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

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân, xuất phát từ u cầu phát sinh cơng việc để hình thành hướng nghiên cứu Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ nguyên tắc kết trình bày luận án thu thập trình nghiên cứu trung thực, chưa công bố Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả Ngô Sỹ Cường ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập, nghiên cứu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, tơi hồn thành Luận án Tiến sĩ với kết đề tài “Nghiên cứu công nghệ quét Laser chiều mặt đất lĩnh vực địa hình phi địa hình Việt Nam” Luận án hoàn thành nỗ lực, phấn đấu thân, quan tâm giúp đỡ quý thầy, quý cô giảng dạy Trường Đại học Mỏ - Địa chất trang bị nguồn kiến thức công nghệ quét Laser chiều gắn với việc xây dựng liệu trắc địa – đồ nhanh chóng, xác gợi mở cho tơi hướng nghiên cứu trình học tập Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Đặc biệt xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Trần Xuân Trường quan tâm, tạo điều kiện, hướng dẫn tận tình nội dung phương pháp nghiên cứu khoa học để tơi hồn thành Luận án Xin chân thành cảm ơn tới thầy, cô giáo công tác Khoa Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Mỏ - Địa chất; Ban lãnh đạo Công ty Tài nguyên Môi trường Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu, số liệu, giúp có sở để nghiên cứu hồn thành Luận án Cuối cùng, xin cảm ơn chia sẻ, động viên, ủng hộ gia đình, bạn bè, đồng nghiệp hỗ trợ suốt trình học tập để đạt kết nghiên cứu Tác giả iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Danh mục chữ viết tắt vii Danh mục bảng viii Danh mục hình vẽ ix MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT TRONG LĨNH VỰC ĐỊA HÌNH VÀ PHI ĐỊA HÌNH 1.1 Sơ lược công nghệ quét laser 1.1.1 Công nghệ quét Laser cố định 1.1.2 Công nghệ quét laser di động 1.3 Các tiêu chí phân loại thiết bị quét laser mặt đất 11 1.4 Đánh giá số loại máy quét laser mặt đất sử dụng Việt Nam 13 1.5 Tổng quan cơng trình nghiên cứu cơng nghệ quét laser mặt đất 14 1.5.1 Trên giới 14 1.5.2 Trong nước .19 1.6 Một số ứng dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất .22 1.6.1 Đo vẽ đánh giá biến động địa hình 22 1.6.2 Ứng dụng lĩnh vực phi địa hình 23 1.7 Những vấn đề phát triển luận án 30 1.8 Đánh giá ban đầu hiệu sử dụng công nghệ quét laser 3D mặt đất lĩnh vực địa hình 31 Tiểu kết Chương 32 Chương CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CÁC NGUỒN SAI SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT QUẢ QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT 33 2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống quét laser mặt đất 33 2.1.1 Nguyên lý chung 33 2.1.2 Nguyên lý hoạt động khối đo dài thiết bị quét laser mặt đất 36 iv 2.1.3 Nguyên lý hoạt động khối quay thiết bị quét laser mặt đất .43 2.1.4 Các phương pháp đo góc hệ thống quét laser mặt đất 44 2.2 Các nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quét laser mặt đất 47 2.2.1 Phân loại sai số quét laser mặt đất 47 2.2.2 Những sai số thiết bị quét laser mặt đất 48 2.2.3 Các sai số phương pháp quét laser mặt đất 54 Tiểu kết Chương 68 Chương XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU QUÉT LASER 3D MẶT ĐẤT TRONG LĨNH VỰC ĐỊA HÌNH 69 3.1 Đặt vấn đề 69 3.2 Thuật toán lọc điểm từ liệu đám mây điểm để thành lập DEM .71 3.2.1 Thuật toán lọc liệu dựa đám mây điểm phân đoạn 71 3.2.2 Thuật toán lọc liệu quét laser mặt đất lọc thích ứng độ dốc xử lý liệu thô việc phân cụm 72 3.2.3 Thuật toán lọc liệu qt bổ sung mơ hình hóa bề mặt phát triển mơ hình