Lắp đặt trạm thu và ăng ten tín hiệu ảnh từ vệ tinh của NASA và NOAA (Terra, Aqua, Suomi NPP và JPSS) lần đầu tiên ở Việt Nam

Trong khuôn khổ dự án Giám sát hiện trường đang được thực hiện tại Trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia, Hà Nội, trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành (FIMO) đang triển khai việc lắp đặt, chuyển giao công nghệ và vận hành trạm thu dữ liệu ảnh từ bốn vệ tinh quan sát trái đất của Cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (National Aeronautics and Space Administration – NASA) và Cơ quan quản lý khí quyển và đại dương quốc gia Hoa Kỳ (National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA)

Trạm thu ảnh vệ tinh MODIS và Suomi NPP trong quá trình chuyển giao, lắp đặt và thử nghiệm

MODIS (Moderate Resolution Spectroradiometer)

–        Là đầu đo viễn thám chủ yếu của các vệ tinh TERRA và AQUA. Vệ tinh AQUA được phóng vào quỹ đạo ngày 4/5/2002.Vệ tinh TERRA phóng vào quỹ đạo 19/12/1999.

–        Các thông số kỹ thuật của vệ tinh thu ảnh MODIS:

+        Độ cao quĩ đạo: 705 km

+        Quĩ đạo: Đồng bộ mặt trời

+        Thời gian qua xích đạo: 10:30 a.m hoặc 1:30 p.m

+        Tốc độ quét: 20.3 rpm

+        Độ phủ: 2330 km

+        Kích thước: 1.0 x 1.6 x 1.0 m

+        Trọng lượng: 228.7 kg

+        Độ phân giải bức xạ: 12 bits

+        Độ phân giải không gian  250 m (kênh 1-2); 500 m (kênh 3-7);  1000 m (kênh 8-36)

–        Các dữ liệu MODIS đã được đưa vào sử dụng để theo dõi mây, chất lượng khí quyển, chỉ số thực vật, phân loại lớp phủ, cháy rừng, hàm lượng diệp lục (chlorophyll) trong nước biển, nhiệt độ mặt nước biển, nhiệt độ bề mặt lục địa bốc thoát hơi bề mặt lớp phủ, diễn biến lớp phủ băng lục địa và đại dương.

Phát hiện và cảnh báo cháy rừng trên ảnh MODIS năm 2013 tại Bồ Đào Nha

Suomi National Polar-orbiting Partnership (NPP)

–        Là vệ tinh thời tiết được điều hành bởi Cơ quan quản lý khí quyển và đại dương quốc gia Hoa Kỳ, được phóng năm 2011, quỹ đạo đồng bộ mặt trời, độ cao 824 km so với bề mặt trái đất. NPP được phát triển với mục đích là cầu nối giữa các thế hệ vệ tinh cũ phóng trước năm 2011 với các thế hệ vệ tinh hiện đại hiện nay.

–        Vệ tinh bay vòng quanh Trái Đất 14 lần mỗi ngày, bao gồm 5 cảm biến:

+        Advanced Technology Microwave Sounder (ATMS): giúp việc xây dựng mô hình toàn cầu về độ ẩm và nhiệt độ.

+        Cross-track Infrared Sounder (CrlS): theo dõi độ ẩm và áp suất.

+        Ozone Mapping and Profier Suite (OPMS): các kênh siêu phổ để đo mức độ Ô zôn, đặc biệt là ở các vùng cực.

+        Visble Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS),  gồm 22 kênh phổ để thu thập dữ liệu tại bước sóng hồng ngoại và nhìn thấy để quan trắc cháy rừng, dịch chuyển của băng tan và biến đổi các dạng đất đai.

+        Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES): thu nhận sóng hồng ngoại, bao gồm năng lượng phản xạ từ mặt trời và bức xạ nhiệt phát ra từ trái đất.

Theo dõi mức độ ô nhiễm không khí tại Hoa Kỳ sử dụng ảnh NPP VIIRS

Joint Polar Satellite System (JPSS)

–        Cùng với sự thành công trong việc hợp tác của NOAA và NASA khi phóng vệ tinh Suomi NPP ngày 28/10/2011, dự án JPSS tiếp được được đầu tư, phát triển và dự kiến sẽ được phóng vào đầu năm 2017.

