NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO (DEM) TỪ DỮ LIỆU ẢNH RADAR GIAO THOA SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ NEST VÀ SNAPHU

Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO (DEM) TỪ DỮ LIỆU ẢNH RADAR GIAO THOA SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ NEST VÀ SNAPHU Nguyễn Bá Duy1 Khoa Trắc Địa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Thông tin chung: Ngày nhận: 14/11/2014 Ngày chấp nhận: 26/02/2015 Title: Studying on the Interferometry SAR (InSAR) technique for Digital Elevation Model (DEM) generation using Open source Software NEST and SNAPHU Từ khóa: Radar giao thoa, Phần mềm mã nguồn mở, Mơ hình số độ cao, NEST, SNAPHU Keywords: InSAR, Open source software, DEM, NEST, SNAPHU ABSTRACT This paper conducted research on current state of application of open source softwares NEST and SNAPHU for DEM generation from InSAR pair images Experimental results showed that the open source softwares have suitable functionalities for DEM generation with high relative accuracy However, they have some limitations in processing speed (for the case of NEST), interfaces and operating system problems (for the case of SNAPHU) TÓM TẮT Bài báo giới thiệu khả ứng dụng phần mềm mã nguồn mở (phần mềm hồn tồn miễn phí) NEST SNAPHU thành lập DEM từ liệu ảnh radar giao thoa ERS1/2 Kết xử lý cho thấy, hai phần mềm mã nguồn mở NEST SNAPHU cung cấp đầy đủ chức để xử lý cặp ảnh radar giao thoa, sản phẩm DEM thành lập với độ xác đạt yêu cầu Mặc dù vậy, chúng có hạn chế định tốc độ xử lý (phần mềm NEST), giao diện hệ điều hành (phần mềm SNAPHU) Thực tế sản xuất cho thấy, liệu DEM xây dựng từ phương pháp thường đòi hỏi khối lượng thời gian định để thu thập xử lý liệu đo, tốn kinh phí, chất lượng DEM phụ thuộc hồn tồn vào chất lượng đồ số địa hình, chất lượng tư liệu ảnh sử dụng Trong năm gần đây, phương pháp phát triển để thành lập DEM, phương pháp tạo DEM từ cặp ảnh radar giao thoa (Interferometric Synthetic Aperture Radar InSAR), hay gọi kỹ thuật radar giao thoa (ESA Publications, 2008) Kỹ thuật sử dụng cặp ảnh radar chụp khu vực hai vị trí khác từ ăng-ten (ở hai thời điểm khác nhau) từ ăng-ten đặt vệ tinh Thơng tin mã hóa GIỚI THIỆU Mơ hình số độ cao (Digital Elevation Model DEM) ngày sử dụng nhiều cho mục đích nghiên cứu khác coi liệu đầu vào quan trọng hệ thông tin địa lý (Geographic Information System- GIS) (F David and Ph.D Maune, 2007) Theo phương pháp truyền thống, DEM xây dựng chủ yếu phương pháp nội suy từ đường bình độ đồ địa hình (dạng số) số phần mềm chuyên dụng Sufer, Global Mapper, ArcGIS, Vertical Mapper… Ngồi ra, DEM cịn xây dựng cách sử dụng kỹ thuật quan sát lập thể từ cặp ảnh hàng không, cặp ảnh lập thể vệ tinh hay từ liệu đo đạc trực tiếp địa hình ngồi thực địa 77 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 (Delft Institute of Earth Observation and Space Systems), ROI_PAC (Repeat Orbit Interferometry PACkage), hay