Bài viết Tích hợp dữ liệu đám mây điểm tạo bởi công nghệ đo ảnh UAV và quét laser 3D mặt đất cho các công trình trên mặt bằng sân công nghiệp mỏ hầm lò trình bày kết quả nghiên cứu tích hợp dữ liệu PC của mặt bằng sân công nghiệp mỏ than hầm lò được tạo bởi UAV và TLS. Các công trình đặc trưng trên khu vực nghiên cứu bao gồm: tháp giếng đứng, các tòa nhà văn phòng và nhà xưởng được quét laser TLS và bay chụp ảnh UAV.
Journal of Mining and Earth Sciences Vol 63, Issue (2022) 13 - 23 13 UAV and TLS point cloud integration for the surface plant infrastructure of underground coal mines Cuong Xuan Cao 1,*, Canh Van Le 1, Dung Ngoc Vo 1, Huong Thu Thi Ta 1, Cuong Sy Ngo 2, Thuan The Dang Faculty of Geomatics and Land Administration, Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam Vietnam Natural Resources and Environment Corporation, Vietnam Resources and Environment Di An City, Binh Duong Province, Vietnam Department of Natural ARTICLE INFO ABSTRACT Article history: Received 23rd Jan 2022 Accepted 25th June 2022 Available online 31st Aug 2022 The surface plant infrastructure (SPI) of underground coal mines is one of important sets of underground mines as it includes essential objects, such as office buildings, structures and equipment used to load, receive, sort or process minerals; receive and discharge waste rocks; provide ventilation for tunnels and energy for mining operations The measurement and collection of spatial data of SPI are important to ensure the safe and effective management and operation of mining activities in underground mines A rapid development in geospatial technologies has facilitated the acquisition of geospatial data in the mining industry Unmanned Aerial Vehicle (UAV) photogrammetry and Terrestrial Laser Scanning (TLS) are two of the typical geospatial technologies, which have made significant contributions to the field of geospatial data collection While UAV photogrammetry allows to create dense point clouds with centimeter level accuracy in a short time and large areas, TLS technology can produce dense point clouds with millimeter - level accuracy However, the latter is time - consuming and expensive while performing on a large area The integration of UAV and TLS data can be seen as a reasonable solution to gain the advantages of both and avoid the disadvantages of each technology This paper presents the results of an integrated study of point cloud data generated by UAV and TLS for the plant infrastructure of the underground coal mine Featuring structures in the study area include mineshaft tower, office and factory buildings The results show that the UAV and TLS integrated point cloud data has millimeter - level accuracy for important objects such as mineshaft towers, while ancillary structures in the study area have centimeter - level accuracy Keywords: Data integration, Mineshaft, Point cloud, UAV Copyright © 2022 Hanoi University of Mining and Geology All rights reserved _ *Corresponding author E - mail: caoxuancuong@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2022.63(4).02 14 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 63, Kỳ (2022) 13 - 23 Tích hợp liệu đám mây điểm tạo cơng nghệ đo ảnh UAV quét laser 3D mặt đất cho cơng trình mặt sân cơng nghiệp mỏ hầm lò Cao Xuân Cường 1,*, Lê Văn Cảnh 1, Võ Ngọc Dũng 1, Tạ Thị Thu Hường 1, Ngô Sỹ Cường 