Đồ án khảo sát độ chính xác lưới tam giác ảnh không gian trên trạm ảnh số SSK intergraph

1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1: VỊ TRÍ VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TÁC TĂNG DÀY ĐIỂM KHỐNG CHẾ TRONG ĐO ẢNH 6 1.1. Vị trí và nhiệm vụ của công tác tăng dày điểm khống chế trong phương pháp đo ảnh số 6 1.1.1.Nhiệm vụ của công tác tăng dày khống chế ảnh 6 1.1.2. Vị trí của công tác tăng dày điểm khống chế 7 1.2. Những yêu cầu đối với điểm khống chế ảnh tăng dày 9 1.2.1. Định nghĩa điểm khống chế ảnh tăng dày 9 1.2.2. Yêu cầu về độ chính xác của điểm khống chế ảnh tăng dày 9 1.2.3. Yêu cầu về vị trí điểm đối với các điểm khống chế ảnh 13 1.2.4. Những yêu cầu đối với điểm khống chế ngoại nghiệp 13 1.3. Các phương pháp xây dựng lưới tam giác ảnh không gian 15 1.3.1. Phương pháp xây dựng lưới TGAKG theo mô hình 15 1.3.2. Phương pháp xây dựng lưới TGAKG theo chùm tia 26 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH XÂY DỰNG LƯỚI TGAKG TRÊN TRẠM ẢNH SỐ SSK INTERGRAPH 36 2.1. Khái niệm ảnh số và những tính chất cơ bản của ảnh số 36 2.1.1. Khái niệm về ảnh số 36 2.1.2. Những tính chất cơ bản của ảnh số 37 2.2. Khái niệm về đo vẽ ảnh số 40 2.2.1. Định nghĩa về phương pháp đo ảnh số 40 2.2.2. Quy trình thành lập BĐĐH bằng phương pháp ảnh số 41 2.3. Phương pháp tăng dày ảnh số 44 2.3.1. Nguyên lý của phương pháp 44 2 2.3.2. Đặc điểm của phương pháp 44 2.4. Quy trình tăng dày trên trạm ảnh số SSK Intergraph 45 2.4.1. Sơ đồ cấu trúc phần mềm trên trạm ảnh số SSK Intergraph 45 2.4.2. Sơ đồ quy trình xây dựng lưới TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph bằng phần mềm Photo – T 47 2.5. LÝ THUYẾT SAI SỐ CỦA LƯỚI TGAKG 48 2.5.1. Các nguồn sai số trong lưới tam giác ảnh không gian 48 2.5.2. Các phương pháp xử lý ảnh hưởng của các loại sai số trong lưới tam giác ảnh không gian 51 2.5.3. Cơ sở đánh giá độ chính xác lưới TGAKG 52 2.6. Độ chính xác lưới TGAKG trên trạm ảnh số SSK INTERGRAPH.53 2.6.1. Các nguồn sai số trong đo ảnh số 53 2.6.2. Yêu cầu độ chính xác thành lập lưới TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph 54 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC TGAKG TRÊN TRẠM ẢNH SỐ SSK INTERGRAPH 57 3.1. Vị trí địa lý và các tư liệu của khu đo 57 3.1.1. Vị trí địa lý của khu đo thực nghiệm 57 3.1.2. Thông số bay chụp ảnh 57 3.1.3. Sơ đồ khối ảnh thực nghiệm 58 3.1.4. Số liệu điểm khống chế ngoại nghiệp 59 3.2. Quy trình xây dựng TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph 60 3.2.1. Tạo mới project: 60 3.2.2. Nhập thông số cho camera 62 3.2.3. Nhập thông số cho tuyến bay 63 3.2.4. Nhập toạ độ điểm KCNN 65 3.2.5. Xây dựng lưới TGAKG 66 3 3.3. Độ chính xác của lưới tam giác ảnh không gian thử nghiệm 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 4 MỞ ĐẦU Phương pháp đo ảnh ra đời đã đánh dấu sự phát triển vượt bậc của ngành khoa học trái đất nói chung và ngành trắc địa nói riêng. Phương pháp đo ảnh ra đời từ những năm 50 của thế kỷ 19 và không ngừng phát triển từ phương pháp đo ảnh tương tự đến phương pháp đo ảnh giải tích và ngày nay là phương pháp ảnh số. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học và các kỹ thuật tính toán, phương pháp đo ảnh số đang được ứng dụng rộng rãi để thành lập bản đồ địa hình và bản đồ địa chính tại các cơ sở sản xuất trong nước. Phương pháp đo ảnh số có ưu điểm là độ chính xác và hiệu quả cao nhờ khả năng tự động hóa trong quá trình đo ảnh như: tự động khớp ảnh trong định hướng và đo ảnh, tự động xây dựng mô hình lập thể, thành lập mô hình số độ cao, nội suy đường bình độ và nắn ảnh trực giao.v.v… Trong đó, công tác tăng dày không chế ảnh hay còn được gọi là công tác xây dựng lưới tam giác ảnh không gian nhằm xác định tọa độ trắc địa của các điểm khống chế đo vẽ được chọn tại những vị trí phù hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở liên kết các đối tượng đo vẽ trong phòng với thực địa. Hiện nay, công tác tăng dày ảnh số ngày càng được áp dụng nhiều hơn trong sản xuất. Tuy nhiên, độ chính xác của lưới tam giác ảnh không gian được xây dựng bằng công nghệ ảnh số vẫn đang được các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu. Để đáp ứng những yêu cầu thực tế nhằm nâng cao kiến thức học tập, em đã thực hiện đề tài tốt nghiệp với nội dung ” Khảo sát độ chính xác lưới tam giác ảnh không gian trên trạm ảnh số SSK Intergraph” dưới sự hướng dẫn của Cô giáo Lê Minh Hằng cùng các thày cô giáo trong bộ môn trắc địa bản đồ. Qua thời gian nghiên cứu lý thuyết và tiến hành làm thí nghiệm trên trạm ảnh số SSK Intergraph, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Nội dung đồ án của em bao gồm những phần sau: Chương 1: Vị trí và nhiệm vụ của công tác tăng dày điểm khống chế trong đo ảnh 5 Chương 2: Quy trình xây dựng lới TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph Chương 3: Khảo sát độ chính xác lưới TGAKG trên trạm ảnh số SSK Intergraph. Mặc dù đã cố gắng nghiên cứu, học hỏi nhưng với thời gian có hạn, kiến thức thực tế chưa được đầy đủ nên trong nội dung đồ án của em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ dạy của các thày cô giáo trong bộ môn và sự đống góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp. Là một sinh viên em xin được bày tỏ lòng biết ơn của mình đối với sự hướng dẫn tận tình chu đáo của Cô giáo cùng toàn thể các thày cô giáo trong Bộ môn trắc địa bản đồ. Hà nội, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực hiện 6 CHƯƠNG 1 : VỊ TRÍ VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TÁC TĂNG DÀY ĐIỂM KHỐNG CHẾ TRONG ĐO ẢNH 1.1. Vị trí và nhiệm vụ của công tác tăng dày điểm khống chế trong phương pháp đo ảnh số 1.1.1.Nhiệm vụ của công tác tăng dày khống chế ảnh Hiện nay, ở nước ta áp dụng nhiều phương pháp để thành lập bản đồ như:  Phương pháp đo trực tiếp ngoài thực địa  Phương pháo đo bằng ảnh chụp  Phương pháp biên tập từ bản đồ tỷ lệ lớn Trong các phương pháp thành lập bản đồ nêu trên thì phương pháp thành lập từ ảnh chụp là phương pháp chiếm tỷ trọng từ 90-95% số lượng bản đồ địa hình và địa chính ở nước ta và các nước tiên tiện. Phương pháp