Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn bằng công nghệ đo ảnh sô

Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn bằng công nghệ đo ảnh sô

Mục lục

Trang Lời nói đầu ……… 2

Chơng 1: Bản đồ địa hình và các phơng pháp thành lập BĐĐH……… 4

1.1.Giới thiệu chung về bản đồ địa hình……… 4

1.2.Các phơng pháp thành lập bản đồ địa hình……… 18

Chơng 2: Công nghệ thành lập BĐĐH bằng phơng pháp đo ảnh số… 23

2.1 Khái niệm chung về ảnh số………23

2.2 Hệ thống trạm đo vẽ ảnh số……… …… ……… 27

2.3 Một số kỹ thuật xử lý ảnh số……… 35

2.4 Kỹ thuật khớp ảnh……… 36

2.5 Quy trình đo vẽ BĐĐH bằng phơng pháp đo ảnh số……… … 40

Chơng3: Độ chính xác của bản đồ địa hình đợc thành lập bằng công nghệ đo ảnh số … ……… .54

3.1 Các nguồn sai số ảnh hởng đến độ chính xác của bản đồ địa hình …….54

3.2 Sai số của tấm ảnh hàng không……… 54

3.3 Sai số trong quá trình đo ảnh ……….60

3.4 Sai số của phơng pháp……… 66

3.5 Ưu nhợc điểm của phơng pháp ……… 66

Chơng 4: Phần thực nghiệm……… 69

4.1 Khái quát tình hình đặc điểm khu đo ……… 69

4.2 Thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn khu vực Tùng Lâm… ……… 76

Kết luận và kiến nghị ………90

Tài liệu tham khảo……… 94

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây khoa học công nghệ ngày càng phát triển đặc biệt là

công nghệ tin học nó đã thúc đẩy sự phát triển hầu hết các ngành khoa học trong đó

có ngành khoa học đo ảnh Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tính toán và công

nghệ thông tin cộng với sự phát triển ngày càng hoàn thiện của lý thuyết đo ảnh

trong những thập kỹ gần đây đã cho ra đời phơng pháp đo ảnh mới đo ảnh mới đó

là phơng pháp đo ảnh số Trớc đây việc xử lý các tấm ảnh tơng tự trên các máy

toàn năng cồng kềnh, sản phẩm làm ra lu trữ rất khó khăn thì giờ đây nhờ có việc

đo vẽ trên các trạm ảnh số chuyên dùng, các tấm ảnh đợc xử lý nhanh chóng với sự

tự động hóa cao, cho ra những sản phẩm nhanh chóng với sự tự động hóa cao, cho

ra những sản phẩm đa dạng và khả năng cập nhật thông tin nhanh, quản lý lu trữ rấtthuận lợi và dễ dàng

Nh chúng ta đã biết công tác thành lập bản đồ trên trạm ảnh số thì sự thay đổilớn nhất so với phơng pháp tơng tự và giải tích là thiết bị máy móc, công nghệ vàcác công cụ hỗ trợ ở yếu tố con ngời tham gia vào quá trình sản xuất và các sảnphẩm mới đợc tạo ra Tuy nhiên ảnh số không làm thay đổi nguyên lý đo vẽ ảnh.Việc thành lập, đo vẽ bản đồ trên trạm ảnh số nhờ áp dụng những thành tựu tinhọc đã cho chúng ta những sản phẩm có chất lợng cao và nhanh chóng, tính kinh tếcao ảnh số không những phản ánh chính xác khách quan các đối tợng cần đo vẽbởi vì nó thể hiện ở dạng không gian ba chiều (X, Y, Z) mà bảo quản nó cũng rất dễdàng và thuận tiện Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển đặc biệt làtrong lĩnh vực thông tin Muốn nâng cao chất lợng, khả năng tự động hóa của quátrình sản xuất bản đồ thì cần phải có những quy trình sản xuất hợp lý Để làm rõ đ-

ợc điều này chúng ta cần hiểu rõ về quá trình sản xuất bản đồ từ đó có những thay

đổi phù hợp với sự phát triển mới là điều hết sức cần thiết đối với mỗi ngời đặc biệt

là chúng tôi những sinh viên sắp ra trờng Căn cứ vào điều kiện, cơ sở của bộ môn

trắc địa ảnh cùng với sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo TS Trần Đình Trí tôi đã

thực hiện đồ án tốt nghiệp này với đề tài:

Chơng 4: Thực nghiệm đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ 1 : 2000

Kết luận và kiến nghị

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến Sĩ Trần Đình Trí đã nhiệt tình chỉbảo em trong suốt quá trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáotrong trờng, khoa trắc địa, mộ môn trắc địa đã dạy bảo em trong suốt năm năm họcqua

Xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

2

Mặc dù đã có nhiều cố gắng tìm tòi học hỏi nhng với trình độ và kinh nghiệmcòn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót chính vì vậy em rất mong

đợc sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong Bộ môn đóng góp ý kiến của các bạn

đồng nghiệp

Hà nội, tháng 10/2006Sinh viên:

Trần Thị ái Lan

Chơng 1 bản đồ địa hình và các phơng pháp thành

lập bản đồ địa hình 1.1 Giới thiệu chung về bản đồ địa hình 1.1.1 Khái niệm về bản đồ địa hình

Công tác đo vẽ bản đồ địa hình là một nhu cầu thiết yếu và nó đóng góp mộtvai trò hết sức quan trọng trong ngành trắc địa bản đồ và các ngành khác có liênquan Bản đồ địa hình không những có vai trò trò quan trọng trong đời sống xã hội,phục vụ cho sản xuất, nghiên cứu khoa học và an ninh quốc phòng mà nó còn cơ sởdựa vào đó để thành lập các bản đồ chuyên đề

Bản đồ địa hình là hình ảnh thu nhỏ một phần hay toàn bộ bề mặt trái đất dựatrên một quy luật toán học nhất định, các yếu tố nội dung đợc thể hiện bằng ngônngữ bản đồ và đã thông qua một quá trình tổng quát hoá nhằm phản ánh sự phân bốcác tính chất, các mối quan hệ, sự biến đổi các đối tợng và các hiện tợng tự nhiên,kinh tế xã hội phù hợp với mục đích sử dụng đề tài, tỷ lệ bản đồ và các đặc điểm địa

lý lãnh thổ

Bản đồ địa hình thuộc loại bản đồ địa lý chung Nội dung bản đồ địa hình baogồm các yếu tố sau: thuỷ hệ, đờng giao thông, dáng đất, lớp phủ thực vật, thổ nh-ỡng… Tuỳ theo mức độ đầy đủ của nội dung mà mức độ tỷ mỉ, chi tiết của các đặctrng cho các đối tợng và hiện tợng đợc biểu thị bản đồ địa hình thuộc nhóm bản đồtrang trí

Bản đồ địa hình có vai trò rất lớn trong thực tế sản xuất, trong nghiên cứu khoahọc và trong nghiên cứu quân sự, các bản đồ địa hình là các tài liệu cơ bản dùng đểthành lập bản đồ tỷ lệ bé hơn.

Phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ mà mức độ sử dụng chúng khác nhau ví dụ: để lậpmột kế hoạch chung cho một công trình xây dựng thờng dùng loại bản đồ địa hìnhkhái quát Nhng để khảo sát công trình và thiết kế các công trình thì ngời ta lạidùng bản đồ địa hình lớn

Để giải quyết một công tác thiết kế, khảo sát nào đó về tổ chức kinh tế hoặcbảo vệ đất nớc, ngời ta dùng một bộ bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau của từng lảnh thổkhác nhau.Vì vậy yêu cầu nội dung của bản đồ địa hình ở các tỷ lệ khác nhau phảiphù hợp với nhau

1.1.2 Nội dung của bản đồ địa hình

Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa hình là: thuỷ hệ, các điểm dân c, các đối ợng công nghiệp, nông nghiệp, văn hoá, mạng lới các đờng giao thông, dáng đất,lớp phủ thực vật và thổ nhỡng, các đờng ranh giới…tất cả các đối tợng nói trên đợcghi chú các đặc trng chất lợng Khi sử dụng bản đồ địa hình thì việc định hớng có ýnghĩa quan trọng Do vậy các vật định hớng cũng là yếu tố của nội dung của bản đồ

t-địa hình

Trong bản đồ địa hình yếu tố đặc trng là độ cao của các yếu tố địa hình địa vật

Do đó trên bản đồ địa hình phải có đầy đủ các yếu tố xây dựng cơ sở toán học baogồm:

- Cơ sở trắc địa là các điểm của lới trắc địa nhà nớc và các điểm của lới đo vẽmặt bằng

- Cơ sở độ cao là các điểm mà độ cao của chúng đợc xác định bằng phơngpháp hình học hoặc độ cao lợng giác

Bản đồ địa hình còn thể hiện nội dung về các yếu tố địa hình địa vật, dân c

- Các địa vật đặc trng, độc lập có thể làm những vật định hớng

- Hệ thống đờng giao thông, đặc điểm chất lợng đờng và các công trình xâydựng phụ cận

- Hệ thống thuỷ hệ và các công trình xây dựng trên nó

- Dân c và ghi chú dân c theo đặc điểm về loại c trú, số lợng ngời

- Dáng đất, các điểm ghi chú độ cao

- Lớp phủ thực vật và đất đá, đầm lầy, rừng, bụi cây, thảo nguyên, sa mạc…

- Ranh giới hành chính - chính trị của các khu vực

Sau đây ta sẽ đề cập đến một số đối tợng trong nội dung bản đồ địa hình

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

4

1 Địa vật định hớng.

Đó là những đối tợng của khu vực, nó cho phép ta xác định vị trí nhanh chóng

và chính xác trên bản đồ (ví dụ: các toà nhà cao, nhà thờ, cột cây số…) Các địa vật

định hớng còn cả một số địa vật không nhô cao so với mặt đất nhng dễ dàng nhậnbiết (ngã ba, ngã t đờng, các giếng ở ngoài vùng dân c, cây độc lập )

Sự biểu thị các yếu tố thuỷ hệ còn đợc bổ sung bằng các đặc trng chất lợng và

số lợng, độ mặn của nớc, đặc điểm độ cao của đờng bờ, độ sâu và độ rộng của sông,tốc độ nớc chảy Trên bản đồ sông đợc thể hiện bằng một nét hay hai nét phụ thuộcvào độ rộng của nó ở thực địa và tỷ lệ bản đồ

3 Các điểm dân c.

Các điểm dân c là một trong yếu tố quan trọng nhất của bản đồ địa hình

Các điểm dân c đợc đặc trng bởi kiểu c trú, số ngời và ý nghĩa hành chínhchính trị của nó Theo kiểu c trú phân ra làm các nhóm: Các thành phố, các điểmdân c kiểu thành phố (khu công nhân, khu phố, ven đờng sắt, nơi nghỉ mát)

Các điểm dân c nông thôn (thôn, ấp, nhà độc lập) kiểu dân c đợc thể hiện trênbản đồ địa hình bằng kiểu ghi chú tên của nó

Khi thể hiện các điểm dân c trên bản đồ địa hình phải giữ đợc đặc điểm, đặc

tr-ng của chútr-ng về quy hoạch cấu trúc Trên các bản đồ tỷ lệ càtr-ng lớn thì sự biểu thịcác điểm dân c càng tỷ mỉ, khi thu nhỏ tỷ lệ phải tiến hành tổng quát hoá

Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 có thể biểu thị tất cả các vật kiến trúc theokích thớc của chúng, đồng thời thể hiện đợc đặc điểm của địa vật đặc trng của vậtliệu xây dựng, độ rộng của các đờng trong khu dân c cũng đợc thể hiện theo đúng tỷlệ

Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 các điểm dân c đợc thể hiện bằng quy ớc kýhiệu các ngôi nhà và các kiến trúc riêng biệt Nhng trong đó phải có lựa chọn nhất

định Trong một số trờng hợp phải thay đổi kích thớc về mặt bằng độ rộng của đờngsá trong khu dân c

Trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25000 đến 1:100000 thì sự biểu thị không phảichủ yếu là các vật kiến trúc riêng biệt mà là các ô phố Trong đó đặc trng số lợng đ-

ợc khái quát Với bản đồ 1:100 000 thì các ngôi nhà trong ô phố không đợc thểhiện Sự biểu thị các đờng phố vớ độ rộng quy định (0.5-0.8 mm) điều này mang

đến sự ảnh hởng là giảm diện tích các ô phố trên bản đồ

Các bản đồ tỷ lệ 1:100 000 và nhỏ hơn phải biểu thị tất cả các điểm dân c

4 Mạng lới đờng sá giao thông và đờng dây liên lạc.

Trên các bản đồ địa hình mạng lới đờng sá đợc thể hiện tỷ mỉ về khả nănggiao thông và trạng thái của đờng Mạng lới đờng sá đợc thể hiện chi tiết hoặc làkhái lợc tuỳ thuộc vào bản đồ Do vậy cần phải phản ánh đúng đắn mật độ của lới

đờng sá giao thông cụ thể là hớng, vị trí của các con đờng và chất lợng của chúng.Trong các bản đồ địa hình đờng sá đợc phân ra thành nhiều loại gồm: đờng sắt,

đờng rải mặt, đờng đất Các đờng sắt đợc phân chia theo độ rộng của các đờng ray,theo số đờng ray, trạng thái của đờng, dạng đầu máy xe lửa Trên đờng sắt phải biểuthị đợc các nhà ga, các kiến trúc và trang thiết bị thuộc đờng sắt (tháp nớc, trạmcanh, các đoạn đờng ngầm, các đoạn đờng đắp cao, cầu cống…)

Ngoài ra còn có các loại đờng cũng phải đề cập trên bản đồ là:

- Các đờng quốc lộ, tỉnh lộ, huyện lộ

- Các đờng rải nhựa tốt

- Khi lựa chọn phải xét đợc ý nghĩa của các đờng xá, phải biểu thị những con

đờng đảm bảo mối liên hệ giữa dân c với nhau, với các nhà ga, xe lửa, bến tàu, sânbay và các con đờng dẫn đến nguồn nớc

- Đặc điểm là khi biểu diễn lới đờng sá trên bản đồ địa hình là phải truyền

đạt chính xác đờng sá đảm bảo chất lợng theo đúng tỷ lệ bản đồ Ngoài ra trên bản

đồ địa hình cần phải thể hiện rõ đờng dây liên lạc đó là các đờng điện thoại đờng

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

6

điện báo, các trạm liên lạc, trạm điện thoại, điện báo trạm vô tuyến, đờng dây điệncao thế và cả trạm biến áp.

5 Dáng địa hình.

Dáng đất trên bản đồ địa hình đợc biểu thị bằng các đờng bình độ khoảng cao

đều đợc quy định theo từng tỷ lệ bản đồ Cần thể hiện đầy đủ các tính chất đặc tr ngcủa địa hình đảm bảo cho mục đích xây dựng đặc biệt là ở đồng bằng Khi cần thiết

có thể biểu thị thêm các đờng bình độ phụ (bình độ nửa khoảng cao đều) và đờngbình độ bổ sung Trong nhiều trờng hợp ngời ta còn tăng dày khoảng cao đều cơbản, khoảng cao đều lớn nhất thờng dùng cho các vùng núi cao

Trên bản đồ phải biểu thị đầy đủ các dạng địa hình có liên quan đến sự hìnhthành tự nhiên (nh các dãy núi của đỉnh núi, yên núi, thung lũng…) và các địa hìnhnhân tạo (nh chỗ đào sâu, chỗ đắp cao, các loại đê đập ngăn nớc, các ngôi mộ

cổ…)

Trớc tiên cần xác định đặc điểm chung của dáng đất và vạch ra dạng địa hìnhcơ bản đặc trng cho dáng đất, chỉ ra các điểm quan trọng phản ánh đợc đặc điểm độdốc của các sờn gần đỉnh, đặc điểm của lòng máng mơng suối

Để đặc trng đầy đủ hơn cho địa hình trên bản đồ ngời ta còn ghi chú độ cao ờng bình độ, độ cao của các điểm có tính chất khống chế Để đợc địa hình, trên các

đ-đờng bình độ ở đỉnh, ở yên núi hoặc ở nơi dạng địa hình không rõ ràng ngời ta còn

đặt vạch chỉ dốc Những yếu tố dáng đất mà đờng bình độ không thể hiện đợc thì

đ-ợc biểu thị bằng các ký hiệu riêng (ví dụ: vách đứng, núi đá vôi) ngoài ra trên bản

đồ địa hình còn ghi chú độ cao

Trớc khi biên vẽ dáng đất thì phải xác định rõ những đặc điểm chung và nhữngdạng địa hình cơ bản và đặc trng của nó

6 Lớp phủ thực vật và đất.

Trên các bản đồ địa hình các loại rừng, vờn cây, đồn điền, ruộng, đồng cỏ, thảonguyên, cát mặn… Ranh giới của các khu thực phủ và của các loại đất thì đợc biểuthị bằng các đờng chấm Còn diện tích bên trong đờng viền thì vẽ các ký hiệu quy -

ớc đặc trng cho từng loại đất (trừ ruộng cày cấy thì diện tích để trống) ranh giới ờng viền yêu cầu cần phải rõ nét, rõ ràng đặc biệt là các chỗ chẳng hạn dùng các kýhiệu khác nhau để phân biệt loại đầm lầy, đầm qua lại đợc, đầm khó đi qua và đầmkhông đi qua đợc Ngoài ra còn phải ghi chú độ sâu của đầm (tính tới nơi đất cứng)Rừng đợc phân ra rừng già, rừng non, rừng dày, rừng tha và ghi chú độ cao củacây, đờng kính, loại cây trồng Đồng cỏ phân ra đồng cỏ khô, đồng cỏ ớt Thảo

đ-nguyên phân ra thảo đ-nguyên có cây, thảo đ-nguyên bán hoang mạc, thảo đ-nguyên có

đá

Khi tiến hành vẽ thực vật và loại đất đá thì đều phải tiến hành lựa chọn và kháiquát việc chọn lọc dựa theo tiêu chuẩn kích thớc diện tích nhỏ nhất của các đờngviền thể hiện trên bản đồ Nên những nơi tập trung nhiều đờng viền có diện tích nhỏhơn tiêu chuẩn thì không đợc loại bỏ mà phải thể hiện bằng cách kết hợp với cácloại đất hoặc thực vật hoặc gộp vào một đờng viền chung, hoặc dùng ký hiệu quy ớckhông cần đờng viền Ranh giới của các loại thực vật và đất cần đợc thể hiện chínhxác về phơng diện đồ hoạ, thể hiện rõ ràng những chỗ ngoặt có ý nghĩa định hớng

7 Ranh giới địa giới hành chính.

Ngoài đờng biên giới quốc gia trên các bản đồ địa hình còn phải biểu thị các

địa giới của các cấp hành chính Cụ thể là trên các bản đồ có tỷ lệ 1:5000 và lớnhơn thì biểu thị từ địa giới xã trở lên, trên bản đồ tỷ lệ 1:100000 thì không biểu thị

địa giới xã Các đờng ranh giới phân chia hành chính- chính trị đòi hỏi phải biểu thị

Bản đồ tỷ lệ trung bình (1:10000 đến 1:50000)

Bản đồ tỷ lệ nhỏ (1:100000 đến 1:1000000 hoặc nhỏ hơn)

Trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn đòi hỏi độ chính xác cao hệ thống các điểmkhống chế trắc địa, công tác biên vẽ các đối tợng địa hình, địa vật Nội dung thểhiện trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn phải chi tiết, rõ ràng truyền tải đầy đủ thông tin

đến cho ngời sử dụng

2 phân mảnh bản đồ địa hình.

Bản đồ địa hình tỷ lệ lớn 1:500; 1:1000; 1:5000 đợc thành lập ở các múi chiếu

30 trên bề mặt phẳng chiếu hình Gauss và trong hệ toạ độ, độ cao nhà nớc hiệnhành Khi diện tích khu đo nhỏ hơn 20 km2 và nằm cách xa mốc trắc địa nhà nớc 10

km thì sử dụng hệ toạ độ độc lập để đo vẽ

Dựa vào diện tích khu đo để phân chia và đánh dấu mảnh bản đồ Phân mảnhbản đồ 1:1000000 ra 144 mảnh 1:100000 ký hiệu theo thứ tự từ 1 đến 144 từ tráiqua phải và từ trên xuống dới, mỗi mảnh bản đồ này là cơ sở phân chia các bản đồ

có tỷ lệ lớn hơn

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

8

+ Đối với diện tích lớn hơn 20 km2 tiến hành đo vẽ thành lập bản đồ tỷ lệ1:5000, 1:2000.

- Chia mảnh bản đồ tỷ lệ 1:5000 thành 9 ô vuông, mỗi ô có kích thớc 1x1 kmtơng ứng với một mảnh bản đồ tỷ lệ 1:2000

- Chia mảnh bản đồ tỷ lệ 1:2000 thành 4 mảnh, mỗi mảnh có kích thớc 0.5 x0.5 km tơng ứng với mảnh bản đồ tỷ lệ 1:1000

Các loại bản đồ địa hình ở nớc ta cơ bản đợc xây dựng trong phép chiếu Gausskruger hoặc phép chiếu UTM Trong hệ thống múi chiếu 60 đợc phép sử dụng thànhlập với các bản đồ tỷ lệ 1:10000 và nhỏ hơn.Trong hệ múi chiếu 30 đợc sử dụngthành lập với các bản đồ có tỷ lệ lớn hơn 1:10000

2 Về hệ thống toạ độ bản đồ địa hình.

Bản đồ địa hình dùng hai loại hệ toạ độ đó là hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độvuông góc Trên cơ sở phép chiếu Gauss Kruger

+ Hệ thống khống chế toạ độ nhà nớc bao gồm:

- Lới toạ độ nhà nớc hạng I, II, III, IV

- Lới toạ độ cơ sở tơng đơng với lới toạ độ hạng III

- Lới toạ độ giải tích cấp I, II

- Lới tam giác nhỏ, đờng chuyền kinh vĩ cấp I, II

+ Hệ thống khống chế độ cao của nhà nớc bao gồm:

- Lới độ cao nhà nớc hạng I, II, III, IV

- Lới độ cao kỹ thuật.

