Luận văn thạc sĩ Bản đổ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý: Ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV) trong giám sát tiến độ thi công công trình tuyến metro số 1 Bến Thành - Suối Tiên

Nghiên cứu này cho thấy tính khả thi của việc ứng dụng hệ thống UAV trongviệc chụp không ảnh có độ phân giải cao và đưa ra kỹ thuật mới cho việc giám sáttiền độ thi công công trình theo

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

NGUYEN HUU NHAT

UNG DUNG THIẾT BI BAY KHONG NGƯỜI LAI (UAV)

TRONG GIAM SAT TIEN DO THI CONG CONG TRINH

TUYẾN METRO BEN THÀNH - SUOI TIEN

Chuyên ngành: Bản Đồ, Viễn Thám Và Hệ Thống Thông Tin Dia Lý

Mã số: 60 4402 14

TP HỖ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016

———

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc : PGS.TS Lê Trung Chon

Cán bộ cham nhận xét 1: TS Vũ Xuân Cường

TS Lê Thanh Hòa — Thư ký

TS Vũ Xuân Cường — Phản biện Ï

TS Phan Hiền Vũ — Phản biện 2

TS Trần Thị Vân — Ủy viên

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYÊN HỮU NHẬT MSHV: 13100998

Ngày, thang, năm sinh: 04-10-1980 Noi sinh: Thừa Thiên — HuếChuyên ngành: Ban Đồ, Viễn Thám Và Hệ Thống Thông Tin Dia Lý

Mã số: 60440214

I TÊN ĐÈ TÀI: “Úng dụng thiết bị bay không người lái (UA V) trong giám sát tiễn

độ thi công công trình tuyến Metro Bến Thành — Suối Tiên”

Il NHIỆM VU VÀ NỘI DUNG:

1) Xây dựng quy trình vận hành và khai thác hệ thong UAV Falcon 8

2) Xử lý ảnh sau khi bay chụp dé tạo ra sản phẩm ảnh trực giao, mô hình DSM vàxây dựng hién thị mô hình 3D

3) Đánh giá độ chính xác mặt bằng của sản phẩm ảnh sau xử lý dựa vào các điểmkhong chế mặt đất

4) Đánh giá so sánh độ cao của mồ hình DSM với dữ liệu LIDAR

5) Xây dựng chương trình hỗ trợ theo dõi tiễn độ thi công công trình

Il NGAY GIAO NHIỆM VU: 11/01/2016

IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 17/06/2016

V CÁN BO HUONG DAN: PGS.TS Lê Trung Chon

Tp HCM, ngày 17 thang 06 năm 2016.

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

(Họ tên va chữ ky) (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

Lời Cám Ơn

Đề có được những kiến thức nhất định cho việc hoàn thành quyếnLuận văn này, em đã nhận được sự dao tạo và giúp đỡ tận tình của quýThây, Cô thuộc Bộ môn Địa Tin Học, Trường Đại học Bách KhoaTp.HCM trong suốt quá trình học tập vừa qua Đó là những kết quả quý giá

va trân trọng Thông qua quyền Luận văn này, em xin chân thành cám onquý Thay, Cô trong Bộ môn Địa Tin Học, đã truyền đạt kiến thức và kinhnghiệm cho em trong suốt thời gian học tập tại trường

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Lê Trung Chơn,người thầy đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp em thựchiện quyên Luận văn này.

Em cũng xin chân thành cám ơn PGS.TS Trần Trọng Đức, người đã

có những góp ý chuyên môn cho Luận văn trong đợt báo cáo tiễn độ thựchiện Luận văn.

Đặc biệt, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến PGS.TS Lê VănTrung, Giám đốc Trung tâm Dia Tin Học — Đại học Quốc Gia Tp.HCM, cơquan nơi em công tác, đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, trangthiết bị cho em theo đuôi quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện quyềnLuận văn này.

Xin cám ơn các anh, chị, em đồng nghiệp ở Trung tâm Dia Tin Học

đã cùng đồng hành và nhiệt tình giúp đỡ trong suốt thời gian vừa qua

Cuối cùng, con xin tỏ lòng biết ơn đến Ba, Mẹ và những người thântrong gia đình đã động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian qua, tạo mọi điềukiện tốt nhất để con có thể tập trung học tập, nghiên cứu và thực hiện thànhcông quyền Luận văn này

Xin kính dâng lên quý Thầy, Cô, Ba, Mẹ và người thân kết quảnghiên cứu này thay cho lời cám ơn chân thành nhất./

‹=Ll«o

TÓM TẮT

UAV là thiết bi bay không người lái Do đó ứng dụng UAV trong không anhđược xem là một công nghệ mới trong chụp ảnh hàng không Ứng dụng UAV trongtrac dia ảnh mở ra nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau, với chi phíthấp, là giải pháp có thé thay thé cho phương pháp trắc địa ảnh truyền thong

Luận văn được thực hiện với đề tài: “Ứng dụng thiết bị bay không người lái(UAV) trong giám sát tiễn độ thi công công trình tuyến Metro Bến Thành — SuốiTiên ”.

Luận văn trình bày một giải pháp mới trong việc giám sát tiến độ thi côngcông trình của dự án đường sắt đô thị TP.HCM bang cách sử dụng hệ thong UAVthu nhận ảnh độ phân giải cao trong các giai đoạn khác nhau của dự án Với hệthống UAV AscTec Falcon 8 có thé hoạt động linh hoạt và đạt hiệu qua cao trongviệc chụp ảnh bé mặt đất với độ cao bay thấp Ngoài ra, sử dụng phần mềmPix4Dmapper để xử lý ảnh tạo ra các sản phẩm như: ảnh trực giao, mô hình DSM,

mô hình 3D dựa trên độ phủ của các tờ ảnh Các điểm khống chế mặt đất GCPs và

dữ liệu GIS được sử dụng để so sánh, đánh giá độ chính xác đạt được của giải phápứng dụng UAV Thuật toán biến đôi Helmert được sử dụng để cải thiện độ chínhxác cho sản phẩm ảnh trực giao

Nghiên cứu này cho thấy tính khả thi của việc ứng dụng hệ thống UAV trongviệc chụp không ảnh có độ phân giải cao và đưa ra kỹ thuật mới cho việc giám sáttiền độ thi công công trình theo thời gian

UAVs are unmanned aerial vehicles Hence, UAV photogrammetry can be understood as a new technology for capture aerial images UAV photogrammetry Opens various new applications in the difference domains, but also introduces low- cost alternatives to the classical manned aerial photogrammtery.

This thesis deals with the task: “Using Unmanned Aerial Vehicles (UAV) for mornitoring the construction progress of Metro Ben Thanh - Suoi Tien project”

This thesis describes a new approach for monitoring construction progress of the Urban Railway Construction Project by using Unmanned Aerial Vehicles (UAV) to capture high resolution imagery at different stages of the project The advantage of the UAV AscTec Falcon 8 systems lies in their high flexibility and efficiency in capturing the surface of an area from a low flight altitude In addition, Pix4Dmapper image processing software can permit to create ortho-images, DSM model and 3D model based upon overlapped images The Ground Control Points (GCPs) and GIS data were used to compare the achieved accuracy of UAV method The Helmert transformation algorithm were used to to improve accuracy for the ortho-images.

