Tính chất của các dải sóng điện từ trong viễn thám – Kiến thức cơ bản cần biết

Trong lĩnh vực viễn thám (Remote Sensing), việc hiểu rõ tính chất của các dải sóng điện từ là nền tảng quan trọng để thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh, ảnh máy bay và nhiều nguồn ảnh khác. Các bức xạ điện từ phản xạ từ bề mặt Trái đất được cảm biến ghi lại và phân tích qua nhiều dải phổ khác nhau, từ đó giúp con người nhận dạng vật thể, đánh giá tài nguyên và công cụ hỗ trợ như máy định vị 2 tần số RTK để đảm bảo dữ liệu chính xác. Hãy cùng Việt Thanh Group tìm hiểu về tính chất của các dải sóng điện từ viễn thám.

Tính chất của các dải sóng điện từ trong viễn thám

Dải sóng điện từ (spectral band) là phần cụ thể của phổ điện từ mà một cảm biến viễn thám có khả năng ghi nhận. Mỗi dải sóng sẽ tương ứng với một khoảng bước sóng nhất định (tính bằng nanomet – nm hoặc micromet – µm) và mang những tính chất lý học khác nhau, phản ánh đặc trưng vật lý – hóa học của vật thể.

Các dải sóng điện từ chủ yếu dùng trong viễn thám gồm:

• Dải sóng cực tím (UV): < 400 nm

• Dải sóng khả kiến (VIS): 400 – 700 nm

• Dải hồng ngoại gần (NIR): 700 – 1300 nm

• Dải hồng ngoại trung bình (SWIR): 1300 – 3000 nm

• Dải nhiệt (TIR): 3000 – 14000 nm

• Dải sóng vi ba (Microwave): > 1 mm (RADAR)

Dải khả kiến

• Màu sắc tương ứng: xanh lam, xanh lục, đỏ

• Phản ánh ánh sáng mặt trời phản xạ từ bề mặt.

• Dùng để xác định thực vật, nước, đất và các đặc điểm địa hình đơn giản.

• Dễ bị ảnh hưởng bởi mây, sương mù.

Dải hồng ngoại gần 

• Phản xạ mạnh từ thảm thực vật khỏe mạnh, giúp đánh giá chỉ số NDVI (mức độ xanh).

• Không nhìn thấy bằng mắt thường.

• Dùng trong phân loại lớp phủ, phân tích thảm thực vật, lập bản đồ nông nghiệp.

Dải hồng ngoại trung 

• Nhạy cảm với hàm lượng nước trong đất, thực vật, đá và khoáng sản.

• Phân biệt được loại đất, chất lượng thực vật, phát hiện cháy rừng.

• Ít bị ảnh hưởng bởi khí quyển so với VIS và NIR.

Dải nhiệt 

• Đo nhiệt độ bề mặt, ghi nhận năng lượng phát xạ thay vì phản xạ.

• Áp dụng trong theo dõi núi lửa, rò rỉ nhiệt công trình, đô thị hóa, dòng nhiệt biển.

• Hữu ích cả vào ban đêm.

Dải vi ba 

• Dùng trong công nghệ RADAR (như SAR – Synthetic Aperture Radar).

• Xuyên mây, hoạt động tốt cả ngày và đêm, không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời.

• Phù hợp trong khảo sát địa hình, phát hiện chuyển động đất, nghiên cứu rừng, băng tuyết.

Để tăng độ chính xác của dữ liệu viễn thám, việc tích hợp với Máy GNSS RTK Satlab SL7 trong quá trình khảo sát thực địa giúp xác định chính xác vị trí các điểm cắm mốc, vùng chuyển tiếp thảm thực vật hoặc các khu vực bị tác động bởi biến đổi khí hậu. 

>>>Xem thêm: Ứng dụng viễn thám trong quản lý tài nguyên rừng: Giải pháp hiện đại cho phát triển bền vững

Lưu ý khi sử dụng các dải sóng trong viễn thám

Không phải tất cả các cảm biến đều thu được đầy đủ dải sóng

• Một số vệ tinh (như Sentinel-2) có đầy đủ dải VIS, NIR, SWIR, trong khi các UAV hoặc drone giá rẻ chỉ ghi được VIS.
• Bạn cần kiểm tra thông số kỹ thuật của cảm biến trước khi thu thập dữ liệu.
  

Khí quyển và thời tiết ảnh hưởng đến kết quả

• Dải VIS và NIR rất dễ bị ảnh hưởng bởi mây, khói, bụi, làm sai lệch tín hiệu phản xạ.
• Trong trường hợp này, nên dùng ảnh Radar (SAR) hoặc cảm biến có khả năng xuyên mây.
  

Cần đồng bộ dữ liệu ảnh với tọa độ thực địa

• Nên dùng thêm máy GNSS RTK (như Satlab SL7, Trimble, Topcon…) để xác định vị trí chính xác, giúp khớp ảnh viễn thám với thực tế trên mặt đất.
  

Phân tích dữ liệu đòi hỏi phần mềm chuyên dụng

• Các dải sóng chỉ có ý nghĩa thực sự khi được xử lý qua các phần mềm như: ENVI, ERDAS, QGIS, SNAP, Pix4D, v.v.
• Việc hiểu rõ bước sóng và ý nghĩa vật lý sẽ giúp phân tích đúng và tránh sai lệch.