–        JPSS sẽ được trạng bị các công nghệ và kỹ thuật khoa học hiện đại nhất trong việc theo dõi môi trường và dự báo thời tiết, khí hậu, môi trường và đại dương. NOAA sẽ chịu trách nhiệm cho việc quản lý và điều hành chương trình JPSS trong khi NASA chịu trách nhiệm phát triển và xây dựng vệ tinh JPSS.

–        JPSS hứa hẹn là chương trình vệ tinh duy nhất có khả năng theo dõi dữ liệu về khí quyển để dự báo thời tiết từ sau năm 2017, với khả năng dự báo chính xác về thời tiết, nghiên cứu khí hậu.

Dự án JPSS hợp tác của NOAA và NASA trong việc theo dõi và quan trắc thời tiết và khí hậu trái đất

Đây là nguồn cung cấp dữ liệu ảnh quý giá so với các dữ liệu của NASA cung cấp miễn phí do có thể thu nhận và xử lý theo thời gian thực, chủ động về loại ảnh, cảnh ảnh cần xử lý và là bước kế thừa truyền thống của những người đi đầu trong lĩnh vực viễn thám của Việt Nam từ những năm 1990 của thế kỷ 20. Ban đầu từ những công nghệ còn thô sơ, hạn chế, các nhà khoa học, nghiên cứu đi trước đã xây dựng nên những trạm thu tín hiệu ảnh vệ tinh và đã có những thành công lớn trong việc khai thác và xử lý ảnh vệ tinh ở Việt Nam. Trung tâm FIMO rất vinh dự nhận được sự hợp tác và cố vấn từ nhiều đội ngũ chuyên gia hàng đầu, một trong số đó là:  PGS.TS Phạm Văn Cự – Chuyên gia đầu ngành về bản đồ viễn thám và GIS của Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội trong quá trình khảo sát và lập kế hoạch, thực hiện phát triển các dự án.

Trạm thu tín hiệu ăng ten ở VTGEO, VAST những năm 1990 đầu tiên ở Việt Nam với sự tham gia của PGS.TS. Phạm Văn Cự và các cán bộ, chuyên gia nước ngoài

Thử nghiệm thu tín hiệu vệ tinh thành công tại khu vực Điện Biên khởi nguồn cho thu nhận tín hiệu ảnh viễn thám lần đầu tiên ở Việt Nam

Trung tâm đã lên kế hoạch cẩn thận và kỹ lưỡng để tìm các đối tác có khả năng cung cấp các hệ thống trạm thu mặt đất chất lượng và đảm bảo chuyển giao công nghệ đầy đủ. Hạ tầng thu nhận dữ liệu ảnh vệ tinh được đặt hàng dựa trên sự tìm hiểu kỹ lưỡng về nhu cầu cấp bách thu nhận tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh cho các vấn đề nghiên cứu, cảnh báo cháy rừng, ô nhiễm không khí, biến đổi sử dụng đất,…từ công ty eOsphere – vương Quốc Anh. Đây là một công nghệ tiên tiến hàng đầu trên thế giới về lắp đặt trạm thu mặt đất, sản phẩm tên là VxEos có khả năng thu nhận tín hiệu chính xác từ các vệ tinh Terra, Aqua, NPP, đã được chuyển giao thành công ở Trung Quốc, Ấn độ, Malaysia,…

Trung tâm FIMO vinh dự được tiếp đón Tiến Sĩ Dominic Flach từ eOsphere sang trực tiếp theo dõi quá trình lắp đặt, xử lý và đào tạo nhân lực sử dụng và điều khiển trạm thu vệ tinh từ ngày 15/10/2014 trong 2 tuần. Trong đó, công việc đã được cán bộ, nhân viên Trung tâm thực hiện song song và khẩn trương trong việc lắp đặt kết cấu bệ đỡ, ăng ten và chảo thu tín hiệu trên tầng 7 nhà E3 – Đại học Công Nghệ và hệ thống thiết bị giải mã, trạm xử lý tín hiệu tại Trung tâm tầng 5 nhà E3. Kết quả đạt được là đến nay đã hoàn toàn lắp đặt và thử nghiệm vận hành thành công thiết bị ăng ten thu tín hiệu trực tiếp từ phòng đặt trạm thu và xử lý có cấu hình mạnh (8 CPU, 8 GB Ram và 2 TB ổ cứng), thông qua các phần mềm điều khiển tinh vi và hiện đại.

