2.1 .1Mục đích khảo sát
4.2. BAY CHỤP HIỆN TRƯỜNG VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU BAY CHỤP
4.2.1.2. Thực hiện tại hiện trường
a) Công tác rải tiêu, đo tăng dày khống chế ảnh, đo điểm kiểm tra, điểm đặc trưng
- Thông thường tiêu đánh dấu bay được thiết kế tiêu trịn có màu đỏ, có tâm màu trắng. Đường kính tiêu bay phục thuộc vào nhu cầu bay chụp, phục thuộc và độ phân giải mặt đất, tỷ lệ bản đồ cần thành lập.
- Tiêu bay sẽ được đánh dấu tại thực địa theo sơ đồ thiết kế trước, để đảm bảo đủ mật độ ca bay và liên kết khối bay, và ln đảm bảo hồn thành trước khi bay và tồn tại trong suốt thời gian bay.
- Tuy nhiên khi bố trí tiêu ngồi thực địa cần chọn vị trí bằng phẳng, thơng thống, ngồi ra đối với địa hình đồi dóc, địa hình thay đổi lớn, cần phải bố trí tiêu bay những nơi địa hình thay đổi để đảm bảo khi tăng dày chặc chẽ khối ảnh.
- Ngồi ra cũng có thể dùng phương pháp chọn chít ảnh, chọn chít vị trí rõ nét trên ảnh và ngồi thực địa để đo KCA và tăng dày (với phương pháp này thì cần bay chụp ảnh trước).
- Đo khống chế ảnh được sử dụng bằng công nghệ đo GPS động RTK. Điểm khởi tính là các điểm địa chính cơ sở đã được thu thập trong khu vực thực hiện. Thông thường trên thực tế việc đánh dấu tiêu bay và đo khống chế ảnh được thực hiện cùng lúc trước khi tiến hành bay.
Hình 4.2: Cơng tác triển khai đo khống chế ảnh và đo điểm đặc trưng, điểm thực phủ che khuất bằng máy GPS-RTK South S82T.
b) Công tác bay chụp ảnh, thu nhận ảnh và xử lý tâm ảnh
- Thiết kế khu vực bay, vùng bay. - Lập kê hoạch bay.
- Bay bằng thiết bị bay UAV của hãng GEOSCAN, điều khiển bằng laptop thông qua USB radio modem.
Hình 4.3: Lập kế hoạch bay bằng phần mềm Geoscan Planner 2.5
- Thiết kế bay căn cứ vào yêu cầu bản đồ hoặc sản phẩm cần thành lập để
Thiết lập trạm Base Đánh dấu tiêu và đo KCA
tính độ phân giải mặt mất và thiết kế khối bay.
- Đối với khu vực thực nghiệm là cơng trình thi cơng thực tế, cần thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2000, khoảng cao đều 1m.
- Thống kê kết quả bay chụp ảnh.
+ Chiều dài đoạn tuyến thực nghiệm là: 11,9 km + Quãng đường bay được là 49,6 km
+ Thời gian bay là 71 phút
+ Số lượng ảnh chụp được là 671 ảnh Sản phẩm thu nhận được sau bay chụp là:
- Ảnh thu nhận được là những tấm ảnh đơn có tâm ảnh
- Tiến hành xử lý ghép dữ liệu bay trên thiết bị bay và ảnh thu nhận được ta được ảnh đã có tọa độ tâm ảnh tức thời (tọa độ tâm ảnh theo tọa độ GPS tích hợp trên thiết bị bay).
c) Công tác tăng dày khống chế ảnh và xử lý ảnh
Quy trình và trình tự xử lý ảnh trên Agisoft Photoscan hoặc Pix4D
Add Photos… Đưa ảnh vào phần mềm
Align Photos… Ghép ảnh và tạo khối ảnh
Build Dense Cloud… Tạo đám mây điểm
Build Mesh… Tạo bề mặt
Build Texture… Tạo ảnh Build Tiled Model…
Tạo mơ hình
Build DEM… Tạo mơ hình số độ cao
Build Orthomosaic… Tạo ảnh trực giao
Cụ thể công tác tăng dày và xử lý ảnh sau:
- Chạy Agisoft PhotoScan Professional, giao diện:
- Import ảnh: Xoá những ảnh chụp dưới đất, chỉ giữ lại những ảnh chụp khi máy bay đã vào tuyến bay
- Export Report:
Công tác tăng dày khống chế ảnh, với kết quả đo khống chế đo khống chế ảnh bằng cơng nghệ GPS-RTK.
Sau q trình xử lý ảnh bằng phần mềm Agisoft PhotoScan ta thu được kết quả là ảnh phủ Orthor và mơ hình số độ cao.
