Viễn thám là gì? Kiến thức tổng quan về viễn thám

Khi nhu cầu thông tin về các dữ liệu hình ảnh có xu hướng gia tăng thì công nghệ viễn thám cũng dần phát triển. Tại Việt Nam, viễn thám đang ngày được quan tâm và ứng dụng nhiều hơn vào các lĩnh vực khác nhau của đời sống. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn tìm hiểu một cách tổng quan về công nghệ này.

Viễn thám là gì?

Viễn thám (tiếng anh là Remote Sensing) là môn khoa học chuyên về thu thập thông tin của các đối tượng, sự vật (ví dụ như hình dáng, kích thước, tính chất…) bằng cách sử dụng các thiết bị đo mà không cần tiếp xúc trực tiếp với đối tượng. Điều này được thực hiện nhờ các thiết bị đo sở hữu công nghệ tiên tiến có khả năng quan sát và thu nhận năng lượng phản xạ, bức xạ từ đối tượng để từ đó phân tích và ứng dụng những thông tin có được.

Ảnh viễn thám chụp được từ vệ tinh VNREDSat-1 (Nguồn: earth.esa.int).

Viễn thám được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như địa lý, khảo sát đất đai hay các ngành khoa học về Trái Đất (như sinh thái học, hải dương học, khí tượng học…), quân sự…

Kiến thức tổng quan về viễn thám

– Lịch sử phát triển của viễn thám:

Viễn thám có lịch sử phát triển từ rất lâu (khoảng năm 1800), trải qua nhiều dấu ấn phát triển. Dưới đây là một số cột mốc phát triển điển hình của viễn thám:

• 1800: Ghi dấu ấn với sự ra đời của tia hồng ngoại.
• 1839: Kỹ thuật chụp ảnh đen trắng lần đầu được phát minh.
• 1847: Phát hiện ra 2 dải phổ là giải phổ hồng ngoại và giải phổ nhìn thấy.
• 1850-1860: Chụp ảnh từ khinh khí cầu.
• 1873: Học thuyết về phổ điện từ được xây dựng.
• 1920-1930: Kỹ thuật chụp và đo ảnh hàng không phát triển.
• 1930-1940: Kỹ thuật Radar phát triển.
• 1940: Ứng dụng ảnh chụp từ máy bay.
• 1950: Xác định dải phổ từ vùng nhìn thấy đến không nhìn thấy.
• 1950-1960: Nghiên cứu về ảnh viễn thám phục vụ cho các ứng dụng quân sự.
• 1960-1970: Thuật ngữ “viễn thám” được sử dụng.
• 1970-1980: Phương pháp xử lý ảnh số phát triển mạnh mẽ.
• 1990-hiện nay: Nhiều công nghệ viễn thám được phát triển như bộ cảm thu đa phổ, tăng dải phổ và kênh phổ, tăng độ phân giải bộ cảm và nhiều kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám mới.

– Nguyên lý hoạt động của viễn thám:

Viễn thám sử dụng sóng điện từ được bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể/đối tượng để thu nhận các thông tin liên quan đến đặc tính, khối lượng cũng như tính chất… của vật thể thông qua ảnh viễn thám. Nhờ sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể, viễn thám có thể đo lường, phân tích năng lượng được phát ra và cho phép tách các thông tin theo từng lớp.

– Các yếu tố của viễn thám:

Để thu thập và xử lý ảnh bằng công nghệ viễn thám, các yếu tố cần phải có là:

• Nguồn cung cấp năng lượng (Chủ yếu là bức xạ Mặt Trời).
• Sự tương tác giữa nguồn năng lượng đó với khí quyển và với các vật thể trên bề mặt Trái Đất.
• Quá trình chuyển đổi năng lượng từ đối tượng (vật thể) thành dữ liệu ảnh số (thông qua các bộ cảm biến chuyên dùng cho viễn thám, ví dụ như máy chụp/máy quét được mang bởi máy bay, tàu con thoi, vệ tinh hoặc khinh khí cầu…).
• Trạm thu thập dữ liệu (thường là máy tính), giải đoán, phân tích và xử lý ảnh viễn thám thu được. Quá trình giải đoán/phân tích có thể được thực hiện tự động bằng máy tính hoặc được thực hiện trực tiếp bởi các chuyên gia viễn thám.

Mô tả về quá trình thu nhận, xử lý và ứng dụng dữ liệu viễn thám:

Sơ đồ minh họa quá trình thu nhận, xử lý và ứng dụng dữ liệu viễn thám.

Diễn giải sơ đồ: Năng lượng sóng điện từ được bức xạ từ nguồn cấp A tương tác với các yếu tố có trong khí quyển (B) và tương tác đến các thành phần trên bề mặt Trái Đất (C). Sau đó, chúng được phản xạ lại và được ghi nhận bởi bộ cảm biến (D), rồi truyền về trạm thu để xử lý (E), giải đoán và phân tích ảnh viễn thám thu nhận được (F). Dữ liệu ảnh viễn thám đầu ra được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau (G).

