Đánh giá
Xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh bằng các bộ công cụ và nền tảng mã mở (FREE)
18:05Ứng dụng viễn thám xoay quanh các lĩnh vực khác nhau như quản lý thiên tai, nghiên cứu khí hậu, phân tích kinh tế, xã hội, địa chất, thiên văn và vật lý... Số lượng vệ tinh giám sát trái đất tính đến thời điểm hiện tại rất đa dạng và phong phú về chủng loại. Các vệ tinh này theo dõi nhiều khu vực khác nhau trên bề mặt trái đất, truyền về trung tâm dữ liệu mặt đất một lượng lớn thông tin hàng ngày. Các nhà khoa học, nghiên cứu và các cơ quan, tổ chức luôn nỗ lực sử dụng những dữ liệu này. Tuy nhiên, phân tích dữ liệu vệ tinh khá phức tạp do lượng dữ liệu rất lớn.
Hiện nay, rất nhiều dữ liệu viễn thám được thu nhận ở các bước sóng khác nhau (kênh phổ) và cung cấp miễn phí cho người dùng. Do đó, số lượng ứng dụng dữ liệu vệ tinh ngày càng tăng trưởng mạnh. Với dữ liệu vệ tinh, người dùng có thể tiến hành các cuộc điều tra trên diện rộng trong thời gian ngắn. Dữ liệu viễn thám được phân tích theo phương pháp truyền thống với nhiều phần mềm phát triển bởi các cơ quan không gian, viện nghiên cứu, công ty tư nhân và các cá nhân trên toàn cầu. Dưới đây là một số phần mềm và công cụ xử lý ảnh vệ tinh:
- SNAP - Brockmann Consult, SkyWatch and C-S and ESA (Download)
- QGIS - Gary Sherman, currently maintained by volunteer developers (Download)
- SAGA GIS - J.Böhner, O.Conrad, R.Köthe and A.Ringeler (Website) (Download)
- GRASS - GRASS Development Team (Download)
- PolSARPro - The Institute of Electronics and Telecommunications of Rennes (France) and ESA (Download)
- Whitebox GAT - John Lindsay and Anthony Francioni (Download)
Viễn thám chủ động và viễn thám thụ động cung cấp thông tin bổ sung cho nhau, lấp đầy các khoảng trống cần thiết, tạo khả năng ứng dụng rộng rãi của dữ liệu viễn thám. Sau đây, chúng ta sẽ thảo luận một số ứng dụng của viễn thám chủ động được áp dụng rộng rãi.
Giám sát dịch chuyển mặt đất
Radar khẩu độ tổng hợp (SAR) là một trong những kỹ thuật giám sát trái đất độ phân giải cao (vài mét) thu nhận từ các cảm biến siêu cao tần phát sóng chủ động. Kỹ thuật giao thoa tín hiệu (InSAR) sử dụng tổ hợp 2 ảnh SAR để giám sát biến dạng mặt đất. Với chuỗi dữ liệu thu nhận liên tục theo thời gian, biến dạng ở mức độ rất nhỏ vài cm/một năm có thể được xác định. Kỹ thuật này thường được gọi là DInSAR (Defferential InSAR).
Thông tin chiết tách từ ảnh vệ tinh sử dụng kỹ thuật DInSAR đóng vai trò quan trọng trong công tác giám sát thiên tai như động đất, hoạt động núi lửa, sạt lở đất và sụt lún. Phân tích giao thoa InSAR chỉ có thể tiến hành với các cặp ảnh "góc đơn phức hợp" (SLC), trong đó các thành phần cường độ và pha được biểu thị dưới dạng số phức cho mỗi pixel. Các giá trị cường độ và pha sau đó có thể được tính toán từ các số phức.