Hình 4.6: Mơ hình số độ cao (DEM) được Export từ Agisoft PhotoScan
Hình 4.7: View 3D mơ hình số độ cao
Sau khi thu được ảnh phủ Orthor và mơ hình số độ cao (DEM) ta tiến hành đánh giá độ chính xác của ảnh phủ và DEM so với các điểm đo bằng RTK và số hóa bản đồ bằng phần mềm Autocad.
Bảng 4.1: So sánh kết quả đo RTK và kết quả kiểm tra từ ảnh Orthor và DEM xuất từ phần mềm Agisoft PhotoScan
Point RTK Kết Quả UAV
Tọa độ X Tọa độ Y Độ cao Tọa độ X Tọa độ Y Độ cao 1 2268450.52 584022.229 8.62 2268450.578 584022.459 8.55 2 2268881.73 583997.483 14.94 2268881.732 583997.483 14.99 3 2269272.88 583975.026 25.45 2269272.885 583975.025 25.42 4 2269711.641 583949.873 25.19 2269711.847 583949.93 25.37 5 2270112.938 583926.8 25.28 2270112.901 583926.963 25.37 6 2270486.651 583905.363 10.93 2270486.642 583905.362 10.94 7 2270823.781 583762.906 13.3 2270823.784 583762.906 13.3 8 2271182.906 583611.185 18.34 2271182.964 583611.259 18.09 9 2271533.746 583627.853 7.88 2271533.7 583627.988 7.83 10 2271748.726 583835.762 10.5 2271748.708 583835.982 10.21
Nhận xét: Sự sai lệch về mặt phẳng và độ cao trên DEM xuất từ phần
mềm Agisoft PhotoScan so với kết quả đo bằng RTK nằm trong hạn sai cho phép.
Hình 4.9: Bản đồ tỷ lệ 1/2000 khu vực Hà Nam 4.2.2. Hiệu quả kinh tế, thuận lợi và khó khăn khi áp dụng 4.2.2. Hiệu quả kinh tế, thuận lợi và khó khăn khi áp dụng
4.2.2.1. Hiệu quả kinh tế
Khi áp dụng phương pháp này vào thành lập bản đồ địa hình và xây dựng mơ hình số địa hình rõ ràng đem lại hiệu quả kinh tế rất cao. Cụ thể là:
- Giảm thiểu nguồn nhân lực: đội ngũ kỹ thuật bay và xử lý số liệu sau bay chụp chỉ cần tối thiểu 2 người là có thể thực hiện tốt mọi cơng việc, trong ứng dụng công nghệ.
- Giảm thiểu phương, tiện máy móc đo đạc, đặc biệt việc khu vực phức tạp cho việc duy chuyển đi lại.
- Giảm thời gian thi cơng: qua q trình thử nghiệm thực tế cho thấy thời gian thi công rất nhanh bởi công việc chủ yếu được thực hiện nội nghiệp (trong phòng), thời gian đi ngoại nghiệp chỉ chiếm một phần không lớn dành cho bay chụp, đo khống chế và đối chiếu hiện trường.
- Nâng cao năng suất lao động: nhận định này rất dễ hiểu bởi cùng một khối lượng công việc như nhau nhưng với công nghệ mới này đã giảm thời gian thi cơng, giảm nguồn nhân lực kéo theo đó là năng suất của người lao động được nâng cao.
- Chi phí mua thiết bị và đào tạo nhân lực ban đầu thấp, và đầu tư tập trung chuyên sâu: các phương pháp truyền thống cần đến nhiều người lao động, nhiều trang thiết bị kỹ thuật kèm theo, chi phí đào tạo bỏ ra lớn. Ngược lại, hệ thống bay chụp không người lái này chỉ cần ít người lao động nên chi phí chuyển giao cơng nghệ giảm rõ dệt trang thiết bị cần có rất ít và gọn nhẹ.
- Cho ra sản phẩm đa chiều từ nguồn dữ liệu đầu vào là ảnh hàng không, số liệu đo GPS tăng dầy khống chế, có thể chiếc xuất ra nhiều loại sản phẩm: bản đồ địa hình, bản đồ địa chính, ảnh 2D trực giao, mơ hình số bề mặt, mơ hình số địa hình, xây dựng cơ sở dữ liệu nền thơng tin địa lý, tạo đám mây điểm xây dựng mơ phỏng 3D…
4.2.2.2. Những thuận lợi và khó khăn khi áp dụng GPS-RTK và kết hợp UAV trong thành lập mơ hình số địa hình. trong thành lập mơ hình số địa hình.