- Lới độ cao đo vẽ

+Khi thành lập bản đồ ở khu vực nhỏ và độc lập, ngời ta sử dụng hệ toạ độvuông góc, và đợc quy ớc gốc của hệ toạ độ này thờng đợc chọn là gốc Tây Nam.Trục X theo hớng Bắc, trục Y vuông góc với trục X theo hớng Đông

Hiện nay, ở nớc ta đã chính thức sử dụng hệ VN-2000, hệ VN-2000 có cáctham số chính sau:

Elipxoid quy chiếu quốc gia là Elipxoid WGS-84 toàn cầu đợc xác định vị trí(định vị) phù hợp với lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở sử dụng các điểm GPS cạnh dài

có độ cao thuỷ chuẩn phân bố đều trên lãnh thổ

Điểm gốc toạ độ quốc gia: điểm Noo đặt tại viện nghiên cứu địa chính thuộctổng cục địa chính

Ngoài ra, hệ toạ độ nhà nớc còn sử dụng hệ toạ độ phẳng UTM quốc tế Thựcchất hệ toạ độ này trong cùng một hệ quy chiếu đợc tính thông qua hệ toạ độ phẳngcủa phép chiếu Gauss Kruger theo công thức:

K0=0.9996 dùng cho múi chiếu 60

K0=0.9999 dùng cho múi chiếu 30

XUTM YUTM là toạ độ phẳng của lới chiếu UTM

XG YG là toạ độ phẳng của lới chiếu Gauss Kruger

MUTM,MG là tỷ lệ biến dạng chiều dài tơng ứng của lới chiếu UTM và Gauss Kruger

3 Các phép chiếu trong bản đồ địa hình.

Nớc ta các bản đồ đợc thành lập trong phép chiếu Gauss Kruger (phép chiếu

đồng góc ) hoặc phép chiếu UTM (phép chiếu hình trụ ngang đồng góc )

Bản đồ địa hình tỷ lệ lớn đợc đo vẽ bằng hai phơng pháp:

- Đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa bằng máy bàn đạc, máy toàn đạc và các dụng

cụ đo vẽ khác

- Đo vẽ ảnh chụp từ trên máy bay hoặc ảnh chụp trên mặt đất

Tuỳ thuộc vào diện tích, điều kiện khu đo vẽ, chọn phơng pháp đo vẽ phù hợp

Đối với khu đo có diện tích nhỏ thờng sử dụng đo vẽ trực tiếp hoặc phối hợp phơngpháp đo vẽ ảnh Đối với khu vực có diện tích lớn hơn sử dụng phơng pháp đo vẽ

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

10

ảnh máy bay, còn đo vẽ ảnh mặt đất chỉ tiến hành ở vùng đồi núi trọc, để phù hợpvới địa hình, địa vật khu đo và mục đích yêu cầu sử dụng bản đồ để thành lập cácloại tỷ lệ bản đồ địa hình khác nhau.

1.1.5 Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa hình.

Yếu tố đặc trng quan trọng của chất lợng một tờ bản đồ địa hình là độ chínhxác đo và vẽ bản đồ Nếu độ chính xác của bản đồ quá thấp thì nó không đáp ứng đ-

ợc yêu cầu sử dụng, ngợc lại nếu quy định độ chính xác quá cao sẽ gây khó khăncho công tác đo vẽ và tăng giá thành của sản phẩm Ngời ta thờng đánh giá độchính xác của bản đồ địa hình theo ba yếu tố cơ bản, đó là độ chính xác vị trí mặtphẳng và độ cao các điểm khống chế trắc địa, độ chính xác vị trí mặt bằng của các

điểm địa vật và cuối cùng là độ chính xác biểu diễn địa hình bằng đờng đồng mức.Tuỳ theo yêu cầu, mục đích sử dụng để xác định tỷ lệ bản đồ cần thành lập

- Nội dung bản đồ gốc

- Phụ thuộc mức độ khó khăn của địa hình

- Diện tích, kích thớc và mức độ chi tiết của các yếu tố địa hình, địa vật

Theo các nghiên cứu tỷ lệ bản đồ địa hình đợc coi là phù hợp cho từng vùngsau:

- Miền núi và trung du: 1:5000 đến 1:10000 và 1:25000

- Đồng bằng : 1:1000 đến 1:5000

- Khu vực đô thị: 1:1000; 1:500; 1:200

Nội dung trên bản đồ tỷ lệ lớn luôn thể hiện một cách đầy đủ chính xác hơncác bản đồ tỷ lệ khác Do đó ngay từ khâu khảo sát địa hình, lập lới khống chế trắc

địa đến điều vẽ biên tập bản đồ luôn đòi hỏi độ chính xác cao

- Đảm bảo độ chính xác cao theo đúng yêu cầu kỹ thuật đối với từng loại tỷ lệbản đồ

- Thể hiện đầy đủ chi tiết các yếu tố nội dung theo đúng yêu cầu kỹ thuật đốivới từng loại bản đồ

- Bản đồ địa hình cần phải rõ ràng, dễ đọc, cho phép định hớng dễ dàng nhanhchóng ngoài thực địa

- Các yếu tố biểu thị trên bản đồ cần phải đầy đủ, chính xác Mức độ đầy đủ

và tỷ mỉ phải phù hợp với mục đích sử dụng bản đồ và đặc điểm khu đo Độ chínhxác biểu thị các yếu tố nội dung cần phù hợp với tỷ lệ bản đồ

- Chất lợng của bản đồ phải có chất lợng cao để bảo quản, lu trữ đợc lâu dài.Sau đây là một số quy định trong quy phạm trong thành lập bản đồ địa hình tỷ

lệ lớn của cục Đo đạc và Bản đồ Nhà Nớc

- Sai số trung bình của vị trí điểm địa vật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí

điểm khống chế đo vẽ gần nhất (điểm khống chế mặt bằng) không đợc vợt quá quy

định dới đây (tính theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập):

 0.5 mm khi thành lập bản đồ ở vùng đồng bằng hoặc vùng đồi

 0.7 mm khi thành lập bản đổ ở vùng núi cao

Khi thành lập bản đồ ở vùng đã xây dựng cơ bản, xây dựng theo quy hoạch vàxây dựng nhà nhiều tầng, sai số trung bình của vị trí tơng quan giữa các điểm tơngquan giữa các điểm địa vật quan trọng ( nh các công trình chính, các toà nhà …)không đợc vợt quá 0.4 mm

- Sai số trung bình về độ cao của đờng bình độ, độ cao của các điểm đặc trng

địa hình và điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ gốc so với độ cao của điểmkhống chế đo vẽ gần nhất (điểm khống chế độ cao) không đợc vợt quá quy định nêu

ở bảng dới đây (lấy khoảng cao đều của đờng bình độ làm đơn vị)

Khoảng cao Sai số trung bình về độ cao đờng bình độ

đều(m) (Khoảng cao đều)

Đối với các khu vực ẩn khuất, đầm lầy, bãi cát không ổn định v v … các sai sốnói trên tăng thêm 1.5 lần

- Sai số giới hạn của vị trí điểm địa vật, của độ cao đờng bình độ, độ cao của

điểm ghi chú độ cao, độ cao điểm đặc trng địa hình quy định là 2 lần sai số nêutrên

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

12

Khi kiểm tra, sai số lớn nhất không vợt quá sai số giới hạn Số lợng sai số cógiá trị bằng sai số giới hạn không đợc vợt quá 10% tổng số các trờng hợp kiểm tra.Các sai số trong mọi trờng hợp không đợc mang tính chất hệ thống.

- Sai số vị trí của điểm tăng dày so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ ngoạinghiệp gần nhất không đợc vợt quá quy định sau:

Về mặt phẳng (tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập):

 0.35 mm đối với vùng đồng bằng và vùng đồi

 0.5mm đối với vùng núi và núi cao

Về độ cao, các giá trị nêu ở bảng dới đây (lấy khoảng cao đều của đờng bình

độ làm đơn vị).

Khoảng cao Sai số trung bình về độ cao đờng bình độ

đều(m) ( Khoảng cao đều )

Về mặt phẳng : 5% tổng số các trờng hợp

Về độ cao : 5% tổng số các trờng hợp ở vùng quang đãng

10% tổng số các trờng hợp ở vùng ẩn khuất đầm lầy, bãi cátkhông ổn định …

Trong mọi trờng hợp các sai số nói trên không đợc mang tính hệ thống

Trên đây là mọi quy định của các đờng bình độ trên bản đồ đợc quy định nhsau:

Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất

Ngoài các điểm đặc trng địa hình, bản đồ phải có các điểm ghi chú độ cao.

Số lợng điểm đặc trng địa hình và ghi chú điểm độ cao trên 1 dm2 bản đồkhông ít hơn 10 điểm khi đo vẽ ở vùng núi, núi cao và 15 điểm khi đo vẽ ở vùng đồi

Độ chính xác xây dựng lới khống chế địa hình thờng đợc đặc trng bằng sai sốtrung phơng vị trí điểm khống chế so với điểm cấp cao hơn Sai số này thờng lấybằng 0.02 mm trên bản đồ

1.2 Các phơng pháp thành lập bản đồ.

Trong các ngành khoa học ứng dụng thì khoa học thành lập bản đồ là mộtngành có nhiều đặc thù riêng biệt, cho ra các sản phẩm đa dạng, đa tỷ lệ, phục vụcho nhiều ngành khoa học với mục đích khác nhau nh : Quân sự, quản lý đất đai,thiết kế xây dựng … Lịch sử phát triển của ngành đã hình thành nên các phơngpháp thành lập bản đồ đợc tổng quát nh sau :

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

14

Ph ơng pháp

bàn đạc Ph ơng pháp toàn đạc Ph ơng pháp đo ảnh đơn Ph ơng pháp đo ảnh lập

thể

Quang cơ Giải tích Trạm ảnh số

địa vật Tuy nhiên nó cho độ chính xác thấp, máy móc không gọn nhẹ, chịu nhiều

ảnh hởng của môi trờng và thời tiết dẫn đến năng suất lao động không cao Chính vìnhững nhợc điểm này phơng pháp bàn đạc hiện nay không sử dụng nữa và thay thếcho nó là phơng pháp toàn đạc

1.2.1.2 Phơng pháp toàn đạc

Hiện nay sự xuất hiện của máy toàn đạc điện tử đã giúp cho phơng pháp toàn

đạc trở nên thông dụng Các khâu nh : lập lới cơ sở, lới đo vẽ cho đến quá trình đo

vẽ cho độ chính xác cao và nhanh chóng, công cụ máy tính chuyển điểm rất chínhxác Từ đó nhận thấy một số đặc điểm của phơng pháp toàn đạc điện tử nh sau:+Ưu điểm : đạt độ chính xác cao tại các điểm đo trực tiếp, công tác vẽ bản đồ

đợc tiến hành trong phòng với những điều kiện thuận lợi cho thành quả bản đồnhanh chóng chính xác Phơng pháp này thờng áp dụng cho khu vực không lớn.+Nhợc điểm : Công tác đo ngoại nghiệp chịu nhiều ảnh hởng của môi trờng vàthời tiết do đó năng xuất lao động không cao, có thể bỏ sót đối tợng đo, gây khókhăn cho công tác nội nghiệp nếu không có sơ hoạ, đờng đồng mức đợc xác địnhbằng nội suy trên cơ sở đo trực tiếp

1.2.1.3 Phơng pháp liên biên tập bản đồ địa hình

Thành lập các loại bản đồ trên cơ sở các bản đồ cùng khu vực có tỷ lệ lớn hơnmới đợc thành lập Khi tiến hành biên tập cần tuân theo những quy định lấy bỏ,tổng quát hoá nội dung của bản đồ Phơng pháp này có u điểm là thành lập bản đồbằng phơng pháp trong phòng với thời gian ngắn và rẻ tiền, có ứng dụng thành lậpbản đồ tỷ lệ nhỏ và trung bình

1.2.1.5 Phơng pháp đo ảnh.

a Phơng pháp đo ảnh đơn.

