Landsat 8 là gì? Các công bố khoa học về Landsat 8

Landsat 8 là gì?

Landsat 8 là vệ tinh quan sát Trái Đất thuộc chương trình Landsat – một trong những sáng kiến giám sát hành tinh lâu đời nhất do Hoa Kỳ triển khai từ năm 1972. Vệ tinh này được phóng thành công vào ngày 11 tháng 2 năm 2013 từ căn cứ Vandenberg bằng tên lửa Atlas V, như là một phần hợp tác giữa NASA (Cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ) và USGS (Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ). Mục tiêu của Landsat 8 là cung cấp dữ liệu hình ảnh đa phổ với độ phân giải trung bình, phục vụ cho nghiên cứu, quy hoạch và giám sát biến động tài nguyên thiên nhiên, môi trường và đô thị trên toàn thế giới.

Tiếp nối thành công của các thế hệ Landsat trước, Landsat 8 đánh dấu bước tiến quan trọng về mặt công nghệ, độ chính xác và chất lượng dữ liệu. Vệ tinh cung cấp dữ liệu miễn phí, công khai, hỗ trợ hàng trăm nghìn người dùng từ các lĩnh vực như nông nghiệp, lâm nghiệp, địa chất, tài nguyên nước, bảo tồn sinh học, khí hậu và đô thị hóa.

Thông số kỹ thuật của Landsat 8

Landsat 8 bay ở quỹ đạo đồng bộ mặt trời (sun-synchronous orbit) ở độ cao khoảng 705 km, quét toàn cầu với chu kỳ lặp lại mỗi 16 ngày. Một số thông số kỹ thuật nổi bật:

• Độ cao quỹ đạo: ~705 km
• Chu kỳ lặp lại: 16 ngày (8 ngày nếu kết hợp cùng Landsat 9)
• Độ rộng dải quét: 185 km
• Độ phân giải không gian: 15 m (ảnh toàn phổ – panchromatic), 30 m (ảnh đa phổ – multispectral), 100 m (ảnh nhiệt, nội suy về 30 m)
• Hệ tọa độ chuẩn: WRS-2 (Worldwide Reference System 2)
• Khả năng thu ảnh: ~740 cảnh mỗi ngày

Landsat 8 hoạt động ổn định từ năm 2013 và được thiết kế để duy trì hiệu suất ít nhất 5 năm, nhưng thực tế đã vượt qua nhiều kỳ vọng ban đầu và vẫn đang hoạt động tốt trong năm 2025.

Hệ thống cảm biến trên Landsat 8

Landsat 8 được trang bị hai cảm biến chính: Operational Land Imager (OLI) và Thermal Infrared Sensor (TIRS), cho phép thu nhận ảnh đa phổ và ảnh nhiệt chất lượng cao.

1. Operational Land Imager (OLI)

OLI ghi lại dữ liệu trong 9 kênh phổ từ vùng ánh sáng nhìn thấy (visible) đến hồng ngoại gần và trung (near-IR và shortwave-IR), bao gồm:

1. Băng 1: Coastal Aerosol (430–450 nm)
2. Băng 2: Blue (450–510 nm)
3. Băng 3: Green (530–590 nm)
4. Băng 4: Red (640–670 nm)
5. Băng 5: Near Infrared (850–880 nm)
6. Băng 6: SWIR 1 (1570–1650 nm)
7. Băng 7: SWIR 2 (2110–2290 nm)
8. Băng 8: Panchromatic (500–680 nm), độ phân giải 15 m
9. Băng 9: Cirrus (1360–1390 nm), giúp lọc mây mỏng

2. Thermal Infrared Sensor (TIRS)

TIRS đo nhiệt bề mặt Trái Đất thông qua hai băng:

• Băng 10: 10.6–11.19 µm
• Băng 11: 11.5–12.51 µm

Dữ liệu từ TIRS được sử dụng trong đánh giá cân bằng năng lượng, lập bản đồ nhiệt đô thị, tính toán chỉ số thực vật có điều chỉnh nhiệt độ, và phân tích hạn hán.

