NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ 3D BẰNG THIẾT BỊ ĐO LASER P20

TRƯỜNG ĐẠII HỌC H TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NG HÀ N NỘI KHOA TRẮC TR ĐỊA - BẢN ĐỒ SINH VIÊN: VIÊN NGUYỄN THÀNH CÔNG NGHIÊN CỨU C ỨNG DỤNG NG QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢ ẢN ĐỒ 3D BẰNG THIẾT BỊ ĐO O LASER P20 Hà Nội - 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC C TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TR NG HÀ N NỘI KHOA TR TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ SINH VIÊN: VIÊN NGUYỄN THÀNH CÔNG NGHIÊN CỨU C ỨNG DỤNG NG QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢ ẢN ĐỒ 3D BẰNG THIẾT BỊ ĐO O LASER P20 Chuyên ngành: Trắc Tr Địa - Bản Đồ Mã ngành:D520503 NGƯỜI HƯỚNG DẪN : Ths Trầần Quốc Vinh Hà Nội - 2015 LỜI CAM ĐOAN Trong đồ án có tham khảo tài liệu nước nước, ghi chú, thích đầy đủ Tôi xin đảm bảo kết trình nghiên cứu thân thực Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2015 Tác giả đồ án Nguyễn Thành Công MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BẢN ĐỒ3D 1.1 Khái niệm đồ 3D 1.2 Đặc điểm đồ 3D 1.2.1 Tính trực quan 1.2.2 Tính đo 1.2.3 Tính thông tin đồ 1.3 Cấu trúc đồ 3D 1.4 Cơ sở toán học, độ xác đồ 3D 1.5 Các đối tượng hiển thị đồ 3D 1.6 Mô hình số độ cao đồ 3D 11 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ĐO LASER MẶT ĐẤT 14 2.1 Nguyên lý hoạt động công nghệ đo Laser mặt đất 14 2.2 Đặc tính ưu việt máy quét laser mặt đất 19 2.3 Giới thiệu số hệ thống Laser mặt đất 22 Phần mềm Microstation – MGE 26 Phần mềm ArcScene – ArcGIS 8.2 27 2.5 Ứng dụng máy quét Laser mặt đất 28 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ 3D BẰNG THIẾT BỊ ĐO LASER P20…………………………………………………………….33 3.1 Công tác chuẩn bị, khảo sát thiết kế 33 3.2 Công tác ngoại nghiệp 33 3.3 Số hóa đồ 3D - Giao nộp sản phẩm 34 CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM THÀNH LẬP MÔ HÌNH 3D 41 4.1 Công tác chuẩn bị 41 4.2 Đo tọa độ, độ cao điểm khống chế, quét địa hình địa vật tuyến phố 42 4.3 Tính toán – XLSL – biên tập 43 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 66 Kết luận 66 Kiến nghị 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên đầy đủ - Mô tả LoD DEM : : TLS 3D : TIN : Level of Detail – Cấp độ chi tiết Digital Elevation Model - Mô hình số độ cao Terrestrial Laser Scanning - Công nghệ quét laser chiều mặt đất Triangulated Irregular Networks - Mạng tam giác không DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thuộc tính bảng lớp tòa nhà 36 Bảng 3.2 Thuộc tính bảng lớp 36 Bảng 3.3 Thuộc tính bảng lớp khác 36 DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các nội dung mô hình Mô hình địa hình 3D Hình 1.2 Cấp độ chi tiết LoD đối tượng nhà, khối nhà 10 Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động máy quét TLS 3D “Phase Based” “Time of Flight” 16 Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động máy quét STLS 3D “Waveform Processing” 18 Hình 2.3 Đám mây điểm sau quét 3D đám mây