(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp phân lớp đám mây điểm LiDAR bằng học máy

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bùi Đức Tiến NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP ĐÁM MÂY ĐIỂM LIDAR BẰNG HỌC MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM VÀ ĐÀO TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bùi Đức Tiến NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP ĐÁM MÂY ĐIỂM LIDAR BẰNG HỌC MÁY Chuyên ngành : Hệ thống thông tin Mã số: 8480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC Hà Nội – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tơi Bùi Đức Tiến, học viên khóa 2019B, ngành Máy tính, chun ngành Hệ Thống Thơng Tin Tơi xin cam đoan luận văn cơng trình tơi nghiên cứu, tìm hiểu thực hướng dẫn PGS.TS Đặng Văn Đức Trong trình làm luận văn tơi có tham khảo tài liệu có liên quan ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo Tơi xin chịu trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, ngày 08 tháng 11 năm 2021 Tác giả Bùi Đức Tiến LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn trân trọng muốn dành tới thầy cô Học viện khoa học công nghệ Việt Nam, Viện công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm khoa học cơng nghệ Việt Nam tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu, tạo môi trường học tập, nghiên cứu khoa học nghiêm túc suốt thời gian vừa qua, giúp tơi có kiến thức chuyên môn tảng để làm sở lý luận khoa học cho luận văn Đặc biệt xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Đặng Văn Đức định hướng, dìu dắt hướng dẫn tơi suốt trình làm luận văn, bảo thầy giúp tự tin nghiên cứu vấn đề giải toán cách khoa học Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Học viện khoa học công nghệ Việt Nam - Viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam tạo điều kiện cho học tập làm luận văn cách thuận lợi Xin gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp, gia đình bạn bè người ủng hộ, động viên tạo điều kiện giúp đỡ để có kết ngày hơm Trong q trình học tập thực luận văn, thực với tinh thần nghiêm túc, chắn không tránh khỏi thiết sót Tơi mong thơng cảm bảo tận tình thầy bạn Hà Nội, ngày 08 tháng 11 năm 2021 Tác giả Bùi Đức Tiến MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Những nội dung nghiên cứu CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ LIDAR 1.1 Tổng quan công nghệ LiDAR 1.1.1 Cấu trúc hệ thống LiDAR 1.1.2 Đặc điểm công nghệ LiDAR 1.2 Khả ứng dụng LiDAR 1.3 Bài toán phân loại liệu LiDAR 13 1.3.1 Khái niệm 13 1.3.2 Cơ tập tin LAS 14 1.3.3 Phân loại đám mây điểm LiDAR tập tin LAS 16 1.4 Kết chương 18 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÂN LOẠI DỮ LIỆU LIDAR 19 2.1 Nghiên cứu phân lớp đám mây điểm LiDAR thuật toán KMeans phương pháp học sâu 19 2.1.1 Thuật toán K-means 19 2.1.2 Phương pháp học sâu 21 2.2 Kết phân loại LiDAR 26 2.2.1 Thuật toán K-means 26 2.2.2 Phương pháp học sâu sử dụng PointNet phân loại đám mây điểm LiDAR 30 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM 37 3.1 Giới thiệu toán thử nghiệm 37 3.2 Lựa chọn thuật toán phân loại liệu thử nghiệm 37 3.3 Môi trường công cụ để xây dựng chương trình 38 3.4 Kết thử nghiệm 41 3.4.1 Phân loại với K-means 41 3.4.2 Phân loại với PointNet 44 3.4.3 So sánh kết phân lớp với K-means PointNet 47 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ chuẩn LiDAR Light Detection And Ranging Laser Light amplification by stimulated emission of radiation GNSS Global Navigation Sattelite System ASPRS American Society for Photogrammetry and Remote Sensing INS Inertial Navigation System DEM Digital Elevation Model DTM Digital Terrain Model DSM Digital Surface Model MCC Multiscale Curvature Classification BCAL Boise Center Aerospace Laboratory LiDAR DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1: Tổng quan hệ thống LiDAR Hình 2: Ứng dụng LiDAR khảo sát địa hình lập đồ Hình 3: Ứng dụng LiDAR lâm nghiệp Hình 4: Ứng