phổ thông
ảnh số phổ thông đã có công dụng lớn trong việc cung cấp t− liệu đầu vào cho công nghệ đo ảnh số, thực sự loại bỏ máy quét ảnh, rút ngắn thời gian của quy trình công nghệ và tiết kiệm tiền bạc. Các biện pháp xử lý đo vẽ ảnh số phổ thông đã thực sự đem lại tính khả thi cao về kinh tế và kỹ thuật trong cả lĩnh vực địa hình và phi địa hình, những lĩnh vực mà các ph−ơng pháp đo vẽ khác đang gặp rất nhiều khó khăn.
Trong điều kiện ứng dụng của đề tài với ảnh số từ máy chụp ảnh Sony F707 có độ phân giải 5 triệu pixel đã đem lại những thành công nhất định. Sự phát triển của công nghệ thay đổi hàng ngày, độ phân giải của mảng CCD ảnh số phổ thông liên tục đ−ợc tăng lên. Vào đầu năm 1999 mới có máy chụp ảnh số với CCD 2 triệu pixel đã tăng lên 3 triệu, 4 triệu và 5 triệu pixel vào năm 2003. Năm 2004 đã có máy chụp ảnh số Sony F828, Nikon 8700 với CCD 8 triệu pixel, Canon EOS 1D Mark II CMOS 8,2 triệu pixel. Cuối năm 2004 đã xuất hiện những máy có độ phân giải 11,1 triệu pixel nh− máy Canon EOS 1Ds, máy Kodak DCS Pro SLR/c/n 14 triệu pixel dùng công nghệ tiên tiến CMOS. Đến giữa năm 2005 hãng Canon đã chào bán máy chụp ảnh số Canon EOS 1Ds Mark II dùng mặt nhận ảnh CMOS 16,7 triệu pixel, hãng Kodak đ−a
ra sản phẩm là một bộ cảm KAF-18000CE với 18 triệu pixel, Kodak-Sinar CCD 22 triệu pixel, hãng Fujifilm cũng có CCD 20 triệu pixel [28],[29].
Hình 3.17. Canon EOS 1Ds Mark II và CMOS 16,7 triệu pixel
Công nghệ chế tạo mảng nhận ảnh ngày càng hoàn thiện từ CCD tiến lên CMOS có các −u điểm ít nhiễu hơn, ít tốn pin, tốc độ giải phóng điện tử nhanh hơn. Công nghệ chế tạo hệ thống kính vật tinh vi, công nghệ lắp ráp và sử dụng ổn định càng làm cho ảnh số phổ thông là một t− liệu gốc có chất l−ợng cao, quý giá, tiện dụng mà rẻ riền. Hơn nữa trong thị tr−ờng máy chụp ảnh số sôi động có rất nhiều hãng khác nhau luôn cạnh tranh nhau về chất l−ợng và giá thành nên máy có độ phân giải ngày càng cao xuất hiện mới nh−ng giá thành chào bán cũng giảm đi nhanh chóng theo thời gian.
Sự phát triển của công nghệ sản xuất máy chụp ảnh số là cơ sở để nới rộng khả năng chụp ảnh, đo ảnh, nâng cao độ chính xác, tính khả thi hữu dụng của ảnh số phổ thông. Trong một t−ơng lai gần, ảnh số loại này sẽ tham gia vào tất cả các bài toán đo ảnh đặc biệt là tăng dày khống chế ảnh, thậm chí sẽ tham gia chụp ảnh hàng không tỷ lệ lớn trên các vật mang nhẹ đ−ợc điều kiển nh− các máy bay đồ chơi làm cho sự đa dạng của đo ảnh ngày càng mở rộng. Và dần dần chúng ta có thể loại bỏ thuật ngữ “ảnh số phổ thông” hay “ảnh số không chuyên” đối các loại máy này trong công nghệ đo vẽ ảnh.