điểm chuyển sang 19 phần mềm CAD 19 Hình 2.4 Máy scan laser Leica P20 22 Hình 2.5 Mô hình 3D tuyến đường giao thông tái dựng đám mây điểm thu từ máy quét laser 3D 28 Hình 2.6 Mô 3D lắp ráp hợp phần vào hợp phần có nhà máy với kích thước thực thu máy quét laser 3D 29 Hình 2.7 Thiết kế bổ sung thiết bị cho sở hạ tầng dầu khí, thực tối ưu hoá hoàn toàn mô hình đám mây điểm 3D máy quét laser 3D cung cấp 31 Hình 3.1 Quy trình thành lập đồ 3D thiết bị đo Laser 33 Hình 3.2 Cấp độ chi tiết LoD đối tượng nhà 40 Hình 4.1 Bộ thiết bị máy quét Laser 3D mặt đất 42 Hình 4.2 Sơ đồ quy trình thực 43 Hình 4.3 Nhập liệu quét máy vào phần mềm Cyclone 9.0 45 Hình 4.4 Cửa sổ hiển thị liệu nhập 46 Hình 4.5 Tạo mở ModelSpase View 46 Hình 4.7 Tạo Registration (ghép nối khối liệu với nhau) 47 Hình 4.8 Cửa sổ thị ScanWorlds 48 Hình 4.9 Cửa sổ hiển thị câu lệnh 48 Hình 4.10 Tạo Project từ liệu trạm quét 49 Hình 4.11 Lệnh đặt trạm làm cố định 49 Hình 4.12 Trạm quét 50 Hình 4.13 Trạm quét 50 Hình 4.14 Trạm quét 51 Hình 4.15 Trạm quét 51 Hình 4.16 Hình ảnh Modelspace trước gộp khối liệu trạm 52 Hình 4.17 Cửa sổ thị thuật toán gộp khối liệu 52 Hình 4.18 Trạm trước gộp 53 Hình 4.22 Trạm trước gộp 55 Hình 4.24 Cửa sổ hiển thị bước làm ghi liệu 56 Hình 4.25 Cửa sổ hiển thị bước làm 56 Hình 4.26 Mô hình sau gộp trạm đo mở ModelSpace View 57 Hình 4.27 Nhập độ cao cho tiêu đo 100, 101, 102 theo đường dẫn Create object/ Fit to cloud/ Black and white target 57 Hình 4.28 Nhập độ cao tiêu đo 100 58 Hình 4.29 Nhập độ cao tiêu đo 101 58 Hình 4.30 Nhập độ cao tiêu đo 102 59 Hình 4.32 Nhập tọa độ tiêu đo 100, 101, 102 đo GPS hệ tọa độ VN-2000 theo đường dẫn Day3/ Import/ Vietnam coordinate 60 Hình 4.35 Hình ảnh Modelspace View khối liệu gộp 62 Hình 4.36 Cửa sổ thị tọa độ điểm sau gán hệ tọa độ 62 Hình 4.37 Hình ảnh đối tượng quét sau màu hóa liệu 63 Hình 4.38 Hình ảnh đối tượng quét sau màu hóa liệu 63 Hình 4.39 Hình ảnh đối tượng quét sau màu hóa liệusau màu hóa liệu đối tượng ứng dụng để đo đạc thiết kết trực tiếp mô hình 64 Hình 4.40 Các yếu tố mô hình 3D tính toán trực tiếpđinh dạng mô hình Export nhiều dạng để phù hợp mục đích sử dụng 64 Hình 4.41 Hình ảnh đồ 2D cục Bản đồ Tổng tham mưu 65 Hình 4.42 Hình ảnh đám mây điểm Cục đo đạc Bản đồ Bộ Tổng tham mưu 65 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đồ án: Trong năm gần đây, với phát triển vượt bậc khoa học công nghệ.Công nghệ làm đồ 3D có bước tiến đáng kể Sử dụng công nghệ quét Laser mặt đất số lĩnh vực như:thành lập đồ 3D, khảo sát địa hình, thiết kế thi công công trình dân dụng, công nghiệp, bảo tồn di tích lịch sử, mô địa hình, phục vụ công tác điều tra trường Một sản phẩm công nghệ quét Laser mặt đất Bản đồ 3D Bản đồ 3D có ưu điểm sau: cung cấp cho người dùng khả chủ động chọn vị trí quan sát ảo đồ, cho phép nhận biết tìm hiểu liệu không gian thông tin thuộc tính liên quan đến đối tượng địa hình xác hơn, chất lượng sản phẩm trực quan xác Ở Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ quét Laser