Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lidar trong thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ LIDAR TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ LỚN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LIDAR TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ LỚN Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám hệ thống thông tin Địa lý Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Trần Đình Trí HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu thực nghiệm đưa luận văn hồn tồn trung thực, chưa cơng bố cơng trình Tác giả luận văn Nguyễn Trung Kiên DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Viết đầy đủ CSDL Cơ sở liệu DEM Digital Elevation Model DGPS Differential Globol Positioning System DSM Digital Surface Model DTM Digital Terrain Model ĐTĐL Đối tượng địa lý EO Exterior Orientation GIS Geographic Information System GPS Globol Positioning System 10 IMU Inertial Measurement Unit 11 INS Inertial Navigation System 12 ISO International Standard Organization 13 LIDAR Light Detection And Ranging 14 TIN Triangulated Irregular Network DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1: Các đặc tính kỹ thuật chủ yếu GPS INS 54 Bảng 2.2: So sánh đặc tính kỹ thuật phương pháp tham chiếu địa lý 57 Bảng 3.1: Bảng tổng hợp chiều dài đường bay 104 Bảng 3.2: Mơ hình số độ cao lưu trữ dạng file* text 105 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình Trang Hình 1.1: Sơ đồ quy trình cơng nghệ Hình 2.1: Cấu hình hệ thống Lidar 21 Hình 2.2: Vector biểu diễn mối quan hệ không gian thành phần hệ thống 23 Hình 2.3: Sơ đồ thực bay quét Lidar 28 Hình 2.4: Bề rộng băng quét SW 29 Hình 2.5: Độ phủ băng quét kề 30 Hình 2.6: Cơng nghệ tích hợp Lidar máy ảnh số 30 Hình 2.7: Mơ hình tốn học hệ thống tích hợp LiDAR với máy ảnh số 31 Hình 2.8: Tọa độ điểm quét P anten GPS mối quan hệ hệ tọa độ SBF, ECEF (A,B) 39 Hình 2.9: Phương pháp đệm Z để tìm vùng che lấp (A) khoảng khơng gian tối ưu cho điểm giả (B) 48 Hình 2.10: Phương pháp phân loại DSM để tìm vùng che lấp 50 Hình 2.11: Nguyên tắc thu nhận liệu với máy quét chổi hàng (A) sơ đồ tạo trực ảnh thực theo phương pháp (B) 52 Hình 2.12: Mô nguyên lý nắn ảnh số trực tiếp gián tiếp 59 Hình 2.13: Nắn ảnh gián tiếp (dùng mơ hình số bề mặt DSM) 60 Hình 2.14: Kỹ thuật phát vùng che khuất tỷong nắn trực ảnh 61 Hình 2.15: Ảnh trực giao thực 62 Hình 2.16: Ba phương pháp tái chia mức xám 63 Hình 2.17: Vùng che khuất ảnh bù lấp từ ảnh phụ 64 Hình 2.18: Dịch chuyển vị trí ảnh hưởng sai số độ cao DSM 66 Hình 2.19: Quy trình cơng nghệ ứng dụng kết qt Lidar kết hợp chụp ảnh số để thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn 70 Hình 3.1: Sơ đồ thiết kế đo nối mặt phẳng điểm trạm Base 100 Hình 3.2: Sơ đồ đo nối độ cao khống chế điểm trạm Base 101 Hình 3.3: Sơ đồ bay chụp ảnh số quét Lidar 103 Hình 3.4: Mơ hình số độ cao lưu trữ dạng raster (file *.tif) 107 Hình 3.5: Bình đồ trực ảnh số tỷ lệ 1/2000 (file*.ext) 108 Hình 3.6: File số hóa bề mặt nước (file*.dgn) 108 Hình 3.7: Vector hóa đối tượng địa lý (nội nghiệp) 113 Hình 3.8: Vector hóa nội nghiệp kết hợp bình đồ ảnh 114 Hình 3.9: Dữ liệu địa lý gốc 1/2000 theo khuôn dạng *.Dgn