Luận án nghiên cứu công nghệ quét laser 3 chiều mặt đất trong lĩnh vực địa hình và phi địa hình ở việt nam

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ công nghệ tin học tảng kỹ thuật vi xử lý công nghệ số ngày tiến tới xu tự động hóa lĩnh vực hoạt động sản xuất nhằm giảm tối đa tác động người sản phẩm tạo Quá trình vi xử lý kỹ thuật đóng vai trị quan trọng việc kết nối, tích hợp cơng đoạn cơng nghệ q trình sản xuất nói chung Đặc biệt lĩnh vực thu nhận liệu khơng gian mặt đất, việc tích hợp cơng nghệ định vị vệ tinh GPS, công nghệ ảnh số, công nghệ laser trao đổi liệu tảng Internet xu phát triển mà tiêu biểu hệ thống quét laser nói chung qt laser mặt đất nói riêng Bản chất q trình quét laser mặt đất đo độ xác cao khoảng cách từ trạm quét tới điểm địa vật ghi lưu hướng quét tương ứng (theo góc quét đứng góc quét ngang), đại lượng đo tương tự toàn đạc điện tử Tuy nhiên, hệ thống quét laser mặt đất cho đồng thời khối lượng tọa độ điểm quét với hình ảnh quét chiều (3D) lớn Hệ thống quét laser 3D mặt đất chủ yếu ứng dụng lĩnh vực địa hình phạm vi khơng rộng lớn địi hỏi độ xác cao Với tính chất giá trị đo thừa cho phép tự động hóa cao q trình thu nhận liệu thơng tin bề mặt thực địa Cũng phương pháp chụp ảnh mặt đất việc ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất ứng dụng lĩnh vực địa hình phi địa hình khác như: - Thực đo đạc địa hình vùng có mức độ địa vật dày đặc phức tạp; - Lĩnh vực xây dựng khai thác cơng trình (kiểm tra, lập kế hoạch tối ưu, sửa chữa khơi phục cơng trình, theo dõi biến dạng, lún quan trắc trình xây dựng); - Công nghiệp khai thác mỏ (xác định khối lượng khai thác nghĩa vụ hoàn thổ, xây dựng mơ hình số vùng khai thác lộ thiên, hầm mỏ với quan trắc lịng đất để xây dựng mơ hình địa chất, khảo sát thiết kế phục vụ khoan nổ mìn khai thác mỏ); - Cơng nghiệp khai thác thăm dị dầu khí (xây dựng mơ hình số khu cơng nghiệp với cơng nghệ phức tạp trình lắp đặt thiết bị quan trắc theo dõi hoạt động hệ thống); - Lĩnh vực kiến trúc (khơi phục tượng đài, cơng trình văn hóa lịch sử, thành lập vẽ bề mặt kiến trúc); - Tham gia lập phương án xử lý giảm thiểu, khắc phục tai biến xảy ra; - Lĩnh vực y học (lập mơ hình thể người nhằm giúp sản xuất khôi phục phận thể); Việc nghiên cứu cách khoa học, đầy đủ hệ thống để sớm đưa ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất phục vụ công tác địa hình phi địa hình cách rộng rãi quan tâm nhà khoa học nhà quản lý Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn để đưa giải pháp kỹ thuật, quy trình cơng nghệ phù hợp điều kiện Việt Nam nhu cầu cần thiết cấp bách Vì tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ quét Laser chiều mặt đất lĩnh vực địa hình phi địa hình Việt Nam” Đây lĩnh vực cơng nghệ nước ta, chưa có nhiều nghiên cứu cách đầy đủ hệ thống ứng dụng công nghệ Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 2.1 Mục tiêu - Mục tiêu tổng quát: Xác lập sở khoa học, ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất để thu thập, xử lý, hiển thị, phân tích, cập nhật số liệu khảo sát thực địa phục vụ xây dựng liệu địa không gian đo vẽ trạng địa hình thể đối tượng phi địa hình - Mục tiêu cụ thể: Xây dựng mơ-đun, chương trình phụ trợ xử lý liệu qt laser mặt đất, tính tốn hiển thị nội dung liệu: Đọc lọc liệu laser; giảm mật độ điểm liệu; tự động nội suy mơ hình số địa hình độ xác cao Xây dựng quy trình cơng nghệ qt laser 3D mặt đất cho số đối tượng lĩnh vực phi địa hình 2.2 Nhiệm vụ - Tiến hành thu thập, phân tích tổng quan tài liệu, đồng thời nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ quét laser 3D mặt đất nguồn sai số ảnh hưởng đến độ xác; - Nghiên cứu công nghệ quét laser 3D mặt đất lĩnh