mặt đất phục vụ cho thành lập đồ 3D mẻ hạn chế Chính lý trên, việc nghiên cứu ứng dụng quy trình thành lập đồ 3D thiết bị đo Laser cần thiết cấp bách Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng quy trình thành lập đồ 3D thiết bị đo Laser P20” em thực Đồ án gồm có chương bao gồm: Chương I: Tổng quan đồ 3D giới thiệu khái quát đồ 3D ứng dụng Chương II: Tổng quan công nghệ đo Laser mặt đất, nghiên nguyên lý hoạt động phạm vi ứng dụng Chương III: Quy trình thành lập đồ 3D Chương IV: Thực nghiệm, sâu vào quy trình xử lý liệu đám mây điểm phần mềm Cyclone 9.0 Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cô giáo môn Ths Trần Quốc Vinh - Cán Cục Bản đồ Bộ Tổng tham mưu, người trực tiếp hướng dẫn thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Th.s Trần Quốc Vinh giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cơ sở tài liệu: - Số liệu quét đám mây điểm, ảnh quét máy quét Laser P20 Nơi thực đồ án: - Cục đo đạc Bản đồ - Bộ Tổng Tham mưu Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2015 Tác giả đồ án Nguyễn Thành Công CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BẢN ĐỒ 3D 1.1 Khái niệm đồ 3D Có số nhà đồ học nêu định nghĩa đồ 3D, Tuy nhiên, theo nhận thức tác giả hiểu khái niệm đồ 3D sau: Bản đồ 3D, trước hết phải đồ, phải thỏa mãn đầy đủ đặc trưng chất đồ; mặt khác, đồ 3D mô hình số thể đối tượng nghiên cứu (địa hình, địa vật) hệ quy chiếu không gian với mức độ ký hiệu hóa khái quát hóa khác tùy theo mục đích sử dụng, thể đầy đủ chiều x, y, h đối tượng theo đặc trưng không gian chúng.(Hà Nhật Bình, (2011), “Thành lập đồ 3D tỷ lệ lớn sở kết hợp công nghệ Viễn thám, hệ thông tin địa lý đồ số”, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Địa lý) 1.2 Đặc điểm đồ 3D Bản đồ 3D đồ số, có đầy đủ đặc điểm đặc trưng đồ truyền thống, như: - Bản đồ hình ảnh thu nhỏ phần hay toàn bề mặt Trái đất, sở toán học xác định, bao gồm: tỷ lệ, phép chiếu, bố cục đồ sai số biến dạng đồ tùy theo phép chiếu lựa chọn - Các đối tượng tượng (nội dung đồ) biểu thị theo phương pháp lựa chọn khái quát định (tổng quát hoá đồ) - Các đối tượng tượng biểu thị ngôn ngữ đồ - Ngoài ra, đồ số có số đặc điểm riêng như: - Mọi thông tin đồ số ghi dạng số (mã nhị phân - binary) - Thông tin đồ số cấu trúc theo kiểu raster vector, có kèm theo topology, tổ chức thành file đồ riêng, liên kết thành thư mục, lưu hệ thống máy tính thiết bị ghi thông tin có khả đọc máy tính - Ngoài thông tin đồ họa, đồ số chứa đựng liệu mà đồ truyền thống không liên kết trực tiếp - Khối lượng liệu lớn - Tỷ lệ đồ số mang tính điều kiện - Bản đồ 3D có nhiều ưu điểm Nó cung cấp cho người dùng khả chủ động chọn vị trí quan sát ảo đồ, cho phép nhận biết tìm hiểu liệu không gian thông tin thuộc tính liên quan đến đối tượng địa hình xác hơn, cập nhật thông tin lưu trữ cách an toàn 1.2.1 Tính trực quan Được biểu chỗ đồ cho ta khả bao quát tiếp thu nhanh chóng yếu tố chủ yếu quan trọng nội dung đồ Một tính chất ưu việt đồ khả bao quát, biến không nhìn thấy