Kết luận ch−ơng 3:
- Công nghệ đo ảnh số sử dụng ảnh số chụp từ máy chụp ảnh số phổ thông đã thành công trong thành lập bình đồ địa hình tỷ lệ lớn, đo đạc cập nhật và đo vẽ phi địa hình, tiết kiệm thời gian, nâng cao độ chính xác và −u thế của ph−ơng pháp đo ảnh số so với các ph−ơng pháp đo vẽ truyền thống khác.
- T− liệu ảnh số phổ thông đã giải quyết đ−ợc những khó khăn về thông tin đầu vào cho công nghệ đo ảnh số. Tính khả thi của loại t− liệu này là rất rõ ràng vì vật t− thiết bị rẻ, dễ mua, dễ chụp và đạt độ chính xác cần thiết. ảnh số phổ thông thực sự đã loại bỏ máy quét ảnh trong quy trình công nghệ đo vẽ ảnh số.
- Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ sản xuất máy chụp ảnh số về sự nâng cao độ phân giải, nâng cao chất l−ợng hệ thống kính vật và sự cạnh tranh về giá thành đã làm cho t− liệu ảnh số phổ thông quý giá cho công nghệ đo ảnh mà lại rất rẻ tiền, tiện dụng. Từ đó tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế đ−ợc khẳng định chắc chắn.
ch−ơng 4. thực nghiệm
Trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài, chúng tôi đã tiến hành nhiều thực nghiệm nghiêm túc và đã đạt đ−ợc những thành công thỏa mãn những yêu cầu đặt ra của đề tài.
4.1. thực nghiệm kiểm định ảnh
4.1.1. Xây dựng phần mềm kiểm định ảnh
Trên cơ sở thuật toán kiểm định ảnh đã trình bày, tác giả đã kiểm chứng tính chính xác trong từng công thức nh− ma trận qoay, các hệ số của ph−ơng trình số hiệu chỉnh, mày mò tìm hiểu công thức hiệu chỉnh sai số méo hình kính vật trên trạm Integraph. Tác giả đã lập trình theo ngôn ngữ lập trình Delphi 7.0 cùng với thiết kế giao diện Tiếng Việt thân thiện để xây dựng phần mềm kiểm định ảnh CalImage Ver2.0. Tác giả cũng đã kiểm chứng độ chuẩn xác của phần mềm một cách chặt chẽ và tuần tự.
Một phần mã nguồn của các hàm và thủ tục chính giải bài toán kiểm định đ−ợc thể hiện ở phụ lục 7.
4.1.2. Kiểm định máy chụp ảnh số phổ thông Sony F707
Song song với quá trình lập trình phần mềm, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm xây dựng bãi kiểm định chuẩn và chụp ảnh kiểm định bằng máy chụp Sony F707 với ba lần khác nhau.
- Lần thứ nhất: Bố trí 24 điểm kiểm tra nằm rải rác dàn đều trong không gian của khu nhà A và nhà B tr−ờng Đại học Mỏ Địa chất. ở mỗi điểm kiểm tra là một bảng ngắm đ−ợc sơn màu trắng đen và đánh số thứ tự. Các điểm kiểm tra đ−ợc đo bằng máy toàn đạc điện tử chính xác TCR305, với hai vòng đo độc lập nhau. Tiến hành chụp ảnh bằng máy Sony F707 cùng một chế độ điều quang vô cực và độ phân giải lựa chọn là 2560x1920 pixel (5MP).
- Lần thứ hai : Các điểm kiểm tra đ−ợc bố trí trên mạng l−ới ô vuông có các mắt l−ới là 1mét x 1mét thẳng với đ−ờng dây dọi, bổ sung thêm những điểm ở gần, tổng số có 42 điểm đánh dấu rõ nét trên đ−ờng dây dọi. Khi chụp ảnh thay đổi tiêu cự giữa các lần chụp khác nhau.