This study shows the feasibility of using an UAV system for acquiring the high resolution aerial images and the new opportunities for mornitoring the construction progress over time.

we [Le

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các sô liệu, kêt quả nghiên cứu nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từngđược ai công bố trong bat kỳ công trình nào khác

Tác giá Luận văn

Học viên

NGUYÊN HỮU NHẬT

oly

MỤC LỤC

BANG VIET 1l 0 |DANH MỤC HÌINH 2 G2 9xx Sư 99x99 se HDANH MUC BÁNG 5< << 2 h9 mg gu gx V3:90 8/(0627100027525 1

1 SU CAN THIET CUA DE TAL ccc se 6666565565555 555 555565556566 866 9668 1

2 MUC TIEU NGHIEN 000000220 .4 3

3 NOLDUNG NGHIEN 00005007na 3

4 ĐÓI TƯỢNG VA PHAM VI NGHIÊN CUU ccccsssssssccsccccccsccsccccccecceceecees 4

5 YNGHIA KHOA HOC VÀ THỰC TIEN cccccccssssssssssscssccccssccccccccccsscsscees 5

07109) 0050 7

/9)i019)00/.90557 7 7

1.1 TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 7

1.1] Tình hình nghiên CỨUN Ở NOG HƯỚC ằĂĂĂ Ăn se, 7 1.12 Tình hình nghién CỨU trong HHỚC eo Ă Ăn vs 10LL.B Kt UG nen 12

1.2 GIỚI THIEU MOT SO HE THONG UAV UNG DUNG TRONG KHONG ANH

—- 13

1.3 CƠ SỞ PHÁP LY CHO UNG DUNG UAV Ở VIỆT NAM e << ee<ss<sss 15

1.3.1 Thành phân ho sơ cấp giấy phép bay -c-«cc sec secerseeecee 151.3.2 Trình tự thực hiện cấp giấy phép c sec ssetsksereesereree 161.3.3 Tham quyên cấp phép hoạt động bay - sec sesecsesecee 161.3.4 Thời han cấp giấy phép hoạt động - ¿+ set serseserecse 16

1.4 TONG QUAN DU AN DUONG SAT ĐÔ THỊ TP.HCM [ Í] - 17

1.4.1 Quy hoạch phát triển dự án đường sốt đô thị TP.HCM 171.4.2 Giới thiệu tuyến metro số 1 Bến Thành — Suối Tiên - 19

0710/9061 21

XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH VÀ KHAI THÁC HỆ THÓNGUAV FALCON 6.1777 21

¬—— aAOAO EEG ESSE EAGER EE EES 21

2.1.2 Mối quan hệ giữa độ cao bay, tỉ lệ ảnh và độ phủ giữa các tờ ảnh

¬—— aAOAO EEG ESSE EAGER EE EES 23

2.1.2.1 Tính khoảng cách giữa các điểm waypoints 242.1.2.2 Tính thời gian cho một chuyến bay - 2 2 s52 27

2.2 GIỚI THIỆU HE THONG UAV FALCON 8 [ Í4] << 5555 sss« 28

2.2.1 Thông số kỹ thuật của UAV Falcon ồ ccscsececsesereesees 28

2.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH VAN HANH VA KHAI THÁC UAV FALCON 8 30

2.3.1 Sơ đồ quy trình vận hành UAV Falcon Š ccscsescsec 302.3.2 Mô tả chỉ tiết các bước của Quy Trinh «cac sec seseeseei 302.3.2.1 Khảo sát thực địa -c nnn SH HH 1v se 302.3.2.2 Thiết kế tuyến bay cc 2c 2e 2x2 Etrrekererererred 312.3.2.3 Kiếm tra hệ thong - ¿25c SE E23 2E te rrrrred 322.3.24 Tiến hành bay chụp - ¿+5 2522 E22 cerereeerrsererred 322.3.2.5 Kết thúc phi vụ bay - c2 2c Sex strrerererererred 332.3.2.6 Xử lý ảnh Ăn ng 332.3.2.7 Kiểm tra Kết quả ¿ ¿5-5 t3 23221 E22 rrrrrererred 332.3.2.8 Sản phẩm -.-c CS Sà St v11 212101011111 re 33

2.4 BAY CHỤP THỰC DIA TUYẾN METRO SỐ Í - e5 e5 s55 s35 sssssssss 34

JZNN( T na 342.4.2 Số liệu thiết kế tuyén DAY ccceccccccccccsssescssesesesctscsssctscevcesescseesvaven 342.4.3 Tiến độ bay chụp thực tes ceccccssccscessesscsssessessesssessessesssessessceseeseesees 352.4.1 Thiết kế vùng không gian bay CHUP ccccccccccccssssessseseesssessessseevees 3ó

011019) — 38

XU LÝ ANH BANG PHAN MEM PIX4DMAPPER 38

3.1 YÊU CAU CHUNG VE XU LY ẢNH s55 s29 S3 55955 569555 38 3.2 GIỚI THIỆU PHAN MEM PIX4DMAPPER [15] - << 5555 sss« 39

3.2.1 Dữ liệu đâu vào cho Pix4lDmappEF cà SE veeseei 393.2.2 Chức năng XU LÝ đHẪ KH Kha 4]3.2.3 Yêu câu cấu hình cài đặt PiXADMApper veccceccccccecsescssesssesseeeeeeeees 42

3.3 QUY TRINH XỬ LÝ ANH CHỤP BANG CÔNG NGHỆ UA.V ss‹ 43

3.3.l Dữ liệu ánh DAY CHỤP Ăn nh ke nha 443.3.2 Kiểm tra kết quả quá trình bay chụp va chất lượng ảnh chụp 443.3.3 Xác định các yếu tô định hướng ngoài của từng tam ảnh 453.3.4 Tạo dữ liệu đâu vào cho quá trình xử lý -c-ccscsesecsee 473.3.5 Xử lý ảnh bằng phân mêm Pix4DimqppeF c se cccesecsec: 463.3.6 Kiểm tra sản phẩm Sau Xử lÝ -c «cv steEekskrersereeo 49CR2 J7 016.0 nng.Ặ 50

CHUONG 1 51

PHAN TICH VA ĐÁNH GIA KET QUÁ 5 5< << «<< sesesesse 5]

4.1 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC c co 6c 2S S6 SSSe©Seeeesessesssssse 51

4.1.1 Xác định các diém khong chế mặt AGteececcccccccccscccscsscssccsscsscsscesees 514.1.2 Xác định tọa độ của các điểm khong chế mat đất trên anh trực2/55 EE EEE G REESE: 52 4.1.3 Công thức GQuss [ Ï7]' ĂĂ SGK vu 544.1.4 Giới thiệu thuật toán bién doi Helmert [ 19]' -c 544.1.5 Các phương an đánh giả độ chính XÁC -S <5 << << << <2 58

4.2 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC MAT BANG ccccccssssssosssscsssssscscccscsscccees 59

4.2.1 Anh xử lý bằng Pix4Dmapper không sử dụng điểm GCP 594.2.2 Anh xử lý bang Pix4Dmapper có sử dụng điểm GCP 614.2.3 Su dung thuát toán bién đối HELMET cecccccccccccccssecscsscssecsscssceseesees 62

4.2.3.1 Chuyên doi kinh tuyến trung ương và múi chiếu 62

4.2.3.2 Chon điểm trùng cho thuật toán Helmert - - 63

4.2.3.3 Tìm bộ tham số chuyển đổi -. ¿ + + 5222 sccezszscccee 64 4.2.3.4 Đánh giá độ chính xác của ảnh trực giao khi sử dụng thuật toán HeÌimerf - - - -c 22c 3311030111301 11011011110 1113 1113 111 1 xen 68 4.2.4 Biéu diễn độ lệch của điểm khong chế trên ảnh so với thực dia 69

4.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC VE ĐỘ CAO c G0026 666666666666666565865556 71 N17 nố Ầ 71

43.2 XU lý dữ HIỆU Ă Ăn HH vờ 72 4.3.3 Đánh giả so sánh giá tri AO CAO c S14 73 4.3.3.1 So sánh độ cao LIDAR với độ cao toàn đạc 73

4.3.3.2 So sánh độ cao cua mồ hình DSM với độ cao toàn đạc 75

4.3.3.3 So sánh độ cao cua mồ hình DSM với độ cao LIDAR 76

0110019) 79

XÂY DỰNG CHUONG TRINH THEO DOI TIEN ĐỘ THI CONG CONG TRINH TUYẾN METRO BEN THÀNH - SUOI TIEN 79

5.1 MUC DICH — YEU CẬU 2 G66 6 66 966 969999999999999598556555655655 79 5.2 XÂY DỰNG CƠ SỞ DU LIỆU << 6e 66 66 €6€€eeeeeeeeessesssssse 79 5.2.1 Cơ sở dữ liệu MANG T(SÍ€F ĂĂ SG Ăn kg 60 5.2.2 Cơ sở dữ liệu MAN V€CÍOF ẶĂ SG Ăn vs rxn 60 5.2.2.1 Thiết kế cấu trúc dữ liệu - c Sex 2x SE vseces 80 5.2.2.2 Chuyến đổi dịnh dang dữ liệu - 2 525552 c2 £+czs2 83 5.3 XÂY DỰNG CHUONG TRÌNH (c6 6S S6 €6 €eeeeeeeeessesssssse 83 5.3.1 GIới thiệu ChƯƠNG TFÌHH và 83 5.3.2 Cấu trúc chương IrÌnh «set gio Š4 5.3.3 Các chức năng chính của chương HÌHÏH «c4 56 5.3.3.1 Tắt/hiễn thị dữ liệu không ảnh theo thời gian 86 5.3.3.2 Chức năng tìm kiếm - 5+ + + xe £2£EeEeEzsrxrresrred 86 5.3.3.3 Chức năng cập nhật - HH se 88