2, Đặng Thế Thuận Khoa Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Tổng công ty Tài nguyên Môi trường Việt Nam, Việt Nam Phịng Tài ngun Mơi trường TP Dĩ An, tỉnh Bình Dương, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 23/01/2022 Chấp nhận 25/6/2022 Đăng online 31/8/2022 Mặt sân công nghiệp khu vực quan trọng mỏ than hầm lị Cơng tác đo đạc thu thập liệu khơng gian mặt sân cơng nghiệp có ý nghĩa quan trọng nhằm đảm bảo công tác quản lý vận hành hoạt động khai thác mỏ hầm lị diễn an tồn hiệu Cơng nghệ bay chụp ảnh sử dụng thiết bị bay không người lái (UAV) công nghệ quét laser 3D mặt đất (TLS) hai số công nghệ địa tin học tiêu biểu, có đóng góp đáng kể cho hoạt động thu thập liệu địa không gian Trong công nghệ UAV cho phép tạo đám mây điểm (PC) mật độ dày đặc với độ xác cỡ cm thời gian ngắn phạm vi rộng bị hạn chế không gian chật hẹp, công nghệ TLS tạo PC dày đặc với độ xác cỡ mm, lại tốn thời gian chi phí thực phạm vi rộng Việc tích hợp liệu UAV TLS xem giải pháp hợp lý nhằm có ưu điểm hai khắc phục nhược điểm cơng nghệ Bài báo trình bày kết nghiên cứu tích hợp liệu PC mặt sân cơng nghiệp mỏ than hầm lị tạo UAV TLS Các cơng trình đặc trưng khu vực nghiên cứu bao gồm: tháp giếng đứng, tòa nhà văn phòng nhà xưởng quét laser TLS bay chụp ảnh UAV Kết cho thấy liệu PC tích hợp UAV TLS có độ xác cỡ milimet cho đối tượng quan trọng tháp giếng, đó, cơng trình phụ trợ mặt sân cơng nghiệp có độ xác cỡ centimet Từ khóa: UAV, Đám mây điểm, Mỏ than hầm lị, Tích hợp liệu © 2022 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm _ *Tác giả liên hệ E - mail: caoxuancuong@humg.edu.vn DOI: 10.46326/JMES.2022.63(4).02 Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 63(4), 13 - 23 Mở đầu Mặt sân công nghiệp hay tổng đồ mặt mỏ than hầm lị khu vực giữ vị trí trọng yếu bề mặt mỏ than hầm lị Các cơng trình thiết yếu tịa nhà, cơng trình thiết bị dùng để trục tải, tiếp nhận, phân loại chế biến tiêu thụ khống sản có ích; nhận thải đá; thơng gió cho mỏ; cung cấp lượng cho công tác mỏ, phục vụ đời sống cho cơng nhân cán bố trí khu vực Thông thường, mặt sân công nghiệp bao gồm ba khối: khối giếng chính, khối giếng phụ khối hành - phục vụ Ngồi ra, mặt sân cơng nghiệp cịn có tịa nhà cơng trình riêng biệt, đặc điểm cơng nghệ yêu cầu chuyên môn ghép chung thành khối bao gồm: trạm quạt gió chính, trạm biến điện, kho thuốc nổ bể chứa nước Việc đo đạc thu thập liệu không gian mặt sân cơng nghiệp có ý nghĩa quan trọng nhằm đảm bảo công tác quản lý vận hành hoạt động khai thác mỏ hầm lị diễn an tồn hiệu (Le Van Canh Nguyen Viet Nghia, 2016) Trong năm qua, công nghệ địa không gian có bước phát triển vượt bậc phần cứng phần mềm Hai số công nghệ địa không gian tiêu biểu công nghệ bay chụp ảnh sử dụng thiết bị bay không người lái (UAV) công nghệ quét laser 3D mặt đất (TLS) Điều xuất phát từ ưu điểm mà hai công nghệ mang lại Tuy nhiên, nghiên cứu cơng nghệ có nhược điểm riêng Với công nghệ UAV, nghiên cứu cho thấy độ xác khơng thể đạt cỡ mm cho u cầu quan trắc cơng trình, đối tượng có bên dịch chuyển biến dạng nhỏ Bên cạnh đó, nhiều vị trí khơng gian bên bị che khuất UAV khơng thể ứng dụng Trong đó, cơng nghệ TLS tỏ hiệu đối tượng phạm vi rộng, hạn chế dải quét phải bố trí nhiều trạm, ngồi ra, có nhiều vị trí cao dù thơng thống khơng thể đo qt khơng thể bố trí trạm qt Như vậy, TLS giải pháp tốn thời gian chi phí thực