Các ứng dụng thực tiễn của Landsat 8

Landsat 8 cung cấp dữ liệu có giá trị trong nhiều lĩnh vực ứng dụng thực tiễn:

• Nông nghiệp: giám sát mùa vụ, xác định tình trạng cây trồng, ước lượng năng suất, phân tích vùng tưới tiêu
• Lâm nghiệp: phát hiện phá rừng, suy thoái rừng, cháy rừng, đánh giá tái sinh rừng
• Tài nguyên nước: giám sát hồ chứa, dòng chảy, độ đục nước, chất lượng nước, tính toán NDWI
• Quy hoạch đô thị: theo dõi quá trình đô thị hóa, mở rộng hạ tầng, phân tích vùng chịu tác động nhiệt
• Địa chất – khoáng sản: phân tích lớp phủ địa hình, bản đồ hóa cấu trúc địa chất
• Khí hậu và môi trường: đánh giá biến đổi băng tuyết, sa mạc hóa, xói mòn đất, phát hiện ô nhiễm

Ví dụ, tại Việt Nam, dữ liệu Landsat 8 được dùng trong giám sát rừng ở Tây Nguyên, phân tích biến động đất canh tác ở Đồng bằng sông Cửu Long và giám sát nước mặt ở khu vực hồ Dầu Tiếng, hồ Trị An.

Truy cập và sử dụng dữ liệu Landsat 8

Dữ liệu ảnh từ Landsat 8 hoàn toàn miễn phí và được cập nhật liên tục trên các nền tảng sau:

• USGS EarthExplorer – nền tảng tìm kiếm và tải dữ liệu ảnh vệ tinh đa dạng
• USGS GloVis – giao diện thân thiện, dễ dùng để xem và chọn vùng ảnh
• LandsatLook Viewer – công cụ xem nhanh ảnh Landsat trực tuyến
• Amazon Open Data Registry – dữ liệu lưu trữ trên AWS, hỗ trợ truy xuất qua API

Dữ liệu có thể được tải dưới nhiều định dạng như GeoTIFF, tích hợp dễ dàng với phần mềm GIS như QGIS, ArcGIS hoặc Python (với Rasterio, geemap).

Các chỉ số phổ từ ảnh Landsat 8

Ảnh Landsat 8 cho phép tính toán nhiều chỉ số viễn thám, phục vụ cho phân tích chuyên sâu:

• NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): chỉ số thực vật học, đánh giá độ phủ xanh và sức khỏe cây trồng
• NDWI (Normalized Difference Water Index): xác định vùng mặt nước
• NDBI (Normalized Difference Built-up Index): xác định khu vực xây dựng, bề mặt nhân tạo
• SAVI (Soil-Adjusted Vegetation Index): điều chỉnh ảnh hưởng của đất trống

Ví dụ:

$\text{NDVI} = \frac{\text{Band 5} - \text{Band 4}}{\text{Band 5} + \text{Band 4}}$

$\text{NDBI} = \frac{\text{Band 6} - \text{Band 5}}{\text{Band 6} + \text{Band 5}}$

So sánh với Landsat 7 và Landsat 9

Landsat 8 kế thừa và cải tiến đáng kể so với Landsat 7, đặc biệt là khắc phục lỗi mất dữ liệu do hỏng cảm biến SLC (Scan Line Corrector) từ năm 2003. So với Landsat 7, Landsat 8 có:

• Chất lượng ảnh tốt hơn, ít nhiễu, dải động cao hơn
• Số lượng băng phổ nhiều hơn, giúp cải thiện độ chính xác phân loại
• Khả năng ghi nhận ảnh mây mỏng và ảnh nhiệt rõ ràng hơn

Landsat 9, được phóng vào năm 2021, có cấu trúc cảm biến tương tự Landsat 8 nhưng cải thiện hệ thống lưu trữ và truyền dữ liệu, giúp nâng cao hiệu quả thu nhận và giảm thời gian trễ dữ liệu. Khi hoạt động song song, hai vệ tinh này cho phép ghi ảnh toàn cầu với chu kỳ 8 ngày – giảm một nửa thời gian chờ so với chỉ có một vệ tinh.

Kết luận

Landsat 8 là một vệ tinh viễn thám mạnh mẽ, cung cấp dữ liệu có giá trị cao và được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trên toàn thế giới. Với khả năng thu ảnh đa phổ và nhiệt, độ phân giải phù hợp và chính sách truy cập dữ liệu mở, Landsat 8 đã, đang và sẽ tiếp tục là nguồn thông tin quan trọng phục vụ cho phát triển bền vững, quản lý tài nguyên và giám sát môi trường toàn cầu.

Tài nguyên tham khảo

• NASA Landsat 8 Mission Overview
• USGS – Landsat 8 Overview
• USGS EarthExplorer
• Open Geospatial Data – Ứng dụng Landsat trong nghiên cứu
• AWS Landsat 8 Open Data