Tin Khoa học - Công nghệ trong nước

Nghiên cứu khả năng phối hợp khai thác ảnh giữa 2 vệ tinh VNREDSat-1 và BKA

.

Nhằm tận dụng khả năng linh hoạt và hạn chế nhược điểm về diện tích phủ trùm của các hệ thống vệ tinh nhỏ quan sát Trái đất (như ALSAT-2, SSOT, BKA, VNREDSat-1…), một trong những xu hướng hiện nay là phối hợp chụp ảnh giữa các vệ tinh. Vì vậy, từ năm 2014 các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam(VAST) đã tiến hành các nghiên cứu về sự phối hợp của khả năng chụp ảnh của các vệ tinh VNREDSat-1 (Việt Nam) và THAICHOTE (Thái Lan). Qua quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học kết luận rằng, hiệu quả thực tế của việc phối hợp về mặt dữ liệu viễn thám nhanh chóng là khá khả quan. Tuy nhiên, hệ thống vệ tinh VNREDSat-1 cần tiếp tục thử nghiệm phối hợp với các hệ thống vệ tinh khác.

Trong những năm qua, quan hệ hợp tác về khoa học và công nghệ giữa Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST) và Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Belarus (NASB) đã đạt được những thành tựu quan trọng. Đáng chú ý là việc thành lập Trung tâm Việt Nam – Belarus và ký kết “Lộ trình Phát triển hợp tác giữa Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Belarus và Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam giai đoạn 2016-2020”. Đây là dấu mốc quan trọng để đẩy mạnh hơn nữa quan hệ hợp tác truyền thống về khoa học và công nghệ giữa hai Viện Hàn lâm trong giai đoạn mới. Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu phối hợp khai thác hai hệ thống vệ tinh VNREDSat-1 và BKA”, do ThS. Bùi Doãn Cường làm chủ nhiệm, mã số VAST.HTQT.Belarus 04/16-17 được triển khai thực hiện. Nghiên cứu này dựa trên cơ sở phân tích đặc điểm quỹ đạo và dữ liệu ảnh của cả hai hệ thống, nhằm mục tiêu đề xuất phương án phối hợp chụp ảnh giữa hai hệ thống vệ tinh của Việt Nam, VNREDSat-1 với độ phân giải không gian là 2.5m đối với kênh toàn sắc và 10m đối với bốn kênh đa phổ (NIR, Red, Green, Blue), và độ rộng của mỗi cảnh ảnh là 17.5km đối với ảnh đa phổ;  và BKA, sản phẩm của NASB Belarus, đang hoạt động trên quỹ đạo, với độ phân giải không gian là 2.1m đối với kênh toàn sắc và 10.5m đối với bốn kênh đa phổ (NIR, Red, Green, Blue), và độ rộng của mỗi cảnh ảnh là 20km đối với ảnh toàn sắc và 23km đối với ảnh đa phổ.

Cơ sở để phối hợp hoạt động chụp ảnh của hai hệ thống vệ tinh là quỹ đạo làm việc của chúng. Trong trường hợp này cả hai hệ thống VNREDSat-1 và BKA đều hoạt động trên quỹ đạo thấp, đồng bộ mặt trời. Minh họa cho các vệt quỹ đạo của hai vệ tinh được thể hiện trong hình dưới đây.

belarus1

belarus2
Hình 1. Vệt quỹ đạo của vệ tinh VNREDsat-1 (a) và BKA (b)

Mặc dù có các giá trị gần nhau về độ nghiêng quỹ đạo, sự khác biệt đáng kể của hai hệ thống vệ tinh nằm trong các pha chụp ảnh: đối với VNREDSat-1 là khi vệ tinh đi từ cực Bắc xuống cực Nam (Descending), đối với BKA là khi vệ tinh đi từ cực Nam lên cực Bắc (Ascending). Vì vậy, các dải ảnh của hai hệ thống vệ tinh sẽ theo các hướng ngược nhau, dẫn đến việc hạn chế về diện tích chồng phủ các cảnh. Mô tả chi tiết vấn đề này được thể hiện trong hình 2.

belarus3
 Hình 2. Mô tả các dải ảnh của VNREDSat-1 và BKA, (a) Các dải chụp trên lãnh thổ Việt Nam, (b) mô tả vị trí 2 cảnh ảnh, (c) Độ chồng phủ 2 cảnh ảnh

Với giá trị góc nghiêng tốt trong khoảng 10° -15°, diện tích chồng phủ của các cảnh ảnh có thể đạt 288 km2, tương đương 94% diện tích của ảnh VNREDSat-1 (kích thước mỗi cảnh ảnh là 17.5x17.5 km tương đương 306,25 km2) hoặc 72% diện tích hình ảnh BKA (20x20 km tương đương 400 km2).

VNREDSat-1 và BKA đều là các hệ thống vệ tinh quang học quan sát Trái đất và dữ liệu ảnh của hai hệ thống vệ tinh có đặc điểm khá giống nhau về các đặc trưng của dữ liệu viễn thám, như độ phân giải không gian (ảnh toàn sắc là 2.5m và 2.1m, ảnh đa phổ là 10m và 10.5m), độ phân giải phổ (đều có 4 kênh: R, G, B, NIR), độ phân giải bức xạ (10bits và 12bits), điều này sẽ tạo thuận lợi cho quá trình xử lý sản phẩm đầu ra, đăc biệt trong tình huống cần kết hợp hai hệ thống để mở rộng khu vực quan tâm.

Xét trong trường hợp kết hợp chụp phủ trùm một khu vực, việc phối hợp hai hệ thống vệ tinh cho phép mở rộng diện tích khu vực chụp, hoặc giảm thời gian chụp đối với một khu vực rộng lớn. Trên cơ sở quỹ đạo hoạt động và đặc điểm sản phẩm ảnh của hai hệ thống, nhóm các nhà nghiên cứu đưa ra phương án phối hợp chụp ảnh cho vùng rộng lớn, phương án này sẽ giám bớt thời gian chụp ảnh cần thiết khi chụp toàn bộ khu vực bằng từng vệ tinh đơn lẻ; Ví dụ: mô phỏng tính toán cho khu vực có chiều rộng 200km, các dải chụp cho từng vệ tinh và khi kết hợp hai vệ tinh được minh họa như hình sau:

belarus4
 Hình 3. Sơ đồ các dải chụp của BKA (a), VNREDSat-1 (b) và kết hợp (c)

Tùy theo góc nghiêng khi chụp mà thời gian chụp sẽ giảm khác nhau, cụ thể nội dung này thể hiện ở bảng 1.

Bảng 1: Thời gian giảm thiểu khi kết hợp hai hệ thống vệ tinh

belarus1a

 Trường hợp kết hợp hai hệ thống vệ tinh VNREDSat-1 và BKA để chụp ảnh phủ trùm một khu vực rộng lớn,  ví dụ, nếu chụp riêng BKA thì chỉ được khu vực thành phố Hồ Chí Minh, nếu chụp riêng VNREDSat-1 thì chỉ được khu vực thành phố Biên Hòa, khi kết hợp cả hai thì được một khu vực rộng lớn từ thành phố Hồ Chí Minh sang đến Biên Hòa, rộng gần gấp đôi nếu chụp đơn lẻ. Kết quả kết hợp này được minh họa trong hình 2.

belarus5
 Hình 4. Ghép ảnh VNREDSat-1 và BKA, ảnh BKA khu vực TP.Hồ Chí Minh(a), ảnh VNREDSat-1 khu vực TP.Biên Hòa(b), Ảnh ghép kết hợp(c)

Các đặc điểm về sản phẩm ảnh như số kênh phổ, độ phân giải không gian, độ phân giải bức xạ cũng đã cho thấy, dữ liệu ảnh của hai hệ thống hoàn toàn có thể phối hợp với nhau trong các ứng dụng thực tế như theo dõi, giám sát thiên tai, hay quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường.

Công tác xác định quỹ đạo hoạt động của hai vệ tinh VNREDSat-1 và BKA là một trong những yếu tố quyết định đến hiệu quả phối hợp chụp ảnh, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến kế hoạch chụp ảnh của hai vệ tinh. Bên cạnh đó, việc pha chụp ảnh giữa hai vệ tinh bị ngược nhau là thách thức lớn trong quá trình phối hợp, đòi hỏi phải có sự phối hợp chính xác, linh hoạt để mang lại hiệu quả cao.

Sau khoảng thời gian tiến hành hợp tác trong hai năm 2016 và 2017, kết quả cho thấy vệ tinh VNREDSat-1 và BKA có độ tương quan cao về các đặc tính quỹ đạo và đặc điểm dữ liệu ảnh của chúng. Tất cả điều này góp phần phối hợp thành công trong theo dõi, giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường và thiên tai nói chung và khai thác hiệu quả hai hệ thống nói riêng. Đây cũng là kết quả ban đầu của hợp tác quốc tế giữa viện Công nghệ Vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và viện Hàn lâm Khoa học quốc gia Belarus, để tiến tới những hợp tác quốc tế tiếp theo, nhằm khai thác hiệu quả vệ tinh VNREDSat-1, phục vụ lợi ích kinh tế-xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng.

Đề tài đã công bố 01 bài báo trên tạp chí quốc tế; 02 bài tạp chí trong nước và 01 bài tại Hội thảo khoa học GIS. Đề tài đã được hội đồng nghiệm thu họp ngày 11/10/2018 đánh giá đạt loại khá.


Nguồn tin: ThS. Bùi Doãn Cường - Viện Công nghệ Vũ trụ
Xử lý tin: Minh Tâm

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".