Phơng pháp đo ảnh đơn đợc dùng ở vùng bằng phẳng là chủ yếu, nó đợc ứngdụng để đo vẽ địa hình khi mà độ chính xác đo độ cao của phơng pháp đo ảnh lậpthể khó thoả mãn Đo ảnh đơn áp dụng cho thành lập bản đồ địa chính rất hiệu quả

ở vùng thổ canh có địa hình khá bằng phẳng Thành lập bản đồ bằng phơng phápnày là lấy các ảnh nắn (ảnh đã đợc xử lý sai số vị trí điểm do ảnh nghiêng gây ra)làm nên để xác định mặt phẳng các địa vật của bản đồ Và sẽ đợc phối hợp đo vẽnội dung địa hình của bản đồ bằng phơng pháp đo trắc địa ngoại nghiệp Phơngpháp này phù hợp để thành lập bản đồ vùng bằng phẳng có chênh cao địa hình nhỏnhằm đảm bảo sai số vị trí điểm do độ lồi lõm của địa hình gây ra không vợt quágiới hạn cho phép

b Phơng pháp đo ảnh lập thể.

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

16

đo ảnh lập thể có khả năng khái quát địa hình tốt nhất so với tất cả các phơngpháp khác Ngày nay nhờ có thiết bị hiện đại nh máy đo vẽ lập thể quang cơ, quanghọc, cơ học, giải tích và xử lý ảnh số mà phơng pháp thoả mãn tất cả các loại bản đồ

có tỷ lệ từ 1:1000 trở xuống Với điều kiện thuận lợi cho phép thì đo ảnh lập thể cóthể đo đợc tỷ lệ 1:500 và lớn hơn Do đó vẽ trên mô hình nên phơng pháp lập thểhầu nh hạn chế đến mức tối đa ảnh hởng của thời tiết và địa hình Đặc biệt với bản

đồ trung bình và bản đồ tỷ lệ bé thì không có phơng pháp nào cho độ chính xác caohơn phơng pháp đo ảnh lập thể có thể nói phơng pháp này luôn đợc áp dụng cácthành tựu khoa học mới vào sản xuất để giải phóng con ngời khỏi lao động vất vả,tăng năng xuất lao động dẫn tới giảm giá thành sản phẩm

Ngày nay trên thế giới và nớc ta công nghệ đo ảnh số đang đợc áp dụng rộngrãi Các bài toán xử lý ảnh đều dựa trên nền tảng của phơng pháp đo ảnh giải tích.Trong công nghệ xử lý ảnh có rất nhiều công đoạn nh chuyển toạ độ pixel trên ảnhquét về toạ độ tấm ảnh, xử lý sai số điểm ảnh, xây dựng mô hình lập thể, tăng dày

và đo vẽ…

1.2.4 Phơng pháp đo ảnh số

1.2.4.1 Khái niệm

Ngày nay kỹ thuật đo ảnh đã đạt đợc những thành tựu hết sức to lớn với sự ra đời

và phát triển không ngừng của phơng pháp đo ảnh số Phơng pháp đo ảnh số(Digital Photogrammetry) là phơng pháp xử lý các bài toán đo ảnh giải tích với sựtrơ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dùng để tiến hành số hoá ảnh, đo

ảnh, nhận biết hình ảnh và tính toán xử lý thay cho con ngời trong phần lớn các quátrình đo ảnh nh: Công tác tăng dày không chế ảnh, xây dựng mô hình số địa hình,nắn ảnh số và đo vẽ địa hình,… Trớc đây việc xử lý các tấm ảnh tơng tự với cácmáy toàn năng công kềnh, sản phẩm làm ra lu trữ rất khó khăn thì ngày nay việc xử

lý tấm ảnh số trên các trạm đo ảnh số chuyên dùng với mức độ tự động hoá cao, cho

ra những sản phẩm đa dạng và khả năng cập nhật quản lý dễ dàng

1.2.4.2 Phơng pháp đo ảnh toàn số

Trong phơng pháp này, số liệu đa vào là xử lý ảnh số, tức là tín hiệu ảnh quét đợcghi nhận thông tin qua các hệ thống điện tử Nếu t liệu đầu vào là ảnh chụp truyềnthống, thì trớc hết phải tiến hành số hoá ảnh bằng thiết bị số hoá Quá trình đo vẽ

ảnh số trong hệ thống này bao gồm các nội dung chủ yếu sau: Xác định các yếu tố

định hớng ảnh, nhận dạng và tổ hợp ảnh, tính toạ độ không gian điểm ảnh, nội suy

bề mặt mô hình, tự động vẽ địa hình trên bản đồ ảnh trực giao đợc thành lập theophơng pháp nắn ảnh số

1.2.4.3 Phơng pháp đo ảnh số tức thời

Trong quá trình thu nhận thông tin ảnh và xử lý thông tin xảy ra đồng thờivới sự liên kết chặt chẽ giữa thiết bị chụp ảnh và hệ thống máy tính có tính năngcao Phơng pháp đo ảnh số tức thời đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học vàcông nghiệp Trong đo ảnh, phơng pháp này đợc ứng dụng để phát triển phơng pháp

đo ảnh tự động trong phạm vi gần Hiện nay đã có các hệ thống đo ảnh tức thời nhMAPVISION của Phần Lan, IRI-D256 của Canada và RTP của Thụy Sỹ v v

Sự khác biệt cơ bản của phơng pháp đo ảnh toàn số với phơng pháp đo ảnh

t-ơng tự và đo ảnh giải tích là quá trình số hoá và xử lý các thông tin bức xạ của ảnh.Trớc đó các thông tin bức xạ của ảnh đợc xử lý một cách đơn giản thông qua nhiềunguồn chiếu sáng và sử lý bằng mắt và não của con ngời Cùng với sự phát triển của

kỹ thuật viễn thám các thông tin bức xạ của đối tợng chụp ảnh đã trở nên hết sứcquan trọng trong công tác đo ảnh Có thể nói nếu không sử dụng thông tin bức xạthì không thể thực hiện tự động hoá trong đo ảnh

Do t liệu đo ban đầu của phơng pháp đo ảnh số là các ảnh số nên các thiết bịquang cơ truyền thống sử dụng trong phơng pháp đo ảnh tơng tự trở nên không cầnthiết nữa, thay vào đó là các máy tính hoặc trạm đo ảnh và các phần mềm chuyêndùng Hiện nay phơng pháp đo ảnh số đợc ứng dụng có hiệu quả trong việc thuthập, quản lý và sử dụng các thông tin ảnh trong kỹ thuật viễn thám và hệ thốngthông tin địa lý (GIS)

Có thể nói, phơng pháp đo ảnh số là sự phát triển hiện đại về công nghệ củaphơng pháp đo ảnh đợc sử dụng có hiệu quả cao trong các lĩnh vực sau đây:

- Thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ (từ 1:500 đến 1:50000) đối với cácvùng địa hình khác nhau

- Đo vẽ bản đồ địa chính cơ sở từ tỷ lệ 1:1000 vùng đồng bằng đến 1:25000vùng núi

- Xây dựng mô hình số địa hình (DTM) phục vụ cho mục đích khác nhau nh:

đo vẽ và tạo cơ sở dữ liệu địa hình, sản xuất bản đồ trực ảnh, lập các bản đồ chuyên

đề đo tính khối lợng v.v

chơng 2 Quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình bằng

phơng pháp đo ảnh số 2.1 Khái niệm về ảnh số

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

18

ảnh số đợc tạo bởi mảng 2 chiều của các phần tử ảnh có cùng kích thớc đợc

gọi là pixel Mỗi pixel đợc xác định bởi toạ độ hàng (m), cột (n) và giá trị độ xám

(g) của nó là g (m, n) biến đổi theo toạ độ điểm Toạ độ hàng và cột của mỗi pixel

đều là các số nguyên Còn giá trị độ xám của pixel nằm trong thang độ xám từ 0

đến 255 (thang độ xám có 256 bậc theo đơn vị thông tin là 8(bit) Toạ độ số hoá chỉ

là các giá trị rời rạc m, n và đợc biểu thị :

x m x

x 0  

y y0 n y (2.1)Trong đó :

m = 0,1, M

n = 0,1, N

x,y là bớc nhảy số hoá

Khi lấy x=y và m = n chỉ ra các giá trị rời rạc đợc gắn vào các giá trị độ

xám g (m, n) tơng ứng của các pixel, lúc đó chúng ta nói rằng ảnh đợc lấy mẫu

(Sampling) và các giá trị độ xám của nó đợc lợng tử hoá Nh vậy, ảnh số là tập hợp

các điểm ảnh rời rạc với vị trí m, n (hoặc x, y) và giá trị độ xám t ơng ứng với từng

N

1 , - g(M

… 1)

1, - g(M

0) 1,

g(M

-…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

1)

N g(1,

… 1)

g (1,

0)

g(1,

1) -

N g(0,

… 1)

g (0,

0)

g(0,

(2.2)Trong đó, mỗi pixel có độ xám g và có vị trí tính theo hàng m, cột n

Đối với ảnh vệ tinh dạng số thì mỗi phần tử ảnh của pixel thể hiện một khu

vực bề mặt trên trái đất Giá trị độ xám của pixel đợc tính bằng giá trị trung bình

của độ phản xạ phổ của toàn bộ khu vực nằm trong phạm vi của pixel Ta có thể thu

đợc ảnh số nhờ các thiết bị số hoá mà cụ thể là máy quét ảnh

Quá trình số hoá bao gồm 2 vấn đề quan trọng đó là định mẫu ảnh và lợng tử

hoá hình ảnh, hay có thể nói rằng:

Quá trình số hoá = quá trình định mẫu + quá trình lợng tử hoá

Quá trình định mẫu ảnh đợc sử dụng để tạo ra sự rời rạc hoá không gian hình

học liên tục của ảnh Thông thờng nó đợc thực hiện nhờ hệ thống quang học với

kích thớc nào đó đã đợc chọn chuyển động dọc theo đờng quét trên tấm ảnh, cũng

tại thời điểm đó nó tiến hành đo, ghi (thời gian đã đợc định trớc hoặc độ dài của bớc

nhảy) phản xạ hoặc bức xạ giá trị độ đen của từng vùng với đối tợng tơng ứng Việc

định mẫu ảnh cho từng vị trí cửa mở của hệ thống quang học là giá trị thích hợp của

toàn giá trị độ đen trong khoảng cửa mở (kích thớc) Theo luật định mẫu, bớc nhảy

định mẫu lý tởng T thoả mãn điều kiện:

c

f

l T

2

 (2.3)Trong đó:

fc là tần số cao nhất của phép biến đổi FURIER của việc định mẫu ảnh, tức làtần số cắt.

