2.2. Quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng cơng nghệ bay chụp ảnh không
2.2.2. Thực hiện bay chụp và đo điểm khống chế ảnh
Hệ thống Trimble UX5 sử dụng máy tính bảng để thiết kế tuyến bay cũng như theo dõi việc cất cánh, hạ cánh và lịch trình bay trên thực địa.
a. Thiết kế tuyến bay
Trong lĩnh vực hàng khơng nói chung và bay chụp ảnh nói riêng thì yếu tố an tồn ln được đặt lên hàng đầu. Vì vậy ta cần chọn bãi cất hạ cánh, kiểm tra yếu tố địa hình địa vật và báo cáo đầy đủ để đảm bảo an toàn tốt nhất cho ca bay.
Khi ra thực địa cần xác định hướng gió thực tế để lắp đặt bệ phóng theo hướng cất cánh và hạ cánh ngược chiều gió như hình 2.3.
Hình 2.3. Những nguy cơ mất an toàn khi cất cánh và hạ cánh [19]
Hệ thống máy bay Trimble UX5 chỉ nặng 2,5kg nên rất dễ ảnh hưởng bởi sức gió. Do vậy tuyến bay phải được thiết kế vng góc với hướng gió để hệ thống tự động cân bằng áp suất khi điều khiển máy bay giữa các tuyến được ổn định. Tránh hụt độ phủ giữa các tuyến cũng như lệch tâm ảnh trong cùng tuyến bay [14].
Hình 2.4. Hướng thiết kế tuyến bay
Tuyến bay được thiết kế tự động bằng phần mềm Aerial Imaging cài trên máy tính bảng ngay tại thực địa trước khi tiến hành một ca bay. Lựa chọn phạm vi bay chụp, độ cao bay chụp hoặc độ phân giải phần mềm sẽ tính tốn ra số lượng
tuyến bay, sau đó lựa chọn vị trí cất hạ cánh, hướng rẽ khi bắt đầu vào tuyến bay và kiểu hạ cánh.
Hình 2.5. Thiết kế tuyến bay tự động khu chụp xã Vật Lại trên Aerial Imaging
Tuyến bay ln vng góc với hướng gió. Tuy nhiên khi điều kiện thời tiết ổn định (gió nhẹ) ta có thể thiết kế tuyến bay linh hoạt theo phạm vi đo đạc nhằm tối thiểu hóa số lượng tuyến bay. Đồng thời mỗi ca bay thời gian bay tối đa là 50 phút và khoảng cách từ trạm điều khiển tới hệ thống bay tối đa là 5 km.
b. Thực hiện bay chụp
Trước khi cất cánh, tiến hành bay thử nghiệm mơ phỏng trên máy tính bảng. Mục đích để kiểm tra thời gian bay chụp, dữ liệu pin, và để cho người điều khiển cảm nhận được hành trình bay của máy bay trên nền bản đồ so với địa hình thực tế để kiểm sốt cũng như nâng cao độ an tồn hơn trong q trình bay.
Bước bắt buộc sau khi tiến hành bay mơ phỏng xong đó là kiểm tra thiết bị theo danh sách kiểm tra được lập sẵn trong máy tính bảng. Phải đảm bảo đủ các thao tác mới có thể tiến hành cất cánh được hệ thống.
- Kết nối dây cáp Pin trên máy bay để khởi động kết nối giữa hệ thống máy bay và hệ thống điều khiển. Cường độ kết nối sẽ được thể hiện trên máy tính bảng.
- Dựa trên điều kiện thời tiết cụ thể tại thực địa để cài đặt thông số tốc độ cửa chớp trên máy chụp ảnh để giảm tối đa sai số về hình học do ánh sáng gây ra.
- Kiểm tra pin và lắp đặt thiết bị dị tìm vào trong khoang kỹ thuật đề phòng trường hợp thất lạc ta có thể tìm kiếm máy bay một cách dễ dàng hơn.