- Lần thứ ba : Bố trí l−ới chuẩn vẫn giống lần thứ hai nh−ng số l−ợng điểm đ−ợc tăng lên là 50 điểm, phủ đều và gần kín tấm ảnh. Công tác chụp ảnh đ−ợc điều quang khi chụp các tấm ảnh khác nhau, có nghĩa là có sự thay đổi tiêu cự trong khi chụp ảnh.
Quy trình kiểm định đã đ−ợc thực hiện đúng nh− hình 2.15. Sau mỗi đợt chụp ảnh, tiến hành nhập ảnh vào máy tính, đo tọa độ ảnh bằng phần mềm ISDM và chạy ch−ơng trình kiểm định CalImage Ver2.0 đ−ợc kết quả trình bày nh− trong bảng 2.3. Nhận thấy rằng sự thay đổi tiêu cự đã dẫn tới sự thay đổi các hệ số méo hình. Các thông số nhận đ−ợc của bãi kiểm định lần thứ nhất mới đ−ợc áp dụng khi đo vẽ địa hình thực tế.
Các ảnh đại diện của bãi kiểm định ngoài trời dùng để kiểm định máy chụp ảnh số Sony F707 đ−ợc thể hiện ở phụ lục 8.
Với các bãi kiểm định đ−ợc thiết kế và chụp ảnh nh− trên, chúng tôi mong muốn rằng sẽ xây dựng một bãi kiểm định hoàn hảo hơn sao cho mật độ các điểm kiểm tra dày đặc và phủ kín bề mặt tấm ảnh. Chụp ảnh ở tiêu cự vô cực giống chụp ảnh thực tế. Lúc đó chắc chắn kết quả kiểm định sẽ phản ánh đúng hơn, xác thực hơn và sẽ nâng cao độ chính xác đo vẽ hơn nữa.
4.2. thực nghiệm đo vẽ địa hình khu mỏ lộ thiên
4.2.1. Khu thực nghiệm
Mỏ lộ thiên khai thác than là một kiểu khai thác khoáng sản trực tiếp trên mặt đất, các công việc khai thác bao gồm bóc tách đất đá và bốc dỡ vỉa than. Các khối l−ợng của hai loại khai thác này đều phải tính toán một cách chính xác để là cơ sở thanh toán tài chính. Mỏ lộ thiên Cọc Sáu, nơi chúng tôi tiến hành thực nghiệm là một mỏ than lớn của vùng Đông Bắc n−ớc ta. Công tác trắc địa truyền thống tại mỏ than này vẫn do ng−ời trắc địa mỏ thực hiện trực tiếp trên khai tr−ờng (công tr−ờng khai thác) gồm: đo vẽ cập nhật bình đồ địa hình phục vụ tính khối l−ợng khai thác và đo cắm xác định danh giới khai thác định kì cho từng mặt tầng vỉa than. Công tác này là khá nguy hiểm đối với ng−ời trắc địa mỏ, nhất là khi đo vẽ địa hình vì trên khai tr−ờng th−ờng
xuyên có các loại máy xúc, máy ủi, ô tô tải hoạt động, liên tục khai thác. Trong khi mật độ điểm đo chi tiết không đ−ợc dày đặc. Công tác đo vẽ ngoại nghiệp lại kéo dài trong một khoảng thời gian nhất định nên các số liệu không đ−ợc thống nhất trong cùng một thời điểm, gây nên khó khăn cho công tác tính toán khối l−ợng.
Để có cơ sở hỗ trợ ng−ời trắc địa mỏ giảm bớt công việc ngoại nghiệp, đồng thời tăng độ chính xác tính toán khối l−ợng khai thác, chúng tôi tiến hành nhiều công tác thực nghiệm đo vẽ địa hình dùng ảnh chụp từ máy ảnh số phổ thông. Chúng tôi đã tiến hành chụp ảnh trong ba đợt vào các ngày 11-10- 2003, ngày 02-12-2003 và ngày 20-02-2004. Khu vực chọn để chụp là khu Đông Nam (khu1) và khu Đông Bắc (khu 2) của mỏ Cọc Sáu.