thành nhìn thấy được.Bản đồ tạo mô hình trực quan lãnh thổ, phản ánh tri thức đối tượng tượng biểu thị.Bằng đồ, người sử dụng tìm đựơc quy luật phân bố đối tượng tượng bề mặt trái đất 1.2.2 Tính đo Đó tính chất quan trọng đồ.Tính chất có liên quan chặt chẽ với sở toán học Căn vào tỷ lệ phép chiếu đồ, vào thang bậc ký hiệu quy ước, người ta sử dụng đồ có khả xác định nhiều trị số khác như: toạ độ, biên độ, độ dài, khoảng cách, diện tích, thể tích, góc, phương hướng nhiều trị số khác Chính có tinh chất mà đồ dùng làm sở để xây dựng mô hình toán học tượng địa lý để giải nhiều vấn đề khoa học thực tiễn sản xuất 1.2.3 Tính thông tin đồ Đó khả lưu trữ truyền đạt cho người đọc tin tức khác đối tượng tượng 1.3 Cấu trúc đồ 3D Cấu trúc Bản đồ không gian ba chiều (Mô hình địa hình 3D) thể bao gồm thành phần mô hình số độ cao DEM đối tượng địa lý Hình 1.1 Các nội dung mô hình Mô hình địa hình 3D Mô hình độ cao DEM: xây dựng chủ yếu từ nguồn đồ địa hình cần tiến hành đo vẽ bổ xung trạm đo vẽ ảnh số đối tượng như: đường bình độ khoảng cao 5m, 2.5m, điểm độ cao chi tiết, đường mô tả địa hình để thể chi tiết biến đổi địa hình, mặt sườn, vách trượt, bờ xẻ, đứt gãy địa hình,… Các đối tượng địa hình 3D Các đối tượng nằm bề mặt DEM: Nhóm đối tượng bao gồm đối tượng dạng đường, vùng, điểm không tích nằm bề mặt DEM đường giao thông, bãi cỏ, điểm khống chế… Các đối tượng nằm bề mặt DEM: Nhóm bao gồm nhà, công trình xây dựng, tường rào, loại dây dẫn, đối tượng thực vật… có chiều cao tương đối lớn so với bề mặt DEM 1.4 Cơ sở toán học, độ xác đồ 3D Theo qui định Bộ Tài nguyên Môi trường, hệ tọa độ VN 2000 áp dụng cho khối đồ địa hình Việc chọn lựa sở toán học cho Mô hình địa hình 3D phải thống với qui định sở toán học sử dụng cho Mô hình địa hình 2D loại để đảm bảo tính thống khối liệu tương đồng, tăng hiệu sử dụng liệu Cơ sở toán học Mô hình địa hình 3D phải tuân theo qui định Mô hình địa hình 2D tỷ lệ tương ứng Thông tư 973/2001/TT-TCĐC “Hướng dẫn áp dụng hệ qui chiếu hệ tọa độ quốc gia VN-2000” Trong ArcGis, thông số hệ qui chiếu qui định file *.PRJ Các liệu gắn với hệ qui chiếu thông qua file *.PRJ Mô hình địa hình 3D thành lập theo mảnh với kích thước cách chia mảnh giống Mô hình địa hình 2D Phiên hiệu lấy theo phiên hiệu Mô hình địa hình 2D Tuy việc chia liệu địa lý theo đơn vị tờ nhiều làm tính liên tục liệu theo nguyên tắc GIS giới hạn đề tài chưa tìm cách giải vấn đề mà tạm thời áp dụng qui định thời liệu đồ họa 2D Khung khung Mô hình địa hình 3D yếu tố quan trọng.Nó giúp xác định vị trí định hướng cách tương đối môi trường 3D Scene.Khung lưới tạo môi trường đồ họa 2D sau đưa vào hiển thị ArcScene với yếu tố khác đồ Khung, ghi khung, ghi tọa độ địa lý tọa độ vuông góc khung tạo theo mẫu Mô hình địa hình 2D, không dùng mẫu đường đặc biệt mà dùng lực nét để thể đường viền khung đậm ArcScene không nhập ghi đồ họa dạng text (annotation) nên ghi tạo MicroStation đập (drop) thành dạng vùng cho mục đích hiển thị.Khung thể độ cao 0m Scene Phần khung Mô