MODIS – Giới thiệu ảnh MODIS và các ứng dụng

Giới thiệu về Ảnh MODIS

MODIS – Máy đo quang phổ hình ảnh có độ phân giải vừa phải (The MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer) là cảm biến gắn trên vệ tinh và được sử dụng để đo quan sát trái đất và khí hậu. Có 02 cảm biến MODIS trên quỹ đạo Trái đất: một trên vệ tinh Terra (EOS AM), được NASA phóng vào năm 1999; và một trên vệ tinh Aqua (EOS PM), được phóng vào năm 2002.

Hình 1. Cảm biến MODIS gắn trên 2 vệ tinh Aqua (trái) và Terra (phải).
(Nguồn: NASA)

Cảm biến MODIS hiện đã được thay thế bằng VIIRS, được phóng lần đầu tiên vào năm 2011 trên vệ tinh Suomi NPP.

Các thiết bị MODIS được chế tạo bởi Viễn thám Santa Barbara. Chúng được thiết kế để cung cấp các phép đo về động lực quy mô lớn toàn cầu , bao gồm những thay đổi trong độ che phủ của đám mây trên Trái đất, lượng bức xạ và các quá trình xảy ra ở đại dương, trên đất liền và trong tầng khí quyển thấp hơn.

Thông số kỹ thuật và thông tin chính của cảm biến MODIS

Hình 2. Mô hình cảm biến MODIS.
(Nguồn: NASA)
Thông tinNội dung
Quỹ đạo705 km, 10:30 sáng theo chiều giảm dần (Terra) hoặc
1:30 chiều theo chiều tăng dần (Aqua), đồng bộ mặt trời, gần cực, tròn
Tốc độ quét20.3 vòng/phút, theo dõi chéo
Độ phủ2330 km (ngang) x 10 km (dọc theo đường ray ở điểm thấp nhất)
Kích thước Kính viễn vọngĐường kính 17.78 cm
Kích thước cảm biến1.0×1.6×1.0m
Trọng lượng cảm biến228.7 kg
Công suất162.5 W (trung bình quỹ đạo đơn)
Tốc độ dữ liệu10.6 Mbit/s (ban ngày cao điểm); 6.1 Mbit/s (trung bình quỹ đạo)
Lượng tử hóaDữ liệu dạng 12 bit
Độ phân giải không gian3 độ phân giải từ 0.4 μm đến 14.4 μm với 36 dải phổ:
+ 250 m (băng tần 1–2)
+ 500 m (băng tần 3–7)
+ 1000 m (băng tần 8–36)
Lưới mô hình hóa khí hậu (CMG – Climate Modeling Grid):
+ Độ phân giải không gian là 5600 m (0.05 độ)
+ Bao phủ toàn cầu: 7200 cột và 3600 hàng.
Thời gian cung cấp ảnh+ Hằng ngày (Daily)
+ 8 ngày
+ 16 ngày
+ 32 ngày
+ Hằng tháng (Monthly)
+ Hằng năm (Yearly)
+ Grid (lưới)
Tuổi thọ thiết kế6 năm
Bảng 1: Thông tin chung cảm biến MODIS.

Hệ thống ô ảnh MODIS – MODIS Tiling Systems

Hầu hết các sản phẩm MODIS Land tiêu chuẩn đều sử dụng hệ thống ngói dạng lưới hình sin.

Ô gạch (Tiling) có kích thước 10 độ x 10 độ ở xích đạo. Hệ tọa độ ô vuông bắt đầu tại (0,0) (số ô ngang, số ô dọc) ở góc trên bên trái và tiến về bên phải (ngang) và đi xuống (theo chiều dọc). Ô ở góc dưới bên phải là (h35,v17).

Để nắm rõ hơn, xem thêm ở phần gọi tên ảnh ở mục “Đọc thêm”.

Hình 3. Hệ thống lưới hình SIN.
(Nguồn: LP DAAC)

Các sản phẩm có độ phân giải cao hơn với độ phân giải không gian 250, 500 và 1.000 mét được sắp xếp theo các ô không chồng chéo dựa trên lưới hình sin. Có 460 ô không lấp đầy trên toàn cầu.