NEST SNAPHU Xét tổng thể chức năng, giao diện tốc độ xử lý kết hợp phần mềm Nest phần mềm Snaphu có ưu điểm trội Do đó, mục tiêu báo nghiên cứu khả áp dụng phần mềm mã nguồn mở NEST SNAPHU thành lập mơ hình số độ cao DEM từ việc xử lý cặp ảnh radar giao thoa Để đánh giá độ xác DEM kết quả, tác giả sử dụng mơ hình số độ cao DEM thành lập từ cặp ảnh lập thể hàng không khu vực Để đánh giá khả ứng dụng hai phần mềm NEST SNAPHU, tác giả sử dụng phần mềm thương mại SARScape để xử lý cặp ảnh lập thể radar Kết so sánh cho thấy DEM thành lập có độ xác đạt yêu cầu, chức hỗ trợ, u cầu cấu hình máy tính tốc độ xử lý gần tương đương với phần mềm SARScape Mặc dù số hạn chế giao diện sử dụng, tốc độ xử lý khơng có chức xử lý ảnh level 0, nhiên phần mềm NEST SNAPHU có ưu điểm trội giá thành (miễn phí) khơng u cầu phần mềm hỗ trợ (SARScape chạy phần mềm ENVI) pixel ảnh radar bao gồm hai thành phần, thành phần cường độ (ghi nhận thơng tin tán xạ từ đối tượng) thành phần pha (ghi nhận thông tin khoảng cách từ cảm đến đối tượng) Thành phần pha chìa khố kỹ thuật radar giao thoa Viễn thám radar hệ thống viễn thám chủ động, có khả thu nhận ảnh ngày lẫn đêm, điều kiện thời tiết, đa dạng độ phân giải, độ phủ trùm lớn (từ hàng chục km2 đến hàng trăm km2) Với ưu điểm trội này, coi viễn thám radar công cụ hữu hiệu cung cấp nguồn tư liệu viễn thám phục vụ mục đích quan trắc bề mặt trái đất nói chung mục đích thành lập DEM nói riêng (Askne, Dammert, Ulander, & Smith, 1997; Eineder, 2003; Ferraiuolo, Meglio, Pascazio, & Schirinzi, 2009; Rabus, Eineder, Roth, & Bamler, 2003) Cùng với đời phát triển viễn thám radar, hệ thống phần mềm xử lý ảnh radar xây dựng phát triển, phần lớn phần mềm xử lý ảnh radar nói chung ảnh radar giao thoa nói riêng phần mềm thương mại đắt tiền Gama (GAMMA Remote Sensing Research and Consulting AG), SARScape (sarmap SA), hay WInSAR (The Western North America InSAR) Đối với người làm công tác nghiên cứu giảng dạy trường Đại học, Cao đẳng Việt Nam chi phí để mua phần mềm quyền trì chúng trở ngại lớn Trong năm gần đây, cộng đồng nhà nghiên cứu lập trình viên lĩnh vực viễn thám giới cộng tác cho đời phần mềm mã nguồn mở (miễn phí) với chức gần không thua phần mềm thương mại Cụ thể, phần mềm mã nguồn mở xử lý ảnh radar giao thoa kể đến phần mềm Doris PHƯƠNG PHÁP KỸ THUẬT 2.1 Viễn thám Radar Viễn thám radar hệ thống chủ động, cảm chủ động phát thu nhận lượng tán xạ ngược vùng sóng siêu cao tần Viễn thám radar hoạt động với hệ thống anten cố định lắp đặt máy bay vệ tinh viễn thám Nguyên tắc hoạt động hệ thống mơ tả Hình Hình 1: Nguyên tắc hoạt động viễn thám radar 78 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 Do việc thu nhận liệu ảnh radar theo phương xiên, ảnh radar có số đặc trưng hình học riêng biệt: đặc trưng biến dạng tỷ lệ ảnh chụp nghiêng, đặc trưng xê dịch vị trí điểm ảnh chênh cao địa hình, thị sai ảnh, đốm ảnh, biến đổi độ sáng ảnh Độ phân giải ảnh radar đặc trưng