chuẩn hóa 115 Hình 3.10: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 sau biên tập 116 Hình 3.11: Trình bày khung mảnh đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 118 Hình 3.12: Biên tập nhóm lớp thủy văn 120 Hình 3.13: Biên tập nhóm lớp địa hình 121 Hình 3.14: Biên tập nhóm lớp giao thơng 123 Hình 3.15: Biên tập nhóm lớp dân cư, hạ tầng sở 125 Hình 3.16: Biên tập nhóm lớp phủ bề mặt 126 -1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Công nghệ LIDAR (Light Detection And Ranging) công nghệ mới, đại phức tạp, nghiên cứu, hoàn thiện phát triển ứng dụng có hiệu lĩnh vực nghiên cứu, quản lý tài nguyên môi trường Sự đời nhanh chóng ứng dụng cơng nghệ LIDAR mở kỷ nguyên hoạt động ngành Trắc địa Bản đồ giới Việt Nam Những ứng dụng công nghệ LIDAR khả quan, hiệu kinh tế kỹ thuật lớn hướng tương lai ngành Trắc địa Bản đồ LIDAR thiết bị đo xa dải phổ quang học Hệ thống LIDAR quét cho kết tranh đối tượng địa lý bề mặt Trái đất không gian hay chiều LIDAR thực phép đo khoảng cách đến đối tượng mà cịn phân tích thành phần quang học mơi trường truyền tín hiệu, đặc tính tia tán xạ Công nghệ LIDAR hệ thống tích hợp từ thành phần chính: hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System); hệ thống thiết bị đo xa Laser hệ thống đạo hàng quán tính INS (Inertial Navigation System) Hệ thống định vị tồn cầu GPS thực nhiệm vụ xác định xác toạ độ (X, Y, Z) thiết bị quét laser đặt phương tiện bay Hệ thống thiết bị quét Laser phát chùm tia laser xuống mặt đất, thu nhận tia laser phản xạ, cường độ tia phản xạ từ đối tượng khác mặt đất để tính khoảng cách đặc tính phản xạ đối tượng Hệ thống đạo hàng quán tính INS thực phép đo gia tốc theo hướng x, y Z, đo góc định hướng tiưa quét laser đồng thời thực xử lý số liệu điều khiển hoạt động đồng xác tồn hệ thống LIDAR Bản chất công nghệ LIDAR kỹ thuật định vị, đo xa điện quang nhận dạng đối tượng địa lý bề mặt Trái đất Bộ phát laser phát sóng điện từ -2- dạng xung xuống mặt đất tượng độ cao đó, thu nhận sóng điện từ phản hồi từ mặt đất trở Với phương pháp đo xung xác định khoảng cách từ nguồn phát tới đối tượng thời điểm phát tia laser góc qt, liệu định hướng tia quét, cường độ tín hiệu phản xạ…được INS xác định ghi nhận lại Hệ thống GPS xác định toạ độ tâm antena máy bay Sau đó, vói phần mềm chuyên dụng xử lý số liệu thu nhận toàn hệ thống, số liệu trạng thái mơi trường để tính hàng loạt điểm có trị X,Y Z tập hợp điểm tạo nên đám mây điểm với mật độ dày đặc biểu thị chi tiết đơíư tượng mặt đất Với điểm có toạ độ này, gắn với thuộc tính khả phổ (từ số liệu đo cường độ tín hiệu trở lại tia laser ) Từ liệu này, phần mềm tạo ảnh ortho cường độ xám làm sở để thành lập đồ phục vụ nghiên cứu khác đối tượng tự nhiên Với trị đo liệu thu nhận từ cơng nghệ LiDAR, xây dựng Mơ hình số địa hình, nắn ảnh để tố bình đồ trực ảnh… Những sản phẩm sử dụng để xây dựng đồ địa hình, xây dựng sở liệu GIS Vì vậy, học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ LiDAR thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn” nhằm khai thác sử dụng có hiệu thành cơng nghệ LiDAR lĩnh vực thành lập đồ tỷ lệ lớn, phục vụ cho nhu cầu ngành kinh tế quốc dân quốc phòng giai đoạn nay- giai