ thuật viễn thám trong quá trình điều tra thổ nhưỡng cho phép vạch ra ranh giới của các vùng thổ nhưỡng khác nhau trên bình đồ song không thể trực tiếp phân loại thổ nhưỡng một cách chi tiết trên ảnh nếu nó bị thảm thực vật hoặc các vật khác che lấp. Chiều thứ 3 – chiều của thổ nhưỡng chứa đựng nhiều thông tin quan trọng để phân loại thổ nhưỡng thì lại luôn luôn không nhìn thấy nên việc thể hiện các thông tin này thường căn cứ theo dấu hiệu gián tiếp kết hợp kinh nghiệm. Công việc giải đoán ảnh là phát hiện ra đối tượng, phân tích và phân loại nó theo những dấu hiệu có quan hệ với tính chất của thổ nhưỡng để từ đó phân loại thổ nhưỡng. Vì vậy, việc sử dụng ảnh viễn thám trong điều tra và lập bản đồ thổ nhưỡng nhất thiết phải có sự hỗ trợ của tư liệu hệ thông tin địa lý và việc nghiên cứu ngoài thực địa do các nhà chuyên môn về ngành thổ nhưỡng có hiểu biết về viễn thám tiến hành.
Bên cạnh ảnh viễn thám quang học, ảnh viễn thám radar nhìn chung là cho phép phân biệt các loại hình sử dụng đất ( thành thị, nông nghiệp, rừng, mặt nước, …) nhờ vào độ nhạy cảm của SAR với độ nhám trên bề mặt và độ ẩm.
Đặc biệt với việc xác định mùa vụ nông nghiệp, ưu điểm của ảnh radar so với ảnh quang học là nó cho phép thu thập dữ liệu tại thời điểm mùa vụ tốt nhất trong chu ky phát triển, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Các bước sóng càng ngắn tương ứng với độ tán xạ ngược càng cao từ vòm cây và góc tới từ vừa phải đến lớn tương ứng với thành phần thấp của đất
Tuy nhiên, ảnh radar không dễ sử dụng có hiệu quả trong việc cung cấp thông tin để xác định mùa vụ vì chi phí cao và thiếu dữ liệu có độ phân giải không gian thích hợp để bổ sung thông tin.
4 Ứng dụng ảnh viễn thám trong nghiên cứu môi trường
4.1 Ứng dụng ảnh viễn thám trong nghiên cứu thủy văn
Có rất nhiều ứng dụng của viễn thám trong nghiên cứu thuỷ văn, từ đơn giản đến phức tạp. Không chỉ ảnh quang học mà ảnh radar cũng có những ứng dụng nhất định trong nghiên cứu thủy văn.
Từ ảnh radar có thể ước tính được độ ẩm đất và sự thay đổi độ ẩm theo thời gian và không gian vì hầu hết các phép đo trực tiếp trên mặt đát chỉ phù hợp với vùng đơn và khó ngoại suy, do đó ảnh radar có tiềm năng mạnh mẽ trong lĩnh vực này, nó cho phép tạo ra các bản đồ độ ẩm đất cho toàn cầu hay ở mức độ quốc gia với độ mô phỏng cao cung rất hữu ích và là xu thế hiện nay.
Dưới đây là một số giới thiệu tóm tắt về một số ứng dụng chính.
- Nghiên cứu tổng hợp lưu vực sông
- Nghiên cứu dòng chảy sông
- Nghiên cứu cân bằng nước của lưu vực
- Tính toán lượng dòng chảy rắn
4.2 Ứng dụng ảnh viễn thám trong hải dương học
Màu của nước biển, đúng ra được gọi là bức xạ phổ của tầng nước bên trên, ở đó ánh sáng mặt trời được bức xạ lại ngay ở phần dưới mặt nước. Vùng gần bờ biển hay cửa sông, sự bức xạ này được xác định chủ yếu, bởi tổng số bùn sét lơ lửng. Đối với phần lớn nước biển, sự khác nhau về hàm lượng vật chất hữu cơ gây ra sự khác nhau của màu nước biển ở từng vùng. Yếu tố vật chất cơ bản quan trọng là khi phytoplanton và những vi thực vật (tảo) có sự ghép nối tạo các dãy mắt xích liên hệ ở phần dưới chân sẽ có khả năng hấp thụ rất mạnh tia sáng đỏ và xanh. Bức xạ trong vùng màu xanh lá cây là ít chịu ảnh hưởng của sự hấp thụ bởi Clorophyl và thay đổi 0,1 – 0,15 w cm2 Steradian-1.Nm-1. Sự bức xạ này được nhìn thấy bằng sự khác nhau của màu nước biển, nó có màu xanh thẫm ở vùng biển khơi, ở đó hàm lượng chất dinh dưỡng và phytoplanton là thấp. Nước ở vùng bờ biển và vùng sóng trồi, tất nhiên là có nhiều chất hữu cơ và sinh vật trôi nổi, kết quả của sự hấp thụ tia sáng màu xanh do Clorophyl đã tạo nên sắc màu xanh cho nước biển. Do đó, căn cứ vào sự khác biệt về màu sắc, ton của ảnh CZCS, có thể phân chia ra các vùng có hàm lượng Clorophyl khác nhau, những thông tin này rất có ý nghĩa đối với việc xác định các vùng tập trung hải sản, do đó sử dụng phương pháp viễn thám có thể dự báo được trữ lượng hải sản của từng vùng biển.