độ phân giải phương vị (độ phân giải dọc theo hướng bay – Azimuth) độ phân giải theo hướng thu phát tín hiệu (độ phân giải ngang với hướng bay – Range) Độ phân giải theo hướng thu phát tín hiệu khả phân cách đối tượng không gian nằm gần theo hướng tầm Nó xác định chiều dài xung lượng sóng radar truyền góc nhìn (góc tới) R ( x)   c cos  d thu nhận ảnh có độ phân giải cao, người ta sử dụng hệ thống radar độ mở tổng hợp (SAR Synthetic Aperture Radar) Trong hệ thống Radar, SAR thường sử dụng lĩnh vực viễn thám SAR hệ thống thu ảnh gi lại thông tin pha cường độ tín hiệu sóng phản xạ tất đối tượng nằm độ phân giải pixel tương ứng mặt đất Thông tin ảnh SAR bao gồm ma trận thể giá trị tổng hợp (giá trị phức), chúng gồm thành phần biên độ A pha Ф Biên độ cung cấp thông tin mức độ gồ ghề bề mặt đối tượng phản xạ, pha bao gồm phần xung tán xạ phần truyền qua chứa đựng thông tin hữu ích bề mặt hướng đường truyền xung 2.2 (1) Radar giao thoa (InSAR) kỹ thuật xử lý tín hiệu số từ ảnh SAR (hoặc nhiều hơn) chụp khu vực thời điểm khác InSAR hoạt động dựa nguyên tắc chiết tách độ lệch pha hai ảnh chụp khu vực vị trí khác để xác định chênh lệch độ dài đường truyền sóng radar Sự chênh lệch độ dài đường truyền sóng radar có liên quan đến thơng số quan trọng độ cao địa hình, biến dạng bề mặt trái đất nhiễu khí (Goldstein et al., 1988) Trong đó: R(x) độ phân giải theo hướng thu phát tín hiệu, τ thời gian cho độ dài xung, θd góc hạ Độ phân giải theo phương vị phụ thuộc vào chiều dài anten Anten dài hơn, bước sóng ngắn độ phân giải cao Ví dụ, để đạt độ phân giải theo phương vĩ 10 m với dải băng C (bước sóng λ = 5.6 cm) từ vệ tinh có độ cao 800 km chiều dài anten đòi hỏi phải km, điều Để khắc phục nhược điểm hay để nâng cao độ xác việc Z Cơ sở toán học kỹ thuật radar giao thoa S2 B α S1 B// B┴ θ0 θ δθ r2 r1 r1 P θθ P0 h ellipsoid Hình 2: Cơ sở hình học kỹ thuật InSAR I.Joughin I.,R Kwok and M Fahnestock, 1996 79 X Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 Hình minh họa cấu trúc hình học kỹ thuật InSAR Hai hệ thống radar S1 (Master) S2 (Slave) chủ động phát sóng xuống khu vực mặt đất B khoảng cách anten hay gọi đường đáy (Baseline), θ góc tới (góc nhìn), r1 r2 cự ly nghiêng từ anten tới điểm P mặt đất α góc tạo đường đáy đường chân trời Nếu khơng có biến dạng bề mặt xảy hai hệ thống thu nhận ảnh radar, giá trị pha ghi nhận Ф1 Ф2 ảnh chụp từ hai hệ thống radar điểm P xem tương đương với tổng thành phần khác 1  2  2r1  2   atm1   scat1   noise (2) 2   atm   scat   noise (3) 2r2  2r1 Khi đó, phương trình (4) trở thành:  4  4  r B sin(   ) cos   H  r  x2 2rH B S1 B┴ B// θθ r r2  r  B  2r1 B sin(   ) r P r1  r2  B 2 2r1 B  (r1  r2 )(r1  r2 ) 2r1 B h P0 H ellipsoid x0 x (5) Từ phương trình (5), ta có: sin(   )  + δr r θ (4) (10) S2 Áp dụng định luật cosin cho tam giác S1S2P, có: (9) r (  / r ), đường đáy trực giao ln thay đổi theo độ xiên góc tới ảnh SAR khác Sự thay đổi góc tới thường tăng lên