vực địa hình phi địa hình; - Nghiên cứu số thuật tốn tiến hành xây dựng cơng cụ, chương trình phụ trợ xử lý liệu quét laser 3D mặt đất; - Thực nghiệm để kiểm chứng kết nghiên cứu số khu vực có đa dạng địa hình số đối tượng phi địa cơng trình lịch sử văn hóa, tuyến phố cổ hay hang động đặc trưng phục vụ bảo tồn hay quảng bá phát triển du lịch Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài giới hạn vấn đề ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất lĩnh vực địa hình: thành lập mơ hình số địa hình khu vực có địa hình đa dạng tiến hành đánh giá độ xác Lĩnh vực phi địa hình: thành lập mơ hình 3D cơng trình hang động, tuyến phố cảnh quan, di tích lịch sử văn hóa từ mơ hình hóa phục vụ phát triển kinh tế xã hội 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu giới hạn phạm vi khơng gian đối tượng địa hình khu vực địa hình khu vực làng Gia Phú xã Bình Dương huyện Gia Bình khu vực đồi Lim thuộc thị trấn Lim huyện Tiên Du tỉnh Bắc Ninh Đối tượng phi địa hình hang Đầu Gỗ thuộc vịnh Hạ Long tỉnh Quảng Ninh; tuyến phố cổ Tạ Hiện, Đinh Liệt quận Hoàn Kiếm thành phố Hà Nội chùa Bửu Long thành phố Hồ Chí Minh số cổ vật chùa Bút Tháp tỉnh Bắc Ninh Phương pháp nghiên cứu Luận án thực sở phương pháp nghiên cứu sau đây: - Phương pháp thống kê: Tìm kiếm, thu thập, phân tích tài liệu cập nhật thơng tin có liên quan đến luận án; - Phương pháp phân tích, tổng hợp: Áp dụng q trình phân tích, tổng hợp yếu tố ảnh hưởng đến độ xác công nghệ quét laser mặt đất; so sánh, chọn lọc kết nghiên cứu có liên quan nhằm đưa giải pháp có tính khoa học thực tiễn cao; - Phương pháp mơ hình hóa: mơ hình kiến trúc mạng, mơ hình liệu, mơ hình tốn đồ họa máy tính; - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm đánh giá kết thực nghiệm đối tượng để chứng minh sở lý thuyết, hồn thiện quy trình, khẳng định tính khả thi đến kết luận khách quan, xác Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 5.1 Ý nghĩa khoa học Xây dựng hoàn thiện cách đồng bộ, đầy đủ khoa học sở lý thuyết công nghệ quét laser 3D mặt đất khả ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất nước ta công tác thu thập liệu địa khơng gian Đề xuất giải pháp, quy trình cơng nghệ, chương trình phần mềm phụ trợ để ứng dụng kỹ thuật quét laser 3D mặt đất việc thu thập xử lý liệu địa không gian phục vụ xây dựng mơ hình số địa hình số ứng dụng lĩnh vực phi địa hình điều kiện thực tiễn nước ta 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Tự động hóa tối đa thu thập xử lý liệu, phát huy ưu công nghệ quét laser 3D mặt đất đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, chất lượng kinh phí; Đáp ứng tức thời nhu cầu đa dạng hóa lĩnh vực ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất phục vụ việc quản lý, giám sát quảng bá cơng trình lịch sử, văn hóa du lịch ; Phát huy tinh thần độc lập, tự chủ nắm bắt lý thuyết làm chủ cơng nghệ Đưa chương trình lọc điểm ứng dụng thành công việc xử lý liệu quét laser 3D mặt đất phù hợp với điều kiện thực tiễn nước ta Thúc đẩy ứng dụng công nghệ mới, phục vụ mục tiêu đại hóa ngành đo đạc đồ Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Sử dụng thuật toán lọc liệu qt bổ sung mơ hình hóa bề mặt phát triển mơ hình TIN tăng cường lọc để xây dựng chương trình phụ trợ cho phép tự động hóa q trình xử lý liệu đám mây điểm, đảm bảo chất lượng hiệu việc thành lập mơ hình số địa hình Luận điểm 2: Đề xuất quy trình cơng nghệ qt laser 3D mặt đất phục vụ xây dựng mơ hình 3D cho đối tượng phi địa hình khác cách linh hoạt, đồng bộ, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật độ xác nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội Việt Nam Các điểm luận án - Xây dựng