đoạn thực cơng nghiệp hố đại hố đất nước Mục đích nghiên cứu đề tài - Khảo sát khả sử dụng số liệu đo đo công nghệ LIDAR thể thành lập mơ hình số địa hình, phục vụ cho nắn ảnh trực giao thể nội dung địa hình đồ - Kết hợp sử dụng tư liệu ảnh số chụp máy chụp ảnh kỹ thuật số tổ hợp cơng nghệ, mơ hình số độ cao để nắn ảnh trực giao tạo bình đồ trực ảnh, phục vụ cho cơng tác vẽ điều vẽ nội dung địa vật mô tả đồ -3- Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Trong luận văn thạc sỹ này, tác giả tiến hành thực nghiệm sử dụng thành công nghệ quét LiDAR chụp ảnh số để thành lập đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 khu vực thành phố Phủ Lý Nội dung nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổng quan công nghệ LiDAR kết hợp sử dụng công nghệ quét LiDAR với chụp ảnh số - Tìm hiểu phương pháp giải pháp kỹ thuật xây dựng DEM DTM từ số liệu đo công nghệ LiDAR Các phương pháp giải pháp kỹ thuật nắn ảnh tạo bình đồ trực ảnh từ tư liệu thu tổ hợp công nghệ - Sử dụng thành DTM bình đồ trực ảnh để thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn - Thử nghiệm khu vực cụ thể Phương pháp nghiên cứu Thu thập tài liệu phục vụ cho công việc nghiên cứu Mỗi thông tin thu thập cần phân tích, chọn lọc để đưa thơng tin phục vụ cho cơng tác nghiên cứu Những thơng tin hệ thống hóa để từ ta so sánh, phân tích, xử lý, chọn lọc số liệu, tư liệu phù hợp Tiến hành khảo sát tư liệu có để nghiên cứu đưa giải pháp kỹ thuật phù hợp Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu giúp học viên nắm nâng cao kiến thức công nghệ mới, kỹ thuật xử lý tư liệu, cách tổ hợp liệu chiết tách thông tin phục vụ cho công tác thành lập đồ tỷ lệ lớn Bên cạnh đó, kết nghiên cứu luận văn góp phần đánh giá khả hỗ trợ, kết hợp hai loại liệu ảnh việc nghiên cứư đối tượng địa lý bề mặt đất - 119 - - Biên tập đối tượng thuộc cơng trình thuỷ lợi: đê, đập, bờ kênh mương theo nguyên tắc ưu tiên tính chất Taluy cho cơng trình thuỷ lợi, phần bề mặt gia cố cho giao thông phải ưu tiên hiển thị đối tượng giao thông - Hệ thống sơng, suối, kênh, mương có mức độ thơng tin tương đương với đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 trình bày từ kết chuẩn hố có chỉnh sửa để dễ nhận biết in giấy Tạo hướng dịng chảy cho sơng suối tự nhiên theo hướng dốc địa hình - Từ liệu địa lý gốc, sử sụng ghi từ dạng Text Textnode thành dạng ghi phân số theo qui định đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 hiển thị nhãn đối tượng - Đối với ghi sông suối: Ghi dọc theo đối tượng xoay hướng theo chế độ Along element Bố trí ghi vào lịng sơng, suối nét đơi (nếu có thể) Trong trường hợp khơng thể bố trí ghi ngồi lịng sơng, ghi lịng sơng khơng đè lên cồn, bãi, đảo v.v Tên sơng, suối biểu thị theo kích thước quy định bảng phân lớp cho nội dung đồ tỷ lệ 1/2000 1/5000 có tổng hợp mảnh đồ với cho phù hợp Nếu liệu địa lý gốc đặt hướng, biên tập cần chỉnh sửa lại cho đảm bảo mỹ quan - Các đối tượng liên quan đến thuỷ hệ cống, trạm bơm, điếm canh đê v.v.