Hiện nay, ngoài ảnh quang học, ảnh radar cũng đã được áp dụng vào lĩnh vực hải dương học như: quan sát lộ trình tàu biển, việc đánh cá, nghiên cứu đường bờ và các mỏ dầu, … cũng như cung cấp dữ liệu cần thiết cho các phương án bự báo tình trạng biển và thời tiết. Ở các vùng cực, ảnh radar đã được sử dụng để phát hiện các tảng băng trôi và sự di chuyển của chúng, cũng như đánh giá điều kiện băng đá.
Các ứng dụng chính có thể kể ra là
- Tạo hình ảnh đáy biển
- Hình ảnh chụp quét bên sườn
- Sử dụng ảnh nghiên cứu độ sâu nước biển
- Nghiên cứu các dòng nhiệt trên biển do chất thải công nghiệp
- Phát hiện các váng dầu
5 Ứng dụng ảnh viễn thám trong nghiên cứu khác
- Tính toán tốc độ chuyển động của gió – mây, đặc biệt là các tầng mây thấp và theo dõi các tầng mây ở giữa và cao hơn 1.200 vector về gió được tính toán mỗi ngày.
- Tính toán, dự báo lượng mưa từ các hệ thống mây và dự báo các trận bão.
- Tính toán các trường nhiệt cùng với sự nóng lên hoặc lạnh đi của các đám băng ở các vùng có thực vật, cây ăn quả, từ đó dự báo được lượng băng tan. Việc tính toán này giúp cho nông dân ở các vùng canh tác có thể làm kéo dài các biện pháp đề phòng đến khi băng giá tan đi, như vậy có thể thu được lợi hàng ngàn USD.
- Phân tích tuyết phủ để dự báo lượng nước chảy do tuyến tan trên các lưu vực dòng chảy trong lãnh thổ. Việc phân tích này có thể thực hiện bằng cả vệ tinh khí tượng và vệ tinh tài nguyên LANDSAT, SPOT…
- Phân loại các vùng bão dựa vào phương pháp phân loại bán đối tượng theo giai đoạn phát triển các trường gió và mây.
- Thông báo kịp thời các thông tin về khí tượng bằng việc phân tích kịp thời các bức ảnh vệ tinh để thông qua các cơ quan khí tượng quốc gia và lưu lại các thông tin đều đặn hàng ngày.
- Cung cấp thông tin về sự phát triển các cơn bão qua việc theo dõi động thái bằng cách tổng hợp các vùng nhiệt độ ở đỉnh mây và dự chuyển động của mây ở các mức độ khác nhau. Từ đó mô tả và phân tích các hiện tượng, để đi tới mục đích khẳng định hoặc phủ định những dự kiến biến động của thời tiết.
- Phát hiện những vùng sương mù và tốc độ phân tá của chúng để phục vụ cho nghề cá, đi biển và hàng không.
6 Ứng dụng ảnh viễn thám trong an ninh quốc phòng.
Một số ứng dụng trong an ninh quốc phòng có thể kể đến như: mô phỏng chiến thuật, lên kế hoạch chiến thuật, kế hoạch phòng không, dẫn đường,…
Từ dữ liệu viễn thám, có thể cung cấp dữ liệu cho các mô hình mô phỏng như: thông tin độ cao địa hình, thông tin độ phủ địa hình từ đó có thể xây dựng các mô hình trực quan. Tùy theo độ phân giải của mô hình mà cung cấp thông tin về các đối tượng trên mặt đất như: loại hình sử dụng đất ( mặt nước, công nghiệp, nông nghiệp,…) đây là các thông tin vô cùng quý giá cho các mô hình để thành lập kế hoạch phục vụ cho an ninh quốc phòng.
Ngày nay ảnh viễn thám từ các vệ tinh dân sự, thương mại đang được sử dụng ngày một nhiều cho mục đích quốc phòng an ninh, tuy nhiên cần phải có những bước xử lý, các kỹ năng giải đoán, sử dụng các thông tin liên quan để có thể tận dụng tối đa dữ liệu ảnh. Tuy nhiên, mục đích an ninh quốc phòng cần thực hiện liên tục, có tính chu kỳ và quan trọng nhất là kịp thời do vậy các ảnh viễn thám của vệ tinh dân sự thương mại có thể có đóng góp nhất định nào đó cho mục tiêu quốc phòng an ninh.
Ưu điểm của ảnh vệ tinh là độ phủ rộng nên việc giám sát các đối tượng trên diện tích lớn như cấp quốc gia là rất có ý nghĩa. Nó có thể ứng dụng trong việc giám sát, theo dõi biển, hải đảo; các biến động các vùng ranh giới, tranh chấp nhưng nơi mà con người khó tiếp cận hay nguy hiểm. Bên cạnh đó, việc phát triển ảnh viễn thám độ phân giải cao và siêu cao hiện nay đã và đang góp phần không nhỏ vào việc theo dõi, giám sát các khu vực nhạy cảm, có ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng.