diện rộng Xuất phát từ ưu nhược điểm hai công nghệ UAV TLS, việc tích hợp liệu tạo hai công nghệ xem giải pháp tối ưu phát huy ưu điểm công 15 nghệ tránh nhược điểm Mặc dù có vài nghiên cứu tích hợp liệu UAV TLS cơng bố Trần Quốc Vinh cộng (2018) ứng dụng thành công hai công nghệ UAV TLS để thành lập đồ 3D khu vực đô thị Bên cạnh việc đưa quy trình tích hợp liệu từ UAV TLS, tác giả khẳng định việc sử dụng kết hợp hai liệu UAV TLS thành lập đồ 3D tỷ lệ 1:1000 khu vực đô thị (Trần Quốc Vinh nnk., 2008) Trong nghiên cứu khác thực năm 2019 Đỗ Tiến Sỹ cộng sự, liệu đám điểm (PC_Point cloud) cơng trình xây dựng thành lập từ cơng nghệ UAV Lidar TLS tích hợp để phục vụ công tác khảo sát, thiết kế kiểm định cơng trình (Đỗ Tiến Sỹ nnk., 2019) Ngô Sỹ Cường cộng sử dụng liệu quét laser mặt đất nhằm làm tăng độ xác xử lý liệu UAV trình tự động hóa việc xây dựng mơ hình 3D từ nguồn liệu Các tác giả kết luận chất lượng xây dựng mơ hình 3D kết hợp công nghệ bay chụp UAV quét laser mặt đất nâng cao với độ xác cao hơn, đặc biệt yếu tố địa vật mơ hình (Ngơ Sỹ Cường nnk., 2019) Trên giới, năm 2014, Xu đồng nghiệp thực tích hợp liệu đám mây điểm (PC) tạo UAV TLS cho cơng trình kiến trúc di sản Các tác giả kết luận liệu tạo TLS có độ chi tiết xác cao, liệu tạo UAV có độ xác khơng cao đủ để diễn tả cấu trúc hình dạng bề mặt Sự tích hợp hai liệu đầy đủ mơ hình hóa xác, chi tiết cấu trúc cơng trình di sản phức tạp (Xu nnk., 2014) Martínez - Espejo Zaragoza, (2017) chứng minh ưu điểm tích hợp liệu đám mây điểm 3D tạo UAV TLS đánh giá thiệt hại thiên tai, với yêu cầu thời gian chi phí mức thấp Do điều kiện ngoại cảnh khơng thuận lợi, kết có độ xác chưa cao, mơ hình 3D có mức độ chi tiết cao, đặc biệt vị trí khơng thể tiếp cận Soonwook Kwon cộng (2017) đề xuất phương pháp tích hợp liệu điểm PC tạo TLS UAV chụp ảnh cho đối tượng cơng trình xây dựng Kết cho thấy liệu PC tích hợp đạt độ xác cỡ cm tác giả đánh giá phù hợp cho mục đích xây dựng đồ 3D cơng trình xây dựng (Kwon nnk., 2017) Một nghiên cứu khác thực 16 Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 Šašak cộng năm 2019, cho thấy kết hợp TLS đo ảnh UAV tạo PC có độ phân giải cao cho khu vực địa hình phức tạp, đáp ứng yêu cầu thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn (Šašak nnk., 2019) Trong lĩnh vực giao thơng, việc bảo trì cơng trình cầu đường thực hiệu nhờ liệu 3D tạo tích hợp PC từ đo chụp UAV TLS Từ kết cho thấy độ xác PC tạo liệu UAV tăng lên gần 10 lần nhờ tích hợp với TLS (Kubota nnk., 2019) Từ phân tích thấy rằng, nghiên cứu tích hợp liệu PC tạo công nghệ đo chụp UAV TLS thực giới Việt Nam Tuy nhiên, nghiên cứu tích hợp liệu từ cơng nghệ UAV TLS điều kiện đặc biệt mỏ khai thác hầm lị, gần cơng bố đề cập tới Do vậy, báo giới thiệu giải pháp tích hợp liệu đám mây điểm tạo công nghệ đo chụp UAV TLS thực mặt sân công nghiệp mỏ hầm lò mở vỉa giếng đứng Khu vực nghiên cứu thu thập liệu 2.1 Khu vực nghiên cứu Trong nghiên cứu này, khu vực mặt sân công nghiệp Công ty CP than Núi Béo lựa chọn làm khu vực thực nghiệm (Hình 1) Mặt sân công nghiệp (SCN) mỏ than Núi Béo có diện tích 12 ha, xây năm 2012 độ cao +35 m Trên mặt SCN có 01 giếng đứng 01 giếng đứng phụ xây dựng kết cấu thép có chiều cao 50 m, bên trang bị hệ thống vận tải, thùng skip để vận chuyển người, vật liệu than lên xuống mỏ, phục vụ khai thác hầm lò đến mức - 350 m, với công suất thiết