hình địa hình 2D bao gồm dấu chữ thập (cross) thể giao điểm lưới tọa độ.Trong ArcScene, dấu chữ thập khó phát đối tượng địa hình dựng lập thể lên Mô hình địa hình 3D, thay dấu chữ thập này, dùng lưới tọa độ phủ lên mặt DEM phù hợp Lưới thể màu khác nhau, lưới ngang ( theo hướng đông - tây) màu, lưới dọc (theo hướng bắc - nam) thể màu khác Cách thể giúp giúp xác định vị trí định hướng tốt quan sát môi trường 3D Scene Độ xác Mô hình địa hình 3D bao gồm: độ xác vị trí mặt phẳng đối tượng, độ xác bề mặt DEM độ xác xác định độ cao riêng đối tượng nằm mặt DEM Nói chung, liệu Mô hình địa hình 3D xây dựng với yêu cầu độ xác Mô hình địa hình 2D tỷ lệ tương ứng.Trong số trường hợp đặc biệt độ cao riêng đối tượng nhà, khối nhà phải xác định với độ chi tiết cao cho Mô hình địa hình 2D, yêu cầu đề cập cụ thể cần cho nhóm nội dung 1.5 Các đối tượng hiển thị đồ 3D Các đối tượng nằm mặt DEM dạng đường sông, suối, đường giao thông, dạng điểm điểm khống chế mô tả liệu 2D 3D.Đối với liệu 3D chúng thể độc lập xác vị trí môi trường không gian ba chiều, không phụ thuộc vào liệu DEM làm cho chúng Trường hợp đối tượng có tọa độ X, Y chúng bổ sung tọa độ Z từ mô hình DEM phép chiếu vuông góc đơn giản Các đối tượng dạng vùng bãi cát, bãi cỏ, sân thường có tọa độ X, Y Để thể không gian ba chiều chúng đẩy lên mặt DEM thể ký hiệu tương ứng Các đối tượng nằm mặt DEM có độ cao riêng gồm nhóm đối tượng dạng vùng nhà công trình xây dựng, đối tượng dạng đường hàng rào, tường vây, loại đường dây truyền tải, đối tượng dạng điểm cột điện, cối Các đối tượng có cấu trúc phức tạp Để mô tả chúng tọa độ X, Y cần có giá trị độ cao: giá trị Z độ cao mặt DEM vị trí đối tượng giá trị h độ cao riêng đối tượng so với mặt DEM độ cao thực H đối tượng không gian ba chiều Trên Mô hình địa hình 3D, chi tiết khu đô thị, nhà khối nhà nhóm đối tượng quan tâm nhiều cách thể hiện.Nhóm đối tượng đa dạng cấu trúc hình học.Chúng thể chi tiết mô hình 3D thực mà nút mang giá trị X, Y, H khái quát hoá mức độ khác phụ thuộc vào LoD (level of detail) Một cách thể đơn giản nhà đẩy lên từ đường viền đáy nhà nằm mặt DEM khoảng chiều cao riêng h nhà thành hình hộp Cấp độ chi tiết (LoD) Mô hình địa hình 3D Quá trình xây dựng Mô hình địa hình 3D chia thành hai bước tương tự làm sa bàn, phải tạo khung, sau phủ lên lớp màu gắn thêm đối tượng khác Cụ thể là: Bước 1: Xây dựng mô hình hình học (modeling) bao gồm xây dựng DEM mô hình hoá đối tượng địa hình 3D Bước 2: Hiển thị trực quan (visualistion) đối tượng mô hình Khi thiết kế mô hình mô giới thực người thiết kế khó xây có mô hình giống giới thực 100%.Câu hỏi luôn đặt đối tượng thể giống với thực tế đến mức Mô hình giống với thực tế dung tích liệu lớn tốc độ hiển thị chậm chi phí xây dựng mô hình cao Khái niệm cấp độ chi tiết: LoD - Level of Detail đưa để diễn tả mức độ chi tiết, giống mô hình Mô hình địa hình 3D giới thực Ở bước 1- xây dựng mô hình hình học, LoD định độ chi tiết đối tượng độ xác DEM, chi tiết bề mặt đất bỏ qua, công trình kiến trúc phải