Khi thu thập dữ liệu từ ảnh vệ tinh hoặc UAV, việc đồng bộ hóa với vị trí GPS từ Máy GNSS RTK Satlab Freyja mang lại bộ dữ liệu đồng nhất về thời gian và không gian, từ đó giúp xử lý ảnh viễn thám nhanh chóng và chính xác hơn.

>>>Xem thêm: Tích hợp viễn thám vào GIS – Giải pháp tối ưu hóa dữ liệu

Ý nghĩa của việc hiểu tính chất các dải sóng điện từ trong viễn thám

Lựa chọn cảm biến phù hợp mục tiêu khảo sát

• Mỗi dải sóng ghi nhận thông tin khác nhau. Nếu không hiểu rõ, bạn có thể thu được dữ liệu không phục vụ đúng mục tiêu nghiên cứu.
• Ví dụ: khảo sát cây trồng thì cần ưu tiên dải NIR, còn đo nhiệt công trình thì phải dùng TIR.
  

Nâng cao hiệu quả phân tích ảnh viễn thám

• Việc biết tính chất phản xạ, hấp thụ của từng loại vật thể theo từng dải sóng giúp xử lý ảnh chính xác hơn.
•  Giảm thiểu nhầm lẫn giữa các loại lớp phủ như đất, nước, thực vật hoặc vật liệu xây dựng.
  

Ứng dụng rộng rãi trong quản lý tài nguyên, quy hoạch, môi trường

• Từ ảnh viễn thám phân tích theo dải phổ, người dùng có thể giám sát biến đổi khí hậu, kiểm tra mất rừng, phát hiện cháy, quy hoạch hạ tầng hoặc quản lý đất đai hiệu quả hơn.

Ứng dụng thực tế của các dải sóng điện từ viễn thám

Quản lý tài nguyên thiên nhiên hiệu quả

Các dải sóng hồng ngoại gần (NIR) và hồng ngoại trung (SWIR) được sử dụng rộng rãi để đánh giá và giám sát thảm thực vật, rừng tự nhiên, đất nông nghiệp và đất trống.
Nhờ khả năng phân biệt rõ sự phản xạ ánh sáng từ cây cối khỏe mạnh, cằn cỗi hoặc bị suy thoái, viễn thám giúp các cơ quan quản lý dễ dàng phát hiện các vùng bị thoái hóa, phân loại đất, xác định vùng có nguy cơ xói mòn hoặc đánh giá trữ lượng tài nguyên rừng – khoáng sản.

Phát hiện cháy rừng và hạn hán sớm

Dải SWIR đặc biệt nhạy cảm với độ ẩm của thực vật và đất, trong khi dải nhiệt (TIR) có khả năng phát hiện các vùng có nhiệt độ bất thường do cháy hoặc sắp cháy.
Nhờ sự kết hợp này, các hệ thống viễn thám hiện đại có thể giám sát tình trạng khô hạn, cảnh báo sớm cháy rừng, cũng như đánh giá mức độ thiệt hại sau sự cố. Đây là công cụ không thể thiếu trong công tác phòng cháy chữa cháy rừng tại nhiều quốc gia.

Giám sát biến đổi khí hậu toàn cầu

Sử dụng đồng thời nhiều dải sóng như VIS, NIR, SWIR và TIR giúp các nhà nghiên cứu theo dõi biến động diện tích rừng, sự tan chảy của băng tuyết, thay đổi đường bờ biển và mực nước biển theo thời gian.
Dữ liệu thu thập từ vệ tinh viễn thám cung cấp bằng chứng khoa học quan trọng cho việc dự báo tác động của biến đổi khí hậu, hỗ trợ ra quyết định trong quản lý môi trường và lập kế hoạch ứng phó thiên tai.

Phân tích đô thị và cơ sở hạ tầng

Dải nhiệt Thermal Infrared (TIR) rất hiệu quả trong việc đánh giá hiện tượng đảo nhiệt đô thị, giúp xác định những khu vực hấp thụ và tỏa nhiệt mạnh trong thành phố (do bê tông, nhựa đường, thiếu cây xanh).
Bên cạnh đó, viễn thám còn hỗ trợ theo dõi sự thay đổi cấu trúc công trình, đánh giá vật liệu xây dựng và giám sát phát triển hạ tầng một cách tổng thể, phục vụ quy hoạch bền vững.

Nông nghiệp chính xác và bền vững

Kết hợp dải NIR và dải đỏ (Red) trong phân tích chỉ số thực vật NDVI, các cảm biến viễn thám giúp nông dân và doanh nghiệp nông nghiệp đánh giá tình trạng sinh trưởng cây trồng, năng suất, phát hiện bệnh, sâu hại hoặc thiếu nước, từ đó đưa ra giải pháp chăm sóc phù hợp.
Viễn thám nông nghiệp giúp tối ưu hóa năng suất, tiết kiệm chi phí và góp phần quản lý bền vững tài nguyên đất và nước.

Tính chất của các dải sóng điện từ trong viễn thám là yếu tố then chốt giúp chúng ta lựa chọn cảm biến phù hợp với mục tiêu khảo sát. Việc hiểu và khai thác tốt các dải sóng sẽ nâng cao hiệu quả trong nghiên cứu, quy hoạch và quản lý tài nguyên thiên nhiên, góp phần vào phát triển bền vững.