được biên tập từ đối tượng tương ứng gói liệu thuỷ hệ - Biên tập cho loại bãi ven bờ từ đối tượng địa lý thuộc chủ đề lớp phủ bề mặt - Biên tập cho loại bãi ven bờ từ đối tượng địa lý có phân biệt ranh giới bãi loại - 120 - Hình 3.12: Biên tập nhóm lớp thủy văn Nhóm lớp địa hình - Khu vực thành lập CSDL địa lý 1/2000 TP Phủ Lý địa hình phẳng, khơng biểu thị đường bình độ, mô tả điểm độ cao chi tiết, mật độ điểm ghi độ cao 25 đến 30 điểm/1dm2 Điểm ghi độ cao phải chọn vào chỗ đặc trưng địa hình Ghi độ cao điểm đặc trưng hiển thị theo nhãn thuộc tính có - Biểu thị điểm mực nước theo thơng tin gói địa hình - Các đối tượng địa hình khác như: khe rãnh, vách đá, hố lõm, gò, đống, ruộng bậc thang, khu đào bới v.v hiển thị theo đồ hình xác định tuân theo quy định thống - 121 - - Biên tập cho bãi cát khô, đầm lầy, núi đá v.v từ đối tượng địa lý thuộc gói lớp phủ bề mặt - Qui định biên tập cho khu vực núi đá có kết hợp lớp phủ thực vật: Trường hợp lớp phủ bề mặt khu vực núi đá phân loại khơng có thực phủ, cần kết hợp với kí hiệu nội dung thực vật để biểu thị cho nội dung đồ địa hình Trường hợp kết điều tra thực địa bề mặt phân loại có thực phủ cần biểu thị kí hiệu khu vực núi đá lớp địa hình Hình 3.13: Biên tập nhóm lớp địa hình - 122 - Nhóm lớp giao thơng - Lớp đường bộ: Trình bày đối tượng ranh giới đường bộ; Nền đường, lòng đường (fill đường, vỉa hè phân biệt theo chất liệu trải mặt), đảo giao thông, lề đường khơng fill Những tuyến đường có tim phải biểu thị đường lịng đường có chồng lớp dải phân cách theo tỷ lệ (kiểu vùng) nửa tỷ lệ (kiểu đường) - Lớp tim đường lựa chọn hiển thị đối tượng có thuộc tính độ rộng 1m; trình bày phân biệt với đối tượng vượt sơng: đị, ngầm, phà - Lớp cầu giao thông: Cầu rộng 1m trở lên trình bày nét đo vẽ theo vị trí độ dài bên thành cầu (là đối tượng tạo đồ hình cầu kiểu shape); lớp hầm giao thơng trình bày điểm đầu cửa hầm nơi nối với vai đường Ghi thông số hiển thị từ thuộc tính, biên tập dạng phân số - Các đối tượng có đắp cao, xẻ sâu ghi tỷ cao, tỷ sâu phải phù hợp với DTM đối tượng tương ứng mơ tả file địa hình - Lấy thơng tin từ lớp mạng lưới đường để ghi tên đường quốc lộ, tỉnh lộ, huyện lộ, tính chất đường cho loại đường Trường hợp đoạn đường có nhiều tên (tên tuyến 1, tên tuyến ) trình bày thuộc tính tên - Các khu vực ruộng ni tơm trình bày từ đối tượng đường nội kết hợp với bề mặt nước - Mép đường giao thông đối tượng liên quan như: mép nhà, tường rào,.v.v phép hiển thị chồng xếp lên - Các đối tượng đường sắt phân chia theo loại đường sắt: Quốc gia, đô thị, chuyên dụng, biên tập nội dung đồ địa hình thể thơng tin theo thuộc tính sau: + Độ rộng đường loại đường sắt (loại rộng 1,435m, loại rộng 1m, đường sắt hẹp, đường gng) + Đường sắt có, làm + Tính chất đắp cao, xẻ sâu, loại gia cố - 123 - - Một số đối tượng thuộc giao thơng như: Trạm thu phí giao thơng, loại biển báo, bến bãi v.v trình bày dạng kí hiệu, kết hợp đường biên kí hiệu đại diện - Biên tập loại bến đò, phà, bến lội v.v từ đối tượng địa lý thuộc lớp bến bãi tuyến vượt sơng Hình 3.14: Biên tập nhóm lớp giao thơng Nhóm lớp dân cư, hạ tầng sở - Lớp dân cư, sỏ hạ tầng: Hiển thị nhà đối tượng ranh giới khu chức kèm theo đối tượng kí hiệu đại diện cho khu chức thay cho đồ hình khu chức Trình bày mạng lưới đường điện cao trạm điện, - 124 - cột điện theo liệu có Trình bày số điện áp từ thơng tin thuộc tính Nhà, khối nhà trình bày