Một số ảnh MODIS minh họa

Hình 4. Ảnh MODIS toàn cầu. (Nguồn: NASA)
Hình 5. Ảnh MODIS 1km (Aqua) – Cảnh chụp cơn bão nhiệt đới ở Vịnh Bengal ngày 3/12/2023.
(Nguồn: NASA)
Hình 6. Ảnh MODIS 500m (Terra) – Việt Nam và Campuchia ngày 1/1/2016.
(Nguồn: NASA)
Hình 7. Ảnh MODIS 250m (Terra) – Bán đảo Triều Tiên ngày 1/5/2003.
(Nguồn: NASA)

Mặc dù độ phân giải không cao, nhưng với tầm phủ rộng, thời gian quan trắc liên tục và đặc biệt là miễn phí. Do đó ảnh MODIS là nguồn tài liệu tham khảo giá trị cao đối với các nhà khoa học.

Các ứng dụng chính từ ảnh MODIS

Các ứng dụng của ảnh MODIS:

  • Theo dõi tình trạng thực vật bằng phương pháp phân tích chuỗi thời gian với các chỉ số thực vật (NDVI)
  • Theo dõi mức độ hạn hán dựa dựa trên LST, NDVI, SPI và SVHI.
Hình 8. Theo dõi diễn biến khô hạn Tây Nguyên giai đoạn 2001-2020 theo chỉ số SVHI từ ảnh MODIS.
(Nguồn: Trần Văn Thương và cộng sự, 2022)
  • Ngập nước do lũ lụt, sông hoặc mực nước biển dâng ở các khu vực ven biển.
Hinh 9. Ví dụ về Biến động vùng ngập lũ ở ĐBSCL từ năm 2000-2011 giải đoán từ ảnh MODIS.
(Nguồn: Huỳnh Thị Thu Hương và cộng sư, 2016)
Hinh 10. Ví dụ về Diễn tiến ngập lũ năm 2000 và năm 2010 giải đoán từ ảnh viễn thám MODIS.
(Nguồn: Huỳnh Thị Thu Hương và cộng sư, 2016)

Đọc thêm

Nội dung được dịch từ từ nguồn LP DAAC (Link nằm ở mục Nguồn tham khảo).

1. Các kênh ảnh (36 kênh) của Cảm biến MODIS

Band
Kênh
Band width (μm)
Độ rộng băng tần
Shortwave/Sóng ngắnResolution (m)
Độ phân giải
Primary use
Các dùng thông thường
10.620 – 0.670VIS – Nhìn thấy250Land/cloud/aerosols boundaries
Ranh giới Mặt đất/Mây/Sol khí
20.841 – 0.876NIR – Cận hồng ngoại250
30.459 – 0.479VIS – Nhìn thấy500Land/cloud/aerosols properties
Thuộc tính Mặt đất/Mây/Sol khí
40.545 – 0.565VIS – Nhìn thấy500
51.230 – 1.250NIR – Cận hồng ngoại500
61.628 – 1.652Shortwave Infrared/SWIR
Hồng ngoại sóng ngắn
500
72.105 – 2.155Shortwave Infrared/SWIR
Hồng ngoại sóng ngắn
500
80.405 – 0.420VIS – Nhìn thấy1000Ocean color/phytoplankton/
biogeochemistry