chương trình phụ trợ xử lý liệu quét laser 3D mặt đất dựa thuật toán lọc liệu qt bổ sung mơ hình hóa bề mặt phát triển mơ hình TIN tăng cường lọc để thể xác mơ hình số địa hình (DTM) phù hợp với yêu cầu Việt Nam - Đề xuất quy trình cơng nghệ qt laser 3D mặt đất xây dựng mơ hình 3D cho số đối tượng phi địa hình Cấu trúc nội dung luận án Cấu trúc luận án gồm ba phần: Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan luận án, tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa tình hình nghiên cứu nước ngồi nước vấn đề liên quan đến nội dung luận án Từ hình thành phương pháp, nội dung nghiên cứu, đồng thời đưa luận điểm bảo vệ điểm luận án Phần nội dung nghiên cứu luận án trình bày chương: Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu cơng nghệ quét laser 3D mặt đất lĩnh vực địa hình phi địa hình Chương 2: Cơ sở khoa học nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quét laser 3D mặt đất Chương 3: Xây dựng chương trình xử lý liệu quét laser 3D mặt đất lĩnh vực địa hình Chương 4: Xây dựng quy trình cơng nghệ qt laser 3D mặt đất cho việc khảo sát số đối tượng phi địa hình Phần kết luận kiến nghị: Tổng hợp lại vấn đề nghiên cứu luận án, đưa kết luận khẳng định kết nghiên cứu công tác tách lọc xử lý liệu đám mây điểm thu thập quét laser 3D mặt đất, đề xuất quy trình cơng nghệ qt laser 3D mặt đất cho việc khảo sát đối tượng phi địa hình cụ thể Từ kết nghiên cứu đạt được, đưa kiến nghị cần quan tâm giải có nội dung liên quan đến đề tài Chương TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT TRONG LĨNH VỰC ĐỊA HÌNH VÀ PHI ĐỊA HÌNH Cơng nghệ qt laser 3D mặt đất bao gồm: Công nghệ quét laser di động (Mobile Laser Scanning hay MLS) công nghệ quét laser trạm cố định (Terrestrial Laser Scanning hay TLS) Trong phạm vi Luận án tác giả tập chung nghiên cứu công nghệ quét laser trạm cố định hay gọi Công nghệ quét laser 3D mặt đất Chương trình bày tổng quan công nghệ, thiết bị quét laser 3D mặt đất, số lĩnh vực ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất đo vẽ địa hình phi địa hình Trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất giới Việt Nam Từ đó, tác giả rút vấn đề tồn giải luận án 1.1 Sơ lược công nghệ quét laser 1.1.1 Công nghệ quét Laser cố định Cơng nghệ Lase hình thành phát triển từ năm 1960 nhà khoa học Theodore H.Maiman sở lý thuyết Charles Hard Towner Asthur Leonard Schawlow [76] Ngày công nghệ laser đã, phát triển mạnh mẽ ứng dụng nhiều lĩnh vực kỹ thuật điều tra bản, y tế, xây dựng, giao thông v.v… Công nghệ quét Lase 3D mặt đất (TLS 3D) cách mạng thu thập liệu mặt đất phục vụ cho cầu ứng dụng 3D Việc ứng dụng để thu thập thông tin liệu đối tượng mặt đất thực từ điểm cố định thực địa (điểm gốc trắc địa, điểm khống chế đo nối khống chế) ngày quan tâm phát triển Về nguyên tắc hoạt động TLS 3D giống chế hoạt động thiết bị máy đo toàn đạc điện tử hệ sử dụng tốc độ ánh sáng với thời gian tín hiệu từ nguồn phát đến đối tượng phản hồi lại nguồn thu để tính khoảng cách Sự khác biệt bước sóng tia laser, số lượng tốc độ ghi nhận liệu điểm đo (đám mây điểm), thao tác ngồi thực địa q trình xử lý liệu đo Việc mơ tả, trình bày sở khoa học, lý thuyết phân tích đầy đủ công nghệ quét Lase 3D cố định mặt đất tác giả trình bày chi tiết chương Luận án 1.1.2 Công nghệ quét laser di động Công nghệ quét laser di động (Mobile Laser Scanning hay MLS) phát triển từ cuối năm 1980 Hệ thống MLS cho phép thu thập liệu 3D đối tượng chi tiết so với phương pháp thu thập truyền thống chụp ảnh hay sử dụng máy toàn đạc điện tử Do đó, MLS trở thành công nghệ chủ đạo để thu thập liệu không gian 3D MLS sử dụng nhiều ứng dụng khảo sát đô thị, khảo sát sở hạ tầng giao thông, khảo sát