với độ nghiêng hướng quét,  / r >0 Tuy nhiên, độ dốc địa hình lớn góc tới, việc tăng góc tới khơng tạo độ nghiêng hướng quét (Price and Sandwell, 1998) Để thấy mối quan hệ pha giao thoa với địa hình, xem xét điểm P0 nằm vị trí phương với điểm P mặt elipxoit tham chiếu (Hình 2c) Áp dụng định luật cosin cho tam giác S1PO Hình 2.4 , góc tới θ cho điểm P mặt đất biểu diễn sau: Trong δr độ lệch thay đổi theo phương xiên (Light of sight - LOS) r1 r2 (8) Từ công thức (9) ta thấy độ lệch pha phụ thuộc vào yếu tố: thành phần vng góc đường đáy B  B cos(   ) đạo hàm góc tới theo 2r2 ( r1  r2 )    4   B cos(   )  r r Giả sử hai ảnh chụp điều kiện khí sóng phản xạ ngược trở lại đối tượng mặt đất nhau, Фatm1 = Фatm2 Фscat1 = Фscat2, giá trị pha giao thoa viết sau:   1    4 Đạo hàm phần pha theo r ta được: 2 đại lượng gây   chậm (trễ) pha khoảng cách đường truyền 2r1 2r2 từ cảm biến S1 S2 đến mục tiêu P mặt đất phản xạ ngược lại  Фatm1 Фatm2 đại lượng hiệu chỉnh pha thay đổi điều kiện khí hai lần nhận ảnh  Фscat1 Фscat2 hệ số tán xạ tương tác sóng radar với thành phần tán xạ phức tạp bề mặt  Hệ số nhiễu phụ Фnoise Trong đó: 2 Với r1 + r2 ≈ 2r1 r1>> B, từ phương trình (6) có phương trình gần sau: δr = r1 - r2 ≈ Bsin(θ - α) (7)  B 2r1 O (6) Hình 3: Cơ sở hình học viễn thám radar gắn với quỹ đạo bay vệ tinh D.E Alsdorf and L.C Smith, 1996 80 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 Trong Hình 3, r khoảng cách nghiêng từ cảm biến S1 đến điểm P, H khoảng cách từ cảm biến S1 đến tâm trái đất x khoảng cách từ điểm P đến tâm trái đất, x0 bán kính trái đất elipxoit tham chiếu, θ0 góc tới Khi đó, sử dụng định luận cosin tìm ra: cos   H  r  x0 2rH h  x  x0  (11)  B sin(   ) (12) Khoảng cách thực tế x ln lớn bán kính elipsoid tham chiếu x0, độ lệch x - x0 cung cấp giá trị độ cao hình học Pha ảnh hưởng địa hình thực tế ф(x) triển khai theo dãy số Taylor theo x0:     ( x  x0 )  x 0  ( x)   ( x0 )     2     ( x  x0 )   x 0 (13) (x ) Trong đó, pha phẳng; ф0 cho cơng thức (12) Vì đạo hàm cấp hai nhỏ, nên ф(x) xem xấp xỉ với tổng số hạng dãy số:     ( x  x0 )  x 0  ( x)   ( x0 )   (14) Số hạng thứ pha phẳng cho phương trình (12), giá trị số hạng thứ hai nhận từ phương trình (8) (10) Từ phương trình (8), có: 4       B cos(   )        x 0  x 0 (15) Và từ phương trình (10), có: x0        x 0 rH sin  (    ) (17) Phần mềm NEST (Next ESA SAR toolbox) xây dựng phát triển nhóm nghiên cứu thuộc quan hàng không vũ trụ Châu âu ESA Phần mềm giới thiệu lần với phiên NEST1A giới thiệu lần năm 2008 Phiên sở có chức phục vụ mở ảnh, hiệu chỉnh ảnh, đăng ký tọa độ cho ảnh số chức tính tốn raster khác Các phiên phần mềm NEST chưa có chức để xử lý ảnh radar giao thoa, phiên NEST 4C (phát hành năm 2012) chức phục vụ cho việc xử lý ảnh radar giao thoa xây dựng Cho đến nay, phiên phần mềm NEST NEST 5.1, phiên có thêm chức hỗ trợ xử lý ảnh Sentinel-1 Tuy nhiên, chức giải mở pha giao thoa quy trình cơng nghệ thành lập DEM