Màu đại dương/thực vật phù du/
địa hóa sinh học
90.438 – 0.448VIS – Nhìn thấy1000
100.483 – 0.493VIS – Nhìn thấy1000
110.526 – 0.536VIS – Nhìn thấy1000
120.546 – 0.556VIS – Nhìn thấy1000
130.662 – 0.672VIS – Nhìn thấy1000
140.673 – 0.683VIS – Nhìn thấy1000
150.743 – 0.753VIS – Nhìn thấy1000
160.862 – 0.877NIR – Cận hồng ngoại1000
170.890 – 0.920NIR – Cận hồng ngoại1000Atmospheric water vapor
Hơi nước khí quyển
180.931 – 0.941NIR – Cận hồng ngoại1000
190.915 – 0.965NIR – Cận hồng ngoại1000
Band
Kênh
Band width (μm)
Độ rộng băng tần
Longwave/Sóng dàiResolution (m)
Độ phân giải
Primary use
Các dùng thông thường
203.660–3.840Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000Surface/cloud temperature
Nhiệt độ bề mặt/mây
213.929–3.989Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
223.929–3.989Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
234.020–4.080Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
244.433–4.498Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000Atmospheric temperature
Nhiệt độ khí quyển
254.482–4.549Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
261.360–1.390Shortwave/NIR
Cận hồng ngoại
1000Cirrus clouds water vapor
Mây hơi nước
276.535–6.895Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
287.175–7.475Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
298.400–8.700Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000Cloud properties
Thuộc tính mây
309.580–9.880Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000Ozone
3110.780–11.280Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000Surface/cloud temperature
Nhiệt độ bề mặt/mây
3211.770–12.270Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
3313.185–13.485Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000Cloud top altitude
Độ cao đỉnh mây
3413.485–13.785Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
3513.785–14.085Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
3614.085–14.385Thermal Infrared/TIR
Hồng ngoại nhiệt
1000
Bảng . Thông tin 36 kênh ảnh của MODIS.
(Nguồn: NASA)

2. Cấu trúc tên tệp ảnh MODIS (Nguồn: LP DAAC)

Tên tệp MODIS (tức là ID địa phương cục bộ – i.e., the local granule ID) tuân theo quy ước đặt tên cung cấp thông tin hữu ích về sản phẩm cụ thể. Tên viết tắt của sản phẩm như sau: MOD cho Terra MODIS, MYD cho Aqua MODIS và MCD cho Terra và Aqua MODIS kết hợp.

Ví dụ 1 về sản phẩm swath, tên tệp MOD14.A2023082.0430.061.2023082091705.hdf cho biết:

  • MOD14 – Tên viết tắt của sản phẩm Terra MODIS
  • A2023082 – Ngày chụp (tính theo ngày Julian) có dạng: A-YYYYDDD
  • 0430 – Giờ và Phút Mua Lại (HHMM)
  • 061 – Phiên bản sưu tập/lưu trữ
  • 2023082091705 – Ngày tạo ảnh, tính theo ngày Julian (YYYYDDDHHMSS)
  • .hdf – Định dạng dữ liệu (HDF-EOS).

Ví dụ 2 về sản phẩm Lưới mô hình hóa khí hậu (CMG), tên tệp MYD09CMG.A2023081.061.2023083032243.hdf cho biết:

  • MYD09CMG – Tên viết tắt của sản phẩm Aqua MODIS
  • A2023081 – Ngày chụp (tính theo ngày Julian) có dạng: A-YYYYDDD
  • 061 – Phiên bản sưu tập/lưu trữ
  • 2023083032243 – Ngày tạo ảnh, tính theo ngày Julian (YYYYDDDHHMSS)
  • .hdf – Định dạng dữ liệu (HDF-EOS)

Ví dụ 3 về sản phẩm liền kề, tên tệp MCD19A2.A2023081.h22v02.061.2023082164002.hdf cho biết:

  • MCD19A2 – Tên viết tắt của sản phẩm kết hợp Terra và Aqua MODIS
  • A2023081 – Ngày chụp (tính theo ngày Julian) có dạng: A-YYYYDDD
  • h22v02 – Mã định danh ô xếp (ngangXXdocYY)
  • 061 – Phiên bản sưu tập/lưu trữ
  • 2023082164002 – Ngày tạo ảnh, tính theo ngày Julian (YYYYDDDHHMSS)
  • .hdf – Định dạng dữ liệu (HDF-EOS)

3. Tên dài của sản phẩm ảnh MODIS (Nguồn: LP DAAC)

Quy ước đặt tên Tên dài của sản phẩm MODIS (tức là Cấp độ bộ sưu tập – i.e., Collection-Level) cung cấp thông tin hữu ích về sản phẩm và cho biết các tệp được liên kết cho tập dữ liệu là swath, lưới ô hình sin hay CMG. Các sản phẩm Swath được tạo ra trong khoảng thời gian 5 phút thu được vệ tinh.