sở hạ tầng đường cao tốc, lập đồ đô thị 3D, xây dựng đường đường sắt, ứng dụng khảo sát ven biển nhiều ứng dụng khác [45,50] Một hệ thống MLS bao gồm phương tiện mang hệ thống laser, cảm biến điều hướng (các) máy quét laser Hệ thống quét laser đặt phương tiện chuyên chở khác sử dụng cho ứng dụng khác Ví dụ, phương tiện chun chở ô tô thông thường [49], xe bảo dưỡng đường đua [53] thuyền [45] Các cảm biến điều hướng thường thu GNSS kết hợp với Hệ thống dẫn đường quán tính/Đơn vị đo lường quán tính (INS/IMU), sử dụng để cung cấp vị trí quỹ đạo phương tiện mang hệ thống laser, cụ thể vị trí máy quét laser thời điểm đo Ngày nay, thị trường có nhiều hệ thống MLS (không bao gồm phương tiện chuyên chở) cung cấp hãng tiếng như: IP-S2, TRIMBLE MX8, LYNX Mobile Mapper, ROAD-SCANNER, STREETMAPPER, VMX-250 RIEGL, RIEGL VQ-450, MDL Dynascan M250, MDL Dynascan S250 Các hệ thống MLS khác có thơng số kỹ thuật khác Hệ thống MDL Dynascan S250 thể hình 1.1 Hình 1.1 Hệ thống MDL Dynascan S250 đặt ôtô [49] Dữ liệu thu từ hệ thống MLS liệu dạng đám mây điểm 3D có tham chiếu địa lý Vị trí điểm đám mây điểm xác định theo vĩ độ, kinh độ độ cao Tùy thuộc vào hệ thống MLS, liệu thu bao gồm giá trị cường độ lượng tia laser phản xạ lại (intensity) điểm thu thập màu sắc điểm liệu hệ thống MLS trang bị thêm camera ảnh số 1.2 Một số hệ thống thiết bị quét laser 3D mặt đất đặc điểm Ngày có nhiều hãng giới chế tạo hệ thống quét laser mặt đất điển hình là: hãng Trimble (Mỹ) Leica (Thụy Sỹ), hãng Riegl (Áo), I –Site (Úc), Zoller& Frohlich (Đức)… Các hãng đưa thị trường máy quét cho mục đích khác có đặc tính kỹ thuật khác [18] Hình 1.2 Các hệ thống quét Laser mặt đất phổ biến [72,73,74,75,76] 10 Việc đánh giá hệ thống quét laser mặt đất dựa vào đặc tính kỹ thuật gồm [36]:  Độ xác đo khoảng cách đo góc ngang, góc đứng;  Độ phân giải cực đại quét;  Cự ly quét tối đa;  Tốc độ quét, góc quét;  Độ phân tán tia laser;  Mức độ an toàn sử dụng laser;  Mức độ gọn nhẹ, dễ thao tác vận chuyển Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật số loại hệ thống quét laser mặt đất Góc quét Phạm vi quét (m) TRIMBLE SX10 360° x 300° 700 LEICA RTC360 360° x 300° LEICA P50 Loại máy Tốc độ quét (Điểm/giây) Độ xác (Khoảng cách/ Góc) 260.000 2, 5mm/5” 0, – 130 2.000.000 3mm/18” 360° x 300° 1000 1.000.000 3mm/8” RIEGL VZ - 6000 360° x 60° 6000 220.000 10mm/12” FARO Focus S 350 360° x 300° 0.6 - 350 976.000 3, 5mm/18” 360° x 90° 300 40.000 10mm/30” GEOMAX SPS Zoom 300 Ngồi ra, độ xác cịn suy giảm theo khoảng cách từ máy đến đối tượng quét Đây hãng chuyên cung cấp thiết bị phục vụ lĩnh vực đo đạc đồ, đặc biệt thiết bị ứng dụng công nghệ quét laser để phục vụ khảo sát đối tượng từ xa Ngoài hãng Mensi thương hiệu Trimble đưa thị trường hệ thống quét laser mặt đất Trimble GX Với trạm quét 3D laser mặt đất GS 100 GS 200 lúc xác định tọa độ không gian (X, Y, Z) điểm quét địa vật chụp video camera số cho ảnh màu đối tượng quét Video camera tự động thay đổi tiêu cự ống kính vật chương trình tự động khơi phục lại hình ảnh [5,10,31] 139 47 Середович, В.А Исполнительная съемка вантового моста «Факел» методом наземного лазерного сканирования [Текст] / В.А Середович, А.В Иванов, С.А Прокопьева // ГЕО-Сибирь2007 Т Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия Ч 2: сб матер II Междунар научн конгресса «ГЕОСибирь», 25-27 апреля 2007 г., Новосибирск Новосибирск: СГГА, 2007 – С 141-145 48 Системы лазерного сканирования - MENSI GS200 (Электронный ресурс): офис.сайт компании НПП « Навгеоком».Режим доступа 49 Соколов, А.М Основные понятия архитектурного проектирования [Текст] / А.М Соколов – Л.: ЛГУ, 1976 – 192 с 50 Комиссаров, Д.