từ cặp ảnh radar giao thoa chưa xây dựng phiên phần mềm NEST, thay vào việc giải mở pha giao thoa bắt buộc phải thực phần mềm SNAPHU Đây hạn chế phần mềm NEST Phần mềm SNAPHU xây dựng phát triển nhóm nghiên cứu Radar giao thoa thuộc trường Đại học Stanford, Hoa Kỳ Phần mềm xây dựng dựa sở thuật toán Statistical-cost, Network-flow (C W Chen & H A Zebker,2000) chạy hệ điều hành Linux Phần mềm SNAPHU sử dụng liệu đầu vào pha giao thoa xây dựng phần mềm NEST, kết xử lý phần mềm SNAPHU pha giao thoa (đã giải pha) Pha giao thoa tiếp tục xử lý phần NEST để tạo DEM đăng ký tọa độ cho DEM 3.2 Quy trình cơng nghệ trình tự xử lý  pha giao thoa theo điểm P0, gọi pha phẳng (flat earth phase) sau: 4  x B c o s(   ) ỨNG DỤNG KỸ THUẬT INSAR TRONG THÀNH LẬP MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ NEST VÀ SNAPHU 3.1 Phần mềm mã nguồn mở NEST SNAPHU Sử dụng cơng thức (11) (8), tính 0    rH sin  Để tiến hành xử lý theo kỹ thuật InSAR, cần phải có hai ảnh SAR có độ tương quan tốt Căn để lựa chọn ảnh thích hợp chủ yếu dựa chiều dài đường đáy (khoảng cách hai ăng ten chụp ảnh khoảng thời gian hai lần chụp), điều kiện thời tiết Chiều dài đường đáy chọn phụ thuộc vào ứng dụng độ phân giải liệu Chẳng hạn, ảnh (16) Thay phương trình (15) (16) vào phương trình (14), có độ cao h từ elipsoid tham chiếu: 81 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Mơi trường: 36 (2015): 77-87 chênh cao địa hình cịn có pha ảnh hưởng nhiễu pha độ cong trái đất, cần lọc, loại bỏ ảnh hưởng ERS-1 ERS-2, chiều dài đường đáy từ 150 m 300 m thích hợp cho việc xây dựng mơ hình số độ cao; từ 30 m - 50 m phù hợp cho ứng dụng phát biến dạng bề mặt khoảng m phù hợp cho nghiên cứu chuyển động bề mặt biến dạng lớp vá trái đất, chuyển động địa chất, chuyển động băng trôi,… Mặt khác, khoảng thời gian thu nhận hai ảnh không lớn nhằm tránh tương quan Trong kỹ thuật này, ảnh coi ảnh chủ (ảnh Master), ảnh lại ảnh phụ thuộc (ảnh Slave) Quy trình cơng nghệ thành lập DEM từ cặp ảnh radar giao thoa thể Hình 4, trình tự bước thực tiến hành sau: Tạo ảnh tương quan: Việc tính tốn độ tương quan hai ảnh nhằm xác định đối tượng hai ảnh có bị thay đổi khoảng thời gian định hay khơng Từ đưa giới hạn độ lệch pha ảnh để đảm bảo độ xác cho việc giải mở pha sau Giải mở pha: Đây bước then chốt, giúp xác định số chu kỳ bị trình tạo pha giao thoa Tạo mơ hình số độ cao DEM: Sau xác định số chu kỳ bị đi, kết hợp với giá trị pha giao thoa thông số khác cạnh đáy ảnh B, bước sóng λ góc tới để tính độ cao cho điểm, từ xây dựng DEM DEM thành lập có độ cao so với mặt Elipsoid, phải sử dụng mơ hình dị thưởng độ cao EGM96 để tính chuyển độ cao so với mặt Geoid Đăng ký ảnh: Mục đích việc đăng ký ảnh tìm điểm ảnh tên ảnh radar (Master Slave) Tạo pha giao thoa, loại bỏ pha phẳng lọc bỏ nhiễu: Sau tiến hành đăng ký ảnh, ta sử dụng thành phần pha cặp ảnh Sar để tạo ảnh giao thoa Pha giao thoa tạo ngồi pha Hình 4: Quy trình công nghệ thành lập DEM từ cặp ảnh Radar giao thoa 82 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 Cắt ảnh tải file quỹ đạo xác: Đây bước chọn giới hạn vùng mà ta muốn xây dựng DEM ảnh radar Ngồi phần mềm có cơng cụ cho phép tải file quỹ đạo xác dựa thông tin tư liệu sử dụng cặp ảnh SAR chụp vệ tinh ERS1/2 3.3 Thực nghiêm 3.3.1 Tư liệu nghiên cứu Resources Satellite-1) ERS-2 (Earth Resources Satellite-2) Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) Mỗi scence ảnh phủ khu vực có diện tích 10.000 km2 (100 x 100 km) với độ phân giải 30 m Hai vệ tinh thu ảnh khu vực cách ngày Đây ưu điểm bật so với ảnh nhận từ hệ thống vệ tinh khác tương quan hai ảnh thu khu vực lớn, tạo điều kiện tốt cho ứng dụng giao thoa SAR Bảng trình bày thơng số cặp ảnh sử dụng: Tư liệu ảnh sử dụng nghiên cứu ảnh thu từ vệ tinh ERS-1 (Earth ERS-1 (27/02/1996) ERS-2 (28/02/1996) Hình 5: Khu vực nghiên cứu cặp ảnh radar sử dụng nghiên cứu 83 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 Bảng 1: Thông tin cặp ảnh Radar giao thoa sử dụng nghiên cứu Thông số Ngày chụp Độ cao vệ tinh (km) Góc nghiêng quĩ đạo Chu kỳ chụp (ngày) Góc nhìn (look angle) Chiều rộng đường quét (km) Bước sóng (cm) Tần số (Hz) Phân cực Phân giải mặt đất (m) Kiểu định dạng liệu gốc Ảnh ERS-1 27/02/1996 785 98,540 35 23,330 100 5.6666 (C band) 5300 VV 30 CEOS-SAR-CCT Ảnh ERS-2 28/02/1996 785 98,540 35 23,330 100 5,6666 (C band) 5300 VV 30 CEOS-SAR-CCT 3.3.2 Kết thực nghiệm Pha giao thoa Ảnh tương quan Giải mở pha DEM Hình 6: Kết thực nghiệm InSAR (Bảng 2) Kết cho thấy độ xác DEM InSAR đạt độ xác cao khu vực đồi núi đồng Tuy nhiên, khu vực đồi núi khác biệt DEM InSAR DEM lập thể lớn khu vực đồng bằng, điều giải thích chất lượng DEM InSAR phụ thuộc vào giá trị tương quan ảnh, khu vực có tương quan tốt cho DEM có chất lượng tốt so với khu vực có tương quan thấp Khu 3.3.3 So sánh đánh giá kết thực nghiệm Để đánh giá độ xác DEM thành lập từ cặp ảnh radar giao thoa, tác giả có sử dụng DEM thành lập từ cặp ảnh lập thể hàng không (DEM nội suy tự động biên tập trạm đo ảnh số Intergraph) Hình ảnh 2D 3D DEM thể Hình Hai mặt cắt khu vực đồng khu vực đồi núi sử dụng để đánh giá chất lượng DEM 84 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 vực đồng có tương quan cao yếu tố bề mặt thay đổi (nhà cửa, đường xá, ), khu vực đồi núi có tương quan thấp yếu tố bề mặt chủ yếu thực phủ (rừng), chênh cao địa hình lớn, khuất núi Ngồi ra, độ xác kết phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác cảm biến thu nhận ảnh, khoảng cách đường đáy, tương quan cặp ảnh, thuật toán cho toán giải mở pha Đặc biệt, toán mở pha cần giải cách xác địi hỏi điểm khống chế đo đạc trực tiếp thực địa Ngoài để đánh giá khả sử dụng phần mềm NEST SNAPHU thành lập DEM sử dụng cặp ảnh SAR giao thoa, tác giả sử dụng phần mềm thương mại SARScape xử lý cặp ảnh để từ đưa tiêu chí đánh giá bao gồm: Chi phí quyền phần mềm xử lý (Công ty trách nhiệm hữu hạn ANTHI Việt Nam,2013), chức