Ð0:1019) 1077727777 90

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 2 << s5 se 5s se ssssse 90

G.1 KET n 5 a3 90

"An 9n c0 91 6.3 HƯỚNG MỞ RONG CUA DE TÀI c6 66 66 6 €6€€eeeeeeeeessesssssse 91

DANH MỤC CÁC CONG TRÌNH KHOA HỌC 92DANH MỤC TÀI LIEU THAM KHẢO 5 5 5 << ssssssssssss 93

31880096 8m 95GIỚI THIỆU HE THONG UAV FALCON 8 VÀ LAP KE HOẠCH

PHU LUC 2ocsccscccsssssccscsssscscsssscscsssscsssssscsssscscsssssscesessscsssssssesesssssssssaseseessses 103

XU LY TAO ANH TRUC GIAO BANG PHAN MEM PIX4DMAPPER

— ¬âA 103PHAN LY LICH TRÍCH NGANG .5-5 5< 55 «se se Sssssssssss 111

‹[LH]œ

BANG VIET TAT

Stt | Chir viết tắt Diễn giải

l CSDL Cơ sở dt liệu

2 |DSM Digital Surface Model

3 DTM Digital Terrain Model

4 |DHQG.HCM | Dai học Quốc gia TP.HCM

5 GCP Ground Control Points

6 |GIS Geographic Information System

7 | GPS Global Positioning System

8 IMU Inertial Measurement Unit

9 | SICA Japan International Cooperation Agency

10 | MGS Mobile Ground Station

II | MTP Manual Tie Point

I2 | NIR Near - Infrared

I3 | RGB Red Green Blue

14 | SCC Sumitomo — Cienco 6 Consortium

15 | UAV Unmanned Aerial Vehicle

LH]

DANH MỤC HINH

Hình 1.1 Khu vực nghiên cứu và các điểm GCP (dấu + màu đỏ) - -: c5 <5: ổHình 1.2 Biêu điên mdi quan hệ giữa độ chính xác của anh sau xu lý và độ phân 2/:8z//;87,/.83/772015770 777577 = -=—o 9Hình 1.3 Anh trực giao khu dân cư Nunspeet (Hà LAN) ccccccccscccsesssessesvscsesenscesseeeves 9Hình 1.4 Hệ thong UAV Swinglet CAM vivcccccccccsessscsssssscscsssscecscescscscesvsvscesvevsesees 10Hình 1.5 Sản phẩm anh của khu vực ga bảo tri (Depot) 7c cse sec se reesees 12Hình 1.6 Sản phẩm ảnh của tuyẾn tren CaO cccccecceccscesssvssessecssscvscssscvevsvscesvecseesvaven 12Hình 1.7 UAV trực thăng - FÏeÌÏICODfGF - c1 11v 1 111v xa 14Hình 1.8 UAV nhiễu động cơ -Mmulti FOFOF sát SE+ESkEsESekEekskrersereeo 14Hình 1.9 UAV cánh bằng - Fixwing [©] «S6 tk SE kg 15Hình 1.10 Mô hình hệ thong metro TP.HCÌM ¿+ + k+k+sE+E+kEsEskekEeesererserees 17Hình 1.11 Sơ đồ các tuyến metro TP.HCM - «se k*kSšE+EEESESEEkEeerkrerserkeo 19Hình 1.12 Biểu đô thể hiện vốn AGU tit eeeescecceccsecsesessssstsensecsesessessneestesestseseenesees 20Hình 1.13 Một đoạn trên cao cua tuyến TH€HFO SO Lecccccccscescssssssecsessccssessessecseessessees 20Hinh 2.1 Anh hưởng của độ cao bay và tiéu cự đến vùng thu anh [ I5] 22Hình 2.2 Ảnh hưởng của độ cao bay và tỉ lệ anh đến độ phủ giữa các anh [15] 24Hình 2.3 Vùng phủ của ảnh khi chiều rộng của cảm biến vuông góc với hướng bay

1 —— 26 Hình 2.5 Tinh thot gian bay giữa 2 WADOIHÍS ĂĂĂSc cv set 27Hình 2.6 Hệ thông UAV Falcon Ể, + kStEESEEESESEESEESEEE SE gen, 28Hình 2.7 Sơ đồ quy trình vận hành UAV Falcon Š «+ k+kkets+Eeesererseeees 30Hình 2.8 Điểm khong chế ngoài thực địa và trên ảnh chụp se cscsececsee: j1Hình 2.9 Các điểm waypoints khu vực ga bảo trì (Depot) — tuyến metro số Ï 34Hình 2.10 Xác định khu vực bay chụp cho các chuyến bay ở khu Depot 36Hình 2.11 Xác định khu vực bay chụp cho các chuyến bay thuộc tuyén trên cao 37Hình 3.1 Giao điện chính của phần mêm Pix4DimapĐ€F «sec se reeseeo 39

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình xứ lý ảnÌh Sát tk TS TT HT ngu 43Hình 3.3 Anh đơn thu được sau quá trình bay CÌIỤpD «ca Set Eeesesersereeo 44Hình 3.4 Các yếu to định hướng ngoài của ảnh [17] -e-« «se csxseskesrseeereesees 46Hình 3.5 Ba góc xoay của ảnh theo ba truc tO đỈỘ SẶSS se 47Hình 3.6 Dữ liệu ảnh và giá trị các yếu tổ định hướng ngOài c- «sec c5: 47Hình 3.7 Sản phẩm ảnh trực giao và mô hình DSMM «Set +eEsesecersesees 46Hình 3.8 Ảnh trực giao, mô hình DSM và mô hình 3D khu vực Trạm 2 49Hình 4.1 Phân bố các điểm khong chế trên ID€DOFL 6 s++ksk ket s+Eeesererserees 51Hình 4.2 Nhận biết các điểm không chế trên đnÌ - 2 + s+k+E++kEev+e+eEseeeei 52Hình 4.3 Xác định toa độ của các điểm khong chế trên ảnh trực giAÓ ««- 53Hình 4.4 Quan hệ giữa 2 hệ tọa độ trong thuật toán [elTne€rf -«««««s 59Hình 4.5 Sơ đồ đánh giá độ chính xác ảnh trực giao theo 3 phương án 59Hình 4.6 Chuyển đổi múi chiếu và kinh tuyến trung ương bằng GeoTools 62Hình 4.7 Kết quả chuyển đổi múi chiếu và kinh tuyén trung uong 5c 63Hình 4.8 Biéu đô biểu diễn độ lệch toa độ trên ảnh so với thực địa 70Hình 4.9 Ảnh trực giao va dit liệu điểm khu vực Trạm 2ecccccccsccscccecssccsccsscsscsscesseses 73Hình 4.10 Kết quả thong kê giá trị chênh cao giữa LiDAR và toàn đạc 74Hình 4.11 Kết quả thong kê giá trị chênh cao mô hình DSM và toàn đạc 75Hình 4.12 Kết quả thong kê giá trị chênh cao mô hình DSM và LiDAR 77Hình 4.13 Mô hình 3D từ dit hiệu UAV và LIDAR -SSS S111 1 vn 76 Hình 5.1 CSDL F(SẨ©F SG SG S TT và SOHình 5.2 Dữ liệu ảnh trực giao tuyen tren CAO eccccccccssssssessecssscvscsvcvevsvecesvsceesvsven SOHình 5.3 Cầu trúc không gian dit liệu geodatabase v.cccccccccccccsessscessssscsseseseesseceveeee 6ÏHình 5.4 Cấu trúc lưu trữ dữ liệu không gian theo geodatabqse - «c5: 83Hình 5.5 Sơ đồ cấu trúc chương trinheccccccccccccccsessscssssvssssscvscecssessscsecsvsvsevevsvseesvees 54Hình 5.6 Giao điện chính của Chung ẨHÌHH cv xxx vs le)Hình 5.7 Hiển thị không ảnh theo thời @Ì@14 -c- + set EsEsEekEekrkrereereeo 86Hình 5.8 Các chức năng tim Kiemiiccccccccccccccccsssessessscsescsecssscescevscescscsecsvsvsevsvaveeeevacs 56Hình 5.9 Tìm tru theo tén tru cccccccccccccccccccsccccccsccuscsccscceccesccusceccesccuscescesscuscescensceess S7 Hình 5.10 Tìm trụ theo lý ẨFÌHH co KT KT KT vn cết ŠZ