В Технология построения трехмерных моделей городов на основе топографических планов [Текст] / Д.В Комиссаров, И.В Гуненко, Ю.С Салтыкова, В.А Середович // ГЕО-Сибирь-2006 Т Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия Ч 2: сб материалов науч конгр «ГЕОСибирь-2006», 24-28 апреля 2006 г., Новосибирск — Новосибирск: СГГА, 2006 - С 153-157 51 Комиссаров, Д.В Технология топографической съемки технологических объектов с применением наземного лазерного сканирования [Текст] / Д.В Комиссаров, А.В Середович, О.А Дементьева // ГЕО-Сибирь-2005 Т Геодезия, картография, маркшейдерия: Сб материалов науч конгр «ГеоСибирь-2005», 25-29 апр., 2005 г., г Новосибирск - Новосибирск: СГГА, 2005 – С 225-228 52 Комиссаров А.В Методика исследования метрических характеристик сканов: Автореферат дис Канд Техн наук Новосибирск 2007 53 Комиссаров, А.В Мониторинг деформаций сооружений сочетании с технологией трехмерного моделирования [Текст] / Бемки А.В Комиссаров, Д.В Комиссаров, Т.А Широкова, В.А Сереонных ович, А.В Середович, Г.Н Ткачева, С.С Студенков // Геодезия ГАиК, картография – 2006 – No – С 12-14 140 54 Прокопьева, С.А Применение технологии трехмерно наземного лазерного сканирования при решении задач архео гии [Текст] / С.А Прокопьева // ГЕО-Сибирь-2006 т Геодез геоинформатика, картография, маркшейдерия Ч 2: сб матер" лов междунар науч конгресса «ГЕОСибирь-2006» 24-28 аnp 2006 г., Новосибирск - Новосибирск: СГГА, 2006 – С 164 55 Лазерная локация Земли и леса: Учеб пособие И.М.Данилин, Е.М Медведев, С.Р Мельников; Институт леса им В.Н Сукачева СО РАН Красноярск, 2005 182с 56 Комиссаров, А.В Методика исследования дальномерного -бирск, блока наземного лазерного сканера [Текст] / А.В Комиссаров // ГЕО-Сибирь2007 Т Геодезия, геоинформатика, картография, работы аркшейдерия: Ч сб матер II Междунар научн конгресса Текст] / ГЕО-Сибирь-2007», 25-27 апреля 2007 г., Новосибирск – Новоученых бирск: СГГА, 2007 – С 74–78 57 Кочетов, Ф.Г Автоматизированные системы для геодезических измерений [Текст] / Ф.Г Кочетов – М.: Недра, 1991 – 207 с.: ил 58 Прилепин, М.Т Инструментальные методы геодези ской рефрактометрии / М.Т Прилепин, А.Н Голубев – M ВИНИТИ, т 15 - С 37–82 59 Радиогеодезические адиогеодезические и электрооптические [Текст] / измеpeния учебник для вузов / В.Д Большаков и др – М.: Недра, учебник 1985 - 303 с.: ил 60 Середович, В.А Построение трехмерной модели Новосибирского областного театра кукол [Текст] // ГЕО-Сибирь-2006 Т.1.Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия ч 2: сб материалов науч конгр «ГЕО-Сибирь-2006», 24-28 апреля 2006 г., Новосибирск Новосибирск: СГГА, 2006 – С 175-178 61 Судаков, С.Г Основные геодезические сети [Текст] / С.Г Судаков – М.: Недра, 1975 – 368 с 141 62 Технология создания трехмерных цифровых модел личного назначения [Электронный ресурс]: офиц сайт ко НПП «Геокосмос» – Режим доступа: http://www.geokosmos.ru 63 Уставич, Г.А О влиянии вибрации на светодальном измерения [Текст] / Г.А Уставич, А.В Кошелев, Я.Г Пошивай Геодезия и картография – 1999 – No – С 8-10 64 Яковлев, Н.В Высшая геодезия [Текст]: учебник для ву - зов / Н.В Яковлев – М.: Недра, 1989 – 445 с.: ил 65 GS100 3D laser scanner [Электронный ресурс]: сайт Mensi - Режим доступа: http://www.mensi.com/Website2002/ Specs/SpecG100.pdf 66 GS200 3D laser scanner [Электронный ресурс]: сайт Mensi - Режим доступа: http://www.mensi.com/Website2002/ Specs/SpecG200.pdf 67 S10/S25 high accuracy scanner [Электронный ресурс]: сайт Mensi – Режим доступа: http://www.mensi.com/Website2002/Specs/ SSeries.pdf 68 Schlenker, G Laser Safety [Электронный ресурс]: сайт the University of Kentucky - Режим доступа: http://ehs.uky.edu/radiation/ laser_fs.html