thể thể đến mức nào, tiểu tiết khái quát hoá Ở bước - Hiển thị trực quan, LoD định mặt hình thức đối tượng thể giống với hình ảnh thực đến mức nào.Có hai xu hướng thể trái ngược Một ký hiệu hoá tối đa đối tượng theo nguyên tắc đồ: symbolisation Hai cố gắng thể đối tượng giống với hình ảnh thực tốt : photo-realistic Thí dụ cách thứ nhà bê tông qui định thể đơn giản khối màu xám, cách thứ hai chụp ảnh tất bề mặt ảnh đính lên bề mặt mô hình nhà Người thiết kế phải chọn điểm dừng hợp lý hai xu hướng LoD áp dụng bước xây dựng mô hình DEM, mô hình hình học đối tượng 3D DEM bước hiển thị trực quan phải đồng Nhiều ý kiến cho Mô hình địa hình 3D lý tưởng, đối tượng phải có nhiều cách thể khác (multi-presentation – multiLoD) cho mức độ chi tiết khác nhau.Một số đề xuất LoD đưa cho mô thế, liệu chia thành mảnh nhỏ (tile).Ba liệu ba cấp độ chi tiết (độ chi tiết cao, trung bình thấp) lưu trữ cho mảnh nhỏ Để tạo hình ảnh phối cảnh mô hình, mảnh nhỏ thể cấp độ chi tiết định phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí theo dõi đến mảnh Cần phải có phương án xử lý thật tốt hiển thị khu vực ranh giới hai mảnh có cấp độ chi tiết khác Một khó khăn khác xây dựng mô dung lượng liệu tăng nhanh với số cấp độ chi tiết lưu trữ Hình 1.2 Cấp độ chi tiết LoD đối tượng nhà, khối nhà Mối liên hệ khái niệm tỷ lệ Mô hình địa hình 2D LoD Mô hình địa hình 3D có nhiều điểm tương đương.Chúng liên quan đến độ xác mức độ khái quát hoá đối tượng Khi làm việc với liệu dạng số, tỷ lệ đồ thể tương quan kích thước đối tượng file số in Nhưng không thế, liệu thường tạo cho tỷ lệ chất lượng liệu phù hợp với qui định đề cho loại tỷ lệ độ xác, mức độ khái quát hoá phạm vi bao trùm tờ đồ Tương tự Mô hình địa hình 3D, độ chi tiết, độ xác DEM phải tương đồng với cách thể đối tượng nằm mặt DEM Ở tỷ lệ nhỏ, Mô hình địa hình 2D nhiều đối tượng thể nửa tỷ lệ phi tỷ lệ Trên Mô hình địa hình 3D tỷ lệ này, độ cao riêng h hay độ rộng, độ dài mặt phẳng ngang đối tượng nằm mặt DEM thường không đáng kể so với độ xác, hay chênh cao 10 DEM Người xem ấn tượng nhiều xem chúng dựng lên môi trường 3D cho khu vực rộng kích thước thực tờ đồ tỷ lệ nhỏ Các đối tượng mặt đất dường nằm ép sát xuống mặt DEM Ở tỷ lệ lớn, chúng lên cho người khảo sát ấn tượng rõ ràng 1.6 Mô hình số độ cao đồ 3D Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model viết tắt DEM) mô hình số bề mặt trái đất biểu thị dạng tập hợp hữu hạn điểm không gian ba chiều thông qua quan hệ toán học Mô hình số độ cao xây dựng sở đo vẽ lập thể từ ảnh hàng không Để vẽ khai quát đảm bảo yêu cầu thể địa hình, thông thường tỷ lệ mô hình lớn tỷ lệ đồ cần thành lập khoảng ba lần Một số khu vực địa hình cắt xẻ, bờ trượt, điểm độ cao đặc trưng đỉnh mom, mặt sườn, mặt trượt… số trường hợp đặc biệt (vị trí cửa khẩu, tranh chấp) đối tượng nhà, khối nhà việc phải vẽ đường viền chân nhà đo độ cao tòa nhà để lập mô hình với sai số tương ứng với tỷ lệ đồ thành lập DEM thường thể hai dạng TIN GRID Cấu trúc DEM dạng tam giác không (TIN) TIN