4.2.2. Công tác chụp ảnh và công tác trắc địa ngoại nghiệp
Chúng tôi chọn trạm chụp ở bốn điểm đ−ợc chôn mốc trên bờ tĩnh. Trên cơ sở mạng l−ới khống chế mỏ, bốn điểm này đ−ợc truyền tọa độ trắc địa để hòa chung hệ tọa độ khu mỏ và là cơ sở để xác định tọa độ các bảng ngắm tại các điểm kiểm tra trong mô hình lập thể của ảnh chụp. Các điểm trạm chụp này đ−ợc thiết kế để có thể đo chụp ảnh tới khoảng cách 200m-700m từ đ−ờng đáy chụp.
Ngày 11-10-2003, chúng tôi tiến hành chụp ảnh ở hai khu vực:
- Khu Đông Nam mỏ chụp 4 ảnh, mỗi trạm chụp 2 tấm có dạng chụp gần đúng là thẳng và thẳng nghiêng, tạo thành hai cặp ảnh lập thể là 637-643 và 638-644 của cùng một khu vực để có điều kiện kiểm tra lẫn nhau.
- Khu Đông Bắc mỏ chụp 4 tấm, mỗi trạm chụp 2 tấm ở dạng chụp gần đúng là thẳng và giao nhau, xây dựng đ−ợc hai mô hình lập thể độc lập nhau là 647-645 và 648-646.
Trên mỗi khu đo bố trí 10 điểm kiểm tra thành 3 hàng dùng định h−ớng và vừa để kiểm tra mô hình. Trong đợt này chúng tôi cũng tiến hành đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa bằng máy toàn đạc điện tử ở các đ−ờng đặc tr−ng của mỏ
nh− chân tầng, mép taly. Các điểm này phục vụ việc đánh giá độ chính xác kết quả đo ảnh đ−ợc thực hiện độc lập với quá trình chụp ảnh.
Ngày 02-12-2003, chúng tôi thực hiện t−ơng tự đợt đầu nh−ng do nhầm lẫn ở một số khâu đo trắc địa vào các bảng ngắm nên kết quả đợt này không đ−ợc sử dụng. Đây cũng là một bài học cần rút kinh nghiệm của chúng tôi.
Ngày 20-02-2004, chúng tôi vẫn tiến hành chụp ảnh và đo các bảng ngắm ở cùng một khu vực nh− đợt đầu, để có điều kiện tính toán sự thay đổi địa hình trên cơ sở bình đồ và khối l−ợng khai thác:
- Khu Đông Nam mỏ tại 2 trạm chụp, mỗi trạm chụp 2 tấm có dạng chụp thẳng và xiên phải, tạo thành hai cặp ảnh lập thể là 823-819 và 826-820 kiểm tra lẫn nhau.
- Khu Đông Bắc mỏ chụp 4 tấm, mỗi trạm chụp 2 tấm ở dạng chụp gần đúng là thẳng và xiên phải, xây dựng đ−ợc hai mô hình lập thể độc lập nhau là 837-839 và 838-840 kiểm tra lẫn nhau.
Trong đợt này số l−ợng điểm kiểm tra đ−ợc chúng tôi bố trí dày đặc hơn, để có số l−ợng điểm không tham gia xây dựng mô hình mà tham gia đánh giá độ chính xác mô hình ít nhất là 7 điểm.
Các tấm ảnh nhìn toàn cảnh trong hai đợt của khu thực nghiệm Đông Nam (khu1) ở phụ lục 9, khu Đông Bắc (khu 2) ở phụ lục 10.
4.2.3. Công tác đo vẽ xử lý ảnh trong phòng
Công tác đo vẽ xử lý ảnh đ−ợc tiến hành trên trạm đo vẽ ảnh số ImageStation ở Cục Đo đạc và Bản đồ. Tác giả là ng−ời trực tiếp xây dựng và kiểm tra mô hình lập thể, công tác đo vẽ chi tiết đ−ợc thực hiện bởi ng−ời tác nghiệp có trình độ đo cắt lập thể cao. Cụ thể các b−ớc tiến hành theo quy trình công nghệ đã trình bày ở hình 3.9.