kế triệu than/năm Ngoài hai giếng đứng, để đảm bảo hoạt động sản xuất mỏ cơng trình phụ trợ khác xây dựng, ví dụ nhà xưởng có kết cấu thép, khối cơng trình nhà văn phịng Tháp giếng cơng trình có kết cấu phức tạp: nhiều góc cạnh, góc khuất, mái tơn đồng chất liệu gây khó khăn cho việc tìm điểm khác biệt ghép ảnh UAV 2.2 Thu thập liệu Quy trình thực nghiệm nghiên cứu mơ tả Hình Q trình thu thập liệu bao gồm nội dung bay chụp ảnh công nghệ UAV quét laser 3D mặt đất Cả hai nội dung thực với bước: lập kế hoạch thực hiện, thành lập lưới khống chế sở, Hình Khu vực thực nghiệm Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 17 Hình Sơ đồ quy trình thực nghiệm thiết kế giải bay UAV trạm quét TLS tổ chức thực Trong nghiên cứu này, trang thiết bị đo đạc sử dụng bao gồm: máy bay DJI Inspire 2, máy quét laser FARO FOCUS3D X130 máy toàn đạc điện tử Leica Flexline TS09 (Bảng 1) Bảng Các thiết bị đo đạc TT Tên thiết bị Số lượng Máy quét laser Faro Focus X130 01 thiết bị kèm UAV DJI Inspire thiết bị kèm 01 Máy toàn đạc điện tử Leica TS 09 01 thiết bị kèm Công tác bay chụp ảnh UAV thực theo quy trình trên, bao gồm: thiết kế dải bay, thành lập điểm khống chế ảnh bay chụp ảnh Phần thiết kế dải bay điều khiển bay chụp ảnh thực với phần mềm DJI GS Pro cài đặt Ipad Do khu vực mặt sân cơng nghiệp có cơng trình dạng tháp với chiều cao lớn nên để đảm bảo có ảnh chụp phần thân cơng trình với độ phủ trùm theo u cầu, bên cạnh dải bay có quỹ đạo dạng tuyến thiết kế cho toàn khu vực nghiên cứu, dải bay với quỹ đạo trịn, góc chụp ảnh nghiêng 450 600 thiết kế riêng cho công trình tháp giếng Cơng tác bay chụp ảnh thực sau điểm khống chế ảnh (KCA) điểm kiểm tra (KT) bố trí xong Một số điểm KCA sử dụng làm điểm tiêu TLS phục vụ trình khớp hai PC sau Tọa độ điểm KCA KT đo nối từ điểm khống chế sở khu vực máy toàn đạc điện tử Kết thu thập liệu ảnh UAV tóm tắt Bảng Hình Bảng Kết bay chụp UAV Độ Chiều Góc chụp Số Số ca phân cao bay (độ)/bán ảnh bay giải (m) kính (m) chụp (cm) -45/45 01 Quỹ đạo 50÷100 202 0,6 trịn -60/45 01 Quỹ đạo dạng -90 01 125 2,7 tuyến Chế độ bay Công tác quét laser 3D mặt đất thực theo quy trình gồm ba bước chính, bao gồm: thiết kế trạm quét laser, thành lập điểm tiêu thực quét laser TLS sử dụng để thu thập liệu bên tháp giếng, nhiên việc kết nối với bên ngồi tháp giếng, cần có trạm kết nối bên ngồi Do đó, có hai phần quét bên bên tháp giếng Để đảm bảo q trình ghép trạm xác, tiêu TLS sử dụng, bao gồm tiêu cầu tiêu giấy in hình vng trắng đen đối xứng (checkerboards), tiêu bố trí tường, đất vị trí thuận lợi cho ghép trạm TLS (Hình 4) Một số tiêu checkerboard đo nối tọa độ từ điểm khống chế sở máy toàn đạc điện tử, phục vụ cho nắn PC hệ 18 Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 tọa độ VN2000 Số trạm quét TLS bên tháp trạm tháp giếng trạm Phương pháp nghiên cứu 3.1 Phương pháp xử lý liệu UAV TLS Dữ liệu ảnh UAV quét laser TLS xử lý riêng biệt hai phần mềm Agisoft Metashape (UAV) SCENE (TLS) Phần mềm Agisoft sử dụng thuật toán SfM (Marcisz nnk., 2018) bao gồm bước: (1) Nhận dạng điểm đặc trưng ảnh thông qua sử dụng thuật toán chuyển đổi đặc trưng đa tỉ lệ (SIFT) (Lowe, 2004); (2) Khớp điểm đặc trưng; (3) Định hướng ảnh; (4) Tạo PC dày đặc (Furukawa nnk., 2010; Furukawa Ponce, 2010) Sau tạo PC lệnh Build Dense Cloud, Agisoft Metashape cho kết 136.482.126 điểm (Hình 5) PC xuất định dạng *.e57 để phục vụ cho ghép với TLS Với liệu TLS, file scans trút vào phần mềm SCENE, xử lý tạo PC ghép trạm Các trạm ghép sử dụng phương pháp ghép tự động với tiêu cầu tiêu checkerboard Kết Hình Bay chụp UAV mặt sân công nghiệp: (a) Bay quỹ đạo tròn; (b) Bay quỹ đạo dạng tuyến Hình Qt TLS (a) Bên ngồi tháp giếng; (b) Bên tháp giếng Hình Kết xử lý ảnh UAV mặt sân công nghiệp (a) PC mật độ thưa điểm KCA (chấm tròn màu đỏ) điểm KT (chấm tròn màu vàng); (b) PC dày đặc tháp giếng tòa nhà xung quanh Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 PC với số lượng 172.684.627 điểm (Hình 6) với sai số ghép trạm mm PC xuất định dạng *.e57 để phục vụ cho ghép với UAV 3.2 Thuật toán ghép đám mây điểm Để ghép đám mây điểm UAV TLS, thuật toán ICP (Iterative Closest Point) Besl McKay (1992) đề xuất Phương pháp sử dụng kỹ thuật số bình phương nhỏ lặp lại nhiều lần để giảm tối đa sai số khớp điểm Hiện nay, có phương pháp ICP sử dụng rộng rãi, bao gồm: 3.2.1 ICP điểm với điểm Phương pháp điểm tương ứng tìm cách tìm điểm PC số gần với Khái niệm gần định nghĩa khoảng cách Euclidean sau: 𝑖̂= 𝑎𝑟𝑔 𝑚𝑖𝑛 ‖→ − →‖ 𝑝𝑖 𝑞𝑗 𝑖 (1) Trong đó: i = [0, 1, 2, …, N]; N - số điểm đám điểm số 2; p q - tọa độ điểm Hệ số xoay R chuyển đổi t tính ngun lý số bình phương nhỏ với khoảng cách cặp điểm khớp: ̂ 𝑡⃗ = 𝑅, 𝑎𝑟𝑔 𝑚𝑖𝑛 𝑁 ⃗ ∑ → + 𝑡 ) − →‖ ‖(𝑅 𝑖=1 𝑝𝑖 𝑞𝑖 𝑅̂ , 𝑡⃗̂ (2) Q trình giải hai tốn thực lặp lại để tăng độ xác khớp PC 3.2.2 ICP điểm với bề mặt 19 nhiễu nên tìm điểm láng giềng gần nhằm giảm thiểu mức độ ảnh hưởng nhiễu Phương pháp ICP điểm với bề mặt giả định điểm láng giềng điểm mặt phẳng thể vector chuẩn n Vector n xác định vector riêng nhỏ ma trận hiệp phương sai điểm xung quanh điểm xét Thay giảm tối đa khoảng cách Euclidean điểm khớp, giảm tối đa giá trị vô hướng mặt phẳng tạo điểm láng giềng tới mặt phẳng thể vector chuẩn n: ̂ 𝑡⃗ = 𝑅, 𝑎𝑟𝑔 𝑚𝑖𝑛 𝑁 𝑛𝑖 ) (∑𝑖=1 ‖((𝑅 → + 𝑡⃗) −→) ⃗⃗⃗⃗‖ 𝑝𝑖 𝑞𝑖 𝑅̂ , 𝑡⃗̂ (3) Nhược điểm phương pháp thời gian xử lý cực lớn phải tìm điểm khớp cho hàng triệu điểm (trường hợp khơng có điểm tiêu) Để làm giảm thời gian tính tốn, bước khớp thơ (coarse alignment) cần thực với kết đạt m, trước thực ICP Để đạt điều này, sử dụng thuật tốn thơng tin thuộc tính liệu điểm Ví dụ: sử dụng hình học nguyên thủy (geometric primitives) (Bae Lichti, 2004), sử dụng điểm tiêu (target) Trong nghiên cứu này, phương pháp ICP lựa chọn để ghép đám mây điểm UAV TLS (Hình 7) Trước ghép, đám mây điểm UAV lọc bỏ nhiễu Do đám mây điểm TLS có mật độ độ xác cao nên sử dụng làm Do ICP điểm với điểm cịn bị ảnh hưởng Hình Kết xử lý trạm quét TLS mặt sân công nghiệp (a) Ghép trạm phần mềm SCENE; (b) PC TLS tháp giếng tòa nhà xung quanh 20 Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 Hình Sơ đồ phương pháp ICP ghép đám mây điểm UAV TLS PC sở đám mây điểm UAV PC ghép Công đoạn ghép liệu gồm bước: ghép thơ (Coarse Alignment) ghép xác (Fine Alignment) Trong đó, bước ghép thơ cần lựa chọn tối thiểu điểm song trùng hai PC Đây điểm tiêu, điểm KCA điểm đặc trưng rõ nét hai PC Ở bước ghép xác, số lượng điểm tham gia q trình khớp tăng lên đáng kể, độ xác ghép liệu tăng lên, nhiên, thời gian xử lý lâu Hai bước ghép liệu PC thực phần mềm Cloudcompare Kết thảo luận Đám mây điểm UAV TLS ghép với sai số 0,281 m với bước ghép thơ 0,102 m với bước ghép xác Ở bước ghép xác, tiến hành khảo sát số lượng điểm song trùng tham gia trình ghép PC với số điểm tăng từ 10.000÷10 