thành lập bản đồ từ ảnh có hai quy trình cơ bản như sau:  Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh đơn  Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh lập thể Phương pháp đo ảnh đơn lấy ảnh nắn làm nền để xác định vị trí mặt phẳng của các nội dung địa vật của bản đồ. Phương pháp đo ảnh đơn được ứng dụng để thành lập bản đồ ở vùng bằng phẳng là chủ yếu. Phương pháp đo ảnh đơn có thế được thực hiện trên nền ảnh nắn quang cơ hoặc trên nền ảnh nắn và kỹ thuật số hóa. Phương pháp đo lập thể chủ yếu áp dụng cho vùng dồi núi và những vùng có độ chênh cao lớn. Phương pháp đo lập thể có thể tiến hành dựa trên các phương pháp sau:  Phương pháp tương tự (toàn năng và vi phân)  Phương pháp giải tích  Phương pháp đo ảnh số 7 Để thành lập bản đồ theo phương pháp đo ảnh đơn hay theo phương pháp đo lập thể thì đều cần có các điểm khống chế thích hợp. Trong công tác đo vẽ ảnh không, các điểm khống chế là cơ sở cho việc xác định vị trí không gian trong hệ tọa độ trắc địa của các chùm tia hoặc các mô hình lập thể được xác định từ các ảnh bay chụp, vì các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh hành không thường không được xác định bằng các phương pháp vật lý trong khi bay chụp với độ chính xác yêu cầu. Tuy nhiên, nếu tất cả các điểm không chế ảnh đều phải tiến hành đo đạc xác định ngoài thưc địa thì khối lượng công tác sẽ tăng lên rất lớn. Vì vây trong phương pháp đo ảnh, người ta dựa trên các tính chất hình học cơ bản của ảnh đo và các nguyên lý cơ bản về mối quan hệ giữa ảnh đo, mô hình lập thể và miền thực địa để xây dựng các phương pháp đo đạc trong phòng nhằm xác định tọa độ trắc địa của các điểm khống chế ảnh thay cho phần lớn công tác đo đạc ngoài trời. Công tác này được gọi là công tác tăng dày khống chế ảnh trong Trắc địa ảnh. Nhiệm vụ của công tác tăng dày khống chế ảnh là xác định tọa độ trắc địa của các điểm khống chế đo vẽ ảnh được chọn và đánh dấu ở những vị trí thích hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở cho việc liên kết các đối tượng đo vẽ trong phòng với miền thực địa phục vụ chi các công tác đo vẽ nội nghiệp vẽ sau (như công tác nắn ảnh hoặc công tác định hướng mô hình lập thể). 1.1.2. Vị trí của công tác tăng dày điểm khống chế Qua sơ đồ quy trình công nghệ cơ bản của phương pháp thành lập bản đồ bằng ảnh hang không nên trên có thế thấy rằng : công tác tăng dày không chế ảnh vẫn giữ vị trí quan trọng trong toàn bộ quy trình đo vẽ ảnh hiện đại. Đây là công việc đầu tiên của quy trình công nghệ thành lập bản đồ trong phần nội nghiệp. Nó rất quan trọng bởi nếu công việc đầu tiên này không đạt được độ chính xác cao thì các công đoạn tiếp theo cũng sẽ không đạt yêu cầu. 8 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ TỪ ẢNH HÀNG KHÔNG Hình 1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ đo vẽ ảnh hàng không MIỀN THỰC ĐỊA Công tác bay chụp Công tác tăng dày khống chế ảnh Các kết quả đo vẽ Công tác đo nối KC Công tác điều vẽ Biên tập và kiểm tra sửa chữa Các quá trình xử lý và đo vẽ ảnh trong phòng Giao nộp sản phẩm 9 1.2. Những yêu cầu đối với điểm khống chế ảnh tăng dày 1.2.1. Định nghĩa điểm khống chế ảnh tăng dày Điểm khống chế ảnh tăng dày là điểm ảnh rõ nét được chọn và đánh dấu trên ảnh và đồng thời được xác định tọa độ trắc địa bằng phương pháp trong phòng. 