- Đậy nắp ống cảm biến áp suất giúp cho hệ thống cảm biến hiệu chỉnh về một giá trị ổn định trước khi bay.
- Kiểm tra sự hoạt động của cánh lái ngồi nhằm tránh xảy ra lỗi khi lượn vịng. - Lắp đặt bệ phóng theo cấu tạo như hình 2.6.
Hình 2.6. Bệ phóng máy bay
- Rút nắp đậy ống cảm biến áp suất để tính tốn khởi tính thời điểm bay. - Kiểm tra ống cảm biến áp suất bằng cách bịt tay vào. Khi nghe tiếng “ting ting” trên máy tính bảng là hệ thống cảm biến hoạt động bình thường.
Khi tất cả cơng tác chuẩn bị đã hồn thành, ta cần kiểm tra lại thực địa xung quanh phạm vi cất cánh, hạ cánh, khu chụp phải đảm bảo an tồn bay thì bắt đầu cất cánh.
Trong quá trình bay ln phải quan sát máy bay nhằm tránh các trường hợp bất ngờ xảy ra. Kết hợp quan sát thực địa và nhìn vào các thông số kĩ thuật trên Máy tính bảng như hướng gió, độ cao bay, tín hiệu vệ tinh, pin máy bay để đưa ra quyết định điều hành bay một cách chính xác nhất.
Khi hồn thành nhiệm vụ bay máy bay sẽ trở về vị trí hạ cánh mà ta đã lựa chọn ban đầu. Lúc này, tổ bay cần quan sát và đảm bảo bãi hạ cánh là an toàn nhất.
c. Kết quả ca bay thu được
Thông số bay chụp khu vực thử nghiệm: - Độ cao bay chụp: 250 (m);
- Độ phân giải mặt đất: 8 (cm); - Độ phủ (ngang và dọc): 80%; - Tổng số ảnh bay chụp: 665 tấm; - Tổng số dải bay: 19 dải;
- Diện tích khu bay: 270 ha; - Thời gian bay chụp: 37 phút.
Trút dữ liệu bay từ eBox sang máy tính bảng, copy ảnh từ thẻ nhớ máy ảnh sang máy tính xách tay. Kiểm tra số lượng ảnh chụp thực tế có trong máy khi copy ra với số lượng ảnh thiết kế và dữ liệu trong eBox, nếu thiếu thì phải thực hiện bay bù ngay.
d. Đo điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp
Thời gian bay chụp là rất ngắn nên việc thực hiện đo khống chế ảnh ngay sau đó là cần thiết nhằm đảm bảo thời gian và hiệu quả kinh tế cho mỗi một khu chụp.
Tuy nhiên, do điều kiện kỹ thuật nên dữ liệu ảnh bay chụp này không phải do chính tác giả thực hiện mà là tổ cơng tác của Công ty TNHH MTV Trắc địa Bản đồ - Bộ Quốc Phòng tổ chức bay chụp tháng 12/2013. Việc lựa chọn và đo điểm khống
chế ảnh phục vụ riêng cho đề tài của tác giả được thực hiện vào ngày 18/10/2015. Tổng cộng có 9 điểm khống chế đã được đo, các điểm khống chế này đảm bảo rõ nét trên ảnh, tất cả đều nằm trên miền chồng phủ.
Công tác đo điểm khống chế ảnh đã được tác giả lên kế hoạch dựa trên điều kiện thực tế và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Đề tài đã sử dụng 4 máy đo GPS 1 tần số Trimble 4600LS, phương pháp đo GPS tĩnh đã được sử dụng, với 5 ca đo, thời gian đo ngắm đồng thời giữa hai trạm máy là 40 phút cho mỗi một ca đo. Dữ liệu điểm gốc chuyền tọa độ gồm hai điểm Địa chính cơ sở mang số hiệu 103456 và 103457 do Trung tâm Thông tin dữ liệu Đo đạc và Bản đồ thuộc Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam cung cấp ở hệ tọa độ VN2000, kinh tuyến trục 105°, múi chiếu 3°.