triệu điểm Kết biểu đồ thể độ xác ghép PC Hình Hình Sai số ghép đám mây điểm UAV TLS Từ biểu đồ thấy tăng số lượng điểm song trùng sử dụng cho ghép PC, độ xác ghép liệu tăng lên, thể giá trị RMSE giảm 0,804÷0,102 m Bên cạnh đó, tốc độ tăng độ xác ghép liệu lớn tăng số lượng điểm từ 10.000÷1 triệu điểm với RMSE giảm mạnh từ 0,804÷0,177 m Tuy nhiên, số lượng điểm song trùng đạt ngưỡng khoảng 5,5 triệu điểm sai số RMSE giảm khơng đáng kể, thể tốc độ giảm RMSE thấp Điều xuất phát từ độ xác liệu đám mây điểm UAV đạt cỡ cm so với độ xác TLS mm Bảng đánh giá độ xác đám mây điểm UAV phản ánh điều (Bảng 3) Bảng Kết đánh giá độ xác đám mây điểm UAV Tên Mxy SZ SXYZ S (cm) SY (cm) điểm X (cm) (cm) (cm) T1 4,1 - 3,6 5,5 - 3,5 6,5 - 3,2 - 1,9 3,8 - 0,8 3,9 23 - 2,1 - 0,5 2,2 - 4,4 4,9 14 3,2 - 3,6 4,8 11,7 12,7 15 0,0 - 5,6 5,6 3,1 6,4 A013 - 3,4 7,6 8,3 1,2 8,4 T14,1 - 0,5 3,5 3,6 - 0,3 3,6 T5 3,0 - 3,4 4,5 - 2,5 5,2 T8 1,7 - 2,8 3,3 - 1,0 3,5 RMSE 2,7 4,1 4,9 4,6 6,7 Giải pháp tăng độ xác ghép trạm tập trung vào cơng đoạn lọc bỏ nhiễu, điểm có sai số lớn đám mây điểm UAV Tuy nhiên, ưu tiên giữ lại nhiều điểm UAV, đặc biệt vị trí mà thiếu liệu đám mây điểm TLS khu vực mái nhà, xưởng, khu vực biên mặt sân công nghiệp Kết lọc nhiễu cho thấy loại bỏ điểm có sai số 0,1 m mật độ điểm trung bình cho Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 ba nhóm đối tượng là: mặt đất, mái nhà tường Bảng Bảng cho thấy điểm thuộc mặt đất có sai số nhỏ gần khơng phải lọc nhiễu cho đối tượng Bên cạnh đó, điểm mái nhà có sai số thấp 0,1 m chiếm 67,9% Tuy nhiên, điểm tường cho độ xác thấp cịn 20.3% giữ lại Phần lớn điểm tường có sai số lớn bề mặt tường kim loại (vật liệu tôn) nhà xưởng khuân viên mặt sân cơng nghiệp có mức độ đồng cao Hình ảnh đám mây điểm UAV TLS sau ghép thể Hình Bảng Mật độ điểm trung bình đám mây điểm UAV Mật độ điểm trung bình (Điểm/dm2) Đối Phần trăm Trước Sau Mật độ tượng điểm giữ lại lọc nhiễu lọc nhiễu giảm (%) Mặt 5,6 5,6 100 đất Mái 5,6 3,8 1,8 67,9 nhà Tường 5,9 1,2 4,7 20,3 21 Cơng nghệ TLS sử dụng hiệu để thu thập liệu đám mây điểm 3D khu vực bên tháp giếng mỏ, phần bên ngồi tháp giếng sử dụng công nghệ đo ảnh UAV để tạo đám mây điểm, đặc biệt phạm vi rộng xung quanh mặt sân công nghiệp Việc kết nối đám mây điểm bên bên ngồi cơng trình cần có trạm quét TLS để quét liệu bên Đối với khu vực xa hơn, cao hơn, nơi máy quét laser quét tới, UAV sử dụng để chụp ảnh phần này, sau thuật tốn UAV - SfM, đám mây điểm dày đặc tạo Thuật toán ICP với kỹ thuật ghép điểm tới bề mặt cho phép khớp đám mây điểm UAV vào đám mây điểm TLS đạt độ xác 10 cm Lời cảm ơn Bài báo hỗ trợ liệu kinh phí từ đề tài KHCN cấp sở: Mã số T21 - 19 Đóng góp tác giả Tác giả Cao Xuân Cường đưa ý tưởng, thu thập, xử lý liệu viết báo Các tác giả lại tham gia thu thập xử lý liệu Tài liệu tham khảo Amos, C L., (1995) Siliciclastic Tidal Flats Developments in Sedimentology, 53(C), 273 306 https://doi.org/10.1016/S0070 - 4571 (05)80030 - Bae, K H., & Lichti, D., (2004) Automated registration of unorganised point clouds from Terrestrial Laser Scanners International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 35 Hình Đám mây điểm UAV TLS sau ghép Kết luận Trong nghiên cứu này, mục đích xây dựng sở liệu đám mây điểm 3D khu vực mặt sân công nghiệp mỏ than hầm lò mở vỉa giếng đứng, sử dụng tích hợp hai cơng nghệ thu thập liệu đo ảnh UAV quét