– Phân loại viễn thám:

Có nhiều cách để phân loại viễn thám, trong đó phân loại viễn thám dựa vào bước sóng là một cách phân loại khá phổ biến. Công nghệ viễn thám được phân thành 3 loại tương ứng với vùng bước sóng được sử dụng, đó là:

• Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ: Là loại viễn thám sử dụng bức xạ mặt trời làm nguồn năng lượng chính để đo lường vùng sáng khả kiến và hồng ngoại được phản xạ bởi vật thể và bề mặt Mặt Trời để thu thập dữ liệu ảnh. Ảnh thu được gọi là ảnh quang học.
• Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Là loại viễn thám sử dụng chính nguồn năng lượng nhiệt do các vật thể phát ra để đo lường các yếu tố của chúng bằng dữ liệu ảnh. Ảnh thu được gọi là ảnh nhiệt.
• Viễn thám siêu cao tần: Loại viễn thám này thu thập dữ liệu bằng kỹ thuật chủ động (phát ra năng lượng đến các vật thể thông qua vệ tinh và thu lại sóng phản xạ từ vật thể đó) và bị động (ghi lại năng lượng từ sóng vô tuyến cao tần có bước sóng > 1mm). Ảnh thu được gọi là ảnh radar.

– Ứng dụng của viễn thám:

Sự phát triển lâu đời của viễn thám đã giúp bộ môn khoa học này len lỏi và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, ví dụ như:

• Quản lý đất đai: Công nghệ viễn thám cung cấp các số liệu chính xác về đất đai để phục vụ cho hoạch định kế hoạch phát triển kinh tế.
• Giám sát môi trường: Công nghệ viễn thám hỗ trợ công tác giám sát biến động ô nhiễm, sạt lở bờ biển/bờ sông, điều tra hiện trạng của môi trường, giám sát biến động lớp phủ mặt đất, xói mòn đất, hoang mạc hóa, theo dõi ô nhiễm xảy ra do chất thải công nghiệp và dầu tràn…
• Đo đạc bản đồ và GIS: Viễn thám là công nghệ duy nhất có khả năng cung cấp mô hình số về độ cao của bề mặt Trái Đất trên bình diện toàn cầu.
• Giao thông – đô thị: Dữ liệu viễn thám cung cấp thông tin giúp cho công tác quy hoạch và thiết kế mạng lưới giao thông, xây dựng và phát triển đô thị…
• Nông nghiệp: Công nghệ viễn thám hỗ trợ cho công tác phân loại cây trồng, quản lý và đánh giá năng suất vụ mùa, thành lập bản đồ đất theo mỗi loại cây trồng/bản đồ hiện trạng sử dụng đất…
• Nghiên cứu địa chất: Công nghệ viễn thám giúp cung cấp nhiều thông tin mới, có giá trị cho các dự án nghiên cứu địa chất như tốc độ sa mạc hóa, phân tích địa chất bề mặt… mà các công nghệ khác khó có được.
• Khí tượng: Viễn thám cung cấp các thông tin hữu ích để phục vụ cho nhiều hoạt động như dự báo thời tiết, theo dõi tình hình bão, lũ lụt, áp thấp nhiệt đới, lốc xoáy…
• Xem chi tiết: Ứng dụng của viễn thám trong thực tiễn >>>

Biểu đồ thống kê ứng dụng của viễn thám tại Việt Nam ở các lĩnh vực khác nhau.

– Mối tương quan giữa viễn thám và GIS:

Viễn thám và GIS có mối quan hệ mật thiết với nhau, giữa chúng có nhiều sự tương thích như: Cả 2 đều có điểm chung là sử dụng mô hình dữ liệu Raster. GIS còn có thể lưu trữ dữ liệu dưới dạng Vector, hiện nay hầu hết các phần mềm GIS đều có khả năng chuyển đổi giữa dữ liệu Vector và Raster, giúp việc tích hợp dữ liệu viễn thám vào GIS càng thuận tiện hơn. Thêm vào đó, dữ liệu viễn thám và GIS có cùng tọa độ tham chiếu, giúp nâng cao tính hiệu quả trong vận hành, phân tích và hiển thị dữ liệu, đồng thời đảm bảo tính thống nhất của dữ liệu.

Khi tích hợp viễn thám vào GIS, nhiều lợi ích sẽ được tạo ra, giúp GIS có được đa dạng dữ liệu hữu ích để nâng cao hiệu quả ứng dụng của GIS, từ đó hỗ trợ việc ra quyết định chính xác và hiệu quả hơn. Sở dĩ những lợi ích này có được là vì khi tích hợp viễn thám vào GIS sẽ tạo ra công nghệ giúp cho quá trình thu thập, xử lý và giải đoán ảnh đạt hiệu quả cao hơn, thông tin tạo ra có giá trị hơn.

>>> Xem thêm: Đánh giá tiềm năng phát triển của Công nghệ viễn thám tại Việt Nam