Hình 5.11 Tìm kiếm trụ theo nhà thâu thi CÔPg -c-c + SE EsEsEeEeeserereerees 5SHình 5.12 Tìm kiếm trụ theo Vidduct eccccccccccccsccsccsccsccsscssccscesscssccsscsscsscsscsssessessceseens 66Hình 5.13 Cáp nhát thUỘc tinh CHO ÍFH SH vn cha 59Hình 5.14 Cập nhật thông tin nhà that cccccccccccccccsscccssssscscesescesssescscscescsvsceevevseeseees 89

‹>LH]z

DANH MỤC BANG

Bang 1.1 Danh sách các depot CUA dự GN THI©ÍTO àĂcc cv set 18Bang 2.1 Thông số thiết kế tuyến bay cho khu Vực Depotec.eccccccscccsessseseesssvsveveeeevees 34Bang 2.2 Thông số thiết kế tuyến bay cho tuyén trén CẠG- 5< c6 SE scseei 35Bang 2.3 Thời gian và số lượng bay chụp thực tế cho công trình tuyến Metro số 135Bang 3.1 Dữ liệu nhập cho một phiên xử lý bằng Pix4Dmapper -c- c5: 40Bang 3.2 Các tính năng xư lý anh của PIX4ÙđDDGF ẶẶẶĂĂS S2 4]Bang 3.3 Giá trị các yếu tô định hướng ngoài của tờ ANN eeececcecececssccseesteessecteeeeees 46Bang 4.1 Tọa độ toàn đạc cua điểm khong chế mặt đất trên khu Depot 52Bang 4.2 Tọa độ của các điểm không chế trên ảnh trực gÌAO c-eccsesscsse: 53Bang 4.3 Dánh giá độ chính xác mặt bằng khi không sử dung GCP ó0Bảng 4.4 Đánh giá độ chính xác mặt bằng có sử dung GCP -c- sex: 61Bang 4.5 Giá tri tọa độ cua 10 diém trùng ngoài thực địa và trên ảnh 64Bang 4.6 Kết quả tính chuyên tọa độ các điểm khong chế theo Helmert 67Bang 4.7 Kết quả tính toán sai số trung phương đơn vị trong SỐ ỊI c5: 68Bang 4.8 Kết quả đánh giá độ chính xác khi sử dung thuật toán Helmert 69Bang 4.9 Giá trị độ lệch toa độ AS của 15 điểm khống chế s csesscsee: 69Bang 4.10 Kết qua so sảnh độ cao LiDAR với độ cao toàn đạc «-«- 74Bang 4.11 Kết qua so sảnh độ cao mô hình DSM với độ cao toàn đạc 75Bảng 4.12 Kết quả so sánh độ cao mô hình DSM với độ cao LiDAR 76Bang 5.1 Mô tả các đổi tượng trong cấu trúc geodatabq$e -ccccscsesecsec: 6ÏBang 5.2 Cầu trúc thuộc tính lop TramDuHg ¿se +kEsE+eEeesererseeees S2Bang 5.3 Cầu trúc thuộc tính lớp TÍ - - SE SE SE SE gu S2Bang 5.4 Cầu trúc thuộc tính lop Kim _ 100 - «6s k+k+E+E+EsEsEeEeerererserees 82

oll

PHAN MỞ ĐẦU

1 Sw cân thiết của dé tài

Dé quan sát một khu vực của bê mặt trái dat, trong các hoạt động giám sát,người ta có thé sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh hàng không (bay chụp bằng máy bay cóngười lái), tuy nhiên hiệu quả của phương pháp này không cao khi áp dụng cho khuvực nhỏ hẹp, vì chi phí cho một lần

gian thấp, trong khi phạm vi khu vực

phân giải không gian cao.

Với hệ thông UAV (thiết bị bay

đa đến 300m, hình ảnh thu rõ nét, tạo

bay lớn, độ chính xác và độ phân giải không cân quan sát nhỏ hep và can độ chính xác, độ

không người lái) có thể bay chụp ở độ cao tối

ra sản phầm bình đô ảnh trực giao có độ chínhxác và độ phân giải không gian cao, trong khi chi phí bay thấp Mặt khác hệ thốngnhỏ gọn, hoạt động ôn định và linh hoạt kế cả trong khu vực nhỏ hẹp Do đó ứngdụng hệ thống UAV trong hoạt động

rừng, giám sát sông, kênh rạch, cho

giám sát tiễn độ thi công công trình, giám sátphạm vi nhỏ là giải pháp tối ưu

N guon: http://www ists.or.jp/Height + Satellite

800 km

500 km -ALOS/PRISM, PALSAR Airplane

- Terra‘ASTER

1000 m =e Be |

300m (ae - lens reflex

Pics: eet SỐ) camera Small UAV150m

10m

—TM 100 cm 5-100 cm 1-10 cm

Spatial resolution

Hình 1 Biểu diễn mỗi twong quan giữa độ cao bay va độ phân giải không gian

của các hệ thong bay chụp

Dự án tuyến metro số 1 Bến Thành — Suối Tiên TP.HCM, với ga bảo tri(Depot) có diện tích 27,7 ha, toàn bộ tuyến trên cao dài 17,1 km và tuyến ngầm dài2,6km [1] Toàn bộ công trình có nhiều hạng mục khác nhau với nhiều đơn vị thicông khác nhau Vì vậy một vấn đề đã được chủ đầu tư và nhà thầu chính đặt ra làlàm thế nào để theo dõi và giám sát tiến độ thi công công trình của từng hạng mụccủa từng đơn vị thi công và của cả dự án một cách trực quan và bao quát theo thờigian băng không ảnh có độ phân giải cao dưới Sem, độ phủ ngang của ảnh theochiều dài tuyến là 80m Đồng thời tạo công cụ hỗ trợ quản lý và khai thác dữ liệukhông ảnh, cung cấp nhanh chóng và chính xác thông tin, hình ảnh theo yêu cau.Trước các yêu cầu của nhà thầu chính, trong khi khu vực có tuyến metro số 1

đi qua là khu vực đô thị, đông dân cư và phương tiện giao thông đông đúc thì việcứng dụng hệ thống máy bay có người lái để bay chụp không ảnh là không khả thi vàứng dụng các UAV cần đường băng dé cất/hạ cánh là không hiệu quả và khó thựchiện Từ điều kiện và nhu cầu thực tế đó, được nhà thầu chính (SCC) đặt hàng trựctiếp, Trung tâm Địa Tin Học - DHQG.HCM (noi học viên hiện đang công tác) đãứng dụng hệ thông UAV Falcon 8 dé bay chụp không ảnh từ độ cao 100m, với độphân giải không gian đạt dưới 3cm cho ga bảo trì có diện tích 27,7 ha và toàn bộtuyến trên cao dài 17,1 km với độ phủ ngang dọc tuyến là 120m đã đáp ứng đượcyêu câu của chủ dau tư và nhà thâu chính đặt ra.

Học viên với vai trò là người thực hiện chính cho việc chụp không ảnh băngUAV và tham gia xử lý ảnh cho toàn bộ dự án tuyến metro số 1, ghi nhận trong quátrình thực hiện vẫn còn nhiều van đề cần làm rõ thêm như: độ chính xác vi trí củacác đối tượng trên ảnh sau xử lý, độ phân giải không gian thay đổi khi độ cao baythay đổi, đánh giá so sánh với sản phẩm của công nghệ LiDAR để từ đó có thé

mở rộng ứng dụng hệ thông UAV cho các lĩnh vực khác với các mục đích khácnhau.

Nhăm tiếp tục phát triển mở rộng việc ứng dụng UAV trong các lĩnh vực khác,việc nghiên cứu để dua ra những đánh giá so sánh có cơ sở khoa học là điều cầnthiết, để từ đó vận hành hệ thống UAV trong hoạt động thực tiễn đảm bảo được sự

an toàn và đạt hiệu quả cao, cũng như việc xử lý ảnh sau khi bay chụp đạt được độchính xác tốt nhất.

Với điều kiện và thực tế đó, luận văn được thực hiện với đề tài: “Ung dungthiết bi bay không người lái (UAV) trong giám sát tiễn độ thi công công trìnhtuyến metro Bến Thành — Suối Tiên” Đề tài là một ứng dụng mới cần đượcnghiên cứu và phát triển mở rộng trong tương lai với nhiều ứng dụng khác nhau chonhiều lĩnh vực Kết quả đạt được giúp làm chủ công nghệ mới trong việc tạo ảnh độphân giải cao, đa thời gian nhằm cung cấp nhanh thông tin hỗ trợ công tác quản lý,theo dõi và giám sát cho các mục đích khác nhau, góp phan phát triển kinh tế-xãhội.

2 Mục tiêu nghiên cứu

+ Mục tiêu tổng quái: Ứng dụng thiết bi bay không người lái (UAV) tronggiám sát tiến độ thi công công trình tuyến metro Bến Thành — Suối Tiên.+ Mục tiêu cụ thể:

—_ Xây dựng quy trình vận hành và khai thác hệ thống UAV trong việcchụp không ảnh phục vụ giám sát tiến độ thi công công trình tuyếnMetro.

— _ Xử lý ảnh sau bay chụp.

— anh giá độ chính xác mặt bang và độ cao của sản phẩm sau xử lý

— Đánh giá so sánh các sản phẩm ảnh sau xử lý từ hệ thong UAV với

dữ liệu LiDAR của cùng khu vực và cùng thời điểm

— _ Xây dựng phan mém theo dõi tiễn độ thi công công trình tuyến metro

số 1 dựa vào ảnh đã xử lý

3 Nội dung nghiên cứu

1) Xây dựng quy trình vận hành và khai thác hệ thông UAV Falcon 8

2) Str dụng phần mềm Pix4Dmapper xử lý ảnh sau khi bay chụp để tạo ra sảnphẩm ảnh trực giao, mô hình DSM và xây dựng hiển thị mô hình 3D Trong

Đánh giá so sánh các sản phẩm ảnh sau xử lý từ hệ thong UAV Falcon 8 khibay chụp từ độ cao 100m với dữ liệu LIDAR của cùng khu vực và cùng thờiđiểm về độ chính xác độ cao.

Sử dụng ngôn ngữ Ner để xây dựng phần mềm theo dõi tiễn độ thi công côngtrình Phần mềm có các chức năng chính như: tìm kiếm và hién thị hình ảnhtheo vi trí, thời gian và tên cua đơn vi thi công, cập nhật thông tin thuộc tính.Đánh giá khả năng phát triển mở rộng ứng dụng cho các lĩnh vực khác, như:nồng nghiệp, giao thông, đô thị, thành lập bản đồ

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu hệ thống UAV Falcon 8 dé đưa ra quy trình vận hành và khaithác hệ thống trong việc bay chụp thu nhận ảnh độ phân giải cao cho tuyếnmetro số 1

- Phần mềm Pix4Dmapper trong việc xử lý ảnh bay chụp tạo anh trực giao

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn như sau:

— Khu vực nghiên cứu: Dự án tuyến metro số 1 Bến Thành — Suối TiênTP.HCM, với ga bao trì (Depot) có diện tích 27,7 ha và toàn bộ tuyến trêncao dai 17,1 km.

-_ Hệ thống UAV sử dụng: Hệ thong Falcon 8 của công ty AscendingTechnologies (Duc).

— Phan mêm sử dung:

‹ Sit dụng phần mềm AscTec AutoPilot Control dé thiết kế, điều khiến

và thực hiện bay chụp với Falcon 8.

‹ - Sử dụng phần mềm Pix4Dmapper dé xử lý ảnh sau bay chụp

¢ - Sử dụng phần mềm ArcGIS dé chuyển đổi về hệ tọa độ VN2000, trìnhbày bản đô, hién thị và xuất các sản phẩm ảnh sau xử lý

¢ St dụng ngôn ngữ We để xây dựng phần mềm theo dõi tiến độ thicông công trình.

— Dit liệu su dụng:

¢ Toa độ của các điểm khống chế hạng IV va cấp đường chuyên được

bố trí dọc tuyến metro số 1 do nhà thầu chính cung cấp

¢ - Dữ liệu CAD do nhà thâu chính cung cấp, bao gồm khu ga bảo tri, cáctrạm dừng, vi trí các trụ, giới hạn phạm vi của tuyến metro số 1

¢ Dé liệu LiDAR khu vực cầu vượt Tram 2, phường Linh Trung, quậnThủ Đức.

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

— Để xuất quy trình ứng dụng công nghệ UAV trong theo dõi tiến độ thicông công trình xây dựng bằng không ảnh

— Kết quả đạt được giúp làm chủ công nghệ mới trong việc tạo ảnh độ phângiải cao, đa thời gian nhằm cung cấp nhanh thông tin hỗ trợ công tác quản

lý, theo dõi và giám sát và cho các mục đích khác nhau.

4 Ý nghĩa thực tiễn

— Đề tài đưa ra một hướng ứng dụng mới trong các hoạt động như: khảo sátđịa hình, giám sát môi trường, đô thị, giám sát sạt lở/lắn chiếm bờ sông,kênh rach, theo dõi tiễn độ thi công công trình

— Kết quả của dé tai được ứng dụng cho việc giám sát tiễn độ thi công côngtrình tuyến metro số 1 Bến Thành — Suối Tiên của TP.HCM, mang lại hiệuquả cao được nhà thâu chấp nhận và đánh giá tích cực, như giảm thời giankhảo sát thực địa, theo dõi tiến độ một cách tong quát, trực quan, tạo công

cụ hỗ trợ quản lý và khai thác dữ liệu không ảnh hiệu quả, phục vụ cho

mục đích giám sát công trường của dự án.

Do [Ll ey

Chương |

TỎNG QUAN

1.1 Tống quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước

Ngày nay, ở các nước phát triển như Đức, Anh, Pháp, Mỹ, Isreal, thiết bịbay không người lái (UAV) đã được sử dụng rộng rãi cả trong lĩnh vực quân sự lẫndân sự Tuy nhiên, UAV chỉ được được nghiên cứu và phát triển chủ yếu phục vụcác nhu cầu của quân đội như tuần tra, trinh sát, Đến những năm 2000 trở lạiđây, UAV mới bắt đầu được phát triển rộng rãi và được ứng dụng cho mục đíchchụp không ảnh độ phân giải cao trong các lĩnh vực như:

— — Nông nghiệp: các nhà san xuât có thê đưa ra các quyét định đáng tin cậy về khu vực cây trong bị sâu bệnh, nhờ vào các dữ liệu và hình anh độ phân giải cao thu nhận được một cách nhanh chóng và chính xác từ UAV [2].

— _ Lâm nghiệp: Dữ liệu thu nhận từ UAV có thé được sử dụng để giám sát thảmthực vật, tính toán sinh khối, khảo sát diện tích rừng bị cháy, nhận dạng một

— _ Quản lý các tình huống khẩn cấp và cứu trợ: UAV có thé nhanh chóng thunhận các hình ảnh nhằm phục vụ công tác đánh giá và lập kế hoạch cứu hộ,cứu nạn một cách nhanh chóng [6].

— — Giám sát giao thông: khảo sát, đánh giá mật độ phương tiện tham gia giaothông theo thời gian, lộ trình, xu hướng di chuyền [7]

Đã có các công trình nghiên cứu đánh giá về độ chính xác của các sản phẩmđược tạo ra từ kỹ thuật ứng dụng UAV trong việc chụp không ảnh đã được công bố

và trình bày tại các hội nghị quốc tế:

Nhóm nghiên cứu: O Kiing et al [8], đã sử dụng hệ thống UAV swingletCAM của công ty senseFly (Thụy Sĩ) để bay chụp thử nghiệm trong các điều kiệnkhác nhau như: độ cao bay, vùng phủ, thời tiết, và sử dụng phần mềm xử lý ảnh

tự động Pix4Dmapper để xử lý tạo ảnh trực giao và mô hình DSM Kết quả đãđược báo cáo tại Hội nghị Ứng dụng thiết bị bay không người lái trong lĩnh vựcĐịa Tin Hoc tại Thụy Sĩ năm 2011.

