3.4.3. Xử lý nguyên tố định hướng ngoài (EO)
Các file EO sẽ được sử dụng để nắn ảnh trực giao (True Ortho), kiểm tra độ gối phủ của ảnh và thiết lập mơ hình khi đo vẽ lập thể ảnh trên trạm đo vẽ ảnh số. File EO chứa các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh và được tạo ra trong quá trình xử lý bằng mơdul Eopro trong gói phần mềm Topo_gui56.
- Tính tốn EO cho mục đích kiểm tra độ phủ ảnh.
- Tính tốn EO cho mục đích nắn ảnh trực giao (True Ortho).
- Sau khi xử lý, kết quả thu được sẽ là các file EO chứa các nguyên tố định hướng ngoài theo hệ tọa độ địa tâm quốc tế WGS84.
3.4.4. Xử lý dữ liệu Laser, tạo DSM/DTM/ảnh cường độ xám
Trong q trình qt, sóng Laser được ghi nhận trong hệ tọa độ của thiết bị, phần mềm RiAnalyse sử dụng để giải mã các dữ liệu gốc này. Các dữ liệu Laser đã được giải mã này kết hợp với kết quả tính tốn tuyến bay SBET.out (từ POSPac) cho phép tạo bao phủ coverage (phục vụ kiểm tra bay quét) và các đám mây điểm Point cloud (phục vụ tạo Intensity, DSM và DEM). Đây chính là cơng đoạn tiền xử lý (preprocessing) Lidar.
52
a) b)
Hình 3.11: Số liệu thơ của Lidar
Các tín hiệu địa hình được tách ra khỏi nhóm tín hiệu địa vật sẽ là số liệu cần thiết để thành lập DEM.Nếu sử dụng đồng thời các số liệu địa hình và địa vật, chúng ta có thể khơi phục lại DSM của khu vực địa hình. Các số liệu địa vật nhà cửa sẽ được sử dụng mô phỏng không gian 3D thành phố. Các số liệu địa vật cây cối sẽ sử dụng trong quy hoạch và bảo vệ rừng. Trên thị trường thế giới, nhiều công ty sản xuất và chế tạo hệ thống Lidar với các phần mềm có thể tiến hành tự động hoá (tới 95%) lọc các số liệu địa hình địa vật.
Các đám mây điểm được xắp xếp và lọc theo ô (tile) dưới dạng raster file tạo DSM và DTM, các dữ liệu raster này được biên tập, kiểm tra để tạo ra các sản phẩm của mơ hình số DSM, DTM và phục vụ tạo ảnh true ortho (postprocessing). Quá trình này được xử lý bằng phần mềm TOPPIT.
Cơng đoạn xử lý sóng laser bằng phần mềm RiAnalyse của hãng RIEGL (mơi trường windows) cịn các modul xử lý của TOPPIT thực hiện trong môi trường LINUX thông qua xử lý các tập Batch files.
Các bước chính trong xử lý Laser:
- Chuyển đổi dữ liệu thô Laser từ (*.SDF) sang (*.SDC). - Xử lý Laser - tạo bao phủ (Coverage).
53 - Tạo DSM.
- Bình sai, hiệu chỉnh mơ hình mặt phẳng, độ cao (Laser adjustment) - Tạo ảnh cường độ xám (Intensity).
- Tạo mơ hình số (DSM RGBI) phục vụ nắn ảnh TrueOrtho. - Tạo DTM.
3.4.5. Nắn ảnh trực giao chính xác TrueOrthophoto
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.
Bước 1: Phát triển ảnh
Bước 2: Xử lý thô, kiểm tra độ gối phủ Bước 3: Nắn ảnh trực giao
Phát triển ảnh bằng phần mềm Capture One PRO 3.7.7.
Hình 3.12: Phát triển ảnh Ortho
Nắn ảnh trực giao chính xác (TrueOrtho Processing). Phần đầu là nắn ảnh trực giao chính xác cho tất cả từng ảnh trong khu đo, số liệu đầu vào cần có là: Mơ hình số độ cao DSM (độ phân phân giải 0.5 m), thơng số định hướng ngồi 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 ½ độ phân giải của DSM (trong cơng trình này
54
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 cịn những vị trí khơng có giá trị độ xám (black pixel) do sự xắp xếp lại các pixel trong quá trình nắn ảnh.
Chuyển sang bước tiếp: Chương trình 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 khơng 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 ơ (Tile) kích cỡ 2x2 km (minimum là 1x1 km) và chuyển đổi ảnh nắn sang dạng tif 8 bit hoặc 16 bit (dạng này có thể sử dụng trong IrasC để số hóa).
3.5. Thành lập mơ hình 3D DSM bằng phần mềm Toppit Trimble 2.1
Trình bày bám theo quy trình như sau: - Xây dựng DSM sơ bộ
+ Tạo lưới điểm đồng đều DSM: Từ đám mây điểm cần tạo các chương trình (Batchfile) và chạy ra lưới điểm 1m hoặc 0,5m.
+ Lọc thô, Chạy xử lý dữ liệu DSM: DSM được chạy ra còn chứa các điểm bất như là cao quá và thấp quá so với bề mặt xung quanh. Quá trình này nhằm tự động loại bỏ các điểm này, tuy nhiên một số chỗ vẫn cịn sót tùy thuộc vào yếu tố phản xạ của địa vật thực tế.
- Chuẩn hóa dữ liệu DSM
Chủ yếu là kiểm tra bằng mắt đánh dấu chỗ sai nhiễu: Thực hiện bởi các tác nghiệp viên, mở từng ơ (tile) kiểm sốt từng vùng nhỏ nhằm phát hiện các điểm dị thường và đánh dấu trên file *.Bul.
- Đo đạc bổ sung chi tiết ngoại nghiệp (nếu cần)
Một số chỗ chưa rõ dàng do mây mù, lỗi kỹ thuật nhỏ có thể bổ sung bằng các công nghệ đo đạc ngoại nghiệp.
55
- Xây dựng DSM chính xác theo khn dạng của phần mềm sử dụng - Chạy lại, xuất ra khn dạng và chuyển hệ tọa độ DSM, Đóng gói
Đưa file *.Bul vào chạy lại DSM nhằm loại bỏ điểm nhiễu và có được DSM theo yêu cầu tiến hành xuất dữ liệu theo khuân dạng và hệ tọa độ theo yêu cầu.
- Chuyển đổi định dạng file, xây dựng mơ hình 3D - Kiểm tra nghiệm thu; Đóng gói, giao nộp sản phẩm
Theo yêu cầu và tiêu chí của dự án để tiến hành kiểm tra và nghiệm thu sản phẩm. Các sản phẩm có thể đóng gói theo đơn vị mảnh bản đồ địa hình, hay lưới ơ vng có kích cỡ nhất định (như 1km x 1km hoặc 2km x 2km).
56
CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM – THIẾT KẾ KỸ THUẬT VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU TÍCH HỢP LIDAR VÀ ẢNH SỐ ĐỂ THÀNH LẬP MƠ HÌNH 3D
KHU VỰC HÀ NỘI
4.1. Khái quát chung về khu vực thực nghiệm, hệ thống tích hợp Lidar và ảnh số và ảnh số
4.1.1. Thiết kế kỹ thuật
* Mục đích, yêu cầu và phạm vi bay chụp:
Mục đích: thực hiện ứng dụng công nghệ Lidar Harrier56 để thành lập DEM
đồng thời chụp ảnh màu với độ phân giải mặt đất 0,15m tại khu vực Hà Nội.
Yêu cầu: độ chính xác độ cao 0,20-0,30m, độ chính xác mặt phẳng 0,30m,
mật độ 2,5 điểm/m2. Với độ chính xác, mật độ điểm của DEM cũng như độ phân giải mặt đất của ảnh đáp ứng phục vụ thành lập cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý tỷ lệ 1/2000 các đô thị của dự án.
Tên phân khu bay chụp: Khu vực Hà Nội 1A
Phạm vi: bay chụp ảnh số và quét LIDAR
Sử dụng bản đồ 1/50.000 UTM trong thiết kế tổng thể và thi công khu vực Hà Nội 1A có kinh, vĩ độ như sau:
+ Vị trí: từ 10541‟00” đến 10603‟00” kinh độ Đơng; từ 2057‟18” đến 2110‟00” vĩ độ Bắc. * Thông số kỹ thuật: Tiêu cự máy ảnh: f = 47mm Tỷ lệ ảnh: 1:18085 Độ cao bay chụp: H= 850m Độ phủ ngang: 20% Độ phủ dọc: 60% Bản đồ thiết kế, bản đồ sử dụng bay chụp.
57
Hình 4.1: Sơ đồ thiết kế chụp Ảnh và quét Lidar khu vực Hà Nội 1A
4.1.2. Các văn bản pháp quy, tài liệu và số liệu sử dụng khi thi công dự án
1. Bảng thống báo tính năng kỹ thuật của máy bay chụp ảnh AN-2 của Công ty bay dịch vụ hàng không Việt Nam (VASCO).
2. Quyết định số 05/2007/QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 2 năm 2007 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về “Sử dụng hệ thống tham số tính chuyển giữa hệ tọa độ quốc tế WGS-84 và hệ tọa độ quốc gia VN-2000”.
3. Công văn số 1123/ĐĐBĐ-CNTĐ ngày 26 tháng 10 năm 2007 của Cục Đo đạc và Bản đồ hướng dẫn sử dụng các tham số tính chuyển từ hệ tọa độ quốc tế WGS-84 sang hệ tọa độ quốc gia VN-2000 và ngược lại.
4. Quy định kỹ thuật và quy trình cơng nghệ thành lập mơ hình số độ cao và bình đồ trực ảnh bằng công nghệ LIDAR (ban hành kèm theo quyết định số 2097/QĐ-BTNMT ngày 22 tháng 10 năm 2008 của Bộ Tài nguyên và Môi trường).
5. Hệ thống LIDAR Harrier 56.
4.1.3. Các tiêu chuẩn kỹ thuật lựa chọn thiết bị và công nghệ áp dụng trong công tác bay chụp ảnh số và quét Lidar trong công tác bay chụp ảnh số và quét Lidar
Các thiết bị sử dụng phải là các thiết bị được sử dụng rộng rãi trên thế giới, đã được kiểm tra, kiểm nghiệm bởi nhà sản xuất.
58
Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng tiến hành nghiên cứu chế tạo hệ thống Lidar, trong số này nổi bật nhất là các hãng Toposys GmbH của Cộng hòa liên bang Đức với sản phẩm mang tên FALCON, HARRIER56 hay hãng Optech của Mỹ có hệ thống ALTM3100, ALTM 3100 EA và tập đồn đa quốc gia Leica Geosystems GIS & Mapping, LLC với sản phẩm mang tên ALS50, ALS60. Các máy ảnh số cỡ trung bình đi với hệ thống Lidar là các máy DSS của Applanix, AIC của Rollei hay DigiCAM của IGI.
Các nước sử dụng công nghệ Lidar nhiều nhất là Mỹ, Canada, Đức, một số nước phát triển ở châu âu, Australia và mới đây là ấn Độ. Theo các báo cáo khoa học được cơng bố trên thế giới thì những ứng dụng của Lidar là rất khả quan, hiệu quả kinh tế kỹ thuật lớn và là một hướng đi trong tương lai của ngành trắc địa bản đồ hiện đại.
Mỗi hệ thống Lidar có những đặc điểm và ưu thế cũng như giá thành rất khác nhau. Các dòng máy FALCON của Toposys, ALTM3100 của Optech, ALS50 của Leica đều là các hệ thống máy thiết kế cho đa mục đích, nó có thể bay qt được mọi dạng địa hình, độ cao bay tới 3,5-4km nhưng giá thành rất cao. Hệ thống Lidar Harrier56 gắn máy ảnh số AIC của hãng Toposys - Cộng hoà liên bang Đức là một hệ thống Lidar được thiết kế cho mục đích bay qt ở vùng cơng trình, đơ thị có độ cao bay 100-1000m, phù hợp với điều kiện địa hình các đơ thị Việt Nam.
Cơng ty Đo đạc ảnh địa hình tiến hành nghiên cứu các hệ thống Lidar, cân đối giữa mục đích nhiệm vụ và tổng chi phí, lựa chọn hệ thống Lidar Harrier56 để thành lập DEM có độ chính xác độ cao 0,02-0,30m, độ chính xác mặt phẳng 0,20- 0,30m, mật độ 1,5-2 điểm/m2 đồng thời chụp ảnh màu với độ phân giải mặt đất 0,15m tại các vùng đô thị.
4.2. Công tác chuẩn bị, bay quét và xử lý dữ liệu Lidar
4.2.1. Công tác chuẩn bị
59
Đảm bảo thơng tin thời tiết hàng ngày, có những thơng tin chi tiết về sự thay đổi khí tượng trong vùng trực bay. Mặt khác cần chủ động tổ chức quan sát trực tiếp thơng tin khí tượng trong vùng bay để quyết định chính xác ca bay.
Chuẩn bị các trang thiết bị, máy móc phục vụ đo GPS tại các trạm Base; các máy thủy chuẩn để đo nối độ cao cho các điểm Base, các điểm trong bãi hiệu chỉnh.
4.2.2. Bay quét Lidar
Trình bày bám theo qui trình ở mục 3.3 như sau:
- Cơng tác chọn và đo nối điểm trạm Base.
- Chọn và đo nối điểm trạm đo phục vụ đo điểm hiệu chỉnh mặt phẳng và độ
cao.
- Chọn điểm và đo chi tiết điểm hiệu chỉnh mặt phẳng, độ cao. + Chọn điểm hiệu chỉnh mặt phẳng;
+ Chọn điểm hiệu chỉnh độ cao;
+ Đo điểm hiệu chỉnh mặt phẳng và độ cao.
- Đo GPS tại trạm Base trong quá trình bay quét.
4.2.3. Xử lý kết quả bay quét Lidar
4.2.3.1. Xử lý dữ liệu thô, kiểm tra độ phủ của dữ liệu:
- Trút toàn bộ dữ liệu sau khi bay quét và lưu vào máy chủ. - Chuyển dữ liệu laser từ định dạng sdf sdc
Sử dụng phần mềm chuyển đổi Rianalyze để chuyển đổi, q trình chuyển đổi hồn tồn tự động ngay sau khi ca bay kết thúc, được thực hiện trên máy chuyên dụng mang theo đội bay ( máy tính Field).
- Sdf là dạng file nhị phân chứa đám mây điểm thô.
- Sdc là dạng file của đám mây điểm của hệ thống phần mềm Toppit Trimble 2.1.
60
Hình 4.2: Chuyển định dạng dữ liệu từ file sdf sdc 4.2.3.2. Xử lý GPS/IMU cho vùng dự án 4.2.3.2. Xử lý GPS/IMU cho vùng dự án
- Tính tốn file SBET dựa vào sự kết hợp giữa GPS trên không và GPS mặt đất bằng phần mềm Applanix POSPac MMS.
- Các ca bay lần lượt được tính tốn, báo cáo sai số theo từng ca bay, kết quả được lưu như sau: Sbet18061401.out.
- Trong đó: 18 là năm 2018, 06 là tháng, 14 là ngày thực hiện ca bay;
01 là ca bay thứ nhất trong ngày, mỗi ngày có thể thực hiện nhiều ca bay 02, 03 … Việc qui định này tránh nhầm lẫn trong quá trình xử lý dữ liệu nhất là khu vực rộng lớn phải thực hiện nhiều ca bay.
61
Hình 4.3: Xử lý GPS/IMU 4.2.3.3. Tạo file Control.ini 4.2.3.3. Tạo file Control.ini
File chứa các thông số định nghĩa về dự án: - Hệ đơn vị đo dài, hệ đơn vị đo góc;
- Lưới chiếu;
- Thông số về máy ảnh và Lidar được sử dụng trong dự án. - Định nghĩa tên, cách chia ô (tile 2km x 2km) để xử lý.
Hình 4.4: Tạo file Control.ini (Tọa độ vùng bay qt)
Đồng thời q trình này, người bay chụp có thể tạo DSM kích thước raster 5m nhằm thực hiện chương trình xử lý nhanh để có kết quả kiểm tra dữ liệu sau bay quét, phục vụ công việc lập kế hoạch bay bù hoặc bay lại của ca bay tiếp theo.
62
Hình 4.5: Tạo DSM kích thước raster 5m 4.2.3.4. Hiệu chỉnh độ cao giữa các dải bay 4.2.3.4. Hiệu chỉnh độ cao giữa các dải bay
- Khớp các dải bay với đường bay chặn để tạo ra đám mây điểm đã được hiệu chỉnh ở bước này gọi là đám mây điểm tương đối.
- Đám mây điểm tương đối được hiệu chỉnh bằng bãi hiệu chỉnh để phù hợp với lưới khống chế nhà nước gọi là đám mây điểm tuyệt đối.
63
4.2.3.5. Tạo DSMRGBI từ đám mây điểm phục vụ nắn ảnh
Mơ hình DSMRGBI là mơ hình số độ cao được lấy từ dữ liệu phản xạ đầu tiên khi gặp vật của tia Laser, mơ hình này thường lấy độ phân giải 0,5m đối với ảnh TrueOrtho độ phân giải 0,25 m.
Hình 4.7: Đám mây điểm tạo DSMRGBI
4.3. Một số sản phẩm Lidar
4.3.1. Sản phẩm DSM raster 5m
64
4.3.2. Sản phẩm DSM raster 1m
Hình 4.9: Sản phẩm DSM raster1m
4.3.3. Sản phẩm ảnh TrueOrtho độ phân dải 0.2m
65
4.3.4. Sản phẩm ảnh đen trắng Intensity độ phân dải 0.5 m
Hình 4.11: Sản phẩm ảnh đen trắng Intensity độ phân dải 0.5 m
4.4. Đo đạc kiểm tra kết quả tại vùng thực nghiệm
- Xây dựng bãi kiểm tra về mặt phẳng và độ cao:
+ Mặt phẳng: tiến hành đo GPS tĩnh theo qui phạm tương đương lưới địa chính cấp 01: Tại khu vực bãi tiến hành đo hai điểm thơng hướng nhau nhằm xác định vị trí chuẩn so với điểm khống chế có trong khu vực bay quét.
66
+ Độ cao: tiến hành đo thủy chuẩn theo qui phạm tương đương thủy chuẩn