Bảng 2.1. Tọa độ các điểm địa chính cơ sở
Tên điểm X (m) Y (m) h (m)
103456 2347758,532 541876,135 11,577
103457 2346855,057 543919,743 9,605
Sau khi xử lý tính tốn bình sai bằng phần mềm Trimble Business Center 2.0, ở hệ tọa độ VN2000, kinh tuyến trục 105°, múi chiếu 3°; tác giả đã có được tọa độ của 9 điểm khống chế như trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. Tọa độ các điểm khống chế ảnh đo được
Tên điểm x(m) y(m) h(m)
Sai số vị trí điểm mặt bằng (m) GPS1 2346416,076 539905,453 10,804 0,008 GPS2 2346346,142 540242,959 11,740 0,008 GPS3 2346306,412 540491,827 8,701 0,008 GPS4 2346166,616 540008,976 8,784 0,008 GPS5 2346212,292 540280,909 12,415 0,007 GPS6 2346189,579 540499,758 10,840 0,008 GPS7 2346036,256 540013,446 8,734 0,008 GPS8 2346002,138 540254,707 9,772 0,008 GPS9 2346027,666 540509,905 11,691 0,008 2.2.3. Xử lý ảnh, nắn ảnh và tạo ảnh trực giao
Bước này thường được thực hiện trên các trạm đo vẽ ảnh số với sản phẩm đầu ra là ảnh trực giao cho khu vực nghiên cứu. Ví dụ đề tài này đã sử dụng phần mềm Agisoft Photoscan của hãng Agisoft LLC - Liên Bang Nga.
Dựa trên điều kiện thực tế và phạm vi nghiên cứu của đề tài nên tác giả đã lựa chọn ra 81 tấm ảnh trong toàn bộ khối để nghiên cứu thử nghiệm thực tế, cụ thể như sau: + Tuyến 10 từ số hiệu 1352 đến 1360; + Tuyến 11 từ số hiệu 1390 đến 1398; + Tuyến 12 từ số hiệu 1422 đến 1430; + Tuyến 13 từ số hiệu 1460 đến 1468; + Tuyến 14 từ số hiệu 1492 đến 1500;
+ Tuyến 15 từ số hiệu 1530 đến 1538; + Tuyến 16 từ số hiệu 1562 đến 1570; + Tuyến 17 từ số hiệu 1600 đến 1608; + Tuyến 18 từ số hiệu 1632 đến 1640.
Tổng diện tích khu thử nghiệm của số ảnh chọn ra ở trên là gần 30 ha.
Hình 2.8. Sơ đồ các tuyến bay được lựa chọn (các gạch đen là vị trí tâm ảnh thực tế đã chụp) (các gạch đen là vị trí tâm ảnh thực tế đã chụp) a. Tạo project
Công việc cần làm khi tạo project là nhập các tấm ảnh vào phần mềm, thiết lập hệ tọa độ WGS84 (vì mặc định tọa độ tâm ảnh từ máy xuất ra ở hệ tọa độ này) và nhập các thông số như tiêu cự máy ảnh, kích thước tấm ảnh và kích thước pixel ảnh. Sau đó đặt tên và lưu project.
b. Định hướng và tăng dày điểm khống chế
Việc đầu tiên là nhập tọa độ tâm ảnh, sau khi nhập xong tiến hành chuyển đổi hệ tọa độ của project từ WGS84 sang VN2000 bằng cơng cụ Convert.
Chích điểm khống chế trên tồn bộ các tấm ảnh và nhập tọa độ điểm khống chế đã bình sai được ở trên.
Phần mềm hoạt động theo nguyên lý tăng dày chùm tia, tự động nhận dạng điểm ảnh cùng tên và liên kết khối, kết hợp với độ phủ lớn lên đến 80% cho phép tạo khối tăng dày vững chắc, chặt chẽ.