laser 3D mặt đất - TLS Nghiên cứu tập trung tìm hiểu thuật toán ghép đám mây điểm UAV TLS, với TLS sở UAV liệu ghép vào Qua kết thực nghiệm, có kết luận sau: Besl, P J., & McKay, N D., (1992) A method for registration of - D shapes IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 14(2), 239 - 256 doi:10.1109/34.121791 Bùi Tiến Diệu, Nguyễn Cẩm Vân, Hoàng Mạnh Hùng, Đồng Bích Phương, Nhữ Việt Hà, Trần Trung Anh, Nguyễn Quang Minh, (2016) Xây dựng mơ hình số bề mặt đồ trực ảnh sử dụng công nghệ đo ảnh máy bay không người lái Hội nghị khoa học: Đo đạc đồ với ứng phó biển đổi khí hậu Trường Đại học Mỏ - Địa chất 22 Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 Dieu Tien Bui, Nguyen Quoc Long, Bui Xuan Nam, Nguyen Viet Nghia, Pham Chung Van, Le Canh Van, Ngo Thi Phuong Thao, Bui Tien Dung, Bjørn Kristoffersen, (2017) Lightweight Unmanned Aerial Vehicle and Structure - from - Motion Photogrammetry for Generating Digital Surface Model for Open - Pit Coal Mine Area and Its Accuracy Assessment, Springer: Advances and Applications in Geospatial Technology and Earth Resources, 17 - 33 Đỗ Tiến Sỹ, Nguyễn Anh Thư, Hoàng Hiệp, Võ Thị Loan, Nguyễn Ngọc Tường Vi, Võ Văn Trương, Lê Nguyễn Thanh Phước, Phạm Thị Trường An, Đặng Minh Quang, (2019) Kết hợp liệu đám mây điểm từ thiết bị 3D Laser scanning phương tiện bay không người lái (UAV) nhằm thu thập thơng tin mơ hình cơng trình xây dựng Tạp chí Xây Dựng Việt Nam, Furukawa, Y., Curless, B., Seitz, S M., & Szeliski, R., (2010) Towards Internet - scale multi - view stereo The IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 13 - 18 June 2010 Furukawa, Y., & Ponce, J ,(2010) Accurate, Dense and Robust Multiview Stereopsis IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 32(8), 1362 - 1376 doi:10.1109 /TPAMI.2009.161 Kubota, S., Ho, C., & Nishi, K., (2019) Construction and Usage of Three - dimensional Data for Road Structures Using Terrestrial Laser Scanning and UAV with Photogrammetry ISARC Proceedings of the International Symposium on Automation and Robotics in Construction, 36, 136 - 143 doi:10.22260/ ISARC2019/0019 Kwon, S., Park, J - W., Moon, D., Jung, S., & Park, H ,(2017) Smart Merging Method for Hybrid Point Cloud Data using UAV and LIDAR in Earthwork Construction Procedia engineering, 196, 21 - 28 doi:10.1016/ j.proeng.2017.07 168 Le Van Canh, Nguyen Viet Nghia (2016) Monitoring the displacement of industrial site area at Nui Beo coal mine The international conference on Earth sciences and Sustainable Geo - Resources development, Hanoi, Vietnam Lowe, D G., (2004) Distinctive Image Features from Scale - Invariant Keypoints International Journal of Computer Vision, 60(2), 91 - 110 doi:10.1023/B:VISI.0000029664.99615.94 Mai Văn Sỹ, Bùi Ngọc Quý, Phạm Văn Hiệp, Lê Đình Quý, (2017) Nghiên cứu xử dụng liệu ảnh máy bay máy bay không người lái (UAV) thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn Tạp chí khoa học Đo đạc đồ, 33 Marcisz, M., Probierz, K., & Ostrowska - Łach, M., (2018) 3D representation of geological observations in underground mine workings of the Upper Silesian Coal Basin Journal of Sustainable Mining, 17(1), 34 - 39 doi: https:// doi org/10.1016/j.jsm.2018.01.001 Martínez - Espejo Zaragoza, I., Caroti, G., Piemonte, A., Riedel, B., Tengen, D., & Niemeier, W ,(2017) Structure from motion (SfM) processing of UAV