- Xây dựng và kiểm tra mô hình lập thể đ−ợc thực hiện bằng modul ISDM. Khi xây dựng mô hình lập thể chúng tôi sử dụng các điểm kiểm tra có tọa độ trắc địa chính xác để định h−ớng mô hình (control point), một số điểm không tham gia xây dựng mô hình thì dùng làm điểm kiểm tra độ chính xác
(check point). Trong công đoạn này chúng tôi cũng đánh giá sự hiệu quả của các hệ số méo hình kiểm định tham gia xây dựng mô hình bằng cách so sánh độ chính xác của các điểm kiểm tra trong 1 mô hình với 2 tr−ờng hợp có và không có hệ số méo hình. Cùng với cách kiểm tra này, chúng tôi còn sử dụng một cách kiểm tra độ chính xác mô hình nữa khi sử dụng các điểm chi tiết đ−ợc đo bằng máy toàn đạc điện tử trực tiếp tại thực địa sau đó đ−a lên mô hình số của ảnh trên cơ sở tọa độ XY rồi so sánh độ chênh giữa Z đo ảnh và Z đo ngoại nghiệp, các kết quả này thể hiện ở phụ lục 5.
Các số liệu thống kê về xây dựng và kiểm tra các mô hình lập thể đ−ợc trình bày vắn tắt ở bảng 3.6. Cụ thể các số liệu này đ−ợc xuất ra d−ới dạng văn bản của phần mềm Integraph đ−ợc giới thiệu chi tiết ở các phụ lục 1, 2, 3, 4.
- Công tác đo vẽ chi tiết đ−ợc thực hiện bằng modul ISSD. Khi đo vẽ trên mô hình lập thể có tính bao quát và cắt lập thể sát các chân tầng, đỉnh tầng, bổ sung thêm các đ−ờng chuyển biến độ cao ở g−ơng tầng, taly, mặt tầng... với số l−ợng điểm đo không hạn chế, những chỗ ng−ời đi mia, đi máy không tới đ−ợc, bình đồ địa hình khu mỏ lộ thiên đ−ợc xây dựng một cách chính xác cho tính toán khối l−ợng khai thác. Khi tính toán khối l−ợng khai thác trên cơ sở các điểm đo có mật độ dày đặc, chúng tôi dùng phần mềm MGE Terrain Analys xây dựng DTM theo l−ới TIN của khu vực tính giữa các lần đo vẽ khác nhau, chồng phủ lên nhau, khai báo biên tính khối l−ợng, ch−ơng trình sẽ cho ngay khối l−ợng khai thác theo đơn vị mét khối (m3).
Các bình đồ địa hình khu mỏ đ−ợc biên tập sơ bộ và in ấn ở phụ lục 11, 12, 13, 14. Các DTM t−ơng ứng đ−ợc in ở phụ lục 15, 16, 17, 18. Tính toán khối l−ợng khai thác đ−ợc trình bày ở phụ lục 6.
Ngoài ra trong công đoạn này, vì đã có thêm mô hình lập thể độc lập khác nh−ng cùng khu vực nên chúng tôi tiếp tục kiểm tra độ chính xác của mô hình lập thể cũng nh− kết quả đo vẽ bằng cách: sau khi đo vẽ xong mô hình thứ nhất thì chồng xếp kết quả đo vẽ này lên mô hình còn lại xem xét sự bám sát bề mặt mô hình. Nhận thấy rằng, các kết quả này rất bám sát mô hình độc lập còn lại. Đây cũng là một cách kiểm tra đơn giản mà rất hiệu quả.
4.2.4. Nhận xét về các kết quả đo vẽ địa hình
- Kết quả xây dựng và kiểm tra mô hình lập thể đạt đ−ợc độ chính xác đạt yêu cầu. Độ chính xác này nằm trong giới hạn thành lập bình đồ địa hình