Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này giới thiệu một số Module được xây dựng để hỗ trợ ứng dụng hệ thống tích hợp LiDAR - Máy ảnh số trong thiết kế kỹ thuật, xử lý thông tin để thành lập mô hình số độ cao và bình đồ trực ảnh ở nước ta.
Trao đổi - Ý kiến PHÁT TRIỂN CÁC MODULE HỖ TRỢ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP LIDAR-MÁY ẢNH SỐ TRONG THÀNH LẬP MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO VÀ BÌNH ĐỒ TRỰC ẢNH PGS TS NGUYỄN TRƯỜNG XUÂN(1), TS CÁP XUÂN TÚ(2), KS MAI VĂN SỸ(3) Trường Đại học Mỏ-Địa chất; Tổng Công ty Tài nguyên Môi trường Việt Nam; (3) Công ty Cổ phần Tư vấn thiết kế cơng trình xây dựng Hải Phịng (1) (2) Tóm tắt: Bài báo giới thiệu số Module xây dựng để hỗ trợ ứng dụng hệ thống tích hợp LiDAR - Máy ảnh số thiết kế kỹ thuật, xử lý thơng tin để thành lập mơ hình số độ cao bình đồ trực ảnh nước ta Đặt vấn đề ông nghệ LiDAR - Light Detection And Ranging công nghệ tiên tiến hàng đầu hệ thống công nghệ thu thập liệu không gian giới Công nghệ mở kỷ nguyên lĩnh vực Trắc địa - Bản đồ, cho phép thu nhận, hiển thị độ cao chi tiết bề mặt địa hình tạo ảnh cường độ xám nhanh, xác Hệ thống LiDAR tích hợp với máy chụp ảnh số, ngồi tạo mơ hình số độ cao, cịn tạo bình đồ trực ảnh, ảnh phối cảnh 3D sản phục phục vụ đa ngành khác C Khi triển khai áp dụng công nghệ LiDAR để thu thập xây dựng sở liệu không gian khu vực phải thực theo giai đoạn: Giai đoạn 1: Nghiên cứu nhiệm vụ, ước tính thơng số thiết kế kỹ thuật chung; Giai đoạn 2: Thiết kế bay, thực bay quét xử lý liệu; Giai đoạn 3: Chuyển giao thành cho khâu sản xuất tiếp sau; Phần mềm hãng chủ yếu thực nhiệm vụ giai đoạn 2, thực tế sản xuất, nhu cầu giải vấn đề kỹ thuật phát sinh giai đoạn 1, giai đoạn lại đa dạng Khi bắt đầu triển khai dự án, cần phải ước tính mật độ điểm quét laser, độ phân giải mặt đất ảnh phù hợp theo yêu cầu nhiệm vụ đặt ra; ước tính thông số tối ưu độ cao, vận tốc, tần số phát xung, thông số máy ảnh; quản lý liệu; ước tính khối lượng bay quét chụp ảnh (giai đoạn 1); tính chuyển số liệu cho phù hợp ứng dụng khâu sản xuất tiếp sau (giai đoạn 3); trợ giúp, mở rộng chuẩn hoá DEM phần xử lý liệu (giai đoạn 2) Với nhu cầu kỹ thuật thực tiễn nêu trên, cần phải xây dựng phần mềm hỗ trợ ứng dụng phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam Giới thiệu Module phần mềm hỗ trợ 2.1 Modul hỗ trợ tính thơng số thiết kế * Modul “Ước tính mật độ điểm quét laser độ phân giải ảnh” (Xem hình 1) Mật độ điểm quét laser ước tính thiết kế kỹ thuật phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu độ xác DEM có tham chiếu tới mật độ điểm DSM phục vụ nắn trực ảnh Ước tính mật độ điểm qt laser tính cơng thc gn ỳng ca Arckermann tạp chí khoa học đo đạc đồ số 17-9/2013 10 Trao i - Ý kiến Độ phân giải mặt đất ảnh gốc ước tính theo yêu cầu tỷ lệ đồ cần thành lập Sự ước tính thơng số mang tính tham khảo, thực tế phải linh hoạt lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật điều kiện khác khu đo Modul viết ngôn ngữ Visual Basic * Modul “Ước tính lựa chọn thơng số bay qt laser” Cơng tác tính tốn lựa chọn thơng số bay quét phù hợp hệ thống LiDAR thực tế giải mối quan hệ độ cao bay, vận tốc bay, tần số phát xung, tần số quét mật độ điểm quét laser, khoảng cách cân đối hai điểm quét laser gần kề theo hướng bay vng góc với hướng bay Modul tính để lựa chọn thông số bay quét laser tương ứng với theo bước giá trị thay đổi tần số phát xung, tần số quét nhập thông số vận tốc, độ cao bay góc mở quét Khi lựa chọn thông số, phải xuất phát từ mật độ điểm quét laser ưu tiên chọn độ cao bay tối đa Hình 1: Giao diện ước tính mật độ điểm quét laser độ phân giải ảnh Hình 2: Giao diện ước tính lựa chọn