Quá trình lợng tử hoá đợc sử dụng để tạo ra sự rời rạc không gian độ đen liêntục của ảnh Lợng tử hoá có thể thực hiện bằng 2 phơng pháp là tuyến tính hoặckhông tuyến tính

Lợng tử hoá cho ta các giá trị độ xám tại vị trí đợc số hoá thành các mức độxám với các khoảng nhảy bằng nhau

I=2M (2.4)Với M= 1, 2, , 8 là số đợc lấy cho bậc độ xám

Với M = 1 thì ta có 2 mức độ xám trắng và đen

Với M = 8 thì ta có 256 mức độ xám, nh vậy khoảng dao động của mức độxám từ 0 đến 255

ảnh đen trắng chỉ bao gồm hai màu đen và trắng Ngời ta phân sự biến đổi

đó thành I mức Nếu I = 2, nghĩa là chỉ có hai mức 0 và 1 còn gọi là ảnh nhị phânvới mức 1 tơng ứng với màu trắng và mức 0 ứng với màu đen ảnh nhị phân khá

đơn giản, các phần tử ảnh có thể coi nh các phần tử logic Nếu I >2 ta có ảnh đa cấpxám Việc xác định số mức phụ thuộc vào tiêu chí lợng tử hóa, I thờng chọn là 32,

64, 128 và 256

Với ảnh nhị phân, mỗi pixel mã hoá trên 1 bit, ảnh 256 mức mã hoá trên 8 bit(1 by) Các bậc độ xám này có thể lu trữ dới dạng một byte nên chúng có rất nhiềuthuận lợi trong quá trình xử lý ảnh số

Kích thớc của file ảnh đợc tính bằng tích số hàng với số cột và số bit đợcdùng mã hoá cho một pixel

ảnh màu là ảnh tổ hợp từ ba màu cơ bản là đỏ, lục và chàm đợc thu nhận trêncác dải băng tần khác nhau Mỗi pixel ảnh màu gồm ba thành phần nh trên Mỗimàu cũng phân thành I cấp khác nhau ( thờng là 256) Do vậy, để lu trữ ảnh màu,ngời ta lu trữ từng màu riêng biệt, mỗi màu lu trữ nh một ảnh đa cấp xám Vì vậy,không gian nhớ dành cho một ảnh màu lớn gấp ba lần một ảnh đa cấp xám cùngkích thớc

Hàm số độ đen xác suất về sai sót khi lợng tử hoá đợc lấy đồng nhất: 0,5± 0,5tức là:

P(x) = 1 -0,5 X 0,5 (2.5) = 0 Các giá trị khác

Và gía trị trung bình của chúng là P = 0 có phơng sai là:

5 , 0

2 2

2 1

2

1 )

( ) (x  P x dx x dx

ảnh thu đợc sau quá trình số hoá đợc lu lại cho các quá trình xử lý tiếp theohay truyền đi Cho đến nay, có rất nhiều kỹ thuật xử lý ảnh, tồn tại nhiều định dạngkhác nhau nh ảnh đen trắng IMG, ảnh đa cấp xám, ảnh màu nh BMP, GIF, JPEG.Mặc dù các định dạng này là khác nhau, nhng chúng cũng tuân theo một cấu trúcchung nhất định Bao gồm 3 phần:

Đầu tệp (header) chứa các thông tin về kiểu ảnh, kích thớc, độ phân giải, sốbit dùng cho 1 pixel, cách mã hoá, vị trí bảng màu Kích thớc phần header phụthuộc vào kiểu định dạng ảnh

Dữ liệu nén (Data Compression) là số liệu ảnh đã đợc mã hoá bởi kiểu mãhoá chỉ ra trong header

Bảng màu (Palette Color) chỉ ra số màu dùng trong ảnh và đợc sử dụng đểhiện ảnh (bảng màu có thể không nhất thiết phải có)

Do dung lợng file ảnh rất lớn, nên ngời ta đã nghiên cứu và đa ra kỹ thuật néndữ liệu ảnh - đó là quá trình làm giảm lợng thông tin nd thừa” trong dữ liệu gốc vàkết quả là lợng thông tin thu đợc sau khi nén thờng nhỏ hơn dữ liệu gốc rất nhiều.Với dữ liệu ảnh, kết quả nén thờng là 10:1 Nếu sử dụng kỹ thuật nén Fractal thì tỷ

số nén có thể lên tới 30:1

Ngoài thuật ngữ nnén dữ liệu” ngời ta còn có các tên gọi khác nh giảm độ dthừa, mã hoá ảnh gốc

Cho tới nay có rất nhiều phơng pháp nén đã và đang đợc nghiên cứu sử dụng

và phân chia thành các nhóm lớn nh nén không mất mát thông tin (tức là các phơngpháp nén mà sau khi giải nén ta thu đợc chính xác dữ liệu gốc) và nén có mất mátthông tin (tức là các phơng pháp nén mà sau khi giải nén ta không thu đợc dữ liệu

nh bản gốc)

ảnh số có những u nhợc điểm sau:

u điểm

- Dễ sao chép, dễ nhân bản, dễ bảo quản

- Có thể đợc sử dụng để giải đoán tự động và bán tự động

- Dễ dàng thay đổi, tăng cờng chất lợng hình ảnh (Histogram)

- Có thể cho giá trị toạ độ và độ xám trực tiếp

- Có thể trực tiếp tích hợp các dữ liệu khác (dạng raster và vector)

- Có thể hiển thị ở rất nhiều tỷ lệ bằng Zoom in và Zoom out mà không làmgiảm chất lợng ảnh

Nhợc điểm

- ảnh phân giải cao đòi hỏi bộ nhớ lớn

- Cần có máy tính màn hình đồ hoạ chất lợng tốt và phần mềm chuyên dùng

- Bị giới hạn bởi kích thớc màn hình

- Chuyển sang dạng tơng tự cần có máy in đắt tiền

2.2 Hệ thống trạm đo vẽ ảnh số

Quá trình phát triển của đo vẽ ảnh số có liên quan mật thiết tới quá trình thiết

kế, chế tạo và khả năng của các hệ thống đo vẽ ảnh số Hệ thống đo vẽ ảnh số đợc

định nghĩa là phần cứng và phần mềm để thu đợc các sản phẩm đo vẽ từ ảnh sốthông qua việc áp dụng các kỹ thuật tự động, bán tự động và thủ công Cấu trúc của

hệ thống đo vẽ ảnh số đợc mô tả nh sau:

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

22

Hình 2,1 Hệ thống đo vẽ ảnh sốHình trên thể hiện sơ đồ của hệ thống đo vẽ ảnh số Đó là một hệ thống baogồm các phần cứng và phần mềm máy tính để thực hiện các bớc xử lý đo vẽ ảnhtrên các dữ liệu ảnh số Trong công tác thành lập bản đồ thì dữ liệu ảnh số ban đầuthờng có đợc thông qua quá trình quét ảnh hàng không bằng các máy quét chuyêndùng có độ chính xác cao Do đó máy quét là một phần tích hợp quan trọng của hệthống đo vẽ ảnh số Thành phần chính của hệ thống đo vẽ ảnh số là trạm đo vẽ ảnh

số Trên thực tế có thể bao gồm nhiều trạm với các tính năng kỹ thuật và vai tròkhác nh các trạm Image Station Z và SSK của Intergraph Ngoài ra hệ thống nàycòn có các máy in raster hoặc in phim để chuyển sản phẩm dạng số sang dạng tơngtự

Hệ thống đo ảnh số xử lý t liệu là ảnh thu đợc bản đồ dới dạng số Qua quátrình xử lý số liệu, sản phẩm nhận đợc của hệ thống đo ảnh số là: bản đồ số, môhình số địa hình và địa vật, ảnh trực giao và các số liệu liên quan Các sản phẩm này

đợc lu trữ trên máy tính và chúng có khả năng hiển thị trên màn hình máy tính vàchuyển tải ra máy in và có thể kết hợp với các nguồn thông tin khác trên các hệthống GIS / LIS tạo ra khả năng lu trữ, cập nhật, quản lý và khai thác một cách cóhiệu quả Nó phục vụ không chỉ riêng cho ngành trắc địa bản đồ mà còn phục vụ

đắc lực cho các ngành có liên quan Hệ thống đo ảnh số gồm những thiết bị đợc liênkết chặt chẽ với nhau tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh cho phép chúng ta thựchiện các chức năng của công tác đo ảnh Các thiết bị đó gồm: máy quét, trạm xử lý

Hệ thống bản đồ số hoặc GIS/

Máy in Raste

r hoặc phim

Máy in raster hoặc phimTrạm đo

vẽ ảnh số

Khi nói tới máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh, ngoài độ chính xác hìnhhọc còn cần phải đề cập đến các tính chất và độ chính xác về bức xạ vì trong cáccông đoạn đo vẽ ảnh, đặc biệt là các công đoạn đo vẽ tự động thông tin bức xạ của

ảnh là mấu chốt của các lời giải Hơn nữa chất lợng bức xạ của máy quét cũng làyếu tố quan trọng ảnh hởng tới một số sản phẩm của đo vẽ ảnh số nh ảnh trực giao.Nhiều máy quét chuyên dùng cho đo vẽ ảnh hiện nay có khả năng lợng tử hoá theo

10 bit hay12 bit

Hiện nay ở nớc ta đã có các máy quét nh: FSI, VX3000, SCAL Các máy này

đã và đang phục vụ tốt cho sản xuất của ngành đo đạc bản đồ và địa chính Tuynhiên để có đợc các máy này phải đầu t lớn

Bảng 2.1 Một số máy quét chuyên dùng trong đo vẽ ảnh số với các thông số

2.2.2 Trạm đo ảnh số

Trạm đo ảnh số là các máy tính điện tử hay các WorkStation có khả năng lutrữ dung lợng thông tin lớn, đồng thời có tốc độ xử lý cao Nó là sản phẩm tuyệt vờicủa sự kết hợp giữa cơ sở lý thuyết ngành trắc địa với công nghệ tin học để thựchiện các chức năng đo ảnh Khi so sánh phơng pháp đo vẽ ảnh giải tích với phơngpháp đo vẽ ảnh số thì u điểm lớn của các trạm đo vẽ ảnh số là loại bỏ tất cả các bộphận cơ học chính xác cao và đắt tiền thờng có trong máy giải tích Lý do là trong

đo vẽ ảnh số độ chính xác của các phép đo không còn bị hạn chế bởi các giới hạnvật lý của thiết bị nh độ nhạy của các trục vít, bớc răng hoặc các thiết bị mã hoá.Các trạm đo vẽ ảnh số không cần có các kiểm định cơ học, lau dầu mỡ nh các máy

Hình 2.2 Sơ đồ của trạm đo ảnh sốTrạm đo vẽ ảnh số là hạt nhân của hệ thống ảnh số Nó bao gồm một trạm đồhoạ với khả năng xử lý ảnh cao Bộ nhớ, các tính năng hiển thị trong đại đa số trờnghợp là hiển thị lập thể và các phần mềm xử lý ảnh Các trạm đo vẽ ảnh số đóng mộtvai trò then chốt không chỉ trong việc lấy thông tin từ ảnh mà còn tạo ra các sảnphẩm mới cũng nh phơng pháp mới Các thế mạnh của công nghệ đo vẽ ảnh số thểhiện rõ rệt nhất trong các trạm đo vẽ ảnh số So với các máy giải tích thì các trạm