Hình 2.9. Kết quả tính tốn tăng dày khống chế
Việc xử lý tăng dày được thực hiện bằng công cụ Align photos và cho ra kết quả là các ảnh được sắp xếp đúng vị trí trong khối và các điểm Tie point kết nối các cặp ảnh lập thể.
Sau đó, luận văn tiến hành tạo đám mây điểm độ cao dày đặc, mô tả bề mặt địa hình bằng cơng cụ Build Dense Cloud. Với Dense Cloud tạo được này cần quan sát các điểm đột biến khơng tn theo dáng địa hình, đó chính là những điểm lỗi cần loại bỏ trước khi sang bước tiếp theo.
Hình 2.10. Tạo đám mây điểm độ cao của khu đo c. Bình sai tự động và tạo mơ hình số độ cao DTM c. Bình sai tự động và tạo mơ hình số độ cao DTM
Quá trình xử lý tính tốn của phần mềm mang tính tự động hóa cao, cho ra kết quả sai số trung phương vị trí điểm khống chế ảnh như sau:
Bảng 2.3 Bảng sai số của điểm khống chế ảnh sau bình sai
Tên điểm ∆x (m) ∆y (m) ∆z (m) Sai số (m) Sai số (pixel)
GPS7 -0,0034 -0,0088 0,0137 0,0166 0,2164 GPS4 0,0026 -0,0253 -0,0232 0,0344 0,1972 GPS1 0,0047 0,0099 -0,0070 0,0129 0,0554 GPS8 -0,0495 0,0315 -0,0012 0,0586 0,1967 GPS5 0,0062 -0,0009 -0,0068 0,0093 0,2506 GPS2 -0,0063 0,0202 0,0159 0,0265 0,1927 GPS9 0,0171 0,0437 0,0083 0,0477 0,1948 GPS6 -0,0354 -0,0338 -0,0032 0,0491 0,5574 GPS3 -0,0439 0,0463 -0,0145 0,0655 0,2584 Sai số trung phương nắn ảnh (m) 0,0259 0,0287 0,0123 0,0405 0,2809
Đối chiếu với quy phạm trong xử lý khống chế ảnh hiện hành thì sai số trên là chấp nhận được với tỷ lệ bản đồ cần thành lập.
Từ đám mây điểm độ cao tạo được từ bước trên ta sẽ tiến hành tạo lưới đo và mơ hình số độ cao dạng TIN được thực hiện bằng công cụ Build Mesh lấy nguồn từ lớp Dense Cloud đã tạo ở bước trước. Độ dày hay thưa của các bề mặt tam giác trong TIN phụ thuộc vào thông số cài đặt trước khi tạo, càng dày thì mơ tả bề mặt càng chính xác và ngược lại.
Hình 2.11. Mơ hình số độ cao dạng TIN của khu đo
Trước khi đến bước cuối là tạo và xuất ảnh trực giao ta cần kiểm tra lỗi địa hình từ chính lưới TIN này qua sử dụng các công cụ cắt gọt và bù lấp chỗ trống (Close Holes). Ngồi ra cịn có thêm chế độ quan sát lập thể View Stereo Mode để tìm và kiểm sốt lỗi nhằm nâng cao độ chính xác ảnh tạo được.
d. Tạo ảnh trực giao
Bước cuối cùng của công đoạn xử lý ảnh là tạo ảnh và xuất ảnh trực giao bằng định dạng Tiff.
Hình 2.12. Ảnh trực giao khu vực xã Vật Lại
2.2.4. Giải đoán và điều vẽ ranh giới thửa đất
Cơng tác giải đốn và điều vẽ ranh giới thửa đất hết sức quan trọng, nó địi hỏi khả năng nhận biết đối tượng cùng với kinh nghiệm của người giải đoán. Kết quả giải đốn cũng sẽ có ảnh hưởng đến sai số của sản phẩm có được. Việc giải đoán đối tượng được thực hiện theo các quy tắc sau:
- Ranh giới là tường vây: cần xác định theo tim tường nếu đó là ranh giới chung, nếu là ranh giới riêng thì cần xác định theo mép ngoài của tường vây.