hỗ trợ xử lý phần mềm, cấu hình máy tính u cầu, yêu cầu phần mềm hỗ trợ thời gian xử lý (cho cặp ảnh radar giao thoa sử dụng nghiên cứu) (Bảng 3) DEM InSAR (2D) DEM lập thể hàng không (2D) DEM InSAR (3D) DEM lập thể hàng khơng (3D) Hình 7: Hình ảnh DEM InSAR DEM lập thể hàng không Bảng 2: So sánh DEM InSAR DEM lập thể Độ cao lớn Độ cao nhỏ Độ cao trung bình DEM InSAR 83.6 m 40.3 m 56.2 m Độ cao lớn Độ cao nhỏ Độ cao trung bình DEM InSAR 785.8 m 460.5 m 600.5 m Vùng đồng DEM lập thể 76.0 m 40.0 m 54.2 m Vùng đồi núi DEM lập thể 764.4 m 463.1 m 596.5 m 85 So sánh 7.6 m 0.3 m 2.0 m So sánh 21.4 m -2.6 m 4.0 m Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 Bảng 3: So sánh SARScape với NEST SNAPHU Phần mềm Danh mục so sánh Chi phí quyền Chức hỗ trợ: - Chức xử lý ảnh SAR level (ERS-SAR, ENVISAT ASAR, ALOS-PALSAR) - Chức xử lý ảnh SAR level - Chức xuất kết xử lý sang phần mềm khác (KML file cho Google Earth, Shape file cho ArcGIS,…) -Chức cắt ảnh, lọc ảnh, lọc pha giao thoa các chức phục vụ việc phân tích ảnh (Raster calculator) - Chức hiển thị giao diện người dùng Cấu hình máy tính Hệ điều hành Phần mềm hỗ trợ Thời gian xử lý KẾT LUẬN Kỹ thuật InSAR kỹ thuật đột phá lĩnh vực công nghệ viễn thám mở kỹ thuật đại cho việc xây dựng DEM Tuy nhiên, kỹ thuật khó nên q trình xử lý địi hỏi độ xác cao, từ bước đăng ký ảnh (địi hỏi độ xác đến 1/10 pixel) Chất lượng DEM xây dựng từ cặp ảnh SAR giao thoa phụ thuộc vào tính tương quan ảnh Trong cặp ảnh, khu vực có tương quan tốt cho DEM có chất lượng tốt so với khu vực có tương quan thấp SARScape NEST SNAPHU 503,360,00 VND VND Có Khơng Có Có Có Có Có Có Có Snaphu (Khơng) Tối thiểu 1GB ổ cứng, Tối thiểu 1GB ổ cứng, 512MB RAM 512MB RAM Linux & Window Snaphu (Linux) ENVI Không 2h 2h30‘ quyền đắt tiền khác GAMMA, SARSCAPE, ERDAS, EarthView,… mặt kỹ thuật, phần mềm dễ sử dụng hoàn toàn mã nguồn mở nên người xử lý hồn tồn can thiệp mức độ cho phép để phục vụ công việc xử lý ảnh Những kết bước đầu đạt Đề tài hy vọng góp phần đáng kể ứng dụng kỹ thuật vấn đề cần lưu ý xây dựng DEM từ cặp ảnh radar giao thoa bước khớp ảnh giải pha mang tính định Xây dựng mơ hình số độ cao DEM ứng dụng cặp ảnh radar giao thoa, quan trọng ứng dụng chúng việc quan trắc phát biến dạng bề mặt địa lún đất, hoạt động núi lửa, chuyển động băng trôi,… kỹ thuật DInSAR (kỹ thuật giao thoa vi phân), kỹ thuật PSInSAR (giao thoa tán xạ cố định), kỹ thuật Sar Tomography… Kết đạt cho thấy độ xác DEM tạo từ cặp ảnh SAR đạt độ xác cao khu vực miền núi khu vực đồng Tuy nhiên, mức độ xác kết phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác cảm biến SAR thu nhận, khoảng cách đường đáy, tương quan cặp ảnh, thuật toán cho toán giải mở pha,… Đặc biệt, toán mở pha cần giải cách xác địi hỏi điểm khống chế đo đạc trực tiếp thực địa TÀI LIỆU THAM KHẢO David F., Ph.D Maune, 2007 Digital Elevation Model Technologies and Applications: The Dem Users Manual Asprs Pubns; Har/Dvdr edition