thơng s bay quột laser 11 tạp chí khoa học đo đạc đồ số 17-9/2013 Trao i - í kiến Hình 3: Giao diện tính thơng số bay quét laser Tần số phát xung phải lựa chọn tương ứng với độ cao bay nên chọn mật độ điểm quét có tỷ lệ sai lệch khoảng cách chiều dọc ngang không 25% (mầu vàng) Modul viết trực tiếp Microsoft Excel * Modul “Tính thơng số bay qt LiDAR - H56” Để giúp cơng tác thiết kế bay chụp chọn xác thông số cài đặt hệ thống LiDAR, Modul tính thơng số cụ thể độ rộng đường bay, chiều cao bay tối đa, hiệu suất bay quét, khoảng cách hai điểm quét laser gần kề theo hướng bay vng góc với hướng bay mật độ điểm qt laser nhập thơng số góc quét, vận tốc bay, độ cao bay, tần số quét, tần số phát xung Modul viết trực tiếp Microsoft Excel Từ bảng tính này, người thiết kế lựa chọn thông số tối ưu để bay quét cài đặt cho hệ thống LiDAR bay * Modul “Tính thơng số bay chụp ảnh” Khi thiết kế ước tính thơng số cho máy ảnh thơng số quan trọng thời gian tối thiểu cho lần chụp Độ cao bay, vận tốc bay, độ phủ dọc, khả thu nhận liệu chụp hệ thống tham số liên quan trực tiếp đến thời gian tối thiểu cho lần chụp (Xem hình 4) Máy ảnh hàng khơng chun dụng cỡ trung bình, thường tích hợp với hệ thống LiDAR Rollei AIC P45 Modul ước tính thông số thời gian lần chụp độ cao bay, độ phủ dọc, vận tốc bay khác nhau; kích thước thực địa ngang t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 17-9/2013 12 Trao đổi - Ý kiến Hình 4: Giao diện tính thơng số bay chụp ảnh Hình 5: Giao diện tính tỷ lệ ảnh số đường bay, tổng số ảnh chụp dự án dọc ảnh; khoảng cách ảnh dải độ nhoè ảnh Các số mầu đỏ số thời gian nhỏ mức tối thiểu cho lần chụp Do vậy, phép chọn độ cao bay, vận tốc độ phủ tương ứng với thời gian chụp * Modul “Ước tính khối lượng ảnh” Dùng ước tính tỷ lệ ảnh, số đường bay tổng số ảnh chụp, tương ứng với độ phủ dọc, độ phủ ngang, tiêu cự máy ảnh, độ cao bay dự án Modul viết ngôn ngữ Visual Basic 13 2.2 Modul phần mềm hỗ trợ xử lý liệu File liệu LiDAR trước sau xử lý có đặc thù kích thước lớn Cách thức quản lý, định dạng, tổ chức file liệu sản phẩm phần mềm xử lý LiDAR khác Hiện nay, hầu hết sở sản xuất lớn nước biên tập đồ làm liệu thông tin địa lý dùng Mapping office (MicroStation, IGeovec, IrasC, IrasB), MGE, trạm đo vẽ ảnh số INTERGRAPH hay ArcGIS ESRI Trong quỏ trỡnh ng tạp chí khoa học đo đạc đồ số 17-9/2013 Trao i - í kin dụng sản phẩm LiDAR (hệ thống LiDAR - Harrier56) cho sản xuất gặp số khó khăn định dạng tổ chức liệu LiDAR Để thuận tiện cho ứng dụng sản phẩm LiDAR phục vụ sản xuất điều kiện Việt Nam, Modul phần mềm “Tính chuyển thơng số liệu LiDAR” có số module giúp thực chuyển đổi liệu phù hợp với yêu cầu kỹ thuật phần mềm sản xuất nước Phần mềm viết ngôn ngữ Visual Basic 2.3 Modul phần mềm tạo thư mục quản lý liệu Dữ liệu gốc bay chụp ảnh quét LiDAR có nhiều chủng loại kích thước lớn Các file liệu quét laser, GPS/IMU, GPS mặt đất, file ảnh gốc thu nhận theo ca bay ngày, khu đo Dữ liệu trung gian trình xử lý có nhiều chủng loại point_cloud, dsm_adj, dsm_fe, dsm_le, dsm_rgbi, develop_sdc, intensity, coverage_dsm, proc_laser, profiles, ảnh phát triển, sbet_file Trong trình xử lý, phải Hình 6: Giao diện tính chuyển thơng số liệu LiDAR Hình 7: Giao diện quản lý liệu tạp chí khoa học đo đạc đồ số 17-9/2013 14 Trao đổi - Ý kiến thường xuyên lấy liệu bước để thực bước xử lý sau Nếu khơng có quản lý tốt, người thao tác xử lý dễ bị nhầm lẫn, trình tìm kiếm, tạo đường link máy hay sai sót, thời điểm có nhiều ngày bay quét, nhiều khu đo thi công xử lý Xuất phát từ nhu cầu thực tế sản xuất để quản lý tốt liệu gốc, liệu xử lý, thống tên gọi thư mục, tên phân loại liệu, Modul phần mềm “Quản lý liệu dự án (LiDAR)” khắc phục vấn đề nan giải