Công nghệ Viễn thám

http://repository.vnu.edu.vn/handle/VNU_123/18004

Viễn thám - tiếng Anh: Remote Sensing, tiếng Pháp: Télédétection, tiếng Đức: Fernerkundung, được định nghĩa như là một khoa học hoặc nghệ thuật dùng để thu thập và phân tích thông tin về một vật thể từ xa mà không có những tiếp xúc trực tiếp với chúng.

Theo định nghĩa này các kỹ thuật như nhiếp ảnh, đo sâu hồi âm hoặc khảo sát địa chấn đều có thể được coi như là các kỹ thuật viễn thám. Tuy nhiên, thông thường viễn thám được hiểu như là công nghệ thu thập và phân tích thông tin về bề mặt trái đất từ các độ cao khác nhau và sử dụng sóng điện từ như là phương tiện truyền tải thông tin chính. 

Thuật từ viễn thám – remote sensing được Evelyn L. Pruitt, một nhà địa lý làm việc tại Cơ quan Nghiên cứu Hải quân (Office of Naval Research), đề xuất sử dụng lần đầu tiên vào những năm 1960 để thay thế cụm từ ảnh hàng không – Aerial Photography.

Viễn thám có thể được phân loại trên nhiều góc độ khác nhau: chiều cao quan trắc, phương tiện trên đó bố trí thiết bị quan trắc, bước sóng điện từ dùng thu thập thông tin v.v.

Viễn thám chủ động là kỹ thuật khi nguồn bức xạ điện từ dùng quan sát đối tượng được chủ động tạo ra và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. Ví dụ về viễn thám chủ động có thể kể đến là công nghệ Radar hoặc Lidar.

Viễn thám bị động là kỹ thuật quan sát khi nguồn bức xạ điện từ chứa thông tin về vật thể do chính vật thể phát ra hoặc tán xạ từ những nguồn bức xạ không chịu sự kiểm soát. Ví dụ về viễn thám bị động có thể kể đến viễn thám quang học dựa trên sự chiếu xạ của mặt trời, viễn thám nhiệt dùng đo nhiệt độ bề mặt trái đất v.v.

Dựa trên chiều dài bước sóng sử dụng quan sát đối tượng có thể chia viễn thám làm hai nhóm: viễn thám quang học và viễn thám siêu cao tần. Viễn thám quang học còn có thể chia tiếp thành hai nhóm là viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và viễn thám hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt.

Một hệ thống viễn thám về cơ bản được cấu thành bởi hai phần chính. Đó là bộ cảm và vật mang. Bộ cảm (sensor) dùng để thu thập thông tin về vật thể và vật mang (platform) là phương tiện chuyển động mà bộ cảm được đặt lên. Bộ cảm viễn thám bao gồm nhiều đầu dò (detector) được thiết kế theo nhiều nguyên lý khác nhau tùy theo mục đích quan sát. Vật mang thông thường là các phương tiện chuyển động trên các quỹ đạo ổn định nhằm tạo ra khả năng quan sát vật thể theo một chương trình ấn định trước. Đối với vật mang bay trong vũ trụ thì quỹ đạo chuyển động có thể chia thành các loại đồng bộ mặt trời khi mà vật mang đi qua kinh tuyến địa phương luôn vào một thời điểm cố định trong ngày, quỹ đạo cực và gần cực khi mà vật mang đi qua hoặc gần sát hai cực trái đất và quỹ đạo địa tĩnh khi vật mang chuyển động với vận tốc góc bằng vận tốc góc của trái đất tự quay quanh trục của mình. Ngoài ra còn có thể chia quỹ đạo thành tầng thấp, trung bình hoặc cao.

Bức xạ điện từ là phương tiện dùng để truyền tải thông tin về vật thể đến bộ cảm. Dựa trên thực tế là vật chất khác nhau tương tác với bức xạ điện từ theo các cách khác nhau nên có thể sử dụng thông tin thu nhận được cho việc nghiên cứu các đối tượng từ xa. Bức xạ điện từ lan truyền trong không gian theo định lý Maxwell. Bức xạ điện từ vừa mang tính chất sóng và tính chất hạt. Khi nói đến tính chất sóng chúng ta nói đến khái niệm bước sóng và tần số. Mối liên quan giữa bước sóng λ, tần số ν và vận tốc lan truyền υ được thể hiện theo công thức λ= υ / ν. Tính chất hạt của bức xạ điện từ được thể hiện qua công thức E=h ν trong đó E là năng lượng của photon, h là hằng số Planc và ν là tần số. Bức xạ điện từ luôn bao gồm hai hợp phần điện trường và từ trường. Vec tơ điện trường và từ trường dao dộng trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau.

Sóng điện từ được gọi là phân cực khi véc tơ điện từ chỉ dao động trong một mặt phẳng nhất định. Khi bức xạ điện từ tương tác với vật chất sẽ bị thay đổi tùy theo sự hấp thụ hoặc phản xạ trên các vùng bước sóng khác nhau. Sự hấp thụ và phản xạ bức xạ điện từ trên các vùng bước sóng khác nhau cung cấp thông tin về đối tượng mà khi giải mã có thể xác định được đó là đối tượng gì.