TIN tăng cường lọc .73 3.3 Xây dựng chương trình xử lý lọc đám mây điểm tự động 77 3.3.1 Sơ đồ khối chương trình 77 3.3.2 Mô tả bước sơ đồ khối .77 3.3.3 Đặc điểm chương trình 79 3.4 Thực nghiệm để so sánh, đánh giá độ xác DEM sau áp dụng xử lý lọc đám mây điểm tự động 81 3.4.1 Khu vực tiến hành thực nghiệm thu thập liệu 81 3.4.2 Kết thực nghiệm đánh giá độ xác .82 3.5 Đánh giá ưu, nhược điểm chương trình xử lý liệu đám mây điểm .101 3.5.1 Ưu điểm 101 3.5.2 Nhược điểm 101 3.5.3 Định hướng phát triển 102 Tiểu kết Chương 102 v Chương XÂY DỰNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ QT LASER 3D MẶT ĐẤT CHO VIỆC KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐỐI TƯỢNG PHI ĐỊA HÌNH .103 4.1 Quy trình cơng nghệ xây dựng mơ hình 3D đối tượng phi địa hình quét laser mặt đất 103 4.1.1 Quy trình cơng nghệ .103 4.1.2 Khảo sát thực địa 104 4.1.3 Lập phương án thi công 105 4.1.4 Thu nhận liệu 105 4.1.5 Kiểm tra liệu thực địa 106 4.1.6 Xử lý liệu nội nghiệp .106 4.1.7 Trích xuất sản phẩm .106 4.2 Thực nghiệm quét laser 3D mặt đất đối tượng hang động 106 4.2.1 Phạm vi đối tượng hang động tiến hành thực nghiệm .107 4.2.2 Khảo sát địa hình, địa vật .107 4.2.3 Phương án đặt trạm máy tiêu 108 4.2.4 Thu thập số liệu 110 4.2.5 Kiểm tra sai số ghép nối .111 4.2.6 Trích xuất sản phẩm 3D thực nghiệm 111 4.3 Thực nghiệm ứng dụng quét laser 3D mặt tuyến phố cổ 114 4.3.1 Khu vực tuyến phố tiến hành thực nghiệm thu thập liệu 114 4.3.2 Khảo sát thực địa 115 4.3.3 Phương án đặt máy quét thi công thu thập số liệu 115 4.3.4 Kiểm tra đánh giá độ xác sai số nắn ghép .117 4.3.5 Trích xuất sản phẩm 3D thực nghiệm 118 4.4 Thực nghiệm quét laser 3D mặt đất đối tượng di sản văn hóa 120 4.4.1 Khảo sát thực địa phương án thi công .122 4.4.2 Quá trình thu thập liệu chi tiết bảo vật di sản văn hóa 122 4.4.3 Kiểm tra liệu trạm máy thực địa 124 4.4.4 Trích xuất sản phẩm 3D thực nghiệm 125 vi 4.5 Đánh giá ưu, nhược điểm công nghệ quét laser mặt đất đối tượng phi địa hình .126 4.5.1 Đối với đối tượng hang động 126 4.5.2 Đối với đối tượng tuyến phố 128 4.5.3 Đối với đối tượng di sản văn hóa bảo vật 128 4.5.4 So sánh bước quy trình quét đối tượng phi địa hình 129 4.6 Ứng dụng sản phẩm 130 Tiểu kết Chương 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 131 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 PHỤ LỤC .142 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ tiếng Anh Chữ viết đầy đủ tiếng Việt 3D Three Dimentions Ba chiều ALS Aerial Laser Scanning Hệ thống quét laser 3D hàng không BS Backsight Hướng ngắm phía sau CSDL CSF Cloth Simulation Filtering Bộ lọc mơ hình hóa bề mặt DEM Digital Elevation Model Mơ hình số độ cao DTM Digital Terrain Model Mơ hình số địa hình FS Foresight Hướng ngắm phía trước GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý 10 LIDAR Light detection and ranging Hệ thống phát đo xa ánh sáng 11 TIN Triangular Irregular Network Mơ hình lưới tam giác không 12 TLS Terrestrial 3D Laser Scanning Hệ thống quét laser 3D mặt đất Cơ sở liệu viii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật số loại hệ thống quét laser mặt đất .10 Bảng 1.2 Đánh giá so sánh công nghệ quét laser mặt đất so với công nghệ khác 31 Bảng 2.1 Đại lượng góc quay gương máy quét laser mặt đất từ thời điểm tín hiệu phát tới đối tượng quét ngược lại thu .52 Bảng 3.1 Bảng so sánh liệu quét laser liệu địa hình có 94 Bảng 3.2 Bảng đánh giá sai số tuyệt đối điểm địa vật đặc trưng 95 Bảng 3.3 Bảng so sánh độ cao hai phương pháp thành lập DEM .99 Bảng 4.1 Thông số thiết bị quét laser 3D mặt đất – Faro Focus S350 118 Bảng 4.2 Bảng