Việc áp dụng GNSS-RTK và ảnh chụp bằng máy bay không người lái vào thành lập mơ hình số địa hình, có rất nhiều thuận lợi nổi bật đó là:
- Cơng nghệ dễ chuyển giao.
- Độ phân giải của ảnh cao, dễ giải đốn địa hình, địa vật khi nội suy chuyển từ mơ hình số bề mặt sang mơ hình số địa hình.
- Tính thời sự cấp thiết tức thì, đáp ứng nhanh khách quan trung thực. - Ảnh chụp kết hợp dữ liệu đo GPS có thể được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau cho ra đa sản phẩm, số liệu đa chiều như: bản đồ địa hình, địa chính, bản đồ hiện trạng, quy hoạch các cơng trình, quy hoạch tổng thể, cơ sở dữ liệu nền thơng tin địa lý, xây dựng mơ phỏng mơ hình 3D.
- Hệ thống gọn nhẹ, thuận tiện cho việc di chuyển và thao tác ngoài thực địa.
- Hệ thống cho ta kết quả chính xác, nhanh chóng và trực quan giúp cho nhà thiết kế có được những thơng tin cần thiết và nhanh chóng lựa chọn được phương án tuyến tối ưu.
- Hệ thống có tính tự động hóa cao, thuận tiện cho người sử dụng.
mà khó tiếp cận bằng phương pháp truyền thống.
- Khi được cơ quan có thẩm quyền chính thức cơng nhận thì phương pháp này sẽ được phổ biến rất nhanh và rộng rãi bởi tính cơ động, gọn nhẹ của hệ thống chụp, cũng như nguồn tư liệu là ảnh số phổ thông nên cơng tác lưu trữ dễ dàng. thuận lợi và ít tốn kém.
- Bên cạnh đó cũng cịn tồn tại một số khó khăn ảnh hưởng đến khả năng áp dụng rộng rãi như:
- Đây là công nghệ hiện đại và tương đối mới ở Việt Nam do đó người sử dụng cần phải được đào tạo bài bản ngay từ đầu về kỹ năng bay kết hợp việc đo đạc xử lý số liệu GNSS, vì là cơng nghệ cao, đầu tư tốn kém nên địi hỏi người sử dụng hiểu biết sâu về nguyên lý các hệ thống thiết bị, có kinh nghiệm để xử lý nhanh các tình huống khách quan.
- Phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết như mưa, gió…, ngồi ra cịn phải tránh các khu vực cấm bay;
- Không phù hợp nhiều với vùng dân cư đông đúc như thành thị, thơn xóm tập trung.... là những vùng có thực phủ lớn gây khó khăn trong việc giải đốn và nội suy mơ hình số địa hình (cần kết hợp với việc đo vật che khuất nhiều, khi ảnh khơng thể nhìn thấy mặt đất).
- Chưa có văn bản chính thức quy định kỹ thuật cũng như đơn giá lập thiết kế dự toán kỹ thuật về sử dụng ảnh chụp từ máy bay không người lái trong công tác thành lập bản đồ và các mục đích liên quan.
- Việc bay chụp ảnh nếu khơng được quản lý tốt thì sẽ tiềm ẩn nhiều rủi ro. gây mất an toàn, và lợi dụng mặt trái thực hiện các việc phi pháp.
4.3. MỘT SỐ KIẾN NGHỊ VỀ ỨNG DỤNG GNSS-RTK KẾT HỢP UAV TRONG THÀNH LẬP MƠ HÌNH SỐ MẶT TRONG THÀNH LẬP MƠ HÌNH SỐ MẶT
Ta thấy rằng mơ hình số mặt đất tạo ra từ ảnh chụp thiết bị không người lái Geoscan 201 của hãng GEOSCAN mơ tả chính xác dáng địa hình, bề mặt mơ hình số địa hình sát với bề mặt thực địa, không bị đứt quãng bởi các tam giác cạnh lớn như mơ hình số địa hình đo bằng máy tồn đạc.
Bằng các thực nghiệm tại một số cơng trình, dạng địa hình khác nhau với giá trị thu nhận từ ảnh chụp so sánh với các kết quả kiểm tra bằng công nghệ GNSS - RTK, phương pháp đo đạc mặt đất truyền thống sai số đạt được cho cả 3 chiều XYH trong khoảng biến thiên 510cm cho các vùng không bị thực phủ che khuất dưới mặt đất.
Kết quả có thể đưa ra nhiều định dạng khác khau để sử dụng trong các phần mềm chuyên ngành như: ArcGIS, GlobalMapper, Quantum GIS, Solidworks, Google Earth, AutoCAD…
Kết quả thực nghiệm ban đầu cho thấy hệ thống thu nhận ảnh sử dụng thiết bị bay khơng người lái hồn tồn có thể đáp ứng được cơng tác xây dựng mơ hình số địa hình trong các dự án giao thơng, thành lập bản đồ tỷ lệ lớn phục vụ cho các bước lập đề xuất dự án, lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi, báo cáo nghiên cứu khả thi có kết hợp trị đo mặt đất, kiểm soát giám sát q trình thi cơng đường…
Ngồi khả năng đáp ứng về độ chính xác, nhanh chóng cơng nghệ GNSS- RTK kết hợp UAV cịn có một số ưu điểm như:
+ Phù hợp với địa hình trung du và đồng bằng, vùng ven sông, ven biển… + Khi bay chụp ảnh những vùng đơ thị, bình đồ ảnh có thể thể hiện được tối đa hình ảnh của các địa vật gần sát chân các cơng trình xây dựng cao tầng.
+ Kết hợp phương pháp đo truyền thống với phương pháp bay chụp sẽ đem lại hiệu quả và độ chính xác cao (đối với các vùng có mức độ bị che khuất bởi tầng phủ thảm thực vật dày sẽ dùng kết hợp với các trị đo mặt đất theo phương pháp truyền thống để sử dụng trạm ảnh số bốc tách lớp thảm thực vật như rừng rậm).
- Việc sử dụng công nghệ này sẽ cho ta sản phẩm là mơ hình số độ cao, bình đồ ảnh trực giao một cách nhanh chóng và chính xác do đó giúp cho người thiết kế chọn được các phương án tuyến tối ưu, phù hợp cho công tác điều tra, thống kê giải phóng mặt bằng giúp xác định đường bao tổng mức đầu tư Dự án nhanh chóng, giảm thời gian từ khi khảo sát đến thi dẫn đến phát sinh kinh phí.
- Hệ thống bản đồ ảnh thu nhận được từ phương pháp chụp ảnh hàng không được định vị trên hệ thống WGS-84 cho từng tấm ảnh nên rất dễ dàng khi chuyển dải bay lên Google Earth do cùng hệ tọa độ sẽ giúp đơn vị thiết kế có góc nhìn rộng trên bản đồ vệ tinh và góc nhìn trực diện cập nhật tức thời chi tiết trên dải bay khu vực dự án phục vụ công tác xem xét hướng tuyến.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Hệ thống thiết bị bay khơng người lái là hệ thống có ứng dụng cơng nghệ hiện đại. Qua nghiên cứu thử nghiệm hệ thống cho thấy nhiều ưu điểm nổi bật có thể đáp ứng tốt yêu cầu trong đo vẽ bản đồ địa hình nói chung và các chun ngành khác, đặc biệt là cơng tác khảo sát nói riêng. Tuy nhiên, mức độ phù hợp có thể ứng dụng với các nhu cầu sản phẩm sau:
+ Phục vụ thiết kế tổng quan khu vực, dự án lớn;
+ Khảo sát nghiên cứu tiền khả thi cho dự án quy mơ lớn, hoặc tuyến dài, khu vực khó đi lại;
+ Điều tra thông tin tạm thời, phục vụ tính tốn khối lượng giải phóng mặt bằng dự án;
+ Xây dựng mơ hình 3D, phối cảnh;
+ Chiết xuất các dạng dữ liệu từ mơ hình số bề mặt DSM, mơ hình số địa hình DEM.
+ Kiểm sốt tiến độ thi cơng hiện trường…
Cơng nghệ chụp ảnh lập bản đồ bằng UAV chi phí đầu tư thấp, tính hiệu quả cơng việc cao, chuyển giao công nghệ sử dụng dễ dàng, cơ động linh hoạt trong di chuyển tác nghiệp, sử dụng ít nhân lực, đáp ứng nhanh tiến độ đo vẽ bản đồ và tính trực quan trung thực cao.
Các thiết bị UAV có thể bay được nhiều độ cao khác nhau. Và với khả năng bay chụp ở độ cao từ dưới 300m trở xuống, ảnh chụp sẽ đạt được độ phân giải cao (từ 12cm đến 3cm cho mỗi pixel) và không bị vướng mây.
Để có thể áp dụng được vào thực tiễn thì cần có những văn bản chính quy quy định về các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể, đơn giá thực hiện khi áp dụng phương pháp này trong thành lập bản đồ địa hình với mỗi lĩnh vực nói chung và các loại bản đồ chuyên đề nói riêng.
Về lâu dài cần tính tốn cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý từ việc kết hợp ảnh hàng không UAV và đo GPS động, để từ đó có thể chiết
xuất ra các loại dữ liệu cần thiết cho các nhu cầu khác nhau, đặc biệt trong khảo