Hình 1.1 Khu vực nghiên cứu và các điểm GCP (dấu + mau đỏ)

- — Hệ thống UAV swinglet CAM [9] cũng có các đặc điểm kỹ thuật tươngđương với hệ thống hệ thống UAV Falcon 8 (được trình bày trong chương2):

+ Trọng lượng: 0,5 kg (chưa bao gồm pin)

+ Kích thước cánh: 80cm

+ Camera: 16 MP

+ Độ cao bay tối da: 1000m

+ Thời gian bay tối đa: 30 phút

— — Kêt quả đánh gia của nhóm nghiên cứu: với ảnh chụp có độ phân giải từ5,7em đến 33cm (ứng với độ cao bay từ 130m đến 900m), thì độ chính xácđạt được trong hai trường hợp xử lý như sau:

+ Không sử dụng các điểm GCP trong quá trình xử lý: độ chính xác đạt được

từ 2m đến 8m

+ Có sử dụng các điểm GCP trong quá trình xử ly: độ chính xác đạt được từ0,05m đến 0.2m

Si | 1.2 | | Z7 ¬ — 4 L

Độ phân giải ảnh (cm) Độ phân giải ảnh (cm)

Không su dụng các điểm GCP Có su dụng các diém GCP

Hình 1.2 Biêu diện moi quan hệ giữa độ chính xác của anh sau xu lý và độ phân

giải cua anh chụp [8]

Nhóm nghiên cứu: M Rijsdijk et al cua Hà Lan đã nghiên cứu ung dung hệthống UAV Falcon 8 trong việc xác

dinh ranh dia chinh cho khu dan cu

mới Nunspeet (Ha Lan) Với anh chụp

1.1.2 Tình hình nghién CỨU trong nước

Ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ UAV trong không ảnh vẫn còn là van

đề rât mới, hiện tại chưa có nhiêu nghiên cứu về lĩnh vực này.

Vào năm 2013 Viện Công nghệ Không gian trực thuộc Viện Hàn lâm Khoahọc và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện thành công đề tài cấp Nhà nước: “Chếtạo tô hợp máy bay không người lái phục vụ nghiên cứu khoa học” Nhómnghiên cứu do PGS.TS Phạm Ngọc Lãng đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thànhcông 05 loại mẫu máy bay không người lái mang ký hiệu AV.UAV.MSI,AV.UAV.sl, AV.UAV.s2, AV.UAV.s3, AV.UAV.s4 Đây là nhóm đầu tiênnghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công máy bay không người lái tại Việt Nam

Tuy nhiên hiện nay vẫn đang trong giai đoạn bay thử nghiệm, chưa ứng dụng vào

thực tế cho mục dich cụ thé [11]

Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Trắc địa Bản đồ của Cục Ban

dé thuộc Bộ Tổng Tham mưu, đã và dang ứng dụng hệ thống UAV UX5 Trimble(Mỹ) trong chụp ảnh hàng không kỹ thuật SỐ phục vụ mục đích khảo sát địa hình,thành lập bình đồ ảnh trực giao và mô hình bé mặt số DSM với độ phân giải khônggian trung bình I5cm [12]

Vào năm 2014, Thượng úy Nguôn ảnh: https://www.sensefly.com

Vũ Phan Long và kỹ sư Lê Thăng

thuộc Cục Bản đồ (Bộ Tổng Tham

mưu) đã bay thử nghiệm thành

công hệ thong UAV Swinglet CAM

(Thụy Sĩ) chụp và xử lý số liệu đám

mây điểm phục vụ thành lập bản đỗ

3D hành lang tuyến điện cao thế Hà

Nội — Sơn Tây, nhăm tìm ra giải

pháp dé ứng dụng thiết bi này vào các hoạt động quốc phòng trong tương lai [12]

Vào tháng 03 năm 2013, Công ty cô phần Chân Châu (Hà Nội) ứng dụng hệthống UAV Swinglet-Cam của hãng Sensefly (Thụy Si) thực hiện bay chụp thửnghiệm phục vụ giám sát tài nguyên thiên nhiên và xây dung mô hình DSM mo than lộ thiên khu vực mỏ than Cọc Sáu, tỉnh Quảng Ninh với diện tích khoảng 30ha [13].

Cả hai hệ thống UAV UX5 Trimble và Swinglet-Cam là loại UAV cánhbang, khi cat/ha cánh phải cần một khu vực rộng (tối thiểu 40m x 50m), do đó ratkhó ứng dụng cho các khu vực đô thị, đông dân cư.

Từ tháng | năm 2013 đến nay, Trung tâm Dia Tin Học thuộc Khu Công nghệPhần mém, Đại học Quốc gia TP.HCM đã và đang ứng dụng thành công hệ thốngUAV Falcon 8 của công ty Ascending Technologies (Đức) trong hoạt động theodõi tiến độ thi công công trình tuyến metro số 1 Bến Thanh - Suối Tiên, với cácsản phẩm được khách hàng chấp nhận và đánh giá cao Một số sản phẩm cụ thểnhư sau:

Ho Chi Minh City Urban Railway Construction Project Ben Thanh - Suoi Tien Section (Line 1)

Hình 1.5 Sản phẩm anh của khu vực ga bảo tri (Depot)

Ho Chỉ Minh City Urban Railway Construction Project Ben Thanh - Suoi Tien Section (Line 1)

From Km 3 + 600 To Km 5 + 860

1.1.3 Kết luận

Theo các công trình nghiên cứu của nước ngoài, khi ứng dụng các hệ

thống UAV bay chụp không ảnh, sản phẩm ảnh trực giao được xử lý bang phanmém PhotoScan hay Pix4Dmapper có sử dụng các điểm GCP trong quá trình

xử lý cho độ chính xác mặt băng từ Sem — 20cm

Một van dé đặt ra là nếu ảnh trực giao sau xử ly áp dụng các thuật toánbiến đổi dé nan chuyền hệ tọa độ cua anh về hệ tọa độ của các diém GCP thôngqua các điểm trùng thì độ chính xác có được cải thiện không? Và van đề đánhgiá độ chính xác về độ cao của mô hình DSM tạo ra sau xử lý như thê nào?

Đề giải quyết hai van dé còn tổn tại trên, trong đề tài này, học viên đã sử

dụng thuật toán biến đôi Helmert để nan chuyển hệ tọa độ của ảnh trực giao về

hệ tọa độ VN2000 (trùng với hệ tọa độ của các điểm GCP) và tiễn hành đánh độchính xác mặt bằng của ảnh trực giao sau khi nan chỉnh Ngoài ra, đánh giá độchính xác về độ cao băng cách so sánh với độ cao từ dữ liệu LIDAR đã được kiểmchứng.

1.2 Giới thiệu một số hệ thống UAV ứng dụng trong không anh

Thiết bị bay không người lái — UAV là thiết bị bay mà việc điều khiến, duy trìhoạt động của chuyến bay không cần có sự tham gia điều khiến trực tiếp của phicông, tô lái trên thiết bị bay đó UAV là phương tiện bay siêu nhẹ, bao gồm các loạikhí cầu và mô hình bay

Hiện nay công tác thu thập dữ liệu ảnh hàng không đang được phát triển mạnh

mẽ trên thé giới, từ một số loại UAV có thé bay cao đến khoảng 20km dé chụp ảnhcho các mục đích thành lập bản đồ hay mang vũ khí cho mục đích quân sự., Nhưng phát triển đa dạng và với SỐ lượng nhiều nhất là loại UAV nhỏ cho các mụcđích khảo sát địa hình, thu thập dữ liệu không ảnh cho khu vực nhỏ UAV được chialàm 3 loại chính tương ứng với nguyên lý cau tạo kỹ thuật của chúng:

4 UAV trực thăng (helicopter) [14]: Sử dụng một động cơ day thang đứng chịutải chính và động cơ đuôi điều chỉnh hướng, có thé hoạt động ở mọi loại địahình Nếu lắp động cơ xăng thời gian bay có thể tới 6 giờ bay, khả năngchuyên chở lớn, vì dùng một động cơ chính dé chịu tải nên cánh quạt rất lớn,đường kính từ 2m đến 6m, khi xảy ra trục trac kỹ thuật rất nguy hiểm cho conngười, loại UAV này được ứng dụng rất hạn chế (hình 1.7)

Nguôn ảnh: https://grabcad.com

Hình 1.7 UAV trực thăng - Helicopter+ UAV nhiều động cơ (multi rotor) [14]: Sử dụng nhiều động cơ điện day thăngđứng, điều chỉnh cân băng và hướng bay nhờ sự phối hợp thay đối lực day củacác động cơ Loại UAV này có khả năng ứng dụng ở mọi loại địa hình phứctạp, có thể dừng lại trên không để quan sát, độ an toàn cao vì sử dụng các động

cơ nhỏ, dễ dàng điều khiến, đây được chọn là loại UAV nhỏ phố biến nhấthiện nay Nhược điểm chính là sử dụng nguồn năng lượng pin, dùng nhiềuđộng cơ nên hao tốn năng lượng nhanh, khả năng chịu gió yếu, chỉ bay tốt ởthời tiết gió nhẹ cấp 3 trở xuống, thời gian bay ngăn thường chỉ khoảng 20 —

30 phút cho một ca bay (hình 1.8).

và lợi dụng sức nâng của cánh khi đạt đủ tốc độ tối thiểu quy định Do sử dụng

it năng lượng vi chi cần 1 động cơ, nên thời gian bay lâu, kha năng mang tảitrọng lớn, tuy nhiên điều khiến máy bay này can có kỹ năng nhất định Từ khi

ứng dụng thành công định vi vệ tinh vào hệ thong diéu khién bay tự động, việcứng dung UAV cánh băng có nhiều bước đột phá mạnh mẽ và được sử dụngrộng rãi trong quân sự và trong thu thập dữ liệu ảnh hang không.

Nguôn ảnh: http://edition.cnn.com

Trong 3 loại trên UAV cánh băng có hiệu suất hoạt động tốt nhất nhờ có thiết

kế vững chắc, tải trọng lớn, thời gian bay 1 ca bay có thé tới hàng chục giờ, khảnăng tận dụng lực nâng của gió, chịu được tốc độ gió lớn

1.3 Cơ sở pháp lý cho ứng dung UAV ở Việt Nam

Nhằm giảm thiểu những hoạt động bay tự do, góp phan bao đảm an toàn, gingiữ an ninh hàng không và trật tự xã hội tăng cường quản lý hoạt động của các loại máy bay không người lái, các phương tiện bay siêu nhẹ, pháp luật đã quy địnhnhững điều cụ thé về việc sử dụng tau bay không người lái và các phương tiện siêunhẹ tại Việt Nam căn cứ vào các cơ sở pháp lý sau:

—_ Nghị định 36/2008/NĐ-CP về việc quản lý tau bay không người lái và cácphương tiện bay siêu nhẹ.

— Nghị định 79/2011/NĐ-CP sửa đổi Nghị định 36/2008/NĐ-CP về quản lýtàu bay không người lái và phương tiện bay siêu nhẹ và Nghị định56/2010/NĐ-CP hướng dân Luật Dân quân tự Vệ

1.3.1 Thanh phan hô sơ cấp giấy pháp bay

— Hai don dé nghị cấp phép bay băng tiếng Việt và tiếng Anh

— Giấy phép hoặc giấy ủy quyền hợp pháp cho phép tàu bay, phương tiện baythực hiện cất cánh, hạ cánh tại sân bay, khu vực trên mặt đất, mặt nước.

— Các giấy tờ, tài liệu khác liên quan đến tàu bay, phương tiện bay

1.3.2 Trình tự thực hiện cấp giấy phép

Cham nhất 07 ngày làm việc, trước ngày dự kiến tổ chức thực hiện cácchuyến bay, các tổ chức cá nhân nộp đơn dé nghị sửa đổi lại giấy phép bay đếnCục Tác chiến - Bộ Tổng Tham mưu

1.3.3 Tham quyên cấp pháp hoạt động bay

Cục Tác chiến - Bộ Tổng Tham mưu cấp phép, từ chối cấp phép cho cácchuyến bay của tàu bay không người lái, các loại khí cầu bay không người điềukhiến, các loại mô hình bay, các loại khí cầu có người điều khiến nhưng không cất,

hạ cánh từ các sân bay được mở cho hoạt động dân dụng.

Trung tâm Quản lý điều hành bay Quốc gia, các Trung tâm Quản lý điềuhành bay khu vực thuộc Quân chung Phòng không - Không quan va Cơ quanPhòng không thuộc các quân khu và Bộ Chỉ huy quân sự các tỉnh, thành phố trựcthuộc Trung ương được phép yêu cầu đình chỉ hoạt động bay trong trường hợpphát hiện tô chức, cá nhân khai thác tàu bay không người lái và các phương tiệnbay siêu nhẹ vi phạm các giới hạn, quy định trong giấy phép bay hoặc tô chức hoạtđộng bay khi chưa được cấp phép

1.3.4 Thời hạn cấp giấy phép hoạt động

05 ngày làm việc, kế từ ngày nhận hỗ sơ day đủ theo quy định, Cục Tác chiến

- Bộ Tổng Tham mưu cấp phép tổ chức thực hiện các chuyến bay

03 ngày làm việc, kế từ ngày nhận hồ sơ day đủ theo quy định xin sửa doigiấy phép bay đã cấp, Cục Tác chiến - Bộ Tổng Tham mưu cấp phép điều chỉnhthực hiện các chuyến bay

Cục Tác chiến - Bộ Tổng Tham mưu có thể từ chối cấp phép bay trong cáctrường hợp dé bảo đảm an ninh, quốc phòng, an toàn hàng không và khi chưa được

cung cấp đủ thông tin được quy định trong nội dung đơn đề nghị cấp phép bay.Việc từ chối cấp phép bay được trả lời bằng văn bản.

1.4 Tổng quan dự án đường sắt đô thị TP.HCM [1]

Đường sat đô thi (metro) là tàu điện chạy trong đô thị có sức vận chuyển khốilượng lớn hơn so với xe điện mặt đất (Tramway) hay xe điện chạy một bánh(Monorail) Metro là loại tàu điện (không su dụng đầu kéo Diesel như tàu lửa) Tàugdm toa có động co xen lẫn toa không động cơ chạy bang điện

Nguôn ảnh: http://hcmcmetroline ]-scc.com.vn

<a

*

TH \

Hình 1.10 Mô hình hệ thong metro TP.HCM

Hệ thông metro Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm đi ngầm và đi trên cao Tùytheo lượng hành khách đi lại vào giờ cao điểm mà tàu có từ 3 đến 6 toa và chạy giãncách khoảng 3 đến 10 phút Vận tốc hành trình của metro là 40km/giờ Ví dụ vớiđoạn Bến Thành — Suối Tiên dài 19,7km thì đi mất khoảng 30 phút

1.4.1 Quy hoạch phát triển dự án đường sắt đô thị TP.HCM

Theo quyết định số 568/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ký ngày 08 tháng

04 năm 2013 về việc “Phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển giao thông vậntải thành phố Hồ Chi Minh đến năm 2020 và tâm nhìn sau năm 2020”, dự ánđường sắt đô thị (metro) TP.HCM được quy hoạch xây dựng 08 tuyến xuyên tâm

và vành khuyên nối các trung tâm chính của thành phố, chủ yếu đi ngầm trong nội

đô, bao gom:

° Tuyến số 1: Bến Thành - Suối Tiên, chiều dai khoảng 19,7 km; nghiên cứukéo dài tới thành phố Biên Hòa - tinh Đông Nai và tỉnh Bình Dương.