so sánh quy trình quét đối tượng phi địa hình 129 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Tên hình Trang Hình 1.1 Hệ thống MDL Dynascan S250 đặt ơtơ Hình 1.2 Các hệ thống quét Laser mặt đất phổ biến Hình 1.3 Khảo sát địa hình mỏ đất huyện Lạng Giang – tỉnh Bắc Giang 23 Hình 1.4 Mơ hình 3D kiến trúc cảnh quan phố Tạ Hiện - Hoàn Kiếm - Hà Nội 24 Hình 1.5 Mơ hình 3D thiết kế xây dựng cơng trình nhà dân dụng 24 Hình 1.6 Mơ hình 3D “Ngói gắn đề” - Hồng thành Thăng Long- Hà Nội 26 Hình 1.7 Mơ hình 3D di tích Nhà bát giác – Chùa Láng – Hà Nội 27 Hình 1.8 Mơ hình 3D đường ống dẫn dầu nhà máy Lọc dầu 28 Hình 1.9 Ứng dụng công nghệ quét laser 3D phẫu thuật tạo hình 29 Hình 1.10 Ứng dụng theo dõi, dự báo, giám sát thảm họa khai thác mỏ .30 Hình 2.1 Thành phần sơ đồ nguyên lý hệ thống quét laser mặt đất 33 Hình 2.2 Chức năng, thành phần cấu tạo thiết bị quét laser mặt đất 34 Hình 2.3 Kết quét laser mặt đất 35 Hình 2.4 Hệ tọa độ điểm trạm quét laser mặt đất 36 Hình 2.5 Nguyên lý phương pháp đo xung xác định độ dài khoảng cách .37 Hình 2.6 Sơ đồ xác định độ dài khoảng cách phương pháp đo pha 39 Hình 2.7 Nguyên lý làm việc hệ thống quét laser mặt đất Mensi Soisic 41 Hình 2.8 Xác định khoảng cách phương pháp tam giác quét laser 41 Hình 2.9 Ảnh hưởng đo kích thước thiết bị tích nạp tới độ sâu trình quét .42 Hình 2.10 Nguyên lý theo bước định vị ghi góc 43 Hình 2.11 Nguyên lý định vị ghi liên tục góc 44 Hình 2.12 Thời gian truyền xung khơng gian 58 Hình 2.13 Khoảng cách từ nguồn laser đến điểm khác địa vật hình cầu với bán kính R 59 Hình 2.14 Sự phụ thuộc độ rộng xung vào định vị mặt phẳng địa vật .59 Hình 2.15 Hình dáng tín hiệu vào tia laser đến ranh giới hai đối tượng 60 Hình 2.16 Ảnh hưởng cấu tạo màu sắc đối tượng đến kết qt 61 x Hình 2.17 Phân tích độ phân giải trạm quét laser mặt đất .63 Hình 3.1 Biểu đồ khối biểu thị biến động độ cao địa hình 69 Hình 3.2 Mơ hình biểu thị mơ hình số địa hình 70 Hình 3.3 Sơ đồ khối thuật tốn phép lọc mơ hình hóa bề mặt phát triển mơ hình TIN tăng cường lọc 74 Hình 3.4 Sơ đồ khối chương trình hỗ trợ xử lý liệu đám mây điểm 77 Hình 3.5 Các chức chương trình .80 Hình 3.6 Máy quét Faro S350 plus đặt thực địa 82 Hình 3.7 Mơ hình đám mây điểm sau nắn ghép 83 Hình 3.8 Mơ hình đám mây điểm sau gán màu sắc khu vực làng Gia Phú .83 Hình 3.9 Số liệu đám mây điểm vị trí qt 83 Hình 3.10 Vị trí đặt tiêu để ghép nối số liệu 84 Hình 3.11 Điểm tọa độ, độ cao hiển thị số liệu đám mây điểm 84 Hình 3.12 Mở file phần mềm 84 Hình 3.13 Định dạng *.Las mở file 85 Hình 3.14 Lựa chọ đám mây điểm cần xử lý 85 Hình 3.15 Số liệu hiển thị chương trình 85 Hình 3.16 View số liệu chương trình góc khác 86 Hình 3.17 Tính giảm mật độ đám mây điểm 86 Hình 3.19 Số liệu gốc trước giảm mật độ 87 Hình 3.20 Sử dụng tính tự động tính tốn địa hình 87 Hình 3.21 Vị trí tính lọc tự động địa hình .87 Hình 3.22 Các thơng số tính lọc tự động địa hình 88 Hình 3.23 Số liệu địa hình sau lọc cịn lại .88 Hình 3.24 Số liệu phi địa hình phân loại khỏi số liệu gốc 88 Hình 3.25 Hộp thoại xuất số liệu *.las file .89 Hình 3.26 Số liệu đám mây điểm thu thập phương pháp bay chụp ảnh UAV .89 Hình 3.27 Bản đồ địa hình khu vực thực nghiệm 90 139 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 cơng + 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 ô 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 công” - 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 tốn 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 khơng 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 công 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])