đo vẽ ảnh số còn đa năng hơn nhiều Chúng có thể xử lý nhiều loại ảnh số từ ảnhhàng không chụp từ phim sau đó đợc quét và ảnh hàng không đợc chụp từ máy ảnh

số cho tới ảnh vệ tinh Hơn thế nữa, các nhiệm vụ mà trong ảnh giải tích đòi hỏinhiều máy móc khác nhau và nhiều ngời thao tác đợc đào tạo chuyên sâu riêng thìtrong ảnh số có thể đợc thực hiện chỉ trên một trạm đo vẽ và chỉ bởi một ngời thaotác

Hiện nay ở Bộ tài nguyên và môi trờng và Cục Bản đồ Bộ tổng Tham mu đã

đợc trang bị khá nhiều trạm xử lý ảnh số ImageStation của hãng Intergraph (Mỹ)

và đến cuối năm 1999 đầu năm 2000 đã trang bị thêm 2 trạm mới là Photomod củaNga và 3D-mapper của úc Tính năng và thiết bị của các trạm này nh sau:

b 3D-Mapper

Đây cũng là thiết bị xử lý ảnh trên máy PC thực hiện đợc toàn bộ các côngtác đo ảnh nh một máy toàn năng trừ tăng dày

Thiết bị của 3D-Mapper gồm có:

- CPU: Pentium II 350 Mhz Procesor

Cũng giống nh Photomod, 3Dmapper chạy trên các máy PC nên đầu t rẻ tiền

và gọn nhẹ Hơn nữa cặp ảnh lập thể hiện tách biệt trên 2 nữa màn hình (giống nh 2khay phim trên máy toàn năng) và đợc quan sát bằng kính lập thể thông thờng chohình ảnh ổn định, tuy nhiên nó có nhợc điểm là trờng nhìn hẹp và tốc độ xử lý đồhọa cha cao

Thiết bị của ImageStation gồm:

- CPU: 4 chip pentium II 300 Mhz Processors

- Bộ xử lý đồ họa Edge II+

- Ram: 128Mb of Ram

- Đĩa cứng: 15 Gb

- Đĩa mở rộng: 9 Gb

- Màn hình lập thể độ phân giải cao: 28 inch

- Bộ phát tia hồng ngoại Emitter: 01

- Thiết bị đo vẽ lập thể: Chuột 12 phím

- Kính lập thể – Crystal Ee Glasses: 02

- Bộ xử lý nén và giải nén JPEG

- Bàn phím, con chụôt

- Window NT, Unix IRIS

Có thể nói trạm ImgeStation là một máy toàn năng hoàn hảo, mạnh mẽ vàtiện lợi Do quan sát lập thể dới sự trợ giúp của máy phát xạ, hiển thị ảnh trái

- ảnh phải theo thể thức nháy 1/60 giây gây nên cảm giác nháy khó chịu vànhức mỏi mắt cho ngời công tác Tuy nhiên bù lại trờng nhìn trên màn hình

28 inch rất rộng và bao quát nên phục vụ đắc lực cho công tác đo vẽ ảnh

Các phần mềm của trạm ImageStation

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

26

Đi cùng với các thiết bị phần cứng, Intergraph đã sản xuất ra các phần mềmứng dụng nhằm xử lý, khai thác quản lý tối đa của ảnh số Họ đã đa ra giảipháp tốt trong lĩnh vực kết hợp xử lý song song dữ liệu Raster và Vectertrong cùng một môi trờng đồ họa thống nhất Nhìn chung các phần mềm củaIntegraph sử dụng trong công nghệ ảnh số rất hiệu quả song lại tơng đối phứctạp Nó còn đòi hỏi ngời sử phải có những hiểu biết căn bản về máy tính,thông thạo các phần mềm ứng dụng, vững chắc kiến thức về bản đồ và ảnh.Các phần mềm đó bao gồm:

* Phần mềm đo vẽ ảnh trong môi trờng MicroStation

Đây là phần mềm đồ họa hàng đầu thế giới Nó cung cấp môi trờng làm việc,các công cụ đồ họa 2 chiều và 3 chiều Nó còn làm nền để chạy các phầnmềm khác

MGE grid gereration Tạo cơ sở toán học cho bản đồ

MGTA MGE Terrain Analyst Phân tích trong không gian 3 chiều

MRI MGE Base Imager Tiện ích về ảnh

2.2.3 Máy in

Các sản phẩm số của trạm xử lý ảnh số muốn biểu thị trên giấy giống nh các sản

phẩm truyền thống khác, nhất thiết phải thông qua máy in Nh vậy, máy in là thiết

bị chuyển đổi dữ liệu dạng số sang dữ liệu dạng sản phẩm tơng tự

Có thể chia làm 3 loại máy in theo độ chính xác nh sau:

+ Máy in có độ phân giải thấp (0.03mm và kém hơn)

+ Máy in có độ phân giải trung bình (từ 0.01- 0.02mm)

+ Máy in có độ phân giải cao (cao hơn 0.01mm)

+ Máy in phim (Mapsectter)

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của một số loại máy vẽ

chế tạo

Bàn làm việc (mm 2)

Độ phân giải (mm 2 )

Tốc độ cực đại (mm/s)

Số lợng và kiểu bút vẽ

DIGIGRAF-1612

Séc 1200 x 1600 0.05 100 Vẽ 4 màu,

KhắcDIGIGRAF-

ảnh để làm nổi bật các đặc trng chính của ảnh nhằm bảo đảm cho ảnh số gần giốngvới ảnh gốc mà không bị biến dạng

Tăng cờng chất lợng ảnh và chiết tách đặc tính nh một thao tác chuyển đổinhằm tăng tính dễ đọc, dễ hiểu cho ngời làm công tác giải toán ảnh, một thao tác

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

28

nhằm phân loại, sắp xếp các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉtiêu đa ra dới dạng hàm số Cho đến nay, ngời ta vẫn cha đa ra một tiêu chuẩn cụthể nào về chất lợng của ảnh số Vì vậy việc nâng cao chất lợng ảnh thờng theo yêucầu và mục đích của ngời sử dụng Thực chất việc nâng cao độ tơng phản là sự cầnthiết lợng tử hoá độ xám của ảnh Sự sắp xếp độ xám sau quá trình này nằm trongkhoảng từ 0 255 bậc Một số phơng pháp nâng cao độ tơng phản đợc sử dụngtrong các thiết bị xử lý ảnh đợc kể tới nh nâng cao tuyến tính, nâng cao phi tuyếntính và nâng cao theo phép biến đổi Histogram.

2.3.2 Cấu trúc hình tháp

Cấu trúc hình tháp làm tăng tốc độ tính toán khi khớp ảnh cũng nh tăng tốc

độ đọc, hiển thị ảnh trên màn hình Các file ảnh sau khi quét thờng đợc tổ chức theocác lớp cấu trúc hình tháp với độ phân giải khác nhau Các lớp hình ảnh của một

ảnh có độ phân giải khác nhau theo một hệ số phóng đại nhất định (thờng là hệ số

2, 3 hoặc 4) Các lớp pixel đợc sắp xếp thứ tự từ lớp có kích thớc pixel lớn tới cáclớp có kích thớc bé hơn, cao nhất (480m) là lớp đợc coi là thô nhất và lớp pixel

bé nhất (30m) đợc coi là lớp ảnh gốc Khái niệm kích thớc pixel ở đây khônggiống nh pixel trên màn hình máy tính Trên màn hình kích thớc pixel là không đổi,còn trong ảnh số kích thớc pixel có thể hiểu là khoảng cách nhỏ nhất đợc dùng thểhiện ảnh

Có nghĩa là lớp ảnh thô tầng trên có số lợng pixel ít hơn số pixel của lớp ảnhtầng dới

Cấu trúc hình tháp của ảnh đợc áp dụng rộng rãi trong đo vẽ ảnh số từ định ớng tăng dày cho tới các công đoạn nh tạo mô hình số địa hình (DTM) và nắn ảnhtrực giao Các lớp pixel của cấu trúc hình tháp còn có thể tách ra và đợc dùng nhmột file ảnh số độc lập

h-Các hệ thống ảnh số đều lấy cấu trúc này của loại tệp có tên mở rộng là TIF,

đây là một cấu trúc tệp ảnh chuẩn của Microsoft Tuy nhiên các hãng sản xuất phầnmềm xử lý ảnh số đã cải tiến cấu trúc tệp *.TIF nhằm cải thiện khả năng hiển thị

ảnh trên màn hình máy tính Cấu trúc tệp ảnh các lớp ảnh hình tháp còn chia đợcthành các ma trận có kích thớc là 128 hoặc 256 hoặc 512 pixel và xếp kề nhau(tiles) Với cấu trúc này chơng trình sẽ tính toán sao cho trên màn hình chỉ hiển thịphần ảnh thuộc đối tợng cần quan sát trong tầng ảnh phù hợp, làm cho tốc độ hiểnthị ảnh trên màn hình tăng lên đáng kể

- Khớp ảnh theo vùng (Area Based Matching hay ABM)

- Khớp ảnh theo đặc trng địa vật (Feature Matching hay FBM)

- Khớp ảnh theo biểu tợng (Symbolic Matching)

Các thuật toán khớp ảnh khác nhau chủ yếu ở đối tợng hay thực thể dùng để

so sánh, đối chiếu trên các ảnh để tìm ra các đối tợng cùng tên Các đối tợng dùng

để so sánh, đối chiếu có thể là các mức độ xám, các đặc trng của địa vật hay cácbiểu tợng mô tả Đây chính là sự khác biệt giữa các phơng pháp khớp ảnh

2.4.1 Phơng pháp khớp ảnh theo vùng

Lấy sự phân bố độ xám của ảnh làm cơ sở, nguyên lý tính toán tối u cho

ph-ơng pháp khớp ảnh theo vùng là nguyên lý số bình phph-ơng nhỏ nhất Sử dụng thuậttoán bình sai cho các biến dạng độ xám trong quá trình tính các độ đo tơng quan,cho nên có khả năng đạt độ chính xác cao và sử dụng trong những nhiệm vụ đo ảnhcần độ chính xác cao, nh công tác tăng dày khống chế ảnh

Trong phơng pháp này xét tới hai loại biến dạng hệ thống của độ xám: biếndạng bức xạ và biến dạng hình học Từ đó sinh ra sự khác biệt về phân bố độ xámcủa ảnh

Nguyên nhân sinh ra biến dạng bức xạ: độ chiếu sáng, hớng bức xạ trên bềmặt vật chụp ảnh, khí quyển, độ suy giảm của kính vật máy chụp ảnh, sự khác biệt

về điều kiện xử lý ảnh và sai số trong quá trình số hoá ảnh v.v

Nguyên nhân chủ yếu sinh ra biến dạng hình học gồm: các loại biến dạnghình ảnh do phơng vị máy chụp ảnh và độ chênh cao địa hình gây ra Trong chụp

ảnh thẳng đứng thì độ chênh cao địa hình là nguyên nhân chủ yếu của biến dạnghình học Vì vậy, đối với cùng địa hình có độ chênh cao lớn (vùng núi) việc khớp

ảnh sẽ khó khăn hơn vùng bằng phẳng

2.4.2 Phơng pháp khớp ảnh theo đặc trng

Khi điểm ảnh cần khớp nằm trong vùng có độ tơng phản thấp, tức là thiếuthông tin trong cửa sổ khớp, tỷ số tín hiệu tạp rất nhỏ, thì khả năng khớp đợc ảnhkhông cao Trong đo ảnh tỷ lệ lớn ở thành phố, đối tợng xử lý chủ yếu là các vậtkiến trúc, các đối tợng phi địa hình khi đó do tính không liên tục của hình ảnh, dobóng hoặc bị che khuất hoặc việc các đối tợng có kiến trúc giống nhau Vì vậy,trong nhiều trờng hợp việc khớp ảnh chủ yếu dựa vào các đặc trng của địa vật trên

ảnh với các thuộc tính mô tả nh: đặc trng điểm, đờng hoặc điện Phơng pháp khớp

ảnh này đợc gọi là khớp ảnh theo đặc trng Nó có thể phân thành các loại khớp ảnhtheo đặc trng điểm, theo đặc trng đờng và theo đặc trng diện Các loại khớp điểmnày đều thực hiện theo 3 bớc:

- Lựa chọn đặc trng

- Mô tả đặc trng bằng một số tham số

- Sử dụng các tham số đã đợc xác định để tiến hành khớp ảnh

Các đặc trng có thể phân bố theo 2 dạng: Phân bố tuỳ ý và phân bố đều Đốivới mục đích đo ảnh khác nhau thì việc lựa chọn đặc trng cũng khác nhau, các đặc

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

30

trng đợc lựa chọn trên ảnh có thể phân thành một số cấp theo cấu trúc hình tháp đểlần lợt xử lý khi khớp ảnh.