Trong ví dụ này đối với tập dữ liệu swath, tất cả các sản phẩm thuộc bộ sưu tập MODIS/Terra Thermal Anomalies/Fire 5-Minute L2 Swath 1 km V061 đều có các đặc điểm sau:

  • MODIS/Terra – Thiết bị/Vệ tinh
  • Thermal Anomalies/Fire (Dị thường nhiệt/Lửa) – Thông số địa vật lý
  • 5-Minute (5 phút) – Độ phân giải tạm thời
  • L2 – Mức xử lý
  • Swath – dải quét
  • 1 km – Độ phân giải không gian
  • V061 – Phiên bản sưu tập/lưu trữ.

Trong ví dụ này về tập dữ liệu CMG, tất cả các sản phẩm thuộc bộ sưu tập MODIS/Aqua Surface Reflectance Daily L3 Global 0,05 Deg CMG V061 đều có các đặc điểm sau

  • MODIS/Aqua – Thiết bị/Vệ tinh
  • Surface Reflectance (Phản xạ bề mặt) – Thông số địa vật lý
  • Daily (Hàng ngày) – Độ phân giải tạm thời
  • L3 – Mức xử lý
  • Global (Toàn cầu) – Bao phủ toàn cầu
  • 0,05 độ – Độ phân giải không gian
  • CMG – Lưới mô hình hóa khí hậu
  • V061 – Phiên bản sưu tập

Trong ví dụ này đối với tập dữ liệu xếp chồng, tất cả các sản phẩm thuộc bộ sưu tập MODIS/Terra+Aqua Land Aerosol Độ sâu quang học hàng ngày L2G Toàn cầu 1 km SIN Grid V061 có các đặc điểm sau:

  • MODIS/Terra+Aqua – Dụng cụ/Vệ tinh
  • Land Aerosol Optical Depth (Độ sâu quang học của khí dung đất) – Thông số địa vật lý
  • Daily (Hàng ngày) – Độ phân giải tạm thời
  • L2G – Cấp độ xử lý
  • Global (Toàn cầu) – Bao phủ toàn cầu
  • 1 km – Độ phân giải không gian
  • SIN Grid (Lưới SIN) – Lưới Hình Sin
  • V061 – Phiên bản sưu tập/lưu trữ.

4. Các cấp độ xử lý ảnh MODIS (Nguồn: LP DAAC)

Ảnh MODIS mức độ 1 (Level-1) và các sản phẩm khí quyển, phân phối bởi LAADS (L1 and Atmosphere Archive and Distribution System)

Ảnh MODIS mức độ 2 trở lên (Level-2 to up) được phân phối bởi LP DAAC (Land Processes Distributed Active Archive Center):

  • Level-2 (Cấp độ 2): các biến địa vật lý dẫn xuất ở cùng độ phân giải và vị trí với dữ liệu nguồn cấp 1 (sản phẩm quét – Swath)
  • Level-2G (Cấp độ 2G): dữ liệu cấp 2 được ánh xạ trên thang lưới không-thời gian thống nhất (Hình sin)
  • Level-3 (Cấp độ 3): các biến dạng lưới ở độ phân giải không gian và/hoặc thời gian dẫn xuất
  • Level-4 (Cấp độ 4): đầu ra của mô hình hoặc kết quả từ việc phân tích dữ liệu cấp độ thấp hơn

Sản phẩm các phần băng (Cryosphere) được phân phối bởi NSIDC DAAC (National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center)

Viễn thám màu và các sản phẩm nhiệt độ bề mặt biển: Ocean color web.

Mô tả xử lý MODIS
Cùng với tất cả dữ liệu từ các thiết bị khác trên nền tảng Terra và Aqua, dữ liệu MODIS được truyền đến các trạm mặt đất ở White Sands, New Mexico, thông qua Hệ thống vệ tinh chuyển tiếp dữ liệu và theo dõi (TDRSS). Sau đó, dữ liệu được gửi đến Hệ thống vận hành và dữ liệu EOS (EDOS) tại Trung tâm bay không gian Goddard.

Sau quá trình xử lý Cấp 0 tại EDOS, Trung tâm Dịch vụ Thông tin và Dữ liệu Khoa học Trái đất Goddard (GES DISC) sản xuất các sản phẩm Cấp 1A, Cấp 1B, định vị địa lý và mặt nạ đám mây.