Một số hình ảnh ghi lại những quá trình mà trạm thu ăng ten và trạm xử lý tín hiệu được triển khai, lắp đặt trong thời gian qua:

Cán bộ Trung tâm FIMO tiến hành khảo sát thực trạng kết cấu công trình bệ đỡ trạm thu

Khảo sát các thông số kỹ thuật lắp đặt thiết bị từ phía chuyên gia Dominic

Tiến sĩ Dominic tiến hành kiểm tra các thông số kỹ thuật bệ đỡ trạm thu ăng ten

Tiến hành cẩu bệ đỡ, mô tơ điều khiển trạm thu đặt trên bệ đỡ

Tiến sĩ Dominic cùng cán bộ Trung tâm bê lắp đặt chảo thu ăng ten dưới thời tiết mưa rào để kịp tiến độ

Lắp đặt chảo thu ăng ten tín hiệu dưới sự điều hành giám sát của Tiến sĩ Dominic

Để đảm bảo kịp thời tiến độ đặt ra, trạm thu đã được lắp đặt trong mọi điều kiện thời tiết và thời gian khó khăn

Tiến sĩ Dominic tiến hành đo trục của ăng ten vuông góc với mặt đất để đảm bảo ăng ten có thể xoay an toàn không bị cản trở lúc trời tối

Tiến sĩ Dominic đang tiến hành lắp đặt dây cáp nối điều khiển mô tơ trục quay của ăng ten

Cán bộ Trung tâm FIMO luôn theo dõi và ghi chép các bước thực hiện lắp đặt hệ thống

Kết nối cáp nguồn tại hộp điều khiển tới mô tơ của trạm ăng ten

Tiến sĩ Dominic đang giải thích cơ chế hoạt động của hộp điều khiển trạm ăng ten

Cán bộ Trung tâm FIMO chăm chú theo dõi và học hỏi Tiến sĩ Dominic tiến hành thử nghiệm di chuyển trục của ăng ten

Kết quả thành công khi chảo thu đã được dịch chuyển từ phần mềm điều khiển trên máy tính

Tiến hành lắp đặt đầu thu tín hiệu vệ tinh lên chảo ăng ten

Tiến sĩ Dominic tiến hành hiệu chỉnh và căn chỉnh đầu thu tín hiệu một cách chính xác

Kiểm tra khả năng hoạt động ổn định của trạm thu ăng ten lần cuối

Tiến hành lắp đặt khối cầu bảo vệ trạm ăng ten sau khi thử nghiệm điều khiển trạm thu thành công

Trạm thu xử lý tín hiệu và bộ giải mã tín hiệu thu được từ vệ tinh

Bộ giải mã tín hiệu vệ tinh thu từ ăng ten tới trạm xử lý

Tiến sĩ Dominic tính toán thông số điều khiển ăng ten từ trạm xử lý

Thử nghiệm phần mềm tạo và xử lý ảnh viễn thám từ tín hiệu vệ tinh

Tiến sĩ Dominic hướng dẫn cách kiểm tra độ ổn định của tín hiệu thu từ ăng ten

Tiến sĩ Dominic đang kiểm tra quá trình xử lý tạo dữ liệu ảnh MODIS và NPP trên trạm xử lý

Tiến sĩ Dominic cùng cán bộ Trung tâm FIMO tham gia hội trại của các bạn sinh viên Đại học Công Nghệ kỷ niệm 10 năm thành lập trường

Phạm Hữu Bằng (Nghiên cứu viên – FIMO)