Trang web 69 http://scanning.fh-mainz.de 70 http://anthi.com.vn 71 http://gis21.thuathienhue.gov.vn 72 http://trimble.com 73 http://leica-geosystems.com 74 http://riegl.com 75 http://faro.com 76 http://ULSVNC.com 77 http://ehs.uky.edu/radiation/laser_fs.php 142 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH Các chức chương trình: + Giảm mật độ điểm + Lọc thủ công + Lọc tự động địa hình + Xuất file liệu *.las Giảm mật độ điểm Tính giảm mật độ điểm tính làm giảm số lượng point cloud xuống theo cách tăng khoảng cách điểm có liệu Phương pháp giảm mật độ đám mây điểm xác định giá trị Delta X, Delta Y để lập lưới ô vuông liệu đám mây điểm gốc Tương ứng với ô vuông định nghĩa chọn giá trị điểm nằm vng đó, nằm tâm điểm nằm góc vng Từ điểm chọn thành lập đám mây điểm với độ phân giải điểm tương ứng với giá trị DeltaX, Delta Y chọn Về phần mềm xử lý số liệu đám mây điểm xử lý liệu gốc giới hạn phần cứng, cần bước giảm nhẹ để xử lý liệu dễ dàng 143 Chức chức quy trình xử lý liệu đám mây điểm trước tiến hành bước khác - Bước 1: Mở “Tính năng” - Bước 2: Chọn vào “Giảm mật độ PointCloud” - Bước 3: Một cửa sổ bật lên nhập vào ô giá trị khoảng cách mong muốn point tùy chỉnh Sau ấn đồng ý kết hiển thị hình Lọc liệu thủ cơng Tính lọc thủ cơng tính dùng để chỉnh sửa liệu cụ thể xóa bớt liệu cho xóa điểm khơng mong muốn cách vẽ hình chứa điểm khơng mong muốn xóa chúng - Bước 1: Mở “Tính năng” 144 - Bước 2: Chọn tính “Lọc thủ cơng” - Bước 3: Sau thực bước ứng dụng mở cửa sổ chứa điểm point cloud để chuẩn bị cắt, hình  Sử dụng chuột trái để xoay point cloud đến góc để xóa điểm mong muốn  Khi chọn góc xoay hợp lý ấn phím “K” để khóa góc  Vẽ polygon để xóa vùng mong muốn, cách giữ chuột trái kéo để vẽ hình vng, cịn vẽ hình giữ phím “”Ctrl” sau click điểm thả “Ctrl” kết thúc vẽ hình  Ngồi ta chọn trục X, Y, Z để cắt theo hướng trục cách nhấn phím “X”, “Y”, “Z”  Và ấn F để chế độ thường 145 Các chức điều hướng, điều khiển hướng dẫn cụ thể phần mềm Các nút điều hướng liệu, hiển thị nhanh theo góc độ tích hợp sẵn giúp việc truy xuất liệu nhanh hiệu 146 Lọc địa hình tự động - Bước 1: Mở “Tính năng” - Bước 2: Chọn tính “Tính địa hình” Sau chọn tính tính địa hình có cửa sổ tham số mở để hiệu chỉnh thuật toán cho phù hợp với liệu đầu vào - Bước 3: Hiệu chỉnh tham số cho tính “Tính địa hình” Chương trình cung cấp loại địa hình bề mặt dốc đứng, bề mặt đồi núi thấp bề mặt phẳng (đồng bằng) để tùy chỉnh Tùy vào liệu đầu vào sử dụng lựa chọn Đối với đối tượng sườn dốc thuật tốn dẫn đến sai số lớn, tính “xử lý độ dốc” giải điều địa hình có độ dốc cao, địa hình phẳng không chọn “xử lý độ dốc” 147 Với tham số khác gồm: độ phân giải, số lần lặp tối đa ngưỡng phân loại thay đổi tùy thuộc vào loại địa hình có  Chỉ số độ chi tiết: số thấp độ chi tiết xác bề mặt địa hình cao đơi với tốc độ tính tốn bị chậm lại độ chi tiết bề mặt lớn khoảng giá trị (0, ∞) a) Chỉ số độ chi tiết 0.1 b) Chỉ số độ chi tiết  Chỉ số vòng lặp tối đa: số lần lặp thuật tốn thơng thường để 500 tốt cho địa hình  Chỉ số ngưỡng phân loại: số hiểu tỉ lệ thuận với chiều cao vật thể bề mặt, số thấp bỏ vật thể sát với mặt ngược lại a) Chỉ số ngưỡng phân loại 0.9 Lưu đối tượng - Bước 1: Mở “Tính năng” b) Chỉ số ngưỡng phân loại 0.1 148 - Bước 2: Chọn “xuất file *.las”, chọn tên đường dẫn đến file lưu Lưu ý: muốn lưu file tích vào file khơng chương trình báo lỗi hình - Bước 3: Chọn thư mục để export số liệu địa hình Dữ liệu export thành cơng thơng báo hình 149 PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ ĐOẠN CODE CỦA CHƯƠNG TRÌNH Lọc nhiễu thủ cơng # Chọn đa giác để thực lệnh def _on_menu_crop_geometry(self): c_geometry = None if self._checkeds[0]: c_geometry = self._geometry elif self._checkeds[1]: c_geometry = self._d_geometry elif self._checkeds[2]: c_geometry = self._c_geometry elif self._checkeds[3]: c_geometry = self._s_geometry elif self._checkeds[4]: c_geometry = self._g_geometry else: c_geometry = self._ng_geometry if c_geometry is not None: dir_path = r"C:\Program Files\PP" tmp = os.path.join(dir_path,"tmp.pcd") s_tmp = os.path.join(dir_path,"crop_geometry.exe") o3d.io.write_point_cloud(tmp, c_geometry) # mở luồng để thực cắt sub_result = subprocess.Popen( s_tmp, shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.STDOUT, stdin=subprocess.PIPE) sub_result.wait() # Lấy kết từ luồng out, err = sub_result.communicate() return_code = sub_result.returncode print(return_code) print(out) if return_code == 0: # Nếu trả True cắt thành cơng Đọc liệu phần cắt lưu vào file tạm lưu liệu geometry cắt if out.splitlines()[0] == b'True': save_path = os.path.join(dir_path,"c_geo.pcd") self._on_filedlg_done(save_path) else: # Nếu trả False người dùng Cancel Close cửa sổ cắt 150 self._fileedit_crop.text = "" self._fileedit_sub.text = "" if self._s_geometry is not None: self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.SUB) self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.SUB_BOUND) #Xoá geometry phần cắt phần trừ khỏi scene if self._c_geometry is not None: self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.CROP) self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.CROP_BOUND) def _on_filedlg_done(self, path): pcd = None #Lấy liệu pointcloud chọn để cắt if self._checkeds[0]: pcd = self._geometry elif self._checkeds[1]: pcd = self._d_geometry elif self._checkeds[2]: pcd = self._c_geometry elif self._checkeds[3]: pcd = self._s_geometry elif self._checkeds[4]: pcd = self._g_geometry else: pcd = self._ng_geometry if pcd is not None: # Đọc liệu cắt từ file tạm lưu pointcloud cắt c_pcd = o3d.io.read_point_cloud(path) #Tính khoảng cách pointcloud gốc pointcloud cắt dists = pcd.compute_point_cloud_distance(c_pcd) dists = np.asarray(dists) # Nếu mà khoảng cách > 0.01 phần trừ sau pointcloud bị cắt ind = np.where(dists > 0.01)[0] # Tìm pointcloud phần trừ sau cắt pcd_without_cropped = pcd.select_by_index(ind) # Hiển thị thông tin pointcloud lên scene # Thông tin pointcloud cắt self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.CROP) self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.CROP_BOUND) self._fileedit_sub.text = "({0} điểm)".format(len(c_pcd.points)) c_bounds = c_pcd.get_axis_aligned_bounding_box() c_bounds.color = (1, 0, 0) self._scene.scene.add_geometry(AppWindow.CROP, c_pcd, self.settings.material) 151 self._scene.scene.add_geometry(AppWindow.CROP_BOUND, c_bounds, self.settings.material) self._scene.scene.show_geometry(AppWindow.CROP, self._checkeds[2]) self._scene.scene.show_geometry(AppWindow.CROP_BOUND, self._checkeds[2]) # Thông tin pointcloud phần trừ self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.SUB) self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.SUB_BOUND) self._fileedit_sub.text = "({0} điểm)".format(len(pcd_without_cropped.points)) s_bounds = pcd_without_cropped.get_axis_aligned_bounding_box() s_bounds.color = (1, 0, 0) self._scene.scene.add_geometry(AppWindow.SUB, pcd_without_cropped, self.settings.material) self._scene.scene.add_geometry(AppWindow.SUB_BOUND, s_bounds, self.settings.material) self._scene.scene.show_geometry(AppWindow.SUB, self._checkeds[3]) self._scene.scene.show_geometry(AppWindow.SUB_BOUND, self._checkeds[3]) self._c_geometry = c_pcd self._s_geometry = pcd_without_cropped self._fileedit_crop.text = "({0} điểm)".format(len(c_pcd.points)) self._fileedit_sub.text = "({0} điểm)".format(len(pcd_without_cropped.points)) self.window.close_dialog() Lọc nhiễu tự động địa hình # Load thư viện import laspy import CSF import numpy as np # đọc las file inFile = laspy.file.File(r"in.las", mode='r') # đọc liệu theo dạng điểm points = inFile.points # trích xuất x, y, z đưa vào kiểu liệu mảng xyz = np.vstack((inFile.x, inFile.y, inFile.z)).transpose() # Khởi tạo thuật toán CSF từ thư viện CSF csf = CSF.CSF() # Thiết lập tham số cho địa hình cần tính # Tham số có xử lý địa hình hay khơng csf.params.bSloopSmooth = False # Thiết lập tham số độ phân giải 152 csf.params.cloth_resolution = 0.5 # Thiết lập tham số số lần lặp csf.params.interactions = 500 #Thiết lập tham số cho ngưỡng phân loại csf.params.class_threshold = 0.5 # Thực thi thuật toán Filtering Algorithm Based on Cloth Simulation csf.setPointCloud(xyz) # Kết liệu địa hình ground = CSF.VecInt() # Kết liệu khơng phải địa hình non_ground = CSF.VecInt() Giảm mật độ đám mây điểm def _on_menu_downsampling(self): em = self.window.theme.font_size dlg = gui.Dialog("Downsampling") dlg_layout = gui.Vert(em, gui.Margins(em, em, em, em)) dlg_layout.add_child(gui.Label("Giảm mật độ điểm")) h = gui.Horiz() h.add_child(gui.Label("Nhập khoảng cách điểm")) doubleedit = gui.NumberEdit(gui.NumberEdit.DOUBLE) doubleedit.set_limits(0.0, 10.0) if self._downsampling is not None: doubleedit.set_value(self._downsampling) doubleedit.set_on_value_changed(self._on_doubleedit_value_change) h.add_child(doubleedit) ok = gui.Button("Đồng ý") ok.set_on_clicked(self._on_aply_downsamling) cancel = gui.Button("Hủy bỏ") cancel.set_on_clicked(self._on_cancel_downsamling) dlg_layout.add_child(h) h2 = gui.Horiz() h2.add_stretch() h2.add_child(cancel) h2.add_fixed(em) h2.add_child(ok) dlg_layout.add_child(h2) dlg.add_child(dlg_layout) self.window.show_dialog(dlg) def _on_aply_downsamling(self): self.window.close_dialog() if self._geometry is not None: if self._downsampling == 0.0: self._d_geometry = None 153 self._fileedit_downsample.text = "" self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.DOWNSAMPLE) self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.DOWNSAMPLE_BOUND) else: self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.DOWNSAMPLE) self._scene.scene.remove_geometry(AppWindow.DOWNSAMPLE_BOUND) self._d_geometry = self._geometry.voxel_down_sample( voxel_size=self._downsampling ) bounds = self._d_geometry.get_axis_aligned_bounding_box() bounds.color = (1, 0, 0) oriented = self._d_geometry.get_oriented_bounding_box() oriented.color = (0, 1, 0) self._fileedit_downsample.text = "({0} điểm)".format( len(self._d_geometry.points) ) self._scene.scene.add_geometry( AppWindow.DOWNSAMPLE, self._d_geometry, self.settings.material ) self._scene.scene.add_geometry( AppWindow.DOWNSAMPLE_BOUND, bounds, self.settings.material ) self._scene.scene.show_geometry(AppWindow.DOWNSAMPLE, self._checkeds[1]) self._scene.scene.show_geometry(AppWindow.DOWNSAMPLE_BOUND, self._checkeds[1]) ... TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT TRONG LĨNH VỰC ĐỊA HÌNH VÀ PHI ĐỊA HÌNH Cơng nghệ qt laser 3D mặt đất bao gồm: Công nghệ quét laser di động (Mobile Laser Scanning hay MLS) công. .. quan công nghệ, thiết bị quét laser 3D mặt đất, số lĩnh vực ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất đo vẽ địa hình phi địa hình Trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng công nghệ quét laser. .. đối tượng phi địa hình 1.8 Đánh giá ban đầu hiệu sử dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất lĩnh vực địa hình Khi ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất công tác lập mơ hình số địa hình (DTM)