7. Cấu trúc của luận văn
3.3.2Nắn ảnh trực giao
Ngoài ra, tại khu vực còn thu nhận được ảnh hàng không. Đây là ảnh được chụp đồng thời với quá trình bay quét Lidar. Để hỗ trợ cho công tác nhận dạng, phân tích đoán đọc các đối tượng trên khu vực được được thuận lợi hơn và phục vụ các công tác khác của việc thành lập bản đồ 3D, tiến hành nắn ảnh trực giao chính
xác TrueOrthophoto như sau:
- Sau khi bay chụp ảnh, số liệu ảnh số được thể hiện dưới dạng tif - format ảnh nén (Raw compress image) của máy ảnh Rollei AIC P45.
- Nắn ảnh trực giao chính xác cho tất cả từng ảnh trong khu đo, số liệu đầu vào cần có là: Mô hình số bề mặt DSM (độ phân phân giải 0.5 m), thông số định hướng ngoài của các tấm ảnh (EO), ảnh đã phát triển. Kết quả cho ảnh nắn khuôn dạng của TOPPIT. Độ phân giải của ảnh nắn tối đa bằng 1/2 độ phân giải của DSM (trong công trình này Pixel size = 0.25 m). Loại ảnh này các địa vật chênh cao (như nhà, vật kiến trúc, cây cối…) được đưa về đúng hình chiếu của nó, tuy nhiên vẫn còn những vị trí không có giá trị độ xám (black pixel) do sự xắp xếp lại các pixel trong quá trình nắn ảnh.
67
- Chuyển sang bước tiếp theo sẽ lần lượt ghép các ảnh trong từng dải với nhau, sau đó ghép các dải trong khu đo với nhau để tạo thành một ảnh của cả khu bay (project).
- Những vị trí black pixel sẽ được nội suy từ giá trị độ xám của độ phủ ảnh, hoặc từ các giá trị xung quanh nếu khu vực này không có độ phủ. Độ lớn của ảnh ghép cả khu vực có thể lên tới hàng chục, hàng trăm GB phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ cho phép của máy tính.
- Bước cuối cùng là chương trình sẽ cắt ảnh ghép cả khu vực theo từng mảnh bản đồ và chuyển đổi ảnh nắn sang dạng tif 16 bit.
Hình 3.4 Ảnh trực giao khu vực Thị trấn Kim lâm 3.3.3 Phủ ảnh trực giao trên nền mô hình số địa hình
Có thể phủ ảnh lên trên nền mô hình số địa hình để tạo ra những nhận biết rất thực về khu vực.Để hiển thị được các ảnh này trong mô hình lập thể của ArcScene chúng cần phải được nắn chỉnh về cùng hệ tọa độ với các nội đúng vector của bản đồ địa hình 3D.
Kỹ thuật phủ ảnh raster lên DTM nghiêng về xu hướng thể hiện hình ảnh thực – photorealistic của bề mặt địa hình.Ảnh cũng sẽ che phủ các thang màu của DTM nên tốt nhất khi phủ ảnh lên mặt DTM thì không hiển thị DTM.Các đối tượng dạng đường và dạng điểm vẫn được thể hiện tốt trên nền ảnh phủ trên mặt DTM. Tuy nhiên với các đối tượng dạng vùng thực vật, bề mặt DTM chỉ có thể được phủ hoặc
68
bởi các đối tượng vector dạng vùng hoặc bởi ảnh raster cho nên tùy theo nhu cầu mà người dùng có thể chủ động bật tắt hay thay đổi thứ tự thể hiện hoặc độ trong (transperancy) các đối tượng dạng vùng thực vật và của ảnh raster để có thể quan sát tốt nhất nội dung được quan tâm.
Ảnh trực giao khi phủ lên DTM làm nền cho người quan sát cảm giác địa hình khá ấn tượng nhất là khi chuyển động trong không gian ở độ cao tương đối lớn.
(a) Ảnh vệ tinh thị trấn Kim Bài
b) Ảnh trên nền DSM
69
Từ tập hợp các điểm độ cao, nội suy thành DSM, DSM vẫn còn chứa độ cao của các đối tượng nên có thể nhìn thầy trên hình 3.5 bề mặt không trơn, và có chỗ gồ ghề. Chính vì vậy, cần lọc bỏ các đối tượng trên bề mặt đấy để tạo thành DTM.
Sau khi bóc tách các đối tượng trên bề mặt, bề mặt DTM có độ cao lớn nhất chỉ đến 15,11(Hình 3.3). Từ hai dữ liệu DSM (
Hình 3.2 ) và DTM( Hình 3.3), và dữ liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao dung làm cơ sở tham chiếu (b) Ảnh trên nền DSM
Hình 3.5) được thành lập từ DSM- thu thập được, tác giả thực hiện việc tách lấy đối tượng nhà ở khu vực, lấy DSM trừ DTM. Ở Việt Nam, đối với nhà ở, diện tích nhà khoảng 10m2 trở lên, nhà một tầng thì độ cao cũng khoảng 3m, và góc dốc của nhà có mái khoảng 35 độ. Tuy nhiên, ở đây không chỉ lọc lấy đối tượng nhà ở, cũng có thể trong khu vực dân cư có chăn nuôi, nên chuồng trại cũng sẽ có độ cao và cũng có thể coi là đối tượng nhà chính vì vậy, tác giả chọn các chỉ số giới hạn sau:
Về diện tích nhà: những nhà nào có diện tích nhỏ hơn 9 m2 sẽ được bỏ đi. Về độ cao nhà: những nhà có độ cao dưới 2.5 m
Độ dốc mái nhà: 0- 35 độ do cũng có những nhà mái bằng nên độ dốc mái sẽ là 0
Để tách biệt nhà với cây cối, sau nhiều lần thử, texture của cây thích hợp nhất đối với vùng nghiên cứu này là: 80%.
Dựa vào những chỉ tiêu trên, kết quả đã được so sánh với ảnh chụp từ máy bay cùng thời điểm bay quét Lidar:
70
Hình 3.6 Triết tách đối tượng nhà từ DSM và DTM
71
72 a. Hình ảnh ngoài thực địa b. Hình ảnh 3D khái quát hóa c. Hình ảnh 3D khi phủ ảnh hàng không lên DSM d. Hình ảnh 3D chi tiết
Hình 3.9 Các khối nhà được thể hiện chi tiết bằng Sketchup
3.3.5 Thể hiện các đối tượng khác trên bản đồ - Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan - Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sông hai nét được thể hiện như một đối tượng vùng trên bản đồ 2D.Trong bản đồ địa hình 3D, đối tượng vùng này được phủ lên mặt DTM sử dụng công cụ Baseheight và tô màu xanh nước biển nhạt.Ngoài ra đường viền sông hai nét cũng được thể hiện trên mặt DEM bằng màu nước biển sẫm với mục đích làm nổi bật đường bờ nước.
Sông suối chảy theo mùa thể hiện bằng hai ký hiệu. Một ký hiệu dạng đường chạy liên tục màu nước biển nhạt.Thuộc tính của đối tượng được gắn vào đường này. Ký hiệu thứ hai dùng cho mục đích hiển thị được drop từ dạng đường nét đứt của sông suối chảy theo mùa trên bản đồ 2D, thể hiện bằng màu nước biển đậm nằm
73
trên đường chạy liên tục màu nước biển nhạt nói trên. Cả hai ký hiệu này đều nằm ngay trên mặt DTM.
Đê cũng được thể hiện theo nguyên tắc tương tự. Các chi tiết về độ chênh cao của đê được bổ sung vào DTM dựa trên các số liệu có được về đê như vị trí mặt đê, vị trí chân đê, độ cao mặt đê, tỷ cao đê. Con trạch trên mặt đê nếu có được thể hiện bằng một đối tượng dạng đường, thuộc tính về tỷ cao con trạch được lưu trữ và được dùng cho công cụ Extrusion để dựng đường này lên vuông góc với mặt đê (lúc này đã được bổ sung vào mặt DTM) đúng như đặc điểm của con trạch trong thực tế.
- Giao thông và các đối tượng liên quan
Các đối tượng dạng điểm liên quan như trạm ghi, cột đèn hiệu, cột tín hiệu, cột cây số, biển chỉ đường nếu có được dựng lên bằng công cụ Plan tree trên mặt DTM dùng một hình ảnh tự thiết kế dạng *.BMP gần giống với hình ảnh thực. Độ cao của các đối tượng này tuân theo qui định chuẩn của ngành giao thông.
Đường ô tô là một yếu tố được quan tâm rất nhiều đối với người dùng bản đồ.Chúng được thể hiện là các đối tượng dạng vùng nằm ngay trên mặt DTM. Phần trải mặt đường được thể hiện bằng ảnh thực của các loại chất liệu: bêtông - nhựa, đá, đất hoặc bằng nền màu đơn giản. Trục phân tuyến, vỉa hè nếu có và đủ rộng để thể hiện ở dạng vùng theo tỷ lệ bản đồ thì trải mặt bằng chất liệu thực tế như nền cỏ thấp hay nền gạch. Nếu các trục phân tuyến chỉ là dạng đường thì dùng Extrusion dựng chúng lên thành dải ngăn cách chạy liên tục.
Đường đất nhỏ và đường mòn được thể hiện bằng các đường một nét chạy liên tục trên mặt DTM.Để phân biệt, hai loại đường này đường đất nhỏ thể hiện bằng nét đen đậm, còn đường mòn màu xám.Ký hiệu nét đứt của đường mòn được chuẩn bị trong môi trường đồ họa và hiển thị lên trên đường mòn màu xám nhạt, chay liên tục.
Đường ô tô được gắn các thuộc tính: tên đường, chất liệu rải mặt, độ rộng đường, độ rộng phần trải mặt.
74
- Các đối tượng kinh tế, văn hoá xã hội
Trên bản đồ 3D, ở mức độ chi tiết rất cao có thể thể hiện các đối tượng kinh tế, văn hóa xã hội bằng mô hình 3D thực của đối tượng được chuẩn bị sẵn trong môi trường đồ họa.Ở mức độ chi tiết thấp hơn, các đối tượng văn hóa, kinh tế, xã hội có thể được thể hiện bằng công cụ Plant tree sử dụng ảnh lấy từ các ký hiệu mẫu của bản đồ địa hình 2D. Cách thể hiện này nghiêng về xu hướng ký hiệu hóa hơn.
Các đối tượng văn hóa, kinh tế, xã hội sau khi dựng lên được lưu lại thành một file *.LYR dùng để hiển thị, các ký hiệu điểm gốc với các thuộc tính như tên riêng của đối tượng cũng vẫn được giữ lại nhằm cung cấp thông tin khi cần truy vấn.
- Đường dây điện và đường dây thông tin
Đường dây điện và đường dây thông tin sẽ được thể hiện độc lập bằng hai loại đối tượng.Thứ nhất là các đối tượng dạng điểm thể hiện cột, chúng được gắn các thông tin thuộc tính về chiều cao cột, cột cao thế hay hạ thế được điều tra từ thực địa.Có hai nguyên tắc thể hiện các đối tượng dạng điểm này. Ở các tỷ lệ nhỏ, cột được thể hiện với độ chi tiết – LoD thấp bằng cách hiển thị điểm trên mặt DTM với công cụ Baseheight và sau đó extrude điểm lên từ mặt DTM sử dụng trường độ cao riêng của cột. Cách thứ hai phù hợp với các tỷ lệ lớn, cột được dựng lên trên mặt DTM sử dụng công cụ Plant Tree.Ảnh của cột được chuẩn bị sẵn ở dạng *.BMP và dựng lên với độ cao được lưu trữ sẵn trong trường thuộc tính của điểm.
Đường dây tải điện đối tượng dạng đường đơn giản được gắn thuộc tính về loại đường: cao thế, hạ thế; độ cao trung bình của đường dây; điện áp nếu có. Đường dây ở dạng 2D sẽ tính chuyển thành đường 3D dựa trên độ cao của DTM bằng công cụ Convert features to 3D của ArcGis 3D Analyst, kết quả là đường 3D sẽ được bổ sung thêm rất nhiều đỉnh trong khoảng giữa đỉnh gốc tức là các cột. Sau đó chuyển đường dây 3D này về môi trường đồ họa và bỏ tất cả các đỉnh mới phát sinh giữa các cột. Sau đó đưa đường dây vào thể hiện trong ArcScene bằng tọa độ X, Y, H thực không phụ thuộc vào DTM với khoảng offset lấy từ thuộc tính chiều cao dây.
75
Một đối tượng có nhiều điểm tương tự với các loại dây dẫn là ống dẫn. Ống dẫn được thể hiện là dạng đường, màu xám sẫm, gắn các thuộc tính: tỷ cao, đường kính ống, vật liệu làm ống, chất dẫn trong ống. Nếu ống đặt trên trụ cao thì nguyên tắc thể hiện tương tự như các loại dây dẫn và thể hiện các trụ đỡ kèm theo. Trường hợp ống dẫn nằm nổi trên mặt đất hay ống dẫn ngầm thì chỉ cần thể hiện đường ống dẫn dạng 2D theo mặt DTM với giá trị offset âm dựa trên thuộc tính độ sâu của ống. Các giếng kiểm tra được thể hiện bằng điểm cũng được extrude một giá trị âm chìm dưới mặt DTM một khoảng bằng độ sâu của ống. Với độ trong - transparency của DTM là 50% - 70% sẽ cho phép quan sát được tương đối rõ các đối tượng chạy ngầm dưới đất này.
- Dáng đất, chất đất
Dáng đất đã được thể hiện bằng mô hình số độ cao DTM.Nhưng ký hiệu nét đứt của bình độ phụ không thể hiện được trong ArcScene nên bình độ phụ nếu có sẽ được thể hiện bằng đường nét liền màu nhạt hơn.Các yếu tố này chỉ là được đưa ra với mục đích bổ trợ cho DTM trong việc thể hiện địa hình nên chỉ được thể hiện với độ trong - transperancy là 50%.
Điểm độ cao cũng được thể hiện bằng đối tượng dạng điểm.Không ghi chú độ cao của đường bình độ và điểm độ cao, nếu cần ngưới dùng có thể truy cứu thông tin này bằng công cụ Info.
Các thông tin về chất đất được thể hiện bằng các đối tượng dạng vùng phủ lên mặt DTM bằng các nền màu đơn giản hoặc bằng công cụ Picture fill symbol. Các dạng bề mặt như cát, sỏi, đá, cồn cát, bãi đá khác nhau đều có sẵn trong thư viện của ArcGis.
Các đối tượng như đầm lầy cũng được thể hiện bằng cách phủ vùng lên mặt DTM và tô màu vùng bằng ảnh đầm lầy gồm các nét đứt chạy song song tương tự như trên bản đồ 2D.
- Thực vật
Cách nhìn vào các đối tượng thuộc nhóm thực vật và cách phân nhóm chúng cho bản đồ địa hình 3D sẽ phải có một số điểm khác biệt so với bản đồ địa hình 2D
76
trong đó độ cao riêng h của đối tượng là một trong các yếu tố chính để phân loại và quyết định cách thể hiện.
Các đối tượng thực vật có độ cao riêng thấp như cỏ, lúa, hoa màu... sẽ được thể hiện là đối tượng dạng vùng phủ lên mặt DTM bằng công cụ Baseheight và được tô màu bằng công cụ Picture fill symbol với các ảnh chụp bề mặt thực của đối tượng hoặc bằng các nền màu đơn giản.
Ở tỷ lệ lớn, các đối tượng thực vật có độ cao riêng lớn như rừng, hàng cây, cây độc lập có thể được thể hiện bằng các đối tượng dạng điểm.Đối với rừng và hàng cây dựa vào các thông số về mật độ cây để xác định vị trí tương đối của các điểm.Các đối tượng này được gắn thuộc tính độ cao và loại cây. Thông tin này được lấy từ nội dung của bản đồ địa hình nếu có hoặc bằng điều vẽ thực địa. Sau đó dùng công cụ Plan Tree của ArcScene để dựng cây lên từ các đối tượng dạng điểm này trên nền DTM sử dụng các ảnh cây tương ứng và độ cao cây lấy từ trường thuộc tính điểm.Công cụ Plant Tree được áp dụng lần lượt với từng loại cây, kết quả được lưu thành các file *.LYR và dùng để hiện thị trong ArcScene. SHP file chứa các đối tượng dạng điểm sau khi đã được dựng lên thành cây sẽ không được hiển thị nhưng vẫn được lưu giữ trong Scene của bản đồ địa hình 3D để phục vụ cho mục đích truy cập thông tin (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
77
Hình 3.11 Đối tượng cây độc lập ở tỷ lệ lớn thể hiện trên nền ảnh 3.4 Thảo luận
3.4.1 Độ chính xác thành lập mô hình 3D từ dữ liệu Lidar
Phương pháp chiết tách số liệu dựa trên đám mây điểm để tạo ra mô hình số bề mặt, mô hình số địa hình và các mô hình nhà cửa 3D được thực hiện thông qua các hạn sai sau:
Sai số tiếp biên giữa các mảnh DTM không được vượt quá 1/2 độ chính xác yêu cầu của DTM.
Sai số tuyệt đối của DTM được đánh giá thông qua các điểm đo kiểm tra ở thực địa. Độ lệch trung phương về giá trị độ cao của tập hợp điểm kiểm tra giữa độ cao đo so với độ cao nội suy từ DTM không vượt quá độ chính xác của DTM theo thiết kế.
Độ chính xác của mô hình số địa hình (DTM) có thể đạt tới 0.2 m về độ cao và