Modul viết ngôn ngữ Visual Basic Các liệu gốc xử lý trung gian quản lý theo boot (ca bay quét – ngày có boot) Các liệu xử lý cuối kiểm tra (đề giao nộp) quản lý Project_ khu đo 2.4 Một số macro dùng chuẩn hoá DEM/DTM Khi thành lập DTM cho khu vực phức tạp (khu đô thị vùng ven), liệu LiDAR sau lọc tự động, kiểm tra xử lý phần mềm LiDAR tạo mơ hình số địa hình, cịn sót chưa chuẩn xác Thơng thường dùng bình đồ ảnh số (mầu) mở trùng khớp với DTM để kiểm tra độ hợp lý phát lỗi DTM Đây công tác chuẩn hoá lại DTM Do số lượng khoá xử lý LiDAR hạn chế khối lượng dự án nhiều, cơng tác chuẩn hố DTM địi hỏi nhiều thời gian, công sức Để nhiều người tham gia chuẩn hố DTM, giải phóng nhanh sản phẩm, sử dụng số Macro viết hỗ trợ để chuẩn hố DTM dựa phần mềm phổ thơng MicroStation ArcMap Các macro viết ngôn ngữ Visual basic môi trường Microstation Kết cuối q trình chuẩn hố có hai file DTM theo ô lưới (grid): file dạng text, file dạng raster Các file DTM dạng text có kích thước file lớn, dùng cho phần mềm; file dạng raster có kích thước file nhỏ dùng cho phần mềm GIS * Macro coo2text.ba: Do số lượng điểm file DTM lớn (mảnh 1/2000 70mb), phần mềm MicroStation không đọc được, nên file cần chia nhỏ thành file để đọc thao tác thuận lợi * Macro buldozer.ba: Chương trình chạy chuẩn hố điểm DTM file DGN dựa vào file số hoá gán 3D *.dgn (Xem hình 9) * Macro dgn2txt.ba: Theo quy định, sản phẩm DTM, bình đồ ảnh đóng gói quản lý theo mảnh đồ Macro dgn2txt.ba chạy mơi trường Hình 8: Giao diện macro chia file liệu DTM 15 t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 17-9/2013 Trao đổi - Ý kiến Hình 9: Giao diện macro chuẩn hoá DTM MicroStation thực xuất file DTM theo định dạng quy định để lưu trữ giao nộp (Xem hình 10) Kết luận Các Module phần mềm áp dụng ước tính thơng số thiết kế, thực bay quét, quản lý xử lý liệu LiDAR - ảnh số dự án sản xuất Tổng công ty Tài nguyên Môi trường Việt Nam Kết thực tế chứng minh hiệu sử dụng Module hỗ trợ ứng dụng công nghệ LiDAR máy ảnh số thu nhận xây dựng sở liệu địa lý nước ta.m Hình 10: Giao diện macro tự động ghép xuất file DTM Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Trường Xuân, Cáp Xuân Tú, 2010 Luận án tiến sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tích hợp LiDAR Máy ảnh số thành lập sở liệu mơ hình số độ cao bình đồ trực ảnh Việt Nam” [2] Toposys, Manual, 2008 H a r r i e r _ L i D A R _ D a ta _ P r o c e s s i n g Toposys GmbH, Germany [3] Uwe Lohr, Toposys GmbH, 2003 Precision Lidar Data and True-Ortho Images Map ASIA.m Summary Development some modules for supporting in integrated LiDAR - Digital camera system in order to create Digital Elevation Model and True-Ortho Images Assoc Prof Dr Nguyen Truong Xuan Dr Cap Xuan Tu Eng Mai Van Sy In this paper, we introduce some modules which are builted for supporting technical design and information processing in integrated LiDAR - Digital camera system in order to create Digital Elevation Model and True-Ortho Images in Viet Nam.m Ngày nhận bài: 20/5/2013 t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 17-9/2013 16 ... Xuân Tú, 2010 Luận án tiến sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ tích hợp LiDAR Máy ảnh số thành lập sở liệu mơ hình số độ cao bình đồ trực ảnh Việt Nam” [2] Toposys, Manual, 2008 H a r r i... Giao diện tính thơng số bay chụp ảnh Hình 5: Giao diện tính tỷ lệ ảnh số đường bay, tổng số ảnh chụp dự án dọc ảnh; khoảng cách ảnh dải độ nhoè ảnh Các số mầu đỏ số thời gian nhỏ mức tối thiểu... chọn thơng số bay qt laser” Cơng tác tính tốn lựa chọn thông số bay quét phù hợp hệ thống LiDAR thực tế giải mối quan hệ độ cao bay, vận tốc bay, tần số phát xung, tần số quét mật độ điểm quét