1.2.2. Yêu cầu về độ chính xác của điểm khống chế ảnh tăng dày Trong phương pháp đo vẽ ảnh đơn và lập thể, các nội dung bản đồ đếu được đo vẽ trực tiếp từ các ảnh đo và được định hướng trong hệ tọa độ trắc địa trên cơ sở các điểm khống chế ảnh được tăng dày. Vì vậy, độ chính xác của các điểm khống chế ảnh tăng dày cần phải cao hơn độ chính xác của nội dung bản đồ ít nhất là một cấp. (1.1) Trong đó : sai số điệm khống chế ảnh tăng dày sai số nội dung bản đồ Độ chình xác của nội dung bản đồ bao gồm độ chính xác về mặt bằng độ chính xác về độ cao theo quy phạm. Sai số trung bình cho phép của tọa độ và độ cao điểm khống chế ảnh Vùng đo vẽ Sai số trung bình mặt phẳng Sai số trung bình độ cao (tính theo khoảng cao đều đường bình độ) 0.5-1m 2m 2.5m 5m 10m Vùng đồng bằng ± 0.35 mm 1/5 ¼ 1/4 Vùng đồi ± 0.35m 1/4 1/3 Vùng núi ± 0.50m 1/3 1/3 10 Trong phương pháp đo ảnh giải tích, độ chính xác của nội dung đo vẽ quyết định bằng độ chính xác đoán nhận điểm ảnh. Với những tiến bộ kỹ thuật chụp ảnh và đo ảnh hiện nay, độ chính xác này có thế đạt đến ± 0.01 mm. Do đó, sai số trung bình cho phép của vị trí mặt phẳng của điểm khống chế tăng dày được tính theo công thức sau: . (m) ( 1.2 ) Trong phương pháp đo ảnh giải tích hoặc đo ảnh số, sai số độ cao trung bình các điểm khống chế ảnh tăng dày cho phép là : . . ( 1.3 ) Trong đó : mấu số tỷ lệ ảnh tiêu cự của máy chụp ảnh Quan hệ giữa tỷ lệ ảnh và tỷ lệ bản đồ được biểu diễn thông qua công thức Gruber, tức là : ( 1.4 ) Trong đó : – mẫu số tỷ lệ bản đồ C là hệ số kinh tế hay còn gọi là hệ số Gruber. Hiện nay, nhờ các tiến bộ kỹ thuật trong công tác bay chụp ảnh và đo ảnh, hệ số C được xác định trong khoảng từ 200 [...]... lệ lớn và cực lớn 2 Lưới tam giác ảnh không gian theo chùm tia được xây dựng trực tiếp từ các chùm tia nên độ chính xác của lưới chịu ảnh hưởng trực tiếp của các sai số hệ thống của ảnh Vì vậy, việc xác định chính xác và đầy đủ các loại sai số hệ thống của ảnh và quy luật ảnh hưởng của nó đối với điểm ảnh để hiệu chỉnh vào tọa độ ảnh các điểm tăng dày trước khi tính toán xây dựng lưới có ý nghĩa quan... hình toán học mở rộng Lưới tam giác ảnh không gian theo mô hình có thể được bình sai theo mô hình toán học cơ bản hoặc mô hình toán học mở rộng Nhưng mô hình toán học cơ bản có những nhược điểm sau: Các trị đo tham gia bình sai lưới tam giác ảnh không gian chỉ có tọa độ mô hình của các điểm trong lưới, còn tọa độ trắc địa của các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp được coi là số liệu gốc không có sai số Vì... cao độ chính xác của lưới tam giác ảnh không gian 3 Phương pháp tam giác ảnh không gian theo chùm tia có khối lượng tính toán lớn vì cần phải tính toán các trị gần đúng của các đại lượng cần xác định, tức 29 là nguyên tố định hướng ngoài của ảnh và tọa độ trắc