images and combination with terrestrial laser scanning, applied for a 3D - documentation in a hazardous situation Geomatics, Natural Hazards and Risk, 8(2), 1492 - 1504 doi:10.1080/19475705.2017 134 5796 Ngô Sỹ Cường, Trần Xuân Trường, Trần Hồng Hạnh, Đặng Nguyên Vũ, (2019) Nâng cao chất lượng xây dựng mơ hình 3D kết hợp công nghệ bay chụp UAV quét Laser mặt đất Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 60(4), 10 Ngô Sỹ Cường, Trần Hồng Hạnh, Trần Vân Anh, Trần Xuân Trường, (2018) Ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất việc theo dõi biến động địa hình - Khu vực thực nghiệm Quảng Ninh Hội nghị khoa học Địa lý toàn quốc lần thứ X Đà Nẵng Hội Địa lý Việt nam Nguyễn Viết Nghĩa, Nguyễn Quốc Long, Vũ Quốc Lập, (2017) Đánh giá khả ứng dụng máy quét laser mặt đất GeoMax Zoom 300 cơng tác thành lập mơ hình 3D mỏ lộ thiên Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 58, Nguyen Quoc Long, Buczek, M M., Szlapińska, S A., Bui Xuan Nam, Nguyen Viet Nghia, Cao Xuan Cuong, (2018) Accuracy assessment of mine walls’ surface models derived from terrestrial laser scanning International Journal of Coal Science & Technology, 5(3), 328 - 338 Cao Xuân Cường nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 63(4), 13 - 23 Nguyễn Quốc Long, Cao Xuân Cường, (2019) Ứng dụng máy bay không người lái (UAV) để xây dựng mơ hình số bề mặt đồ mỏ lộ thiên khai thác vật liệu xây dựng Tạp chí cơng nghiệp mỏ, - 2019, Nguyen Quoc Long, Bui Xuan Nam, Cao Xuan Cuong, Le Van Canh, (2019) An approach of mapping quarries in Vietnam using low - cost Unmanned Aerial Vehicles Sustainable Development of Mountain Territories, 11(2), 199 - 209 Nguyễn Viết Nghĩa, Võ Ngọc Dũng, (2016) Nghiên cứu khả ứng dụng máy quét laser 3D mặt đất quản lý xây dựng ‐ khai thác mỏ hầm lị Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ ‐ Địa chất, 57, Šašak, J., Gallay, M., Kaňuk, J., Hofierka, J., & Minár, J., (2019) Combined Use of Terrestrial Laser Scanning and UAV Photogrammetry in Mapping Alpine Terrain Remote sensing 23 (Basel, Switzerland), 11(18), 2154 doi:10 3390/rs11182154 Trần Quốc Vinh, Hoàng Văn Anh, Phạm Quốc Khánh, (2018) Nghiên cứu kết hợp liệu máy bay không người lái máy quét laser mặt đất thành lập đồ 3D khu vực đô thị Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 59(44), 10 Vũ Phan Long, Lê Thắng, (2014) Thử nghiệm thiết bị bay không người lái thành lập dồ 3D hành lang tuyến điện Hội nghị khoa học ngành Địa hình quân Cục Bản đồ, Bộ Tổng tham mưu Xu, Z., Wu, L., Shen, Y., Li, F., Wang, Q., & Wang, R., (2014) Tridimensional Reconstruction Applied to Cultural Heritage with the Use of Camera - Equipped UAV and Terrestrial Laser Scanner Remote sensing (Basel, Switzerland), 6(11), 10413 - 10434 doi:10.3390/rs61110 413 ... thuật Mỏ - Địa chất Tập 63, Kỳ (2022) 13 - 23 Tích hợp liệu đám mây điểm tạo công nghệ đo ảnh UAV quét laser 3D mặt đất cho cơng trình mặt sân cơng nghiệp mỏ hầm lò Cao Xuân Cường 1,*, Lê Văn Cảnh... vực mặt sân công nghiệp mỏ than hầm lò mở vỉa giếng đứng, sử dụng tích hợp hai cơng nghệ thu thập liệu đo ảnh UAV quét laser 3D mặt đất - TLS Nghiên cứu tập trung tìm hiểu thuật tốn ghép đám mây. .. nhược điểm hai công nghệ UAV TLS, việc tích hợp liệu tạo hai công nghệ xem giải pháp tối ưu phát huy ưu điểm công 15 nghệ tránh nhược điểm Mặc dù có vài nghiên cứu tích hợp liệu UAV TLS công bố