Mô tả đặc trng bằng một số tham số, thờng thì lựa chọn đờng biên đối tợnglàm đặc trng để khớp ảnh, sử dụng thuật toán biên (Edge Operation) để tách biên từ

ảnh sau đó dùng tham số mô tả biên

Khi tiến hành tham gia khớp ảnh điểm đặc trng, các điểm tham gia khớp ảnh

có thể lựa chọn theo các tiêu chí sau:

- Trong vùng định đo trên ảnh phải chọn điểm đặc trng làm điểm có khả năngkhớp ảnh

- Tất cả các điểm ảnh trong vùng định đo của ảnh phải đều làm điểm có khảnăng khớp ảnh

2.4.3 Khớp ảnh theo mô hình đối tợng

Mục đích của khớp ảnh là thu nhận thông tin hình học của đối tợng để xác

định vị trí không gian của nó Vì vậy, sau khi nhận biết điểm ảnh cùng tên theo cáccơ sở lý luận khớp ảnh nói trên, cần tiến hành tính toán xác định toạ độ không gian(X, Y, Z) của điểm vật, sau đó thành lập mô hình số bề mặt vật thể (nh mô hình số

địa hình DTM) Trong quá trình xây dựng mô hình số bề mặt vật thể có thể cần phải

sử dụng một số phơng pháp nội suy, nên ít nhiều làm giảm độ chính xác đo

Vì vậy, để tránh nhợc điểm này có thể sử dụng phơng pháp khớp ảnh dựa vào

điểm vật có toạ độ không gian trên bề mặt của đối tợng và vận dụng điều kiện đồngphơng để xác định độ cao Lúc này toạ độ mặt phẳng của điểm vật (X, Y) đã biết vàchỉ cần xác định độ cao Z của nó Phơng pháp khớp ảnh này đợc gọi là khớp ảnhtheo yếu tố bề mặt của đối tợng tức là phơng pháp khớp ảnh theo độ cao

Nguyên lý cơ bản của phơng pháp nh sau:

Giả thiết trong không gian vật có một vật thẳng đứng thì hình ảnh của nó trên

ảnh cũng là một đờng thẳng tức là giao điểm A của đờng thẳng đứng VLL (VerticalLine Locus) với mặt địa hình nhất định sẽ nằm trên hình chiếu tơng ứng trên ảnh.Vận dụng tính chất này có thể tìm kiếm các điểm ảnh cùng tên a1, a2 trên ảnh trái

và ảnh phải để xác định độ cao của điểm A

Phơng pháp này đợc ứng dụng trong xây dựng mô hình số độ cao tự động sauquá trình tăng dày tức là khi toạ độ tâm chụp và các yếu tố định hớng ngoài của mỗi

ảnh đã đợc xác định

Trong tăng dày nếu có sử dụng toạ độ tâm chụp bằng công nghệ GPS và các

điểm khống chế ngoại nghiệp đợc đánh dấu trớc khi chụp thì có thể áp dụng phơngpháp này để khớp đa ảnh cho quá trình định hớng tơng đối

Tóm lại bản chất của khớp ảnh là quá trình xử lý các thông tin bức xạ trêncác vùng có độ phủ của 2 hay nhiều ảnh nhằm tự động tìm ra các điểm ảnh cùng têndựa trên cấu trúc hình tháp và một vài tham số hình học gần đúng với ban đầu của

ảnh Sau khi tìm đợc ra toạ độ của các điểm cùng tên sẽ đợc tự động đo ngay Khớp

ảnh mở ra khả năng chọn điểm, chuyển điểm và đo điểm tự động đợc thực hiện gần

nh đồng thời trên trạm đo vẽ ảnh số Khớp ảnh đợc áp dụng trong công tác định ớng, tăng dày và tạo mô hình số địa hình.

h-Để cho quá trình khớp ảnh đợc thực hiện tốt cần phải có những thông tin cầnthiết về mô hình hình học cũng nh mô hình bức xạ của ảnh Ngoài ra các giá trị gần

đúng ban đầu của một vài tham số cũng cần phải đợc xác định với độ tin cậy nhất

định Đặc điểm địa hình địa vật cũng là những yếu tố rất quan trọng và có ảnh hởnglớn tới kết quả khớp ảnh

Nh vậy để thực hiện các bớc xử lý ảnh số trong các ứng dụng của hệ phầnmềm theo nguyên lý khớp ảnh hoặc để tăng tốc độ đọc và hiển thị đồ hoạ, các file

ảnh thờng đợc tổ chức thành các cấu trúc hình tháp của ảnh Các cấu trúc hình thápcủa ảnh là các lớp pixel mới của cùng một file ảnh với độ phân giải khác nhau theomột hệ số phóng đại nhất định Cấu trúc hình tháp này đợc dùng rất nhiều trong cácthuật toán khớp ảnh (tự động tìm kiếm điểm cùng tên trên các ảnh phủ nhau)

2.5 Quy trình đo vẽ bản đồ địa hình bằng phơng pháp đo ảnh

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

Đo vẽ xử lý ảnh trên trạm

Đoán đọc

điều vẽ và

đo bù NN

Số hoá trên máy PC

Số hoá chi tiết địa vật

Biên tậpIn-Lu trữ

Bản đồ địa hình là một loại bản đồ mang tính chất đặc biệt quan trọng, nó cóyêu cầu chặt chẽ về độ chính xác cũng nh phơng thức thể hiện nội dung Công nghệthành lập bản đồ địa hình phải trải qua nhiều công đoạn với yêu cầu chặt chẽ về lýluận và thao tác Do vậy để đánh giá hết khả năng, hạn chế và xu hớng phát triểncủa công nghệ số thành lập bản đồ số Quy trình thành lập bản đồ bao gồm cáccông đoạn sau:

2.5.1 Khảo sát thiết kế.

Thu thập các số liệu trắc địa bản đồ, khảo sát tình hình địa lý kinh tế, nắmbắt yêu cầu nhiệm vụ và khả năng kỹ thuật Lập luận chứng kinh tế kỹ thuật đa racác phơng pháp thực hiện, lịch tiến hành nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật tính kinh

tế và khả năng thực thi

2.5.2 Chụp ảnh hàng không

Đây là công đoạn đầu tiên trong phơng pháp thành lập bản đồ bằng ảnh hàngkhông Nó có ý nghĩa rất quan trọng tới độ chính xác của bản đồ cần thành lập vàhiệu quả kinh tế mà nó mang lại

Độ cao bay chụp có thể xác định theo công thức :

h p

 là sai số trung bình xác định độ cao

Ngày nay với kỹ thuật tiến bộ của của công nghệ GPS trong dẫn đờng baychụp (đạo hàng), đặc biệt là kỹ thuật định vị GPS động cho phép ta xác định toạ độtâm chụp ngay trong lúc chụp ảnh đã tạo điều kiện nâng cao chất lợng kỹ thuật baychụp Cùng với chất lợng của hệ thống quang học, hoá ảnh của máy chụp và phim

đợc nâng cao Cho ra những tấm ảnh chất lợng cao, phát huy độ chính xác cho cáccông đoạn xử lý sau này, giảm nhẹ công sức cho con ngời, giảm giá thành đáng kể

2.5.3 Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp.

Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp là cơ sở trực tiếp xác định toạ độ và độ caocủa các điểm tăng dày phục vụ cho công tác định hớng mô hình Nó thoả mãn một

số yêu cầu sau:

- Độ chính xác phải cao hơn độ chính xác điểm tăng dày ít nhất một cấp

- Số lợng và vị trí điểm bố trí linh hoạt theo yêu cầu độ chính xác điểm tăngdày và phơng pháp tăng dày

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

34

Công tác đo nối khống chế ảnh đợc thực hiện bằng các phơng pháp giao hộihoặc máy GPS với chế độ đo tĩnh đo tơng đối, cho độ chính xác rất cao Đồ hình bốtrí điểm đo nối phụ thuộc vào phơng pháp tăng dày bằng tam giác ảnh không gian.

2.5.4 Quét ảnh

Đây là công tác số hoá ảnh hàng không Dựa vào độ chính xác của bản đồcần thành lập theo quy phạm của tổng cục địa chính ban hành để lựa chọn tỷ lệ ảnhchụp Từ đó ta lựa chọn độ phân giải của ảnh quét nhằm đảm bảo độ chính xác của

ảnh đo

Việc lựa chọn độ phân giải của ảnh quét là một yêu cầu quan trọng Trongkhi quét, ngoài việc đảm bảo hình ảnh rõ nét còn phải chọn độ phân giải quét phimsao cho vừa phải đảm bảo độ chính xác đạt yêu cầu của bản đồ cần thành lập vừa códung lợng file là rất nhỏ

Hiện nay, độ phân giải quét ảnh thờng đợc lựa chọn theo công thức:

Các phơng pháp đoán đọc và điều vẽ :

Điều vẽ ngoại nghiệp đợc áp dụng khi thành lập bản đồ có tỷ lệ lớn, các vùng

có nhiều địa vật thay đổi, các vùng dân c cần thu thập nhiều số liệu chi tiết màkhông thể hoặc khó có thể xác định đợc trên mô hình lập thể Phụ thuộc vào quytrình công nghệ đo vẽ hoặc đặc điểm địa lý của khu đo và mức độ nghiên cứu của

nó Phụ thuộc vào tài liệu bay chụp là mới hay cũ và các tài liệu đã có trên khu đo

mà chọn phơng pháp điều vẽ cho thích hợp

Hiện nay, khi thành lập bản đồ tỷ lệ lớn bằng công nghệ số thì tốt nhất là

điều vẽ trên ảnh đã đợc nắn đúng bằng tỷ lệ bản đồ cần thành lập Công tác điều vẽ

có thể thực hiện theo 2 cách sau:

Điều vẽ ngoài trời dày đặc là áp dụng khi đo vẽ lập thể mà khu đo có nhiềucông trình xây dựng và khi đo vẽ phối hợp để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn

Điều vẽ ngoài trời theo tuyến là áp dụng cho những khu dân c, khu vực tơng

đối phức tạp cho việc đoán đọc trong phòng, khu vực cha đợc nghiên cứu đầy đủ và

có ít tài liệu

Đoán đọc trong phòng: Cơ sở của phơng pháp là sử dụng các chuẩn đoán đọctrực tiếp và các chuẩn đoán đọc gián tiếp để giải đoán các yếu tố địa vật Công việc

này thờng đợc thực hiện nhờ sự trợ giúp của các t liệu cũ kết hợp với kiến thức địachất địa mạo của khu đo để nhận biết từng đối tợng.