dụng LiDAR lập đồ ngập úng Hình 5: Ứng dụng LiDAR cho đới duyên hải Hình 6: Ứng dụng LiDAR lập đồ địa hình ven biển 10 Hình 7: Ứng dụng LiDAR quan trắc dự báo trượt lở 10 Hình 8: Ứng dụng LiDAR lập đồ tuyến truyền tải .11 Hình 9: Ứng dụng LiDAR lập đồ giao thông .11 Hình 10: Ứng dụng LiDAR quy hoạch quản lý mạng điện thoại di động .12 Hình 11: Ứng dụng LiDAR lập đồ thị mô đô thị 12 Hình 12: Hiển thị liệu tập tin LAS .15 Hình 13: Ví dụ đám mây điểm hiển thị dạng 3D 17 Hình 14: Quy trình phân loại đám mây điểm LiDAR 18 Hình 15: Mơ tả thuật tốn K-means .19 Hình 16: Ví dụ phân loại với K-means .20 Hình 17: Cấu trúc tổng quát PointNet 23 Hình 18: Luồng xử lý PointNet 25 Hình 19: Pseudo code thuật tốn K-means phân loại đám mây điểm LiDAR .27 Hình 20: Sơ đồ phân loại đám mây điểm LiDAR với K-means 27 Hình 21: Kết phân loại với k=5 .28 Hình 22: Kết phân loại với k=7 .29 Hình 23: Thống kế điểm lớp 31 Hình 24: Dữ liệu tăng cường tiền xử lý 32 Hình 25: Ví dụ hiển thị điểm thuộc lớp car 35 Hình 26: Đám mây điểm khu vực khảo sát 38 Hình 27: Ảnh vệ tinh khu vực đo vẽ 38 Hình 28: Giao diện GUI lastool .40 Hình 29: Cơng cụ lastool ARCGIS 41 Hình 30: Tâm cụm khởi tạo 41 Hình 31: Sự thay đổi tâm cụm qua lần lặp 42 Hình 32: Tâm cụm sau lần lặp thứ 42 Hình 33: Số điểm cụm 42 Hình 34: Mơ hình DEM với độ phân giải 1m 43 Hình 35: Mơ hình DSM với độ phân giải 1m 43 Hình 36: Mơ hình 3D đám mây điểm khu vực bay quét 43 Hình 37: Biểu đồ Histogram phân bố hai lớp điểm 46 Hình 38: Mơ hình DSM với độ phân giải 1m 46 Hình 39: Mơ hình DEM độ phân giải 1m 46 Hình 40: Mơ hình 3D đám mây điểm khu vực bay qt 47 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Từ năm đầu thập niên 60 kỷ 20, đời khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích – laser mở nhiều ứng dụng mới, phải kể đến kỹ thuật khảo sát từ xa sử dụng nguồn kích thích tia laser gọi LiDAR(Light Detection And Ranging) Hệ thống LiDAR hệ thống tích hợp từ thành phần chính: Hệ thống thiết bị Laser (Light amplifica tion by stimulated emission of radiation), hệ thống định vị vệ tinh GNSS (Global Navigation Sattelite System) hệ thống đạo hàng quán tính INS (Inertial Navigation System) Tổ hợp thiết bị mối quan hệ hữu cơ, tác động chi phối lẫn nhau, tạo nên hệ thống LiDAR Bản chất công nghệ LiDAR kỹ thuật đo dài laser, định vị không gian GPS/INS nhận biết cường độ phản xạ ánh sáng Xung laser phát hướng xuống mặt đất độ cao Sóng laser phản hồi từ mặt đất hay từ bề mặt đối tượng cây, đường nhà , với xung đo thời gian tín hiệu, tính khoảng cách từ nguồn phát laser tới đối tượng Ở thời điểm phát xung laser, hệ thống định vị vệ tinh GNSS xác định vị trí khơng gian điểm phát, hệ thống đạo hàng qn tính xác định góc định hướng không gian tia quét Với giá trị đo tổng hợp tính vị trí (tọa độ không gian) điểm bề mặt đất Công nghệ LiDAR công nghệ tiên tiến hàng đầu hệ thống công nghệ thu thập liệu không gian giới Với khả trực tiếp thu nhận đám mây điểm 3D với độ xác cao, LiDAR áp dụng rộng rãi việc thành lập mơ hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM) bề mặt địa hình, dựa vào theo dõi dịng chảy nước hay giám sát di chuyển khối, thành lập đồ viễn thám Công nghệ LiDAR phát triển ứng dụng thiết bị laser, định vị vệ tinh đo quán tính để thu thập liệu địa lý bề mặt trái đất So sánh với phương pháp thu nhận xử lý trắc địa ... KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bùi Đức Tiến NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP ĐÁM MÂY ĐIỂM LIDAR BẰNG HỌC MÁY Chuyên ngành : Hệ thống thông tin Mã số: 8480104 LUẬN VĂN THẠC... Chương 2: Một số kỹ thuật phân lớp đám mây điểm LiDAR: Chương trình bày hai phương pháp phân loại đám mây điểm LiDAR phương pháp sử dụng thuật toán K-Means phương pháp học sâu Chương 3: Xây dựng... Phương pháp học sâu toán phân lớp đám mây điểm LiDAR Hiện tại, phương pháp phân loại liệu đám mây điểm LiDAR chủ yếu bao gồm trích xuất đặc trưng sử dụng máy học Phương pháp dựa trích xuất đặc