e Tuyén số 2: Đô thị Tây Bac (huyện Củ Chi) - Thủ Thiêm, chiều dài khoảng48.0 km;

e Tuyến số 3a: Bến Thanh - ga Tân Kiên, chiều dài khoảng 19,8 km Nghiêncứu kéo dài tuyến số 3a kết nối thành phố Tân An (tinh Long An) từ ga HungNhơn đi dọc theo quốc lộ 1;

e Tuyến số 3b: Ngã 6 Cộng Hòa - Hiệp Bình Phước, chiều dai khoảng 12,1

km Nghiên cứu kết nối với thị xã Thủ Dầu Một (tỉnh Bình Dương) từ gaHiệp Binh và đi dọc quốc lộ 13, kết nối với tuyến đường sắt đô thị số 1 củatỉnh Bình Dương:

e - Tuyến số 4a: Thạnh Xuân (Quận 12) - Khu đô thị Hiệp Phước (Huyện NhaBè), chiều dai khoảng 36,2 km:

e - Tuyến số 4b: Ga Công viên Gia Định (tuyến số 4) - Ga Lăng Cha Cả (tuyến

SỐ 5), chiéu dai khoang 5,2 km;

e Tuyến số 5: Bến xe cần Giuộc mới - cầu Sài Gòn, chiều dài khoảng 26,0 km;

e - Tuyến số 6: Bà Quẹo - Vòng xoay Phú Lam, chiều dài khoảng 5,6 km

Ngoài ra quy hoạch xây dựng 07 Depot như sau:

Bang 1.1 Danh sách các depot của dự án metroStt Tên Depot Diện tích (ha) Tuyến

L_ |Suối Tiên 277 Tuyến số 1

2_ |Tham Lương 25.0 Tuyến số 2

3_ |Tân Kiên 26.5| — Tuyến số 3a

4_ |Hiệp Bình Phước 20.0| Tuyến số 3b

5_ | Thạnh Xuân 27/0 Tuyến số 4

6_ |Nhà Bè 20.0 Tuyến số 4

7 |Da Phước 32.0 Tuyến số 5

Sơ đồ 08 tuyến metro như sau (trong đó tuyến 3a và 3b gộp lại thành tuyến số3: tuyến 4a và 4b gộp lại thành tuyến số 4)

Nguôn anh: http://hcmcmetroline ]-scc.com.vn

Sơ đồ 6 tuyến metro

_œ=ma om

a | Tuyến metro số 1 Bến Thanh - Suối Tiên

| Tuyến metro số 2 Bến Thành - bến xe An Sương

ig Tuyến metro số 3 Bến Thanh - Tan Kiên va Ngã 6 Cộng Hòa - Hiệp Binh Phước

Ea) Tuyến metro số 4 Nguyễn Van Linh (Q.7) - Thanh Xuân (Q.12)

| | Tuyến metro số 5 cầu Sai Gon (Q.Bình Thanh) - bến xe Cần Giuộc mới (Q.8)

q Tuyến metro số 6 Bà Quẹo (Q.Tân Bình - Q.Tân Phú) - vòng xoay Phú Lâm (Q.6)

Hình 1.11 Sơ đồ các tuyến metro TP.HCMCác tuyến đường sắt đô thị này đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyếttình trang ùn tắc giao thông và ô nhiễm môi trường, đóng góp vào sự phát triển đôthị hiện đại, văn minh nhờ vào những ưu thế của hệ thống Metro là vận chuyểnnhanh và tự động khi tích hợp với các hệ thông xe buýt và các loại hình giao thôngkhác.

1.4.2 Giới thiệu tuyến metro số 1 Bến Thanh — Suối Tiên

Dự án metro tuyến số 1 Bến Thành — Suối Tiên do Ủy ban Nhân dânTP.HCM làm chủ đầu tư, nhà thầu chính là Liên danh Sumitomo (Nhật Bản) -Cienco 6 (Việt Nam) Tuyến số 1 được khởi công ngày 28/08/2012 va dự kiếnhoàn thành vào năm 2020.

Tuyến số 1 bao gồm: 19,7 km (trong đó có 2,6 km đoạn ngầm va 17,1 kmđoạn trên cao), 14 nhà ga (3 nhà ga dưới mặt đất và 11 nhà ga trên cao) Khu gabao tri (Depot) tại phường Long Bình, Quận 9 với diện tích 27,7 ha.

Tuyến số 1 là tuyến metro được xây dựng đầu tiên, nam trong hệ thống 06tuyến metro sẽ được xây dựng theo quy hoạch phát triển đường sắt đô thịTP.HCM Tuyến số 1 kéo dài từ Bến Thanh trạm trung chuyền quan trọng tại trungtâm Tp HCM đến Suối Tiên cửa ngõ thành phó và nơi tiếp giáp với các tỉnh nhưĐồng Nai, Bình Dương, đây cũng là nơi tập trung của các trường đại học, khucông nghiệp và trong tương lai là các bệnh viện.

Nguồn von cho tuyên metro sô | là vôn vay do Co

quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) tài trợ và vốn

đôi ứng của thành phô Hồ Chí Minh ‘Von vay Nhật

Hình 1.12 Biéu đô théhiện von dau tw

Nguôn anh: http://hcmcmetroline ]-scc.com.vn

‹=Ll«o

Hệ thống UAV Falcon 8 thực hiện hoạt động bay chụp theo các điểm tọa độ(waypoints) đã được thiết kế trước Trong thiết kế tuyến bay, việc xây dựng cácđiểm waypoints phụ thuộc vào các thông số như: độ cao bay, độ phân giải khônggian của anh, độ phủ doc, độ phủ ngang, kích thước của ảnh chụp, tiêu cự cuacamera, kích thước cảm biến (sensor) Do đó để thiết kế một kế hoạch bay chụpđảm bao được yêu cau về độ phân giải không gian của anh thu được, độ phủ giữacác tờ ảnh, cũng như tính kinh tế, việc làm rõ mối quan hệ của các yếu tố trên là cầnthiết.

2.1.1 Mỗi quan hệ giữa độ cao bay, tiêu cự và độ phân giải không gian

Với một độ cao bay xác định (H), khi tăng tiêu cự (f) thì vùng thu ảnh tương ứng của một tờ ảnh sẽ bị thu nhỏ lại, pixel của ảnh có kích thước nhỏ hơn và như vậy ảnh có độ phân giải không gian tăng lên Ngược lại, khi giảm tiêu cự (f) thi vùng thu ảnh tương ứng của một tờ ảnh sẽ được mở rộng, pixel của ảnh có kích thước lớn hơn, ảnh có độ phân giải không gian giảm (hình 2.1).

Với một tiêu cự (f) xác định, khi giảm độ cao bay (H), thi vùng thu ảnh tương ứng của một tờ ảnh sẽ bị thu nhỏ lại, pixel của ảnh có kích thước nhỏ hơn và như vậy ảnh có độ phân giải không gian tăng lên Ngược lại, khi tăng độ cao bay (H), thì vùng thu ảnh tương ứng của một tờ ảnh sẽ được mở rộng, pixel của ảnh có kích thước lớn hơn, ảnh có độ phân giải không gian giảm (hình 2.1).

Vung thu anh

Độ cao bay giảm

HFOV/2

oo“

Hinh 2.1 Anh hưởng cua độ cao bay và tiéu cự dén vùng thu anh [15|

Các yếu tô trong hình 2.1:

Sw: chiều rộng của cảm biến camera (mm)f: độ dài tiêu cự của camera (mm)

H: độ cao bay chụp (m)Dw: chiều rộng của vùng thu ảnh trên mặt đất tương ứng với một tờảnh (m)

HFOV: góc ngang của ảnh (trường nhìn ngang) O: tâm ông kính camera

Trong hình 2.1, theo tính chất đồng dang của tam giác ta có:

H

% Ví dụ: Với máy ảnh Sony NEX-5N có tiêu cự f=16,2mm, kích thước cảm

biến 23 Ax15,6mm, ảnh chụp có tỉ lệ 4912x3264 pixels Cần thu ảnh có

độ phân giải không gian 5cm Theo công thức (2.3), độ cao bay chụp cầnđạt được là: H=170m

_ mg] x 05D — 4912X»

— 9x 100 I= 232x100 x 16,2 = 170,03 (m)2.1.2 Mỗi quan hệ giữa độ cao bay, tỉ lệ ảnh và độ phủ giữa các tờ ảnh

Với một tiêu cự cố định, nếu độ cao bay thấp thì ảnh có tỉ lệ nhỏ sẽ cho độphủ hẹp, còn ảnh có tỉ lệ lớn hơn sẽ cho độ phủ rộng hơn Ngược lại, nếu ảnh có tỉ

lệ nhỏ và dé có độ phủ rộng thì cần tăng độ cao bay (hình 2.2)