Đoán đọc và điều vẽ kết hợp là phơng pháp phù hợp cho nhiều trờng hợpthành lập bản đồ ngoại trừ bản đồ địa chính Thông thờng ngời ta đoán đọc ở trongphòng sau đó mới điều vẽ ngoài trời theo tuyến đã thiết kế

2.5.6 Các thao tác trên trạm ảnh số

2.5.6.1 Tạo dựng Project

Là tập hợp và sắp xếp các file dữ liệu cần thiết cho một khu đo trên trạm đo

vẽ ảnh số Tên của th mục thờng đợc lấy từ tên của khu đo vẽ Trong đó chứa cácfile dữ liệu nh file camera chứa các thông tin số của máy ảnh hay file control chứatoạ độ và độ chính xác của điểm khống chế ngoại nghiệp Ngoài ra trong th mụccòn có các file kết quả Lúc đầu các file kết quả này còn là các file trống chỉ đếnkhi một số công đoạn đợc thực hiện xong thì các file này mới hoàn chỉnh

Sau khi tạo xong Project thì hệ thống quy chiếu, hệ toạ độ, độ cao, lới chiếucủa khu đo mới đợc thành lập

Cần lu ý khi đa vào các thông số kỹ thuật, kiểm định, hệ toạ độ, đơn vị đo,thông số các tuyến bay, toạ độ, độ chính xác của các điểm khống chế và các giớihạn cho sự hội tụ của bài toán bình sai

2.5.6.2 Tăng dày khống chế ảnh

Là khâu quan trọng trong toàn bộ quy trình công nghệ đo vẽ ảnh số Từ các

điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp đã có trên ảnh kết hợp với việc chọn điểm, chích

điểm, chuyển điểm toạ độ ảnh và bình sai khối tam giác ảnh không gian Xác địnhtoạ độ và độ cao của các điểm tăng dày, đảm bảo mỗi mô hình có ít nhất 3 điểmkhống chế đạt độ chính xác phục vụ công tác định hớng tuyệt đối Sai số vị trí mặtphẳng của các điểm khống chế tăng dày ít nhất phải đạt đợc là 0,1mm Mbđ, còn sai

số về độ cao phải bé hơn hoặc bằng 1/5 khoảng cao đều (bất kể vùng bằng phẳnghay vùng núi cao) Nhiệm vụ là xác định toạ độ điểm khống chế đo vẽ đợc chọn và

đánh dấu ở những vị trí thích hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở liên kết các đối ợng đo vẽ trong phòng với thực địa

t-2.5.6.3 Định hớng trong – Iterion orientation (IO)

Là công tác đầu tiên đợc thực hiện trên một tấm ảnh Quá trình định hớngtrong thiết lập một mối quan hệ toạ độ ảnh thông qua toạ độ kiểm định của các mấukhung camera với đơn vị mm và hệ toạ độ ảnh quét thông qua kết quả đo đợc củacác mấu khung camera tơng ứng trên ảnh quét

Nh vậy, bản chất của định hớng trong của ảnh số là chuyển hệ toạ độ trongkhông gian hai chiều từ hệ toạ độ của ảnh quét sang hệ toạ độ của mặt phẳng ảnh.Nếu nh ảnh đợc quét từ phim thì mối quan hệ này vẫn đợc thiết lập cho từng tấm

ảnh một Bài toán chuyển đổi hệ toạ độ có thể đợc thực hiện thông qua việc đo toạ

độ pixel của các mấu khung

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

36

Các mấu khung có tọa độ trong cả 2 hệ và bài toán chuyển đổi đợc thực hiệnthông qua việc đo tọa độ pixel của các mấu khung kết hợp với tọa độ kiểm định củachúng Mô hình thờng đợc sử dụng là chuyển đổi affine (bậc 1 với 6 tham số).

x = a0 + a1xp + a2yp (2.9)

y = b0 + b1xp + b2yp

Trong đó:

ai,bi - là các tham số tính chuyển (i = 0,1,2)

xp,yi - là tọa độ pixel của ảnh số

x,y - là tọa độ mặt phẳng so với điểm chính ảnh

Sở dĩ trên các trạm xử lý ảnh số thờng chọn mô hình chuyển đổi affine là vì:

đối với các ảnh chụp từ phim thông qua quét ảnh đợc ảnh số thì hình dạng của ảnhthờng thay đổi cho biến dạng của ảnh không đều của ảnh theo chiều ngang và chiềudọc Góc giữa các trục tọa độ có thể không vuông, 2 trục tọa độ có thể lệch nhautrong khoảng 50 m (góc lệch affine), độ co dãn có thể đạt tới 90 m trên tấm ảnh

23 x 23 cm dẫn tới sai số tọa độ điểm ảnh vào khoảng 20- 30 m Do vậy, nên dùngmô hình affine để khử các sai số này

Giá trị sai số trung phơng trọng số đơn vị của định hớng trong cần phải đạt lànhỏ hơn 0.3 kích thớc pixel

Hiện nay trên các trạm đo ảnh số khả năng định hớng trong là khá tốt Vấn

đề kỹ thuật là nhận dạng mẫu khung tự động Phần mềm định hớng phải tìm đợctâm của mấu khung và mô hình thờng đợc sử dụng là affine

2.5.6.4 Định hớng tơng đối  Relative orientation (RO).

Là quá trình xác định mối liên hệ giữa tấm ảnh trái và phải của một cặp ảnhlập thể Nó xác định đợc vị trí của các góc xoay của tấm ảnh này so với tấm ảnh củamột cặp ảnh lập thể thông qua việc đo các điểm định hớng mô hình lập thể

Quá trình này đợc thực hiện bằng cách đo tại các điểm có vị trí phân bốchuẩn trên từng mô hình nhằm khử thị sai dọc tại các điểm trên vị trí chuẩn

Công tác định hớng tơng đối cặp ảnh lập thể đợc thực hiện bằng cách đo đạclần lợt các điểm phân bố chuẩn trên cặp ảnh lập thể

Để xây dựng mô hình lập thể, tối thiểu phải đo tọa độ ảnh 3 cặp điểm địnhhớng (là các điểm địa vật có hình ảnh rõ nét, kích thớc nhỏ và nằm trong phạm vi vịtrí chuẩn theo lý thuyết) đối với một cặp ảnh lập thể

Đối với việc thành lập bản đồ tỷ lệ lớn nói chung và nhất là đồi với các khuvực địa hình phức tạp nên chọn và đo thêm các điểm định hớng, tốt nhất là đo 5 cặp

điểm định hớng chuẩn đối với cặp ảnh lập thể

Các giá trị thị sai còn tồn tại đối với tất cả các điểm trong mô hình và giá trịsai số trung phơng trọng số đơn vị cuả khâu định hớng tơng đối từng cặp ảnh lập thể(0) yêu cầu phải nhỏ hơn 0.3 kích thớc pixel

2.5.6.5 Liên kết các dải bay

Khi định hớng tơng tối đợc hoàn thành thì các mô hình lập thể trong cáctuyến bay hình thành Nh vậy phải liên kết các tuyến bay thành một khối ảnh bằngviệc đo các điểm nối trên mỗi mô hình đó nhằm tính chuyển toạ độ không gian đo

ảnh của các mô hình trong cả khối về một hệ toạ độ đồng nhất Hệ toạ độ khônggian đo ảnh (khi bình sai tơng đối) hoặc hệ toạ độ trắc địa (khi bình sai tuyệt đối)

Để liên kết các dải bay cần có số lợng tối thiểu là 3 điểm nối đối với từng cặpdải bay kế tiếp nhau Các điểm nối cần phải nằm trong độ phủ và nằm cách mép

ảnh tối thiểu là 1  1,5 cm

Để làm tăng độ tin cậy của việc liên kết dải bay, nên chọn và đo các điểm nốivới số lợng lớn hơn 3 điểm (tối thiểu cũng phải là 4 điểm nối giữa 2 dải bay kế tiếpnhau)

Sau khi đo đủ các điểm nối cho tất cả các dải bay yêu cầu phải:

- Tiến hành bình sai tơng đối từng nhóm của dải bay và cho toàn khối ảnh

- Giá trị sai số trung phơng trọng số đơn vị của khâu định hớng tơng đối toàn

ảnh khối (0) phải nhỏ hơn 0.3 kích thớc pixel

Quá trình định hớng tơng đối khối ảnh đợc coi là đạt yêu cầu (không phụthuộc tỷ lệ bản đồ cần thành lập) nếu đạt đợc đồng thời các giá trị thị sai còn tồn tại

đối với tất cả các điểm trong khối tam giác ảnh và các giá trị sai số trung phơngtrọng số đơn vị (0) của tất cả các khâu:

- Định hớng tơng đối từng cặp ảnh lập thể

- Bình sai khái lợc từng dải bay

- Bình sai khái luợc cả khối ảnh

Đều nằm trong giới hạn nhỏ hơn 0.3 kích thớc pixel

2.5.6.6 Định hớng tuyệt đối  Absotute Orientation (AO)

Là đa mô hình về tỷ lệ cho trớc và định hớng nó trong hệ toạ độ trắc địa Đểquá trình này đợc thực hiện chính xác thì phải có đủ số lợng điểm có toạ độ trong

hệ toạ độ trắc địa

Để bình sai khối tam giác ảnh thì thờng sử dụng chơng trình nh Photo-T,MATCH-AT Khi bình sai cần phải sử dụng một số điểm khống chế ngoại nghiệplàm điểm kiểm tra Sau khi đã bình sai xong thì tiến hành so sánh các số chênh lệchgiữa các giá trị toạ độ tính toán đợc so với giá trị toạ độ gốc của các điểm kiểm tra

đó Các giá trị chênh này phải nằm trong hạn sai cho phép của quy phạm Trongquá trình bình sai nếu phát hiện các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp có sai số vịtrí mặt bằng và có độ cao lớn phải tiến hành kiểm tra, đo lại hoặc bổ sung

Thực hiện định hớng tuyệt đối bằng cách đo lần lợt tất cả các điểm không chếngoại nghiệp và các điểm không chế tăng dày có trên cặp ảnh Khi đo đạc, ta có thểphóng đại hình ảnh lên nhiều lần để đảm bảo độ chính xác nhận dạng điểm định h-ớng tuyệt đối Sau khi đo xong máy sẽ tự động tính toán các yếu tố định hớng tuyệt

đối bằng giải tích Trong công nghệ ảnh số cũng nh trên các máy toàn năng giảitích, quá trình định hớng tơng đối và định hớng tuyệt đối thờng đợc thực hiện đồng

Trần Thị ái Lan Trắc địa A -K46

38