địa của các điểm tăng dày 1.3.2.4 Phương pháp bình sai khối lưới TGAKG theo chùm tia a.Mô hình toán học mở rộng của phương pháp chùm tia Lưới. .. từ các tọa độ ảnh khi xây dựng mô hình giải tích Khi xây dựng mô hình lập thể giải tích cho phép loại trừ phần lớn ảnh hưởng của sai số hệ thống đối với tọa độ ảnh trước khi tính toán xây dựng mô hình nên lưới TGAKG theo mô hình ít chịu ảnh hưởng trực tiếp của các loại số hệ thống của ảnh 2 Lưới tam giác ảnh không gian được xây dựng với cơ sở toán học chặt chẽ nên có khả năng đạt độ chính xác cao, thỏa... , 36 CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH XÂY DỰNG LƯỚI TGAKG TRÊN TRẠM ẢNH SỐ SSK INTERGRAPH 2.1 Khái niệm ảnh số và những tính chất cơ bản của ảnh số 2.1.1 Khái niệm về ảnh số Ảnh số là một tập hợp các pixel Mỗi pixel được mô tả bằng hàm số ảnh với các biến tọa độ điểm ảnh (x,y) và giá trị độ xám của nó (D) như sau: f (x,y,D) (2.1) với giá trị hàm được giới hạn trong phạm vi các số nguyên dương, tức là: (2.2) Trong... ra,để kiểm tra độ chính xác nắn ảnh, thường trên mỗi ảnh được bố trí thêm điểm thứ 5 ở giữa ảnh Sau đây là phương án bố trí điểm tối ưu vế số lượng và vị trí đối với điểm khống chế nắn ảnh khi chụp ảnh chuẩn Ảnh đơn - Điểm khống chế ảnh Hình 1.2 Phương án bố trí điểm khống chế nắn ảnh khi chụp ảnh chuẩn Theo phương án bố trí điểm như Hình 1 2, số lượng điểm khống chế tăng dày trong mỗi dải ảnh và trong... thành lập lưới TGAKG theo chùm tia 1.3.2.3 Đặc điểm của phương pháp TGAKG theo chùm tia 1 Phương pháp tam giác ảnh không gian theo chùm tia được xây dựng trên cơ sở toán học chặt chẽ với quan hệ trực tiếp giữa trị đo tọa độ ảnh với các tọa độ trắc địa các điểm tăng dày nên có khả năng đạt độ chính xác cao, thỏa mãn các yêu cầu về điểm khống chế ảnh cho công tác đo vẽ bản đồ địa hình và bản đồ địa chính. .. tạo ra một lưới tam giác ảnh không gian (TGAKG), định hướng chúng trong hệ tọa độ trắc địa và xác định tọa độ trắc địa của tất cả các điểm khống chế ảnh Phương pháp tăng dày còn dược gọi là phương pháp tam giác ảnh không gian 1.3.1 Phương pháp xây dựng lưới TGAKG theo mô hình 1.3.1.1 Nguyên lý xây dựng lưới TGAKG theo mô hình : 1 Lấy mô hình lập thể làm đơn vị hình học cơ bản để xây dựng lưới Các mô... hợp độ phủ của ảnh không tiêu chuẩn, điểm khống chế có thể chọn riêng cho từng dải bay, nhưng phải nằm trên đường thẳng góc với cạnh đáy ảnh kẻ từ điểm chính ảnh và cách điểm chính ảnh không nhỏ hơn một cạnh đáy ảnh  Tại những vị trí tiêu chuẩn nói trên, điểm khống chế tăng dày phải được chọn trên những địa vật có hình ảnh rõ nét, dễ đoán nhận và có khả năng châm chích chính xác vị trí của nó trên. .. đo trên ảnh i thì = • Nếu điểm j không đo trên ảnh i thì L là vecto số hạng tự do của hệ phương trình số hiệu chỉnh các trị đo tọa độ ảnh: 32 l= với =( với = ) (1.14g) = l’ - là số hạng tự do của hệ phương trình số hiệu chỉnh các trị đo trắc địa của các điểm khống chế ngoại nghiệp: =( ) với (1.14h) P - là ma trận trọng số của các trị đo tọa độ ảnh, nếu coi các tọa độ ảnh là những trị đo cùng độ chính