http://www.esa.int/About_Us/ESA_Publicat ions/InSAR_Principles_Guidelines_for_SA R_Interferometry_Processing_and_Interpret Việc nghiên cứu sử dụng phần mềm mã nguồn mở NEST SNAPHU đem lại hiệu kinh tế kỹ thuật cao Về mặt kinh tế, phần mềm NESTvà SNAPHU nhỏ gọn, khơng địi hỏi máy tính có cấu hình cao, hồn tồn miễn phí so với phần mềm 86 Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ Môi trường: 36 (2015): 77-87 12 http://nest.array.ca/web/nest/release-4C-1.1, truy cập 05/11/2014 13 http://web.stanford.edu/group/radar/softwar eandlinks/sw/snaphu/, truy cập ngày 05/11/2014 14 Goldstein, R., Zebker, H., and Werner, C.: Satellite radar interferometry- Twodimensional phase unwrapping, Radio Sci.,23, 713–720, 1988 15 Joughin, I., Kwok, R., and Fahnestock.: Estimation of ice-sheet motion using satellite radar interferometry: method and error analysis with application to the Humboldt Glacier, Greenland, Journal of Glaciology.,42, 564-575, 1996 16 Alsdorf, D E., & Smith, L C (1999) Interferometric SAR observations of ice topography and velocity changes related to the 1996, Gjalp subglacial eruption, Iceland International Journal of Remote Sensing, 20(15-16), 3031–3050 doi:10.1080/014311699211606 17 Price, E.J and Sandwell, D.T (1998) Small-scale deformations associated with the 1992 Landers, California, earthquake mapped by synthetic aperture radar interferometry phase gradients Journal of Geophysical Research 103: doi: 10.1029/98JB01821 issn: 0148-0227 18 C W Chen and H A Zebker (2000) Network approaches to two-dimensional 347 phase unwrapping: intractability and two new algorithms Journal of the Optical 348 Society of America A, vol 17, pp 401-414 19 http://anthi.com.vn/ , truy cập ngày 23/4/2013 ation_br_ESA_TM-19, truy cập 05/11/2014 Askne, J I H., Dammert, P B G., Ulander, L M H., & Smith, G (1997) C-band repeat-pass interferometric SAR observations of the forest IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 35(1), 25–35 doi:10.1109/36.551931 Eineder, M (2003) Efficient simulation of SAR interferograms of large areas and of rugged terrain Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on doi:10.1109/TGRS.2003.811692 Ferraiuolo, G., Meglio, F., Pascazio, V., & Schirinzi, G (2009) DEM Reconstruction Accuracy in Multichannel SAR Interferometry Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on doi:10.1109/TGRS.2008.2002644 Rabus, B., Eineder, M., Roth, A., & Bamler, R (2003) The shuttle radar topography mission—a new class of digital elevation models acquired by spaceborne radar ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 57(4), 241–262 doi:10.1016/S0924-2716(02)00124-7 http://www.gamma-rs.ch/, truy cập 05/11/2014 http://www.sarmap.ch/page.php?page=sarsc ape, truy cập 05/11/2014 https://winsar.unavco.org/winsar.html, truy cập 05/11/2014 10 http://doris.tudelft.nl/, truy cập 05/11/2014 11 http://aws.roipac.org/cgi-bin/moin.cgi, truy cập 05/11/2014 87