theo liệu thu nhận chuẩn hoá - Trường hợp địa vật dày phải kết hợp kí hiệu điểm (Cell) chồng xếp lên đồ hình Ghi thuộc tính (tên gọi đối tượng địa lý) biểu thị mang tính đại diện cần tổng hợp lọc bớt - Tên thơn, xóm, xã, tên tỉnh lỵ, huyện lỵ v.v tạo thể từ đối tượng chủ đề địa danh cần biên tập theo qui định nội dung đồ địa hình cụ thể: + Tên thơn bố trí nơi biểu thị phần lớn diện tích điểm dân cư Khơng bố trí tên q xa điểm dân cư + Tên xã bố trí trung tâm phạm vi xã, vào nơi rộng rãi, địa vật Nếu xã bị chia cắt nhiều mảnh, tên xã biểu thị mảnh có diện tích xã rộng nhất, đơng dân nơi có Uỷ ban xã, mảnh khác ghi tên xã khung theo quy định file sở toán học + Tên nơng, lâm trường trình bày từ ghi danh từ chung - địa danh đối tượng chức có mã tương ứng BL08 BL06 - Khu chức bao gồm kiểu điểm vùng trình bày sau: + Kiểu điểm: trình bày thơng qua thư viện kí hiệu thiết kế theo hình thức quy định kèm theo ghi tên gọi + Kiểu vùng: Trình bày ranh giới khu chức kèm theo kí hiệu đại diện bên kèm theo tên gọi Tên gọi đối tượng khu chức tạo hiển thị từ thuuộc tính danh từ chung - địa danh tên số trường hợp phải chỉnh sửa cách bỏ bớt danh từ chung gán từ nhãn đối tượng để tránh bị trùng lặp từ tên gọi - 125 - Hình 3.15: Biên tập nhóm lớp dân cư, hạ tầng sở Nhóm lớp biên giới, địa giới Lớp biên giới, địa giới: Tạo hiển thị đối tượng đường địa giới thơng qua kiểu kí hiệu địa phận địa giới hành cấp có hiển thị nhãn Các đối tượng địa phận hành khơng trình bày lớp đồ mà hiển thị lớp đường địa giới, biên giới, mốc giới Tạo ghi mốc địa giới từ nhãn thuộc tính đối tượng địa lý, chuyển thành dạng ghi phân số với giá trị theo trường thuộc tính quy định cho đối tượng mốc giới - 126 - Nhóm lớp phủ bề mặt: Lớp phủ bề mặt chia thành loại tương ứng với hai kiểu thể đồ: Kiểu chất lượng kí hiệu đại diện kèm theo ranh giới thực vật - Kiểu chất lượng áp dụng cho khu vực khơng có thực phủ (khơng fill nền) - Kiểu kí hiệu đại diện kèm theo ranh giới thực vật dành cho khu vực có thực phủ - Khi chuẩn hoá đối tượng địa lý xác lập từ quan hệ Topology mã cùng, tạo hiển thị trình bày tự động đặi kí hiệu tượng trưng trải pattern theo mẫu kí hiệu quy định trình bày liệu địa lý - Tạo thể đối tượng thực vật có liên quan đến mặt nước cách kết hợp thông tin nước mặt thuộc chủ đề lớp phủ bề mặt với thông tin thực vật điều tra thực địa Hình 3.16: Biên tập nhóm lớp phủ bề mặt - 127 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận: Bản đồ địa hình tập hợp thơng tin khơng gian thuộc tính đối tượng địa lý bề mặt trái đất, có cấu trúc, nội dung hợp lý đáp ứng nhu cầu tra cứu thông tin, phục vụ cho việc phát triển kinh tế - xã hội ngành, địa phương Vì việc xây dựng hệ thống đồ địa hình việc làm vơ cấp thiết, đặc biệt vùng đô thị khu kinh tế trọng điểm Qua kết nghiên cứu thực nghiệm tác giả xin đưa số kết luận sau: - Phương pháp ứng dụng cơng nghệ Lidar tích hợp với máy ảnh số với tăng cường xử lý tự động xác định vị trí khơng gian đối tượng cho kết độ xác cao đảm bảo mức độ tin cậy phục vụ thành lập cung cấp đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 thời gian ngắn - Kết nghiên cứu khảo sát đề tài thành lập đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 khu vực thành phố Phủ Lý hồn tồn đảm bảo độ xác mức độ chi tiết - Kết nghiên cứu ứng dụng công nghệ Lidar thành lập đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 đưa vào ứng dụng chuyên đề như: + Xây dựng hệ thống thông tin địa lý tỷ lệ 1/2000; + Ứng dụng xây dựng đồ quy hoạch đô thị, đồ du lịch, đồ trạng sử dụng đất số dạng đồ chuyên đề khác * Kiến nghị: - Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn (1/2000) lĩnh vực mới, phạm vi thực nghiệm luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, cần thực khu vực thị khác để hồn thiện quy trình - Cần trọng đến việc đào tạo phổ cập rộng rãi ứng dụng công nghệ Lidar việc thành lập đồ địa hình nhằm góp phần thắng lợi cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước - 128 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tuấn Anh, Tăng Quốc Cương, Đặng Thái Hùng, Lê Minh (2007), Ứng dụng hệ thống tích hợp máy ảnh số cỡ trung bình với Lidar Việt Nam, Đặc san Viễn thám Địa tin học; Bộ Tài nguyên Môi trường, Danh mục đối tượng địa lý tỷ lệ 1/2000, 1/5000; Bộ Tài nguyên Môi trường (2007), Quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý quốc gia; Cục đo đạc Bản đồ nhà nước (1999), Quy phạm đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000 – 96TCN 43-90 (phần trời); Cục đo đạc Bản đồ nhà nước (1999), Quy phạm đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000, 1/10000, 1/25000 (phần nhà); Cơng ty Đo đạc Ảnh Địa hình (2008), Đánh giá chất lượng bình đồ ảnh số mơ hình số địa hình thực hệ thống tích hợp máy ảnh số Lidar; Cục Đo đạc Bản đồ Việt Nam (2009), Thiết kế kỹ thuật – Dự tốn thành lập sở liệu thơng tin địa lý tỷ lệ 1/2000 khu vực TP Phủ Lý, TP Nam Định, TP Thái Bình; Cơng ty TNHH tin học eK (2008), Hướng dẫn sử dụng chương trình xây đựng]x liệu địa lý Microstation; NXB Giao thông vận tải (1999), Cơ sở hạ tầng giao thông Việt Nam; 10 Phạm Vọng Thành (2000), Bài giảng sở hệ thống thông tin địa lý, Dành cho học viên cao học chuyên ngành đồ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội; 11 Trần Đình Trí (2009), Cơng nghệ Lidar, Bộ mơn Đo ảnh Viễn thám, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội; 12 Nguyễn Trường Xuân (2000), Một số kiến thức hệ thống thông tin địa lý, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU - 1 Tính cấp thiết đề tài - Mục đích nghiên cứu đề tài - Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Nội dung nghiên cứu đề tài - Phương pháp nghiên cứu - Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Cấu trúc luận văn - CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ LỚN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẰNG CÔNG NGHỆ LIDAR KẾT HỢP VỚI CHỤP ẢNH SỐ - 1.1 Khái quát chung đồ địa hình - 1.2 Nội dung đồ tỷ lệ lớn - 1.2.1 Cơ sở toán học: - 1.2.2 Các yếu tố nội dung đồ địa hình tỷ lệ lớn - 1.3 Các phương pháp thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn - 1.3.1 Thành lập đồ địa hình phương pháp đo đạc trực tiếp - 1.3.2 Thành lập đồ địa hình ảnh hàng khơng - 1.3.3 Thành lập đồ địa hình ảnh mặt đất - 1.3.4 Thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn cơng nghệ qt LiDAR kết hợp chụp ảnh số - 1.3.4.1 Qui trình cơng nghệ - 1.3.4.2 