từ viết tắt mạng tam giác không (Triangulated Irregular Networks) Đây mô hình dạng vector, có cấu trúc topo mạng đa giác phức tạp, lấy điểm làm đơn vị xét xem điểm kết nối với điểm liền kề để tạo tam giác TIN tập hợp tam giác liền kề, không chồng đè, tam giác đảo (tam giác nằm bên tam giác khác), tạo nên từ điểm phân bố không đồng với tọa độ X, Y giá trị Z Mô hình TIN với cấu trúc liệu dạng vector dựa điểm, đường vùng có phân bố không đồng thường chia thành tập hợp điểm (masspoints) đường breakelines Mô hình TIN thường 11 xây dựng áp dụng thuật toán Delaunay để tối ưu hoá việc thể bề mặt địa hình.Ý tưởng chủ đạo thuật toán tạo tam giác mà xét cách tổng thể có dạng gần với tam giác tốt.Nói cách xác tam giác Delaunay tam giác thoả mãn điều kiện đường tròn ngoại tiếp tam giác không chứa bên đỉnh tam giác khác Mô hình TIN phức tạp xử lý tránh việc lưu trữ thừa thông tin có khả mô tả biến đổi địa hình phức tạp Cấu trúc DEM dạng lưới (GRID) Ở dạng DEM gọi DEM dạng lưới ô vuông quy chuẩn hay ma trận độ cao (altitude matrix) - [2] Các điểm độ cao DEM dạng bố trí theo khoảng cách đặn hướng tọa độ X,Y để biểu diễn địa hình Trong mô hình số độ cao dạng tọa độ mặt phẳng điểm mặt đất có độ cao Z (Zij) xác định theo số thứ tự (i, j) ô lưới hai hướng DEM dạng lưới mô hình bề mặt có cấu trúc đơn giản, dễ xử lý Độ xác DEM xác định khoảng cách mắt lưới để tăng độ xác phải giảm khoảng cách mắt lưới Các đối tượng đặc trưng, chẳng hạn đỉnh hay đường phân thuỷ miêu tả xác độ rộng mắt lưới Đối với vùng phẳng, không hiệu lưu trữ DEM dạng lưới đều, vùng độ cao biến đổi phức tạp mô hình GRID khó diễn tả chi tiết giảm đáng kể kích cỡ ô lưới Mỗi dạng DEM (dạng lưới - GRID DEM) hay dạng tam giác không (TIN DEM) có ưu điểm nhược điểm định Có số ứng dụng cần DEM dạng GRID, số ứng dụng khác lại cho kết tốt có DEM dạng TIN Nhiều thuật toán phân tích dòng 12 [...]... cho thành lập bản đồ 3D vẫn còn mới mẻ và còn hạn chế Chính vì những lý do trên, việc nghiên cứu ứng dụng quy trình thành lập bản đồ 3D bằng thiết bị đo Laser là cần thiết và cấp bách Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu ứng dụng quy trình thành lập bản đồ 3D bằng thiết bị đo Laser P20 do em thực hiện Đồ án gồm có 4 chương bao gồm: Chương I: Tổng quan về bản đồ 3D giới thiệu khái quát bản đồ 3D và các ứng dụng. .. ĐỒ 3D 1.1 Khái niệm bản đồ 3D Có một số nhà bản đồ học đã nêu định nghĩa bản đồ 3D, Tuy nhiên, theo nhận thức của tác giả thì có thể hiểu khái niệm bản đồ 3D như sau: Bản đồ 3D, trước hết phải là bản đồ, phải thỏa mãn đầy đủ các đặc trưng bản chất của bản đồ; mặt khác, bản đồ 3D là mô hình số thể hiện các đối tượng nghiên cứu (địa hình, địa vật) trong hệ quy chiếu không gian với mức độ ký hiệu hóa và... đích sử dụng, được thể hiện đầy đủ cả 3 chiều x, y, h của đối tượng theo đặc trưng không gian của chúng.