Đồ hình giao thoa được tạo ra từ tính toán sự khác biệt về pha của 2 cặp ảnh SAR tại cùng một vị trí, tương quan với bề mặt địa hình khu vực. Trong kỹ thuật DInSAR, ảnh hưởng của địa hình được loại bỏ bằng mô hình số độ cao (DEM) và các thay đổi về pha đại diện cho sự dịch chuyển mặt đất giữa hai thời điểm giám sát.
Trong một nghiên cứu thí điểm, hai ảnh SLC Sentinel-1 được thu nhận tại khu vực thành phố Mexico City để đánh giá sụt lún trong giai đoạn 6/6/2016- đến 10/9/2026. Hình 1 dưới đây mô tả vị trí thu nhận ảnh. Quy trình xử lý ảnh giao thoa cho ảnh Sentinel-1 bao gồm coregistration, interferogram formation (hiệu chỉnh pha và tạo ảnh tương quan), TOP deburst, lọc pha Goldstein, phase unwrapping (snaphu), phase to displacement, và terrain correction. Chi tiết về quy trình này có thể được tham khảo tại đây (tiếng Anh).
Hình 1. Khu vực nghiên cứu tại Mexico City
Ảnh vệ tinh Sentinel-1 có thể tải tại đây.
Kết quả xử lý DInSAR được minh họa ở Hình 2. Khu vực không có dịch chuyển bề mặt được hiển thị màu trắng; vùng sụt lún màu đỏ và vùng trồi lên màu xanh nước biển. Giám sát các thay đổi ở cấp độ centimet (cm) thực sự là một kết quả ấn tượng với công nghệ viễn thám với vệ tinh bay chụp ở độ cao 690km trên bề mặt trái đất. Thanh tỷ lệ dịch chuyển trên bản đồ đang sử dụng đơn vị mét để mô tả các dịch chuyển. Nếu chuyển đổi sang đơn vị centimet (cm), các dịch chuyển có thể nhìn được dao động từ 4.2 đến 8.1 cm.
Hình 2. Dịch chuyển bề mặt được tính toán bằng phần mềm SNAP.
Khu vực xanh nước biển thể hiện sự trồi lên, màu đỏ thể hiện khu vực lún xuống.
Phát hiện các tuyến đường mới
Kỹ thuật InSAR tương quan cho phép tính toán sự tương đồng giữa các điểm trên 2 ảnh chụp. Với cặp ảnh SAR này (chụp ở 2 thời điểm khác nhau), những thuộc tính như sự thay đổi độ nhám, hằng số điện môi, các dịch chuyển bề mặt được phân tích dựa trên hệ số tương quan này. Một cách tổng quát, miền giá trị của hệ số tương quan biến thiên từ 0 đến 1, biểu diễn thay đổi, với 0 thể hiện sự khác biệt hoàn toàn giữa 2 cảnh ảnh (có sự thay đổi lớn) và 1 thể hiện sự giống nhau hoàn toàn (không có thay đổi). Bề mặt tự nhiên luôn bao hàm dãy giá trị này khi tính toán các ảnh SAR chụp từ vệ tinh với kỹ thuật InSAR.
Hình 3. Ảnh động mô tả (A) Giá trị InSAR coherence; (B) Các đoạn đường giao thông mới; (C) Các đoạn đường được vẽ lại bằng màu vàng và tím.
Hiện nay, ảnh vệ tinh Sentinel-1 được chụp từ 2 vệ tinh Sentinel-1A và Sentinel-1B cho phép rút ngắn thời gian có ảnh tại cùng một khu vực từ 12 ngày xuống còn 6 ngày. Đây là một tư liệu miễn phí và là một trong những ưu điểm rất quan trọng đối với nhiều dự án sử dụng dữ liệu vệ tinh với số lượng lớn. Sentinel-1 còn được ứng dụng rộng rãi trong giám sát mặt nước, đánh giá tác động của ngập lụt và sạt lở đất.
Khá nhiều ứng dụng giám sát ngập lụt đã được nhóm chuyên gia của P-GIS tiến hành trong suốt những năm qua với tư liệu Sentinel-1.
0 Comments