- Ranh giới là bờ ruộng đối với đất nông nghiệp: đường ranh giới sẽ được xác định theo tim bờ ruộng. Cần đánh dấu những vị trí khơng chắc chắn để điều tra thực địa. Chú ý tách bờ ruộng với độ rộng từ 0,5m trở lên cho tỷ lệ 1:1000 (tỷ lệ bản đồ được thành lập trong đề tài này).
- Đường giao thơng, kênh mương thủy lợi: đường giao thơng chính kèm theo tính chất của đường, đường đất chính giao thơng nội đồng, mương tưới tiêu nội đồng (có thể là bê tơng hóa hoặc bờ đất),…
Hình 2.13. Giải đốn đối tượng ranh giới thửa
2.2.5. Biên tập bản đồ
Sau khi giải đoán, điều vẽ ranh giới và quy chủ thửa ngoài thực tế, ta tiến hành biên tập hoàn thiện bản đồ theo quy phạm hiện hành của bản đồ địa chính.
2.2.6. Đánh giá độ chính xác
Qua đánh giá tổng quan một cách sơ bộ về hình dáng, vị trí thửa đất cho thấy kết quả bản đồ tạo được tương đối chính xác. Tuy nhiên độ chính xác cụ thể thế nào và đáp ứng được bản đồ địa chính ở tỷ lệ nào cần những đánh giá sâu hơn, sẽ được diễn giải ở Chương 3.
2.3. Kết quả thành lập bản đồ địa chính
Sau q trình hồn thiện công tác biên tập bản đồ sẽ cho ra được sản phẩm là bản đồ địa chính hồn chỉnh (phần phụ lục).
Đề tài đã đưa ra được một mảnh bản đồ thuộc khu vực thôn Yên Bồ với loại đất chủ yếu là nông nghiệp (cây trồng hàng năm có xen lẫn lúa nước). Tổng số thửa
đất giải đoán và điều vẽ được là 576 thửa. Kết quả bước đầu cho thấy bản đồ thành lập được với khối lượng tương đối lớn nhưng được thực hiện trong thời gian rất ngắn so với các phương pháp truyền thống. Điều này cho thấy hiệu quả năng suất của phương pháp thành lập bản đồ địa chính mới này rất triển vọng.
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện cũng gặp phải một số khó khăn nhất định, cụ thể là trong cơng đoạn giải đốn và điều vẽ ranh giới trên nền ảnh. Đã có nhiều khu vực xuất hiện các đối tượng có kích thước lớn và bóng nghiêng làm che khuất ranh giới gây khó khăn trong hoàn thiện khép ranh thửa đất. Các thửa đất bị nhỏ lẻ và manh mún gây nhiều khó khăn trong việc xác định ranh giới thực sự của thửa đất, nhất là bị nhiễu thông tin bởi các bờ thửa nhỏ do chủ sử dụng phân chia loại cây trồng trong cùng một thửa đất. Tất cả những khu vực như vậy đều được đánh dấu phục vụ công tác điều tra thực địa và quy chủ hoàn thiện sau này.
Trên đây là những đánh giá sơ bộ về bản đồ thành lập được, việc đánh giá tổng thể và chính xác hơn sẽ được diễn giải trong chương sau.
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ BAY CHỤP ẢNH BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH
3.1. Phân tích kết quả thử nghiệm so với các quy định hiện hành về bản đồ địa chính
3.1.1. Tổng hợp các quy định đối với bản đồ địa chính
Dưới đây, luận văn sẽ tổng hợp các quy định đối với bản đồ địa chính có liên quan đến vấn đề ứng dụng công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái trong thành lập bản đồ địa chính. Các nội dung chính được tổng hợp từ Thơng tư số 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định