Các sản phẩm đất và khí quyển MODIS cấp cao hơn được sản xuất bởi Hệ thống xử lý thích ứng MODIS (MODAPS), sau đó được chia thành ba DAAC để phân phối. Các sản phẩm màu đại dương được Hệ thống xử lý dữ liệu màu đại dương (OCDPS) sản xuất và phân phối cho cộng đồng khoa học và ứng dụng.

5. Công cụ và dịch vụ ảnh MODIS (Nguồn: LP DAAC)

Các trang tải ảnh dữ liệu MODIS:

  • Data Pool
  • Earthdata Search Client
  • AppEEARS
  • EarthExplorer

Tệp HDF-EOS chứa thông tin cần thiết cho các công cụ và dịch vụ truy cập dữ liệu của NASA. Hầu hết các chương trình phần mềm có thể xử lý tệp HDF tiêu chuẩn đều có thể đọc tệp HDF-EOS. Tuy nhiên, rất khó để một lệnh gọi HDF tiêu chuẩn diễn giải thông tin vị trí địa lý hoặc thời gian của HDF-EOS nếu không có kiến thức sâu hơn về cấu trúc tệp.

Một số công cụ nguồn mở và công cụ bản quyền nhất định có sẵn để sử dụng với các sản phẩm MODIS HDF-EOS và được bao gồm trong danh sách sau:

Công cụ nguồn mở

  • QGIS
  • Panoply
  • HDFView
  • Explorer series
  • GDAL


Công cụ bản quyền

  • ArcMap
  • ENVI/IDL
  • MATLAB
  • Mathematica

==========

Nguồn tham khảo:

  • NASA.
  • LP DAAC (Land Processes Distributed Active Archive Center), URL: Link truy cập tại đây.
  • Trần Văn Thương, Cao Thanh Xuân, Nguyễn Trọng Hiệu, Phan Văn Tuấn, Danh Mởn, “Sử dụng dữ liệu MODIS đa thời gian đánh giá biến động khô hạn tại Tây Nguyên giai đoạn 2001–2020”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2022, 733, 1-14; doi:10.36335/VNJHM.2022(733).1-14.
  • Huỳnh Thị Thu Hương, Võ Quang Minh, Lê Anh Tuấn, “Ứng dụng ảnh viễn thám MODIS trong phân vùng canh tác lúa có ảnh hưởng của điều kiện khô hạn và ngập lũ khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long”, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 45 (2016): 52-65, DOI:10.22144/ctu.jvn.2016.511.

Related Posts

Xử lý dữ liệu viễn thám

Phân tích dữ liệu từ viễn thám liên quan đến việc thực hiện một số bước nhằm trích xuất thông tin có ý nghĩa từ hình ảnh…

Ảnh viễn thám ASTER và hướng dẫn tải ảnh ASTER GDEM

Giới thiệu về ảnh viễn thám ASTER ASTER – Máy đo bức xạ phản xạ và phát xạ nhiệt tiên tiến trong không gian (The Advanced Spaceborne…

MODIS – Hướng dẫn tải ảnh MODIS

Giới thiệu về các trình duyệt tải Ảnh MODIS MODIS là nguồn ảnh được cung cấp miễn phí và là tài liệu quan trọng giúp cho các…

Hướng dẫn tải ảnh viễn thám miễn phí – Phần 2: Copernicus Open Access Hub

Hệ sinh thái không gian dữ liệu Copernicus – Copernicus Data Space Ecosystem hiện nay được thiết kế bởi Sentinel Hub và gồm 3 trình duyệt tải ảnh chính: Trong phần 2 của Chuyên…

Hướng dẫn tải ảnh viễn thám miễn phí – Phần 1: EO Browser của Sentinel Hub

Hệ sinh thái không gian dữ liệu Copernicus – Copernicus Data Space Ecosystem hiện nay được thiết kế bởi Sentinel Hub và gồm 3 trình duyệt tải…

SPOT – Thế hệ vệ tinh quan sát Trái đất

SPOT (tiếng Pháp: Satellite Pour l’Observation de la Terre) là một hệ thống vệ tinh chụp ảnh Trái đất quang học có độ phân giải cao thương…

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *