Hình 3.9. Quy trình công nghệ thành lập bình đồ địa hình
Đo vẽ bình đồ địa hình tỷ lệ lớn khu vực núi đá vôi, mỏ lộ thiên... phục vụ công tác tính toán khối l−ợng thiết kế hoặc tính toán khối l−ợng khai thác cập nhật là rất quan trọng. Trong khi các ph−ơng pháp trắc địa truyền thống áp dụng ở những khu vực này gặp nhiều khó khăn (đo trực tiếp bằng máy toàn
đạc điện tử kể cả máy không g−ơng, đo ảnh hàng không...), thì ph−ơng pháp đo ảnh mặt đất với việc sử dụng máy chụp ảnh số phổ thông trong công tác thu nhận ảnh thực địa mở ra một giải pháp kinh tế và kỹ thuật. Tất cả các lý thuyết và thành quả về kiểm định ảnh, thiết kế kỹ thuật... cần sản xuất ra sản phẩm cụ thể. Sau đây là các công đoạn trong quy trình công nghệ thành lập bình đồ địa hình tỷ lệ lớn.
3.7.1. Thiết kế kinh tế kỹ thuật
Trong phần này các yếu tố chính cần phải quan tâm đó là: khảo sát địa hình trên bản đồ tỷ lệ nhỏ sẵn có hoặc trực tiếp tại thực địa, xác định khối l−ợng đo vẽ, tỷ lệ bình đồ, yêu cầu về độ chính xác, lựa chọn độ phân giải chụp ảnh, kiểm định các thông số máy chụp ảnh, chuẩn bị các bảng kiểm tra và ph−ơng án đo nối tọa độ... Từ đó tiến hành −ớc tính các yếu tố nh−: xác định giới hạn chụp ảnh hữu dụng, độ dài đ−ờng đáy chụp, vị trí đặt trạm chụp...
3.7.2. Bố trí và đo nối các điểm kiểm tra
Các điểm kiểm tra là cơ sở để định h−ớng mô hình lập thể trong hệ tọa độ đo vẽ (hệ tọa độ trắc địa). Số l−ợng điểm kiểm tra và vị trí cần tính hợp lý trong mỗi mô hình, gồm các điểm ở xa và ở gần, các điểm thừa để kiểm tra mô hình lập thể, ít nhất mỗi mô hình lập thể phải có 4 điểm: điểm thứ nhất ở gần, điểm thứ hai ở xa và nằm lân cận trục đi qua tâm chính ảnh vuông góc với đ−ờng đáy ảnh, điểm thứ ba và thứ t− nằm ở xa và ở hai bên trục quang học, các điểm thừa để kiểm tra mô hình lập thể thì cũng bố trí ở xa và ở gần. Kích th−ớc của các bảng ngắm phụ thuộc vào khoảng cách từ trạm chụp đến điểm đặt bảng ngắm, đảm bảo để hình ảnh của chúng có kích th−ớc không nhỏ hơn 0,1x0,04mm trên ảnh [8] hoặc chiếm một ô có kích th−ớc khoảng 5x3pixel. Cần −ớc tính tr−ớc theo công thức:
Y f S N l f Y l r k CCD pixel pixel k mm = ⋅ ⋅ = (3.18) trong đó:
r - kích cỡ bảng ngắm thực tế,
l - kích cỡ bảng ngắm trên ảnh (theo đơn vị mm, pixel), SCCD - kích cỡ lý thuyết của mảng CCD,
Npixel - số pixel trên độ rộng của mảng CCD, Y - khoảng cách từ đ−ờng đáy tới bảng ngắm, fk - tiêu cự kiểm định máy chụp ảnh.
Mầu của nền bảng ngắm phụ thuộc vào nền ở thực địa khi quan sát ở trạm chụp. Nếu nền ở thực địa là mầu tối thì bảng ngắm phải có mầu sáng. Nếu nền của thực địa mầu sáng thì bảng ngắm phải có mầu tối và tăng kích th−ớc lên 1,3 lần.
Việc đo nối tọa độ các điểm kiểm tra cần tiến hành khẩn tr−ơng sau khi cắm mốc xong. Ph−ơng pháp đo nối có thể là giao hội cực, giao hội thuận góc... l−u ý các điểm càng ở gần càng phải đo cẩn thận (độ chính xác) hơn những điểm ở xa. Phải đánh số cho từng điểm và vẽ sơ đồ vị trí t−ơng đối các bảng ngắm để tránh nhầm lẫn.
3.7.3. Công tác chụp ảnh
Công tác chụp ảnh đ−ợc tiến hành tại vị trí các trạm chụp đã thiết kế. Các trạm chụp phải bố trí ở những chỗ cao, bao quát đ−ợc xung quanh và cố gắng giảm đến mức tối thiểu số trạm chụp và các “vùng khuất”. Máy chụp ảnh cần đặt ở chế độ chụp vô cực và độ phân giải giống nh− lúc kiểm định, nên bảo quản máy chụp ảnh không thay đổi thu phóng từ lúc kiểm định cho đến lúc chụp ảnh. Công tác chụp ảnh cần tiến hành khẩn tr−ơng sau khi trải các điểm kiểm tra xong, có thể tiến hành song song với công tác đo nối tọa độ các điểm kiểm tra. Khi chụp ảnh cần đặt máy chụp lên giá ba chân để máy chụp đ−ợc ổn định tránh hình ảnh bị nhòe, thời điểm chụp đ−ợc chọn sao cho hình ảnh rõ nét, h−ớng chụp không nên ng−ợc với h−ớng ánh sáng mặt trời. Cần ghi chú các trạm chụp, số l−ợng ảnh chụp trên từng trạm tránh nhầm lẫn khi xử lý sau này.
Hình 3.10. Chụp ảnh số phổ thông phục vụ đo vẽ địa hình mỏ lộ thiên Mẫu sổ ghi tại thực địa phải đầy đủ và rõ ràng.
Bảng 3.5. Sổ ghi các thông số chụp ảnh - Ng−ời chụp : Trần Trung Anh
- Ngày chụp : 11 - 10 - 2003
- Địa điểm : Mỏ Cọc Sáu
- Thời tiết, nhiệt độ : nắng nóng, 320
- Máy chụp ảnh : Sony F707
- Số hiệu máy : 3090304
- Độ phân giải : 2560 x 1920
- Chế độ thu phóng: vô cực
STT Trạm chụp Thời gian H−ớng chụp Độ cao máy Ghi chú
1 A1 10h05’ thẳng 1,42 m 2 A1 10h06’ xiên trái 1.42 m 3 A1 10h07’ xiên phải 1.42m 4 A2 10h15’ thẳng 1.45m 5 A2 10h16’ xiên trái 1.45m 6 A2 10h17’ xiên phải 1.45m ... ... ... ... ... khu Tây Bắc
Sơ đồ trạm chụp
Hình 3.11. Mẫu sổ ghi sơ đồ trạm chụp tại thực địa
3.7.4. Nhập ảnh, chuyển đổi định dạng và tạo overview
Công tác nhập ảnh vào máy tính từ máy chụp ảnh số là rất thuận lợi, dữ liệu ảnh dạng số từ các tệp ghi trong thẻ nhớ của máy đ−ợc truyền trực tiếp thông qua cổng kết nối USB (Universal Serial Bus) của máy tính. Thông th−ờng dạng tệp ảnh của máy chụp ảnh số là dạng nén *.jpg nhờ một ch−ơng trình xử lý ảnh đơn giản nh− Photoshop hoặc Paint chuyển sang định dạng *.tif không nén phục vụ tạo oveview. Công tác tạo overview cho ảnh là bắt buộc khi tiến hành đo vẽ bằng phần mềm ImageStation của hãng Intergraph.
Overview là một kỹ thuật tạo ra các lớp pixel có độ phân giải nhỏ hơn độ phân giải của ảnh gốc chứa trong chính tệp ảnh raster gốc mà không làm tăng kích th−ớc tệp, đó chính là cấu trúc hình tháp của ảnh với lớp ánh xạ pixel thay đổi. Nó trợ giúp quá trình hiển thị đ−ợc nhanh, hỗ trợ công tác thu phóng và đo vẽ chính xác. Phần mềm ImageStation Raster Utilities (ISRU) cung cấp công cụ Overview Utility và Many/Raw File Converter phục vụ tạo overview ảnh và nén ảnh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.7.5. Khai báo các thông số đo vẽ
Khai báo các thông số đo vẽ chính là tạo ra một công việc (project) mới chứa các thông số ban đầu của công tác đo nh−: khai báo tên công việc, đơn vị đo (m, deg), các giới hạn độ chính xác định h−ớng ảnh, đ−ờng dẫn tới ảnh đã tạo overview, khai báo mô hình lập thể, khai báo các thông số kiểm định của máy chụp ảnh nh− tiêu cự, tọa độ điểm chính ảnh, tọa độ các mấu khung, các hệ số méo hình kính vật, nhập tọa độ các điểm kiểm tra. Công tác này đ−ợc thực hiện bằng phần mềm ISPM.
Hình 3.12. Nhập các hệ số méo hình của máy chụp ảnh số phổ thông
3.7.6. Định h−ớng trong
Quá trình đo vẽ định h−ớng mô hình đ−ợc thực hiện bằng phần mềm ISDM. Công tác định h−ớng trong (Interior Orientation) đối với ảnh số phổ thông là quá trình đo các mấu khung là 4 pixel góc khung mảng CCD. Bản chất của quá trình này là tính chuyển tọa độ hai chiều pixel ảnh số về hệ tọa độ mặt phẳng ảnh giúp phục hồi chùm tia nh− lúc chụp ảnh. Tiến hành đo các mấu khung là các góc pixel ngoài cùng d−ới sự trợ giúp của các cửa số hiển thị đối với tất cả các tấm ảnh dùng để đo. Với thuật toán đã trình bày, công tác đo vẽ định h−ớng trong hầu nh− không có sai số với bất kì mô hình chuyển đổi nào thông th−ờng chọn mô hình Affine.
Hình 3.13. Định h−ớng trong tấm ảnh số phổ thông
3.7.7. Định h−ớng ngoài và kiểm tra mô hình lập thể
Định h−ớng ngoài nhằm xây dựng mô hình lập thể trong hệ tọa độ trắc địa, quá trình này có thể chia thành hai công đoạn: định h−ớng t−ơng đối và định h−ớng tuyệt đối. Đối với ảnh số phổ thông, nếu bố trí nhiều điểm kiểm tra thì có thể ghép hai công đoạn này thành một lần. Tiến hành đo các bảng ngắm có tọa độ đã đ−ợc nhập. Khi định h−ớng nên để lại một số các điểm kiểm tra (check point) không tham gia vào xây dựng mô hình để làm cơ sở kiểm tra độ chính xác của mô hình lập thể. Trong quá trình này, tác giả cũng kiểm tra khả năng nâng cao độ chính xác của mô hình lập thể khi có sự tham gia của các hệ số méo hình kính vật đã kiểm định.
và ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ − = Δ ′ − = Δ ′ − = Δ ' Z Z Z Y Y Y X X X 2 2 2 Z Y X MP = Δ +Δ +Δ (3.19)
trong đó: X, Y, Z là tọa độ điểm kiểm tra đo bằng ngoại nghiệp X’, Y’, Z’ là tọa độ điểm kiểm tra đo bằng ảnh lập thể
Tác giả đã tiến hành xây dựng 8 mô hình lập thể tại ảnh chụp ở mỏ Cọc Sáu trong hai đợt chụp khác nhau, chụp bằng máy ảnh số Sony F707 độ phân giải 2560x1920 pixel. Các mô hình (cặp ảnh) khác nhau của cùng một khu vực, của các khu vực khác nhau. Kết quả đ−ợc trình bày trong bảng 3.6, khi không có sự tham gia của hệ số méo hình và có sự tham gia của hệ số méo hình độ chính xác mô hình lập thể đã nâng cao đáng kể tại các điểm kiểm tra.
Bảng 3.6. Kết quả định h−ớng và kiểm tra mô hình lập thể
Thông số chụp Điểm trắc địa Không áp dụng hệ số méo hình áp dụng hệ số méo hình Cặp ảnh B (m) Ymin (m) Ymax (m) Khống chế Kiểm tra MPmax (m) MPmin (m) MPmax (m) MPmin (m) 637-643 36.5 110 550 5 4 8.43 4.33 0.40 0.09 638-644 36.5 110 550 5 4 4.09 1.74 0.40 0.07 647-645 70.1 246 550 5 3 5.60 2.48 0.64 0.10 648-646 70.1 246 550 5 2 16.13 1.25 0.11 0.03 823-819 35.6 119 337 5 6 5.03 1.40 0.28 0.05 826-820 35.6 119 337 5 6 4.92 0.46 0.29 0.08 837-839 70 220 440 4 7 1.86 0.35 0.36 0.05 838-840 70 220 440 4 7 5.80 1.87 0.37 0.05 trong đó: B - đ−ờng đáy chụp ảnh,
Ymin, Ymax - khoảng cách chụp ảnh đến điểm khống chế gần nhất và xa nhất,
MPmax, MPmin- sai số vị trí điểm 3 chiều lớn nhất và nhỏ nhất tại các điểm kiểm tra không tham gia định h−ớng.
Nhìn vào kết quả tại bảng 3.6, sai số vị trí điểm lớn nhất tại điểm kiểm tra là 0,64m đối với mô hình 467-465, còn các mô hình khác sai số lớn nhất cũng không v−ợt quá 0,4m. Nếu yêu cầu thành lập bản đồ với sai số vị trí điểm chi tiết là 0,5mmMBĐ và sai số độ cao 1/3 khoảng cao đều 1m, với
MBĐ=1000 ta có MP<0,6m hoàn toàn có thể thành lập bản đồ 1:1000, trong khi cần nhiều yếu tố kiểm tra khác thì thành lập bản đồ 1:2000 triển khai trong sản xuất là rất đảm bảo độ chính xác. Điều này giúp khẳng định lại, kiểm định méo hình kính vật là rất cần thiết và khả năng đo vẽ trong khoảng cách 500m để thành lập bình đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 hoàn toàn khả thi đối với máy chụp ảnh số phổ thông Sony F707 độ phân giải 2560x1920 pixel.
3.7.8. Đo vẽ các điểm và các đ−ờng đặc tr−ng của địa hình
Đo vẽ các điểm và các đ−ờng đặc tr−ng của địa hình nhằm phục vụ xây dựng mô hình số địa hình và biên tập thành bình đồ địa hình. Công tác này đ−ợc thực hiện trực tiếp trên mô hình lập thể đã định h−ớng và đã kiểm tra độ chính xác. Các điểm độ cao đặc tr−ng nh− các điểm đỉnh núi, yên ngựa, các điểm có độ cao đột biến... Các đ−ờng đặc tr−ng nh− các đ−ờng phân thủy, tụ thủy, các đ−ờng đứt gãy đột biến về độ cao... Đối với khu mỏ lộ thiên đó là các đ−ờng đỉnh tầng, đ−ờng chân tầng, đ−ờng g−ơng tầng khai thác. Đối với khu đá vôi là các đ−ờng chân núi, các đ−ờng khe đứt gãy, các điểm đỉnh núi... Quá trình đo vẽ tiến hành trên mô hình lập thể trong phòng nên khả năng khái quát địa hình tốt, đo rất nhanh chóng, ta có thể di chuyển cắt tiêu đo đến bất cứ đâu trong phạm vi đo vẽ và trong khả năng nhìn thấy của cặp ảnh lập thể. Có thể tiến hành đo hàng vạn điểm chi tiết trong một khu vực nhỏ mà ng−ời ngoại nghiệp nếu đi g−ơng đi mia không thể đi tới đ−ợc.
Sau khi đo xong nên chồng những giá trị đo đ−ợc của mô hình này sang mô hình khác cùng khu vực (với góc nhìn khác) để kiểm tra tính bám sát bề mặt địa hình của các kết quả đo.
3.7.9. Xây dựng mô hình số địa hình
Mô hình số địa hình DTM (Digital Terrain Model) là một dạng đặc biệt của mô hình số độ cao DEM (Digital Elevation Model) trong miêu tả bề mặt địa hình bằng ph−ơng tiện số, chủ yếu bởi các yếu tố điểm và đ−ờng. Một cách khái quát DTM miêu tả bề mặt địa hình bởi các điểm lấy mẫu có tọa độ (X Y Z) thoả mãn một hàm đơn trị Z = f (X, Y), hàm này dùng để nội suy ra
giá trị độ cao của các điểm khác. Với bất kì giá trị vị trí (X, Y) nào chỉ có một giá trị độ cao Z đ−ợc xác định trong một DTM.
Hình 3.14. Mô hình số địa hình
Thông th−ờng ng−ời ta biểu diễn bề mặt địa hình bằng các điểm phân bố đều hoặc không đều. Bề mặt này đ−ợc hoàn thiện bởi các yếu tố đặc tr−ng của địa hình (các điểm độ cao và các đ−ờng đứt gãy). Các đ−ờng và các điểm nói trên cùng với phép nội suy giữa chúng đại diện cho bề mặt địa hình. DTM có thể đ−ợc xây dựng theo mẫu l−ới phân bố đều hình chữ nhật hoặc hình vuông (GRID), phép nội suy giữa chúng là phép nội suy song tuyến. DTM cũng có thể đ−ợc xây dựng d−ới dạng một l−ới tam giác không đều (TIN), phép nội suy giữa chúng là phép nội suy tuyến tính.
Nh− vậy, việc xây dựng DTM từ những giá trị đo điểm và đ−ờng đặc tr−ng trên mô hình lập thể th−ờng theo dạng l−ới tam giác TIN không quy chuẩn. Đây là một cách xây dựng DTM bán tự động với việc đo trực tiếp số liệu DTM trên mô hình lập thể. Khi địa hình trơ trọi không bị che phủ (địa hình mỏ lộ thiên, địa hình núi đá) không có các yếu tố vật lý khác trên bề mặt trên cùng, có thể đo DTM tự động nhờ ph−ơng pháp khớp ảnh, sau đó chỉnh sửa DTM trên mô hình lập thể.
3.7.10. Tính toán khối l−ợng
Tính toán khối l−ợng là một công tác khá phức tạp, đòi hỏi số liệu thực tế đảm bảo độ tin cậy. Nhiệm vụ tính toán khối l−ợng khai thác là nhiệm vụ trắc địa chủ yếu ở mỏ lộ thiên cập nhật hàng tháng, hàng quý... tính toán khối l−ợng ở mỏ đá phục vụ dự đoán khả năng khai thác...
Có nhiều cách tính khối l−ợng khác nhau:
- Cách tính theo ph−ơng pháp dựng mặt cắt địa hình giữa mặt cắt thiết kế hoặc mặt cắt lần khai thác tr−ớc với mặt cắt hiện trạng, tính diện tích khai thác trên một mặt cắt cộng với diện tích mặt cắt tiếp theo và nhân với nửa khoảng cách giữa chúng. Ph−ơng pháp này bị hạn chế bởi sai số xây dựng mặt cắt (từ các điểm đo rời rạc), khoảng cách giữa các mặt cắt với nhau, khá mất công khi xử lý... do vậy nó cho độ chính xác chỉ trong một giới hạn nhất định. Hiện nay trên thực tế vẫn dùng cách tính này chỉ vì nó dễ hiểu, dễ thực hiện. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cách tính dựa trên mô hình số địa hình, chồng xếp hai mô hình số địa hình của lần đo vẽ hiện trạng và mô hình số địa hình của lần đo vẽ tr−ớc (hoặc mô hình số bề mặt thiết kế), khai báo biên polygon tính khối l−ợng, máy tính