Thiết kế bay chụp ảnh số quét LiDAR - Thiết kế quy định kỹ thuật đo điểm trạm Base - Thiết kế kỹ thuật đo bãi hiệu chỉnh mặt phẳng độ cao - Thiết kế kỹ thuật đo nối lưới khống chế sở (trạm đo gốc) phục vụ đo chi tiết bãi hiệu chỉnh mặt phẳng độ cao - - Thiết kế kỹ thuật đo chi tiết điểm hiệu chỉnh mặt phẳng độ cao - 1.3.4.3 Bay quét chụp ảnh số - 1.3.4.4 Quy trình quy định kỹ thuật xử lý liệu - 10 Quy trình xử lý liệu Lidar ảnh Orthophoto - 10 a Xử lý liệu thô, kiểm tra độ gối phủ liệu: - 10 b Xử lý số liệu GPS/IMU: - 10 c Xử lý nguyên tố định hướng (EO): - 10 d Xử lý liệu Laser, tạo DSM/ DEM/ ảnh cường độ xám: - 10 e Nắn ảnh trực giao xác TrueOrthophoto - 11 Chuẩn hóa liệu DEM đo bổ xung ngoại nghiệp - 12 a Quy định kỹ thuật xử lý liệu .- 12 b Chuẩn hóa liệu DEM - 14 c Đo bổ sung ngoại nghiệp - 15 1.3.4.5 Đoán đọc nội nghiệp, vector hóa đối tượng điều tra ngoại nghiệp thơng tin thuộc tính đối tượng địa lý - 16 Đốn đọc nội nghiệp, vector hóa đối tượng .- 16 Làm liệu - 17 Điều tra ngoại nghiệp thông tin thuộc tính đối tượng địa lý - 18 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ QUÉT LIDAR KẾT HỢP VỚI CHỤP ẢNH SỐ TRONG THÀNH LẬP BĐ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ LỚN .- 20 2.1 Tổng quan công nghệ .- 20 2.1.1 Khái niệm chung hệ thống - 20 2.1.2 Mối quan hệ không gian thành phần hệ thống - 23 2.1.3 Các cơng đoạn q trình qt LiDAR - 26 2.1.4 Cơng nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số - 30 2.2 Ứng dụng kết quét Lidar để thành lập mơ hình số độ cao .- 33 2.2.1 Khái niệm mơ hình số độ cao, MH số địa hình mơ hình số bề mặt - 33 2.2.2 Các phương pháp thành lập mơ hình số độ cao - 34 2.2.2.1 Các phương pháp thành lập mơ hình số độ cao - 34 - 2.2.2.2 Độ xác liệu DEM cơng nghệ tích hợp LiDAR với máy ảnh số - 36 Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ xác điểm thực địa xác định cơng nghệ LiDAR - 38 Nguồn sai số mơ hình tốn học xây dựng DEM - 40 Nguồn sai số đo mật độ điểm quét laser - 41 Nguồn sai số mức độ phức tạp địa hình .- 42 2.2.3 Cơ sở liệu mô hình số độ cao - 42 2.3 Kết hợp liệu quét Lidar chụp ảnh số để thành lập bình đồ trực ảnh - 44 2.3.1 Khái niệm bình đồ trực ảnh (orthoimage) .- 44 2.3.2 Các phương pháp thành lập bình đồ trực ảnh - 45 2.3.2.1 Các phương pháp nắn trực ảnh truyền thống - 45 2.3.2.2 Nắn trực ảnh ảnh số cơng nghệ tích hợp LiDAR - 47 Phương pháp đệm Z (Z-buffer) - 48 Phương pháp đệm Z điều chỉnh (modified Z- buffer) - 48 Phương pháp đệm chiều cao (height-buffer) - 49 Phương pháp phân loại DSM (sorted DSM) - 49 Một số phương pháp đựơc nghiên cứu ứng dụng khác - 50 2.3.3 Xác định nguyên tố định hướng ảnh - 53 2.3.3.1 Tham chiếu địa lý trực tiếp .- 54 2.3.3.2 Tham chiếu địa lý tích hợp - 55 2.3.3.3 So sánh đặc tính kỹ thuật phương pháp tham chiếu địa lý .- 57 2.3.4 Nắn ảnh trực giao .- 58 2.3.5 Nắn ảnh thực (tạo true orthophoto) - 60 2.3.5.1 Tái chia mức xám nắn trực ảnh - 63 2.3.5.2 Kỹ thuật bù ảnh (tạo true orthophoto) - 63 2.3.6 Độ xác ảnh Orthophoto - 64 2.3.7 Kết hợp liệu quét Lidar chụp ảnh số để thành lập bình đồ trực ảnh - 67 - 2.4 Ứng dụng kết quét Lidar kết hợp chụp ảnh số để thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn .- 70 2.4.1 Quy trình cơng nghệ - 70 2.4.2 Quy định kỹ thuât chi tiết - 71 2.4.2.1 Tổ chức liệu địa lý gốc .- 71 2.4.2.2 Vector hóa đối tượng địa lý - 71 2.4.2.3 Làm liệu .- 76 2.4.2.4 Điều tra ngoại nghiệp thơng tin thuộc tính đối tượng địa lý - 76 2.4.2.5 Chuẩn hóa liệu địa lý - 81 5.3.5.5 Biên tập đồ địa hình từ liệu địa lý gốc - 85 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LIDAR THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1/2000 KHU VỰC THÀNH PHỐ PHỦ LÝ - 91 3.1 Khái quát nhiệm vụ, tình hình, đặc điểm khu vực - 91 3.1.1 Nhiệm vụ khu vực nghiên cứu - 91 3.1.2 Sản phẩm kết nghiên cứu thực nghiệm .- 91 3.1.3 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế, xã hội khu vực .- 92 3.1.3.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên - 92 3.1.3.2 Đặc điểm kinh tế, xã hội - 93 3.2 Hiện trạng thông tin tư liệu - 93 3.2.1 Điểm toạ độ Nhà nước .- 93 3.2.2 Điểm độ cao nhà nước .- 93 3.2.3 Hiện trạng tư liệu đồ địa hình - 93 3.3 Quy định kỹ thuật chi tiết - 94 3.3.1 Mục đích, yêu cầu phạm vi bay chụp ảnh số quét Lidar - 94 3.3.2 Chỉ tiêu kỹ thuật lựa chọn thiết bị sử dụng bay chụp ảnh số quét LiDAR - 95 3.3.3 Quy trình cơng nghệ thành lập mơ hình số độ cao bình đồ trực ảnh cơng nghệ LIDAR - 96 3.3.4 Thiết kế bay chụp quét Lidar .- 98 - 3.3.4.1 Chọn đồ thiết kế, đồ bay - 98 3.3.4.2 Chọn phương tiện kỹ thuật chụp ảnh số, quét Lidar .- 98 3.3.4.3 Sân bay - 99 3.3.4.4 Đảm bảo thông tin thời tiết .- 99 3.3.4.5 Thiết kế quy định kỹ thuật đo điểm trạm Base - 99 3.3.4.6 Thiết kế kỹ thuật đo bãi hiệu chỉnh mặt phẳng độ cao - 101 3.3.4.7 Thiết kế bay chụp - 102 3.3.5 Xử lý liệu bay chụp quét Lidar - 104 3.3.6 Chuẩn hóa liệu DEM: - 104 3.3.7 Xây dựng đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 khu vực TP Phủ Lý từ sản phẩm công nghệ Lidar - 109 3.3.7.1 Chỉ tiêu kỹ thuật - 109 Độ xác DEM - 109 Cơ sở toán học - 110 Sản phẩm đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 - 110 3.3.7.2 Quy định kỹ thuật chi tiết xây dựng đồ địa hình tỉ lệ 1/2000 TP Phủ Lý từ bình đồ trực ảnh Lidar - 111 Quy trình cơng nghệ .- 111 Vector hóa đối tượng địa lý - 112 3.3.7.3 Điều tra ngoại nghiệp thơng tin thuộc tính đối tượng địa lý .- 114 3.3.7.4 Chuẩn hóa liệu địa lý .- 115 3.3.7.5 Biên tập đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 từ liệu địa lý gốc - 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 127 * Kết luận: - 127 * Kiến nghị: - 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO .- 128 - ... Chương2: Ứng dụng công nghệ quét Lidar với chụp ảnh số thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn Chương 3: Ứng dụng công nghệ Lidar thành lập đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 khu vực thành phố Phủ Lý Trong trình... công nghệ quét LiDAR chụp ảnh số để thành lập đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 khu vực thành phố Phủ Lý Nội dung nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổng quan công nghệ LiDAR kết hợp sử dụng công nghệ quét LiDAR. .. dựng đồ địa hình, xây dựng sở liệu GIS Vì vậy, học viên lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ LiDAR thành lập đồ địa hình tỷ lệ lớn” nhằm khai thác sử dụng có hiệu thành công nghệ LiDAR