(Hà Nhật Bình, (2011), Thành lập bản đồ 3D tỷ lệ lớn trên cơ sở kết hợp công nghệ Viễn thám, hệ thông tin địa lý và bản đồ số”, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Địa lý) 1.2 Đặc điểm của bản đồ 3D Bản đồ 3D là bản đồ số, có đầy đủ các đặc điểm đặc trưng của bản đồ truyền thống, như: - Bản đồ là... đồ án trên Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và Th.s Trần Quốc Vinh đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp 2 Cơ sở tài liệu: - Số liệu quét đám mây điểm, ảnh quét của máy quét Laser P20 3 Nơi thực hiện đồ án: - Cục đo đạc Bản đồ - Bộ Tổng Tham mưu Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2015 Tác giả đồ án Nguyễn Thành Công 2 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BẢN ĐỒ 3D 1.1 Khái niệm bản đồ 3D Có một số nhà bản. .. nghệ đo Laser mặt đất, nghiên nguyên lý hoạt động và phạm vi ứng dụng Chương III: Quy trình thành lập bản đồ 3D Chương IV: Thực nghiệm, đi sâu vào quy trình xử lý dữ liệu đám mây điểm bằng phần mềm Cyclone 9.0 Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn 1 và Ths Trần Quốc Vinh - Cán bộ của Cục Bản đồ Bộ... của bản đồ số được cấu trúc theo kiểu raster hoặc vector, có kèm theo topology, tổ chức thành các file bản đồ riêng, hoặc liên kết thành thư mục, được lưu trong hệ thống máy tính hoặc thiết bị ghi thông tin có khả năng đọc bằng máy tính 3 - Ngoài thông tin đồ họa, bản đồ số còn chứa đựng những dữ liệu mà bản đồ truyền thống không liên kết trực tiếp được - Khối lượng dữ liệu lớn hơn - Tỷ lệ của bản đồ. .. lệ, phép chiếu, bố cục bản đồ và sai số biến dạng của bản đồ tùy theo phép chiếu được lựa chọn - Các đối tượng và hiện tượng (nội dung bản đồ) được biểu thị theo một phương pháp lựa chọn và khái quát nhất định (tổng quát hoá bản đồ) - Các đối tượng và hiện tượng được biểu thị bằng ngôn ngữ bản đồ - Ngoài ra, bản đồ số còn có một số đặc điểm riêng như: - Mọi thông tin của bản đồ số được ghi ở dạng số...LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đồ án: Trong những năm gần đây, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ.Công nghệ làm bản đồ 3D cũng có những bước tiến đáng kể Sử dụng công nghệ quét Laser mặt đất trong một số lĩnh vực như :thành lập bản đồ 3D, khảo sát địa hình, thiết kế và thi công công trình dân dụng, công nghiệp, bảo tồn di tích lịch sử, mô phỏng địa... quét Laser mặt đất là Bản đồ 3D Bản đồ 3D có những ưu điểm sau: cung cấp cho người dùng khả năng chủ động chọn vị trí quan sát ảo trong bản đồ, cho phép nhận biết và tìm hiểu các dữ liệu không gian cũng như các thông tin thuộc tính liên quan đến các đối tượng địa hình chính xác hơn, chất lượng của các sản phẩm cũng được trực quan và chính xác hơn Ở Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ quét Laser. .. nội dung bản đồ Một trong những tính chất ưu việt của bản đồ là khả năng bao quát, biến cái không nhìn thấy thành cái nhìn thấy được .Bản đồ tạo ra mô hình trực quan của lãnh thổ, nó phản ánh các tri thức về các đối tượng hoặc các hiện tượng được biểu thị .Bằng bản đồ, người sử dụng có thể tìm ra đựơc những quy luật của sự phân bố các đối tượng và hiện tượng trên bề mặt trái đất 1.2.2 Tính đo được Đó